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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein thermisches Sprühpulver,
eine thermische Sprühbeschichtung, die aus dem thermischen
Sprühpulver erhältlich ist, und eine Ofenrolle
einschließlich der thermischen Sprühbeschichtung,
die aus dem thermischen Sprühpulver erhältlich
ist.
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Eine
Rolle zur Beförderung einer Stahlplatte, eine so genannte
Ofenrolle, wird in einem Wärmebehandlungsofen wie beispielsweise
einem Stahlplatte-Durchlaufofen angewandt. Eine Stahlplatte wird
einer Wärmebehandlung in einem Ofen, der unter einer Reduktionsatmosphäre
von N2/H2 oder dergleichen
gehalten wird, ausgesetzt. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Aufbau
(„buildup") genannte Absetzung auf der Oberfläche der
Ofenrolle durch eine Reaktion der Rolle mit der Stahlplatte in einigen
Fällen ausgebildet. Wenn ein Aufbau auf der Oberfläche
der Ofenrolle ausgebildet wird, wird ein geprägter Anriss
oder dergleichen auf der Oberfläche einer Stahlplatte,
die auf der Ofenrolle befördert wird, gebildet, was zu
einer schlechten Qualität der Stahlplatte führt.
Wenn ein Aufbau auf der Oberfläche der Ofenrolle ausgebildet wird,
ist es daher notwendig, dass der Betrieb des Ofens sofort angehalten
wird und die Oberfläche der Ofenrolle gereinigt wird, so
dass die Produktionseffizienz erheblich verringert wird. Die Ausbildung
des Aufbaus wurde daher herkömmlich durch Bereitstellung
einer thermischen Sprühbeschichtung auf der Oberfläche
der Ofenrolle verhindert.
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In
letzter Zeit stieg unterdessen der Bedarf an höherfestem
Stahl. Stahl mit hoher Zugspannung enthält Elemente wie
beispielsweise Mangan (Mn) und Silizium (Si) als feste lösungsverstärkende
Elemente in einer Menge, die höher liegt als bei normalem
Stahl. Da diese Elemente leicht oxidiert werden, wird eine Oxidangereicherte
Schicht dieser Elemente auf der Oberfläche einer Stahlplatte
mit hoher Zugspannung ausgebildet. Da eine Mangan-angereicherte
Schicht insbesondere zur Bildung eines Aufbaus durch Reagieren mit einer
thermischen Sprühbeschichtung, die auf der Oberfläche
einer Herdrolle bereitgestellt wird, bestrebt ist, verursachte dieser
Mangan-Aufbau ein Problem bei Ofenrollen zur Beförderung
von Stahlplatten mit hoher Zugspannung. Weil die Qualitätsmaßstäbe
für Stahlplatten zunehmend strenger wurden, wurde das Problem des
Aufbaus immer augenscheinlicher. Die Entwicklung eines thermischen
Sprühpulvers zur Lösung dieser Probleme wurde
daher durchgeführt (siehe zum Beispiel offen gelegte
japanische Patentveröffentlichungs-Nummern
2005-206863 und
2003-27204 ).
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Eine
besonders hohe Beständigkeit gegenüber Aufbau
wird insbesondere für eine thermische Sprühbeschichtung
benötigt, die auf der Oberfläche einer Ofenrolle
für den Gebrauch in einer Hochtemperaturzone (z. B. 900°C
oder mehr) in einem Hochofen bereitgestellt wird. Gleichzeitig wird
für eine solche thermische Sprühbeschichtung außerdem
eine hohe Thermoschock-Beständigkeit benötigt,
die einem thermischen Schock, der beispielsweise mit dem Hindurchführen
einer Stahlplatte einhergeht, ohne Verursachung einer Abtrennung
widerstehen kann.
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Bisher
wurde jedoch keine thermische Sprühbeschichtung erhalten,
die diesen Anforderungen genügte.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ziel
der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung eines thermischen
Sprühpulvers, welches eine thermische Sprühbeschichtung
ausbilden kann, die für die Verwendung einer Ofenrolle
geeignet ist, eine thermische Sprühbeschichtung, die aus
dem thermischen Sprühpulver erhalten wird, und eine Ofenrolle
einschließlich der thermischen Sprühbeschichtung.
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Zur
Erreichung der vorstehenden Zielsetzung und gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein thermisches Sprühpulver
bereitgestellt. Das thermische Sprühpulver enthält
30 bis 50% Massenanteil an Chromcarbid, wobei der Rest eine Beimischung
bzw. ein Gemisch bzw. eine Legierung enthaltend Chrom, Aluminium,
Yttrium, und mindestens eines von Kobalt und Nickel ist. Das thermische
Sprühpulver besitzt eine durchschnittliche Partikelgröße
von 20 bis 60 μm.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine thermische Sprühbeschichtung bereitgestellt,
die mittels Hochgeschwindigkeits-/Hochdruck-Flammensprühen
des thermischen Sprühpulvers gemäß dem
vorstehenden ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung erhalten wird.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Ofenrolle mit
der thermischen Sprühbeschichtung gemäß dem
vorstehenden zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wobei die
Sprühbeschichtung auf einer Oberfläche der Ofenrolle
gebildet wird, bereitgestellt.
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Andere
Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
ersichtlich werden, die anhand von Beispielen die Prinzipien der
Erfindung darstellen.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird hier nachstehend
beschrieben.
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Ein
thermisches Sprühpulver gemäß der vorliegenden
Ausführungsform enthält 30 bis 50% Massenanteil
an Chromcarbid, wobei der Rest aus einem Gemisch besteht. Mit anderen
Worten enthält das thermische Sprühpulver 30 bis
50% Massenanteil an Chromcarbid und 50 bis 70% Massenanteil eines
Gemisches. Das Gemisch bzw. die Legierung enthält Chrom,
Aluminium, Yttrium und mindestens eines von Kobalt und Nickel. Insbesondere
kann als Legierung entweder eines von einer CoCrAlY-Legierung, einer
NiCrAlY-Legierung, einer CoNiCrAlY-Legierung und einer NiCoCrAlY-Legierung
eingesetzt werden. Aus der Sicht der Verbesserung der Aufbau-Beständigkeit
einer thermischen Sprühbeschichtung, die aus dem thermischen
Sprühpulver gewonnen wird, betragen der Chrom-Gehalt, der
Aluminium-Gehalt und der Yttrium-Gehalt in der Legierung vorzugsweise
15 bis 25% Massenanteil, 6 bis 12% Massenanteil bzw. 0,3 bis 1%
Massenanteil.
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Es
ist entscheidend, dass der Gehalt an Chromcarbid in dem thermischen
Sprühpulver 30% Massenanteil oder mehr beträgt
(mit anderen Worten der Gehalt an Legierung in dem thermischen Sprühpulver
beträgt 70% Massenanteil oder weniger). Sobald der Gehalt
an Chromcarbid erhöht wird, wird die Aufbau-Beständigkeit
einer thermischen Sprühbeschichtung, die aus dem thermischen
Sprühpulver erhalten wird, verbessert. Dies wird erwogen,
da Chromcarbid in der thermischen Sprühbeschichtung eher
nicht zur Ausbildung einer Reaktionsschicht neigt, selbst wenn es mit
einer Mangan-angereicherten Schicht in Kontakt kommt und dadurch die
Aufbau-Ausbildung unterdrückt wird. Sobald der Gehalt an
Chromcarbid ferner erhöht wird, wird die Härte einer
aus dem thermischen Sprühpulver erhaltenen thermischen
Sprühbeschichtung verbessert und die Abrieb-Beständigkeit
der thermischen Sprühbeschichtung wird daher verbessert.
Wenn der Gehalt an Chromcarbid im thermischen Sprühpulver
30% bezogen auf die Masse oder mehr beträgt, wird eine
thermische Sprühbeschichtung mit exzellenter Aufbau-Beständigkeit
und Abrieb-Beständigkeit und die für die Verwendung
einer Ofenrolle geeignet ist, aus dem thermischen Sprühpulver
erhalten. Um weiter die Aufbau-Beständigkeit und Abrasions-Beständigkeit
einer thermischen Sprühbeschichtung, die aus dem thermischen
Sprühpulver erhalten wird, signifikant zu verbessern, beträgt
der Gehalt an Chromcarbid im thermischen Sprühpulver vorzugsweise
33% bezogen auf die Masse oder mehr und bevorzugter 35% bezogen
auf die Masse oder mehr. Mit anderen Worten beträgt der
Gehalt an Legierung in dem thermischen Sprühpulver vorzugsweise
67% bezogen auf die Masse oder weniger, und bevorzugter 65% bezogen
auf die Masse oder weniger.
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Es
ist auch entscheidend, dass der Gehalt an Chromcarbid in dem thermischen
Sprühpulver 50% bezogen auf die Masse oder weniger beträgt
(mit anderen Worten, der Gehalt an Legierung in dem thermischen Sprühpulver
beträgt 50% bezogen auf die Masse oder mehr). Sobald der
Gehalt an Chromcarbid verringert wird, wird die Belastbarkeit einer
thermischen Sprühbeschichtung, die aus dem thermischen
Sprühpulver erhalten wird, verbessert und die thermische
Schockbeständigkeit der thermischen Sprühbeschichtung
wird daher verbessert. Wenn der Gehalt an Chromcarbid in dem thermischen
Sprühpulver 50% bezogen auf die Masse oder weniger beträgt,
wird eine thermische Sprühbeschichtung mit exzellenter
thermischer Schockbeständigkeit, geeignet für
die Verwendung einer Ofenrolle, aus dem thermischen Sprühpulver
erhalten. Zur weiteren signifikanten Verbesserung der thermischen
Schockbeständigkeit einer thermischen Sprühbeschichtung,
die aus dem thermischen Sprühpulver erhalten wird, beträgt
der Gehalt an Chromcarbid in dem thermischen Sprühpulver
vorzugsweise 47% bezogen auf die Masse oder weniger, und bevorzugter
45% bezogen auf die Masse oder weniger. Mit anderen Worten, der
Gehalt an einer Legierung in dem thermischen Sprühpulver
beträgt vorzugsweise 53% bezogen auf die Masse oder mehr,
und bevorzugter 55% bezogen auf die Masse oder mehr.
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Es
ist erforderlich, dass das thermische Sprühpulver eine
durchschnittliche Partikelgröße von 20 μm oder
mehr besitzt. Wird die durchschnittliche Partikelgröße
des thermischen Sprühpulvers erhöht, so wird die Menge
an Feinpartikeln, die in dem thermischen Sprühpulver enthalten
sind, und die ein „Überschmelzen" während
des thermischen Sprühens verursachen können, erniedrigt,
und daher ist das Auftreten eines so genannten „spitting"-Phänomens
unwahrscheinlicher während des thermischen Sprühens
des thermischen Sprühpulvers. Der Begriff „spitting"
bezieht sich auf ein Phänomen, bei dem die durch Adhäsion
und Abscheidung eines überschmolzenen thermischen Sprühpulvers
gebildete Abscheidung (deposition) an oder auf einer Innenwand einer
Düse einer thermischen Sprühvorrichtung von der
Innenwand abfällt und mit der resultierenden thermischen
Sprühbeschichtung während des thermischen Sprühens
des thermischen Sprühpulvers vermischt wird. Da die Abscheidung
für eine lange Zeitspanne in der Düse einer Flamme
ausgesetzt wird, um eine Schädigung wie beispielsweise
Oxidation zu verursachen, kann, wenn das „spitting" vorkommt,
die Leistung einer thermischen Sprühbeschichtung, die aus
dem thermischen Sprühpulver erhalten wird, einschließlich
der Aufbaubeständigkeit (buildup resistance) verringert
werden. Daher wird, wenn das thermische Sprühpulver eine
durchschnittliche Partikelgröße von 20 μm
oder mehr besitzt, die Verringerung bzw. Reduktion in der Aufbaubeständigkeit
der thermischen Sprühbeschichtung durch „spitting"
stark unterdrückt. Um die Reduktion bei der buildup resistance
(Aufbaubeständigkeit) der thermischen Sprühbeschichtung
durch das Auftreten des „spitting" stärker zu
unterdrücken, hat das thermische Sprühpulver eine
durchschnittlichen Partikelgröße von vorzugsweise
23 μm oder mehr, und noch bevorzugter 25 μm oder
mehr.
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Es
ist erforderlich, dass das thermische Sprühpulver eine
durchschnittliche Partikelgröße von 60 μm oder
weniger besitzt. Wird die durchschnittliche Partikelgröße
des thermischen Sprühpulvers verringert, so wird die Dichte
einer aus dem thermischen Sprühpulver erhaltenen thermischen
Sprühbeschichtung verbessert, und die Leistung der thermischen
Sprühbeschichtung wird daher einschließlich der
Aufbau-Beständigkeit und Abrieb-Beständigkeit
verbessert. Wenn eine thermische Sprühbeschichtung eine
schlechte Dichte aufweist, kann ein Aufbau ausgehend von einer Hohlraum-Pore
auf einer Oberfläche der Beschichtung als Startpunkt ausgebildet
werden. Aus dieser Sicht gesehen, wird eine thermische Sprühbeschichtung
mit exzellenter Aufbau-Beständigkeit und Abrieb-Beständigkeit
aus dem thermischen Sprühpulver erhalten, die für
die Verwendung für eine Ofenrolle geeignet ist, vorausgesetzt,
das thermische Sprühpulver hat eine durchschnittliche Partikelgröße
von 60 μm oder weniger. Um weiter die Aufbau-Beständigkeit
und Abrieb-Beständigkeit einer aus dem thermischen Sprühpulver
erhaltenen thermischen Sprühbeschichtung signifikant zu
verbessern, hat das thermische Sprühpulver eine durchschnittliche
Partikelgröße von vorzugsweise 57 μm
oder weniger und noch bevorzugter von 55 μm oder weniger.
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Die
das thermische Sprühpulver bildenden Partikel sind vorzugsweise
granulierte und gesinterte Partikel. Die granulierten und gesinterten
Partikel sind deshalb vorteilhaft, da sie ein gutes Fließverhalten
besitzen und darin weniger Verunreinigungen zum Zeitpunkt der Produktion
enthalten sind im Vergleich zu geschmolzenen und gemahlenen Partikeln
und gesinterten und gemahlenen Partikeln. Eine aus dem thermischen Sprühpulver
erhaltene Sprühbeschichtung von granulierten und gesinterten
Partikeln weist daher eine gleichmäßige Textur
auf und die Leistung der thermischen Sprühbeschichtung
wird daher verbessert einschließlich der Aufbau-Beständigkeit.
Die granulierten und gesinterten Partikel werden beispielsweise
durch Granulieren und Sintern eines Rohpulvers umfassend ein Pulver
aus Chromcarbid und ein Pulver der Legierung, gefolgt von einem
Zerkleinern in kleinere Partikel und Klassifizieren des resultierenden
Pulvers, falls notwendig, produziert. Die geschmolzenen und zermahlenen
Partikel werden durch Schmelzen des Rohmaterials, Kühlen und
Verfestigen des geschmolzenen Pulvers und anschließendem
Zermahlen und Klassifizieren des resultierenden Pulvers, falls notwendig,
hergestellt. Die gesinterten und zermahlenen Partikel werden durch
Sintern und Zermahlen des Rohmaterials und Klassifizieren des resultierenden
Pulvers, falls notwendig, hergestellt.
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Wenn
das thermische Sprühpulver granulierte und gesinterte Partikel
umfasst, hat ein Rohpulver der granulierten und gesinterten Partikel
vorzugsweise eine durchschnittliche Partikelgröße
von 15 μm oder weniger. Indem die durchschnittliche Partikelgröße
des Rohpulvers erhöht wird, werden die Größe
jedes Chromcarbid-Partikels und die Größe jedes
Legierungs-Bereichs in einer aus dem thermischen Sprühpulver
erhaltenen thermischen Sprühbeschichtung erniedrigt, und
die Gleichmäßigkeit der thermischen Sprühbeschichtung wird
daher verbessert. Aus dieser Sicht wird eine thermische Sprühbeschichtung
mit besonders hoher Einheitlichkeit aus dem thermischen Sprühpulver
erhalten, wenn das Rohpulver eine durchschnittliche Partikelgröße von
15 μm oder weniger besitzt.
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Wenn
das thermische Sprühpulver granulierte und gesinterte Partikel
umfasst, haben die granulierten und gesinterten Partikel vorzugsweise
eine Druckfestigkeit von 10 MPa oder mehr. Wird die Druckfestigkeit
der granulierten und gesinterten Partikel erhöht, so wird
ein Zerfall der granulierten und gesinterten Partikel in dem thermischen
Sprühpulver unterbunden. Dieser Zerfall ist ein Vorgang,
der in einem Rohr stattfinden kann, etwa die Verbindung einer Pulverzuführung
zu einer thermischen Sprühapparatur, während der
Einspeisung des thermischen Sprühpulvers in die thermische
Sprühapparatur aus dem Pulverbeschicker, oder wenn das
der thermischen Sprühapparatur zugeführte thermische
Sprühpulver in die thermische Sprühflamme gespeist wird.
Wenn der Zerfall von granulierten und gesinterten Partikeln auftritt,
werden Feinpartikel in dem thermischen Sprühpulver gebildet,
die ein Überschmelzen während des thermischen
Sprühens verursachen können, so dass „spitting"
während des thermischen Sprühens des thermischen
Sprühpulvers leichter auftritt. Aus dieser Sicht wird der
Zerfall von granulierten und gesinterten Partikeln stark unterdrückt,
wenn die granulierten und gesinterten Partikel eine Druckfestigkeit
von 10 MPa oder mehr aufweisen, so dass das Vorkommen des spitting
unterdrückt wird.
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Ein
thermisches Sprühpulver der vorliegenden Ausführungsform
wird zum Zwecke der Ausbildung einer thermischen Sprühbeschichtung
durch Hochgeschwindigkeits-Flammsprühen wie beispielsweise
HVOF eingesetzt. Im Falle des Hochgeschwindigkeits-Flammsprühens
besitzt die erhaltene thermische Sprühbeschichtung exzellente
Dichtigkeiten, Texturgleichmäßigkeit und geringeren
thermischen Verschleiß im Vergleich zu anderen thermischen
Sprühverfahren, und eine thermische Sprühbeschichtung
mit exzellenter Aufbau-Beständigkeit und thermischer Schockbeständigkeit
wird aus dem thermischen Sprühpulver gebildet. Das thermische
Sprühen eines thermischen Sprühpulvers der vorliegenden
Ausführungsform erfolgt demnach vorzugsweise über
Hochgeschwindigkeits-Flammbeschichtung.
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Eine
aus dem thermischen Sprühpulver erhaltene thermische Sprühbeschichtung
wird beispielsweise auf der Oberfläche einer Ofenrolle
bereitgestellt. Die auf der Oberfläche einer Ofenrolle
bereitgestellte thermische Sprühbeschichtung wird durch
Hochgeschwindigkeits-Flammbeschichtung des thermischen Sprühpulvers
gebildet. Diese thermische Sprühbeschichtung hat vorzugsweise
eine Dicke von 40 bis 300 μm ausgehend davon, dass eine
exzellente Aufbau-Beständigkeit und exzellente thermische
Schock-Beständigkeit erhalten wird.
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Gemäß der
vorliegenden Ausführungsform ergibt sich der folgende Vorteil.
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Ein
thermisches Sprühpulver der vorliegenden Ausführungsform
enthält 30 bis 50%, bezogen auf die Masse, an Chromcarbid
mit dem Rest bestehend aus einer Legierung enthaltend Chrom, Aluminium,
Yttrium, und mindestens eines von Kobalt und Nickel, und hat eine
durchschnittliche Partikelgröße von 20 bis 60
um. Eine aus dem thermischen Sprühpulver erhaltene thermische
Sprühbeschichtung wird daher eine exzellente Aufbau-Beständigkeit
und Abrieb-Beständigkeit besitzen, und ist daher für
die Zwecke einer Ofenrolle geeignet. Mit anderen Worten, das thermische
Sprühpulver kann eine thermische Sprühbeschichtung
ausbilden, die sowohl der Aufbau-Beständigkeit als auch
der thermischen Schock-Beständigkeit genügt, die
benötigt werden, wenn sie in einem Hochtemperaturbereich
in einem Schmelzofen eingesetzt wird, und die für die Verwendung einer
Ofenrolle geeignet ist.
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Die
vorstehend erwähnte Ausführungsform kann folgendermaßen
modifiziert werden.
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Ein
thermisches Sprühpulver der vorliegenden Ausführungsform
kann Yttriumoxid anstelle eines Teils der Legierung enthalten. Da
Yttriumoxid chemisch stabil ist und äußerst nicht-reaktiv
ist, wird die Aufbau-Beständigkeit einer aus dem thermischen
Sprühpulver erhaltenen thermischen Sprühbeschichtung
durch Zugabe von Yttriumoxid verbessert. Je geringer der Gehalt
an Yttriumoxid in dem thermischen Sprühpulver ist, desto mehr
verbessert eine aus dem thermischen Sprühpulver erhaltene
thermische Sprühbeschichtung die Dichte und thermische
Schock-Beständigkeit. Der Gehalt an Yttriumoxid in dem
thermischen Sprühpulver beträgt daher vorzugsweise
20%, bezogen auf die Masse, oder weniger, bevorzugter 17%, bezogen
auf die Masse, oder weniger, und weiter bevorzugt 15%, bezogen auf
die Masse, oder weniger.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend noch genauer anhand von Beispielen
und Vergleichsbeispielen beschrieben.
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In
den Beispielen 1 bis 15 und Vergleichsbeispielen 1 bis 6 wurden
thermische Sprühpulver jeweils umfassend granulierte und
gesinterte Partikel enthaltend Cr3C2 und eine Legierung, und außerdem
Y2O3, falls notwendig,
hergestellt. In Beispiel 16 wurde ein thermisches Sprühpulver
umfassend ein Gemisch aus einem Cr3C2-Pulver, einem Y2O3-Pulver und einem Legierungspulver hergestellt.
Jedes der thermischen Sprühpulver wurde dann thermisch
gesprüht, um eine thermische Sprühbeschichtung
auszubilden. Die Angaben zu jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele
sind wie in Tabelle 1 dargestellt beschrieben.
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Die
Spalte beschriftet „Cr3C2-Gehalt" in Tabelle 1 zeigt den Gehalt an
Cr3C2 in dem thermischen
Sprühpulver von jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele.
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Die
Spalte beschriftet „Y2O3-Gehalt" in Tabelle 1 zeigt den Gehalt an
Y2O3 in dem thermischen
Sprühpulver von jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele.
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Die
Spalte beschriftet „Zusammensetzung der Legierung" in Tabelle
1 zeigt die Zusammensetzung der Legierung in dem thermischen Sprühpulver
von jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele.
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Die
Spalten beschriftet „durchschnittliche Partikelgröße
vom thermischen Sprühpulver" und „durchschnittliche
Partikelgröße des Rohpulvers" in Tabelle 1 zeigen
die Messergebnisse der durchschnittlichen Partikelgröße
des thermischen Sprühpulvers bzw. die durchschnittliche
Partikelgröße des Rohpulvers des thermischen Sprühpulvers
in jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele. Eine Laserbeugungs-/Streuungs-Partikelgrößen-Messapparatur „LA-300",
hergestellt von HORIBA Ltd., wurde für die Messung der
durchschnittlichen Partikelgrößen eingesetzt.
Die „durchschnittliche Partikelgröße"
steht hier für die Partikelgröße des
Partikels, welcher zuletzt aufaddiert wurde, wenn das Volumen jedes
der Partikel von den Partikeln mit der kleinsten Partikelgröße
in aufsteigender Reihenfolge aufaddiert wird, bis das aufaddierte
Volumen der Partikel 50% des aufaddierten Volumens aller Partikel
erreicht.
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In
der Spalte „Art des thermischen Sprühpulvers"
in Tabelle 1 bedeutet „granuliert und gesintert", dass das
thermische Sprühpulver granulierte und gesinterte Partikel
umfasst, und „Mischung" bedeutet, dass das thermische Sprühpulver
ein Gemisch aus einem Cr3C2-Pulver,
einem Y2O3-Pulver
und einem Legierungspulver umfasst.
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Die
Spalte „Druckfestigkeit" in Tabelle 1 zeigt die Messwerte
der Druckfestigkeit von granulierten und gesinterten Partikeln in
dem thermischen Sprühpulver von jedem der Beispiele 1 bis
15 und Vergleichsbeispiele 1 bis 6. Die Druckfestigkeit zeigt insbesondere
die Druckfestigkeit σ [MPa] von granulierten und gesinterten Partikeln
in jedem der thermischen Sprühpulver, die gemäß der
Formel berechnet wird: σ = 2,8 × L/π/d2. In der vorstehenden Gleichung stehen L
und d für eine kritische Last (EULER-Last [N]) bzw. für
eine durchschnittliche Partikelgröße eines thermischen
Sprühpulvers [mm]. Der Begriff „kritische Last"
steht für den die Stärke der Kompressionslast,
die an den granulierten und gesinterten Partikeln zum Zeitpunkt
einer drastischen Erhöhung der Verschiebung eines Stempels
angewandt wird, wenn eine in konstanter Rate erhöhte Kompressionslast
an den granulierten und gesinterten Partikeln mit dem Stempel angewandt
wird. Ein Mikrokompressionsmessgerät „MCTE-500",
hergestellt von Shimadzu Corporation, wurde für die Messung
dieser kritischen Last verwendet.
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Die
Spalte „thermische Sprühmethode" in Tabelle 1
zeigt ein thermisches Sprühverfahren, welches eingesetzt
wird, wenn das thermische Sprühpulver von jedem der Beispiele
und Vergleichsbeispiele zur Erzeugung einer thermischen Sprühbeschichtung
thermisch gesprüht wurde. In der gleichen Spalte bedeutet „HVOF"
eine Hochgeschwindigkeits-Flammbeschichtung unter den Bedingungen,
die in Tabelle 2 gezeigt sind, und „Plasma" steht für
thermische Plasmabesprühung unter den Bedingungen, die
in Tabelle 3 angegeben sind.
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Die
Spalte „Beschichtungsdicke" in Tabelle 1 zeigt die Messwerte
der Dicke einer aus dem thermischen Sprühpulver erhaltenen
thermischen Sprühbeschichtung für jedes der Beispiele
und Vergleichsbeispiele.
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Die
Spalte „spitting" in Tabelle 1 zeigt die Ergebnisbewertung
des Auftretens des spitting-Ereignisses, wenn das thermische Sprühpulver
für jedes der Beispiele und Vergleichsbeispiele zur Erzeugung
einer thermischen Sprühbeschichtung thermisch gesprüht
wurde. Insbesondere nachdem kontinuierliches thermisches Sprühen
für 10 Minuten und 20 Minuten unter Verwendung eines thermischen
Sprühapparates durchgeführt wurde, wurde der Adhäsionszustand
von jedem thermischen Sprühpulver an die Innenwand einer
Düse der thermischen Sprühvorrichtung beobachtet.
Jedes thermische Sprühpulver wurde dann als „gut
(G)" bewertet, wenn keine Adhäsion verzeichnet wurde, selbst
nach Durchführung von kontinuierlichem thermischen Sprühen
für 20 Minuten, als „ausreichend (F)" bewertet,
wenn keine Adhäsion nach kontinuierlichem thermischen Sprühen
für 10 Minuten verzeichnet wurde, jedoch eine Adhäsion
verzeichnet wurde, nachdem für 20 Minuten kontinuierlich
thermisch gesprüht wurde, und als „schlecht (P)"
bewertet, wenn eine Adhäsion verzeichnet wurde, die schon
nach Durchführung einer kontinuierlichen thermischen Sprühung
für 10 Minuten auftrat.
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Die
Spalte „Adhäsionseffizienz" in Tabelle 1 zeigt
die Ergebnisbewertung der Adhäsionseffizienz (thermische
Sprühausbeute), wenn das thermische Sprühpulver
von jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele zur Erzeugung einer
thermischen Sprühbeschichtung thermisch gesprüht
wurde. Jedes thermische Sprühpulver wurde insbesondere
als „gut (G)" bewertet, wenn der Wert der Adhäsionseffizienz,
bestimmt mittels Teilen des Gewichts der erhaltenen thermischen
Sprühbeschichtung durch das Gewicht des verwendeten thermischen
Sprühpulvers, 35% oder mehr betrug, als „ausreichend
(F)" bewertet, wenn der Wert 30% oder mehr und weniger als 35% betrug,
und als „schlecht (P)" bewertet, wenn der Wert weniger
als 30% betrug.
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Die
Spalte „Härte" in Tabelle 1 zeigt die Ergebnisbewertung
der Harte, die für die in jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele
erhaltenen thermischen Sprühbeschichtung gemessen wurde.
Jede thermische Sprühbeschichtung wurde insbesondere als „gut
(G)" bewertet, wenn der Vickers-Härtewert im Querschnitt
der thermischen Sprühbeschichtung, gemessen bei einer Last
von 2 N, unter Verwendung eines Mikrohärtetest-Geräts „HMV-1",
hergestellt von Shimadzu Corporation, 500 oder mehr betrug, als „ausreichend
(F)" bewertet, wenn der Wert 450 oder mehr und weniger als 500 betrug,
und als „schlecht (P)" bewertet, wenn der Wert weniger
als 450 betrug.
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Die
Spalte „Porosität" in Tabelle 1 zeigt die Ergebnisbewertung
der Porosität, die für die in jedem der Beispiele
und Vergleichsbeispiele erhaltene thermische Sprühbeschichtung
gemessen wurde. Jede thermische Sprühbeschichtung wurde
insbesondere als „gut (G)" bewertet, wenn der Porositätswert,
bestimmt durch Messung des Querschnitts der thermischen Sprühbeschichtung
nach „mirror polishing" durch Bildanalyse, 2,0% oder weniger
beträgt, als „ausreichend (F)" bewertet, wenn
der Wert mehr als 2,0% und 3,0% oder weniger betrug, und als „schlecht
(P)" bewertet, wenn der Wert mehr als 3,0% betrug.
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Die
Spalte „Abrieb-Beständigkeit" in Tabelle 1 zeigt
die Ergebnisbewertung der Abrieb-Beständigkeit für
die in jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele erhaltene thermische
Sprühbeschichtung. Insbesondere nachdem jede der thermischen
Sprühbeschichtungen einem Trocken-Abrieb-Test gemäß dem
japanischen Industriestandard (JIS) H8682-1 unterworfen wurde und
eine aus Kohlenstoffstahl (SS400) hergestellte und als Standardprobe
eingesetzte Platte dem gleichen Trocken-Abrieb-Test unterworfen
wurde, wenn das Verhältnis des Abriebgewichts der thermischen
Sprühbeschichtung zum Abriebgewicht der Standardprobe 0,4
oder weniger betrug, wurde die thermische Sprühbeschichtung
als „gut (G)" bewertet, wenn das Verhältnis mehr
als 0,4 und 0,5 oder weniger betrug, wurde die thermische Sprühbeschichtung
als „ausreichend (F)" bewertet, und wenn das Verhältnis
mehr als 0,5 betrug, wurde die thermische Sprühbeschichtung
als „schlecht (P)" bewertet. Die Oberfläche jeder
der thermischen Sprühbeschichtungen und die Standardprobe
wurden mit abrasivem Papier, so genanntem CP180 in US CAMI (Coated
Abrasives Manufactures Institute)-Standard unter einer Last von
30,9 N eine vorbestimmte Anzahl von Malen unter Verwendung einer
Suga-Abrasions-Testmaschine in dem vorstehenden Trocken-Abrieb-Test
gerieben.
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Die
Spalte „thermische Schock-Beständigkeit" in Tabelle
1 zeigt die Ergebnisbewertung der thermischen Schock-Beständigkeit
für die in jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele
erhaltene thermische Sprühbeschichtung. Insbesondere wurde
ein Heiz- und Kühlzyklus wiederholt, in welchem eine Probe,
erhalten durch Bilden jeder der thermischen Sprühbeschichtungen
auf der Oberfläche eines Substrats hergestellt aus hitzebeständigem
Guss-Stahl (SCH11), in Luft bei 1000°C für 30
Minuten erhitzt wird und anschließend in Wasser gekühlt
wird. Jede thermische Sprühbeschichtung wurde anschließend
als „gut (G)" bewertet, wenn eine Separation der thermischen
Sprühbeschichtung selbst bei 20maligem Wiederholen des
Heiz- und Kühlzyklusses nicht erfolgte, als „ausreichend
(F)" bewertet, wenn die Separation der thermischen Sprühbeschichtung
erfolgte, indem der Zyklus 15 Mal oder mehr und weniger als 20 Mal
wiederholt wurde, und als „schlecht (P)" bewertet, wenn
die Separation erfolgte, indem der Zyklus weniger als 15 Mal wiederholt
wurde.
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Die
Spalte „Aufbau-Beständigkeit" in Tabelle 1 zeigt
die Ergebnisbewertung hinsichtlich der Aufbau-Beständigkeit
für die in jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele
erhaltene thermische Sprühbeschichtung. Es wurden Proben
erhalten, in denen jede der thermischen Sprühbeschichtungen
auf der Oberfläche eines aus rostfreiem Stahl (SUS304)
hergestelltem Substrats ausgebildet wurde. Ein Manganoxid-Pulver,
das als Aufbau-Zufuhr fungierte, wurde zwischen die thermischen
Sprühbeschichtungen von zwei Proben eingelegt, und die
erhaltenen Proben wurden in einer Atmosphäre aus N
2/3 vol% H
2 bei 1000°C
für 100 Stunden erhitzt. Nach Polieren der Querschnittfläche
von jeder Probe wurde die Dicke der Mangandiffusionsschicht in der
thermischen Sprühbeschichtung unter Verwendung eines Energie-dispersiven
Röntgenanalysegerätes „EDX", hergestellt
von HORIBA Ltd., gemessen. Jede thermische Sprühbeschichtung
wurde anschließend als „gut (G)" bewertet, wenn
die Dicke der Diffusionsschicht 20 μm oder weniger betrug,
als „ausreichend (F)" bewertet, wenn die Dicke mehr als
20 μm und 50 μm oder weniger betrug, und als „schlecht
(P)" bewertet, wenn die Dicke mehr als 50 μm betrug.
Tabelle 2
Thermisches
Sprühsystem: | Hochgeschwindigkeits-Flammbesprühungsapparatur „JP-5000",
hergestellt von Praxair/TAFA |
Sauerstoff-Flussrate: | 1900
scfh (893 L/min.) |
Kerosin-Flussrate: | 5,1
gph (0,32 L/min.) |
Thermischer
Sprühabstand: | 380
mm |
Trommellänge
des thermischen Sprühsystems: | 101,6
mm |
Zuführungsrate
des thermischen Sprühpulvers: | 60
g/min. |
Tabelle 3
Thermisches
Sprühsystem: | Thermische
Plasma-Sprühvorrichtung „SG-100", hergestellt
von Praxair |
Argon-Gasdruck: | 0,34
MPa |
Helium-Gasdruck: | 0,34
MPa |
Spannung | 35
V |
Elektrischer
Strom: | 750
A |
Thermischer
Sprühabstand: | 120
mm |
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Wie
in Tabelle 1 gezeigt, wurde die thermische Sprühbeschichtung
von jedem der Beispiele 1 bis 16 sowohl hinsichtlich der thermischen
Schock-Beständigkeit und Aufbau-Beständigkeit
als „gut" oder „ausreichend" bewertet und daher
wurden praktisch zufrieden stellende Ergebnisse erhalten. Die thermische
Sprühbeschichtung von jedem der Vergleichsbeispiele 1 bis
6 wurde dagegen als „schlecht" hinsichtlich der beiden Bewertungspunkte
thermische Schock-Beständigkeit und Aufbau-Beständigkeit
bewertet, und daher wurden praktisch keine zufrieden stellenden
Ergebnisse diesbezüglich erhalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2005-206863 [0003]
- - JP 2003-27204 [0003]