[发明专利]高硬度、高耐蚀和高耐磨的合金

说明书

技术领域

本发明涉及高硬度、高耐蚀和高耐磨的合金。更具体的，本发明涉及特别适合在存在腐蚀性物质例如酸、碱和盐的环境中使用的高硬度和高耐蚀的合金、含有该合金的构件、能形成该合金的合金用材料和生产该合金的方法。

背景技术

在将例如粉末或颗粒的原料压缩成型为药品、准医药品、化妆品、农业化学品、饲料、食品等的片剂中，迄今一直使用包括具有对应于片剂形状的贯穿孔的臼及插入贯穿孔(臼孔)的下杵和上杵的组合的模具。在使用上述模具的片剂成型机器中，例如粉末的原料填入已经插入下杵的臼中，通过上杵将原料压制成型为所需片剂。

如所描述的，例如在日本专利公开8540/1995中，例如在片剂成型机器中所使用的模具采用例如合金工具钢的铁基合金例如SKS2和SKD11或主要由Mo(钼)、W(钨)等化合物组成的硬质合金。

此外，为了提高例如合金工具钢模具的耐腐蚀性，已进行过通过镀铬涂覆表面的尝试。然而，由于镀层的分离不能获得令人满意的效果。镀铬层能对例如表面硬度的提高具有一定效果。然而，由于镀铬层本身不利地容易分离，不能获得令人满意的和稳定的耐磨性提高的效果。这导致在保持模具构件强度和硬度的同时，提高例如耐腐性和耐磨性的要求。

为了解决耐磨性的问题，日本专利公开62595/2001描述了高硬度和高耐蚀的片剂成型杵和臼。该合金在具有高硬度和高耐蚀蚀性的同时，具有脱模性。尽管该合金在片剂成型后能保持约几小时好的脱模性，出于规模生产目的一直希望在脱模性上进一步改善。进一步，由于该合金具有相对低的疲劳强度，一直希望提高强度，此外，也一直希望具有成型表面的镜面加工(planishing)性。

另一方面，需要耐腐蚀性的应用不仅包括制造设备例如用于腐蚀性粉末的上述模具，而且包括化学物质的处理设备、废液或废渣的处理设备、燃烧装置和它们外围构件。此外，在主要要求耐腐蚀性能的应用中，例如在用于树脂透镜或工程塑料或其它树脂的模具和例如切削工具和直接作用轴承的构件中，已经使用例如不锈钢的耐腐蚀性钢。然而，例如不锈钢的耐腐蚀性钢在例如强度和硬度上是不令人满意的，因此不能用于特别要求硬度和耐磨性的应用中。

例如，日本专利公开18031/1988描述了高耐蚀的热压模具，其含有20-50质量％Cr(铬)和1.5-9质量％Al(铝)、余量主要由Ni(镍)构成。该热压模具在温度500-800℃和压力500-2000kg/cm²(50-200MPa)的条件下呈现对热压的高硬度并具有抗弯性能。此外，已经发现模具具有对Ni和Cr的耐腐蚀性。就本发明人所知，该Ni-Cr-Al基合金的模具构件具有优异的材料硬度和耐腐蚀性，但另一方面，耐磨性不总是令人满意的，对于一些使用条件，在构件滑动部分的磨损的发展，不利地导致构件使用寿命的缩短。

对于用于树脂透镜和例如所谓“工程塑料”的树脂的模具要求好的镜面加工性。然而，由于常规钢产品是通过相对大的析出的碳化物进行硬化的合金，由于在抛光过程中析出的碳化物颗粒的脱落形成孔洞，此外，脱落颗粒对抛光表面的损伤使得难以进行抛光。此外，在常规钢材料中，出于提高脱模性的目的进行镀Ni或CrN涂覆。然而，常规钢材料有脱模性不令人满意，脱模性随表面粗糙度而恶化，脱模性随磨损而变化的问题。

为了提高耐磨性，日本专利公开88431/2002描述了包含在该Ni-Cr-Al基合金上形成表面硬化层的构件。一直希望在成型表面脱模性的进一步提高、疲劳强度的提高和镜面加工性的提高。特别的，对用于树脂成型的模具具有在其生产中涉及的与成型树脂易于粘附在模具上的脱模性有关的系列问题。

希望实现均质金属结构以提高成型表面的脱模性、疲劳强度和镜面加工性。即当存在未时效的组织时，在成型粉末等时，粉末侵入未时效的软相(soft phase)，粉末粘附的量逐步增加，导致脱模性能的恶化。此外，由于存在未时效的软相，疲劳强度降低。更进一步，有时效析出相和未时效相间硬度的差异影响抛光和引起时效析出相和未时效相间抛光差异的趋势，其导致难于抛光的趋势。如MateriaJapan(日本金属协会公报)，22卷4期p323报道的，在时效处理后该合金体系的析出相中，γ′相是在层状α相和γ母相交界处以薄层形式析出的复合物以形成特有的α、γ′和γ母相三层结构。在该合金的常规生产过程中，甚至在适合的温度650-800℃时效热处理后，仍然残留一定量的未时效γ相，因此，不能获得完全的三相结构(α、γ′和γ)。