JP2002220652A - 溶射用粉末およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 極めて高い耐衝撃性、ならびに湿式環境下に
おいて優れた耐食性および耐摩耗性を有する溶射被膜が
得られる溶射用粉末およびその製造法を提供する。 【解決手段】 皮膜形成に用いる溶射用粉末において、
その全体の重量に対し、８０〜９７％のサーメット粉末
と３〜２０％の金属粉末からなり、前記金属粉末は、Ｃ
ｒとＮｉの合計が金属粉末全体の重量に対し９０％以上
であり、かつ、Ｃｒの含有量が金属粉末全体の重量に対
し０〜５５％であることを特徴とする溶射用粉末および
その製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、部品の表面に溶射
皮膜を形成するための溶射用粉末、およびこの溶射用粉
末の製造方法に関するものである。さらに詳しくは、本
発明は、土木作業に使用される掘削機の機械部品などに
代表されるような金属製部品、つまり極めて高い耐衝撃
性、優れた耐摩耗性、ならびに湿式環境下において優れ
た耐食性および耐摩耗性が求められる基材の表面改質に
使用される溶射用粉末、およびその溶射用粉末の製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】各種産業機械や一般向け機械の金属製部
品において、求められる耐衝撃性、耐食性、および耐摩
耗性などの特性は、その用途により多岐に亘っている。
しかしながら、金属製部品を構成する金属材料（基材）
自体による対策では、その要求特性を十分に満たされな
い場合が多く、これに代わって基材表面に皮膜を形成し
表面改質を行うことにより問題を解決しようとする場合
が多い。

【０００３】溶射法は、物理的蒸着法や化学的蒸着法な
どとともに、実用化されている表面改質技術の一つであ
る。溶射法は、被加工物である基材の寸法に対する制限
が極めて少なく、広い面積の基材に対しても一様な皮膜
を形成できること、皮膜の形成速度が大きいこと、現場
施工が容易であること、比較的容易に厚い皮膜が形成で
きることなどの特徴を有するため、近年、各種産業にそ
の適用が拡大し、極めて重要な表面改質技術となってき
ている。

【０００４】通常、「溶射」と同様の意味で、「肉盛
り」や「スプレー」といった言葉が使用されることがあ
る。これらの言葉に明確な定義の差はなく、また、これ
らに使用される粉末に関しても区別して用いられておら
ず、溶射皮膜形成用の粉末であっても溶射用に限定され
るわけではない。つまり、溶射用の粉末が肉盛りやスプ
レーに用いられたり、逆に肉盛りやスプレー用の粉末が
溶射に用いられている。従って、本発明における「溶射
用粉末」とは「肉盛り」や「スプレー」などの用途にも
供されるものであることは言うまでもない。

【０００５】タングステンカーバイドは硬度が極めて高
く、耐摩耗性に優れた材料であるため、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃ
ｏ等の金属またはそれらを含む合金を結合材として、混
合もしくは複合化することにより得られるセラミック・
金属複合材料、すなわちサーメットが溶射用粉末の原料
として広く用いられている。サーメット（Ｃｅｒｍｅ
ｔ）とは、ＣｅｒａｍｉｃｓとＭｅｔａｌの各々はじめ
の三文字をつなぎ合わせた造語であり、具体的には硬質
のセラミックス粒子を金属マトリックスで結合させたも
ので、高硬度および高靭性を有した複合材料である。工
具材料の分野において、サーメットはＴｉＣ系およびＴ
ｉ（Ｃ，Ｎ）系の材料を指すが、広義にはセラミックス
と金属の複合材料全般が含まれる。

【０００６】一般に、サーメット粉末は、造粒−焼結
法、焼結−粉砕法、溶融−粉砕法などに代表される手法
により調製される。造粒−焼結法によるサーメット粉末
の調製方法は、以下のとおりである。まず、バインダー
（例えばＰＶＡ：ポリビニルアルコール）を各種溶媒
（水またはアルコール等の溶剤）に分散させたものを原
料の微粉末に添加、混合しスラリーを調製する。そして
このスラリーを、噴霧造粒機等を用いて球状の顆粒粉末
を作製し、次にこの顆粒粉末中から有機バインダーを除
去するため、および顆粒に適度な機械的強度を持たせる
目的で脱脂・焼結を行う。

【０００７】そして、焼結後の粉末をボールミル等の解
砕機を用いて解砕する。この解砕を行うことにより、顆
粒一個々々が分離し、球状の粉末を得ることができる。
次に、使用する溶射装置の種類や溶射条件に応じて必要
な粒度分布の溶射用粉末を得る目的で分級を行う。分級
としては、ふるいによる方法の他に、気流による分級お
よびその他の方法ならびにこれらを組み合わせた方法等
が知られている。この造粒−焼結法により得られる粉末
粒子は、球状で比較的粒度分布が揃っているため流動性
が良く、また多孔質であり比表面積が大きく溶融され易
いため溶射効率が高いという特徴を有する。従って、サ
ーメット粉末の調製方法として好適である。

【０００８】また、焼結−粉砕法によるサーメット粉末
の調製方法は、以下のとおりである。まず、原料の微粉
末を焼結し、得られた焼結体を機械的に粉砕した後、所
望の粒度分布の溶射用粉末を得るために分級を行う。工
業的には、原料を混合した後、より緻密な焼結体を得る
目的で、プレス成形等の手法が取られることもある。な
お、分級の手法および目的は、前記造粒−焼結法と同じ
である。この溶融−粉砕法により得られる粉末は、緻密
で強固な粒子よりなり、粉砕粉末特有のエッジを有した
角状あるいは塊状の形状を有する。

【０００９】一方、溶融−粉砕法によるサーメット粉末
の調製方法は、以下のとおりである。まず、原料を加
熱、溶融し、冷却後、得られた固化物（インゴッド）を
機械的に粉砕し、分級を行う。溶融は緻密な粉末を得る
目的で行われるもので、工業的にはアーク炉が使用され
る。またインゴッドの粉砕は、ドロップハンマーやハン
マーリング等の手法を用い、粗粉砕、中粉砕、微粉砕を
行うこともある。なお、分級の手法および目的は、前記
造粒−焼結法や焼結−粉砕法と同じである。この溶融−
粉砕法によりえられる粉末は、均質であり、焼結−粉砕
法により得られる粉末より、更に緻密で強固な粒子から
なる。また粒子の形状は、焼結−粉砕法による粒形とよ
く似た角状あるいは塊状である。

【００１０】これら造粒−焼結法、焼結−粉砕法、ある
いは溶融−粉砕法によって調製されたサーメット粉末は
そのまま溶射用粉末として使用されるが、例えば緻密な
溶射皮膜を形成する目的で、サーメット粉末に自溶合金
粉末を添加、混合した溶射用粉末を溶射した後、フュー
ジング処理を行い、皮膜を形成する場合もある。一方、
湿式環境下において優れた耐食性および耐摩耗性を有し
た溶射皮膜を形成するための溶射用粉末としては、例え
ば、セラミックス原料として、タングステンカーバイド
とクロムカーバイドに、結合材としてＮｉまたはＮｉ基
合金を混ぜ合わせ、造粒−焼結法で製造されたＷＣ／Ｃ
ｒＣ／Ｎｉ系溶射用粉末が産業界で広く使われている。

【００１１】しかしながら、このＷＣ／ＣｒＣ／Ｎｉ系
溶射用粉末を使用し形成した溶射皮膜は、靭性および耐
衝撃性があまり高くないことが指摘されていた。具体的
には、この溶射用粉末は湿式環境下において特に摩耗し
やすい基材に溶射されていたが、大きな衝撃を受けた場
合、溶射皮膜に亀裂が生じたり、基材から皮膜が剥離す
るという問題があった。溶射皮膜に亀裂が生じたり、皮
膜が剥離した基材の寿命は極端に短くなり、このような
溶射用粉末を使用した皮膜の適用範囲は限定されてしま
うため、優れた靭性および耐衝撃性を有する溶射皮膜が
求められていた。

【００１２】前記の問題を解決するために、本発明者ら
は、（１）特願２０００−３８９６９号において、適切
な粒度分布に調整した原料粉末を使用することにより、
従来のＷＣ／ＣｒＣ／Ｎｉ系サーメット溶射用粉末に比
べ、高い靭性および耐衝撃性、ならびに湿式環境下にお
いて優れた耐食性および耐摩耗性を兼ね備えた溶射皮膜
を形成することができる溶射用粉末を開示した。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記の溶射用
粉末を使用し形成した溶射皮膜では、耐衝撃性に関して
は、現在市販されているＷＣ／ＣｒＣ／Ｎｉ系サーメッ
ト溶射用粉末を使用し形成した溶射皮膜と比べると優れ
ているものの、最も一般的な溶射用サーメット粉末であ
るＷＣ／Ｃｏ系サーメット溶射用粉末を使用し形成した
溶射皮膜と比較すると大きな優位性は認められないとい
う問題があった。

【００１４】一般的にサーメット溶射皮膜は、高硬度で
あり耐摩耗性には優れるものの、耐衝撃性が低いといっ
た性質を有しているため、耐食性および耐摩耗性を低下
させることなく、優れた耐衝撃性を有する溶射皮膜が広
く望まれてきた。本発明は、前記問題点を解消するため
になされたもので、極めて高い耐衝撃性、優れた耐摩耗
性、ならびに湿式環境下における優れた耐食性および耐
摩耗性を兼ね備えた溶射皮膜を形成することができる溶
射用粉末およびその製造方法を提供するものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するための皮膜形成に用いる溶射用粉末であって、そ
の全体の重量に対し、８０〜９７％のサーメット粉末と
３〜２０％の金属粉末からなり、前記金属粉末は、Ｃｒ
とＮｉの合計が金属粉末全体の重量に対し９０％以上で
あり、かつ、Ｃｒの含有量が金属粉末全体の重量に対し
０〜５５％であることを特徴とする溶射用粉末である。

【００１６】本発明は、前記サーメット粉末が、タング
ステンカーバイド、クロムカーバイド、およびＮｉを含
むことを特徴とし、また、前記サーメット粉末が、タン
グステンカーバイド、Ｃｏ、およびＣｒを含むことを特
徴とし、更にまた、前記サーメット粉末を構成するタン
グステンカーバイドの平均粒子径が２〜２０μｍである
ことを特徴とする溶射用粉末である。

【００１７】また、前記サーメット粉末を構成するクロ
ムカーバイドの平均粒子径が１〜１０μｍであることを
特徴とし、更に、前記金属粉末中におけるＣの含有量
が、金属粉末全体の重量に対して、０．４重量％以下で
あることを特徴とする溶射用粉末である。

【００１８】また、本発明は、造粒−焼結法、焼結−粉
砕法、または溶融−粉砕法により調製したサーメット粉
末、およびＣｒとＮｉの合計が金属粉末全体の重量に対
し９０％以上であり、かつ、Ｃｒの含有量が金属粉末全
体の重量に対し０〜５５％である金属粉末を、溶射用粉
末全体の重量に対し各々８０〜９７％、３〜２０％の含
有量となるよう添加、混合することを特徴とする、皮膜
形成に用いる溶射用粉末の製造方法を提供するものであ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明における溶射用粉末
およびその製造方法について説明する。本発明の溶射用
粉末において、サーメット粉末は、タングステンカーバ
イド、クロムカーバイド、およびＮｉ、またはタングス
テンカーバイド、Ｃｏ、およびＣｒを含むサーメット粉
末であることが好ましい。また、サーメット粉末中のＮ
ｉの代わりに、またはＮｉと合わせてＮｉ合金、同様に
Ｃｏの代わりに、またはＣｏと合わせてＣｏ合金、同様
にＣｒの代わりに、またはＣｒと合わせてＣｒ合金を使
用することも可能である。

【００２０】タングステンカーバイド、クロムカーバイ
ド、およびＮｉを含むサーメット粉末において、タング
ステンカーバイドは耐摩耗性を向上させる役割を、また
Ｎｉは結合材としての役割の他に、靭性および耐食性を
向上させるものである。そしてクロムカーバイドは、タ
ングステンカーバイドとＮｉの耐食性をさらに向上させ
るものである。湿式環境下における耐食性および耐摩耗
性の向上を図る観点より、サーメット粉末全体の重量に
対するタングステンカーバイド、クロムカーバイド、お
よびＮｉの含有量は、一般に各々６０〜８５％、１０〜
３０％、および４〜１５％であり、好ましくは各々６５
〜８０％、１５〜２５％、および５〜１２％である。

【００２１】一方タングステンカーバイド、Ｃｏ、およ
びＣｒを含むサーメット粉末において、タングステンカ
ーバイドとＣｏからなるサーメット粉末は、優れた靭
性、耐摩耗性および耐衝撃性を有するものとして、一般
に広く知られ用いられている溶射用粉末である。そして
Ｃｒは、タングステンカーバイドとＣｏからなるサーメ
ットの耐食性を向上させるものである。Ｃｒを含むこと
により、前記タングステンカーバイド、クロムカーバイ
ド、およびＮｉを含むサーメットに匹敵する耐食性を有
し、他のサーメットに対しては大きな優位性を示す。耐
衝撃性、ならびに湿式環境下における耐食性および耐摩
耗性の向上を図る観点より、サーメット粉末全体の重量
に対するタングステンカーバイド、Ｃｏ、およびＣｒの
含有量は、一般に各々８０〜９２％、４〜２０％、およ
び２〜１５％であり、好ましくは各々８４〜９０％、６
〜１２％、および２〜１０％である。

【００２２】本発明の溶射用粉末において、サーメット
粉末を構成するタングステンカーバイドには、ＷＣ、Ｗ
２Ｃがあるが、ＷＣを使用することが好ましい。Ｗ２Ｃ
を使用した場合、焼結工程や溶射時等のような高温下に
さらされた際、脱炭反応によりＷが生成し、溶射皮膜の
特性を低下させるおそれがあるためである。ＷＣを使用
すれば、前記のような脱炭反応は起こりにくくなり、も
しこの反応が起こっても、Ｗの生成および溶射皮膜の特
性の変化を抑制することができる。

【００２３】同様に、クロムカーバイドには、Ｃｒ３Ｃ
２、Ｃｒ７Ｃ３、Ｃｒ２３Ｃ６があるが、クロムカーバ
イドは脱炭反応によりＣｒ３Ｃ２からＣｒ７Ｃ３へ、Ｃ
ｒ７Ｃ３からＣｒ２３Ｃ６へ、Ｃｒ２３Ｃ６からＣｒへ
と結晶相が変化すると言われており、溶射皮膜特性の大
きな変化を抑制する必要があるため、Ｃｒ３Ｃ２または
Ｃｒ７Ｃ３を使用することが好ましく、Ｃｒ３Ｃ２を使
用することが更に好ましい。

【００２４】本発明の溶射用粉末において、サーメット
粉末を構成するタングステンカーバイドおよびクロムカ
ーバイドは、その平均粒子径が小さすぎると、溶射皮膜
が大きな外力（衝撃）を受けた場合、亀裂を生じやすく
なり耐衝撃性が低くなる傾向がある。逆に、タングステ
ンカーバイド、クロムカーバイドの平均粒子径が大きす
ぎると、造粒工程において原料成分が均一に分散した顆
粒、球状の顆粒を得ることが困難になり、またその顆粒
を使用して調製した溶射用粉末を用いて溶射を行った場
合、溶射効率が非常に低くなる。従って、タングステン
カーバイドの平均粒子径は、一般に２〜２０μｍ、好ま
しくは５〜１２μｍであり、クロムカーバイドの平均粒
子径は、一般に１〜１０μｍ、好ましくは３〜７μｍで
ある。

【００２５】さらに、本発明のサーメット粉末に使用さ
れるタングステンカーバイド、クロムカーバイドに遊離
炭素が含まれたものを使用した場合、溶射皮膜内部の結
合力が低下し、耐衝撃性が著しく低下する恐れがある。
従って、サーメット粉末に使用されるタングステンカー
バイドおよびクロムカーバイド中の遊離炭素の含有量
は、各々０．０５重量％以下、０．１％重量以下である
ことが好ましい。

【００２６】一方、本発明の溶射用粉末において、サー
メット粉末を構成するＮｉ、Ｃｏ、Ｃｒ等の金属粉末
は、均一に微粉末化されたものが好ましく、造粒工程に
おいて、使用する金属粉末の平均粒子径が小さいほど、
より球状で、機械的強度の高いサーメット粉末を作製す
ることができ、目的の粒度分布の粉末を作製しやすくな
り、製品収率が高くなる。従って、これら金属粉末の平
均粒子径は、一般に５μｍ以下であり、好ましくは３μ
ｍ以下である。アトマイズ法で作製した合金粉末を用い
た場合の平均粒子径は、一般に１０μｍ以下であり、好
ましくは５μｍ以下である。

【００２７】また、これらのサーメット粉末と混合され
る金属粉末は、上述した造粒−焼結法、焼結−粉砕法、
あるいは溶融−粉砕法によって得られるサーメット粉末
と同等の粒度分布に調整されたものを用いることが好ま
しい。このような金属粉末としては、アトマイズ法によ
り調製された球状度の高い金属粉末が代表的である。ア
トマイズ法には、水アトマイズ法やガスアトマイズ法な
どがあり、その違いにより金属粉末中の溶存酸素量や粉
末形状が若干異なるが、溶射皮膜特性に与える影響は小
さく、アトマイズ法による金属粉末であれば、いずれを
用いることも可能である。

【００２８】なお、本発明のサーメット粉末と混合され
る金属粉末中に含まれるＣｒは、その含有量が多いほど
溶射皮膜の耐食性および耐摩耗性は向上するが、耐衝撃
性は低下し、逆にその含有量が少ないほど溶射皮膜の耐
衝撃性は向上するが耐食性および耐摩耗性は低下する傾
向がある。例えば、金属粉末中におけるＣｒの含有量
は、金属粉末全体の重量に対して５５％以上になると、
溶射皮膜の耐衝撃性は大きく低下し、皮膜は亀裂を生じ
やすくなる。従って、本発明において金属粉末中におけ
るＣｒの含有量は、金属粉末全体の重量に対して、一般
に０〜５５％であり、好ましくは５〜３０％である。

【００２９】また、本発明のサーメット粉末と混合され
る金属粉末の調製工程において、金属粉末中のＣは不純
物として混入したり、アトマイズ時の微粉末化、および
その他の目的で添加されることがあり、また金属地金中
にもＣが含まれることがあるが、Ｃの含有量が金属粉末
全体の重量に対して多すぎると皮膜の耐衝撃性は大きく
低下する傾向にある。従って、前記金属粉末におけるＣ
の含有量は、金属粉末全体の重量に対して、一般に０．
４％以下であり、好ましくは０．２％以下である。

【００３０】更に、本発明のサーメット粉末と混合され
る金属粉末には、Ｎｉ、Ｃｒ以外にも、Ｓｉ、Ｂ、Ａ
ｌ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｓ、Ｍｏ等に代表される成分が
不純物として混入したり、アトマイズ時の微粉末化およ
びその他の目的で添加されることがあり、金属地金中に
もこれら成分が含まれる可能性があるが、金属粉末全体
の重量に対してこれらの成分が多すぎると溶射皮膜の耐
衝撃性は大きく低下する傾向にある。従って、前記金属
粉末におけるＳｉ、Ｂ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｓ、
Ｍｏの含有量の合計は、金属粉末全体の重量に対し、一
般に１０％以下であり、好ましくは３％以下である。

【００３１】本発明の溶射用粉末は、前記の各成分を用
い、以下の手段により製造される。まず、サーメット粉
末全体の重量に対し６０〜８０％のタングステンカーバ
イド、１０〜３０％のクロムカーバイド、および５〜１
５％のＮｉ、または８０〜９２％のタングステンカーバ
イド、４〜２０％のＣｏ、２〜１５％のＣｒが含まれる
ように原料粉末を混合し、一般的な造粒−焼結法、焼結
−粉砕法、または溶融−粉砕法によりＷＣ／ＣｒＣ／Ｎ
ｉ系サーメット、またはＷＣ／Ｃｏ／Ｃｒ系サーメット
を調製する。

【００３２】サーメット粉末の調製方法の内、造粒−焼
結法においては、顆粒は５〜７５μｍの粒度分布となる
よう造粒し、９００℃以上で、５時間以上、焼結を行う
ことが好ましい。焼結条件は、溶射用粉末の組成および
求められる特性により最適化する必要があるが、一定温
度で５時間以上焼結することにより、均一で硬質な球状
粒子を得ることができる。また、サーメット原料とし
て、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒまたはそれらの合金などの金属粉
末や、クロムカーバイド、および／またはタングステン
カーバイドなどの炭化物セラミックスを使用する場合、
脱脂・焼結の際に、これらの原料が酸化しないようにす
る必要があり、一般に真空または不活性ガス雰囲気下で
処理されている。

【００３３】一例として、粒度分布５〜７５μｍの顆粒
粉末を焼結し、解砕、分級することにより、高速フレー
ム溶射に適した粒度分布が６〜６３μｍのサーメットを
得ることができる。また、必要に応じて、造粒、解砕、
または分級条件を変更することにより、粒度分布６〜３
８μｍ、１０〜４５μｍ、１５〜４５μｍ、１５〜５３
μｍ、２０〜６３μｍのサーメット粉末を調製し、溶射
装置の種類や溶射条件に応じて使い分けることができ
る。

【００３４】尚、本発明において「粒度分布」とは、粒
度分布の下限に関しては、レーザ回折式粒度測定機ＬＡ
−３００（堀場製作所製）を用いて求められる値で記載
した粒度より小さい粒子の割合が５％以下であることを
示し、粒度分布の上限に関してはロータップ法（ＪＩＳ
Ｒ６００２）を用いて求められる値で記載した粒度よ
り大きな粒子の割合が５％以下であることを示す。例え
ば粒度分布が１５〜４５μｍであれば、レーザ回折式粒
度測定機を用いて求められた１５μｍ以下の粒子の割合
が５％以下であり、ロータップ法を用いて求められた４
５μｍ以上の粒子の割合が５％以下であることを示す。
一方「平均粒子径」とは、同ＬＡ−３００を用いて求め
られたＤ５０の値を示す。

【００３５】本発明の溶射用粉末は、前記手法により調
製されたサーメットと、別途、金属粉末を混合すること
により製造される。金属粉末は、金属粉末全体の重量に
対し、０〜５５％のＣｒを含み、Ｃｒとの合計が９０％
以上の含有量となるようにＮｉを混合し金属粉末を調製
する。そして、溶射用粉末全体の重量に対し、前記金属
粉末の含有量が一般に３〜２０％、好ましくは７〜１６
％となるよう、前記サーメット粉末と金属粉末を均一に
混合することにより本発明の溶射用粉末を製造する。

【００３６】溶射用粉末中におけるサーメットの含有量
が９７％を越え、金属粉末の含有量が３％未満である
と、溶射皮膜中に点在する金属相の占める割合が低下す
るため、皮膜の耐衝撃性は低くなる。逆に、サーメット
の含有量が８０％未満で、金属粉末の含有量が２０％を
越えると、耐食性および耐摩耗性に優れたセラミックス
成分の占める割合が低下するため、溶射皮膜の耐食性お
よび耐摩耗性は低下してしまう。

【００３７】本発明の溶射用粉末により形成される溶射
皮膜が、極めて高い耐衝撃性、優れた耐摩耗性、ならび
に湿式環境下における優れた耐食性および耐摩耗性を有
する理由は、以下のように推測される。本発明の溶射用
粉末を使用し溶射を行った皮膜の構造を観察すると、金
属粉末成分が適度な厚みを有した状態で積層し、比較的
大きな金属相として点在していることが確認される。溶
射皮膜に大きな外力がかかると、この金属相が緩衝材の
役割を果たし、外力を吸収分散することで、溶射皮膜の
耐衝撃性は大きく向上するものと推察される。

【００３８】一方、従来の溶射用粉末を使用し溶射を行
った皮膜の構造を観察すると、溶射用粉末を構成する材
料が溶融し他の材料と混ざり合うか、薄い金属相しか観
察されず、本発明の溶射材粉末で観察されたような、適
度な厚みを有した状態で積層した比較的大きな金属相は
確認されない。このため、溶射皮膜に大きな外力がかか
ると、十分な緩衝材の役割を果たすことができる金属相
が存在しないため、外力が吸収分散されず皮膜破壊が生
じ、溶射皮膜の耐衝撃性は低くなるものと推察される。

【００３９】また、本発明の溶射用粉末の製造方法のよ
うに、サーメット粉末と金属粉末を別々に調製し、これ
らを適切な割合で混合するといった製法によらず、本発
明の溶射用粉末中のサーメット粉末および金属粉末の全
成分を最初から複合し、造粒−焼結法、焼結−粉砕法、
または溶融−粉砕法により製造した溶射用粉末を使用
し、溶射を行った皮膜の構造を観察すると、金属粉末成
分が皮膜中で他の材料と混ざり合うか、薄い金属相しか
形成されないため、本発明の溶射用粉末を使用した場合
のような高い耐衝撃性を得ることはできないものと推察
される。

【００４０】本発明の溶射用粉末は、ＴＡＦＡ製ＪＰ−
５０００、ＵＮＩＱＵＥ ＣＯＡＴＴＥＣＨＮＯＬＯＧ
ＩＥＳ製ＳＢ−ＨＶＯＦ、あるいはスルザーメテコ製ダ
イヤモンドジェットといった装置に代表される高速フレ
ーム溶射や、スルザーメテコ製６Ｐといった装置に代表
されるフレーム溶射、スルザーメテコ製９ＭＢ、ＰＲＡ
ＸＡＩＲ製ＳＧ−１００といった装置に代表されるプラ
ズマ溶射等の公知の溶射方法に適用可能である。

【００４１】フレーム溶射とは、酸素と燃料（例えばア
セチレン）を燃焼させた燃焼炎中に溶射用粉末を送り、
粉末を溶融ないし半溶融の状態で基材に衝突させて積層
させ皮膜を形成する溶射法である。高速フレーム溶射
は、フレーム溶射の一種であるが、燃焼室の圧力を高
め、燃焼炎の速度を非常に大きくすることにより、溶射
飛行粒子を大きく加速して強い衝突力を発生させ、緻密
で密着力の高い皮膜を形成することのできる溶射法であ
る。プラズマ溶射は、高温のプラズマにより溶射用粉末
を加熱し、溶射用粉末を溶融させて基材に吹き付けて皮
膜を形成する溶射法である。

【００４２】本発明の溶射用粉末を使用して得られる溶
射皮膜は、金属粉末成分が適度な厚みを有した状態で積
層し、皮膜中で比較的大きな金属相として点在している
ことが好ましいが、このような皮膜を形成するには、溶
射用粉末、特に金属粉末成分をあまり加熱せず、大きく
加速し、基材に対し大きな衝突力により皮膜を積層させ
ることが必要となる。高速フレーム溶射は、フレーム溶
射やプラズマ溶射に比べ、溶射粒子を大きく加速するこ
とができ、また、燃焼炎中の滞留時間が短いことによ
り、溶射用粉末があまり高温にさらされないため、本発
明の溶射用粉末に好適である。高速フレーム溶射の中で
もＪＰ−５０００やＳＢ−ＨＶＯＦは、溶射用粉末を大
きく加速でき、溶射用粉末が更に高温にさらされないた
め、特に好適である。

【００４３】

【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳細に
説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定さ
れるものではない。 ＜溶射用粉末の調製＞まず、表１の組成に従い、サーメ
ット粉末に使用する原料を混合し、これに３．６％ＰＶ
Ａ水溶液を混合し、十分に撹拌してスラリーを調製す
る。このスラリーを、噴霧造粒機等を用いて粒度分布が
５〜７５μｍとなるよう球状の顆粒粉末を調製し、真空
脱脂焼結炉においてアルゴン雰囲気下で脱脂した後、１
２５０℃で５時間、焼結する。焼結後の粉末は、ボール
ミルを用いて解砕し、次いで振動式篩機および気流式分
級機を用いて分級を行い、粒度分布が１５〜４５μｍと
なるようサーメット粉末を調製した。

【００４４】また、前記サーメットとは別に、表１の組
成に従い、アトマイズ法により作製された金属粉末をサ
ーメット粉末と同様の方法で分級し、１５〜４５μｍに
粒度調整した。前記方法により得られたサーメットおよ
び金属粉末をＶ型混合装置にて混合し、実施例１〜１５
（表１）、比較例１〜８（表２）の試料を調製した。

【００４５】なお、比較例１〜８の内容は、以下のよう
なものである。即ち、比較例１は、耐食・耐摩耗用とし
て市販されている造粒−焼結法によるＷＣ／ＣｒＣ／Ｎ
ｉ溶射用粉末、比較例２は、耐摩耗用として市販されて
いる造粒−焼結法によるＷＣ／Ｃｏ溶射用粉末、比較例
３は、耐食・耐摩耗用として市販されている造粒−焼結
法によるＷＣ／Ｃｏ／Ｃｒ溶射用粉末、比較例４は、溶
射用粉末中のサーメット粉末および金属粉末の全成分を
最初から混合し、造粒−焼結法により製造した溶射用粉
末であり、また、比較例５は、金属粉末の添加量が本発
明の範囲からはずれたもの、比較例６は、同じく金属粉
末の添加量が本発明の範囲からはずれたもの、比較例７
は、金属粉末のＣｒの含有量が本発明の範囲からはずれ
たもの、および比較例８は、金属粉末のＮｉとＣｒの含
有量が本発明の範囲からはずれたものである。

【００４６】

【表１】 なお、注１）：溶射用粉末全量に対する重量割合 注２）：サーメット粉末全量に対する重量割合 注３）：金属粉末全量に対する重量割合 注４）：表記の合金中における数字は、それぞれの金属
の含有量を重量％で示したものである。例、Ｎｉ−２０
Ｃｒ−１０Ｃｏ合金は２０重量％のＣｒと１０重量％の
Ｃｏを含み、残部７０重量％のＮｉを含む合金を示す。

【００４７】

【表２】

【００４８】＜溶射試験および皮膜の評価＞実施例１〜
１５および比較例１〜８の試料を用い溶射試験を行っ
た。溶射試験方法および溶射皮膜の評価方法は、以下の
通り。 Ａ．硬度測定 下記の溶射条件（Ａ）で形成された溶射皮膜を切断し、
その断面を研磨により鏡面加工を行い洗浄、乾燥後、ビ
ッカース硬度試験機ＨＭＶ−１（島津製作所製）により
溶射皮膜断面のビッカース硬度を測定した。１０回行っ
た試験結果を平均化することでビッカース硬度を求め、
評価基準（Ａ）の基準により判定した。 １）溶射条件（Ａ） 溶 射 機：ＴＡＦＡ社製ＨＶＯＦ溶射機ＪＰ−５００
０ 酸素流量 ：１５００ｓｃｆｈ 灯油流量 ：６．０ｇｐｈ 基 材 ：ＳＳ４００鋼板（５０ｍｍ×７０ｍｍ×
２．３ｍｍ） 溶射皮膜厚：２００μｍ

【００４９】２）測定条件（Ａ） 圧 子 ：ダイヤモンド製正四角錐 対 面 角：１３６° 圧子荷重 ：０．２ｋｇｆ 負荷後保持時間：１５秒 ３）評価基準（Ａ） ◎：ビッカース硬度（Ｈｖ０．２）１，１００以上 ○：ビッカース硬度（Ｈｖ０．２）９００以上１，１０
０未満 ×：ビッカース硬度（Ｈｖ０．２）９００未満

【００５０】Ｂ．乾式摩耗試験 下記の溶射条件（Ｂ）で形成された溶射皮膜について、
スガ式摩耗試験機（ＪＩＳ Ｈ８６８２に記載）を用い
て乾式摩耗試験を行った。基準試料の摩耗量（ｍｍ３）
に対する試料の摩耗量（ｍｍ３）の体積比を摩耗比とし
て算出し、３回行った試験結果を平均化することで摩耗
比を求め、評価基準（Ｂ）の基準により判定した。 １）溶射条件（Ｂ） 溶 射 機：ＴＡＦＡ社製ＨＶＯＦ溶射機ＪＰ−５００
０ 酸素流量 ：１５００ｓｃｆｈ 灯油流量 ：６．０ｇｐｈ 基 材 ：ＳＳ４００鋼板（５０ｍｍ×７０ｍｍ×
２．３ｍｍ） 溶射皮膜厚：２００μｍ

【００５１】２）試験条件（Ｂ） 研 磨 紙：ＳｉＣ＃１８０ 荷 重 ：３．１５ｋｇｆ 摺動回数 ：４００回 基準試料 ：ＳＳ４００鋼板（５０ｍｍ×７０ｍｍ×
２．３ｍｍ） ３）評価基準（Ｂ） ◎：摩耗比（％）３未満 ○：摩耗比（％）３以上５未満 ×：摩耗比（％）５以上

【００５２】Ｃ．湿式摩耗試験 下記の溶射条件（Ｃ）で形成された溶射皮膜について、
特開２０００−１８０３３１号記載の湿式摩耗試験機を
用いて、湿式環境下における溶射皮膜の耐摩耗性、耐食
性試験を行った。基準試料の摩耗量（ｍｍ３）に対する
試料の摩耗量（ｍｍ３）の体積比を摩耗比として算出し
摩耗量を求め、評価基準（Ｃ）の基準により判定した。 １）溶射条件（Ｃ） 溶 射 機：ＴＡＦＡ社製ＨＶＯＦ溶射機ＪＰ−５００
０ 酸素流量 ：１５００ｓｃｆｈ 灯油流量 ：６．０ｇｐｈ 基 材 ：機械構造用炭素鋼鋼管ＳＴＫＭ１２Ｃ（φ
２５×Ｈ７５ｍｍ） 溶射皮膜厚：２００μｍ

【００５３】２）試験条件（Ｃ） 研 磨 材：Ａ＃８（ＪＩＳ Ｒ６１１１) スラリー中の研磨材濃度：８０重量％ 試験時間 ：２００時間 揺動距離 ：５．６７×１０５ｍ 基準試料 ：機械構造用炭素鋼鋼管ＳＴＫＭ１２Ｃ（φ
２５×Ｈ７５ｍｍ） ３）評価基準（Ｃ） ◎：摩耗比（％）８未満 ○：摩耗比（％）８以上１５未満 ×：摩耗比（％）１５以上

【００５４】Ｄ．剥離耐久試験 下記の溶射条件（Ｄ）で形成された溶射皮膜について、
図１に示す落球衝撃試験機を用いて剥離耐久試験を行っ
た。高さ（Ｌ）１ｍより、内径（ｄ）２９．３ｍｍのガ
イドパイプ１を通して、試料片２の溶射皮膜に対して衝
突角度（θ）６０°の角度で、一回の試験において落下
数（ｎ）５００個の鋼球（直径Ｄ：９．５ｍｍ、重量
Ｗ：３．３２ｇ）を連続的に落下、衝突させ、溶射皮膜
表面を観察し、亀裂や剥離を生じるまでの耐久回数をカ
ウントした。４回の試験結果を平均化することで耐久回
数を求め、評価基準（Ｄ）の基準により判定した。 １）溶射条件（Ｄ） 溶 射 機：ＴＡＦＡ社製ＨＶＯＦ溶射機ＪＰ−５００
０ 酸素流量 ：１５００ｓｃｆｈ 灯油流量 ：６．０ｇｐｈ 基 材 ：Ｓ４５Ｃ鋼板（１００ｍｍ×１００ｍｍ×
２０ｍｍ） 溶射皮膜厚：１００μｍ ２）評価基準（Ｄ） ◎：耐久回数（回）３０以上 ○：耐久回数（回）２０以上３０未満 ×：耐久回数（回）２０未満

【００５５】Ａ〜Ｄの試験結果は、表３に示すとおりで
あった。表３に示した結果より、実施例１〜１５であら
わされた本発明の溶射用粉末および溶射用粉末の製造方
法は、極めて高い耐衝撃性、優れた耐摩耗性、ならびに
湿式環境下において優れた耐食性および耐摩耗性を有し
ていることが分かる。

【００５６】

【表３】

【００５７】なお、実施例１〜１５は、比較例１〜８と
比較し、ビッカース硬度は同等か若干劣るものの、乾式
および湿式環境下における耐摩耗性が優れていることが
分かる。一般に、ビッカース硬度が高い値を示すもの
程、耐摩耗性に優れていると言われるが、この試験結果
よりビッカース硬度と耐摩耗性については必ずしも相関
性が無いことが分かる。

【００５８】

【発明の効果】本発明の溶射用粉末は、基材表面に皮膜
を形成する溶射において、極めて高い耐衝撃性を維持し
つつ、優れた耐摩耗性、ならびに湿式環境下における優
れた耐食性および耐摩耗性を有する皮膜を形成できるこ
と、また、本発明の溶射用粉末の製造方法によれば、同
一成分を最初から複合する製造方法に比べ、湿式環境下
における優れた耐食性および耐摩耗性を維持しつつ、極
めて高い耐衝撃性および優れた耐摩耗性を有する溶射皮
膜が形成可能な溶射用粉末を製造することができる。

【００５９】即ち、１）皮膜形成に用いる溶射用粉末で
あって、その全体の重量に対し、８０〜９７％のサーメ
ット粉末と３〜２０％の金属粉末からなり、前記金属粉
末は、ＣｒとＮｉの合計が金属粉末全体の重量に対し９
０％以上であり、かつ、Ｃｒの含有量が金属粉末全体の
重量に対し０〜５５％である本発明の溶射用粉末によ
り、耐衝撃性、耐摩耗性および耐食性に優れた溶射皮膜
を得ることができる。

【００６０】２）前記サーメット粉末が、タングステン
カーバイド、クロムカーバイド、およびＮｉを含むこと
を特徴とする本発明の溶射用粉末により、高い靭性およ
び耐衝撃性ならびに湿式環境下における優れた耐食性を
有する溶射皮膜を得ることができる。 ３）また、前記サーメット粉末が、タングステンカーバ
イド、Ｃｏ、およびＣｒを含むことを特徴とする本発明
の溶射用粉末により、タングステンカーバイド、クロム
カーバイド、およびＮｉを含むサーメットに匹敵する優
れた耐食性を有する溶射皮膜を得ることができる。

【００６１】４）また、前記サーメット粉末を構成する
タングステンカーバイドの平均粒子径を２〜２０μｍと
した本発明の溶射用粉末により、安定した、優れた耐衝
撃性を備えた溶射皮膜を期待することができる。 ５）更にまた、前記サーメット粉末を構成するクロムカ
ーバイドの平均粒子径を１〜１０μｍとした本発明の溶
射用粉末により、極めて安定した、優れた耐衝撃性、耐
摩耗性を備えた溶射皮膜を得ることができる。

【００６２】６）また、本発明は、造粒−焼結法、焼結
−粉砕法、または溶融−粉砕法により調製したサーメッ
ト粉末、およびＣｒとＮｉの合計が金属粉末全体の重量
に対し９０％以上であり、かつ、Ｃｒの含有量が金属粉
末全体の重量に対し０〜５５％である金属粉末を、溶射
用粉末全体の重量に対し各々８０〜９７％、３〜２０％
の含有量となるよう添加、混合する製造方法により、極
めて高い耐衝撃性、耐摩耗性、優れた耐摩耗性、ならび
に湿式環境下における優れた耐食性および耐摩耗性を有
する皮膜を形成し得る溶射用粉末を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 溶射皮膜の剥離耐久試験に使用した落球衝撃
試験機の説明図である。

【符号の説明】

１ ガイドパイプ、２ 試料片、Ｌ 鋼球落下距離（１
０００ｍｍ）、Ｈ排出口と鋼球落下点の距離（２０ｍ
ｍ）、ｄ ガイドパイプ内径（φ２９．３ｍｍ）、Ｇ
ガイドパイプ長さ（９８０ｍｍ）、θ 衝突角度（６０
゜）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大澤 悟 愛知県西春日井郡西枇杷島町地領２丁目１ 番地の１ 株式会社フジミインコーポレー テッド内 Ｆターム(参考） 4K017 AA01 BA09 CA07 DA09 4K018 AB02 BD09 4K031 AA05 AA08 AB02 AB08 AB09 CB01 CB02 CB09 CB14 CB18 CB31 CB32 CB39 CB45 DA01 DA04

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 皮膜形成に用いる溶射用粉末において、
   その全体の重量に対し、８０〜９７％のサーメット粉末
   と３〜２０％の金属粉末からなり、前記金属粉末は、Ｃ
   ｒとＮｉの合計が金属粉末全体の重量に対し９０％以上
   を占め、かつ、Ｃｒの含有量が金属粉末全体の重量に対
   し０〜５５％であることを特徴とする溶射用粉末。
2. 【請求項２】 前記サーメット粉末が、タングステンカ
   ーバイド、クロムカーバイド、およびＮｉを含むことを
   特徴とする請求項１に記載の溶射用粉末。
3. 【請求項３】 前記サーメット粉末が、タングステンカ
   ーバイド、Ｃｏ、およびＣｒを含むことを特徴とする請
   求項１に記載の溶射用粉末。
4. 【請求項４】 前記サーメット粉末を構成するタングス
   テンカーバイドの平均粒子径が２〜２０μｍであること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶射
   用粉末。
5. 【請求項５】 前記サーメット粉末を構成するクロムカ
   ーバイドの平均粒子径が１〜１０μｍであることを特徴
   とする請求項１〜２に記載の溶射用粉末。
6. 【請求項６】 前記金属粉末中におけるＣの含有量が、
   金属粉末全体の重量に対して、０．４重量％以下である
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の
   溶射用粉末。
7. 【請求項７】 造粒−焼結法、焼結−粉砕法、または溶
   融−粉砕法により調製したサーメット粉末、およびＣｒ
   とＮｉの合計が金属粉末全体の重量に対し９０％以上で
   あり、かつ、Ｃｒの含有量が金属粉末全体の重量に対し
   ０〜５５％である金属粉末を、溶射用粉末全体の重量に
   対し各々８０〜９７％、３〜２０％の含有量となるよう
   添加、混合することを特徴とする、皮膜形成に用いる溶
   射用粉末の製造方法。