(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｏ：１０〜３０重量％、Ｗ ：１０〜３０重量％の１種又は２種（ＭｏとＷの複合含有の場合は合計量１０〜３０重量％）、Ｃｒ：２０〜５０重量％、Ｓｉ：０.２〜０.５重量％を含有し、残部はＮｉ及び不可避不純物からなる化学組成を有するプラスチック混練機・成形機部材用耐食耐摩耗性Ｎｉ合金。
【請求項２】
Ｎｉの一部が、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕから選ばれる１種もしくは２種以上の元素で置換され、その含有量（２種以上の場合は合計量）は３〜１０重量％である化学組成を有する請求項１に記載のプラスチック混練機・成形機部材用耐食耐摩耗Ｎｉ合金。
【請求項３】
Ｎｉの一部が、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａから選ばれる１種又は２種以上の元素で置換され、その含有量（２種以上の場合は合計量）は３〜２０重量％である化学組成を有する請求項１又は２に記載のプラスチック混練機・成形機部材用耐食耐摩耗Ｎｉ合金。
【請求項４】
Ｎｉの一部が、Ｆｅで置換され、その含有量は１０重量％以下である化学組成を有する請求項１ないし３のいずれか１項に記載のプラスチック混練機・成形機部材用耐食耐摩耗Ｎｉ合金。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のＮｉ合金からなる熱間静水圧加圧焼結体であるプラスチック混練機又は成形機の構成部材。
【請求項６】
母材の表面に熱間静水圧加圧成形焼結体として一体成形された、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のＮｉ合金からなるライニング層を有するプラスチック混練機又は成形機の構成部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチック混練機又は成形機の部材として使用される耐食耐摩耗性に優れたＮｉ合金および該合金からなる混練機・成形機用部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラスチック成形技術分野では、樹脂組成物の混練機，成形機を構成する部材の耐食性の改善が強く要請されている。例えば、ふっ素樹脂は耐熱性，耐薬品性等に優れることから需要が増大しているが、その樹脂組成物の混練／成形の際に弗化水素酸を含む腐食性成分を発生するため、機器の腐食損傷が大きな問題となり、また燐酸等を含む樹脂組成物の混練／成形を行なう機器部材には、優れた耐食性を要求されることが多くなっている。
【０００３】
従来、プラスチックの混練機・成形機の構成部材、例えばシリンダ、スクリュー、ノズル等の部材料として、「ハステロイＣ」合金(Cr:16,Mo:
16,W: 4,Ni:Bal）、「インコネル６２５」合金（Cr:20,Mo:10,Nb:4,Ni:Bal）、
「コルモノイ♯５」合金（Cr:11.5,Fe:4.25,Si:3.75,B:2.5,C:0.65,Ni:Bal）、
「コルモノイ♯６」合金（Cr:13.5,Fe:4.75,Si:4.25,B:3.0,C:0.75,Ni:Bal）等のＮｉ合金が使用されている（元素含有量はいずれも重量％）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記合金は耐食性・耐摩耗性等の特性に一長一短を有する。「ハステロイＣ」合金、「インコネル６２５」合金は、卓抜した耐食性を有するものの、耐摩耗性に乏しく、特にセラミックス・ファイバー等の硬質物質を配合された樹脂組成物の混練・成形操業では、機材の摩耗損傷が進み易い。他方「コルモノイ♯５,♯６」等の合金は、耐摩耗性に優れてはいるが、耐食性に問題があり、腐食環境に対する信頼性に乏しい。
本発明は上記に鑑み、プラスチックの混練機・成形機等の構成部材料として改良された耐食性及び耐摩耗性を具備するＮｉ合金および該合金からなる部材を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のＮｉ合金は、Ｍｏ：１０〜３０％、Ｗ ：１０〜３０％の１種又は２種（ＭｏとＭｏの複合含有の場合は合計量１０〜３０％）、Ｃｒ：２０〜５０％、Ｓｉ：０.２〜０.５重量％を含有し、残部はＮｉ及び不可避不純物からなる化学組成を有している。
【０００６】
本発明のＮｉ合金は、所望により、下記（ａ）〜（ｃ）項の１又は複数項から選択される１種ないし２種以上の元素でＮｉの一部を置換することにより、前記諸元素と共にこれら元素を含有する化学組成が与えられる。
（ａ）Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕから選ばれる１種又は２種以上の元素：３〜１０重量％（２種以上の場合は合計量）、（ｂ）周期表第ＩＶＢ族、第ＶＢ族から選ばれる１種又は２種以上の元素：３〜２０重量％（２種以上の場合は合計量）、（ｃ）Ｆｅ：１０重量％以下。
【０００７】
本発明合金の成分限定理由は次のとおりである。元素含有量「％」は重量％である。
Ｍｏ：１０〜３０％
Ｍｏは基地中に固溶して合金の耐食性、特にハロゲン系等の非酸化性酸に対する腐食抵抗性を高める。またＭｏの一部はＮｉと結合し金属間化合物（Ｎｉ７Ｍｏ６等）を生成することによりマトリックスの耐摩耗性を高める。これらの効果を得るために１０％以上の添加を要する。増量により効果を増す。好ましくは１５％以上である。しかし、３０％を越えると耐食性の効果はほぼ飽和し、また強度の低下を生じるので、これを上限とする。
【０００８】
Ｗ：１０〜３０％
Ｗは、Ｍｏと同じように基地中に固溶して合金の耐食性を高める。特に、ハロゲン系等の非酸化性酸に対する腐食抵抗性の向上に有効である。またＷの一部はＮｉとの金属間化合物（Ｗ７Ｍｏ６等）を形成しマトリックスの耐摩耗性にも寄与する。これらの効果は１０％以上の添加により得られ、増量に伴って効果を増す。好ましくは１５％以上である。しかし、３０％を越えると、耐食性の改善効果が飽和するのみならず、強度の低下を生じるので、これを上限とする。
【０００９】
上記ＭｏとＷの２元素は択一的又は複合的に添加される。複合含有の場合は、その合計量を１０〜３０％の範囲とする。合計量が１０％に満たないと、特性改善効果が不足し、他方３０％を越えても効果の増加はなく、却って強度低下をきたすからである。
【００１０】
Ｃｒ：２０〜５０％
Ｃｒは、基地に固溶して合金の耐酸化性を高めると共に、耐食性、特に酸化性酸（硝酸等）に対する腐食抵抗性を高め、かつ固溶強化によるマトリックスの耐摩耗性の向上に奏効する。これらの効果は２０％以上の添加により得られる。増量に伴って効果を増すが、５０％を越えると、強度の低下を招くので、これを超えてはならない。
【００１１】
Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ：３〜１０％
Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ（第ＩＢ族）の各元素は、前記Ｍｏ又は／及びＷと共に添加されることにより、合金の耐食性、特にハロゲン系等の非酸化性酸に対する耐食性を高める効果を有する。添加量（２種以上の複合添加の場合は合計量）を３〜１０％の範囲に規定しているのは、これに満たないと添加効果が不足し、またこれを超えて多量に添加すると効果はほぼ飽和し経済性を損なうからである。
【００１２】
Ｓｉ：０．２〜５％
Ｓｉは合金溶製工程における脱酸剤として働き、また合金溶湯の流動性の向上に奏効する。合金溶湯の流動性は、鋳造合金の製造に必要な鋳造性を維持し、また焼結合金として製造する場合の焼結原料粉末を作製するためのアトマイズ処理性を維持するのに必要である。このために０．２％以上の添加を必要とする。しかし過度の増量は、耐食性、強度の低下を招くので５％を上限とする。
【００１３】
第ＩＶＢ族，第ＶＢ族元素：３〜２０％
第ＩＶＢ族（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ）、第ＶＢ族（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）の各元素は、合金の耐食性の向上に寄与する。前記Ｍｏ，Ｗ，Ｃｒ等の元素と共存することにより、３％程度の少量の添加でその効果を得ることができる。増量により合金の耐食性は増強されるが、強度の低下を伴い、また高価な元素であるので、２０％を上限とする。
【００１４】
Ｆｅ：１０％以下
Ｆｅは本発明合金の物性改善に寄与する元素ではなく、合金溶製時にＣｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｉ等を、鉄化合物Ｆｅ−Ｍ（ＭはＣｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｉ等）として添加する場合に持ち込まれる成分である。Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｉ等の比較的高価な元素を多量に含有する本発明合金の製造において、比較的安価に入手し得る鉄化合物Ｆｅ−Ｍを利用することは、合金コストの削減に有効である。ただし、Ｆｅの増量に伴って合金の耐食性を減じるので、１０％を上限として混在を許容することとした。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明のＮｉ合金および該合金を適用されるプラスチック混練機・成形機の構成部材（シリンダー，スクリュー，ノズル等）は焼結合金（焼結体）として製造される。特に、熱間静水圧加圧成形（ＨＩＰ）法により形成される焼結体は、緻密・均質であり、本発明合金の物性を効果的に発揮させるのに有利である。同法によれば、スクリュー，ノズルなどの複雑形状部材をニアー・ネット・シェイプに製作することも容易である。ＨＩＰ処理は、１１００〜１２５０℃、１００ＭＰａ以上の加熱・加圧（保持時間は約１Ｈｒ以上）の条件下に、焼結反応の過不足をきたすことなく首尾良く達成され、高品質の焼結体を得ることができる。
【００１６】
本発明の合金を適用して形成される部材は、必ずしもその全肉厚を本発明の合金とする必要はない。部材の形態・使用態様に応じた適宜の構造用鋼を母材とし、その表面の全体もしくは耐食耐摩耗性を要する領域の表面に、本発明合金をライニングした積層構造とすることができる。例えば、シリンダーの場合はその母材円筒体の内周面に、スクリュー（シャフトとその周面を螺回する羽根とを有する）では、その母材の羽根部の表層（所望により羽根部の表層と併せてスクリューシャフトの周面）に、またノズルでは射出孔の内周面に、それぞれ本発明合金の焼結体からなるライニングを積層形成した構造が与えられる。
【００１７】
母材表面を被覆保護する上記ライニング層は、母材の所要領域の表面にカプセル材を介して本発明合金の粉末を装填しＨＩＰ処理することにより形成される。ＨＩＰ焼結体として形成されるライニング層は緻密・均質であると共に、母材表面に対し拡散結合により強固に密着し、母材保護層として優れた安定性を有する。ライニング層厚は１〜１０ｍｍ程度であればよい。
【００１８】
【実施例】
(1)供試材の作製
Ｎｉ合金粉末を焼結原料としてＨＩＰによる焼結体を得る。
ＨＩＰ処理：１２００℃×１１０ＭＰａ×２Ｈｒ。
【００１９】
(2)材料特性の評価
(2.1)耐食性
試験片を腐食試験液に浸漬し、試験後の腐食減量を測定する。
▲１▼弗化水素酸腐食試験
試験液：弗化水素酸溶液（濃度１０％），液温５０℃
試験時間：４８Ｈｒ
▲２▼燐酸腐食試験
試験液：燐酸溶液（濃度５０％），液温５０℃
試験時間：４８Ｈｒ
【００２０】
(2.2)摩耗試験
大越式迅速摩耗試験機による摩耗減量を測定し耐摩耗性を評価する。
相手材（回転輪）：軸受鋼SUJ-２（硬度HRC:60）
周速度：１．０９ｍ／秒
試験距離：４００ｍ
最終荷重：６２Ｎ
【００２１】
(2.3)曲げ試験
三点曲げ法による。
試験片：サイズ３×４，スパン距離３０ｍｍ
【００２２】
表１および表２に各供試材の合金組成および試験結果を示す。
比較例No.３２〜３７は、発明例に類似した成分組成を有しているが、元素含有量（表中下線付記）が過多又は不足の例である。No.３８とNo.３９は従来合金（市販材）について、前記と同一の試験条件により得られた測定結果を示している（No.３８：ハステロイＣ合金、No.３９：コルモノイ♯５合金）。
【００２３】
【表１】
0004353617.tif 000002
【００２４】
【表２】
0004353617.tif 000003
【００２５】
比較例No.３８（ハステロイＣ合金）は良好な耐食性を有しているが、硬度が低く耐摩耗性に劣り、No.３９（コルモノイ♯５合金）は硬質・高耐摩耗性であるものの、耐食性に劣る。これに対し発明例のものは、耐食性及び耐摩耗性に優れ、従来材No.３８とNo.３９の欠点を相補完し両者の長所を兼備している。また、プラスチック混練機・成形機の構成部材等として必要な機械強度を備えている。なお、発明例に類似した組成を有する比較例No.３２〜３７において、No.３２,No.３４（Ｍｏ,Ｗ,Ｃｒ等不足）は耐摩耗性に劣り耐食性も乏しい。No.３３,No.３５（Ｍｏ,Ｗ,Ｃｒ等過多）は高耐摩耗性と高耐食性を備えているが、強度の不足が著しく構造部材料としての適性に欠けている。またNo.３６（Ｓｉ過多）は強度の不足をきたし、No.３７（Ｆｅ量過剰）は耐食性の不足をきたしている。
【００２６】
【発明の効果】
本発明のＮｉ合金は、耐食性と耐摩耗性を具備し、これらの材料特性を要求されるプラスチック混練機・成形機等の構成部品の形成材料として適用されることにより、苛酷な腐食・摩耗環境に対する部材の耐久性を高め、機器のメンテナンス軽減、操業効率の向上等の効果をもたらす。本発明合金は、上記の機器構成部材のほか、耐食性および耐摩耗性を要求される構造部材料として有用である。