JP2022173307A - 溶射材料、溶射部材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
1.(A)希土類フッ化物の粒子と、(B)希土類酸化物、希土類水酸化物及び希土類炭酸塩から選ばれる1種又は2種以上の希土類化合物の粒子とが固結した複合粒子であることを特徴とする溶射材料。
2.(A)粒子と(B)粒子との合計において、(B)粒子が5質量%以上40質量%以下、(A)粒子が残部であることを特徴とする1記載の溶射材料。
3.(A)粒子と(B)粒子との合計に対し、希土類有機化合物及び有機高分子化合物から選ばれる有機バインダーを0.05質量%以上3質量%以下の割合で含有することを特徴とする1又は2記載の溶射材料。
4.水分含有率が2質量%以下であることを特徴とする1乃至3のいずれかに記載の溶射材料。
5.平均粒径が、10μm以上60μm以下であることを特徴とする1乃至4のいずれかに記載の溶射材料。
6.比表面積が、1.5m2/g以上5m2/g以下であることを特徴とする1乃至5のいずれかに記載の溶射材料。
7.嵩密度が、0.8g/cm3以上1.4g/cm3以下であることを特徴とする1乃至6のいずれかに記載の溶射材料。
8.希土類元素が、Y及びLaからLuまでの第3族元素から選ばれる1種又は2種以上であることを特徴とする1乃至7のいずれかに記載の溶射材料。
9.基材上に、溶射膜を備え、該溶射膜が1乃至8のいずれかに記載の溶射材料を用いてプラズマ溶射により形成した溶射層を含むことを特徴とする溶射部材。
10.基材上に、溶射膜を備え、該溶射膜が、下地層と、1乃至8のいずれかに記載の溶射材料を用いて大気プラズマ溶射により成膜した溶射層とを含み、該溶射層が、少なくとも最表層を構成していることを特徴とする溶射部材。
11.上記下地層が、単層又は複数層で構成され、各々の層が、希土類フッ化物層及び希土類酸化物層から選ばれることを特徴とする10記載の溶射部材。
12.上記溶射層の厚さが、150μm以上350μm以下であることを特徴とする9乃至11のいずれかに記載の溶射部材。
13.上記溶射層が、希土類酸フッ化物の相を主相として含み、かつ希土類酸フッ化物以外の希土類化合物の相を副相として含むことを特徴とする9乃至12のいずれかに記載の溶射部材。
14.上記主相として含まれる希土類酸フッ化物が、Re5O4F7(ReはYを含む希土類元素を表す。)であることを特徴とする13記載の溶射部材。
15.上記希土類酸フッ化物以外の希土類化合物が、希土類酸化物及び希土類フッ化物の双方を含むことを特徴とする13又は14記載の溶射部材。
16.上記溶射層の200℃の体積抵抗率に対する23℃の体積抵抗率の比が、0.1以上30以下であることを特徴とする9乃至15のいずれかに記載の溶射部材。
17.希土類元素が、Y及びLaからLuまでの第3族元素から選ばれる1種又は2種以上であることを特徴とする9乃至16のいずれかに記載の溶射部材。
18.基材上に、1乃至8のいずれかに記載の溶射材料を用いて大気プラズマ溶射により溶射層を形成する工程を含むことを特徴とする溶射部材の製造方法。
(B)粒子である希土類酸化物粒子を調製した。表1に示される3種の希土類酸化物(Y2O3、Gd2O3、Dy2O3)粒子は、予め95℃にした、対応する希土類硝酸塩の水溶液(0.1mol/L)に、尿素を希土類硝酸塩水溶液1L当たり15mol投入し、生成した沈殿を、ろ過、水洗した後に、大気中、700℃で焼成し、得られた希土類酸化物を、ジェットミルで粉砕し、空気分級することにより、所定の平均粒径の希土類酸化物粒子を得た。得られた粒子の粒度分布は、粒子を、0.1質量%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液に混合して、40Wで1分間、超音波を照射して分散させたものを用い、粒子径分布測定装置(マイクロトラック・ベル株式会社製 MT3300)でレーザー回折法により測定した(以下の調製例において同じ。)。実施例及び比較例で用いた各々の粒子の平均粒径D50を表1に示す。また、後述する調製例2における(A)粒子の原料として、Sm2O3粒子及びYb2O3粒子を同様の方法で調製した。
(A)粒子である希土類フッ化物粒子を調製した。表1に示される4種の希土類フッ化物(YF3、YYbF3、GdF3、SmF3)粒子は、調製例1と同様の方法で得た対応する希土類酸化物(Y2O3、Yb2O3、Gd2O3、Sm2O3)と、酸性フッ化アンモニウム(NH4HF2)粉末を1:1(質量比)で混合し、窒素ガス雰囲気中、650℃で、4時間焼成し、得られた希土類フッ化物を、ジェットミルで粉砕し、空気分級することにより、所定の平均粒径の希土類フッ化物粒子を得た。なお、実施例8におけるYとYbとの比率はY:Yb=95:5(モル比)とした。実施例及び比較例で用いた各々の粒子の平均粒径D50を表1に示す。
(B)粒子であるイットリウム水酸化物粒子を調製した。イットリウム水酸化物(Y(OH)3)粒子は、室温(20℃)のイットリウム硝酸塩水溶液(0.05mol/L)に、アンモニウム水溶液(4質量%)をイットリウム硝酸塩水溶液1L当たり0.1L投入し、生成した沈殿を、ろ過、水洗した後に、70℃で乾燥し、得られたイットリウム水酸化物を、ジェットミルで粉砕し、空気分級することにより、所定の平均粒径のイットリウム水酸化物粒子を得た。実施例で用いた各々の粒子の平均粒径D50を表1に示す。
(B)粒子であるイットリウム塩基性炭酸塩粒子を調製した。イットリウム塩基性炭酸塩(YCO2OH)粒子は、予め95℃にしたイットリウム硝酸塩水溶液(0.1mol/L)に、尿素をイットリウム硝酸塩水溶液1L当たり15mol投入し、生成した沈殿を、ろ過、水洗した後に、70℃で乾燥し、得られたイットリウム塩基性炭酸塩を、ジェットミルで粉砕し、空気分級することにより、所定の平均粒径のイットリウム塩基性炭酸塩粒子を得た。実施例で用いた各々の粒子の平均粒径D50を表1に示す。
(B)粒子であるイットリウム正炭酸塩粒子を調製した。イットリウム正炭酸塩(Y2(CO3)3)粒子は、室温(20℃)のイットリウム硝酸塩水溶液(0.05mol/L)に、重炭酸アンモニウム水溶液(1mol/L)をイットリウム硝酸塩水溶液1L当たり0.2L投入し、生成した沈殿を、ろ過、水洗した後に、110℃で乾燥し、得られたイットリウム正炭酸塩を、ジェットミルで粉砕し、空気分級することにより、所定の平均粒径のイットリウム正炭酸塩粒子を得た。実施例で用いた粒子の平均粒径D50を表1に示す。
調製例2で得た(A)粒子及び調製例1、3~5で得た(B)粒子を表1に示される比率で総量5kg用い、(A)粒子及び(B)粒子全体の含有率が20~30質量%となるように水に投入し、更に、表1に示される有機バインダー(なお、表1中、CMCはカルボキシルメチルセルロース、アクリルはアクリルエマルジョン、PVAはポリビニルアルコールを表す。)を、(A)粒子及び(B)粒子の全体に対して表1に示される比率で添加し、これらを15mmφのナイロンボールが入ったナイロンポットに入れて、約6時間混合し、スラリーを得た。次に、得られたスラリーからスプレードライヤー(大河原化工機(株)製 DBP-22、以下同じ)を用いて造粒して、複合粒子である溶射材料を得た。
調製例2で得た(A)粒子のみを5kg用い、含有率が30質量%となるように水に投入し、更に、表1に示される有機バインダーを、(A)粒子に対して表1に示される比率で添加し、これらを15mmφのナイロンボールが入ったナイロンポットに入れて、約6時間混合し、スラリーを得た。次に、得られたスラリーからスプレードライヤーを用いて造粒し、更に、窒素ガス雰囲気中、800℃で、4時間焼成して溶射材料を得た。得られた粒子を実施例と同様の方法で評価した。評価結果を表2に示す。また、溶射材料のX線回折プロファイルを図4に示す。
調製例2で得た(A)粒子及び調製例1で得た(B)粒子を表1に示される比率で総量5kg用い、(A)粒子及び(B)粒子全体の含有率が30質量%となるように水に投入し、更に、表1に示される有機バインダーを、(A)粒子及び(B)粒子の全体に対して表1に示される比率で添加し、これらを15mmφのナイロンボールが入ったナイロンポットに入れて、約6時間混合し、スラリーを得た。次に、得られたスラリーからスプレードライヤーを用いて造粒し、更に、窒素ガス雰囲気中、800℃で、4時間焼成して溶射材料を得た。得られた粒子を実施例と同様の方法で評価した。評価結果を表2に示す。また、比較例2で得た溶射材料のX線回折プロファイルを図5に示す。
まず、100mm角、厚さ5mmのA6061アルミニウム合金基材の表面を、コランダム研磨材を用いて粗面化処理した。粗面化処理後、実施例1~10においては、アルミニウム合金基材の表面に、エリコンメテコ社製の溶射装置F4で、常圧下の大気プラズマ溶射により、表3に示される材質の1層又は2層構成の下地層を、表3に示される厚さに形成した。次に、実施例1~10及び比較例1~3で得た各々の溶射材料を用い、エリコンメテコ社製の溶射装置F4で、常圧下の大気プラズマ溶射により、溶射層を表3に示される厚さに形成して、下地層及び実施例1~10の溶射材料を用いて形成した溶射層からなる溶射膜、又は比較例1~3の溶射材料を用いて形成した溶射層のみからなる溶射膜を形成して、溶射部材を得た。この場合、下地層及び溶射層のいずれの溶射も、プラズマ印加電力(溶射電力)を40kWとし、プラズマガス流量を、アルゴンガスを約35L/min、水素ガスを6L/minとして実施した。
得られた溶射膜を、以下の方法で評価した。得られた溶射膜の表面硬度は、ビッカース硬度計((株)アカシ(現(株)ミツトヨ)製 AVK-C1)でビッカース硬度として測定した。得られた溶射膜の溶射層の酸素濃度(O濃度)は、LECO社製、THC600で不活性ガス融解赤外吸収法により測定した。得られた溶射膜の溶射層の炭素濃度(C濃度)は、硫黄炭素分析装置(LECO社製 SC-632)で燃焼赤外吸収法により測定した。得られた溶射膜の溶射層の気孔率は、溶射層の断面を走査型電子顕微鏡で観察し、2視野を撮像して、画像解析により、2視野の平均値として求めた。具体的には、ASTM E2109に準拠して、溶射膜を樹脂埋めして、走査型電子顕微鏡観察のサンプルとし、1000倍の倍率で、反射電子組成画像(COMPO像)を撮像した。実施例2で得た溶射膜の溶射層の2視野の反射電子組成画像を図6(A)及び図6(B)に示す。反射電子組成画像では、気孔部分が暗く、溶射膜部分が薄い灰色となる。この明暗差を、画像解析ソフト(Sction Image(ウェブサイトから入手可能))を用いて、画像中の気孔部分と溶射膜部分として2値化し、観察対象の全体面積に対する気孔部分の面積の比を気孔率として求めた。以上の評価結果を表3に示す。
1.(A)希土類フッ化物の粒子と、(B)希土類酸化物、希土類水酸化物及び希土類炭酸塩から選ばれる1種又は2種以上の希土類化合物の粒子とが固結し、希土類酸フッ化物を含有しない複合粒子であることを特徴とする溶射材料。
2.(A)粒子と(B)粒子との合計において、(B)粒子が5質量%以上40質量%以下、(A)粒子が残部であることを特徴とする1記載の溶射材料。
3.(A)粒子と(B)粒子との合計に対し、希土類有機化合物及び有機高分子化合物から選ばれる有機バインダーを0.05質量%以上3質量%以下の割合で含有することを特徴とする1又は2記載の溶射材料。
4.水分含有率が2質量%以下であることを特徴とする1乃至3のいずれかに記載の溶射材料。
5.平均粒径が、10μm以上60μm以下であることを特徴とする1乃至4のいずれかに記載の溶射材料。
6.比表面積が、1.5m2/g以上5m2/g以下であることを特徴とする1乃至5のいずれかに記載の溶射材料。
7.嵩密度が、0.8g/cm3以上1.4g/cm3以下であることを特徴とする1乃至6のいずれかに記載の溶射材料。
8.希土類元素が、Y及びLaからLuまでの第3族元素から選ばれる1種又は2種以上であることを特徴とする1乃至7のいずれかに記載の溶射材料。
9.基材上に、1乃至8のいずれかに記載の溶射材料を用いて大気プラズマ溶射により溶射層を形成する工程を含むことを特徴とする溶射部材の製造方法。
また、本発明は、下記の溶射部材が関連する。
10.基材上に、溶射膜を備え、該溶射膜が1乃至8のいずれかに記載の溶射材料を用いてプラズマ溶射により形成した溶射層を含むことを特徴とする溶射部材。
11.基材上に、溶射膜を備え、該溶射膜が、下地層と、1乃至8のいずれかに記載の溶射材料を用いて大気プラズマ溶射により成膜した溶射層とを含み、該溶射層が、少なくとも最表層を構成していることを特徴とする溶射部材。
12.上記下地層が、単層又は複数層で構成され、各々の層が、希土類フッ化物層及び希土類酸化物層から選ばれることを特徴とする11記載の溶射部材。
13.上記溶射層の厚さが、150μm以上350μm以下であることを特徴とする10乃至12のいずれかに記載の溶射部材。
14.上記溶射層が、希土類酸フッ化物の相を主相として含み、かつ希土類酸フッ化物以外の希土類化合物の相を副相として含むことを特徴とする10乃至13のいずれかに記載の溶射部材。
15.上記主相として含まれる希土類酸フッ化物が、Re5O4F7(ReはYを含む希土類元素を表す。)であることを特徴とする14記載の溶射部材。
16.上記希土類酸フッ化物以外の希土類化合物が、希土類酸化物及び希土類フッ化物の双方を含むことを特徴とする14又は15記載の溶射部材。
17.上記溶射層の200℃の体積抵抗率に対する23℃の体積抵抗率の比が、0.1以上30以下であることを特徴とする10乃至16のいずれかに記載の溶射部材。
18.希土類元素が、Y及びLaからLuまでの第3族元素から選ばれる1種又は2種以上であることを特徴とする10乃至17のいずれかに記載の溶射部材。
Claims (18)
- (A)希土類フッ化物の粒子と、(B)希土類酸化物、希土類水酸化物及び希土類炭酸塩から選ばれる1種又は2種以上の希土類化合物の粒子とが固結した複合粒子であることを特徴とする溶射材料。
- (A)粒子と(B)粒子との合計において、(B)粒子が5質量%以上40質量%以下、(A)粒子が残部であることを特徴とする請求項1記載の溶射材料。
- (A)粒子と(B)粒子との合計に対し、希土類有機化合物及び有機高分子化合物から選ばれる有機バインダーを0.05質量%以上3質量%以下の割合で含有することを特徴とする請求項1又は2記載の溶射材料。
- 水分含有率が2質量%以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の溶射材料。
- 平均粒径が、10μm以上60μm以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載の溶射材料。
- 比表面積が、1.5m2/g以上5m2/g以下であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載の溶射材料。
- 嵩密度が、0.8g/cm3以上1.4g/cm3以下であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載の溶射材料。
- 希土類元素が、Y及びLaからLuまでの第3族元素から選ばれる1種又は2種以上であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項記載の溶射材料。
- 基材上に、溶射膜を備え、該溶射膜が請求項1乃至8のいずれか1項記載の溶射材料を用いてプラズマ溶射により形成した溶射層を含むことを特徴とする溶射部材。
- 基材上に、溶射膜を備え、該溶射膜が、下地層と、請求項1乃至8のいずれか1項記載の溶射材料を用いて大気プラズマ溶射により成膜した溶射層とを含み、該溶射層が、少なくとも最表層を構成していることを特徴とする溶射部材。
- 上記下地層が、単層又は複数層で構成され、各々の層が、希土類フッ化物層及び希土類酸化物層から選ばれることを特徴とする請求項10記載の溶射部材。
- 上記溶射層の厚さが、150μm以上350μm以下であることを特徴とする請求項9乃至11のいずれか1項記載の溶射部材。
- 上記溶射層が、希土類酸フッ化物の相を主相として含み、かつ希土類酸フッ化物以外の希土類化合物の相を副相として含むことを特徴とする請求項9乃至12のいずれか1項記載の溶射部材。
- 上記主相として含まれる希土類酸フッ化物が、Re5O4F7(ReはYを含む希土類元素を表す。)であることを特徴とする請求項13記載の溶射部材。
- 上記希土類酸フッ化物以外の希土類化合物が、希土類酸化物及び希土類フッ化物の双方を含むことを特徴とする請求項13又は14記載の溶射部材。
- 上記溶射層の200℃の体積抵抗率に対する23℃の体積抵抗率の比が、0.1以上30以下であることを特徴とする請求項9乃至15のいずれか1項記載の溶射部材。
- 希土類元素が、Y及びLaからLuまでの第3族元素から選ばれる1種又は2種以上であることを特徴とする請求項9乃至16のいずれか1項記載の溶射部材。
- 基材上に、請求項1乃至8のいずれか1項記載の溶射材料を用いて大気プラズマ溶射により溶射層を形成する工程を含むことを特徴とする溶射部材の製造方法。
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