JPH0525513A - 複合金属粉末とその製造方法および耐摩耗部品 - Google Patents
複合金属粉末とその製造方法および耐摩耗部品Info
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- JPH0525513A JPH0525513A JP3150605A JP15060591A JPH0525513A JP H0525513 A JPH0525513 A JP H0525513A JP 3150605 A JP3150605 A JP 3150605A JP 15060591 A JP15060591 A JP 15060591A JP H0525513 A JPH0525513 A JP H0525513A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明の目的は、金属粒子中に微細なセラミッ
クス粒子が均一に分散し、両者の接合強度が高い複合金
属粉末とその製造方法を提供するとともに、上記複合金
属粉末を使用して構造強度および摺動特性が優れた耐摩
耗部品を提供することにある。 【構成】本発明に係る複合金属粉末は、金属粉末マトリ
ックス中に粒径３０μｍ以下のセラミックス粒子を分散
させたものである。分散させるセラミックスはＳｉ3 Ｎ
4 ，ＡｌＮ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＺｒＯ2 ，ＳｉＣおよびＳｉ
Ｏ2 から選択される少なくとも１種から成る。上記複合
金属粉末は、セラミックス粒子を分散させた金属溶湯を
アトマイズして凝固せしめて製造される。また耐摩耗部
品は上記複合金属粉末を成形焼結して製造される。
クス粒子が均一に分散し、両者の接合強度が高い複合金
属粉末とその製造方法を提供するとともに、上記複合金
属粉末を使用して構造強度および摺動特性が優れた耐摩
耗部品を提供することにある。 【構成】本発明に係る複合金属粉末は、金属粉末マトリ
ックス中に粒径３０μｍ以下のセラミックス粒子を分散
させたものである。分散させるセラミックスはＳｉ3 Ｎ
4 ，ＡｌＮ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＺｒＯ2 ，ＳｉＣおよびＳｉ
Ｏ2 から選択される少なくとも１種から成る。上記複合
金属粉末は、セラミックス粒子を分散させた金属溶湯を
アトマイズして凝固せしめて製造される。また耐摩耗部
品は上記複合金属粉末を成形焼結して製造される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は複合金属粉末とその製造
方法およびこれを用いて製造される耐摩耗部品に係り、
特に金属とセラミックス粒子とから成り、粉末冶金法に
よって高い形状精度および摺動特性を有する部品を形成
する際に有効な複合金属粉末およびその製造方法に関す
る。また金属とセラミックスとの特徴を併有し摺動特性
が優れた耐摩耗部品等に関する。
方法およびこれを用いて製造される耐摩耗部品に係り、
特に金属とセラミックス粒子とから成り、粉末冶金法に
よって高い形状精度および摺動特性を有する部品を形成
する際に有効な複合金属粉末およびその製造方法に関す
る。また金属とセラミックスとの特徴を併有し摺動特性
が優れた耐摩耗部品等に関する。
【０００２】
【従来の技術】産業機械等を構成する部品で相互に摺接
する部品材料としては、耐摩耗性に優れた材料が使用さ
れる。例えば冷凍機用冷媒を圧縮するロータリ圧縮機に
おいては、軸受と回転軸、シリンダとベーン、仕切板と
ローラなど相互に摺接する摺動部における摩耗が特に顕
著になるため、それらの摺動部品は高い耐摩耗性を有す
る材料で形成する必要がある。
する部品材料としては、耐摩耗性に優れた材料が使用さ
れる。例えば冷凍機用冷媒を圧縮するロータリ圧縮機に
おいては、軸受と回転軸、シリンダとベーン、仕切板と
ローラなど相互に摺接する摺動部における摩耗が特に顕
著になるため、それらの摺動部品は高い耐摩耗性を有す
る材料で形成する必要がある。
【０００３】従来、この種の耐摩耗材料としては、金属
のみで構成したもの、セラミックスのみで構成したも
の、および金属とセラミックスとの双方の特性を併有さ
せるように両原料を複合化したものなどがある。
のみで構成したもの、セラミックスのみで構成したも
の、および金属とセラミックスとの双方の特性を併有さ
せるように両原料を複合化したものなどがある。
【０００４】金属のみで構成した例としては、高速度鋼
（ハイス鋼）や共晶黒鉛鋳鉄の溶製材やＭｏ−Ｎｉ−Ｃ
ｒ合金、Ｆｅ−Ｃ−Ｃｕ合金などがある。また無機化合
物のみで構成した例としては、Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＡｌＮ，Ａ
ｌ2 Ｏ3 ，ＳｉＣ，ＳｉＯ2 ＺｒＯ2などのセラミック
ス原料粉を所定形状に圧縮成形後、焼成した形成した焼
結体がある。さらに上記金属とセラミックスとを複合化
した例としては、金属粉末とセラミックス粒子あるいは
セラミックスフィラー（ファイバー）とを均一に混合
し、得られた混合体を圧縮成形、焼成して形成した複合
材料などがある。
（ハイス鋼）や共晶黒鉛鋳鉄の溶製材やＭｏ−Ｎｉ−Ｃ
ｒ合金、Ｆｅ−Ｃ−Ｃｕ合金などがある。また無機化合
物のみで構成した例としては、Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＡｌＮ，Ａ
ｌ2 Ｏ3 ，ＳｉＣ，ＳｉＯ2 ＺｒＯ2などのセラミック
ス原料粉を所定形状に圧縮成形後、焼成した形成した焼
結体がある。さらに上記金属とセラミックスとを複合化
した例としては、金属粉末とセラミックス粒子あるいは
セラミックスフィラー（ファイバー）とを均一に混合
し、得られた混合体を圧縮成形、焼成して形成した複合
材料などがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな金属のみで形成した耐摩耗材は加工性は良好である
一方、耐摩耗性および潤滑性が乏しく摺動する相手材を
激しく摩耗させる性質（相手攻撃性）が大きい問題点が
ある。例えばハイス材では、含有されるＶＣ，ＷＣ，Ｍ
ｏ2 Ｃ，Ｃｒ7 Ｃ3 等の硬い炭化物が形成されており、
このための硬度は充分に確保されるが、これら炭化物に
よる相手攻撃性が著しくなる場合が多く、摺動部品材料
としては不適当な場合がある。
うな金属のみで形成した耐摩耗材は加工性は良好である
一方、耐摩耗性および潤滑性が乏しく摺動する相手材を
激しく摩耗させる性質（相手攻撃性）が大きい問題点が
ある。例えばハイス材では、含有されるＶＣ，ＷＣ，Ｍ
ｏ2 Ｃ，Ｃｒ7 Ｃ3 等の硬い炭化物が形成されており、
このための硬度は充分に確保されるが、これら炭化物に
よる相手攻撃性が著しくなる場合が多く、摺動部品材料
としては不適当な場合がある。
【０００６】一方、セラミックスのみで形成した耐摩耗
材は、高硬度で、しかも摩擦係数が小さく、かつ摺動性
が優れ、相手攻撃性が小さい材料が多い。しかしながら
高硬度で耐衝撃力が少ないため、所定形状の部品に仕上
げるための研削研摩等の加工時間および工数が膨大とな
る問題点がある。またセラミックスの熱膨脹率は金属と
比較して極めて小さいため、他の金属部品と組み合せて
摺動部を構成した場合には、金属との熱膨脹差に起因す
る問題が発生し易い。例えばロータリ式圧縮機のローラ
等の摺動部材の寸法が熱膨脹によって変化し、摺動部材
相互間の微小なクリアランスが拡大して冷媒の圧縮効率
が低下し、最終的に冷却能力の低下を招来する等の問題
点がある。
材は、高硬度で、しかも摩擦係数が小さく、かつ摺動性
が優れ、相手攻撃性が小さい材料が多い。しかしながら
高硬度で耐衝撃力が少ないため、所定形状の部品に仕上
げるための研削研摩等の加工時間および工数が膨大とな
る問題点がある。またセラミックスの熱膨脹率は金属と
比較して極めて小さいため、他の金属部品と組み合せて
摺動部を構成した場合には、金属との熱膨脹差に起因す
る問題が発生し易い。例えばロータリ式圧縮機のローラ
等の摺動部材の寸法が熱膨脹によって変化し、摺動部材
相互間の微小なクリアランスが拡大して冷媒の圧縮効率
が低下し、最終的に冷却能力の低下を招来する等の問題
点がある。
【０００７】一方金属とセラミックス粒子、セラミック
スフィラー等のセラミックス材とを複合化させた耐摩耗
材においては、セラミックスが有する耐摩耗性および摺
動特性を活かしながら金属とほぼ同等の熱膨脹率が得ら
れるため、他の金属部品と組み合せて摺動部を構成した
場合においても、前記のような熱膨脹差による弊害を解
決することができる。
スフィラー等のセラミックス材とを複合化させた耐摩耗
材においては、セラミックスが有する耐摩耗性および摺
動特性を活かしながら金属とほぼ同等の熱膨脹率が得ら
れるため、他の金属部品と組み合せて摺動部を構成した
場合においても、前記のような熱膨脹差による弊害を解
決することができる。
【０００８】しかしながら従来の粉末冶金法によって、
金属粉末とセラミックス粒子あるいはセラミックスフィ
ラーとを混合した後、成形焼結して所定形状の複合材を
製造する際に、金属粒子周辺にセラミックス粒子が偏析
を起こし易く、均一に分散化させることが困難な場合が
多く、均一な組成の焼結体が得られにくく、硬度等の特
性を低下させる問題点があった。さらに、この不均一に
分散した焼結体を摺動材として使用した場合には相手攻
撃性が高まる問題もあった。
金属粉末とセラミックス粒子あるいはセラミックスフィ
ラーとを混合した後、成形焼結して所定形状の複合材を
製造する際に、金属粒子周辺にセラミックス粒子が偏析
を起こし易く、均一に分散化させることが困難な場合が
多く、均一な組成の焼結体が得られにくく、硬度等の特
性を低下させる問題点があった。さらに、この不均一に
分散した焼結体を摺動材として使用した場合には相手攻
撃性が高まる問題もあった。
【０００９】また金属粒子とセラミックス粒子とは金属
の融点より低い温度で焼結によって一体に接合されるた
め金属とセラミックス粒子との接合強度が小さく、摺動
材として使用した場合に、その構造強度が低いという問
題があった。
の融点より低い温度で焼結によって一体に接合されるた
め金属とセラミックス粒子との接合強度が小さく、摺動
材として使用した場合に、その構造強度が低いという問
題があった。
【００１０】本発明の目的は上記の問題点を解決するた
めになされたものであり、金属とセラミックスとが相互
に均一に分散し、両者の接合強度が高い複合金属粉末と
その製造方法を提供することにある。
めになされたものであり、金属とセラミックスとが相互
に均一に分散し、両者の接合強度が高い複合金属粉末と
その製造方法を提供することにある。
【００１１】また本発明の他の目的は上記複合金属粉末
を使用して構造強度および摺動特性が優れた耐摩耗部品
を提供することにある。
を使用して構造強度および摺動特性が優れた耐摩耗部品
を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段と作用】本発明者らは上記
目的を達成するため種々の金属粉末とセラミックス材料
との複合化を試み、複合化した材料を使用して摺動部材
を形成し、その耐摩耗特性を比較評価する実験を繰り返
した。
目的を達成するため種々の金属粉末とセラミックス材料
との複合化を試み、複合化した材料を使用して摺動部材
を形成し、その耐摩耗特性を比較評価する実験を繰り返
した。
【００１３】その結果、セラミックスを分散させた金属
溶湯をアトマイズ法によって粉体化することによりセラ
ミックス粒子を均一に分散した複合金属粉末を形成し、
この複合金属粉末の焼結体で摺動部品を形成したとき
に、構造強度が高く、摺動特性および耐摩耗特性が優れ
た摺動部品が得られた。本発明は上記知見に基づいて完
成されたものである。
溶湯をアトマイズ法によって粉体化することによりセラ
ミックス粒子を均一に分散した複合金属粉末を形成し、
この複合金属粉末の焼結体で摺動部品を形成したとき
に、構造強度が高く、摺動特性および耐摩耗特性が優れ
た摺動部品が得られた。本発明は上記知見に基づいて完
成されたものである。
【００１４】すなわち本発明に係る複合金属粉末は、金
属粉末マトリックス中に粒径30μｍ以下のセラミックス
粒子を分散させたことを特徴とする。また分散させるセ
ラミックス粒子は、Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＡｌＮ，Ａｌ2 Ｏ3 ，
ＺｒＯ2 ，ＳｉＣおよびＳｉＯ2 から選択される少なく
とも１種から成る。
属粉末マトリックス中に粒径30μｍ以下のセラミックス
粒子を分散させたことを特徴とする。また分散させるセ
ラミックス粒子は、Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＡｌＮ，Ａｌ2 Ｏ3 ，
ＺｒＯ2 ，ＳｉＣおよびＳｉＯ2 から選択される少なく
とも１種から成る。
【００１５】さらに複合金属粉末の粒径が３００μｍ以
下であることを特徴する。
下であることを特徴する。
【００１６】またセラミックス粒子の容積率は１〜５０
vol ％に設定するとよい。
vol ％に設定するとよい。
【００１７】さらに本発明の複合金属粉末の製造方法
は、セラミックス粒子を分散させた金属溶湯をアトマイ
ズ法により凝固せしめ、金属粉末マトリックス中にセラ
ミックス粒子を分散させることを特徴とする。
は、セラミックス粒子を分散させた金属溶湯をアトマイ
ズ法により凝固せしめ、金属粉末マトリックス中にセラ
ミックス粒子を分散させることを特徴とする。
【００１８】また本発明に係る耐摩耗部品は、金属粉末
マトリックス中に粒径３０μｍ以下のセラミックス粒子
が分散して成る複合金属粉末の焼結体で形成したことを
特徴とする。
マトリックス中に粒径３０μｍ以下のセラミックス粒子
が分散して成る複合金属粉末の焼結体で形成したことを
特徴とする。
【００１９】上記連続した金属マトリックス間に分散さ
せるセラミックス材としては、Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＡｌＮ，Ａ
ｌ2 Ｏ3 ，ＺｒＯ2 ，ＳｉＣおよびＳｉＯ2 などが１種
または２種以上混合して使用される。上記セラミックス
材は、いずれも硬度が高く耐摩耗性および摺動特性に優
れている。特にＳｉ3 Ｎ4 はすべり抵抗が小で相手攻撃
性が少なく、摺動部品材料に使用した場合には優れた摺
動特性を発揮する。
せるセラミックス材としては、Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＡｌＮ，Ａ
ｌ2 Ｏ3 ，ＺｒＯ2 ，ＳｉＣおよびＳｉＯ2 などが１種
または２種以上混合して使用される。上記セラミックス
材は、いずれも硬度が高く耐摩耗性および摺動特性に優
れている。特にＳｉ3 Ｎ4 はすべり抵抗が小で相手攻撃
性が少なく、摺動部品材料に使用した場合には優れた摺
動特性を発揮する。
【００２０】一方、連続したマトリックスを形成する金
属材料としては、純鉄をはじめ、Fe−Ｓｉ合金、ステン
レス合金、Ａｌ合金、Ｔｉ合金など各種合金を使用する
ことができる。
属材料としては、純鉄をはじめ、Fe−Ｓｉ合金、ステン
レス合金、Ａｌ合金、Ｔｉ合金など各種合金を使用する
ことができる。
【００２１】上記複合金属粉末は、所定のセラミックス
粉末を均一に分散させた溶融金属を通常の噴霧法（アト
マイズ法）により微細化し凝固せしめて（粉体化）製造
される。すなわちセラミックス粉末を含有する溶融金属
をノズルを通して噴出する際に、別途、高圧力流体を送
給して、噴出する溶融金属を噴霧化（アトマイズ）して
水中に吹き込むか、または水平なトンネル中に吹き込み
凝固させることにより、連続した金属粉末マトリックス
中にセラミックスが強固に結合し分散した複合金属粉末
が効率的に製造される。
粉末を均一に分散させた溶融金属を通常の噴霧法（アト
マイズ法）により微細化し凝固せしめて（粉体化）製造
される。すなわちセラミックス粉末を含有する溶融金属
をノズルを通して噴出する際に、別途、高圧力流体を送
給して、噴出する溶融金属を噴霧化（アトマイズ）して
水中に吹き込むか、または水平なトンネル中に吹き込み
凝固させることにより、連続した金属粉末マトリックス
中にセラミックスが強固に結合し分散した複合金属粉末
が効率的に製造される。
【００２２】ここでアトマイズ用の高圧力流体として
は、Ａｒ，Ｎ2 などの不活性高圧ガス、高速高圧流水な
どが使用される。
は、Ａｒ，Ｎ2 などの不活性高圧ガス、高速高圧流水な
どが使用される。
【００２３】上記製造方法において、トンネル中に吹き
込む場合では、溶融金属を噴出するノズルからトンネル
内の落下位置までの距離によって粉末粒度を区分して複
合金属粉末を収集することができる。また上記方法で微
粉化した後に、適当な温度で所定時間だけ脱炭（還元）
処理を行なうことによって所望の炭素量を有する複合金
属粉末を得ることができる。
込む場合では、溶融金属を噴出するノズルからトンネル
内の落下位置までの距離によって粉末粒度を区分して複
合金属粉末を収集することができる。また上記方法で微
粉化した後に、適当な温度で所定時間だけ脱炭（還元）
処理を行なうことによって所望の炭素量を有する複合金
属粉末を得ることができる。
【００２４】さらに、金属溶湯に分散させるセラミック
ス粒子と金属溶湯との分散性を良好にするために、セラ
ミックス粒子の表面に有機化合物から成るコーティング
層を予め形成しておくとよい。すなわち機械的粉砕手段
等によって所定粒径に調整されたままのセラミックス粒
子の表面は凹凸が顕著であり、このままではセラミック
ス粒子と金属溶湯とのなじみ（濡れ性）が良好でないた
め、金属溶湯に対するセラミックス粒子の分散が均一に
ならないおそれがある。
ス粒子と金属溶湯との分散性を良好にするために、セラ
ミックス粒子の表面に有機化合物から成るコーティング
層を予め形成しておくとよい。すなわち機械的粉砕手段
等によって所定粒径に調整されたままのセラミックス粒
子の表面は凹凸が顕著であり、このままではセラミック
ス粒子と金属溶湯とのなじみ（濡れ性）が良好でないた
め、金属溶湯に対するセラミックス粒子の分散が均一に
ならないおそれがある。
【００２５】しかしながら、各セラミックス粒子の表面
に有機化合物から成るコーティング層を予め形成してお
いて表面を円滑にすることにより、溶湯金属とセラミッ
クス粒子との濡れ性が改善され、セラミックス粒子の均
一な分散が図れるとともに、両者の接合強度を高めるこ
とができる。
に有機化合物から成るコーティング層を予め形成してお
いて表面を円滑にすることにより、溶湯金属とセラミッ
クス粒子との濡れ性が改善され、セラミックス粒子の均
一な分散が図れるとともに、両者の接合強度を高めるこ
とができる。
【００２６】また複合金属粉末の粒径は成形体の形状精
度、強度を高く保持するために、３００μｍ以下に設定
することが望ましい。すなわち複合金属粉末の粒径が３
００μｍを超える場合には、この粉末を圧縮成形して得
た成形体のグリーン強度が小さくなり、取扱性が低下す
ると共に成形型の細かい部位までに粉末が充分に充填さ
れにくくなるため、形状精度が低下し易い。また汎用の
アトマイズ法では、３００μｍを超える粗大な複合金属
粉末を効率的に製造しにくい。したがって、複合金属粉
末の粒径は３００μｍ以下に設定されるが、成形体密度
をより上昇させるためには２００μｍ以下が望ましい。
度、強度を高く保持するために、３００μｍ以下に設定
することが望ましい。すなわち複合金属粉末の粒径が３
００μｍを超える場合には、この粉末を圧縮成形して得
た成形体のグリーン強度が小さくなり、取扱性が低下す
ると共に成形型の細かい部位までに粉末が充分に充填さ
れにくくなるため、形状精度が低下し易い。また汎用の
アトマイズ法では、３００μｍを超える粗大な複合金属
粉末を効率的に製造しにくい。したがって、複合金属粉
末の粒径は３００μｍ以下に設定されるが、成形体密度
をより上昇させるためには２００μｍ以下が望ましい。
【００２７】一方金属中に分散させるセラミックス粒子
の粒径は、両者の接合強度を高めるために、３０μｍ以
下に設定するとよい。すなわちセラミックス粒子の粒径
が３０μｍを超える場合には金属マトリックスとセラミ
ックス粒子との接合面積が小さくなるだけでなく、複合
金属粉末自身の構造強度が低くなるとともに、金属マト
リックスに対するセラミックス粒子の分散状態が悪くな
り、均一な摺動特性を発揮できなくなる。
の粒径は、両者の接合強度を高めるために、３０μｍ以
下に設定するとよい。すなわちセラミックス粒子の粒径
が３０μｍを超える場合には金属マトリックスとセラミ
ックス粒子との接合面積が小さくなるだけでなく、複合
金属粉末自身の構造強度が低くなるとともに、金属マト
リックスに対するセラミックス粒子の分散状態が悪くな
り、均一な摺動特性を発揮できなくなる。
【００２８】したがって複合金属粉末の粒径が３００μ
ｍ以下の場合において、セラミックス粒子の粒径は３０
μｍ以下、より望ましくは１０μｍ以下に設定するとよ
い。
ｍ以下の場合において、セラミックス粒子の粒径は３０
μｍ以下、より望ましくは１０μｍ以下に設定するとよ
い。
【００２９】また複合金属粉末全体に対するセラミック
ス粒子の容積率は、複合金属粉末の耐摩耗性、潤滑性、
強度特性、摺動特性、熱膨脹率等に大きく影響する。本
発明では容積率は１〜５０vol ％に設定される。容積率
が１vol ％未満の場合にはセラミックス材が備える硬度
（耐摩耗性）、摺動特性、潤滑性などが複合金属粉末に
充分に付与されない一方、容積率が５０vol％を超える
場合には、複合金属粉末自体の熱膨脹率が金属の熱膨脹
率から大きく隔たるため、この複合金属粉末で形成した
部品と他の金属部品とを組み合せて使用することが困難
になる。したがってセラミックス粒子の容積率は１〜５
０vol ％に設定されるが、より好ましくは１０〜３０vo
l ％である。
ス粒子の容積率は、複合金属粉末の耐摩耗性、潤滑性、
強度特性、摺動特性、熱膨脹率等に大きく影響する。本
発明では容積率は１〜５０vol ％に設定される。容積率
が１vol ％未満の場合にはセラミックス材が備える硬度
（耐摩耗性）、摺動特性、潤滑性などが複合金属粉末に
充分に付与されない一方、容積率が５０vol％を超える
場合には、複合金属粉末自体の熱膨脹率が金属の熱膨脹
率から大きく隔たるため、この複合金属粉末で形成した
部品と他の金属部品とを組み合せて使用することが困難
になる。したがってセラミックス粒子の容積率は１〜５
０vol ％に設定されるが、より好ましくは１０〜３０vo
l ％である。
【００３０】また本発明に係る耐摩耗部品は、まず上記
のようにアトマイズ法によって調製した複合金属粉末、
すなわち金属粉末マトリックス中に粒径３０μｍ以下の
セラミックス粒子を分散して成る複合金属粉末にバイン
ダを添加して成形型に充填し、圧縮成形することによ
り、所定形状の成形体を形成する。次に得られた成形体
を脱脂後、焼結し、得られた焼結体を所定形状に仕上げ
加工して製造される。
のようにアトマイズ法によって調製した複合金属粉末、
すなわち金属粉末マトリックス中に粒径３０μｍ以下の
セラミックス粒子を分散して成る複合金属粉末にバイン
ダを添加して成形型に充填し、圧縮成形することによ
り、所定形状の成形体を形成する。次に得られた成形体
を脱脂後、焼結し、得られた焼結体を所定形状に仕上げ
加工して製造される。
【００３１】上記耐摩耗部品によれば、原料の粉末段階
において、既に金属中にセラミックスの微細粒子が均一
に分散した複合金属粉末を使用しているため、耐摩耗部
品自体に含有されるセラミックスの分散性も極めて良好
である。したがって、従来部品において頻発したセラミ
ックス粒子の分散不良による摺動特性の低下が効果的に
解消される。
において、既に金属中にセラミックスの微細粒子が均一
に分散した複合金属粉末を使用しているため、耐摩耗部
品自体に含有されるセラミックスの分散性も極めて良好
である。したがって、従来部品において頻発したセラミ
ックス粒子の分散不良による摺動特性の低下が効果的に
解消される。
【００３２】特に金属粉末とセラミックス粒子とを長時
間混合して原料粉末の組成のばらつきを低減していた従
来の粉末冶金法における原料の混合時間を大幅に短縮す
ることが可能になり、耐摩耗部品の製造効率を飛躍的に
高めることができる。
間混合して原料粉末の組成のばらつきを低減していた従
来の粉末冶金法における原料の混合時間を大幅に短縮す
ることが可能になり、耐摩耗部品の製造効率を飛躍的に
高めることができる。
【００３３】また従来製法においては、金属の融点より
低い焼結温度で加熱し焼結段階にて初めて金属粉末とセ
ラミックスとを接合していたため、接合強度が小さく、
耐摩耗部品自体の構造強度が低下するおそれがあった。
低い焼結温度で加熱し焼結段階にて初めて金属粉末とセ
ラミックスとを接合していたため、接合強度が小さく、
耐摩耗部品自体の構造強度が低下するおそれがあった。
【００３４】しかしながら本発明においては溶融した高
温度の金属溶湯によって各セラミックス粒子の全表面が
覆われ、高い接合強度で一体に接合された状態で予め複
合金属粉末が形成されているため、この複合金属粉末の
焼結体から成る耐摩耗部品の接合強度も高くなり、優れ
た構造強度を備えることになる。
温度の金属溶湯によって各セラミックス粒子の全表面が
覆われ、高い接合強度で一体に接合された状態で予め複
合金属粉末が形成されているため、この複合金属粉末の
焼結体から成る耐摩耗部品の接合強度も高くなり、優れ
た構造強度を備えることになる。
【００３５】
【実施例】次に本発明の実施例について添付図面および
実験データを参照してより具体的に説明する。
実験データを参照してより具体的に説明する。
【００３６】実施例として、図２に示すようなアトマイ
ズ粉製造装置１を使用して、金属として各々純Ｆｅ、Ｓ
ＵＳ３０４を使用する一方、無機化合物として粒径が５
〜２０μｍ以下のＳｉ3 Ｎ4 粉末を使用して各々純Ｆ
ｅ、ＳＵＳ３０４をマトリックスとする複合金属粉末を
調製した。
ズ粉製造装置１を使用して、金属として各々純Ｆｅ、Ｓ
ＵＳ３０４を使用する一方、無機化合物として粒径が５
〜２０μｍ以下のＳｉ3 Ｎ4 粉末を使用して各々純Ｆ
ｅ、ＳＵＳ３０４をマトリックスとする複合金属粉末を
調製した。
【００３７】ここで図２に示すアトマイズ粉製造装置１
は金属原料２を溶解した溶湯３と、セラミックス粒子
（原料）４との混合物を保持する溶解炉５と、溶解炉５
の側壁外周に配置され、金属原料２を電磁的に加熱し溶
融せしめる高周波誘導加熱器６と、セラミックス粒子
（原料）４を分散させた金属溶湯３を一定速度で噴出さ
せるノズルヘッダ７と、高圧水、圧縮空気などの高圧流
体をノズルヘッダ７に供給し、噴出した金属溶湯３を微
細化する高圧流体供給装置８と、噴霧された金属溶湯３
を冷却凝固せしめる水を収容した噴霧タンク９とを備え
て構成される。
は金属原料２を溶解した溶湯３と、セラミックス粒子
（原料）４との混合物を保持する溶解炉５と、溶解炉５
の側壁外周に配置され、金属原料２を電磁的に加熱し溶
融せしめる高周波誘導加熱器６と、セラミックス粒子
（原料）４を分散させた金属溶湯３を一定速度で噴出さ
せるノズルヘッダ７と、高圧水、圧縮空気などの高圧流
体をノズルヘッダ７に供給し、噴出した金属溶湯３を微
細化する高圧流体供給装置８と、噴霧された金属溶湯３
を冷却凝固せしめる水を収容した噴霧タンク９とを備え
て構成される。
【００３８】溶解炉５内に投入された金属原料２は、高
周波誘導加熱器６によって加熱溶融され、金属溶湯３と
なる。この状態でセラミックス粒子４を投入すると、高
周波誘導加熱器６から受ける電磁力によって激しく対流
する溶湯３とセラミックス粒子４とが攪拌混合される。
セラミックス粒子４が均一に分散した溶湯３は、ノズル
ヘッダ７に供給された２〜８気圧の圧縮空気（高圧流
体）によって微細化され、さらに凝固して複合金属粉末
１０となり、噴霧タンク９下部に回収される。
周波誘導加熱器６によって加熱溶融され、金属溶湯３と
なる。この状態でセラミックス粒子４を投入すると、高
周波誘導加熱器６から受ける電磁力によって激しく対流
する溶湯３とセラミックス粒子４とが攪拌混合される。
セラミックス粒子４が均一に分散した溶湯３は、ノズル
ヘッダ７に供給された２〜８気圧の圧縮空気（高圧流
体）によって微細化され、さらに凝固して複合金属粉末
１０となり、噴霧タンク９下部に回収される。
【００３９】この製造装置１において、ノズルヘッダ７
に穿設する細孔の大きさ、セラミックス粒子４が分散し
た溶湯３の噴出速度、アトマイズ用の高圧流体の圧力な
どを調節することによって複合金属粉末１０の粒径や粒
度分布を任意に設定することができる。
に穿設する細孔の大きさ、セラミックス粒子４が分散し
た溶湯３の噴出速度、アトマイズ用の高圧流体の圧力な
どを調節することによって複合金属粉末１０の粒径や粒
度分布を任意に設定することができる。
【００４０】上記製造装置１を使用して製造された各々
の複合金属粉末１０は、いずれも図１に示すように大略
球状であり、外径Ｄは５０〜２００μｍ程度であり、連
続した金属マトリックス２ａ間にセラミックス粒子４が
均一に分散した組織を有する。また複合金属粉末全容積
に対するセラミックス粒子の容積率は１０〜２０vol％
とした。
の複合金属粉末１０は、いずれも図１に示すように大略
球状であり、外径Ｄは５０〜２００μｍ程度であり、連
続した金属マトリックス２ａ間にセラミックス粒子４が
均一に分散した組織を有する。また複合金属粉末全容積
に対するセラミックス粒子の容積率は１０〜２０vol％
とした。
【００４１】次に調製した各々の複合金属粉末に対して
５重量％の有機バインダを添加して混合し、２種類の均
一な粉末混合体を用意した。
５重量％の有機バインダを添加して混合し、２種類の均
一な粉末混合体を用意した。
【００４２】次に各混合体を加圧して円筒状の成形体を
得た。そして各成形体を水素ガス雰囲気において温度５
００〜８００℃で３０分間〜２時間加熱することにより
脱脂した。次に脱脂した各成形体を減圧した水素ガス雰
囲気において、１３００℃の温度で焼結した。そして得
られた各成形体に機械加工を施し、最終的に外径３０m
m、内径２６mm、高さ１０mmの寸法を有する耐摩耗部品
としての円筒状の軸受を得た。
得た。そして各成形体を水素ガス雰囲気において温度５
００〜８００℃で３０分間〜２時間加熱することにより
脱脂した。次に脱脂した各成形体を減圧した水素ガス雰
囲気において、１３００℃の温度で焼結した。そして得
られた各成形体に機械加工を施し、最終的に外径３０m
m、内径２６mm、高さ１０mmの寸法を有する耐摩耗部品
としての円筒状の軸受を得た。
【００４３】この各軸受は焼結密度、抗折強度に優れ、
熱膨脹率もマトリックスである金属の純Ｆｅ、ＳＵＳ３
０４に殆ど等しいものであった。
熱膨脹率もマトリックスである金属の純Ｆｅ、ＳＵＳ３
０４に殆ど等しいものであった。
【００４４】次に実施例に係る耐摩耗部品としての各軸
受の耐摩耗特性、摺動特性および耐久性を評価するため
に、図３に示すように各軸受１１にＦＣＤ製の回転軸１
２を挿通し、この回転軸１２の両端に各１０kgずつ、合
計２０kgの荷重を付加した状態で耐摩耗試験を実施した
結果、良好な耐摩耗性および耐久性を得た。
受の耐摩耗特性、摺動特性および耐久性を評価するため
に、図３に示すように各軸受１１にＦＣＤ製の回転軸１
２を挿通し、この回転軸１２の両端に各１０kgずつ、合
計２０kgの荷重を付加した状態で耐摩耗試験を実施した
結果、良好な耐摩耗性および耐久性を得た。
【００４５】上記実施例においては、炭素含有量が低い
金属原料を使用した例で示しているが、逆に炭素含有量
が高い金属原料を使用した場合においては、製造した複
合金属粉末の外面が酸化され易く、粉末内部の炭素含有
量が高くなる。そこで温度９５０〜１０００℃に加熱す
る脱炭処理を行なうことにより、Ｃ含有量が０．０５〜
０．１％程度の複合金属粉末とすることができる。
金属原料を使用した例で示しているが、逆に炭素含有量
が高い金属原料を使用した場合においては、製造した複
合金属粉末の外面が酸化され易く、粉末内部の炭素含有
量が高くなる。そこで温度９５０〜１０００℃に加熱す
る脱炭処理を行なうことにより、Ｃ含有量が０．０５〜
０．１％程度の複合金属粉末とすることができる。
【００４６】さらに図２に示すアトマイズ粉製造装置に
おいては、高周波誘導加熱器６によって溶湯３に付与さ
れる電磁力に基づく対流作用によって、セラミックス粒
子４を攪拌混合し、金属溶湯３中に分散させている。
おいては、高周波誘導加熱器６によって溶湯３に付与さ
れる電磁力に基づく対流作用によって、セラミックス粒
子４を攪拌混合し、金属溶湯３中に分散させている。
【００４７】しかしながら、より攪拌効果を高めるため
に、例えば金属溶湯３からの熱に耐える、ＷやＭｏ等の
高融点金属材料で形成した攪拌機を溶解炉５内部に装備
することもできる。
に、例えば金属溶湯３からの熱に耐える、ＷやＭｏ等の
高融点金属材料で形成した攪拌機を溶解炉５内部に装備
することもできる。
【００４８】
【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係る複合金属
粉末とその製造方法および複合金属粉末から形成された
耐摩耗部品によれば、無機化合物粉末を含有する金属溶
湯をアトマイズ法によって微粉化することにより、連続
した金属マトリックス間に無機化合物粒子が均一に分散
し、高い接合強度で一体化した複合金属粉末が効率的に
得られる。
粉末とその製造方法および複合金属粉末から形成された
耐摩耗部品によれば、無機化合物粉末を含有する金属溶
湯をアトマイズ法によって微粉化することにより、連続
した金属マトリックス間に無機化合物粒子が均一に分散
し、高い接合強度で一体化した複合金属粉末が効率的に
得られる。
【００４９】この複合金属粉末を原料粉末として使用す
ることにより、無機化合物粉末が均一に分散した耐摩耗
部品を安価で効率的に製造することができる。
ることにより、無機化合物粉末が均一に分散した耐摩耗
部品を安価で効率的に製造することができる。
【図１】本発明に係る複合金属粉末の一実施例を示す拡
大断面図。
大断面図。
【図２】本発明に係る複合金属粉末を製造するためのア
トマイズ粉製造装置の構成例を示す断面図。
トマイズ粉製造装置の構成例を示す断面図。
【図３】耐摩耗試験要領を示す斜視図。
１ アトマイズ粉製造装置
２ 金属原料
２ａ 金属マトリックス
３ 溶湯
４ セラミックス粒子（原料）
５ 溶解炉
６ 高周波誘導加熱器
７ ノズルヘッダ
８ 高圧流体供給装置
９ 噴霧タンク
１０ 複合金属粉末
１１ 軸受
１２ 回転軸
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所
Ｃ０４Ｂ 35/58 １０２ Ｇ 8821−4Ｇ
１０４ Ａ 8821−4Ｇ
(72)発明者 佐藤 孔俊
神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株
式会社東芝横浜事業所内
(72)発明者 福田 泰幸
神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 東
芝マテリアルエンジニアリング株式会社内
Claims (7)
- 【請求項１】 金属粉末マトリックス中に粒径３０μｍ
以下のセラミックス粒子を分散させたことを特徴とする
複合金属粉末。 - 【請求項２】 分散させたセラミックス粒子は、Ｓｉ3
Ｎ4 ，ＡｌＮ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＺｒＯ2 ，ＳｉＣおよびＳ
ｉＯ2 から選択される少なくとも１種から成ることを特
徴とする請求項１記載の複合金属粉末。 - 【請求項３】 複合金属粉末の粒径が３００μｍ以下で
あることを特徴する請求項１記載の複合金属粉末。 - 【請求項４】 セラミックス粒子の容積率が１〜５０vo
l ％であることを特徴とする請求項１記載の複合金属粉
末。 - 【請求項５】 セラミックス粒子を分散させた金属溶湯
をアトマイズ法により凝固せしめ、金属粉末マトリック
ス中にセラミックス粒子を分散させることを特徴とする
複合金属粉末の製造方法。 - 【請求項６】 金属溶湯に分散させるセラミックス粒子
表面に、有機化合物から成るコーティング層を予め形成
することを特徴とする請求項５記載の複合金属粉末の製
造方法。 - 【請求項７】 金属粉末マトリックス中に粒径３０μｍ
以下のセラミックス粒子が分散して成る複合金属粉末の
焼結体で形成したことを特徴とする耐摩耗部品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3150605A JPH0525513A (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | 複合金属粉末とその製造方法および耐摩耗部品 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3150605A JPH0525513A (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | 複合金属粉末とその製造方法および耐摩耗部品 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0525513A true JPH0525513A (ja) | 1993-02-02 |
Family
ID=15500542
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3150605A Pending JPH0525513A (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | 複合金属粉末とその製造方法および耐摩耗部品 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0525513A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006103931A1 (ja) * | 2005-03-29 | 2006-10-05 | Tama-Tlo Ltd. | 窒化アルミニウム含有物 |
| CN103941571A (zh) * | 2013-01-17 | 2014-07-23 | 奥米加股份有限公司 | 用于钟表机芯的部件 |
| JP2016081608A (ja) * | 2014-10-10 | 2016-05-16 | イビデン株式会社 | セラミックヒーターの製造方法 |
-
1991
- 1991-06-21 JP JP3150605A patent/JPH0525513A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006103931A1 (ja) * | 2005-03-29 | 2006-10-05 | Tama-Tlo Ltd. | 窒化アルミニウム含有物 |
| CN103941571A (zh) * | 2013-01-17 | 2014-07-23 | 奥米加股份有限公司 | 用于钟表机芯的部件 |
| JP2014137377A (ja) * | 2013-01-17 | 2014-07-28 | Omega Sa | 時計ムーブメントのための部品 |
| JP2016053589A (ja) * | 2013-01-17 | 2016-04-14 | オメガ・エス アー | 時計ムーブメントのための部品 |
| CN110275418A (zh) * | 2013-01-17 | 2019-09-24 | 奥米加股份有限公司 | 用于钟表机芯的部件 |
| CN110275418B (zh) * | 2013-01-17 | 2021-11-16 | 奥米加股份有限公司 | 用于钟表机芯的部件 |
| JP2016081608A (ja) * | 2014-10-10 | 2016-05-16 | イビデン株式会社 | セラミックヒーターの製造方法 |
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