JP2020117805A - Alloy coating and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

To provide an alloy coating consisting of a FeAl intermetallic compound having Cr subjected to solid solution without requiring hot dipping and high temperature and long-time heat treatment when manufactured, and a method for manufacturing the same.SOLUTION: The alloy coating formed on the surface of a base material consists of an intermetallic compound being a FeAl intermetallic compound having Cr subjected to solid solution. The method for manufacturing the alloy coating includes forming the alloy coating consisting of the intermetallic compound being the FeAl intermetallic compound having Cr subjected to solid solution on the surface of a base material, and the alloy coating is formed by forming the FeAl intermetallic compound having Cr subjected to solid solution in the atmosphere, in an inert gas atmosphere or on the base material to solidify the FeAl intermetallic compound on the surface of the base material.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、合金皮膜及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an alloy film and a method for manufacturing the alloy film.

従来、基材である鋼の表面に、純AlやAl−Si合金等を付着させたり、この付着させた金属元素を加熱で拡散させたりする手法は、アルミナイジング処理として知られている。アルミナイジング処理によれば、鋼の表面にアルミニウム皮膜又はアルミニウム合金皮膜が形成されることにより、鋼単体の場合に比較して、耐食性等の特性を向上させることができる。このうち、上記加熱を800℃以上で行う高温アルミナイジング処理を行うと、靱性に富むFe−Al合金皮膜が形成される。 Conventionally, a method of depositing pure Al, an Al-Si alloy, or the like on the surface of steel as a base material, or diffusing the deposited metal element by heating is known as aluminizing treatment. According to the aluminizing treatment, the aluminum film or the aluminum alloy film is formed on the surface of the steel, so that the characteristics such as corrosion resistance can be improved as compared with the case of the steel alone. Among these, when the high-temperature aluminizing treatment in which the heating is performed at 800° C. or higher is performed, a Fe—Al alloy film having high toughness is formed.

Al及びFeの2種、又はAl、Cr及びFeの3種を合金化させると、Fe−Al系、又はFe−Al−Cr系の合金皮膜が得られる。例えば、特許文献1には、Crの含有量が10〜13原子%のCrを固溶するFeAl金属間化合物からなる合金皮膜が開示されている。このCrを固溶するFeAl金属間化合物からなる合金皮膜は、酸、アルカリ、塩に対する耐食性が優れ、靱性及び耐摩耗性に優れる。 By alloying two kinds of Al and Fe, or three kinds of Al, Cr and Fe, an Fe-Al-based or Fe-Al-Cr-based alloy film is obtained. For example, Patent Document 1 discloses an alloy film made of an FeAl intermetallic compound in which Cr having a Cr content of 10 to 13 atomic% is solid-solved. The alloy film made of the FeAl intermetallic compound in which Cr is solid-dissolved has excellent corrosion resistance against acids, alkalis and salts, and has excellent toughness and wear resistance.

特開2012−201893号公報JP2012-201893A

しかしながら、拡散処理は高温で長時間であるため現実性に欠ける。例えば、特許文献1では、Crの含有量が10〜13原子%のCrを固溶するFeAl金属間化合物からなる合金皮膜を製造するために、鋼の表面にAl−Cr合金を溶融めっきした後、これらを1050℃で10時間加熱している。このような拡散処理は量産品の場合は生産能力を著しく下げ、橋脚のような巨大な部材においては巨大な炉を用意する必要が生じるため、いずれにしても現実的でない。また、溶融めっきは高温の溶融金属及び槽を準備せねばならず、やはり効率に欠け、巨大な部材においては現実的でない。 However, since the diffusion process is performed at a high temperature for a long time, it is not practical. For example, in Patent Document 1, after an Al—Cr alloy is hot-dipped on the surface of steel in order to produce an alloy film made of a FeAl intermetallic compound in which a Cr content is 10 to 13 atomic% of Cr, which forms a solid solution with Cr. , These are heated at 1050° C. for 10 hours. Such a diffusion treatment significantly lowers the production capacity in the case of mass-produced products and requires the preparation of a huge furnace for huge members such as bridge piers, which is not practical in any case. Further, hot-dip galvanizing requires preparation of high-temperature molten metal and a bath, which also lacks efficiency and is not practical for a huge member.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものである。本発明は、製造の際に溶融めっきや高温かつ長時間の加熱処理が不要な、Crを固溶するFeAl金属間化合物からなる合金皮膜、及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems. It is an object of the present invention to provide an alloy film made of a FeAl intermetallic compound that forms a solid solution of Cr, which does not require hot dipping or heat treatment at high temperature for a long time during manufacturing, and a manufacturing method thereof.

本発明の第1の態様に係る合金皮膜は、基材の表面に形成される、金属間化合物からなる合金皮膜であって、前記金属間化合物は、Crを固溶するFeAl金属間化合物である。 The alloy film according to the first aspect of the present invention is an alloy film formed on the surface of a base material and made of an intermetallic compound, wherein the intermetallic compound is a FeAl intermetallic compound which forms a solid solution with Cr. ..

本発明の第2の態様に係る合金皮膜の製造方法は、基材の表面に、金属間化合物からなる合金皮膜を形成する合金皮膜の製造方法であって、前記金属間化合物は、Crを固溶するFeAl金属間化合物であり、前記合金皮膜は、大気中、不活性ガス雰囲気中、又は基材上でCrを固溶するFeAl金属間化合物を生成し、前記基材の表面上で固化させることにより形成される。 A method for producing an alloy film according to a second aspect of the present invention is a method for producing an alloy film, which comprises forming an alloy film made of an intermetallic compound on a surface of a base material, wherein the intermetallic compound is solidified with Cr. FeAl intermetallic compound that dissolves, and the alloy film forms an FeAl intermetallic compound that dissolves Cr in the air, in an inert gas atmosphere, or on the substrate and solidifies it on the surface of the substrate. It is formed by

本実施形態に係る合金皮膜によれば、製造の際に溶融めっきや高温かつ長時間の加熱処理が不要な、Crを固溶するFeAl金属間化合物からなる合金皮膜を提供することができる。 According to the alloy film of the present embodiment, it is possible to provide an alloy film made of a FeAl intermetallic compound that forms a solid solution of Cr, which does not require hot dipping or heat treatment at high temperature for a long time during manufacturing.

本実施形態に係る合金皮膜の製造方法によれば、製造の際に溶融めっきや高温かつ長時間の加熱処理が不要な、Crを固溶するFeAl金属間化合物からなる合金皮膜を効率よく製造可能な製造方法を提供することができる。 According to the method for manufacturing an alloy film according to the present embodiment, an alloy film made of a FeAl intermetallic compound that forms a solid solution of Cr, which does not require hot dipping or heat treatment at high temperature for a long time, can be efficiently manufactured. It is possible to provide various manufacturing methods.

実施例で得られた溶接試料の光学写真である。It is an optical photograph of the welding sample obtained in the Example. 試料No.1における、Al、Cr及びFeの原子%の、深さ方向の分布、及び硬さの深さ方向の分布を示すグラフである。Sample No. 3 is a graph showing the distribution in the depth direction and the distribution in the depth direction of the atomic% of Al, Cr, and Fe in FIG. 試料No.1の短手方向(図1の左右方向)に沿った断面の走査型電子顕微鏡写真である。Sample No. 2 is a scanning electron micrograph of a cross section taken along the lateral direction of 1 (left-right direction in FIG. 1). 母材、溶接ビード及び試験片の形状寸法示す図である。It is a figure which shows the base material, a welding bead, and the dimension of a test piece. ビード断面の各種分析結果をまとめた図である。It is a figure which summarized various analysis results of a bead section. 試験片のビード層におけるXRD分析結果を示す図である。It is a figure which shows the XRD analysis result in the bead layer of a test piece.

以下、本発明の実施形態に係る合金皮膜、及び合金皮膜の製造方法について詳細に説明する。 Hereinafter, the alloy film according to the embodiment of the present invention and the method for producing the alloy film will be described in detail.

[合金皮膜]
本実施形態に係る合金皮膜は、基材の表面に形成される、金属間化合物からなる合金皮膜である。なお、上記基材と、この基材の表面に形成される合金皮膜とを備える構成は、合金皮膜基材である。
[Alloy film]
The alloy film according to the present embodiment is an alloy film formed on the surface of the base material and made of an intermetallic compound. In addition, the structure provided with the said base material and the alloy film formed on the surface of this base material is an alloy film base material.

(基材)
合金皮膜は、基材の表面に形成される。基材としては、例えば、鋼又はセラミックスが挙げられる。基材が鋼であると、合金皮膜により鋼に防錆のための表面処理がされる。また、基材がセラミックスであると合金皮膜により、金属コートされる。
(Base material)
The alloy film is formed on the surface of the base material. Examples of the base material include steel and ceramics. When the base material is steel, the alloy coating causes the steel to be surface-treated for rust prevention. When the base material is ceramics, it is metal-coated with an alloy film.

(合金皮膜)
合金皮膜は、金属間化合物からなる。金属間化合物としては、Crを固溶するFeAl金属間化合物が用いられる。金属間化合物は、好ましくは、Alを37〜49原子%、Crを10原子%以上13原子%未満含み、残部がFeの金属間化合物である。金属間化合物が上記組成であると耐食性及び耐摩耗性上が高いため好ましい。なお、金属間化合物は、Feの一部が、Mg、Si、Cu、Mn、Ni及びTiからなる群より選択される1種以上の元素で置換されていてもよい。これらの元素の置換量は、金属間化合物100原子%に対し、Mg、Si、Cu、Mn、Ni及びTiからなる群より選択される1種以上の元素の合計量(置換量)が0.5原子%以下であることが好ましい。なお、金属間化合物のFeの一部がNiのみで置換される場合、Niの置換量は、金属間化合物100原子%に対し7.6原子%以下であることが好ましい。
(Alloy film)
The alloy film is made of an intermetallic compound. As the intermetallic compound, an FeAl intermetallic compound that dissolves Cr in solid solution is used. The intermetallic compound is preferably an intermetallic compound containing 37 to 49 atomic% of Al, 10 atomic% or more and less than 13 atomic% of Cr, and the balance being Fe. The intermetallic compound having the above composition is preferable because it has high corrosion resistance and wear resistance. In the intermetallic compound, part of Fe may be replaced with one or more elements selected from the group consisting of Mg, Si, Cu, Mn, Ni and Ti. With respect to the substitution amount of these elements, the total amount (substitution amount) of one or more elements selected from the group consisting of Mg, Si, Cu, Mn, Ni and Ti is 0. It is preferably 5 atomic% or less. When a part of Fe in the intermetallic compound is replaced with Ni alone, the substitution amount of Ni is preferably 7.6 atom% or less based on 100 atom% of the intermetallic compound.

合金皮膜を構成する金属間化合物は、Alを好ましくは40〜48原子%、より好ましくは43〜47原子%含む。金属間化合物中のAlの含有量が上記範囲内にあると、合金皮膜中のFeAl金属間化合物含有率が高まり耐摩耗性が向上するため好ましい。 The intermetallic compound forming the alloy film preferably contains Al in an amount of 40 to 48 atom %, and more preferably 43 to 47 atom %. When the content of Al in the intermetallic compound is within the above range, the FeAl intermetallic compound content in the alloy film is increased, and the wear resistance is improved, which is preferable.

上記金属間化合物は、Crを好ましくは10.5原子%以上13原子%未満、より好ましくは12原子%以上13原子%未満含む。金属間化合物中のCrの含有量が上記範囲内にあると、合金皮膜の耐食性が向上するため好ましい。 The intermetallic compound preferably contains Cr in an amount of 10.5 atomic% or more and less than 13 atomic %, more preferably 12 atomic% or more and less than 13 atomic %. When the content of Cr in the intermetallic compound is within the above range, the corrosion resistance of the alloy film is improved, which is preferable.

合金皮膜の表面が平滑であるとクラックや応力集中の起点にならないため好ましい。 If the surface of the alloy film is smooth, it does not become a starting point for cracks or stress concentration, which is preferable.

(合金皮膜の効果)
本実施形態に係る合金皮膜は、耐摩耗性、耐食性が高い。本実施形態に係る合金皮膜は、これらの性質により、合金皮膜を以下に示す合金皮膜の製造方法により製造した場合に、合金組成をコントロールしやすい。
(Effect of alloy film)
The alloy film according to the present embodiment has high wear resistance and corrosion resistance. Due to these properties, the alloy film according to the present embodiment can easily control the alloy composition when the alloy film is manufactured by the method for manufacturing an alloy film described below.

本実施形態に係る合金皮膜は、例えば、以下に示す合金皮膜の製造方法により製造することができる。 The alloy film according to the present embodiment can be manufactured by, for example, the following method for manufacturing an alloy film.

[合金皮膜の製造方法]
本実施形態に係る合金皮膜の製造方法は、上記本実施形態に係る合金皮膜を製造する製造方法である。具体的には、本実施形態に係る合金皮膜の製造方法は、基材の表面に、金属間化合物からなる合金皮膜を作製する合金皮膜の製造方法であって、前記金属間化合物は、Crを固溶するFeAl金属間化合物である。金属間化合物は、好ましくは、Alを37〜49原子%、Crを10原子%以上13原子%未満含み、残部がFeの金属間化合物である。金属間化合物が上記組成であると耐食性,耐摩耗性が向上するため好ましい。
[Production method of alloy film]
The method for manufacturing the alloy film according to the present embodiment is a method for manufacturing the alloy film according to the present embodiment. Specifically, the method for producing an alloy film according to the present embodiment is a method for producing an alloy film comprising an intermetallic compound on the surface of a substrate, wherein the intermetallic compound is Cr. FeAl is an intermetallic compound that forms a solid solution. The intermetallic compound is preferably an intermetallic compound containing 37 to 49 atomic% of Al, 10 atomic% or more and less than 13 atomic% of Cr, and the balance being Fe. When the intermetallic compound has the above composition, corrosion resistance and wear resistance are improved, which is preferable.

本実施形態に係る合金皮膜の製造方法では、合金皮膜は、大気中、不活性ガス雰囲気中、又は基材上でCrを固溶するFeAl金属間化合物を生成し、得られた合金を前記基材の表面上で固化させることにより形成される。得られた合金を前記基材の表面上で固化させる方法としては、溶射、焼結、溶融、肉盛溶接、溶接等が用いられる。 In the method for producing an alloy film according to the present embodiment, the alloy film forms an FeAl intermetallic compound that forms a solid solution of Cr in the air, an inert gas atmosphere, or a base material, and the obtained alloy is used as a base material. It is formed by solidifying on the surface of the material. As a method for solidifying the obtained alloy on the surface of the base material, thermal spraying, sintering, melting, overlay welding, welding or the like is used.

(溶射)
溶射は、Al、Cr及びFeを含む原料を、基材の表面に溶射する方法であり、めっきや物理的蒸着等と比較して、高速成膜や大面積施行を容易に行える利点がある。
(Spraying)
The thermal spraying is a method of spraying a raw material containing Al, Cr and Fe onto the surface of the base material, and has an advantage that high-speed film formation and large-area operation can be easily performed as compared with plating, physical vapor deposition and the like.

<基材>
溶射で用いられる基材は、実施形態に係る合金皮膜、で用いられる基材と同じである。このため、基材についての説明を省略する。
<Substrate>
The base material used for thermal spraying is the same as the base material used for the alloy coating according to the embodiment. Therefore, the description of the base material is omitted.

<原料>
溶射で用いられる原料としては、Al、Cr及びFeを含む原料が用いられる。原料としては、例えば、Cr粉末、Fe粉末及びAl粉末を含む混合粉末が用いられる。この混合粉末は、上記Crを固溶するFeAl金属間化合物を生成可能な配合量でCr、Fe及びAlを含むことが好ましい。混合粉末は、Alを37〜49原子%、Crを10原子%以上13原子%未満含み、残部がFeの金属間化合物を生成可能な配合量であることが好ましい。
<raw material>
As a raw material used in the thermal spraying, a raw material containing Al, Cr and Fe is used. As the raw material, for example, a mixed powder containing Cr powder, Fe powder and Al powder is used. It is preferable that this mixed powder contains Cr, Fe, and Al in a compounding amount capable of forming the FeAl intermetallic compound that forms a solid solution with Cr. The mixed powder preferably contains Al in an amount of 37 to 49 atomic% and Cr in an amount of 10 atomic% or more and less than 13 atomic %, with the balance being an amount capable of producing an intermetallic compound of Fe.

なお、上記混合粉末は、Mg、Si、Cu、Mn、Ni及びTiからなる群より選択される1種以上の元素の粉末を含んでいてもよい。これらの元素は、目的とする金属間化合物100原子%に対し、Mg、Si、Cu、Mn、Ni及びTiからなる群より選択される1種以上の元素の合計量が0.5原子%以下になる量で含まれることが好ましい。なお、上記混合粉末がAl、Cr及びFeに加えてNi粉末のみを含む場合、Ni粉末は、目的とする金属間化合物100原子%に対し、Niの置換量が7.6原子%以下になる量で含まれることが好ましい。 The mixed powder may contain powder of one or more elements selected from the group consisting of Mg, Si, Cu, Mn, Ni and Ti. For these elements, the total amount of one or more elements selected from the group consisting of Mg, Si, Cu, Mn, Ni, and Ti is 0.5 atomic% or less based on 100 atomic% of the target intermetallic compound. It is preferable that it is contained in an amount. When the mixed powder contains only Ni powder in addition to Al, Cr, and Fe, the Ni powder has a substitution amount of Ni of 7.6 atom% or less with respect to 100 atom% of the target intermetallic compound. It is preferably contained in an amount.

溶射では、溶射の際に原料中のAl、Cr及びFeがCrを固溶するFeAl金属間化合物を生成し、この合金を基材の表面上で固化させることにより、合金皮膜が得られる。 In thermal spraying, Al, Cr, and Fe in the raw material produce a FeAl intermetallic compound in which Cr forms a solid solution during thermal spraying, and the alloy is solidified on the surface of the base material to obtain an alloy film.

溶射の方法としては、例えば、プラズマ溶射を用いる方法が挙げられる。プラズマ溶射は、高融点の材料粉末も溶融加速することができ、溶射粒子の飛行速度も速く、良好な膜質が得られるため好ましい。なお、Alの比重は、FeやCrの半分程度である。原料として、Al粉末、Fe粉末及びCr粉末の混合粉末を用いて溶射する場合、溶射装置の振動により、混合粉末中の金属粉末が分離せず均一な混合が維持されるように溶射する。 Examples of the thermal spraying method include a method using plasma spraying. Plasma spraying is preferable because it is possible to melt and accelerate a material powder having a high melting point, the flight speed of sprayed particles is high, and a good film quality can be obtained. The specific gravity of Al is about half that of Fe and Cr. When spraying a mixed powder of Al powder, Fe powder, and Cr powder as a raw material, the metal powder in the mixed powder is not separated due to vibration of the spraying device, so that uniform mixing is maintained.

(焼結)
焼結は、Al、Cr及びFeを含む原料を用い、Crを固溶するFeAl金属間化合物を基材の表面に焼結する方法であり、溶融めっきや高温拡散等と比較して、大面積の施工を容易に行える施工方法である。
(Sintering)
Sintering is a method in which a raw material containing Al, Cr and Fe is used to sinter an FeAl intermetallic compound in which Cr is solid-solved on the surface of a base material, and has a large area compared to hot dipping or high temperature diffusion. It is a construction method that can be easily constructed.

<基材>
焼結で用いられる基材としては、上記溶射で用いられる基材と同様のものが用いられる。
<Substrate>
As the base material used in sintering, the same base material as used in the thermal spraying is used.

<原料>
焼結で用いられる原料としては、上記溶射で用いられる原料と同様のものが用いられる。具体的には、原料としては、例えば、Cr粉末、Fe粉末及びAl粉末を含む混合粉末が用いられる。この混合粉末は、上記Crを固溶するFeAl金属間化合物を生成可能な配合量でCr、Fe及びAlを含むことが好ましい。混合粉末は、Alを37〜49原子%、Crを10原子%以上13原子%未満含み、残部がFeの金属間化合物を生成可能な配合量であることが好ましい。
<raw material>
As the raw material used for sintering, the same raw material used for the thermal spraying is used. Specifically, as the raw material, for example, a mixed powder containing Cr powder, Fe powder and Al powder is used. It is preferable that this mixed powder contains Cr, Fe, and Al in a compounding amount capable of forming the FeAl intermetallic compound that forms a solid solution with Cr. The mixed powder preferably contains Al in an amount of 37 to 49 atomic% and Cr in an amount of 10 atomic% or more and less than 13 atomic %, with the balance being an amount capable of producing an intermetallic compound of Fe.

なお、上記混合粉末は、Mg、Si、Cu、Mn、Ni及びTiからなる群より選択される1種以上の元素の粉末を含んでいてもよい。これらの元素は、目的とする金属間化合物100原子%に対し、Mg、Si、Cu、Mn、Ni及びTiからなる群より選択される1種以上の元素の合計量が0.5原子%以下になる量で含まれることが好ましい。なお、上記混合粉末がAl、Cr及びFeに加えてNi粉末のみを含む場合、Ni粉末は、目的とする金属間化合物100原子%に対し、Niの置換量が7.6原子%以下になる量で含まれることが好ましい。 The mixed powder may contain powder of one or more elements selected from the group consisting of Mg, Si, Cu, Mn, Ni and Ti. For these elements, the total amount of one or more elements selected from the group consisting of Mg, Si, Cu, Mn, Ni, and Ti is 0.5 atomic% or less based on 100 atomic% of the target intermetallic compound. It is preferable that it is contained in an amount. When the mixed powder contains only Ni powder in addition to Al, Cr, and Fe, the Ni powder has a substitution amount of Ni of 7.6 atom% or less with respect to 100 atom% of the target intermetallic compound. It is preferably contained in an amount.

上記混合粉末は、例えば、金属3Dプリンタと同様の原理を用い、混合粉末を基材上に供給することにより焼結させることができる。 The mixed powder can be sintered by supplying the mixed powder onto a base material, for example, using the same principle as that of a metal 3D printer.

なお、金属3Dプリンタを用いない場合は、原料として、上記混合粉末とグリセリン等とを混合したペーストを用いることが好ましい。原料としてペーストを用いる場合、ペーストを基材上に塗布してから、例えば、レーザ焼結することにより焼結させることができる。 When a metal 3D printer is not used, it is preferable to use a paste obtained by mixing the above-mentioned mixed powder with glycerin as a raw material. When a paste is used as a raw material, the paste can be applied to the base material and then sintered, for example, by laser sintering.

焼結では、焼結の際に原料中のAl、Cr及びFeがCrを固溶するFeAl金属間化合物を生成し、この合金を基材の表面上で固化させることにより、合金皮膜が得られる。 In the sintering, an alloy film is obtained by forming an FeAl intermetallic compound in which Al, Cr and Fe in the raw material dissolve Cr in the sintering and solidifying this alloy on the surface of the base material. ..

焼結の方法としては、例えば、レーザ焼結が用いられる。レーザ焼結は、レーザのパワー密度の詳細な調整ができるため好ましい。 As a sintering method, for example, laser sintering is used. Laser sintering is preferable because the power density of the laser can be adjusted in detail.

なお、Alの比重は、FeやCrの半分程度である。原料として、Al粉末、Fe粉末及びCr粉末の混合粉末を用いて焼結する場合、焼結装置等の振動により、混合粉末中の金属粉末が分離せず均一な混合が維持されるように焼結することが好ましい。混合粉末中の金属粉末が分離せず均一な混合が維持されるように焼結するための原料としては、上記混合粉末とグリセリン等とを混合したペーストを用いることが好ましい。 The specific gravity of Al is about half that of Fe and Cr. When sintering is performed using a mixed powder of Al powder, Fe powder and Cr powder as a raw material, the metal powder in the mixed powder is not separated due to vibration of the sintering device or the like, and is burned so that uniform mixing is maintained. It is preferable to tie it. As a raw material for sintering so that the metal powder in the mixed powder is not separated and the uniform mixing is maintained, it is preferable to use a paste obtained by mixing the mixed powder and glycerin or the like.

すなわち、Al、Cr及びFeを含む原料のペーストを基材の表面に塗布した後、焼結させることが好ましい。このペーストを塗布した後、焼結させる方法によれば、混合粉末中の粉末の比重差により、供給時や機械運転時に粉末が分離することを防止することができる。 That is, it is preferable that the raw material paste containing Al, Cr and Fe is applied to the surface of the base material and then sintered. According to the method of applying this paste and then sintering it, it is possible to prevent the powder from separating during the supply or the machine operation due to the difference in the specific gravity of the powder in the mixed powder.

(溶融)
溶融は、Al、Cr及びFeを含む原料を用い、Crを固溶するFeAl金属間化合物を基材の表面に溶融する方法であり、溶融めっきや高温拡散等に比較して大面積の施工を容易に行える施工方法である。
(Melting)
Melting is a method in which a raw material containing Al, Cr and Fe is used to melt an FeAl intermetallic compound that forms a solid solution of Cr on the surface of a base material. This is an easy construction method.

<基材>
溶融で用いられる基材としては、上記溶射で用いられる基材と同様のものが用いられる。
<Substrate>
As the base material used for melting, the same base material as used for the thermal spraying is used.

<原料>
溶融で用いられる原料としては、上記溶射で用いられる原料と同様のものが用いられる。具体的には、原料としては、例えば、Cr粉末、Fe粉末及びAl粉末を含む混合粉末が用いられる。この混合粉末は、上記Crを固溶するFeAl金属間化合物を生成可能な配合量でCr、Fe及びAlを含むことが好ましい。混合粉末は、Alを37〜49原子%、Crを10原子%以上13原子%未満含み、残部がFeの金属間化合物を生成可能な配合量であることが好ましい。
<raw material>
As the raw material used for melting, the same raw material used for the thermal spraying is used. Specifically, as the raw material, for example, a mixed powder containing Cr powder, Fe powder and Al powder is used. It is preferable that this mixed powder contains Cr, Fe, and Al in a compounding amount capable of forming the FeAl intermetallic compound that forms a solid solution with Cr. The mixed powder preferably contains Al in an amount of 37 to 49 atomic% and Cr in an amount of 10 atomic% or more and less than 13 atomic %, with the balance being an amount capable of producing an intermetallic compound of Fe.

なお、上記混合粉末は、Mg、Si、Cu、Mn、Ni及びTiからなる群より選択される1種以上の元素の粉末を含んでいてもよい。これらの元素は、目的とする金属間化合物100原子%に対し、Mg、Si、Cu、Mn、Ni及びTiからなる群より選択される1種以上の元素の合計量が0.5原子%以下になる量で含まれることが好ましい。なお、上記混合粉末がAl、Cr及びFeに加えてNi粉末のみを含む場合、Ni粉末は、目的とする金属間化合物100原子%に対し、Niの置換量が7.6原子%以下になる量で含まれることが好ましい。 The mixed powder may contain powder of one or more elements selected from the group consisting of Mg, Si, Cu, Mn, Ni and Ti. For these elements, the total amount of one or more elements selected from the group consisting of Mg, Si, Cu, Mn, Ni, and Ti is 0.5 atomic% or less based on 100 atomic% of the target intermetallic compound. It is preferable that it is contained in an amount. When the mixed powder contains only Ni powder in addition to Al, Cr, and Fe, the Ni powder has a substitution amount of Ni of 7.6 atom% or less with respect to 100 atom% of the target intermetallic compound. It is preferably contained in an amount.

上記混合粉末は、例えば、金属3Dプリンタと同様の原理を用い、混合粉末を基材上に供給することにより溶融させることができる。 The mixed powder can be melted by supplying the mixed powder onto a substrate, for example, using the same principle as that of a metal 3D printer.

なお、金属3Dプリンタを用いない場合は、原料として、上記混合粉末とグリセリン等とを混合したペーストを用いることが好ましい。原料としてペーストを用いる場合、ペーストを基材上に塗布してから、例えば、レーザ溶融することにより溶融させることができる。 When a metal 3D printer is not used, it is preferable to use a paste obtained by mixing the above-mentioned mixed powder with glycerin as a raw material. When a paste is used as a raw material, it can be melted by, for example, laser melting after coating the paste on the base material.

溶融では、溶融の際に原料中のAl、Cr及びFeがCrを固溶するFeAl金属間化合物を生成し、この合金を基材の表面上で固化させることにより、合金皮膜が得られる。 In melting, an alloy film is obtained by forming a FeAl intermetallic compound in which Al, Cr, and Fe in the raw material dissolve in Cr during melting and solidifying this alloy on the surface of the base material.

溶融の方法としては、例えば、レーザ溶融が用いられる。レーザ溶融は、レーザのパワー密度の詳細な調整ができるため好ましい。 As a melting method, for example, laser melting is used. Laser melting is preferable because the laser power density can be adjusted in detail.

なお、Alの比重は、FeやCrの半分程度である。原料として、Al粉末、Fe粉末及びCr粉末の混合粉末を用いて溶融する場合、溶融装置等の振動により、混合粉末中の金属粉末が分離せず均一な混合が維持されるように溶融することが好ましい。混合粉末中の金属粉末が分離せず均一な混合が維持されるように溶融するための原料としては、上記混合粉末とグリセリン等とを混合したペーストを用いることが好ましい。 The specific gravity of Al is about half that of Fe and Cr. When melting using a mixed powder of Al powder, Fe powder and Cr powder as a raw material, the metal powder in the mixed powder should not be separated due to vibration of the melting device, etc., so that uniform mixing is maintained. Is preferred. As a raw material for melting the metal powder in the mixed powder so as not to separate and maintain uniform mixing, it is preferable to use a paste obtained by mixing the mixed powder with glycerin or the like.

すなわち、Al、Cr及びFeを含む原料のペーストを基材の表面に塗布した後、溶融させることが好ましい。このペーストを塗布した後、溶融させる方法によれば、混合粉末中の粉末の比重差により、供給時や機械運転時に粉末が分離することを防止することができる。 That is, it is preferable that the raw material paste containing Al, Cr and Fe is applied to the surface of the base material and then melted. According to the method of applying the paste and then melting the paste, it is possible to prevent the powder from separating during the supply or the machine operation due to the difference in the specific gravity of the powder in the mixed powder.

(肉盛溶接)
肉盛溶接は、Al、Cr及びFeを含む原料を用い、Crを固溶するFeAl金属間化合物を基材の表面に肉盛溶接する方法であり、溶融めっきや高温拡散などと比較して、大面積施行を容易に行える利点がある。
(Overlay welding)
The overlay welding is a method of overlaying a FeAl intermetallic compound that dissolves Cr in a solid solution on the surface of a base material by using a raw material containing Al, Cr and Fe, and compares it with hot dipping or high temperature diffusion. There is an advantage that large area can be implemented easily.

<基材>
肉盛溶接で用いられる基材としては、上記溶射で用いられる基材と同様のものが用いられる。
<Substrate>
As the base material used in the overlay welding, the same base material as that used in the thermal spraying is used.

<原料>
肉盛溶接で用いられる原料としては、上記溶射で用いられる原料と同様のものが用いられる。具体的には、原料としては、例えば、Cr粉末、Fe粉末及びAl粉末を含む混合粉末が用いられる。この混合粉末は、上記Crを固溶するFeAl金属間化合物を生成可能な配合量でCr、Fe及びAlを含むことが好ましい。混合粉末は、Alを37〜49原子%、Crを10原子%以上13原子%未満含み、残部がFeの金属間化合物を生成可能な配合量であることが好ましい。
<raw material>
As the raw material used in the overlay welding, the same raw material used in the thermal spraying is used. Specifically, as the raw material, for example, a mixed powder containing Cr powder, Fe powder and Al powder is used. It is preferable that this mixed powder contains Cr, Fe, and Al in a compounding amount capable of forming the FeAl intermetallic compound that forms a solid solution with Cr. The mixed powder preferably contains Al in an amount of 37 to 49 atomic %, Cr in an amount of 10 atomic% or more and less than 13 atomic %, and the balance being an amount capable of forming an intermetallic compound of Fe.

なお、上記混合粉末は、Mg、Si、Cu、Mn、Ni及びTiからなる群より選択される1種以上の元素の粉末を含んでいてもよい。これらの元素は、目的とする金属間化合物100原子%に対し、Mg、Si、Cu、Mn、Ni及びTiからなる群より選択される1種以上の元素の合計量が0.5原子%以下になる量で含まれることが好ましい。なお、上記混合粉末がAl、Cr及びFeに加えてNi粉末のみを含む場合、Ni粉末は、目的とする金属間化合物100原子%に対し、Niの置換量が7.6原子%以下になる量で含まれることが好ましい。 The mixed powder may contain powder of one or more elements selected from the group consisting of Mg, Si, Cu, Mn, Ni and Ti. For these elements, the total amount of one or more elements selected from the group consisting of Mg, Si, Cu, Mn, Ni, and Ti is 0.5 atomic% or less based on 100 atomic% of the target intermetallic compound. It is preferable that it is contained in an amount. When the mixed powder contains only Ni powder in addition to Al, Cr, and Fe, the Ni powder has a substitution amount of Ni of 7.6 atom% or less with respect to 100 atom% of the target intermetallic compound. It is preferably contained in an amount.

上記混合粉末は、例えば、上記混合粉末を基材上に供給することにより肉盛溶接させることができる。 The mixed powder can be overlay welded by, for example, supplying the mixed powder onto a base material.

なお、上記混合粉末を基材上に供給する肉盛溶接装置を用いない場合は、原料として、上記混合粉末とグリセリン等とを混合しペーストを用いることが好ましい。原料としてペーストを用いる場合、ペーストを基材上に塗布してから、例えば、レーザ肉盛溶接することにより肉盛溶接させることができる。 In addition, when the overlay welding apparatus that supplies the mixed powder onto the base material is not used, it is preferable to use a paste by mixing the mixed powder with glycerin or the like as a raw material. When a paste is used as a raw material, it is possible to carry out overlay welding by, for example, laser overlay welding after applying the paste onto the base material.

肉盛溶接では、肉盛溶接の際に原料中のAl、Cr及びFeがCrを固溶するFeAl金属間化合物を生成し、この合金を基材の表面上で固化させることにより、合金皮膜が得られる。 In overlay welding, Al, Cr, and Fe in the raw material produce an FeAl intermetallic compound in which Cr forms a solid solution during overlay welding, and the alloy film is solidified by solidifying this alloy on the surface of the base material. can get.

肉盛溶接の方法としては、例えば、レーザ肉盛溶接が用いられる。レーザ肉盛溶接は、レーザのパワー密度の詳細な調整ができるため好ましい。肉盛溶接の具体的な条件としては、例えば、レーザのパワー密度93.3〜103.3W/mm、レーザ送り速度0.01m/s以上、粉体供給量6.1〜8.3g/sが挙げられる。 As a method of overlay welding, for example, laser overlay welding is used. Laser overlay welding is preferable because the power density of the laser can be adjusted in detail. As specific conditions for overlay welding, for example, laser power density 93.3 to 103.3 W/mm 2 , laser feed speed 0.01 m/s or more, powder supply amount 6.1 to 8.3 g/ s.

なお、Alの比重は、FeやCrの半分程度である。原料として、Al粉末、Fe粉末及びCr粉末の混合粉末を用いて肉盛溶接する場合、肉盛溶接装置等の振動により、混合粉末中の金属粉末が分離せず均一な混合が維持されるように肉盛溶接することが好ましい。混合粉末中の金属粉末が分離せず均一な混合が維持されるように肉盛溶接するための原料としては、上記混合粉末とグリセリン等とを混合したペーストを用いることが好ましい。 The specific gravity of Al is about half that of Fe and Cr. When overlay welding is performed using a mixed powder of Al powder, Fe powder, and Cr powder as a raw material, the metal powder in the mixed powder is not separated due to vibration of the overlay welding device so that uniform mixing is maintained. It is preferable to perform overlay welding. As a raw material for overlay welding so that the metal powder in the mixed powder is not separated and the uniform mixing is maintained, it is preferable to use a paste obtained by mixing the mixed powder and glycerin or the like.

すなわち、Al、Cr及びFeを含む原料のペーストを基材の表面に塗布した後、肉盛溶接させることが好ましい。このペーストを塗布した後、肉盛溶接させる方法によれば、混合粉末中の粉末の比重差により、供給時や機械運転時に粉末が分離することを防止することができる。 That is, it is preferable that the raw material paste containing Al, Cr and Fe is applied to the surface of the base material and then the overlay welding is performed. According to the method of overlay welding after applying this paste, it is possible to prevent the powder from separating during the supply or the machine operation due to the difference in the specific gravity of the powder in the mixed powder.

(合金皮膜の製造方法の効果)
本実施形態に係る合金皮膜の製造方法では、大気中、不活性ガス雰囲気中、又は基材上でCrを固溶するFeAl金属間化合物を生成し、この合金を基材の表面上で固化させることにより、Crを固溶するFeAl金属間化合物からなる合金皮膜を形成する。このため、本実施形態に係る合金皮膜の製造方法によれば、製造の際に溶融めっきや高温かつ長時間の加熱処理が不要であり、容易かつ迅速にCrを固溶するFeAl金属間化合物からなる合金皮膜を製造することができる。
(Effects of alloy film manufacturing method)
In the method for manufacturing an alloy film according to the present embodiment, an FeAl intermetallic compound that dissolves Cr in the air, in an inert gas atmosphere, or on a base material is generated, and this alloy is solidified on the surface of the base material. As a result, an alloy film made of an FeAl intermetallic compound that forms a solid solution with Cr is formed. Therefore, according to the method for producing an alloy film according to the present embodiment, there is no need for hot dipping or heat treatment at high temperature for a long time at the time of production. Can be produced.

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

[実施例1]
43原子%Fe、45原子%Al、12原子%Crの混合粉末を、クロムモリブデン鋼(SCM440)上にレーザ肉盛溶接した。この際、レーザ出力密度は79.5〜103.3W/mmの範囲で変えた。レーザ出力密度を上記範囲内で変えて得られた溶接試料を、図1に試料No.1〜No.9として示す。なお、試料No.1は、レーザ出力密度103.3W/mmの溶接試料である。試料No.1はその短手方向(図1の左右方向)に沿った断面の表面が弧状になるように、クロムモリブデン鋼の表面に肉盛されている。
[Example 1]
A mixed powder of 43 atomic% Fe, 45 atomic% Al, and 12 atomic% Cr was laser overlay welded onto chrome molybdenum steel (SCM440). At this time, the laser power density was changed within the range of 79.5 to 103.3 W/mm 2 . Welded samples obtained by changing the laser power density within the above range are shown in FIG. 1-No. Shown as 9. Sample No. No. 1 is a welded sample having a laser power density of 103.3 W/mm 2 . Sample No. No. 1 is built up on the surface of chrome molybdenum steel so that the surface of the cross section along the lateral direction (the left-right direction in FIG. 1) is arcuate.

試料No.1につき、エネルギー分散型X線分析(EDS)装置を用いて試料中のAl、Cr及びFeの含有率を測定した。結果を図2に示す。図2は、試料No.1における、Al、Cr及びFeの原子%の、深さ方向の分布、及び硬さの深さ方向の分布を示すグラフである。横軸は溶接ビード表面からの深さを示す。左縦軸はエネルギー分散型X線分析(EDS)装置で測定した試料の元素の原子%を示す。図2中、Al、Cr、Feの含有率を、それぞれ●、□及び△プロットとして示す。右縦軸はマイクロビッカース硬度計で測定した試料の硬さを示す。図2中、試料の硬さを◆プロットとして示す。 Sample No. For 1, the content of Al, Cr and Fe in the sample was measured using an energy dispersive X-ray analyzer (EDS). The results are shown in Figure 2. 2 shows the sample No. 3 is a graph showing the distribution of the atomic percentages of Al, Cr, and Fe in No. 1 in the depth direction and the distribution of hardness in the depth direction. The horizontal axis represents the depth from the surface of the weld bead. The left vertical axis shows the atomic% of the element of the sample measured by the energy dispersive X-ray analysis (EDS) apparatus. In FIG. 2, the contents of Al, Cr and Fe are shown as ●, □ and Δ plots, respectively. The vertical axis on the right shows the hardness of the sample measured by a micro Vickers hardness meter. In FIG. 2, the hardness of the sample is shown as a ♦ plot.

図2より、試料No.1では、肉盛溶接試料の溶接表面から500μmの硬度が概ね400〜500HVでありCrを固溶するFeAlの硬度に一致していることが分かった。また、試料No.1の構成原子の比率は、Crを固溶するFeAlの構成原子の比率に合致していることが分かった。 As shown in FIG. In No. 1, it was found that the hardness of 500 μm from the weld surface of the overlay welded sample was approximately 400 to 500 HV, which was in agreement with the hardness of FeAl that forms a solid solution with Cr. In addition, the sample No. It was found that the ratio of the constituent atoms of 1 was in agreement with the ratio of the constituent atoms of FeAl which solid-solved Cr.

図3は、試料No.1の短手方向(図1の左右方向)に沿った断面の走査型電子顕微鏡写真である。図3の左側にある弧状部は、図1に示される肉盛された試料No.1の表面である。なお、図3中に示す破線は、図2に示した、Al、Cr及びFeの原子%の、深さ方向の分布の測定位置を示す。 3 shows the sample No. 2 is a scanning electron micrograph of a cross section taken along the lateral direction of 1 (left-right direction in FIG. 1). The arcuate portion on the left side of FIG. 3 is the hardened sample No. 1 shown in FIG. 1 surface. In addition, the broken line shown in FIG. 3 shows the measurement position of the distribution in the depth direction of atomic% of Al, Cr, and Fe shown in FIG.

図3より、試料No.1は、図3の左側から、溶接ビード層(第一層)、溶接によって熱影響を受けた第二層、及び基材(第三層)の三層構造になっていることが分かった。また、溶接ビード層は、図2の結果と対比したところ、Crを固溶するFeAlになっていることが分かった。なお、肉盛溶接の場合、条件を誤ると第一層が割れることが多いが、試料No.1では第一層は割れておらず健全な皮膜が形成されていることが分かった。これは、図2の結果より、第一層が、靭性に優れるFeリッチなFeAl(Cr)になっているためと考えられる。 As shown in FIG. It was found from the left side of FIG. 3 that No. 1 has a three-layer structure of a weld bead layer (first layer), a second layer thermally affected by welding, and a base material (third layer). In addition, it was found that the weld bead layer was FeAl which solid-solved Cr when compared with the result of FIG. In addition, in the case of overlay welding, the first layer is often cracked if the conditions are incorrect. In No. 1, it was found that the first layer was not cracked and a sound film was formed. It is considered that this is because the first layer is made of Fe-rich FeAl(Cr) having excellent toughness based on the result of FIG.

[実施例2]
(試験片及び実験方法)
図4は、母材、溶接ビード及び試験片の形状寸法示す図である。図4左上に示す10×50×100mmの板材が母材であるSCM440鋼である。レーザの出力密度や粉体供給量を変えつつ、図4左上に示す様に、10mm間隔で母材上に溶接ビードを形成するように肉盛溶接を行った。レーザ出力を1.5kW、送り速度を1cm/sに固定し、レーザスポット直径を4.300から4.900mmまで、粉体供給量は6.1及び8.1g/sと変化させ、9種類のビードを母材上に形成した。レーザスポット直径を変化させたのは、それによって単位面積当たりのレーザ光強度(以降 レーザ出力密度)を変化させるためである。
図4左上に示したような9本のビード形成後、ビード断面の硬さ試験、顕微鏡(以降 SEM)観察、エネルギー分散型X線分析(Energy dispersive X−ray spectroscopy:以降EDS分析)及びX線回折(X−ray diffraction:以降XRD)分析を行う。そのため、図4下部に示す4×5×10mm形状の試験片を、各ビードの中央から放電加工により切り出した。図4下部のハッチングで示すビードの断面を各種分析に供するために、図4下部に示した試験片をエポキシ樹脂で包埋した。そして放電加工による加工変質層を除去するためにハッチング部を含む試験片表面を40μmサンディングし、各種分析に適すようポリッシュ仕上げを行った。硬さ試験はマイクロビッカース硬さ試験機を用い、作用荷重を0.245N、荷重勾配を0.04N/s、荷重保持時間を30秒で行った。
[Example 2]
(Test piece and experimental method)
FIG. 4 is a diagram showing the shape and dimensions of the base material, the weld bead and the test piece. A plate material of 10×50×100 mm shown in the upper left of FIG. 4 is SCM440 steel as a base material. As shown in the upper left of FIG. 4, overlay welding was performed so as to form weld beads on the base metal at 10 mm intervals while changing the laser output density and the powder supply amount. Laser output was fixed at 1.5 kW, feed rate was fixed at 1 cm/s, laser spot diameter was changed from 4.300 to 4.900 mm, powder feed rate was changed to 6.1 and 8.1 g/s, and 9 types were selected. Beads were formed on the base material. The reason for changing the laser spot diameter is to change the laser light intensity per unit area (hereinafter referred to as laser power density).
After forming 9 beads as shown in the upper left of FIG. 4, hardness test of bead cross section, microscope (hereinafter SEM) observation, energy dispersive X-ray analysis (hereinafter, EDS analysis) and X-ray Diffraction (X-ray diffraction: hereinafter XRD) analysis is performed. Therefore, a 4×5×10 mm test piece shown in the lower part of FIG. 4 was cut out from the center of each bead by electrical discharge machining. The test piece shown in the lower part of FIG. 4 was embedded in an epoxy resin in order to use the cross section of the bead shown by the hatching in the lower part of FIG. 4 for various analyses. Then, in order to remove the work-affected layer by electric discharge machining, the surface of the test piece including the hatched portion was sanded by 40 μm, and polished so as to be suitable for various analyses. For the hardness test, a micro Vickers hardness tester was used, and the working load was 0.245 N, the load gradient was 0.04 N/s, and the load holding time was 30 seconds.

(実験結果及び考察)
<クラックの有無、硬さ試験及びEDS分析結果>
9試験片の内、ビードの元素組成がFe(43at%):Al(45at%):Cr(12at%)に近しかった、レーザ出力密度103.3W/mm2、粉体供給量6.1g/sについて考察する。
図5は、ビード断面の各種分析結果をまとめた図である。図5下部には試験片中のSEM画像の取得位置を示している。図5中部のビード断面のSEM画像より、ビードにクラックが発生していない様子が見て取れる。画像の左端はビード表面である。画像を水平に走る破線は、その線に沿ってEDS分析及び硬さ試験を行ったことを示し、図4上部のグラフはそれらをまとめたものである。左縦軸はビッカース硬さを、右縦軸はFe、Al、Crそれぞれの原子百分率を、横軸は溶接ビード表面からの深さを示す。◇プロットは左縦軸に対応し、ビッカース硬さを示す。●、■及び▲の各プロットは右縦軸に対応し、それぞれFe、Al、Crの原子百分率を示す。グラフ中のハッチングは左縦軸に対応し、FeAl金属間化合物のビッカース硬さの文献値(八高隆雄,佐々木朋裕,小林重昭:鉄と鋼:Vol.89、No.11(2003)、1178−1182)を示す。EDS分析は、ビード表面から2000μmの深さまでほぼ100μm間隔で行った。硬さ試験は、ビード表面から1600μmの深さまでほぼ25μm間隔で行った。
本実験の目的は鋼の表面改質であるから、皮膜の表面について考察する。図5に示すように、ビード表面から250μmの深さにおけるEDS分析の結果の算術平均値は、Fe、Al、Crがそれぞれ54at%、39at%、6.8at%であった。当初の目標であったFe(43at%):Al(45at%):Cr(12at%)に概ね近しい組成となり、ビード層はCrを含有するFeAl金属間化合物であると推定された。一方、表面から250μmにおける、硬さを示す◇プロットのほぼすべては、図5のHV0.245が300〜約640のハッチング領域中に入っている。これはビード層がFeAl金属間化合物であるとする先の推定を裏付けるものである。
(Experimental results and discussion)
<Presence of cracks, hardness test and EDS analysis result>
Of the 9 test pieces, the elemental composition of the bead was close to that of Fe (43 at %):Al (45 at %):Cr (12 at %), laser power density 103.3 W/mm 2 , powder supply amount 6.1 g Consider /s.
FIG. 5 is a diagram summarizing various analysis results of the bead cross section. The acquisition position of the SEM image in the test piece is shown in the lower part of FIG. From the SEM image of the bead cross section in the middle part of FIG. 5, it can be seen that the bead is not cracked. The left edge of the image is the bead surface. A dashed line running horizontally through the image indicates that the EDS analysis and hardness test were performed along the line, and the graph at the top of FIG. 4 summarizes them. The left vertical axis represents Vickers hardness, the right vertical axis represents atomic percentages of Fe, Al, and Cr, and the horizontal axis represents depth from the weld bead surface. ◇The plot corresponds to the left vertical axis and shows Vickers hardness. The plots of ●, ■, and ▲ correspond to the right vertical axis and show the atomic percentages of Fe, Al, and Cr, respectively. The hatching in the graph corresponds to the left vertical axis, and is the reference value of the Vickers hardness of the FeAl intermetallic compound (Takao Hachitaka, Tomohiro Sasaki, Shigeaki Kobayashi: Iron and Steel: Vol. 89, No. 11 (2003), 1178-1182). The EDS analysis was performed at intervals of about 100 μm from the bead surface to a depth of 2000 μm. The hardness test was performed at intervals of approximately 25 μm from the bead surface to a depth of 1600 μm.
Since the purpose of this experiment is the surface modification of steel, the surface of the coating will be considered. As shown in FIG. 5, the arithmetic average values of the results of the EDS analysis at a depth of 250 μm from the bead surface were 54 at%, 39 at% and 6.8 at% for Fe, Al and Cr, respectively. The composition was almost close to the initial target of Fe (43 at %):Al (45 at %):Cr (12 at %), and the bead layer was estimated to be an FeAl intermetallic compound containing Cr. On the other hand, almost all of the ◇ plots showing hardness at 250 μm from the surface are within the hatched region of HV 0.245 of 300 to about 640 in FIG. This supports the previous assumption that the bead layer is a FeAl intermetallic compound.

<XRD分析>
図6は、試験片のビード層におけるXRD分析結果を示す図である。既知のデータ(Natl.Bur.Stand.Monogr.25、20(1981)、5)と照合して、各ピークにミラー指数を表示した。横軸はX線の回折角、縦軸は回折強度を示す。図6のX線回折パターンには4つのピークが見られる。2θ=44°、64°、81°付近のピークはそれぞれFeAl金属間化合物のそれである。X線回折パターンのデータブックであるStandard X−ray Diffraction Powder Patternsに依れば、FeAl金属間化合物のピークはもちろんこれだけではないが、先の3ピークが十分強度の強い主要なピークである。以上の事実は、ビード層がFeAl金属間化合物であるとする先の推定を裏付けるものである。なお、2θ=79°付近のピークは、試料ホルダーの回折ピークを検出しているため、無視した。
2θ=38°付近に示した破線は、FeとAlそれぞれの粉体を1:1の重量比で混合し、混合粉体のままXRD分析した際に得られる、最も高強度のピークである(I.Shishkovsky、F.Missemer、N.Kakovkina and I.Smurov:Crystals、3(2013),517)。このピークはFeとAlの混合粉体中のAlによるピークである(I.Shishkovsky、F.Missemer、N.Kakovkina and I.Smurov:Crystals、3(2013),517)。このピークは実施例2の試験片から全く検出されなかった。これは、肉盛溶接時に供給されたFe、Al、Crそれぞれの粉体のうち、Al粉体の100%が、ある化合物の生成にその全量が使用されたことを意味している。すなわち、図5のグラフにおける、ビード層のAl元素のパーセンテージはAl単体のそれでなく、何らかの化合物中のAl比率であることを意味している。この事実は、ビード層がFeAl金属間化合物であるとする先の推定を否定しないものである。
<XRD analysis>
FIG. 6 is a diagram showing an XRD analysis result in the bead layer of the test piece. The Miller index was displayed for each peak by matching with known data (Natl. Bur. Stand. Monogr. 25, 20 (1981), 5). The horizontal axis represents the X-ray diffraction angle, and the vertical axis represents the diffraction intensity. Four peaks are seen in the X-ray diffraction pattern of FIG. The peaks near 2θ=44°, 64°, 81° are those of the FeAl intermetallic compound, respectively. According to the Standard X-ray Diffraction Powder Patterns, which is a data book of X-ray diffraction patterns, the peak of the FeAl intermetallic compound is not limited to this, of course, but the above three peaks are the main peaks with sufficiently strong intensity. The above facts support the above assumption that the bead layer is an FeAl intermetallic compound. Note that the peak near 2θ=79° was ignored because the diffraction peak of the sample holder was detected.
The broken line shown near 2θ=38° is the highest intensity peak obtained when XRD analysis was performed with the powders of Fe and Al mixed at a weight ratio of 1:1 and the mixed powder as it is ( I. Shishkovsky, F. Misssemer, N. Kakovkina and I. Smurov: Crystals, 3 (2013), 517). This peak is a peak due to Al in the mixed powder of Fe and Al (I. Shishkovsky, F. Misssemer, N. Kakovkina and I. Smurov: Crystals, 3 (2013), 517). This peak was not detected at all from the test piece of Example 2. This means that 100% of the Al powder, out of the powders of Fe, Al, and Cr supplied at the time of overlay welding, was entirely used for the production of a certain compound. That is, it means that the percentage of Al element in the bead layer in the graph of FIG. 5 is not that of Al alone, but the Al ratio in some compound. This fact does not deny the previous assumption that the bead layer is an FeAl intermetallic compound.

以上、本発明を実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

The present invention has been described above with reference to the embodiments, but the present invention is not limited to these, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention.

Claims (12)

基材の表面に形成される、金属間化合物からなる合金皮膜であって、
前記金属間化合物は、Crを固溶するFeAl金属間化合物であることを特徴とする合金皮膜。
An alloy film made of an intermetallic compound formed on the surface of a base material,
The alloy film, wherein the intermetallic compound is a FeAl intermetallic compound which forms a solid solution with Cr.
前記金属間化合物は、Alを37〜49原子%、Crを10原子%以上13原子%未満含み、残部がFeであることを特徴とする請求項1に記載の合金皮膜。 The alloy film according to claim 1, wherein the intermetallic compound contains Al in an amount of 37 to 49 atomic %, Cr in an amount of 10 atomic% or more and less than 13 atomic %, and the balance being Fe. 前記基材が鋼又はセラミックスからなることを特徴とする請求項1に記載の合金皮膜。 The alloy film according to claim 1, wherein the base material is made of steel or ceramics. 基材の表面に、金属間化合物からなる合金皮膜を形成する合金皮膜の製造方法であって、
前記金属間化合物は、Crを固溶するFeAl金属間化合物であり、
前記合金皮膜は、大気中、不活性ガス雰囲気中、又は基材上でCrを固溶するFeAl金属間化合物を生成し、前記基材の表面上で固化させることにより形成されることを特徴とする合金皮膜の製造方法。
A method for producing an alloy film, comprising forming an alloy film comprising an intermetallic compound on the surface of a base material,
The intermetallic compound is a FeAl intermetallic compound that forms a solid solution with Cr,
The alloy film is formed by generating an FeAl intermetallic compound that forms a solid solution of Cr in the air, in an inert gas atmosphere, or on the base material, and solidifying the FeAl intermetallic compound on the surface of the base material. A method for producing an alloy film.
前記金属間化合物は、Alを37〜49原子%、Crを10原子%以上13原子%未満含み、残部がFeであることを特徴とする請求項4に記載の合金皮膜の製造方法。 The method for producing an alloy film according to claim 4, wherein the intermetallic compound contains 37 to 49 atomic% of Al, 10 atomic% or more and less than 13 atomic% of Cr, and the balance is Fe. 前記合金皮膜は、Al、Cr及びFeを含む原料を前記基材の表面に溶射することにより形成されることを特徴とする請求項4又は5に記載の合金皮膜の製造方法。 The said alloy film is formed by spraying the raw material containing Al, Cr, and Fe on the surface of the said base material, The manufacturing method of the alloy film of Claim 4 or 5 characterized by the above-mentioned. 前記合金皮膜は、Al、Cr及びFeを含む原料を前記基材の表面で焼結させることにより形成されることを特徴とする請求項4又は5に記載の合金皮膜の製造方法。 The said alloy film is formed by sintering the raw material containing Al, Cr, and Fe on the surface of the said base material, The manufacturing method of the alloy film of Claim 4 or 5 characterized by the above-mentioned. 前記合金皮膜は、Al、Cr及びFeを含む原料を前記基材の表面で溶融させることにより形成されることを特徴とする請求項4又は5に記載の合金皮膜の製造方法。 The said alloy film is formed by melting the raw material containing Al, Cr, and Fe on the surface of the said base material, The manufacturing method of the alloy film of Claim 4 or 5 characterized by the above-mentioned. 前記合金皮膜は、Al、Cr及びFeを含む原料を前記基材の表面に肉盛溶接することにより形成されることを特徴とする請求項4又は5に記載の合金皮膜の製造方法。 The method for producing an alloy film according to claim 4 or 5, wherein the alloy film is formed by overlay welding a raw material containing Al, Cr and Fe on the surface of the base material. 前記Al、Cr及びFeを含む原料のペーストを前記基材の表面に塗布した後、焼結させることを特徴とする請求項7に記載の合金皮膜の製造方法。 The method for producing an alloy film according to claim 7, wherein the raw material paste containing Al, Cr and Fe is applied to the surface of the base material and then sintered. 前記Al、Cr及びFeを含む原料のペーストを前記基材の表面に塗布した後、溶融させることを特徴とする請求項8に記載の合金皮膜の製造方法。 The method for producing an alloy film according to claim 8, wherein the raw material paste containing Al, Cr and Fe is applied to the surface of the base material and then melted. 前記Al、Cr及びFeを含む原料のペーストを前記基材の表面に塗布した後、肉盛溶接することを特徴とする請求項9に記載の合金皮膜の製造方法。
The method for producing an alloy film according to claim 9, wherein the raw material paste containing Al, Cr, and Fe is applied to the surface of the base material, and then overlay welding is performed.
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