JP2770968B2 - 高エネルギー溶射用クロム炭化物−メタル複合粉末 - Google Patents
高エネルギー溶射用クロム炭化物−メタル複合粉末Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高エネルギー溶射用クロム炭化物−メタル複
合粉末に関し、さらに詳しくは高エネルギー溶射法の溶
射材料として好適なクロム炭化物−メタル複合溶射材料
に関する。
合粉末に関し、さらに詳しくは高エネルギー溶射法の溶
射材料として好適なクロム炭化物−メタル複合溶射材料
に関する。
従来、材料の耐食性や耐摩耗性の向上を目的として、
材料の表面にこれらの諸性能に優れた材料を溶射する方
法が知られている。特に石炭焚ボイラの伝熱管、バーナ
インペラ、ガスタービン部品などにおいては、高温で使
用されるため、前記耐食性や耐摩耗性の他、耐熱性およ
び高温における耐食性が必要であり、耐熱性、耐食性お
よび耐摩耗性に優れたクロム炭化物とメタルの複合粉末
による溶射が行われている。
材料の表面にこれらの諸性能に優れた材料を溶射する方
法が知られている。特に石炭焚ボイラの伝熱管、バーナ
インペラ、ガスタービン部品などにおいては、高温で使
用されるため、前記耐食性や耐摩耗性の他、耐熱性およ
び高温における耐食性が必要であり、耐熱性、耐食性お
よび耐摩耗性に優れたクロム炭化物とメタルの複合粉末
による溶射が行われている。
前記溶射材料であるクロム炭化物としては、Cr3C2、C
r7C3、Cr23C6の３種類があるが、最も高い硬度を有する
Cr3C2が一般的に使用され、またメタルとしては、耐熱
性に優れたNi（80重量％）とCr（20重量％）の合金が一
般的に使用されている。また前記粉末の混合率は、一般
にクロム炭化物が80〜75重量％である。混合粉末の形態
としては、炭化物とメタルを機械的に混合したもの、炭
化物とメタルを焼結した複合粉末およびバインダーで結
合させた複合粉末が実用化されている。これらのうち皮
膜中のクロム炭化物の分布の均一さを向上させるために
は複合粉末のほうが好適である。
r7C3、Cr23C6の３種類があるが、最も高い硬度を有する
Cr3C2が一般的に使用され、またメタルとしては、耐熱
性に優れたNi（80重量％）とCr（20重量％）の合金が一
般的に使用されている。また前記粉末の混合率は、一般
にクロム炭化物が80〜75重量％である。混合粉末の形態
としては、炭化物とメタルを機械的に混合したもの、炭
化物とメタルを焼結した複合粉末およびバインダーで結
合させた複合粉末が実用化されている。これらのうち皮
膜中のクロム炭化物の分布の均一さを向上させるために
は複合粉末のほうが好適である。
溶射材料の溶射方法としては、（１）プラズマ溶射
法、（２）高エネルギー溶射法（酸素−アセチレンの爆
発エネルギーを利用した爆発溶射、超音速強化ガス溶射
法等）が利用されている。
法、（２）高エネルギー溶射法（酸素−アセチレンの爆
発エネルギーを利用した爆発溶射、超音速強化ガス溶射
法等）が利用されている。
溶射皮膜が耐熱性、耐食性および耐摩耗性を長時間に
わたって安定に発揮するためには、溶射皮膜中の気孔が
少なく、粒子間の結合力が強く、さらに母材と溶射被膜
の密着力が高いことが必要である。母材と溶射皮膜の密
着性は、溶射時の粒子速度が速いほど向上するため、前
記溶射方法のうち高粒子速度が得られる爆発溶射法が有
効な方法である。
わたって安定に発揮するためには、溶射皮膜中の気孔が
少なく、粒子間の結合力が強く、さらに母材と溶射被膜
の密着力が高いことが必要である。母材と溶射皮膜の密
着性は、溶射時の粒子速度が速いほど向上するため、前
記溶射方法のうち高粒子速度が得られる爆発溶射法が有
効な方法である。
また溶射によって強固な皮膜、すなわち気孔が少な
く、粒子間の結合力が強い被膜を得るためには、溶射材
料を溶融または半溶融状態で被溶射材の表面に付着さ
せ、粒子同士を強固に結合させる必要がある。しかしな
がら、爆発溶射の場合のガス温度は、酸素−アセチレン
ガスの混合比を変化させて調節されるが、最高でも約30
00℃程度であり、また粒子速度はマッハ２〜３と高速で
ある。従って、粒子が高温に保持される時間が短く、ま
た一般的に市販されている溶射材料の粒度分布の幅が広
いため、すべての粒子を溶融するのは困難であり、一部
の粒子、特に高融点で低熱伝導のクロム炭化物は未溶融
のままで被溶射物表面に付着する。その結果、溶射皮膜
中の粒子間の結合力が弱くなり、皮膜中に多数の気孔が
発生し、強固な皮膜が得られないという問題がある。
く、粒子間の結合力が強い被膜を得るためには、溶射材
料を溶融または半溶融状態で被溶射材の表面に付着さ
せ、粒子同士を強固に結合させる必要がある。しかしな
がら、爆発溶射の場合のガス温度は、酸素−アセチレン
ガスの混合比を変化させて調節されるが、最高でも約30
00℃程度であり、また粒子速度はマッハ２〜３と高速で
ある。従って、粒子が高温に保持される時間が短く、ま
た一般的に市販されている溶射材料の粒度分布の幅が広
いため、すべての粒子を溶融するのは困難であり、一部
の粒子、特に高融点で低熱伝導のクロム炭化物は未溶融
のままで被溶射物表面に付着する。その結果、溶射皮膜
中の粒子間の結合力が弱くなり、皮膜中に多数の気孔が
発生し、強固な皮膜が得られないという問題がある。
一方、特開昭60−77968号公報には、炭化クロム80〜9
5重量％とニクロム20〜５重量％の混合粉末を270メッシ
ュ（53μｍ）以下としてプラズマ溶射すると優れた耐摩
耗性を有する被膜が得られることが示され、また、特開
昭59−64766号公報には、溶射材料として、セラミック
ス粒子と金属とが機械的に噛合って一体結合（混合・粉
砕結合）した粒子またはそれをバインダーで造粒した粒
子（５〜120μｍ）を用いると緻密な被膜が得られるこ
とが示されている。しかしながら、高エネルギー溶射に
よる場合は特に溶射温度がプラズマ溶射に比べて低いた
め、粉末特にクロム炭化物の未溶融分が多くなり、密着
性および粒子間結合力が不充分で耐摩耗性に劣り、被膜
の気孔率が高く、均一な被膜が得られないという欠点が
ある。
5重量％とニクロム20〜５重量％の混合粉末を270メッシ
ュ（53μｍ）以下としてプラズマ溶射すると優れた耐摩
耗性を有する被膜が得られることが示され、また、特開
昭59−64766号公報には、溶射材料として、セラミック
ス粒子と金属とが機械的に噛合って一体結合（混合・粉
砕結合）した粒子またはそれをバインダーで造粒した粒
子（５〜120μｍ）を用いると緻密な被膜が得られるこ
とが示されている。しかしながら、高エネルギー溶射に
よる場合は特に溶射温度がプラズマ溶射に比べて低いた
め、粉末特にクロム炭化物の未溶融分が多くなり、密着
性および粒子間結合力が不充分で耐摩耗性に劣り、被膜
の気孔率が高く、均一な被膜が得られないという欠点が
ある。
本発明の目的は、前記従来技術の問題を解決し、高エ
ネルギー溶射法における溶射材料のすべての粒子が周囲
に溶融部を有する状態で被溶射面に付着することがで
き、気孔率が小さく均一な被膜を得ることができる高エ
ネルギー溶射用クロム炭化物−メタル複合粉末を提供す
ることにある。
ネルギー溶射法における溶射材料のすべての粒子が周囲
に溶融部を有する状態で被溶射面に付着することがで
き、気孔率が小さく均一な被膜を得ることができる高エ
ネルギー溶射用クロム炭化物−メタル複合粉末を提供す
ることにある。
〔課題を解決するための手段〕 本発明者らは、上記従来技術の問題を鋭意検討した結
果、クロム炭化物−メタル複合粒子を構成するクロム炭
化物粒子およびメタル粒子の粒径分布を一定の範囲に制
限し、さらにクロム炭化物−メタル複合粒子の粒径分布
も一定の範囲に制限し、単独で存在するクロム炭化物を
減少させることによって気孔率の小さい均一な被膜が得
られることを見出し、本発明に到達した。
果、クロム炭化物−メタル複合粒子を構成するクロム炭
化物粒子およびメタル粒子の粒径分布を一定の範囲に制
限し、さらにクロム炭化物−メタル複合粒子の粒径分布
も一定の範囲に制限し、単独で存在するクロム炭化物を
減少させることによって気孔率の小さい均一な被膜が得
られることを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明の高エネルギー溶射用クロム炭化物
−メタル複合粉末は、クロム炭化物粒子およびメタル粒
子の混合物からなる炭化物−メタル複合粉末において、
前記クロム炭化物粒子の粒径が10μｍ以下、前記メタル
粒子の粒径が20μｍ以下であり、かつこれらの混合物を
焼結粉砕して結合粒子径を５〜40μｍとしたことを特徴
とする。
−メタル複合粉末は、クロム炭化物粒子およびメタル粒
子の混合物からなる炭化物−メタル複合粉末において、
前記クロム炭化物粒子の粒径が10μｍ以下、前記メタル
粒子の粒径が20μｍ以下であり、かつこれらの混合物を
焼結粉砕して結合粒子径を５〜40μｍとしたことを特徴
とする。
本発明に用いられるクロム炭化物粒子としては、Cr3C
2、Cr7C3およびCr23C6の少なくとも１種が用いられる
が、特にCr3C2が好ましい。
2、Cr7C3およびCr23C6の少なくとも１種が用いられる
が、特にCr3C2が好ましい。
本発明に用いられるメタルとしては、Ni80重量％とCr
20重量％の合金が好ましいが、その他にNi50重量％とCr
50重量％の合金やFe−Cr合金なども用いることができ
る。またより耐高温腐食性を向上させるために上記合金
にAl、Si、Ｙ等を単独または併用して添加することもで
きる。
20重量％の合金が好ましいが、その他にNi50重量％とCr
50重量％の合金やFe−Cr合金なども用いることができ
る。またより耐高温腐食性を向上させるために上記合金
にAl、Si、Ｙ等を単独または併用して添加することもで
きる。
前記クロム炭化物粒子径は10μｍ以下、またメタル粒
子径は20μｍ以下とする必要がある。この範囲以外で
は、高エネルギー溶射による場合、皮膜中に未溶融粒子
が多くなり、被膜の気孔率が高く、粒子間の結合力が弱
くなる。
子径は20μｍ以下とする必要がある。この範囲以外で
は、高エネルギー溶射による場合、皮膜中に未溶融粒子
が多くなり、被膜の気孔率が高く、粒子間の結合力が弱
くなる。
前記クロム炭化物粒子およびメタル粒子の混合率は、
好ましくはクロム炭化物が80〜75重量％である。また該
混合物の結合は焼結によって行われる。例えば混合物を
1000℃で焼結した後、再粉砕して粒子状とされる。この
ような焼結粉砕法によれば粒子同士の結合力を高めるこ
とができる。
好ましくはクロム炭化物が80〜75重量％である。また該
混合物の結合は焼結によって行われる。例えば混合物を
1000℃で焼結した後、再粉砕して粒子状とされる。この
ような焼結粉砕法によれば粒子同士の結合力を高めるこ
とができる。
混合物の結合粒子の粒径は、溶射材料すべての粒子を
溶融または半溶融状態とする観点から、５〜40μｍ、好
ましくは最小粒子径を５〜10μｍ、最大粒子径を20〜40
μｍとする必要がある。
溶融または半溶融状態とする観点から、５〜40μｍ、好
ましくは最小粒子径を５〜10μｍ、最大粒子径を20〜40
μｍとする必要がある。
クロム炭化物粒子とメタル粒子の複合材料の溶融性を
改善するためには粒子を微細にする必要があるが、この
際、両者の融点および熱伝導性に差があるため、高融点
で低熱伝導性のクロム炭化物粒径を小さくし、低融点で
高熱伝導性のメタル粒径をクロム炭化物より大きくする
ことによって、これらを均一に溶融させることができ
る。またクロム炭化物は単独で存在するよりも、メタル
と結合していたほうが溶融特性は向上する。
改善するためには粒子を微細にする必要があるが、この
際、両者の融点および熱伝導性に差があるため、高融点
で低熱伝導性のクロム炭化物粒径を小さくし、低融点で
高熱伝導性のメタル粒径をクロム炭化物より大きくする
ことによって、これらを均一に溶融させることができ
る。またクロム炭化物は単独で存在するよりも、メタル
と結合していたほうが溶融特性は向上する。
本発明になる溶射粉末は、メタルとクロム炭化物が適
切な粒径で結合しているため、通常の溶射条件でクロム
炭化物およびメタルは溶射中に溶融または半溶融の状態
で被溶射物の表面に付着することができ、皮膜中の粒子
間の結合が強固になる。
切な粒径で結合しているため、通常の溶射条件でクロム
炭化物およびメタルは溶射中に溶融または半溶融の状態
で被溶射物の表面に付着することができ、皮膜中の粒子
間の結合が強固になる。
以下、本発明を実施例により詳しく説明する。
実施例１〜５ Cr3C2粉末および80重量％Niと20重量％Crとの混合粉
末をそれぞれミルで粉砕し、これらの粉末を第１表に示
す１次粒子径に分級した後、両方の粉末を重量比で75:2
5になるように混合し、1000℃で焼結させ、これを再粉
砕し、第１表に示す造粒粒子径に分級した。この溶射材
料粉末を下記条件で爆発溶射法により鋼板表面に溶射
し、厚さ0.3mmの溶射皮膜を形成した。
末をそれぞれミルで粉砕し、これらの粉末を第１表に示
す１次粒子径に分級した後、両方の粉末を重量比で75:2
5になるように混合し、1000℃で焼結させ、これを再粉
砕し、第１表に示す造粒粒子径に分級した。この溶射材
料粉末を下記条件で爆発溶射法により鋼板表面に溶射
し、厚さ0.3mmの溶射皮膜を形成した。
酸素流量 :351/min アセチレン流量:301min 溶射粉末供給量:10mg/sec 形成された溶射皮膜について、断面のビッカース硬度
Hv300（荷重300g）の測定および断面の気孔率の測定を
行なった。その結果を第１表に示した。
Hv300（荷重300g）の測定および断面の気孔率の測定を
行なった。その結果を第１表に示した。
比較例１および２ 市販のCr3C2−Ni（80重量％）・Cr（20重量％）複合
粉末（粒径:10〜44μｍ）、および市販のCr3C2粉末（粒
径:10μｍ未満）とNi（80重量％）・Cr（20重量％）粉
末（粒径:20μｍ未満）を機械的に混合した粉末をそれ
ぞれ実施例１と同様にして溶射皮膜を形成し、同様の測
定を行なった。その結果を第１表に示す。
粉末（粒径:10〜44μｍ）、および市販のCr3C2粉末（粒
径:10μｍ未満）とNi（80重量％）・Cr（20重量％）粉
末（粒径:20μｍ未満）を機械的に混合した粉末をそれ
ぞれ実施例１と同様にして溶射皮膜を形成し、同様の測
定を行なった。その結果を第１表に示す。
これらの結果から、本発明による溶射材料粉末を使用
した溶射皮膜は、従来の溶射材料粉末を使用し場合に比
べて硬度が高く、気孔率が低く緻密で強固であることが
示された。
した溶射皮膜は、従来の溶射材料粉末を使用し場合に比
べて硬度が高く、気孔率が低く緻密で強固であることが
示された。
第１図および第２図は、それぞれ本発明の溶射被膜お
よび比較例１による溶射被膜断面の顕微鏡写真図であ
る。この図から本発明の皮膜は、市販の粉末を使用した
皮膜に比べて未溶融粒子および気孔が非常に少なく、か
つ均一な組成で積層化が良好であることが示される。
よび比較例１による溶射被膜断面の顕微鏡写真図であ
る。この図から本発明の皮膜は、市販の粉末を使用した
皮膜に比べて未溶融粒子および気孔が非常に少なく、か
つ均一な組成で積層化が良好であることが示される。
なお、本発明の粉末は、高エネルギー溶射に限定され
ず、プラズマ溶射の溶射材料とすることもできる。
ず、プラズマ溶射の溶射材料とすることもできる。
本発明の高エネルギー溶射用クロム炭化物−メタル複
合粉末によれば、すべての粒子が溶融または半溶融状態
で被溶射面に到達するため、断面硬度の高い、気孔率の
小さい均一な組成の溶射皮膜の形成が可能であり、被溶
射面の耐熱、耐食、耐摩耗性を向上させ、製品の耐用年
数を向上させることができる。
合粉末によれば、すべての粒子が溶融または半溶融状態
で被溶射面に到達するため、断面硬度の高い、気孔率の
小さい均一な組成の溶射皮膜の形成が可能であり、被溶
射面の耐熱、耐食、耐摩耗性を向上させ、製品の耐用年
数を向上させることができる。
第１図は、本発明の粉末を使用して形成した溶射皮膜の
断面を示す拡大図、第２図は、市販の粉末を使用して形
成した溶射皮膜の断面を示す拡大図である。
断面を示す拡大図、第２図は、市販の粉末を使用して形
成した溶射皮膜の断面を示す拡大図である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−33364（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−89557（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−212746（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−201701（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−64766（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−13230（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−2637（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−20161（ＪＰ，Ａ) 特公 昭36−9955（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23C 4/00 - 6/00 C23C 26/00 B22F 1/00 - 1/02
Claims (1)
- 【請求項１】クロム炭化物粒子およびメタル粒子の混合
物からなる炭化物−メタル複合粉末において、前記クロ
ム炭化物粒子の粒径が10μｍ以下、前記メタル粒子の粒
径が20μｍ以下であり、かつこれらの混合物を焼結粉砕
して結合粒子径を５〜40μｍとしたことを特徴とする高
エネルギー溶射用クロム炭化物−メタル複合粉末。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63313122A JP2770968B2 (ja) | 1988-12-12 | 1988-12-12 | 高エネルギー溶射用クロム炭化物−メタル複合粉末 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63313122A JP2770968B2 (ja) | 1988-12-12 | 1988-12-12 | 高エネルギー溶射用クロム炭化物−メタル複合粉末 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02159359A JPH02159359A (ja) | 1990-06-19 |
| JP2770968B2 true JP2770968B2 (ja) | 1998-07-02 |
Family
ID=18037380
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63313122A Expired - Lifetime JP2770968B2 (ja) | 1988-12-12 | 1988-12-12 | 高エネルギー溶射用クロム炭化物−メタル複合粉末 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2770968B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0622471A1 (en) * | 1993-04-30 | 1994-11-02 | EG&G SEALOL, INC. | Composite material comprising chromium carbide and a solid lubricant for use as a high velocity oxy-fuel spray coating |
| JP2003129212A (ja) * | 2001-10-15 | 2003-05-08 | Fujimi Inc | 溶射方法 |
| DE102005020999A1 (de) * | 2005-05-03 | 2006-11-09 | Alfred Flamang | Verfahren zur Beschichtung von verschleißbeaufschlagten Bauteilen und beschichtetes Bauteil |
| JP5685856B2 (ja) * | 2010-08-27 | 2015-03-18 | マツダ株式会社 | 溶射皮膜 |
| JP6934567B2 (ja) * | 2018-05-21 | 2021-09-15 | Ｔｐｒ株式会社 | シリンダライナ、及びその製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6033364A (ja) * | 1983-08-01 | 1985-02-20 | Koei Seikou Kk | 熱処理炉用ハ−スロ−ル及びその製造方法 |
-
1988
- 1988-12-12 JP JP63313122A patent/JP2770968B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02159359A (ja) | 1990-06-19 |
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|---|---|---|---|
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