JP2000219953A - ゲ―ト及びシ―トのための溶射コ―ティング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 粉末配合物の溶射、該粉末配合物を使用して
のコーティング、並びに該コーティングを塗布するため
の方法と、ゲート弁或いはボール弁、航空機の着陸装置
の摩損面、及び耐摩耗性を要求するその他表面へのコー
ティングの被覆とを提供すること。 【解決手段】 溶射粉末配合物、該粉末配合物を使用し
て製造したコーティング、該コーティングを塗布するた
めの方法。本発明の粉末の化学組成には、炭化タングス
テン−コバルト−クロム材料と、金属コバルト合金とが
含まれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は粉末配合物の溶射、
該粉末配合物を使用してのコーティング、並びに該コー
ティングを塗布するための方法に関する。本発明はま
た、ゲート弁或いはボール弁、航空機の着陸装置の摩損
面、及び耐摩耗性を要求するその他表面へのコーティン
グのコーティングに関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明は、高応力下に使用され且つしば
しば腐食性条件下に置かれる部品に耐摩耗面、低摩擦面
を提供する上での問題に関する。こうした条件を満たす
べく様々な手段が使用されており、それら手段には、熱
処理、浸炭、ニトロ化、あるいはイオン注入による鋼表
面硬化、固体セラミック或いはサーメット組成物の使
用、溶射、化学蒸着法、物理蒸着法、電気メッキ（特に
クロムを使用する）により発生させたコーティングの塗
布、その他の技法が含まれる。これら全ての方策には用
途上の制限がある。殊に難しい用途は、オイル及びガス
製造工業における、高速開閉する高圧ゲート弁における
ものである。その他に、航空機の着陸装置部品へのコー
ティングも、これを満足に実施するのは困難である。航
空機の着陸装置では、摩耗や摩擦の問題に加え、中でも
支持体の疲労特性が問題となる。本発明は、これらの問
題並びに広範なその他の問題を解決し得る溶射コーティ
ングを提供するものである。

【０００３】ゲート弁（以下、単に弁とも称する）は、
被制御流体が流動するパイプ或いは配管内に軸線方向に
位置付けた弁胴部から成り立つ。弁胴部内には、中央に
穴を貫通した、固体、通常は金属製の直線状のプレート
部材からなる“ゲート”が位置付けられる。ゲートは、
その内径がゲート穴の直径とほぼ等しい金属、セラミッ
ク或いはサーメット製の円環部材である２枚の“座”の
間で摺動する。各座は同中心状に整列し、弁胴部を配置
したパイプあるいは配管の各端部に直接或いは間接的に
取り付けられる。ゲート穴と各座の穴とが整列すると流
体はゲート弁を自由に流通し、ゲート穴と各座の穴とが
部分的に整合するあるいは完全に不整合状態となると流
体流れは妨害されあるいは中断され、ゲート弁は部分的
あるいは完全に閉鎖される。液漏れを回避するために
は、ゲートと各座との間の接触面を極めて滑らかのもの
とし且つしっかりと保持することが大切である。ゲート
弁内には、各座をゲートにしっかりと押し付けて保持す
るためのバネその他の装置が設けられる。弁を閉じると
弁の上流側の流体圧力もまた、ゲートを下流側の座に押
し付ける。

【０００４】ゲート弁は通常、“ステム”と称するロッ
ドあるいはシャフトを介してゲートに取り付けたアクチ
ュエータを使用して、各座間でゲートを摺動させること
により作動される。ゲート動作は、手動のアクチュエー
タを使用するものでは比較的遅く、液圧式のアクチュエ
ータではもっと速く、空気圧式のものでは通常は極めて
急速なものとなる。アクチュエータは、各座及びゲート
間の静及び動の各摩擦力に打ち勝つに十分な力を行使し
得るものでなくてはならない。摩擦力は、弁の設計形状
と、弁を閉じた時のパイプ内の流体の力との関数であ
る。摩擦力は、流体圧力が極めて高くなったときに非常
に大きなものとなり得る。弁開閉時に生じ得る座及び或
はゲートのアドヒーシブ摩耗、即ち粘着性摩耗もまた、
高圧条件下に問題となり、そして過大化し得るものであ
る。更には腐食の問題がある。数多くの油井及びガス
井、即ちウェルからのオイルやガス中には高腐食性成分
が含まれ得る。かくしてウェルの多くでは弁の、その表
面の腐食が摩損及び摩擦の問題を悪化させるところの、
特に座及びゲートを耐腐蝕性材料から製造する必要があ
る。

【０００５】低圧下に手動で作動する弁では、硬化鋼製
の座及びゲートは摩損及び摩擦の問題に十分に対抗し得
るものである。高圧下の空気圧式及び液圧式の弁では、
溶射コーティング、例えば炭化タングステンあるいは炭
化クロムベースのコーティングをゲート及び座の表面に
コーティングすれば十分である。この種のコーティング
のベスト３は、ＵＣＡＲ ＬＷ−１５、即ち、炭化タン
グステン−コバルト−クロムコーティング、ＵＣＡＲ
ＬＷ−５、即ち、炭化タングステン−ニッケル−クロム
コーティング、そして、ＵＣＡＲ ＬＣ−１Ｃ、即ち、
炭化クロム＋クロムニッケルコーティングの各爆発（ｄ
ｅｔｏｎａｔｉｏｎ）ガンコーティングである。幾つか
の用途では、座のために固体コバルトベースの合金であ
るステライト３あるいは６（商標）を使用し、ゲートを
硬化鋼製とするのが適切である。他の方策には、ステラ
イト６及び噴霧及び溶融合金のレーザーあるいはプラズ
マ移行アークオーバーレイが含まれる。

【０００６】ウェルが深くなって圧力が増してくると上
述した方法は不適切なものとなる。工業的基準となる２
つの新たなコーティングが開発された。一つは、米国特
許第４、１７３、６８５号にその詳細が記載される炭化
タングステンベースのコーティングであるＵＣＡＲ Ｌ
Ｗ−２６である。このコーティングは通常、熱処理に引
き続くプラズマ溶射により塗布される。このコーティン
グの性能はすばらしいが、製造費用は比較的高価であ
る。別のコーティングは、炭化タングステン−コバルト
−クロムであるＵＣＡＲ ＬＷ−４５の爆発ガンコーテ
ィングである。このコーティングは独特の微細構造を有
し、現在の油井及びガス井の大抵の厳しい条件下にもそ
の性能を良好に保つことができる。しかしながら、ウェ
ルが深くなり圧力が高くなるにつれて、こうした基準コ
ーティングでさえもそうした厳しい条件のための要求を
満足することが出来なくなり、今や新たな解決策を見い
出せないでいる。

【０００７】極めて疲労しやすい構成部品を耐摩耗化す
るためにしばしばコーティングを使用する必要がある。
そうした部品の一例は、航空機の着陸装置シリンダ内の
シリンダである。作動中の曲げモーメントによりシリン
ダに付与される引張応力下にコーティングに発生した亀
裂はシリンダ内部に伝搬され、ついには破滅的結果を伴
う疲労破壊を引き起こし得る。現在のシリンダコーティ
ングは硬質クロムメッキであるが、このコーティングに
は、疲労に関し、シリンダ壁を過剰に厚くすることによ
って補償せざるを得ないようなマイナスの効果がある。
クロムメッキはアルミニウム−ニッケル−銅製のブッシ
ュあるいは支承体と接触しつつ動作しそれ故、クロムメ
ッキに代わる何らかの代替物は、これらの材料とも良好
に合致する（粘着摩耗）特性を有するべきである。加え
て、いかなるコーティングも、支承体内に砂その他の堅
い粒状物が捕捉された際に良好な耐摩耗性を有するべき
である。現在使用されているクロムメッキは僅かに有効
であるに過ぎない。クロムメッキの特性は環境上極めて
望ましくないものであり、この用途及びその他の用途に
おいては代替させるのが有益であることも銘記すべきで
ある。比較的軟質のブッシュあるいは支承体表面と接触
しつつ動作（ｒｕｎ）するシリンダ上の硬質コーティン
グの代替策は、硬質のコーティングを両接触面にコーテ
ィングすることである。このシステムは摩耗には強い
が、コーティングをコーティングした両面は低摩擦であ
りしかも、相互に接触しつつ動作するする際の粘着性摩
耗に耐え得るものでなければならない。

【０００８】コーティングの疲労はコーティングの対応
力破損（ＳＴＦ）、即ち、亀裂を生じない状態でのコー
ティングの伸張度としばしば関連する。ＳＴＦは、部分
的にはコーティング内の残留応力と関連する。引張性の
残留応力は、コーティングに作用して亀裂を生じせしめ
るところの追加的な外部引張応力を減少させ、一方、圧
縮性の残留応力は、コーティングに作用してこれに亀裂
を生じせしめるところの追加の引張応力を増大する。代
表的には、ＳＴＦが大きくなるに従い、基材の疲労特性
に関してコーティングの持つマイナス効果は少なくな
る。この点は、良好に結合したコーティングに発生し、
基材中に伝搬し得る亀裂が、疲労亀裂を開始させ、結局
は疲労破壊を開始させることから見ても事実である。残
念なことに、大抵の溶射コーティングは通常は高い延性
を有ししかも、亀裂を生じるよりは容易に可塑変形する
純金属製である場合でさえもそのＳＴＦ値は極めて限定
される。

【０００９】粒状物速度を低速あるいは中速とした溶着
コーティングの引張性の残留応力は代表的には、それが
過剰になるとコーティングに亀裂を生じさせあるいは剥
離させる。引張性の残留応力はまた、通常、コーティン
グのＳＴＦ値を小さくし、コーティングした部品の疲労
特性を低下させる、粒状物速度を高くした場合の幾つか
のコーティング、特に、粒状物速度が極めて高速な爆発
ガンコーティング及びスーパーＤガンコーティングによ
るコーティングは、中庸〜高い圧縮性の残留応力を有し
得る。これは炭化タングステンベースのコーティングの
場合に特にそうである。高い圧縮性の残留応力はコーテ
ィング部品の疲労特性に好影響を与え得るが、鋭い縁部
あるいは類似の幾何学的形状部分ではコーティングの欠
損を発生させ得る。かくして、爆発ガンコーティング及
びスーパーＤガンコーティングによっては、そうした形
状部分における優れた物理特性、例えば、堅さ、密度、
耐摩耗性を得るのは難しい。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来問題を解決
し得る粉末配合物の溶射、該粉末配合物を使用してのコ
ーティング、並びに該コーティングを塗布するための方
法を提供することである。また、ゲート弁或いはボール
弁、航空機の着陸装置の摩損面、及び耐摩耗性を要求す
るその他表面へのコーティングのコーティングを提供す
ることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に従えば、これに
限定するものではないが、先に説明したゲート弁及びボ
ール弁構成部品及び航空機の着陸装置部品を含む多くの
用途のための耐摩耗要件及び対腐食要件を満たすコーテ
ィングが提供される。そうした用途のためのコーティン
グは、耐摩耗性及び耐腐蝕性に加え、コーティング部品
に殆どあるいは全く影響を与えず、しかも肉厚のコーテ
ィングの形成及び複雑な形状部分への被着を可能とする
ための小さい残留応力と、高いＳＴＦ値とを有するべき
でもある。本発明は、炭化タングステン−コバルト−ク
ロム材料と、金属コバルト合金との混合物を溶射コーテ
ィングした場合に、空気圧式アクチュエータを使用して
極めて高圧下に作動させる航空機の着陸装置シリンダ並
びに数多くのその他用途のためのゲート弁に要求され
る、低い摩擦と、高い耐摩耗要件及び耐腐食要件とが提
供されることが分かったことに基づくものである。被膜
されたコーティングは優れた耐摩耗及び耐腐食特性のみ
ならず、様々な金属基材における高い結合強度と、比較
的少ない残留応力とを併せ持つ必要がある。良好に結合
された稠密なコーティングを生じさせ得る任意の溶射コ
ーティング方法を使用することができる。

【００１２】本発明のコーティング、即ちコーティング
は溶射コーティングにより創出される。溶射された材料
は基材上で急速に収縮することが知られている。この収
縮により、結晶学上の準安定相が、あるいは幾つかのケ
ースではアモルファス材料さえもが形成される。例え
ば、アルファアルミナ粉末は、通常は溶射プロセス中に
完全に溶融され、接いで、ガンマ、アルファその他の相
の混合物としてコーティングされる。溶射中、環境内の
ガスあるいは溶射ガスと反応する結果、あるいは溶射材
料の１つの成分が差（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）蒸発
することによる組成の若干の変化も生じ得る。仮に燃料
ガスを爆発ガンコーティングあるいは高速酸素−燃料コ
ーティングで使用する場合の反応は、最もしばしばに
は、空気中に晒されることによる酸化の一種である。溶
射コーティングの詳細に関しては、Ｒ．Ｆ．Ｂｕｎｓｈ
ａｈ，ｅｄ．，Ｎｏｙｅｓ 出版社から１９９４年に発
行されたＨａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｆｏｒ Ｆｉｌｍｓ ａ
ｎｄ Ｃｏａｔｉｎｇｓ の第２版の、Ｒ．Ｃ．Ｔｕｃ
ｋｅｒ，ＪｒのＴｈｅｒｍａｌ Ｓｐｒａｙ Ｃｏａｔ
ｉｎｇｓの第５９１から第６３９頁。ＡＳＭ Ｉｎｔｅ
ｒｎａｔｉｏｎａｌから１９９４年に発行されたＳｕｒ
ｆａｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＡＳＭ Ｈａｎｄ
ｂｏｏｋの第５巻のＲ．Ｃ．Ｔｕｃｋｅｒ，ＪｒのＴｈ
ｅｒｍａｌ Ｓｐｒａｙ Ｃｏａｔｉｎｇｓの第４９７
頁から第５０９頁。１９９２年発行のＭ．Ｌ．Ｔｈｏｒ
ｐｅのＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｐｒ
ａｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ第１巻の第１６１頁から第
１７１頁を夫々参照されたい。

【００１３】本発明のコーティングの主成分の１つは炭
化タングステンである。溶射に使用される炭化タングス
テン粉末の殆どはＷＣであるかあるいはＷＣとＷ₂Ｃと
を組み合わせたものであるが、その他の相のものでもあ
り得る。炭化タングステンは最もしばしば、多少のコバ
ルトと結合させて粉末状態で容易に溶融するようにしそ
れにより、コーティングの結合力を増大させる。クロム
もまたしばしば耐腐蝕性その他の目的のために添加され
る。例を挙げると、コバルトあるいはコバルトにクロム
を加えたものを、噴霧乾燥及び焼結した粉末炭素と単純
結合させ、これらのコバルトあるいはコバルトにクロム
を加えたものの殆どを、尚、金属性を提示するものとす
ることができる。コバルトあるいはコバルトにクロムを
加えたものを、鋳造及び破砕した粉末炭素と結合させ、
これらのコバルトあるいはコバルトにクロムを加えたも
のの幾分かを炭素と反応させることもできる。これらの
材料は、溶射により、様々な組成物形態及び結晶学的形
態下にコーティングされ得る。ここで、炭化タングステ
ンあるいはＷＣとは、炭化タングステンの任意の結晶学
的形態あるいは組成物形態のものを意味するものとす
る。炭化タングステンコバルト、炭化タングステン−コ
バルト−クロム、ＷＣ−ＣｏあるいはＷＣ−Ｃｏ−Ｃｒ
とは、炭化タングステンと、コバルトあるいはコバルト
にクロムを加えたものとを組み合わせた任意の結晶学的
形態あるいは組成物形態のものを意味するものとする。
本発明のコーティングの他の成分はコバルト合金であ
る。ここで、コバルト合金とは、任意のコバルト合金の
任意の結晶学的形態のものを含むものとする。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の粉末の化学的組成には、
炭化タングステン−コバルト−クロム材料と、金属コバ
ルト合金との混合物が含まれる。全ての組成物の組成数
値は、回避し難い微量汚染物を含まない重量パーセント
で示される。炭化タングステン−コバルト−クロム材料
は、炭化タングステン−５〜２０コバルト及び、０〜１
２クロムを含むのが好ましく、約８〜１３コバルト及び
０〜４クロムを含むのが最も好ましい。金属合金は、重
量パーセントで２７〜２９のクロムと、７〜９のタング
ステンと、０．８ないし１．２の炭素と、残余分として
のコバルトを含む組成、特に好ましくは、その公称組成
が、コバルト−２８クロム−８タングステン−１炭素
（公称ステライト６）であるコバルト合金、を含む組成
を有するコバルト合金。あるいは、重量パーセントで２
５〜３１のモリブデンと、１〜２０のクロムと、１〜５
のシリコンと、０．０８未満の炭素と、残余分としての
コバルトを含む組成、特に好ましくは、その公称組成
が、コバルト−２８モリブデン−１７クロム−３タング
ステン−０．０８未満の炭素（公称Ｔｒｉｂａｂａｌｌ
ｏｙ８００）であるコバルト合金、を含む組成を有する
コバルト合金であるのが好ましい。混合物は５〜３５の
金属コバルト合金を含むのが好ましく、最も好ましくは
１０〜３０の金属コバルト合金を含む。炭化タングステ
ン−コバルト−クロム材料は、クロム含有量がほぼゼロ
である場合には、鋳造／破砕粉末製法で製造するのが好
ましく、クロム含有量が２〜１２であるときは焼結法で
製造するのが好ましい。金属コバルト合金は真空融解法
及び不活性ガス噴霧法により生成するのが好ましい。爆
発ガンコーティングを使用してコーティングを形成する
場合、炭化タングステン−コバルト粉末は、米国基準３
２５篩目（４４マイクロメートル）未満の寸法とすべき
であり、金属コバルト合金を２７０篩目（６０マイクロ
メートル）未満の、しかし、３２５篩目（４４マイクロ
メートル）以上の寸法とすべきである。もしその他の溶
射コーティング技法を使用するのであれば、粉末寸法は
そのためにふさわしい寸法とするべきである。

【００１５】本発明によれば、低摩擦の、耐摩耗性及び
耐腐蝕性コーティングを製造するための方法であって、 ａ）炭化タングステン−コバルト材料と、金属コバルト
合金との混合物を含む送給物粉末組成物を形成するこ
と、 ｂ）粒状物速度が毎秒５００メートル以上とした状態で
前記段階ａ）の送給物粉末組成物を部品に溶射コーティ
ングし、金属コバルト合金と混合した炭化タングステン
−コバルトを含むコーティングを形成すること、 を含む方法が提供される。

【００１６】ＷＣ−Ｃｏ−Ｃｒ材料とコバルト合金との
混合は、通常、これを溶射コーティングシステムの粉末
分与装置に充填するに先立ち、粉末形態下に実施する。
しかしながら、前記混合を、各成分のための別個の粉末
分与装置を使用し、各成分をコーティングの所望の組成
を達成する適宜の割合で送給することにより行うことが
できる。この場合、各粉末はノズルを通してノズルの上
流側の溶射装置内に送られ、あるいはノズルの下流側に
排流される。

【００１７】良好に結合された、稠密な、粘着強度の大
きいコーティングの微細構造を実現する、毎秒約５００
メートルよりも一般に大きい十分な粉末速度を発生する
任意の溶射コーティング法を使用して本発明のコーティ
ングを生成することが可能である。好ましい溶射法は、
粒状物速度が毎秒約７５０メートル以上である爆発ガン
法（例えば米国特許第２．７１４．５６３号及び同第
２，９７２，５５０号に記載されるような）であり、最
も好ましいのは、（例えば、米国特許第４，９０２，５
３９号に記載されるような）、粒状物速度が毎秒約１０
００メートル以上であるスーパーＤガン法である。この
スーパーＤガン法によれば、幾分稠密で、良好に結合さ
れ、粘着強度の高い、しかも、粒状物速度が毎秒約７５
０メートル以上である爆発ガン法によりコーティングし
たコーティングよりも滑らかなコーティングが生成され
る。何れの方法でも、結合強度が極めて高く、且つ、金
属組織学的に測定した密度が９８パーセント以上である
コーティングが生成される。別の溶射法には、プラズマ
溶射法、高速酸素−燃料法、高速空気−燃料法が含まれ
得る。

【００１８】本発明はまた、本発明の耐摩耗性コーティ
ングを有する部品にして、これに限定するものではない
が、弁座及び或はボール座面あるいはゲート座面をコー
ティングしたゲート弁あるいはボール弁及び、シリンダ
あるいは合わせ面（ブッシュあるいは支承体）を少なく
とも部分的にコーティングした航空機の着陸装置部品を
含む部品をも提供する。前記コーティングは低摩擦と、
耐摩耗性及び耐腐蝕性とを有し、炭化タングステン−コ
バルト−クロム材料と金属コバルト合金との混合物を含
むものである。以下の例は例示目的のためのみのもので
あり、本発明の範囲を限定するものではない。

【００１９】（例１）ゲート弁の弁座あるいはゲートと
して使用する材料、即ちコーティングとして使用するた
めの評価付けのための実験室摩耗試験が開発された。長
さ１５２ｍｍ、幅７６ｍｍ、厚さ１３ｍｍのプレートを
ゲートに見立て、直径約６．３５ｍｍのピンを弁座に見
立てた。プレートかあるいはピンは、弁座及びゲートを
作成するのと同じ固形材料から作製し得る。あるいはま
たプレート及びピンの合わせ面（プレートの場合７６×
１５２ｍｍ、ピンの場合はその平坦端部）をコーティン
グすることができる。各ピンは、その一端が１１２．４
ｍＰａ（１６、３００ｐｓｉ）に等しい圧力で、プレー
トに対し直径約７５ｍｍの環状列状態で接触する状態で
各ピンを保持することを保証するフィクスチャ内で保持
される。次いでフィクスチャは約１００度の円弧角度内
を揺動される。センサがピンの速度と動摩擦係数とを算
出可能とする。各揺動は１サイクルとして考慮される。
各ピン及びプレートは試験中一定時間に評価され、試験
期間は代表的には２５サイクルである。耐摩耗性試験の
評価は通常、ピン及びプレート上の摩耗キズの全体的外
観を下にして定性的に行う。動摩擦係数のための数値が
入手されるがこの数値は本試験に固有の相対値であると
考えられる。試験中に達成される各ピンのプレートに対
する相対速度は、摩耗による摩擦力及び全体的な粗化を
表す。かくして、速度が速くなるほど摩擦力は低下し、
表面は円滑に保たれる。

【００２０】実験室での試験結果と、実際の製造あるい
は現場使用における性能との相関付けは、現場使用のた
めの材料篩分けに際してそうした試験を使用する上で必
要である。ＵＣＡＲ ＬＷ−４５でコーティングしたゲ
ートに接触しつつ作動する、ステライト３で鋳造した座
の性能が現場で良好に確立された。従ってこの組み合わ
せは実験室試験における基準として使用された。更に他
の基準は、ＵＣＡＲＬＷ−４５コーティングをピン及び
プレートの両方にコーティングしたものである。この組
み合わせは、運転されている工業上の最新基準と考え得
るものである。

【００２１】多数の鋼プレートにＵＣＡＲ ＬＷ−４５
を爆発ガンコーティングし、次いで、研磨及びラップ磨
き処理して厚さを１００〜２００マイクロメータ（０．
００４〜０．００８インチ）とし、表面粗さを８マイク
ロメートルＲａ未満とした。多数の鋼ピンに、ＵＣＡＲ
ＬＷ−４５、ＵＣＡＲ ＬＣ−１Ｃ、を夫々爆発ガン
コーティングし、また、スーパーＤガン法により、ステ
ライト６合金（ＳＤＧステライト６）を、そして、ここ
ではＳＤＧ Ａと称する本発明をコーティングした。こ
れらの材料の特定組成は以下の通りである。即ち、 ステライト３鋳造物： Ｃｏ−３０．５ Ｃｒ−１２．５ Ｗ ＵＣＡＲ ＬＷ−４５： ＷＣ−１０Ｃｏ−５Ｃｒ ＵＣＡＲ ＬＣ−１Ｃ： 炭化クロム−２０（Ｎｉ−２０Ｃｒ） ＳＤＧ ステライト６： Ｃｏ−２８Ｃｒ−８Ｗ−１Ｃ ＳＤＧ Ａ： ＷＣ９Ｃｏ＋２５（Ｃｏ−２８Ｃｒ−８Ｗ−１Ｃ ）

【００２２】ピンのコーティングと、ステライト３で鋳
造したピンのコーティングとを研磨し且つラップ磨き処
理して１００〜２００マイクロメートル（０．００４〜
０．００８インチ）の厚さとし、表面粗さを８マイクロ
メートルＲａ未満とした。これらのピン材料を、ＵＣＡ
Ｒ ＬＷ４５でコーティングしたプレートに接触させて
実験室試験を実施した。その結果は以下の通りである。

【００２３】 ピン材料 速度 動摩擦係数 摩耗 ステライト３鋳造物 １００ ２．３ 基準〜中庸 １００ ２．１ 基準〜中庸 ＵＣＡＲ ＬＷ−４５ １８０ １．８ 基準 １６０ １．９ 基準 ＳＤＧ ステライト６ １５０ ２．１ 基準と類似 ＵＣＡＲ ＬＣ−１Ｃ １７０ ２．１ 基準 ＳＤＧ Ａ １６０ １．３ 基準未満〜若干 ２００^* ０．５^* 基準未満〜若干^* 印付きの試験ではプレートが幾分滑らかであった。

【００２４】速度は毎秒フィート数で計測した。上記速
度計測値及び動摩擦係数は共に１２〜２５サイクルに対
する概略平均値であり、摩耗組み合わせの挙動が安定化
する状態を表す。この試験では、スーパーＤガンによる
ステライト６コーティングの性能が基準コーティングの
それよりも良好であることは明らかである。しかしなが
ら、本発明の新規なコーティング、つまりＳＤＧ Ａの
性能は、基準コーティング及びステライト６コーティン
グのそれをも上回るものである。

【００２５】（例２）材料の耐腐蝕性のための共通試験
は、米国試験及び材料協会基準であるＡＳＴＭ Ｂ１１
７により定義される塩噴霧試験である。この試験では、
各サンプルは３３．３〜３６．７℃（９２〜９７Ｆ）の
温度下に３０日間塩噴霧中に晒される。本発明、即ちＳ
ＤＧ Ａコーティングの、上述の例１に記載した性能
が、幅７６ｍｍ、長さ２７６ｍｍ、７６×１２７ｍｍの
平面の殆どの表面部分での厚さが１２．５ｍｍであるＡ
ＩＳＩ４１４０鋼サンプルにコーティングすることによ
り評価された。前記表面の一部分は、多くの弁ゲートに
見られるカットオフあるいはマスキングラインを模擬す
るべく未コーティングのままに残された。２層のコーテ
ィングを被着した。次いで、各コーティングをエポキシ
ベースのシーラントでシールし、最後に、コーティング
を研磨して新たな部分の代表的厚さである１００〜１３
０マイクロメートルとするかもしくは、再加工部分の２
５０〜２８０マイクロメートルの厚さとした。次いで各
サンプルの試験を実施した。３０日間塩噴霧に露呈した
後、各サンプルを洗浄し、検査した。全体的にコーティ
ングの点腐食、即ち、隙間腐食を起こした形跡は見られ
なかった。

【００２６】塩噴霧試験は多くの腐食性用途のための材
料において極めて有効ではあるものの、大量の塩化水素
酸が存在する条件下ではこうした状態を正しく表さな
い。この条件下ではＳＤＧ Ａで使用するコバルトベー
スの合金が侵食されるのである。この条件では、ＳＤＧ
Ａと類似の、しかしＷＣ−Ｃｏ材料を４〜１２Ｃｒを
含むものに改質したコーティングあるいは、ＷＣ−Ｃｏ
−Ｃｒ＋２５（Ｃｏ−２８Ｍｏ−１７Ｃｒ−３Ｓｉ−＜
０．０８Ｃ）を含むコーティングを選択するのが良策で
ある。

【００２７】（例３）材料の耐摩耗性はしばしば、乾燥
砂“ラバー”ホイール試験ＡＳＴＭ Ｇ ６５−９４を
使用して特徴付けられる。この試験は、研磨性粒子がシ
ール面あるいは支承面に埋め込まれるような、シールあ
るいは支承体の如き用途における材料の耐摩耗性に関
し、材料を相対格付けする上で有効である。かくして、
この試験の結果は、砂その他の堅い粒状物が銅製の支承
面内に捕捉され得る航空機の着陸装置シリンダのための
材料を選択する上で有益であり得る。ＷＣ−９Ｃｏ＋２
５（Ｃｏ−２８Ｃｒ−８Ｗ−１Ｃ）の組成を持つ単一の
粉末を使用する６層の本発明のコーティングが、爆発ガ
ンを使用してＡＩＳＩ１０１８鋼試験サンプルにコーテ
ィングされた。これらのコーティングの微細構造及び機
械的特徴はコーティングパラメータを変更することによ
り多少変更された。コーティングはＳＤＧＢ、Ｃ、Ｄ、
Ｆ、Ｇとして示した。コーティングした試験サンプルと
接触するポリウレタン製の外側層を有するホイールを、
１３０ニュートン（３０ｌｂ）の負荷の下に毎分１４４
メートルの速度で走行させて３０００回転させる摩耗試
験を実施した。公称寸法が２１２マイクロメートル
（０．００８３インチ）のオタワ産ケイ砂がホイールと
試験サンプルとの間のニップに送られた。摩耗キズは、
コーティングした試験サンプルの重量損失分を容積損失
分に変換して測定し、これを１００回転当たりの平均損
失分として表示した。

【００２８】

【表１】

【００２９】本発明のコーティングが硬質クロムメッキ
のそれに実質的に勝る耐摩耗性を有することが明らかで
ある。かくして、本発明のコーティングはこの点を根拠
として、もしその他の制約事項に合致するのであれば、
航空機の着陸装置のシリンダにおけるコーティングのよ
うな用途において、硬質クロムメッキに対する優れた代
替品となるものである。この試験では、本発明のコーテ
ィングの耐摩耗性はＵＣＡＲ ＬＷ−４５の爆発ガンコ
ーティングのそれよりも低いが、これは、ＵＣＡＲ Ｌ
Ｗ−４５における炭化タングステンの容積分量が大きい
ためであると推測される。驚くべきことに、本発明のコ
ーティングの耐摩耗性はプラズマ溶射したＵＣＡＲ Ｌ
Ｗ−４５の類似物のそれを実質的に上回っている。本発
明のコーティングの耐摩耗性は、爆発ガンコーティング
した炭化クロムコーティングであるＵＣＡＲ ＬＣ−１
Ｃのそれに匹敵するものである。

【００３０】（例４）例３に記載した本発明のコーティ
ングの残留応力特性が、アルメンストリップへのコーテ
ィング及びその偏差（ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）を測定す
ることにより評価され且つその他のコーティングと比較
された。試験はショットピーニングＭｉｌ Ｆ−１３１
６５Ｂのための米国規格に説明されるものを改変したも
のである。正の偏差はコーティング内に引張性の残留応
力があることを示し、負の偏差は圧縮性の残留応力があ
ることを示す。アルメン試験サンプルは、熱処理してそ
の硬度をＨＲＡ７２．５〜７６としたＡＩＳＩ１０７０
から作製した。この試験サンプルを７６．２×１９．０
５×０．７９ｍｍ（３×０．７５×０．０３１インチ）
の大きさとし、７６．２×１９．０５ｍｍの１つの面を
約３００マイクロメートルの厚さでコーティングした。
コーティングの対歪み破壊（ＳＴＦ）が、硬度ＨＲＣ４
０に熱処理したＡＩＳＩ４１４０の２５．４×１．２７
×０．６３５cm（１０×０．５×０．２５インチ）の鋼
棒の２５．４×１．２７cmの表面に３００マイクロメー
トルの厚さでコーティングし、次いでこれらの鋼棒を４
ポイント曲げ試験フィクスチャ内で折り曲げ、評価し
た。破壊の開始は鋼棒に取り付けた音響センサを使用し
て検出した。ＳＴＦはインチ当たりのミル数あるいは１
０分のパーセントにおいて示した。

【００３１】

【表２】

【００３２】先ず、残留応力を表すアルメン試験の偏差
データを見ると、本発明のコーティングにおける残留応
力が極めて小さく、且つ少なくとも、スーパーＤガン溶
射を使用する場合において、溶射パラメータを変化させ
ることで極めて僅かな引張性のものから幾分圧縮性のも
のに変化することが分かる。このことは、コーティング
の複雑な形状部分、例えば鋭い縁部のような形状部分も
何らの問題を生じず、従って、肉厚のコーティングを亀
裂あるいは剥離を生じさせることなくコーティングする
ことができることを意味する。次ぎに、基材の疲労特性
に対するコーティングの影響、即ち、ＳＴＦ値が大きく
なる程ほど、コーティングのそうした影響が一般に少な
いことを表すＳＴＦのデータを見ると、ＤガンによるＷ
Ｃ−１５ＣｏのコーティングにおけるＳＴＦ値が小さい
（圧縮性の残留応力が非常に小さいにも拘わらず）。こ
れにより、このコーティングが鋼、アルミニューム、チ
タンの各基材の疲労特性上かなりの悪影響を及ぼし得る
ことが分かる。スーパーＤガンによるＷＣ−１０Ｃｏの
コーティングは幾分高い圧縮性の残留応力を示すもの
の、ＳＴＦの値は芳しいものではない。スーパーＤガン
によるＷＣ−１５ＣｏのコーティングはＳＴＦ値が著し
く大きく、このことからこのコーティングが鋼、アルミ
ニューム、チタンの各基材の疲労特性上の影響が極めて
僅かであるかあるいは全く無いことが分かる。しかしな
がら、そのように影響が小さいのは、複雑な形状部分へ
のコーティングあるいは肉厚のコーティングを難しくす
る、圧縮性の残留応力が非常に大きい場合のみである。
対照的に、本発明のコーティングは高いＳＴＦ値及び比
較的小さい圧縮性残留応力値を有するが、このことは、
本発明のコーティングが基材の疲労特性上与える影響が
小さいこと及び、尚、複雑な形状部分へのコーティング
並びに、困難を伴わない肉厚のコーティングが可能であ
ることを示すものである。こうした特性は疲労しやすい
部品、例えば航空機の着陸装置部品での本発明のコーテ
ィングの有益性を非常に高めるものである。以上、本発
明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の
変更をなし得ることを理解されたい。

【００３３】

【発明の効果】上述の従来問題を解決し得る粉末配合物
の溶射、該粉末配合物を使用してのコーティング、並び
に該コーティングを塗布するための方法が提供される。
また、ゲート弁或いはボール弁、航空機の着陸装置の摩
損面、及び耐摩耗性を要求するその他表面へのコーティ
ングのコーティングが提供され得る。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭化タングステン−コバルト−クロム材
   料と、５〜３５重量パーセントのコバルト合金との混合
   物を含む溶射粉末配合物。
2. 【請求項２】 炭化タングステン−コバルト−クロム材
   料が、炭化タングステンと、５〜２０重量パーセントの
   コバルトと、０〜１２重量パーセントのクロムとを含ん
   でいる請求項１の溶射粉末配合物。
3. 【請求項３】 コバルト合金が、重量パーセントで、２
   ５〜３１のクロム及び０．５〜１．５の炭素；２５〜３
   １のクロム、５〜１１のタングステン、０．５〜１．５
   の炭素。残余分としてのコバルト；２５〜３１のモリブ
   デン、１４〜２０のクロム、１〜５のシリコン、０．０
   ８未満の炭素、残余分としてのコバルト；から成る群か
   ら選択した合金を含んでいる請求項２の溶射粉末配合
   物。