JP2015143372A - 溶射時の再溶融処理時の湯流れ性を抑えたNi基自溶性合金粉末およびその粉末を用いた耐食性、耐摩耗性に優れた部品 - Google Patents
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Abstract
Description
また、特許文献2は、酸素、Mo量制御による溶射皮膜皮膜の改善が提案されている。しかし、引用文献2のように、Moの多量添加は、コスト、靱性の低下に繋がるという問題がある。
(1)質量%で、C:0.01〜0.9%、Si:3.0〜5.0%、Cr:10〜16.5%、Mo:4.0%以下、Cu:3.0%以下、Fe:15.0%以下、B:2.0〜4.0%、O:50〜500ppmを含有し、残部Ni、不可避的不純物からなり、かつSi/B:1.2〜1.7を満たす、溶射時の再溶融処理時の湯流れ性を抑えたNi基自溶性合金粉末。
(2)質量%で、C:0.01〜0.9%、Si:3.0〜5.0%、Cr:10〜16.5%、Cu:3.0%以下、Fe:15.0%以下、B:2.0〜4.0%、O:50〜500ppmを含有し、残部Ni、不可避的不純物からなり、かつSi/B:1.2〜1.7を満たす、溶射時の再溶融処理時の湯流れ性を抑えたNi基自溶性合金粉末。
(3)上記(1)または(2)に記載の粉末を、溶射法により成膜した皮膜を有する耐食性および/または耐摩耗性に優れた部品にある。
溶射に用いるNi基自溶性合金粉末において、再溶融処理(以下、フュージングと呼ぶ)は、重要な作業である。Si,Bはその脱酸効果により溶融時に皮膜中のO(酸素)と結合して、ガラス皮膜を形成することで、自溶性合金の特徴であるフュージング処理を可能にする。また、Ni基自溶性合金粉末は、粉末自体に酸素(以下、Oと表記)を多く含有すると、フュージング時の脱酸効果でも除去されなかった酸化物が溶射皮膜中に残存し、溶射皮膜自体の耐食性、耐摩耗性に悪影響を与えるため、できるだけ低い方が好ましい。しかしながら、自溶性合金粉末中にOが少なすぎる場合、具体的には500ppm以下の場合、フュージングが困難なる。
C:0.01〜0.9%
Cは、主にCrと結合しCr系炭化物(Cr7 C3 )を形成する。また、Moを含む組成ではCr系炭化物の一部にMoが固溶した複炭化物となる。この複炭化物は硬質であることから、溶射皮膜の硬度、耐摩耗性を向上させる。しかし、その含有量が0.01%未満では炭化物の量が少ないために十分な耐摩耗性が得られない。また、0.9%を超える過度の添加は炭化物が多くなり過ぎて靱性を損なう。したがって、その範囲を0.01〜0.9%とする。
Siは、Bとともに溶射用自溶性合金材料の必須元素であり、再溶融処理時に自溶性を与えるとともに脱酸剤として働く。また、マトリックス中にNi3 Siを形成することにより溶射皮膜の硬さや耐摩耗性を向上させる。しかし、その含有量が3.0%未満では上記特性が十分に得られず、また、5.0%を超えると硬さが高くなりすぎて脆くなるため、その範囲を3.0〜5.0%とする。望ましくは、3.5〜4.5%とする。
Crは、Cと結合して炭化物(Cr7 C3 )を形成し、また、Bと結合して硼化物(CrB)を形成する。また、Moを含む組成では上記の炭化物・硼化物の一部にMoが固溶した複炭化物、複硼化物となる。これらの複炭化物や複硼化物は硬質であることから、溶射皮膜の硬度、耐摩耗性を向上させる。さらに、マトリックス中に固溶したCrは溶射皮膜の耐食性を向上させる。しかし、その含有量は10%未満では複炭化物や複硼化物の形成およびマトリックス中への固溶量が不十分であり、高い耐摩耗性および耐食性が得られず、また、16.5%を超えると靱性の低下が生じるため、その範囲を10〜16.5%とする。
Moは、Crと同様にCと結合して複炭化物を形成し、また、Bと結合して複硼化物を形成することにより耐摩耗性を向上させる元素である。しかし、その含有量は4.0%を超えると靱性の低下を招くため、その範囲を4.0%以下とする。好ましくは3.0%以下とする。
Cuは、Niマトリックス中に固溶して溶射皮膜全体の強度を高め、複炭化物や複硼化物の形成を促し、組成を安定させる元素である。しかし、3.0%を超えると複炭化物や複硼化物の形成作用が大きくなりすぎて溶射皮膜の脆化を招くため、その範囲を3.0%以下とする。
Feは、Niマトリックス中に固溶してCuと同様に溶射皮膜全体の強度を向上させる元素である。しかし、その含有量が15.0%を超えると皮膜硬さが低下し、耐食性および耐摩耗性が劣化するため、その範囲を15.0%以下とする。
Bは、Siと同様、溶射用自溶性合金材料の必須元素であり、再溶融処理時に自溶性を与えるとともに、脱酸剤として働く。また、Cr、Moと結合して複硼化物を形成し、溶射皮膜の硬度、耐摩耗性を向上させる。さらに、マトリックス中では、Ni3 Bを形成し、マトリックス硬度を向上させる。しかし、その含有量が2.0%未満では複硼化物の形成量が少なく、十分な耐摩耗性が得られず、一方、4.0%を超えると複硼化物の形成量が多くなりすぎ、靱性の低下を招くため、その範囲を2.0〜4.0%以下とする。望ましくは、2.5〜3.5%とする。
Oは、再溶融処理(以下、フュージング)時にSi、Bで脱酸され、溶射層の最表面部にガラス皮膜を形成することでフュージング処理を可能とする。その効果から50ppm以上含有しないとフュージング処理が適切にできない。一方で、500ppmを超えると溶射皮膜中に残存酸化物が残留して、靭性、耐食性に悪影響を与えるという問題があるため、これを上限とする。なお、ここで規定する酸素量は、同じ粉末であっても分級粒度によって測定値に変動があるが、溶射に使用する際の粒度(例えば、篩目が125μm以下4545μm以上、53μm以下)に分級された時の酸素値を指すものとする。
Si/B:1.2〜1.7とするのは、本発明の重要部分である。Si、Bは共に、再溶融処理時にO(酸素)と結合して、B2 O3 、SiO2 となり、溶射皮膜中及び基材表面の金属酸化物を溶解し、一種のほうけい酸ガラスとなり、スラグのように溶射皮膜の表面に浮上する。このフラックス作用により、溶射皮膜は酸化物や気孔の極めて少ないものとなるため、Si、Bはフュージングを可能にする重要な元素である。ただし、溶射皮膜中の酸化物低減のためにNi基自溶性合金粉末の含有酸素量を低くした場合、例えば酸素量500ppm以下の場合には、再溶融処理時に固液幅が狭くなり、再溶融処理時の湯流れが激しくなり、再溶融処理が適切にできないといった問題が出る。
表1に示す成分組成になるように配合した原料を高周波誘導真空溶解炉を用いて、真空溶解し、不活性ガスアトマイズ法によって合金粉末を作製した。この合金粉末を機械分級にて篩目が125μmと45μmの篩を用いて125μm以下45μm以上の粉末に分級し、溶射用粉末とした。これらの合金粉末の化学成分を表1に示す。これらの合金粉末を用いてステンレス鋼板上にガスフレーム溶射を行い、次に燃焼炎トーチ(酸素−アセチレンバーナ)により、溶射皮膜を1000℃以上に加熱し、再溶融処理を施して溶射皮膜を形成し、ステンレス鋼板の板面に対して垂直な断面を観察するため皮膜を切断してミクロ組織片を顕微鏡で100倍に拡大して観察した時、観察面の500μm四方の範囲内に存在する酸化物の個数で判断した。その酸化物の個数として、○:20個未満、△:20〜40個未満、×:40個以上で評価した。また、フュージング性は、作業中に皮膜流動及び温度制御の問題の有無で判断した。○:皮膜流動、温度制御の問題なし。×:皮膜流動もしくは温度制御が困難で問題ありで評価した。
特許出願人 山陽特殊製鋼株式会社
代理人 弁理士 椎 名 彊
Claims (3)
- 質量%で、
C:0.01〜0.9%、
Si:3.0〜5.0%、
Cr:10〜16.5%、
Mo:4.0%以下、
Cu:3.0%以下、
Fe:15.0%以下、
B:2.0〜4.0%、
O:50〜500ppm、
を含有し、残部Ni、不可避的不純物からなり、かつSi/B:1.2〜1.7を満たす、溶射時の再溶融処理時の湯流れ性を抑えたNi基自溶性合金粉末。 - 質量%で、
C:0.01〜0.9%、
Si:3.0〜5.0%、
Cr:10〜16.5%、
Cu:3.0%以下、
Fe:15.0%以下、
B:2.0〜4.0%、
O:50〜500ppm、
を含有し、残部Ni、不可避的不純物からなり、かつSi/B:1.2〜1.7を満たす、溶射時の再溶融処理時の湯流れ性を抑えたNi基自溶性合金粉末。 - 請求項1または2に記載の粉末を、溶射法により成膜した皮膜を有する耐食性および/または耐摩耗性に優れた部品。
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