JP2585920B2 - 高性能摺動部材とその製造方法 - Google Patents
高性能摺動部材とその製造方法Info
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Description
ステライト社の商品名)として知られているモリブデ
ン、クロム、珪素を主要成分とするコバルト基若しくは
ニッケル基摺動面材料の被膜を利用した高性能摺動部材
及びそれを製造する方法に関するものである。
る機械部品には、その耐摩耗性、耐食性を付与するため
の各種のコーティングを行っている例が多い。そのコー
ティング法には、通常、PVD、CVD、溶射などの様
々な方法が用いられている。しかるに、近年は、耐摩耗
性や耐食性の性能に対する要求が一層厳しくなっている
ため、その厳しい要求を満たす材料の開発が急務となっ
ている。
に高い耐摩耗性、耐食性をもつトリバロイ(モリブデ
ン、クロムを主成分とするコバルト基若しくはニッケル
基摺動面材料)の被膜についての研究が行われている。
この被膜のコーティングには、プラズマ溶射や燃焼ガス
による溶射(デトネーション溶射、ジェットコート)等
の各種溶射方法が用いられているが、一般に、密着性が
良くて緻密な被膜の作成は困難である。また、被膜の硬
さが十分でないなどの問題があり、満足できる被膜は得
られていない。しかも、一番広く用いられているプラズ
マ溶射では、母材温度を1000℃以上に加熱する必要
があり、大型の部材に溶射を行いたいときに、母材加熱
が困難である。さらに、このプラズマ溶射による被膜
は、粉末が完全に溶解できないために、気孔率の大きな
被膜となることが避けられない。また、減圧プラズマ溶
射などにおいては、融点が高かったり溶融物の粘度、表
面張力が大きい場合、合金組成を制御することは困難で
ある。
は、トリバロイとして知られている非常に高い耐摩耗
性、耐食性を有する摺動面材料が、完全な溶融・凝固組
織を呈し、且つ母材との界面に合金化層が形成されて密
着性が改善された溶射層を形成する摺動部材を提供し、
さらに、上記摺動部材をレーザ・プラズマハイブリッド
溶射により容易に形成する方法を提供することにある。
するための本発明の高性能摺動部材は、重量比率で、C
r:8.5〜17.5%、Mo:28.5〜32.5%
及びSi:2.6〜3.4%を主要成分の中心値として
含むCo基若しくはNi基合金(トリバロイ)からなる
溶射材が、母材上に溶射されて耐摩耗性の溶射層が形成
された摺動部材において、減圧プラズマ溶射にレーザ照
射を併用したレーザ・プラズマハイブリッド溶射をする
ことにより、前記母材と溶射層との間の界面に、その母
材と溶射材との合金層が形成され、この合金層が、前記
母材表面と溶射層とが溶融した後、再凝固して、母材と
溶射層とが拡散した合金組織を呈することを特徴とする
ものである。 また、母材上に耐摩耗性の溶射層が形成
された上記高性能摺動部材を製造するための本発明の製
造方法は、前記トリバロイからなる溶射材を、母材上に
溶射して耐摩耗性の溶射層を形成する摺動部材の製造方
法において、母材上に前記溶射材の粉末を、減圧プラズ
マ溶射にレーザ照射を併用したレーザ・プラズマハイブ
リッド溶射により被着し、前記母材と溶射層との間の界
面に、前記母材表面と溶射層とが溶融した後、再凝固し
て、母材と溶射層とが拡散した組織の合金層を形成する
ことを特徴とするものである。
ば、母材にプラズマ溶射のための溶射ガンを対向配置
し、母材上にトリバロイの粉末を定常的に供給すると同
時に、その母材を2次元的に移動させながら、母材表面
に垂直にプラズマ溶射を行い、且つ母材の表面に対して
傾斜した方向から上記溶射位置に高出力レーザビームを
照射すればよい。これにより、母材表面と溶射層とが溶
融した後、再凝固して、母材と溶射層とが拡散した組織
の合金層、即ち完全な溶融・凝固組織を呈する合金層を
形成することができる。
耐食性をもっているが、前述したように、プラズマ溶射
等では、密着性の高い緻密な被膜は得られていない。し
かるに、上述した本発明の方法に基づいてレーザ・プラ
ズマハイブリッド溶射によりそれらの溶射被膜を作成す
れば、トリバロイの被着により、耐摩耗性、耐食性にお
いて極めて優れた摺動部材が得られるのは勿論である
が、さらに、次のような特徴のある高性能摺動部材を容
易に得ることができる。
ーザによる局所的な加熱により母材と被膜の界面に合金
層が形成され、減圧プラズマ溶射で形成した厚膜では充
分とはいえない被膜密着性を向上させると同時に、緻密
な溶射被膜を得ることができる。しかも、減圧プラズマ
溶射に上記レーザ照射を併用したレーザ・プラズマハイ
ブリッド溶射を行うと、上記レーザ溶射による特徴に加
えて、減圧プラズマ溶射で必然的に発生する被膜中の気
孔やスプラット等の欠陥を補い、レーザ照射による被膜
の溶解により緻密で均質な被膜にすることができる。
に加熱することなく、母材との界面での拡散反応をレー
ザ照射により自由に制御できるため、大型部材表面への
被膜形成にも簡単且つ容易に適用できる。しかも、被膜
を完全に溶解凝固したものとし、極めて緻密な被膜を得
ることができ、密着性の著しく大きな被膜の形成も容易
である。
ように、レーザ・プラズマハイブリッド溶射により、密
着性が改善されると同時に、摩擦係数、摩耗量において
も改善される。また、レーザを用いた本発明の溶射法
は、溶射雰囲気に制限がない点でも有利なものである。
め、母材表面をアルミナショットした後、有機溶剤を用
いて超音波洗浄したり、トランスファーアークでスパッ
タリングし、あるいはその他の方法により、清浄な表面
としておくのが望ましい。
ブリッド溶射法により母材上に被膜を形成し、その被膜
の性能について試験した結果を以下に示す。被膜の性能
は、組織観察、X線回折、往復摺動摩擦摩耗試験等によ
って確認した。
mm×17mm×70mm)を用い、その表面を清浄化
した後、17mm×70mmの面に、昭和キャボット製
の被膜形成用トリバロイ(T−400,700または8
00)の粉末(<40μm)を溶射した。トリバロイの
粉末の組成(wt%)は、表1の通りである。
の位置に溶射ガンを配置して、試験片を移動させながら
その表面に垂直にプラズマ溶射を行い、且つ試験片の表
面に対して傾斜した方向から上記溶射位置にレーザビー
ムを照射した。その他のプラズマ溶射条件は次の通りで
ある。 プラズマガス : Ar 45〜60psi 補助ガス : He 50〜120psi または H250psi キャリアガス : Ar 10〜20psi アーク電流/電圧 : 850A/39V,700A/37V 真空チャンバー内圧力: 〜50 Torr ガン・ワーク間距離: 250 mm
ザを用いたレーザ・プラズマハイブリッド溶射により被
膜を形成し、また比較例としてプラズマ溶射のみにより
被膜を形成した。被膜を形成した試験片について断面組
織写真により観察した結果、プラズマ溶射のみの被膜中
には気孔が多く見られるのに対し、レーザ・プラズマハ
イブリッド溶射被膜では、気孔が殆ど消滅していた。こ
れは、ハイブリッド溶射の場合、レーザ照射により被膜
が溶融し、気孔が消滅したためと考えられる。
と被膜との間に明瞭な境界が見られることから、合金層
を形成していないと考えられるのに対し、ハイブリッド
溶射の試験片では母材と被膜の界面に溶融層が見られ、
従って、この部分には母材表面と溶射層とが溶融した
後、再凝固して、母材と溶射層とが拡散した組織の合金
層が形成されていると考えられる。そして、ハイブリッ
ド溶射の試験片で被膜の密着性が向上しているのは、こ
の合金層が形成されているためと考えられる。
例)と、4kW級CO2レーザを用いたレーザ・プラズ
マハイブリッド溶射による場合の試験片を作成して、硬
度、摩擦係数、摩耗量を測定し、それらを比較した。こ
の場合の試験片としては、前述の母材に表1の被膜形成
用トリバロイの粉末を溶射した。
合とレーザ・プラズマハイブリッド溶射した場合の硬度
についての測定結果を比較して示している。この測定結
果によれば、何れの場合においても、レーザ・プラズマ
ハイブリッド溶射被膜の方が減圧プラズマ溶射のみによ
る被膜よりも高い硬度を示している。これは、レーザの
急速加熱、急速冷却の効果による組織の微細化及び固溶
強化のためと考えられる。
及びレーザ・プラズマハイブリッド溶射した場合の各被
膜の摩擦係数を、図3にはそれらの各被膜の摩耗量を示
している。被膜の摩擦係数、摩耗量を比較すると、一般
的に減圧プラズマのみのものよりもレーザ・プラズマハ
イブリッド溶射した場合の方が小さい値を示し、特に摩
耗量に関しては、著しく低い値を示している。これは、
レーザ・プラズマハイブリッド溶射した場合の方が前述
のように硬度が高くなっているためと考えられる。な
お、T−800のトリバロイを溶射した場合の摩擦係数
は、レーザ・プラズマハイブリッド溶射の場合の方が大
きい値を示しているが、この場合は絶対値自体が十分に
低いので、問題にはならない。
のハイブリッド溶射による摺動面被膜のX線回折パター
ンをプラズマ溶射による被膜と比較して示している。こ
のX線回折による分析の結果によれば、被膜の合金組成
が異なり、つまり、レーザ・プラズマハイブリッド溶射
においては、金属間化合物等のピークが不鮮明となって
いる。このように、X線回折パターンがブロードになる
場合(アモルファス、微細な結晶、不完全な固溶体、準
安定な金属間化合物等の存在)は、すぐれたトライボロ
ジー特性を示す。
ば、トリバロイとして知られている非常に高い耐摩耗
性、耐食性を有する摺動面材料が、完全な溶融・凝固組
織を呈し、且つ母材との界面に合金化層が形成されて密
着性が改善された溶射層を形成する摺動部材を提供し、
さらに、上記摺動部材をレーザ・プラズマハイブリッド
溶射により容易に形成する方法を提供することができ、
これにより、緻密で、密着性、耐摩耗性、耐食性に優れ
たトリバロイの溶射層を実現することができる。
膜及び比較例についての硬度の測定結果を示すグラフで
ある。
膜及び比較例についての摩擦係数の測定結果を示すグラ
フである。
膜及び比較例についての摩耗量の測定結果を示すグラフ
である。
0)被膜のX線回折パターンを減圧プラズマ溶射被膜と
比較したグラフである。
ターンを減圧プラズマ溶射被膜と比較したグラフであ
る。
Claims (2)
- 【請求項1】重量比率で、Cr:8.5〜17.5%、
Mo:28.5〜32.5%及びSi:2.6〜3.4
%を主要成分の中心値として含むCo基若しくはNi基
合金からなる溶射材が、母材上に溶射されて耐摩耗性の
溶射層が形成された摺動部材において、減圧プラズマ溶射にレーザ照射を併用したレーザ・プラ
ズマハイブリッド溶射をすることにより、 前記母材と溶
射層との間の界面に、その母材と溶射材との合金層が形
成され、この合金層が、前記母材表面と溶射層とが溶融
した後、再凝固して、母材と溶射層とが拡散した合金組
織を呈する、 ことを特徴とする高性能摺動部材。 - 【請求項2】重量比率で、Cr:8.5〜17.5%、
Mo:28.5〜32.5%及びSi:2.6〜3.4
%を主要成分の中心値として含むCo基若しくはNi基
合金からなる溶射材を、母材上に溶射して耐摩耗性の溶
射層を形成する摺動部材の製造方法において、 母材上に前記溶射材の粉末を、減圧プラズマ溶射にレー
ザ照射を併用したレーザ・プラズマハイブリッド溶射に
より被着し、 前記母材と溶射層との間の界面に、前記母材表面と溶射
層とが溶融した後、再凝固して、母材と溶射層とが拡散
した組織の合金層を形成する、 ことを特徴とする高性能摺動部材の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4103470A JP2585920B2 (ja) | 1992-03-30 | 1992-03-30 | 高性能摺動部材とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4103470A JP2585920B2 (ja) | 1992-03-30 | 1992-03-30 | 高性能摺動部材とその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06256786A JPH06256786A (ja) | 1994-09-13 |
JP2585920B2 true JP2585920B2 (ja) | 1997-02-26 |
Family
ID=14354900
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4103470A Expired - Lifetime JP2585920B2 (ja) | 1992-03-30 | 1992-03-30 | 高性能摺動部材とその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2585920B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7398198B2 (ja) * | 2019-03-12 | 2023-12-14 | 三菱重工業株式会社 | タービン動翼及びコンタクト面製造方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5920393A (ja) * | 1982-07-26 | 1984-02-02 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 固体潤滑膜の形成方法 |
JPH03275798A (ja) * | 1990-03-27 | 1991-12-06 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 乾燥摺動部材の製造方法 |
-
1992
- 1992-03-30 JP JP4103470A patent/JP2585920B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
社団法人日本潤滑学会発行「トライボロジー会議予稿集福岡1991−10」第175−178頁(平成3年9月30日) |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06256786A (ja) | 1994-09-13 |
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