(57)【要約】【課題】肉盛合金の靱性および耐摩耗性を向上させることを前提に、肉盛合金にガス欠陥が発生し難い肉盛用合金粉末を提供する。【解決手段】窒素を含有した鋼材の表面に肉盛るための肉盛合金用粉末であって、Ｍｏ：３０〜４５質量％、Ｎｉ：１０〜３０質量％、Ｃ：０．２〜０．６質量％、Ａｌ：０．３０〜２．０質量％、及び残部がＣｏと不可避不純物からなる。【選択図】図１
2016078022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素を含有した鋼材の表面に肉盛るための肉盛合金用粉末であって、
Ｍｏ：３０〜４５質量％、Ｎｉ：１０〜３０質量％、Ｃ：０．２〜０．６質量％、Ａｌ：０．３０〜２．０質量％、及び残部がＣｏと不可避不純物からなることを特徴とする肉盛用合金粉末。
【請求項２】
請求項１に記載の肉盛用合金粉末を溶融した肉盛合金を、前記鋼材に肉盛ったことを特徴とする肉盛合金部材。
【請求項３】
請求項２に記載の肉盛合金部材は、エンジン用バルブであって、
前記エンジン用バルブは、前記窒素を含有した前記鋼材の表面として、バルブシートと接触するバルブフェースを有しており、
該バルブフェースには前記肉盛合金が肉盛られていることを特徴とするエンジン用バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材の表面に肉盛を行うための肉盛用合金粉末、これを用いた肉盛合金部材、およびエンジン用バルブに係り、特に、高温環境下において好適な肉盛用合金粉末、これを用いた肉盛合金部材、およびエンジン用バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関の吸気バルブ、および排気バルブなど、高温環境下で用いられる機器には、耐摩耗性等を向上させるために、耐熱鋼が用いられている。特に、エンジンバルブのバルブフェースなどには、常温から高温にわたる広い温度範囲で、耐摩耗性、低相手攻撃性、耐熱性、及び耐熱衝撃性を有することが要求される。
【０００３】
従って、一般的にバルブ用材料として用いられる耐熱鋼では、これらの特性は十分でない。そのため、上記の特性を有する肉盛用粉末合金を溶融して、バルブフェースに肉盛（盛金）して前記特性を付与している。特に、ＣＮＧを燃料とするエンジンの場合、燃焼雰囲気の酸化力が弱いため、酸化特性に優れた（酸化膜）をつくりやすい肉盛用（盛金用）合金粉末が使用されている。
【０００４】
例えば、このような肉盛用合金粉末として、特許文献１には、第１の態様として、Ｃ：０．７〜１．０質量％、Ｍｏ：３０〜４０質量％、Ｎｉ：２０〜３０質量％、Ｃｒ：１０〜１５質量％、及び残部がＣｏと不可避不純物からなる肉盛用合金粉末が提案されている。
【０００５】
このような肉盛用合金粉末により肉盛られた肉盛合金部材の肉盛合金部分（以下、肉盛合金という）には、破壊の起点となるＭｏの初晶炭化物が生成されず、Ｍｏ，Ｃｒの共晶炭化物が生成される。これにより、肉盛合金の靭性および耐摩耗性を、従来の肉盛合金よりも向上させることができる。
【０００６】
さらに、特許文献１には、第２の態様として、上述した肉盛用合金粉末にＣｒを含有させない肉盛用合金粉末として、Ｃ：０．２〜０．５質量％、Ｍｏ：３０〜４０質量％、Ｎｉ：２０〜３０質量％、及び残部がＣｏと不可避不純物からなる肉盛用合金粉末が提案されている。
【０００７】
このような肉盛用合金粉末により肉盛られた肉盛合金部材の肉盛合金部分（以下、肉盛合金という）には、Ｍｏ及びＮｉの前記含有量に対して、Ｃを０．２〜０．５質量％とすることにより、肉盛用合金粉末によりに肉盛られた肉盛合金には、破壊の起点となる初晶炭化物が生成されず、Ｍｏの共晶炭化物が生成される。これにより、肉盛合金の靭性および耐摩耗性を、従来の肉盛合金よりも向上させることができ、耐熱衝撃性が向上することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−２５５４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、特許文献１の第１および第２の態様に係る肉盛用合金粉末を用いて肉盛りを行った場合には、肉盛合金の初晶炭化物の生成を抑え、肉盛合金の靱性および耐摩耗性を従来の肉盛合金よりも向上させることができる。
【００１０】
しかしながら、特許文献１に示す第１の態様の肉盛用合金粉末を用いて、たとえば、窒素を含有するオーステナイト系耐熱鋼などの鋼材に肉盛りを行った場合には、肉盛用合金粉末が溶融した肉盛合金にガス欠陥（ブローホール）が発生することがあった。特に、Ｃｒを減量した（Ｃｒを含有させない）第２の態様の肉盛用合金粉末を用いて肉盛りを行った場合には、このような現象がより顕著なものとなった。
【００１１】
本発明は、前記課題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、肉盛合金の靱性および耐摩耗性を向上させることを前提に、肉盛合金にガス欠陥が発生し難い肉盛用合金粉末を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、窒素を含有した鋼材に肉盛りを行う際、鋼材に含有する窒素が窒素ガスとなり、この窒素ガスが溶融状態の肉盛合金に介在することにより、肉盛合金にガス欠陥（ブローホール）が発生すると考えた。特に、肉盛用合金粉末にＣｒを含有しない場合、Ｃｒと比較してＭｏは窒化物を生成し難いため、肉盛りの際に、化合物を生成しない窒素が増えるため、十分に窒素ガスの生成を抑制することができないと考えた。そこで、発明者らは、このような窒素を化合物として、保持しやすい元素としてＡｌに着眼した。
【００１３】
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、本発明に係る肉盛用合金粉末は、窒素を含有した鋼材の表面に肉盛るための肉盛合金用粉末であって、Ｍｏ：３０〜４５質量％、Ｎｉ：１０〜３０質量％、Ｃ：０．２〜０．６質量％、Ａｌ：０．３０〜２．０質量％、及び残部がＣｏと不可避不純物からなるからなることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、肉盛用合金粉末にＡｌを上述した範囲で含有することにより、Ｍｏによる酸化皮膜により肉盛合金の耐摩耗性を損なうことなく、肉盛り時にＡｌと鋼材の窒素との窒化物を生成し、肉盛り時の窒素ガスの発生を抑制することができる。これにより、肉盛り時に肉盛合金にガス欠陥が発生することを抑えることができる。
【００１５】
また、肉盛用合金粉末にＭｏを上述した範囲で含有することにより、初晶炭化物の生成を抑えつつ、肉盛合金の表面に固体潤滑性に優れた保護膜として上述した酸化皮膜を形成することができるため、相手攻撃性を低減すると同時に耐摩耗性をも向上することができる。また、肉盛用合金粉末にＮｉを上述した範囲で含有することにより、初晶炭化物の生成を抑えつつ、肉盛合金の靱性を向上することができる。肉盛用合金粉末にＣを上述した範囲で含有することにより、初晶炭化物の生成を抑えつつ、Ｍｏとの炭化物を生成することで肉盛合金の耐摩耗性を向上することができる。
【００１６】
上述した肉盛用合金粉末を溶融した肉盛合金を、窒素を含有した鋼材に肉盛った肉盛合金部材は、肉盛合金にガス欠陥が少なく、肉盛合金の靱性および耐摩耗性がこれまで以上に高いものである。
【００１７】
特に、吸気バルブまたは排気バルブなどのエンジン用のバルブでは、その母材に窒素を含有したオーステナイト系耐熱鋼等の窒素を含有した鋼材が用いられることが多い。したがって、上述した肉盛合金部材をエンジン用バルブに適用した場合には、エンジン用バルブのバルブシートと接触するバルブフェースは、窒素を含有した鋼材の表面となる。したがって、このような、バルブフェースに、上述した肉盛用合金粉末を溶融した肉盛合金が肉盛られることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、肉盛合金の靱性および耐摩耗性を向上させることを前提に、肉盛合金にガス欠陥が発生し難い。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１〜３および比較例１、７に係る肉盛用合金粉末のＡｌの含有量と、ブローホール発生率との関係を示した図。
【図２】比較例１に係る肉盛合金の断面の拡大写真。
【図３】（ａ）〜（ｆ）は、実施例２〜４、比較例１〜３に係る肉盛合金の断面写真。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、比較例４〜７に係る肉盛合金の断面写真。
【図５】酸化開始温度の測定試験を行ったときの、実施例４および比較例２における肉盛用合金粉末の加熱温度と重量増加率の関係を示した図。
【図６】摩耗試験機の模式的概念図。
【図７】実施例４、および比較例２、６に係るエンジン用バルブの摩耗量の結果を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明の実施形態を詳述する。
１．肉盛用合金粉末について
本実施形態に係る肉盛用合金粉末は、窒素を含有した鋼材の表面に肉盛るための肉盛合金用粉末である。ここで、肉盛用合金粉末は、肉盛用合金粒子の集合物であり、肉盛用合金粒子に後述する元素（組成）が含有されたものである。
【００２１】
本実施形態に係る肉盛用合金粉末は、Ｍｏ：３０〜４５質量％、Ｎｉ：１０〜３０質量％、Ｃ：０．２〜０．６質量％、Ａｌ：０．３０〜２．０質量％、及び残部がＣｏと不可避不純物からなる。
【００２２】
このような硬質粒子は、上述した組成を上述した割合に配合した溶湯を準備し、この溶湯を噴霧化するアトマイズ処理で製造することができる。また、別の方法としては、溶湯を凝固させた凝固体を機械的粉砕で粉末化してもよい。アトマイズ処理としては、ガスアトマイズ処理及び水アトマイズ処理のいずれであってもよい。
【００２３】
ここで、上述した肉盛用合金粉末の組成の下限値及び上限値としては、後述する組成限定理由、更には、その範囲の中で、硬さ、固体潤滑性、密着性、又はコストなどを考慮して、適用される部材の各特性の重視度合に応じて適宜変更することができる。なお、以下の範囲で、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃ、Ａｌを含有することを前提に、肉盛合金の基地となるＣｏは、３０〜６０質量の範囲で含有することが好ましい。
【００２４】
１−１．Ｍｏ：３０〜４５質量％
肉盛用合金粉末の組成のうちＭｏは、肉盛合金を接触する相手材との凝着を抑制する酸化皮膜を形成するとともに、初晶炭化物の生成を抑えつつＭｏ炭化物を生成し、肉盛合金の耐摩耗性を向上させることを目的とした元素である。
【００２５】
肉盛用合金粉末に、Ｍｏを３０〜４５質量％含有させることにより、初晶炭化物の生成を抑えつつ、肉盛合金の表面に固体潤滑性に優れた保護膜として上述した酸化皮膜を形成することができるため、相手攻撃性を低減すると同時に耐摩耗性をも向上することができる。
【００２６】
ここで、肉盛用合金粉末に含有するＭｏが３０質量％未満では、生成されるＭｏ炭化物が少ないばかりでなく、硬質粒子の酸化開始温度が高くなり（たとえば後述する比較例８参照）、高温使用環境下におけるＭｏの酸化物の生成が抑制され、肉盛合金の耐摩耗性が低下してしまう。一方、Ｍｏの含有量が４５質量％を超えると、硬質粒子と鉄系基地との密着性が低下するばかりでなく、肉盛合金に初晶炭化物が生成され（たとえば後述する比較例９参照）、肉盛合金の靱性が低下することがある。より好ましいＭｏの含有量は、３０〜４０質量％である。
【００２７】
１−２．Ｎｉ：１０〜３０質量％
肉盛用合金粉末の組成のうちＮｉは、肉盛合金に初晶炭化物が生成されることを抑制し、肉盛合金の靱性の向上を目的とした元素である。肉盛用合金粉末に、Ｎｉを１０〜３０質量％含有させることにより、初晶炭化物の生成を抑えつつ、肉盛合金の靱性を向上することができる。より好ましいＮｉの含有量は、１０〜２０質量％である。
【００２８】
ここで、肉盛用合金粉末に含有するＮｉが１０質量％未満では、肉盛合金に初晶炭化物が生成され、肉盛合金の靱性が低下することがある（たとえば後述する比較例１０参照）。一方、Ｎｉが３０質量％を超えると、肉盛合金の耐摩耗性が低下することがある（たとえば後述する比較例１１参照）。
【００２９】
１−３．Ｃ：０．２〜０．６質量％
肉盛用合金粉末の組成のうちＣは、Ｍｏ炭化物の生成により肉盛合金の硬さを上昇させ、肉盛合金の耐摩耗性の向上を目的とした元素である。肉盛用合金粉末に、Ｃを０．２〜０．６質量％含有させることにより、初晶炭化物の生成を抑えつつ、Ｍｏとの炭化物を生成することで肉盛合金の耐摩耗性を向上することができる。
【００３０】
ここで、肉盛用合金粉末に含有するＣが０．２質量％未満では、肉盛合金に生成されるＭｏとの炭化物の量が十分ではなく、肉盛合金の耐摩耗性が低下することがある（たとえば後述する比較例１２参照）。一方、Ｃが０．６質量％を超えると、肉盛合金に初晶炭化物が生成されやすくなり、肉盛合金の靱性が低下することがある（たとえば、後述する比較例１３，１４を参照）。より好ましいＣの含有量は、０．３〜０．６質量％である。
【００３１】
１−４．Ａｌ：０．３０〜２．０質量％
肉盛用合金粉末の組成のうちＡｌは、Ｍｏに比べて、窒素元素と窒化物を形成し易いため、鋼材に含有する窒素由来の窒素ガスの発生を抑制し、肉盛合金にガス欠陥（ブローホール）が生成されることを抑制することを目的とした元素である。
【００３２】
肉盛用合金粉末に、Ａｌを０．３０〜２．０質量％含有させることにより、Ｍｏによる酸化皮膜により肉盛合金の耐摩耗性を損なうことなく、肉盛り時にＡｌと鋼材の窒素との窒化物を生成し、肉盛り時の窒素ガスの発生を抑制することができる。これにより、肉盛り時に肉盛合金にガス欠陥が発生することを抑えることができる。
【００３３】
ここで、肉盛用合金粉末に含有するＡｌが０．３０質量％未満では、ブローホール発生率が２０％を超えることがある（たとえば後述する比較例１、２等参照）。一方、Ａｌが２．０質量％を超えると、Ａｌの酸化膜が形成され易くなる（酸化開始温度が高くなる）ため（たとえば後述する比較例７参照）、バルブ作動温度で凝着摩耗を抑制するＭｏの酸化膜の形成が少なくなる。より好ましいＡｌの含有量は、０．８〜１．６質量％である。
【００３４】
２．肉盛合金部材について
上述した肉盛用合金粉末を用いて、プラズマ肉盛法などで、肉盛用合金粉末を溶融して、鋼材の表面にこれを肉盛り、肉盛合金部材を製造する肉盛られる鋼材（母材）は、窒素を含有した鋼材であり、たとえば、窒素を含有するオーステナイト系耐熱鋼（ＪＩＳ規格：ＳＵＨ３５，ＳＵＨ３６，ＳＵＨ３７，ＳＵＨ６６１等）を挙げることができる。
【００３５】
上述したように、このような鋼材に肉盛用合金粉末を肉盛った場合であっても、肉盛合金に発生するブローホールは少ない。特に鋼材に窒素を０．２質量％以上含有している場合には、肉盛用合金粉末は、肉盛合金のブローホールの発生の低減にはより効果的である。また、肉盛合金には、初晶炭化物が生成されないので、炭化物サイズは小さく、炭化物界面で歪の不整合が小さくなる。これにより、亀裂が生じ難い、靱性の高い肉盛合金を得ることができる。これに加え、本実施形態では、肉盛用合金粉末に含有するＡｌの量の上限を制限しているので、肉盛合金の表面に、固体潤滑性を有したＭｏの酸化皮膜が形成され、肉盛合金の凝着摩耗を低減することができる。
【００３６】
上述した製造方法で得られた耐摩耗性鉄基焼結合金は、高温使用環境下における機械的強度および耐摩耗性がこれまでのものよりも高い。例えば、高温の使用環境下となる、圧縮天然ガスや液化石油ガスを燃料とするエンジン用バルブ、ターボチャージャのウェストゲートバルブに好適に用いることができる。エンジン用バルブに適用した場合には、バルブシートと接触するバルブフェースに、上述した肉盛用合金粉末が肉盛られることになる。
【実施例】
【００３７】
以下に、本発明を具体的に実施した実施例について比較例と共に説明する。
〔実施例１〕
まず、本発明の実施例に相当する肉盛用合金粉末として、Ｍｏ：３０〜４５質量％、Ｎｉ：１０〜３０質量％、Ｃ：０．２〜０．６質量％、Ａｌ：０．３０〜２．０質量％、及び残部がＣｏと不可避不純物からなる含有条件を満たす肉盛用合金粉末を作製した。
【００３８】
具体的には、Ｍｏ：３０質量％、Ｎｉ：１０質量％、Ｃ：０．３質量％、Ａｌ：０．４質量％、及び残部がＣｏと不可避不純物からなる組成の肉盛合金（Ｃｏが基地となる合金）を１７００℃以上の温度で溶解し、不活性ガスを用いたガスアトマイズにより製造した肉盛用合金粉末を、４４〜１８０μｍの範囲に分級した。これにより、Ｃｏ−３０Ｍｏ−１０Ｎｉ−０．３Ｃ−０．４Ａｌの肉盛用合金粉末を得た。
【００３９】
次に、出力１００Ａ、処理速度５ｍｍ／ｓｅｃの条件でプラズマ溶接により、肉盛用合金粉末を１７００℃以上の温度に加熱してこれを溶融し、溶融した肉盛用合金粉末をオーステナイト系耐熱鋼（ＪＩＳ  ＳＵＨ３５）製エンジン用バルブのバルブフェースに、肉盛合金の肉盛（盛金）を行った。これにより、バルブフェースに肉盛合金が形成されたエンジン用バルブ（肉盛合金部材）を得た。さらに、後述する各種試験に応じて、同様の組成からなる試験体（肉盛合金部材）を作製した。
【００４０】
〔実施例２〕
実施例１と同じようにして、バルブフェースに肉盛り（盛金）を行ったエンジン用バルブと、試験体を製作した。実施例１と相違する点は、表１に示すように、肉盛用合金粉末のＡｌの含有量を０．８質量％にした点である。すなわち、実施例２に係る肉盛用合金粉末は、Ｃｏ−３０Ｍｏ−１０Ｎｉ−０．３Ｃ−０．８Ａｌの組成からなる粉末である。
【００４１】
〔実施例３〕
実施例１と同じようにして、バルブフェースに肉盛り（盛金）を行ったエンジン用バルブと、試験体を製作した。実施例１と相違する点は、表１に示すように、肉盛用合金粉末のＡｌの含有量を１．６質量％にした点である。すなわち、実施例３に係る肉盛用合金粉末は、Ｃｏ−３０Ｍｏ−１０Ｎｉ−０．３Ｃ−１．６Ａｌの組成からなる粉末である。
【００４２】
〔実施例４〕
実施例１と同じようにして、バルブフェースに肉盛り（盛金）を行ったエンジン用バルブと、試験体を製作した。実施例１と相違する点は、表１に示すように、肉盛用合金粉末のＭｏの含有量を４０質量％、Ｎｉの含有量を２０質量％、Ａｌの含有量を１．６質量％にした点である。すなわち、実施例４に係る肉盛用合金粉末は、Ｃｏ−４０Ｍｏ−２０Ｎｉ−０．３Ｃ−１．６Ａｌの組成からなる粉末である。
【００４３】
〔実施例５〕
実施例１と同じようにして、バルブフェースに肉盛り（盛金）を行ったエンジン用バルブと、試験体を製作した。実施例１と相違する点は、表１に示すように、肉盛用合金粉末のＭｏの含有量を４０質量％、Ｎｉの含有量を２０質量％、Ｃの含有量を０．６質量％、Ａｌの含有量を０．８質量％にした点である。すなわち、実施例５に係る肉盛用合金粉末は、Ｃｏ−４０Ｍｏ−２０Ｎｉ−０．６Ｃ−０．８Ａｌの組成からなる粉末である。
【００４４】
〔比較例１〕
実施例１と同じようにして、バルブフェースに肉盛り（盛金）を行ったエンジン用バルブと、試験体を製作した。実施例１と相違する点は、表１に示すように、肉盛用合金粉末にＡｌを含有させなかった点である。すなわち、比較例１に係る肉盛用合金粉末は、Ｃｏ−３０Ｍｏ−１０Ｎｉ−０．３Ｃの組成からなる粉末である。
【００４５】
〔比較例２〕
実施例１と同じようにして、バルブフェースに肉盛り（盛金）を行ったエンジン用バルブと、試験体を製作した。実施例１と相違する点は、表１に示すように、肉盛用合金粉末のＭｏの含有量を４０質量％、Ｎｉの含有量を２０質量％にし、Ａｌを含有させなかった点である。すなわち、比較例２に係る肉盛用合金粉末は、Ｃｏ−４０Ｍｏ−２０Ｎｉ−０．３Ｃの組成からなる粉末である。
【００４６】
〔比較例３〕
実施例１と同じようにして、バルブフェースに肉盛り（盛金）を行ったエンジン用バルブと、試験体を製作した。実施例１と相違する点は、表１に示すように、肉盛用合金粉末にＡｌを含有させなかった点と、Ｎｂを２質量％さらに含有させた点である。すなわち、比較例３に係る肉盛用合金粉末は、Ｃｏ−３０Ｍｏ−１０Ｎｉ−０．３Ｃ−２Ｎｂの組成からなる粉末である。
【００４７】
〔比較例４〕
実施例１と同じようにして、バルブフェースに肉盛り（盛金）を行ったエンジン用バルブと、試験体を製作した。実施例１と相違する点は、表１に示すように、肉盛用合金粉末にＡｌを含有させなかった点と、Ｔｉを１．４質量％さらに含有させた点である。すなわち、比較例４に係る肉盛用合金粉末は、Ｃｏ−３０Ｍｏ−１０Ｎｉ−０．３Ｃ−１．４Ｔｉの組成からなる粉末である。
【００４８】
〔比較例５〕
実施例１と同じようにして、バルブフェースに肉盛り（盛金）を行ったエンジン用バルブと、試験体を製作した。実施例１と相違する点は、表１に示すように、肉盛用合金粉末のＭｏの含有量を３８質量％、Ｎｉの含有量を２０質量％にした点と、Ａｌを含有させなかった点と、Ｍｎを５質量％、Ｎｂを２質量％さらに含有させた点である。すなわち、比較例５に係る肉盛用合金粉末は、Ｃｏ−３８Ｍｏ−２０Ｎｉ−０．３Ｃ−５Ｍｎ−２Ｎｂの組成からなる粉末である。
【００４９】
〔比較例６〕
実施例１と同じようにして、バルブフェースに肉盛り（盛金）を行ったエンジン用バルブと、試験体を製作した。実施例１と相違する点は、表１に示すように、肉盛用合金粉末のＭｏの含有量を３１質量％、Ｃの含有量を０．８質量％にした点と、Ａｌを含有させなかった点と、Ｆｅを１３質量％、Ｍｎを６質量％、Ｃｒを４質量％、Ｓｉを０．８質量％さらに含有させた点である。すなわち、比較例６に係る肉盛用合金粉末は、Ｃｏ−３１Ｍｏ−１０Ｎｉ−０．８Ｃ−１３Ｆｅ−６Ｍｎ−４Ｃｒ−０．８Ｓｉの組成からなる粉末である。
【００５０】
〔比較例７〕
実施例１と同じようにして、バルブフェースに肉盛り（盛金）を行ったエンジン用バルブと、試験体を製作した。実施例１と相違する点は、表１に示すように、肉盛用合金粉末のＡｌの含有量を２．４質量％にした点である。すなわち、比較例７に係る肉盛用合金粉末は、Ｃｏ−３０Ｍｏ−１０Ｎｉ−０．３Ｃ−２．４Ａｌの組成からなる粉末である。
【００５１】
〔比較例８〕
実施例１と同じようにして、バルブフェースに肉盛り（盛金）を行ったエンジン用バルブと、試験体を製作した。実施例１と相違する点は、表１に示すように、肉盛用合金粉末のＭｏの含有量を２５質量％、Ｎｉの含有量を２０質量％にした点、Ａｌを含有させなかった点である。すなわち、比較例８に係る肉盛用合金粉末は、Ｃｏ−２５Ｍｏ−２０Ｎｉ−０．３Ｃの組成からなる粉末である。
【００５２】
〔比較例９〕
実施例１と同じようにして、バルブフェースに肉盛り（盛金）を行ったエンジン用バルブと、試験体を製作した。実施例１と相違する点は、表１に示すように、肉盛用合金粉末のＭｏの含有量を５０質量％、Ｎｉの含有量を２０質量％にした点、Ａｌを含有させなかった点である。すなわち、比較例９に係る肉盛用合金粉末は、Ｃｏ−５０Ｍｏ−２０Ｎｉ−０．３Ｃの組成からなる粉末である。
【００５３】
〔比較例１０〕
実施例１と同じようにして、バルブフェースに肉盛り（盛金）を行ったエンジン用バルブと、試験体を製作した。実施例１と相違する点は、表１に示すように、肉盛用合金粉末のＭｏの含有量を４０質量％、Ｎｉの含有量を５質量％にした点、Ａｌを含有させなかった点である。すなわち、比較例１０に係る肉盛用合金粉末は、Ｃｏ−４０Ｍｏ−５Ｎｉ−０．３Ｃの組成からなる粉末である。
【００５４】
〔比較例１１〕
実施例１と同じようにして、バルブフェースに肉盛り（盛金）を行ったエンジン用バルブと、試験体を製作した。実施例１と相違する点は、表１に示すように、肉盛用合金粉末のＭｏの含有量を４０質量％、Ｎｉの含有量を３５質量％にした点、Ａｌを含有させなかった点である。すなわち、比較例１１に係る肉盛用合金粉末は、Ｃｏ−４０Ｍｏ−３５Ｎｉ−０．３Ｃの組成からなる粉末である。
【００５５】
〔比較例１２〕
実施例１と同じようにして、バルブフェースに肉盛り（盛金）を行ったエンジン用バルブと、試験体を製作した。実施例１と相違する点は、表１に示すように、肉盛用合金粉末のＭｏの含有量を４０質量％、Ｎｉの含有量を２０質量％にした点、ＣおよびＡｌを含有させなかった点である。すなわち、比較例１２に係る肉盛用合金粉末は、Ｃｏ−４０Ｍｏ−２０Ｎｉの組成からなる粉末である。
【００５６】
〔比較例１３〕
実施例１と同じようにして、バルブフェースに肉盛り（盛金）を行ったエンジン用バルブと、試験体を製作した。実施例１と相違する点は、表１に示すように、肉盛用合金粉末のＭｏの含有量を４０質量％、Ｃの含有量を１．０質量％にした点、Ａｌを含有させなかった点である。すなわち、比較例１３に係る肉盛用合金粉末は、Ｃｏ−４０Ｍｏ−１０Ｎｉ−１．０Ｃの組成からなる粉末である。
【００５７】
〔比較例１４〕
実施例１と同じようにして、バルブフェースに肉盛り（盛金）を行ったエンジン用バルブと、試験体を製作した。実施例１と相違する点は、表１に示すように、肉盛用合金粉末のＭｏの含有量を４０質量％、Ｎｉの含有量を２０質量％、Ｃの含有量を１．５質量％にした点、Ａｌを含有させなかった点である。すなわち、比較例１４に係る肉盛用合金粉末は、Ｃｏ−４０Ｍｏ−２０Ｎｉ−１．５Ｃの組成からなる粉末である。
【００５８】
＜ブローホール発生率の測定試験＞
実施例１〜４および比較例１〜７に係る肉盛用合金粉末で肉盛りした肉盛合金を複数作製し、それぞれの肉盛合金の断面を切り出した。肉盛合金の断面を光学顕微鏡を用いて１００倍に拡大し、肉盛合金に発生したブローホールの発生率を測定した。この結果を以下の表１および図１に示す。
【００５９】
ここで、表１の括弧内には、ブローホールの発生した肉盛合金の個数／肉盛りを行った肉盛合金の個数を示した。図１は、実施例１〜３および比較例１、７に係る肉盛用合金粉末のＡｌの含有量と、ブローホール発生率との関係を示した図である。なお、図２に、比較例１に係る肉盛合金の断面の拡大写真を示した。
【００６０】
＜組織観察（初晶炭化物の有無の確認試験）＞
実施例１〜５および比較例１〜１４に係る肉盛用合金粉末で肉盛りされた肉盛合金の断面を切り出し、この断面の組織を観察し、肉盛合金に初晶炭化物が生成されているかを確認した。この結果を以下の表１に示す。また、図３（ａ）〜（ｆ）は、実施例２〜４、比較例１〜３に係る肉盛合金の断面写真であり、図４（ａ）〜（ｄ）は、比較例４〜７に係る肉盛合金の断面写真である。
【００６１】
＜シャルピー試験（衝撃値の測定試験）＞
実施例１〜４および比較例２、３、５、６、１３、１４に係る肉盛用合金粉末で肉盛りした肉盛合金を切り出して、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２（３号試験片）の切欠きを廃止し断面寸法を１０×５ｍｍに変更した試験片を用いてシャルピー試験を行い、衝撃値（Ｊ／ｃｍ２）を測定した。この結果を以下の表１に示す。
【００６２】
＜硬さ試験＞
実施例１〜４、比較例１〜７、比較例１１〜１４に係る肉盛用合金粉末で肉盛りされた肉盛合金の断面を切り出して、肉盛合金の硬さをＪＩＳ  Ｚ  ２２４４に準拠して、硬度計を用いて測定した。この結果を以下の表１に示す。
【００６３】
＜酸化開始温度の測定試験＞
実施例４、および比較例２、６〜８、１３、１４に係る肉盛用合金粉末を用いて、肉盛用合金粉末を大気中で加熱して酸化させ、この場合における酸化に伴う重量増加が急に始まる温度を測定した。この温度を酸化開始温度とみなした。この結果を以下の表１、図５に示す。図５は、酸化開始温度の測定試験を行ったときの、実施例４および比較例２における肉盛用合金粉末の加熱温度と重量増加率の関係を示した図である。
【００６４】
＜摩耗試験＞
図６は、摩耗試験機の模式的概念図であり、この摩耗試験機を用いて、実施例３、４および比較例２、６、１１、１２に係る肉盛用合金粉末で肉盛りしたエンジン用バルブ１３に対して、肉盛合金部分の相手攻撃性、耐摩耗性を調べた。具体的にはプロパンガスバーナー１０を加熱源に用い、前記のように肉盛されたバルブフェース１４と、Ｆｅ系焼結材料からなるバルブシート１２との摺動部をプロパンガス燃焼雰囲気とした。
【００６５】
バルブシート１２の温度を３００℃に制御し、スプリング１６によりバルブフェース１４とバルブシート１２との接触時に１８ｋｇｆの荷重を付与し、２０００回／ｍｉｎの割合でバルブフェース１４とバルブシート１２を接触させて８時間の摩耗試験を行った。この摩耗試験において、基準位置からのバルブ沈み量を測定した。このバルブ沈み量は、エンジン用バルブ１３がバルブシート１２と接触することによって双方が摩耗した摩耗量（摩耗深さ）に相当するものである。この結果を以下の表１および図７に示す。図７は、実施例４、および比較例２、６に係るエンジン用バルブの摩耗量の結果を示した図である。
【００６６】
【表１】
2016078022.tif 000003
【００６７】
（結果１：Ａｌの適正含有量）
表１および図１に示すように、実施例１〜４に係る肉盛合金のブローホール発生率は、比較例１〜４のものに比べて低い値となった。これは、実施例１〜４に係る肉盛用合金粉末は、本発明で示す範囲でＡｌを０．３〜２．０質量％含有しているからであると考えられる。特に、実施例１〜４に示す範囲（０．４〜１．６質量％）で、Ａｌを含有すれば、上述した効果はより一層確実なものになると考えられる。
【００６８】
この結果は、実施例１〜４に係る肉盛用合金粉末で肉盛りを行った場合、肉盛られる母材に含有する窒素と、肉盛用合金粉末に含有するＡｌとが反応し、窒化アルミニウムが生成されるため、肉盛り時に窒素ガスの発生が抑制されたからであると考えられる。
【００６９】
より具体的には、肉盛用合金粉末を構成する元素のうち、ＭｏとＡｌが窒化物を生成しやすい元素であり、Ａｌは、肉盛用合金粉末に含有するＭｏよりも窒化物生成の自由エネルギーが大きい。このため、実施例１〜４では、比較例１〜４に比べて、肉盛り時に母材由来の窒素による窒化物が生成され易くなり、ブローホールの発生（窒素ガスの発生）が抑えられたと考えられる。
【００７０】
一方、比較例１〜４に係る肉盛用合金粉末で肉盛りを行った場合、肉盛られる母材由来の窒素が窒素ガスとなって、溶融状態の肉盛合金に介在し、この結果、肉盛合金にブローホール（ガス欠陥）が発生したと考えられる。
【００７１】
ここで、比較例３に示すように、Ｍｏよりも窒化物生成の自由エネルギーが大きいＮｂを肉盛用合金粉末に添加したとしても、Ａｌの方がＮｂよりも窒化物生成の自由エネルギーが大きいため、肉盛り時に、窒素ガスが発生してしまうと考えられる。この結果、肉盛用合金粉末にＮｂを添加しても、肉盛合金にブローホールが発生することを抑えることがほとんどできないと考えられる。
【００７２】
これに対して、比較例４に示すように、肉盛用合金粉末Ｔｉに添加すれば、Ｎｂを添加したものよりも、肉盛り時に窒素ガスの発生は若干低減される。しかしながら、実施例１〜４に係る肉盛合金の硬さに比べて、比較例４に係る肉盛合金の硬さが小さいことからも明らかなように、肉盛用合金粉末にＴｉを添加することにより、肉盛合金の硬さが低下してしまう。これにより、実施例１〜４に係る肉盛合金に比べて、比較例４に係る肉盛合金は、耐摩耗性が低くなる傾向にあると考えられる。
【００７３】
さらに、比較例５に示すように、比較例３に比べてＭｏの含有量を増量させ、肉盛用合金粉末にさらにＭｎを添加すれば、Ｍｏの窒化物の生成量が増加し、Ｍｎは、Ｃｏ、Ｎｉと比べて窒素が固溶しやすいので、肉盛り時の窒素ガスの発生を抑制することができる。しかしながら、この場合、肉盛用合金粉末にＭｎを添加することにより、図４（ｂ）に示すように、肉盛合金に初晶炭化物が生成されてしまう。この結果、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、肉盛合金に初晶炭化物が無い実施例２〜４、および表１に示す実施例１、５に比べて、比較例５に係る肉盛合金の衝撃値は著しく低くなる（靱性が低下する）。
【００７４】
一方、比較例６に示すように、肉盛用合金粉末にＣｒを添加すれば、肉盛り時にＣｒの窒化物が生成されやすい。しかし、この場合も比較例５と同様に、肉盛用合金粉末にＭｎが添加されているので、肉盛合金に初晶炭化物が生成され（図４（ｃ）参照）、肉盛合金の靱性が低下してしまう。特に、比較例６に係る肉盛合金の硬さは、表１に示すように、実施例４のものに比べて低いため、図７に示すように、実施例４に比べてその摩耗量が大きくなったと考えられる。
【００７５】
ここで、図５に示すように、実施例４に係る肉盛用合金粉末は、比較例２に係る肉盛用合金粉末に比べて酸化開始温度が高くなる。これは、実施例４に係る肉盛用合金粉末はＡｌをさらに含有していることから、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の保護膜が肉盛用合金粉末の粒子表面に形成されたからであると推定される。したがって、肉盛用合金粉末にＡｌを添加した場合、肉盛りされた肉盛合金の表面にも、酸化アルミニウムが形成されることが想定され、肉盛合金の表面には、凝着摩耗に有効な酸化モリブデン（ＭｏＯ２）が形成されにくくなる。特に、比較例７に係る肉盛用合金粉末の如く、肉盛用合金粉末に含有するＡｌの含有量が多すぎると、酸化開始温度が上昇してしまい、このような現象がより顕著なものになると考えられる。
【００７６】
（結果２：Ｍｏの適正含有量）
表１に示すように、比較例８に係る肉盛用合金粉末は、実施例１〜５に係る肉盛用合金粉末とは異なり、Ｍｏの含有量が３０質量％未満（具体的には２５質量％）であるので、酸化開始温度が高くなったと考えられる。これにより、比較例８に係る肉盛用合金粉末を用いた肉盛られた肉盛合金の表面には、凝着摩耗に有効な酸化モリブデン（ＭｏＯ２）が形成されにくくなると考えられる。
【００７７】
一方、表１に示すように、比較例９に係る肉盛用合金粉末は、実施例１〜５に係る肉盛用合金粉末とは異なり、Ｍｏの含有量が４５質量％を超えている（具体的には５０質量％である）ので、Ｍｏの炭化物による初晶炭化物が生成される。このため、比較例９に係る肉盛合金の靱性は、実施例１〜５のものに比べて低いと考えられる。
【００７８】
以上のことから、実施例１〜５に係る肉盛用合金粉末は、本発明で示す範囲でＭｏを３０〜４５質量％含有していることから、肉盛合金の耐凝着摩耗と靱性を確保することができ、実施例１〜５に示す範囲（３０〜４０質量％）で肉盛用合金粉末に対してＭｏを含有すれば、上述した効果はより一層確実なものになると考えられる。
【００７９】
（結果３：Ｎｉの適正含有量）
表１に示すように、比較例１０に係る肉盛用合金粉末は、実施例１〜５に係る肉盛用合金粉末とは異なり、Ｎｉの含有量が１０質量％未満（具体的には５質量％）である。これにより、Ｎｉによる初晶炭化物の生成を抑制する効果が十分に期待できないと考えられる。この結果、比較例１０に係る肉盛合金では初晶炭化物が生成され、その靱性は、実施例１〜５のものに比べて低いと考えられる。
【００８０】
一方、表１に示すように、比較例１１に係る肉盛用合金粉末は、実施例１〜５に係る肉盛用合金粉末とは異なり、Ｎｉの含有量が３０質量％を超えている（具体的には３５質量％である）。これにより、炭化物が減少して硬さが低下するため（たとえば表１の比較例２と比較例１１の硬さを参照）、実施例１〜５のものに比べて摩耗しやすいと考えられる（たとえば表１の実施例３、４、および比較例１１の摩耗量を参照）。
【００８１】
以上のことから、実施例１〜５に係る肉盛用合金粉末は、本発明で示す範囲でＮｉを１０〜３０質量％含有していることから、肉盛合金の耐摩耗性と靱性を確保することができ、実施例１〜５に示す範囲（１０〜２０質量％）で肉盛用合金粉末に対してＮｉを含有すれば、上述した効果はより一層確実なものになると考えられる。
【００８２】
（結果４：Ｃの適正含有量）
表１に示すように、比較例１２に係る肉盛用合金粉末は、実施例１〜５に係る肉盛用合金粉末とは異なり、Ｃの含有量が０．２質量％未満である（具体的には炭素を含有していない）。これにより、肉盛合金においてＭｏとの炭化物の生成が十分ではなく、実施例１〜５のものに比べて摩耗しやすいと考えられる（たとえば表１の実施例３、４、および比較例１２の摩耗量を参照）。
【００８３】
一方、表１に示すように、比較例１３、１４に係る肉盛用合金粉末は、実施例１〜５に係る肉盛用合金粉末とは異なり、Ｃの含有量が０．６質量％を超えている（具体的には比較例１３では１．０質量％、比較例１４では１．５質量％である）。これにより、比較例１３、１４に係る肉盛合金は、初晶炭化物が生成されるため、実施例１〜５のものに比べて靱性が低下すると考えられる（たとえば表１の実施例１〜４、および比較例１３，１４の衝撃値を参照）。
【００８４】
以上のことから、実施例１〜５に係る肉盛用合金粉末は、本発明で示す範囲でＣを０．２〜０．６質量％含有していることから、肉盛合金の耐摩耗性と靱性を確保することができ、実施例１〜５に示す範囲（０．３〜０．６質量％）で肉盛用合金粉末に対してＣを含有すれば、上述した効果はより一層確実なものになると考えられる。
【００８５】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【図１】
2016078022.tif 000004
【図２】
2016078022.tif 000005
【図３】
2016078022.tif 000006
【図４】
2016078022.tif 000007
【図５】
2016078022.tif 000008
【図６】
2016078022.tif 000009
【図７】
2016078022.tif 000010