JP3872665B2 - Manufacturing method of inclined composite material - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面から内部に指向してセラミックスの組成比が増加するとともに金属の組成比が減少する傾斜複合材の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
各種の加工分野で使用される加工工具、例えば、切削工具の刃具や圧延ロールには、硬度、耐摩耗性、耐熱性、耐酸化性、圧縮強度等に優れていることが要求される。このような観点から、近年では、加工工具を、コバルト(Co)粉末と炭化タングステン(WC)粉末が焼結されてなるWC−Co系超硬合金や、モリブデン(Mo)粉末と炭化チタン(TiC)粉末が焼結されてなるTiC系サーメット等、金属とセラミックスとを含有する複合材料から構成することが試みられている。圧延ロールを例として説明すれば、この種の複合材料を素材とする圧延ロールは上記の各特性をある程度は兼ね備えているので、一回の圧延加工における圧下率を大きくすることができるという利点がある。
【0003】
なお、刃具や圧延ロールの表面の硬度や耐摩耗性をさらに向上させるため、該表面に対し、物理的気相成長(PVD)法や化学的気相成長(CVD)法によってTiNやTiCからなる被膜が形成されることもある。
【0004】
圧延ロールが著しく摩耗した場合には、ワークを所定の厚みの板材に展延することが困難となるため、交換が必要となる。
【0005】
ところで、圧延ロールの寸法は、一般的なものでも直径1cm〜1m、長さ50cm〜1.5m程度であり、大きなものでは直径4m、長さ5mに及ぶこともある。一方、上記したような複合材料は小寸法のものでも高価であり、必然的に、前記のような寸法の複合材製圧延ロールはかなり高価である。このため、交換頻度が多くなると、複合材製圧延ロールの購入費が高騰して圧延加工コストも上昇してしまうという不具合を招く。したがって、複合材製圧延ロールには、通常の圧延ロールに比して耐摩耗性が優れていることが要求される。
【0006】
複合材製圧延ロールの耐摩耗性を向上させるには、セラミックスの組成比を高くすることによって該ロールの硬度を向上させればよい。しかしながら、この場合、該ロールの強度および靱性が低下し、その結果、該ロールに脆性破壊が生じ易くなるという不具合が惹起される。このような理由から、充分な耐摩耗性を有しながらも脆性破壊が生じにくい複合材製圧延ロールは、これまでのところ得られていない。
【0007】
また、PVD法やCVD法により被膜を形成する場合、被膜形成対象の大きさや形状に制約を受けるという不都合があるため、被膜を効率よく形成することができない。このため、複合材製圧延ロールの製造コストを上昇させ、結局、複合材製圧延ロールの価格をさらに高騰させてしまう。しかも、この被膜は、高応力下では容易に剥離してしまう。
【0008】
そこで、本出願人は、特開2000−301216号公報にて、表面から内部に指向してセラミックスの組成比が減少し、かつ金属の組成比が増加する傾斜複合材からなる圧延ロールを提案している。この場合、表面が高硬度であるので耐摩耗性に優れ、かつ内部が高靱性であるので割れや欠けが生じ難い圧延ロールを構成することができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
特開2000−301216号公報にて提案された圧延ロールには、表面が高硬度であるので仕上げ加工が容易ではないという不具合がある。この不具合を解消するためには、表面における金属の組成比を高めればよいと考えられる。周知のように、金属の組成比が高くなると加工性に富むようになるからである。
【0010】
この種の傾斜複合材は、例えば、100体積%の金属粒子、80体積%の金属粒子と20体積%のセラミックス粒子の混合粉末、60体積%の金属粒子と40体積%のセラミックス粒子の混合粉末、40体積%の金属粒子と60体積%のセラミックス粒子の混合粉末、20体積%の金属粒子と80体積%のセラミックス粒子の混合粉末、100体積%のセラミックス粒子、20体積%の金属粒子と80体積%のセラミックス粒子の混合粉末、40体積%の金属粒子と60体積%のセラミックス粒子の混合粉末、60体積%の金属粒子と40体積%のセラミックス粒子の混合粉末、80体積%の金属粒子と20体積%のセラミックス粒子の混合粉末、100体積%の金属粒子をこの順序で積層し、次いでこの積層体を焼結させることにより製造することができる。
【0011】
しかしながら、金属粒子の焼結可能な温度とセラミックス粒子の焼結可能な温度は周知のように大きく異なり、後者の方がより高温である。したがって、金属粒子が焼結可能な温度で上記積層体を焼結した場合には、セラミックス粒子が緻密化しないので低強度の傾斜複合材となる。一方、セラミックス粒子が焼結可能な温度で上記積層体を焼結した場合には、金属が融解してしまうので所望の形状の傾斜複合材を製造することができない。また、上記のように段階的に組成比が異なる積層体の焼結を行うと、緻密化速度や焼結に伴う収縮の度合いが各層において異なるために、焼結体(傾斜複合材)が変形する。さらに、焼結の際に、焼結体にクラックが発生することもある。
【0012】
すなわち、従来技術に係る傾斜複合材の製造方法には、実用に供することが可能な程度の硬度および靱性を兼ね備える傾斜複合材を所望の形状で製造することが著しく困難であるという不具合がある。
【0013】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、表面から内部に指向して金属の組成比が減少するとともにセラミックスの組成比が増加し、このために表面が高靱性でかつ内部が高硬度であり、容易に加工を施すことが可能な傾斜複合材の製造方法を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、表面から内部に指向してセラミックスの組成比が増加するとともに金属の組成比が減少し、かつ内部に存在するセラミックス粒子が表面に存在するセラミックス粒子に比して大きく粒成長した傾斜複合材の製造方法であって、
W、Cr、Mo、Ti、V、Zr、Hf、ランタノイドの炭化物、窒化物または炭窒化物の群から選択された少なくとも1種のセラミックス粒子と、Fe、Ni、Coまたはこれらの中の2種以上で構成される合金の群から選択された少なくとも1種の金属粒子とが重量比で60:40〜97:3で混合されてなる混合粉末を成形して成形体とする成形工程と、
前記成形体を焼結して多孔質体とする一次焼結工程と、
前記多孔質体の内部に、Fe、Ni、Co、Mn、Cr、Mo、Tiまたはランタノイドを含む粒成長促進剤含有溶液を含浸させる含浸工程と、
前記粒成長促進剤含有溶液が含浸された前記多孔質体を窒素ガス雰囲気中で再焼結して緻密焼結体とする二次焼結工程と、
を有し、
前記一次焼結工程は、前記金属粒子同士が融着してネックが形成され、かつ前記セラミックス粒子同士が融着されない時点で終了され、
前記二次焼結工程では、昇温開始時から窒素ガスを導入することを特徴とする。
【0015】
この場合、二次焼結工程において、多孔質体の表面近傍に存在する金属粒子がセラミックス粒子に比して早期に粒成長を開始する。さらに、多孔質体の表面近傍に存在するセラミックス粒子は、窒素等の窒化ガスにより粒成長が抑制される。窒化ガスは、一般的にセラミックス粒子の粒成長を阻害するからである。その一方で、多孔質体の内部に存在するセラミックス粒子は、窒化ガスが到達し難いので粒成長が抑制されることはない。しかも、粒成長促進剤によって粒成長が促進される。このような理由から、金属粒子が表面に集中するような再配列が起こり、その結果、表面から内部に指向して金属の組成比が減少するとともにセラミックスの組成比が増加する傾斜複合材が得られる。
【0016】
なお、前記窒化ガスとしては、取り扱いの容易さや反応速度を容易に制御することができる等の点から、窒素が用いられる。
【0017】
このようにして得られた傾斜複合材は、金属に由来する靱性と、セラミックスに由来する硬度および強度とを兼ね備える。このため、割れや欠けが生じ難く、しかも、耐摩耗性が向上するとともに変形が生じ難い各種加工用工具を構成することができる。
【0018】
しかも、この傾斜複合材における金属の組成比は、表面で最も高い。換言すれば、加工 を施すことが最も容易な部位は表面である。このため、研削加工等の各種の機械加工を容易に施すことができ、結局、所望の寸法精度を有する製品を得ることができる。
【0019】
ワークに各種の機械加工を施すに際して充分な硬度、強度および靱性を有する加工工具とするためには、セラミックス粒子をW、Cr、Mo、Ti、V、Zr、Hf、ランタノイドの炭化物、窒化物または炭窒化物の群から選択された少なくとも1種とし、かつ金属粒子をFe、Ni、Coまたはこれらの中の2種以上で構成される合金の群から選択された少なくとも1種とする。さらに、金属粒子にCr、Mn、V、Tiの少なくとも1種を添加するようにしてもよい。この場合、セラミックス粒子と金属粒子との組成比は重量比で60:40〜97:3に設定される。金属が3重量部未満であると、靱性が乏しくなるので割れや欠けが生じ易くなるからである。また、40重量部を超えると、硬度や強度が低下するので耐摩耗性が乏しくなるとともにワークの加工時に変形が生じ易くなるからである。
【0020】
また、粒成長促進剤含有溶液に含有される粒成長促進剤としてはFe、Ni、Co、Mn、Cr、Mo、Tiまたはランタノイドを好適な例として挙げることができる。
【0021】
傾斜複合材の好適な例としては、圧延ロールを挙げることができる。圧延ロールを製造する場合、前記成形工程で、圧延ロールに対応する形状の成形体を作製するようにすればよい。この場合、寸法精度に優れた圧延ロールとするために、得られた緻密焼結体の表面を研削加工して圧延ロールとする仕上げ加工工程を行うことが好ましい。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る傾斜複合材の製造方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態では、傾斜複合材として圧延ロールを例示して説明する。
【0023】
本実施の形態に係る圧延ロールの概略全体斜視図を図1に示すとともに、縦断面図を図2に示す。この圧延ロール10は、冷間圧延用工具であり、ロール部12と、該ロール部12の両端に設けられた小径な支持軸14a、14bとを有する。
【0024】
該圧延ロール10は、セラミックスと金属とを含む複合材で構成されている。そして、内部と表面とを比較すると、金属の組成比は表面の方が大きい。すなわち、圧延ロール10は、金属の組成比が比較的大きな金属リッチ部20が表面に設けられる一方で、金属リッチ部20に比して金属の組成比が小さくかつセラミックスの組成比が大きなセラミックスリッチ部22が内部に設けられ、さらに、金属リッチ部20とセラミックスリッチ部22との間に傾斜部24が設けられた形態となっている。なお、傾斜部24においては、金属リッチ部20側からセラミックスリッチ部22側に指向して金属の割合が漸減している。
【0025】
すなわち、圧延ロール10では、金属の組成比は、表面である内周壁部および外周壁部で最も高く、内部に指向して減少している。また、その逆に、セラミックスの組成比は表面である内周壁部および外周壁部で最も低く、内部に指向して増加している。
【0026】
圧延ロール10の構成材料であるセラミックスとしては、W、Cr、Mo、Ti、V、Zr、Hf、ランタノイドの炭化物、窒化物または炭窒化物の群から選択された少なくとも1種が好ましく、また、金属としては、Fe、Ni、Coまたはこれらの中の2種以上で構成される合金の群から選択された少なくとも1種が好ましい。金属には、これらに加え、Cr、Mn、V、Tiの少なくとも1種がさらに含有されていてもよい。上記したセラミックスおよび金属を構成材料とすることにより、実用上必要な強度、硬度および靱性を有する圧延ロール10を得ることができる。
【0027】
上記したセラミックスおよび金属を圧延ロール10の構成材料とする場合、セラミックスと金属との組成比は、60:40〜97:3(重量比、以下同じ)に設定される。金属が3重量部未満であると、靱性が乏しくなるので割れや欠けが生じ易くなる。また、40重量部を超えると、セラミックス量が少なくなるので硬度や強度が低下し、その結果、耐摩耗性が乏しくなるとともにワークに対して圧延加工を施す際に変形が生じ易くなる。
【0028】
なお、圧延ロール10として充分な耐摩耗性と靱性とを均衡させるためには、セラミックスと金属との組成比を85:15〜95:5とすることが好ましい。
【0029】
この圧延ロール10における金属の組成比は、表面で最も高い。このため、該表面に対して容易に加工を施すことができる。したがって、圧延ロール10の寸法精度を所望のものとすることができる。
【0030】
この圧延ロール10は、その過程がフローチャートとして図3に示される製造方法により製造することができる。図3に示されるように、この製造方法は、圧延ロール形状の成形体を得る成形工程S1と、前記成形体を焼結して多孔質体とする一次焼結工程S2と、前記多孔質体の内部に粒成長促進剤含有溶液を含浸する含浸工程S3と、前記多孔質体を再焼結して緻密焼結体とする二次焼結工程S4と、前記緻密焼結体に対して研削加工を施す仕上げ加工工程S5とを有する。
【0031】
まず、成形工程S1において、セラミックス粒子と金属粒子の混合粉末を調製する。
【0032】
上記した理由から、セラミックス粒子としては、W、Cr、Mo、Ti、V、Zr、Hf、ランタノイドの炭化物、窒化物または炭窒化物の群から選択された少なくとも1種が好ましく、また、金属粒子としては、Fe、Ni、Coまたはこれらの中の2種以上で構成される合金の群から選択された少なくとも1種が好ましい。さらに、Cr、Mn、V、Tiの少なくとも1種を添加するようにしてもよい。そして、混合粉末におけるセラミックス粒子と金属粒子との組成比は、最終的に得られる圧延ロール10におけるセラミックスと金属との組成比が60:40〜97:3となるように調整する。
【0033】
そして、この混合粉末に成形加重を加えて成形体を作製する。この際、成形荷重は、後述する一次焼結工程S2において多孔質体が得られるようにするため、金属粒子が塑性変形を起こさない程度に設定される。具体的には、成形荷重を100〜300MPa程度とすることが好ましい。この場合、金属粒子が塑性変形を起こすことを回避することができるので、成形体の開気孔が閉塞されることはない。
【0034】
この場合、圧延ロール10を製造するのであるから、成形体としては、圧延ロール10の形状に対応する形状のものを作製する。
【0035】
次いで、一次焼結工程S2において、開気孔が残留するように前記成形体を焼結して多孔質体とする。この時点で緻密焼結体とすると、含浸工程S3において粒成長促進剤含有溶液を内部に含浸させることが困難となるからである。
【0036】
したがって、一次焼結工程S2における焼結温度や時間は、金属粒子同士の融着が起こり、該金属粒子同士にネックが形成された状態で終了されるように設定される。すなわち、一次焼結工程S2では、セラミックス粒子同士は融着されない。このため、成形体が多孔質体になる過程においては、体積はほとんど変化しない。
【0037】
次いで、含浸工程S3において、粒成長促進剤を含有する粒成長促進剤含有溶液を前記多孔質体の内部に含浸させる。具体的には、粒成長促進剤含有溶液中に前記多孔質体を浸漬する。この浸漬により、粒成長促進剤含有溶液が多孔質体の開気孔を介してその内部へと浸透する。
【0038】
なお、粒成長促進剤は、二次焼結工程S4においてセラミックス粒子の粒成長を促進する物質であれば特に限定されるものではないが、Fe、Ni、Co、Mn、Cr、Mo、Tiまたはランタノイド等を好適な例として挙げることができる。粒成長促進剤含有溶液としては、上記した金属を含有する金属塩を溶媒に溶解したものや有機金属溶液を使用すればよい。
【0039】
この場合、粒成長促進剤は、溶媒中に分散または溶解されることにより単一分子またはイオンにまで解離される。したがって、含浸工程S3においては、単一分子またはイオンにまで解離された粒成長促進剤が多孔質体の内部に均一に分散される。このため、二次焼結工程S4におけるセラミックス粒子の粒成長は、多孔質体の表面から内部に亘り促進される。
【0040】
含浸工程S3を行った後には、自然放置により粒成長促進剤含有溶液を乾燥する。または、多孔質体を加熱して粒成長促進剤含有溶液を乾燥するようにしてもよい。
【0041】
次いで、二次焼結工程S4において、多孔質体を窒素等の窒化ガス雰囲気中で再焼結して緻密焼結体とする。なお、雰囲気とする窒化ガスは、二次焼結工程S4の昇温開始時から導入する。これにより、緻密焼結体(傾斜複合材)が得られる。
【0042】
二次焼結工程S4では、雰囲気である窒化ガスによって、多孔質体の表面近傍に存在するセラミックス粒子の粒成長が阻害される。その一方で、窒化ガスは多孔質体の内部には到達し難い。このため、内部に存在するセラミックス粒子の粒成長が窒化ガスによって阻害される度合いは、表面に比して小さい。しかも、内部に存在するセラミックス粒子の粒成長は、前記粒成長促進剤によって促進される。
【0043】
結局、二次焼結工程S4においては、多孔質体の表面ではセラミックス粒子の粒成長が抑制され、内部では促進される。その結果、金属粒子が表面近傍に集中するような再配列が起こる。すなわち、表面では金属の組成比が高く、内部ではセラミックスの組成比が高い傾斜複合材が得られる。
【0044】
このように、昇温開始時から窒化ガス雰囲気を導入して二次焼結工程S4を行うことにより、粒成長促進剤含有溶液が含浸された多孔質体の内部に存在するセラミックス粒子の粒成長の度合いを表面近傍に比して大きくすることができる。これに伴って金属粒子が再配列することにより、表面から内部に指向して金属の組成比が減少するとともにセラミックスの組成比が増加する傾斜複合材を得ることができる。
【0045】
最後に、仕上げ加工S5において、前記傾斜複合材の表面を研削加工することにより、セラミックスと金属との組成比が60:40〜97:3、好ましくは85:15〜95:5でありかつ製品としての寸法精度を有する圧延ロール10が得られるに至る。なお、研削加工における研削幅は、一般的には0.5〜数mm程度とすれば充分である。
【0046】
この仕上げ加工では、傾斜複合材の表面における金属の組成比が比較的高いので、該表面に対し研削加工を容易に施すことができる。すなわち、研削加工が施された後の圧延ロール10においては、高硬度でかつ高強度なセラミックスリッチ部24の厚みが著しく大きくなる。その一方で、該圧延ロール10の表面には金属リッチ部20が残存している。したがって、靱性、硬度、強度を兼ね備える圧延ロール10を得ることができる。
【0047】
なお、本実施の形態においては、成形工程S1と一次焼結工程S2とを個別に行っているが、熱間等圧成形(HIP)等のように、両工程S1、S2を同時に行うようにしてもよい。
【0048】
また、上記した実施の形態では、傾斜複合材として圧延ロール10を例示して説明したが、特にこれに限定されるものではなく、その他の加工工具や構造材等であってもよいことはいうまでもない。
【0049】
【実施例】
平均粒径1μmの炭化タングステン(WC)粒子を90重量部、平均粒径1μmのコバルト(Co)粒子10重量部を、ヘキサンを用いて湿式混合して混合粉末とした。次いで、この混合粉末を、静水圧加圧成形法にて100MPaの加圧力で成形しながら、窒素を30リットル/分で流通して900℃で30分間保持することにより直径15mm、長さ25mmの円柱状の多孔質体とした。なお、成形は、前記金型のクリアランスを介してキャビティからヘキサンを排出しながら行った。
【0050】
次いで、この多孔質体を濃度10%のNiイオン溶液に3分間浸漬することにより、多孔質体の内部にNiイオンを分散させた。さらに、多孔質体を90℃で1時間保持することにより乾燥した。
【0051】
次いで、前記多孔質体を、窒素雰囲気中において図4に示すパターンで再焼結することにより緻密焼結体(傾斜複合材)を得た。得られた傾斜複合材を切断して電子顕微鏡により観察したところ、表面に存在するセラミックス粒子は丸みを帯びた微細なものであり、一方、内部に存在するセラミックス粒子は大きく粒成長していることが認められた。
【0052】
また、機器分析を行ったところ、表面から内部に指向して金属の組成比が減少しているとともに、セラミックスの組成比が増加していることが認められた。さらに、表面近傍のWCが窒化され、タングステンの炭窒化物が生成していることが確認された。表面のセラミックス粒子が丸みを帯びているのは、このためであると考えられる。
【0053】
この傾斜複合材の断面につき、表面から内部に亘ってビッカース硬度およびAスケールのロックウェル硬度を測定した。結果を図5に示す。この図5から、得られた傾斜複合材においては、表面から内部に指向して硬度が上昇していることが明らかである。
【0054】
また、平均粒径3μmのWC粒子が93重量%、平均粒径0.8μmのCo粒子が7重量%となるように秤量し、ヘキサンを用いて両粒子を湿式混合して混合粉末とした。そして、ヘキサンが9重量%となるまで乾燥した後、金型内静水加圧法にて100MPaの加圧力でこの混合粉末を直径80mm×長さ320mmの円柱体形状に成形した。なお、成形は、前記金型のクリアランスを介してキャビティからヘキサンを排出しながら行った。
【0055】
次いで、この円柱状成形体を窒素雰囲気下において900℃で30分間保持することにより、多孔質体とした。
【0056】
さらに、該多孔質体を濃度10%の硝酸ニッケル水溶液に浸漬することによって多孔質体の内部にNiイオンを分散させた後、130℃で2時間保持することにより乾燥させた。
【0057】
そして、この多孔質体を窒素雰囲気下において1400℃で2時間保持することにより、WC粒子を粒成長させた。すなわち、WCとCoの焼結体からなる複合材製円柱体を得た。これを実施例1とする。なお、窒素は、昇温を開始した時点から導入した。
【0058】
また、WC粒子を90重量%、Co粒子を3重量%、平均粒径0.4μmのNi粒子を5重量%、平均粒径5μmのCr粒子を2重量%として混合粉末を得たことを除いては実施例1に準拠して、WC、Co、NiおよびCrの焼結体からなる複合材製円柱体を作製した。これを実施例2とする。
【0059】
これら実施例1、2の複合材製円柱体につき、表面からの距離とビッカース硬度との関係を調べた。結果を図6に示す。図6から、実施例1、2の複合材製円柱体においては、表面から内部に指向して硬度が上昇していることが明らかである。この理由は、表面から内部に指向してセラミックスの組成比が増加しているためである。
【0060】
さらに、比較のため、WC粒子、Co粒子、Ni粒子、Cr粒子の割合を図7に示すように変化させて混合粉末とした。そして、実施例1、2に準拠して同一寸法の円柱状成形体とした後、該円柱状成形体を窒素雰囲気下において1400℃で2時間保持することによって複合材製円柱体とした。これらをそれぞれ比較例1〜4とする。なお、図7には、実施例1、2における混合粉末の組成も併せて示した。また、実施例1および比較例3、4の組成は、複合材製圧延ロールの原材料として採用されている超硬合金の組成に相当するものである。
【0061】
以上の各複合材製円柱体の側周壁部に対し、表面から深さ0.2mmまでを全周に亘って切削除去した。この切削除去後に露呈した表面につき、温度とAスケールのロックウェル硬度との関係を調べた。高硬度であるほど耐摩耗性に優れた材料であることを表す。結果を図8に示す。この図8から、実施例1、2の複合材製円柱体は、全温度領域に亘って比較例1〜4の複合材製円柱体よりも著しく高い硬度を示すこと、すなわち、耐摩耗性が優れていることが明らかである。
【0062】
また、実施例1および比較例1の各複合材製円柱体につき、大越式摩耗試験機にて、低炭素鋼を相手材とする摩耗試験を行った。すべり距離と摩耗量との関係をグラフにして図9に示す。図9から、金属の割合が同一であるにも関わらず、実施例1の複合材製円柱体の方が著しく優れた耐摩耗性を有することが分かる。
【0063】
さらに、実施例1、2および比較例1、2の各複合材製円柱体につき、抗折強度を測定した。実施例1、比較例1については、ヤング率も測定した。結果を図7に併せて示す。この測定結果から、粒成長促進剤含有溶液を含浸させた後に窒化ガス雰囲気下で焼結させることにより金属およびセラミックスの組成比を傾斜的に変化させることができ、その結果、一般的な複合材に比して強度およびヤング率を向上させることができるということがいえる。
【0064】
以上の結果から、粒成長促進剤含有溶液を含浸させた後に窒化ガス雰囲気下で焼結させることによって、耐摩耗性に優れ、かつ高強度でヤング率も大きな傾斜複合材を得ることができることが諒解される。そして、該傾斜複合材の耐摩耗性、強度、ヤング率等は、該傾斜複合材を圧延ロールとする際に充分な値である。すなわち、この傾斜複合材を使用することによって、交換頻度が少なくかつ脆性破壊が生じ難い上、ワークに対して効率よく圧延加工を施すことが可能な圧延ロールを得ることができる。
【0065】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る傾斜複合材の製造方法によれば、粒成長促進剤含有溶液が含浸された多孔質体を窒素等の窒化ガス雰囲気中で再焼結して緻密焼結体(傾斜複合材)とするようにしている。この場合、多孔質体の表面近傍に存在するセラミックス粒子は窒素により粒成長が抑制され、一方、内部に存在するセラミックス粒子は粒成長促進剤により粒成長が促進される。このために金属粒子が表面に集中するような再配列が起こり、その結果、表面から内部に指向して金属の組成比が減少するとともにセラミックスの組成比が増加する傾斜複合材、すなわち、表面が高靱性でかつ内部が高硬度の傾斜複合材を得ることができるという効果が達成される。
【0066】
このようにして得られた傾斜複合材は、靱性、強度および硬度等の諸特性に優れる。このため、例えば、耐摩耗性に優れるとともに割れや欠けが生じ難い圧延ロールを容易に構成することができる。しかも、この傾斜複合材における金属の組成比は表面で最も高いので、研削加工等の機械加工を容易に施すことができ、結局、寸法精度の良好な製品とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本実施の形態に係る圧延ロール(傾斜複合材)の概略全体斜視図である。
【図2】 図1の圧延ロールの縦断面図である。
【図3】 本実施の形態に係る傾斜複合材の製造方法のフローチャートである。
【図4】 二次焼結工程を行う際の温度パターンを示すグラフである。
【図5】 得られた傾斜複合材における硬度の変化を表面から内部に指向して示すグラフである。
【図6】 実施例1、2の複合材製円柱体における表面からの距離とビッカース硬度との関係を示すグラフである。
【図7】 実施例1、2および比較例1〜4の焼結体(複合材製円柱体)における原料粒子の組成比と、抗折強度およびヤング率とを示す図表である。
【図8】 実施例1、2および比較例1〜4の複合材製円柱体における温度とAスケールのロックウェル硬度との関係を示すグラフである。
【図9】 実施例1および比較例1の複合材製円柱体におけるすべり距離と摩耗量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
10…圧延ロール 12…ロール部
14a、14b…支持軸 20…金属リッチ部
22…セラミックスリッチ部 24…傾斜部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides a gradient composite in which the composition ratio of ceramics increases and the composition ratio of metals decreases from the surface toward the inside.MaterialIt relates to a manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
Processing tools used in various processing fields, such as cutting tools and rolling rolls, are required to be excellent in hardness, wear resistance, heat resistance, oxidation resistance, compressive strength, and the like. From this point of view, in recent years, machining tools have been used for WC-Co cemented carbides obtained by sintering cobalt (Co) powder and tungsten carbide (WC) powder, and molybdenum (Mo) powder and titanium carbide (TiC). ) It has been attempted to form a composite material containing metal and ceramics, such as TiC cermet obtained by sintering powder. If a rolling roll is described as an example, a rolling roll made of this type of composite material has the above-mentioned characteristics to some extent, so that the rolling reduction in one rolling process can be increased. is there.
[0003]
In addition, in order to further improve the hardness and wear resistance of the surface of the blade and the rolling roll, the surface is made of TiN or TiC by a physical vapor deposition (PVD) method or a chemical vapor deposition (CVD) method. A film may be formed.
[0004]
When the rolling roll is significantly worn, it becomes difficult to spread the work on a plate material having a predetermined thickness, and thus replacement is necessary.
[0005]
By the way, the dimensions of the rolling roll are about 1 cm to 1 m in diameter and about 50 cm to 1.5 m in length even if they are general ones. On the other hand, the composite material as described above is expensive even if it has a small size, and inevitably, the composite material rolling roll having the above size is quite expensive. For this reason, if the exchange frequency increases, the purchase cost of the composite material-made rolling rolls rises, resulting in a problem that the rolling cost increases. Therefore, the composite material rolling roll is required to have excellent wear resistance as compared with a normal rolling roll.
[0006]
In order to improve the wear resistance of the composite-made rolling roll, the hardness of the roll may be improved by increasing the composition ratio of ceramics. However, in this case, the strength and toughness of the roll are lowered, and as a result, a problem that brittle fracture is likely to occur in the roll is caused. For these reasons, a composite material-made rolling roll that has sufficient wear resistance but hardly causes brittle fracture has not been obtained so far.
[0007]
Further, when a film is formed by the PVD method or the CVD method, there is a disadvantage that the size and shape of the film formation target are restricted, and thus the film cannot be formed efficiently. For this reason, the manufacturing cost of a composite material-made rolling roll is raised, and the price of a composite material-made roll is eventually raised further. Moreover, this coating easily peels off under high stress.
[0008]
In view of this, the present applicant proposed in JP-A-2000-301216 a rolling roll made of a gradient composite material in which the ceramic composition ratio decreases from the surface to the inside and the metal composition ratio increases. ing. In this case, it is possible to form a rolling roll that has a high hardness on the surface and is excellent in wear resistance and has a high toughness inside, and is less likely to be cracked or chipped.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The rolling roll proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-301216 has a problem that finishing is not easy because the surface has high hardness. In order to eliminate this problem, it is considered that the metal composition ratio on the surface should be increased. This is because, as is well known, workability increases as the composition ratio of the metal increases.
[0010]
This type of gradient composite material is, for example, 100 volume% metal particles, 80 volume% metal particles and 20 volume% ceramic particle mixed powder, 60 volume% metal particles and 40 volume% ceramic particle mixed powder. , 40 volume% metal particles and 60 volume% ceramic particles mixed powder, 20 volume% metal particles and 80 volume% ceramic particles mixed powder, 100 volume% ceramic particles, 20 volume% metal particles and 80 Mixed powder of volume% ceramic particles, mixed powder of 40 volume% metal particles and 60 volume% ceramic particles, mixed powder of 60 volume% metal particles and 40 volume% ceramic particles, 80 volume% metal particles, Manufactured by laminating 20 vol% ceramic powder mixed powder and 100 vol% metal particles in this order and then sintering the laminate. Rukoto can.
[0011]
However, the sinterable temperature of the metal particles and the sinterable temperature of the ceramic particles are greatly different as is well known, and the latter is higher. Therefore, when the laminated body is sintered at a temperature at which the metal particles can be sintered, the ceramic particles are not densified, so that a low-strength gradient composite material is obtained. On the other hand, when the laminated body is sintered at a temperature at which the ceramic particles can be sintered, the metal is melted, so that a gradient composite material having a desired shape cannot be manufactured. In addition, when the laminates having different composition ratios are sintered stepwise as described above, the sintered body (gradient composite material) is deformed because the densification rate and the degree of shrinkage associated with the sintering are different in each layer. To do. Furthermore, cracks may occur in the sintered body during sintering.
[0012]
That is, the manufacturing method of the gradient composite material according to the prior art has a problem that it is extremely difficult to manufacture a gradient composite material having a hardness and toughness that can be put to practical use in a desired shape.
[0013]
The present invention has been made to solve the above-described problems. The metal composition ratio decreases from the surface toward the inside, and the ceramic composition ratio increases. For this reason, the surface is highly tough and the interior is Inclined composite that has high hardness and can be easily processedMaterialAn object is to provide a manufacturing method.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above objective,In the present invention, the composition ratio of ceramics increases from the surface toward the inside and the composition ratio of metals decreases.In addition, the ceramic particles present inside grew larger than the ceramic particles present on the surface.A method of manufacturing an inclined composite material, comprising:
At least one selected from the group of W, Cr, Mo, Ti, V, Zr, Hf, lanthanoid carbides, nitrides or carbonitridesWith ceramic particlesFe, Ni, Co or at least one selected from the group of alloys composed of two or more thereofMetal particles60:40 to 97: 3 by weightA molding step of forming a mixed powder obtained by mixing the mixture powder; and
A primary sintering step of sintering the molded body to form a porous body;
Inside the porous body, Fe, Ni, Co, Mn, Cr, Mo, Ti or grain growth promoter containing lanthanoidAn impregnation step of impregnating the containing solution;
SaidGrain growth promoterNitrogen the porous body impregnated with the containing solutionElementaryA secondary sintering step of re-sintering in a gas atmosphere to form a dense sintered body;
Have
The primary sintering step is terminated when the metal particles are fused to form a neck, and the ceramic particles are not fused to each other,
In the secondary sintering step, nitrogen is added from the start of temperature rise.ElementaryIt is characterized by introducing gas.
[0015]
In this case, in the secondary sintering step, the metal particles existing near the surface of the porous body start grain growth earlier than the ceramic particles. Further, the ceramic particles existing in the vicinity of the surface of the porous body are suppressed from growing by a nitriding gas such as nitrogen. This is because the nitriding gas generally inhibits the grain growth of ceramic particles. On the other hand, since the nitriding gas hardly reaches the ceramic particles existing inside the porous body, the grain growth is not suppressed. Moreover,Grain growth promoterThis promotes grain growth. For this reason, rearrangement occurs such that metal particles concentrate on the surface, and as a result, a gradient composite material is obtained in which the metal composition ratio decreases from the surface to the inside and the ceramic composition ratio increases. It is done.
[0016]
As the nitriding gas, nitrogen is used because it is easy to handle and the reaction rate can be easily controlled.
[0017]
The gradient composite material thus obtained has both toughness derived from metal and hardness and strength derived from ceramics. For this reason, it is possible to constitute various processing tools that are less likely to be cracked or chipped, and that have improved wear resistance and are less likely to be deformed.
[0018]
Moreover, the composition ratio of the metal in this gradient composite material is the highest on the surface. In other words, processing The site that is easiest to apply is the surface. For this reason, various kinds of machining such as grinding can be easily performed, and eventually a product having a desired dimensional accuracy can be obtained.
[0019]
In order to obtain a machining tool having sufficient hardness, strength and toughness when various kinds of machining are performed on the workpiece, the ceramic particles are made of W, Cr, Mo, Ti, V, Zr, Hf, lanthanoid carbide, nitride or And at least one selected from the group of carbonitrides, and the metal particles are at least one selected from the group of Fe, Ni, Co, or an alloy composed of two or more of these.TheFurthermore, you may make it add at least 1 sort (s) of Cr, Mn, V, and Ti to a metal particle. In this case, the composition ratio between the ceramic particles and the metal particles is set to 60:40 to 97: 3 by weight.. MoneyThis is because if the genus is less than 3 parts by weight, the toughness becomes poor and cracks and chips are likely to occur. On the other hand, when the amount exceeds 40 parts by weight, the hardness and strength are lowered, so that the wear resistance is poor and deformation is likely to occur during processing of the workpiece.
[0020]
Also,Grain growth promoterContained in contained solutionGrain growth promoterAs suitable examples, Fe, Ni, Co, Mn, Cr, Mo, Ti, or a lanthanoid can be cited.
[0021]
A suitable example of the inclined composite material is a rolling roll.When a rolling roll is manufactured, a molded body having a shape corresponding to the rolling roll may be produced in the forming step. In this case, in order to obtain a rolling roll having excellent dimensional accuracy, it is preferable to perform a finishing process for grinding the surface of the obtained dense sintered body to obtain a rolling roll.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the inclined composite according to the present inventionMaterialPreferred embodiments of the manufacturing method will be described and described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present embodiment, a description will be given by exemplifying a rolling roll as the inclined composite material.
[0023]
A schematic overall perspective view of the rolling roll according to the present embodiment is shown in FIG. 1, and a longitudinal sectional view thereof is shown in FIG. The rolling
[0024]
The rolling
[0025]
That is, in the rolling
[0026]
As the ceramic as the constituent material of the rolling
[0027]
When the above-described ceramics and metal are used as the constituent material of the rolling
[0028]
In order to balance the wear resistance and toughness sufficient for the rolling
[0029]
The metal composition ratio in the rolling
[0030]
The rolling
[0031]
First, in the forming step S1, a mixed powder of ceramic particles and metal particles is prepared.
[0032]
For the reasons described above, the ceramic particles are preferably at least one selected from the group of W, Cr, Mo, Ti, V, Zr, Hf, lanthanoid carbides, nitrides or carbonitrides, and metal particles. Is preferably at least one selected from the group consisting of Fe, Ni, Co, or an alloy composed of two or more thereof. Furthermore, you may make it add at least 1 sort (s) of Cr, Mn, V, and Ti. And the composition ratio of the ceramic particle and metal particle in mixed powder is adjusted so that the composition ratio of the ceramic and metal in the finally obtained rolling
[0033]
Then, a compact is manufactured by applying a molding load to the mixed powder. At this time, the molding load is set to such an extent that the metal particles do not undergo plastic deformation in order to obtain a porous body in the primary sintering step S2 described later. Specifically, the molding load is preferably about 100 to 300 MPa. In this case, since the metal particles can be prevented from causing plastic deformation, the open pores of the molded body are not blocked.
[0034]
In this case, since the rolling
[0035]
Next, in the primary sintering step S2, the molded body is sintered to form a porous body so that open pores remain. If it is a dense sintered body at this point, in the impregnation step S3Grain growth promoterThis is because it becomes difficult to impregnate the containing solution.
[0036]
Therefore, the sintering temperature and time in the primary sintering step S2 are set such that the metal particles are fused and the necking is completed between the metal particles. That is, the ceramic particles are not fused in the primary sintering step S2. For this reason, in the process in which a molded object becomes a porous body, the volume hardly changes.
[0037]
Next, in the impregnation step S3,Grain growth promoterContainsGrain growth promoterThe containing solution is impregnated inside the porous body. In particular,Grain growth promoterThe porous body is immersed in the containing solution. This immersionGrain growth promoterThe contained solution permeates into the porous body through the open pores.
[0038]
In addition,Grain growth promoterIs not particularly limited as long as it is a substance that promotes the grain growth of ceramic particles in the secondary sintering step S4. Fe, Ni, Co, Mn, Cr, Mo, Ti, lanthanoids, and the like are preferable examples. Can be cited asGrain growth promoterWhat is necessary is just to use what melt | dissolved the metal salt containing the above-mentioned metal in the solvent, and an organometallic solution as a containing solution.
[0039]
in this case,Grain growth promoterIs dissociated into single molecules or ions by being dispersed or dissolved in a solvent. Therefore, in the impregnation step S3, it was dissociated into single molecules or ions.Grain growth promoterAre uniformly dispersed inside the porous body. For this reason, the grain growth of the ceramic particles in the secondary sintering step S4 is promoted from the surface to the inside of the porous body.
[0040]
After performing the impregnation step S3, by natural standingGrain growth promoterThe containing solution is dried. Or, heat the porous bodyGrain growth promoterThe contained solution may be dried.
[0041]
Next, in the secondary sintering step S4, the porous body is re-sintered in a nitrogen gas atmosphere such as nitrogen to obtain a dense sintered body. Note that the nitriding gas as the atmosphere is introduced from the start of the temperature increase in the secondary sintering step S4. Thereby, a dense sintered body (gradient composite material) is obtained.
[0042]
In the secondary sintering step S4, the growth of ceramic particles existing in the vicinity of the surface of the porous body is inhibited by the nitriding gas as the atmosphere. On the other hand, the nitriding gas hardly reaches the inside of the porous body. For this reason, the degree to which the grain growth of ceramic particles existing inside is inhibited by the nitriding gas is smaller than that of the surface. Moreover, the grain growth of the ceramic particles present inside isGrain growth promoterPromoted by.
[0043]
Eventually, in the secondary sintering step S4, the grain growth of the ceramic particles is suppressed on the surface of the porous body and promoted inside. As a result, rearrangement occurs in which the metal particles are concentrated near the surface. That is, a gradient composite material having a high metal composition ratio on the surface and a high ceramic composition ratio on the inside can be obtained.
[0044]
Thus, by introducing the nitriding gas atmosphere from the start of the temperature rise and performing the secondary sintering step S4,Grain growth promoterThe degree of grain growth of the ceramic particles existing inside the porous body impregnated with the containing solution can be increased as compared with the vicinity of the surface. Along with this, the metal particles are rearranged, whereby a gradient composite material in which the metal composition ratio decreases from the surface toward the inside and the ceramic composition ratio increases can be obtained.
[0045]
Finally, in finishing S5, by grinding the surface of the inclined composite material, the composition ratio of ceramics to metal is 60:40 to 97: 3, preferably 85:15 to 95: 5 and the product As a result, a
[0046]
In this finishing process, since the metal composition ratio on the surface of the gradient composite material is relatively high, the surface can be easily ground. That is, in the rolling
[0047]
In the present embodiment, the forming step S1 and the primary sintering step S2 are performed separately. However, both steps S1 and S2 are performed simultaneously as in hot isostatic pressing (HIP) or the like. May be.
[0048]
In the above-described embodiment, the rolling
[0049]
【Example】
90 parts by weight of tungsten carbide (WC) particles having an average particle diameter of 1 μm and 10 parts by weight of cobalt (Co) particles having an average particle diameter of 1 μm were wet mixed using hexane to obtain a mixed powder. Next, while this mixed powder is molded at a pressure of 100 MPa by a hydrostatic pressure molding method, nitrogen is circulated at 30 liters / minute and held at 900 ° C. for 30 minutes to have a diameter of 15 mm and a length of 25 mm. A cylindrical porous body was obtained. Molding was performed while discharging hexane from the cavity through the clearance of the mold.
[0050]
Next, this porous body was immersed in a 10% concentration Ni ion solution for 3 minutes to disperse Ni ions inside the porous body. Furthermore, the porous body was dried by holding at 90 ° C. for 1 hour.
[0051]
Next, the porous body was re-sintered in a nitrogen atmosphere in the pattern shown in FIG. 4 to obtain a dense sintered body (gradient composite material). When the obtained tilted composite material was cut and observed with an electron microscope, the ceramic particles present on the surface were rounded and fine, while the ceramic particles present inside were greatly grown. Was recognized.
[0052]
In addition, as a result of instrumental analysis, it was found that the metal composition ratio decreased from the surface toward the inside, and the ceramic composition ratio increased. Furthermore, it was confirmed that WC near the surface was nitrided and tungsten carbonitride was generated. This is considered to be the reason why the surface ceramic particles are rounded.
[0053]
Vickers hardness and A-scale Rockwell hardness were measured from the surface to the inside of the cross section of the inclined composite material. The results are shown in FIG. From FIG. 5, it is apparent that the obtained gradient composite material has increased hardness from the surface toward the inside.
[0054]
Further, WC particles having an average particle diameter of 3 μm were weighed to 93% by weight and Co particles having an average particle diameter of 0.8 μm to 7% by weight, and both particles were wet mixed using hexane to obtain a mixed powder. And after drying until hexane became 9 weight%, this mixed powder was shape | molded by the hydrostatic pressure method in a metal mold | die with the pressure of 100 Mpa in the cylindrical body shape of diameter 80mm x length 320mm. Molding was performed while discharging hexane from the cavity through the clearance of the mold.
[0055]
Next, this cylindrical molded body was held at 900 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere to obtain a porous body.
[0056]
Further, the porous body was immersed in an aqueous nickel nitrate solution having a concentration of 10% to disperse Ni ions inside the porous body, and then dried by holding at 130 ° C. for 2 hours.
[0057]
And this WC particle | grain growth was carried out by hold | maintaining this porous body in nitrogen atmosphere at 1400 degreeC for 2 hours. That is, a composite cylinder made of a sintered body of WC and Co was obtained. This is Example 1. Nitrogen was introduced from the start of the temperature increase.
[0058]
In addition, except that WC particles were 90% by weight, Co particles were 3% by weight, Ni particles having an average particle diameter of 0.4 μm were 5% by weight, and Cr particles having an average particle diameter of 5 μm were 2% by weight to obtain a mixed powder. In accordance with Example 1, a composite cylinder made of a sintered body of WC, Co, Ni, and Cr was prepared. This is Example 2.
[0059]
Regarding the composite cylinders of Examples 1 and 2, the relationship between the distance from the surface and the Vickers hardness was examined. The results are shown in FIG. From FIG. 6, it is clear that in the composite material cylinders of Examples 1 and 2, the hardness increases from the surface toward the inside. This is because the composition ratio of ceramics increases from the surface toward the inside.
[0060]
Furthermore, for comparison, the ratio of WC particles, Co particles, Ni particles, and Cr particles was changed as shown in FIG. And after making it the cylindrical molded object of the same dimension based on Example 1, 2, this cylindrical molded object was made into the cylinder body made from a composite material by hold | maintaining at 1400 degreeC for 2 hours in nitrogen atmosphere. These are referred to as Comparative Examples 1 to 4, respectively. FIG. 7 also shows the composition of the mixed powder in Examples 1 and 2. The compositions of Example 1 and Comparative Examples 3 and 4 correspond to the composition of the cemented carbide adopted as the raw material of the composite material roll.
[0061]
With respect to the side peripheral wall portion of each of the above composite material cylinders, the entire surface was cut and removed from the surface to a depth of 0.2 mm. The relationship between the temperature and the A-scale Rockwell hardness was investigated for the exposed surface after this removal. The higher the hardness, the more excellent the wear resistance. The results are shown in FIG. From FIG. 8, the composite material cylinders of Examples 1 and 2 exhibit significantly higher hardness than the composite material cylinders of Comparative Examples 1 to 4 over the entire temperature range, that is, the wear resistance is high. It is clear that it is excellent.
[0062]
In addition, each composite cylinder of Example 1 and Comparative Example 1 was subjected to a wear test using a low carbon steel as a counterpart material with an Ogoshi type wear tester. FIG. 9 is a graph showing the relationship between the sliding distance and the wear amount. From FIG. 9, it can be seen that the composite cylindrical body of Example 1 has significantly superior wear resistance despite the same metal ratio.
[0063]
Furthermore, the bending strength was measured for each of the composite material cylinders of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2. For Example 1 and Comparative Example 1, Young's modulus was also measured. The results are also shown in FIG. From this measurement result,Grain growth promoterBy impregnating the contained solution and then sintering in a nitriding gas atmosphere, the composition ratio of the metal and the ceramic can be changed in an inclined manner. As a result, the strength and Young's modulus can be improved as compared with a general composite material. It can be said that it can be improved.
[0064]
From the above results,Grain growth promoterIt is understood that an inclined composite material having excellent wear resistance, high strength and high Young's modulus can be obtained by impregnating the containing solution and then sintering in a nitriding gas atmosphere. And the wear resistance, strength, Young's modulus, etc. of the inclined composite material are sufficient values when the inclined composite material is used as a rolling roll. That is, by using this inclined composite material, it is possible to obtain a rolling roll that is less likely to be exchanged and is less likely to cause brittle fracture, and that can efficiently perform a rolling process on a workpiece.
[0065]
【The invention's effect】
As explained above,According to the manufacturing method of the inclined composite material according to the present invention,Grain growth promoterThe porous body impregnated with the contained solution is re-sintered in a nitrogen gas atmosphere such as nitrogen to obtain a dense sintered body (gradient composite material). In this case, the growth of ceramic particles near the surface of the porous body is suppressed by nitrogen, while the ceramic particles existing inside areGrain growth promoterThis promotes grain growth. For this reason, rearrangement occurs in which metal particles concentrate on the surface, and as a result, the gradient composite material in which the metal composition ratio decreases from the surface to the inside and the ceramic composition ratio increases, that is, the surface is increased. The effect is achieved that a gradient composite material having high toughness and high hardness inside can be obtained.
[0066]
The gradient composite material thus obtained is excellent in various properties such as toughness, strength and hardness. For this reason, for example, it is possible to easily configure a rolling roll that has excellent wear resistance and is less likely to crack or chip. In addition, since the composition ratio of the metal in the inclined composite material is the highest on the surface, machining such as grinding can be easily performed, and a product with good dimensional accuracy can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic overall perspective view of a rolling roll (gradient composite material) according to the present embodiment.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the rolling roll of FIG.
FIG. 3 is a flowchart of a method for manufacturing a tilted composite material according to the present embodiment.
FIG. 4 is a graph showing a temperature pattern when performing a secondary sintering step.
FIG. 5 is a graph showing the change in hardness of the obtained gradient composite material directed from the surface to the inside.
6 is a graph showing the relationship between the distance from the surface and the Vickers hardness in the composite cylinders of Examples 1 and 2. FIG.
7 is a chart showing composition ratios of raw material particles, bending strength, and Young's modulus in sintered bodies (composite cylinders) of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 4. FIG.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the temperature and the A-scale Rockwell hardness in the composite cylinders of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 4.
9 is a graph showing the relationship between the sliding distance and the amount of wear in the composite cylinders of Example 1 and Comparative Example 1. FIG.
[Explanation of symbols]
10 ... rolling
14a, 14b ...
22 ... Ceramics rich part 24 ... Inclined part
Claims (4)
W、Cr、Mo、Ti、V、Zr、Hf、ランタノイドの炭化物、窒化物または炭窒化物の群から選択された少なくとも1種のセラミックス粒子と、Fe、Ni、Coまたはこれらの中の2種以上で構成される合金の群から選択された少なくとも1種の金属粒子とが重量比で60:40〜97:3で混合されてなる混合粉末を成形して成形体とする成形工程と、
前記成形体を焼結して多孔質体とする一次焼結工程と、
前記多孔質体の内部に、Fe、Ni、Co、Mn、Cr、Mo、Tiまたはランタノイドを含む粒成長促進剤含有溶液を含浸させる含浸工程と、
前記粒成長促進剤含有溶液が含浸された前記多孔質体を窒素ガス雰囲気中で再焼結して緻密焼結体とする二次焼結工程と、
を有し、
前記一次焼結工程は、前記金属粒子同士が融着してネックが形成され、かつ前記セラミックス粒子同士が融着されない時点で終了され、
前記二次焼結工程では、昇温開始時から窒素ガスを導入することを特徴とする傾斜複合材の製造方法。Manufacture of a graded composite material in which the ceramic composition ratio increases from the surface to the interior, the metal composition ratio decreases , and the ceramic particles present inside grow larger than the ceramic particles present on the surface. A method,
W, Cr, Mo, Ti, V, Zr, Hf, at least one ceramic particle selected from the group of carbides, nitrides or carbonitrides of lanthanoids, and Fe, Ni, Co, or two of them A molding step of molding a mixed powder obtained by mixing at least one metal particle selected from the group of alloys configured as described above at a weight ratio of 60:40 to 97: 3 ;
A primary sintering step of sintering the molded body to form a porous body;
Impregnation step of impregnating the inside of the porous body with a grain growth promoter- containing solution containing Fe, Ni, Co, Mn, Cr, Mo, Ti or a lanthanoid ;
A secondary sintering step of a dense sintered body by re-sintering the grain growth promoting agent containing solution wherein the porous body impregnated with nitrogen gas atmosphere,
Have
The primary sintering step is terminated when the metal particles are fused to form a neck, and the ceramic particles are not fused to each other,
The secondary The primary sintering step, the manufacturing method of the gradient composite material and introducing a nitrogen gas from the start heating.
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