JP2014034724A - Cermet powder for thermal spraying - Google Patents

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和人 佐藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide cermet powder for thermal spraying which can have high deposition efficiency in use for a low-temperature thermal spraying process.SOLUTION: Cermet powder for thermal spraying has a thermal conductivity of 0.17 W/m K or less. The cermet powder for thermal spraying preferably consists of granulated-sintered cermet particles. The granulated-sintered cermet particles preferably have a mean primary particle size of 6 μm or less. Further, the granulated-sintered cermet particles preferably have porosity of 4.0% or less.

Description

本発明は、溶射用サーメット粉末に関する。   The present invention relates to a cermet powder for thermal spraying.

燃焼フレームやプラズマジェットなどを熱源として用いて金属やサーメットなどの粉末を基材に吹き付けることにより基材上に皮膜を形成する溶射は表面改質技術の一種として広く知られている。溶射用粉末に要求される性能の一つとして、基材に向けて吹き付けられたうちの多くが基材上に付着堆積して皮膜を形成すること、すなわち付着効率の高いことが挙げられる。しかしながら、コールドスプレーのような低温溶射プロセスでは、プロセス温度の低いことが原因で、高い付着効率を実現することが容易でない。この傾向は、溶射用粉末がサーメットからなる場合に、より顕著である。   Thermal spraying that forms a film on a substrate by spraying a powder such as metal or cermet onto the substrate using a combustion flame or a plasma jet as a heat source is widely known as a kind of surface modification technique. One of the performances required for the thermal spraying powder is that many of the sprayed toward the base material adhere and deposit on the base material to form a film, that is, high adhesion efficiency. However, in a low temperature spray process such as cold spray, it is not easy to achieve high deposition efficiency due to the low process temperature. This tendency is more remarkable when the thermal spraying powder is made of cermet.

特開2011−17079号公報JP 2011-17079 A

そこで本発明の目的は、低温溶射プロセス用途において高い付着効率を得ることが可能な溶射用サーメット粉末を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a cermet powder for thermal spraying capable of obtaining a high deposition efficiency in a low-temperature thermal spraying process application.

上記の目的を達成するために、本発明の一態様では、0.17W/m・K以下の熱伝導率を有する溶射用サーメット粉末を提供する。溶射用サーメット粉末は造粒−焼結粒子から構成されていることが好ましい。造粒−焼結サーメット粒子の平均一次粒子径は6μm以下であることが好ましい。また、造粒−焼結サーメット粒子の気孔率は4.0%以上であることが好ましい。   In order to achieve the above object, in one embodiment of the present invention, a cermet powder for thermal spraying having a thermal conductivity of 0.17 W / m · K or less is provided. The thermal spray cermet powder is preferably composed of granulated and sintered particles. The average primary particle diameter of the granulated-sintered cermet particles is preferably 6 μm or less. The porosity of the granulated-sintered cermet particles is preferably 4.0% or more.

本発明によれば、低温溶射プロセス用途において高い付着効率を得ることが可能な溶射用サーメット粉末を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the cermet powder for thermal spraying which can obtain high adhesion efficiency in a low-temperature thermal spraying process use can be provided.

以下、本発明の一実施形態を説明する。
本実施形態の溶射用サーメット粉末は、各種の溶射プロセスによりサーメット溶射皮膜を形成する用途で用いられる。中でも、コールドスプレー、ウォームスプレー、高速空気燃料(HVAF)溶射、又は高速酸素燃料(HVOF)溶射によりサーメット溶射皮膜を形成する用途で特に有用である。ただし、本実施形態の溶射用サーメット粉末は、プロセス温度が溶射用サーメット粉末中の金属成分の融点未満でかつセラミックス成分の反応温度未満である低温溶射プロセス用途で使用されることが好ましい。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
The cermet powder for thermal spraying according to the present embodiment is used for forming a cermet sprayed coating by various thermal spraying processes. Among these, it is particularly useful in applications where a cermet sprayed coating is formed by cold spray, warm spray, high-speed air fuel (HVAF) spraying, or high-speed oxygen fuel (HVOF) spraying. However, it is preferable that the cermet powder for thermal spraying of this embodiment is used for low-temperature thermal spraying process applications in which the process temperature is lower than the melting point of the metal component in the thermal spray cermet powder and lower than the reaction temperature of the ceramic component.

なお、コールドスプレーとは一般に、加速した低温の作動ガスにより溶射材料を固相のまま基材に衝突及び付着させる溶射プロセスである。ウォームスプレーとは一般に、灯油と助燃剤として酸素を用いて得られる燃焼フレームに窒素ガス、圧縮空気、アルゴンガスなどの冷却ガスを混入させることにより比較的低温の燃焼フレームを形成し、この燃焼フレームにより溶射材料を加熱及び加速して基材に衝突及び付着させる溶射プロセスである。HVOF溶射とは一般に、灯油又は炭化水素ガスと助燃剤として酸素を用いて得られる燃焼フレームにより溶射材料を加熱及び加速して基材に衝突及び付着させる溶射プロセスである。HVAF溶射とは一般に、酸素の代わりに空気を助燃剤として用いることによりHVOF溶射に比べて低温の燃焼フレームを形成し、この燃焼フレームにより溶射材料を加熱及び加速して基材に衝突及び付着させる溶射プロセスである。   In general, the cold spray is a thermal spraying process in which a thermal spray material is collided and adhered to a base material in a solid state by an accelerated low-temperature working gas. In general, a warm spray forms a relatively low-temperature combustion frame by mixing a cooling gas such as nitrogen gas, compressed air, or argon gas into a combustion flame obtained by using kerosene and oxygen as a combustion aid. Is a thermal spraying process in which the thermal spray material is heated and accelerated to collide and adhere to the substrate. HVOF thermal spraying is generally a thermal spraying process in which a thermal spray material is heated and accelerated by a combustion flame obtained using kerosene or hydrocarbon gas and oxygen as a combusting agent to collide and adhere to a substrate. In general, HVAF spraying uses air instead of oxygen as a combustor to form a combustion flame at a lower temperature than HVOF spraying, and this combustion flame heats and accelerates the sprayed material to impact and adhere to the substrate. It is a thermal spraying process.

本実施形態の溶射用サーメット粉末を用いて低温溶射プロセス用途において高い付着効率を得るためには、溶射用サーメット粉末の熱伝導率は0.17W/m・K以下であることが好ましく、より好ましくは0.16W/m・K以下、さらに好ましくは0.15W/m・K以下である。溶射用サーメット粉末の熱伝導率が0.17W/m・K以下である場合に高い付着効率が得られるのは、溶射用サーメット粉末の熱伝導率が低くなるほど、溶射装置内で加熱された溶射用サーメット粉末の温度が、溶射用サーメット粉末が基材に衝突するまでの間に低下しにくいことが理由と考えられる。なお、溶射用サーメット粉末の熱伝導率は、例えばホットディスク法により測定することができる。   In order to obtain high adhesion efficiency in the low temperature spraying process application using the thermal spray cermet powder of the present embodiment, the thermal conductivity of the thermal spray cermet powder is preferably 0.17 W / m · K or less, and more preferably. Is 0.16 W / m · K or less, more preferably 0.15 W / m · K or less. When the thermal conductivity of the cermet powder for thermal spraying is 0.17 W / m · K or less, high adhesion efficiency is obtained because the lower the thermal conductivity of the cermet powder for thermal spraying, the higher the thermal spraying in the thermal spraying apparatus. The reason is that the temperature of the cermet powder for use in spraying is unlikely to decrease before the thermal spray cermet powder collides with the substrate. The thermal conductivity of the thermal spray cermet powder can be measured by, for example, a hot disk method.

溶射用サーメット粉末の熱伝導率は、溶射用サーメット粉末中の粒子の構造、組成、物性などの影響を受ける。したがって、溶射用サーメット粉末中の粒子の構造、組成、物性を変更することにより、溶射用サーメット粉末の熱伝導率を適宜調整することが可能である。例えば、熱伝導率が0.17W/m・K以下の溶射用サーメット粉末を得るための有効な手段の1つとして、溶射用サーメット粉末中の粒子の気孔率をできるだけ高くすることが挙げられる。具体的には、溶射用サーメット粉末中の粒子の気孔率は4.0%以上であることが好ましく、より好ましくは8.0%以上、さらに好ましくは15.0%以上である。溶射用サーメット粉末中の粒子の気孔率が高くなるほど、各粒子の熱伝導率、ひいては溶射用サーメット粉末の熱伝導率が低下する傾向がある。なお、溶射用サーメット粉末中の粒子の気孔率の測定は、例えば水銀圧入法により行うことができる。   The thermal conductivity of the thermal spray cermet powder is affected by the structure, composition, physical properties, etc. of the particles in the thermal spray cermet powder. Therefore, the thermal conductivity of the thermal spray cermet powder can be appropriately adjusted by changing the structure, composition, and physical properties of the particles in the thermal spray cermet powder. For example, one effective means for obtaining a thermal spray cermet powder having a thermal conductivity of 0.17 W / m · K or less is to increase the porosity of the particles in the thermal spray cermet powder as much as possible. Specifically, the porosity of the particles in the cermet powder for thermal spraying is preferably 4.0% or more, more preferably 8.0% or more, and further preferably 15.0% or more. As the porosity of the particles in the thermal spray cermet powder increases, the thermal conductivity of each particle, and thus the thermal conductivity of the thermal spray cermet powder, tends to decrease. In addition, the measurement of the porosity of the particle | grains in the cermet powder for thermal spraying can be performed by the mercury intrusion method, for example.

溶射用サーメット粉末は、造粒−焼結サーメット粒子から構成されていることが好ましい。造粒−焼結サーメット粒子は、セラミックス微粒子及び金属微粒子が互いに凝集してなる複合粒子であり、セラミックス微粒子及び金属微粒子の混合物を造粒して焼結することにより製造される。このような造粒−焼結法によれば、気孔率の高い粒子の製造が比較的容易である。   The thermal spray cermet powder is preferably composed of granulated-sintered cermet particles. The granulated-sintered cermet particles are composite particles obtained by agglomerating ceramic fine particles and metal fine particles, and are produced by granulating and sintering a mixture of ceramic fine particles and metal fine particles. According to such a granulation-sintering method, it is relatively easy to produce particles having a high porosity.

造粒−焼結サーメット粒子の製造に使用されるセラミックス微粒子は、例えば、炭化タングステン、炭化クロム、炭化バナジウム、炭化ニオブ、炭化モリブデン、炭化タンタル、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化ケイ素、炭化ホウ素などの炭化物、ホウ化モリブデン、ホウ化クロム、ホウ化ハフニウム、ホウ化ジルコニウム、ホウ化タンタル、ホウ化チタンなどのホウ化物、窒化チタン、窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの窒化物、ケイ化物及び酸化物から形成されるものであってもよい。中でも、溶射用サーメット粉末から形成される溶射皮膜の耐摩耗性の向上という観点からは炭化物、特に炭化タングステンや炭化クロム、炭化バナジウムが好ましい。組成又は特性の異なる複数種類のセラミックス微粒子の混合物を使用することも可能である。   Ceramic fine particles used for the production of granulated and sintered cermet particles include, for example, tungsten carbide, chromium carbide, vanadium carbide, niobium carbide, molybdenum carbide, tantalum carbide, titanium carbide, zirconium carbide, hafnium carbide, silicon carbide, Carbides such as boron, molybdenum boride, chromium boride, hafnium boride, zirconium boride, borides such as tantalum boride, titanium boride, nitrides such as titanium nitride, aluminum nitride, silicon nitride, silicides and oxidation It may be formed from an object. Among these, carbides, particularly tungsten carbide, chromium carbide, and vanadium carbide are preferable from the viewpoint of improving the wear resistance of the thermal spray coating formed from the cermet powder for thermal spraying. It is also possible to use a mixture of a plurality of types of ceramic fine particles having different compositions or characteristics.

造粒−焼結サーメット粒子の製造に使用される金属微粒子は、例えば、ニッケル、鉄、クロム、コバルト、チタン、アルミニウム、銅、銀、モリブデンなどの金属を含んだ金属単体又は金属合金から形成されるものであってもよい。組成又は特性の異なる複数種類の金属微粒子の混合物を使用することも可能である。   The fine metal particles used in the production of the granulated-sintered cermet particles are formed from, for example, a single metal or a metal alloy containing a metal such as nickel, iron, chromium, cobalt, titanium, aluminum, copper, silver, and molybdenum. It may be a thing. It is also possible to use a mixture of a plurality of types of metal fine particles having different compositions or characteristics.

溶射用サーメット粉末が造粒−焼結サーメット粒子から構成されている場合には、造粒−焼結サーメット粒子を構成するセラミック粒子部分の粒子径及び金属粒子部分の粒子径、すなわち造粒−焼結サーメット粒子の一次粒子径をできるだけ小さくすることも、熱伝導率が0.17W/m・K以下の溶射用サーメット粉末を得るための手段として有効である。具体的には、造粒−焼結サーメット粒子の平均一次粒子径(定方向接線径)は6μm以下であることが好ましく、より好ましくは1μm以下、さらに好ましくは0.5μm以下、特に好ましくは0.2μm以下である。造粒−焼結サーメット粒子の平均一次粒子径が小さくなるほど、造粒−焼結サーメット粒子中に含まれるセラミック粒子部分と金属粒子部分の間の界面、セラミック粒子部分同士の界面、及び金属粒子部分同士の界面の数が増えることにより、各造粒−焼結サーメット粒子の熱伝導率、ひいては溶射用サーメット粉末の熱伝導率が低下する傾向がある。なお、造粒−焼結サーメット粒子の平均一次粒子径は、電子顕微鏡を用いて造粒−焼結サーメット粒子の断面を観察することにより得られる造粒−焼結サーメット粒子の断面画像から求めることができる。   When the cermet powder for thermal spraying is composed of granulated-sintered cermet particles, the particle size of the ceramic particle part and the particle size of the metal particle part constituting the granulated-sintered cermet particle, that is, granulation-sintered Making the primary particle diameter of the sintered cermet particles as small as possible is also effective as a means for obtaining a cermet powder for thermal spraying having a thermal conductivity of 0.17 W / m · K or less. Specifically, the average primary particle diameter (constant tangential diameter) of the granulated / sintered cermet particles is preferably 6 μm or less, more preferably 1 μm or less, still more preferably 0.5 μm or less, and particularly preferably 0. .2 μm or less. As the average primary particle size of the granulated-sintered cermet particles decreases, the interface between the ceramic particle part and the metal particle part contained in the granulated-sintered cermet particle, the interface between the ceramic particle parts, and the metal particle part As the number of interfaces increases, the thermal conductivity of each granulated-sintered cermet particle, and thus the thermal conductivity of the thermal spray cermet powder, tends to decrease. The average primary particle diameter of the granulated-sintered cermet particles is determined from the cross-sectional image of the granulated-sintered cermet particles obtained by observing the cross-section of the granulated-sintered cermet particles using an electron microscope. Can do.

造粒−焼結サーメット粒子の平均一次粒子径は、造粒−焼結サーメット粒子の製造の際に使用される原料のセラミックス微粒子及び原料の金属微粒子の平均一次粒子径を概ね反映する。しかしながら、造粒−焼結サーメット粒子の製造時に行われる焼結の影響も受けるため、原料のセラミックス微粒子及び原料の金属微粒子の平均一次粒子径とは相違する。   The average primary particle size of the granulated-sintered cermet particles generally reflects the average primary particle size of the raw material ceramic fine particles and the raw material metal fine particles used in the production of the granulated-sintered cermet particles. However, since it is also affected by the sintering performed during the production of the granulated-sintered cermet particles, it differs from the average primary particle diameter of the raw material ceramic fine particles and the raw material metal fine particles.

造粒−焼結サーメット粒子中の金属粒子部分は、以下に定義する分散性の値が0.4以下であることが好ましく、より好ましくは0.3以下、さらに好ましくは0.25以下である。分散性の値は、造粒−焼結サーメット粒子中の金属粒子部分の個数平均径を同じ金属粒子部分の体積平均径で除することにより得られる値である。この分散性の値は、造粒−焼結サーメット粒子中で金属粒子部分が分散する程度を示す指標となるものであり、値が小さいほど造粒−焼結サーメット粒子中で金属粒子部分がより一様に分散していることを示す。分散性の値が0.4以下、さらに言えば0.3以下又は0.25以下である場合には、熱伝導率が0.17W/m・K以下の溶射用サーメット粉末を得ることが容易となる。その理由は、造粒−焼結サーメット粒子中に含まれるセラミック粒子部分と金属粒子部分の間の界面及び金属粒子部分同士の界面の数が増えるためである。   The metal particle portion in the granulated-sintered cermet particles preferably has a dispersibility value defined below of 0.4 or less, more preferably 0.3 or less, and even more preferably 0.25 or less. . The dispersibility value is a value obtained by dividing the number average diameter of the metal particle portions in the granulated-sintered cermet particles by the volume average diameter of the same metal particle portions. This dispersibility value is an index indicating the degree of dispersion of the metal particle portion in the granulated-sintered cermet particles, and the smaller the value, the more the metal particle portion in the granulated-sintered cermet particles. It shows that it is uniformly distributed. When the dispersibility value is 0.4 or less, more specifically, 0.3 or less or 0.25 or less, it is easy to obtain a cermet powder for thermal spraying having a thermal conductivity of 0.17 W / m · K or less. It becomes. The reason is that the number of interfaces between the ceramic particle portion and the metal particle portion and the number of interfaces between the metal particle portions included in the granulated-sintered cermet particles is increased.

溶射用サーメット粉末の平均粒子径(体積平均径)、すなわち溶射用サーメット粉末が造粒−焼結サーメット粒子から構成される場合には造粒−焼結サーメット粒子の平均二次粒子径(体積平均径)は、溶射用サーメット粉末の付着効率の向上のためには、40μm以下であることが好ましく、より好ましくは30μm以下、さらに好ましくは20μm以下、特に好ましくは10μm以下、最も好ましくは1μm以下である。その理由は、溶射用サーメット粉末の平均粒子径が小さくなるにつれて、溶射時に加熱を受けたときに溶射用サーメット粉末中の各粒子が軟化又は溶融しやすくなるためである。なお、溶射用サーメット粉末の平均粒子径の測定は、例えば、レーザー回折散乱法やBET法、光散乱法により行うことができる。   The average particle diameter (volume average diameter) of the cermet powder for thermal spraying, that is, when the cermet powder for thermal spraying is composed of granulated-sintered cermet particles, the average secondary particle diameter of the granulated-sintered cermet particles (volume average) The diameter is preferably 40 μm or less, more preferably 30 μm or less, still more preferably 20 μm or less, particularly preferably 10 μm or less, and most preferably 1 μm or less in order to improve the adhesion efficiency of the cermet powder for thermal spraying. is there. The reason is that as the average particle diameter of the thermal spray cermet powder becomes smaller, each particle in the thermal spray cermet powder is easily softened or melted when heated during thermal spraying. In addition, the measurement of the average particle diameter of the cermet powder for thermal spraying can be performed by, for example, a laser diffraction scattering method, a BET method, or a light scattering method.

溶射用サーメット粉末中の粒子の圧縮強度は500MPa以下であることが好ましく、より好ましくは400MPa以下、さらに好ましくは300MPa以下である。溶射用サーメット粉末中の粒子の圧縮強度が低くなるにつれて、基材との衝突時に各粒子が変形しやすくなるために、溶射用サーメット粉末の付着効率が向上する。   The compressive strength of the particles in the cermet powder for thermal spraying is preferably 500 MPa or less, more preferably 400 MPa or less, and further preferably 300 MPa or less. As the compressive strength of the particles in the cermet powder for thermal spraying decreases, each particle is likely to be deformed at the time of collision with the substrate, so that the adhesion efficiency of the cermet powder for thermal spraying is improved.

また、溶射用サーメット粉末中の粒子の圧縮強度は10MPa以上であることが好ましく、より好ましくは25MPa以上、さらに好ましくは50MPa以上である。溶射用サーメット粉末中の粒子の圧縮強度が高くなるにつれて、溶射用サーメット粉末から形成される溶射皮膜からのセラミックス成分の脱落が起こりにくくなるために、溶射皮膜の硬度及び耐摩耗性が向上する。また、溶射用サーメット粉末中の粒子の圧縮強度が高くなるにつれて、粒子の崩壊が起こりにくくなるため、溶射用サーメット粉末中の粒子の崩壊により生じる微小粒子が過溶融することにより起こりうるスピッティングや溶射ノズルの閉塞などの弊害を防ぐことができる。   The compressive strength of the particles in the cermet powder for thermal spraying is preferably 10 MPa or more, more preferably 25 MPa or more, and further preferably 50 MPa or more. As the compressive strength of the particles in the thermal spray cermet powder increases, the ceramic component is less likely to fall off from the thermal spray coating formed from the thermal spray cermet powder, so that the hardness and wear resistance of the thermal spray coating are improved. Also, as the compressive strength of the particles in the cermet powder for thermal spraying increases, it becomes difficult for the particles to collapse, so that spitting that may occur due to overmelting of the fine particles caused by the collapse of the particles in the cermet powder for thermal spraying It is possible to prevent adverse effects such as blocking of the thermal spray nozzle.

次に、本実施形態の溶射用サーメット粉末の作用を説明する。
溶射用粉末の溶射は、溶射用粉末を溶射装置内で加熱した後、基材に向けて吹き付けることにより行われる。溶射装置内で加熱された溶射用粉末は、溶射装置から基材に向けて吹き出された後、基材に衝突するまでの間に大気による冷却を受ける。また、溶射装置内でも、一旦最高温度まで加熱された後、溶射装置から吹き出されるまでの間に溶射用粉末の温度が徐々に低下することがある。この点、本実施形態の溶射用サーメット粉末は、0.17W/m・K以下という低い熱伝導率を有しているため、溶射装置内で加熱された温度があまり低下しないで比較的高い温度を維持したまま基材と衝突することができ、その結果、溶射用サーメット粉末中の粒子が基材との衝突時に十分に塑性変形すると考えられる。このことが、本実施形態の溶射用サーメット粉末を低温溶射プロセス用途で使用した場合にも高い付着効率が得られる理由と推察される。
Next, the effect | action of the cermet powder for thermal spraying of this embodiment is demonstrated.
Thermal spraying of the thermal spraying powder is performed by heating the thermal spraying powder in a thermal spraying apparatus and then spraying the thermal spraying powder toward the substrate. The thermal spraying powder heated in the thermal spraying apparatus is cooled by the atmosphere after being blown from the thermal spraying apparatus toward the base material and before colliding with the base material. Further, even within the thermal spraying apparatus, the temperature of the thermal spraying powder may gradually decrease after being heated to the maximum temperature and before being blown out from the thermal spraying apparatus. In this respect, the cermet powder for thermal spraying of the present embodiment has a low thermal conductivity of 0.17 W / m · K or less, so that the temperature heated in the thermal spraying apparatus does not decrease so much and is relatively high. It can be considered that the particles in the cermet powder for thermal spraying are sufficiently plastically deformed at the time of collision with the base material. This is presumed to be the reason why high deposition efficiency can be obtained even when the cermet powder for thermal spraying of this embodiment is used for low temperature spraying process applications.

したがって、本実施形態の溶射用サーメット粉末は、低温溶射プロセス用途において特に有用である。
前記実施形態は次のように変更してもよい。
Therefore, the cermet powder for thermal spraying according to the present embodiment is particularly useful for low temperature spraying process applications.
The embodiment may be modified as follows.

・ 前記実施形態の溶射用サーメット粉末は、造粒−焼結サーメット粒子以外の成分を含むものであってもよい。例えば、遊離のセラミックス粒子又は金属粒子を含むものであってもよい。   -The cermet powder for thermal spraying of the said embodiment may contain components other than granulation-sintered cermet particle. For example, it may contain free ceramic particles or metal particles.

・ 前記実施形態の溶射用サーメット粉末は、造粒−焼結サーメット粒子の代わりに、溶融−粉砕サーメット粒子又は焼結−粉砕サーメット粒子から構成されるものであってもよいし、溶融−粉砕サーメット粒子又は焼結−粉砕サーメット粒子の他にそれ以外の成分を含むものであってもよい。あるいは、造粒−焼結サーメット粒子の代わりに、セラミックス粒子と金属粒子の混合物から構成されるものであってもよいし、セラミックス粒子と金属粒子の混合物の他にそれ以外の成分を含むものであってもよい。ただし、造粒−焼結サーメット粒子は一般に、溶融−粉砕サーメット粒子及び焼結−粉砕サーメット粒子に比べて、付着効率に優れる点及び製造時の不純物の混入が少ない点で有利である。また、造粒−焼結サーメット粒子は、セラミックス粒子と金属粒子の混合物と比べて、流動性が良好である点で有利である。なお、溶融−粉砕サーメット粒子は、セラミックス微粒子及び金属微粒子の混合物を溶融して冷却固化させた後に粉砕することにより製造することができる。焼結−粉砕サーメット粒子は、セラミックス微粒子及び金属微粒子の混合物を焼結および粉砕することにより製造することができる。   The cermet powder for thermal spraying of the above embodiment may be composed of melt-ground cermet particles or sintered-ground cermet particles instead of granulated-sintered cermet particles, or melt-ground cermet. In addition to the particles or sintered-ground cermet particles, other components may be included. Alternatively, instead of granulation-sintered cermet particles, it may be composed of a mixture of ceramic particles and metal particles, or it may contain other components in addition to the mixture of ceramic particles and metal particles. There may be. However, granulated-sintered cermet particles are generally advantageous in that they are superior in adhesion efficiency and contain less impurities during production than melt-ground cermet particles and sintered-ground cermet particles. In addition, the granulated-sintered cermet particles are advantageous in that they have better fluidity than a mixture of ceramic particles and metal particles. The melt-pulverized cermet particles can be produced by melting and cooling and solidifying a mixture of ceramic fine particles and metal fine particles, followed by pulverization. Sintered-pulverized cermet particles can be produced by sintering and pulverizing a mixture of ceramic fine particles and metal fine particles.

次に、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。
(実施例1〜3及び比較例1〜5)
造粒−焼結サーメット粒子から構成された実施例1〜3及び比較例1〜5のサーメット粉末を用意し、各サーメット粉末を表1に示す条件でコールドスプレー溶射した。各サーメット粉末の組成及び特性、並びに各サーメット粉末を溶射して得られた皮膜の評価結果を表2に示す。
Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples.
(Examples 1-3 and Comparative Examples 1-5)
The cermet powders of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 5 composed of the granulated and sintered cermet particles were prepared, and each cermet powder was cold sprayed under the conditions shown in Table 1. Table 2 shows the composition and characteristics of each cermet powder and the evaluation results of the coating obtained by thermal spraying each cermet powder.

(実施例4〜8及び比較例6〜10)
造粒−焼結サーメット粒子から構成された実施例4〜8及び比較例6〜10のサーメット粉末を用意し、各サーメット粉末を表3に示す条件でHVOF溶射した。各サーメット粉末の組成及び特性、並びに各サーメット粉末を溶射して得られた皮膜の評価結果を表4に示す。
(Examples 4-8 and Comparative Examples 6-10)
The cermet powders of Examples 4 to 8 and Comparative Examples 6 to 10 composed of granulated and sintered cermet particles were prepared, and each cermet powder was sprayed with HVOF under the conditions shown in Table 3. Table 4 shows the composition and characteristics of each cermet powder and the evaluation results of the coating obtained by thermal spraying each cermet powder.

表2及び表4の“熱伝導率”欄には、各サーメット粉末の熱伝導率を測定した結果を示す。熱伝導率の測定は、京都電子工業株式会社製の熱物性測定装置“TPS500”を用いてホットディスク法により行った。より具体的には、23℃の恒温室内でサーメット粉末を30〜40gずつ粉体容器に入れ、容器内のサーメット粉末の上に2.2kgの重りを載せた状態で熱伝導率の測定を行った。その他の測定条件として、使用センサはΦ7mm、印加電力を0.04W、測定時間を80秒に設定した。 In the “thermal conductivity” column of Tables 2 and 4, the results of measuring the thermal conductivity of each cermet powder are shown. The thermal conductivity was measured by a hot disk method using a thermophysical property measuring apparatus “TPS500” manufactured by Kyoto Electronics Industry Co., Ltd. More specifically, 30-40 g of cermet powder is placed in a powder container in a thermostatic chamber at 23 ° C., and the thermal conductivity is measured with a 2.2 kg weight placed on the cermet powder in the container. It was. As other measurement conditions, the sensor used was set to Φ7 mm, the applied power was set to 0.04 W, and the measurement time was set to 80 seconds.

表2及び表4の“組成”欄には、各サーメット粉末の化学組成を示す。同欄中、“WC−12Ni”は12質量%のニッケルと残部の炭化タングステンとからなるサーメットを表し、“WC−25Ni”は25質量%のニッケルと残部の炭化タングステンとからなるサーメットを表し、“WC−25[Fe−18Cr−10Ni]”は18質量%のクロムと10質量%のニッケルと残部の鉄とからなる鉄基合金25質量%と残部の炭化タングステンとからなるサーメットを表し、“WC−25[Fe−6Si−2.5Cr]”は6質量%のケイ素と2.5質量%のクロムと残部の鉄とからなる鉄基合金25質量%と残部の炭化タングステンとからなるサーメットを表し、“WC−20CrC−7Ni”は20質量%の炭化クロムと7質量%のニッケルと残部の炭化タングステンとからなるサーメットを表し、“WC−20CrC−12Ni”は20質量%の炭化クロムと12質量%のニッケルと残部の炭化タングステンとからなるサーメットを表し、“WC−20VC−12Ni”は20質量%の炭化バナジウムと12質量%のニッケルと残部の炭化タングステンとからなるサーメットを表し、“WC−12[Fe−18Cr−10Ni]”は18質量%のクロムと10質量%のニッケルと残部の鉄とからなる鉄基合金12質量%と残部の炭化タングステンとからなるサーメットを表す。各サーメット粉末の化学組成の測定は、株式会社島津製作所製の蛍光X線分析装置“LAB CENTER XRF−1700”を用いて行った。   The “composition” column in Tables 2 and 4 shows the chemical composition of each cermet powder. In the same column, “WC-12Ni” represents a cermet composed of 12% by mass of nickel and the balance tungsten carbide, “WC-25Ni” represents a cermet composed of 25% by mass of nickel and the balance tungsten carbide, “WC-25 [Fe-18Cr-10Ni]” represents a cermet composed of 25% by mass of an iron-based alloy composed of 18% by mass of chromium, 10% by mass of nickel, and the balance of iron, and the balance of tungsten carbide. WC-25 [Fe-6Si-2.5Cr] "is a cermet comprising 25% by mass of an iron-based alloy composed of 6% by mass of silicon, 2.5% by mass of chromium and the balance of iron, and the balance of tungsten carbide. “WC-20CrC-7Ni” represents a cermet composed of 20% by mass of chromium carbide, 7% by mass of nickel, and the balance of tungsten carbide. "-20CrC-12Ni" represents a cermet consisting of 20 wt% chromium carbide, 12 wt% nickel and the balance tungsten carbide, and "WC-20VC-12Ni" represents 20 wt% vanadium carbide and 12 wt% nickel. And WC-12 [Fe-18Cr-10Ni] is an iron-based alloy consisting of 18% by mass of chromium, 10% by mass of nickel, and the balance of iron. It represents a cermet consisting of the remaining tungsten carbide. The chemical composition of each cermet powder was measured using a fluorescent X-ray analyzer “LAB CENTER XRF-1700” manufactured by Shimadzu Corporation.

表2及び表4の“気孔率”欄には、各サーメット粉末の造粒−焼結サーメット粒子中の気孔率を測定した結果を示す。気孔率の測定は、株式会社micromeritics製の水銀圧入式ポロシメーター“AutoPore IV 9500”を用い、水銀接触角130°、表面張力485dynes/cm(0.485N/m)の条件で測定した結果より、50psi(0.034MPa)以上のデータに規定した結果を示す。   The “porosity” column in Tables 2 and 4 shows the results of measuring the porosity in the granulated-sintered cermet particles of each cermet powder. The porosity was measured by using a mercury intrusion porosimeter “AutoPore IV 9500” manufactured by micromeritics Co., Ltd., and the result of measurement under the conditions of a mercury contact angle of 130 ° and a surface tension of 485 dynes / cm (0.485 N / m). The result prescribed | regulated to the data above (0.034MPa) is shown.

表2及び表4の“圧縮強度”欄には、各サーメット粉末の造粒−焼結サーメット粒子の圧縮強度を測定した結果を示す。具体的には、式:σ=2.8×L/π/dに従って算出される造粒−焼結サーメット粒子の圧縮強度σ[単位MPa]の平均値を示す。上式中、Lは臨界荷重[単位N]を表し、dは造粒−焼結サーメット粒子の平均径[単位mm]を表す。臨界荷重は、一定速度で増加する圧縮荷重を圧子で造粒−焼結サーメット粒子に加えたときに、圧子の変位量が急激に増加する時点において造粒−焼結サーメット粒子に加えられた圧縮荷重の大きさである。この臨界荷重の測定には、(株)島津製作所製の微小圧縮試験装置“MCTE−500”を使用した。 In the "compressive strength" column of Tables 2 and 4, the results of measuring the compressive strength of the granulated-sintered cermet particles of each cermet powder are shown. Specifically, the average value of the compressive strength σ [unit MPa] of the granulated-sintered cermet particles calculated according to the formula: σ = 2.8 × L / π / d 2 is shown. In the above formula, L represents the critical load [unit N], and d represents the average diameter [unit mm] of the granulated-sintered cermet particles. The critical load is the compression applied to the granulated-sintered cermet particles when the displacement of the indenter increases rapidly when a compressive load increasing at a constant speed is applied to the granulated-sintered cermet particles with the indenter. The magnitude of the load. For the measurement of the critical load, a micro compression test apparatus “MCTE-500” manufactured by Shimadzu Corporation was used.

表2及び表4の“分散性”欄には、各サーメット粉末の造粒−焼結サーメット粒子中の金属粒子部分の個数平均径を同じ金属粒子部分の体積平均径で除することにより得られる値を示す。金属粒子部分の個数平均径及び体積平均径は、造粒−焼結サーメット粒子の断面を株式会社日立ハイテクノロジーズ製の走査型電子顕微鏡“S−3000N”を用いて観察することにより得られる造粒−焼結サーメット粒子の断面画像から求めた。   The “dispersibility” column in Tables 2 and 4 is obtained by dividing the number average diameter of the metal particle portions in the granulated-sintered cermet particles of each cermet powder by the volume average diameter of the same metal particle portions. Indicates the value. The number average diameter and volume average diameter of the metal particle portions are obtained by observing the cross section of the granulated-sintered cermet particles using a scanning electron microscope “S-3000N” manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation. -It calculated | required from the cross-sectional image of sintered cermet particle | grains.

表2及び表4の“平均粒子径”欄には、各サーメット粉末の平均粒子径(体積平均径)を、(株)堀場製作所製のレーザー回折/散乱式粒度測定機“LA−300”を用いて測定した結果を示す。   In the “average particle diameter” column of Table 2 and Table 4, the average particle diameter (volume average diameter) of each cermet powder is measured using a laser diffraction / scattering particle size measuring instrument “LA-300” manufactured by Horiba, Ltd. The result measured using this is shown.

表2の“付着効率”欄には、各サーメット粉末を溶射したときに1パス当たりに形成される皮膜の厚さに基づいて付着効率を評価した結果を示す。具体的には、1パス当たりに形成される溶射皮膜の厚さが50μm以上であった場合には良(○)、50μm未満であった場合には可(△)、溶射皮膜が形成できなかった場合を不良(×)と評価した。   The column “Adhesion efficiency” in Table 2 shows the results of evaluating the adhesion efficiency based on the thickness of the film formed per pass when each cermet powder is sprayed. Specifically, when the thickness of the sprayed coating formed per pass is 50 μm or more, it is good (◯), and when it is less than 50 μm (△), the sprayed coating cannot be formed. The case was evaluated as bad (x).

表4の“付着効率”欄には、各サーメット粉末を溶射して得られた溶射皮膜の重量を、溶射したサーメット粉末の重量で除することにより得られる値(百分率)である付着効率を評価した結果を示す。具体的には、付着効率が40%以上の場合には良(○)、40%未満であった場合には不良(×)と評価した。   In the "Adhesion efficiency" column of Table 4, the adhesion efficiency, which is a value (percentage) obtained by dividing the weight of the sprayed coating obtained by spraying each cermet powder by the weight of the sprayed cermet powder, is evaluated. The results are shown. Specifically, when the adhesion efficiency was 40% or more, it was evaluated as good (◯), and when it was less than 40%, it was evaluated as defective (×).

表2の“皮膜硬さ”欄には、各サーメット粉末を溶射して得られた皮膜のビッカース硬度に基づいて各皮膜の硬さを評価した結果を示す。具体的に、株式会社島津製作所製の微小硬度測定器HMV−1を用いて測定される皮膜のビッカース硬度が500以上の場合には良(○)、500未満の場合には不良(×)と評価した。   The “film hardness” column of Table 2 shows the results of evaluating the hardness of each film based on the Vickers hardness of the film obtained by spraying each cermet powder. Specifically, when the Vickers hardness of the film measured using the microhardness measuring device HMV-1 manufactured by Shimadzu Corporation is 500 or more, it is good (◯), and when it is less than 500, it is bad (×). evaluated.

表4の“耐摩耗性”欄には、各サーメット粉末を溶射して得られた皮膜の耐アブレーション摩耗性を評価した結果を示す。具体的には、スガ試験機株式会社製のスガ摩耗試験機 NUS-ISO3を用いたJIS H8682-1に準ずる往復運動平面摩耗試験(abrasive wheel wear test)による、実施例4〜8及び比較例6〜10の各サーメット粉末から形成された溶射皮膜の摩耗体積量を、同じ往復運動平面摩耗試験による炭素鋼SS400の摩耗体積量で除することにより得られる値が0.2未満の場合には良(○)、0.2以上の場合には不良(×)と評価した。   The “Abrasion resistance” column of Table 4 shows the results of evaluating the abrasion resistance of the coating obtained by thermal spraying each cermet powder. Specifically, Examples 4 to 8 and Comparative Example 6 by a reciprocating wheel wear test according to JIS H8682-1 using a Suga abrasion tester NUS-ISO3 manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd. When the value obtained by dividing the wear volume of the thermal spray coating formed from each -10 cermet powder by the wear volume of the carbon steel SS400 by the same reciprocating plane wear test is less than 0.2. In the case of (◯) and 0.2 or more, it was evaluated as defective (×).

表2及び表4に示されるように、実施例1〜8のサーメット粉末の場合には、付着効率の評価が良好であった。また、実施例1〜8で得られた溶射皮膜は、皮膜硬さ又は耐摩耗性の評価も良好であった。それに対し、熱伝導率が0.17W/m・K以下である比較例1〜10のサーメット粉末の場合には、高い付着効率を得ることができなかった。   As shown in Tables 2 and 4, in the case of the cermet powders of Examples 1 to 8, the evaluation of the adhesion efficiency was good. Moreover, the thermal spray coating obtained in Examples 1 to 8 also had good evaluation of coating hardness or abrasion resistance. On the other hand, in the case of the cermet powders of Comparative Examples 1 to 10 having a thermal conductivity of 0.17 W / m · K or less, high adhesion efficiency could not be obtained.

最後に、以上の記載から把握できる特許請求の範囲に記載した以外の技術的思想について以下に記載する。
・ 溶射用サーメット粉末中の粒子の気孔率が4.0%以上である請求項1に記載の溶射用サーメット粉末。
Finally, technical ideas other than those described in the claims that can be grasped from the above description will be described below.
The cermet powder for thermal spraying according to claim 1, wherein the porosity of the particles in the cermet powder for thermal spraying is 4.0% or more.

Claims (4)

0.17W/m・K以下の熱伝導率を有することを特徴とする溶射用サーメット粉末。   A cermet powder for thermal spraying having a thermal conductivity of 0.17 W / m · K or less. 造粒−焼結サーメット粒子から構成されている請求項1に記載の溶射用サーメット粉末。   The cermet powder for thermal spraying according to claim 1, comprising granulated-sintered cermet particles. 前記造粒−焼結サーメット粒子の平均一次粒子径が6μm以下である請求項2に記載の溶射用サーメット粉末。   The cermet powder for thermal spraying according to claim 2, wherein the granulated-sintered cermet particles have an average primary particle diameter of 6 μm or less. 前記造粒−焼結サーメット粒子の気孔率が4.0%以上である請求項2又は3に記載の溶射用サーメット粉末。   The cermet powder for thermal spraying according to claim 2 or 3, wherein the porosity of the granulated-sintered cermet particles is 4.0% or more.
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