JP2002004026A - 炭化物系溶射用複合粉末 - Google Patents

炭化物系溶射用複合粉末

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JP2002004026A
JP2002004026A JP2000183478A JP2000183478A JP2002004026A JP 2002004026 A JP2002004026 A JP 2002004026A JP 2000183478 A JP2000183478 A JP 2000183478A JP 2000183478 A JP2000183478 A JP 2000183478A JP 2002004026 A JP2002004026 A JP 2002004026A
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powder
carbide
composite powder
metal
carbides
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Hiroshi Ito
普 伊藤
Hisashi Hiraishi
久志 平石
Setsuo Takagi
節雄 高木
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KOEI SEIKO KK
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KOEI SEIKO KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶射に際しての不均質皮膜の発生を防止す
る炭化物系複合粉末を得ること。 【解決手段】メカニカルアロイング法を適用して、機械
的に混合して造粒する過程で、WC、MoC、TiC
等の炭化物をCo、Ni、Ni−P等の金属中にその固
溶度を越えて非平衡状態で含有せしめ、過飽和に固溶せ
しめた炭化物系複合粉末合金とする。高温且つ高速で飛
行する間に金属と炭化物とが比重差による分離をするこ
とがなく、また、過飽和に固溶した炭化物は、溶射(加
熱−冷却)時に微細な二次炭化物として溶射皮膜中に析
出し、これによって、得られた溶射皮膜は均質となり、
硬度も増加し、耐摩耗性も向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、機械部品用ロー
ル、シリンダー、金型などおよび航空機用ピストンリン
グ、エンジンシリンダーの表面に溶射皮膜を形成するの
に適した金属と炭化物との複合溶射材料に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、金属−セラミックスとの複合
材は、主として溶融粉砕法、焼結粉砕法、造粒法、被覆
法などにより製造されてきた。
【0003】その中で、炭化物系セラミックスとの複合
溶射粉末としては、WC材料とCo粉末を混合、予備焼
結をして粉砕したもの、WC粉末とCo粉末、有機バイ
ンダーを混合した後、造粒したもの、WC粉末を無電解
ニッケルめっきにより被覆したものがある。
【0004】焼結−粉砕法では、粉末の形態が多角形状
で流動性が悪く粉末の供給が円滑にいきにくい。高温焼
結すると粉砕が困難であり、焼結温度が低いと炭化物と
結合相との固溶が不十分である。造粒焼結法では流動性
のよい球状の粉末が得られるが、焼結時の凝集を防ぐた
めに焼結法に工夫が要り、生産性を上げにくい。また、
硬質粒子よりなる分散相と母相との結合性が不十分であ
る。
【0005】焼結−粉砕法では、粉末の形態が多角形状
で流動性が悪く粉末の供給が円滑にいきにくい。高温焼
結すると粉砕が困難であり、焼結温度が低いと炭化物と
結合相との固溶が不十分である。造粒焼結法では流動性
のよい球状の粉末が得られるが、焼結時の凝集を防ぐた
めに焼結法に工夫が要り、生産性を上げにくい。また、
硬質粒子よりなる分散相と母相との結合性が不十分であ
る。
【0006】また、「まてりあ」第33巻第3号には、
MA(メカニカル・アロイング)による金属と酸化物セ
ラミックスとの複合溶射材料が紹介されている。すなわ
ち、このMAは、それぞれの構成成分を所定量配合した
配合物をポット中で造粒する過程で複合化した溶射材料
は、その製造に際して、溶解に伴う諸現象が皆無となる
ため、元素の組み合わせに対する制約が緩和され、しか
も、この溶射材料により、比較的均質で微細構造の複合
皮膜の作成が可能とされている。
【0007】ところが、従来の造粒法によって得られた
金属とセラミックスとの複合溶射材料は、粒子間結合が
不十分であるため、溶射に際して、高温且つ高速で飛行
する間に、複合粉末内での金属とセラミックスの間が濡
れ性と比重差によって分離が起こりやすく、不均質な皮
膜が発生しやすいという欠点がある。
【0008】この欠点を解消するために、適切な溶射距
離を置いたり、また、例えば、文献日本金属学会誌57
(1933),1078に記載されているように、セラ
ミックスと金属との間にスピネル構造を有する中間層を
形成することが提案されている。しかしながら、この対
策は炭化物系複合粉末には適用できない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は、炭化物系複合粉末の溶射に際しての不均
質皮膜の発生を防止することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を、炭化物を金属中にその固溶度を越えて非平衡状態で
含有せしめること、すなわち、過飽和に固溶せしめた複
合粉末とすることによって解決した。
【0011】この複合粉末は、炭化物と金属の混合時
に、機械的に混合して造粒する過程で合金化する、いわ
ゆるメカニカルアロイング法を適用することによって得
られる。 MAにより作製された複合粉末は、構成成分
である炭化物が金属結合相中に固溶しているため粒子間
結合力が強く、高温且つ高速で飛行する間に金属と炭化
物とが比重差による分離をすることがなく、また、過飽
和に固溶した炭化物は、溶射(加熱−冷却)時に微細な
二次炭化物として溶射皮膜中に析出し、これによって、
得られた溶射皮膜は均質となり、硬度も増加し、耐摩耗
性も向上する。
【0012】本発明において適用できる炭化物として
は、如何なる炭化物も使用できるが、熱的に安定で耐摩
耗性付与として機能するWC、MoC、TiCの中の
何れかの1つを含む炭化物とすることができる。とく
に、WC,MoCは六方晶炭化物、TiCはNaCl
型立方晶炭化物で、これらは炭化物の最近接原子間距離
が小さく、体積弾性率が大きいので、熱的に安定で硬い
ために、耐摩耗性皮膜の形成に最適である。
【0013】また、結合相として機能する複合材料中の
金属は、使用した炭化物との濡れ性がある高強度の金属
であれば、如何なる金属も使用できるが、WC、Mo
C、TiCについては、Co、Ni、Ni−P等が使用
できる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下に、実施例によって本発明の
実施の形態を説明する。
【0015】実施例1 この実施例は、Co−Ni−P合金相中にWCが固溶し
た造粒複合粉末の例を示す。
【0016】原料粉末として、平均粒子径が約5μmの
WC粉、平均粒径が約5μmのCo粉、平均粒径が約2
0μmのNi−P合金粉を用い、WC73重量%、Co
17重量%、Ni−P合金10重量%の組成に配合した
のち、直径15mmの超硬合金製球500個とともに超
硬合金を内張りしたステンレス鋼製のポット(容積3
L)に充填し、Arガス雰囲気中で振動型ボールミル装
置によりMAを行った。なお、ボール/混合粉末の重量
比は20である。MAの処理時間は2時間である。
【0017】このMA処理によってWCはWとCに分解
し、Co−Ni−P合金相中に微細に固溶したものにな
っている。また粉末は造粒され、平均粒径約15μmの
WC−Co−Ni−P複合粉末が得られた。
【0018】この複合粉末を溶射材料として用いて、高
速フレーム溶射(HVOF)を表1に示す条件で行い、
皮膜の硬さおよびアブレシブ摩耗量を市販品粉末と比較
した結果を表2に示す。
【0019】
【表1】
【表2】 本発明による粉末を用いて得られた溶射皮膜は、市販品
を用いた比較例による皮膜に比べて皮膜特性がすぐれて
いる。
【0020】実施例2 この実施例は、実施例1のWC含有量を83wt%から
73wt%にした場合を説明するための例である。
【0021】原料粉末として炭化タングステン(WC)
粉(平均粒子径約5μm)、コバルト(Co)粉(平均
粒径約5μm)、ニッケル−リン(Ni−P)合金粉
(平均粒径約20μm)を用い、WC83重量%、Co
12重量%、Ni−P合金5重量%の組成に配合したの
ち、直径15mmの超硬合金製球550個とともに超硬
合金を内張りしたステンレス鋼製のポット(容積3L)
に充填し、アルゴン(Ar)ガス雰囲気中で振動型ボー
ルミル装置によりメカニカルアロイング(以後MAと記
述する)処理した。なおボール/混合粉末の重量比は2
0である。MAの処理時間は50時間である。このMA
処理によってWCはWとCに分解し、Co−Ni−P合
金相中に微細に固溶したものになっている。また粉末は
造粒され、平均粒径約15μmのWC−Co−Ni−P
複合粉末が得られた。この複合粉末を溶射材料として用
いて、高速フレーム溶射(以後HVOFと記述)を表1
に示す条件で行い、市販品粉末と皮膜の硬さおよびアブ
レシブ摩耗量を比較した(表2)。
【0022】本発明による粉末を用いて得られた溶射皮
膜は、市販品を用いた溶射皮膜に比べて皮膜特性がすぐ
れている。
【0023】実施例3 原料粉末として炭化タングステン(WC)粉(平均粒子
径約5μm)、コバルト(Co)粉(平均粒径約5μ
m)を用い、WC83重量%、Co17重量%、Ni−
P合金10重量%の組成に配合したのち、直径15mm
の超硬合金製球550個とともに超硬合金を内張りした
ステンレス鋼製のポット(容積3L)に充填し、アルゴ
ン(Ar)ガス雰囲気中で振動型ボールミル装置により
メカニカルアロイング(以後MAと記述する)処理し
た。なおボール/混合粉末の重量比は20である。MA
の処理時間は2時間である。
【0024】このMA処理によってWCはWとCに分解
し、Co合金相中に微細に固溶したものになっている。
また粉末は造粒され、平均粒径約15μmのWC−Co
複合粉末が得られた。この複合粉末を溶射材料として用
いて、高速フレーム溶射(以後HVOFと記述)を表1
に示す条件で行い、市販品粉末と皮膜の硬さおよびアブ
レシブ摩耗量を比較した(表2)。本発明による粉末を
用いて得られた溶射皮膜は、市販品を用いた溶射皮膜に
比べて皮膜特性がすぐれている。
【0025】実施例4 原料粉末として炭化チタン(TiC)粉(平均粒子径約
4μm)、ニッケル(Ni)粉(平均粒径約3μm)を
用い、TiC50重量%、Ni50重量%の組成に配合
したのち、直径15mmの超硬合金製球500個ととも
に超硬合金を内張りしたステンレス鋼製のポット(容積
3L)に充填し、アルゴン(Ar)ガス雰囲気中で振動
型ボールミル装置によりメカニカルアロイング(以後M
Aと記述する)処理した。なおボール/混合粉末の重量
比は18である。MAの処理時間は2時間である。
【0026】このMA処理によってTiCはTiとCに
分解し、Ni相中に微細に固溶したものになっている。
また粉末は造粒され、平均粒径約25μmのTiC−N
i複合粉末が得られた。この複合粉末を溶射材料として
用いて、高速フレーム溶射を表1に示す条件で行い、市
販品粉末と皮膜の硬さおよびアブレシブ摩耗量を比較し
た(表2)。本発明による粉末を用いて得られた溶射皮
膜は、市販品を用いた溶射皮膜に比べて皮膜特性がすぐ
れている。
【0027】実施例5 原料粉末として炭化チタン(TiC)粉(平均粒子径約
4μm)、ニッケル(Ni)粉(平均粒径約3μm)、
炭化モリブデン(MoC)粉(平均粒径約5μm)を
用い、TiC70重量%、Ni20重量%、MOC1
0重量%の組成に配合したのち、直径15mmの超硬合
金製球500個とともに超硬合金を内張りしたステンレ
ス鋼製のポット(容積3L)に充填し、アルゴン(A
r)ガス雰囲気中で振動型ボールミル装置によりメカニ
カルアロイング(以後MAと記述する)処理した。なお
ボール/混合粉末の重量比は18である。MAの処理時
間は2時間である。
【0028】このMA処理によってTiCはTiとCに
分解し、MCはMoとCに分解し、Ni相中に微細に
固溶したものになっている。また粉末は造粒され、平均
粒径約15μmのTiC−MoC−Ni複合粉末が得
られた。
【0029】
【発明の効果】本発明によって、以下の効果が期待でき
る。
【0030】1.従来の焼結−粉砕−分級のプロセス、
もしくは造粒−焼結−分級プロセスと比較して焼結工程
を省略でき、エネルギー的にも有利である。
【0031】2.混合時の機械的エネルギーにより合金
と炭化物は一部合金化されているが、溶解に伴う諸現象
が皆無となるため組み合わせ原料に対する制約が緩和さ
れ、しかも炭化物と金属結合相が微細に結合した複合粉
末とすることができ、さらに溶射時、加熱−冷却された
母相(結合相)中に微細に炭化物が再析出するので、形
成された溶射皮膜の特性がすぐれている。
【0032】3.混合するための原料素材として、精製
された細紛でなくても比較的安価な原料を用いることが
でき、資源の活用ができる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭化物と金属とをメカニカルアロイング
    法によって合金化させた溶射用複合粉末であって、炭化
    物が金属中に過飽和に固溶された溶射用複合粉末。
  2. 【請求項2】 複合粉末中に過飽和に固溶される炭化物
    がWC、TiC、Mo Cの中の何れかの1つを含む炭
    化物である請求項1に記載の溶射用複合粉末。
  3. 【請求項3】 複合粉末中の金属が、Co、Ni、Ni
    −P合金の少なくとも一種である請求項1に記載の溶射
    用複合粉末。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004001090A1 (ja) * 2002-06-25 2003-12-31 Ebara Corporation セラミックス粒子含有自溶性合金溶射材料
KR20060031136A (ko) * 2004-10-07 2006-04-12 한국과학기술연구원 진공 플라즈마 챔버용 열용사 코팅막 및 그 제조방법
JPWO2013176058A1 (ja) * 2012-05-21 2016-01-12 株式会社フジミインコーポレーテッド サーメット粉体物

Cited By (4)

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