(57)【要約】  粉末冶金混合物は、５５〜９０％の鉄系マトリックス粉末および４５〜１０％の硬質相粉末を含む（不可避的不純物を除く）組成を有している。ここで、４５〜１０％の硬質相は、少なくとも３０％のＦｅと、Ｃ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＷの各元素の少なくともいくつかとの組成（不可避的不純物を除く）を有し、該元素の重量％がＦｅのｗｔ％との総計が１００％になるように下記範囲、１〜３％のＣ、２０〜３５％のＣｒ、２〜２２％のＣｏ、２〜１５％のＮｉ、及び８〜２５％のＷから選択される、組成を有している。物品（理想的には、バルブシートインサート）に焼結される前の混合物の最も好ましい組成は、（不可避不純物を除いて）、３５％の硬質相および６５％のマトリックスを含み、２％未満の一種以上の機械加工助剤および固体潤滑剤が加えられてもよい。ここで、硬質相の組成は、２．２％のＣ、２９．１％のＣｒ、４．９％のＣｏ、５．３％のＮｉ、および２０．２％のＷを含み、残部がＦｅであり、マトリックス成分は、−高クロム鋼粉末（例えば、１８％のＣｒ、１２％のＮｉ、２．５％のＭｏ、残部がＦｅ）、−低合金鋼粉末（３％のＣｕ、１％のＣ、残部がＦｅ；３％のＣｒ、０．５％のＭｏ、１％のＣ、残部がＦｅ；４％のＮｉ、１．５％のＣｕ、０．５％のＭｏ、１％のＣ、残部がＦｅ；４％のＮｉ、２％のＣｕ、１．４％のＭｏ、１％のＣ、残部がＦｅ）、工具鋼粉末（５％のＭｏ、６％のＷ、４％のＣｒ、２％のＶ、１％のＣ、残部がＦｅ）、または焼結中に銅溶浸プロセスと併せて用いられる前述の低合金鋼粉末の１つである。前述したような混合物を焼結することによって、低モリブデン含量を有し、これによって、同様の耐摩耗性を有する従来の焼結材料よりも著しく安価となる、高信頼性の耐摩耗性物品を得ることができる。
2010500474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
５５〜９０％の鉄系マトリックス粉末と、
４５〜１０％の硬質相粉末と、
を含む（不可避的不純物を除く）組成を有する粉末冶金混合物であって、
前記４５〜１０％の硬質相が、
少なくとも３０％のＦｅと、Ｃ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＷ
の各元素の少なくともいくつかとの組成（不可避的不純物を除く）を有し、該元素の重量％がＦｅのｗｔ％との総計が１００％になるように下記範囲
１〜３％のＣ、
２０〜３５％のＣｒ、
２〜２２％のＣｏ、
２〜１５％のＮｉ、及び
８〜２５％のＷ
から選択される組成を含むことを特徴とする粉末冶金混合物。
【請求項２】
前記硬質相の組成が、さらに、
Ｖ、
Ｎｉ、
Ｔｉ、及び
Ｃｕ
の一種以上の元素を、トレース量より多いが、該元素の総計が５％を超えないように含むことを特徴とする請求項１に記載の混合物。
【請求項３】
前記鉄系マトリックス粉末が、不可避的不純物を除いて、１６〜２０％のＣｒ、１０〜１５％のＮｉ、０．１〜５％のＭｏ、および０〜２％のＣを含み、残部がＦｅである高クロム鋼であることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の混合物。
【請求項４】
前記鉄系マトリックス粉末が、総計で１９．６％以下の（不可避的不純物を除く）非鉄成分を含む低合金鋼粉末であり、前記非鉄成分が、本質的に、２％以下のＣを含み、任意選択的に、０〜２％のＭｏ、０〜５％のＣｕ、０〜５％のＣｒ、および０〜５％のＮｉの一種以上、および０．６％のＭｎ、ＰまたはＳの一種以上を含むことを特徴とする請求項１あるいは２に記載の混合物。
【請求項５】
前記鉄系マトリックス粉末が、工具鋼粉末であり、前記工具鋼が、不可避的不純物を除いて、０〜２％のＣ、３〜７％のＭｏ、４〜８％のＷ、２〜６％のＣｒ、および０．５〜４％のＶを含み、残部がＦｅであるタングステン−モリブデン系工具鋼であることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の混合物。
【請求項６】
好ましい組成が、１％のＣ、５％のＭｏ、６％のＷ、４％のＣｒ、および２％のＶを含むと共に、他の元素を各々０．５％未満の範囲内で含み、残部がＦｅであることを特徴とする請求項５に記載の混合物。
【請求項７】
前記非鉄成分が、
ｖ．特にＣの場合、混合中に元素として添加されるか、
ｖｉ．Ｆｅ成分と予め合金化され、予め合金化されたＦｅ／（一種以上の）非Ｆｅ金属粉末として前記混合物に加えられるか、
ｖｉｉ．Ｆｅ成分に拡散結合され、Ｆｅおよび一種以上の非Ｆｅ金属を含む拡散結合粉末として前記混合物に加えられるか、または
ｖｉｉｉ．上記の任意の組合せで加えられる
ことを特徴とする請求項４に記載の混合物。
【請求項８】
焼結プロセスが施され、前記焼結プロセス中に銅溶浸技術が用いられ、前記焼結プロセスの終了後、仕上げ物品の組成の百分率として５〜３０％の量の銅が含有されることを特徴とする、請求項４、５または請求項４、５に従属する請求項のいずれか一項に記載の混合物。
【請求項９】
焼結プロセスの終了後、仕上げ物品の百分率として８〜２２％の量の銅が含有されることを特徴とする請求項８に記載の混合物。
【請求項１０】
焼結プロセスの終了後、仕上げ物品の百分率として１２〜１８％の量の銅が含有されることを特徴とする請求項８に記載の混合物。
【請求項１１】
前記鉄系粉末マトリックスの組成が、３％のＣｒ、０．５％のＭｏ、および混合中に元素として加えられた１％のＣを含み、残部がＦｅであり、焼結プロセスの終了後、仕上げ物品の組成の百分率として表わされる１４％の量の銅が含有されることを特徴とする、請求項４に従属するときの請求項８〜１０のいずれか一項に記載の混合物。
【請求項１２】
前記低合金鋼の組成が、
ｖ．３％のＣｕ、１％のＣ、残部がＦｅ、
ｖｉ．３％のＣｒ、０．５％のＭｏ、１％のＣ、残部がＦｅ、
ｖｉｉ．４％のＮｉ、１．５％のＣｕ、０．５％のＭｏ、１％のＣ、残部がＦｅ、又は
ｖｉｉｉ．４％のＮｉ、２％のＣｕ、１．４％のＭｏ、１％のＣ、残部がＦｅ、
から選択されることを特徴とする、請求項４および請求項４に従属する請求項のいずれか一項に記載の混合物。
【請求項１３】
前記混合物における前記硬質相成分の組成が、
２％のＣ、２３．５％のＣｒ、１９．５％のＣｏ、１０．６％のＮｉ、１０．３％のＷ、残部がＦｅ、
２％のＣ、２３．８％のＣｒ、１４．７％のＣｏ、１０．７％のＮｉ、１５．５％のＷ、残部がＦｅ、又は
２％のＣ、２４．７％のＣｒ、９．７％のＣｏ、５．３％のＮｉ、１５．３％のＷ、残部がＦｅ、
から選択されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の混合物。
【請求項１４】
前記硬質相成分の組成が、
１．８％のＣ、２９．８％のＣｒ、５．１％のＣｏ、５．０％のＮｉ、２０．１％のＷ、残部がＦｅ
であることを特徴とする請求項１３に記載の混合物。
【請求項１５】
前記マトリックス成分の組成が、
Ｆｅと予め合金化されている３％のＣｒ、Ｆｅと予め合金化されている０．５％のＭｏ、混合中に元素として加えられた１％のＣ、残部がＦｅ
であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の混合物。
【請求項１６】
前記混合物が、機械加工助剤も含むことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の混合物。
【請求項１７】
前記機械加工助剤が、ＭｎＳであることを特徴とする請求項１６に記載の混合物。
【請求項１８】
前記ＭｎＳが、前記マトリックス成分または前記硬質相成分の１つをなす前記粉末の一種が生じる融液内に形成されるという点において、予め合金化されていることを特徴とする請求項１７に記載の混合物。
【請求項１９】
ＣａＦ２、ＭｏＳ２、タルク、遊離片状黒鉛、ＢＮ、およびＢａＦ２からなる群から選択される固体潤滑剤が、前記組成に加えられることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一項に記載の混合物。
【請求項２０】
前記機械加工助剤および前記固体潤滑材が、各々、５％以下の量で加えられ、前述の成分の種々の他の規定された百分率が、前記混合物の組成の全ての成分の全ての百分率の総計が１００％になるように、減少することを特徴とする請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の混合物。
【請求項２１】
前記硬質相粉末組成物が、
金属インゴットまたは合金インゴットの研削、
油噴霧、ガス噴霧、空気噴霧、または水噴霧のうちの１つ以上、または
周知のコールドストリームＴＭ（登録商標）法、
のうちの１つ以上によって作製されることを特徴とする請求項１〜２０のいずれか一項に記載の混合物。
【請求項２２】
請求項１〜２１のいずれか一項に規定される混合物を採用し、前記混合物に粉末冶金プロセスを施すことによって作製される物品であって、前記プロセスが、個別にまたは組み合わせて行われる少なくとも圧粉、加熱、および冷却を含むことを特徴とする物品。
【請求項２３】
請求項１〜２１のいずれか一項に規定される混合物を採用し、前記混合物を焼結することによって作製される物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改良された粉末冶金組成物に関し、特に、自動車産業用の物品を製造するのに適するようにされた焼結プロセスに用いられるのに好適な改良された粉末冶金組成物に関する。以下に述べる本発明は、バルブシート、ターボチャージャー用ブッシングなどの製造に特別の関連性を有しているが、勿論、本発明は、ここに述べる組成物が焼結によって最終的に形成される最終物品に制限されると見なされるべきではない。
【背景技術】
【０００２】
粉末冶金は、最も簡単にいえば、異なる量の粉末状の元素金属、合金、または予め拡散結合されている金属または合金を混合し、このような混合物を焼結することによって、最終的に形成された部品が晒されることが多い高運転温度における所望の耐摩耗特性および安定性を有する物品を、高コスト効率で製造することを可能にする科学である。
【０００３】
粉末冶金は、一般的に、極めて大きな負荷によって所定の粉末冶金混合物を圧縮することによって、所謂、圧粉体（ｇｒｅｅｎ  ｃｏｍｐａｃｔ）を生成し、次いで、この圧粉体を（必ずしもこの限りではないが、多くの場合、混合物の任意の成分の最低融点と最高融点との間の）高温に加熱し、これによって、混合物の少なくとも１つの成分の部分融解、または拡散という意味での移動または溶浸を生じさせるプロセスである。冷却時に、どのような残留している融解成分またはそれ以上の流体成分も固化することになる（なお、加熱および冷却過程は、最終製品の所望の物理的特性に依存して、極めて迅速であってもよいし、または極めて緩慢であってもよいことに留意されたい）。
【０００４】
以下の説明は、主に保護ガス雰囲気内の焼結または真空焼結に関連しているが、本発明は、より広範な用途を有していることを、ここで述べておきたい。実際、本発明は、粉末鍛造、高速圧粉のような他の製造技術にも同じように適用可能であることが、本出願人によって意図されている。
【０００５】
焼結の基本的な態様の１つ、特に、高摩耗用途を対象とする焼結物品を形成するのに用いられる粉末冶金混合物に対する基本的な態様の１つは、マトリックスとして知られている相と耐摩耗性を高めるために含有される任意の硬質相（ｈａｒｄ  ｐｈａｓｅ）との間の関係である。この関係は、原子的、構造的、機械的、および化学的なものと考えられるが、それ故、完成した焼結物品が過酷な環境においていかに挙動するかを最終的に決定する上で、基本的に重要である。
【０００６】
マトリックスは、本質的に、焼結された物品において組成物の全体を効率的に結合する物質または成分であり、前記硬質相は、マトリックスに耐摩耗特性を与えるために、マトリックスの全体にわたって無作為に分散されるものである。従って、マトリックス材料は、一般的に、硬質相よりも著しく軟質であり、粉末混合物または予圧縮物において、一般的に、（必ずしもこの限りではないが、用途に依存して）、マトリックスの重量濃度は、通常、硬質相の対応する重量濃度よりも大きくなっている。
【０００７】
粉末混合物の成分濃度を表すのに、体積百分率が用いられることもあるが、これらの体積百分率は、成分金属または成分合金の密度が特に硬質相の場合には著しく大きい場合があるので、対応する重量濃度と極めて異なることがあることに、ここで留意することが重要である。
【０００８】
この明細書では、以下、別段の規定がない限り、重量百分率（ｗｔ％）が用いられるものとする。
【０００９】
一般的に、硬質相のｗｔ％は、殆ど、作製される物品の種類によって決定されることになる。バルブシートインサート（ＶＳＩ）は、典型的には、内燃機関シリンダのごく近傍における過酷な条件によって、２５〜４０ｗｔ％の硬質相濃度を必要とするが、ターボチャージャー用ブッシングおよび他のブッシングの場合、このような耐摩耗性に対する高い要件が望まれていないので、８〜１８ｗｔ％の硬質相が、これらの用途に対してより一般的である。
【００１０】
本発明は、このような用途の両方を対象とするものと考えられるべきである。
【００１１】
この特定の技術分野には多くの先行例があるが、以下、より関連のある文献のいくつかについて説明する。
【００１２】
本出願と同一の所有権者による特許文献１は、熱間加工用工具鋼粉末と、鉄粉と、黒鉛の形態にある炭素添加物と、を含む混合物の圧粉体から焼結された焼結鋼材料を記載している。この熱間加工用工具鋼は、概して、ＡＩＳＩ規格のＨ１１，Ｈ１２，Ｈ１３として知られている鋼種の１つ以上に基づいている。具体的に、この特許は、ｗｔ％で、
Ｃ  ０．７〜１．３
Ｓｉ  ０．３〜１．３
Ｃｒ  １．９〜５．３
Ｍｏ  ０．５〜１．８
Ｖ  ０．１〜１．５
Ｍｎ≦０．６
Ｆｅ  残部（不可避的不純物（ｉｎｃｉｄｅｎｔａｌ  ｉｍｐｕｒｉｔｉｅｓ）を除く）
を含む組成を有する焼結鉄系材料を対象にしている。
【００１３】
本出願と同一の所有権者による特許文献２は、硬質相の大部分をなす高速度工具鋼と、マトリックスの大部分をなす鉄粉および黒鉛の形態にある炭素添加物と、を含む混合物の圧粉および焼結によって製造された焼結鋼を記載している。意図されている高速度工具鋼は、概して、当技術分野においてよく知られているＭ３／２クラスに基づいている。特許文献２に記載されている焼結鋼の炭素含量は、概して、特許文献１に記載されている焼結鋼の炭素含量よりも少ない。これは、主要な炭化物を形成する元素であるＭｏ、Ｖ、Ｗのような合金化添加物のレベルが、特許文献２の材料では大きく、これによって、例えば、バルブシートインサートのような用途において必要とされる高度の耐摩耗性が維持されるという事実によるものである。低炭素レベルの結果として、焼結後、組織からオーステナイトを除去する問題も軽減されることになる。しかし、特許文献２に記載されている合金に関する問題は、比較的高レベルの合金化添加物によって、材料コストが高くなることである。具体的に、特許文献２は、粉末の加圧および焼結によって得られるマトリックスを有する焼結鉄系材料を対象とし、該粉末は、２種類の異なる鉄系粉末を含む混合物から理論密度の８０％を超える密度に加圧されている。該混合物は、４０〜７０ｗｔ％の予合金化粉末と、６０〜３０ｗｔ％の鉄粉と、任意選択的な５％以下の一種以上の金属硫化物と、任意選択的な１ｗｔ％以下の硫黄と、（焼結された材料の全炭素量が、０．８から１．５ｗｔ％の範囲内になるような）炭素粉末と、を含んでいる。ここで、該予合金化粉末は、具体的に、ｗｔ％で
Ｃ  ０．４５〜１．０５
Ｗ  ２．７〜６．２
Ｍｏ  ２．８〜６．２
Ｖ  ２．８〜３．２
Ｃｒ  ３．８〜４．５
他の成分  最大３
を含み、残部がＦｅからなる組成を有している。
【００１４】
前述の説明から分かるように、粉末冶金組成物に高速度工具鋼を含む概念は、よく知られている。
【００１５】
前記の特許文献は、所定の摩耗特性を有する特定の焼結物品の特定の目的または特定の結果を達成するのに、極めて特定の組成物が必要とされる状況の例をもたらしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】欧州特許出願公開第０４１８９４３Ａ１号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第０３１２１６１Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の目的は、広く適用される一般的なマトリックスおよびいくつかの特別の硬質相材料組成物を利用し、合理的なコストで焼結物品に所望の耐摩耗特性をもたらす、焼結用の粉末冶金組成物、および焼結のような粉末冶金プロセスを用いて、該組成物から製造される物品を提供することにある。
【００１８】
本発明のさらに他の目的は、例えば、内燃機関用バルブシートインサートのような用途において、比較対象となる先行技術の材料に匹敵するレベルの性能を維持しながら、該先行技術の材料と比較して、製造するのがより容易でかつより経済的であり、材料コストがより安価である、焼結鋼材料を提供することにある。しかし、これらの特徴は、耐研摩性および耐高温摩耗性を必要とするどのような用途にも適用可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の第１の態様によれば、
５５〜９０％の鉄系（ｉｒｏｎ−ｂａｓｅｄ）マトリックス粉末と、
４５〜１０％の硬質相粉末と、
を含む（不可避的不純物を除く）組成を有する粉末冶金混合物であって、
４５〜１０％の硬質相は、
少なくとも３０％のＦｅと、Ｃ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＷ
の各元素の少なくともいくつかとの組成（不可避的不純物を除く）を有し、該元素の重量％がＦｅのｗｔ％との総計が１００％になるように下記範囲
１〜３％のＣ、
２０〜３５％のＣｒ、
２〜２２％のＣｏ、
２〜１５％のＮｉ、及び
８〜２５％のＷ
から選択される組成を含むことを特徴とする粉末冶金混合物が提供される。
【００２０】
好ましくは、硬質相の組成は、さらに、
Ｖ、
Ｎｉ、
Ｔｉ、及び
Ｃｕ
のうちの一種以上の元素を、トレース量より多いが、該元素の総計が５％を超えないように含むとよい。
【００２１】
好ましくは、鉄系粉末マトリックスは、
不可避的不純物を除いて、１６〜２０％のＣｒ、１０〜１５％のＮｉ、０．１〜５％のＭｏ、および０〜２％のＣを含み、残部がＦｅである高クロム鋼、
総計で１９．６％以下の（不可避的不純物を除く）非鉄成分を含む低合金鋼であって、該非鉄成分は、本質的に、２％以下のＣを含み、任意選択的に、０〜２％のＭｏ、０〜５％のＣｕ、０〜５％のＣｒ、および０〜５％のＮｉの一種以上、および０．６％のＭｎ、ＰまたはＳの一種以上を含む、低合金鋼、
工具鋼粉末であって、該工具鋼は、不可避的不純物を除いて、０〜２％のＣ、３〜７％のＭｏ、４〜８％のＷ、２〜６％のＣｒ、および０．５〜４％のＶを含み、残部がＦｅであるタングステン−モリブデン系工具鋼である、工具鋼粉末、
のうちの１つから作製されるとよい。
【００２２】
鉄系粉末マトリックスが工具鋼粉末である場合、好ましい組成は、１％のＣ、５％のＭｏ、６％のＷ、４％のＣｒ、および２％のＶを含むと共に、他の元素を各々０．５％未満の範囲内で含み、残部が鉄であるものであるとよい。
【００２３】
鉄系粉末マトリックスが低合金鋼粉末である場合、非鉄成分は、
ｉ．特にＣの場合、混合中に元素として添加されてもよいし、
ｉｉ．Ｆｅ成分と予め合金化され、予め合金化されたＦｅ／（一種以上の）非Ｆｅ金属粉末として混合物に加えられてもよいし、
ｉｉｉ．Ｆｅ成分に拡散結合され、Ｆｅおよび一種以上の非Ｆｅ金属を含む拡散結合粉末として混合物に加えられてもよいし、または
ｉｖ．上記のどのような組合せで加えられてもよい。
【００２４】
鉄系粉末マトリックスが低合金鋼粉末または工具鋼粉末である場合、銅溶浸（ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）技術が焼結中に用いられ、仕上げ物品の組成の百分率として５〜３０％、さらに好ましくは、８〜２２％、さらに一層好ましくは、１２〜１８％の量の銅が含有されると好ましい。
【００２５】
最も好ましい実施形態では、銅溶浸技術が低合金鋼のマトリックスを有する材料に用いられるとき、鉄系粉末マトリックスの組成は、３％のＣｒ、０．５％のＭｏ、および混合中に元素として加えられた１％のＣを含み、残部がＦｅであり、仕上げ物品の組成の百分率として表わされる１４％の量の銅が含有されるとよい。
【００２６】
低合金鋼の好ましい組成は、
ｉ．３％のＣｕ、１％のＣ、残部がＦｅ、
ｉｉ．３％のＣｒ、０．５％のＭｏ、１％のＣ、残部がＦｅ、
ｉｉｉ．４％のＮｉ、１．５％のＣｕ、０．５％のＭｏ、１％のＣ、残部がＦｅ、または
ｉｖ．４％のＮｉ、２％のＣｕ、１．４％のＭｏ、１％のＣ、残部がＦｅ
であるとよい。
【００２７】
硬質相成分の最も好ましい組成は、
２％のＣ、２３．５％のＣｒ、１９．５％のＣｏ、１０．６％のＮｉ、１０．３％のＷ、残部がＦｅ、
２％のＣ、２３．８％のＣｒ、１４．７％のＣｏ、１０．７％のＮｉ、１５．５％のＷ、残部がＦｅ、または
２％のＣ、２４．７％のＣｒ、９．７％のＣｏ、５．３％のＮｉ、１５．３％のＷ、残部がＦｅ
であるとよい。
【００２８】
最も好ましい実施形態では、硬質相成分の組成は、
１．８％のＣ、２９．８％のＣｒ、５．１％のＣｏ、５．０％のＮｉ、２０．１％のＷ、残部がＦｅ
であるとよい。
【００２９】
最も好ましくは、マトリックス成分の組成は、
Ｆｅと予め合金化されている３％のＣｒ、Ｆｅと予め合金化されている０．５％のＭｏ、混合中に元素として加えられた１％のＣ、残部がＦｅ
であるとよい。
【００３０】
上記組成のいずれも、ＭｎＳ、任意選択的には、マトリックス成分または硬質相成分の１つをなす粉末の一種が生じる融液内に形成されるという点において、予め合金化されているＭｎＳのような機械加工助剤（ｍａｃｈｉｎａｂｉｌｉｔｙ  ａｉｄ）も含んでいるとさらに好ましく、これに加えて、ＣａＦ２、ＭｏＳ２、タルク、遊離片状黒鉛、ＢＮ、およびＢａＦ２からなる群から選択される固体潤滑剤が加えられると望ましい。
【００３１】
機械加工助剤および固体潤滑材は、いずれも、各々５％以下の量で加えられるとよく、前述の成分の種々の他の規定された百分率は、１つの組成の全ての成分の全ての百分率の総計が１００％になるように、減少することになる。
【００３２】
本発明の第２の態様によれば、前述の組成物に粉末冶金プロセス、例えば、焼結を行うことによって作製される物品が提供される。
【００３３】
前述の硬質相粉末組成物は、金属インゴットまたは合金インゴットの研削、油噴霧、ガス噴霧、空気噴霧、または水噴霧の１つ以上、または周知のコールドストリームＴＭ（登録商標）法を含む種々の異なる方法によって、作製されることも想定されている。とりわけ、ガス噴霧は、最も好ましい方法である。
【００３４】
前述した本発明は、硬質相成分にモリブデンが存在していないので、焼結に用いられる既存の金属／合金粉末組成物と比較して、大きな利点を有している。Ｍｏは、最終的な焼結物品の硬質相に極めて良好な耐摩耗特性を与えることが分かっているが、異常なほど高価であることがよく知られている。前述のようにして得られた本発明による組成物は、耐摩耗性が比較的良好であり、同時に著しく安価である。
【００３５】
以下、添付の図面を参照して、例を挙げて、本発明について説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による混合物から作製された焼結部品の拡大断面図である。
【図２】本発明による混合物から作製された部品および市販されている混合物／製品の比較摩耗統計量を示す図である。
【図３】本発明による混合物から作製された部品および市販されている混合物／製品の比較摩耗統計量を示す図である。
【図４】本発明による混合物から作製された部品および市販されている混合物／製品の比較摩耗統計量を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
まず、図１を参照すると、６３％の低合金鋼粉末と、３５％の硬質相粉末と、２％のＭｎＳと、を含む混合物から製造された部品の表面の高解像度画像が示されている。ここで、低合金鋼粉末は、具体的に、Ｆｅと予め合金化されている３％のＣｒ、Ｆｅと予め合金化されている０．５％のＭｏ、および混合中に元素として加えられた１％のＣを含み、残部がＦｅである組成を有し、硬質相粉末は、具体的に、１．８％のＣ、２９．８％のＣｒ、５．１％のＣｏ、５．０％のＮ、および２０．１％のＷを含み、残部がＦｅである組成を有している。焼結プロセス中、この材料に銅が溶浸されている。なお、図において、種々の相には、下記の符号が付されている。
２−硬質相
４−マトリックス
６−（溶浸された）銅
８−ＭｎＳ、機械加工助剤
【００３８】
図２を参照すると、８４．５％の高クロム鋼粉末と、１５％の硬質相粉末と、０．５％のＭｎＳと、から形成された材料の摩耗試験結果が示されている。ここで、高クロム鋼粉末は、具体的に、Ｆｅと予め合金化されている１８％のＣｒ、Ｆｅと予め合金化されている１２％のＮｉ、Ｆｅと予め合金化されている２．５％のＭｏ、および混合中に元素として加えられた１．５％のＣを含み、残部がＦｅである組成を有し、硬質相粉末は、具体的に、１．８％のＣ、２９．８％のＣｒ、５．１％のＣｏ、５．０％のＮｉ、および２０．１％のＷを含み、残部がＦｅである組成を有している。この材料を６．６ｇ／ｃｍ３の密度に加圧し、１２００℃の温度で３０分間真空焼結した。摩耗試験は、この焼結材料の表面を、その表面と接触して往復動する１／４インチボールの形態にあるステンレス鋼によって摩擦することによって、行った。試験は、空気中、温度を６００℃とし、２ｋｇの負荷を加え、３時間継続した。この摩耗試験を用いて、異なるターボチャージャー用ブッシング材料の耐摩耗性と比較することができる。図２は、前述の材料の質量損失を示し、この材料の質量損失が、フェデラル−モーグル・シンタード・プロダクツ（Ｆｅｄｅｒａｌ−Ｍｏｇｕｌ  Ｓｉｎｔｅｒｅｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ）によって現在生産されている市販のターボチャージャー用ブッシング材料の質量損失と比較されている。この現在生産されている材料は、フェデラル−モーグル・シンタード・プロダクツによって、材料グレード２６００と呼ばれているもので、どのような意図的な硬質相粉末添加材も含んでいない。図から、硬質相粉末添加材の利得が、明瞭に見て取れるだろう。
【００３９】
図３を参照すると、６３％の低合金鋼粉末と、３５％の硬質相粉末と、２％のＭｎＳと、から形成された材料の摩耗試験結果が示されている。ここで、低合金鋼粉末は、具体的に、Ｆｅと予め合金化されている３％のＣｒ、Ｆｅと予め合金化されている０．５％のＭｏ、および混合中に元素として加えられた１％のＣを含み、残部がＦｅである組成を有し、硬質相粉末は、具体的に、１．８％のＣ、２９．８％のＣｒ、５．１％のＣｏ、５．０％のＮｉ、および２０．１％のＷを含み、残部がＦｅである組成を有している。この材料を７ｇ／ｃｍ３の密度に加圧し、１０％Ｈ２／９０％Ｎ２雰囲気において、１１００℃の温度で３０分間焼結した。焼結プロセス中、加圧された部品に銅を溶浸させた。次いで、焼結した物品を、排気バルブシートインサートの形状に機械加工し、２リットルディーゼルエンジンのシリンダヘッド内に装着した。次いで、このシリンダヘッドをエンジンに装着し、混合試験サイクル下で３９０時間運転した。図３は、排気バルブの平均リセッション（ｒｅｃｅｓｓｉｏｎ）を示している。なお、このリセッションは、バルブシートインサートとバルブとの組合せ摩耗の結果として、生じている。また、図において、このバルブリセッションのレベルは、このエンジンにおいて原備品として用いられていた現在生産されているバルブシートインサート材料のバルブリセッションのレベルと比較されている。この原備品材料の組成は、この材料が専有技術によって製造された製品なので、十分には知られていないが、低合金鋼マトリックスを有し、３０％のＭｏを含むと考えられる硬質相を含有していることが判明しており、また、この材料には銅が溶浸されている。図から、本発明のすぐれた挙動が、明瞭に見て取れるだろう。
【００４０】
図４を参照すると、６５％の低合金鋼粉末と、３５％の硬質相粉末と、から形成された材料の摩耗試験結果が示されている。ここで、低合金鋼粉末は、具体的に、混合中に元素として加えられた３％のＣｕ、および混合中に元素として加えられた１％のＣを含み、残部がＦｅである組成を有し、硬質相粉末は、１．８％のＣ、２９．８％のＣｒ、５．１％のＣｏ、５．０％のＮｉ、および２０．１％のＷを含み、残部がＦｅである組成を有している。この材料を７ｇ／ｃｍ３の密度に加圧し、１０％Ｈ２／９０％Ｎ２雰囲気において、１１００℃の温度で３０分間焼結した。焼結プロセス中、加圧された部品に銅を溶浸させた。次いで、焼結した物品をバルブシートインサートの形状に機械加工し、バルブシートインサートリグ試験（ｒｉｇ  ｔｅｓｔ）によって評価した。このリグ試験では、バルブシートインサートおよびバルブは、実際のエンジン内のこれらの部品の配置および運転を模倣するように設計された取付け具内に組み込まれるようになっている。バルブを上下動させ、通常のシリンダヘッド内におけるのと同じように、バルブシートインサートと接触させた。試験は、１５０℃で、バルブを３０００ｒｐｍの速度で往復動させながら、５時間継続した。図４は、バルブシートインサートの接触面における平均摩耗深さを示している。比較データは、ここでも、フェデラル−モーグル・シンタード・プロダクツによって現在生産されている市販のバルブシートインサート材料に対するものである。この現在生産されている材料は、フェデラル−モーグル・シンタード・プロダクツによって、材料グレード３０１０と呼ばれているものであり、どのような意図的な硬質相粉末添加材も含んでいない。図から、硬質相粉末添加材の利得が、明瞭に見て取れるだろう。
【００４１】
本出願人によれば、このような具体例における焼結プロセスおよびパラメータも本発明の態様をなすものと見なされている。
【図１】
2010500474.tif 000003
【図２】
2010500474.tif 000004
【図３】
2010500474.tif 000005
【図４】
2010500474.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成19年12月6日(2007.12.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
５５〜９０％の鉄系マトリックス粉末と、
４５〜１０％の硬質相粉末と、
を含む（不可避的不純物を除く）組成を有する粉末冶金混合物であって、
前記硬質相粉末が、
少なくとも３０％のＦｅと、
１〜３％のＣ、
２０〜３５％のＣｒ、
２〜２２％のＣｏ、
２〜１５％のＮｉ、及び
８〜２５％のＷと、
の（不可避的不純物を除く）組成を有することを特徴とする粉末冶金混合物。
【請求項２】
前記硬質相の組成が、さらに、
Ｖ、
Ｔｉ、及び
Ｃｕ
の一種以上の元素を、トレース量より多いが、該元素の総計が５％を超えないように含むことを特徴とする請求項１に記載の混合物。
【請求項３】
前記鉄系マトリックス粉末が、不可避的不純物を除いて、１６〜２０％のＣｒ、１０〜１５％のＮｉ、０．１〜５％のＭｏ、および０〜２％のＣを含み、残部がＦｅである高クロム鋼であることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の混合物。
【請求項４】
前記鉄系マトリックス粉末が、総計で１９．６％以下の（不可避的不純物を除く）非鉄成分を含む低合金鋼粉末であり、前記非鉄成分が、本質的に、２％以下のＣを含み、任意選択的に、０〜２％のＭｏ、０〜５％のＣｕ、０〜５％のＣｒ、および０〜５％のＮｉの一種以上、および０．６％のＭｎ、ＰまたはＳの一種以上を含むことを特徴とする請求項１あるいは２に記載の混合物。
【請求項５】
前記鉄系マトリックス粉末が、工具鋼粉末であり、前記工具鋼が、不可避的不純物を除いて、０〜２％のＣ、３〜７％のＭｏ、４〜８％のＷ、２〜６％のＣｒ、および０．５〜４％のＶを含み、残部がＦｅであるタングステン−モリブデン系工具鋼であることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の混合物。
【請求項６】
好ましい組成が、１％のＣ、５％のＭｏ、６％のＷ、４％のＣｒ、および２％のＶを含むと共に、他の元素を各々０．５％未満の範囲内で含み、残部がＦｅであることを特徴とする請求項５に記載の混合物。
【請求項７】
前記非鉄成分が、
ｉ．特にＣの場合、混合中に元素として添加されるか、
ｉｉ．Ｆｅ成分と予め合金化され、予め合金化されたＦｅ／（一種以上の）非Ｆｅ金属粉末として前記混合物に加えられるか、
ｉｉｉ．Ｆｅ成分に拡散結合され、Ｆｅおよび一種以上の非Ｆｅ金属を含む拡散結合粉末として前記混合物に加えられるか、または
ｉｖ．上記の任意の組合せで加えられる
ことを特徴とする請求項４に記載の混合物。
【請求項８】
焼結プロセスが施され、前記焼結プロセス中に銅溶浸技術が用いられ、前記焼結プロセスの終了後、仕上げ物品の組成の百分率として５〜３０％の量の銅が含有されることを特徴とする、請求項４、５または請求項４、５に従属する請求項のいずれか一項に記載の混合物。
【請求項９】
焼結プロセスの終了後、仕上げ物品の百分率として８〜２２％の量の銅が含有されることを特徴とする請求項８に記載の混合物。
【請求項１０】
焼結プロセスの終了後、仕上げ物品の百分率として１２〜１８％の量の銅が含有されることを特徴とする請求項８に記載の混合物。
【請求項１１】
前記鉄系粉末マトリックスの組成が、３％のＣｒ、０．５％のＭｏ、および混合中に元素として加えられた１％のＣを含み、残部がＦｅであり、焼結プロセスの終了後、仕上げ物品の組成の百分率として表わされる１４％の量の銅が含有されることを特徴とする、請求項４に従属するときの請求項８〜１０のいずれか一項に記載の混合物。
【請求項１２】
前記低合金鋼の組成が、
ｉ．３％のＣｕ、１％のＣ、残部がＦｅ、
ｉｉ．３％のＣｒ、０．５％のＭｏ、１％のＣ、残部がＦｅ、
ｉｉｉ．４％のＮｉ、１．５％のＣｕ、０．５％のＭｏ、１％のＣ、残部がＦｅ、又は
ｉｖ．４％のＮｉ、２％のＣｕ、１．４％のＭｏ、１％のＣ、残部がＦｅ、
から選択されることを特徴とする、請求項４および請求項４に従属する請求項のいずれか一項に記載の混合物。
【請求項１３】
前記混合物における前記硬質相成分の組成が、
２％のＣ、２３．５％のＣｒ、１９．５％のＣｏ、１０．６％のＮｉ、１０．３％のＷ、残部がＦｅ、
２％のＣ、２３．８％のＣｒ、１４．７％のＣｏ、１０．７％のＮｉ、１５．５％のＷ、残部がＦｅ、又は
２％のＣ、２４．７％のＣｒ、９．７％のＣｏ、５．３％のＮｉ、１５．３％のＷ、残部がＦｅ、
から選択されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の混合物。
【請求項１４】
前記硬質相成分の組成が、
１．８％のＣ、２９．８％のＣｒ、５．１％のＣｏ、５．０％のＮｉ、２０．１％のＷ、残部がＦｅ
であることを特徴とする請求項１３に記載の混合物。
【請求項１５】
前記マトリックス成分の組成が、
Ｆｅと予め合金化されている３％のＣｒ、Ｆｅと予め合金化されている０．５％のＭｏ、混合中に元素として加えられた１％のＣ、残部がＦｅ
であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の混合物。
【請求項１６】
前記混合物が、機械加工助剤も含むことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の混合物。
【請求項１７】
前記機械加工助剤が、ＭｎＳであることを特徴とする請求項１６に記載の混合物。
【請求項１８】
前記ＭｎＳが、前記マトリックス成分または前記硬質相成分の１つをなす前記粉末の一種が生じる融液内に形成されるという点において、予め合金化されていることを特徴とする請求項１７に記載の混合物。
【請求項１９】
ＣａＦ２、ＭｏＳ２、タルク、遊離片状黒鉛、ＢＮ、およびＢａＦ２からなる群から選択される固体潤滑剤が、前記組成に加えられることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一項に記載の混合物。
【請求項２０】
前記機械加工助剤および前記固体潤滑材が、各々、５％以下の量で加えられることを特徴とする請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の混合物。
【請求項２１】
前記硬質相粉末組成物が、
金属インゴットまたは合金インゴットの研削、
油噴霧、ガス噴霧、空気噴霧、または水噴霧のうちの１つ以上、または
周知のコールドストリームＴＭ（登録商標）法、
のうちの１つ以上によって作製されることを特徴とする請求項１〜２０のいずれか一項に記載の混合物。
【請求項２２】
請求項１〜２１のいずれか一項に記載の粉末冶金混合物から圧粉、加熱、および冷却によって作製される物品。
【請求項２３】
請求項１〜２１のいずれか一項に記載の混合物から作製されるバルブシートインサートのような焼結物品。
【国際調査報告】
2010500474.tif 000007
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