[发明专利]耐蚀、耐磨性优良的表面改性金属部件及其制法

说明书

本发明涉及耐蚀性和耐磨性二者都优良的合金材料及其制造方法，所使用的合金用材料和使用这种合金材料的金属部件，以及改善其表面耐蚀性和耐磨性的方法。

以往，改善构成机械装置的金属部件的耐蚀性和耐磨性的方法一般是对金属部件进行表面改性，例如对不锈钢等结构材料进行淬火或者电镀等。

除上述那样的表面处理方法之外，近年来已有在构成金属部件的金属材料中添加特定硬质颗粒方法的各种建议。作为这样的方法，例如像在特开昭58-181470号公报中记载的那样，在由Ni基、Co基或Fe基合金组成的基体金属中或其母材表面，添加WC、NbC、TiC、CrC和VC等硬质颗粒，借此提高基体金属的硬度或耐磨性的方法是已知的。按照本发明人的见解，这种方法虽然在提高耐磨性上在某种程度上是有效的方法，但是相反，在合金韧性降低这一点上未必满足需要。例如，由于NbC(熔点3480℃)、TiC(熔点3180℃)等硬质颗粒的熔点高，难以熔融，要想避免以未熔融状态添加是困难的。因此，在形成耐蚀、耐磨层过程中，硬质颗粒以较大形态原封不动地残留在基体金属中，这势必引起金属材料的韧性降低。

另一方面，即使添加的碳化物在基体金属中处于熔融的情况下，也存在产生材料脆化的问题。例如，现已知道，若MoC和WC与Ni基、Co基或Fe基合金共同熔融，则结晶出脆弱的M₆C型化合物。结晶出像这样的脆弱化合物，不仅对提高耐磨性没有帮助，而且造成基体金属脆化的后果。

另外，在特开昭63-157796号公报中描述了热轧用辊的制造方法。在该方法中，通过在铁系合金中添加VC粉末而使之具备耐磨性和抗裂纹性，得到富有强韧性的轧辊，在该方法中，以在铁系合金中添加10％(重量)以上的VC粉末作为必要条件。但是，这种方法是为了改善轧辊的淬透性，按照本发明人的见解，以铁系合金作为母材使用的场合，在其中添加VC时，不可避免地大量形成WC、CrC等数种碳化物，不一定能得到本发明目的效果。另外，在该方法中没有使VC在特定状态再结晶或再析出的技术，因之在改进耐磨性和耐蚀性两者上未必是有效的方法。

再者，在以往的方法中，在添加硬质颗粒时，在基体金属熔融中防止必要的最小限度的温度上升，从而阻止结晶出像上述那样的脆性化合物是必要的，而且为些，有必要使添加的硬质颗粒的粒径大到某种程度，但是粒径一大就难以均匀分散，结果是使金属材料的韧性降低。如果在基体金属中存在偏于粗大的硬质颗粒，则像上述那样，在摩擦运动时这些颗粒容易脱落，结果降低耐磨性。

另外，基体金属与硬质颗粒之间的比重差也促进上述那样硬质颗粒分布状态不均匀或者由此引起的硬质颗粒脱落问题。例如，在用Fe基合金作为基体金属，用Al₂O₃、SiC或TiC作为硬质颗粒时，尤其容易形成硬质颗粒聚集或不均匀。另外，在使用Cr系碳化物作为硬质颗粒时，在加热后的冷却过程中再结晶或再析出的铬的碳化物聚集成粗大碳化物颗粒，其结果产生硬质颗粒容易从基体金属脱落的问题。

另外，在国际公开WO91/09980号公报中，公布了使用高能量密度的热源反复熔融和/或再熔融由Fe基、CO基和Ni基合金的一种以上的金属粉末和粒径60-100μm碳化钒粉末组成的粉末混合物，借此制造耐蚀、耐磨性优良的合金的方法。像这样使用较大粒径的粉末具有合金化操作容易进行的优点。但是，在该方法中，虽然也结晶析出粒径10μm以下的微细碳化钒，但还残留部分未熔融的碳化钒颗粒，为了使其熔融不得不反复进行复杂的熔融过程。另外，按照本发明人的见解，尽管这样，因为一部分未熔融碳化钒在显微镜观察时形成块状存在，所以微细的碳化钒颗粒相往往分布不均匀，不能得到所期望的耐磨性，而且成为由局部破损而产生的龟裂、剥离的起因。

本发明旨在解决上述以往技术中存在的问题。具体地说，本发明的耐蚀性和耐磨性优良的合金的特征是在从Fe基合金、Co基合金和Ni基合金中选择至少一种合金所构成的基体金属相中，具有大体上均匀结晶出和/或析出的5μm以下粒径的VC颗粒相以10-65％范围的面积比存在。

另外，本发明的表面改性的金属部件的特征是，将上述合金整体地涂敷在表面所期望的位置上。

再有，本发明的耐蚀性和耐磨性优良合金的制造方法，其特征是，用高能量密度的热源将由Fe基合金、Co基合金或Ni基合金中选择至少一种而构成的基体金属和粒径10μm以下的VC粉末组成的粉末混合物或装有VC粉末的金属丝熔融，然后进行冷却，从而在上述基体金属相中均匀结晶出和/或析出5μm以下粒径的VC。