焼結合金配合用硬質粒子、耐摩耗性鉄基焼結合金、及びバルブシート
【課題】複合した摩耗形態が発現される高温環境下であっても、耐摩耗性を向上させることができる焼結合金配合用硬質粒子、さらには、これを含有した耐摩耗性鉄基焼結合金、及び該焼結合金で形成されたバルブシートを提供する
【解決手段】焼結合金に原料として配合される硬質粒子であって、質量％でＭｏ：２０〜４０％、Ｃ：０．５〜１．０％、Ｎｉ：５〜３０％、Ｍｎ：１〜１０％、Ｃｒ：１〜１０％、Ｃｏ：５〜３０％、Ｙ：０．０５〜２％、残部が不可避不純物とＦｅからなる。
【解決手段】焼結合金に原料として配合される硬質粒子であって、質量％でＭｏ：２０〜４０％、Ｃ：０．５〜１．０％、Ｎｉ：５〜３０％、Ｍｎ：１〜１０％、Ｃｒ：１〜１０％、Ｃｏ：５〜３０％、Ｙ：０．０５〜２％、残部が不可避不純物とＦｅからなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結合金に配合されるに好適な硬質粒子に係り、特に、焼結合金の耐摩耗性を向上させるに好適な硬質粒子、さらには、これを含有した耐摩耗性鉄基焼結合金、及び該焼結合金で形成されたバルブシートに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、バルブシートなどには、鉄を基地とした焼結合金が適用されることがある。焼結合金には、耐摩耗性をさらに向上させるべく、硬質粒子を含有させることがある。硬質粒子を含有させる場合、硬質粒子の粉末を、低合金鋼またはステンレス鋼の組成をもつ粉末に混入し、この混合粉末で圧粉成形体を形成し、その後、圧粉成形体を焼結して焼結合金とすることが一般的である。
【０００３】
このような硬質粒子として、例えば、質量％でＭｏ：２０〜６０％、Ｃ：０．２〜３％、Ｎｉ：５〜４０％、Ｍｎ：１〜１５％、Ｃｒ：０．１〜１０％を含み、残部が不可避不純物とＦｅからなる硬質粒子が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
この硬質粒子を用いて、鉄を基地とした焼結合金を製造した場合には、硬質粒子と母材である鉄基地との密着性を向上できる。さらに、硬質粒子にＭｏを含むことにより良好なる固体潤滑性を確保することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１８１８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に記載の焼結合金で、内燃機関のバルブシートを製造した場合には、硬質粒子のＭｏが固体潤滑剤として作用するため、バルブとバルブシートの摺動面の潤滑性を高めることができる。
【０００７】
しかしながら、バルブの開閉時には、バルブシートとバルブは、単に相対的に摺動するだけではない。特に、排気側のバルブは、吸気側に比べて高温環境下にあり、この環境下で、バルブの開閉に伴いバルブシートとバルブは間欠的に接触し、この接触時に双方が相対的に摺動するため、接触時の凝着摩耗と、摺動時のアブレッシブ摩耗とが混在（複合）する。このような摩耗形態を厳密に考慮した場合、潤滑性を高めただけでは、バルブシートの耐摩耗性を充分に向上させることができない場合もある。
【０００８】
本発明は、前記課題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高温環境下で、複合した摩耗形態が発現する場合であっても、耐摩耗性を向上させることができる焼結合金配合用硬質粒子、さらには、これを含有した耐摩耗性鉄基焼結合金、及び該焼結合金で形成されたバルブシートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、これまでの硬質粒子の潤滑特性を維持しつつ、さらに硬質粒子の硬度を高めることが、前記環境下における耐摩耗に有効であると考えた。そして、これを実現する手段として、他の元素と比べて酸化性が高いイットリウム（Ｙ）を硬質粒子に添加することが、この硬質粒子の潤滑特性を確保しつつ、硬質粒子の硬度を高める方法が、最も有効な方法であるとの新たな知見を得た。
【００１０】
本発明は、このような新たな知見に基づくものであり、焼結合金配合用硬質粒子は、焼結合金に原料として配合される硬質粒子であって、質量％でＭｏ：２０〜４０％、Ｃ：０．５〜１．０％、Ｎｉ：５〜３０％、Ｍｎ：１〜１０％、Ｃｒ：１〜１０％、Ｃｏ：５〜３０％、Ｙ：０．０５〜２％、残部が不可避不純物とＦｅからなる。なお本明細書では、特に断らない限り、％は質量％（ｍａｓｓ％）を意味する。
【００１１】
本発明によれば、イットリウムは、大気中において他の元素に比べて極めて酸化し易いので、硬質粒子の成分にＹ（イットリウム）を添加することにより、硬質粒子には、イットリウムの酸化物（Ｙ２Ｏ３）が形成され、この酸化物が硬質粒子内に分散される。これにより、硬質粒子は分散強化され、硬質粒子の硬度を高めることができる。また、イットリウムの酸化物により凝着摩耗も抑制でき、さらに耐摩耗性を向上させることができる。さらに、この硬質粒子を含む焼結合金を切削加工した場合、この焼結合金は、切削工具と凝着され難いため、イットリウムの酸化物により焼結合金の被削性を向上させることができる。
【００１２】
ここで、イットリウムを硬質粒子の質量に対して０．０５％未満しか添加しない場合には、たとえ硬質粒子内にイットリウムの酸化物（Ｙ２Ｏ３）が形成されたとしても、充分に、これを用いた焼結合金の耐摩耗性を期待できるほどの硬度を得ることができない。
【００１３】
一方、イットリウムは、硬質粒子に対して添加をすればするほど、硬質粒子の硬度を高めることができるが、硬質粒子の質量に対して２％を超えて添加した場合には、硬質粒子が脆化してしまい、これを用いて製造した焼結合金の耐摩耗性を低下させることになる。なお、硬質粒子のその他の成分、及びその含有量の技術的意義については、以下の実施形態及び実施例において詳述する。
【００１４】
このように構成された焼結合金配合用硬質粒子を用いて、本発明として、耐摩耗性鉄基焼結合金をも開示する。本発明に係る耐摩耗性鉄基焼結合金は、上記焼結合金配合用硬質粒子が分散するように、該焼結合金配合用硬質粒子からなる粉末を基地となる鉄系粉末に混合して、焼結した耐摩耗性鉄基焼結合金であって、前記焼結合金配合用硬質粒子は、前記耐摩耗性鉄基焼結合金に対して、１０〜６０質量％含有していることがより好ましい。
【００１５】
本発明によれば、焼結合金は、焼結時に鉄系金属が基地となり、硬質粒子を連結しており、焼結合金に対して硬質粒子が１０質量％未満である場合、硬質粒子による耐摩耗性の効果を充分に発揮することができない場合がある。一方、硬質粒子が６０質量％を超えた場合、鉄基地の割合が減ってしまい、この結果、硬質粒子を焼結合金に充分な密着力で保持することができない場合がある。これにより、接触・摺動環境など摩耗が発生する環境下では、焼結合金から硬質粒子が脱落してしまい、焼結合金の摩耗が促進されるおそれがある。
【００１６】
さらに、このように構成された耐摩耗性鉄基焼結合金により、バルブシートが形成されることが好ましい。本発明によれば、高温環境下において、上述した接触時の凝着摩耗と、摺動時のアブレッシブ摩耗とが混在した摩耗形態が発現される場合であっても、これまでの硬質粒子の固体潤滑性を損なうことなく、硬質粒子の硬度を高めることができる。これにより、バルブシートの耐摩耗性を、従来のものに比べてより一層向上させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の硬質粒子が配合された焼結合金によれば、高温環境下で、アブレッシブ摩耗と凝着摩耗とが複合した摩耗形態が発現する場合であっても、固体潤滑性と硬度を高めることにより、耐摩耗性をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例１〜４及び比較例１〜３のバルブシートの摩耗試験結果を示した図。
【図２】実施例５〜１０及び比較例４〜１５のバルブシートの摩耗試験結果を示した図。
【図３】実施例１１〜１５及び比較例１６及び１７のバルブシートの摩耗試験結果を示した図。
【図４】実施例及び比較例の摩耗試験を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施形態を詳述する。本実施形態に係る硬質粒子は、焼結合金に原料として配合される硬質粒子（焼結合金配合用粒子）であり、焼結合金の基地に対して硬度が高い粒子である。硬質粒子は、質量％でＭｏ：２０〜４０％、Ｃ：０．５〜１．０％、Ｎｉ：５〜３０％、Ｍｎ：１〜１０％、Ｃｒ：１〜１０％、Ｃｏ：５〜３０％、Ｙ：０．０５〜２％、残部が不可避不純物とＦｅからなる。
【００２０】
このような硬質粒子は、上述した組成を上述した割合に配合した溶湯を準備し、この溶湯を噴霧化するアトマイズ処理で製造することができる。また、別の方法としては、溶湯を凝固させた凝固体を機械的粉砕で粉末化してもよい。アトマイズ処理としては、ガスアトマイズ処理及び水アトマイズ処理のいずれであってもよいが、焼結性等を考慮すると丸みのある粒子が得られるガスアトマイズ処理がより好ましい。また、ガスアトマイズ処理としては、焼結合金を製造する（焼結する）までにＹ（イットリウム）を酸化させることができるのであれば、例えば、非酸化性雰囲気（窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気や真空中）でガスアトマイズ処理してもよい。
【００２１】
ここで、上述した硬質粒子の組成の下限値及び上限値としては、後述する組成限定理由、更には、その範囲の中で、硬さ、固体潤滑性、密着性、又はコストなどを考慮して、適用される部材の各特性の重視度合に応じて適宜変更することができる。
【００２２】
まず、硬質粒子の組成のうちＭｏは、Ｍｏ炭化物を形成して硬質粒子の硬さ、耐摩耗性を向上させると共に、固溶しているＭｏおよびＭｏ炭化物がＭｏ酸化皮膜を形成し、良好なる固体潤滑性を向上させるのに有効である。
【００２３】
Ｍｏ量が上記した下限値未満では、硬質粒子における固体潤滑性が不十分となる。上記した上限値を超えると、焼結時において、鉄系基地との密着性が低下する。硬質粒子におけるより好ましいＭｏの含有量は、２１〜３９質量％である。
【００２４】
硬質粒子の組成のうちＣは、Ｍｏと結合してＭｏ炭化物を形成し、硬質粒子の硬さ、耐摩耗性を向上させるのに有効である。
【００２５】
Ｃが上記した下限値よりも少なすぎると、耐摩耗性が不十分となり、Ｃが上記した上限値よりも多すぎると、焼結合金の密度が低下する。硬質粒子におけるより好ましいＣの含有量は、０．７〜０．９質量％である。
【００２６】
硬質粒子の組成のうちＮｉは硬質粒子の基地におけるオーステナイトを増加させて、Ｍｏの固溶量を増加させ、耐摩耗性を向上させる。また硬質粒子のＮｉは、焼結合金の基地に拡散して基地おけるオーステナイトを増加させて、Ｍｏの固溶量を増加させ、耐摩耗性を向上させるのに有効である。
【００２７】
Ｎｉが上記した下限値よりも少なすぎると、Ｍｏの固溶量が低下してしまい耐摩耗性が不十分となり、Ｎｉが上記した上限値よりも多すぎると、焼結合金の焼き付き易くなり、この結果凝着摩耗がし易くなる。硬質粒子におけるより好ましいＮｉの含有量は、６〜２８質量％である。
【００２８】
硬質粒子の組成のうちＭｎは、硬質粒子の組成のもとでは、焼結時に硬質粒子から焼結合金の基地へ効率よく拡散するため、硬質粒子と基地との密着性を向上させるのに有効である。更にＭｎは基地におけるオーステナイト増加作用を期待できる。
【００２９】
Ｍｎが上記した下限値よりも少なすぎると、基地への拡散する量が少ないため、硬質粒子と基地との密着性が低下し、Ｍｏが上記した上限値よりも多すぎると、焼結合金の密度が低下する。硬質粒子におけるより好ましいＭｎの含有量は、１〜９質量％である。
【００３０】
硬質粒子の組成のうちＣｒは、使用環境温度が高く、硬質粒子における酸化皮膜の生成が多くなる場合、硬質粒子における酸化皮膜の剥離が生じるため、硬質粒子の酸化を抑制するのに有効である。
【００３１】
Ｃｒが上記した下限値よりも少なすぎると、硬質粒子における酸化皮膜が厚くなりすぎて、酸化摩耗し易くなり、Ｃｒが上記した上限値よりも多すぎると、固体潤滑剤となる酸化皮膜の形成が抑制されてしまう。硬質粒子におけるより好ましいＣｒの含有量は、２〜９質量％である。
【００３２】
硬質粒子の組成のうちＣｏは、硬質粒子の基地、焼結合金の基地におけるオーステナイトを増加させると共に、硬質粒子の硬さも向上させるのに有効である。
【００３３】
Ｃｏが上記した下限値よりも少なすぎると、上述した効果を期待することが難しく、Ｃｏが上記した上限値よりも多すぎると、耐摩耗性が低下することがある。硬質粒子におけるより好ましいＣｏの含有量は、７〜２９質量％である。
【００３４】
硬質粒子の組成のうちＹは、大気中において他の元素に比べて極めて酸化し易いので、硬質粒子の成分にＹを添加することにより、硬質粒子には、イットリウムの酸化物（Ｙ２Ｏ３）が形成され、この酸化物が硬質粒子内に分散され、硬質粒子を強化する。このイットリウムの酸化は、硬質粒子の粉末の製粉時ばかりでなく、成形時、その後、高温環境下で焼結合金として使用時においても発現され得る。さらには、イットリウムの酸化物が焼結合金（硬質粒子）の表面に存在するので、凝着摩耗も抑制でき、耐摩耗性を向上させることができる。
【００３５】
ここで、Ｙが上記した下限値よりも少なすぎると、たとえ硬質粒子内にイットリウムの酸化物（Ｙ２Ｏ３）が形成されたとしても、充分に、これを用いた焼結合金の耐摩耗性を期待できるほどの硬度を得ることができない。
【００３６】
一方、イットリウムは、硬質粒子に対して添加をすればするほど、硬質粒子の硬度を高めることができるが、硬質粒子の質量に対して２％を超えて添加した場合には、硬質粒子が脆化され、これを用いて製造した焼結合金の耐摩耗性を低下させることになる。また、この場合には、硬質粒子と基地となる鉄粉粒子とを混合した粉末を成形する際に、硬質粒子の硬度が高くなりすぎてしまうため、成形された圧粉成形体の密度が低くなってしまう。この結果、成形体を焼結した焼結合金の密度は低下してしまい、これにより、焼結合金の耐摩耗性が低下してしまうことになる。
【００３７】
硬質粒子の平均粒径としては、鉄基焼結合金の用途、種類などに応じて適宜選択できるが、２０〜２５０μｍ程度にすることができる。但しこれに限定されるものではない。硬質粒子の硬さは、Ｙの添加量に依存し、Ｈｖ６００〜７００程度にすることができる。但しこれに限定されるものではなく、要するに、焼結合金の基地などのように硬質粒子の使用対象物に対して硬ければ良い。
【００３８】
そして、このような焼結合金配合用の硬質粒子を用いて、上記焼結合金配合用硬質粒子が分散するように、該焼結合金配合用硬質粒子からなる粉末を基地となる鉄系粉末に混合する。この際に、硬質粒子は、混合粉末全体（すなわち耐摩耗性鉄基焼結合金）に対して、１０〜６０質量％含有していることがより好ましい。
【００３９】
硬質粒子は、焼結合金の基地に分散し、焼結合金の耐摩耗性を高める硬質相を構成するため、硬質粒子の割合が１０質量％未満であると、焼結合金の耐摩耗性は充分でない。硬質粒子の割合６０質量％を超えてしまうと、相手攻撃性が高まるばかりでなく、硬質粒子の保持性が確保され難くなる。
【００４０】
また、混合粉末には、耐摩耗性鉄基焼結合金の基地となる鉄系粉末（例えば純鉄粉末または低合金鋼粉末）を用い、さらにこれに炭素粉末を添加してもよい。低合金鋼粉末はＦｅ−Ｃ系粉末を採用することができ、例えば、低合金鋼粉末を１００質量％としたとき、Ｃ：０．２〜５質量％、残部が不可避不純物とＦｅからなる組成をもつものを採用することができる。
【００４１】
このようにして、得られた混合粉末を、圧粉成形体に成形して、この圧粉成形体を焼結する。焼結温度としては、１０５０〜１２５０℃程度、特に、１１００〜１１５０℃程度を採用できる。上記した焼結温度における焼結時間としては、３０分〜１２０分、より好ましくは４５〜９０分を採用できる。焼結雰囲気としては、不活性ガス雰囲気などの非酸化性雰囲気であってもよく、非酸化性雰囲気としては、窒素雰囲気、アルゴンガス雰囲気、又は真空雰囲気を挙げることができる。
【００４２】
そして、焼結により得られた鉄基焼結合金の基地は、その硬さを確保するため、パーライトを含む組織を含むことが好ましく、パーライトを含む組織として、パーライト組織、パーライト−オーステナイト系の混合組織、パーライト−フェライト系の混合組織、パーライト−セメンタイト系の混合組織にしてもよい。耐摩耗性を確保するには、硬さが低いフェライトは少ない方が好ましい。基地の硬さは組成にもよるが、Ｈｖ１２０〜３００程度であり、熱処理条件、炭素粉末の添加量等により調整できる。但し、硬質粒子と基地との密着性など耐摩耗性を低下させるものでなければ、上記組成及び硬さに限定されるものではない。
【００４３】
そして、耐摩耗性鉄基焼結合金により、内燃機関の排気弁のバルブシートを形成してもよい。内燃機関の排気側のバルブシートの如く、高温環境下において、バルブシートとバルブとの接触時の凝着摩耗と、双方の摺動時のアブレッシブ摩耗とが混在した摩耗形態が発現する場合であっても、これまでの硬質粒子の固体潤滑性を損なうことなく、硬質粒子の硬度を高めることができる。これにより、バルブシートの耐摩耗性を、従来のものに比べてより一層向上させることができる。
【実施例】
【００４４】
以下に、本発明を具体的に実施した実施例について比較例と共に説明する。
〔実施例１〕
以下に示す方法で、本実施例１に係る硬質粒子を含む焼結合金で形成されたバルブシートを製作した。具体的には、不活性ガス（窒素ガス）を用いたガスアトマイズ処理により、表１に示す組成をもつ溶湯から合金粉末を製造した。これらを４４μｍ〜１８０μｍの範囲に分級し、硬質粒子の粉末とした。この硬質粒子の粉末と、黒鉛粉末と、純鉄粉末とを混合機により混合し、混合材料としての混合粉末を形成した。ここでは、混合粉末に対して硬質粒子の粉末を３０質量％とし、黒鉛粉末を０．６質量％とし、残りを純鉄粉末とした。
【００４５】
成形型を用い、上記したように配合した混合粉末を７８．４×１０７Ｐａ（８ｔｏｎｆ／ｃｍ２）の加圧力でリング形状をなす試験片を圧縮成形し、圧粉成形体を形成した。圧粉成形体を１１２０℃の不活性雰囲気（窒素ガス雰囲気）中で６０分間、焼結し、試験片に係る焼結合金（バルブシート）を形成した。
【００４６】
〔実施例２〜４〕
実施例１と同じようにしてバルブシートを製作した。実施例１と相違する点は、硬質粒子の組成が表１の如くであり、すなわち、バルブシート（焼結合金）の硬質粒子に含有するＹを、順次、０．２質量％、１．０質量％、２．０質量％にした点である。
【００４７】
〔比較例１〕
実施例１と同じようにしてバルブシートを製作した。実施例１と相違する点は、硬質粒子の組成が表１の如くであり、すなわち、バルブシート（焼結合金）の硬質粒子の組成を、上述の特許文献１に示す組成及び含有量にした点である。
【００４８】
〔比較例２〕
実施例１と同じようにしてバルブシートを製作した。実施例１と相違する点は、硬質粒子の組成が表１の如くであり、すなわち、バルブシート（焼結合金）の硬質粒子に含有するＹを、０質量％にした（含有しなかった）点である。
【００４９】
〔比較例３〕
実施例１と同じようにしてバルブシートを製作した。実施例１と相違する点は、硬質粒子の組成が表１の如くであり、すなわち、バルブシート（焼結合金）の硬質粒子に含有するＹを、５．０質量％にした点である。
【００５０】
【表１】
【００５１】
＜摩耗試験＞
次に、図４の試験機を用い焼結合金の耐摩耗性について摩耗試験を行い、耐摩耗性を評価した。この摩耗試験では、図４に示すように、プロパンガスバーナ１０を加熱源として用い、前記のように作製した焼結合金からなるリング形状のバルブシート１２と、バルブ１３のバルブフェース１４との摺動部をプロパンガス燃焼雰囲気とした。バルブフェース１４はＳＵＨ１１に軟窒化処理を行ったものである。バルブシート１２の温度を２００℃に制御し、スプリング１６によりバルブシート１２とバルブフェース１４との接触時に１８ｋｇｆの荷重を付与して、２０００回／分の割合で、バルブシート１２とバルブフェース１４とを接触させ、８時間の摩耗試験を行った。
【００５２】
このときのバルブシートの摩耗量（摩耗深さ）を測定した。この結果を図１に示す。なお、図１に示す摩耗量比は、比較例１のバルブシートの摩耗量を１として正規化したものである。
【００５３】
＜硬さ試験＞
実施例２〜４及び比較例２にかかる硬質粒子の硬さを測定荷重０．１ｋｇｆのマイクロビッカース硬度計を用いて測定した。この結果を以下の表２に示す。
【００５４】
【表２】
【００５５】
＜結果１＞
図１に示すように、実施例１〜４のバルブシートの摩耗量比は、比較例１〜３のものに比べて小さかった。表２に示すように、硬質粒子の硬さは、硬質粒子のＹの含有量（添加量）の増加と共に大きくなり、硬さの上昇率は、硬質粒子のＹの含有量（添加量）の増加と共に低下した。
【００５６】
＜評価１＞
結果１より、硬質粒子にＹを添加することにより、硬質粒子の硬度が上昇し、この結果、バルブシートの耐摩耗性が向上することがわかる。これは、Ｙの酸化物（Ｙ２Ｏ３）が硬質粒子に微細に分散し、これにより硬質粒子が強化されたからであると考えられる。そして、Ｙの含有量が０．２質量％未満の場合には、Ｙの酸化物による強化が充分でない場合があり、２質量％を超えた場合には、硬質粒子の脆化により充分な耐摩耗性が得られないと考えられる。
【００５７】
〔実施例５〜１０〕
実施例１と同じようにしてバルブシートを製作した。実施例１と相違する点は、硬質粒子の各組成の含有量である。具体的には、表２に示すように、硬質粒子を、質量％でＭｏ：２０〜４０％、Ｃ：０．５〜１．０％、Ｎｉ：５〜３０％、Ｍｎ：１〜１０％、Ｃｒ：１〜１０％、Ｃｏ：５〜３０％、Ｙ：０．０５〜２％、の範囲に収まるように、硬質粒子が含有する各組成の量を調整した点である。
【００５８】
〔比較例４〜１５〕
実施例１と同じようにしてバルブシートを製作した。実施例１と相違する点は、表３に示すように、硬質粒子が含有する各組成の量である。具体的には、比較例４及び５の硬質粒子は、本発明の組成のうち、Ｍｏのみの含有量が、Ｍｏ：２０〜４０％の範囲から外れるようにした。比較例６及び７の硬質粒子は、本発明の組成のうち、Ｃのみの含有量が、Ｃ：０．５〜１．０％の範囲から外れるようにした。比較例８及び９の硬質粒子は、本発明の組成のうち、Ｎｉのみの含有量が、Ｎｉ：５〜３０％の範囲から外れるようにした。比較例１０及び１１の硬質粒子は、本発明の組成のうち、Ｍｎのみの含有量が、Ｍｎ：１〜１０％の範囲から外れるようにした。比較例１２及び１３の硬質粒子は、本発明の組成のうち、Ｃｒのみの含有量が、Ｃｒ：１〜１０％の範囲から外れるようにした。比較例１４及び１５の硬質粒子は、本発明の組成のうち、Ｃｏのみの含有量が、Ｃｏ：５〜３０％の範囲から外れるようにした。
【００５９】
【表３】
【００６０】
＜摩耗試験＞
実施例５〜１０のバルブシート及び比較例４〜１５のバルブシートに対して、実施例１のバルブシートの摩耗試験と同様の摩耗試験を行った。この結果を、図２に示す。なお、図２に示す摩耗量比は、比較例１のバルブシートの摩耗量を１として正規化したものであり、図２には比較例１のバルブシートの摩耗量比も合わせて示した。
【００６１】
＜結果２＞
図２に示すように、実施例５〜１０のバルブシートの摩耗量比は、比較例４〜１５のものに比べて、小さかった。
【００６２】
＜評価２＞
結果２より、硬質粒子を、質量％でＭｏ：２０〜４０％、Ｃ：０．５〜１．０％、Ｎｉ：５〜３０％、Ｍｎ：１〜１０％、Ｃｒ：１〜１０％、Ｃｏ：５〜３０％、Ｙ：０．０５〜２％、の範囲に収まるように、硬質粒子が含有する各組成の量を調整することにより、バルブシートの摩耗量が低減されたといえる。
【００６３】
〔実施例１１〜１５〕
実施例２と同じようにしてバルブシートを製作した。実施例２と相違する点は、混合粉末に対して硬質粒子の粉末を、以下の表４に示すように順次、１０質量％，２０質量％，３０質量％、５０質量％、６０質量％とし、黒鉛粉末は実施例２と同量、添加した点である。
【００６４】
〔比較例１６及び１７〕
実施例２と同じようにしてバルブシートを製作した。実施例２と相違する点は、混合粉末に対して硬質粒子の粉末を、以下の表４に示すように順次、５質量％，７０質量％とし、黒鉛粉末は実施例２と同量、添加した点である。
【００６５】
＜摩耗試験＞
実施例１１〜１５のバルブシート及び比較例１６及び１７のバルブシートに対して、実施例１のバルブシートの摩耗試験と同様の摩耗試験を行った。この結果を、図３に示す。なお、図３に示す摩耗量比は、比較例１のバルブシートの摩耗量を１として正規化したものであり、比較例１のバルブシートの摩耗量比も合わせて示した。
【００６６】
【表４】
【００６７】
＜結果２＞
図３に示すように、実施例１１〜１５のバルブシートの摩耗量比は、比較例１６及び１７のものに比べて、小さかった。
【００６８】
＜評価２＞
結果２より、焼結合金配合用硬質粒子は、前記耐摩耗性鉄基焼結合金に対して、１０〜６０質量％含有していることが好ましく、この範囲から外れて小さい場合には、硬質粒子による耐摩耗性の効果を充分に発揮することができず、この範囲から外れて大きい場合には、鉄基地の割合が減ってしまい、この結果、硬質粒子を焼結合金に充分に密着することができないと考えられる。
【００６９】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
高温の使用環境下となる、圧縮天然ガスや液化石油ガス、ガソリンを燃料とするエンジンのバルブ系（例えばバルブシート、バルブガイド）に好適に用いることができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結合金に配合されるに好適な硬質粒子に係り、特に、焼結合金の耐摩耗性を向上させるに好適な硬質粒子、さらには、これを含有した耐摩耗性鉄基焼結合金、及び該焼結合金で形成されたバルブシートに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、バルブシートなどには、鉄を基地とした焼結合金が適用されることがある。焼結合金には、耐摩耗性をさらに向上させるべく、硬質粒子を含有させることがある。硬質粒子を含有させる場合、硬質粒子の粉末を、低合金鋼またはステンレス鋼の組成をもつ粉末に混入し、この混合粉末で圧粉成形体を形成し、その後、圧粉成形体を焼結して焼結合金とすることが一般的である。
【０００３】
このような硬質粒子として、例えば、質量％でＭｏ：２０〜６０％、Ｃ：０．２〜３％、Ｎｉ：５〜４０％、Ｍｎ：１〜１５％、Ｃｒ：０．１〜１０％を含み、残部が不可避不純物とＦｅからなる硬質粒子が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
この硬質粒子を用いて、鉄を基地とした焼結合金を製造した場合には、硬質粒子と母材である鉄基地との密着性を向上できる。さらに、硬質粒子にＭｏを含むことにより良好なる固体潤滑性を確保することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１８１８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に記載の焼結合金で、内燃機関のバルブシートを製造した場合には、硬質粒子のＭｏが固体潤滑剤として作用するため、バルブとバルブシートの摺動面の潤滑性を高めることができる。
【０００７】
しかしながら、バルブの開閉時には、バルブシートとバルブは、単に相対的に摺動するだけではない。特に、排気側のバルブは、吸気側に比べて高温環境下にあり、この環境下で、バルブの開閉に伴いバルブシートとバルブは間欠的に接触し、この接触時に双方が相対的に摺動するため、接触時の凝着摩耗と、摺動時のアブレッシブ摩耗とが混在（複合）する。このような摩耗形態を厳密に考慮した場合、潤滑性を高めただけでは、バルブシートの耐摩耗性を充分に向上させることができない場合もある。
【０００８】
本発明は、前記課題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高温環境下で、複合した摩耗形態が発現する場合であっても、耐摩耗性を向上させることができる焼結合金配合用硬質粒子、さらには、これを含有した耐摩耗性鉄基焼結合金、及び該焼結合金で形成されたバルブシートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、これまでの硬質粒子の潤滑特性を維持しつつ、さらに硬質粒子の硬度を高めることが、前記環境下における耐摩耗に有効であると考えた。そして、これを実現する手段として、他の元素と比べて酸化性が高いイットリウム（Ｙ）を硬質粒子に添加することが、この硬質粒子の潤滑特性を確保しつつ、硬質粒子の硬度を高める方法が、最も有効な方法であるとの新たな知見を得た。
【００１０】
本発明は、このような新たな知見に基づくものであり、焼結合金配合用硬質粒子は、焼結合金に原料として配合される硬質粒子であって、質量％でＭｏ：２０〜４０％、Ｃ：０．５〜１．０％、Ｎｉ：５〜３０％、Ｍｎ：１〜１０％、Ｃｒ：１〜１０％、Ｃｏ：５〜３０％、Ｙ：０．０５〜２％、残部が不可避不純物とＦｅからなる。なお本明細書では、特に断らない限り、％は質量％（ｍａｓｓ％）を意味する。
【００１１】
本発明によれば、イットリウムは、大気中において他の元素に比べて極めて酸化し易いので、硬質粒子の成分にＹ（イットリウム）を添加することにより、硬質粒子には、イットリウムの酸化物（Ｙ２Ｏ３）が形成され、この酸化物が硬質粒子内に分散される。これにより、硬質粒子は分散強化され、硬質粒子の硬度を高めることができる。また、イットリウムの酸化物により凝着摩耗も抑制でき、さらに耐摩耗性を向上させることができる。さらに、この硬質粒子を含む焼結合金を切削加工した場合、この焼結合金は、切削工具と凝着され難いため、イットリウムの酸化物により焼結合金の被削性を向上させることができる。
【００１２】
ここで、イットリウムを硬質粒子の質量に対して０．０５％未満しか添加しない場合には、たとえ硬質粒子内にイットリウムの酸化物（Ｙ２Ｏ３）が形成されたとしても、充分に、これを用いた焼結合金の耐摩耗性を期待できるほどの硬度を得ることができない。
【００１３】
一方、イットリウムは、硬質粒子に対して添加をすればするほど、硬質粒子の硬度を高めることができるが、硬質粒子の質量に対して２％を超えて添加した場合には、硬質粒子が脆化してしまい、これを用いて製造した焼結合金の耐摩耗性を低下させることになる。なお、硬質粒子のその他の成分、及びその含有量の技術的意義については、以下の実施形態及び実施例において詳述する。
【００１４】
このように構成された焼結合金配合用硬質粒子を用いて、本発明として、耐摩耗性鉄基焼結合金をも開示する。本発明に係る耐摩耗性鉄基焼結合金は、上記焼結合金配合用硬質粒子が分散するように、該焼結合金配合用硬質粒子からなる粉末を基地となる鉄系粉末に混合して、焼結した耐摩耗性鉄基焼結合金であって、前記焼結合金配合用硬質粒子は、前記耐摩耗性鉄基焼結合金に対して、１０〜６０質量％含有していることがより好ましい。
【００１５】
本発明によれば、焼結合金は、焼結時に鉄系金属が基地となり、硬質粒子を連結しており、焼結合金に対して硬質粒子が１０質量％未満である場合、硬質粒子による耐摩耗性の効果を充分に発揮することができない場合がある。一方、硬質粒子が６０質量％を超えた場合、鉄基地の割合が減ってしまい、この結果、硬質粒子を焼結合金に充分な密着力で保持することができない場合がある。これにより、接触・摺動環境など摩耗が発生する環境下では、焼結合金から硬質粒子が脱落してしまい、焼結合金の摩耗が促進されるおそれがある。
【００１６】
さらに、このように構成された耐摩耗性鉄基焼結合金により、バルブシートが形成されることが好ましい。本発明によれば、高温環境下において、上述した接触時の凝着摩耗と、摺動時のアブレッシブ摩耗とが混在した摩耗形態が発現される場合であっても、これまでの硬質粒子の固体潤滑性を損なうことなく、硬質粒子の硬度を高めることができる。これにより、バルブシートの耐摩耗性を、従来のものに比べてより一層向上させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の硬質粒子が配合された焼結合金によれば、高温環境下で、アブレッシブ摩耗と凝着摩耗とが複合した摩耗形態が発現する場合であっても、固体潤滑性と硬度を高めることにより、耐摩耗性をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例１〜４及び比較例１〜３のバルブシートの摩耗試験結果を示した図。
【図２】実施例５〜１０及び比較例４〜１５のバルブシートの摩耗試験結果を示した図。
【図３】実施例１１〜１５及び比較例１６及び１７のバルブシートの摩耗試験結果を示した図。
【図４】実施例及び比較例の摩耗試験を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施形態を詳述する。本実施形態に係る硬質粒子は、焼結合金に原料として配合される硬質粒子（焼結合金配合用粒子）であり、焼結合金の基地に対して硬度が高い粒子である。硬質粒子は、質量％でＭｏ：２０〜４０％、Ｃ：０．５〜１．０％、Ｎｉ：５〜３０％、Ｍｎ：１〜１０％、Ｃｒ：１〜１０％、Ｃｏ：５〜３０％、Ｙ：０．０５〜２％、残部が不可避不純物とＦｅからなる。
【００２０】
このような硬質粒子は、上述した組成を上述した割合に配合した溶湯を準備し、この溶湯を噴霧化するアトマイズ処理で製造することができる。また、別の方法としては、溶湯を凝固させた凝固体を機械的粉砕で粉末化してもよい。アトマイズ処理としては、ガスアトマイズ処理及び水アトマイズ処理のいずれであってもよいが、焼結性等を考慮すると丸みのある粒子が得られるガスアトマイズ処理がより好ましい。また、ガスアトマイズ処理としては、焼結合金を製造する（焼結する）までにＹ（イットリウム）を酸化させることができるのであれば、例えば、非酸化性雰囲気（窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気や真空中）でガスアトマイズ処理してもよい。
【００２１】
ここで、上述した硬質粒子の組成の下限値及び上限値としては、後述する組成限定理由、更には、その範囲の中で、硬さ、固体潤滑性、密着性、又はコストなどを考慮して、適用される部材の各特性の重視度合に応じて適宜変更することができる。
【００２２】
まず、硬質粒子の組成のうちＭｏは、Ｍｏ炭化物を形成して硬質粒子の硬さ、耐摩耗性を向上させると共に、固溶しているＭｏおよびＭｏ炭化物がＭｏ酸化皮膜を形成し、良好なる固体潤滑性を向上させるのに有効である。
【００２３】
Ｍｏ量が上記した下限値未満では、硬質粒子における固体潤滑性が不十分となる。上記した上限値を超えると、焼結時において、鉄系基地との密着性が低下する。硬質粒子におけるより好ましいＭｏの含有量は、２１〜３９質量％である。
【００２４】
硬質粒子の組成のうちＣは、Ｍｏと結合してＭｏ炭化物を形成し、硬質粒子の硬さ、耐摩耗性を向上させるのに有効である。
【００２５】
Ｃが上記した下限値よりも少なすぎると、耐摩耗性が不十分となり、Ｃが上記した上限値よりも多すぎると、焼結合金の密度が低下する。硬質粒子におけるより好ましいＣの含有量は、０．７〜０．９質量％である。
【００２６】
硬質粒子の組成のうちＮｉは硬質粒子の基地におけるオーステナイトを増加させて、Ｍｏの固溶量を増加させ、耐摩耗性を向上させる。また硬質粒子のＮｉは、焼結合金の基地に拡散して基地おけるオーステナイトを増加させて、Ｍｏの固溶量を増加させ、耐摩耗性を向上させるのに有効である。
【００２７】
Ｎｉが上記した下限値よりも少なすぎると、Ｍｏの固溶量が低下してしまい耐摩耗性が不十分となり、Ｎｉが上記した上限値よりも多すぎると、焼結合金の焼き付き易くなり、この結果凝着摩耗がし易くなる。硬質粒子におけるより好ましいＮｉの含有量は、６〜２８質量％である。
【００２８】
硬質粒子の組成のうちＭｎは、硬質粒子の組成のもとでは、焼結時に硬質粒子から焼結合金の基地へ効率よく拡散するため、硬質粒子と基地との密着性を向上させるのに有効である。更にＭｎは基地におけるオーステナイト増加作用を期待できる。
【００２９】
Ｍｎが上記した下限値よりも少なすぎると、基地への拡散する量が少ないため、硬質粒子と基地との密着性が低下し、Ｍｏが上記した上限値よりも多すぎると、焼結合金の密度が低下する。硬質粒子におけるより好ましいＭｎの含有量は、１〜９質量％である。
【００３０】
硬質粒子の組成のうちＣｒは、使用環境温度が高く、硬質粒子における酸化皮膜の生成が多くなる場合、硬質粒子における酸化皮膜の剥離が生じるため、硬質粒子の酸化を抑制するのに有効である。
【００３１】
Ｃｒが上記した下限値よりも少なすぎると、硬質粒子における酸化皮膜が厚くなりすぎて、酸化摩耗し易くなり、Ｃｒが上記した上限値よりも多すぎると、固体潤滑剤となる酸化皮膜の形成が抑制されてしまう。硬質粒子におけるより好ましいＣｒの含有量は、２〜９質量％である。
【００３２】
硬質粒子の組成のうちＣｏは、硬質粒子の基地、焼結合金の基地におけるオーステナイトを増加させると共に、硬質粒子の硬さも向上させるのに有効である。
【００３３】
Ｃｏが上記した下限値よりも少なすぎると、上述した効果を期待することが難しく、Ｃｏが上記した上限値よりも多すぎると、耐摩耗性が低下することがある。硬質粒子におけるより好ましいＣｏの含有量は、７〜２９質量％である。
【００３４】
硬質粒子の組成のうちＹは、大気中において他の元素に比べて極めて酸化し易いので、硬質粒子の成分にＹを添加することにより、硬質粒子には、イットリウムの酸化物（Ｙ２Ｏ３）が形成され、この酸化物が硬質粒子内に分散され、硬質粒子を強化する。このイットリウムの酸化は、硬質粒子の粉末の製粉時ばかりでなく、成形時、その後、高温環境下で焼結合金として使用時においても発現され得る。さらには、イットリウムの酸化物が焼結合金（硬質粒子）の表面に存在するので、凝着摩耗も抑制でき、耐摩耗性を向上させることができる。
【００３５】
ここで、Ｙが上記した下限値よりも少なすぎると、たとえ硬質粒子内にイットリウムの酸化物（Ｙ２Ｏ３）が形成されたとしても、充分に、これを用いた焼結合金の耐摩耗性を期待できるほどの硬度を得ることができない。
【００３６】
一方、イットリウムは、硬質粒子に対して添加をすればするほど、硬質粒子の硬度を高めることができるが、硬質粒子の質量に対して２％を超えて添加した場合には、硬質粒子が脆化され、これを用いて製造した焼結合金の耐摩耗性を低下させることになる。また、この場合には、硬質粒子と基地となる鉄粉粒子とを混合した粉末を成形する際に、硬質粒子の硬度が高くなりすぎてしまうため、成形された圧粉成形体の密度が低くなってしまう。この結果、成形体を焼結した焼結合金の密度は低下してしまい、これにより、焼結合金の耐摩耗性が低下してしまうことになる。
【００３７】
硬質粒子の平均粒径としては、鉄基焼結合金の用途、種類などに応じて適宜選択できるが、２０〜２５０μｍ程度にすることができる。但しこれに限定されるものではない。硬質粒子の硬さは、Ｙの添加量に依存し、Ｈｖ６００〜７００程度にすることができる。但しこれに限定されるものではなく、要するに、焼結合金の基地などのように硬質粒子の使用対象物に対して硬ければ良い。
【００３８】
そして、このような焼結合金配合用の硬質粒子を用いて、上記焼結合金配合用硬質粒子が分散するように、該焼結合金配合用硬質粒子からなる粉末を基地となる鉄系粉末に混合する。この際に、硬質粒子は、混合粉末全体（すなわち耐摩耗性鉄基焼結合金）に対して、１０〜６０質量％含有していることがより好ましい。
【００３９】
硬質粒子は、焼結合金の基地に分散し、焼結合金の耐摩耗性を高める硬質相を構成するため、硬質粒子の割合が１０質量％未満であると、焼結合金の耐摩耗性は充分でない。硬質粒子の割合６０質量％を超えてしまうと、相手攻撃性が高まるばかりでなく、硬質粒子の保持性が確保され難くなる。
【００４０】
また、混合粉末には、耐摩耗性鉄基焼結合金の基地となる鉄系粉末（例えば純鉄粉末または低合金鋼粉末）を用い、さらにこれに炭素粉末を添加してもよい。低合金鋼粉末はＦｅ−Ｃ系粉末を採用することができ、例えば、低合金鋼粉末を１００質量％としたとき、Ｃ：０．２〜５質量％、残部が不可避不純物とＦｅからなる組成をもつものを採用することができる。
【００４１】
このようにして、得られた混合粉末を、圧粉成形体に成形して、この圧粉成形体を焼結する。焼結温度としては、１０５０〜１２５０℃程度、特に、１１００〜１１５０℃程度を採用できる。上記した焼結温度における焼結時間としては、３０分〜１２０分、より好ましくは４５〜９０分を採用できる。焼結雰囲気としては、不活性ガス雰囲気などの非酸化性雰囲気であってもよく、非酸化性雰囲気としては、窒素雰囲気、アルゴンガス雰囲気、又は真空雰囲気を挙げることができる。
【００４２】
そして、焼結により得られた鉄基焼結合金の基地は、その硬さを確保するため、パーライトを含む組織を含むことが好ましく、パーライトを含む組織として、パーライト組織、パーライト−オーステナイト系の混合組織、パーライト−フェライト系の混合組織、パーライト−セメンタイト系の混合組織にしてもよい。耐摩耗性を確保するには、硬さが低いフェライトは少ない方が好ましい。基地の硬さは組成にもよるが、Ｈｖ１２０〜３００程度であり、熱処理条件、炭素粉末の添加量等により調整できる。但し、硬質粒子と基地との密着性など耐摩耗性を低下させるものでなければ、上記組成及び硬さに限定されるものではない。
【００４３】
そして、耐摩耗性鉄基焼結合金により、内燃機関の排気弁のバルブシートを形成してもよい。内燃機関の排気側のバルブシートの如く、高温環境下において、バルブシートとバルブとの接触時の凝着摩耗と、双方の摺動時のアブレッシブ摩耗とが混在した摩耗形態が発現する場合であっても、これまでの硬質粒子の固体潤滑性を損なうことなく、硬質粒子の硬度を高めることができる。これにより、バルブシートの耐摩耗性を、従来のものに比べてより一層向上させることができる。
【実施例】
【００４４】
以下に、本発明を具体的に実施した実施例について比較例と共に説明する。
〔実施例１〕
以下に示す方法で、本実施例１に係る硬質粒子を含む焼結合金で形成されたバルブシートを製作した。具体的には、不活性ガス（窒素ガス）を用いたガスアトマイズ処理により、表１に示す組成をもつ溶湯から合金粉末を製造した。これらを４４μｍ〜１８０μｍの範囲に分級し、硬質粒子の粉末とした。この硬質粒子の粉末と、黒鉛粉末と、純鉄粉末とを混合機により混合し、混合材料としての混合粉末を形成した。ここでは、混合粉末に対して硬質粒子の粉末を３０質量％とし、黒鉛粉末を０．６質量％とし、残りを純鉄粉末とした。
【００４５】
成形型を用い、上記したように配合した混合粉末を７８．４×１０７Ｐａ（８ｔｏｎｆ／ｃｍ２）の加圧力でリング形状をなす試験片を圧縮成形し、圧粉成形体を形成した。圧粉成形体を１１２０℃の不活性雰囲気（窒素ガス雰囲気）中で６０分間、焼結し、試験片に係る焼結合金（バルブシート）を形成した。
【００４６】
〔実施例２〜４〕
実施例１と同じようにしてバルブシートを製作した。実施例１と相違する点は、硬質粒子の組成が表１の如くであり、すなわち、バルブシート（焼結合金）の硬質粒子に含有するＹを、順次、０．２質量％、１．０質量％、２．０質量％にした点である。
【００４７】
〔比較例１〕
実施例１と同じようにしてバルブシートを製作した。実施例１と相違する点は、硬質粒子の組成が表１の如くであり、すなわち、バルブシート（焼結合金）の硬質粒子の組成を、上述の特許文献１に示す組成及び含有量にした点である。
【００４８】
〔比較例２〕
実施例１と同じようにしてバルブシートを製作した。実施例１と相違する点は、硬質粒子の組成が表１の如くであり、すなわち、バルブシート（焼結合金）の硬質粒子に含有するＹを、０質量％にした（含有しなかった）点である。
【００４９】
〔比較例３〕
実施例１と同じようにしてバルブシートを製作した。実施例１と相違する点は、硬質粒子の組成が表１の如くであり、すなわち、バルブシート（焼結合金）の硬質粒子に含有するＹを、５．０質量％にした点である。
【００５０】
【表１】
【００５１】
＜摩耗試験＞
次に、図４の試験機を用い焼結合金の耐摩耗性について摩耗試験を行い、耐摩耗性を評価した。この摩耗試験では、図４に示すように、プロパンガスバーナ１０を加熱源として用い、前記のように作製した焼結合金からなるリング形状のバルブシート１２と、バルブ１３のバルブフェース１４との摺動部をプロパンガス燃焼雰囲気とした。バルブフェース１４はＳＵＨ１１に軟窒化処理を行ったものである。バルブシート１２の温度を２００℃に制御し、スプリング１６によりバルブシート１２とバルブフェース１４との接触時に１８ｋｇｆの荷重を付与して、２０００回／分の割合で、バルブシート１２とバルブフェース１４とを接触させ、８時間の摩耗試験を行った。
【００５２】
このときのバルブシートの摩耗量（摩耗深さ）を測定した。この結果を図１に示す。なお、図１に示す摩耗量比は、比較例１のバルブシートの摩耗量を１として正規化したものである。
【００５３】
＜硬さ試験＞
実施例２〜４及び比較例２にかかる硬質粒子の硬さを測定荷重０．１ｋｇｆのマイクロビッカース硬度計を用いて測定した。この結果を以下の表２に示す。
【００５４】
【表２】
【００５５】
＜結果１＞
図１に示すように、実施例１〜４のバルブシートの摩耗量比は、比較例１〜３のものに比べて小さかった。表２に示すように、硬質粒子の硬さは、硬質粒子のＹの含有量（添加量）の増加と共に大きくなり、硬さの上昇率は、硬質粒子のＹの含有量（添加量）の増加と共に低下した。
【００５６】
＜評価１＞
結果１より、硬質粒子にＹを添加することにより、硬質粒子の硬度が上昇し、この結果、バルブシートの耐摩耗性が向上することがわかる。これは、Ｙの酸化物（Ｙ２Ｏ３）が硬質粒子に微細に分散し、これにより硬質粒子が強化されたからであると考えられる。そして、Ｙの含有量が０．２質量％未満の場合には、Ｙの酸化物による強化が充分でない場合があり、２質量％を超えた場合には、硬質粒子の脆化により充分な耐摩耗性が得られないと考えられる。
【００５７】
〔実施例５〜１０〕
実施例１と同じようにしてバルブシートを製作した。実施例１と相違する点は、硬質粒子の各組成の含有量である。具体的には、表２に示すように、硬質粒子を、質量％でＭｏ：２０〜４０％、Ｃ：０．５〜１．０％、Ｎｉ：５〜３０％、Ｍｎ：１〜１０％、Ｃｒ：１〜１０％、Ｃｏ：５〜３０％、Ｙ：０．０５〜２％、の範囲に収まるように、硬質粒子が含有する各組成の量を調整した点である。
【００５８】
〔比較例４〜１５〕
実施例１と同じようにしてバルブシートを製作した。実施例１と相違する点は、表３に示すように、硬質粒子が含有する各組成の量である。具体的には、比較例４及び５の硬質粒子は、本発明の組成のうち、Ｍｏのみの含有量が、Ｍｏ：２０〜４０％の範囲から外れるようにした。比較例６及び７の硬質粒子は、本発明の組成のうち、Ｃのみの含有量が、Ｃ：０．５〜１．０％の範囲から外れるようにした。比較例８及び９の硬質粒子は、本発明の組成のうち、Ｎｉのみの含有量が、Ｎｉ：５〜３０％の範囲から外れるようにした。比較例１０及び１１の硬質粒子は、本発明の組成のうち、Ｍｎのみの含有量が、Ｍｎ：１〜１０％の範囲から外れるようにした。比較例１２及び１３の硬質粒子は、本発明の組成のうち、Ｃｒのみの含有量が、Ｃｒ：１〜１０％の範囲から外れるようにした。比較例１４及び１５の硬質粒子は、本発明の組成のうち、Ｃｏのみの含有量が、Ｃｏ：５〜３０％の範囲から外れるようにした。
【００５９】
【表３】
【００６０】
＜摩耗試験＞
実施例５〜１０のバルブシート及び比較例４〜１５のバルブシートに対して、実施例１のバルブシートの摩耗試験と同様の摩耗試験を行った。この結果を、図２に示す。なお、図２に示す摩耗量比は、比較例１のバルブシートの摩耗量を１として正規化したものであり、図２には比較例１のバルブシートの摩耗量比も合わせて示した。
【００６１】
＜結果２＞
図２に示すように、実施例５〜１０のバルブシートの摩耗量比は、比較例４〜１５のものに比べて、小さかった。
【００６２】
＜評価２＞
結果２より、硬質粒子を、質量％でＭｏ：２０〜４０％、Ｃ：０．５〜１．０％、Ｎｉ：５〜３０％、Ｍｎ：１〜１０％、Ｃｒ：１〜１０％、Ｃｏ：５〜３０％、Ｙ：０．０５〜２％、の範囲に収まるように、硬質粒子が含有する各組成の量を調整することにより、バルブシートの摩耗量が低減されたといえる。
【００６３】
〔実施例１１〜１５〕
実施例２と同じようにしてバルブシートを製作した。実施例２と相違する点は、混合粉末に対して硬質粒子の粉末を、以下の表４に示すように順次、１０質量％，２０質量％，３０質量％、５０質量％、６０質量％とし、黒鉛粉末は実施例２と同量、添加した点である。
【００６４】
〔比較例１６及び１７〕
実施例２と同じようにしてバルブシートを製作した。実施例２と相違する点は、混合粉末に対して硬質粒子の粉末を、以下の表４に示すように順次、５質量％，７０質量％とし、黒鉛粉末は実施例２と同量、添加した点である。
【００６５】
＜摩耗試験＞
実施例１１〜１５のバルブシート及び比較例１６及び１７のバルブシートに対して、実施例１のバルブシートの摩耗試験と同様の摩耗試験を行った。この結果を、図３に示す。なお、図３に示す摩耗量比は、比較例１のバルブシートの摩耗量を１として正規化したものであり、比較例１のバルブシートの摩耗量比も合わせて示した。
【００６６】
【表４】
【００６７】
＜結果２＞
図３に示すように、実施例１１〜１５のバルブシートの摩耗量比は、比較例１６及び１７のものに比べて、小さかった。
【００６８】
＜評価２＞
結果２より、焼結合金配合用硬質粒子は、前記耐摩耗性鉄基焼結合金に対して、１０〜６０質量％含有していることが好ましく、この範囲から外れて小さい場合には、硬質粒子による耐摩耗性の効果を充分に発揮することができず、この範囲から外れて大きい場合には、鉄基地の割合が減ってしまい、この結果、硬質粒子を焼結合金に充分に密着することができないと考えられる。
【００６９】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
高温の使用環境下となる、圧縮天然ガスや液化石油ガス、ガソリンを燃料とするエンジンのバルブ系（例えばバルブシート、バルブガイド）に好適に用いることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結合金に原料として配合される硬質粒子であって、質量％でＭｏ：２０〜４０％、Ｃ：０．５〜１．０％、Ｎｉ：５〜３０％、Ｍｎ：１〜１０％、Ｃｒ：１〜１０％、Ｃｏ：５〜３０％、Ｙ：０．０５〜２％、残部が不可避不純物とＦｅとからなることを特徴とする焼結合金配合用硬質粒子。
【請求項２】
請求項１に記載の焼結合金配合用硬質粒子が分散するように、該焼結合金配合用硬質粒子からなる粉末を基地となる鉄系粉末に混合して、焼結した耐摩耗性鉄基焼結合金であって、
前記焼結合金配合用硬質粒子は、前記耐摩耗性鉄基焼結合金に対して、１０〜６０質量％含有していることを特徴とする耐摩耗性鉄基焼結合金。
【請求項３】
請求項２に記載の耐摩耗性鉄基焼結合金で形成されていることを特徴とするバルブシート。
【請求項１】
焼結合金に原料として配合される硬質粒子であって、質量％でＭｏ：２０〜４０％、Ｃ：０．５〜１．０％、Ｎｉ：５〜３０％、Ｍｎ：１〜１０％、Ｃｒ：１〜１０％、Ｃｏ：５〜３０％、Ｙ：０．０５〜２％、残部が不可避不純物とＦｅとからなることを特徴とする焼結合金配合用硬質粒子。
【請求項２】
請求項１に記載の焼結合金配合用硬質粒子が分散するように、該焼結合金配合用硬質粒子からなる粉末を基地となる鉄系粉末に混合して、焼結した耐摩耗性鉄基焼結合金であって、
前記焼結合金配合用硬質粒子は、前記耐摩耗性鉄基焼結合金に対して、１０〜６０質量％含有していることを特徴とする耐摩耗性鉄基焼結合金。
【請求項３】
請求項２に記載の耐摩耗性鉄基焼結合金で形成されていることを特徴とするバルブシート。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１９０５２６（Ｐ２０１１−１９０５２６Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１８５４２（Ｐ２０１０−２１８５４２）
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００２２０４３５）株式会社ファインシンター (27)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００２２０４３５）株式会社ファインシンター (27)
【Ｆターム（参考）】
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