耐摩耗部材的制作方法

1.本发明涉及耐摩耗部件。


背景技术：

2.耐摩耗部件用于各种机械、部件、工具等的摩耗部位。例如，在专利文献1中提出了如下技术，在用于热轧的带钢热轧机的轧制用复合辊，通过利用离心力铸造来设置mc型碳化物的均匀的外层，从而提高轧制用复合辊的耐磨耗性。另外，在专利文献2中提出了如下技术，在发动机的活塞的裙部等在油中润滑下滑动的部位，使用在聚酰胺酰亚胺树脂中分散有固体润滑剂及耐摩耗剂的滑动部件用组合物而生成耐磨耗性优异的润滑膜。
3.另外，在专利文献3中提出了如下技术，通过在最表面形成锂
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铁复合氧化物层，提高汽车用行走部件的耐磨耗性。并且，已知硬质合金、金属陶瓷、陶瓷等烧结硬质材料的耐磨耗性也是良好的。现有技术文献专利文献
4.专利文献1：日本专利第6313844号公报专利文献2：日本特开2002
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53883号公报专利文献3：日本特开2005
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126752号公报


技术实现要素：

发明所要解决的课题
5.近年来，在各种部位使用耐摩耗部件，耐摩耗部件彼此接触的情况也在增多。耐摩耗部件的耐磨耗性不仅根据耐摩耗部件其本身的性质而变化，还根据接触的对象(对方材料)的材料的性质而变化，因此在耐摩耗部件彼此接触时，有时无法充分得到耐摩耗部件的耐磨耗性。例如，专利文献1中记载的外层、专利文献2中记载的润滑膜及专利文献3中记载的锂
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铁复合氧化物层虽然都对特定材质的对方材料的耐磨耗性良好，但在硬质合金、金属陶瓷、陶瓷等烧结硬质材料为对方材料的情况下，存在耐磨耗性不充分的课题。
6.本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供在与各种硬质部件滑动接触时不易摩耗的耐摩耗部件。用于解决课题的技术方案
7.本发明人等为了解决上述课题而进行了深入研究，结果发现具有特定平均粒径的硬质颗粒通过结合部结合而成的合金对各种硬质部件的耐磨耗性优异，从而完成了本发明。
8.即，本发明为与硬质部件滑动接触的耐摩耗部件，所述耐摩耗部件由平均粒径为
10～150μm的硬质颗粒通过结合部结合而成的合金形成。发明效果
9.根据本发明，能够提供在与各种硬质部件滑动接触时不易摩耗的耐摩耗部件。
具体实施方式
10.以下，对本发明的实施方式进行具体说明。本发明不限于以下的实施方式，应当理解，在不脱离本发明的主旨的范围内，基于本领域技术人员的通常知识，对以下的实施方式适当施加变更、改良等而得到的方案也包含在本发明的范围内。
11.本发明的一个实施方式所涉及的耐摩耗部件由平均粒径为10～150μm的硬质颗粒通过结合部结合而成的合金形成。通过将硬质颗粒的平均粒径设为10μm以上，能够确保相对于与耐摩耗部件滑动接触的硬质部件(对方材料)的耐磨耗性。另外，通过将硬质颗粒的平均粒径设为150μm以下，能够抑制耐摩耗部件的表面变得过于粗糙，因此能够在与对方材料滑动接触的用途中使用耐摩耗部件。硬质颗粒的平均粒径优选为12～140μm，更优选为14～120μm。
12.在此，在本说明书中，所谓耐摩耗部件中的硬质颗粒的平均粒径，是指对耐摩耗部件的截面进行图像解析，截面图像中的水平方向的feret直径与垂直方向的feret直径的平均值。具体而言，对截面图像中的至少100个以上的硬质颗粒测定水平方向的feret直径和垂直方向的feret直径。然后，将硬质颗粒的两feret直径的平均值相加，并除以测定颗粒数，将所得的值作为硬质颗粒的平均粒径。此外，耐摩耗部件的截面的图像解析可以使用光学显微镜、sem(扫描型电子显微镜)、能量色散型x射线(eds)等来进行。
13.作为合金的种类，没有特别限定，但优选为硬质合金。作为硬质颗粒，没有特别限定，可以使用合金中通常使用的硬质颗粒。作为硬质颗粒的例子，可举出w、ti、zr、hf、v、nb、ta、cr及mo的碳化物、氮化物、硅化物以及氧化物等的颗粒。它们可以单独使用或组合两种以上使用。另外，其中，从耐磨耗性的观点出发，硬质颗粒优选为wc。
14.结合部没有特别限定，但优选包含选自ni及co中的1种以上。通过使用这样的结合部，能够利用结合部的弹性来缓和来自对方材料的冲击。
15.耐摩耗部件中的结合部与硬质颗粒的体积比没有特别限定，但优选为30：70～80：20，更优选为40：60～60：40。通过设为这样的体积比，能够提高硬质颗粒与结合部之间的密合力，因此即使在与对方材料之间存在磨料磨损的情况下，硬质颗粒也难以从耐摩耗部件脱落。因此，除了基于结合部的弹性的冲击缓和以外，还能够进一步提高基于硬质颗粒的耐磨耗性的效果。在此，在本说明书中，耐摩耗部件中的结合部与硬质颗粒的体积比是指，对耐摩耗部件的截面进行图像解析，将结合部与硬质颗粒的面积比设为结合部与硬质颗粒的体积比。此外，耐摩耗部件的截面的图像解析可以使用光学显微镜、sem(扫描型电子显微镜)、能量色散型x射线(eds)等来进行。
16.作为与耐摩耗部件滑动接触的硬质部件(对方材料)，没有特别限定，可以使用该技术领域中公知的硬质部件。此外，在本说明书中，所谓硬质部件，是指由硬质材料形成的部件。
作为形成硬质部件的硬质材料的例子，可举出jis b4053：2013中规定的hw、hf、ht、hc等硬质合金。
17.在此，hw是指由硬质相及结合相构成，硬质相的主成分为wc，硬质相所包含的硬质颗粒的平均粒径为1μm以上的硬质合金。另外，hf是指由硬质相及结合相构成，硬质相的主成分为wc，硬质相所包含的硬质颗粒的平均粒径小于1μm的硬质合金(一般称为超微粒硬质合金)。另外，ht是指由硬质相及结合相构成，硬质相所包含的硬质颗粒的主成分为钛、钽或铌的碳化物、碳氮化物、氮化物，且wc的成分少的硬质合金(一般称为金属陶瓷)。另外，hc是指在上述的硬质合金的表面化学或物理地包覆有1层以上的碳化物、碳氮化物、氮化物、氧化物、金刚石、类金刚石碳等的硬质合金(一般称为包覆硬质合金)。此外，结合相可以使用fe族的金属(fe、co、ni)。
18.具体而言，作为用于对方材料的硬质合金，可以使用hw
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p01、hw
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p10、hw
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p20、hw
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p30、hw
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p40、hw
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p50、hw
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m10、hw
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m20、hw
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m30、hw
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m40、hw
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k01、hw
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k10、hw
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k20、hw
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k30、hw
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k40、ht
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p01、ht
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p10、ht
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p20、ht
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p30、ht
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p40、ht
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p50、ht
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m10、ht
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m20、ht
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m30、ht
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m40、ht
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k01、ht
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k10、ht
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k20、ht
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k30、ht
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k40、hf
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p01、hf
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p10、hf
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p20、hf
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p30、hf
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p40、hf
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p50、hf
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m10、hf
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m20、hf
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m30、hf
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m40、hf
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k01、hf
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k10、hf
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k20、hf
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k30、hf
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k40、hc
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p01、hc
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p10、hc
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p20、hc
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p30、hc
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p40、hc
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p50、hc
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m10、hc
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m20、hc
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m30、hc
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m40、hc
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k01、hc
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k10、hc
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k20、hc
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k30、hc
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k40等。
19.在对方材料使用硬质合金的情况下，硬质颗粒的平均粒径没有特别限定，但优选为8μm以下，更优选为5μm以下，进一步优选为3μm以下。硬质合金具有硬质颗粒的平均粒径越小则越硬的倾向。因此，通过将对方材料的硬质颗粒的平均粒径控制在上述的范围，对方材料与耐摩耗部件的硬度差变大，耐摩耗部件不易摩耗。此外，对方材料的硬质合金中含有的硬质颗粒的平均粒径可以通过与耐摩耗部件中的硬质颗粒的平均粒径相同的方法求出。
20.用于对方材料的硬质合金中的结合相的体积比例没有特别限定，但优选为小于35体积％，更优选为30体积％以下，进一步优选为25体积％以下。另外，对方材料中的硬质相的体积比例优选为65体积％以上，更优选为70体积％以上，进一步优选为75体积％以上。通过将结合相的体积比例设为小于35体积％，以及将硬质颗粒的体积比例设为65体积％以上，耐摩耗部件与对方材料的硬度差变大，耐摩耗部件不易摩耗。此外，对方材料的硬质合金中的结合相及硬质相的体积比例可以通过与耐摩耗部件中的结合相与硬质颗粒的体积比相同的方法求出。
21.作为对方材料的洛氏硬度(hra)，没有特别限定，但从确保作为硬质部件的硬度的观点出发，优选为80以上，更优选为83以上，进一步优选为85以上。
22.本发明的一个实施方式所涉及的耐摩耗部件能够按照以往的粉末冶金法进行制造。具体而言，将平均粒径为10～150μm的硬质颗粒的原料粉末、提供结合部的金属粉末以及粘合剂混合而得到糊状的成形材料后，将该成形材料成形为规定的形状并进行烧结即可。成形材料中可以根据需要添加溶剂。另外，关于各粉末的比例、烧结条件等，并没有特别限定，根据所使用的粉末的种类适当设定即可。此外，原料粉末的硬质颗粒的平均粒径是指通过激光衍射/散射法求出的粒度分布中的累积值50％的粒径(d50)。用feret直径与d50分别求出的平均粒径没有那么大的差。
实施例
23.以下，通过实施例对本发明进行更具体的说明，但本发明不受这些实施例的任何限定。
24.(实施例1)将平均粒径为110μm的wc颗粒的原料粉末(日本新金属株式会社制wc
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s)60g、ni粉末(福田金属箔粉工业株式会社制fp
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606)28g以及粘合剂(东亚合成株式会社制aron(注册商标))5g在烧杯内混合而得到糊状的成形材料。接下来，将该成形材料流入sus制的容器(内部尺寸为15cm
×
15cm
×
15cm)后，用真空炉在温度890℃下烧成2小时，从而得到耐摩耗部件。
25.(实施例2)将平均粒径为16μm的wc颗粒的原料粉末(日本新金属株式会社制wc
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s)60g、ni粉末(福田金属箔粉工业株式会社制fp
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606)34g以及粘合剂(东亚合成株式会社制aron(注册商标))5g在烧杯内混合而得到成形材料，除此以外，与实施例1同样地得到耐摩耗部件。
26.(比较例1)作为耐摩耗部件，准备市售的硬质合金(富士模具株式会社制d40)。
27.对上述得到的实施例及比较例的耐摩耗部件，进行下述的评价。
28.(1)硬质颗粒的平均粒径、以及结合部与硬质颗粒的体积比对于耐摩耗部件的截面，使用光学显微镜进行图像解析，基于上述的方法求出平均粒径、以及结合部与硬质颗粒的体积比。
29.(2)洛氏硬度(hra)使用洛氏硬度试验机测定洛氏硬度。
30.(3)摩耗量基于astm d2670，使用高速法列克司型摩擦试验机(神钢造机株式会社制)对摩耗量进行评价。具体而言，以如下方式进行摩耗量的测定。首先，作为对方材料，准备市售的硬质合金(富士模具株式会社制d60)。该硬质合金为包含平均粒径为4μm的wc颗粒的硬质相分散于结合相(co)中的硬质合金，硬质相(wc)与结合相(co)的体积比为75：25，洛氏硬度为88。此外，该硬质合金的平均粒径、体积比及洛氏硬度通过上述的方法进行测定。接下来，从用作对方材料的硬质合金采集圆柱状的销。销设为直径6.35mm、长度31.75mm。另外，从上述的实施例及比较例中得到的耐摩耗部件采集v块。v块是直径为12.83mm、长度10.16mm、v槽的角度为96
°
、槽宽为6.35mm的试验片。然后，将上述的销及v块设置于高速法列克司型摩擦试验机。
31.接下来，制备相对于300ml自来水配合1kg陶瓷(#220的sic)的含陶瓷浆料，在油浴内加入含陶瓷浆料。接下来，一边在油浴内的含陶瓷浆料中浸渍设置于高速法列克司型摩擦试验机的销及v块，一边进行法列克司摩耗试验。法列克司摩耗试验将销的转速设为300rpm，将v块相对于销的试验载荷设为500n，将试验时间设为60分钟，将试验温度设为常温(约25℃)，在该试验后对v块的摩耗量(磨耗减量)进行测定。将上述的各评价结果示于表1。
32.【表1】
33.如表1所示，实施例1及2的耐摩耗部件与比较例1的耐摩耗部件相比，摩耗量少。
34.由以上的结果可见，根据本发明，能够提供在与各种硬质部件滑动接触时不易摩耗的耐摩耗部件。产业上的可利用性
35.本发明的一个实施方式所涉及的耐摩耗部件能够用于与各种部件滑动接触或滑动的部件。特别是，本发明的一个实施方式所涉及的耐摩耗部件能够用于与各种硬质部件滑动接触的部件，例如轧辊、发动机的活塞、轴承的外壳、汽车的行走部件等。