(57)【要約】【課題】  より簡素な工程にもかかわらず優れた接合強度や耐磨耗性を実現できる耐摩耗性機械部品及びその製造方法を提供すること。  【解決手段】鉄系母材上に炭化物、窒化物及び硼化物を含む群から選択された一つ以上の硬質粒子を所定の厚さに積層する段階と；硬質粒子層上に結合剤粉末を所定の厚さに積層する段階と；鉄系母材と硬質粒子が互いに接合するように前記硬質粒子、結合剤粉末、及び鉄系母材を加熱する段階とからなる。さらに、本発明はこのような段階により製造された耐摩耗性機械部品を備える。このような本発明によれば、高硬度と優れた耐摩耗性能を有する耐摩耗性機械部品を得ることができる。また、従来のように硬質粒子と結合剤を混合して成形する過程を経なくても高硬度の耐摩耗性機械部品を得ることができる。また、混合して成形する過程を経ないため作業工程が短縮されて、作業時間とコストが顕著に減るようになる。  【選択図】  図２
2005187944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐摩耗性機械部品を製造する方法において、
鉄系母材上に炭化物、窒化物及び硼化物を含む群から選択された一つ以上の硬質粒子を所定の厚さに積層する段階と；
前記硬質粒子層上に結合剤粉末を所定の厚さに積層する段階と；
前記鉄系母材と硬質粒子が互いに接合するように前記硬質粒子、結合剤粉末、及び鉄系母材を加熱する段階と；を含む耐摩耗性機械部品の製造方法。
【請求項２】
前記鉄系母材上に硬質粒子を積層する段階後に、積層された前記硬質粒子層を所定の圧力で加圧する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の耐摩耗性機械部品の製造方法。
【請求項３】
前記硬質粒子を加圧する段階において、前記所定の圧力値は１０〜５０００ｋｇ／ｃｍ２の範囲であることを特徴とする請求項２に記載の耐摩耗性機械部品の製造方法。
【請求項４】
前記結合剤粉末は、ホウ素（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）及びニッケル（Ｎｉ）を含み、
前記ホウ素（Ｂ）は結合剤全体組成物の重量を基準に１〜５重量％、シリコン（Ｓｉ）は結合剤全体組成物の重量を基準に１〜５重量％、クロム（Ｃｒ）は結合剤全体組成物の重量を基準に５〜１０重量％、鉄（Ｆｅ）は結合剤組成物の重量を基準に１〜５重量％であり、その残りはニッケル（Ｎｉ）が添加されることを特徴とする請求項１に記載の耐摩耗性機械部品の製造方法。
【請求項５】
前記結合剤粉末が、前記硬質粒子の１〜５倍の重量で添加されることを特徴とする請求項４に記載の耐摩耗性機械部品の製造方法。
【請求項６】
前記加熱段階は、９８０℃〜１２００℃の温度で、５分から１０時間行うことを特徴とする請求項１に記載の耐摩耗性機械部品の製造方法。
【請求項７】
前記結合剤粉末は、炭素（Ｃ）、ホウ素（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）及びニッケル（Ｎｉ）を含み、
前記炭素（Ｃ）は結合剤全体組成物の重量を基準に０．０１〜１重量％、ホウ素（Ｂ）は結合剤全体組成物の重量を基準に０．５〜１０重量％、シリコン（Ｓｉ）は結合剤全体組成物の重量を基準に３〜１２重量％、クロム（Ｃｒ）は結合剤全体組成物の重量を基準に２〜２０重量％、鉄（Ｆｅ）は結合剤全体組成物の重量を基準に０．１〜４重量％であり、その残りはニッケル（Ｎｉ）が添加されることを特徴とする請求項１に記載の耐摩耗性機械部品の製造方法。
【請求項８】
前記結合剤粉末が、前記硬質粒子の０．２〜４倍の重量で添加されることを特徴とする請求項７に記載の耐摩耗性機械部品の製造方法。
【請求項９】
前記結合剤粉末は、炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）及びニッケル（Ｎｉ）を含み、
前記炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）は結合剤全体組成物の重量を基準に０．６〜１１重量％、シリコン（Ｓｉ）は結合剤全体組成物の重量を基準に３〜１２重量％、クロム（Ｃｒ）は結合剤全体組成物の重量を基準に２〜２０重量％、鉄（Ｆｅ）は結合剤全体組成物の重量を基準に０．１〜４重量％であり、その残りはニッケル（Ｎｉ）が添加されることを特徴とする請求項１に記載の耐摩耗性機械部品の製造方法。
【請求項１０】
前記結合剤粉末が、各元素の粉末を互いに混合して作られることを特徴とする請求項４に記載の耐摩耗性機械部品の製造方法。
【請求項１１】
前記結合剤粉末が、各元素の成分が合金化された粉末であることを特徴とする請求項４に記載の耐摩耗性機械部品の製造方法。
【請求項１２】
請求項１から１１に記載のいずれかの方法により製造された耐摩耗性機械部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は耐摩耗性機械部品及びその製造方法に関するもので、より詳細には、金属母材に超硬合金層を形成して耐摩耗性が要求される摩擦接触部に使用する耐摩耗性機械部品及びその製造方法に関するものである。  
【背景技術】
【０００２】
通常、超硬合金は、タングステン炭化物、クロム炭化物などの炭化物、窒化物、硼化物などのような硬質粒子と、ニッケル、コバルトなどの単一金属またはニッケル合金、コバルト合金の結合剤とから成る。このような超硬合金は、耐摩耗性に優れ、工具類及び耐摩耗性が大きく要求される機械部品に広く用いられている。
【０００３】
このような超硬合金を機械的な部品に用いるためには、鉄係合金などのような金属母材（以下「母材」と略称する）に接合した後、使用するのが一般的である。その接合方法の一例として、硬質粒子と結合剤を混合し、混合された混合物を所望の形態に成形し、この成形された成形体を所定の温度で加熱し焼結体を製造する。次に、製造した焼結体を金属フィラーによって母材に接合し、または金属フィラーを用いることなく母材に接合した後、使用する方法がある。
【０００４】
接合方法の他の例として、硬質粒子と樹脂を混合し、結合剤と樹脂を混合して所望の形態に成形し、成形した混合体を母材上に配置した後、これを加熱して樹脂を除去しつつ、母材に接合して使用する方法がある。
【０００５】
ところが、上記の２種類の方法は、いずれも所望の形態に成型した焼結体や混合体を製造した後、これを母材と接触させて加熱接合する方法であるため、混合、成形、及び焼結の工程を必要とする。したがって、このような機械部品の製造には多くの製作工程を必要とする問題点があった。このため、製作時間や労働力の削減が困難であり、製造コストの上昇を招来していた。
【０００６】
さらに、上記の方法では焼結体を母材に接合しなければならないので、母材の形状が複雑な場合、接合が困難になる。このため、これら方法を適用できる機械部品の形状が限定されてしまうという問題点があった。
【０００７】
上記問題点を解決するために、焼結段階を省略した成形体を母材と熱接合して使用する方法があるが、熱接合時に成形体が熱収縮するため、亀裂（ひび割れ）が発生する等の問題点があった。
【０００８】
接合方法の他の例として溶射法が知られている。この溶射法は硬質粒子と結合剤粉末を所定の比率で混合し、混合された混合物を高温高圧ガスにより溶融点以上に加熱した後、加熱した混合物を母材へ溶射する。そして、多量の気孔が含まれる不均質な溶射被膜を形成し、形成した溶射被膜を再溶融することによって気孔を除去し、母材に接合させる方法がある。
【０００９】
この溶射法による接合方法は、加熱した混合物を母材に溶射する過程において混合粉末が分散し消失するため、回収率が低いという問題点があった。また、硬質粒子と結合剤粉末を混合と溶融、そして溶融した混合物の母材への溶射、さらに溶射後母材に形成された溶射被膜の再溶融というように工程が非常に複雑であるという問題点があった。このため製造時間と労働力の削減が困難であり、製造コストの上昇を招いていた。  
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記問題点に鑑み、本発明の目的は、より簡素な工程にもかかわらず優れた接合強度を実現できる耐摩耗性機械部品及びその製造方法を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、より簡素な工程にもかかわらず高硬度であり、かつ優れた耐摩耗性能を実現できる耐摩耗性機械部品及びその製造方法を提供することにある。
【００１２】
本発明のさらに他の目的は、母材の形状による制限を受けることなく優れた接合強度を実現できる耐摩耗性機械部品及びその製造方法を提供することにある。  
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の耐摩耗性機械部品の製造方法は、耐摩耗性機械部品を製造する方法において、鉄系母材上に炭化物、窒化物及び硼化物を含む群から選択された一つ以上の硬質粒子を所定の厚さに積層する段階と；前記硬質粒子層上に結合剤粉末を所定の厚さに積層する段階と；前記鉄系母材と硬質粒子が互いに接合するように前記硬質粒子、結合剤粉末、及び鉄系母材を加熱する段階と；を含むことを特徴とする。
【００１４】
また、前記鉄系母材上に硬質粒子を積層する段階後に、積層された前記硬質粒子層を所定の圧力で加圧する段階をさらに含むことが好ましい。
【００１５】
さらに、前記硬質粒子を加圧する段階において、前記所定の圧力値は１０〜５０００ｋｇ／ｃｍ２の範囲であることが好ましい。
【００１６】
前記結合剤粉末は、ホウ素（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）及びニッケル（Ｎｉ）を含み、前記ホウ素（Ｂ）は結合剤全体組成物の重量を基準に１〜５重量％、シリコン（Ｓｉ）は結合剤全体組成物の重量を基準に１〜５重量％、クロム（Ｃｒ）は結合剤全体組成物の重量を基準に５〜１０重量％、鉄（Ｆｅ）は結合剤組成物の重量を基準に１〜５重量％であり、その残りはニッケル（Ｎｉ）が添加されることが好ましい。
【００１７】
また、前記結合剤粉末は、前記硬質粒子の１〜５倍の重量で添加されることが好ましい。
【００１８】
さらに、前記加熱段階は、９８０℃〜１２００℃の温度で、５分から１０時間行うことが好ましい。
【００１９】
前記結合剤粉末は、炭素（Ｃ）、ホウ素（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）及びニッケル（Ｎｉ）を含み、前記炭素（Ｃ）は結合剤全体組成物の重量を基準に０．０１〜１重量％、ホウ素（Ｂ）は結合剤全体組成物の重量を基準に０．５〜１０重量％、シリコン（Ｓｉ）は結合剤全体組成物の重量を基準に３〜１２重量％、クロム（Ｃｒ）は結合剤全体組成物の重量を基準に２〜２０重量％、鉄（Ｆｅ）は結合剤全体組成物の重量を基準に０．１〜４重量％であり、その残りはニッケル（Ｎｉ）が添加されることが好ましい。
【００２０】
前記結合剤粉末は、前記硬質粒子の０．２〜４倍の重量で添加されることが好ましい。
【００２１】
また、前記結合剤粉末は、炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）及びニッケル（Ｎｉ）を含み、前記炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）は結合剤全体組成物の重量を基準に０．６〜１１重量％、シリコン（Ｓｉ）は結合剤全体組成物の重量を基準に３〜１２重量％、クロム（Ｃｒ）は結合剤全体組成物の重量を基準に２〜２０重量％、鉄（Ｆｅ）は結合剤全体組成物の重量を基準に０．１〜４重量％であり、その残りはニッケル（Ｎｉ）が添加されることが好ましい。
【００２２】
また、前記結合剤粉末は、各元素の粉末を互いに混合して作られることが好ましい。
【００２３】
また、前記結合剤粉末は、各元素の成分が合金化された粉末であることが好ましい。
【００２４】
本発明の耐摩耗性機械部品は、上記本発明に係る耐摩耗性機械部品の製造方法によって製造される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る耐摩耗性機械部品及びその製造方法によれば、高硬度と優れた耐摩耗性能を備えた耐摩耗性機械部品を得ることができる。そして、従来のように硬質粒子と結合剤を混合して成形する過程を必要とせず、高硬度の耐摩耗性機械部品を得ることができる。また、混合して成形する過程を必要としないため、作業工程や作業時間の短縮を図ることができ、製造コストの大幅な低減を実現することができる。また、硬質粒子と結合剤を母材上に積層した後加熱して接合するため、母材の形状による制限を受けることなく母材と超硬合金を接合させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明に係る耐摩耗性機械部品及びその製造方法の好ましい実施形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態の耐摩耗性機械部品は鉄系母材１０と、この鉄系母材１０に接合される超硬合金層４０とからなる。この超硬合金層４０は炭化物、窒化物または硼化物の中から選択された一以上の硬質粒子とニッケル基質の結合剤との混合粉末を加熱して製造したものである。
【００２８】
ここで、結合剤はホウ素（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）及びニッケル（Ｎｉ）から構成されている。本実施形態における当該実施例においては、組成比はホウ素（Ｂ）が結合剤全体の組成物の重量を基準に１〜５重量％、シリコン（Ｓｉ）が結合剤全体組成物の重量を基準に１〜５重量％、クロム（Ｃｒ）が結合剤全体組成物の重量を基準に５〜１０重量％、鉄（Ｆｅ）が結合剤全体組成物の重量を基準に１〜５重量％、その残りがニッケル（Ｎｉ）となっている。この結合剤は硬質粒子の重量の１〜５倍に添加される。
【００２９】
一方、結合剤の他の実施例として、炭素（Ｃ）、ホウ素（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）及びニッケル（Ｎｉ）から構成され、その組成比は炭素（Ｃ）が結合剤全体組成物の重量を基準に０．０１〜１重量％、ホウ素（Ｂ）が結合剤全体組成物の重量を基準に０．５〜１０重量％、シリコン（Ｓｉ）が結合剤全体の組成物の重量を基準に３〜１２重量％、クロム（Ｃｒ）が結合剤全体組成物の重量を基準に２〜２０重量％、鉄（Ｆｅ）が結合剤全体の組成物の重量を基準に０．１〜４重量％、その残りがニッケル（Ｎｉ）となっている。本実施例の結合剤は硬質粒子との混合性に優れていなければならず、硬質粒子の重量に対比して０．２〜４倍という割合で添加される。
【００３０】
一方、結合剤の構成成分として炭素（Ｃ）とホウ素（Ｂ）が含有されることもあるが、その代わりに炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）を添加することも可能である。炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）を添加する場合は、炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）が結合剤全体の組造成物の重量を基準に０．６〜１１重量％程度の割合で添加される。
【００３１】
以下、このような構成を有する耐摩耗性機械部品の製造方法を図２ないし図６を参照しつつ詳細に説明する。
【００３２】
本実施形態の製造方法は、超硬合金の原料である硬質粒子を鉄系母材１０上に所定の厚さに積層し硬質粒子層２０を形成する（Ｓ１０１）。ここで、原料粉末としては炭化物、窒化物、または硼化物などを使用し、炭化タングステン（ＷＣ）が含まれる。
【００３３】
硬質粒子の積層完了後、続いて結合剤粉末を硬質粒子層２０上に所定の厚さに積層して結合剤層３０を形成する（Ｓ１０３）。ここで、結合剤粉末としてはホウ素（Ｂ）またはホウ素が含まれている化合物と、シリコン（Ｓｉ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）及びニッケル（Ｎｉ）が含まれる。結合剤粉末の構成は、合金化された粉末を使用することも可能であり、場合によってはそれぞれの元素粉末自体を互いに混合して使用することも可能である。
【００３４】
本実施例の試験結果を表１に示す。この試験結果によると結合剤であるホウ素（Ｂ）は結合剤組成物の重量を基準に１重量％ないし５重量％、シリコン（Ｓｉ）は結合剤組成物の重量を基準に１重量％ないし５重量％、クロム（Ｃｒ）は結合剤組成物の重量を基準に５重量％ないし１０重量％、鉄（Ｆｅ）は結合剤組成物の重量を基準に１重量％ないし５重量％、その残りはニッケル（Ｎｉ）とする組成が最も好ましいことを示している。
【００３５】
これはホウ素、シリコン、鉄、クロム、及びニッケルの添加量が上記範囲外の割合である場合、結合剤の融点が高まるので、後述する熱処理過程において硬質粒子と反応せず、さらに鉄系母材と接合が行われないためである。
【００３６】
さらに、表２に示す試験結果によれば、結合剤は硬質粒子の重量に対して１倍ないし５倍の重量を有することが最も好ましいことが理解できる。これは結合剤の重量が硬質粒子の重量の１倍未満であると、熱処理過程において超硬合金層に亀裂（ひび割れ）が形成されるからである。また、結合剤の重量が硬質粒子の重量の５倍を超過する場合には、熱処理後、超硬合金層の硬度が低くなる恐れがあるためである。
【００３７】
【表１】
2005187944.tif 000003
【００３８】
【表２】
2005187944.tif 000004
【００３９】
一方、結合剤粉末の他の実施例として、炭素（Ｃ）、ホウ素（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）及びニッケル（Ｎｉ）からなる構成も可能である。この結合剤粉末の構成は、合金化された粉末を使用することも可能であり、場合によってそれぞれの元素粉末自体を互いに混合して使用することも可能である。
【００４０】
試験結果によれば、他の実施例の結合剤である炭素（Ｃ）は結合剤組成物の重量を基準に０．０１重量％ないし１重量％、ホウ素（Ｂ）は結合剤組成物の重量を基準に０．５重量％ないし１０重量％、シリコン（Ｓｉ）は結合剤組成物の重量を基準に３重量％ないし１２重量％、クロム（Ｃｒ）は結合剤組成物の重量を基準に２重量％ないし２０重量％、鉄（Ｆｅ）は結合剤組成物の重量を基準に０．１重量％ないし４重量％、その残りはニッケル（Ｎｉ）で組成することが最も好ましい。
【００４１】
これは、結合剤の融点を低下させるホウ素とシリコンが、各々０．５重量％、３．０重量％未満の割合で添加されると、ニッケル合金の融点低下効果が微々たるものになり、ホウ素とシリコンが、各々１０重量％、１２重量％の割合を超えると、各々Ｎｉ-Ｓｉ-ＢまたはＳｉ-Ｂ系列の化合物を形成して結合剤の脆性を高めるためである。したがって、ホウ素とシリコンの組成は結合剤重量を基準に各々０．５〜１０重量％、３〜１２重量％の割合とすることが適正である。
【００４２】
また、耐蝕性の向上および高温での強度増加の効果を有するクロムが、２重量％ 未満の割合で添加されると、耐蝕性に及ぼす影響が微々たるものとなり、２０重量％の割合を超えて添加されると、炭化物を形成しニッケル合金の耐蝕性を低下させるためである。したがってクロムの造成は結合剤重量を基準に２〜２０重量％の割合とすることが適正である。
【００４３】
そして固溶硬化元素として作用する炭素と鉄が結合剤に添加されないと、ニッケル合金の硬度値は著しく低くなり、炭素が１．０重量％超過に添加されると固溶されない余分の炭素が発生して組織の均一性を低下させ、鉄が４重量％超過で添加されるとＮｉ-Ｆｅ系化合物が形成され既知ニッケル合金の硬度値を低下させる。したがって炭素と鉄の組成は結合剤重量を基準に各々０．０１〜１重量％、０．１〜４重量％の割合とすることが適正である。
【００４４】
そして、試験結果によれば、他の実施例の結合剤は硬質粒子の重量に対比して０．２倍ないし４倍の重量を有することが最も好ましい。結合剤の重量が硬質粒子重量の０．２倍未満であると、後に行われる熱処理過程において結合剤粉末が硬質粒子の孔隙間に侵入するには重量が不足する。このため、熱処理後、超硬合金層に亀裂（ひび割れ）が形成される恐れがある。一方、結合剤の重量が硬質粒子重量の４倍を超えると、硬質粒子の孔隙間に侵入した後、残存する結合剤粉末が接合面の上面や下面に流動してしまう。このため、熱処理後、接合面の表面に凹凸が形成される。
【００４５】
一方、他の実施例では結合剤の構成成分として炭素（Ｃ）とホウ素（Ｂ）を含むが、それらの代わりに炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）を添加することも可能である。炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）は９００℃以上の温度で既知ニッケル合金に各ホウ素（Ｂ）と炭素（Ｃ）で固溶されて作用するため炭素とホウ素の置換物として用いることができる。炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）を添加する場合には、炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）を結合剤全体組成物の重量を基準に０．６〜１１重量％程度の割合になるように添加することが好ましい。
【００４６】
図２、図４、及び図５に示すように、本実施形態の方法は、硬質粒子の積層と結合剤の積層が完了後、順に積層された硬質粒子層（２０）と結合体層（３０）を加熱処理して鉄系母材（１０）と硬質粒子を互いに接合させる（Ｓ１０５）。即ち、積層された硬質粒子層（２０）と結合体層（３０）とが加熱されると結合剤は溶融され、結合剤が硬質粒子層（２０）の孔隙間に侵入、通過し、硬質粒子を固定しながら鉄系母材（１０）と接触した後、拡散反応によって接合される。このような反応により鉄系母材（１０）には超硬合金層（４０）が形成される。
【００４７】
熱処理は、不活性ガスまたは還元成である窒素、水素、アルゴンガスが混合された雰囲気または酸素トーチまたは真空雰囲気において、約９８０〜１２００℃の温度で５分ないし１０時間実施する。
【００４８】
熱処理段階の完了後、接合した鉄系母材と超硬合金（すなわち耐摩耗性機械部品）を常温で徐々に冷却し、冷却完了後、機械部品を機械加工処理する（Ｓ１０７）。機械加工処理は、機械部品の内面及び外面に加工及び研磨処理を適宜行うことによって、精度を高めることができる。
【００４９】
上記製造行程を経た耐摩耗性機械部品は鉄系母材１０と超硬合金層４０とが高い接合強度を備えつつ接合され、その様子は図６において示されている。
【００５０】
次に、図７ないし図１１を参照しつつ、本発明に係る耐摩耗性機械部品製造方法の他の実施形態を説明する。この他の実施形態の製造方法は、鉄系母材１０上に硬質粒子を所定の厚さに積層（Ｓ１０１）した後に、積層された硬質粒子層２０を加圧手段、例えばプレス等で加圧する段階（Ｓ１０１-１）をさらに含むことを特徴とする。
【００５１】
硬質粒子層２０を加圧する理由は、鉄系母材１０上に硬質粒子を均一に分布させると共に、硬質粒子等の間に発生した孔隙を減少させるためである。鉄系母材１０上に硬質粒子が均一に分布していない場合、後の熱処理時に超硬合金の硬度値が低下する原因になるからである。また、硬質粒子等の間に発生した孔隙を減少させないと、孔隙の間に侵入する高価な結合剤を十分な接合を実現するための必要量以上使用しなければならず、製造コストが上昇するだけでなく、熱処理時に超硬合金の硬度値が低下する原因を招来するからである。
【００５２】
積層された硬質粒子層２０への加圧力は約１０〜５０００ｋｇ／ｃｍ２であることが好ましい。加圧力が１０ｋｇ／ｃｍ２未満では、硬質粒子が均一に分布することが困難であり、また硬質粒子等の間の孔隙を十分に除去することができない。一方、加圧力が５０００ｋｇ／ｃｍ２を超えると、鉄系母材１０の変形が発生する恐れがある。
【００５３】
本実施形態の製造方法によれば、硬質粒子層２０を加圧して硬質粒子間の孔隙を減少し、密度を増加させることによって、高価な結合剤の必要量以上の使用を防止しつつ、熱処理による超硬合金の硬度の増加を実現することができる。そして、この超硬合金の硬度の増加は、耐摩耗性機械部品の耐摩耗性能の向上を実現する。
【００５４】
発明者は本発明の製造方法により耐摩耗性機械部品を製造する過程で、結合剤の組成比及び加熱条件を前述した範囲内において設定し、製造された耐摩耗性機械部品に対する摩耗性試験を行わった。摩耗性試験方法及び結果は次の通りである。  
【実施例１】
【００５５】
直径５ｃｍの円板状の鉄系母材上にタングステンカーバイド（ＷＣ）粉末からなる硬質粒子１００ｇを均一に分散して配置した。次に、これを１００ｋｇ／ｃｍ２圧力で加圧した。さらに、０．４５重量％の炭素（Ｃ）粉末、３．５重量％のホウ素（Ｂ）粉末、３．０重量％のシリコン（Ｓｉ）粉末、８重量％のクロム（Ｃｒ）粉末、２．５重量％の鉄（Ｆｅ）粉末、残りはニッケル（Ｎｉ）粉末からなる結合剤粉末を加圧された硬質粒子上に均一に配置した。この結合剤粉末の量は硬質粒子対比０．８倍となる８０ｇである。これを真空雰囲気の加熱炉に装入して１１００℃にて１時間加熱し、厚さ約１．５ｍｍの超硬合金層を備えた耐摩耗性機械部品を製造した。超硬合金接合体の超硬合金層には、ひび割れや凹凸は観察されず、超硬合金層の硬度もＨＲＡ８０〜８３程度の値が均一に得られた。また土砂を利用した摩耗試験では、摩耗量は鉄係合金に比べて１／３以下であった。
【実施例２】
【００５６】
直径５ｃｍの円板状の鉄系母材上に窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）粉末からなる硬質粒子１００ｇを均一に分散して配置した。次に、これを１０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で加圧した。さらに、０．０１０重量％の炭素（Ｃ）、０．５重量％のホウ素（Ｂ）、３．０重量％のシリコン（Ｓｉ）、２．０重量％のクロム（Ｃｒ）、０．１重量％の鉄（Ｆｅ）、残りはニッケル（Ｎｉ）からなる合金化された結合剤粉末を加圧された硬質粒子上に均一に配置した。この結合剤粉末の量は硬質粒子対比０．５倍の５０ｇである。これを待機中の加熱炉に装入して１０５０℃、１時間加熱し、厚さ約０．８ｍｍの硬質合金層を備えた耐摩耗部品を製造した。硬質合金接合体の硬質合金層にはひび割れや 凹凸は観察されず、硬質合金層の硬度もＨＲＡ８２〜８５程度の値が均一に得られた。また土砂を利用した摩耗試験では、摩耗量は鉄係合金に比べて１／５以下であった。
【実施例３】
【００５７】
直径５ｃｍの円板状の鉄系母材上にタングステンカーバイド（ＷＣ）粉末８０ｇとクロムカーバイド（Ｃｒ３Ｃ２）粉末２０ｇからなる硬質粒子１００ｇを均一に分散して配置した。次に、これを１５００ｋｇ／ｃｍ２圧力で加圧した。さらに、１．０重量％の炭素（Ｃ）、１０．０重量％のホウ素（Ｂ）、１２．０重量％のシリコン（Ｓｉ）、２０．０重量％のクロム（Ｃｒ）、４．０重量％の鉄（Ｆｅ）、残りはニッケル（Ｎｉ）からなる合金化された結合剤粉末を加圧された硬質粒子上に均一に配置した。この結合剤粉末の量は硬質粒子対比０．３倍の３０ｇである。次に、酸素トーチを利用して１２００℃、５分間加熱して厚さ約０．５ｍｍの超硬合金層を備えた耐摩耗部品を製造した。超硬合金接合体の超硬合金層にはひび割れや凹凸は観されず、超硬合金層の硬度もＨＲＡ８４〜８６程度の値が均一に得られた。また土砂を利用した摩耗試験では、摩耗量は鉄係合金に比べて１／６以下であった。
【実施例４】
【００５８】
直径５ｃｍの円板状の鉄系母材上にタングステンカーバイド（ＷＣ）粉末８０ｇとクロムカーバイド（Ｃｒ３Ｃ２）粉末２０ｇからなる硬質粒子１００ｇを均一に分散して配置した。次に、これを１５００ｋｇ／ｃｍ２圧力で加圧した。さらに、３．５重量％の炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）粉末、４．５重量％のシリコン（Ｓｉ）粉末、１１．０重量％のクロム（Ｃｒ）粉末、２．８重量％の鉄（Ｆｅ）粉末、残りはニッケル（Ｎｉ）粉末からなる結合剤粉末を加圧された硬質粒子上に均一に配置した。この結合剤粉末の量は硬質粒子対比０．２倍の２０ｇである。これを還元雰囲気の加熱炉を利用して１１００℃、３０分間加熱し、厚さ約０．３ｍｍの超硬合金層を備えた耐摩耗部品を製造した。超硬合金接合体の超硬合金層にはひび割れや凹凸は観察されず、超硬合金層の硬度もＨＲＡ８５〜８６程度の値が均一に得られた。また土砂を利用した摩耗試験では、摩耗量は鉄係合金に比べて１／７以下であった。
【実施例５】
【００５９】
直径５ｃｍの円板状の鉄系母材上にタングステンカーバイド（ＷＣ）粉末８０ｇと窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）粉末２０ｇからなる硬質粒子１００ｇを均一に分散して配置した。次に、これを１０ｋｇ／ｃｍ２圧力で加圧した。さらに、２．５重量％の炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）、４．５重量％のシリコン（Ｓｉ）、１１．０重量％のクロム（Ｃｒ）、２．８重量％の鉄（Ｆｅ）、残りはニッケル（Ｎｉ）からなる合金化された結合剤粉末を加圧された硬質粒子上に均一に配置した。この結合剤粉末の量は硬質粒子対比０．８倍の８０ｇである。これを真空雰囲気の加熱炉を利用して９８０℃、５分間加熱し、厚さ約１．５ｍｍの超硬合金層を備えた耐摩耗部品を製造した。超硬合金接合体の超硬合金層にはひび割れや凹凸は観察されず、超硬合金層の硬度もＨＲＡ８０〜８２程度の値が均一に得られた。また土砂を利用した摩耗試験では、摩耗量は鉄係合金に比べて１／４以下であった。
【実施例６】
【００６０】
直径５ｃｍの円板状の鉄系母材上にタングステンカーバイド（ＷＣ）粉末８０ｇと窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）粉末１６ｇ、炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）粉末４ｇからなる硬質粒子１００ｇを均一に分散して配置した。次に、これを５０００ｋｇ／ｃｍ２圧力で加圧した。さらに、２．０重量％の炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）、４．５重量％のシリコン（Ｓｉ）、１１．０重量％のクロム（Ｃｒ）、２．８重量％の鉄（Ｆｅ）、残りはニッケル（Ｎｉ）からなる合金化された結合剤粉末を加圧された硬質粒子上に均一に配置した。この結合剤粉末の量は硬質粒子対比０．９倍の９０ｇである。これを真空雰囲気の加熱炉を利用して１１００℃、５分間加熱し、厚さ約２ｍｍの硬質合金層を備えた耐摩耗部品を製造した。硬質合金接合体の硬質合金層にはひび割れや凹凸は観察されず、硬質合金層の硬度もＨＲＡ８７〜８８程度の値が均一に得られた。また土砂を利用した摩耗試験では、摩耗量は鉄係合金に比べて１／１０以下であった。
【実施例７】
【００６１】
直径５ｃｍの円板状の鉄系母材上にタングステンカーバイド（ＷＣ）粉末８０ｇと窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）粉末１６ｇ、炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）粉末４ｇからなる硬質粒子１００ｇを均一に分散して配置した。次に、これを５０００ｋｇ／ｃｍ２圧力で加圧した。さらに、２．０重量％の炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）、４．５重量％のシリコン（Ｓｉ）、１１．０重量％のクロム（Ｃｒ）、２．８重量％の鉄（Ｆｅ）、残りはニッケル（Ｎｉ）からなる合金化された結合剤粉末を加圧された硬質粒子上に均一に配置した。この結合剤粉末の量は硬質粒子対比４倍の４００ｇである。これを真空雰囲気の加熱炉を利用して１１００℃、５分間加熱し、厚さ約５ｍｍの硬質合金層を備えた耐摩耗部品を製造した。硬質合金接合体の硬質合金層にはひび割れや凹凸は観察されず、硬質合金層の硬度もＨＲＡ８１〜８２程度の値が均一に得られた。また土砂を利用した摩耗試験では、摩耗量は鉄係合金に比べて１／３以下であった。
【００６２】
このように、本発明による結合剤組成比と加熱条件、そして製造方法によって製造された耐摩耗性機械部品は、高硬度と優れた耐摩耗性能及び優れた内衝撃性能を有することが分かった。
【００６３】
以上、本発明に係る好ましい実施形態とその実施例を例示したが、本発明の範囲はこのような特定の実施形態とその実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範疇内において適切に変更可能であることは勿論である。  
【産業上の利用可能性】
【００６４】
以上説明したように、本発明に係る耐摩耗性機械部品及びその製造方法は、高硬度と優れた耐摩耗性能を備えた耐摩耗性機械部品を得ることができる。特に、従来のように硬質粒子と結合剤を混合して成形する過程を必要とせず、高硬度の耐摩耗性機械部品を得ることができる。また、混合して成形する過程を必要としないため、作業工程と作業時間の短縮化を図ることができ、製造コストの大幅な低減を実現することができる。さらに、硬質粒子と結合剤を母材上に積層した後加熱して接合するため、母材の形状による制限を受けることなく母材と超硬合金を接合させることができる。  
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明に係る実施形態の耐摩耗性機械部品を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明に係る実施形態の耐摩耗性機械部品の製造方法の各工程の順序を示す説明図である。
【図３】図２に示す実施形態の第１工程を模式的に示す断面図である。
【図４】図２に示す実施形態の第２工程を模式的に示す断面図である。
【図５】図２に示す実施形態の第３工程を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明に係る耐磨耗性機械部品の製造方法により製造された耐摩耗性機械部品の超硬合金と鉄系母材の接合境界面の顕微鏡組織を示す断面図である。
【図７】本発明に係る他の実施形態の耐摩耗性機械部品の製造方法の各工程の順序を示す説明図である。
【図８】図７に示す他の実施形態の第１工程を模式的に示す断面図である。
【図９】図７に示す他の実施形態の第２工程を模式的に示す断面図である。
【図１０】図７に示す他の実施形態の第３工程を模式的に示す断面図である。
【図１１】図７に示す他の実施形態の第４工程を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０  鉄系母材
２０  硬質粒子層
３０  結合体層
４０  超硬合金層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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