技術論文

超耐食・耐摩耗性を有する硼化物分散Ni基合金の開発
Development of Ni-based super corrosion and wear resistance alloy with distributed fine boride
澤田俊之＊1

柳本

勝＊2

Toshiyuki Sawada, Katsu Yanagimoto
Synopsis: Ni-based alloy (PM-1.4B) with better corrosion resistance in HCl and HF aqueous solutions than Ni-16Cr-16Mo4W-5Fe-low C-low Si alloy (Ni-Cr-Mo alloy) and the same wear resistance as Co-30Cr-9W-1.7C-1Si alloy (Co-CrW-C alloy) has been developed. PM-1.4B manufactured from Ni-22Cr-26Mo-1.4B gas atomized powder by hot
isostatic press (HIP) consisted of γmatrix phase with Ni-22.3Cr-16.5Mo and distributed fine M3B2-type boride.
PM-1.4B showed no corrosion in 10 mass% HNO3, H2SO4 and HCl aqueous solutions for 10 h at 313K. Its
corrosion rate in 10 mass% HF aqueous solution was one third of that of Ni-Cr-Mo alloy. Specific wear rate of PM1.4B in Ohgoshi-type abrasive test with sliding speed from 0.099 to 3.62 m/s was almost the same as Co-Cr-W-C
alloy.
PM-1.4B with superior corrosion resistance and wear resistance is expected to be applied for various parts of resin
molding machine.
Key words:nickel-based alloy, nickel-chromium-molybdenum alloy, superalloy, corrosion resistance, wear resistance, boride,
addition of boron, powder metallurgyの成形機部品に使用される合金には、極めて優れた耐食性

1. 緒言と耐摩耗性が求められる。
樹脂製品は様々な分野で用いられており、耐熱性、耐摩

本研究では、酸化性酸、還元性酸に対して優れた耐食性

耗性、強度などを改善した樹脂であるエンジニアリングプ

を示すNi-Cr-Mo系合金にBを添加し、高硬度硼化物を微ラスチック(以下、エンプラと記す)は、家電製品、携帯機

細分散することにより硬度、耐摩耗性を向上させた、超耐器、自動車用部品としても使用されている。用途の多様化

食・耐摩耗Ni-Cr-Mo-B系合金を開発することを目的としに伴い、高性能化、高機能化を目的とし、エンプラにはガた。

ラス繊維、カーボン繊維、セラミックス粒子などの添加剤

Ni-Cr-Mo-B系合金の構成相は主にNi基γ相と硼化物かが多量に含まれるようになってきている。樹脂製品は射出らなると予測されるが、Niに対するBの固溶限が極めて小成形機や押出成形機により加工されるため、エンプラを加さく、通常の溶製法では硼化物の微細分散が困難であると工する成形機のスクリュー、スクリューヘッド、シリンダ考えられる。そこで、ガスアトマイズ法により急冷凝固さーには、添加剤に対する耐摩耗性が要求される。また、成れた粉末を原料とし、これを熱間静水圧プレス(HIP)によ形機のシリンダー内で溶融した樹脂は腐食性ガスを発生す

り固化成形する工程の適用を検討した。

る。特に、耐熱性や耐薬品性に優れる弗素樹脂は熱分解にCr、Mo、Bの添加量は、耐食性に及ぼすNi基γ相組成

よって腐食性の強い弗酸を含むガスを発生するため、そのの影響、および、硬度に及ぼすB添加量の影響を予備検討

成形機用部品には極めて優れた耐食性が要求される。このすることにより決定した。その結果、Ni-Cr-Mo系耐食超ような成形機用部品に使用される合金として、Co-Cr-W-

合金を上回る耐食性と、Co-Cr-W-C系耐食耐摩耗合金とC系耐食耐摩耗合金があるが、弗酸に対しては必ずしも耐同等の耐摩耗性を兼ね備えた硼化物分散Ni基合金を開発し食性が十分ではない。一方、耐食超合金として知られるたので諸特性を報告する。

Ni-Cr-Mo系合金は酸化性酸および還元性酸に対して優れた耐食性を示すが、硬度が90 HRB程度であり耐摩耗性が十分ではない。このように、ガラス繊維などの添加剤を多量に含み、熱分解により強腐食性ガスを発生するエンプラ＊1＊2

粉末事業部 粉末技術部 開発グループ
研究・開発センター 機能材料グループ長、博士（工学）63Sanyo Technical Report Vol.16 (2009) No.1

超耐食・耐摩耗性を有する硼化物分散Ni基合金の開発

いてMo濃度とCr濃度の合計が最大の47%程度までNi基γ2. 合金設計

相の単相領域が広がる。ここで、Ni-Cr-Mo系のMo≧5%
2.1

においてNi基γ相単相領域と金属間化合物が生成する領域

Ni基合金を高硬度化する添加元素

鉄鋼分野において材料を高硬度化する代表的な添加元素の境界線は、Ni-35MoとNi-42Cr-5Moを結ぶほぼ直線ではCであり、FeにCを添加すると硬質な炭化物を生成する。

あり、この直線はCr(%)＋1.4×Mo(%)＝49(ただし、また、CはFeに対し4.2 mass%(以下、単に%と記す)がNi(%)＋Cr(%)＋Mo(%)＝100(%))と表せる。したがっ

共晶組成であり、4.2%まで添加しても液相線は低下し、て、Ni-Cr-Mo系においてCrとMoの濃度がCr＋1.4Mo≦

溶解が可能であると考えられる。これに対し、NiにCを添

49を満たせば1473KにおいてNi基γ相単相となり、耐食加しても炭化物は生成せず、わずかに0.6%の添加で共晶性を劣化させるような金属間化合物の生成を抑制できるも組成となり、それ以上のCを添加すると液相線が急激に上のと考えられる。

昇し合金の溶解が困難になる。そこで、C以外にNi基合金

Ni-Cr-Mo系耐食超合金であるNi-16Cr-16Mo-4W-を高硬度化する添加元素としてBに着目した。BはNiに対5Fe、耐塩酸性に優れるNi-Mo系耐食超合金であるNi-

し3.6%添加が共晶組成であり、3.6%まで添加しても溶28MoのCr＋1.4Moはそれぞれ38.4および39.2であり、解が可能であると考えられる。また、金属元素と反応し硬

いずれも49以下を満たし、金属間化合物の生成を抑制で質な金属硼化物を生成する。Ni基合金にBを添加した耐摩きる領域に合金設計されていると考えられる。ただし、こ耗合金としては、主に溶射に使用されるNi自溶合金がある。

れらの耐食超合金は溶製法で製造されるため、凝固偏析により部分的にCr、Mo濃度が上昇することも考えられる。
一方、本研究では硼化物を微細分散させる目的で、急冷凝

2.2 Ni基γ相のCr、Mo濃度限界
代表的なNi-Cr-Mo系耐食超合金の組成はNi-16Cr-

固により作製した原料粉末を固化成形する粉末冶金法を前16Mo-4W-5Fe(mass%)であるが、この合金は標準電極提としているため、凝固偏析がほとんどなく、Ni基γ相組電位の高い金属であるNiを主元素とし、酸化性酸に対する

成のCr＋1.4Moを上述の耐食超合金以上に49に近付けて耐食性改善のためにCr、還元性酸に対する耐食性改善のたも金属間化合物の生成を抑制できるものと期待される。金

めにMoが添加され、様々な腐食環境において優れた耐食属硼化物とNi結合相(γ相)からなるサーメットでは、硝酸性を有する。

への浸漬試験において局部アノードとなるNi結合相の腐食

Fig.1 に示す1473KにおけるNi-Cr-Mo系3元状態図よ

電位を貴側にすることにより、腐食速度を低下できる例3)

り、Ni側ではγ相単相であるが、Cr、Moを添加していくが報告されている。したがって、粉末冶金法によりNi基γことにより様々な金属間化合物が生成することが分かる。

相中のCr、Mo濃度をより高く設計することができれば、

Ni-Cr-Mo系耐食超合金では、金属間化合物や炭化物の生溶製法よりも優れた耐食性が期待できる。

1)

成により耐食性が劣化するとされている 。Ni-Moの2元
2)

2.3 遠心鋳造材およびガスアトマイズ粉末を用いた予備系においてMo濃度が約35%以下ではNi基γ相の単相領域検討であるが、これよりMo濃度が増加すると金属間化合物が2.3.1生成する。Ni-Cr-Moの3元系ではNi-42Cr-5Mo近傍にお0.7Bを添加したNi-Cr-Mo-B系遠心鋳造材の諸特性

硼化物が生成したNi基合金の耐食性に及ぼすNi基γ相組成の影響を検討するため、B添加量を0.7%とし、Mo/Cr比(mass%の比)を変化させた遠心鋳造材により諸特性を評価した。耐火物坩堝内で誘導溶解した200gの母材をφ35mmの銅鋳型へ遠心鋳造し、供試材を得た。作製した遠心鋳造材の高周波誘導結合プラズマ発光分光分析(ICP分析)をTable 1に示す(試料名はMo/Cr比に従いCE-3.8のように記す)。ミクロ組織はいずれの試料も初晶のNi基γ相がデンドライト状に晶出し、その間がNi基γ相＋硼化物の共晶組織となっていた。代表としてCE-3.8のミクロ組織をFig.2に示す。Table 2にデンドライト状のNi基γ相のエネルギー分散型X線分析(EDX分析)を示す。ただし、軽元素であるBは定量分析できないため、Ni、CrおよびMo量のみを示す。Ni基γ相のCr＋1.4Moは全て49以下であFig.1 Ni-Cr-Mo system at 1473K1)
Mark of γ at Ni rich side stands for Ni-based
f.c.c. phase.

った。Cr量についてはいずれの試料もNi基γ相のEDX分析
値と試料のICP分析値(Table 1)の差は小さく2 mass%以64

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超耐食・耐摩耗性を有する硼化物分散Ni基合金の開発下であった。一方、Mo量についてはNi基γ相のEDX分析

Mo系耐食超合金より全ての遠心鋳造材の耐食性が優れて値が試料のICP分析値より6〜10 mass%程度低くなった。

いた。また、Ni基γ相のCr、Mo合計量が多いほど弗酸にこれは、硼化物中にMoが約50%と濃縮されていたことに対する耐食性が改善する傾向が見られた。

起因していると考えられる。Fig.3に遠心鋳造材および比このように、0.7Bを添加したNi-Cr-Mo-B系遠心鋳造材

較材として溶製したNi-Cr-Mo系耐食超合金(Ni-16Cr-を評価することにより、以下の知見が得られた。

16Mo-4W-5Fe-低C-低Si、溶体化処理材)の硬度を示す(1) 評価した全ての遠心鋳造材において、Ni-Cr-Mo系(Ni-Cr-Mo系耐食超合金についてはHRBよりHRCに換算)。

耐食超合金を上回る高硬度が得られた。

0.7Bを添加した遠心鋳造材は、Ni-Cr-Mo系耐食超合金と(2) Ni基γ相のCr、Mo量が22.3%、16.5%(Table2)

比較し、いずれも高い硬度を有していることがわかった。

であるCE-1.2は優れた耐塩酸性、耐弗酸性を示し

Fig.4に耐食性評価結果を示す。耐食試験は遠心鋳造材かた。

ら切り出した試験片の表面を#320のエメリー紙で研磨し2.3.2 B添加量を変化させたNi-Cr-Mo-B系ガスアトマイたものを用い、313K、10 mass%の各種酸中に10h浸漬

ズ粉末の諸特性

した後の単位面積、単位時間当りの重量変化を評価した。

Ni-Cr-Mo-B系合金の硬度に及ぼすB添加量の影響を検

硝酸、硫酸に対してはいずれの試料も優れた耐食性を示し、討するため、10Cr、36Moを固定し、B量を1.4〜3.9%

CE-1.2およびNi-Cr-Mo系耐食超合金では試験前後で重量の範囲で変化させたガスアトマイズ粉末を、固化成形温度

変化は見られなかった。塩酸、弗酸においては、Ni-Cr-に近い1473Kで2h真空熱処理し、内質および硬度を評価

Table 1 Results of ICP analysis of Ni-xCr-yMo-0.7B
centrifugal casting alloys.(mass%)

Table 2 Results of EDX analysis of Ni-based γphase of Ni-xCr-yMo-0.7B centrifugal
casting alloys.(mass%)

Fig.3 Rockwell hardness of examined alloys.
Ni-Cr-Mo alloy is commercial alloy with Ni16Cr-16Mo-4W-5Fe-low C-low Si
composition.

Fig.4 Corrosion rate after immersion in various 10
mass% acid aqueous solutions for 10 h at
313 K.

Fig.2 Microstructure of Ni-9Cr-35Mo-0.7B
centrifugal casting alloy (CE-3.8).

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超耐食・耐摩耗性を有する硼化物分散Ni基合金の開発した。硬度は硼化物の分散状態によって大きく変化する可

溶け残り易くなり、安定したアトマイズが困難となる可能能性があるため、遠心鋳造材ではなくガスアトマイズ粉末性がある。また、種々の熱力学諸量から計算されたNi-を用いて改めて評価した。供試粉末は、1200gの溶解母

Mo-B系の液相面 4)にはB、Moを多量に添加すると初晶が材を減圧Ar雰囲気においてアルミナ坩堝内で誘導溶解した

複合硼化物NiMo2B2となる組成域も報告されており、この後、坩堝下部からφ2〜3mmのノズルより出湯し、直後に組成域では硼化物が粗大化し、機械的特性を劣化させる可Arガスにて噴霧し作製した。この粉末を-150μmに分級能性があることからも、多量のB、Mo添加は避けるべき

し評価に用いた。供試粉末のICP分析をTable 3に示す(試であると考えられる。Fig.6にガスアトマイズ粉末のビッ

料名はB量に従いPO-1.4Bのように記す)。Fig.5にガスア

カース硬度を示す。評価した組成で最もB量の少ない1.4B

トマイズ粉末におけるNi基γ相のEDX分析を示す。10Cr、において430HVを有し、Ni-Cr-Mo系耐食超合金

36Moを一定にしているにもかかわらず、B量によってNi(200HV)より高いことがわかった。また、B量の増加に伴基γ相のCr、Mo量は大きく変化している。Ni基γ相のCrい硬度が増加することがわかった。

量は、1.9BまでICP分析と同様の約10%であるが、2.9B

このように、10Cr、36Moを固定しB量を変化させた以上になると増加する傾向が見られ、3.9Bにおいて

Ni-Cr-Mo-B系ガスアトマイズ粉末を評価することにより、14.8%でありICP分析より5.2 mass%高くなった。一方、以下の知見が得られた。
(1) B量が増加すると共にNi基γ相のMo量が大幅に減

Ni基γ相のMo量は、B添加量と共に単調に減少する傾向少した。

が見られ、3.9Bにおいて9.7%でありICP分析より26.2(2) 1.4Bにおいて430HVが得られ、B量の増加に伴い

mass%低くなった。したがって、Bを多量に添加すると硬度は増加した。

Ni基γ相のMo量が減少し耐食性を劣化させる可能性があることがわかった。一方、Ni基γ相中のMo量を補うため

2.4 超耐食・耐摩耗性を有する硼化物分散Ni基合金の設に多量のMoを合金に添加すると、溶解時に高融点のMoが計
予備検討の結果を踏まえ、Ni-Cr-Mo系耐食超合金を上回る耐食性(特に耐塩酸性、耐弗酸性)と、40HRC以上の

Table 3 Results of ICP analysis of Ni-10Cr-36MozB gas atomized powders.(mass%)

Fig.5 Effects of B content on Cr and Mo contents in
γ phase of Ni-10Cr-36Mo-zB gas atomized
powder after heat treatment for 2 h at 1473
K;(a) Cr and (b) Mo contents in γ phase.
Hatching areas show level of Cr and Mo
contents in examined powders by ICP analysis.

Fig.6 Effect of B content on Vickers hardness of Ni10Cr-36Mo-zB gas atomized powders after
heat treatment for 2 h at 1473 K.

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超耐食・耐摩耗性を有する硼化物分散Ni基合金の開発

硬度を有する合金を目標として成分設計した。優れた耐食

3.2

Ni-22Cr-26Mo-1.4B粉末冶金材の諸特性評価性を確保するためにNi基γ相のCr、Mo量はCE-1.2と同等

HIP成形の後、焼なまし処理を行なったクラッド材のの22%、17%狙いとし、40HRCの硬度を確保するため

Ni-22Cr-26Mo-1.4B粉末冶金部分(以下、PM-1.4Bと記にB添加量は1.4%とした。Fig.5より、1.4B添加した場す)を用い、以下の評価を実施した。内質評価として、ミ合のNi基γ相の組成は、Cr量が合金全体のCr量とほぼ同等、

クロ組織観察、X線回折、EDX分析を実施した。また、機Mo量が合金全体のMoより約9 mass%低下することが予械的特性として、ロックウェル硬度、高温硬度、抗折強度測される。以上の知見より、開発合金組成をNi-22Cr-を評価した。抗折強度は1.8×1.8×20mmの試験片を用

26Mo-1.4Bに設定した。

い、3点曲げ試験にて実施した。さらに、各種酸への浸漬
試験にて耐食性を評価し、大越式摩耗試験にて耐摩耗性を

3. 試作条件および実験方法評価した。耐食性は、表面を#320のエメリー紙で研磨した試料を、313K、10 mass%の各種酸中に10h浸漬した

3.1

Ni-22Cr-26Mo-1.4B粉末冶金材の試作条件

後の単位面積、単位時間当りの重量変化にて評価した。耐25kgの溶解母材を減圧Ar雰囲気においてアルミナ坩堝

摩耗性は、大越式摩耗試験にて、相手材として内で誘導溶解した後、坩堝下部からφ4.5mmのノズルよSCM420(90HRB)のリングを用い、最終荷重61.8N、摩り出湯し、直後にArガスにて噴霧しガスアトマイズ粉末を

耗距離200mで摩擦速度を変化させ評価した。

作製した。粉末のICP分析をTable 4、酸素、窒素分析を

機械的特性、耐食性、耐摩耗性評価の比較材として、

Table 5に示す。この粉末を-1000μmに分級し、Fig.7

Ni-Cr-Mo系耐食超合金(Ni-16Cr-16Mo-4W-5Fe-低C-に示す通り、SCM440を芯材とし、その周囲に粉末を充

低Si、溶体化処理材)、Co-Cr-W-C系耐食耐摩耗合金(Co-填、脱気封入したビレットを作製した。SCM440芯材は、30Cr-9W-1.7C-1Si、粉末冶金材)、およびNi自溶合金

樹脂成形機のスクリュー材への適用を考慮しクラッド化し(SFNi5相当組成の遠心鋳造材)を使用した。

たものである。この粉末充填ビレットを、温度1443K、
圧力147MPaで5h保持しHIP成形した。HIP成形後は4. 実験結果

SCM440の結晶粒が粗大化しているため、結晶粒度調整のため1143Kで焼なまし処理した。なお、焼なまし処理

4.1の後、成形体の切断面をカラーチェックし、Ni-22Cr-

Ni-22Cr-26Mo-1.4B粉末冶金材の内質評価

Fig.8にミクロ組織を示す。全面に数μmの析出物が生

26Mo-1.4B粉末冶金部とSCM440芯材部の界面が接合し成していることが確認でき、顕著な凝集や粗大化はなく、ていることを確認した。

Table 4 Result of ICP analysis of Ni-22Cr-26Mo-1.4B gas atomized powder.(mass%)

Table 5 Result of gas analysis of Ni-22Cr-26Mo1.4B gas atomized powder.(ppm)

Fig.7 Schematic diagram of canning process for bimetallic P/M material in this study.

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超耐食・耐摩耗性を有する硼化物分散Ni基合金の開発

均一に分散していることがわかる。予備検討で行なった遠Ni基γ相の組成は、EDX分析よりNi-22.3Cr-16.5Moで心鋳造材のミクロ組織(Fig.2)のようなデンドライト状のあり、狙い組成であった予備実験のCE-1.2のNi基γ相組

Ni基γ相や凝固偏析は見られず、ガスアトマイズにより急成と一致した。また、Ni基γ相のCr＋1.4Moは45.4であ冷凝固された粉末を用いた粉末冶金材の特徴である均一微り、Ni-16Cr-16Mo-4W-5Fe(38.4)やNi-28Mo(39.2)

細組織が焼なまし処理後も維持されている。Fig.9にX線回のCr＋1.4Moよりも高く、かつ49以下であることから優折パターンを示す。主相であるNi基γ相の他に、正方晶れた耐食性が期待される。

M3B2型複硼化物のピークが認められた。正方晶M3B2型複硼化物は、斜方晶M 3B 2型複硼化物と比較し、Ni基γ相と4.2 機械的特性の評価の整合性がよく機械的特性に優れるとの報告 がある。

Fig.11にPM-1.4Bおよび比較材のロックウェル硬度を

Fig.10にCompo像およびTable 6にEDX分析を示す。

示す。PM-1.4Bの硬度は41HRCであり、Ni-Cr-Mo系耐Compo像における白色相はX線回折で同定された正方晶

食超合金より大幅に硬度が向上している。また、Fig.6でM3B2型複硼化物であると考えられ、EDX分析よりMoが濃示した、予備実験における1.4Bを添加し1473Kで真空熱縮されていることがわかる。Compo像において灰色相の処理したガスアトマイズ粉末PO-1.4Bの硬度430HV(換5)Fig.10 Compo image of Ni-22Cr-26Mo-1.4B P/Mmaterial (PM-1.4B).

Fig.8 Microstructure of Ni-22Cr-26Mo-1.4B P/Mmaterial (PM-1.4B).

Fig.9 XRD pattern of Ni-22Cr-26Mo-1.4B P/Mmaterial (PM-1.4B).

Fig.11 Rockwell hardness of various alloys.
Co-Cr-W-C alloy is commercial alloy with Co30Cr-9W-1.7C-1Si composition (P/Mmaterial).
SFNi5 means Ni-based self fluxing alloy with
Ni-13Cr-5Fe-0.6C-3B-4Si composition(Centrifugal casting material).

Table 6 Results of EDX analysis of Ni-based γphase and boride phase of Ni-22Cr-26Mo1.4B P/M material（PM-1.4B）.（mass%）

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算値44HRC)とほぼ同等であった。Fig.12に高温硬度をした全ての酸に対し優れた耐食性を有していることがわか示す。873K以下での温度上昇に伴う硬度低下は緩やかでった。塩酸および弗酸においてはNi-Cr-Mo系耐食超合金

あり、樹脂の成形温度である573K前後における常温からを凌ぐ耐食性を示した。

の硬度低下は30HV程度と小さいことがわかった。Fig.13
4.4 耐摩耗性評価にPM-1.4BおよびCo-Cr-W-C系耐食耐摩耗合金の抗折強度を示す。PM-1.4Bの抗折強度は2.6GPaであり、Co-

Fig.15にPM-1.4BおよびCo-Cr-W-C系耐食耐摩耗合金

Cr-W-C系耐食耐摩耗合金とほぼ同等であることがわかった。

の大越式摩耗試験の結果を示す。評価した摩擦速度範囲において、PM-1.4BはCo-Cr-W-C系耐食耐摩耗合金とほぼ同等の耐摩耗性を示した。Mo2NiB2複硼化物やMo2FeB2複

4.3 耐食性評価
Fig.14にPM-1.4Bおよび比較材の耐食性評価結果を示

硼化物を含むサーメットの大越式摩耗試験において、摩擦

す。PM-1.4Bは硝酸、硫酸、塩酸に対し試験前後で重量

熱により生成するMoやBの酸化物が潤滑効果を示し、摩変化は見られず、弗酸に対しても腐食度は0.07g/m /hで耗を軽減する効果についての報告5,6)があるが、PM-1.4Bあり、Ni-Cr-Mo系耐食超合金の約3分の1と小さく、評価においても同様の潤滑効果によりCo-Cr-W-C系耐食耐摩2

Fig.12 High temperature Vickers hardness of Ni22Cr-26Mo-1.4B P/M material (PM-1.4B).


2/$%Q%T9%CNNQ[

5RGEKHKEYGCTTCVG

9U   OO  0

Fig.14 Corrosion rate after immersion in various 10
mass% acid aqueous solutions for 10 h at
313 K.






Fig.13 Bending strength of Ni-22Cr-26Mo-1.4B(PM-1.4B) and Co-30Cr-9W-1.7C-1Si (CoCr-W-C alloy) P/M materials.







5NKFKPIURGGF X OU

Fig.15 Specific wear rate of Ni-22Cr-26Mo-1.4B(PM-1.4B) and Co-30Cr-9W-1.7C-1Si (CoCr-W-C alloy) P/M materials as a function ofsliding speed by Ohgoshi-type abrasive test.
(Friction ring = JIS SCM420, sliding
distance = 200 m and final load = 61.8 N)

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超耐食・耐摩耗性を有する硼化物分散Ni基合金の開発

C 

5NKFKPIFKTGEVKQP

5. 結言

OCUU

各種酸に対して優れた耐食性を示すNi-Cr-Mo系合金に、耐摩耗性を向上させる目的でBを添加したNi-Cr-Mo-B系合金を検討した。Ni基γ相の組成およびB添加量を最適化し開発したNi-22Cr-26Mo-1.4B粉末冶金材は以下の特長を有している。
(1)

Ni-22.3Cr-16.5Mo組成のNi基γ相マトリック
スに、数μm程度の正方晶M3B2型複硼化物が均一
微細分散したミクロ組織を有している。

(2)

硝酸、硫酸、塩酸、弗酸に対し優れた耐食性を有し、Ni-16Cr-16Mo-4W-5Fe-低C-低Si耐食超合金を上回る耐塩酸性、耐弗酸性を示した。

(3)

D 

5NKFKPIFKTGEVKQP

大越式摩耗試験において、Co-30Cr-9W-1.7C-

OCUU

1Si耐食耐摩耗合金と同等の耐摩耗性を示した。
樹脂成形時に発生する腐食性ガスは様々な成分を含んでおり、成形機内は複雑な腐食環境であると言える。本研究において開発したNi-22Cr-26Mo-1.4B合金は、様々な酸に対し極めて優れた耐食性を示すことから、このような多様な腐食環境に対応できるものと考えられる。また、樹脂成形機のスクリュー材など腐食と摩耗が同時に起こる環境においては、両者が密接に影響した腐食摩耗が進行する。
このような環境においても、優れた耐食性と耐摩耗性を両立する本開発合金は優れた寿命が期待される。
本開発合金はガスアトマイズによる粉末製造が可能であることから、溶射や粉末肉盛溶接などのハードフェイシン
グ用途での使用も可能である。

Fig.16 (a) Ni and (b) Co composition maps of sliding
surfaces of JIS SUJ 2 friction ring after
Ohgoshi-type abrasive test by EPMA
analysis; Examined specimens were (a) Ni10Cr-36Mo-1.4B and (b) Co-30Cr-9W1.7C-1Si P/M materials. (Sliding speed =3.62 m/s, sliding distance = 200 m and final
load = 61.8 N)

参考文献
1) Chester T. Sims, Norman S. Stoloff and William C.
Hagel:SUPERALLOYS Ⅱ, John Wiley & Sons, Inc.,(1987), 571.
2) 長谷川正義:ステンレス鋼便覧, 日刊工業新聞社,(1973), 542.

耗合金より硬度が低いにもかかわらず同等の耐摩耗性を示

3) 張国鋒, 森下政夫, 稲田真樹, 香山滉一郎:日本金属学会した可能性が考えられる。PM-1.4Bの類似組成であるNi-

誌, 63(1999)10, 1255-1261.

10Cr-36Mo-1.4B粉末冶金材およびCo-Cr-W-C系耐食耐

4) 香山滉一郎, 森下政夫, 張国鋒:粉体および粉末冶金,

摩耗合金についてSUJ 2リング(62HRC)を相手材に最終

53(2006)5, 419-429.

荷重61.8N、摩耗距離200m、摩擦速度3.62m/sで行な

5) 山崎裕司, 高木研一:熱処理, 39(1999)4, 185-191.

った大越式摩耗試験後の相手リング表面の電子プローブマ

6) 渡辺忠雄, 岡山浩直, 駒井正雄, 高木研一, 近藤嘉一:粉イクロアナライザ(EPMA)によるマッピング分析をFig.16

体および粉末冶金, 38(1991)5, 621-626.

に示す。Co-Cr-W-C系耐食耐摩耗合金の相手リング表面

■著者

■著者

澤田

柳本

には主元素であるCoが30%近く付着しているのに対し、
Ni-10Cr-36Mo-1.4B粉末冶金材の相手リング表面には主元素であるNiが10%程度しか付着していないことがわかる。このことからも、Ni-Cr-Mo-B系合金は相手リングへの移着が少なく、摩耗量が抑えられることが推察される。

70

俊之

勝
Sanyo Technical Report Vol.16 (2009) No.1