專利名稱：內(nèi)面被覆筒體的制造方法、制造裝置和內(nèi)面被覆筒體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在樹脂成形機(jī)機(jī)筒和漿料輸送用鋼管等金屬筒體本體內(nèi)表面上施加耐磨損性、耐腐蝕性優(yōu)良的自熔合金被覆層的內(nèi)表面被覆筒體的制造技術(shù)。
背景技術(shù)：
專利文獻(xiàn)1特開昭64-25989號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開平1-96363號(hào)公報(bào)過去已知在鋼管等金屬筒體本體內(nèi)周面上施加自熔合金被覆層的內(nèi)面被覆筒體。作為這種內(nèi)面被覆筒體的制造方法，在專利文獻(xiàn)1(特開昭64-25989號(hào)公報(bào))上記載了一種內(nèi)面被覆層的形成方法，即，在使筒體本體(管)旋轉(zhuǎn)得內(nèi)周面上離心力達(dá)到3G以上的狀態(tài)下供給自熔合金粉末，以便在該筒體本體內(nèi)周面上形成一定厚度的粉末層，當(dāng)上述的粉末層附著在筒體內(nèi)周面上之后停止旋轉(zhuǎn)，通過加熱筒體本體使其內(nèi)周面溫度達(dá)到上述粉末的熔融溫度以上，以使附著在筒體本體內(nèi)周面上的粉末層熔融，在伴隨擴(kuò)散的形式下與母體金屬接合。而且前述專利文獻(xiàn)2(特開平1-96363號(hào)公報(bào))上也記載了一種內(nèi)面被覆層的形成方法，即將與被覆層形成厚度相應(yīng)量的自熔合金粉末裝入筒體本體內(nèi)后，一邊使該筒體本體旋轉(zhuǎn)得內(nèi)周面的離心力達(dá)到2G以上、外周面的離心力處于7G以下，一邊將筒體本體加熱到上述粉末的熔融溫度以上，以使附著在筒體本體內(nèi)周面上的粉末層熔融，伴隨著擴(kuò)散形式與母體金屬接合。無論那種方法，都是通過將分配在筒體本體內(nèi)周面上的自熔合金粉末層加熱熔融，伴隨著擴(kuò)散形式與母體金屬接合，能夠形成與母體金屬接合良好的致密且?guī)缀鯚o孔的自熔合金的內(nèi)面被覆層，特別是專利文獻(xiàn)2記載的方法，是在使筒體本體旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下對(duì)粉末層進(jìn)行熔融和凝固的一種離心鑄造方法，使離心力作用在筒體本體內(nèi)周面上所形成的金屬熔液層能夠進(jìn)一步減少氣孔，使形成的自熔合金的內(nèi)面被覆層成為硬度大，耐磨損性和耐腐蝕性優(yōu)良的被覆層。

發(fā)明內(nèi)容
最近，為使筒體本體上形成的內(nèi)面被覆層的耐磨損性進(jìn)一步提高，人們一直希望進(jìn)一步提高內(nèi)面被覆層的硬度。為提高硬度，雖然有人認(rèn)為可以使用導(dǎo)入了碳化鎢等硬質(zhì)微粒的自熔合金，但是已經(jīng)判明未必能取得令人滿意的結(jié)果。也就是說，在專利文獻(xiàn)1記載的方法中，通過導(dǎo)入碳化鎢等硬質(zhì)微粒雖然能夠確保硬度得到某種程度上的提高，但是與專利文獻(xiàn)2記載的方法相比，卻存在殘存氣孔量多的缺點(diǎn)，另一方面，在專利文獻(xiàn)2記載的方法中，即使導(dǎo)入碳化鎢等硬質(zhì)微粒也幾乎未發(fā)現(xiàn)內(nèi)面被覆層表面在硬度上的提高。據(jù)說，這是因?yàn)楸粡V泛采用的碳化鎢等硬質(zhì)微粒的比重(近似等于15)，比目的金屬相的比重(8～9)大得多，從而使其自內(nèi)面被覆層表面(內(nèi)周面)向遠(yuǎn)離方向移動(dòng)，表面上不怎么存在的緣故。而且，該硬質(zhì)微粒聚集于內(nèi)面被覆層的外徑側(cè)，也就是與母體金屬(筒體本體)的邊界區(qū)域，因此阻礙了伴隨內(nèi)面被覆層向母體金屬擴(kuò)散所產(chǎn)生的接合作用，導(dǎo)致粘接力降低，從而產(chǎn)生新的問題。
鑒于上述情況，本發(fā)明的課題是提供一種利用離心鑄造法，至少能大幅度提高在筒體本體內(nèi)周面上形成的自熔合金內(nèi)面被覆層的表面硬度的技術(shù)。
為解決上記課題、本申請(qǐng)技術(shù)方案1涉及的發(fā)明，是一種內(nèi)面被覆筒體的制造方法，該方法包括在具有圓筒狀內(nèi)周面的筒體本體的所說的內(nèi)周面上離心鑄造自熔合金進(jìn)行被覆的工序，其特征在于，通過以所說的內(nèi)周面位置上產(chǎn)生20～50G離心力的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行所說的離心鑄造，使鑄造中存在于自熔合金熔液內(nèi)的硬質(zhì)陶瓷微粒中比重低于金屬熔液的目的金屬相的微粒，反離心聚集在離心鑄造體系的內(nèi)徑一側(cè)，在此狀態(tài)下使金屬熔液凝固，得到所說的低比重微粒在內(nèi)徑一側(cè)聚集的內(nèi)表面被覆層。這樣由于低比重的微粒形成在內(nèi)徑一側(cè)聚集的內(nèi)面被覆層，所以該內(nèi)面被覆層的表面硬度變得極大，能夠制造耐磨損性優(yōu)良的內(nèi)面被覆筒體。而且由于能夠使硬質(zhì)陶瓷微粒在內(nèi)面被覆層的內(nèi)徑一側(cè)反離心聚集的結(jié)果，使得外徑一側(cè)硬質(zhì)陶瓷微粒的濃度降低，因此能夠提高韌性，同時(shí)由于妨礙伴隨著向母體金屬擴(kuò)散接合的因素減少，因此能提高與母體金屬的接合力，從而能夠制造耐沖擊性、耐剝離性也優(yōu)良的內(nèi)面被覆筒體。
技術(shù)方案2涉及的發(fā)明，是在技術(shù)方案1記載的發(fā)明中，比所說的內(nèi)面被覆層內(nèi)徑一側(cè)聚集的所說的目的金屬相比重低的微粒，是屬于從自熔合金熔液析出的鉻系的硼化物、碳化物、硼碳化物中任何物質(zhì)的陶瓷微粒。這樣，作為自熔合金直接使用鎳自熔合金、鈷自熔合金等廣泛采用的自熔合金的條件下，能夠提高內(nèi)面被覆層的表面硬度。
技術(shù)方案3涉及的發(fā)明，是技術(shù)方案1記載的發(fā)明中，比所說的內(nèi)面被覆層內(nèi)徑一側(cè)聚集的所說的目的金屬相比重低的微粒，是屬于從自熔合金熔液析出的鉻系的硼化物、碳化物、硼碳化物中任何物質(zhì)的陶瓷微粒，和作為所說的自熔合金基本成分以外成分向所說的自熔合金熔液中導(dǎo)入的比重不超過所說的鉻系陶瓷比重的硬質(zhì)陶瓷微粒。這樣可以使聚集于內(nèi)徑側(cè)的硬質(zhì)微粒量增多，從而可以進(jìn)一步地提高其表面硬度。
技術(shù)方案4涉及的發(fā)明，是一種內(nèi)面被覆筒體的制造方法，該方法包括在具有圓筒狀內(nèi)周面筒體本體的所說的內(nèi)周面上離心鑄造自熔合金的被覆工序，其特征在于，所說的離心鑄造在使0.3～3MPa氣壓作用在金屬熔液層表面上的狀態(tài)下進(jìn)行。一旦采用離心鑄造法形成自熔合金的內(nèi)面被覆層，就會(huì)使被覆層內(nèi)殘存的氣孔變得極為微量，而且在該離心鑄造中由于金屬熔液表面受到0.3～3MPa氣壓的作用并在該狀態(tài)下凝固，所以金屬熔液層中殘存的微量氣孔因受氣壓壓縮而體積減小，因而使得所獲的內(nèi)面被覆層內(nèi)殘存氣孔所占的體積比例變得更加微少。因此，由于得到的內(nèi)面被覆層因氣孔所占體積而降低硬度的作用受到抑制的結(jié)果，與不加氣壓下離心鑄造的場(chǎng)合相比，其硬度增大，所以用此方法能夠制造耐磨損性優(yōu)良的內(nèi)面被覆筒體。
技術(shù)方案5涉及的發(fā)明，是一種內(nèi)表面被覆筒體的制造方法，該方法包括在具有圓筒狀內(nèi)周面筒體本體的所說的內(nèi)周面上離心鑄造自熔合金的被覆工序，其特征在于，使金屬熔液層表面受0.3～3MPa氣壓作用狀態(tài)下進(jìn)行所說的離心鑄造，同時(shí)在使所說的金屬熔液層表面受所說的氣壓作用的狀態(tài)下，使所說的筒體本體的旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到在所說的內(nèi)周面位置上產(chǎn)生10G以上離心力的旋轉(zhuǎn)速度。一旦金屬熔液層表面受到0.3～3MPa氣壓作用的狀態(tài)下凝固，如上所述，就會(huì)產(chǎn)生因壓縮金屬熔液層內(nèi)氣孔而使體積減小的作用，但是在此情況下，加壓氣體有時(shí)會(huì)貫通金屬熔液層內(nèi)的氣孔，有時(shí)還會(huì)進(jìn)一步貫通至金屬熔液與筒體本體的界面處，一旦在這種狀態(tài)下進(jìn)行凝固，就會(huì)產(chǎn)生比內(nèi)面被覆層殘存氣孔更大而且通到表面的孔，即針孔。為了防止這種現(xiàn)象發(fā)生，本發(fā)明中將所說的筒體本體的旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定為能使所說的內(nèi)周面位置上產(chǎn)生10G以上離心力的旋轉(zhuǎn)速度，以大離心力作用在金屬熔液上，使包括金屬熔液層內(nèi)厚度方向的全部區(qū)域內(nèi)均等產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，在使形成加壓氣體的壓入口受壓行為的波動(dòng)得到緩解的狀態(tài)下讓氣壓作用，以此方法來防止加壓氣體的貫通。這樣能夠形成幾乎沒有針孔的內(nèi)面被覆層。
技術(shù)方案6涉及的發(fā)明，是一種內(nèi)表面被覆筒體的制造方法，該方法包括在具有圓筒狀內(nèi)周面筒體本體的所說的內(nèi)周面上離心鑄造自熔合金的被覆工序，其特征在于，在使金屬熔液層表面受0.3～3MPa氣壓作用的狀態(tài)下進(jìn)行所說的離心鑄造，同時(shí)在使金屬熔液層表面受到所說的氣壓作用狀態(tài)下，使所說的筒體本體的旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到在所說的內(nèi)周面位置上產(chǎn)生20～50G離心力的旋轉(zhuǎn)速度，以此方式使存在于鑄造中自熔合金熔液內(nèi)硬質(zhì)陶瓷微粒中比重低于金屬熔液目的金屬相的微粒，反離心聚集在離心鑄造體系的內(nèi)徑側(cè)，在此狀態(tài)下使金屬熔液凝固，得到在內(nèi)徑側(cè)聚集了所說的低比重微粒的內(nèi)表面被覆層。也就是說，本發(fā)明是將技術(shù)方案1發(fā)明與技術(shù)方案4發(fā)明的特征加以組合，通過施加20～50G離心力，使硬質(zhì)微粒聚集在內(nèi)面被覆層的內(nèi)徑一側(cè)，能夠提高表面硬度，同時(shí)通過使0.3～3MPa氣壓作用能使內(nèi)面被覆層內(nèi)殘存氣孔數(shù)量變得極微，這樣能夠提高硬度，可以制造具有更高硬度的內(nèi)面被覆層的內(nèi)面被覆筒體。
技術(shù)方案7涉及的發(fā)明，是在技術(shù)方案1～6的發(fā)明中，使所說的離心鑄造中所說的自熔合金熔液達(dá)到的溫度，處于與該自熔合金的熔融一凝固有關(guān)的固相線至液相線的固液共存溫度區(qū)域內(nèi)距離固相線一側(cè)70％位置處的溫度以下。進(jìn)行自熔合金的離心鑄造時(shí)，必須在被鑄造面上形成自熔合金的金屬熔液層，此時(shí)金屬熔液溫度一旦增高，就會(huì)因有助于硬度提高的金屬硼化物和金屬硅化物等微粒的熔化氧化消耗而使硬度降低，進(jìn)而有混入氧化物之虞。其中通過將金屬熔液溫度設(shè)定為上述數(shù)值，能夠防止硬質(zhì)微粒因熔化和氧化消耗而減少或者氧化物混入，從而能夠形成硬度高的被覆層。
技術(shù)方案8涉及的發(fā)明，是在技術(shù)方案1～6的發(fā)明中，所說的離心鑄造中自熔合金熔液層在所說的內(nèi)周面上的形成，是以向所說的筒體本體內(nèi)導(dǎo)入自熔合金粉末，在所說的筒體本體旋轉(zhuǎn)下將該粉末加熱熔融的方式進(jìn)行的。自熔合金熔液層在筒體本體的內(nèi)周面上的形成，雖然也可以在筒體本體的外部制成金屬熔液后，以向筒體本體內(nèi)供給該金屬熔液的方式進(jìn)行，但是按照本發(fā)明那樣，以粉末形式向筒體本體內(nèi)供給自熔合金，并在該位置將其加熱熔融的方法，能使自熔合金的處理變得容易，而且所必須的設(shè)備也簡化。
技術(shù)方案9涉及的發(fā)明，是在技術(shù)方案1～6中，所說的離心鑄造中自熔合金溶液層在所說的內(nèi)周面上的形成，是以下述方式進(jìn)行的(1)在橫置的筒體本體內(nèi)部，沿筒體軸線方向均等地配置與形成被覆層厚度相當(dāng)量的自熔合金粉末，(2)使筒體本體以其軸線為中線旋轉(zhuǎn)，使之達(dá)到在所說的筒體本體的內(nèi)周面位置上產(chǎn)生3G以上離心力的旋轉(zhuǎn)速度的情況下，也使筒體本體內(nèi)的粉末以遍及筒體本體圓周方向行進(jìn)的形式粘貼在筒體本體的內(nèi)周面上，此時(shí)應(yīng)使達(dá)到能夠產(chǎn)生3G以上離心力的旋轉(zhuǎn)速度所需的時(shí)間，不超過按以下實(shí)驗(yàn)式(A)求出的時(shí)間ττ(秒)＝3×105/D3...(A)
(D是筒體的內(nèi)徑，mm)以便抑制沿筒體軸線方向均等配置的粉末在筒體軸線方向上移動(dòng)，借此來形成一層沿筒體的軸線方向和圓周方向幾乎沒有厚度偏差的粉末層并使其粘貼在筒體本體內(nèi)周面上，(3)在繼續(xù)使筒體本體旋轉(zhuǎn)的情況下，加熱筒體本體以使筒體全體同時(shí)升溫，并使筒體本體內(nèi)的粉末同時(shí)熔融。供給粉末時(shí)采用上述(1)、(2)工序的場(chǎng)合下，能夠在筒體本體內(nèi)周面上形成沿筒體軸線方向的厚度偏差極小的自熔合金粉末層，將該粉末層加熱熔融并使之凝固時(shí)，能夠形成厚度偏差極小的自熔合金的內(nèi)面被覆層。
技術(shù)方案10涉及的發(fā)明，是在技術(shù)方案1～6中，所說的離心鑄造中自熔合金溶液層在所說的內(nèi)周面上的形成，是以向所說的筒體本體內(nèi)導(dǎo)入自熔合金粉末，在所說的筒體本體旋轉(zhuǎn)下將此粉末加熱熔融的方式進(jìn)行的，同時(shí)在減壓下進(jìn)行所說的筒體本體內(nèi)粉末的熔融。按照這種構(gòu)成，能夠有效地從粉末熔融形成的金屬熔液層內(nèi)除去氣泡的同時(shí)，還能防止金屬熔液層氧化，能夠形成殘存氣孔極少而且有助于硬度提高的析出微粒的氧化消耗少、氧化物混入也少的內(nèi)面被覆層。
技術(shù)方案11涉及的發(fā)明是一種內(nèi)面被覆筒體，它是一種在具有圓筒狀內(nèi)周面的筒體本體的所說的內(nèi)周面上形成了自熔合金的內(nèi)面被覆層內(nèi)面被覆筒體，其特征在于，其中鉻化合物系硬質(zhì)陶瓷的微粒在所說的內(nèi)面被覆層內(nèi)的內(nèi)徑一側(cè)以高密度分布，使鉻成分濃度達(dá)到20～40質(zhì)量％水平，形成了硬度提高的硬質(zhì)層。這種內(nèi)面被覆筒體由于在內(nèi)面被覆層表面(內(nèi)周面)上具備硬度提高的硬質(zhì)層，因此具有優(yōu)良的耐磨損性。
技術(shù)方案12涉及的發(fā)明，是在技術(shù)方案11的發(fā)明中，在所說的內(nèi)面被覆層內(nèi)的外徑一側(cè)，形成經(jīng)顯微鏡檢查非金屬夾雜物的面積率在0.1％以下的清潔層。這種清潔層因非金屬夾雜物少而具有優(yōu)良的韌性，而且由于阻礙伴隨著向母體金屬的擴(kuò)散導(dǎo)致接合的非金屬夾雜物少而使得與母體金屬的結(jié)合強(qiáng)度高，因此內(nèi)面被覆層變成一種由韌性優(yōu)良而且與母體金屬牢固接合的清潔層支持表面硬質(zhì)層的結(jié)構(gòu)，不僅耐磨損性優(yōu)良，而且耐沖擊性和耐剝離性也優(yōu)良。
技術(shù)方案13涉及的發(fā)明，是一種內(nèi)面被覆筒體的制造裝置，其中具有水平地支持筒體本體并使之旋轉(zhuǎn)的筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置，向被該筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置支持的筒體本體內(nèi)供給與被覆層形成厚度相當(dāng)量自熔合金粉末的粉末供給裝置，對(duì)被所說的筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置支持的筒體本體的全部長度加熱的加熱裝置，所說的筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置能使所說的筒體本體以筒體本體內(nèi)周面位置上產(chǎn)生20～50G離心力的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。在這種結(jié)構(gòu)的制造裝置中，能夠向被所說的筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置支持的筒體本體內(nèi)供給與被覆層形成厚度相當(dāng)量自熔合金粉末的粉末，使筒體本體旋轉(zhuǎn)以便在內(nèi)周面上形成自熔合金粉末層后，加熱熔融該自熔合金粉末以形成金屬熔液層，進(jìn)而進(jìn)行使之凝固的這種離心鑄造，而且該離心鑄造以能使所說的內(nèi)周面位置上產(chǎn)生20～50G離心力的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行。因此，能夠使存在于鑄造中自熔合金熔液中的硬質(zhì)陶瓷微粒內(nèi)的、比重低于金屬熔液目的金屬相的微粒反離心聚集在離心鑄造體系的內(nèi)徑一側(cè)，在這種狀態(tài)下使金屬熔液凝固，這樣就能夠得到所說的低比重微粒聚集在內(nèi)徑一側(cè)的內(nèi)面被覆層，從而能夠制造具有表面硬度極大的內(nèi)面被覆層、耐磨損性優(yōu)良的內(nèi)面被覆筒體。
技術(shù)方案14涉及的發(fā)明，是一種內(nèi)面被覆筒體的制造裝置，其中具有水平地支持筒體本體并使之旋轉(zhuǎn)的筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置，向被該筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置支持的筒體本體內(nèi)供給與被覆層形成厚度相當(dāng)量自熔合金粉末的粉末供給裝置，對(duì)被所說的筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置支持的筒體本體的全部長度加熱的加熱裝置，和使0.3～3MPa氣壓作用在所說的筒體本體的內(nèi)表面上的加壓裝置。這種結(jié)構(gòu)的制造裝置中，能夠向被所說的筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置支持的筒體本體內(nèi)供給與被覆層形成厚度相當(dāng)量自熔合金的粉末，使筒體本體旋轉(zhuǎn)，以便在內(nèi)周面上形成自熔合金粉末層，然后通過加熱熔融該自熔合金粉末層來形成金屬熔液層，接著進(jìn)行使之凝固的這種離心鑄造，而且在該離心鑄造中，能夠使自所說的內(nèi)周面上形成自熔合金熔液層至使這種金屬熔液層凝固的過程，在所說的金屬熔液層表面處于0.3～3MPa氣壓作用的狀態(tài)下經(jīng)過，這樣就能制造具有殘存的氣孔極少、硬度大的內(nèi)面被覆層、耐磨損性優(yōu)良的內(nèi)面被覆筒體。
技術(shù)方案15涉及的發(fā)明，是一種內(nèi)面被覆筒體的制造裝置，其中具有水平地支持筒體本體并使之旋轉(zhuǎn)的筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置，向被該筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置支持的筒體本體內(nèi)供給與被覆層形成厚度相當(dāng)量自熔合金粉末的粉末供給裝置，對(duì)被所說的筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置支持的筒體本體的全部長度加熱的加熱裝置，和使0.3～3MPa氣壓作用在所說的筒體本體內(nèi)表面上的加壓裝置，所說的筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置能使所說的筒體本體以筒體本體內(nèi)周面位置上產(chǎn)生10G以上離心力的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。這種結(jié)構(gòu)的制造裝置中，能夠在使所說的筒體本體內(nèi)的金屬溶液層表面受到0.3～3MPa氣壓作用的狀態(tài)下進(jìn)行離心鑄造的同時(shí)，能使筒體本體此時(shí)在筒體本體內(nèi)周面位置上產(chǎn)生10G以上離心力的旋轉(zhuǎn)速度下旋轉(zhuǎn)，因而能夠防止加壓氣體貫通金屬熔液層內(nèi)的氣孔或貫通金屬熔液層與筒體本體之間的界面，從而能形成幾乎沒有針孔的內(nèi)面被覆層。
技術(shù)方案16涉及的發(fā)明，是一種內(nèi)面被覆筒體的制造裝置，其中具有水平地支持筒體本體并使之旋轉(zhuǎn)的筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置，向被該筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置支持的筒體本體內(nèi)供給與被覆層形成厚度相當(dāng)量自熔合金粉末的粉末供給裝置，對(duì)被所說的筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置支持的筒體本體的全部長度加熱的加熱裝置，和使0.3～3MPa氣壓作用在所說的筒體本體內(nèi)表面上的加壓裝置，所說的筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置能使所說的筒體本體以筒體本體內(nèi)周面位置上產(chǎn)生20～50G離心力的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。這種結(jié)構(gòu)的制造裝置，能夠在使所說的筒體本體內(nèi)的金屬溶液層表面受到0.3～3MPa氣壓作用的狀態(tài)下進(jìn)行離心鑄造的同時(shí)，能使筒體本體此時(shí)在筒體本體內(nèi)周面位置上產(chǎn)生20～50G離心力的旋轉(zhuǎn)速度下旋轉(zhuǎn)，在0.3～3MPa氣壓作用下不僅能使內(nèi)面被覆層內(nèi)殘存氣孔數(shù)量極為微少而提高硬度，而且通過施加20～50G離心力使硬質(zhì)微粒反離心聚集在內(nèi)面被覆層的內(nèi)徑一側(cè)而能夠提高表面硬度，從而能夠制造具有硬度更高的內(nèi)面被覆層的內(nèi)面被覆筒體。
技術(shù)方案17涉及的發(fā)明，是在技術(shù)方案14～16的發(fā)明中，所說的加熱裝置具有能夠遍及筒體全長同時(shí)對(duì)被所說的筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置支持的筒體的圓周方向的小區(qū)間進(jìn)行感應(yīng)加熱的感應(yīng)線圈。按照這種結(jié)構(gòu)，能夠同時(shí)而且迅速地對(duì)筒體本體全長加熱，因而能夠迅速地將自熔合金粉末層加熱熔融。
綜上所述，本發(fā)明由于具有這樣的構(gòu)成，即利用離心鑄造法在筒體本體內(nèi)周面上形成自熔合金的內(nèi)面被覆層時(shí)，能使筒體本體內(nèi)周面位置處于20～50G離心力作用的狀態(tài)或者使金屬熔液層表面經(jīng)受0.3～3MPa氣壓作用的狀態(tài)下，與已有方法形成的內(nèi)面被覆層相比，使用同一自熔合金能提高內(nèi)面被覆層的表面硬度，具有能夠制造耐磨損性優(yōu)良的內(nèi)面被覆筒體的效果。而且本發(fā)明制造的內(nèi)面被覆筒體具有優(yōu)良的耐磨損性，將其用于樹脂成形機(jī)機(jī)筒和漿料輸送用鋼管等上時(shí)，能夠得到耐磨損性優(yōu)良、使用壽命長的樹脂成形機(jī)機(jī)筒和漿料輸送鋼管等制品。


圖1(a)、(b)是表示本發(fā)明實(shí)施方式中所說的內(nèi)面被覆筒體制造裝置處于不同動(dòng)作狀態(tài)下的示意性立體圖。
圖2(a)、(b)、(c)、(d)是表示用圖1的裝置在筒體本體內(nèi)周面上形成樹脂被覆層工序的斷面示意圖。
圖3是表示內(nèi)面被覆層斷面結(jié)構(gòu)的斷面示意圖。
圖4是表示本發(fā)明其他實(shí)施方式涉及的內(nèi)面被覆筒體制造裝置的示意性立體圖。
圖5是表示本發(fā)明另一實(shí)施方式中所說的內(nèi)面被覆筒體制造裝置的示意性立體圖。
圖6是表示本發(fā)明又一實(shí)施方式中所說的內(nèi)面被覆筒體制造裝置的示意性立體圖。
圖7是表示實(shí)驗(yàn)1得到的、筒體本體內(nèi)周面的表面粗糙度和加速時(shí)間與被覆層軸線方向厚度偏差率之間關(guān)系的曲線。
圖8是表示實(shí)驗(yàn)2得到的、筒體本體內(nèi)徑和加速時(shí)間與被覆層軸線方向厚度偏差率之間關(guān)系的曲線。
符號(hào)的說明1、筒體本體2、自熔合金粉末3、筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置4、承受輥5、加壓輥6、變速馬達(dá)7、控制裝置9、粉末供給裝置10、粉末供給管11、料斗臺(tái)車13、加熱裝置15、15A蓋子20、內(nèi)面被覆筒體21、內(nèi)面被覆層25、連接管26、旋轉(zhuǎn)接頭27、配管28、28A開關(guān)閥29、真空泵31、壓力調(diào)節(jié)閥32、壓縮機(jī)具體實(shí)施方式
以下參照

本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1(a)、(b)是表示本發(fā)明實(shí)施方式中所說的內(nèi)面被覆筒體制造裝置處于不同狀態(tài)下的示意性立體圖，圖2(a)、(b)、(c)、(d)是表示用圖1的制造裝置在筒體本體的內(nèi)周面上形成自熔合金內(nèi)面被覆層順序的示意斷面圖，1是具有圓筒狀內(nèi)周面的筒體本體。筒體本體1只要是金屬制的皆可任選，其代表性實(shí)例可以舉出樹脂成形機(jī)機(jī)筒等機(jī)筒和漿料輸送鋼管等各種鋼管。2是用于在筒體本體1內(nèi)周面上形成內(nèi)面被覆層的自熔合金的粉末。作為形成被覆層的自熔合金，可以舉出廣泛采用的鎳自熔合金(例如JIS，8303的SFNi4等)和廣泛采用的鈷自熔合金(例如JIS，8303的SFCo3等)等。而且必要時(shí)還可以使用在這些自熔合金中導(dǎo)入從自熔合金金屬溶液中析出的屬于鉻系的硼化物、碳化物、硼碳化物中任何一種陶瓷的、比重同等或處于其之下的、具體講比重在7以下的硬質(zhì)陶瓷(例如BN比重2.34，B4C比重2.47，Si3N4比重3.2，SiC比重3.21，V2O5比重3.36，VO2比重4.34，TiB2比重4.5，V2O3比重4.87，TiC比重4.94，TiB比重5.09，TiN比重5.43，VO比重5.76，VC比重5.77，ZrB2比重6.08，ZrC比重6.73，NbB2比重6.97，或其復(fù)合物等)的微粒。
3是水平地支持筒體本體1并使之旋轉(zhuǎn)的筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置，本實(shí)施方式中具有支持筒體本體1下側(cè)的兩根承受輥4、壓在筒體本體1上側(cè)的加壓輥5(圖1中省略)、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)上述兩根承受輥4的變速馬達(dá)6、以及利用該變速馬達(dá)6來控制承受輥4的旋轉(zhuǎn)速度和加速度的控制裝置7等。該變速馬達(dá)6和該控制裝置7，能夠使筒體本體1按照可使筒體本體1的內(nèi)周面位置受到20～50G離心力作用的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。而且其結(jié)構(gòu)能夠在不超過用上記實(shí)驗(yàn)式(A)求出的時(shí)間τ的短時(shí)間內(nèi)將旋轉(zhuǎn)速度加速到產(chǎn)生3G以上的離心力。9是用于向被支持旋轉(zhuǎn)裝置3支持的筒體本體1內(nèi)供給與被覆層形成厚度相應(yīng)量自熔合金粉末的粉末供給裝置，本實(shí)施方式中具有從端部送出粉末的粉末供給管10，和保持該粉末供給管10并能在管軸方向移動(dòng)的料斗臺(tái)車11等。13是用于對(duì)被筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置3支持的筒體本體1全長加熱的加熱裝置，本實(shí)施方式中可以使用沿著筒體本體全長對(duì)筒體本體1圓周方向的小區(qū)間進(jìn)行感應(yīng)加熱的面加熱形線圈的感應(yīng)線圈。
以下說明采用上述構(gòu)成的內(nèi)面被覆筒體的制造裝置來制造內(nèi)面被覆筒體的方法。首先準(zhǔn)備金屬制的筒體本體1，查明適于被覆其內(nèi)周面的表面粗糙度。這里對(duì)筒體本體1內(nèi)周面的表面粗糙度并無特別限制，但是最好選定為5～20微米R(shí)a左右。處于此范圍內(nèi)的表面粗糙度，可以容易地采用兼有清潔內(nèi)周面操作的內(nèi)表面噴砂法來形成。在查明筒體本體內(nèi)周面的表面粗糙度處于5～20微米R(shí)a范圍內(nèi)，并向筒體本體1內(nèi)供給自熔合金粉末并使其沿軸線均等配置后，使筒體本體1高速旋轉(zhuǎn)以便使之沿圓周方向均等分布時(shí)的加速過程中，能夠抑制因粉末在筒體軸線方向移動(dòng)所造成的厚度不均的現(xiàn)象，這是其優(yōu)點(diǎn)。據(jù)認(rèn)為這是因?yàn)樵谕搀w本體1的內(nèi)周面上存在一些適當(dāng)?shù)陌纪梗谄湮驴梢砸种品勰┭赝搀w軸線方向移動(dòng)的緣故。筒體本體內(nèi)周面上表面粗糙度越高，對(duì)粉末沿筒體軸線方向移動(dòng)傾向的抑制效果越顯著，要利用這種抑制效果雖然應(yīng)當(dāng)像上述那樣將表面粗糙度設(shè)定在5微米R(shí)a以上，但是若將此值設(shè)定在20微米R(shí)a以上則幾乎不能指望粉末移動(dòng)的抑制效果更進(jìn)一步地增加。另一方面，粗面加工會(huì)導(dǎo)致成本提高?？紤]到這些因素，優(yōu)選將表面粗糙度上限定為20微米R(shí)a。
接著將筒體本體1置于筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置3上使之處于橫置狀態(tài)下，對(duì)該橫置的筒體本體1的內(nèi)部，進(jìn)行沿筒體軸線方向均等配置與被覆層形成厚度相當(dāng)量自熔合金粉末2的操作。具體講，將粉末供給裝置9的粉末供給管10插入筒體本體1內(nèi)部，向筒體本體1內(nèi)軸線方向的適當(dāng)位置(一處或多處)裝入預(yù)定量自熔合金粉末2(參見圖2(a))，抽出粉末供給管10，用適當(dāng)?shù)纳w子15堵住筒體本體1的兩端，然后使筒體本體1以該筒體本體1內(nèi)的粉末不會(huì)沿著筒體本體的圓周方向鋪開的速度緩緩旋轉(zhuǎn)。借助于這種旋轉(zhuǎn)，使裝入筒體本體1內(nèi)的粉末2在筒體本體1內(nèi)的軸線方向均等鋪開，這樣就能夠沿著軸線方向均等配置(參見圖2(b))。按此方法在用粉末供給管10向筒體本體1裝入自熔合金粉末時(shí)，由于允許沿著筒體軸線方向不均等地裝入粉末，所以優(yōu)點(diǎn)是粉末裝入操作容易。
其中，對(duì)筒體本體1內(nèi)部沿筒體軸線方向均等配置與被覆層形成厚度相當(dāng)量自熔合金粉末的操作，并不限于上記的方法，也可以采用其他方法。例如，將粉末供給管10插入筒體本體1內(nèi)，采用一邊從其端部以一定流量噴出粉末，一邊使料斗臺(tái)車11沿筒體軸線方向以一定速度移動(dòng)的方法，也能向筒體本體1內(nèi)沿筒體軸線方向均等配置粉末。另外，作為向筒體本體1內(nèi)裝入粉末的粉末供給管10，也可以采用在其側(cè)面形成具有沿軸線方向延伸的狹縫狀噴出口或者沿軸線方向并排排列的多個(gè)孔構(gòu)成的噴出口的供給管，通過關(guān)閉該噴出口或者使之朝上的狀態(tài)向粉末供給管10內(nèi)沿軸線方向均等地裝入自熔合金粉末，將該粉末供給管10插入筒體本體1內(nèi)，然后打開該噴出口或者使之朝下，將粉末供給管10內(nèi)的自熔合金粉末供給筒體本體1內(nèi)的方法，也能沿軸線方向均等地配置粉末。
向筒體本體1內(nèi)沿筒體軸線方向均等地配置自熔合金粉末2后，借助于筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置3使筒體本體1以其軸線為中心旋轉(zhuǎn)，使旋轉(zhuǎn)速度在筒體本體1內(nèi)周面位置上產(chǎn)生20～50G的離心力。利用這種旋轉(zhuǎn)作用，使被裝入筒體本體1內(nèi)的自熔合金粉末2沿筒體本體圓周方向均等地鋪開并粘貼在筒體本體內(nèi)周面上(參見圖2(c))。這樣，沿筒體本體圓周方向均等鋪開并粘貼在筒體本體內(nèi)周面上的粉末2，在內(nèi)周面位置上產(chǎn)生3G以上離心力的旋轉(zhuǎn)速度下，在筒體本體內(nèi)周面上幾乎不移動(dòng)而保持其位置，因而能夠在筒體本體內(nèi)周面上形成和維持均一壁厚的粉末層。然而，在筒體本體1的加速過程中，當(dāng)內(nèi)周面位置產(chǎn)生1～2G左右離心力的旋轉(zhuǎn)速度下，雖然粉末一度粘貼在筒體本體內(nèi)周面上，但是由于離心力產(chǎn)生的約束力小，在筒體本體1內(nèi)周面上紋理等微觀上的方向性的作用下，粉末會(huì)發(fā)生左右位置移動(dòng)，導(dǎo)致粉末沿筒體軸線方向移動(dòng)，這樣往往使筒體軸線方向產(chǎn)生厚度不均的傾向。因此，從筒體本體1開始旋轉(zhuǎn)至加速到預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度期間，應(yīng)當(dāng)在短時(shí)間內(nèi)將旋轉(zhuǎn)速度加速到能使筒體本體的內(nèi)周面位置產(chǎn)生3G以上的離心力，以便使這種沿筒體軸線方向的厚度不均幾乎不產(chǎn)生(即使產(chǎn)生也應(yīng)處于容許的范圍內(nèi))。具體講，對(duì)于查明內(nèi)周面的表面粗糙度處于5～20微米R(shí)a的筒體本體1而言，應(yīng)當(dāng)在不超出由以下實(shí)驗(yàn)式(A)τ(秒)＝3×105/D3...(A)求出的時(shí)間τ的短時(shí)間內(nèi)，對(duì)筒體本體1進(jìn)行加速，使該筒體本體1的旋轉(zhuǎn)速度在上述短時(shí)間內(nèi)達(dá)到產(chǎn)生上述3G以上離心力的旋轉(zhuǎn)速度。這種方法能使筒體本體1內(nèi)周面上形成和粘貼厚度沿筒體軸線方向偏差極小的自熔合金粉末層。其中有關(guān)此實(shí)驗(yàn)式(A)的根據(jù)詳見后述。
使筒體本體1旋轉(zhuǎn)達(dá)到在內(nèi)周面位置產(chǎn)生20～50G離心力的預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度后，使筒體本體1保持在該旋轉(zhuǎn)速度下，在繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下用加熱裝置13加熱筒體本體1以使筒體本體內(nèi)的粉末2熔融后，保持在該熔融狀態(tài)。這樣可以在筒體本體1的內(nèi)周面上形成自熔合金的金屬熔液層。這里所說的金屬熔液內(nèi)的熔融狀態(tài)，不一定僅指粉末全體完全熔融的狀態(tài)，而且還指至少一部分粉末熔融，使粉末之間以及能夠熔融附著在筒體本體內(nèi)周面上的狀態(tài)。因此，用加熱裝置13對(duì)筒體本體1的加熱溫度，可以選擇能使粘貼在筒體本體內(nèi)周面上的自熔合金粉末至少部分熔融，以致于粉末之間以及能夠熔融附著在筒體本體內(nèi)周面的溫度，具體講可以選擇超過自熔合金狀態(tài)圖中固相線的溫度。
一方面筒體本體1的加熱溫度越高，粉末熔融的比例就越大，最后完全變成熔融狀態(tài)。雖然據(jù)認(rèn)為在粉末完全處于熔融狀態(tài)下能夠形成更加致密而且沒有氣孔和針孔的熔融附著被覆層，但是根據(jù)本發(fā)明人等的發(fā)現(xiàn)，即使粉末不一定完全熔融，也能形成致密而無氣孔和針孔的熔融附著被覆層。而且粉末一旦處于完全熔融狀態(tài)下，雖然熔融層的流動(dòng)性能使被覆層厚度沿筒體軸線方向均等，因而即使粘貼在筒體本體內(nèi)周面上的粉末層有厚度上的不均也能得到修飾，但是如上所述，如果粉末層形成時(shí)幾乎處于沒有厚度不均的狀態(tài)下，則沒有必要以完全熔融狀態(tài)來修正厚度的不均。另一方面，一旦使粉末完全熔融，就必須提高筒體本體1的加熱溫度，這當(dāng)然會(huì)增大熱能的消耗，而且加熱時(shí)間也會(huì)延長。而且一旦處于超過自熔合金的液相線溫度的完全熔融狀態(tài)下，有助于提高自熔合金硬度的金屬硼化物或金屬硅化物等粒子會(huì)由于熔化或氧化消耗而減少，因而出現(xiàn)硬度降低或者混入氧化物的缺點(diǎn)。考慮到這些因素，筒體本體1加熱溫度的上限應(yīng)當(dāng)選擇使筒體本體內(nèi)自熔合金的溫度不超過與該自熔合金熔融有關(guān)的液相線溫度；更優(yōu)選使自熔合金溶液的到達(dá)溫度，低于從與該自熔合金的熔融和凝固有關(guān)的液相線溫度至固液共存溫度內(nèi)距固相線70％位置處的溫度。
對(duì)自熔合金粉末層加熱熔融時(shí)筒體本體1的旋轉(zhuǎn)速度，如上所述，確定為產(chǎn)生20～50G離心力作用的旋轉(zhuǎn)速度。然而過去知道，將筒體本體內(nèi)面形成的自熔合金粉末層熔融致密化之際，通過使筒體本體1旋轉(zhuǎn)的離心力的作用，增加從自熔合金熔液除去氣泡的效果，在上記的專利文獻(xiàn)2記載的方法中，在2G以上離心力作用狀態(tài)下進(jìn)行熔融處理。然而，借助于離心力除去氣泡的效果，在離心力提高至7～8G之前隨著離心力的增加而提高，但是離心力即使增加到該數(shù)值以上，氣泡的除去效果也幾乎不增加，因此過去離心力充其量處于10G以下。與此相比，本實(shí)施方式中卻采用20～50G的離心力。借助于如此高G的離心力，不僅氣泡的除去效果好，而且存在于金屬熔液中比重低于目的金屬相的硬質(zhì)陶瓷微粒也具有向內(nèi)徑一側(cè)反離心聚集的效果，這樣能夠大幅度提高表面層的硬度。也就是說，自熔合金熔液中的目的金屬是Ni(比重8.9)、Cr(比重8.5)、Co(比重8.85)等，而合金熔液中存在的硬質(zhì)陶瓷微粒是比重處于6～7范圍內(nèi)的從金屬熔液中析出的鉻系的硼化物(CrB比重6.2)、碳化物(Cr3C2比重6.68，Cr7C3比重6.92)或由其復(fù)合而成的硼碳化物(比重6～7左右)等。這些硬質(zhì)陶瓷微粒的比重雖然低于目的金屬相，但是其差別不大，所以在過去進(jìn)行的3～8G左右的離心力下，幾乎不能在金屬熔液層的內(nèi)徑一側(cè)反離心聚集，在20～50G的高G離心力下才能實(shí)現(xiàn)在內(nèi)徑一側(cè)反離心聚集。
使筒體本體1內(nèi)周面的自熔合金粉末在熔融狀態(tài)下保持的時(shí)間，優(yōu)選設(shè)定在10～180秒鐘的范圍內(nèi)。此時(shí)間低于10秒鐘時(shí)，金屬熔液與母體金屬的擴(kuò)散接合不充分，或者低比重陶瓷微粒在內(nèi)徑一側(cè)聚集得不充分；反之若超過180秒鐘，則金屬熔液中的硬質(zhì)陶瓷微粒因熔化或氧化消耗而減少，存在不能提高硬度或者混入氧化物的缺點(diǎn)。鑒于這些情況，在加熱筒體本體1以使筒體本體內(nèi)的粉末2熔融并保持熔融狀態(tài)的情況下，優(yōu)選把筒體本體1的加熱設(shè)定為在內(nèi)部的自熔合金粉末的溫度超過與該自熔合金熔融有關(guān)的固相線溫度，但是卻不超過液相線的溫度，同時(shí)將所說的熔融狀態(tài)下的保持時(shí)間選定在10～180秒鐘。
將自熔合金粉末在熔融狀態(tài)下保持預(yù)定時(shí)間后，繼續(xù)使筒體本體1在旋轉(zhuǎn)下轉(zhuǎn)移到冷卻階段，使筒體本體1內(nèi)的熔融自熔合金凝固。這種冷卻可以采用爐內(nèi)冷卻或保溫冷卻、或者放冷、空冷等任何的冷卻方法，但是如果冷卻過快，凝固的自熔合金被覆層就會(huì)因熱應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋。因此，應(yīng)當(dāng)實(shí)驗(yàn)求出不產(chǎn)生裂紋、時(shí)間又盡可能短的冷卻制度。
綜上所述，使自熔合金在筒體本體內(nèi)周面全體一度熔融附著，能夠形成自熔合金被覆層，其后將筒體本體1從裝置取出，如圖2(d)所示，能夠制成在筒體本體1的內(nèi)周面上具有自熔合金內(nèi)面被覆層21的內(nèi)面被覆筒體20。所得到的自熔合金內(nèi)面被覆層21，表面(內(nèi)周面)的硬度極高，而且沿筒體軸線方向和圓周方向的厚度偏差極小。
用顯微鏡對(duì)用以上工序得到的內(nèi)面被覆筒體20的內(nèi)面被覆層21的斷面進(jìn)行觀察后發(fā)現(xiàn)，如圖3示意所示的那樣，內(nèi)面被覆層21具有由表面層21a、中間層21b和邊界層21c構(gòu)成的層狀結(jié)構(gòu)。表面層21a成為白色交叉狀組織和黑色交叉狀組織部分混合存在的組織，各交叉狀組織部分成為一種目的金屬(基體金屬)內(nèi)多數(shù)微粒狀析出物精細(xì)分布的組織。這種表面層21a如后述的實(shí)施例1～4所示，顯示出極高的硬度(例如818～927Hv)?？梢钥吹轿⒘钗龀鑫锍拾鍫睢K狀和斑點(diǎn)狀等，測(cè)定其化學(xué)成分后發(fā)現(xiàn)，其金屬成分的大部分是鉻。因此可以認(rèn)為，這種表面層21a由于使鉻系的硼化物、碳化物、硼碳化物等鉻化合物系硬質(zhì)陶瓷微粒以高密度分布而使其成為提高了硬度的硬質(zhì)層，因而顯示高硬度。中間層21b成為一種在基體金屬內(nèi)的微粒狀析出物呈少量分散的組織，其硬度低于表面層。邊界層21c成為一種在基體金屬內(nèi)的共晶析出物呈極少量分散的層狀組織，其硬度更低。可以認(rèn)為，這是由于高G下進(jìn)行離心鑄造的結(jié)果，基體金屬內(nèi)所含的硬質(zhì)陶瓷微粒等非金屬夾雜物向內(nèi)徑側(cè)移動(dòng)，邊界層21c幾乎成為由基體金屬組成的清潔層的緣故。該邊界層21c由于是幾乎沒有非金屬夾雜物的清潔層，所以韌性優(yōu)良，通過中間層21b形成相當(dāng)于傾斜組成結(jié)構(gòu)而很好地支持硬質(zhì)表面層21a，同時(shí)與母體金屬(筒體本體1)形成伴隨良好擴(kuò)散的接合。這樣，內(nèi)面被覆層21不僅表面(內(nèi)周面)的硬度極高，而且還具有適當(dāng)韌性以及與母體金屬的良好接合性等特性，其耐磨損性、耐沖擊性和耐剝離性等也優(yōu)良。
上述的內(nèi)面被覆層21的表面層21a，雖然鉻成分濃度越高硬度就越高且耐磨損性越優(yōu)良，但是如果硬度太高，制造就有困難。因此，表面層21a的鉻成分濃度優(yōu)選定在20～40質(zhì)量％左右。邊界層21c非金屬夾雜物越少韌性就越好，而且與母體金屬伴隨擴(kuò)散的接合特性也越好而優(yōu)選，具體講非金屬夾雜物的顯微鏡檢出面積率優(yōu)選在0.1％以下。
上述實(shí)施方式中，對(duì)旋轉(zhuǎn)中的筒體本體1加熱，以使內(nèi)部自熔合金粉末熔融時(shí)，筒體本體內(nèi)成為有空氣進(jìn)入的狀態(tài)，但是本發(fā)明不限于這種結(jié)構(gòu)，本發(fā)明可以在筒體本體內(nèi)處于減壓狀態(tài)下進(jìn)行，這樣能使被覆層內(nèi)氣孔極小化，或者在無氧化氣氛狀態(tài)下進(jìn)行，這樣也可以使自熔合金氧化極小化。圖4是表示用于在筒體本體內(nèi)處于減壓狀態(tài)下進(jìn)行自熔合金粉末加熱操作的制造裝置的一個(gè)實(shí)例。這種制造裝置中，安裝在筒體本體1一端的蓋子15A與連接管25連接，此連接管25通過旋轉(zhuǎn)接頭26與配管27連接，該配管27上連接有開關(guān)閥28和真空泵29。其他結(jié)構(gòu)與圖1所示的制造裝置相同。在使用圖4的制造裝置的場(chǎng)合，如圖2(a)所示，向筒體本體1內(nèi)供給自熔合金粉末2后，如圖4所示，在筒體本體1的兩端安裝蓋子15和15A，將筒體本體1兩端封閉的同時(shí)使內(nèi)部與真空泵29連通，啟動(dòng)真空泵29以使筒體本體1內(nèi)處于減壓狀態(tài)下，與上述的實(shí)施方式同樣地使筒體本體1旋轉(zhuǎn)，讓20～50G離心力作用于筒體本體1的內(nèi)周面位置上，在該狀態(tài)下進(jìn)行自熔合金粉末的加熱熔融和凝固。這樣能形成具有極高硬度表面層的內(nèi)面被覆層。另外，由于在加熱熔融時(shí)筒體本體1內(nèi)處于減壓下，所以金屬熔液內(nèi)氣泡的除去效果高，能夠形成殘存氣孔極小的內(nèi)面被覆層。另外，不使用真空泵29而是將其連接到供給隋性氣體的裝置上，使筒體本體1內(nèi)充滿惰性氣體，形成無氧化氣體氣氛，在該狀態(tài)下進(jìn)行自熔合金粉末的加熱熔融和凝固，也能使自熔合金的氧化極小化。以上說明的各實(shí)施方式中，在筒體本體1的內(nèi)周面上形成自熔合金粉末層的時(shí)刻，筒體本體的內(nèi)周面位置處已經(jīng)處于20～50G離心力的作用下，但是本發(fā)明并不限于這種情況，也可以在自熔合金粉末層形成時(shí)，以對(duì)內(nèi)周面位置施加3G以上適當(dāng)離心力的旋轉(zhuǎn)速度使筒體本體1旋轉(zhuǎn)，在該狀態(tài)下加熱熔融粉末層以形成金屬熔液后，再提高筒體本體1的旋轉(zhuǎn)速度，作用以20～50G的離心力，在該狀態(tài)下使之凝固。
圖5是表示在本發(fā)明其他實(shí)施方式中使用的內(nèi)面被覆筒體制造裝置。這種實(shí)施方式的制造裝置，與圖4所示的實(shí)施方式同樣，安裝在筒體本體1一端的蓋子15A與連接管25連接，此連接管25通過旋轉(zhuǎn)接頭26與具有開關(guān)閥28的配管27連接，但是與圖4所示的實(shí)施方式不同，該配管27上連接具有壓力調(diào)節(jié)閥31和壓縮機(jī)32的加壓裝置。這種加壓裝置的結(jié)構(gòu)，能使筒體本體1內(nèi)至少受0.3～3MPa氣壓的作用。另外，也可以使用加壓鋼瓶來代替壓縮機(jī)32。在這種場(chǎng)合，制成加壓鋼瓶與筒體本體1一起旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，可以省略旋轉(zhuǎn)接頭26。在使用加壓鋼瓶的場(chǎng)合，優(yōu)選采用封入了氮?dú)獾榷栊詺夥盏募訅轰撈俊Ｆ渌Y(jié)構(gòu)與圖1的實(shí)施方式相同。
以下說明使用圖5所示制造裝置的內(nèi)面被覆筒體的制造方法。本實(shí)施方式中也是向筒體本體1內(nèi)供給自熔合金粉末2(參見圖2(a))，然后用蓋子15和15A封閉筒體本體1的兩端，使筒體本體1緩緩旋轉(zhuǎn)，讓粉末2沿軸線方向均等鋪開。至此為止的工序，與使用圖1所示制造裝置的場(chǎng)合相同。
在筒體本體1內(nèi)沿筒體軸線方向配置自熔合金粉末2之后，利用筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置3加速，直到在筒體本體1的內(nèi)周面上產(chǎn)生3G以上的離心力，優(yōu)選產(chǎn)生10G以上離心力的預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度為止，進(jìn)而保持該旋轉(zhuǎn)速度。這樣一來，被裝入筒體本體1內(nèi)的自熔合金粉末2就會(huì)沿著筒體本體圓周方向均等鋪開，粘貼在筒體本體內(nèi)周面上。在這種場(chǎng)合，使筒體本體1向預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度加速時(shí)，筒體本體1內(nèi)周面上形成的粉末層在筒體軸線方向幾乎不產(chǎn)生厚度偏差(即使產(chǎn)生也處于容許范圍內(nèi))，當(dāng)加速到使內(nèi)周面位置短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生3G以上離心力的旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，具體講，對(duì)內(nèi)周面表面的表面粗糙度為5～20微米R(shí)a的筒體本體1而言，對(duì)筒體本體1進(jìn)行加速，使該筒體本體1的旋轉(zhuǎn)速度，在不超過由以下實(shí)驗(yàn)式(A)τ(秒)＝3×105/D3...(A)求出的時(shí)間τ的短時(shí)間內(nèi)達(dá)到產(chǎn)生上述3G以上離心力的旋轉(zhuǎn)速度。這樣，能夠在筒體本體1內(nèi)周面上形成和粘貼上厚度沿筒體軸線方向上的偏差極小的自熔合金粉末層。
達(dá)到產(chǎn)生3G以上離心力的預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度后，在該旋轉(zhuǎn)速度下保持筒體本體1，在繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的條件下，利用加熱裝置13來加熱筒體本體1，以使筒體本體1內(nèi)粉末2熔融后保持熔融狀態(tài)。這樣可以在筒體本體1的內(nèi)周面上形成自熔合金的熔液層。這種場(chǎng)合下，可以適當(dāng)選擇用加熱裝置13對(duì)筒體本體1加熱的溫度，使粘貼在筒體本體內(nèi)周面上的自熔合金粉末至少部分熔融，這樣能使粉末相互之間以及粉末在筒體本體內(nèi)周面上熔融附著。具體講，可以選擇超過自熔合金狀態(tài)圖中固相線的溫度。
在筒體本體1內(nèi)形成金屬熔液層后，啟動(dòng)壓縮機(jī)32使筒體本體1內(nèi)的金屬熔液表面處于0.3～3MPa氣壓的作用下。這樣，殘存在金屬熔液內(nèi)的氣孔在氣壓作用下被壓縮至其體積減小，變得極為細(xì)微。這里將作用在金屬熔液表面上的氣壓定在0.3～3MPa的理由是，低于此范圍時(shí)，氣孔體積的減小效果小，而在超過此范圍的氣壓下，因氣壓增大不僅使設(shè)備成本大幅度提高，而且氣孔體積的減小效果也幾乎不再提高。將筒體本體1內(nèi)周面的自熔合金粉末保持在熔融狀態(tài)并處于0.3～3MPa氣壓作用下的時(shí)間，優(yōu)選處于10～180秒鐘范圍內(nèi)。這樣設(shè)定的理由是，此時(shí)間小于10秒鐘時(shí)，與金屬熔液母體金屬的擴(kuò)散接合不充分，或者氣孔壓縮引起體積減小的效果不充分，另一方面，如果超過180秒鐘，金屬熔液中的硬質(zhì)陶瓷微粒就會(huì)因熔化或氧化消耗而減少，從而不能提高硬度或者產(chǎn)生混入氧化物的弊端。
將自熔合金粉末在熔融狀態(tài)下保持預(yù)定的時(shí)間并以0.3～3MPa氣壓對(duì)其作用后，在保持該狀態(tài)下轉(zhuǎn)移到冷卻階段，使筒體本體1內(nèi)的熔融自熔合金凝固。通過以上方法能夠形成殘存氣孔極少、硬度大的內(nèi)面被覆層。
采用上記圖5的制造裝置的內(nèi)面被覆工序中，將筒體本體1內(nèi)周面上的粉末加熱熔融并對(duì)其內(nèi)面施加0.3～3MPa氣壓的期間，施加在筒體本體1上的旋轉(zhuǎn)速度，如上所述，定為在內(nèi)周面上產(chǎn)生3G以上離心力作用的旋轉(zhuǎn)速度。這是因?yàn)?，在?nèi)周面上產(chǎn)生3G以上離心力作用的旋轉(zhuǎn)速度下，筒體本體1的內(nèi)周面上能夠沿圓周方向均等分配粉末，同時(shí)分配后能夠阻止粉末沿圓周方向和軸線方向移動(dòng)，保持其位置，而且加熱熔融產(chǎn)生的金屬熔液能夠在圓周方向保持一定厚度的緣故。也就是說，當(dāng)作用在筒體本體1內(nèi)周面上的離心力處于3G以上時(shí)，能夠形成厚度均一的內(nèi)面被覆層。
如上所述，為了形成均一厚度的內(nèi)面被覆層，雖然可以將筒體本體1設(shè)定在使該內(nèi)周面上作用3G以上離心力的旋轉(zhuǎn)速度下，但是優(yōu)選設(shè)定為使筒體本體內(nèi)周面位置產(chǎn)生10G以上離心力的旋轉(zhuǎn)速度。這樣，當(dāng)使10G以上的離心力作用在筒體本體1內(nèi)周面上的金屬熔液層，在金屬熔液層內(nèi)包括厚度方向的全部區(qū)域內(nèi)就會(huì)均等產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，加壓氣體壓入口之類受壓行為的波動(dòng)將轉(zhuǎn)變成處于緩解的狀態(tài)下，在0.3～3MPa氣壓對(duì)該金屬熔液層表面產(chǎn)生作用的期間，能夠防止加壓氣體貫通金屬熔液層內(nèi)的氣孔或者貫通金屬熔液層與筒體本體之間界面的現(xiàn)象出現(xiàn)。這樣能夠形成幾乎沒有針孔的內(nèi)面被覆層。
此外，在使筒體本體內(nèi)的金屬熔液層表面處于0.3～3MPa氣壓作用的狀態(tài)下進(jìn)行離心鑄造時(shí)，也可以事先使筒體本體以在筒體本體內(nèi)周面位置產(chǎn)生20～50G離心力的旋轉(zhuǎn)速度下旋轉(zhuǎn)。這樣，使筒體本體內(nèi)的金屬熔液層表面處于0.3～3MPa氣壓作用的狀態(tài)下進(jìn)行離心鑄造時(shí)，如果使該金屬熔液層處于20～50G離心力的作用下，不僅會(huì)因內(nèi)面被覆層內(nèi)殘存的氣孔數(shù)量極微而能提高硬度，而且通過施加20～50G的離心力，還能使硬質(zhì)微粒反離心聚集在內(nèi)面被覆層的內(nèi)徑一側(cè)，從而可以提高表面硬度，因而能夠制造具有硬度更高的內(nèi)面被覆層的內(nèi)面被覆筒體。
在使用圖5的制造裝置的上記實(shí)施方式中，通過對(duì)旋轉(zhuǎn)中的筒體本體1加熱使內(nèi)部的自熔合金粉末熔融之際，筒體本體內(nèi)成為空氣進(jìn)入的狀態(tài)，但是本發(fā)明并不限于這種結(jié)構(gòu)，也可以使筒體本體內(nèi)在處于減壓狀態(tài)下進(jìn)行以實(shí)現(xiàn)被覆層內(nèi)的氣孔極小化，或者在無氧化氣氛的狀態(tài)下進(jìn)行以實(shí)現(xiàn)自熔合金的氧化極小化。圖6是表示可以使筒體本體內(nèi)處于減壓狀態(tài)下進(jìn)行自熔合金粉末加熱熔融操作的制造裝置1個(gè)實(shí)例的示意圖。這種制造裝置中的旋轉(zhuǎn)接頭26，不僅通過配管27與具有壓力調(diào)節(jié)閥31和壓縮機(jī)32的加壓裝置相連接，而且還通過配管27A與開關(guān)閥28A和真空泵29A相連接。其他結(jié)構(gòu)與圖5所示的制造裝置相同。在使用圖6所示制造裝置的場(chǎng)合，向筒體本體1內(nèi)供給自熔合金粉末后，在筒體本體1的兩端安裝蓋子15和15A，將筒體本體1的兩端關(guān)閉，首先啟動(dòng)真空泵29A使筒體本體1內(nèi)處于減壓狀態(tài)下，與上記的實(shí)施方式同樣使筒體本體1旋轉(zhuǎn)，使筒體本體1的內(nèi)周面位置處于3G以上離心力作用下，在該狀態(tài)下進(jìn)行自熔合金粉末的加熱熔融。進(jìn)而當(dāng)形成熔融層后，停止真空泵29A，啟動(dòng)壓縮機(jī)32使筒體本體內(nèi)的金屬熔液層的表面承受0.3～3MPa氣壓的作用，在該狀態(tài)下保持預(yù)定的時(shí)間后，進(jìn)行冷卻和凝固。這樣能夠形成殘存氣孔更少的內(nèi)面被覆層。其中，也可以與惰性氣體供給裝置連接以代替真空泵29A，使筒體本體1內(nèi)充滿惰性氣體，形成無氧化氣體氣氛，在該狀態(tài)下進(jìn)行自熔合金粉末的加熱熔融，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)自熔合金氧化的極小化。
上記的各實(shí)施方式中，可以使用遍及筒體本體全長同時(shí)對(duì)筒體本體1圓周方向的小區(qū)間進(jìn)行感應(yīng)加熱的直線狀感應(yīng)線圈(面加熱型線圈)，作為加熱筒體本體1的加熱裝置13。采用這種結(jié)構(gòu)的感應(yīng)線圈的加熱裝置13能夠在短時(shí)間內(nèi)對(duì)筒體本體1全長均一加熱，由于筒體本體1以高速旋轉(zhuǎn)，所以具有能在短時(shí)間內(nèi)對(duì)筒體本體1全體均一加熱的優(yōu)點(diǎn)。然而，對(duì)筒體本體1的全長加熱的加熱裝置13，并不限于這種裝置，可以作適當(dāng)變更，例如也可以使用設(shè)置得大體沿著全長包圍筒體本體同時(shí)對(duì)筒體本體全體感應(yīng)加熱的多線圈形式的感應(yīng)線圈。
以下說明為導(dǎo)出上記實(shí)驗(yàn)式(A)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。
(1)實(shí)驗(yàn)1作為筒體本體1，準(zhǔn)備了以下形狀的筒體本體樣品A、B和C。
樣品A外徑125毫米×內(nèi)徑44毫米×長度1250毫米材料SCM410內(nèi)周面噴砂加工(內(nèi)周面粗糙度20微米R(shí)a)樣品B外徑125毫米×內(nèi)徑44毫米×長度1250毫米材料SCM410內(nèi)周面噴砂加工(內(nèi)周面粗糙度5微米R(shí)a)樣品C外徑125毫米×內(nèi)徑44毫米×長度1250毫米材料SCM410
內(nèi)周面珩磨加工(內(nèi)周面粗糙度0.5微米R(shí)a)在以下條件下，用圖1、圖2所示的裝置分別對(duì)這些樣品A、B和C的內(nèi)周面進(jìn)行了自熔合金被覆加工。
自熔合金粉末ヘガ礻ス#1355-20固相線溫度970℃液相線溫度1070℃粉末的裝入在筒體本體1內(nèi)的一處裝入2.5千克粉末。然后使筒體本體以70轉(zhuǎn)/分鐘速度旋轉(zhuǎn)，借以使粉末沿著軸線方向均一分散在筒體本體1之內(nèi)。
筒體本體的加速用表1所示的時(shí)間使筒體本體1從靜止?fàn)顟B(tài)加速到350轉(zhuǎn)/分鐘(產(chǎn)生3G離心力作用的旋轉(zhuǎn)速度)。達(dá)到該旋轉(zhuǎn)速度后，保持該旋轉(zhuǎn)速度。
筒體本體的加熱將筒體本體1加熱到1050℃。以此使內(nèi)部的粉末升溫到大體相同的溫度下，使粉末變成部分熔融狀態(tài)。然后在此溫度下保持30秒鐘。
筒體本體的冷卻放置冷卻。
利用以上操作在各樣品筒體本體的內(nèi)周面上形成了內(nèi)面被覆層。測(cè)定了這些內(nèi)面被覆層的厚度和軸線方向上的厚度偏差率。用表1和圖7的曲線表示其結(jié)果。
表1

表1和圖7的曲線說明，加速時(shí)間越短厚度偏差率越小，而且筒體本體內(nèi)周面的粗糙度越大厚度偏差率越小。因此可以確認(rèn)，加大內(nèi)周面粗糙度能有效防止被覆層沿軸線方向的偏厚。
(2)實(shí)驗(yàn)2作為筒體本體1，準(zhǔn)備了以下形狀的筒體本體樣品D、E和F。
樣品D外徑125毫米×內(nèi)徑27毫米×長度1250毫米材料SCM410內(nèi)周面噴砂加工，內(nèi)周面粗糙度5微米R(shí)a樣品E外徑125毫米×內(nèi)徑35毫米×長度1250毫米材料SCM410內(nèi)周面噴砂加工，內(nèi)周面粗糙度5微米R(shí)a樣品F外徑125毫米×內(nèi)徑44毫米×長度1250毫米材料SCM410內(nèi)周面噴砂加工，內(nèi)周面粗糙度5微米R(shí)a在以下條件下，用圖1、圖2所示的裝置分別對(duì)這些樣品D、E和F的內(nèi)周面進(jìn)行了自熔合金被覆加工。
使用自熔合金粉末ヘガ礻ス#1355-20固相線溫度970℃液相線溫度1070℃粉末的裝入在筒體本體1內(nèi)的一處裝入表2所示數(shù)量的粉末。然后使筒體本體1以70轉(zhuǎn)/分鐘速度旋轉(zhuǎn)20秒，借以使粉末沿著軸線方向均一分散在筒體本體1之內(nèi)。
筒體本體的加速用表2所示的時(shí)間使筒體本體1從靜止?fàn)顟B(tài)加速到表2所示的旋轉(zhuǎn)速度(產(chǎn)生3G離心力作用的旋轉(zhuǎn)速度)。達(dá)到該旋轉(zhuǎn)速度后，保持該旋轉(zhuǎn)速度。
筒體本體的加熱將筒體本體1加熱到1020℃。以此使內(nèi)部的粉末升溫到大體相同的溫度下，使粉末變成部分熔融狀態(tài)。然后在此溫度下保持60秒鐘。
筒體本體的冷卻放置冷卻。
利用以上操作在各樣品筒體本體的內(nèi)周面上形成了內(nèi)面被覆層。測(cè)定了這些內(nèi)面被覆層的厚度和軸線方向上的厚度偏差率。用表2和圖8的曲線表示其結(jié)果。
表2

表2和圖8的曲線說明，加速時(shí)間越短厚度偏差率越小，而且厚度偏差率隨著內(nèi)徑增大而增大，為了將厚度偏差率抑制至數(shù)值變小，必須縮短加速時(shí)間。而且在圖8的曲線內(nèi)，畫出了表示幾乎不產(chǎn)生厚度偏差的曲線35，該曲線35是用以下實(shí)驗(yàn)式(A)得到的。
τ(秒)＝3×105/D3...(A)(D是筒體的內(nèi)徑，mm)因此，對(duì)于內(nèi)周面粗糙度處于5微米R(shí)a以上的筒體本體進(jìn)行自熔合金被覆時(shí)，將粉末沿著軸線方向在筒體本體內(nèi)均等配置后，若使筒體本體達(dá)到產(chǎn)生3G以上離心力的旋轉(zhuǎn)速度所需的時(shí)間，設(shè)定在不超過由上記實(shí)驗(yàn)式(A)求出的時(shí)間τ的數(shù)值，則能夠形成厚度沿筒體軸線方向幾乎沒有偏差的被覆層。
實(shí)施例[實(shí)施例1～4](1)準(zhǔn)備了以下形狀的筒體本體1和自熔合金粉末。
筒體本體外徑125毫米×內(nèi)徑44毫米×長度1250毫米材料SCM410內(nèi)周面噴砂加工，內(nèi)周面(粗糙度20微米R(shí)a)自熔合金粉末ヘガ礻ス#1560
固相線溫度980℃液相線溫度1200℃(2)粉末的供給和粉末層的形成將筒體本體1置于圖1所示的制造裝置上，在該筒體本體1內(nèi)的一處裝入2.5千克粉末。然后用蓋子15將筒體本體G的兩端封閉后，使該筒體本體1以70轉(zhuǎn)/分鐘速度旋轉(zhuǎn)20秒鐘。借以使粉末沿著軸線方向均一分散在筒體本體1之內(nèi)。
接著將筒體本體1的旋轉(zhuǎn)加速到內(nèi)周面分別處于26G(實(shí)施例1)、34G(實(shí)施例2)、42G(實(shí)施例3)和50G(實(shí)施例4)離心力作用下的旋轉(zhuǎn)速度，達(dá)到該旋轉(zhuǎn)速度后，保持該旋轉(zhuǎn)速度。此時(shí)的加速度定為在2秒鐘內(nèi)離心力從0達(dá)到3G的加速度。
(3)粉末的加熱熔融和凝固將筒體本體1加熱到1050℃。以此使內(nèi)部的粉末也升溫到大體相同的溫度下，使粉末變成部分熔融狀態(tài)。將筒體本體1加熱到1050℃后，在該溫度下保持30秒鐘，然后停止加熱，放冷。借此使筒體本體1內(nèi)面的金屬熔液層凝固，從而在筒體本體的內(nèi)周面上形成內(nèi)面被覆層。
(4)內(nèi)面被覆層的硬度測(cè)定得到的內(nèi)面被覆層厚度為2毫米。測(cè)定了這種內(nèi)面被覆層深度0.5毫米位置、1.0毫米位置和1.5毫米位置處的硬度。其結(jié)果示于表3之中。
使用與實(shí)施例1同一形狀的筒體本體1和自熔合金粉末，除粉末層加熱時(shí)在筒體本體1的內(nèi)周面上施加4G、10G和18G的離心力之外，其余與實(shí)施例1在同一條件下形成了內(nèi)面被覆層。對(duì)所獲的內(nèi)面被覆層與實(shí)施例1～4同樣測(cè)定了硬度。其結(jié)果也示于表3之中。
表3

表3的結(jié)果說明，提高離心力下離心鑄造的實(shí)施例1～4，與離心力低的對(duì)照例相比，內(nèi)面被覆層的表面硬度極高。因此可以確認(rèn)，使用同一自熔合金，采用本發(fā)明能夠提高內(nèi)面被覆層的表面硬度。將實(shí)施例2形成的內(nèi)面被覆層的斷面切開進(jìn)行顯微觀察后發(fā)現(xiàn)，如圖3所示，具有三層結(jié)構(gòu)，表面層21a形成一種硬質(zhì)陶瓷微粒極多的組織?？梢哉J(rèn)為這樣的結(jié)構(gòu)才能大幅度地提高硬度。
(1)準(zhǔn)備了以下形狀的筒體本體1和自熔合金粉末。
筒體本體外徑125毫米×內(nèi)徑44毫米×長度1250毫米材料SCM410內(nèi)周面噴砂加工(內(nèi)周面粗糙度20微米R(shí)a)自熔合金粉末ヘガ礻ス#1560固相線溫度980℃液相線溫度1200℃(2)粉末的供給和粉末層的形成將筒體本體1置于圖5所示的制造裝置上，在該筒體本體1內(nèi)一處裝入2.5千克粉末。然后用蓋子15、15A將筒體本體G的兩端封閉后，使該筒體本體1以70轉(zhuǎn)/分鐘速度旋轉(zhuǎn)20秒鐘。借以使粉末沿軸線方向均一分散在筒體本體1之內(nèi)。
接著將筒體本體1的旋轉(zhuǎn)加速到內(nèi)周面分別處于10G離心力作用下的旋轉(zhuǎn)速度，達(dá)到該旋轉(zhuǎn)速度后，保持該旋轉(zhuǎn)速度。此時(shí)的加速度定為在2秒鐘內(nèi)離心力從0達(dá)到3G的加速度。
(3)粉末的加熱熔融和凝固將筒體本體1加熱到1050℃。以此使內(nèi)部的粉末也升溫到大體相同的溫度下，使粉末變成部分熔融狀態(tài)。將筒體本體1加熱升溫到1050℃后，啟動(dòng)壓縮機(jī)32，使筒體本體1內(nèi)處于0.3MPa(實(shí)施例5)、0.6MPa(實(shí)施例6)和1.0MPa(實(shí)施例7)氣壓的作用下，在該溫度下保持15秒鐘，然后停止加熱并將其放冷。以此方式使筒體本體1內(nèi)面的金屬溶液層凝固，在筒體本體的內(nèi)周面上形成內(nèi)面被覆層。
(4)內(nèi)面被覆層的硬度測(cè)定得到的內(nèi)面被覆層厚度為2毫米。測(cè)定了這種內(nèi)面被覆層深度0.5毫米、1.0毫米和1.5毫米位置處的硬度。結(jié)果示于表4之中。
使用與實(shí)施例5同一形狀的筒體本體1和自熔合金粉末，除粉末層加熱時(shí)在筒體本體1內(nèi)施加0氣壓外，其余與實(shí)施例5在同一條件下形成了內(nèi)面被覆層。對(duì)所獲的內(nèi)面被覆層與實(shí)施例5～7同樣測(cè)定了硬度。其結(jié)果也示于表4之中。
表4

表4的結(jié)果說明，使筒體本體1內(nèi)的金屬熔液層處于0.3MPa以上氣壓作用下離心鑄造的實(shí)施例5～7，與無氣壓作用的對(duì)照例4相比，其表面硬度增大。因此可以確認(rèn)，使用同一自熔合金，采用本發(fā)明能夠提高內(nèi)面被覆層的表面硬度。
使用與實(shí)施例2同一形狀的筒體本體1和自熔合金粉末，將此筒體本體1置于圖5所示的制造裝置上，對(duì)粉末加熱熔融時(shí)除使筒體本體1的內(nèi)周面處于1.0MPa氣壓作用之外，其余在與實(shí)施例2同一條件(因此加熱熔融時(shí)，筒體本體1的內(nèi)周面處于34G離心力作用下的條件)下形成了內(nèi)面被覆層。對(duì)所獲的內(nèi)面被覆層與實(shí)施例2同樣測(cè)定了硬度。其結(jié)果與實(shí)施例2的結(jié)果一并示于表5之中。
表5

表5的結(jié)果說明，使筒體本體1的內(nèi)周面位置經(jīng)受34G離心力作用，同時(shí)受1.0MPa氣壓作用下進(jìn)行離心鑄造的實(shí)施例8，與無氣壓作用的實(shí)施例2相比，其內(nèi)面被覆層的硬度更高。因此可以確認(rèn)，通過使金屬熔液層經(jīng)受高G離心力作用的同時(shí)經(jīng)受高氣壓作用，能夠進(jìn)一步提高內(nèi)面被覆層的表面硬度。
對(duì)實(shí)施例8形成的內(nèi)面被覆層斷面切開后進(jìn)行了顯微鏡觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種場(chǎng)合下也形成如圖3所示的三層結(jié)構(gòu)，表面層21a變成一種硬質(zhì)陶瓷微粒極多的組織。這種表面層21a和邊界層21c的化學(xué)成分測(cè)定結(jié)果示于表6中。而且在表6中也列出了加熱處理前自熔合金粉末(ヘガ礻ス#1560)的化學(xué)成分。其中，表6中的成分濃度為質(zhì)量％。
表6

表6的結(jié)果說明，表面層21a中鉻成分濃度增高，而邊界層21c中鉻成分濃度卻降低。這是因?yàn)殡x心鑄造時(shí)通過賦予高G離心力，使金屬熔液中析出的鉻化合物系硬質(zhì)陶瓷微粒聚集在表面層內(nèi)的緣故。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)表面被覆筒體的制造方法，該方法包括在具有圓筒狀內(nèi)周面的筒體本體的所說的內(nèi)周面上離心鑄造自熔合金進(jìn)行被覆的工序，其特征在于，通過以在所說的內(nèi)周面位置上產(chǎn)生20～50G離心力的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行所說的離心鑄造，使鑄造中存在于自熔合金熔液內(nèi)的硬質(zhì)陶瓷微粒中比重低于金屬熔液的目的金屬相的微粒，反離心聚集在離心鑄造體系的內(nèi)徑一側(cè)，在此狀態(tài)下使金屬熔液凝固，得到所說的低比重微粒在內(nèi)徑一側(cè)聚集的內(nèi)表面被覆層。
2.按照權(quán)利要求1所述的內(nèi)表面被覆筒體的制造方法，其中所說的比重低于目的金屬相的微粒，是屬于從自熔合金熔液析出的鉻系的硼化物、碳化物、硼碳化物中任一種的陶瓷微粒。
3.按照權(quán)利要求1所述的內(nèi)表面被覆筒體的制造方法，其中所說的比重低于目的金屬相的微粒，是屬于從自熔合金熔液析出的鉻系的硼化物、碳化物、硼碳化物中的任一種的陶瓷微粒，和作為所說的自熔合金基本成分以外的成分向所說的自熔合金熔液中導(dǎo)入的比重7或以下的硬質(zhì)陶瓷微粒。
4.一種內(nèi)表面被覆筒體的制造方法，該方法包括在具有圓筒狀內(nèi)周面筒體本體的所說的內(nèi)周面上離心鑄造自熔合金進(jìn)行被覆的工序，其特征在于，所說的離心鑄造在使0.3～3MPa的氣壓作用于金屬熔液層表面的狀態(tài)下進(jìn)行。
5.一種內(nèi)表面被覆筒體的制造方法，該方法包括在具有圓筒狀內(nèi)周面筒體本體的所說的內(nèi)周面上離心鑄造自熔合金進(jìn)行被覆的工序，其特征在于，在使金屬熔液層表面受0.3～3MPa氣壓作用狀態(tài)下進(jìn)行所說的離心鑄造的同時(shí)，在使所說的金屬熔液層表面受所說的氣壓作用的狀態(tài)下，使所說的筒體本體的旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到使所說的內(nèi)周面位置上產(chǎn)生10G或以上的離心力的旋轉(zhuǎn)速度。
6.一種內(nèi)表面被覆筒體的制造方法，該方法包括在具有圓筒狀內(nèi)周面筒體本體的所說的內(nèi)周面上離心鑄造自熔合金進(jìn)行被覆的工序，其特征在于，在使金屬熔液層表面受到0.3～3MPa氣壓作用狀態(tài)下進(jìn)行所說的離心鑄造的同時(shí)，在使金屬熔液層表面受到所說的氣壓作用狀態(tài)下，使所說的筒體本體的旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到所說的內(nèi)周面位置上產(chǎn)生20～50G離心力的旋轉(zhuǎn)速度，以此方式使存在于鑄造中自熔合金熔液內(nèi)的硬質(zhì)陶瓷微粒中比重低于熔液的目的金屬相的微粒，反離心聚集在離心鑄造體系的內(nèi)徑側(cè)，在此狀態(tài)下使金屬熔液凝固，得到內(nèi)徑側(cè)聚集了所說的低比重微粒的內(nèi)表面被覆層。
7.按照權(quán)利要求1～6中任何一項(xiàng)所述的內(nèi)表面被覆筒體的制造方法，其中使所說的離心鑄造時(shí)所說的自熔合金熔液達(dá)到的溫度，處于與該自熔合金的熔融一凝固有關(guān)的固相線至液相線的固液共存溫度區(qū)域內(nèi)距離固相線一側(cè)70％位置處的溫度或以下。
8.按照權(quán)利要求1～6中任何一項(xiàng)所述的內(nèi)表面被覆筒體的制造方法，其中在所說的離心鑄造中自熔合金熔液層在所說的內(nèi)周面上的形成，是以向所說的筒體本體內(nèi)導(dǎo)入自熔合金粉末，在所說的筒體本體旋轉(zhuǎn)下將該粉末加熱熔融的方式進(jìn)行的。
9.按照權(quán)利要求1～6中任何一項(xiàng)所述的內(nèi)表面被覆筒體的制造方法，其中在所說的離心鑄造中，自熔合金溶液層在所說的內(nèi)周面上的形成，是以下述方式進(jìn)行的(1)在橫置的筒體本體內(nèi)部，沿筒體軸線方向均等地配置與形成被覆層厚度相當(dāng)量的自熔合金粉末，(2)使筒體本體以其軸線為中線旋轉(zhuǎn)，使之達(dá)到在所說的筒體本體的內(nèi)周面位置上產(chǎn)生3G或以上離心力的旋轉(zhuǎn)速度的情況下，也使筒體本體內(nèi)的粉末以遍及筒體本體圓周方向行進(jìn)的形式粘貼在筒體本體的內(nèi)周面上，此時(shí)應(yīng)使達(dá)到能夠產(chǎn)生3G或以上離心力的旋轉(zhuǎn)速度所需的時(shí)間，不超過按以下實(shí)驗(yàn)式(A)求出的時(shí)間ττ(秒)＝3×105/D3...(A)(D是筒體的內(nèi)徑，mm)以便抑制沿筒體軸線方向均等配置的粉末在筒體軸線方向上移動(dòng)，借此來形成一層沿筒體的軸線方向和圓周方向幾乎沒有厚度偏差的粉末層并使其粘貼在筒體本體內(nèi)周面上，(3)在繼續(xù)使筒體本體旋轉(zhuǎn)的情況下，加熱筒體本體以使筒體全體同時(shí)升溫，并使筒體本體內(nèi)的粉末熔融。
10.按照權(quán)利要求1～6中任何一項(xiàng)所述的內(nèi)表面被覆筒體的制造方法，其中在所說的離心鑄造中，自熔合金熔液層在所說的內(nèi)周面上的形成，是以向所說的筒體本體內(nèi)導(dǎo)入自熔合金粉末，在所說的筒體本體旋轉(zhuǎn)下將此粉末加熱熔融的方式進(jìn)行的，同時(shí)在減壓下進(jìn)行所說的筒體本體內(nèi)粉末的熔融。
11.一種內(nèi)面被覆筒體，它是一種用離心鑄造法在具有圓筒狀內(nèi)周面的筒體本體的所說的內(nèi)周面上形成了自熔合金內(nèi)面被覆層的一種內(nèi)面被覆筒體，其特征在于，其中鉻化合物系硬質(zhì)陶瓷的微粒在所說的內(nèi)面被覆層內(nèi)的內(nèi)徑一側(cè)以高密度分布，使鉻成分濃度達(dá)到20～40質(zhì)量％水平，形成了硬度提高的硬質(zhì)層。
12.按照權(quán)利要求11所述的內(nèi)面被覆筒體，其特征在于，在所說的內(nèi)面被覆層內(nèi)的外徑一側(cè)，形成經(jīng)顯微鏡檢查非金屬夾雜物的面積率在0.1％以下的清潔層。
13.一種內(nèi)面被覆筒體的制造裝置，其中具有水平地支持筒體本體并使之旋轉(zhuǎn)的筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置，向被該筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置支持的筒體本體內(nèi)供給與被覆層形成厚度相當(dāng)量的自熔合金粉末的粉末供給裝置，對(duì)被所說的筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置支持的筒體本體的全部長度加熱的加熱裝置，所說的筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置具有能使所說的筒體本體以筒體本體內(nèi)周面位置上產(chǎn)生20～50G離心力的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)的構(gòu)成。
14.一種內(nèi)面被覆筒體的制造裝置，其中具有水平地支持筒體本體并使之旋轉(zhuǎn)的筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置，向被該筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置支持的筒體本體內(nèi)供給與被覆層形成厚度相當(dāng)量的自熔合金粉末的粉末供給裝置，對(duì)被所說的筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置支持的筒體本體的全部長度上加熱的加熱裝置，和使0.3～3MPa氣壓作用在所說的筒體本體內(nèi)表面上的加壓裝置。
15.一種內(nèi)面被覆筒體的制造裝置，其中具有水平地支持筒體本體并使之旋轉(zhuǎn)的筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置，向被該筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置支持的筒體本體內(nèi)供給與被覆層形成厚度相當(dāng)量的自熔合金粉末的粉末供給裝置，對(duì)被所說的筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置支持的筒體本體的全部長度加熱的加熱裝置，和使0.3～3MPa氣壓作用在所說的筒體本體內(nèi)表面上的加壓裝置，所說的筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置具有能使所說的筒體本體以筒體本體內(nèi)周面位置上產(chǎn)生10G或以上離心力的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)的構(gòu)成。
16.按照權(quán)利要求14所述的內(nèi)面被覆筒體的制造裝置，其中具有水平地支持筒體本體并使之旋轉(zhuǎn)的筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置，向被該筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置支持的筒體本體內(nèi)供給與被覆層形成厚度相當(dāng)量的自熔合金粉末的粉末供給裝置，對(duì)被所說的筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置支持的筒體本體在全部長度上加熱的加熱裝置，和使0.3～3MPa氣壓作用在所說的筒體本體內(nèi)表面上的加壓裝置，所說的筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置具有能使所說的筒體本體以筒體本體內(nèi)周面位置上產(chǎn)生20～50G離心力的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)的構(gòu)成。
17.按照權(quán)利要求13～16中任何一項(xiàng)所述的內(nèi)面被覆筒體的制造裝置，其中所說的加熱裝置具有能夠遍及筒體全長同時(shí)對(duì)所說的筒體支持旋轉(zhuǎn)裝置支持的筒體本體圓周方向的小區(qū)間進(jìn)行感應(yīng)加熱的感應(yīng)線圈。
全文摘要
提供一種在筒體本體內(nèi)周面上形成表面硬度大的自熔合金內(nèi)面被覆層的技術(shù)。在橫置筒體本體1的內(nèi)部，沿筒體軸線方向均等配置與被覆層形成厚度相當(dāng)量的自熔合金粉末，使該筒體本體1高速旋轉(zhuǎn)在內(nèi)周面上形成均一厚度粉末層后，加熱該筒體本體1以使內(nèi)部粉末加熱熔融形成金屬熔液層，然后將其冷卻凝固形成內(nèi)面被覆層。當(dāng)自熔合金熔融凝固之際，使筒體本體1的內(nèi)周面位置處于20～50G離心力作用下，金屬熔液內(nèi)低比重的硬質(zhì)陶瓷微粒反離心聚集在內(nèi)徑一側(cè)，提高內(nèi)面被覆層表面中硬質(zhì)微粒的濃度，從而使硬度增大。
文檔編號(hào)B22D13/02GK1504287SQ0310495
公開日2004年6月16日 申請(qǐng)日期2003年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月28日
發(fā)明者渡邊康男, 田邊道夫, 曾地義信, 矢田部憲志, 竹屋昭宏, 多田文明, 西馬場(chǎng)和典, 信, 和典, 夫, 宏, 憲志, 明 申請(qǐng)人:第一高周波工業(yè)株式會(huì)社