JPWO2004001089A1 - Wear resistant composite wire for arc spraying and method for producing the same - Google Patents

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Abstract

金属、セラミックス及びその組合せから成る群から選択される少なくとも一種の材料でできた粉末3が、ニッケル基合金、コバルト基合金及び鉄基合金から成る群から選択される少なくとも一種の材料でできた外皮2で被われたアーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤ1である。複合ワイヤは、このような粉末に、ボロン又はボロン化合物、シリコン又はシリコン化合物及びリン又はリン化合物から成る群から選択される少なくとも一種の材料でできた粉末を添加し、自溶性化した点に特徴を有する。A powder 3 made of at least one material selected from the group consisting of metals, ceramics and combinations thereof, and an outer skin made of at least one material selected from the group consisting of nickel-base alloys, cobalt-base alloys and iron-base alloys. 2 is a wear resistant composite wire 1 for arc spraying covered with 2. The composite wire is characterized in that powder made of at least one material selected from the group consisting of boron or a boron compound, silicon or a silicon compound and phosphorus or a phosphorus compound is added to such a powder to be self-solubilized. Have.

Description

本発明は、アーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤに関し、詳しくは、ポンプ、水車、コンプレッサーなどの回転機械の部材であって、耐サンドエロージョン性又は耐スラリーエロージョン性などが要求される羽根車、ケーシング、ブレード、軸受及びシールなどの金属部材の表面に耐摩耗性コーティングを施すために使用するのに適したアーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤ及びその製造方法、アーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤにより溶射処理された羽根車及びその羽根車を備えた流体機械に関するものである。    The present invention relates to a wear resistant composite wire for arc spraying, specifically, a pump, a turbine, a member of a rotary machine such as a compressor, which is required to have sand erosion resistance or slurry erosion resistance, a casing, Abrasion resistant composite wire for arc spraying suitable for use for applying a wear resistant coating to the surface of metal members such as blades, bearings and seals, and a method for manufacturing the same, and a sprayed wear resistant composite wire for arc spraying. The present invention relates to an impeller and a fluid machine including the impeller.

ポンプ、水車、コンプレッサーなどの回転機械では、高速、大容量化のニーズに伴い、粒子混入によるサンドエロージョン及び流水中への土砂の混入によるスラリーエロージョンなどによって金属材料の損傷が問題となる。回転機械に利用される材料には、高靭性と共に優れた耐サンドエロージョン性及び耐スラリーエロージョン性が要求されるため、金属基材に溶射技術が多用されるようになってきた。サンドエロージョンあるいはスラリーエロージョンは部位の特定な位置に部分的に発生するため、予めその損傷が起こると予測される部位にあらかじめ耐摩耗性コーティングを施工することできる。また、一定の稼動後に、サンドエロージョン又はスラリーエロージョン等で損傷した箇所にアーク溶射で補修することで、回転機械の長寿命化を図ることができる。
このようなアーク溶射処理に使用される耐摩耗材の複合ワイヤは、図1で全体が1で示されるように、管状の金属製外皮2の内部にWC又はWC等からなるセラミックスの粉体3を充填して構成されるワイヤである。かかる複合ワイヤは、一般的に、帯状の金属板を横断面が樋状又はU字状になるように湾曲させてできた凹部内にセラミックスの粉体を供給し、これを折り曲げ加工しながら内部にセラミックス粉末を巻き込ませて管状に成形し、更にそれを伸線加工することによって製造されるか、或いは、予め作製された管状体内にセラミックスの粉体を振動させながら充填し、その後伸線加工することによってされている。
かかる耐摩耗材の複合ワイヤを使用したアーク溶射法の概念図を示せば、図2のようになる。同図からわかるように、アーク溶射法は、複合ワイヤ(直径1.5〜3.2mm)1を2本一対として使用し、先端で斜めに交叉するようにして図示しない送り機構により連続的に供給すると共に、両複合ワイヤ1に所定の電圧を印加し、その先端間でアークを発生させてそれによって複合ワイヤを溶融させ、溶融された金属とセラミックス粒子をノズル5から噴出する空気ジェットで、基材Bに吹き付けて金属及びセラミックス粒子の皮膜を形成するように、行われる。このように、一対の複合ワイヤ1間でアーク放電を生じさせることにより複合ワイヤの両先端部を溶融させ、ノズル5からのキャリアガスであるエアにより溶融物を溶射領域に溶着させることで溶射領域に耐摩耗材の皮膜6を形成する。
アーク溶射においては、エアジェットで複合ワイヤの溶滴及び未溶融のセラミックス粒子を吹き飛ばす機構になっているため、セラミックスが炭化タングステンである場合、粒子径が5μm以下であると、セラミックス粒子が周辺に飛散してしまうため、炭化タングステン粒子の溶射効率が極端に小さくなって溶射皮膜層内の炭化タングステン粒子の含有率が小さくなり、所望の耐摩耗性被膜が得られない問題がある。アーク溶射における複合ワイヤに充填した硬質粒子(WC)と溶射効率との関係を図3に示す。この図からもわかるように、限られた範囲ではあるが、硬質粒子の粒径が増加すれば溶射効率が増加する。また、従来の複合ワイヤでは、比較的融点の高いNi基合金、Co基合金又はFe基合金等の金属をフープすなわち外皮の材料として用いているため、溶射層内の空隙が多くて緻密な溶射層が得られていないため、過酷なスラリーエロージョンが起こるポンプ部材に従来のアーク溶射を適用した場合、要求される耐スラリーエロージョン性が得られない問題がある。
本発明者は、上記のような従来のアーク溶射用複合ワイヤの問題点に鑑み研究を重ねた結果、複合ワイヤを構成している粉末又は外皮に特定の成分を加えることによって複合ワイヤの自溶性化が可能なことを見出し、そのような自溶性化された複合ワイヤを使用して溶射処理することによって、耐スラリーエロージョン性を向上できることを見出した。また、外皮内に充填される粉末を所望の大きさに造粒することによってもアーク溶射時における硬質粒子の飛散を抑制し、溶射効率の向上を図れることを見出した。
発 明 の 概 要
したがって、本発明の目的は、耐スラリーエロージョン性を向上できるアーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤを提供することである。
本発明の他の目的は、複合ワイヤを構成する粉末にボロン又はボロン化合物、シリコン又はシリコン化合物及びリン又はリン化合物から成る群から選択される少なくとも一種の材料でできた粉末を添加し、アーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤを自溶性化し、それによって複合ワイヤの溶射効率を増大させて耐摩耗性を向上することである。
本発明の別の目的は、複合ワイヤを構成する外皮の材料に、ボロン、シリコン及びリンから成る群から選択される少なくとも一種の元素を添加し、アーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤを自溶性化し、それによって複合ワイヤの溶射効率を増大させて耐摩耗性を向上することである。
本発明の別の目的は、外皮の中に充填される粉末を所望の大きさの粒子に造粒することによって複合ワイヤの溶射効率を増大させて耐摩耗性を向上することである。
本発明の更に別の目的は、上記のようなアーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤの製造方法、複合ワイヤを使用して溶射処理された羽根車、及びそのような羽根車を備える流体機械を提供することである。
本発明によれば、金属、セラミックス及びその組合せから成る群から選択される少なくとも一種の材料でできた粉末が、ニッケル基合金、コバルト基合金及び鉄基合金から成る群から選択される少なくとも一種の材料でできた外皮で被われたアーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤにおいて、前記粉末に、ボロン又はボロン化合物、シリコン又はシリコン化合物及びリン又はリン化合物から成る群から選択される少なくとも一種の材料でできた粉末を添加し、自溶性化したアーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤが提供される。
上記金属、セラミックス及びその組合せから成る群から選択される少なくとも一種の材料でできた粉末と、前記ボロン又はボロン化合物、シリコン又はシリコン化合物及びリン又はリン化合物から成る群から選択される少なくとも一種の材料でできた粉末とを粒径が15μmないし150μmとなるように造粒してもよい。
本願の他の発明によれば、金属、セラミックス及びその組合せから成る群から選択される少なくとも一種の材料でできた粉末が、ニッケル基合金、コバルト基合金及び鉄基合金から成る群から選択される少なくとも一種の材料でできた外皮で被われたアーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤにおいて、前記外皮の材料に、ボロン、シリコン及びリンから成る群から選択される少なくとも一種の元素を添加し、自溶性化したアーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤが提供される。
上記アーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤにおいて、セラミックスが炭化物及び酸化物のいずれかであってもよく、セラミックスがWC又はWCであってもよい。更に、WC又はWCを主成分とする粉末の一次粒子径が5μm以上、150μm以下であってもよい。
本願の別の発明によれば、ハブと、前記ハブの周りに円周方向に隔てて取り付けられた複数の翼とを備えた羽根車であって、前記羽根車の表面の少なくとも一部が、前記アーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤを用いて表面処理されている羽根車が提供される。
本願の更に別の発明によれば、ハブと、前記ハブの周りに円周方向に隔てて取り付けられた複数の翼とを備えた羽根車と、前記羽根車を回転可能に収容する室を画定するケーシングと、を備え、た流体機械であって、前記羽根車の表面の少なくとも一部及び/又は前記ケーシングの内面の少なくとも一部が、前記アーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤを用いて表面処理されている流体機械が提供される。
In rotary machines such as pumps, water wheels, and compressors, along with the need for high speed and large capacity, damage to metal materials becomes a problem due to sand erosion due to mixing of particles and slurry erosion due to mixing of earth and sand into running water. Materials used for rotary machines are required to have high toughness as well as excellent sand erosion resistance and slurry erosion resistance, so that the thermal spraying technique has been widely used for metal substrates. Since sand erosion or slurry erosion partially occurs at a specific position of the site, it is possible to previously apply the wear resistant coating to the site where the damage is expected to occur in advance. In addition, after a certain period of operation, repairing the location damaged by sand erosion or slurry erosion by arc spraying can extend the life of the rotating machine.
As shown by 1 in FIG. 1, the wear-resistant composite wire used in the arc spraying process is a ceramic powder made of WC or W 2 C inside the tubular metal outer shell 2. 3 is a wire that is filled with 3. Such a composite wire is generally manufactured by supplying ceramic powder into a concave portion formed by bending a strip-shaped metal plate so that the cross section becomes a trough shape or a U shape, and bending it to form an internal portion. It is manufactured by winding ceramic powder into a tube and forming it into a tubular shape, and then drawing it, or by filling the pre-made tubular body with ceramic powder while vibrating, and then drawing wire. Is done by.
The conceptual diagram of the arc spraying method using such a composite wire made of wear resistant material is shown in FIG. As can be seen from the figure, in the arc spraying method, two pairs of composite wires (diameter 1.5 to 3.2 mm) 1 are used, and the tips are crossed diagonally and continuously by a feed mechanism (not shown). While supplying, a predetermined voltage is applied to both composite wires 1, an arc is generated between the tips of the composite wires 1 to melt the composite wires, and the melted metal and ceramic particles are jetted from the nozzle 5 by an air jet, It is performed so that the base material B is sprayed to form a film of metal and ceramic particles. In this way, by causing an arc discharge between the pair of composite wires 1, both ends of the composite wire are melted, and the melt is welded to the sprayed area by the air, which is the carrier gas from the nozzle 5, to thereby form the sprayed area. A film 6 of wear resistant material is formed on.
Since arc spraying has a mechanism to blow off droplets of the composite wire and unmelted ceramic particles with an air jet, when the ceramic is tungsten carbide, if the particle diameter is 5 μm or less, the ceramic particles will be scattered around. Since the particles are scattered, the spraying efficiency of the tungsten carbide particles becomes extremely small, the content rate of the tungsten carbide particles in the sprayed coating layer becomes small, and there is a problem that a desired wear resistant coating cannot be obtained. FIG. 3 shows the relationship between the hard particles (W 2 C) filled in the composite wire in the arc spraying and the spraying efficiency. As can be seen from this figure, although within a limited range, the spraying efficiency increases as the particle size of the hard particles increases. Further, in the conventional composite wire, a metal having a relatively high melting point, such as a Ni-based alloy, a Co-based alloy, or an Fe-based alloy, is used as a material for the hoop, that is, the outer skin, so that there are many voids in the sprayed layer and the dense spray Since no layer is obtained, there is a problem that the required slurry erosion resistance cannot be obtained when conventional arc spraying is applied to a pump member in which severe slurry erosion occurs.
As a result of repeated studies in view of the problems of the conventional composite wire for arc spraying as described above, the present inventor has found that the self-dissolving property of the composite wire can be obtained by adding a specific component to the powder or outer shell of the composite wire. It has been found that the slurry erosion resistance can be improved by performing thermal spraying treatment using such a self-fluidizing composite wire. It has also been found that by granulating the powder filled in the outer shell to a desired size, the scattering of hard particles during arc spraying can be suppressed and the spraying efficiency can be improved.
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a wear resistant composite wire for arc spraying, which can improve slurry erosion resistance.
Another object of the present invention is to add a powder made of at least one material selected from the group consisting of boron or a boron compound, silicon or a silicon compound and phosphorus or a phosphorus compound to the powder constituting the composite wire, and arc spraying. Abrasion resistant composite wire for self-fluxing, thereby increasing the spraying efficiency of the composite wire and improving wear resistance.
Another object of the present invention is to add at least one element selected from the group consisting of boron, silicon and phosphorus to the material of the outer shell forming the composite wire to self-solubilize the wear resistant composite wire for arc spraying, Thereby, the spraying efficiency of the composite wire is increased and the wear resistance is improved.
Another object of the present invention is to increase the spraying efficiency of the composite wire and improve the wear resistance by granulating the powder filled in the outer shell into particles of a desired size.
Still another object of the present invention is to provide a method of manufacturing the wear resistant composite wire for arc spraying as described above, an impeller spray-treated using the composite wire, and a fluid machine including such an impeller. That is.
According to the present invention, a powder made of at least one material selected from the group consisting of metals, ceramics and combinations thereof comprises at least one selected from the group consisting of nickel-based alloys, cobalt-based alloys and iron-based alloys. In a wear-resistant composite wire for arc spray coating made of a material, the powder is made of at least one material selected from the group consisting of boron or a boron compound, silicon or a silicon compound and phosphorus or a phosphorus compound. Provided is a wear-resistant composite wire for arc spraying, which is made self-fluxing by adding a powder.
Powder made of at least one material selected from the group consisting of the above metals, ceramics and combinations thereof, and at least one material selected from the group consisting of the above boron or boron compound, silicon or silicon compound and phosphorus or phosphorus compound. You may granulate with the powder made in (2) so that the particle size may be 15 μm to 150 μm.
According to another invention of the present application, the powder made of at least one material selected from the group consisting of metals, ceramics and combinations thereof is selected from the group consisting of nickel-based alloys, cobalt-based alloys and iron-based alloys. A wear-resistant composite wire for arc spray coating made of at least one material, which is self-fluxable by adding at least one element selected from the group consisting of boron, silicon and phosphorus to the material of the outer coating. Abrasion resistant composite wire for arc spraying is provided.
In the wear resistant composite wire for arc spraying, the ceramic may be either a carbide or an oxide, and the ceramic may be WC or W 2 C. Furthermore, the primary particle size of the powder containing WC or W 2 C as a main component may be 5 μm or more and 150 μm or less.
According to another invention of the present application, there is provided an impeller provided with a hub and a plurality of blades circumferentially spaced around the hub, wherein at least a part of a surface of the impeller is provided. There is provided an impeller that has been surface-treated using the wear resistant composite wire for arc spraying.
According to still another invention of the present application, an impeller including a hub and a plurality of blades circumferentially spaced around the hub, and a chamber rotatably accommodating the impeller are defined. And a casing for performing at least a part of a surface of the impeller and/or at least a part of an inner surface of the casing are surface-treated with the wear resistant composite wire for arc spraying. A fluid machine is provided.

以下、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態によるアーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤ(以下単に複合ワイヤ)も、図1に示される従来の複合ワイヤ1と同様に、管状の外皮(フープ)と、その外皮内に充填されている粉末とで構成されている。本実施形態においては、外皮の材料及び/又は粉末の材料が改良されている。一つの実施形態による複合ワイヤにおいて、外皮がニッケル基合金、コバルト基合金及び鉄基合金から成る群から選択される少なくとも一種の合金材料でつくられている。外皮内に充填される粉末の材料は、金属、セラミックス及びその組合せから成る群から選択される少なくとも一種の材料でできた粉末に、ボロン(B)又はボロン化合物、シリコン(Si)又はシリコン化合物及びリン(P)又はリン化合物から成る群から選択される少なくとも一種の材料でできた粉末を添加混合してつくられている。外皮は、従来と同様に、前記合金材料製の板材又はストップ材を横断面が樋状又はU形状に形成され、その中に混合された粉末を充填した後外皮を管状に成形し、伸線して複合ワイヤにしている。本発明者は、管状の外皮内に充填される金属及び/又はセラミックス(炭化タングステン(WC、WC))の粉末に上記のような材料を添加することで複合ワイヤを低融点化、すなわち自溶性(自己溶融性)化させることが可能になり、複合ワイヤを低融点化することで、アーク溶射施工時に、セラミックス(例えばWC)等の硬質材料でできた粒子の飛散を低減させることができることを見出した。したがって、基材に溶射された皮膜層内にはそれだけ多くの耐摩耗性の硬質材料の粉末が含まれていることになる。耐摩耗性皮膜としての有効に機能することになる。複合ワイヤを自溶性化することによりすなわち融点を低くすることによりセラミックス等の硬質材料の粉末の飛散を減少させることができるのは、溶融した金属層にセラミックス等の硬質粒子が捕捉され易くなるためと思われる。
上記の場合において、セラミックスの粉末としてはWC又はWCの炭化物の粉末であっても、或いは酸化アルミニュウム(Al)、酸化ジルコニュウム(ZrO)、酸化チタン(TiO)等の酸化物の粉末であってもよい。セラミックスとしてWC又はWCを使用する場合、WC又はWCを主成分とする粉末の一次粒子径は好ましくは5μm以上で150μm以下であり、最も好ましくは5μm以上で65μm以下である。また、Al、ZrO、TiO等の酸化物の粉末の一次粒子径は好ましくは1μm以上で150μm以下であり、最も好ましくは1μm以上で50μm以下である。
更に、金属、セラミックス及びその組合せから成る群から選択される少なくとも一種の材料でできた粉末と、ボロン又はボロン化合物、シリコン又はシリコン化合物及びリン又はリン化合物から成る群から選択される少なくとも一種の材料でできた粉末とを混合してつくり、それらの粉末を、好ましくは、粒径が5μmないし150μm、最も好ましくは、5μmないし65μmとなるように造粒してもよい。造粒は公知の方法で行えばよい。
本発明の他の実施形態において、外皮の材料は、ニッケル基合金、コバルト基合金及び鉄基合金から成る群から選択される少なくとも一種に、ボロン、シリコン及びリンから成る群から選択される少なくとも一種の元素を添加してつくられている。外皮はこのような材料を使用して前記実施形態と同様にしてつくられ、その中に充填される粉末は、金属、セラミックス及びその組合せから成る群から選択される少なくとも一種の材料でできている。
本発明者は、この実施形態のように、管状の外皮の材料の中に上記のようなボロン、シリコン及びリンから成る群から選択される少なくとも一種の元素を添加することでも複合ワイヤを低融点化、すなわち自溶性(自己溶融性)化させることが可能になり、複合ワイヤを低融点化することで、アーク溶射施工時に、セラミックス(例えばWC)等の硬質材料の飛散を低減させ、溶射効率を向上させることができることを見出した。したがって、基材に溶射された皮膜層内にはそれだけ多くの耐摩耗性の硬質材料の粉末が含まれていることになる。耐摩耗性皮膜として有効に機能することになる。
上記のようにしてつくられた耐摩耗材複合ワイヤは、図2に示される公知のアーク溶射法により基材の表面に溶射され、基材に耐摩耗性の皮膜を形成する。かかる耐摩耗性の皮膜が形成される基材の例としては、ポンプ、水車、コンプレッサーなどの回転機械の部材、より具体的には、耐サンドエロージョン性又は耐スラリーエロージョン性などが要求される羽根車、ケーシング、ブレード、軸受及びシールなどがあげられる。このような基材に耐摩耗性の皮膜を形成することにより、このような基材の耐摩耗性を向上させ、そのような基材を使用した機械、例えば、ポンプ、水車、コンプレッサー等の寿命を延ばすことが可能になる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
Similarly to the conventional composite wire 1 shown in FIG. 1, the wear resistant composite wire for arc spraying according to the present embodiment (hereinafter simply referred to as composite wire) also has a tubular outer skin (hoop) and powder filled in the outer skin. It consists of and. In the present embodiment, the material of the outer skin and/or the material of the powder is improved. In a composite wire according to one embodiment, the outer skin is made of at least one alloy material selected from the group consisting of nickel-based alloys, cobalt-based alloys and iron-based alloys. The material of the powder filled in the outer shell is a powder made of at least one material selected from the group consisting of metals, ceramics and combinations thereof, boron (B) or a boron compound, silicon (Si) or a silicon compound, and It is made by adding and mixing powders made of at least one material selected from the group consisting of phosphorus (P) and phosphorus compounds. As in the conventional case, the outer shell is formed by forming a plate material or a stop material made of the alloy material into a gutter-shaped or U-shaped cross section, and filling the mixed powder therein, and then forming the outer shell into a tubular shape and drawing a wire. Then it is made into a composite wire. The present inventor reduces the melting point of the composite wire by adding the above-mentioned materials to the powder of metal and/or ceramics (tungsten carbide (WC, W 2 C)) filled in the tubular outer skin, that is, It becomes possible to be self-fluxing (self-melting), and by lowering the melting point of the composite wire, scattering of particles made of a hard material such as ceramics (for example, W 2 C) is reduced during arc spraying. I found that I can. Therefore, a large amount of wear-resistant hard material powder is contained in the coating layer sprayed on the substrate. It will effectively function as an abrasion resistant film. By making the composite wire self-fluxing, that is, by lowering the melting point, it is possible to reduce the scattering of powder of hard material such as ceramics because hard particles such as ceramics are easily trapped in the molten metal layer. I think that the.
In the above case, the ceramic powder may be WC or W 2 C carbide powder, or may be an oxide of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), or the like. It may be a powder of the product. When WC or W 2 C is used as the ceramic, the primary particle diameter of the powder containing WC or W 2 C as a main component is preferably 5 μm or more and 150 μm or less, and most preferably 5 μm or more and 65 μm or less. The primary particle size of the oxide powder of Al 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 or the like is preferably 1 μm or more and 150 μm or less, and most preferably 1 μm or more and 50 μm or less.
Further, a powder made of at least one material selected from the group consisting of metals, ceramics and combinations thereof, and at least one material selected from the group consisting of boron or boron compounds, silicon or silicon compounds and phosphorus or phosphorus compounds. It may be prepared by mixing with the powder prepared in (1) and granulated to have a particle size of preferably 5 μm to 150 μm, most preferably 5 μm to 65 μm. Granulation may be performed by a known method.
In another embodiment of the present invention, the material of the skin is at least one selected from the group consisting of nickel-based alloys, cobalt-based alloys and iron-based alloys, and at least one selected from the group consisting of boron, silicon and phosphorus. It is made by adding the element of. The outer skin is made in the same manner as in the above embodiment using such a material, and the powder filled therein is made of at least one material selected from the group consisting of metals, ceramics and combinations thereof. ..
The present inventor also added a low melting point to the composite wire by adding at least one element selected from the group consisting of boron, silicon and phosphorus as described above into the material of the tubular outer shell as in this embodiment. In other words, it becomes possible to make the composite wire self-melting (self-melting), and by lowering the melting point of the composite wire, scattering of hard materials such as ceramics (for example, W 2 C) is reduced during arc spraying, It has been found that the spraying efficiency can be improved. Therefore, a large amount of wear-resistant hard material powder is contained in the coating layer sprayed on the substrate. It will effectively function as an abrasion resistant film.
The wear resistant composite wire produced as described above is sprayed on the surface of the base material by the known arc spraying method shown in FIG. 2 to form a wear resistant film on the base material. Examples of the base material on which such an abrasion resistant film is formed include members of rotary machines such as pumps, turbines, and compressors, and more specifically, blades that require sand erosion resistance or slurry erosion resistance. Examples include cars, casings, blades, bearings and seals. By forming a wear resistant film on such a base material, the wear resistance of such a base material is improved, and the life of a machine using such a base material, for example, a pump, a turbine, a compressor, etc. Can be extended.

外皮をNiCr合金で前述のようにつくり、充填粉末(外皮内に充填される粉末)として、WCから成る硬質粒子の粉末(粒径44μmないし65μm)に、NiB合金の粉末(粒径44μmないし65μm)及びFeSiの粉末(粒径44μmないし65μm)を、WCが55重量%、NiBが20重量%及びFeSiが25重量%になるように添加混合して複合ワイヤをつくった。これにより複合ワイヤは全体的として自溶性化(低融点化)させることが可能になる。このようにしてつくられた複合ワイヤの化学組成は表1の実施例1に掲げる通りである。発明者らは、WC硬質粒子から構成される粉末にNiB化合物粉末及びFeSi化合物粉末を添加して、前記複合ワイヤを自溶性合金化すると、溶射層自体が高硬度化することを見出した。Ni基合金からなる複合ワイヤにボロン(B)及びシリコン(Si)を添加することで溶射層である皮膜内に硬質粒子であるWC粒子を効率よく分散させることが可能となり、合金のマトリックス相自体が高硬度化するため、被膜内の気孔率が小さくなって緻密性が向上し、高品質で、耐摩耗性等に優れた被膜を形成することが可能になるのである。
この実施例1の複合ワイヤをアーク溶射法により基材の表面に溶着させた耐摩耗材の皮膜の断面の状態及びビッカース硬度の測定結果を従来の複合ワイヤの皮膜のそれと比較して示すと、図4に示されるようになる。断面を示す電子顕微鏡写真からも明らかなように、従来例の溶射層断面は、比較的大きな空隙(黒くなっている部分)が多く、幾つかの溶着金属が重なり合った多層状の組織になっている。一方、本発明の溶射層断面は、空隙が少なくまた境界層も少なく、緻密な溶射層になっている。ボロン及びシリコンを添加したことで、ビッカース硬度が向上することも分かる。

Figure 2004001089
The outer shell is made of NiCr alloy as described above, and as the filling powder (powder to be filled in the outer shell), powder of hard particles of W 2 C (particle diameter 44 μm to 65 μm) and NiB alloy powder (particle diameter 44 μm) are used. To 65 μm) and FeSi powder (particle size 44 μm to 65 μm) were added and mixed so that W 2 C was 55% by weight, NiB was 20% by weight and FeSi was 25% by weight to form a composite wire. As a result, the composite wire as a whole can be made self-fluxable (lower in melting point). The chemical composition of the composite wire thus produced is as listed in Example 1 of Table 1. The inventors have found that when a NiB compound powder and a FeSi compound powder are added to a powder composed of W 2 C hard particles to form a self-fluxing alloy of the composite wire, the sprayed layer itself has high hardness. .. By adding boron (B) and silicon (Si) to a composite wire made of a Ni-based alloy, W 2 C particles that are hard particles can be efficiently dispersed in a coating film that is a sprayed layer, and an alloy matrix. Since the phase itself has a high hardness, the porosity in the coating is reduced, the denseness is improved, and it becomes possible to form a coating of high quality and excellent in abrasion resistance and the like.
The cross-sectional state and Vickers hardness measurement results of the coating of the wear-resistant material obtained by depositing the composite wire of Example 1 on the surface of the base material by the arc spraying method are shown in comparison with those of the coating of the conventional composite wire. As shown in 4. As is clear from the electron micrograph showing the cross section, the cross section of the sprayed layer of the conventional example has many relatively large voids (blackened portions) and has a multi-layered structure in which several deposited metals overlap each other. There is. On the other hand, the cross section of the sprayed layer of the present invention is a dense sprayed layer with few voids and few boundary layers. It can also be seen that the Vickers hardness is improved by adding boron and silicon.
Figure 2004001089

外皮をNiCr合金で前述と同様につくり、充填粉末として、WCから成る硬質粒子の粉末(粒径1μmないし5μm)、炭化クロムCrC(粒径1μmないし5μm)の粉末及びNiの粉末(粒径1μmないし5μm)を、重量比で1:20:7の割合で混合し、その粉末を公知の方法で造粒した。造粒した粒子の粒径は平均65μmであった。この造粒粉を使用して前述と同様な方法で複合ワイヤをつくった。このようにしてつくられた複合ワイヤの化学組成は表1の実施例2に掲げる通りである。
この実施例2の複合ワイヤでは外皮内に充填される充填粉末を造粒して所望の大きさの粒状体としたので、アーク溶射時における硬質粒子の飛散を抑制できて、溶射効率を向上させることが可能である。また、被膜内の気孔率が小さくなって緻密性が向上し、高品質で、耐摩耗性に優れた被膜を形成することが可能になる。
The outer shell is made of NiCr alloy in the same manner as described above, and hard particles of WC (particle size 1 μm to 5 μm), chromium carbide CrC (particle size 1 μm to 5 μm) powder and Ni powder (particle size 1 μm) are used as filling powder. To 5 μm) were mixed in a weight ratio of 1:20:7, and the powder was granulated by a known method. The average particle size of the granulated particles was 65 μm. Using this granulated powder, a composite wire was prepared in the same manner as described above. The chemical composition of the composite wire thus produced is as set forth in Example 2 of Table 1.
In the composite wire of this Example 2, since the filling powder filled in the outer shell was granulated to form a granular body having a desired size, it is possible to suppress the scattering of hard particles during arc spraying and improve the spraying efficiency. It is possible. Further, the porosity in the coating is reduced to improve the denseness, and it becomes possible to form a coating of high quality and excellent in abrasion resistance.

外皮をNiCr合金で前述と同様につくり、充填粉末として、炭化クロムCrC(粒径1μmないし5μm)の粉末及びCoの粉末(粒径1μmないし5μm)を、表1の実施例3に示される組成になるように調整して混合し、その混合粉末を公知の方法で造粒した。造粒した粒子の粒径は平均65μmであった。そして、この造粒粉を使用して前述と同様に複合ワイヤをつくった。このようにしてつくられた複合ワイヤの化学組成は表1の実施例3に掲げる通りである。
この実施例3の複合ワイヤでも前記実施例2と同様に、充填粉末を造粒して所望の大きさの粒状体としたので、アーク溶射時における硬質粒子の飛散を抑制できて、溶射効率を向上させることが可能である。また、被膜内の気孔率が小さくなって緻密性が向上し、高品質で、耐摩耗性に優れた被膜を形成することが可能になる。
The outer skin was made of NiCr alloy in the same manner as described above, and as the filling powder, the powder of chromium carbide CrC (particle size 1 μm to 5 μm) and the powder of Co (particle size 1 μm to 5 μm) were used, and the composition shown in Example 3 of Table 1 was used. The mixed powder was adjusted so that The average particle size of the granulated particles was 65 μm. Then, using this granulated powder, a composite wire was prepared in the same manner as described above. The chemical composition of the composite wire thus produced is as listed in Example 3 in Table 1.
In the composite wire of this Example 3 as well, as in the case of Example 2, the filling powder was granulated into a granular material having a desired size, so that the scattering of hard particles during arc spraying can be suppressed and the spraying efficiency can be improved. It is possible to improve. In addition, the porosity in the coating is reduced, the denseness is improved, and it becomes possible to form a coating of high quality and excellent in abrasion resistance.

外皮をステンレス(SUS304)で前述と同様につくり、充填粉末として、WCから成る硬質粒子の粉末(粒径1μmないし5μm)、炭化チタン(TiC)の粉末(粒径1μmないし5μm)、NiB合金の粉末(粒径44μmないし65μm)及びFeSiの粉末(粒径44μmないし65μm)を、表1の実施例4に示される組成になるように調整して混合して複合ワイヤをつくった。これにより複合ワイヤは、実施例1と同様に全体的として自溶性化(低融点化)させることが可能になる。このようにしてつくられた複合ワイヤの化学組成は表1の実施例4に掲げる通りである。
この実施例4の複合ワイヤでもボロン(B)及びシリコン(Si)が添加されることで、実施例1の複合ワイヤと同様に、溶射層である被膜内に硬質粒子であるWC粒子を効率よく分散させることが可能となり、合金のマトリックス相自体が高硬度化するため、被膜内の気孔率が小さくなって緻密性が向上し、高品質で、耐摩耗性等に優れた被膜を形成することが可能になるのである。
The outer shell is made of stainless steel (SUS304) in the same manner as described above, and as filling powder, hard particles of WC (particle size 1 μm to 5 μm), titanium carbide (TiC) powder (particle size 1 μm to 5 μm), and NiB alloy The powder (particle size 44 μm to 65 μm) and the FeSi powder (particle size 44 μm to 65 μm) were adjusted to have the composition shown in Example 4 of Table 1 and mixed to form a composite wire. As a result, the composite wire as a whole can be self-fluxing (lowering the melting point) as in the first embodiment. The chemical composition of the composite wire thus produced is as set forth in Example 4 of Table 1.
By adding boron (B) and silicon (Si) also to the composite wire of this Example 4, the WC particles, which are hard particles, can be efficiently provided in the coating film that is the sprayed layer, similarly to the composite wire of Example 1. Since it becomes possible to disperse and the matrix phase of the alloy itself becomes harder, the porosity in the coating becomes smaller and the denseness is improved, and a coating of high quality and excellent in abrasion resistance etc. is formed. Will be possible.

外皮をNiCr合金で前述と同様につくり、粉末として、WCから成る硬質粒子の粉末(粒径44μmないし65μm)、Coの粉末(粒径44μmないし65μm)、Crの粉末(粒径44μmないし65μm)、NiB合金の粉末(粒径44μmないし65μm)及びFeSiの粉末(粒径44μmないし65μm)を、表1の実施例5に示される組成になるように調整して混合して複合ワイヤをつくった。これにより複合ワイヤは、実施例1と同様に全体的として自溶性化(低融点化)させることが可能になる。このようにしてつくられた複合ワイヤの化学組成は表1の実施例5に掲げる通りである。
この実施例5の複合ワイヤでも、Ni基合金から成る複合ワイヤにボロン(B)及びシリコン(Si)が添加されることで、実施例1の複合ワイヤと同様に、溶射層である被膜内に硬質粒子であるWC粒子を効率よく分散させることが可能となり、合金のマトリックス相自体が高硬度化するため、被膜内の気孔率が小さくなって緻密性が向上し、高品質で、耐摩耗性等に優れた被膜を形成することが可能になるのである。
The outer skin is made of NiCr alloy in the same manner as described above, and as powders, hard particles of WC (particle size 44 μm to 65 μm), Co powder (particle size 44 μm to 65 μm), Cr powder (particle size 44 μm to 65 μm) , NiB alloy powder (particle size 44 μm to 65 μm) and FeSi powder (particle size 44 μm to 65 μm) were adjusted to have the composition shown in Example 5 of Table 1 and mixed to form a composite wire. . As a result, the composite wire as a whole can be self-fluxing (lowering the melting point) as in the first embodiment. The chemical composition of the composite wire thus produced is as listed in Example 5 in Table 1.
Also in the composite wire of Example 5, by adding boron (B) and silicon (Si) to the composite wire made of the Ni-based alloy, as in the composite wire of Example 1, in the coating film which is the sprayed layer. WC particles, which are hard particles, can be efficiently dispersed and the matrix phase of the alloy itself becomes harder, which reduces the porosity in the coating and improves the compactness, resulting in high quality and wear resistance. Thus, it becomes possible to form a film excellent in the above.

外皮をNiCr合金で前述のようにつくり、粉末として、CrCから成る粉末の造粒粉(粒径15μmないし125μm)に、NiB合金の粉末(粒径44μmないし65μm)及びFeSiの粉末(粒径44μmないし65μm)を、表1の実施例6に示される組成になるように調整して混合し、その混合した粉末を公知の方法で造粒した。その混合粉末を公知の方法で造粒した。造粒した粒子の粒径は平均65μmであった。そして、この造粒粉を使用して前述と同様に複合ワイヤをつくった。これにより複合ワイヤは、実施例1と同様に全体的として自溶性化(低融点化)させることが可能になる。このようにしてつくられた複合ワイヤの化学組成は表1の実施例6に掲げる通りである。
この実施例6の複合ワイヤでも、Ni基合金から成る複合ワイヤにボロン(B)及びシリコン(Si)が添加されることで、実施例1の複合ワイヤと同様に、溶射層である被膜内にCrC粒子を効率よく分散させることが可能となり、耐摩耗性等に優れた被膜を形成することが可能になる。しかも、充填粉末が造粒されているため溶射効率を向上させることが可能である。
なお、上記実施例ではセラミックスの粉末にB、Si等の添加物を添加する方法としてNiB、FeSi等の粉末を加えて混合する場合に付いて説明したが、湿式メッキの手法で添加することも可能である。例えば、WC又はWCなどの硬質粒子をB及びSiを含むメッキ液中で無電解メッキする方法、或いは外皮、フープを連続的にB及びSiを含むメッキ中で無電解或いは電解メッキすることも有効な方法である。更に、上記湿式メッキ法の他に、セラミックスの粉末或いは外皮の外面にB及び/又はSiを蒸着させる物理蒸着法或いは化学気相法も有効である。
The outer shell is made of NiCr alloy as described above, and as powder, granulated powder of CrC (particle size 15 μm to 125 μm), NiB alloy powder (particle size 44 μm to 65 μm) and FeSi powder (particle size 44 μm) are used. To 65 μm) were mixed and adjusted to have the composition shown in Example 6 of Table 1, and the mixed powder was granulated by a known method. The mixed powder was granulated by a known method. The average particle size of the granulated particles was 65 μm. Then, using this granulated powder, a composite wire was prepared in the same manner as described above. As a result, the composite wire as a whole can be self-fluxing (lowering the melting point) as in the first embodiment. The chemical composition of the composite wire thus produced is as set forth in Example 6 of Table 1.
Also in the composite wire of Example 6, by adding boron (B) and silicon (Si) to the composite wire made of the Ni-based alloy, as in the composite wire of Example 1, in the coating film which is the sprayed layer. It becomes possible to disperse CrC particles efficiently, and it becomes possible to form a film having excellent wear resistance and the like. Moreover, since the filling powder is granulated, it is possible to improve the thermal spraying efficiency.
In the above examples, the method of adding the additives such as B and Si to the ceramic powder has been described with respect to the case where the powders such as NiB and FeSi are added and mixed, but it is also possible to add them by the wet plating method. It is possible. For example, a method of electrolessly plating hard particles such as WC or W 2 C in a plating solution containing B and Si, or electroless or electrolytic plating of an outer skin and a hoop in a plating solution containing B and Si continuously. That is also an effective method. In addition to the wet plating method, a physical vapor deposition method or a chemical vapor deposition method in which B and/or Si is vapor-deposited on the ceramic powder or the outer surface of the outer cover is also effective.

外皮の材料として、表1の実施例7に示される組成になるように調整して混合したものを使用した。このような材料で外皮を前記実施例と同様につくり、中にWCの粉末(粒径44μmないし65μm)を充填して複合ワイヤにした。
この実施例7の複合ワイヤでは外皮の材質自体にB及びSiを添加することで外皮を低融点化し、それによって複合ワイヤ全体として自溶性化している。したがって、この実施例の複合ワイヤでも実施例1の複合ワイヤと同じ効果を奏することが可能になる。この実施例の場合外皮自体にB、Si等と混入させてあるため、管状の外皮内に入れる粉末にこれらの材料を入れる必要がなくなり、その分複合ワイヤ単位長さ当たりのWC、WC等のセラミックスの含有量を多くでき、セラミックスの溶射効率を向上させることができる。
As a material for the outer skin, a material prepared by mixing so as to have a composition shown in Example 7 of Table 1 was used. An outer coat was made of such a material as in the above-mentioned example, and W 2 C powder (particle size 44 μm to 65 μm) was filled therein to form a composite wire.
In the composite wire of Example 7, B and Si are added to the material of the outer cover to lower the melting point of the outer cover, thereby making the entire composite wire self-fluxing. Therefore, the composite wire of this embodiment can achieve the same effect as the composite wire of the first embodiment. In the case of this embodiment, since B, Si, etc. are mixed in the outer shell itself, it is not necessary to add these materials to the powder to be put in the tubular outer shell, and accordingly, WC, W 2 C per unit length of the composite wire It is possible to increase the content of ceramics such as, and improve the thermal spraying efficiency of ceramics.

外皮の材料として、表1の実施例8に示される組成になるように調整して混合したものを使用した。このような材料で外皮を前記実施例と同様につくり、中にWCの粉末(粒径44μmないし65μm)を充填して複合ワイヤにした。
この実施例8の複合ワイヤでも実施例7と同様に外皮の材質自体にB及びSiを添加することで外皮を低融点化し、それによって複合ワイヤ全体として自溶性化しているが、外皮がCo基自溶性合金である点で実施例7とは異なる。この実施例の複合ワイヤでも実施例1の複合ワイヤと同じ効果を奏することが可能になる。この実施例の場合外皮自体にB、Si等と混入させてあるため、管状の外皮内に入れる粉末にこれらの材料を入れる必要がなくなり、その分複合ワイヤ単位長さ当たりのWC、WC等のセラミックスの含有量を多くでき、セラミックスの溶射効率を向上させることができる。
As a material for the outer skin, a material prepared by mixing so as to have the composition shown in Example 8 of Table 1 was used. An outer coat was made of such a material as in the above-mentioned example, and W 2 C powder (particle size 44 μm to 65 μm) was filled therein to form a composite wire.
In the composite wire of this Example 8 as well as in Example 7, by adding B and Si to the material itself of the shell, the melting point of the shell is lowered and the composite wire as a whole is self-fluxing. It differs from Example 7 in that it is a self-fluxing alloy. The composite wire of this embodiment can also achieve the same effect as the composite wire of the first embodiment. In the case of this embodiment, since B, Si, etc. are mixed in the outer shell itself, it is not necessary to add these materials to the powder to be put in the tubular outer shell, and accordingly, WC, W 2 C per unit length of the composite wire It is possible to increase the content of ceramics such as, and improve the thermal spraying efficiency of ceramics.

外皮をNi基合金で、前述のようにつくり、充填粉末(外皮内に充填される粉末)として、WCからなる硬質粒子の粉末(粒径44μmないし65μm)に、BC粉末の粉末およびFeSiの粉末を添加して複合ワイヤを作製した。これにより複合ワイヤは全体として自溶性化(低融点化)させることが可能となる。このようにして作製した複合ワイヤの化学組成は表1の実施例9の通りである。発明者らは、WC硬質粒子から構成される粉末にBC化合物粉末およびFeSi化合物粉末を添加して、前記複合ワイヤを自溶性合金化すると、溶射層自体が高硬度化することを見出した。Ni基合金からなる複合ワイヤにボロンおよびシリコンを添加することで溶射層内に硬質粒子であるWCを効率良く分散させることが可能となり、合金のマトリックス相自体が高硬度化するため、被膜内の気孔率が小さくなり緻密性が向上し、耐摩耗性に優れた被膜を形成することが可能となる。The outer coat is made of a Ni-based alloy as described above, and hard powder of W 2 C (particle size 44 μm to 65 μm), BC powder and FeSi are used as filling powder (powder to be filled in the outer coat). Was added to prepare a composite wire. As a result, the composite wire as a whole can be made self-fluxing (having a low melting point). The chemical composition of the composite wire thus produced is as in Example 9 of Table 1. The inventors have found that when a BC compound powder and a FeSi compound powder are added to a powder composed of W 2 C hard particles to make the composite wire a self-fluxing alloy, the sprayed layer itself has a high hardness. .. By adding boron and silicon to a composite wire made of a Ni-based alloy, it becomes possible to efficiently disperse W 2 C, which is hard particles, in the sprayed layer, and the matrix phase of the alloy itself has a high hardness. The internal porosity is reduced, the denseness is improved, and it becomes possible to form a coating having excellent wear resistance.

外皮をCo基合金で、前述のようにつくり、充填粉末(外皮内に充填される粉末)として、WCからなる硬質粒子の粉末(粒径44μmないし65μm)に、BC粉末の粉末およびFeSiの粉末を添加して複合ワイヤを作製した。これにより複合ワイヤは全体として自溶性化(低融点化)させることが可能となる。このようにして作製した複合ワイヤの化学組成は表1の実施例9の通りである。発明者らは、WC硬質粒子から構成される粉末にBC化合物粉末およびFeSi化合物粉末を添加して、前記複合ワイヤを自溶性合金化すると、溶射層自体が高硬度化することを見出した。Co基合金からなる複合ワイヤにボロンおよびシリコンを添加することで溶射層内に硬質粒子であるWCを効率良く分散させることが可能となり、合金のマトリックス相自体が高硬度化するため、被膜内の気孔率が小さくなり緻密性が向上し、耐摩耗性に優れた被膜を形成することが可能となる。
[効果確認試験]
発明者らは、基材及び各種アーク溶射材における耐スラリーエロージョン性を調べるため、清水中にSiOを主成分とした砂を混入させたスラリーエロージョン試験を実施した。実験条件は、砂の平均粒子径が5μm、砂の濃度が1kg/m、砂の衝突角度が15°以下、砂の相対衝突速度が55m/sで行った。基材及び各種アーク溶射材におけるビッカース硬さとスラリーエロージョン損傷速度との関係を図5に示す。ビッカース硬さが増すほど耐スラリーエロージョン性が向上することが分かる。従来のWC硬質粒子含有Ni基合金と比較すると、本発明の実施例7のWC硬質粒子含有Ni基自溶性合金(外皮自体が自溶性合金になっている場合)は、ビッカース硬さが増し、耐スラリーエロージョン性が向上することが分かる。また、一般に溶射層の硬質粒子径は、河川水中に含まれる砂の粒子径と同等であることが望ましい。一方、アーク溶射においては、空気ジェットで複合ワイヤの溶滴及び未溶融のセラミックス粒子を吹き飛ばす機構になっているので、セラミックス粒子径が150μm以下であると、セラミックス粒子が周辺に飛散するため、溶射層内のセラミックス粒子の溶射効率が低くなる。また、複合ワイヤに充填する炭化物、例えば、WC、WCなどの硬質粒子径を5μm以下とすると、溶射効率が極端に小さくなることは前項で述べた。更に、炭化物などの粒子径を小さくすると、アーク溶射施工時に炭化物粒子自体が高温酸化する。一方、発明者らは、空気ジェットでなく、還元性ガスあるいは窒素あるいは不活性ガスを用いたジェットで複合ワイヤの溶滴及び未溶融のセラミックス粒子を吹き飛ばす機構にすれば、炭化物の粒子径を5μm以下でも溶射時に酸化することを防止できるものと考えている。通常の空気ジェットを用いたアーク溶射に用いるWC、WCなどの炭化物の粒子径は、5μm以上、150μm以下であることが望ましい。
前記セラミックス粒子径が150μm以下であると、セラミックス粒子が周辺に飛散するため、溶射層内のセラミックス粒子の溶射効率が低くなり、所望の耐摩耗性被膜が得られないことを既に述べた。本発明の自溶性合金化による手法を用いても、硬質粒子径が数十μm程度の場合、溶射効率が低くなるので、金属又は合金或いは自溶性合金となる粉末などので造粒化することで、溶射効率を高めることが可能である。本発明の自溶性合金による低融点化、更に造粒化による2次粒子径を40μm以上とすることが望ましい。但し、酸化物粒子径は、アーク溶射時における酸化物の変置が起こらないので、粒子径を河川水の砂の粒子径に合わせた粒子で施工することが望ましい。
種々のアーク溶射条件で、作製した複合ワイヤについて、荒田式溶射皮膜評価試験によるブラストエロージョン試験を下記の条件で行った。得られた各種アーク溶射材の耐摩耗性を調べた結果を図6に示す。従来の複合ワイヤでは、溶射施工条件によって、耐摩耗性が大きく影響することが分かる。本発明の複合ワイヤでは、溶射施工時におけるエアー圧力の条件を変えても、ほぼ一定の良好な耐摩耗性を示すことが分かる。ポンプなどの羽根車への適用を考えた場合、複雑形状の対象物でもほほ一定の耐摩耗性を示すことは実用上、有効な効果でもある。
荒田式溶射皮膜評価試験によるブラストエロージョン試験条件
噴射剤 :Al(粒度:60Mesh)
噴射角度 :30°
噴射距離 :90mm
噴射圧力B :3.1kg/cm
噴射ノズル :φ5.2mm
上記のようにしてつくられたアーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤは、アーク溶射法により基材の表面に溶射され、基材に耐摩耗性の皮膜を形成する。かかる耐摩耗性の皮膜が形成される基材の例としては、ポンプ、水車、コンプレッサーなどの回転機械の部材、より具体的には、耐サンドエロージョン性又は耐スラリーエロージョン性などが要求される羽根車、ケーシング、ブレード、軸受及びシールなどがあげられる。このような基材に耐摩耗性の皮膜を形成することにより、このような基材の耐摩耗性を向上させ、そのような基材を使用した機械、例えば、ポンプ、水車、コンプレッサー等の寿命を延ばすことが可能になる。
より具体的には、図7に示されるように、羽根車30は、回転軸を受ける軸穴31が形成されたハブ32と、そのハブ32から半径方向外側に放射上に広がる円板状の主板33と、主板33から軸方向(図7において上下方向)に隔てられた環状の側板34と、主板33と側板34との間において円周方向(軸穴の軸線O−O回りの円周方向)に等間隔に隔てて配置され所望の曲面に沿って湾曲して側板及び主板と一体的に形成された複数の翼35とで構成されていて、主板33、側板34及び翼35により流体の流れる流路36を画定している。流路36の半径方向内側の部分37が入口部となり、半径方向外側の部分38が出口部となる。また、環状の側板34は、円周方向内側の軸方向に伸びる部分34aと、半径方向外側に伸びる部分34bとを有し、軸方向伸長部分34aによって羽根車30の入口39を画定している。このような羽根車30を回転させて流体を送り出す場合、例えば、羽根車を土砂を含む水中で回転させると、水中の土砂の粒子が羽根車30の表面、特に羽根車30内の流路36を画定する主板33の内面41、側板34の内面42及び翼35の両面、すなわち圧力面43、負圧面44に当たってこれを擦り、それらの表面が摩擦により極端に摩耗することになる。
そこで、羽根車30の上記流路36を画成する内面41及び42、圧力面43及び負圧面44、入口39の内面45、側板34の外側面46及び主板33の裏面47のうち所望する面、例えば、流路を画成する内面41、42、圧力面43及び負圧面44に、上記アーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤを用いて表面処理を施し被膜を形成する。
上記のようにアーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤを用いて表面処理された本発明の羽根車30は、水車或いはポンプのような流体機械に使用される。図8において、このような流体機械の一例として立形ポンプ50が断面で示されている。同図において、ポンプ50は、本発明による羽根車30を収容するポンプ室52を画成するケーシング51と、軸線を鉛直にして配置されていて下端に羽根車30が固定された主軸57と、ケーシングの上方に取り付けられたていて主軸57をケーシングに関して回転自在に支持する主軸受け58と、ケーシング51と主軸57との間からの流体の漏れを防止するシール装置59と、を備えている。ケーシング51は管状の支持台60の上に公知の方法で固定されている。ケーシング51は、上側の円盤状の端板53と、渦巻き状の出口室55を画成するケーシング本体54と、管状のカバー56とを備えている。カバー56の下端には筒状の吸出し管61が接続されている。
上記ポンプにおいて、主軸37を回転させることによってその下端に固定された羽根車30を回転させると、流体が吸出し管61内で矢印Xで示されるように羽根車の入口39に吸い込まれ、羽根車30の流路36を通って出口38側から半径方向に押し出され、出口室55内に流入する。出口室内の流体は、図示しない出口から吐き出される。なお、ケーシングの内面の少なくとも一部をアーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤを用いて表面処理してもよい。
The outer coat is made of a Co-based alloy as described above, and as the filling powder (the powder to be filled in the outer coat), the hard particles of W 2 C (the particle size is 44 μm to 65 μm), the BC powder and the FeSi are used. Was added to prepare a composite wire. As a result, the composite wire as a whole can be made self-fluxing (having a low melting point). The chemical composition of the composite wire thus produced is as in Example 9 of Table 1. The inventors have found that when a BC compound powder and a FeSi compound powder are added to a powder composed of W 2 C hard particles to make the composite wire a self-fluxing alloy, the sprayed layer itself has a high hardness. .. By adding boron and silicon to a composite wire made of a Co-based alloy, W 2 C, which is hard particles, can be efficiently dispersed in the sprayed layer, and the matrix phase of the alloy itself has a high hardness. The internal porosity is reduced, the denseness is improved, and it becomes possible to form a coating having excellent wear resistance.
[Effect confirmation test]
The inventors carried out a slurry erosion test in which sand containing SiO 2 as a main component was mixed in clear water in order to investigate the slurry erosion resistance of the base material and various arc sprayed materials. The experimental conditions were such that the average particle diameter of sand was 5 μm, the concentration of sand was 1 kg/m 2 , the collision angle of sand was 15° or less, and the relative collision velocity of sand was 55 m/s. The relationship between the Vickers hardness and the slurry erosion damage rate in the base material and various arc sprayed materials is shown in FIG. It can be seen that the slurry erosion resistance improves as the Vickers hardness increases. Compared with a conventional W 2 C hard particle-containing Ni-based alloy, the W 2 C hard particle-containing Ni-based self-fluxing alloy (when the outer shell itself is a self-fluxing alloy) of Example 7 of the present invention is Vickers hard. It can be seen that the slurry erosion resistance is improved. In general, it is desirable that the hard particle diameter of the sprayed layer be equal to the particle diameter of sand contained in river water. On the other hand, in the arc spraying, since the mechanism is such that the droplets of the composite wire and the unmelted ceramic particles are blown off by the air jet, if the ceramic particle diameter is 150 μm or less, the ceramic particles scatter to the periphery, so The thermal spraying efficiency of the ceramic particles in the layer becomes low. Further, as described above, the thermal spraying efficiency becomes extremely small when the diameter of hard particles such as WC and W 2 C that are filled in the composite wire is 5 μm or less. Furthermore, if the particle size of carbides and the like is reduced, the carbide particles themselves oxidize at high temperature during arc spraying. On the other hand, the present inventors have proposed a mechanism in which the droplets of the composite wire and the unmelted ceramic particles are blown off by a jet using a reducing gas, nitrogen, or an inert gas instead of an air jet, and the particle diameter of the carbide is 5 μm. It is believed that even the following can prevent oxidation during thermal spraying. The particle size of carbides such as WC and W 2 C used for arc spraying using an ordinary air jet is preferably 5 μm or more and 150 μm or less.
It has already been described that when the diameter of the ceramic particles is 150 μm or less, the ceramic particles scatter to the periphery, so that the thermal spraying efficiency of the ceramic particles in the thermal spray layer becomes low and a desired abrasion resistant coating cannot be obtained. Even if the self-fluxing alloying method of the present invention is used, if the hard particle size is about several tens of μm, the thermal spraying efficiency will be low, so it is possible to granulate with a powder such as a metal or an alloy or a self-fluxing alloy. It is possible to improve the thermal spraying efficiency. It is desirable that the melting point of the self-fluxing alloy of the present invention is lowered and the secondary particle diameter is 40 μm or more by granulation. However, the oxide particle size is preferably such that the particle size is adjusted to the particle size of the sand of the river water, since the displacement of the oxide does not occur during arc spraying.
The blast erosion test by the Arata type thermal spray coating evaluation test was performed on the composite wires produced under various arc thermal spraying conditions under the following conditions. The results of examining the wear resistance of the various arc-sprayed materials obtained are shown in FIG. It can be seen that in the conventional composite wire, the wear resistance has a great influence depending on the spraying condition. It can be seen that the composite wire of the present invention exhibits substantially constant and good wear resistance even if the air pressure condition during spraying is changed. In consideration of application to an impeller such as a pump, it is a practically effective effect that even an object having a complicated shape exhibits a certain degree of wear resistance.
Blast erosion test conditions by Arata type thermal spray coating evaluation test propellant: Al 2 O 3 (particle size: 60 Mesh)
Injection angle: 30°
Injection distance: 90mm
Injection pressure B: 3.1 kg/cm 2
Injection nozzle: φ5.2mm
The wear resistant composite wire for arc spraying produced as described above is sprayed on the surface of the base material by the arc spraying method to form a wear resistant film on the base material. Examples of the base material on which such an abrasion resistant film is formed are members of rotary machines such as pumps, turbines and compressors, and more specifically, blades that require sand erosion resistance or slurry erosion resistance. Examples include cars, casings, blades, bearings and seals. By forming a wear-resistant film on such a base material, the wear resistance of such a base material is improved, and the life of a machine using such a base material, for example, a pump, a water turbine, a compressor, or the like. Can be extended.
More specifically, as shown in FIG. 7, the impeller 30 includes a hub 32 in which a shaft hole 31 for receiving a rotation shaft is formed, and a disk-shaped member that radiates radially outward from the hub 32. The main plate 33, an annular side plate 34 that is separated from the main plate 33 in the axial direction (vertical direction in FIG. 7), and a circumferential direction (circumferential line about the axis O-O of the shaft hole) between the main plate 33 and the side plate 34. Direction)) and a plurality of blades 35 which are arranged at equal intervals in a curved manner along a desired curved surface and are integrally formed with the side plate and the main plate. Defining a flow passage 36 of A radially inner portion 37 of the flow path 36 serves as an inlet portion, and a radially outer portion 38 serves as an outlet portion. Further, the annular side plate 34 has a portion 34a extending in the axial direction on the inner side in the circumferential direction and a portion 34b extending on the outer side in the radial direction, and defines the inlet 39 of the impeller 30 by the axially extending portion 34a. .. When the impeller 30 is rotated to deliver the fluid, for example, when the impeller is rotated in water containing earth and sand, the particles of the earth and sand in the water cause the surface of the impeller 30 to flow, particularly the flow passage 36 in the impeller 30. The inner surface 41 of the main plate 33, the inner surface 42 of the side plate 34, and the both surfaces of the blade 35, that is, the pressure surface 43 and the suction surface 44, are rubbed against the surfaces, and these surfaces are extremely worn due to friction.
Therefore, a desired surface among the inner surfaces 41 and 42, the pressure surface 43 and the negative pressure surface 44, the inner surface 45 of the inlet 39, the outer surface 46 of the side plate 34, and the back surface 47 of the main plate 33 that define the flow path 36 of the impeller 30. For example, the inner surfaces 41, 42, the pressure surface 43, and the negative pressure surface 44 that define the flow path are subjected to surface treatment using the above-mentioned arc-spraying wear resistant composite wire to form a coating.
The impeller 30 of the present invention, which has been surface-treated with the wear resistant composite wire for arc spraying as described above, is used for a fluid machine such as a water turbine or a pump. In FIG. 8, a vertical pump 50 is shown in cross section as an example of such a fluid machine. In the figure, a pump 50 includes a casing 51 that defines a pump chamber 52 that accommodates the impeller 30 according to the present invention, a main shaft 57 that is arranged with its axis vertical and has the impeller 30 fixed to the lower end, A main bearing 58 mounted above the casing and rotatably supporting the main shaft 57 with respect to the casing, and a seal device 59 for preventing fluid leakage from between the casing 51 and the main shaft 57 are provided. The casing 51 is fixed on the tubular support base 60 by a known method. The casing 51 includes an upper disk-shaped end plate 53, a casing main body 54 that defines a spiral outlet chamber 55, and a tubular cover 56. A cylindrical suction pipe 61 is connected to the lower end of the cover 56.
In the above pump, when the impeller 30 fixed to the lower end of the pump is rotated by rotating the main shaft 37, fluid is sucked into the inlet 39 of the impeller in the suction pipe 61 as indicated by the arrow X, and the impeller is rotated. It is extruded in the radial direction from the outlet 38 side through the flow path 36 of 30, and flows into the outlet chamber 55. The fluid in the outlet chamber is discharged from an outlet (not shown). At least a part of the inner surface of the casing may be surface-treated by using a wear resistant composite wire for arc spraying.

発明の効果The invention's effect

本発明によれば、次のような効果を奏することが可能である。
(イ)溶射処理中における硬質粒子の飛散を抑制し、溶射被膜中のそのような粒子の量を増加させて耐摩耗性を向上させることができる。
(ロ)硬質粒子の飛散を抑制することで溶射効率を増大させることができる。
(ハ)溶射層である皮膜内に硬質粒子を効率よく分散させることが可能となり、合金のマトリックス相自体が高硬度化するため、被膜内の気孔率が小さくなって緻密性が向上し、高品質で、耐摩耗性等に優れた被膜を形成することが可能になるのである。
(ニ)耐スラリーエロージョン性の優れた溶射皮膜を形成することが可能である。
According to the present invention, the following effects can be achieved.
(A) It is possible to suppress the scattering of hard particles during the thermal spraying treatment and increase the amount of such particles in the thermal spray coating to improve the wear resistance.
(B) The spraying efficiency can be increased by suppressing the scattering of hard particles.
(C) Hard particles can be efficiently dispersed in the coating that is the sprayed layer, and the matrix phase of the alloy itself becomes harder, so the porosity in the coating becomes smaller and the denseness is improved. It is possible to form a coating having excellent quality and abrasion resistance.
(D) It is possible to form a sprayed coating having excellent slurry erosion resistance.

図1は、複合ワイヤの一般的構造を示す拡大横断面図である。
図2は、アーク溶射の原理を説明するアーク溶射方の溶射概念図である。
図3は、アーク溶射における複合ワイヤに充填した硬質粒子と溶射効率との関係を説明する図である。
図4Aは、本発明の一実施例による複合ワイヤを使用したアーク溶射による皮膜の断面性状及びビッカース硬さと従来の複合ワイヤを使用した場合の断面性状及びビッカース硬さとの比較を示す図である。
図4Bは、本発明の他の実施例による複合ワイヤを使用したアーク溶射による皮膜の断面性状を示す図である。
図5は、基材及び各種アーク溶射材におけるビッカース硬さとスラリーエロージョン損傷深さ速度との関係を示す図である。
図6は、アーク溶射条件と耐摩耗性との関係を示す図である。
図7は、本発明のアーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤを用いて表面処理された羽根車の一例を示す断面図である。
図8は、図7の羽根車を備えるポンプの断面図である。
FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view showing the general structure of a composite wire.
FIG. 2 is a conceptual drawing of the arc spraying method for explaining the principle of the arc spraying.
FIG. 3 is a diagram illustrating the relationship between the hard particles filled in the composite wire and the thermal spray efficiency in arc spraying.
FIG. 4A is a diagram showing a comparison between cross-sectional properties and Vickers hardness of a coating formed by arc spraying using a composite wire according to an embodiment of the present invention and cross-sectional properties and Vickers hardness when a conventional composite wire is used.
FIG. 4B is a diagram showing a cross-sectional property of a coating formed by arc spraying using a composite wire according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between the Vickers hardness and the slurry erosion damage depth rate in the base material and various arc sprayed materials.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between arc spraying conditions and wear resistance.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of an impeller surface-treated with the wear resistant composite wire for arc spraying of the present invention.
FIG. 8 is a sectional view of a pump including the impeller of FIG. 7.

Claims (9)

金属、セラミックス及びその組合せから成る群から選択される少なくとも一種の材料でできた粉末が、ニッケル基合金、コバルト基合金及び鉄基合金から成る群から選択される少なくとも一種の材料でできた外皮で被われたアーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤにおいて、前記粉末に、ボロン又はボロン化合物、シリコン又はシリコン化合物及びリン又はリン化合物から成る群から選択される少なくとも一種の材料でできた粉末を添加し、自溶性化したことを特徴とするアーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤ。A powder made of at least one material selected from the group consisting of metals, ceramics and combinations thereof is a skin made of at least one material selected from the group consisting of nickel base alloys, cobalt base alloys and iron base alloys. In the coated wear resistant composite wire for arc spraying, to the powder, a powder made of at least one material selected from the group consisting of boron or a boron compound, silicon or a silicon compound and phosphorus or a phosphorus compound is added. A wear resistant composite wire for arc spraying characterized by being made soluble. 金属、セラミックス及びその組合せから成る群から選択される少なくとも一種の材料でできた粉末が、ニッケル基合金、コバルト基合金及び鉄基合金から成る群から選択される少なくとも一種の材料でできた外皮で被われたアーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤにおいて、前記外皮の材料に、ボロン、シリコン及びリンから成る群から選択される少なくとも一種の元素を添加し、自溶性化したことを特徴とするアーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤ。A powder made of at least one material selected from the group consisting of metals, ceramics and combinations thereof is a skin made of at least one material selected from the group consisting of nickel base alloys, cobalt base alloys and iron base alloys. In the coated wear resistant composite wire for arc spraying, at least one element selected from the group consisting of boron, silicon and phosphorus is added to the material of the outer shell to make it self-fluxable, for arc spraying. Wear resistant composite wire. クレーム1に記載のアーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤにおいて、金属、セラミックス及びその組合せから成る群から選択される少なくとも一種の材料でできた粉末と、ボロン又はボロン化合物、シリコン又はシリコン化合物及びリン又はリン化合物から成る群から選択される少なくとも一種の材料でできた粉末とを粒径が15μmないし150μmとなるように造粒したことを特徴とするアーク溶射溶耐摩耗材複合ワイヤ。In the wear resistant composite wire for arc spraying according to claim 1, a powder made of at least one material selected from the group consisting of metals, ceramics and combinations thereof, and boron or a boron compound, silicon or a silicon compound and phosphorus or phosphorus. An arc spray-sprayed wear-resistant material composite wire, characterized in that a powder made of at least one material selected from the group consisting of compounds is granulated to have a particle size of 15 μm to 150 μm. クレーム3に記載のアーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤにおいて、前記一種の材料でできた粉末の粒径が5μmないし65μmあることを特徴とするアーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤ。The wear resistant composite wire for arc spraying according to claim 3, wherein the powder made of the one kind of material has a particle size of 5 μm to 65 μm. クレーム1ないし4のいずれかに記載のアーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤにおいて、前記セラミックスが炭化物及び酸化物のいずれかであることを特徴とするアーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤ。The wear resistant composite wire for arc spraying according to any one of claims 1 to 4, wherein the ceramic is either a carbide or an oxide. クレーム1ないし4のいずれかに記載のアーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤにおいて、前記セラミックスがWC又はWCであることを特徴とするアーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤ。The wear resistant composite wire for arc spraying according to any one of claims 1 to 4, wherein the ceramic is WC or W 2 C. クレーム6に記載のアーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤにおいて、前記WC又はWCを主成分とする粉末の一次粒子径が5μm以上、150μm以下であることを特徴とするアーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤ。The abrasion-resistant composite wire for arc spraying according to claim 6, wherein the primary particle diameter of the powder containing WC or W 2 C as a main component is 5 μm or more and 150 μm or less. .. ハブと、前記ハブの周りに円周方向に隔てて取り付けられた複数の翼とを備えた羽根車において、
前記羽根車の表面の少なくとも一部が、クレーム1ないし7のいずれかに記載されたアーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤを用いて表面処理された羽根車。
In an impeller equipped with a hub and a plurality of blades circumferentially spaced around the hub,
An impeller in which at least a part of the surface of the impeller is surface-treated using the abrasion-resistant composite wire for arc spraying according to any one of claims 1 to 7.
ハブと、前記ハブの周りに円周方向に隔てて取り付けられた複数の翼とを備えた羽根車と、
前記羽根車を回転可能に収容する室を画定するケーシングと、
を備え、
前記羽根車の表面の少なくとも一部及び/又は前記ケーシングの内面の少なくとも一部が、クレーム1ないし7のいずれかに記載されたアーク溶射用耐摩耗材複合ワイヤを用いて表面処理された流体機械。
An impeller provided with a hub and a plurality of blades circumferentially spaced around the hub;
A casing defining a chamber rotatably housing the impeller;
Equipped with
A fluid machine in which at least a part of the surface of the impeller and/or at least a part of the inner surface of the casing are surface-treated with the wear resistant composite wire for arc spraying according to any one of claims 1 to 7.
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