JP3175589B2 - 鉄系鋳造品の被覆材料およびそれによる被覆層を備えた鉄系鋳造品およびその被覆層の形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄系鋳造品の被覆
材料、この被覆材料で形成した被覆層を備えた鉄系鋳造
品、およびこの被覆層の形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄系鋳造品は、高温用途に用いる場合に
は、断熱性や耐酸化性を向上させるために、表面に断熱
被覆層を形成することが知られている。この被覆層とし
ては、断熱性に優れたセラミックスを主体としたものが
種々提案されている。しかし、被覆層のセラミックスと
母材の金属とは熱膨張係数に差があるため、母材と被覆
層との接合強度が十分に得られない場合が多い。

【０００３】母材と被覆層との接合強度を向上させるた
めに、本発明者らは特開平７−１５０３６８号公報にお
いて、Ｆｅを主体としＣｒ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｍｎ，
Ｎｂ，およびＶの少なくとも１種の金属を混合した粉末
を焼結し、これらの金属の酸化物により焼結層内の空孔
を封止する技術を提案した。これにより、鉄系鋳造品の
断熱性および耐酸化性については所期の効果が得られ
る。

【０００４】しかし、鉄系鋳造品が顕著な成長現象を示
す材質、典型的にはフェライト系鋳鉄などの場合には、
成長現象に起因する問題が残されていた。すなわち、Ａ
₁ 点以上の温度での使用を継続すると母材が成長し、セ
メンタイト中のＣが黒鉛化し、黒鉛とマトリクスとの間
の熱膨張の差による空隙の発生等に起因して体積変化が
起こる。その結果、鉄系鋳造品に寸法変化が生じたり、
割れが発生したりするという問題があった。

【０００５】更に、被覆層をフェライト系鋳鉄などの鉄
系鋳造品に適用する際に、塗布・乾燥したままの塗膜
（グリーン膜）の焼成中に母材の組織が変化し、それに
より母材の熱疲労強度や衝撃値等の機械強度が低下する
ことがあるという問題があった。また、被覆層と母材と
の接合強度を更に向上させたいという要請もあった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、鉄系鋳造品
の被覆層において、上記従来の技術による断熱性および
耐酸化性を確保した上で、更に母材の成長を抑止できる
被覆材料およびそれで形成した被覆層を提供するするこ
とを目的とする。本発明は更に、塗膜焼成中の母材の組
織変化とそれによる機械強度の低下とを防止できる被覆
層の形成方法を提供することを目的とする。

【０００７】本発明はまた、被覆層と母材との接合強度
を更に向上し得る被覆層の形成方法を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、本願第一
本発明によれば、鉄系鋳造品の酸化および成長を抑止す
る被覆層を形成するための被覆材料であって、下記の第
１，第２，および第３の粉末：主成分としてのＦｅと、
Ｎｉ，Ｔｉ，およびＡｌのうちから選択される少なくと
も一種の耐酸化性元素とから成る第１の粉末を１０〜９
０重量％、酸化物を形成して被覆層内の空孔を封止する
Ｃｒ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎｂ，およびＶのうち
から選択される少なくとも１種の封孔元素から成る第２
の粉末を５〜３０重量％、および母材中の過飽和炭素と
結合して安定な炭化物として固定し母材の成長を抑止す
るＢ，Ｃｏ，Ａｌ，Ｃａ，Ｍｏ，Ｔａ，およびＨｆのう
ちから選択される炭化物形成元素から成る第３の粉末を
５〜２０重量％、を含むことを特徴とする鉄系鋳造品の
被覆材料によって達成される。

【０００９】第一発明においては、第１および第２の粉
末により特開平７−１５０３６８号公報に開示した技術
による被覆層／母材界面の接合強度が確保され、更に第
３の粉末により母材の成長が抑止される。Ｂ，Ｃｏ，Ａ
ｌ，Ｃａ，Ｍｏ，Ｔａ，およびＨｆのうちから選択され
る炭化物形成元素は、塗膜の熱処理中および高温での使
用中に上記Ｂ等の炭化物形成元素が被覆層から母材中に
拡散浸透し、母材を高温で使用中にセメンタイトが分解
して生ずる過飽和の炭素を安定な炭化物にして固定す
る。これにより母材の黒鉛化が防止され、成長が抑止さ
れる。また、炭化物形成元素の拡散浸透により母材の表
面近傍のみを高硬度化でき、また母材表面の内部応力を
圧縮応力とすることができるので、母材の熱疲労強度が
向上する。炭化物形成元素のうち特にＢは、Ｆｅ中での
拡散速度がＣの４．６倍と非常に大きいので、母材中へ
拡散浸透して炭化物を形成する上で最も有利である。

【００１０】Ｆｅと耐酸化性元素（Ｎｉ，Ｔｉ，Ａｌか
ら選択）とから成る第１粉末の量を１０〜９０重量％に
限定したのは、耐酸化性の効果を得るには１０重量％以
上必要であり、第２，第３の粉末を有効量存在させる配
合バランス上から９０重量％以下とすべきだからであ
る。封孔元素（Ｃｒ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎｂ，
Ｖから選択）から成る第２粉末の量を５〜３０重量％に
限定したのは、焼結した被覆層内の空孔を封止するのに
必要な量の酸化物を生成するには５重量％以上が必要で
あり、第１，第３の粉末を有効量存在させる配合バラン
ス上から３０重量％以下とすべきだからである。

【００１１】炭化物形成元素（Ｂ，Ｃｏ，Ａｌ，Ｃａ，
Ｍｏ，Ｔａ，Ｈｆから選択）から成る第３の粉末の量を
５〜２０重量％に限定したのは、セメンタイトの分解で
生ずる過飽和の炭素を炭化物として固定するのに５重量
％以上が必要であり、２０重量％を超えると焼結性が悪
くなり、良好な被覆層を安定して形成できないからであ
る。

【００１２】第一発明の望ましい態様においては、被覆
層の上に更に耐酸化層を備えることにより、塗膜の焼成
中および高温での使用中に被覆層中の炭化物形成元素の
酸化を防止し、炭化物形成元素の母材中への拡散浸透に
よる上記の効果をより安定して得られるようにする。上
記の目的は、本願第二発明によれば、第一発明の被覆材
料で鉄系鋳造品の表面に被覆層を形成する方法であっ
て、該被覆材料のスラリーを鉄系鋳造品の表面に塗布し
乾燥した後、非酸化性雰囲気中で９００℃以上で３時間
以上加熱し、次いで酸化性雰囲気中で９００℃以下で３
時間以上加熱することを特徴とする被覆層の形成方法に
よって達成される。

【００１３】非酸化性雰囲気中での加熱により被覆層を
焼結させた後、酸化性雰囲気での加熱により封孔金属を
酸化させて焼結層内の空孔を封止する。非酸化性雰囲気
での熱処理を９００℃以上で３時間以上行うのは、拡散
接合により母材との接合強度を確保するために必要だか
らである。温度・時間共に上限は限定する必要はなく、
被覆材料主材の溶融防止等を考慮して適宜決定できる。

【００１４】酸化性雰囲気での熱処理を９００℃以下で
３時間以上行うのは、焼結により形成した被覆層を余分
に焼成せず且つ封孔に必要な酸化を効率的に進行させる
のに必要だからである。なお、上記各加熱中には、炭化
物形成元素の一部が母材中へ拡散浸透する。本願第三発
明においては、第二発明における酸化性雰囲気中での加
熱により封孔を行った後に、鉄系鋳造品のＡ₁ 点以下に
まで不活性ガスで冷却する。これにより母材を空冷し、
変態時に過飽和の炭素を黒鉛とはせずにパーライトとし
て析出させ、黒鉛析出による機械強度の劣化を防止し、
良好な機械強度を確保する。過飽和炭素をパーライトと
して析出させるために、不活性ガスでの冷却を５〜５０
℃／分の冷却速度で行うことが望ましい。不活性ガスを
用いるのは、既に所定の性状を備えて形成されている被
覆層の不要な酸化を防止するためである。

【００１５】本願第四発明においては、第二発明におけ
る鉄系鋳造品のＡ₁ 点以下にまで冷却した後、Ａ₁ 点直
下で３０〜１２０分保持する。これにより、パーライト
中のセメンタイトを微細球状化し、特に母材の靱性を高
める。本願第五発明においては、第一発明の被覆材料で
鉄系鋳造品の表面に被覆層を形成する際に転写法を用
い、具体的には鉄系鋳造品の形状を有する鋳型キャビテ
ィーの壁面に該被覆材料を塗布し乾燥した後、該鉄系鋳
造品の母材溶湯を鋳型内に注湯して鋳造を行う。転写法
を用いることにより、被覆材料中の封孔金属が溶湯と反
応して母材金属と合金化するため、鋳造後に塗布・焼成
により被覆層を形成する場合のように焼結層（被覆層）
内に空孔は発生しない。また、封孔金属が母材金属との
合金化により鋳造品の表面に均一に分布した状態となる
ので、この上に断熱層を形成する場合に接合強度を向上
させることができる。

【００１６】本願第六発明においては、第一発明の被覆
材料において、主成分としてのＦｅと、Ｎｉ，Ｔｉ，お
よびＡｌのうちから選択される少なくとも一種の耐酸化
性元素とから成る第１の粉末がＮｉを５０重量％以上含
有する。これにより、被覆層と母材との間の濃度勾配が
大きくなるため、拡散反応が促進され接合強度が向上す
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に、実施例により本発明を更
に詳細に説明する。 〔実施例１〕表１に示す３種類のスラリー１，２，２’
を調製した。スラリー１は比較例であり、従来と同じく
炭化物形成元素を添加していない。スラリー２およびス
ラリー２' は本発明により炭化物形成元素としてそれぞ
れＢおよびＣｏを添加したものである。

【００１８】表１中の組成に従って各粉末を秤量し、ナ
イロンボールミルにて３時間混合した。得られた混合粉
末に蒸留水を加えて攪拌し、粘度を１０００〜４０００
ｃｐｓのスラリーに調製した。母材としてＪＩＳ−ＦＣ
ＤＡ１を用い、ディップ法により膜厚が１００μｍ程度
になるように塗布した後、表２に示した成膜法３により
焼成を行い被覆層を形成した。

【００１９】上記スラリー１，２，２’によりそれぞれ
被覆層を形成した母材を大気中で７００℃に保持した際
の保持時間と母材の成長率の関係を図１に示す。図１か
ら分かるように、従来と同じく炭化物形成元素を添加し
ないスラリー１により被覆層を形成した場合には、保持
時間に対して顕著な成長が認められ、５０時間の保持に
より１．２５％の成長が認められた。

【００２０】これに対し、本発明により炭化物形成元素
を添加したスラリー２，２’により被覆層を形成した場
合には、母材の成長が抑止されており、炭化物形成元素
による成長抑止効果が明らかに認められる。特に炭化物
形成元素としてＢを添加した場合には成長がほとんど認
められず、成長抑止効果が大きいことが分かる。また、
炭化物形成元素としてＣｏを添加した場合でも、５０時
間保持の成長率が０．５％であり、炭化物形成元素を添
加しない従来の場合に比べて成長率が４０％にまで抑止
されている。

【００２１】〔実施例２〕母材としては実施例１と同じ
くＪＩＳ−ＦＣＤＡ１を用い、図２に示したように実施
例１のスラリー２による塗膜（第１層）の上に、更にス
ラリー１による耐酸化層用塗膜（第２層）を形成して２
層構造の塗膜とした。塗布方法および塗膜厚さは実施例
１と同様とした。その後、実施例１と同じく表２の成膜
法３により２層構造の被覆層を形成した。

【００２２】図３に、成膜後の第１層近傍の母材内のＢ
分布をエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）により
測定した結果を示す。図３中には、比較のためにスラリ
ー２による第１層のみの場合の測定結果も併せて示して
ある。図３の結果から、耐酸化層として第２層を形成し
２層構造の被覆層とすることにより、第１層中のＢの酸
化による消耗が抑制されるため、１層のみの被覆層の場
合よりも母材中へのＢの拡散浸透深さが増加しており、
母材の成長抑止に対するＢの効果が向上することが分か
る。

【００２３】〔実施例３〕母材としては実施例１と同じ
くＪＩＳ−ＦＣＤＡ１を用い、実施例２と同じく図２に
示したようにスラリー２による塗膜（第１層）の上に、
更にスラリー１による耐酸化層用塗膜（第２層）を形成
して２層構造の塗膜とした。塗布方法および塗膜厚さは
実施例１と同様とした。その後、表２に示した成膜法
１，２，３の３種類の成膜法を用い２層構造の被覆層を
形成した。

【００２４】上記３種類の被覆層を形成した試料と、比
較用の被覆層なしの試料について、エフィン型熱疲労試
験を行った。試験条件は、最低温度は２００℃（一
定）、最高加熱温度を７００℃および９００℃の２水準
とした。試験機剛性は４ｔ／ｍｍであった。図４に、熱
疲労試験結果を示す。同図から分かるように、成膜法３
により図２の２層構造被覆層を形成した試料が最も良好
な熱疲労強度を示した。成膜法３は、非酸化性雰囲気と
してＡｒ気流中での第１段階の焼成を行った後に、酸化
性雰囲気として大気中での第２段階の焼成を行ったもの
である。その際、大気中で行った第２段階の焼成により
耐酸化層である第２層内の封孔が進行し、第１層中のＢ
の酸化が抑止されると共に、ＣＯやＣＯ₂ 等の炭素を含
有する気体の分圧が上昇し母材からのＣの脱離およびこ
の脱離炭素によるＢの炭化が抑止される。すなわち、第
１層中のＢが酸化および炭化により消費されずに高いＢ
量が確保され、高温での使用時に母材中に拡散浸透して
炭素を固定するＢの効果が高レベルで確保され、熱疲労
強度が著しく向上する。

【００２５】〔実施例４〕母材としては実施例１と同じ
くＪＩＳ−ＦＣＤＡ１を用い、実施例２と同じく図２に
示したようにスラリー２による塗膜（第１層）の上に、
更にスラリー１による耐酸化層用塗膜（第２層）を形成
して２層構造の塗膜とした。塗布方法および塗膜厚さは
実施例１と同様とした。その後、実施例１と同じく表２
の成膜法３により行い２層構造の被覆層を形成した。た
だし、成膜法３の第２段階（大気中焼成）に続いて、表
３の熱処理１または熱処理２を加えた。熱処理１の窒素
ガス冷却は、母材ＪＩＳ−ＦＣＤＡ１のＡ₁ 点である７
３８℃より低い７２０℃まで行い、熱処理２は同じくＡ
₁ 点より低い７００℃での保持を行った。

【００２６】図５に、上記により得られた試料の硬さお
よび衝撃値を示す。同図には、比較のために表２の成膜
法３のみを行い表３の熱処理を行わなかった試料の結果
も併せて示す。同図に示したように、成膜法３のみを行
い熱処理を行わなかった場合には、成膜処理する前の母
材（生材）に対して硬さおよび靱性が共に低下している
が、熱処理１を加えた場合には硬さが、また熱処理２を
加えた場合には硬さおよび靱性が共に、生材と同等に回
復または生材よりも向上している。

【００２７】図６（ａ）および（ｂ）に、（ａ）熱処理
１を施した試料および（ｂ）熱処理２を施した試料のミ
クロ組織を示す。熱処理１によりパーライトが網目状に
析出し（同図（ａ））、このパーライトが更に熱処理２
により微細球状化している（同図（ｂ））。このよう
に、焼成を非酸化性雰囲気中での第１段階と酸化性雰囲
気での第２段階との２段階焼成とし、且つ第２段階焼成
温度から不活性ガスにより母材のＡ₁点以下の温度にま
で冷却することにより、あるいはこの冷却後更にＡ₁ 点
以下の温度で保持することにより、耐熱性と耐熱疲労性
に加えて耐摩耗性および／または靱性が特に要求される
部材に対して、本発明の被覆層を有利に適用することが
できる。

【００２８】〔実施例５〕母材としては実施例１と同じ
くＪＩＳ−ＦＣＤＡ１を用い、実施例２と同じく図２に
示したようにスラリー２による塗膜（第１層）の上に、
更にスラリー１による耐酸化層用塗膜（第２層）を形成
して２層構造の塗膜とした。塗布方法および塗膜厚さは
実施例１と同様とした。その後、実施例１と同じく表２
の成膜法３により２層構造の耐酸化・成長抑止被覆層を
形成した。

【００２９】更に、上記の２層構造の上に、断熱層を形
成し、試料Ａとした。断熱層の組成、スラリー形成法、
塗布方法、塗膜厚さ、成膜法は下記のとおりであった。
表４に示した配合比（重量比）で断熱層用スラリーを形
成した。同表中に示したように、Ｆｅ₂ Ｏ₃ 粉末（粒子
径２μｍおよび２０〜４０μｍ）とＣｒ粉末との合計を
１００としたとき、これに対してＺｒＯ₂ 多孔質球（粒
径５０μｍ）が３０．７、バインダーが１００の配合比
である。なお、断熱層のＣｒ含有量を４水準に変化させ
た。これは、同表に示したように、Ｆｅ₂ Ｏ₃ 粉末とＣ
ｒ粉末との合計配合比は１００に固定し、その中でＣｒ
配合比率を４水準に変化させることにより行った。

【００３０】表４の配合比により、Ｆｅ₂ Ｏ₃ 粉末（粒
子径２０〜４０μｍ）に、同じくＦｅ₂ Ｏ₃ 粉末（粒子
径２μｍ）、Ｃｒ粉末、およびバインダーを加えて、ボ
ールミル中で１時間混合した後、ＺｒＯ₂ 多孔質球を加
えて更に攪拌、混合、脱泡を行ってスラリーとした。こ
のスラリーを刷毛塗り、ディップコート等により母材に
塗布後、８０〜１００℃×１時間加熱＋３００℃×１時
間加熱を行う、塗布・加熱サイクルを繰り返して、厚さ
１ｍｍの断熱層を形成した。

【００３１】これとは別に、転写法により被覆層を形成
するために、鋳造用金型のキャビティー壁面に図２に示
したスラリー２による塗膜第１層とスラリー１による塗
膜第２層とを塗布・乾燥した。塗布はフローコート法に
より行い、塗膜厚さは実施例１と同様とした。この金型
内に母材ＪＩＳ−ＦＣＤＡ１の溶湯を注湯して鋳造を行
った。これにより表面に図２に示した２層構造の耐酸化
・成長抑止被覆層を備えた鋳物が得られた。

【００３２】この２層構造の上に、前記の試料Ａと同様
に断熱層を形成し、試料Ｂとした。鋳造後に２層構造の
耐酸化・成長抑止被覆層を形成し更にその上に断熱層を
形成した試料Ａと、転写法により鋳造時に２層構造の耐
酸化・成長抑止被覆層を形成し更にその上に断熱層を形
成した試料Ｂについて、２層構造の耐酸化・成長抑止被
覆層と断熱層と間の接合強度を図８に示す。

【００３３】図８に示したように、試料Ｂの接合強度が
試料Ａに比べて約２倍に向上していることが分かる。こ
れは、転写法による試料Ｂにおいて、封孔金属としての
Ｃｒと母材金属（溶湯）とが鋳造時に合金化したことに
より鋳造品の表面に均一に分散した状態になり、酸化に
より耐酸化・成長抑止被覆層の表面にＣｒ₂ Ｏ₃ が均一
に生成し、断熱層との接合点が増加したためであると考
えられる。

【００３４】更に、断熱層中のＣｒ含有量の増加に伴い
２層構造／断熱層間接合強度が増加するのも、両者間の
接合点となるＣｒ₂ Ｏ₃ が増加するためであると考えら
れる。 〔実施例６〕母材としてＪＩＳ−ＳＣＨ２１Ｍ１（高Ｎ
ｉ耐熱鋳鋼）を用い、この表面に実施例１と同じくスラ
リー２（Ｆｅ−Ｎｉ５０wt％合金粉末使用）による被覆
層を形成した試料と、表１のスラリー３（Ｎｉ粉末使
用）による被覆層を形成した試料とを作成した。スラリ
ー塗布方法、塗膜厚さ、成膜法は実施例１と同様とし
た。

【００３５】被覆層／母材間接合強度を測定した結果、
スラリー２による被覆層は３ＭＰａと低かったのに対
し、スラリー３による被覆層は５２ＭＰａと著しく向上
していた。更に、表１のスラリー３の成分のうちＮｉ粉
末の代わりに、Ｎｉ濃度が６５wt％および８０wt％であ
る２種類のＦｅ−Ｎｉ合金粉末を用い、他の成分はスラ
リー３と同様とした２種類のスラリーを準備し、上記と
同様に被覆層を形成した試料を作成し、被覆層／母材間
接合強度を測定した。

【００３６】図９に、Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末中のＮｉ濃度
（Ｎｉ粉末の場合は濃度１００wt％）と被覆層／母材間
接合強度との関係を示す。実験に用いたＮｉ濃度５０wt
％以上の全てのＮｉ濃度範囲について、Ｎｉ濃度の増加
に伴い接合強度が向上することが分かる。実際の用途と
して自動車用鋳鉄製エキゾーストマニホールドに適用す
る場合を想定すると、実機適用に必要な接合強度の下限
は２０ＭＰａである。図９から、この下限強度を確保す
るにはＮｉ濃度を約７０wt％以上とする必要があること
が分かる。

【００３７】図１０に、被覆層／母材界面周辺のＮｉお
よびＦｅの濃度分布をエネルギー分散型Ｘ線分析装置
（ＥＤＳ）により測定した結果を示す。横軸は界面を垂
直に貫通する直線に沿った距離を示し、横座標０が界
面、その左側（−側）が被覆層、右側（＋側）が母材に
対応する。縦軸はＥＤＳ計数値で表した濃度を示し、測
定値は被覆層材料中および母材中のＮｉおよびＦｅの初
期濃度を基準として標準化してある。

【００３８】図１０中の細い実線と細い破線が、スラリ
ー２による試料のＮｉとＦｅの濃度分布をそれぞれ示
し、図１０中の太い実線と太い破線が、スラリー３によ
る試料のＮｉとＦｅの濃度分布をそれぞれ示す。図１０
に示したように、Ｆｅ−Ｎｉ５０wt％合金粉末を用いた
スラリー２により被覆層形成した試料は、界面両側の極
めて狭い帯域でのみ被覆層／母材間でのＮｉおよびＦｅ
の拡散が認められるに過ぎない。

【００３９】これに対し、上記合金粉末に代えてＮｉ粉
末を用いたスラリー３により被覆層形成した試料は、被
覆層・母材間でのＮｉおよびＦｅの拡散が界面を透して
相互に深く進行していることが分かる。このように、被
覆層中のＮｉ濃度が高いと、被覆層／母材間のＮｉ，Ｆ
ｅの濃度勾配が大きくなり、相互間での拡散が促進され
る。その結果、前記のようにスラリー２よりもスラリー
３を用いた被覆層の方が接合強度が顕著に向上し、また
先に図９で示したように、被覆材料中Ｎｉ濃度の増加に
伴い被覆層／母材間接合強度が顕著に向上する。

【００４０】したがって、本実施例のように母材が高Ｎ
ｉ組成の場合には、被覆材料中のＮｉ濃度を高くするこ
とにより、接合強度を向上させることが望ましい。

【００４１】

【表１】

【００４２】

【表２】

【００４３】

【表３】

【００４４】

【表４】

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による鉄系
鋳造品の被覆層とそのための被覆材料により、断熱性お
よび耐酸化性を従来と同等に確保した上で、母材の成長
を抑止できる。更に、塗膜焼成中の母材の組織変化とそ
れによる機械強度の低下とを防止できる。また、被覆層
と母材との接合強度を更に向上し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、種々の組成のスラリーにより被覆層を
形成した鋳鉄を７００℃の大気中に保持したときの保持
時間と成長率の関係を示すグラフである。

【図２】図２は、本発明による被覆層の上の更に耐酸化
層を形成した２層構造の被覆層を模式的に示す断面図で
ある。

【図３】図３は、本発明による被覆層のみ、およびその
上に更に図２のように耐酸化層を形成した場合につい
て、被覆層／母材界面から母材中へのＢの拡散状態を比
較して示すグラフである。

【図４】図４は、種々の処理条件で塗膜を焼成して被覆
層を形成した場合について、熱疲労特性を示すグラフで
ある。

【図５】図５は、塗膜の最終焼成温度からＡ₁ 点以下に
まで窒素ガスで冷却する熱処理および窒素ガス冷却後更
にＡ₁ 点以下で保持する熱処理をそれぞれ行った場合の
母材の硬さと衝撃値を、これらの熱処理を行わなかった
場合と比較して示すグラフである。

【図６】図６は、（ａ）塗膜の最終焼成温度からＡ₁ 点
以下にまで窒素ガス冷却する熱処理を行った場合および
（ｂ）窒素ガス冷却後更にＡ₁ 点以下で保持する熱処理
を行った場合について、母材のミクロ組織を示す光学顕
微鏡写真である。

【図７】図７は、本発明により転写法を用いて被覆層を
形成する方法を模式的に示す断面図である。

【図８】図８は、本発明により図２のように２層構造の
被覆層を形成し、更にその上に断熱層を形成した場合の
接合強度と断熱層のＣｒ含有量との関係を、鋳造後に被
覆層を形成した場合と鋳造中に転写法により形成した場
合とを比較して示すグラフである。

【図９】図９は、高Ｎｉ耐熱鋳鋼に被覆層を形成した場
合の接合強度と、被覆材料のＮｉ濃度との関係を示すグ
ラフである。

【図１０】図１０は、高Ｎｉ耐熱鋳鋼を母材とし、Ｆｅ
−Ｎｉ合金粉末を用いた被覆材料で本発明の被覆層を形
成した場合と、この合金粉末に代えてＮｉ粉末を用いた
被覆材料で本発明の被覆層を形成した場合について、被
覆層／母材界面付近のＮｉとＦｅの濃度分布を示すグラ
フである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 24/08 C23C 30/00

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄系鋳造品の酸化および成長を抑止する
   被覆層を形成するための被覆材料であって、 下記の第１，第２，および第３の粉末： 主成分としてのＦｅと、Ｎｉ，Ｔｉ，およびＡｌのうち
   から選択される少なくとも一種の耐酸化性元素とから成
   る第１の粉末を１０〜９０重量％、 酸化物を形成して被覆層内の空孔を封止するＣｒ，Ｚ
   ｒ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎｂ，およびＶのうちから選択
   される少なくとも１種の封孔元素から成る第２の粉末を
   ５〜３０重量％、および母材中の過飽和炭素と結合して
   安定な炭化物として固定し母材の成長を抑止するＢ，Ｃ
   ｏ，Ａｌ，Ｃａ，Ｍｏ，Ｔａ，およびＨｆのうちから選
   択される炭化物形成元素から成る第３の粉末を５〜２０
   重量％、 を含むことを特徴とする鉄系鋳造品の被覆材料。
2. 【請求項２】 請求項１記載の被覆材料を塗布し焼成し
   て形成された被覆層を表面に備えた鉄系鋳造品。
3. 【請求項３】 請求項２記載の被覆層の上に更に耐酸化
   層を備えた鉄系鋳造品。
4. 【請求項４】 請求項１記載の被覆材料で鉄系鋳造品の
   表面に被覆層を形成する方法であって、 該被覆材料のスラリーを鉄系鋳造品の表面に塗布し乾燥
   した後、非酸化性雰囲気中で９００℃以上で３時間以上
   加熱し、次いで酸化性雰囲気中で９００℃以下で３時間
   以上加熱することを特徴とする被覆層の形成方法。
5. 【請求項５】 請求項４記載の方法において、前記酸化
   性雰囲気中での加熱した後に、該鉄系鋳造品のＡ₁ 点以
   下にまで不活性ガスで冷却することを特徴とする被覆層
   の形成方法。
6. 【請求項６】 請求項５記載の方法において、前記不活
   性ガスでの冷却を５〜５０℃／分の冷却速度で行うこと
   を特徴とする被覆層の形成方法。
7. 【請求項７】 請求項５記載の方法において、該鉄系鋳
   造品のＡ₁ 点以下にまで冷却した後、Ａ₁ 点直下で３０
   〜１２０分保持することを特徴とする被覆層の形成方
   法。
8. 【請求項８】 転写法により請求項１記載の被覆材料で
   鉄系鋳造品の表面に被覆層を形成する方法であって、 該鉄系鋳造品の形状を有する鋳型キャビティーの壁面に
   該被覆材料を塗布し乾燥した後、該鉄系鋳造品の母材溶
   湯を鋳型内に注湯して鋳造を行うことを特徴とする転写
   法による被覆層の形成方法。
9. 【請求項９】 請求項１記載の被覆材料において、前記
   主成分としてのＦｅと、Ｎｉ，Ｔｉ，およびＡｌのうち
   から選択される少なくとも一種の耐酸化性元素とから成
   る第１の粉末が、Ｎｉを５０重量％以上含有することを
   特徴とするＮｉ含有鉄系鋳造品用被覆材料。