JP2003138366A

JP2003138366A - 溶射皮膜、溶射皮膜の形成方法及び溶射原料粉末

Info

Publication number: JP2003138366A
Application number: JP2001331736A
Authority: JP
Inventors: Mitsumasa Sasaki; 光正佐々木; Tadaoki Arakawa; 忠興荒川; Hidetada Mima; 秀忠美馬
Original assignee: Sulzer Metco Japan Ltd
Current assignee: Oerlikon Metco Japan Ltd
Priority date: 2001-10-29
Filing date: 2001-10-29
Publication date: 2003-05-14

Abstract

(57)【要約】【課題】高回転、高負荷、無潤滑の運転条件におい
て、優れた耐焼付性、耐摩耗性有する溶射皮膜、更には
斯かる溶射皮膜を高速度で且つ容易に被溶射基材表面に
成膜することのできる形成方法及び溶射原料粉末を提供
する。【解決手段】本発明の溶射被膜は、Ｍｏ硫化物及びそ
の固溶体、Ｆｅ−Ｍｏ硫化物及びその固溶体、Ｆｅ硫化
物及びその固溶体、Ｆｅ−Ｍｏ金属間化合物及びその固
溶体、Ｍｏ固溶体、Ｓ固溶体、及びＦｅとＭｏの酸化物
及び気孔を含むＦｅ及び／又はＦｅ合金組織から成る構
成とされる。又、本発明によれば、被溶射基材表面に溶
射原料粉末を溶射して、被溶射基材表面に皮膜を形成す
る方法は、溶射原料粉末に、Ｍｏを１０〜４０重量％、
Ｓを１〜５重量％含むＦｅ及び／又はＦｅ合金粉末を使
用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、摺動性に優れた溶
射皮膜の形成技術に関するものであり、耐焼付性、耐摩
耗性が必要とされる、例えば、Ａｌ合金、Ｃｕ合金、鋳
鉄及び鉄鋼系合金にて作製された機器部品、特に、エア
ーコンプレッサーポンプ用斜板の一部或いは全部の表面
に形成される潤滑性、耐摩耗性に優れた溶射皮膜、該溶
射被膜の形成方法及び溶射原料粉末に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えばエアーコンプレッサーポン
プ用斜板は、回転することによって、斜板の両面円周上
に当接しているシューを介してピストンを往復運動させ
る機構を有し、従って、斜板の円周上をシューが摺動す
る構成となっている。

【０００３】通常、斜板はＡｌ合金、Ｃｕ合金、鋳鉄又
は鉄鋼系合金で作製され、摺動する相手部品のシューは
ＳＵＪ２にて形成されており、そのために、潤滑が不十
分になると焼付きが発生する。従って、従来、斜板の表
面には、Ｓｎメッキ、テフロン（イー・アイ・デュポン
社製商品名）コーティング、ＭｏＳ₂（固体潤滑剤）の
塗布、Ｐｂ入りＣｕ合金の焼結及びＰｂ入りＣｕ合金溶
射（特開平１０−８２３１号公報）などの処理が施され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｓｎメ
ッキ、テフロンコーティングなどで処理された斜板は、
高回転・高負荷がかかる運転条件で、摩耗が激しく、且
つ、無潤滑状態になり易く、ついには、斜板とシューと
焼付くこととなる。又、これらの成膜処理に、特に、Ｓ
ｎメッキは厚さ１０μｍの皮膜作製におよそ３０分を要
し、不要部のマスキング作業に多くの時間を要するた
め、作業性の点でも問題がある。

【０００５】同様に、テフロンコーティングされた斜板
は、高回転・高負荷がかかる運転条件で摩耗が激しく、
ついには、斜板とシューとが焼付くこととなる。又、Ｓ
ｎメッキ以上に不要部のマスキング作業に多くの時間を
要するため、作業性の点でも問題がある。

【０００６】ＭｏＳ₂（固体潤滑剤）の塗布では、高回
転・高負荷がかかる運転条件で、塗布膜の減少が激し
く、膜が無くなると、直ちに、斜板とシューが焼付くこ
ととなる。

【０００７】Ｐｂ入りＣｕ合金の焼結及びＰｂ入りＣｕ
合金溶射（特開平１０−８２３１号公報）皮膜は、Ｐｂ
の環境に対する安全性の問題で、近々使用が不可能にな
ることが予想される。

【０００８】現在、本発明者らの知る限りにおいて、益
々要求仕様が厳しくなる高回転・高負荷の運転条件にお
いて、優れた耐焼付性及び耐摩耗性を示す、例えば、Ａ
ｌ合金、Ｃｕ合金、鋳鉄又は鉄鋼軽合金などで作製され
た摺動部材などの表面に施す適当な被覆材料は見当たら
ない。しかも、作業工程が短く、皮膜形成（成膜）速度
の速い表面改質方法は存在しない。

【０００９】従って、本発明の目的は、高回転、高負
荷、無潤滑の運転条件において、優れた耐焼付性、耐摩
耗性有する溶射皮膜、更には斯かる溶射皮膜を高速度で
且つ容易に被溶射基材表面に成膜することのできる形成
方法及び溶射原料粉末を提供することである。

【００１０】本発明の他の目的は、仕上げ加工時におい
て、皮膜からの粒子の脱落がなく、仕上げ面に欠陥の無
い、密着性の良好な溶射皮膜、更には斯かる溶射皮膜の
形成方法及び溶射原料粉末を提供することである。

【００１１】本発明の他の目的は、特に、Ａｌ合金、Ｃ
ｕ合金、鋳鉄及び鉄鋼系合金などで作製したエアーコン
プレッサーポンプ用斜板の一部或いは全部の表面に優れ
た潤滑性、耐摩耗性を与える溶射皮膜、更には斯かる溶
射皮膜の形成方法及び溶射原料粉末を提供することであ
る。

【００１２】本発明の更に他の目的は、機器部品の寿命
を伸ばすと共に、Ｐｂ入り摺動部材の代替として用いる
ことができ、環境に対するの安全性を向上させ得る溶射
皮膜、更には斯かる溶射皮膜の形成方法及び溶射原料粉
末を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく多くの実験研究を行い鋭意検討を重ねた結
果、Ｍｏ及びＳを含むＦｅ合金粉末をアトマイズ法で作
製し、この粉末を用いて溶射法で皮膜を形成することに
より、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完
成するに至った。

【００１４】つまり、上記目的は本発明に係る溶射皮
膜、溶射皮膜の形成方法及び溶射原料粉末にて達成され
る。要約すれば、本発明の第１の態様は、Ｍｏ硫化物及
びその固溶体、Ｆｅ−Ｍｏ硫化物及びその固溶体、Ｆｅ
硫化物及びその固溶体、Ｆｅ−Ｍｏ金属間化合物及びそ
の固溶体、Ｍｏ固溶体、Ｓ固溶体、及びＦｅとＭｏの酸
化物及び気孔を含むＦｅ及び／又はＦｅ合金組織から成
ることを特徴とする溶射皮膜である。

【００１５】本発明の一実施態様によると、溶射原料粉
末として、Ｍｏを１０〜４０重量％、Ｓを１〜５重量％
含むＦｅ及び／又はＦｅ合金粉末を被溶射基材表面に溶
射して形成される。

【００１６】本発明の一実施態様によると、前記溶射原
料粉末は、アトマイズ法により作製され、成分としてＦ
ｅを４０〜８５重量％、Ｍｏを１０〜４０重量％、Ｓを
１〜５重量％含み、硫化物及びその固溶体を含んでい
る。前記溶射原料粉末の粒径範囲は、１０〜７５μｍで
あることが好ましい。

【００１７】本発明において、一実施態様によると、溶
射被膜は、燃焼ガスとしてプロパンガス、プロピレンガ
ス、ブタン、エタン、エチレン、天然ガス、水素ガス又
は灯油、助燃ガスとして酸素又は空気を用いてフレーム
温度が１５００〜２８００℃、フレーム速度が１０００
〜２５００ｍ／秒の高速フレームを形成し、この高速フ
レームを用いて溶射距離１５０〜３５０ｍｍに保持して
被溶射基材表面に溶射原料粉末を溶射することによって
形成される。又、他の実施態様によると、溶射被膜は、
Ｈｅ、Ａｒ、Ｎ₂から成る群から選択される不活性ガス
を３００℃以上に加熱して速度１０００ｍ／秒以上の高
速ジェットを形成し、この高速ジェットを用いて被溶射
基材表面に溶射原料粉末を溶射することによって形成さ
れる。本発明の好ましい一実施態様によると、溶射被膜
は、粗さμｍＲｚ＝２５〜９０に粗面化処理した被溶射
基材表面に形成される。

【００１８】本発明において、溶射被膜は、Ａｌ合金、
Ｃｕ合金、鋳鉄又は鉄鋼系合金にて作製された機器部品
に形成することができる。特に、前記機器部品は、エア
ーコンプレッサーポンプ用斜板であってよい。

【００１９】本発明の第２の態様によると、被溶射基材
表面に溶射原料粉末を溶射して、被溶射基材表面に皮膜
を形成する方法において、前記溶射原料粉末に、Ｍｏを
１０〜４０重量％、Ｓを１〜５重量％含むＦｅ及び／又
はＦｅ合金粉末を使用することを特徴とする溶射皮膜の
形成方法が提供される。

【００２０】又、本発明の第３の態様によると、アトマ
イズ法により作製され、成分としてＦｅを４０〜８５重
量％、Ｍｏを１０〜４０重量％、Ｓを１〜５重量％含
み、硫化物及びその固溶体を含むことを特徴とする溶射
原料粉末が提供される。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る溶射皮膜、溶
射皮膜の形成方法、溶射原料粉末及び溶射皮膜が形成さ
れた物品を図面に則して更に詳しく説明する。

【００２２】図６に、本発明を実施し得る高速フレーム
溶射装置（溶射ガン）１の概略構成を示す。簡単に説明
すると、溶射ガン１は、中心部に溶射原料を投入する粉
末投入ポート２が配置され、そして、その回りに同中心
にて、内方より外方へと、ノズル（インサート３ａ、シ
ェル３ｂ）３、エアキャップ４が配置され、燃焼・助燃
混合ガス通路７並びに圧縮空気通路（補助冷却用）６及
び８を形成している。更に、エアキャップ４の外側には
エアキャップボディ５が配置されている。斯かる溶射ガ
ン１の構造は当業者には周知であるので、これ以上の詳
しい説明は省略する。

【００２３】溶射原料粉末は、窒素ガスなどの不活性ガ
スで搬送されて粉末投入ポート２へと供給され、ポート
先端より燃焼炎中に噴出される。一方、燃焼・助燃混合
ガス通路７から供給される高圧ガスは、ノズル（インサ
ート３ａ、シェル３ｂ）３の先端外周部にて燃焼する。
この燃焼炎は、圧縮空気に包まれ、高温高圧でエアキャ
ップ４より噴出し、円筒状の超高速フレーム（火炎）９
となる。この超高速フレーム９によりポート２の先端か
ら噴出された溶射原料粉末は、フレーム中心部にて加熱
され、溶融され、そして加速されて、溶射ガン１より高
速で噴出される。そして、溶射原料液滴は、所定の距離
に配置された所望の被溶射基材１００へと衝突し、その
表面に溶射皮膜１０２を形成する。

【００２４】次に、本発明に従う溶射原料粉末について
説明する。

【００２５】本発明では、溶射原料粉末としては、Ｍｏ
及びＳを含むＦｅ及び／又はＦｅ合金粉末が使用され
る。この溶射原料粉末は、成分としてＦｅを４０〜８５
重量％、Ｍｏを１０〜４０重量％、Ｓを１〜５重量％含
んでいる。

【００２６】溶射原料粉末にて、Ｆｅが４０重量％未満
では、脆性が起こり、一方８５重量％を超えると、他の
添加金属の効果（後述）を損なう。従って、溶射原料粉
末中のＦｅの量は、４０〜８５重量％、好ましくは６０
〜８０重量％とされる。

【００２７】又、本発明者らの検討により、溶射皮膜の
摺動性に影響を及ぼす固体潤滑剤であるＭｏ系硫化物の
適切な量を含む成分にすることが重要であることが分か
った。

【００２８】Ｍｏは、Ｆｅと金属間化合物（Ｆｅ₃Ｍ
ｏ）を形成し、溶射原料粉末中でＭｏが４０重量％を超
えると溶射皮膜の強度が著しく低下し、脆性が高くな
る。一方、溶射原料粉末中でＭｏが１０重量％未満であ
ると、Ｍｏ系の硫化物の量が少なく、耐焼付性に効果が
無い。従って、溶射原料粉末中のＭｏの量は、１０〜４
０重量％、好ましくは１５〜３０％とされる。

【００２９】Ｓは、Ｆｅ、Ｍｏ及びＦｅ−Ｍｏと硫化物
を作り、固体潤滑剤の働きが摺動性を向上させるが、溶
射原料粉末中でＳが１重量％未満では効果が少なく、一
方、５重量％を超えると溶射皮膜の引張り強度が低下
し、脆性が高くなる。従って、溶射原料粉末中のＳの量
は、１〜５重量％、好ましくは２〜３．５％とされる。

【００３０】上記組成の溶射原料粉末は、アトマイズ法
で作製することが重要である。アトマイズ法を用いて溶
射原料粉末を作製すると、溶射原料粉末を作製する原料
に含まれるＦｅ、Ｓ、Ｍｏは、凝固過程で硫化物、金属
間化合物及びその固溶体を含む粉末を形成する。好まし
くは、不活性ガスを用いたアトマイズ法により、酸素含
有量を１０００ｐｐｍ未満にする。アトマイズ法で溶射
原料粉末を作製すると、上記硫化物、金属間化合物が微
細に分散したＦｅ合金を形成する。

【００３１】溶射原料粉末を作製する出発原料中のＦｅ
成分は、Ｆｅが含有する不純物がＪＩＳに規定される一
般構造用圧延鋼材（ＪＩＳＧ３１０１）又は機械構
造用炭素鋼鋼材（ＪＩＳＧ４０５１）と同程度の純
度を有するＦｅとする。Ｆｅに含まれる不純物として
は、通常、Ｐ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｓｉなどが挙げられる。出
発原料中のＦｅで、合金を形成しない部分は、単体とし
て存在する。

【００３２】アトマイズ法は、原料金属を溶融させて、
水或いは不活性ガスにて噴霧することによって溶射原料
粉末を形成する方法である。アトマイズ法自体は当業者
には周知であるので、これ以上の詳しい説明は省略す
る。

【００３３】又、溶射原料粉末の粒径範囲は、１０〜７
５μｍ、好ましくは２０〜６０μｍとすることが望まし
い。溶射原料粉末の粒径が１０μｍ未満であると、フレ
ームの熱影響で皮膜内に硫化物が残らず、Ｆｅに固溶さ
れて効果が低下する。一方、溶射原料粉末の粒径が７５
μｍを超えると、多くの未溶融粒子が溶射皮膜に含ま
れ、皮膜の引張り強度を低下させるので好ましくない。
従って、溶射原料粉末の粒径範囲は、１０〜７５μｍ、
好ましくは２０〜６０μｍとされる。上記アトマイズ
法、特にガスアトマイズ法によれば、溶射原料粉末の粒
径範囲を上記範囲に好適に調節することができる。尚、
本明細書にて、粉末の粒径はレーザートラック法により
測定した。

【００３４】本発明の溶射皮膜は、上記組成の溶射原料
粉末を用いて、溶射法により、主にＦｅ及び／又はＦｅ
合金組織で構成された溶射皮膜内に、Ｍｏ硫化物及びそ
の固溶体、Ｆｅ−Ｍｏ硫化物及びその固溶体、Ｆｅ硫化
物及びその固溶体、Ｆｅ−Ｍｏ金属間化合物及びその固
溶体、Ｍｏ固溶体、Ｓ固溶体、及びＦｅとＭｏの酸化物
及び気孔を含むように形成される。溶射被膜中には、合
金を形成しないＦｅ単体組織も存在する。

【００３５】この溶射皮膜を、好ましくは、高速フレー
ム溶射法（高速ガスフレーム溶射法）を用いて成膜する
と、溶射原料粉末の成分変化が少なく、粒子間の密着強
さが大きく、硫化物の分解、固溶を防ぐことができる。
これにより、溶射皮膜の引張り強度が安定し、高荷重で
の優れた耐焼付性及び耐摩耗性を有する溶射皮膜が得ら
れる。このため、皮膜を機械加工する時に皮膜から粒子
（硫化物、酸化物）が脱落するのを防止することがで
き、巣の無い健全な加工仕上げが可能となる。

【００３６】本発明に従う高速フレーム溶射法は、燃焼
ガスとしてプロパンガス、プロピレンガス、ブタン、エ
タン、エチレン、天然ガス、水素ガス又は灯油、助燃ガ
スとして酸素又は圧縮空気を用い、これら燃焼ガスと助
燃ガスとの混合燃焼による燃焼エネルギーを利用した溶
射法である。

【００３７】フレーム温度は、１５００〜２８００℃、
好ましくは１８００〜２７００℃の範囲である。フレー
ム温度が２８００℃を超えると、溶射原料粉末に含まれ
る、特に、硫化物が酸化及び気化し、成分の減少及びＦ
ｅ合金への固溶が起きる。これによって、本発明の効果
が低下する。又、溶射皮膜内の粒界に過度の酸化物が積
層し、粒子間の密着強さを小さくする。一方、フレーム
温度が１５００℃未満であると、溶射原料粉末の温度が
低くなり、未溶融粒子が多くなり好ましくない。ここ
で、温度は、ＣＣＤカメラで測定した値である。

【００３８】又、フレーム速度は、１０００〜２５００
ｍ／秒、好ましくは１５００〜２５００ｍ／秒の範囲で
ある。フレーム速度が１０００ｍ／秒未満であると、加
熱時間が長くなり、溶射原料粉末に含まれる、特に、硫
化物が酸化及び気化し、成分の減少及びＦｅ合金への固
溶が起きる。このため、本発明の効果が低下する。又、
加速が不十分なため、被溶射基材表面の密着強さ及び溶
射皮膜内の粒子間の密着強さが不足し、剥離の原因とな
るため好ましくない。一方、上述のような構成をした現
状の溶射ガン１の構造上から、フレームの最高速度は２
５００ｍ／秒程度に制限される。ここで、速度は、レー
ザーストロボで測定した値である。

【００３９】溶射時の溶射距離（溶射ガン１と被溶射基
材１００との距離）は、１５０〜３５０ｍｍ、好ましく
は１８０〜３００ｍｍの範囲に保持する。この溶射距離
が１５０ｍｍ未満である場合、被溶射基材へのフレーム
の熱影響が大きく、溶射皮膜の密着強さが低下する。一
方、溶射距離が３５０ｍｍを超えると、硫化物の残量が
少なく且つ酸化量が多く、溶射皮膜内の粒子間の密着強
さが不足して剥離の原因となるため好ましくない。

【００４０】被溶射基材の表面は、密着表面を拡大し、
溶射皮膜との密着強さを維持するために、皮膜形成する
前に溶射すべき被溶射基材表面の一部或いは全部のスケ
ールを取り除き、予め洗浄化し、粗面化処理をおこなう
ことが必要である。粗面化処理は、グリットブラスト処
理にて行うのが好適であり、ＳｉＣ、アルミナなどのグ
リットを０．５ＭＰａ程度の圧力で被溶射基材表面に吹
き付けて行う。

【００４１】主にブラスと処理により、粗面化処理後の
被溶射基材の溶射面は、表面粗さ、μｍＲｚ（ＪＩＳ
Ｂ０６０１：十点平均粗さ）＝２５〜９０にする。μ
ｍＲｚが２５未満であると、高荷重に対し溶射皮膜と被
溶射基材との密着強さが不足し、剥離の原因になる。μ
ｍＲｚが９０を超えると、溶射皮膜の厚さが均一となる
ように薄膜にすることが難しい。好ましくは、μｍＲｚ
＝３０〜６０の粗さにする。

【００４２】尚、ブラスト処理をした後、被溶射基材を
５０〜１５０℃に加熱した後に溶射することが好ましい
が、必ずしも加熱する必要はない。温度を５０℃以上に
上げるのは結露の発生を抑えたり、密着力を増す効果が
ある。又、基材の熱変形や基材の強度劣化を防ぐために
基材を１５０℃以下にする。更に、溶射中の皮膜及び基
材の温度は皮膜の酸化を防ぐために２００℃以下、好ま
しくは１５０℃以下に制御することが望ましい。又、被
膜の厚みは耐摩耗性効果を得るためには０．０２ｍｍ以
上に、又溶射中の剥離や摺動中の熱応力による剥離を防
ぐために０．５ｍｍ以下にすることが好ましい。又、溶
射後の被膜表面粗度は、μｍＲａ（ＪＩＳＢ０６０
１：中心線平均粗さ）＝０．４〜６．０に仕上げ加工す
るのが好ましい。μｍＲａが６．０を超えると耐焼付性
を損ない、０．４未満ではコスト高になる。

【００４３】又、本発明に従う溶射皮膜は、Ｈｅ、Ａ
ｒ、Ｎ₂などの不活性ガスを３００℃以上に加熱して、
速度１０００ｍ／秒以上の高速ジェットを形成し、この
高速ジェットを用いて被溶射基材に溶射原料を溶射する
ことによっても得られる。この高速ジェット溶射法を用
いて成膜しても、溶射原料粉末の成分変化が少なく、粒
子間の密着強さが大きく、硫化物の分解、固溶を防ぐこ
とができ、上記高速フレーム溶射法の場合と同様の効果
を得ることができる。斯かる方法を実施し得る溶射装置
を簡単に説明すると、図７に示すように、高速低温ジェ
ット溶射装置１０は、キャリアガスとしてＨｅ、Ａｒ、
Ｎ₂などの不活性ガスを供給する高圧ボンベ１１、粉末
量及びキャリアガスの量と速度の制御を行う高圧粉末供
給装置１２、ノズル１４を備える高速燃焼ガン１３を有
している。溶射原料粉末は、高圧粉末供給装置１２で上
記不活性ガスにより高速で噴射され、出口の高速燃焼ガ
ン１３において高圧燃料１５が供給されると共にフレー
ムの熱量、速度制御がなされて、ノズル１４の先端から
は３００度以上、１０００ｍ／秒以上の高速ジェットフ
レーム１６が形成される。この高速ジェットフレーム１
６により、粉末は加熱、加速されて高速で噴出される。
そして、粉末は、被溶射基材１００の表面へと衝突し
て、その表面に溶射皮膜１０２を形成する。

【００４４】本発明に従って形成された溶射皮膜の断面
組織を光学顕微鏡で観察した（倍率２００倍）結果を図
１に示す。灰色、灰黒色に示される硫化物、及び黒色で
示される酸化物が点在するＦｅ合金組織が観察された。
図２は、本発明に従ってアトマイズ法にて作製した溶射
原料粉末であり、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｍｏ、Ｍｏとの硫化物、
Ｆｅ₃Ｍｏを含むＦｅ合金粉末の外観のＳＥＭ観察画像
（倍率４００倍）を示す。

【００４５】次に、本発明を実施例と比較例とを参照し
て更に説明する。

【００４６】実施例溶射原料粉末として、下記の表に示す組成の溶射原料粉
末を用いて作製した溶射皮膜の、耐圧力、耐摩耗性、耐
焼付性を評価した。試験は、本発明に従う実施例１及び
２、及び本発明に従わない比較例１〜５について行い、
比較検討した。比較例４、５は、従来のＰｂ入りＣｕ合
金溶射被膜である。

【００４７】溶射原料粉末は、全て不活性ガスを用いた
アトマイズ法により作製したものである。混合粉末は、
それぞれアトマイズ法により作製した粉末を下記の割合
で混合した。

【００４８】被溶射基材としては、外径８５ｍｍ×内径
４２ｍｍ×厚さ５．５ｍｍの寸法を有し、ＳＳ４００で
作製したリング状の試験片を使用した。

【００４９】先ず、上記リング状の試験片の溶射面をμ
ｍＲｚ＝３０〜６０の粗面に処理した。この粗面化処理
は、アルミナグリット（粒度＃２０（ＪＩＳＲ６０
０１、ＪＩＳＲ６１１１）；７１０〜１７００μ
ｍ）を圧力０．５ＭＰａで吹き付けるグリットブラスト
処理にて行った。

【００５０】次いで、図６に示す溶射ガン１を使用し
て、予熱処理を行った。このとき、溶射ガン１は、下記
に示す溶射条件にて、但し、溶射原料粉末を供給しない
で、溶射距離を３００ｍｍに保ち、フレームのみを噴射
するように作動させ、試験片を１００℃に加熱して、各
試験片表面の湿気、水、水蒸気を除去した。

【００５１】次いで、この面に、図６に示す溶射ガン１
を用いて、下記条件の高速フレーム溶射法により２５０
μｍの厚さの溶射皮膜を施した。更に溶射皮膜の表面を
切削加工にてμｍＲａ＝０．８〜１．０、厚さ１００〜
１２０μｍに仕上げた。仕上げ面には、０．０１ｍｍ径
以上の巣は存在しなかった。

【００５２】溶射は、溶射ガン１を使用して、下記溶射
施工条件にて行った。（高速フレーム溶射条件）・燃焼ガスプロピレンガス：圧力＝６．５Ｂａｒ（０．６５ＭＰａ）流量＝５０〜７５ＳＬＭ・助燃ガス酸素：圧力＝１２Ｂａｒ（１．２ＭＰａ）、流量＝３００〜３５０ＳＬＭ・補助冷却圧縮空気：圧力＝６Ｂａｒ（０．６ＭＰａ）流量＝３５０〜４５０ＳＬＭここで、「ＳＬＭ」は、標準状態に換算したガス流量（リットル／分）を意味する。・フレーム温度：約２５００℃ ・フレーム速度：約２０００ｍ／秒・溶射距離：２００〜３００ｍｍ・粉末供給量：３０〜５０ｇ／分

【００５３】

【表１】

【００５４】耐圧力は、上述のようにして作製した溶射
皮膜を有するリング状の試験片を用い、万能試験機にて
圧縮し、その溶射皮膜と基材とが剪断剥離する耐圧力を
測定した。その結果を図３に示す。

【００５５】同様に、上述のようにして作製した溶射皮
膜を有するリング状の試験片を用い、ピンオンデスク試
験を行い、耐摩耗性、耐焼付性を評価した。相手材とし
ては、ＳＵＪ２を硬さＲｃ（ロックウェル硬さ試験機：
Ｃ硬さ）＝５８〜６０に処理してμｍＲａ＝０．３以下
に仕上げたもの（ＳＵＪ２ブロック）を用いた。ピンオ
ンデスク試験では、リング状の試験片表面にＳＵＪ２ブ
ロックを面圧２２０ＭＰａで押圧し、且つ試験片を周速
２０ｍ／秒で回転することにより、皮膜（リング）の摩
耗量とＳＵＪ２ブロックの摩耗量、即ち、相手攻撃性と
を測定した。その結果を図４に示す。

【００５６】更に、上述のようにして作製した溶射皮膜
を有するリング状の試験片にＳＵＪ２ブロックを面圧２
２０ＭＰａで押圧し、且つ試験片を周速２０ｍ／秒で回
転して、焼付くまでの荷重を測定した。その結果を図６
に示す。

【００５７】尚、対照として、上記リング状の試験片の
表面に、従来のＳｎメッキを施したもの（メッキ厚さ
０．０１ｍｍ）を使用し、同じ条件にて耐圧力、耐摩耗
性、耐焼付性を試験した。

【００５８】図３〜図５に示す結果から総合評価して、
本発明に従って作製した実施例１及び２は、比較例と比
べて、高回転、特に、高負荷がかかる運転条件におい
て、優れた耐焼付性及び耐摩耗性を示すことが分かる。
対照とした従来品のＳｎメッキを施したものでは、最大
摩耗深さが０．０１ｍｍ以上にまで摩耗し、下地のＳＳ
４００が露出して焼付いたのに対して、本発明従って溶
射被膜が形成された試験片では、耐摩耗性、耐焼付性、
耐圧強度に優れていることが分かった。

【００５９】このように、本発明に従う溶射被膜は、例
えば、Ｐｂの環境に対する安全性の問題でＰｂを含む合
金系の使用が不可能となった場合でも、これに替わっ
て、例えばエアーコンプレッサーポンプ用斜板に施す溶
射被膜として十分に使用が可能であり、優れた摺動性及
び耐摩耗性により機器部品の寿命を延ばすことができ
る。又、溶射被膜は主にＦｅ又はＦｅ合金組織からなる
ので、特に、鋳鉄又は鉄鋼系合金部材の面に形成するこ
とで、リサイクルが比較的容易であるといった利点も有
する。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
Ｍｏ及びＳを含むＦｅ又はＦｅ合金粉末（Ｆｅ−Ｍｏ−
Ｓ系合金粉末）を用いて被溶射基材表面に溶射を行うこ
とで、（１）高回転、高負荷、無潤滑条件で、優れた耐焼付
性、耐摩耗性を有する皮膜を、高速で且つ容易に被溶射
基材表面に成膜することができる。（２）仕上げ加工時において、皮膜から粒子の脱落がな
く、仕上げ面に欠陥の無い密着性の良好な皮膜を作製す
ることができる。（３）特に、Ａｌ合金、Ｃｕ合金、鋳鉄又は鉄鋼系合金
などで作製したエアーコンプレッサーポンプ用斜板の一
部或いは全部の表面に潤滑性、耐摩耗性に優れた溶射皮
膜を形成することができる。（４）機器部品の寿命を延ばすと共に、Ｐｂ入り摺動部
材の代替として用いることができ、環境に対する安全性
を向上させることができる。といった多くの効果を達成
し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って形成された溶射皮膜の断面組織
図（光学顕微鏡観察画像）である。

【図２】本発明に従う溶射原料粉末の外観図（ＳＥＭ観
察画像）である。

【図３】本発明に従って形成された溶射皮膜と、比較例
とにおける耐圧力を示すグラフ図である。

【図４】本発明に従って形成された溶射皮膜と、比較例
とにおける耐摩耗性を示すグラフ図である。

【図５】本発明に従って形成された溶射皮膜と、比較例
とにおける焼付け荷重を示すグラフ図である。

【図６】本発明を実施するために用い得る溶射装置の一
例の概略構成を示す図である。

【図７】本発明を実施するために用い得る溶射装置の他
の例の概略構成を示す図である。

【符号の説明】

１高速フレーム溶射装置２粉末投入ポート３ノズル４エアキャップ５エアキャップボディー６，８圧縮空気７燃焼・助燃混合ガス９高速フレーム１０高速低温ジェット溶射装置１００被溶射基材１０２溶射皮膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者美馬秀忠東京都練馬区氷川台３丁目４番２号スルザーメテコジャパン株式会社内Ｆターム(参考） 4K031 AA02 AB02 AB08 BA01 CB09 CB23 CB29 DA01 EA10 EA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｍｏ硫化物及びその固溶体、Ｆｅ−Ｍｏ
硫化物及びその固溶体、Ｆｅ硫化物及びその固溶体、Ｆ
ｅ−Ｍｏ金属間化合物及びその固溶体、Ｍｏ固溶体、Ｓ
固溶体、及びＦｅとＭｏの酸化物及び気孔を含むＦｅ及
び／又はＦｅ合金組織から成ることを特徴とする溶射皮
膜。
【請求項２】溶射原料粉末として、Ｍｏを１０〜４０
重量％、Ｓを１〜５重量％含むＦｅ及び／又はＦｅ合金
粉末を被溶射基材表面に溶射して形成されることを特徴
とする請求項１の溶射皮膜。
【請求項３】前記溶射原料粉末は、アトマイズ法によ
り作製され、成分としてＦｅを４０〜８５重量％、Ｍｏ
を１０〜４０重量％、Ｓを１〜５重量％含み、硫化物及
びその固溶体を含んでいることを特徴とする請求項２の
溶射皮膜。
【請求項４】前記溶射原料粉末の粒径範囲は、１０〜
７５μｍであることを特徴とする請求項３の溶射皮膜。
【請求項５】燃焼ガスとしてプロパンガス、プロピレ
ンガス、ブタン、エタン、エチレン、天然ガス、水素ガ
ス又は灯油、助燃ガスとして酸素又は空気を用いてフレ
ーム温度が１５００〜２８００℃、フレーム速度が１０
００〜２５００ｍ／秒の高速フレームを形成し、この高
速フレームを用いて溶射距離１５０〜３５０ｍｍに保持
して被溶射基材表面に溶射原料粉末を溶射することによ
って形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれ
かの項に記載の溶射皮膜。
【請求項６】不活性ガスを３００℃以上に加熱して速
度１０００ｍ／秒以上の高速ジェットを形成し、この高
速ジェットを用いて被溶射基材表面に溶射原料粉末を溶
射することによって形成されることを特徴とする請求項
１〜４のいずれかの項に記載の溶射皮膜。
【請求項７】粗さμｍＲｚ＝２５〜９０に粗面化処理
した被溶射基材表面に形成されることを特徴とする請求
項１〜６のいずれかの項に記載の溶射皮膜。
【請求項８】Ａｌ合金、Ｃｕ合金、鋳鉄又は鉄鋼系合
金にて作製された機器部品に形成されることを特徴とす
る請求項１〜７のいずれかの項に記載の溶射皮膜。
【請求項９】前記機器部品は、エアーコンプレッサー
ポンプ用斜板であることを特徴とする請求項８の溶射皮
膜。
【請求項１０】被溶射基材表面に溶射原料粉末を溶射
して、被溶射基材表面に皮膜を形成する方法において、
前記溶射原料粉末に、Ｍｏを１０〜４０重量％、Ｓを１
〜５重量％含むＦｅ及び／又はＦｅ合金粉末を使用する
ことを特徴とする溶射皮膜の形成方法。
【請求項１１】前記溶射原料粉末は、アトマイズ法に
より作製され、成分としてＦｅを４０〜８５重量％、Ｍ
ｏを１０〜４０重量％、Ｓを１〜５重量％含み、硫化物
及びその固溶体を含んでいることを特徴とする請求項１
０の溶射皮膜の形成方法。
【請求項１２】前記溶射原料粉末の粒径範囲は、１０
〜７５μｍであることを特徴とする請求項１１の溶射皮
膜の形成方法。
【請求項１３】燃焼ガスとしてプロパンガス、プロピ
レンガス、ブタン、エタン、エチレン、天然ガス、水素
ガス又は灯油、助燃ガスとして酸素又は空気を用いてフ
レーム温度が１５００〜２８００℃、フレーム速度が１
０００〜２５００ｍ／秒の高速フレームを形成し、この
高速フレームを用いて溶射距離１５０〜３５０ｍｍに保
持して被溶射基材表面に溶射原料粉末を溶射することを
特徴とする請求項１０、１１又は１２の溶射皮膜の形成
方法。
【請求項１４】不活性ガスを３００℃以上に加熱して
速度１０００ｍ／秒以上の高速ジェットを形成し、この
高速ジェットを用いて被溶射基材表面に溶射原料粉末を
溶射することを特徴とする請求項１０、１１又は１２の
溶射皮膜の形成方法。
【請求項１５】被溶射基材の溶射皮膜を施す面を粗さ
μｍＲｚ＝２５〜９０に粗面化処理した後、その表面に
溶射を行うことを特徴とする請求項１０〜１４のいずれ
かの項に記載の溶射皮膜の形成方法。
【請求項１６】被溶射基材は、Ａｌ合金、Ｃｕ合金、
鋳鉄又は鉄鋼系合金にて作製された機器部品であること
を特徴とする請求項１０〜１５のいずれかの項に記載の
溶射皮膜の形成方法。
【請求項１７】前記機器部品は、エアーコンプレッサ
ーポンプ用斜板であることを特徴とする請求項１６の溶
射皮膜の形成方法。
【請求項１８】アトマイズ法により作製され、成分と
してＦｅを４０〜８５重量％、Ｍｏを１０〜４０重量
％、Ｓを１〜５重量％含み、硫化物及びその固溶体を含
むことを特徴とする溶射原料粉末。
【請求項１９】前記溶射原料粉末の粒径範囲は、１０
〜７５μｍであることを特徴とする請求項１８の溶射原
料粉末。