レーザー肉盛バルブシート用原料粉末およびこれを用いたバルブシート
【課題】 製造性、肉盛性、耐摩耗性および仕上性に優れたレーザー肉盛バルブシート用原料粉末およびこれを用いたバルブシートを提供する。
【解決手段】 レーザー肉盛バルブシート用原料粉末において、質量％で、Ｎｉ：７〜２０％、Ｆｅ＋Ｃｏ：１０％以下、Ｓｉ：２〜５％、Ａｌ：３％以下、Ｂ：０．５〜５％、残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなる粉末を８０〜９９％と、Ｍｏ：５〜４０％、Ｃｒ：２５％以下、Ｓｉ：５％以下、残部Ｃｏおよび不可避的不純物からなり、ビッカース硬度が５００ＨＶ以上、平均粒径が５０〜２００μｍである粉末を１〜２０％混合してなることを特徴とするレーザー肉盛バルブシート用原料粉末。
【解決手段】 レーザー肉盛バルブシート用原料粉末において、質量％で、Ｎｉ：７〜２０％、Ｆｅ＋Ｃｏ：１０％以下、Ｓｉ：２〜５％、Ａｌ：３％以下、Ｂ：０．５〜５％、残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなる粉末を８０〜９９％と、Ｍｏ：５〜４０％、Ｃｒ：２５％以下、Ｓｉ：５％以下、残部Ｃｏおよび不可避的不純物からなり、ビッカース硬度が５００ＨＶ以上、平均粒径が５０〜２００μｍである粉末を１〜２０％混合してなることを特徴とするレーザー肉盛バルブシート用原料粉末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製造性、肉盛性、耐摩耗性および仕上性に優れたレーザー肉盛バルブシート用原料粉末およびこれを用いたバルブシートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車エンジン等のバルブシートにはＦｅ基粉末焼結材が主に使用されており、これをシリンダヘッドに圧入しバルブによる摩耗を抑制している。このような焼結バルブシートと比較し、放熱性、薄肉性に優れたレーザー肉盛銅合金バルブシートの技術が開示されている。例えば特開２００４−１６２１００号公報（特許文献１）に開示されているように、質量％で、Ｎｉ：８．０〜２０．０％、Ｓｉ：１．５〜４．５％、および、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒの少なくとも１種を合計で、２．０〜１５．０％、さらに、Ｍｍ、Ｐ、Ｔｉの少なくとも１種を合計で、０．１〜１．５％を含み、残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなる肉盛用銅合金粉末が提案されている。
【０００３】
また、特公平８−９４２号公報（特許文献２）に開示されているように、重量％で、Ｎｉ：５〜３０％、Ｓｉ：１〜５％、Ｂ：０．５〜３％、Ｆｅ：４〜３０％を含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物よりなり、Ｃｕ基マトリックス中にＦｅ−Ｎｉ系の珪化物および硼化物の粒子が分散した組織を有する耐摩耗性に優れた分散強化Ｃｕ基合金が提案されている。
【０００４】
さらに、特許第２７４８７１７号公報（特許文献３）に開示されているように、重量％で、Ｎｉ：１０〜３０％、Ｓｉ：１〜５％、Ｆｅ：２〜１５％を含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物よりなり、均一微細なデンドライトのＣｕ−Ｎｉ合金中にＦｅ−Ｎｉ系のシリサイドの硬質層が微細に分散した組織を有する肉盛用耐摩耗性銅基合金が提案されている。
【特許文献１】特開２００４−１６２１００号公報
【特許文献２】特公平８−９４２号公報
【特許文献３】特許第２７４８７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１では、製造性、肉盛性、耐摩耗性、仕上性に優れた肉盛用銅合金粉末が提案されているが、この粉末を使用した肉盛バルブシートは良好な特性バランスを示すものである。しかしながら、特に、Ａ／Ｆ（空燃比）が高い使用環境においては、燃焼生産物によるバルブとバルブシートとの凝着抑制効果が低いため、両者は激しく凝着摩耗を起こすことが分かった。
【０００６】
また、このような厳しい摩耗環境において耐摩耗性を改善するには、数十〜数百μｍ程度の粗大硬質粒子の分散が重要であるとされている特許文献２での実施例２によると粗大粒子の分散には液相分離が有効であるが、高融点元素を多量に含むため、アトマイズ時に閉塞を起こすなど製造性に課題があり、また、溶湯の粘性が上がり肉盛性を劣化させたりする。さらに、粗大硬質粒子は切削工具の刃先などを著しく摩耗し、仕上性を劣化させてしまう。このように、耐摩耗性と製造性、肉盛性を両立させることは非常に難しく、なおかつ、粗大粒子の分散と仕上性の両立は本質的に困難であり、従来技術の課題となっていた。
【０００７】
さらに、特許文献３には、Ｃｕ基合金粉末にＣｏ基合金やＮｉ基合金粉末を混合した実施例が記載されているが、Ｃｕ基合金にはＢを添加しておらず、殻状Ｍｏ系硼化物の効果を狙ったものではない。
上述したような問題を解消するために、発明者らは鋭意開発を進めた結果、特に凝着摩耗の激しい環境下で使用される場合においても良好な耐摩耗性を示し、かつ、製造性、肉盛性、仕上性にも優れた特性を示すレーザー肉盛バルブシート用原料粉末およびレーザー肉盛バルブシートを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
その発明の要旨とするところは、
（１）レーザー肉盛バルブシート用原料粉末において、質量％で、Ｎｉ：７〜２０％、Ｆｅ＋Ｃｏ：１０％以下、Ｓｉ：２〜５％、Ａｌ：３％以下、Ｂ：０．５〜５％、残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなる粉末を８０〜９９％と、Ｍｏ：５〜４０％、Ｃｒ：２５％以下、Ｓｉ：５％以下、残部Ｃｏおよび不可避的不純物からなり、ビッカース硬度が５００ＨＶ以上、平均粒径が５０〜２００μｍである粉末を１〜２０％混合してなることを特徴とするレーザー肉盛バルブシート用原料粉末。
（２）前記（１）に記載の混合粉末をレーザー肉盛したことを特徴とするレーザー肉盛バルブシート。
（３）前記（２）に記載のレーザー肉盛層に、Ｍｏ：５〜４０％、Ｃｒ：２５％以下、Ｓｉ：５％以下、残部Ｃｏおよび不可避的不純物からなる粉末を主成分とした相をＭｏ系硼化物が囲んだ殻構造の粗大粒子を有することを特徴とするレーザー肉盛バルブシート。
（４）前記（３）に記載の殻構造の粗大粒子が、ビッカース硬度が５００ＨＶ以上、平均粒径が３０〜３００μｍであることを特徴とするレーザー肉盛バルブシートにある。
【発明の効果】
【０００９】
以上述べたように、本発明により製造性、肉盛性、耐摩耗性および仕上性に優れたレーザー肉盛バルブシート用原料粉末およびこれを用いたバルブシートを提供することができる。
【００１０】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明における最も重要な特徴は、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｂを所定量含む肉盛性に優れたＣｕ基合金粉末（以下、Ｃｕ基合金粉末という）と、Ｍｏ，Ｃｒ，Ｓｉを所定量含む高硬度なＣｏ基合金粉末（以下、Ｃｏ基合金粉末という）を混合していることにある。この混合粉をレーザーなどで溶融、凝固させると、Ｃｕ基合金粉末中のＢが、Ｃｏ基合金粉末中で硼化物を生成しやすいＭｏと、Ｃｏ基合金粉末の界面で反応し、Ｍｏ系硼化物となり、図１に示す殻構造の硬質粒子を形成することにある。なお、図１は、本発明に係る殻構造の硬質粒子を形成する状態を示す反射電子像およびその模式図であり、図１（ａ）は反射電子像であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の模式図である。
【００１１】
上記したＢを含むＣｕ基合金粉末とＭｏを含むＣｏ基合金粉末を混合し、レーザー肉盛で溶融、凝固させることによって得られる殻構造の粗大硬質粒子を形成することが本発明の最も重要な特徴である。この特徴について以下（１）〜（５）に、さらに詳細に説明する。
（１）生成するＭｏ系硼化物は摩耗環境において潤滑作用を持つ。この潤滑作用については詳細は定かでないが、酸化雰囲気で生成するＭｏ，Ｂの酸化物により、バルブ、バルブシート表面における、双方への移着が抑制されるためと推測される。この潤滑作用によって、上記のような極めて厳しい凝着摩耗環境下においても良好な耐摩耗性を有することができるものである。
【００１２】
（２）Ｍｏ系硼化物を形成するＭｏ，Ｂが、それぞれ別の粉末に含まれて溶融されることにより、主にその界面にＭｏ系硼化物が生成し、Ｃｏ基合金粉末の成分を主成分とした硬質相の周りをＭｏ系硼化物が囲んだ殻構造となる。さらに、Ｂの一部はこのＣｏ基合金粉末の内部にも拡散し、Ｍｏ系硼化物を生成する。従って、図１に示すような、Ｃｏ基合金粉末を主成分とした硬質相とその内部にＢが拡散して生成したＭｏ系硼化物の混合粗大粒子をＭｏ系硼化物が囲んだ構造となる。この構造となることによって高硬度と潤滑作用を併せもった、凝着摩耗の厳しい環境下において極めて有用な粗大粒子となる。なお、図１（ｂ）に示す、符号１はＣｕ基合金粉末を主成分とした基地相であり、符号２はＣｏ基合金粉末を主成分とした硬質相であり、符号３は殻状Ｍｏ系硼化物であり、符号４はＢがＣｏ基合金粉末の内部へ拡散し生成したＭｏ系硼化物である。
【００１３】
（３）レーザー肉盛バルブシートの耐摩耗性改善には、Ｃｕベースの基地硬度だけでなく、硬質相の粗大さが影響することが知られている。特許文献２によると、肉盛層に凝固のままで粗大な硬質粒子を分散するには液相分離組成を用いることで達成されるとされている。すなわち、Ｃｕに対し液相分離傾向の高いＣｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｂ，Ｃなどの元素を含むことにより溶湯を液相分離させ、分離状態の液相を凝固することにより粗大なサイズの液相が硬質粒子として分散する。
【００１４】
しかしながら、この方法では冷却速度のバラツキや溶融ビード（プール）の攪拌状態のバラツキにより、粗大粒子のサイズを制御することは難しく、微細すぎると耐摩耗性が劣化し、粗大すぎると仕上性が劣化する。本発明では上述の如く、Ｃｏ基合金粉末および反応により生成するＭｏ系硼化物が殻構造をもつ粗大硬質粒子となるが、界面に殻状に生成するＭｏ系硼化物（高融点）が障壁となり、高温でこのＭｏ系硼化物が生成した後はＣｕ基合金粉末と、Ｃｏ基合金粉末の反応が抑制される。その結果、殻構造をもつ粗大粒子のサイズは、混合するＣｏ基合金粉末の粒子径でほぼ決まるため、粗大硬質粒子のサイズ制御が容易となる。
【００１５】
（４）一般的に粗大な硬質粒子が存在すると機械仕上性が劣化する。しかしながら、本発明における肉盛材は、数百μｍ程度の粗大硬質粒子が分散しているにも関わらず、表面の機械仕上性が良好である。この理由としては、以下のことが推測される。粗大硬質粒子が存在すると機械加工時にこの粗大硬質粒子が切削工具の刃先を摩耗したり、傷つけたりするため、その刃先で加工された表面は仕上がりが悪くなる。本発明における粗大硬質粒子は周りを潤滑効果の高いＭｏ系硼化物が覆っているため、その潤滑効果により相手攻撃性が低く、切削工具の刃先を摩耗しないため、表面の仕上がりが良くなるものと推測される。
【００１６】
（５）本発明では、Ｍｏ源となるＣｏ基合金粉末のベース金属をＣｏとしているが、ＣｏはＣｕ溶湯中に拡散しにくく、また、Ｍｏを含んでいるため、さらに拡散しにくい。その上、上記（３）の通り、Ｃｏ基合金粉末の界面に高温で生成する殻状Ｍｏ系硼化物が障壁となるため、Ｃｏ基合金粉末に含まれる元素が、Ｃｕ基合金粉末の溶湯へ拡散することが極めて少なく抑えられる。従って、Ｃｕ基合金粉末の組成が本来持っている良好な肉盛性を損なうことがない。仮に、Ｃｏ基合金粉末をＣｕと全率固溶となるＮｉをベースとした合金とすると、殻状Ｍｏ系硼化物の障壁が生成する前に、ある程度のＮｉがＣｏ基合金粉末の溶湯に拡散し、Ｃｕ基合金粉末の肉盛性を劣化させてしまう。
【００１７】
ここで、Ｍｏ系硼化物を生成するために、仮に所定量のＭｏをＣｕ基合金粉末中に添加したとすると、Ｍｏ，Ｂを含むＣｕ基合金溶湯は極めて高温でＭｏ系硼化物を晶出するため、アトマイズ時に超粗大晶出粒子となりノズル閉塞を起こしやすい。さらに、アトマイズが可能であった場合でも、溶湯の粘性が高く肉盛性に劣り、超粗大晶出粒子のために仕上性が劣ってしまう。さらに、本発明のように、Ｃｏ基合金粉末との界面で生成するＭｏ系硼化物が殻状に生成することもなく、上記（２）〜（４）に記述した効果も得られない。従って、例え同一成分であったとしても、混合ではなく、単一合金粉末による技術と本発明は全く異なるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る合金粉末についての限定理由について説明する。
先ず、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｂを所定量含む肉盛性に優れたＣｕ基合金粉末について説明する。
Ｎｉ：７〜２０％
Ｎｉは、硬度を上げ、耐摩耗性を改善する効果がある。しかし、７％未満ではその効果が十分でなく、２０％を超えると肉盛性が劣化することから、その範囲を７〜２０％とした。好ましくは１０〜１７％とする。
【００１９】
Ｆｅ＋Ｃｏ：１０％以下
ＦｅとＣｏは、Ｃｕ合金中での挙動が似ており、合計量によって扱うことができる。Ｆｅ，Ｃｏは硬度を上げ、耐摩耗性を改善する効果がある。しかし、１０％を超えると肉盛性が劣化することから、その上限を１０％とした。好ましくは２〜７％とする。
Ｓｉ：２〜５％
Ｓｉは、硬度を上げ、耐摩耗性を改善する効果がある。しかし、２％未満ではその効果が十分でなく、５％を超えると肉盛性が劣化することから、その範囲を２〜５％とした。好ましくは３〜５％とする。
【００２０】
Ａｌ：３％以下
Ａｌは、硬度を上げ、耐摩耗性を改善する効果がある。しかし、３％を超えると肉盛性が劣化することから、その上限を３％とした。好ましくは０．１〜１％とする。
Ｂ：０．５〜５％
Ｂは、本発明における肉盛材において、Ｃｏ基合金粉末中のＭｏと反応し、Ｍｏ系硼化物を生成するための必須成分である。しかし、０．５％未満ではＭｏ系硼化物の生成が十分でなく、また、５％を超えると、Ｃｕ基合金粉末を主とした基地が脆化し肉盛割れを発生するなど肉盛性を劣化させる。従って、その範囲を０．５〜５％とした。好ましくは１〜３％とする。
【００２１】
Ｃｕ基合金
Ｃｕは、本発明に係るレーザー肉盛バルブシートは主にアルミニウム合金のシリンダヘッドに肉盛されるため、Ａｌとの溶接性に優れたＣｕをベース合金としている。このＣｕ基合金粉末は良好な肉盛性を有するＣｕ基合金粉末であり、肉盛層においては基地となる成分である。従って、８０％未満では肉盛性が劣化し、また、９９％を超えると耐摩耗性が劣化することから、その範囲を８０〜９９％とした。好ましくは８５〜９６％とする。
【００２２】
次に、Ｍｏ，Ｃｒ，Ｓｉを所定量含む高硬度なＣｏ基合金粉末について説明する。
Ｍｏ：５〜４０％
Ｍｏは、本発明の肉盛材において、Ｃｕ基合金粉末中のＢと反応し、Ｍｏ系硼化物を生成するための必須成分である。しかし、５％未満ではＭｏ系硼化物の生成が十分でなく、また、４０％を超えるとＣｏ基合金粉末の融点を上昇させ、アトマイズが困難になる。従って、その範囲を５〜４０％とした。好ましくは１０〜３０％とする。
【００２３】
Ｃｒ：２５％以下
Ｃｒは、硬さを上げ、耐摩耗性を改善する効果がある。しかし、２５％を超えるとＣｏ基合金粉末の融点を上昇させ、アトマイズが困難になる。従って、その上限を２５％とした。好ましくは１０〜２０％とする。
【００２４】
Ｓｉ：５％以下
Ｓｉは、硬さを上げ、耐摩耗性を改善する効果がある。しかし、５％を超えると肉盛層におけるＣｕ基合金粉末を主とした粗大硬質粒子が脆くなり、仕上加工時にこの粗大硬質粒子が脱落し、仕上げ性が劣化してしまう。従って、その上限を５％とした。好ましくは３％以下とする。
【００２５】
Ｃｏは、比較的低融点なためレーザー肉盛技術での溶融が可能であり、しかも、Ｃｕとの反応性が悪く、必要以上にＣｕ基合金粉末の溶湯中へ拡散しないため、このＣｕ基合金粉末が本来持つ良好な肉盛性を損なわない。また、本発明の必須元素であるＭｏを４０％まで添加してもアトマイズ可能な融点（１６００℃程度）に抑えることができる。その混合量は、殻状粗大硬質粒子の量に影響する。しかし、１％未満では粗大硬質粒子の量が十分でないため、耐摩耗性に劣る。また、２０％を超えると肉盛層が脆化し肉盛割れが発生するなど肉盛性を劣化させる。従って、その範囲を１〜２０％とする。好ましくは４〜１５％とした。
【００２６】
ビッカース硬度：５００ＨＶ以上
本発明におけるＣｏ基合金粉末は、添加元素であるＭｏが一部Ｂと反応し、Ｍｏ系硼化物を生成する他、多くは肉盛材においても、元の原料粉末であるＣｏ基合金粉末とほぼ同じ組成で殻状粗大硬質粒子の内部に留まる。従って、Ｃｏ基合金粉末の硬度そのものが肉盛層中の粗大硬質粒子の硬度に影響する。しかし、Ｃｏ基合金粉末のビッカース硬度が５００ＨＶ未満では、肉盛層中の粗大硬質粒子の硬度を５００ＨＶ以上にすることが困難であり、その場合耐摩耗性が十分でないことから、その下限を５００ＨＶとした。好ましくは６００〜８５０ＨＶとする。
【００２７】
平均粒径：５０〜２００μｍ
本発明におけるＣｏ基合金粉末の平均粒径は、殻状粗大硬質粒子のサイズおよびレーザー肉盛時の溶接性に影響を与える。Ｃｏ基合金粉末の平均粒径が５０μｍ未満では殻状粗大硬質粒子のサイズが小さくなってしまい、耐摩耗性改善の効果が十分でない。また、Ｃｏ基合金粉末の平均粒径が２００μｍを超えるとレーザー肉盛時に十分に溶解せず、肉盛性を劣化させることから、Ｃｏ基合金粉末の平均粒径の範囲を５０〜２００μｍとした。好ましくは７０〜１２０μｍとする。
【００２８】
肉盛層中では、Ｃｏ基合金粉末を主成分とした相と、その内部にＢが拡散して生成したＭｏ系硼化物を殻状Ｍｏ系硼化物が囲んだ構造となる。この構造となることによって高硬度と潤滑作用を併せもった、凝着摩耗の厳しい環境下において極めて有用な粗大粒子となる。この粗大粒子の硬度は耐摩耗性に影響を及ぼし、５００ＨＶ未満では耐摩耗性が十分でない。従って、この殻構造の粗大硬質粒子の硬度を５００ＨＶ以上とする。好ましくは６００〜９００ＨＶとする。また、粗大粒子のサイズも耐摩耗性に影響し、３０μｍ未満では、耐摩耗性が劣化し、３００μｍを超えると仕上性が劣化する。従って、その範囲を３０〜３００μｍとする。好ましくは１５０〜２５０μｍとした。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
１．５ｋｇの表１に示す母材を溶解し、Ａｒアトマイズにて合金粉末を得る。表１に示すＣｕ基合金粉末を１５０／６３μｍに分級し、また、Ｃｏ基合金粉末は各平均粒径になるように分級し、これらを混合し、幅４ｍｍ、深さ２ｍｍの溝を付けたＡｌ基材上に円環状にレーザー肉盛を行いバルブシート形状に切削、研磨加工した後１５０℃に加熱した状態でバルブによる摩耗評価（Ａ／Ｆ比＝１．４７）を行った。また、混合条件および殻構造粗大粒子硬度および径を表１および表２に示す。粗大粒子径は肉盛材を研磨し、光学顕微鏡写真により画像解析にて測定し、相当円の直径に換算した。その結果を表２に示す。
【００３０】
なお、レーザー肉盛条件については、以下の通りである。
レーザー出力：１．５ｋＷ、レーザー形：矩形、粉末供給量：５０ｇ／ｍｉｎ、送り速度：８ｍｍ／ｓ、Ａｒ雰囲気中で行った。
（ａ）肉盛性
肉盛ビード断面の縦横比および肉盛割れの有無で評価（高さ／幅≦０．６、かつ肉盛割れなし：○、高さ／幅＞０．６、または／および、肉盛割れあり：×）
（ｂ）耐摩耗性
耐摩耗評価後のバルブシートの摩耗深さで評価（摩耗深さ≦６０μｍ：○、摩耗深さ＞６０６０μｍ：×）
（ｃ）仕上性
バルブシート状に研磨した後の表面粗さで評価（Ｒａ≦０．２μｍ：○、Ｒａ＞０．２μｍ：×）
【００３１】
【表１】
【００３２】
【表２】
表１および表２に示すように、Ｎｏ．１〜４およびＮｏ．１０〜１４は本発明例であり、Ｎｏ．５〜９およびＮｏ．１５〜２４は比較例である。
【００３３】
比較例Ｎｏ．５はＣｏ基合金粉末の成分組成であるＭｏ含有量が低いために殻構造が出来ず、耐摩耗性および仕上性が劣る。比較例Ｎｏ．６はＣｏ基合金粉末の成分組成であるＳｉ含有量が高いためにＣｏ基合金粉末の硬度が高くなり、肉盛性および仕上性が劣る。比較例Ｎｏ．７はＣｏ基合金粉末の硬度が低く、肉盛層中の殻構造粗大粒子の硬度が低いために耐摩耗性が劣る。比較例Ｎｏ．８はＣｏ基合金粉末の平均粒子径が小さく、殻構造粗大粒子径が小さいために耐摩耗性が劣る。比較例Ｎｏ．９はＣｏ基合金粉末の平均粒子径が大きく、肉盛層中の殻構造粗大粒子径が大きいために肉盛性および仕上性が劣る。
【００３４】
比較例Ｎｏ．１５はＣｕ基合金粉末の成分組成であるＮｉ含有量が低いために耐摩耗性が劣る。比較例Ｎｏ．１６はＣｕ基合金粉末の成分組成であるＮｉ含有量が高いために肉盛性が劣る。比較例Ｎｏ．１７はＣｕ基合金粉末の成分組成であるＦｅ含有量とＣｏ含有量の和が高いために肉盛性および仕上性が劣る。比較例Ｎｏ．１８はＣｕ基合金粉末の成分組成であるＳｉ含有量が低いために耐摩耗性が劣る。比較例Ｎｏ．１９はＣｕ基合金粉末の成分組成であるＳｉ含有量が高いために肉盛性および仕上性が劣る。
【００３５】
比較例Ｎｏ．２０はＣｕ基合金粉末の成分組成であるＡｌ含有量が高いために肉盛性が劣る。比較例Ｎｏ．２１はＣｕ基合金粉末の成分組成であるＢ含有量が低いために殻構造が出来ず、耐摩耗性および仕上性が劣る。比較例Ｎｏ．２２はＣｕ基合金粉末の成分組成であるＢ含有量が高いために肉盛性が劣る。比較例Ｎｏ．２３はＣｕ基合金粉末の混合割合が低く、Ｃｏ基合金粉末の混合割合が高いために肉盛性が劣る。
【００３６】
比較例Ｎｏ．２４は比較例Ｎｏ．２３と逆にＣｕ基合金粉末の混合割合が高く、Ｃｏ基合金粉末の混合割合が低いために耐摩耗性が劣る。なお、Ｃｏ基合金粉末の比較例として、４５Ｍｏ−５Ｃｒ−残部Ｃｏおよび１０Ｍｏ−３０Ｃｒ−１Ｓｉ−残部Ｃｏから成る成分組成のものをアトマイズにより製造を試みたが、Ｍｏ，Ｃｒ母材が溶け残った。
これに対し、本発明例であるＮｏ．１〜４およびＮｏ．１０〜１４のいずれも本発明の条件を満足していることから、肉盛性、耐摩耗性および仕上性についていずれも優れていることが分かる。
【００３７】
以上述べたように、本発明の最大の特徴である、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｂを所定量含む肉盛性に優れるＣｕ基合金粉末と、Ｍｏ，Ｃｒ，Ｓｉを所定量含む高硬度なＣｏ基合金粉末とを混合した混合粉末をレーザーなどで溶融、凝固させるとＣｕ基合金粉末中のＢが、Ｃｏ基合金粉末中で硼化物を生成し易いＭｏとＣｏ基合金粉末の界面で反応し、Ｍｏ系硼化物となり、図１に示すような殻構造の硬質粒子を形成することで、肉盛性、耐摩耗性および仕上性の優れたレーザー肉盛バルブシート用原料粉末およびこれを用いた耐摩耗性に優れた肉盛バルブシートを提供することが出来るものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る殻構造の硬質粒子を形成する状態を示す反射電子像およびその模式図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ Ｃｕ基合金粉末を主成分とした基地相
２ Ｃｏ基合金粉末を主成分とした硬質相
３ 殻状Ｍｏ系硼化物
４ ＢがＣｏ基合金粉末の内部へ拡散し生成したＭｏ系硼化物
特許出願人 山陽特殊製鋼株式会社 他１名
代理人 弁理士 椎 名 彊
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製造性、肉盛性、耐摩耗性および仕上性に優れたレーザー肉盛バルブシート用原料粉末およびこれを用いたバルブシートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車エンジン等のバルブシートにはＦｅ基粉末焼結材が主に使用されており、これをシリンダヘッドに圧入しバルブによる摩耗を抑制している。このような焼結バルブシートと比較し、放熱性、薄肉性に優れたレーザー肉盛銅合金バルブシートの技術が開示されている。例えば特開２００４−１６２１００号公報（特許文献１）に開示されているように、質量％で、Ｎｉ：８．０〜２０．０％、Ｓｉ：１．５〜４．５％、および、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒの少なくとも１種を合計で、２．０〜１５．０％、さらに、Ｍｍ、Ｐ、Ｔｉの少なくとも１種を合計で、０．１〜１．５％を含み、残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなる肉盛用銅合金粉末が提案されている。
【０００３】
また、特公平８−９４２号公報（特許文献２）に開示されているように、重量％で、Ｎｉ：５〜３０％、Ｓｉ：１〜５％、Ｂ：０．５〜３％、Ｆｅ：４〜３０％を含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物よりなり、Ｃｕ基マトリックス中にＦｅ−Ｎｉ系の珪化物および硼化物の粒子が分散した組織を有する耐摩耗性に優れた分散強化Ｃｕ基合金が提案されている。
【０００４】
さらに、特許第２７４８７１７号公報（特許文献３）に開示されているように、重量％で、Ｎｉ：１０〜３０％、Ｓｉ：１〜５％、Ｆｅ：２〜１５％を含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物よりなり、均一微細なデンドライトのＣｕ−Ｎｉ合金中にＦｅ−Ｎｉ系のシリサイドの硬質層が微細に分散した組織を有する肉盛用耐摩耗性銅基合金が提案されている。
【特許文献１】特開２００４−１６２１００号公報
【特許文献２】特公平８−９４２号公報
【特許文献３】特許第２７４８７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１では、製造性、肉盛性、耐摩耗性、仕上性に優れた肉盛用銅合金粉末が提案されているが、この粉末を使用した肉盛バルブシートは良好な特性バランスを示すものである。しかしながら、特に、Ａ／Ｆ（空燃比）が高い使用環境においては、燃焼生産物によるバルブとバルブシートとの凝着抑制効果が低いため、両者は激しく凝着摩耗を起こすことが分かった。
【０００６】
また、このような厳しい摩耗環境において耐摩耗性を改善するには、数十〜数百μｍ程度の粗大硬質粒子の分散が重要であるとされている特許文献２での実施例２によると粗大粒子の分散には液相分離が有効であるが、高融点元素を多量に含むため、アトマイズ時に閉塞を起こすなど製造性に課題があり、また、溶湯の粘性が上がり肉盛性を劣化させたりする。さらに、粗大硬質粒子は切削工具の刃先などを著しく摩耗し、仕上性を劣化させてしまう。このように、耐摩耗性と製造性、肉盛性を両立させることは非常に難しく、なおかつ、粗大粒子の分散と仕上性の両立は本質的に困難であり、従来技術の課題となっていた。
【０００７】
さらに、特許文献３には、Ｃｕ基合金粉末にＣｏ基合金やＮｉ基合金粉末を混合した実施例が記載されているが、Ｃｕ基合金にはＢを添加しておらず、殻状Ｍｏ系硼化物の効果を狙ったものではない。
上述したような問題を解消するために、発明者らは鋭意開発を進めた結果、特に凝着摩耗の激しい環境下で使用される場合においても良好な耐摩耗性を示し、かつ、製造性、肉盛性、仕上性にも優れた特性を示すレーザー肉盛バルブシート用原料粉末およびレーザー肉盛バルブシートを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
その発明の要旨とするところは、
（１）レーザー肉盛バルブシート用原料粉末において、質量％で、Ｎｉ：７〜２０％、Ｆｅ＋Ｃｏ：１０％以下、Ｓｉ：２〜５％、Ａｌ：３％以下、Ｂ：０．５〜５％、残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなる粉末を８０〜９９％と、Ｍｏ：５〜４０％、Ｃｒ：２５％以下、Ｓｉ：５％以下、残部Ｃｏおよび不可避的不純物からなり、ビッカース硬度が５００ＨＶ以上、平均粒径が５０〜２００μｍである粉末を１〜２０％混合してなることを特徴とするレーザー肉盛バルブシート用原料粉末。
（２）前記（１）に記載の混合粉末をレーザー肉盛したことを特徴とするレーザー肉盛バルブシート。
（３）前記（２）に記載のレーザー肉盛層に、Ｍｏ：５〜４０％、Ｃｒ：２５％以下、Ｓｉ：５％以下、残部Ｃｏおよび不可避的不純物からなる粉末を主成分とした相をＭｏ系硼化物が囲んだ殻構造の粗大粒子を有することを特徴とするレーザー肉盛バルブシート。
（４）前記（３）に記載の殻構造の粗大粒子が、ビッカース硬度が５００ＨＶ以上、平均粒径が３０〜３００μｍであることを特徴とするレーザー肉盛バルブシートにある。
【発明の効果】
【０００９】
以上述べたように、本発明により製造性、肉盛性、耐摩耗性および仕上性に優れたレーザー肉盛バルブシート用原料粉末およびこれを用いたバルブシートを提供することができる。
【００１０】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明における最も重要な特徴は、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｂを所定量含む肉盛性に優れたＣｕ基合金粉末（以下、Ｃｕ基合金粉末という）と、Ｍｏ，Ｃｒ，Ｓｉを所定量含む高硬度なＣｏ基合金粉末（以下、Ｃｏ基合金粉末という）を混合していることにある。この混合粉をレーザーなどで溶融、凝固させると、Ｃｕ基合金粉末中のＢが、Ｃｏ基合金粉末中で硼化物を生成しやすいＭｏと、Ｃｏ基合金粉末の界面で反応し、Ｍｏ系硼化物となり、図１に示す殻構造の硬質粒子を形成することにある。なお、図１は、本発明に係る殻構造の硬質粒子を形成する状態を示す反射電子像およびその模式図であり、図１（ａ）は反射電子像であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の模式図である。
【００１１】
上記したＢを含むＣｕ基合金粉末とＭｏを含むＣｏ基合金粉末を混合し、レーザー肉盛で溶融、凝固させることによって得られる殻構造の粗大硬質粒子を形成することが本発明の最も重要な特徴である。この特徴について以下（１）〜（５）に、さらに詳細に説明する。
（１）生成するＭｏ系硼化物は摩耗環境において潤滑作用を持つ。この潤滑作用については詳細は定かでないが、酸化雰囲気で生成するＭｏ，Ｂの酸化物により、バルブ、バルブシート表面における、双方への移着が抑制されるためと推測される。この潤滑作用によって、上記のような極めて厳しい凝着摩耗環境下においても良好な耐摩耗性を有することができるものである。
【００１２】
（２）Ｍｏ系硼化物を形成するＭｏ，Ｂが、それぞれ別の粉末に含まれて溶融されることにより、主にその界面にＭｏ系硼化物が生成し、Ｃｏ基合金粉末の成分を主成分とした硬質相の周りをＭｏ系硼化物が囲んだ殻構造となる。さらに、Ｂの一部はこのＣｏ基合金粉末の内部にも拡散し、Ｍｏ系硼化物を生成する。従って、図１に示すような、Ｃｏ基合金粉末を主成分とした硬質相とその内部にＢが拡散して生成したＭｏ系硼化物の混合粗大粒子をＭｏ系硼化物が囲んだ構造となる。この構造となることによって高硬度と潤滑作用を併せもった、凝着摩耗の厳しい環境下において極めて有用な粗大粒子となる。なお、図１（ｂ）に示す、符号１はＣｕ基合金粉末を主成分とした基地相であり、符号２はＣｏ基合金粉末を主成分とした硬質相であり、符号３は殻状Ｍｏ系硼化物であり、符号４はＢがＣｏ基合金粉末の内部へ拡散し生成したＭｏ系硼化物である。
【００１３】
（３）レーザー肉盛バルブシートの耐摩耗性改善には、Ｃｕベースの基地硬度だけでなく、硬質相の粗大さが影響することが知られている。特許文献２によると、肉盛層に凝固のままで粗大な硬質粒子を分散するには液相分離組成を用いることで達成されるとされている。すなわち、Ｃｕに対し液相分離傾向の高いＣｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｂ，Ｃなどの元素を含むことにより溶湯を液相分離させ、分離状態の液相を凝固することにより粗大なサイズの液相が硬質粒子として分散する。
【００１４】
しかしながら、この方法では冷却速度のバラツキや溶融ビード（プール）の攪拌状態のバラツキにより、粗大粒子のサイズを制御することは難しく、微細すぎると耐摩耗性が劣化し、粗大すぎると仕上性が劣化する。本発明では上述の如く、Ｃｏ基合金粉末および反応により生成するＭｏ系硼化物が殻構造をもつ粗大硬質粒子となるが、界面に殻状に生成するＭｏ系硼化物（高融点）が障壁となり、高温でこのＭｏ系硼化物が生成した後はＣｕ基合金粉末と、Ｃｏ基合金粉末の反応が抑制される。その結果、殻構造をもつ粗大粒子のサイズは、混合するＣｏ基合金粉末の粒子径でほぼ決まるため、粗大硬質粒子のサイズ制御が容易となる。
【００１５】
（４）一般的に粗大な硬質粒子が存在すると機械仕上性が劣化する。しかしながら、本発明における肉盛材は、数百μｍ程度の粗大硬質粒子が分散しているにも関わらず、表面の機械仕上性が良好である。この理由としては、以下のことが推測される。粗大硬質粒子が存在すると機械加工時にこの粗大硬質粒子が切削工具の刃先を摩耗したり、傷つけたりするため、その刃先で加工された表面は仕上がりが悪くなる。本発明における粗大硬質粒子は周りを潤滑効果の高いＭｏ系硼化物が覆っているため、その潤滑効果により相手攻撃性が低く、切削工具の刃先を摩耗しないため、表面の仕上がりが良くなるものと推測される。
【００１６】
（５）本発明では、Ｍｏ源となるＣｏ基合金粉末のベース金属をＣｏとしているが、ＣｏはＣｕ溶湯中に拡散しにくく、また、Ｍｏを含んでいるため、さらに拡散しにくい。その上、上記（３）の通り、Ｃｏ基合金粉末の界面に高温で生成する殻状Ｍｏ系硼化物が障壁となるため、Ｃｏ基合金粉末に含まれる元素が、Ｃｕ基合金粉末の溶湯へ拡散することが極めて少なく抑えられる。従って、Ｃｕ基合金粉末の組成が本来持っている良好な肉盛性を損なうことがない。仮に、Ｃｏ基合金粉末をＣｕと全率固溶となるＮｉをベースとした合金とすると、殻状Ｍｏ系硼化物の障壁が生成する前に、ある程度のＮｉがＣｏ基合金粉末の溶湯に拡散し、Ｃｕ基合金粉末の肉盛性を劣化させてしまう。
【００１７】
ここで、Ｍｏ系硼化物を生成するために、仮に所定量のＭｏをＣｕ基合金粉末中に添加したとすると、Ｍｏ，Ｂを含むＣｕ基合金溶湯は極めて高温でＭｏ系硼化物を晶出するため、アトマイズ時に超粗大晶出粒子となりノズル閉塞を起こしやすい。さらに、アトマイズが可能であった場合でも、溶湯の粘性が高く肉盛性に劣り、超粗大晶出粒子のために仕上性が劣ってしまう。さらに、本発明のように、Ｃｏ基合金粉末との界面で生成するＭｏ系硼化物が殻状に生成することもなく、上記（２）〜（４）に記述した効果も得られない。従って、例え同一成分であったとしても、混合ではなく、単一合金粉末による技術と本発明は全く異なるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る合金粉末についての限定理由について説明する。
先ず、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｂを所定量含む肉盛性に優れたＣｕ基合金粉末について説明する。
Ｎｉ：７〜２０％
Ｎｉは、硬度を上げ、耐摩耗性を改善する効果がある。しかし、７％未満ではその効果が十分でなく、２０％を超えると肉盛性が劣化することから、その範囲を７〜２０％とした。好ましくは１０〜１７％とする。
【００１９】
Ｆｅ＋Ｃｏ：１０％以下
ＦｅとＣｏは、Ｃｕ合金中での挙動が似ており、合計量によって扱うことができる。Ｆｅ，Ｃｏは硬度を上げ、耐摩耗性を改善する効果がある。しかし、１０％を超えると肉盛性が劣化することから、その上限を１０％とした。好ましくは２〜７％とする。
Ｓｉ：２〜５％
Ｓｉは、硬度を上げ、耐摩耗性を改善する効果がある。しかし、２％未満ではその効果が十分でなく、５％を超えると肉盛性が劣化することから、その範囲を２〜５％とした。好ましくは３〜５％とする。
【００２０】
Ａｌ：３％以下
Ａｌは、硬度を上げ、耐摩耗性を改善する効果がある。しかし、３％を超えると肉盛性が劣化することから、その上限を３％とした。好ましくは０．１〜１％とする。
Ｂ：０．５〜５％
Ｂは、本発明における肉盛材において、Ｃｏ基合金粉末中のＭｏと反応し、Ｍｏ系硼化物を生成するための必須成分である。しかし、０．５％未満ではＭｏ系硼化物の生成が十分でなく、また、５％を超えると、Ｃｕ基合金粉末を主とした基地が脆化し肉盛割れを発生するなど肉盛性を劣化させる。従って、その範囲を０．５〜５％とした。好ましくは１〜３％とする。
【００２１】
Ｃｕ基合金
Ｃｕは、本発明に係るレーザー肉盛バルブシートは主にアルミニウム合金のシリンダヘッドに肉盛されるため、Ａｌとの溶接性に優れたＣｕをベース合金としている。このＣｕ基合金粉末は良好な肉盛性を有するＣｕ基合金粉末であり、肉盛層においては基地となる成分である。従って、８０％未満では肉盛性が劣化し、また、９９％を超えると耐摩耗性が劣化することから、その範囲を８０〜９９％とした。好ましくは８５〜９６％とする。
【００２２】
次に、Ｍｏ，Ｃｒ，Ｓｉを所定量含む高硬度なＣｏ基合金粉末について説明する。
Ｍｏ：５〜４０％
Ｍｏは、本発明の肉盛材において、Ｃｕ基合金粉末中のＢと反応し、Ｍｏ系硼化物を生成するための必須成分である。しかし、５％未満ではＭｏ系硼化物の生成が十分でなく、また、４０％を超えるとＣｏ基合金粉末の融点を上昇させ、アトマイズが困難になる。従って、その範囲を５〜４０％とした。好ましくは１０〜３０％とする。
【００２３】
Ｃｒ：２５％以下
Ｃｒは、硬さを上げ、耐摩耗性を改善する効果がある。しかし、２５％を超えるとＣｏ基合金粉末の融点を上昇させ、アトマイズが困難になる。従って、その上限を２５％とした。好ましくは１０〜２０％とする。
【００２４】
Ｓｉ：５％以下
Ｓｉは、硬さを上げ、耐摩耗性を改善する効果がある。しかし、５％を超えると肉盛層におけるＣｕ基合金粉末を主とした粗大硬質粒子が脆くなり、仕上加工時にこの粗大硬質粒子が脱落し、仕上げ性が劣化してしまう。従って、その上限を５％とした。好ましくは３％以下とする。
【００２５】
Ｃｏは、比較的低融点なためレーザー肉盛技術での溶融が可能であり、しかも、Ｃｕとの反応性が悪く、必要以上にＣｕ基合金粉末の溶湯中へ拡散しないため、このＣｕ基合金粉末が本来持つ良好な肉盛性を損なわない。また、本発明の必須元素であるＭｏを４０％まで添加してもアトマイズ可能な融点（１６００℃程度）に抑えることができる。その混合量は、殻状粗大硬質粒子の量に影響する。しかし、１％未満では粗大硬質粒子の量が十分でないため、耐摩耗性に劣る。また、２０％を超えると肉盛層が脆化し肉盛割れが発生するなど肉盛性を劣化させる。従って、その範囲を１〜２０％とする。好ましくは４〜１５％とした。
【００２６】
ビッカース硬度：５００ＨＶ以上
本発明におけるＣｏ基合金粉末は、添加元素であるＭｏが一部Ｂと反応し、Ｍｏ系硼化物を生成する他、多くは肉盛材においても、元の原料粉末であるＣｏ基合金粉末とほぼ同じ組成で殻状粗大硬質粒子の内部に留まる。従って、Ｃｏ基合金粉末の硬度そのものが肉盛層中の粗大硬質粒子の硬度に影響する。しかし、Ｃｏ基合金粉末のビッカース硬度が５００ＨＶ未満では、肉盛層中の粗大硬質粒子の硬度を５００ＨＶ以上にすることが困難であり、その場合耐摩耗性が十分でないことから、その下限を５００ＨＶとした。好ましくは６００〜８５０ＨＶとする。
【００２７】
平均粒径：５０〜２００μｍ
本発明におけるＣｏ基合金粉末の平均粒径は、殻状粗大硬質粒子のサイズおよびレーザー肉盛時の溶接性に影響を与える。Ｃｏ基合金粉末の平均粒径が５０μｍ未満では殻状粗大硬質粒子のサイズが小さくなってしまい、耐摩耗性改善の効果が十分でない。また、Ｃｏ基合金粉末の平均粒径が２００μｍを超えるとレーザー肉盛時に十分に溶解せず、肉盛性を劣化させることから、Ｃｏ基合金粉末の平均粒径の範囲を５０〜２００μｍとした。好ましくは７０〜１２０μｍとする。
【００２８】
肉盛層中では、Ｃｏ基合金粉末を主成分とした相と、その内部にＢが拡散して生成したＭｏ系硼化物を殻状Ｍｏ系硼化物が囲んだ構造となる。この構造となることによって高硬度と潤滑作用を併せもった、凝着摩耗の厳しい環境下において極めて有用な粗大粒子となる。この粗大粒子の硬度は耐摩耗性に影響を及ぼし、５００ＨＶ未満では耐摩耗性が十分でない。従って、この殻構造の粗大硬質粒子の硬度を５００ＨＶ以上とする。好ましくは６００〜９００ＨＶとする。また、粗大粒子のサイズも耐摩耗性に影響し、３０μｍ未満では、耐摩耗性が劣化し、３００μｍを超えると仕上性が劣化する。従って、その範囲を３０〜３００μｍとする。好ましくは１５０〜２５０μｍとした。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
１．５ｋｇの表１に示す母材を溶解し、Ａｒアトマイズにて合金粉末を得る。表１に示すＣｕ基合金粉末を１５０／６３μｍに分級し、また、Ｃｏ基合金粉末は各平均粒径になるように分級し、これらを混合し、幅４ｍｍ、深さ２ｍｍの溝を付けたＡｌ基材上に円環状にレーザー肉盛を行いバルブシート形状に切削、研磨加工した後１５０℃に加熱した状態でバルブによる摩耗評価（Ａ／Ｆ比＝１．４７）を行った。また、混合条件および殻構造粗大粒子硬度および径を表１および表２に示す。粗大粒子径は肉盛材を研磨し、光学顕微鏡写真により画像解析にて測定し、相当円の直径に換算した。その結果を表２に示す。
【００３０】
なお、レーザー肉盛条件については、以下の通りである。
レーザー出力：１．５ｋＷ、レーザー形：矩形、粉末供給量：５０ｇ／ｍｉｎ、送り速度：８ｍｍ／ｓ、Ａｒ雰囲気中で行った。
（ａ）肉盛性
肉盛ビード断面の縦横比および肉盛割れの有無で評価（高さ／幅≦０．６、かつ肉盛割れなし：○、高さ／幅＞０．６、または／および、肉盛割れあり：×）
（ｂ）耐摩耗性
耐摩耗評価後のバルブシートの摩耗深さで評価（摩耗深さ≦６０μｍ：○、摩耗深さ＞６０６０μｍ：×）
（ｃ）仕上性
バルブシート状に研磨した後の表面粗さで評価（Ｒａ≦０．２μｍ：○、Ｒａ＞０．２μｍ：×）
【００３１】
【表１】
【００３２】
【表２】
表１および表２に示すように、Ｎｏ．１〜４およびＮｏ．１０〜１４は本発明例であり、Ｎｏ．５〜９およびＮｏ．１５〜２４は比較例である。
【００３３】
比較例Ｎｏ．５はＣｏ基合金粉末の成分組成であるＭｏ含有量が低いために殻構造が出来ず、耐摩耗性および仕上性が劣る。比較例Ｎｏ．６はＣｏ基合金粉末の成分組成であるＳｉ含有量が高いためにＣｏ基合金粉末の硬度が高くなり、肉盛性および仕上性が劣る。比較例Ｎｏ．７はＣｏ基合金粉末の硬度が低く、肉盛層中の殻構造粗大粒子の硬度が低いために耐摩耗性が劣る。比較例Ｎｏ．８はＣｏ基合金粉末の平均粒子径が小さく、殻構造粗大粒子径が小さいために耐摩耗性が劣る。比較例Ｎｏ．９はＣｏ基合金粉末の平均粒子径が大きく、肉盛層中の殻構造粗大粒子径が大きいために肉盛性および仕上性が劣る。
【００３４】
比較例Ｎｏ．１５はＣｕ基合金粉末の成分組成であるＮｉ含有量が低いために耐摩耗性が劣る。比較例Ｎｏ．１６はＣｕ基合金粉末の成分組成であるＮｉ含有量が高いために肉盛性が劣る。比較例Ｎｏ．１７はＣｕ基合金粉末の成分組成であるＦｅ含有量とＣｏ含有量の和が高いために肉盛性および仕上性が劣る。比較例Ｎｏ．１８はＣｕ基合金粉末の成分組成であるＳｉ含有量が低いために耐摩耗性が劣る。比較例Ｎｏ．１９はＣｕ基合金粉末の成分組成であるＳｉ含有量が高いために肉盛性および仕上性が劣る。
【００３５】
比較例Ｎｏ．２０はＣｕ基合金粉末の成分組成であるＡｌ含有量が高いために肉盛性が劣る。比較例Ｎｏ．２１はＣｕ基合金粉末の成分組成であるＢ含有量が低いために殻構造が出来ず、耐摩耗性および仕上性が劣る。比較例Ｎｏ．２２はＣｕ基合金粉末の成分組成であるＢ含有量が高いために肉盛性が劣る。比較例Ｎｏ．２３はＣｕ基合金粉末の混合割合が低く、Ｃｏ基合金粉末の混合割合が高いために肉盛性が劣る。
【００３６】
比較例Ｎｏ．２４は比較例Ｎｏ．２３と逆にＣｕ基合金粉末の混合割合が高く、Ｃｏ基合金粉末の混合割合が低いために耐摩耗性が劣る。なお、Ｃｏ基合金粉末の比較例として、４５Ｍｏ−５Ｃｒ−残部Ｃｏおよび１０Ｍｏ−３０Ｃｒ−１Ｓｉ−残部Ｃｏから成る成分組成のものをアトマイズにより製造を試みたが、Ｍｏ，Ｃｒ母材が溶け残った。
これに対し、本発明例であるＮｏ．１〜４およびＮｏ．１０〜１４のいずれも本発明の条件を満足していることから、肉盛性、耐摩耗性および仕上性についていずれも優れていることが分かる。
【００３７】
以上述べたように、本発明の最大の特徴である、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｂを所定量含む肉盛性に優れるＣｕ基合金粉末と、Ｍｏ，Ｃｒ，Ｓｉを所定量含む高硬度なＣｏ基合金粉末とを混合した混合粉末をレーザーなどで溶融、凝固させるとＣｕ基合金粉末中のＢが、Ｃｏ基合金粉末中で硼化物を生成し易いＭｏとＣｏ基合金粉末の界面で反応し、Ｍｏ系硼化物となり、図１に示すような殻構造の硬質粒子を形成することで、肉盛性、耐摩耗性および仕上性の優れたレーザー肉盛バルブシート用原料粉末およびこれを用いた耐摩耗性に優れた肉盛バルブシートを提供することが出来るものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る殻構造の硬質粒子を形成する状態を示す反射電子像およびその模式図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ Ｃｕ基合金粉末を主成分とした基地相
２ Ｃｏ基合金粉末を主成分とした硬質相
３ 殻状Ｍｏ系硼化物
４ ＢがＣｏ基合金粉末の内部へ拡散し生成したＭｏ系硼化物
特許出願人 山陽特殊製鋼株式会社 他１名
代理人 弁理士 椎 名 彊
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー肉盛バルブシート用原料粉末において、質量％で、
Ｎｉ：７〜２０％、
Ｆｅ＋Ｃｏ：１０％以下、
Ｓｉ：２〜５％、
Ａｌ：３％以下、
Ｂ：０．５〜５％、
残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなる粉末を８０〜９９％と、
Ｍｏ：５〜４０％、
Ｃｒ：２５％以下、
Ｓｉ：５％以下、
残部Ｃｏおよび不可避的不純物からなり、ビッカース硬度が５００ＨＶ以上、平均粒径が５０〜２００μｍである粉末を１〜２０％混合してなることを特徴とするレーザー肉盛バルブシート用原料粉末。
【請求項２】
請求項１に記載の混合粉末をレーザー肉盛したことを特徴とするレーザー肉盛バルブシート。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザー肉盛層に、Ｍｏ：５〜４０％、Ｃｒ：２５％以下、Ｓｉ：５％以下、残部Ｃｏおよび不可避的不純物からなる粉末を主成分とした相をＭｏ系硼化物が囲んだ殻構造の粗大粒子を有することを特徴とするレーザー肉盛バルブシート。
【請求項４】
請求項３に記載の殻構造の粗大粒子が、ビッカース硬度が５００ＨＶ以上、平均粒径が３０〜３００μｍであることを特徴とするレーザー肉盛バルブシート。
【請求項１】
レーザー肉盛バルブシート用原料粉末において、質量％で、
Ｎｉ：７〜２０％、
Ｆｅ＋Ｃｏ：１０％以下、
Ｓｉ：２〜５％、
Ａｌ：３％以下、
Ｂ：０．５〜５％、
残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなる粉末を８０〜９９％と、
Ｍｏ：５〜４０％、
Ｃｒ：２５％以下、
Ｓｉ：５％以下、
残部Ｃｏおよび不可避的不純物からなり、ビッカース硬度が５００ＨＶ以上、平均粒径が５０〜２００μｍである粉末を１〜２０％混合してなることを特徴とするレーザー肉盛バルブシート用原料粉末。
【請求項２】
請求項１に記載の混合粉末をレーザー肉盛したことを特徴とするレーザー肉盛バルブシート。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザー肉盛層に、Ｍｏ：５〜４０％、Ｃｒ：２５％以下、Ｓｉ：５％以下、残部Ｃｏおよび不可避的不純物からなる粉末を主成分とした相をＭｏ系硼化物が囲んだ殻構造の粗大粒子を有することを特徴とするレーザー肉盛バルブシート。
【請求項４】
請求項３に記載の殻構造の粗大粒子が、ビッカース硬度が５００ＨＶ以上、平均粒径が３０〜３００μｍであることを特徴とするレーザー肉盛バルブシート。
【図１】
【公開番号】特開２００８−２６４８４２（Ｐ２００８−２６４８４２Ａ）
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１１２６９１（Ｐ２００７−１１２６９１）
【出願日】平成１９年４月２３日（２００７．４．２３）
【出願人】（０００１８００７０）山陽特殊製鋼株式会社 (601)
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月２３日（２００７．４．２３）
【出願人】（０００１８００７０）山陽特殊製鋼株式会社 (601)
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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