DE102008015789B4

DE102008015789B4 - Thermisches Sprühpulver, thermische Sprühbeschichtung und Ofenrolle

Info

Publication number: DE102008015789B4
Application number: DE102008015789.9A
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Mizuno; Satoshi Tawada; Isao Aoki; Noriyuki YASUO; Tatsuo Suidzu; Sho Hashimoto
Original assignee: Tocalo Co Ltd; Fujimi Inc
Current assignee: Tocalo Co Ltd; Fujimi Inc
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2015-10-29
Anticipated expiration: 2028-03-27
Also published as: DE102008015789A1; KR20080087740A; TWI428471B; JP5058645B2; KR101475764B1; JP2008240072A; TW200916603A; US20080241522A1; US7776450B2; CN101274366B; CN101274366A

Abstract

Thermisches Sprühpulver, dadurch gekennzeichnet, dass es 30 bis 50 Masse-% Chromcarbid umfasst, wobei der Rest eine Legierung enthaltend Chrom, Aluminium, Yttrium und mindestens eines von Kobalt und Nickel ist, und wobei das thermische Sprühpulver eine durchschnittliche Partikelgröße von 20 bis 60 μm aufweist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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.
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.
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 JP2005206863 A und JP2003027204 A ).
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.
Bisher wurde jedoch keine thermische Sprühbeschichtung erhalten, die diesen Anforderungen genügte.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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.
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.
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.
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.
Andere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich werden, die anhand von Beispielen die Prinzipien der Erfindung darstellen.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird hier nachstehend beschrieben.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 Schock-Beständigkeit wird aus dem thermischen Sprühpulver gebildet. Das thermische Sprühen eines thermischen Sprühpulvers der vorliegenden Ausführungsform erfolgt demnach vorzugsweise über Hochgeschwindigkeits-Flammbeschichtung.
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.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ergibt sich der folgende Vorteil.
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 μm. 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.
Die vorstehend erwähnte Ausführungsform kann folgendermaßen modifiziert werden.
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.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend noch genauer anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen beschrieben.
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.
Die Spalte beschriftet „Cr₃C₂-Gehalt” in Tabelle 1 zeigt den Gehalt an Cr₃C₂ in dem thermischen Sprühpulver von jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele.
Die Spalte beschriftet „Y₂O₃-Gehalt” in Tabelle 1 zeigt den Gehalt an Y₂O₃ in dem thermischen Sprühpulver von jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele.
Die Spalte beschriftet „Zusammensetzung der Legierung” in Tabelle 1 zeigt die Zusammensetzung der Legierung in dem thermischen Sprühpulver von jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 (SCHI 1), 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.

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 N₂/3 vol% H₂ 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 1

Tabelle 1 (Forts.)

Tabelle 1 (Forts.)

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

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.

Claims

Thermisches Sprühpulver, dadurch gekennzeichnet, dass es 30 bis 50 Masse-% Chromcarbid umfasst, wobei der Rest eine Legierung enthaltend Chrom, Aluminium, Yttrium und mindestens eines von Kobalt und Nickel ist, und wobei das thermische Sprühpulver eine durchschnittliche Partikelgröße von 20 bis 60 μm aufweist.
Thermisches Sprühpulver gemäß Anspruch 1, umfassend 20 Masse-% oder weniger Yttriumoxid anstelle eines Legierungsbestandteils.
Thermisches Sprühpulver gemäß Anspruch 1 oder 2, worin das thermische Sprühpulver granulierte und gesinterte Partikel, gebildet aus einem Rohpulver mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 15 μm oder weniger, umfasst, und worin die granulierten und gesinterten Partikel eine Druckfestigkeit von 10 MPa oder mehr aufweisen.
Thermische Sprühbeschichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie mittels Hochgeschwindigkeits-Flammsprühung des thermischen Sprühpulvers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 erhalten wird.
Ofenrolle, dadurch gekennzeichnet, dass sie die thermische Sprühbeschichtung gemäß Anspruch 4 auf einer Oberfläche davon aufweist.
Ofenrolle gemäß Anspruch 5, wobei die thermische Sprühbeschichtung eine Dicke von 40 bis 300 μm aufweist.