特開 2024-151680 摺動部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024151680

(43)【公開日】2024-10-25

(54)【発明の名称】摺動部材

(51)【国際特許分類】

   F16C 33/14 20060101AFI20241018BHJP

   F16C 33/24 20060101ALI20241018BHJP

   C23C 4/08 20160101ALI20241018BHJP

【ＦＩ】

F16C33/14 Z

F16C33/24 Z

C23C4/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023065227

(22)【出願日】2023-04-12

(71)【出願人】

【識別番号】390001801

【氏名又は名称】大阪富士工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100142022

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 一晃

(74)【代理人】

【識別番号】100087538

【弁理士】

【氏名又は名称】鳥居 和久

(72)【発明者】

【氏名】辰巳 佳宏

(72)【発明者】

【氏名】松井 祥司

(72)【発明者】

【氏名】池田 圭一郎

【テーマコード（参考）】

3J011

4K031

【Ｆターム（参考）】

3J011AA01

3J011AA20

3J011BA08

3J011CA01

3J011DA01

3J011QA03

3J011SB15

3J011SB20

4K031AA02

4K031AB03

4K031BA01

4K031CB21

4K031DA04

(57)【要約】      （修正有）

【課題】母材である二相ステンレス鋼の表面に肉盛層を形成する際に、肉盛層にマイクロクラックが生じ難い構造の摺動部材を提供する。
【解決手段】二相ステンレスの母材１の表面に、ニッケル合金の下層２ａとコバルト合金の表層２ｂからなる肉盛層２を設けた摺動部材において、肉盛層を形成する母材表面を、隣り合う溝部１ａが隙間なく並ぶ溝加工面とすることにより、溝部による応力分散によって肉盛層におけるマイクロクラックの発生を抑制する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

二相ステンレスの母材の表面に、ニッケル合金の下層とコバルト合金の表層からなる肉盛層を設けた摺動部材であって、前記肉盛層を形成する母材表面が、隣り合う溝部が隙間なく並ぶ溝加工面であることを特徴とする摺動部材。

【請求項2】

前記隣り合う溝部の溝深さが４０μｍ以上３００μｍ以下である請求項１記載の摺動部材。

【請求項3】

前記溝部の断面形状が円弧形状であることを特徴とする請求項１又は２記載の摺動部材。

【請求項4】

前記溝部の断面形状がＶ字形状であることを特徴とする請求項１又は２記載の摺動部
材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、渦巻きポンプ、斜流ポンプ、軸流ポンプなどの各種ポンプや各種バルブ、各種スクリュー等、金属同士が擦れ合う摺動面に設けることにより、摺動面のかじりの発生を抑える摺動部材に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の摺動部材として、二相ステンレス鋼を母材とし、この母材表面に、ニッケル合金の下層とコバルト合金の表層からなる肉盛層を形成したものが知られている（特許文献１，２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２-１６６２３７号公報

【特許文献2】特開２０１８－１８７６４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

前記摺動部材の母材を構成する二相ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレスとフェライト系ステンレスを１：１の割合で二相混合したステンレス鋼であり、高い強度と優れた耐食性を有し、耐応力腐食割れにも優れているため、渦巻きポンプ、斜流ポンプ、軸流ポンプなどの各種ポンプや各種バルブ、各種スクリュー等、金属同士が擦れ合う摺動面の母材として使用されている。

【0005】

そして、この二相ステンレス鋼の母材の表面に、肉盛層としてコバルト合金を肉盛する際には、表層のコバルト合金層と二相ステンレス鋼の母材表面との間に、炭素含有比率が少ないニッケル合金の下層を肉盛することにより、表層のコバルト合金から母材の二相ステンレス鋼への炭素の侵入を抑制している。

【0006】

ところで、二相ステンレス鋼の表面への肉盛は、粉体プラズマアーク溶接、レーザークラッディングまたは溶射等によって行うため、肉盛層を形成する際に、残留応力によって肉盛層にマイクロクラックが発生し易く、強度の高い肉盛層が得られないという問題があった。

【0007】

そこで、この発明は、母材である二相ステンレス鋼の表面に肉盛層を形成する際に、肉盛層にマイクロクラックが生じ難い構造の摺動部材を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記の課題を解決するために、この発明は、二相ステンレスの母材の表面に、ニッケル合金の下層とコバルト合金の表層からなる肉盛層を設けた摺動部材であって、前記肉盛層を形成する母材表面が、隣り合う溝部が隙間なく並ぶ溝加工面であることを特徴とするものである。

【0009】

前記隣り合う溝部の溝深さは、４０μｍ以上３００μｍ以下とする。

【0010】

前記溝部の断面形状は、円弧形状又はＶ字形状とすることができる。

【発明の効果】

【0011】

二相ステンレス鋼の表面にレーザークラッディング等によって肉盛層を形成する場合、母材である二相ステンレス鋼の表面が平滑であると、残留応力が肉盛層の平滑部に集中しクラック発生の起点になりやすい。

【0012】

この発明では、母材である二相ステンレス鋼の表面を、隣り合う溝部が隙間なく並ぶ溝加工面にすることにより、溝部による応力分散によって肉盛層におけるマイクロクラックの発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】この発明に係る摺動部材の一例の断面を拡大して模式的に示した断面図である。

【図2】この発明に係る摺動部材の他の例の断面を拡大して模式的に示した断面図である。

【図3】母材の表面に形成した溝部の深さの違いによって肉盛層に割れが発生するかどうかについて実験を行った摺動部材の断面の顕微鏡写真である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

【0015】

図１は、この発明に係る摺動部材の断面を拡大して模式的に示した断面図である。

【0016】

この発明に係る摺動部材は、二相ステンレス鋼からなる母材１の表面に、ニッケル合金の下層２ａとコバルト合金の表層２ｂからなる肉盛層２を形成したものである。

【0017】

前記ニッケル合金の下層２ａの厚さは、１ｍｍ～１．５ｍｍ、コバルト合金の表層２ｂの厚さは、１．５ｍｍ～２．０ｍｍで、肉盛層２の総厚さは、２．５～３．５ｍｍ程度である。

【0018】

下層２ａを構成するニッケル合金としては、インコネル合金、ハステロイ合金などを用いることができる。

【0019】

また、表層２ｂを構成するコバルト合金としては、ステライト合金、トリバロイ合金、炭化物を含んだインコネル合金などを用いることができる。

【0020】

下層２ａ及び表層２ｂを母材１である二相ステンレス鋼の表面に設けるには、レーザークラッディング法及びプラズマアーク溶接法を用いることが好ましい。また、他の方法としては、溶射のほか、粉体プラズマ溶射、レーザークラッディング及び溶射を組み合わせて行うこともできる。

【0021】

前記肉盛層２を形成する母材１の表面は、隣り合う溝部１ａが隙間なく並ぶ溝加工面に形成されている。

【0022】

溝部１ａの深さｄは、４０μｍ以上とする。溝部１ａの深さが４０μｍ以下の場合、前肉盛層２を形成する母材１の表面がフラットになり、フラットな面に肉盛された肉盛層２に残留応力が集中し、肉盛層２にマイクロクラックが発生しやすく、このマイクロクラックが起点になって肉盛層２に割れが生じやすい。

【0023】

また、溝部１ａの深さｄは、最大３００μｍ以下にする。その理由は、二相ステンレス鋼の母材１の表面にレーザー施工によって肉盛層２を形成する場合、二相ステンレス鋼の母材１への熱影響と希釈（溶込み）を抑えるために、低入熱、低希釈肉盛の条件とするため、母材１の表面の凹凸が大きくなると、融合不良が発生する傾向にあるためである。

【0024】

この発明の母材１の表面は、隣り合う溝部１ａが隙間なく並ぶ溝加工面に形成され、隣り合う溝部１ａ間にフラット部が形成されないようにしている。母材１の表面を、隣り合う溝部１ａが隙間なく並ぶ溝加工面にすることにより、肉盛層２を形成する際に、溝部１ａが肉盛層２の応力を分散するので、マイクロクラックの発生が抑制され、肉盛層２にマイクロクラックを起点とする割れが生じ難い。

【0025】

隣り合う溝部１ａが隙間なく並ぶ溝加工面は、丸チップ、三角チップを使用した旋盤加工によって行うことができる。

【0026】

丸チップを使用して母材１の表面を旋盤加工すると、図１に示すような、断面が円弧形状の溝部１ａを形成することができ、三角チップを使用して母材１の表面を旋盤加工すると、図２に示すような、断面がＶ字形状の溝部１ａを形成することができる。

【0027】

図３は、母材１である二相ステンレス鋼の表面に、深さが、１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、１００μｍ、２００μｍの溝部１ａを、丸チップを使用して溝加工し、この溝加工面にレーザークラッディングにより肉盛層２を形成した場合に、肉盛層２に割れが発生するかどうかについて実験を行った顕微鏡写真である。

【0028】

図３の実験における肉盛層２の下層２ａを構成するニッケル合金は、厚さ１．０ｍｍのハステロイ合金であり、表層２ｂを構成するコバルト合金は、厚さ１．５ｍｍのステライト合金である。

【0029】

図３のとおり、溝部１ａの深さが１０μｍ、２０μｍ、３０μｍでは、肉盛層２に割れが発生し、溝部１ａの深さが４０μｍ、１００μｍ、２００μｍでは、肉盛層２に割れが発生しなかった。

【0030】

この発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことであり、この発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内の全ての変更を含む。

【符号の説明】

【0031】

１ ：母材
１ａ ：溝部
２ ：肉盛層
２ａ ：下層
２ｂ ：表層

【図1】

【図2】

【図3】