DE102019131326A1

DE102019131326A1 - Thermisches Spritzpulver

Info

Publication number: DE102019131326A1
Application number: DE102019131326.0A
Authority: DE
Inventors: Noritaka Miyamoto
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2019-11-20
Publication date: 2020-06-25
Also published as: US20200199760A1; JP2020100857A; US11441228B2; JP7074044B2

Abstract

Ein thermisches Spritzpulver gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein thermisches Spritzpulver, welches zur Bildung einer thermischen Spritzschicht mit einer Charakteristik von Zerreiblichkeit verwendet wird. Das thermische Spritzpulver schließt Ni Legierungspartikel, Festschmierstoffpartikel und Aluminiumflocken ein, wobei der Gehalt an Sauerstoff in den Aluminiumflocken in einem Bereich von 0,29 Massen % bis 4,1 Massen % liegt, und der Bedeckungsgrad der Aluminiumflocken auf den Oberflächen der Ni Legierungspartikel in einem Bereich von 60 % bis 100 % liegt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein thermisches Spritzpulver bzw. Sprühpulver, welches zur Bildung einer thermischen Spritzschicht bzw. Sprühschicht mit einer Charakteristik von Zerreiblichkeit bzw. von Zerreibbarkeit geeignet ist.
Beschreibung des Standes der Technik
Der Stand der Technik kennt zum Beispiel eine thermische Spritzschicht mit einer Charakteristik von Zerreiblichkeit, mit welcher diese dadurch, dass sie selbst verschleißt, verschiedene Gegenstände schützen kann (nachfolgend abgekürzt als „thermische Spritzschicht“), zur Verwendung in Bauelementen, wie etwa in Gasturbinen und in Düsentriebwerken. Zudem wurde in den letzten Jahren zur Verbesserung der Turboeffizienz in einem Turbolader eine thermische Spritzschicht zur Einstellung des Spalts zwischen einem Turbinengehäuse auf der Abgasseite und einem Turbinenrad entwickelt. Die thermische Spritzschicht wird durch thermisches Spritzen bzw. Sprühen eines thermischen Spritzpulvers unter Verwendung eines den erforderlichen Charakteristiken entsprechend ausgewählten Materials gebildet.
Für thermische Spritzschichten sind Charakteristiken erforderlich, wie etwa eine vorteilhafte maschinelle Bearbeitbarkeit, mit welcher die Schicht leicht durch zum Beispiel einen anderen Gegenstand geschnitten werden kann, Erosionswiderstand zur Minimierung der Erosion als Folge eines Hochgeschwindigkeitsgasstroms und Oxidationsbeständigkeit. Zur Erlangung der vorteilhaften maschinellen Bearbeitbarkeit unter diesen Charakteristiken wird zum Beispiel ein Verfahren, in welchem Festschmierstoffpartikel einem thermischen Spritzpulver beigemengt wurden, verwendet, und die maschinelle Bearbeitbarkeit einer verwendeten thermischen Spritzschicht wird dadurch verbessert.
Derartige thermische Spritzpulver betreffend, beschreibt zum Beispiel das US Patent mit der Nummer 7,052,527 ein thermisches Spritzpulver, welches Festschmierstoffpartikel, wie etwa hexagonales Bornitrit (h-BN), zusätzlich zu Metallpartikeln, wie etwa einer Ni-Legierung, enthält, und dadurch eine thermische Spritzschicht bilden kann, welche eine vorteilhafte maschinelle Bearbeitbarkeit, Erosionsbeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit und Ähnliches aufweist, und für die Verwendung in Gasturbinen und Ähnlichem geeignet ist. Zudem beschreibt die japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2007-247063 ( JP 2007-247063 A ) ein thermisches Spritzpulver, welches Metallpartikel, wie etwa eine Ni-Cr-Legierung, und Festschmierstoffpartikel, wie etwa Bornitrit (BN), enthält und eine Abriebsbeständigkeit aufweisende Spritzschicht bilden kann. Zudem beschreibt die japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2017 179542 ( JP 2017-179542 A ) ein thermisches Spritzpulver, welches Ni-Cr-Legierungspartikel und synthetische Glimmerpartikel enthält und auf diese Weise eine thermische Spritzschicht bilden kann, die den Adhäsionsverschleiß eines anderen Gegenstandes verringern kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Jedoch diffundieren nach Verwendung der durch thermisches Spritzen der in US Patent Nummer 7,052,057 , JP 2007-247063 A und JP 2017-179542 A beschriebenen thermischen Spritzpulver gebildeten thermischen Spritzschichten in einer Umgebung hoher Temperatur bzw. bei einer hohen Umgebungstemperatur, zum Beispiel in einem Turbolader, die Metallatome zwischen den Metallpartikeln, und Sintern findet statt. Folglich wird die maschinelle Bearbeitbarkeit gemindert. Daher kann in manchen Fällen eine ausreichende maschinelle Bearbeitbarkeit nach Verwendung in einer Umgebung hoher Temperatur nicht sichergestellt werden.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorgenannten Umstände getätigt, und die vorliegende Erfindung bietet ein thermisches Spritzpulver zur Bildung einer thermischen Spritzschicht, welche eine ausreichende maschinelle Bearbeitbarkeit nach Verwendung in einer Umgebung hoher Temperatur sicherstellt.
Um vorgenannte Probleme anzugehen, ist das thermische Spritzpulver gemäß der vorliegenden Erfindung ein thermisches Spritzpulver, welches eine thermische Spritzschicht mit einer Charakteristik bzw. einer Eigenschaft von Zerreiblichkeit bilden kann, und das thermische Spritzpulver schließt Ni-Legierungspartikel, Festschmierstoffpartikel und Aluminiumflocken ein, wobei der Gehalt an Sauerstoff in den Aluminiumflocken in einem Bereich von 0,29 Massen-% bis 4,1 Massen-% liegt, und der Bedeckungsgrad bzw. der Abdeckungsgrad bzw. das Deckvermögen der Aluminiumflocken auf den Oberflächen der Ni-Legierungspartikel in einem Bereich von 60 % bis 100 % liegt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Bildung einer thermischen Spritzschicht, welche die ausreichende maschinelle Bearbeitbarkeit nach Verwendung in einer Umgebung hoher Temperatur sicherstellt, möglich.
Figurenliste
Merkmale, Vorteile sowie die technische und industrielle Bedeutung der beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Verweis auf die beigefügte Zeichnung, in welchen gleiche Zahlen gleiche Elemente bezeichnen, beschrieben, wobei:

1A ist eine Beispiele eines thermischen Spritzpulvers der vorliegenden Ausführungsform zeigende schematische Darstellung, und 1B ist eine Querschnittsdarstellung, welche schematisch eine thermische Spritzschicht zeigt, welche durch thermisches Spritzen des in 1A gezeigten thermischen Spritzpulvers auf eine Oberfläche eines Substrates gebildet wurde;
2A ist eine schematische Darstellung, welche erste Beispiele eines thermischen Spritzpulvers des Standes der Technik zeigt, und 2B ist eine Querschnittsdarstellung, welche schematisch eine thermische Spritzschicht zeigt, welche durch thermisches Spritzen des in 2A gezeigten thermischen Spritzpulvers auf eine Oberfläche eines Substrates gebildet wurde;
3A ist eine schematische Darstellung, welche zweite Beispiele eines thermischen Spritzpulver des Standes der Technik zeigt, und 3B ist eine Querschnittsdarstellung, welche schematisch eine thermische Spritzschicht zeigt, welche durch thermisches Spritzen des in 3A gezeigten thermischen Spritzpulvers auf eine Oberfläche eines Substrates gebildet wird;
4 ist eine schematische Darstellung, welche die Abziehfestigkeit nach Verwendung einer thermischen Spritzschicht in einer Umgebung hoher Temperatur gegenüber der Abziehfestigkeit vor Verwendung einer thermischen Spritzschicht zeigt.
5A zeigt eine Aufnahme, welche durch Betrachtung der in einem Aluminiumpulver enthaltenen Aluminiumflocken in einem Beispiel unter einem Rasterelektronenmikroskop (REM) erhalten wurde, und 5B zeigt eine Aufnahme, welche durch Betrachtung der in einem Aluminiumpulver enthaltenen Aluminiumpartikel eines Vergleichsbeispiels unter einem REM erhalten wurde;
6A zeigt eine Aufnahme, welche durch Betrachtung eines thermischen Spritzpulver in Beispiel 2-3 unter einem REM erhalten wurde, und 6B zeigt eine Aufnahme, welche durch Betrachtung eines thermischen Spritzpulvers in Vergleichsbeispiel 4 unter einem REM erhalten wurde.
7A ist eine Aufnahme, welche eine mittels ESMA (Elektronenstrahlmikroanalyse) analysierte Sauerstoffverteilung im Querschnitt einer thermischen Spritzschicht des Beispiels 2-3 zeigt, und 7B ist eine Aufnahme, welche eine mittels ESMA analysierte Sauerstoffverteilung im Querschnitt einer thermischen Spritzschicht des Vergleichsbeispiels 4 zeigt.
8A zeigt ein Foto eines in einem Abzugstest verwendeten automatischen Haftfestigkeitsprüfgeräts (Elcometer510), und 8B zeigt ein Foto eines das in 8A gezeigte automatische Haftfestigkeitsprüfgerät (Elcometer510) verwendenden Abzugstests; und
9 ist ein Diagramm, welches die Abziehfestigkeit vor und nach einer Wärmebehandlung auf den thermischen Spritzschichten der thermischen Spritztestteile, welche in Beispielen und Vergleichsbeispielen erzeugt wurden, zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Ausführungsformen der thermischen Spritzpulver der vorliegenden Erfindung (nachfolgend abgekürzt als „die vorliegende Ausführungsform“) werden nachfolgend beschrieben.
Das thermische Spritzpulver der vorliegenden Ausführungsform ist ein thermisches Spritzpulver zur Bildung einer thermischen Spritzschicht mit einer Charakteristik von Zerreiblichkeit, und das thermische Spritzpulver schließt Ni-Legierungspartikel, Festschmierstoffpartikel und Aluminiumflocken ein, wobei der Gehalt an Sauerstoff in den Aluminiumflocken in einem Bereich von 0,29 Massen-% bis 4,1 Massen-% liegt, und der Bedeckungsgrad der Aluminiumflocken auf den Oberflächen der Ni-Legierungspartikel in einem Bereich von 60 % bis 100 % liegt.
Zuerst wird ein Entwurf des thermischen Spritzpulvers der vorliegenden Ausführungsform mit Verweis auf die Zeichnung beschrieben. Dabei ist 1A eine schematische Darstellung, welche Beispiele des thermischen Spritzpulvers der vorliegenden Ausführungsform zeigt, und 1B ist eine Querschnittsdarstellung, welche schematisch eine durch thermisches Spritzen des in 1A gezeigten thermischen Spritzpulvers auf eine Oberfläche eines Substrates gebildete thermische Spritzschicht zeigt.
Wie in 1A gezeigt, schließt ein thermisches Spritzpulver 1 eines Beispiels der vorliegenden Ausführungsform Ni-Legierungspartikel 4, Festschmierstoffpartikel 6 und Aluminiumflocken 8 ein, und es ist ein granuläres bzw. granuliertes Pulver, welches eine große Anzahl granulärer Partikel 2 einschließt, in welchen Festschmierstoffpartikel 6 und Aluminiumflocken 8 auf den Oberflächen 4a der Ni-Legierungspartikel 4 mittels eines Harzbinders angeklebt werden bzw. anhaften (nicht gezeigt). Die Ni-Legierungspartikel 4 sind zum Beispiel aus einer Ni-Cr-Fe-Legierung gefertigte Partikel, und die Festschmierstoffpartikel 6 sind zum Beispiel Festschmierstoffpartikel, welche hexagonales Bornitrid (h-BN) und Ähnliches enthalten. Einige der Aluminiumflocken 8 sind oxidiert, und der Gehalt an Sauerstoff liegt in einem Bereich von 0,29 Massen-% bis 4,1 Massen-%. Da die Aluminiumflocken 8 die Form von Flocken aufweisen, steigt der Bedeckungsgrad der Aluminiumflocken 8 auf den Oberflächen 4a der Ni-Legierungspartikel 4 auf einen Bereich von 60 % bis 100 % an.
Daher sind, wie in 1B gezeigt, in einer durch thermisches Spritzen des thermischen Spritzpulvers 1 auf eine Oberfläche eines Substrates 50 gebildeten thermischen Spritzschicht 60 in den meisten Abschnitten, in welchen Ni-Legierungspartikel 4 miteinander verbunden sind, die Ni-Legierungspartikel 4 mittels der Aluminiumflocken 8 fusioniert bzw. verschmolzen. Dabei werden Festschmierstoffpartikel 6 in Spalten 60a zwischen Ni-Legierungspartikel 4 gefüllt. Da Aluminium sowohl gegenüber Ni-Legierungspartikeln 4 als auch gegenüber Festschmierstoffpartikeln 6 eine hohe Benetzbarkeit aufweist, ist die Trennung der Ni-Legierungspartikel 4 und der Festschmierstoffpartikel 6 während der Schichtbildung durch die Aluminiumflocken 8 beschränkt. Folglich verbleiben die Festschmierstoffpartikel 6 wahrscheinlich in den Spalten 60a.
Auf der anderen Seite ist 2A eine schematische Darstellung, welche erste Beispiele eines thermischen Spritzpulvers des Standes der Technik zeigt. 2B ist eine Querschnittsdarstellung, welche schematisch eine durch thermisches Spritzen des in 2A gezeigten thermischen Spritzpulver auf eine Oberfläche eines Substrates gebildete thermische Spritzschicht zeigt. 3A ist eine schematische Darstellung, welche zweite Beispiele eines thermischen Spritzpulvers des Standes der Technik zeigt. 3B ist eine Querschnittsdarstellung, welche schematisch eine durch thermisches Spritzen des in 3A gezeigten thermischen Spritzpulver auf eine Oberfläche eines Substrates gebildete thermische Spritzschicht zeigt. Zudem ist 4 ein Diagramm, welches schematisch die Abziehfestigkeit nach Verwendung einer thermischen Spritzschicht in einer Umgebung hoher Temperatur gegenüber der Abziehfestigkeit vor Verwendung einer thermischen Spritzschicht zeigt.
Wie in 2A gezeigt, schließt ein thermisches Spritzpulver 11 des ersten Beispiels des Standes der Technik Ni-Legierungspartikel 4 und Festschmierstoffpartikel 6 ein, und es ist ein granuläres Pulver, welches eine große Anzahl granulärer Partikel 12 einschließt, in welchen Festschmierstoffpartikel 6 auf den Oberflächen 4a der Ni-Legierungspartikel 4 mittels eines Harzbinders angeklebt werden (nicht gezeigt). Die Ni-Legierungspartikel 4 und die Festschmierstoffpartikel 6 sind die gleichen Partikel wie im Beispiel der vorliegenden Ausführungsform.
Daher sind, wie in 2B gezeigt, in einer durch thermisches Spritzen des thermischen Spritzpulvers 11 auf eine Oberfläche des Substrates 50 gebildeten thermischen Spritzschicht 70 die Ni-Legierungspartikel 4 in allen Abschnitten, in welchen Ni-Legierungspartikel 4 miteinander verbunden sind, direkt miteinander fusioniert. Daher diffundieren bei Verwendung der thermischen Spritzschicht 70 in einer Umgebung hoher Temperatur Metallatome zwischen den Ni-Legierungspartikel 4 in allen Verbindungsabschnitten, und Sintern findet statt, und dadurch erhöhen sich die Bindungsstärken zwischen den Ni-Legierungspartikeln 4. Wenn folglich, wie durch eine Punkt-gestrichelte Linie in dem Diagramm in 4 angegeben, die Abziehfestigkeit vor Verwendung der thermischen Spritzschicht 70 3 MPa oder mehr ist, was einem unteren Grenzwert entspricht, bei welchem die Sicherstellung der Erosionsbeständigkeit, bei welcher eine durch zum Beispiel einen Hochgeschwindigkeits-Gasstrom bedingte Erosion, zum Beispiel in einem Turbolader, minimiert wird, möglich ist, übersteigt die Abziehfestigkeit nach Verwendung der thermischen Spritzschicht 70 in einer Umgebung hoher Temperatur 8 MPa, was einem oberen Grenzwert, bei welchem die Sicherstellung von ausreichend maschineller Bearbeitbarkeit, zum Beispiel in einem Turbolader, möglich ist, entspricht. Dabei werden Festschmierstoffpartikel 6 in Spalten 70a zwischen den Ni-Legierungspartikeln 4 gefüllt.
Wie in 3A gezeigt, schließt ein thermisches Spritzpulver 21 eines zweiten Beispiels des Standes der Technik Ni-Legierungspartikel 4, Festschmierstoffpartikel 6 und Aluminiumpartikel 28 ein, und es ist ein granuläres Pulver, welches eine große Anzahl granulärer Partikel 22 einschließt, bei denen Festschmierstoffpartikel 6 und Aluminiumpartikel 28 auf den Oberflächen 4a der Ni-Legierungspartikel 4 mittels eines Harzbinders angeklebt werden (nicht gezeigt). Die Ni-Legierungspartikel 4 und die Festschmierstoffpartikel 6 sind die gleichen Partikel wie in dem Beispiel der vorliegenden Ausführungsform. Obwohl einige der Aluminiumpartikel 28 oxidiert sind, weisen sie anders als die Aluminiumflocken 8 in dem Beispiel der vorliegenden Ausführungsform eine granuläre Form auf. Daher ist der Bedeckungsgrad der Aluminiumpartikel 28 auf den Oberflächen 4a der Ni-Legierungspartikel 4 20 %, was niedriger ist als der Bedeckungsgrad der Aluminiumflocken 8 auf den Oberflächen der Ni-Legierungspartikel 4 in dem Beispiel der vorliegenden Ausführungsform.
Daher sind, wie in 3B gezeigt, in einer durch thermisches Spritzen des thermischen Spritzpulvers 21 auf eine Oberfläche eines Substrates 50 gebildeten thermischen Spritzschicht 80 in den meisten Abschnitten, in welchen Ni-Legierungspartikel 4 miteinander verbunden sind, während Aluminiumpartikel 28 zwischen Ni-Legierungspartikeln 4 eingefügt sind, die Ni-Legierungspartikel 4 direkt miteinander fusioniert. Wenn daher die thermische Spritzschicht 80 in einer Umgebung hoher Temperatur verwendet wird, gibt es fast keinen Unterschied zu der in 2B gezeigten thermischen Spritzschicht 70, Metallatome diffundieren zwischen den Ni-Legierungspartikeln 4 in den meisten Verbindungsabschnitten, und Sintern findet statt, und dadurch erhöht sich die Bindungsstärke zwischen den Ni-Legierungspartikeln 4. Wenn folglich, wie durch die Zwei-Punkt-gestrichelte Linie in dem Diagramm in 4 angegeben, die Abziehfestigkeit vor Verwendung der thermischen Spritzschicht 80 3 MPa oder mehr ist, dann übersteigt die Abziehfestigkeit nach Verwendung der thermischen Spritzschicht 80 in einer Umgebung hoher Temperatur 8 MPa. Dabei werden die Festschmierstoffpartikel 6 in Spalten 80a zwischen den Ni-Legierungspartikeln 4 gefüllt, und die Aluminiumpartikel 28 erleichtern den Festschmierstoffpartikeln 6, in den Spalten 80a zu verbleiben.
Auf der anderen Seite sind in der thermischen Spritzschicht 60 gemäß dem Beispiel der Ausführungsform, anders als in den zwei Beispielen des Standes der Technik, in den meisten Abschnitten, in welchen die Ni-Legierungspartikel 4 miteinander verbunden sind, die Ni-Legierungspartikel 4 mittels der Aluminiumflocken 8 miteinander fusioniert. Wenn daher die thermische Spritzschicht 60 in einer Umgebung hoher Temperatur verwendet wird, beschränkt der in den Aluminiumflocken 8 enthaltene Sauerstoff die Diffusion der Metallatome zwischen den Ni-Legierungspartikeln 4 in den meisten Verbindungsabschnitten, und das Fortschreiten des Sinterns kann gedrosselt werden. Daher ist es möglich, eine Erhöhung der Bindungsstärke zwischen den Ni-Legierungspartikeln 4 zu minimieren. Folglich kann, wie durch die durchgezogene Linie in dem Diagramm in 4 angegeben, selbst wenn die Abziehfestigkeit vor Verwendung der thermischen Spritzschicht 60 3 MPa oder mehr ist, die Abziehfestigkeit nach Verwendung der thermischen Spritzschicht 60 in einer Umgebung hoher Temperatur 8 MPa oder weniger sein. Daher kann in der thermischen Spritzschicht 60 eine ausreichende maschinelle Bearbeitbarkeit nach Verwendung in einer Umgebung hoher Temperatur, zum Beispiel in einem Turbolader, sichergestellt werden.
Wie in dem Beispiel der vorliegenden Ausführungsform schließt das thermische Spritzpulver der vorliegenden Ausführungsform Ni-Legierungspartikel, Festschmierstoffpartikel und Aluminiumflocken ein, wobei der Gehalt an Sauerstoff der Aluminiumflocken in einem Bereich von 0,29 Massen-% bis 4,1 Massen-% liegt, und der Bedeckungsgrad der Aluminiumflocken auf den Oberflächen der Ni-Legierungspartikel in einem Bereich von 60 % bis 100 % liegt. Daher sind in einer durch thermisches Spritzen des thermischen Spritzpulvers der vorliegenden Ausführungsform gebildeten thermischen Spritzschicht in den meisten Abschnitten, in welchen Ni-Legierungspartikel miteinander verbunden sind, die Ni-Legierungspartikel mittels der Aluminiumflocken miteinander fusioniert. Wenn daher die thermische Spritzschicht in einer Umgebung hoher Temperatur verwendet wird, beschränkt der in den Aluminiumflocken 8 enthaltene Sauerstoff die Diffusion von Metallatomen zwischen den Ni-Legierungspartikeln in den meisten Verbindungsabschnitten, und das Fortschreiten des Sinterns kann auf diese Weise gedrosselt werden. Daher ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, eine thermische Spritzschicht zu bilden, welche eine ausreichende maschinelle Bearbeitbarkeit nach Verwendung in einer Umgebung hoher Temperatur, zum Beispiel in einem Turbolader, sicherstellt.
Als nächstes wird die Konfiguration des thermischen Spritzpulvers gemäß der vorliegenden Ausführungsform im Detail beschrieben werden.
Aluminiumflocken
Aluminiumflocken sind flockiges Aluminium, welches teilweise oxidiert ist, und der Gehalt an Sauerstoff liegt in einem Bereich von 0,29 Massen-% bis 4,1 Massen-%.
Die Form der Aluminiumflocken ist nicht besonders beschränkt, insofern sie flockenartig ist, so dass der Bedeckungsgrad der Aluminiumflocken auf den Oberflächen der Ni-Legierungspartikel in einem Bereich von 60 % bis 100 % liegen kann, wenn die Gehalte an Ni-Legierungspartikeln, Festschmierstoffpartikeln und Aluminiumflocken in dem thermischen Spritzpulver auf einen gewünschten Bereich eingestellt werden. Zum Beispiel ist eine Form mit einer mittleren Dicke in einem Bereich von 0,1 µm bis 2 µm und einer mittleren Partikelgröße in einem Bereich von 10 µm bis 100 µm zu bevorzugen, und insbesondere zu bevorzugen ist eine Form mit einer mittleren Dicke in einem Bereich von 0,3 µm bis 1 µm und einer mittleren Partikelgröße in einem Bereich von 20 µm bis 50 µm.
Dabei bezieht sich die „mittlere Dicke der Aluminiumflocken“ auf die Dicke einer Aluminiumfolie, zum Beispiel wenn Aluminiumflocken durch Pulverisierung der Aluminiumfolie erzeugt werden. Zudem bezieht sich die „mittlere Partikelgröße der Aluminiumflocken“ auf die mittlere Partikelgröße der Aluminiumflocken in einer planaren Richtung senkrecht zur Dickenrichtung und bezieht sich zum Beispiel auf eine mittlere Partikelgröße von 50 % (D50) des von der Fläche der zur Dickenrichtung der Aluminiumflocken senkrechten Ebene erhaltenen äquivalenten Kreisdurchmessers. Zudem können die mittlere Dicke und die mittlere Partikelgröße der Aluminiumflocken zum Beispiel mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) gemessen werden.
Die mittlere Partikelgröße der Aluminiumflocken kann gemäß den Pulverisierungsbedingungen eingestellt werden, zum Beispiel werden die Aluminiumflocken durch Pulverisierung einer Aluminiumfolie erzeugt. Zudem kann zum Beispiel, wenn Aluminiumflocken durch Pulverisierung einer Aluminiumfolie erzeugt werden, die Dicke der Aluminiumflocken durch die Dicke der Aluminiumfolie eingestellt werden.
Der Gehalt an Sauerstoff in den Aluminiumflocken ist nicht besonders beschränkt, insofern er innerhalb des oberen Bereiches liegt, und er liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,29 Massen-% bis 1 Massen-%. Dies dient der Sicherstellung der Erosionsbeständigkeit der thermischen Spritzschicht bei Beginn der Verwendung, zum Beispiel in einem Turbolader.
Der Gehalt an Sauerstoff in Aluminiumflocken kann durch Verwendung einer Sauerstoff-Stickstoff-Analysevorrichtung gemessen werden.
Ein Aluminiumflockenherstellungsverfahren ist nicht besonders beschränkt, und ein allgemeines Verfahren kann verwendet werden, dessen Beispiele eine Herstellungsmethode, in welcher eine Aluminiumfolie durch die Verwendung einer Kugelmühle oder Ähnlichem pulverisiert wird, einschließen.
Betreffend ein den Gehalt an Sauerstoff in den Aluminiumflocken einstellendes Verfahren kann zum Beispiel ein Verfahren, bei welchem der Gehalt an Sauerstoff durch Steuerung einer Pulverisierungszeit in einem Verfahren zur Herstellung von Aluminiumflocken durch Pulverisierung einer Aluminiumfolie eingestellt wird, beispielhaft dargestellt werden.
Ni-Legierungspartikel
Ni-Legierungspartikel sind aus einer Ni-Legierung gefertigte Partikel.
Die Ni-Legierung ist nicht besonders beschränkt, und deren Beispiele schließen eine Ni-Cr-Legierung, eine Ni-Al-Legierung, eine Ni-Cr-Fe-Legierung und eine Ni-Cr-Al-Legierung ein.
Die Ni-Cr-Legierung ist nicht besonders beschränkt, und bevorzugt ist eine Ni-Cr-Legierung mit einem Gehalt an Cr in einem Bereich von 20 Massen-% bis 50 Massen-%. Dies dient der Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit der Ni-Legierungspartikel. Die Ni-Al-Legierung ist nicht besonders beschränkt, und bevorzugt ist eine Ni-Al-Legierung mit einem Gehalt an Al in einem Bereich von 4 Massen-% bis 20 Massen-%. Die Ni-Cr-Fe-Legierung ist nicht besonders beschränkt, und bevorzugt ist eine Ni-Cr-Fe-Legierung mit einem Gehalt an Cr in einem Bereich von 14 Massen-% bis 18 Massen-% und einem Gehalt an Fe in einem Bereich von 7 Massen-% bis 10 Massen-%. Die Ni-Cr-Al-Legierung ist nicht besonders beschränkt, und bevorzugt ist eine Ni-Cr-Al-Legierung mit einem Gehalt an Cr in einem Bereich von 18 Massen-% bis 22 Massen-% und einem Gehalt an Al in einem Bereich von 6 Massen-% bis 10 Massen-%. Dabei kann der Gehalt an Ni in solch einer Ni-Legierung als Gehalt an Rest, ausschließlich bzw. ohne Cr, A1 und Fe, erachtet werden.
Die Partikelgröße der Ni-Legierungspartikel ist nicht besonders beschränkt und liegt zum Beispiel bevorzugt in einem Bereich von 38 µm bis 150 µm und besonders bevorzugt in einem Bereich von 45 µm bis 125 µm.
Dabei bezieht sich „die Partikelgröße“ auf eine durch Verwendung einer Laserbeugungs-Partikelgrößenverteilungsmessvorrichtung gemessene Partikelgröße, und eine solche Partikelgröße kann durch Klassifizierung gemäß zum Beispiel JISZ2510 erhalten werden.
Festschmierstoffpartikel
Die Festschmierstoffpartikel sind nicht besonders beschränkt, und deren Beispiele schließen diejenige ein, welche eins zwei oder mehr, ausgewählt aus hexagonalem Bornitrid (h-BN), Graphit (C), Harzen, wie etwa Polytetrafluorethylen (PTFE), Molybdändisulfid (MoS₂), Wolframdisulfid (WS₂) und Ähnlichem, enthalten, und bevorzugt sind diejenige, welche eins zwei oder mehr, ausgewählt aus hexagonalem Bornitrid, Graphit und Harzen, wie etwa Polytetrafluorethylen, enthalten. Dies rührt daher, dass diese eine hohe Schmierfähigkeit aufweisen.
Die Partikelgröße der Festschmierstoffpartikel ist nicht besonders beschränkt und bevorzugt kleiner als die der Ni-Legierungspartikel. Dies dient der vollständigen Bedeckung der Ni-Legierungspartikel-Oberflächen mit Festschmierstoffpartikeln. Die Partikelgröße der Festschmierstoffpartikel liegt bevorzugt zum Beispiel in einem Bereich von 3 µm bis 30 µm und besonders bevorzugt in einem Bereich von 3 µm bis 10 µm. Dies dient der vollständigen und einheitlichen Bedeckung der Ni-Legierungspartikel-Oberflächen mit Festschmierstoffpartikeln mit dem nachfolgend beschriebenen Gehalt.
Thermisches Spritzpulver
Das thermische Spritzpulver ist ein thermisches Spritzpulver zur Bildung einer thermischen Spritzschicht mit einer Charakteristik von Zerreiblichkeit und schließen Ni-Legierungspartikel, Festschmierstoffpartikel und Aluminiumflocken ein, und der Bedeckungsgrad der Aluminiumflocken auf den Oberflächen der Ni-Legierungspartikel liegt in einem Bereich von 60 % bis 100 %.
Dabei bezieht sich „der Bedeckungsgrad der Aluminiumflocken auf den Oberflächen der Ni-Legierungspartikel“ auf ein Verhältnis der Fläche in der mit Aluminiumflocken auf den Ni-Legierungspartikel-Oberflächen bedeckten Region (ausgedrückt in Prozent). Der Bedeckungsgrad der Aluminiumflocken auf den Oberflächen der Ni-Legierungspartikel kann zum Beispiel durch Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops (REM) gemessen werden.
Der Bedeckungsgrad der Aluminiumflocken auf den Oberflächen der Ni-Legierungspartikel ist nicht besonders beschränkt, insofern es in dem oberen Bereich liegt, und bevorzugt liegt es in einem Bereich von 60 % bis 80 %. Dies dient, wenn der Bedeckungsgrad in einem unteren Grenzbereich des Bereichs liegt oder mehr ist, der einfachen Drosselung des Fortschreitens des Sinterns, während eine hohe Temperatur aufrechterhalten wird, und wenn der Bedeckungsgrad im oberen Grenzbereich des Bereichs liegt oder weniger ist, ist es einfach, die erforderliche Festigkeit für eine thermische Spritzschicht sicherzustellen.
Der Gehalt an Aluminiumflocken in dem thermischen Spritzpulver ist nicht besonders beschränkt und liegt vorzugsweise zum Beispiel in einem Bereich von 3 Massen-% bis 5 Massen-%. Da Aluminium gegenüber Ni-Legierungspartikeln und zum Beispiel hexagonales Bornitrit enthaltenden Festschmierstoffpartikeln eine hohe Benetzbarkeit aufweist, ist, wenn das thermische Spritzpulver Aluminiumflocken in solch einem Bereich enthält, es möglich, die Trennung der Ni-Legierungspartikel und der Festschmierstoffpartikel während der Schichtbildung zu beschränken. Wenn dabei der Gehalt an Aluminiumflocken zu gering ist, ist es nicht möglich, einen ausreichenden Benetzbarkeiteffekt der Ni-Legierungspartikel und der Festschmierstoffpartikel gemäß der Aluminiumflocken in der thermischen Spritzschicht zu erwarten. Wenn auf der anderen Seite der Gehalt an Aluminiumflocken zu hoch ist, dann verschlechtert sich die maschinelle Bearbeitbarkeit in der thermischen Spritzschicht.
Der Gehalt an Festschmierstoffpartikeln in dem thermischen Spritzpulver ist nicht besonders beschränkt und liegt vorzugsweise zum Beispiel in einem Bereich von 4 Massen-% bis 8 Massen-%. Dies dient dazu, die Reduzierung des Adhäsionsverschleißes der thermischen Spritzschicht zu ermöglichen, und es ist möglich, die Charakteristik von Zerreiblichkeit weiterhin zu verbessern. Wenn auf der anderen Seite der Gehalt an Festschmierstoffpartikeln zu gering ist, kann eine ausreichende Schmierfähigkeit nicht entfalten werden, und ein Adhäsionsverschleiß der thermischen Spritzschicht findet leicht statt. Darüber hinaus erhöht sich, da weniger Festschmierstoffpartikel zwischen den Ni-Legierungspartikeln der thermischen Spritzschicht eingefügt sind, die Anzahl der Metallbindungen zwischen den Ni-Legierungspartikeln. Daher erhöht sich die Härte der thermischen Spritzschicht, und die maschinelle Bearbeitbarkeit der thermischen Spritzschicht verschlechtert sich. Wenn auf der anderen Seite der Gehalt an Festschmierstoffpartikeln zu hoch ist, dann wird die thermische Spritzschicht durch eine Erhöhung der Festschmierstoffpartikel brüchig.
Der Gehalt an Ni-Legierungspartikeln in dem thermischen Spritzpulver kann als Gehalt an Rest, ausgenommen Festschmierstoffpartikel und Aluminiumflocken, erachtet werden. Dabei werden die Gehalte an Ni-Legierungspartikeln, Festschmierstoffpartikeln und Aluminiumflocken in dem thermischen Spritzpulver ohne Berücksichtigung des Gehaltes an Binder, welcher während der Granulierung der thermischen Spritzschicht als Harzbinder zugefügt wird, berechnet.
Ein Verfahren zur Herstellung eines thermischen Spritzpulvers ist nicht besonders beschränkt, und dessen Beispiele schließen ein Herstellungsverfahren ein, in welchem ein Ni-Legierungspartikel enthaltendes Legierungspulver, ein Festschmierstoffpartikel enthaltendes Festschmierstoffpulver und ein Aluminiumflocken enthaltendes Aluminiumpulver miteinander gemischt werden, und die Festschmierstoffpartikel und die Aluminiumflocken auf den Oberflächen der Ni-Legierungspartikel mittels eines Binders, wie etwa einem Harzbinder zur Granulierung, angeklebt werden. Dabei kann, wenn das thermische Spritzpulver thermisch gespritzt wird, das thermische Spritzpulver ein Pulver sein, in welchem Ni-Legierungspartikel, Festschmierstoffpartikel und Aluminiumflocken gemischt werden, insofern die Ni-Legierungspartikel und die Festschmierstoffpartikel und die einheitlich gemischten Aluminiumflocken thermisch gespritzt werden können. Zudem kann das thermische Spritzpulver gemäß einem Umhüllungsverfahren bzw. einem Claddingverfahren oder Ähnlichem verdichtet werden.
Weiteres
Ein thermisches Spritzverfahren für ein thermisches Spritzpulver ist nicht besonders beschränkt, insofern eine thermische Spritzschicht gebildet werden kann, und dessen Beispiele schließen ein thermisches Spritzverfahren mit einer Gasflamme und ein thermisches Spritzverfahren mit einem Plasma ein. Ein thermisches Spritzverfahren mit einer Gasflamme ist besonders bevorzugt. Verglichen mit anderen thermischen Spritzverfahren, wie etwa einem thermischen Spritzverfahren mit einem Plasma, ermöglicht es dem thermischen Spritzpulver, bei niedriger Temperatur thermisch gespritzt zu werden. Weil daher mehr Festschmierstoffpartikel zwischen den Ni-Legierungspartikeln während der thermischen Spritzschichtbildung eingefügt werden können, kann die Anzahl der Metallbindungen zwischen den Ni-Legierungspartikeln reduziert werden, und die maschinelle Bearbeitbarkeit der thermischen Spritzschicht kann verbessert werden.
Das thermische Spritzpulver gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nachfolgend detaillierter beschrieben, mit Bezug auf Beispiele und Vergleichsbeispiele.
[Beispiel 1-1]
Ein Ni-Legierungspulver (gasverdüstetes Pulver), welches aus einer Ni: 77 Massen-%, Cr: 15 Massen-% und Fe: 8 Massen-% enthaltenden Ni-Cr-Fe-Legierung gefertigte Ni-Legierungspartikel mit einer Partikelgröße in einem Bereich von 45 µm bis 125 µm einschließt, wurde hergestellt. Als nächstes wurde ein Festschmierstoffmaterial hergestellt, welches hexagonales Bornitrid (h-BN) enthaltende Festschmierstoffpartikel mit einer Partikelgröße in einem Bereich von 3 µm bis 10 µm einschließt.
Als nächstes wurde ein Aluminiumpulver hergestellt, welches Aluminiumflocken mit einer mittleren Dicke von 0,5 µm, einer mittleren Partikelgröße von 30 µm und einem Gehalt an Sauerstoff von 0,29 Massen-% einschließt, hergestellt. Insbesondere wurde eine Aluminiumfolie (kommerziell erhältlich bei Minalco Co., Ltd.) zur Herstellung eines Aluminiumpulvers unter Verwendung einer Kugelmühle für 10 Minuten pulverisiert. Dabei zeigt 5A eine Aufnahme, welche durch Betrachtung der in einem Aluminiumpulver enthaltenden Aluminiumflocken in einem Beispiel unter dem Rasterelektronenmikroskop (REM) erhalten wurde.
Als nächstes wurden das Ni-Legierungspulver, das Festschmierstoffmaterial und das Aluminiumpulver derart gemischt, dass das Festschmierstoffmaterial: 4,5 Massen-%, das Aluminiumpulver: 3 Massen-% und das NiCr-Legierungspulver: den Rest ausmachte, und die Festschmierstoffpartikel und die Aluminiumflocken wurden mittels eines Harzbinders auf den Oberflächen der Ni-Legierungspartikel angeklebt, und ein thermisches Spritzpulver wurde durch Granulierung erzeugt.
Als nächstes wurde das thermische Spritzpulver thermisch auf eine Oberfläche eines Substrates gespritzt, und dadurch wurde ein thermisches Spritzteststück, auf welchem eine thermische Spritzschicht mit einer Schichtdicke von 0,8 mm gebildet wurde, erzeugt. Insbesondere wurde das thermische Spritzpulver auf eine Oberfläche eines Substrates mit einer Breite von 50 mm, einer Länge von 50 mm und einer Dicke von 5 mm (Nickellegierung (Inconel 600)) unter Verwendung einer thermischen Gasflammen-Spritzvorrichtung (kommerziell erhältlich bei Oerlikon Metco 6P-II) thermisch gespritzt, und dadurch wurde eine thermische Spritzschicht gebildet. Der Gasdruck der Gase, welche der thermischen Spritzpistole zugeführt wurden, war Sauerstoffgas: 42 psi, Wasserstoffgas (Brenngas): 34 psi und Luft: 60 psi, und die Gasströmungsgeschwindigkeiten der Versorgungsgase waren Sauerstoffgas: 461 slpm, Wasserstoffgas: 149 slpm und Luft: 110 slpm. Eine Zuführmenge des der thermischen Spritzpistole während der Schichtbildung zugeführten thermischen Spritzpulvers war 90 g/min, eine Distanz zwischen der Spitze der thermischen Spritzpistole und dem Substrat war 230 mm, die Bewegungsgeschwindigkeit der thermischen Spritzpistole war 30 m/min, und der Versatz bzw. Abstand (pitch) war 6 mm.
[Beispiel 1-2]
Zuerst wurde ein thermisches Spritzpulver auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1-1 erzeugt, mit der Ausnahme, dass eine Aluminiumfolie für 20 Minuten pulverisiert wurde, um ein Aluminiumflocken mit einem Gehalt an Sauerstoff von 0,94 Massen-% einschließendes Aluminiumpulver herzustellen.
Als nächstes wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1-1 ein thermisches Spritzteststück, in welchem eine thermische Spritzschicht durch thermisches Spritzen des thermischen Spritzpulvers auf eine Oberfläche eines Substrates gebildet wurde, erzeugt.
[Beispiel 1-3]
Zuerst wurde ein thermisches Spritzpulver auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1-1 erzeugt, mit der Ausnahme, dass eine Aluminiumfolie für 50 Minuten pulverisiert wurde, um ein Aluminiumflocken mit einem Gehalt an Sauerstoff von 4,1 Massen-% einschließendes Aluminiumpulver herzustellen.
Als nächstes wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1-1 ein thermisches Spritzteststück, in welchem eine thermische Spritzschicht durch thermisches Spritzen des thermischen Spritzpulvers auf eine Oberfläche eines Substrates gebildet wurde, erzeugt.
[Vergleichsbeispiel 1]
Zuerst wurde ein thermisches Spritzpulver auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1-1 erzeugt, mit der Ausnahme, dass eine Aluminiumfolie für 160 Minuten pulverisiert wurde, um ein Aluminiumflocken mit einem Gehalt an Sauerstoff von 5,0 Massen-% einschließendes Aluminiumpulver herzustellen.
Als nächstes wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1-1 ein thermisches Spritzteststück, in welchem eine thermische Spritzschicht durch thermisches Spritzen des thermischen Spritzpulvers auf eine Oberfläche eines Substrates gebildet wurde, erzeugt.
[Beispiel 2-1]
Zuerst wurde ein thermisches Spritzpulver auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1-1 erzeugt, mit der Ausnahme, dass das NiCr-Legierungspulver, das Festschmierstoffmaterial und das Aluminiumpulver derart gemischt wurden, dass das Festschmierstoffmaterial: 4,5 Massen-%, das Aluminiumpulver: 4 Massen-% und das NiCr-Legierungspulver: den Rest ausmachte.
Als nächstes wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1-1 ein thermisches Spritzteststück, in welchem eine thermische Spritzschicht durch thermisches Spritzen des thermischen Spritzpulvers auf eine Oberfläche eines Substrates gebildet wurde, erzeugt.
[Beispiel 2-2]
Zuerst wurde ein thermisches Spritzpulver auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1-2 erzeugt, mit der Ausnahme, dass das NiCr-Legierungspulver, das Festschmierstoffmaterial und das Aluminiumpulver derart gemischt wurden, dass das Festschmierstoffmaterial: 4,5 Massen-%, das Aluminiumpulver: 4 Massen-% und das NiCr-Legierungspulver: den Rest ausmachte.
Als nächstes wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1-1 ein thermisches Spritzteststück, in welchem eine thermische Spritzschicht durch thermisches Spritzen des thermischen Spritzpulvers auf eine Oberfläche eines Substrates gebildet wurde, erzeugt.
[Beispiel 2-3]
Zuerst wurde ein thermisches Spritzpulver auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1-3 erzeugt, mit der Ausnahme, dass das NiCr-Legierungspulver, das Festschmierstoffmaterial und das Aluminiumpulver derart gemischt wurden, dass das Festschmierstoffmaterial: 4,5 Massen-%, das Aluminiumpulver: 4 Massen-% und das NiCr-Legierungspulver: den Rest ausmachte.
Als nächstes wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1-1 ein thermisches Spritzteststück, in welchem eine thermische Spritzschicht durch thermisches Spritzen des thermischen Spritzpulvers auf eine Oberfläche eines Substrates gebildet wurde, erzeugt.
[Vergleichsbeispiel 2]
Zuerst wurde ein thermisches Spritzpulver auf dieselbe Weise wie in Vergleichsbeispiel 1 erzeugt, mit der Ausnahme, dass das NiCr-Legierungspulver, das Festschmierstoffmaterial und das Aluminiumpulver derart gemischt wurden, dass das Festschmierstoffmaterial: 4,5 Massen-%, das Aluminiumpulver: 4 Massen-% und das NiCr-Legierungspulver: den Rest ausmachte.
Als nächstes wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1-1 ein thermisches Spritzteststück, in welchem eine thermische Spritzschicht durch thermisches Spritzen des thermischen Spritzpulvers auf eine Oberfläche eines Substrates gebildet wurde, erzeugt.
[Beispiel 3-1]
Zuerst wurde ein thermisches Spritzpulver auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1-1 erzeugt, mit der Ausnahme, dass das NiCr-Legierungspulver, das Festschmierstoffmaterial und das Aluminiumpulver derart gemischt wurden, dass das Festschmierstoffmaterial: 4,5 Massen-%, das Aluminiumpulver: 5 Massen-% und das NiCr-Legierungspulver: den Rest ausmachte.
Als nächstes wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1-1 ein thermisches Spritzteststück, in welchem eine thermische Spritzschicht durch thermisches Spritzen des thermischen Spritzpulvers auf eine Oberfläche eines Substrates gebildet wurde, erzeugt.
[Beispiel 3-2]
Zuerst wurde ein thermisches Spritzpulver auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1-2 erzeugt, mit der Ausnahme, dass das NiCr-Legierungspulver, das Festschmierstoffmaterial und das Aluminiumpulver derart gemischt wurden, dass das Festschmierstoffmaterial: 4,5 Massen-%, das Aluminiumpulver: 5 Massen-% und das NiCr-Legierungspulver: den Rest ausmachte.
Als nächstes wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1-1 ein thermisches Spritzteststück, in welchem eine thermische Spritzschicht durch thermisches Spritzen des thermischen Spritzpulvers auf eine Oberfläche eines Substrates gebildet wurde, erzeugt.
[Beispiel 3-3]
Zuerst wurde ein thermisches Spritzpulver auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1-3 erzeugt, mit der Ausnahme, dass das NiCr-Legierungspulver, das Festschmierstoffmaterial und das Aluminiumpulver derart gemischt wurden, dass das Festschmierstoffmaterial: 4,5 Massen-%, das Aluminiumpulver: 5 Massen-% und das NiCr-Legierungspulver: den Rest ausmachte.
Als nächstes wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1-1 ein thermisches Spritzteststück, in welchem eine thermische Spritzschicht durch thermisches Spritzen des thermischen Spritzpulvers auf eine Oberfläche eines Substrates gebildet wurde, erzeugt.
[Vergleichsbeispiel 3]
Zuerst wurde ein thermisches Spritzpulver auf dieselbe Weise wie in Vergleichsbeispiel 1 erzeugt, mit der Ausnahme, dass das NiCr-Legierungspulver, das Festschmierstoffmaterial und das Aluminiumpulver derart gemischt wurden, dass das Festschmierstoffmaterial: 4,5 Massen-%, das Aluminiumpulver: 5 Massen-% und das NiCr-Legierungspulver: den Rest ausmachte.
Als nächstes wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1-1 ein thermisches Spritzteststück, in welchem eine thermische Spritzschicht durch thermisches Spritzen des thermischen Spritzpulvers auf eine Oberfläche eines Substrates gebildet wurde, erzeugt.
[Vergleichsbeispiel 4]
Zuerst wurde ein thermisches Spritzpulver auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1-1 erzeugt, mit der Ausnahme, dass ein Aluminiumpartikel mit einer Partikelgröße in einem Bereich von 5 µm bis 7 µm einschließendes Aluminiumpulver (#600F, kommerziell erhältlich bei Minalco Co., Ltd.) mit einem Gehalt an Sauerstoff von 0,37 Massen-% hergestellt wurde, und das NiCr-Legierungspulver, das Festschmierstoffmaterial und das Aluminiumpulver derart gemischt wurden, dass das Festschmierstoffmaterial: 4,5 Massen-%, das Aluminiumpulver: 4 Massen-% und das NiCr-Legierungspulver: den Rest ausmachte. Dabei gibt die Partikelgröße der Aluminiumpartikel einen äquivalenten sphärischen Durchmesser an. Zudem zeigt 5B eine Aufnahme, welche durch Betrachtung der im Aluminiumpulver enthaltenen Aluminiumpartikel im Vergleichsbeispiel unter einem REM erhalten wurde.
Als nächstes wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1-1 ein thermisches Spritzteststück, in welchem eine thermische Spritzschicht durch thermisches Spritzen des thermischen Spritzpulvers auf eine Oberfläche eines Substrates gebildet wurde, erzeugt.
[Vergleichsbeispiel 5]
Zuerst wurde ein thermisches Spritzpulver auf dieselbe Weise wie in Vergleichsbeispiel 4 erzeugt, mit der Ausnahme, dass das im Vergleichsbeispiel 4 hergestellte Aluminiumpulver erwärmt wurde, um ein Aluminiumpartikel mit einem Gehalt an Sauerstoff von 0,89 Massen-% einschließendes Aluminiumpulver herzustellen.
Als nächstes wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1-1 ein thermisches Spritzteststück, in welchem eine thermische Spritzschicht durch thermisches Spritzen des thermischen Spritzpulvers auf eine Oberfläche eines Substrates gebildet wurde, erzeugt.
[Vergleichsbeispiel 6]
Zuerst wurde ein thermisches Spritzpulver auf dieselbe Weise wie in Vergleichsbeispiel 4 erzeugt, mit der Ausnahme, dass das im Vergleichsbeispiel 4 hergestellte Aluminiumpulver erwärmt wurde, um ein Aluminiumpartikel mit einem Gehalt an Sauerstoff von 3,8 Massen-% einschließendes Aluminiumpulver herzustellen.
Als nächstes wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1-1 ein thermisches Spritzteststück, in welchem eine thermische Spritzschicht durch thermisches Spritzen des thermischen Spritzpulvers auf eine Oberfläche eines Substrates gebildet wurde, erzeugt.
[Vergleichsbeispiel 7]
Zuerst wurde ein thermisches Spritzpulver auf dieselbe Weise wie in Vergleichsbeispiel 4 erzeugt, mit der Ausnahme, dass das im Vergleichsbeispiel 4 hergestellte Aluminiumpulver erwärmt wurde, um ein Aluminiumpartikel mit einem Gehalt an Sauerstoff von 4,9 Massen-% einschließendes Aluminiumpulver herzustellen.
Als nächstes wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1-1 ein thermisches Spritzteststück, in welchem eine thermische Spritzschicht durch thermisches Spritzen des thermischen Spritzpulvers auf eine Oberfläche eines Substrates gebildet wurde, erzeugt.
<Betrachtung des thermischen Spritzpulvers unter einem REM>
Die in den Beispielen und den Vergleichsbeispielen erzeugten thermischen Spritzpulver wurden unter einem REM betrachtet. 6A zeigt eine durch Betrachtung des thermischen Spritzpulvers des Beispiels 2-3 unter einem REM erhaltene Aufnahme, und 6B zeigt eine durch Betrachtung des thermischen Spritzpulvers des Vergleichsbeispiels 4 unter einem REM erhaltene Aufnahme.
Wie in 6A und 6B gezeigt, war der Bedeckungsgrad der Aluminiumflocken auf den Oberflächen der in dem thermischen Spritzpulver des Beispiels 2-3 enthaltenen Ni-Legierungspartikel größer als der Bedeckungsgrad der Aluminiumpartikel auf den Oberflächen der in dem thermischen Spritzpulver des Vergleichsbeispiels 4 enthaltenen Ni-Legierungspartikel.
< Bedeckungsgrad des Aluminiums auf den Oberflächen der Ni-Legierungspartikel >

Die in den Beispielen und den Vergleichsbeispielen erzeugten thermischen Spritzpulver betreffend, wurde der Bedeckungsgrad des Aluminiums (Aluminiumflocken oder Aluminiumpartikel) auf den Oberflächen der Ni-Legierungspartikel gemessen. Insbesondere wurde das thermische Spritzpulver unter einem REM betrachtet, eine Bildbearbeitung wurde durchgeführt, und der Bedeckungsgrad wurde gemessen. Die Messergebnisse werden in der folgenden Tabelle 1 zusammen mit der Art des Aluminiumpulvers, welches dem thermischen Spritzpulver beigemischt wurde, dem Gehalt an Aluminium in dem thermischen Spritzpulver und dem Gehalt an Sauerstoff im Aluminium gezeigt. Tabelle 1

	Art des Aluminiumpulvers	Gehalt an Aluminium im thermischen Spritzpulver [Massen-%]	Gehalt an Sauerstoff im Aluminium [Massen-%]	Bedeckungsgrad des Aluminiums auf der Oberfläche der Ni-Legierungspartikel [%]
Beispiel 1-1	Aluminiumflocken	3	0,29	60
Beispiel 1-2	Aluminiumflocken	3	0,94	60
Beispiel 1-3	Aluminiumflocken	3	4,1	60
Vergleichsbeispiel 1	Aluminiumflocken	3	5,0	60
Beispiel 2-1	Aluminiumflocken	4	0,29	80
Beispiel 2-2	Aluminiumflocken	4	0,94	80
Beispiel 2-3	Aluminiumflocken	4	4,1	80
Vergleichsbeispiel 2	Aluminiumflocken	4	5,0	80
Beispiel 3-1	Aluminiumflocken	5	0,29	100
Beispiel 3-2	Aluminiumflocken	5	0,94	100
Beispiel 3-3	Aluminiumflocken	5	4,1	100
Vergleichsbeispiel 3	Aluminiumflocken	5	5,0	100
Vergleichsbeispiel 4	Aluminiumpartikel	4	0,37	20
Vergleichsbeispiel 5	Aluminiumpartikel	4	0,89	20
Vergleichsbeispiel 6	Aluminiumpartikel	4	3,8	20
Vergleichsbeispiel 7	Aluminiumpartikel	4	4,9	20

Wie in Tabelle 1 gezeigt, war der Bedeckungsgrad des Aluminiums in den Beispielen, in welchen Aluminiumflocken als das dem thermischen Spritzpulver beigemischte Aluminiumpulver verwendet wurde, höher, wenn der Gehalt an Aluminium höher war. Wenn Aluminium insbesondere in einem Bereich von 3 Massen-% bis 5 Massen-% in dem thermischen Spritzpulver enthalten war, dann lag der Bedeckungsgrad des Aluminiums in einem Bereich von 60 % bis 100 %. Zudem war, obwohl der Gehalt an Aluminium in den Aluminiumflocken verwendenden Beispielen 2-1 bis 2-3 und in den Aluminiumpartikel verwendenden Vergleichsbeispielen 4 bis 7 jeweils 4 Massen-% war, der Bedeckungsgrad des Aluminiums in den Beispielen 2-1 bis 2-3 signifikant höher als das der Vergleichsbeispiele 4 bis 7.
< Sauerstoffverteilung in Querschnitten der thermischen Spritzschichten>
Die Sauerstoffverteilungen in den Querschnitten der thermischen Spritzschichten der thermischen Spritzteststücke, welche in den Beispielen und den Vergleichsbeispielen erzeugt wurden, wurden mittels ESMA analysiert. 7A ist eine Aufnahme, welche eine mittels ESMA analysierte Sauerstoffverteilung im Querschnitt der thermischen Spritzschicht des Beispiels 2-3 zeigt, und 7B ist eine Aufnahme, welche eine mittels ESMA analysierte Sauerstoffverteilung im Querschnitt der thermischen Spritzschicht des Vergleichsbeispiels 4 zeigt.
Wie in 7A und 7B gezeigt, ist der auf der Oberfläche der Ni-Legierungspartikel im Querschnitt der thermischen Spritzschicht des Beispiels 2-3 vorhandene Gehalt an Sauerstoff größer als der im Querschnitt der thermischen Spritzschicht des Vergleichsbeispiels 4.
<Abziehfestigkeit der thermischen Spritzschicht>
Die in den Beispielen und den Vergleichsbeispielen erzeugten thermischen Spritzschichten der thermischen Spritzteststücke wurden einem Abzugstest unterzogen, bei welchem die Abziehfestigkeit vor und nach einer Wärmebehandlung, bei welcher das thermische Spritzteststück in einen atmosphärischen Ofen für 200 Stunden bei 850 °C gelegt wurde, evaluiert wurde. Dabei zeigt 8A ein Foto eines in einem Abzugstest verwendeten automatischen Haftfestigkeitsprüfgeräts (Elcometer510), und 8B zeigt ein Foto eines Abzugstestverfahrens, welches das in 8A gezeigte automatische Haftfestigkeitsprüfgerät verwendet.
Im Abzugstest wurde zuerst Abstrahlen bzw. Druckluftstrahlen mit festem Strahlmittel (shot-blasting) auf einer adhäsiven Oberfläche eines Stempels mit einem Durchmesser von 20 mm durchgeführt, und 0,050 g bis 0,060 g eines Zwei-Komponenten Epoxidharz-Klebers (Araldite (eingetragene Marke) Standard) wurden dann auf die adhäsive Oberfläche des Stempels aufgetragen, die adhäsive Oberfläche des Stempels wurde auf die thermische Spritzschicht des thermischen Spritzteststücks angeklebt und durch 24-stündiges Stehenlassen bei Raumtemperatur ausgehärtet. Als nächstes wurde eine Anschlusskupplung bzw. eine Schnellanschlusskupplung des Prüfgeräts angehoben bzw. abgezogen, und der Prüfkopf wurde auf dem Stempel angebracht, und dann wurde die Anschlusskupplung losgelassen, und der Stempel wurde eingepasst. Als nächstes wurde das Prüfgerät eingeschaltet, und der Durchmesser des Stempels, die Messeinheit und die Abzugsgeschwindigkeit wurden auf 20 mm, MPa und 0,20 MPa/s gestellt. Dann wurde die Starttaste des Prüfgeräts gedrückt, um den Test zu starten.
Nach Starten des Tests wurde in dem Prüfgerät, da sich der Druck bei eingestellter Abzugsgeschwindigkeit bis zum Abziehen des Stempels von der thermischen Spritzschicht erhöhte, der Druck und die Abzugsposition bei dem Abziehen des Stempels von der thermischen Spritzschicht aufgezeichnet. Der Abzugstest wurde an zwei oder mehr Abschnitten vor und nach einer Wärmebehandlung der thermischen Spritzschicht eines jeden thermischen Spritzteststückes durchgeführt, und der Druck und die Abzugsposition (an der Zwischenfläche zwischen dem Substrat und der thermischen Spritzschicht, in der thermischen Spritzschicht und auf der adhäsiven Oberfläche) wurden bei dem Abziehen des Stempels von der thermischen Spritzschicht in dem Abzugstest für die Abschnitte aufgezeichnet, und der Mittelwert der Drücke bei Abziehen des Stempels von der thermischen Spritzschicht in dem Abzugstest für die Abschnitte wurde als Abziehfestigkeit der thermischen Spritzschicht erhalten.
9 ist ein die Abziehfestigkeit vor und nach einer Wärmebehandlung auf den in den Beispielen und den Vergleichsbeispielen erzeugten thermischen Spritzschichten der thermischen Spritzteststücke zeigendes Diagramm.
Wie in 9 gezeigt, ist in den thermischen Spritzschichten der Vergleichsbeispiele, in welchen Aluminiumpartikel als Aluminiumpulver verwendet wurden, die Abziehfestigkeit nach der Wärmebehandlung signifikant höher als die vor der Wärmebehandlung, und keine der Abziehfestigkeiten vor und nach der Wärmebehandlung lag innerhalb eines Bereiches von 3 MPa bis 8 MPa. Der vermutliche Grund hierfür wird nachfolgend beschrieben. Erstens sind in diesen thermischen Spritzschichten, während Aluminiumpartikel zwischen den Ni-Legierungspartikeln eingefügt wurden, die Ni-Legierungspartikel in den meisten Teilen, in welchen die Ni-Legierungspartikel miteinander verbunden waren, direkt miteinander fusioniert. Daher diffundierten bei der Wärmebehandlung in den meisten Verbindungsabschnitten die Metallatome zwischen den Ni-Legierungspartikeln, und Sintern fand statt, und dadurch erhöhte sich die Bindungsstärke zwischen den Ni-Legierungspartikeln. Es wurde vermutet, dass dadurch vorgenannte Ergebnisse erhalten wurden.
Auf der anderen Seite war unter den thermischen Spritzschichten der Beispiele, in welchen Aluminiumflocken als Aluminiumpulver verwendet wurden, in den thermischen Spritzschichten, in welchen der Gehalt an Sauerstoff in den Aluminiumflocken in einem Bereich von 0,29 Massen-% bis 4,1 Massen-% lag, die Abziehfestigkeit nach Wärmebehandlung in einem Bereich von 3 MPa bis 8 MPa. Daher war es gemäß diesen thermischen Spritzschichten möglich, die Erosionsbeständigkeit und die ausreichend maschinelle Bearbeitbarkeit nach Verwendung in einer Umgebung hoher Temperatur, zum Beispiel in einem Turbolader, sicherzustellen. Der vermutliche Grund hierfür wird nachfolgend beschrieben. Erstens sind in diesen thermischen Spritzschichten in den meisten Teilen, in welchen die Ni-Legierungspartikel miteinander verbunden waren, die Ni-Legierungspartikel mittels der Aluminiumflocken direkt miteinander fusioniert. Daher beschränkte in der Wärmebehandlung der in den Aluminiumflocken enthaltene Sauerstoff die Diffusion der Metallatome zwischen den Ni-Legierungspartikeln in den meisten Verbindungsabschnitten, und so war es möglich, das Fortschreiten des Sinterns zu drosseln. Daher war es möglich, eine Erhöhung der Bindungsstärke zwischen den Ni-Legierungspartikeln zu minimieren. Folglich wurde erachtet, dass sich die Abziehfestigkeit nach der Wärmebehandlung nicht erhöhte, und die vorgenannten Ergebnisse wurden erhalten.
Außerdem lag in der thermischen Spritzschicht, in welcher der Gehalt an Sauerstoff in den Aluminiumflocken in einem Bereich von 0,29 % bis 0,94 % lag, die Abziehfestigkeit vor der Wärmebehandlung in einem Bereich von 3 MPa bis 8 MPa. Daher war es gemäß diesen thermischen Spritzschichten möglich, die Erosionsbeständigkeit von Beginn der Verwendung an, zum Beispiel in einem Turbolader, sicherzustellen. Der vermutliche Grund hierfür wird nachfolgend beschrieben. Erstens war in diesen thermischen Spritzschichten der Gehalt an Sauerstoff in den Aluminiumflocken nicht zu groß, und dadurch wurde die Diffusion der Metallatome zwischen den Ni-Legierungspartikeln während des Schichtbildungsverfahrens gemäß dem in den Aluminiumflocken enthaltenen Sauerstoff nicht außerordentlich beschränkt. Daher schritt die Fusion der Ni-Legierungspartikel angemessen voran. Folglich wurde erachtet, dass die vorgenannten Ergebnisse ohne die Reduzierung der Abziehfestigkeit vor der Wärmebehandlung erhalten wurden.
Während Ausführungsformen des thermischen Spritzpulvers der vorliegenden Erfindung vorgenannt im Detail beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorgenannten Ausführungsformen beschränkt, und verschiedene Modifikationen des Designs können getätigt werden, ohne von dem Gedanken und dem Umfang der vorliegenden Erfindung, beschrieben in den Ansprüchen, abzuweichen
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007247063 [0004]
JP 2007247063 A [0004, 0005]
JP 2017179542 [0004]
JP 2017179542 A [0004, 0005]
US 7052057 [0005]

Claims

Thermisches Spritzpulver, welches zur Bildung einer thermischen Spritzschicht mit einer Charakteristik von Zerreiblichkeit verwendet wird, wobei das thermische Spritzpulver Ni-Legierungspartikel, Festschmierstoffpartikel und Aluminiumflocken einschließt, der Gehalt an Sauerstoff in den Aluminiumflocken in einem Bereich von 0,29 Massen-% bis 4,1 Massen-% liegt, und der Bedeckungsgrad der Aluminiumflocken auf den Oberflächen der Ni-Legierungspartikel in einem Bereich von 60 % bis 100 % liegt.
Thermisches Spritzpulver nach Anspruch 1, wobei der Gehalt an Sauerstoff in den Aluminiumflocken in einem Bereich von 0,29 Massen-% bis 1 Massen-% liegt.