DE102007043138A1

DE102007043138A1 - Thermisches Spritzpulver und thermische Spritzbeschichtung

Info

Publication number: DE102007043138A1
Application number: DE102007043138A
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Kiyosu Mizuno; Junya Kiyosu Kitamura
Original assignee: Fujimi Inc
Current assignee: Fujimi Inc
Priority date: 2006-09-12
Filing date: 2007-09-11
Publication date: 2008-03-27
Anticipated expiration: 2027-09-12
Also published as: US8066795B2; KR20080024082A; CN101144145B; CN101144145A; DE102007043138B4; JP2008069386A; JP5039346B2; US20080245185A1; TW200831708A; TWI415972B

Abstract

Ein thermisches Spritzpulver, enthaltend Cermet-Partikel, von denen jedes Metall, enthaltend mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kobalt, Chrom und Nickel, und Wolframcarbid enthält. Das Verhältnis des addierten Gewichts von Cermet-Partikel mit einer Partikelgröße von 25 µm oder mehr im thermischen Spritzpulver in Bezug auf das addierte Gewicht der gesamten Cermet-Partikel im thermischen Spritzpulver beträgt 0,5 bis 15%. Eine thermische Spritzbeschichtung, die aus dem thermischen Spritzpulver gebildet wird, ist für die Bildung von Wolframcarbid-basierten thermischen Spritzbeschichtungen zur Verwendung für Walzen wie zum Beispiel Riffelwalzen geeignet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein thermisches Spritzpulver und eine thermische Spritzbeschichtung.
Oberflächen von Walzen wie zum Beispiel Riffelwalzen, wie sie in Papier- oder Filmfertigungslinien verwendet werden, wurden oft durch Hartverchromen behandelt. In den letzten Jahren wurden stattdessen jedoch Wolframcarbid (WC)-basierte Cermet-thermische Spritzbeschichtungen verwendet (siehe zum Beispiel die japanischen Patentoffenlegungsschriften Nrn. 8-60596 und 2006-29452 ).
Eine thermische Spritzbeschichtung besitzt im Allgemeinen eine hohe Oberflächenrauigkeit. Folglich muss für die Verwendung einer thermischen Spritzbeschichtung für Walzen ihre Oberflächenrauigkeit durch Polieren verringert werden. Um eine thermische Spritzbeschichtung mit einer geringen Oberflächenrauigkeit zu erhalten, um die Anstrengungen des Polierens zu verringern, ist es bekannt, dass die Verwendung eines thermischen Spritzpulvers mit einer kleinen Partikelgröße wirksam ist (siehe zum Beispiel die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-129212 ). Jedoch besitzt eine thermische Spritzschicht, die aus einem thermischen Spritzpulver mit einer kleinen Partikelgröße gebildet wird, eine wesentlich geringere Verschleißfestigkeit als die, die aus einem thermischen Spritzpulver mit einer normalen Partikelgröße gebildet wird, und ist deshalb für eine Verwendung für Walzen nicht geeignet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein thermisches Spritzpulver bereitzustellen, das für die Bildung einer WC-basierten Cermet-thermischen Spritzbeschichtung zur Verwendung für eine Walze geeignet ist, und eine thermische Spritzbeschichtung, die aus dem thermischen Spritzpulver gebildet wird. Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein thermisches Spritzpulver enthaltend Cermet-Partikel bereitgestellt. Jedes dieser thermischen Spritzpulver enthält Metall, enthaltend mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kobalt, Chrom und Nickel, und Wolframcarbid. Das thermische Spritzpulver weist ein Verhältnis von 0,5 bis 15% des addierten Gewichts von Cermet-Partikeln mit einer Partikelgröße von 25 μm oder mehr in Bezug auf das addierte Gewicht der gesamten Cermet-Partikel auf.
Gemäß eines zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine thermische Spritzbeschichtung bereitgestellt. Die thermische Spritzbeschichtung wird durch thermisches Spritzen des obigen thermischen Spritzpulvers erhalten. Die thermische Spritzbeschichtung besitzt eine durchschnittliche Mittelachse-Oberflächenrauigkeit Ra von 3 μm oder weniger. Die thermische Spritzbeschichtung gilt als erste thermische Spritzbeschichtung, und eine zweite thermische Spritzbeschichtung wird bereitgestellt. Die zweite thermische Spritzbeschichtung unterscheidet sich nur darin von der ersten thermischen Spritzbeschichtung, dass das thermische Spritzpulver für die zweite thermische Spritzbeschichtung eine Partikelgröße von 15 bis 45 μm aufweist. Das Verhältnis des Verschleißvolumens der ersten thermischen Spritzbeschichtung in Bezug auf das Verschleißvolumen der zweiten thermischen Spritzbeschichtung beträgt 1,5 oder weniger, wenn die erste und zweite thermische Spritzbeschichtung der gleichen Verschleißprüfung unterzogen werden.
Andere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung, die anhand von Beispielen die Prinzipien der Erfindung erläutert, deutlich werden.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Ein thermisches Spritzpulver gemäß der vorliegenden Ausführungsform besteht aus Cermet-Partikel, von denen jedes Metall, enthaltend mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kobalt, Chrom und Nickel, und Wolframcarbid enthält. Das Metall, enthaltend mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kobalt, Chrom und Nickel, kann ein einzelner Werkstoff aus Kobalt, Chrom oder Nickel sein, oder eine Legierung enthaltend mindestens einen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kobalt, Chrom und Nickel. Vom Gesichtspunkt der Erhöhung der Belastbarkeit einer thermischen Spritzbeschichtung, die aus dem thermischen Spritzpulver gebildet wird, beträgt das Verhältnis von Chrom in dem Metall bevorzugt 50 Masseprozent oder weniger, wenn das Metall, enthaltend mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kobalt, Chrom und Nickel, Chrom enthält.
Es ist erforderlich, dass das thermische Spritzpulver dieser Ausführungsform ein Verhältnis von 0,5% oder mehr des addierten Gewichts von Cermet-Partikeln mit einer Partikelgröße von 25 μm oder mehr in Bezug auf das addierte Gewicht der gesamten Cermet-Partikel aufweist. Mit steigendem Verhältnis des addierten Gewichts von Cermet-Partikeln mit einer Partikelgröße von 25 μm oder mehr im thermischen Spritzpulver kann ein hervorragender so genannter „Peening-Effekt" zum Zeitpunkt des thermischen Spritzens des thermischen Spritzpulvers erhalten werden, wodurch die Dichte und die Verschleißfestigkeit der thermischen Spritzbeschichtung, die aus dem thermischen Spritzpulver gebildet wird, erhöht wird. In diesem Zusammenhang ermöglicht der so genannte „Peening-Effekt" zum Zeitpunkt des thermischen Spritzens des thermischen Spritzpulvers eine thermische Spritzbeschichtung mit exzellenter Verschleißfestigkeit, die für die Verwendung für Walzen, die aus diesem thermischen Spritzpulver gebildet werden, geeignet ist, wenn das Verhältnis des addierten Gewichts von Cermet-Partikeln mit einer Partikelgröße von 25 μm oder mehr 0,5% oder mehr beträgt. Um die Verschleißfestigkeit einer thermischen Spritzbeschichtung, die aus dem thermischen Spritzpulver gebildet ist, auf einen für die praktische Verwendung besonders geeigneten Level zu erhöhen, beträgt das Verhältnis des addierten Gewichts von Cermet-Partikeln mit einer Partikelgröße von 25 μm oder mehr bevorzugt 1% oder mehr, und mehr bevorzugt 3% oder mehr.
Ferner ist es erforderlich, dass das thermische Spritzpulver dieser Ausführungsform ein Verhältnis von 15% oder weniger des addierten Gewichts von Cermet-Partikeln mit einer Partikelgröße von 25 μm oder mehr in Bezug auf das addierte Gewicht der gesamten Cermet-Partikel aufweist. Mit sinkendem Verhältnis des addierten Gewichts der Cermet-Partikel mit einer Partikelgröße von 25 μm oder mehr in dem thermischen Spritzpulver hat die thermische Spritzbeschichtung, die aus dem thermischen Spritzpulver gebildet ist, eine niedrige Oberflächenrauigkeit. In diesem Zusammenhang kann eine thermische Spritzbeschichtung mit einer ausreichend niedrigen Oberflächenrauigkeit, die für Walzen geeignet ist, aus dem thermischen Spritzpulver ohne Polieren oder mit wenig Polieren gebildet werden, wenn das Verhältnis des addierten Gewichts von Cermet-Partikeln mit einer Partikelgröße von 25 μm oder mehr 15% oder weniger beträgt. Um die Oberflächenrauigkeit einer thermischen Spritzbeschichtung, die aus dem thermischen Spritzpulver gebildet ist, auf einen für die praktische Verwendung geeigneten Level zu erniedrigen, beträgt das Verhältnis des addierten Gewichts von Cermet-Partikeln mit einer Partikelgröße von 25 μm oder mehr bevorzugt 10% oder weniger, und mehr bevorzugt 5% oder weniger.
Das thermische Spritzpulver dieser Ausführungsform weist bevorzugt ein Verhältnis von 0,5% oder mehr des addierten Volumens von Cermet-Partikeln mit einer Partikelgröße von 10 μm oder weniger in Bezug auf das addierte Volumen der gesamten Cermet-Partikel auf, mehr bevorzugt 1% oder mehr, und noch mehr bevorzugt 3% oder mehr. Mit steigendem Verhältnis des addierten Volumens von Cermet-Partikeln mit einer Partikelgröße von 10 μm oder weniger in dem thermischen Spritzpulver sinkt die Anzahl der Poren, die in einer thermischen Spritzbeschichtung, die aus dem thermischen Spritzpulver gebildet wird, auftreten, und die thermische Spritzbeschichtung hat eine niedrigere Porosität. In anderen Worten, die thermische Spritzbeschichtung besitzt eine erhöhte Dichte und Verschleißfestigkeit. In diesem Zusammenhang ist es möglich, die Verschleißfestigkeit einer thermischen Spritzbeschichtung, die aus dem thermischen Spritzpulver gebildet wird, auf einen für die praktische Verwendung geeigneten Level zu erhöhen, wenn das Verhältnis des addierten Volumens von Cermet-Partikeln mit einer Partikelgröße von 10 μm oder weniger 0,5% oder mehr, bevorzugt 1% oder mehr und mehr bevorzugt 3% oder mehr beträgt.
Ferner weist das thermische Spritzpulver dieser Ausführungsform bevorzugt ein Verhältnis von 15% oder weniger des addierten Volumens von Cermet-Partikeln mit einer Partikelgröße von 10 μm oder weniger in Bezug auf das addierte Volumen der gesamten Cermet-Partikel auf, mehr bevorzugt 12% oder weniger, und noch mehr bevorzugt 10% oder weniger. Mit sinkendem Verhältnis des addierten Volumens von Cermet-Partikeln mit einer Partikelgröße von 10 μm oder weniger in dem thermischen Spritzpulver sinkt die Menge an feinen Partikeln, die in dem thermischen Spritzpulver enthalten sind, was zu einem zu starken Schmelzen („overmelting") zum Zeitpunkt des thermischen Spritzens des thermischen Spritzpulvers führen kann, und so wahrscheinlich nicht zum so genannten „Spitting"-Phänomen zum Zeitpunkt des thermischen Spritzens führt. „Spitting” ist ein Phänomen, bei dem zu stark geschmolzenes Spritzpulver an einer inneren Wand einer Spritzdüse einer thermischen Spritzpistole haftet und dort abgelagert wird, und die resultierenden Ablagerungen zu dem Zeitpunkt von der inneren Wand tropfen, wenn das thermische Spritzpulver thermisch gespritzt wird, und dadurch mit der thermischen Spritzbeschichtung vermischt werden. Wenn das Spitting zu dem Zeitpunkt auftritt, an dem das thermische Spritzpulver thermisch gespritzt wird, kann die Qualität einer thermischen Spritzbeschichtung, die aus dem thermischen Spritzpulver gebildet wurde, einschließlich der Verschleißfestigkeit verschlechtert sein. In diesem Zusammenhang kann das Auftreten von Spitting auf einen für die praktische Verwendung geeigneten Level verringert werden, wenn das Verhältnis des addierten Volumens von Cermet-Partikeln mit einer Partikelgröße von 10 μm oder weniger 15% oder weniger, bevorzugt 12% oder weniger und mehr bevorzugt 10% oder weniger beträgt.
Das thermische Spritzpulver dieser Ausführungsform weist bevorzugt eine relative Bulk-Dichte (bulk specific gravity) von 3,6 oder mehr auf, mehr bevorzugt 3,8 oder noch mehr bevorzugt 4,0 oder mehr. Mit ansteigender relativer Bulk-Dichte des thermischen Spritzpulvers kann zu dem Zeitpunkt des thermischen Spritzens des thermischen Spritzpulvers ein exzellenter so genannter „peening"-Effekt erhalten werden, wodurch die Dichte und Verschleißfestigkeit der thermischen Spritzbeschichtung, die aus dem thermischen Spritzpulver gebildet wird, erhöht werden. In diesem Zusammenhang erlaubt der Peening-Effekt zum Zeitpunkt des thermischen Spritzens des thermischen Spritzpulvers die Erhöhung der Verschleißfestigkeit einer thermischen Spritzbeschichtung, die aus dem thermischen Spritzpulver gebildet wird, auf einen für die praktische Verwendung geeigneten Level, wenn die relative Bulk-Dichte des thermischen Spritzpulvers 3,6 oder mehr, bevorzugt 3,8 oder mehr und mehr bevorzugt 4,0 oder mehr beträgt.
Ferner beträgt die relative Bulk-Dichte des thermischen Spritzpulvers dieser Ausführungsform bevorzugt 6,0 oder weniger. Ein Rückgang der relativen Bulk-Dichte des thermischen Spritzpulvers verursacht mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit unzureichendes Aufweichen oder unzureichendes Schmelzen der Cermet-Partikel zum Zeitpunkt des thermischen Spritzens, wodurch die Ablagerungseffizienz (thermischer Spritzertrag) des thermischen Spritzpulvers erhöht wird. In diesem Zusammenhang kann die Ablagerungseffizienz des thermischen Spritzpulvers auf einen für die praktische Verwendung geeigneten Level erhöht werden, wenn die spezifische Bulk-Dichte des thermischen Spritzpulvers 6,0 oder weniger ist.
Die Cermet-Partikel des thermischen Spritzpulvers dieser Ausführungsform besitzen bevorzugt eine Druckfestigkeit (crushing strength) von 150 MPa oder mehr, mehr bevorzugt 200 MPa oder mehr, und noch mehr bevorzugt 220 MPa oder mehr. Ein Anstieg der Druckfestigkeit der Cermet-Partikel hemmt den Aufschluss der Cermet-Partikel in dem thermischen Spritzpulver, wenn das thermische Spritzpulver in einem Rohr vorkommt, das eine Verbindung zwischen einem Pulverzuführer und einer thermischen Spritzpistole herstellt, während das thermische Spritzpulver aus dem Zuführer zur thermischen Spritzpistole zugeführt wird, oder wenn das thermische Spritzpulver, das zu der thermischen Spritzpistole zugeführt wird, in eine Sprühflamme geladen wird. Sobald die Cermet-Partikel aufgeschlossen sind, werden in dem thermischen Spritzpulver feine Partikel hergestellt, die zu starkes Schmelzen verursachen können, und so leicht das so genannte „Spitting" zum Zeitpunkt des thermischen Spritzens des thermischen Spritzpulvers verursachen. In diesem Zusammenhang kann der Aufschluss der Cermet-Partikel wesentlich inhibiert werden, wenn die Druckfestigkeit der Cermet-Partikel 150 MPa oder mehr beträgt, bevorzugt 200 MPa oder mehr und mehr bevorzugt 220 MPa oder mehr. Als Ergebnis kann das Auftreten von so genanntem „Spitting" auf einen für die praktische Verwendung geeigneten Level inhibiert werden.
Ferner besitzen die Cermet-Partikel des thermischen Spritzpulvers dieser Ausführungsform bevorzugt eine Druckfestigkeit von 800 MPa oder weniger, mehr bevorzugt 750 MPa oder weniger, und noch mehr bevorzug 700 MPa oder weniger. Eine Verringerung der Druckfestigkeit der Cermet-Partikel verursacht mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit unzureichendes Aufweichen oder unzureichendes Schmelzen der Cermet-Partikel zum Zeitpunkt des thermischen Spritzens, wodurch die Ablagerungseffizienz (thermischer Spritzertrag) des thermischen Spritzpulvers erhöht wird. In diesem Zusammenhang kann die Ablagerungseffizienz des thermischen Spritzpulvers auf einen für die praktische Verwendung geeigneten Level erhöht werden, wenn die Druckfestigkeit der Cermet-Partikel 800 MPa oder weniger beträgt, bevorzugt 750 MPa oder weniger, und mehr bevorzugt 700 MPa oder weniger.
Die Cermet-Partikel des thermischen Spritzpulvers dieser Ausführungsform enthalten bevorzugt Wolframcarbid in einer Menge von 60 Masseprozent oder mehr, mehr bevorzugt 70 Masseprozent oder mehr und noch mehr bevorzugt 80 Masseprozent oder mehr. Das heißt, dass die Cermet-Partikel Metall in einer Menge von bevorzugt 40 Masseprozent oder weniger, mehr bevorzugt 30 Masseprozent oder weniger und noch mehr bevorzugt 20 Masseprozent oder weniger enthalten. Wolframcarbid besitzt eine bessere Verschleißfestigkeit als Metall. Daher erhöht ein Anstieg des Wolframcarbidgehalt (d.h. dass der Metallgehalt sinkt) die Verschleißfestigkeit einer thermischen Spritzbeschichtung, die aus dem thermischen Spritzpulver gebildet wird. Ferner besitzt Wolframcarbid einen höheren Schmelzpunkt als Metall, und folglich verursacht ein Anstieg des Wolframcarbidgehalt (d.h. dass der Metallgehalt sinkt) mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit das so genannte „Spitting" zum Zeitpunkt des thermischen Spritzens des thermischen Spritzpulvers. In diesem Zusammenhang kann die Verschleißfestigkeit einer thermischen Spritzbeschichtung auf einen für die praktische Verwendung geeigneten Level erhöht werden, und das Auftreten von so genanntem „Spitting" kann auf einen für die praktische Anwendung geeigneten Level inhibiert werden, wenn der Wolframcarbidgehalt in den Cermet-Partikel 60 Masseprozent oder mehr beträgt, bevorzugt 70 Masseprozent oder mehr, und mehr bevorzugt 80 Masseprozent oder mehr. Das heißt, dass die Verschleißfestigkeit einer thermischen Spritzbeschichtung auf einen für die praktische Verwendung geeigneten Level erhöht werden kann und das Auftreten von so genanntem „Spitting" auf einen für die praktische Anwendung geeigneten Level inhibiert werden kann, wenn der Metallgehalt in den Cermet-Partikeln 40 Masseprozent oder weniger, bevorzugt 30 Masseprozent oder weniger und mehr bevorzugt 20 Masseprozent oder weniger beträgt.
Ferner enthalten die Cermet-Partikel des thermischen Spritzpulvers dieser Ausführungsform bevorzugt Wolframcarbid in einer Menge von 94 Masseprozent oder weniger, mehr bevorzugt 92 Masseprozent oder weniger und noch mehr bevorzugt 90 Masseprozent oder weniger. Das heißt, dass die Cermet-Partikel Metall in einer Menge von bevorzugt 6 Masseprozent oder mehr, mehr bevorzugt 8 Masseprozent oder mehr und noch mehr bevorzugt 10 Masseprozent oder mehr enthalten. Eine Verringerung des Wolframcarbidgehalts (d.h. dass der Metallgehalt steigt) verursacht mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit ein unzureichendes Aufweichen oder unzureichendes Schmelzen der Cermet-Partikel zum Zeitpunkt des thermischen Spritzens, wodurch die Ablagerungseffizienz des thermischen Spritzpulvers erhöht wird. In diesem Zusammenhang kann die Ablagerungseffizienz des thermischen Spritzpulvers auf einen für die praktische Verwendung geeigneten Level erhöht werden, wenn der Wolframcarbidgehalt in den Cermet-Partikeln 94 Masseprozent oder weniger beträgt, bevorzugt 92 Masseprozent oder weniger, und mehr bevorzugt 90 Masseprozent oder weniger. Das heißt, dass die Ablagerungseffizienz des thermischen Spritzpulvers auf einen für die praktische Verwendung geeigneten Level erhöht werden kann, wenn der Metallgehalt in den Cermet-Partikeln 6 Masseprozent oder mehr, bevorzugt 8 Masseprozent oder mehr, und mehr bevorzugt 10 Masseprozent oder mehr beträgt.
Die Cermet-Partikel des thermischen Spritzpulvers dieser Ausführungsform weisen bevorzugt eine Rundheit (Formfaktor) von 2 oder weniger auf. Mit zunehmender Annäherung der Rundheit der Cermet-Partikel an 1 erhöht sich die Fließfähigkeit des thermischen Spritzpulvers. In diesem Zusammenhang kann die Fließfähigkeit des thermischen Spritzpulvers auf einen für die praktische Verwendung geeigneten Level erhöht werden, falls die Rundheit der Cermet-Partikel 2 oder weniger ist.
Die Cermet-Partikel des thermischen Spritzpulvers dieser Ausführungsform sind bevorzugt granulierte und gesinterte Partikel. Granulierte und gesinterte Partikel besitzen vorteilhafterweise eine bessere Fließfähigkeit und weniger eingeschlossene Verunreinigungen während der Herstellung als geschmolzene und zerstoßene Partikel und gesinterte und zerstoßene Partikel. Granulierte und gesinterte Partikel werden zum Beispiel durch Granulieren und Sintern eines Pulvers aus Ausgangsmaterial, beinhaltend ein Wolframcarbidpulver und ein Metallpulver, das mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kobalt, Chrom und Nickel enthält, hergestellt. Das resultierende Produkt wird in kleinere Partikel gebrochen und, falls nötig, weiter klassifiziert. Geschmolzene und zerstoßene Partikel werden durch Schmelzen des Pulvers aus Grundmaterial, Herunterkühlen und Erstarrenlassen des geschmolzenen Materials und Zerstoßen und, falls nötig, Klassifizieren des resultierenden Produkts, hergestellt. Gesinterte und zerstoßene Partikel werden durch Sintern und Zerstoßen des Pulvers aus Grundmaterial und, falls nötig, Klassifizieren des resultierenden Produkts, hergestellt.
Wenn die Cermet-Partikel des thermischen Spritzpulvers dieser Ausführungsform granulierte und gesinterte Partikel sind, besitzen die Primärpartikel aus Wolframcarbid, die die granulierten und gesinterten Partikel bilden, bevorzugt eine durchschnittliche Partikelgröße von 6 μm oder weniger. Eine kleinere durchschnittliche Partikelgröße der Primärpartikel aus Wolframcarbid verursacht mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit unzureichendes Aufweichen oder unzureichendes Schmelzen des Wolframcarbids der Cermet-Partikel zum Zeitpunkt des thermischen Spritzens des thermischen Spritzpulvers, wodurch die Ablagerungseffizienz des thermischen Spritzpulvers erhöht wird. In diesem Zusammenhang kann die Ablagerungseffizienz des thermischen Spritzpulvers auf einen für die praktische Verwendung geeigneten Level erhöht werden, wenn die durchschnittliche Partikelgröße der Primärpartikel aus Wolframcarbid 6 μm oder weniger beträgt.
Eine thermische Spritzbeschichtung, die aus dem thermischen Spritzpulver dieser Ausführungsform gebildet wird, besitzt bevorzugt eine durchschnittliche Mittelachse-Oberflächenrauigkeit Ra von 3 μm oder weniger, mehr bevorzugt 2,6 μm oder weniger und noch mehr bevorzugt 2,2 μm oder weniger. Wenn die durchschnittliche Mittelachse-Oberflächenrauigkeit Ra der thermischen Spritzbeschichtung 3 μm oder weniger beträgt, bevorzugt 2,6 μm oder weniger und noch mehr bevorzugt 2,2 μm oder weniger, kann die thermische Spritzbeschichtung ohne Polieren oder mit wenig Polieren für Walzen verwendet werden.
Falls eine thermische Spritzbeschichtung, die aus dem thermischen Spritzpulver dieser Ausführungsform gebildet wird, als eine erste thermische Spritzbeschichtung gilt, wird eine zweite thermische Spritzbeschichtung hergestellt, welche sich von der ersten thermischen Spritzbeschichtung nur darin unterscheidet, dass das thermische Spritzpulver, welches für die zweite thermische Spritzbeschichtung verwendet wird, eine Partikelgröße von 15 bis 45 μm (45 + 15 μm) aufweist. In diesem Fall beträgt das Verhältnis des Verschleißvolumens der ersten thermischen Spritzbeschichtung in Bezug auf das Verschleißvolumen der zweiten thermischen Spritzbeschichtung bevorzugt 1,5 oder weniger, mehr bevorzugt 1,2 oder weniger, und noch mehr bevorzugt 1,0 oder weniger, wenn die erste und die zweite thermische Spritzbeschichtung der gleichen Verschleißprüfung unterzogen werden. Falls dieses Verhältnis 1,5 oder weniger, bevorzugt 1,2 oder weniger und noch mehr bevorzugt 1,0 oder weniger beträgt, ist eine thermische Spritzbeschichtung, die aus dem thermischen Spritzpulver dieser Ausführungsform gebildet wird, für die Verwendung für Walzen geeignet.
Eine thermische Spritzbeschichtung, die aus dem thermischen Spritzpulver dieser Ausführungsform gebildet wird, besitzt bevorzugt eine Vickers-Härte von 1.000 oder mehr. Ein Anstieg der Vickers-Härte einer thermischen Spritzbeschichtung erhöht deren Verschleißfestigkeit. In diesem Zusammenhang kann die Verschleißfestigkeit der thermischen Spritzbeschichtung auf einen für die praktische Verwendung geeigneten Level erhöht werden, wenn die Vickers-Härte einer thermischen Spritzbeschichtung 1.000 oder mehr beträgt.
Eine thermische Spritzbeschichtung, die aus dem thermischen Spritzpulver dieser Ausführungsform gebildet wird, besitzt bevorzugt eine Porosität von 2% oder weniger. Eine Verringerung der Porosität einer thermischen Spritzbeschichtung verringert deren Oberflächenrauigkeit. Ferner ist das Entstehen von Vertiefungen auf der Oberfläche davon weniger wahrscheinlich. In diesem Zusammenhang kann deren Oberflächenrauigkeit auf einen Level, der besonders geeignet ist für die praktische Verwendung, verringert werden, und das Auftreten von Vertiefungen kann auf einen für die praktische Verwendung besonders geeigneten Level erniedrigt werden, wenn die Porosität der thermischen Spritzbeschichtung 2% oder weniger ist. Die oben genannte Porosität kann anhand eines Querschnitts einer thermischen Spritzbeschichtung nach dem Spiegelpolieren durch ein Bildanalyseverfahren gemessen werden.
Die vorliegende Ausführungsform bietet den folgenden Vorteil.
Das thermische Spritzpulver dieser Ausführungsform beinhaltet Cermet-Partikel, und jedes Cermet-Partikel enthält Metall, enthaltend mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kobalt, Chrom und Nickel, und Wolframcarbid. Das thermische Spritzpulver weist ein Verhältnis von 0,5 bis 15% des addierten Gewichts von Cermet-Partikeln mit einer Partikelgröße von 25 μm oder mehr in Bezug auf das addierte Gewicht der gesamten Cermet- Partikel auf. Daher besitzt eine thermische Spritzbeschichtung, die aus dem thermischen Spritzpulver dieser Ausführungsform gebildet ist, eine hervorragende Verschleißfestigkeit und eine niedrige Oberflächenrauigkeit, welche für Walzen geeignet ist. Das heißt, dass das thermische Spritzpulver dieser Ausführungsform für die Bildung von WC-basierten Cermetthermischen Spritzbeschichtungen für die Verwendung für Walzen geeignet ist.
Die obige Ausführungsform kann wie folgt modifiziert werden.
Das thermische Spritzpulver kann andere Komponenten enthalten als Cermet-Partikel enthaltend Metall, das mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kobalt, Chrom und Nickel, und Wolframcarbid enthält. Dennoch ist der Gehalt an Komponenten, die nicht Cermet-Partikel sind, bevorzugt so gering wie möglich.
Die Cermet-Partikel des thermischen Spritzpulvers können andere Komponenten enthalten als Metall, enthaltend mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kobalt, Chrom und Nickel, und Wolframcarbid. Beispiele dafür beinhalten eine andere Keramik als Wolframcarbid, wie zum Beispiel Chromcarbid (Cr₃C₂) und Titancarbid (TiC). Dennoch ist der Gehalt an Komponenten, die nicht Metall und Wolframcarbid sind, bevorzugt so gering wie möglich.
Als nächstes wird die vorliegende Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf Beispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben.
Als thermische Spritzpulver der Beispiele 1 bis 13 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 wurden granuliert gesinterte Cermet-Partikel hergestellt, bestehend aus einem Metall, enthaltend mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kobalt, Chrom und Nickel, und einer Keramik, enthaltend mindestens Wolframcarbid. Die Eigenschaft von jedem thermischen Spritzpulver ist in Tabelle 1 gezeigt.
Die Spalte mit dem Titel „Zusammensetzung" in Tabelle 1 zeigt die Zusammensetzung der Cermet-Partikel eines jeden thermischen Spritzpulvers.
Die Spalte mit dem Titel „+D_25μm" in Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse, die durch Messung des Verhältnisses des addierten Gewichts von Cermet-Partikeln mit einer Partikelgröße von 25 μm oder mehr im Verhältnis zum addierten Gewicht der gesamten Cermet-Partikel eines jeden thermischen Spritzpulvers erhalten wurden. Die Messung wurde unter Verwendung einer so genannten „low tap-type sieve shaking machine", hergestellt von Teraoka Corporation (siehe Japanischer Industriestandard (abgekürzt „JIS") Z8801), durchgeführt.
Die Spalte mit dem Titel „–D_10μm" in Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse, die durch Messen des Verhältnisses des addierten Volumens von Cermet-Partikel mit einer Partikelgröße von 10 μm oder weniger in Bezug auf das addierte Volumen der gesamten Cermet-Partikel eines jeden thermischen Spritzpulvers erhalten wurden. Die Messung wurde unter Verwendung des Messinstruments „LA-300", hergestellt von Horiba Ltd., das auf Laserbeugung/-Streuung basiert und die Verteilung der Partikelgröße misst, durchgeführt.
Die Spalte mit dem Titel „relative Bulk-Dichte" in Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse, die durch Messung der relativen Bulk-Dichte eines jeden thermischen Spritzpulvers erhalten werden. Die Messung wurde gemäß JIS/2504 durchgeführt.
Die Spalte mit dem Titel „Druckfestigkeit" in Tabelle 1 zeigt die Resultate, die durch Messen der Druckfestigkeit der Cermet-Partikel eines jeden thermischen Spritzpulver erhalten wurden. Insbesondere zeigt die Spalte eine Druckfestigkeit σ [MPa] der Partikel in jedem thermischen Spritzpulver, berechnet nach der Gleichung: σ = 2,8 × L/π/d². In dieser Gleichung bezeichnet L die kritische Last [N], und d bezeichnet die durchschnittliche Partikelgröße [mm] des thermischen Spritzpulvers. Die kritische Last ist die Größenordnung einer Drucklast, die an den Partikeln zu einem Zeitpunkt angewendet wird, an dem die Verdrängungsgröße eines Prüfstempels (indenter) rasch ansteigt, wenn die Drucklast, die mit einer konstanten Rate ansteigt, an die Partikel angewendet wird. Die kritische Last wurde unter Verwendung eines so genannten „micro compression tester", „MCTE-500", hergestellt von Shimadzu Corporation, gemessen.
Die Spalte mit dem Titel „Durchschnittliche Größe der Primärpartikel aus WC" in Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse, die durch Messung der durchschnittlichen Partikelgröße der PrimärPartikel aus Wolframcarbid, die die Cermet-Partikel eines jeden thermischen Spritzpulvers bilden, erhalten wurden. Die durchschnittliche Partikelgröße der Primärpartikel aus Wolframcarbid wurden unter Verwendung eines Fisher-Verfahrens gemäß JIS H2116 gemessen.
Thermische Spritzbeschichtungen wurden durch HVOF-Spritzen der thermischen Spritzpulver der Beispiele 1 bis 13 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4 unter den in Tabelle 2 gezeigten Bedingungen gebildet. Die erhaltenen thermischen Spritzbeschichtungen wurden hinsichtlich der durchschnittlichen Mittelachse-Oberflächenrauigkeit Ra, basierend auf den unter den in Tabelle 3 gezeigten Bedingungen gemessenen Werten beurteilt. Die Ergebnisse der Beurteilungen sind in der Spalte mit dem Titel „Ra" in Tabelle 1 gezeigt. In der Spalte bedeutet „E" (exzellent), dass der erhaltene durchschnittliche Mittelachse-Oberflächenrauigkeitswert Ra 2,2 μm oder weniger betrug; „G" (gut) bedeutet, dass Ra größer war als 2,2 μm und 2,6 μm oder weniger; „F" (ausreichend) bedeutet, dass Ra größer war als 2,6 μm und 3,0 μm oder weniger; und „P" (schlecht) bedeutet größer als 3,0 μm.

Thermische Spritzbeschichtungen (erste thermische Spritzbeschichtungen), erhalten durch HVOF-Spritzen der thermischen Spritzpulver der Beispiele 1–13 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4 unter den in Tabelle 2 gezeigten Bedingungen, und andere thermische Spritzbeschichtungen (zweite thermische Spritzbeschichtungen), welche sich von der ersten thermischen Spritzbeschichtung nur darin unterscheiden, dass das thermische Spritzpulver, das für die zweite thermische Spritzbeschichtung verwendet wird, eine Partikelgröße von 15 bis 45 μm aufweist, wurden der gleichen Trockenverschleißprüfung gemäß JIS H8682-1 unterzogen. Die Trockenverschleißprüfung wurde unter Verwendung eines sog. Suga-type-Verschleißprüfers durchgeführt. In diesem Test wurde ein Polierpapier namens CP180 in US CAMI (Coated Abrasives Manufacturers Institute) verwendet, um die Oberfläche der thermischen Spritzbeschichtung in einer bestimmten Häufigkeit mit einer Last von ungefähr 31 N (3,15 kgf) zu friktionieren. Basierend auf dem Verhältnis des Verschleißvolumens der ersten thermischen Spritzbeschichtung zu dem Verschleißvolumen der zweiten thermischen Spritzbeschichtung, das durch diese Verschleißprüfung erhalten wurde, wurden die ersten thermischen Spritzbeschichtungen, die aus den thermischen Spritzpulvern der Beispiele 1 bis 13 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 gebildet wurden, hinsichtlich der Verschleißfestigkeit beurteilt. Die Ergebnisse der Beurteilung sind in der Spalte mit dem Titel „Verschleißfestigkeit" in Tabelle 1 gezeigt. In der Spalte bedeutet „E" (exzellent), dass das Verhältnis 1,0 oder weniger beträgt; „G" (gut) bedeutet, dass das Verhältnis größer als 1,0 und 1,3 oder weniger ist; „F" (ausreichend) bedeutet, dass das Verhältnis größer als 1,3 und 1,5 oder weniger ist; und „P" (schlecht) bedeutet, dass das Verhältnis größer als 1,5 ist. Tabelle 1

Tabelle 2

Spritzpistole:	Hochgeschwindigkeits-Flammspritzpistole „JP-5000", hergestellt von Praxair/TAFA
Sauerstoff-Fließrate:	1.900 scfh (893 L/min)
Kerosinfließrate:	5,1 gph (0,32 L/min)
Sprühdistanz:	380 mm
Zylinderlänge der Spritzpistole:	101,6 mm
Zuführungsrate des thermischen Spritzpulvers:	70 g/min

Tabelle 3

Messinstrument:	„SURFCORDER SE-30H", hergestellt von Kosaka Laboratory Ltd.
Cut-off-Wellenlänge λc:	0,8 mm
Standardlänge:	8 mm
Durchleitungsgeschwindigkeit:	0,5 mm/sec

Wie in Tabelle 1 gezeigt, waren die thermischen Spritzbeschichtungen der Beispiele 1 bis 13 ausreichend, gut oder exzellent bei der Beurteilung der durchschnittlichen Mittelachse-Oberflächenrauigkeit Ra und der Verschleißfestigkeit. Folglich waren ihre Ergebnisse für die praktische Verwendung zufrieden stellend. Im Gegensatz dazu waren die thermischen Spritzbeschichtungen der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 bei der Beurteilung von entweder der durchschnittlichen Mittelachse-Oberflächenrauigkeit Ra oder der Verschleißfestigkeit schlecht, und ihre Ergebnisse waren für die praktische Verwendung nicht zufrieden stellend.

Claims

Thermisches Spritzpulver, enthaltend Cermet-Partikel, von denen jedes Metall, enthaltend mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kobalt, Chrom und Nickel, und Wolframcarbid enthält, wobei das thermische Spritzpulver dadurch gekennzeichnet ist, dass es ein Verhältnis von 0,5 bis 15% des addierten Gewichts von Cermet-Partikeln mit einer Partikelgröße von 25 μm oder mehr in Bezug auf das addierte Gewicht der gesamten Cermet-Partikel aufweist.
Thermisches Spritzpulver nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis des addierten Gewichts 3 bis 5% beträgt.
Thermisches Spritzpulver nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verhältnis des addierten Volumens der Cermet-Partikel mit einer Partikelgröße von 10 μm oder weniger in Bezug auf das addierte Volumen der gesamten Cermet-Partikel 0,5 bis 15% beträgt.
Thermische Spritzpulver nach Anspruch 3, wobei das Verhältnis des addierten Volumens 3 bis 10% beträgt.
Thermisches Spritzpulver nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Metallgehalt in den Cermet-Partikeln 6 bis 40 Masseprozent beträgt und der Wolframcarbid-Gehalt in den Cermet-Partikeln 60 bis 94 Masseprozent beträgt.
Thermisches Spritzpulver nach Anspruch 5, wobei der Metallgehalt in den Cermet-Partikeln 10 bis 20 Masseprozent beträgt und der Wolframcarbid-Gehalt in den Cermet-Partikeln 80 bis 90 Masseprozent beträgt.
Thermisches Spritzpulver nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Metall Chrom enthält und ein Chromverhältnis von 50 Masseprozent oder weniger besitzt.
Thermisches Spritzpulver nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das thermische Spritzpulver eine relative Bulk-Dichte (bulk specific gravity) von 3,6 oder mehr aufweist.
Thermisches Spritzpulver nach Anspruch 8, wobei die relative Bulk-Dichte des thermischen Spritzpulvers 4 bis 6 beträgt.
Thermisches Spritzpulver nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Cermet-Partikel eine Druckfestigkeit (crushing strength) von 150 bis 800 MPa besitzen.
Thermisches Spritzpulver nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Cermet-Partikel eine Rundheit von 2 oder weniger aufweisen.
Thermisches Spritzpulver nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Cermet-Partikel granuliert-gesinterte Partikel sind.
Thermische Spritzbeschichtung, erhalten durch thermisches Spritzen des thermischen Spritzpulvers nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die thermische Spritzbeschichtung eine durchschnittliche Mittelachse-Oberflächenrauigkeit Ra von 3 μm oder weniger aufweist, und die thermische Spritzbeschichtung eine erste thermische Spritzbeschichtung ist, wenn eine zweite thermische Spritzbeschichtung bereitgestellt wird, welche sich von der ersten thermischen Spritzbeschichtung nur darin unterscheidet, dass das thermische Spritzpulver für die zweite thermische Spritzbeschichtung eine Partikelgröße von 15 bis 45 μm aufweist, wobei das Verhältnis des Verschleißvolumens der ersten thermischen Spritzbeschichtung in Bezug auf das Verschleißvolumen der zweiten thermischen Spritzbeschichtung 1,5 oder weniger beträgt, wenn die erste und zweite thermische Spritzbeschichtung der gleichen Verschleißprüfung unterzogen werden.
Thermische Spritzbeschichtung nach Anspruch 13, wobei die durchschnittliche Mittelachse-Oberflächenrauigkeit Ra der thermischen Spritzbeschichtung 2,2 μm oder weniger ist und das Verhältnis des Verschleißvolumens 1,0 oder weniger beträgt.
Thermische Spritzbeschichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei die thermische Spritzbeschichtung eine Vickers-Härte von 1.000 oder mehr besitzt.
Thermische Spritzbeschichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die thermische Spritzbeschichtung eine Porosität von 2% oder weniger besitzt.