JP3254730B2 - 溶射用ジルコニア粉末 - Google Patents

溶射用ジルコニア粉末

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JP3254730B2 JP14365492A JP14365492A JP3254730B2 JP 3254730 B2 JP3254730 B2 JP 3254730B2 JP 14365492 A JP14365492 A JP 14365492A JP 14365492 A JP14365492 A JP 14365492A JP 3254730 B2 JP3254730 B2 JP 3254730B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、溶射用ジルコニア粉末
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、粉末状の溶射用材料は、10〜
100μmの大きさのものが用いられることが多いが、
粉末供給装置の性能や精度および粉末材料を搬送するパ
ウダ−チュ−ブの径や長さにより、粉末の送給が困難に
なることがあり、この場合は、安定供給可能な粒度に分
級調整を行って、送給の安定化が図られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このように分級調整す
るだけでは、チュ−ブ内で閉塞現象や供給不良を生じ
る。この供給がスム−ズに行われないと、溶射層におけ
る粒界、結晶粒および気孔から構成されている積層が不
均質になり、かつ1回当たりの皮膜厚みが不均一にな
る。このような現象が生じると製品の耐熱性、硬度、耐
摩耗性、強度、耐食性などに悪影響がでてくる。
【0004】本発明はこれらの問題の解決された、すな
わち、流動性がよく、チュ−ブ内で閉塞現象や供給不良
を生じることのない溶射用ジルコニア粉末の提供を目的
とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、BET比表面
積 0.1〜15m/g、結晶子径100〜1200
A、軽装嵩密度 1.2〜2.9g/cm、かつ、平
均顆粒圧壊強度0.10kgf/mm以上の溶射用ジ
ルコニア粉末を要旨とするものである。
【0006】これらの条件をはずれると、すなわち、B
ET比表面積が15m/gを越えるまたは結晶子径が
100Aに満たないと、素材に付着したものは離脱しに
くいすなわち付着効率が高いが、素材に衝突することな
く気流に乗って流出する量が大きくなり全体として歩留
まりが悪くなる。また、BET比表面積が0.1m
gに満たない、結晶子径が1200Aを超えるまたは軽
装嵩密度が2.9g/cmを越えるものは、粉末粒子
内に部分的に焼結が起こっているところがあり、溶射時
に未溶融部分が残存し、付着効率が悪くなり、気孔率が
高くなるので、皮膜の耐熱性や硬度が低下する。さら
に、軽装嵩密度が1.2g/cmに満たないまたは平
均顆粒圧壊強度が0.10kgf/mmに満たない
と、搬送ガスで顆粒が壊れることによるのか、パウダ−
チュ−ブ内で滞積し、閉塞現象や供給不良を生じ、皮膜
が形成されなくなる。
【0007】このような条件を満足するジルコニア粉末
は、噴霧乾燥法、転動造粒法、流動造粒法、攪拌造粒法
などによって製造することができる。たとえば、焼成に
よって安定化剤となるMg、Caなどのアルカリ土類金
属、Y、Ceなどの希土類元素などの化合物を含むジル
コニア水和ゾルを噴霧乾燥して顆粒状のゲルをえ、60
0〜1200℃で仮焼し、平均粒径1μm以下に粉砕
し、500〜2500cpに粘度調整し、大気中で造粒
したのち乾燥するか乾燥したのち造粒し、500〜15
00℃で焼成することによって製造することができる。
【0008】
【発明の効果】以上の如く、本発明の溶射用ジルコニア
粉末は、従来のものと比較して、流動性が極めて優れて
おり、内径2mm以下のパウダ−チュ−ブでも閉塞する
ことなく、単位時間当たりの供給量も安定している。そ
のため、均質で付着効率が高く、耐熱性、硬度、耐摩耗
性、強度、耐食性などに優れた溶射皮膜を得ることがで
きる。
【0009】この粉末を耐磨耗性、耐熱性、断熱性など
を必要とする箇所に溶射して皮膜を形成させることによ
って、従来法によるよりも寿命の長い溶射皮膜を得られ
ることが期待される。
【0010】
【実施例】以下、本発明を実施例及び、比較例により具
体的に説明する。本発明はこれらの実施例により限定さ
れるものではない。
【0011】実施例1 ZrO換算濃度50g/lのオキシ塩化ジルコニウム
水溶液に酸化イットリウムを(ZrO+Y)に
対するY換算5wt%となるように添加し、還流
下に加水分解率が90%になるまで加水分解し、ZrO
換算濃度300g/lになるまで濃縮して水和ジルコ
ニアゾルをえた。このゾルを乾燥してゲル粉末をえ、大
気雰囲気下で電気炉により850℃、保持時間2時間の
条件で仮焼してジルコニア粉末をえ、ボールミルにより
湿式粉砕して平均粒子径0.7μmのスラリーとし、2
wt%アンモニア水によって1500cpに粘度調整
し、190℃の熱風中に噴霧乾燥してY/ZrO
5/95、BET比表面積値 14.3m/g、
結晶子径 270A、軽装嵩密度 1.20g/c
、平均顆粒径 58μm、平均顆粒圧壊強度 0.
04kgf/mmの部分安定化ジルコニアからなる球
状造粒粉末を得た。
【0012】この粉末を更に大気雰囲気下で1300
℃、保持2時間の条件により電気炉による熱処理によっ
て溶射用粉末を得、溶射試験に供した。
【0013】実施例2 球状造粒粉末の熱処理温度1300℃を1000℃とす
るほかは実施例1と同じ条件にして溶射用粉末を得、溶
射試験に供した。
【0014】実施例3 (ZrO+Y)に対するY換算5wt%
を13.5wt%とするほかは実施例1と同じ条件にし
て溶射用粉末を得、溶射試験に供した。中間体の安定化
ジルコニア球状造粒粉末は、Y/ZrO
3.5/86.5、BET比表面積値 21.9m
g、結晶子径 219A、軽装嵩密度1.33g/cm
、平均顆粒径 58μm、平均顆粒圧壊強度 0.0
4kgf/mmであった。
【0015】実施例4 実施例1と同じ条件でえられたゲル粉末を大気雰囲気下
で電気炉により1000℃、保持時間2時間の条件で仮
焼してジルコニア粉末をえ、ボールミルにより湿式粉砕
して平均粒子径1.0μmのスラリーとし、アクリル系
バインダー(第一工業製薬製 セラモPB72)を3w
t%加え、増粘剤(サンノプコ製A−818)により1
500cpに粘度調整し、190℃の熱風中に噴霧乾燥
してY/ZrO 5/95、BET比表面積値
7.0m/g、結晶子径 372A、軽装嵩密度
1.25g/cm、平均顆粒径 42μm、平均顆粒
圧壊強度 0.04kgf/mmの部分安定化ジルコ
ニアからなる球状造粒粉末を得た。
【0016】この粉末を更に実施例と同じ条件により電
気炉によってる熱処理して溶射用粉末を得、溶射試験に
供した。
【0017】実施例5 実施例4と同じ条件でえられたスラリーを媒体流動乾燥
装置(奈良機械製作所製 MSD100A)によって乾
燥し、攪拌造粒法により造粒して溶射用粉末をえ、溶射
試験に供した。
【0018】比較例1 実施例1における中間体の、Y/ZrO 5/
95、BET比表面積値 14.3m/g、結晶子径
270A、軽装嵩密度 1.20g/cm、平均顆
粒径 58μm、平均顆粒圧壊強度 0.04kgf/
mmの部分安定化ジルコニアからなる球状造粒粉末を
溶射試験に供した。しかし、溶射開始後2〜3分で波打
ち現象を生じ、一定条件で粉末が供給されず、均一な厚
みの皮膜が得られなかった。
【0019】比較例2 比較例1の球状造粒粉末を74μm乾式分級機によって
平均顆粒径52μmの粒度のものに分級調整し、溶射試
験に供した。しかし、溶射開始後2〜3分で比較例1同
様に波打ち現象を生じ、一定条件で粉末が供給されず、
均一な厚みの皮膜が得られなかった。
【0020】比較例3 実施例1と同じ条件でえられたスラリ−に粉末に対して
ポリビニルアルコ−ルを3wt%を添加し、大気中で噴
霧乾燥し、軽装嵩密度1.25g/cm、平均顆粒径
57μm、平均顆粒圧壊強度0.07kgf/mm
球状造粒粉末を得、溶射試験に供した。しかし、溶射開
始後2〜3分で波打ち現象を生じ、一定条件で粉末が供
給されず、均一な厚みの皮膜が得られなかった。
【0021】比較例4 実施例3における中間体の、Y/ZrO
3.5/86.5、BET比表面積値 21.9m
g、結晶子径 219A、軽装嵩密度1.33g/cm
、平均顆粒径 58μm、平均顆粒圧壊強度 0.0
4kgf/mmの球状造粒粉末を大気雰囲気下で14
00℃、保持2時間の条件により電気炉による熱処理を
行なって溶射用粉末を得、溶射試験に供した。
【0022】以上の例における溶射用粉末の特性および
溶射試験の結果を表1および2に示す。
【0023】表中、平均顆粒圧壊強度は、平均粒径に近
い顆粒10個の、島津製作所製 微小圧縮試験機による
平均値である。溶射は、プラズマ溶射により50mm×
60mm×5mm厚さのブラスト処理されたSUS30
4試験片に皮膜厚さ200μmを目標にして行なった
(溶射機METCO社製、プラズマガスAr/H)。
皮膜の評価は、溶射皮膜断面の顕微鏡観察による皮膜の
密着性の観察による(◎:気孔がきわめて少ない、○:
気孔が少ない、△:厚み不均一、×:気孔が大きく厚み
不均一)。「皮膜形成」は、その肉眼による評価である
(○:皮膜が形成された、△:皮膜が形成されたが厚さ
が不十分、×が形成されなかった)。皮膜の硬度は、マ
イクロビッカ−ス硬度計により、試験荷重200g、負
荷時間10秒の条件による。付着量は、溶射皮膜厚さ2
00μm換算の量である。耐熱衝撃性は、JIS H
8666のセラミック溶射試験方法およびJIS H
8304の品質規格による熱衝撃試験によって、試験片
を電気炉で900℃に加熱し、水中に投じて冷却すると
いう操作を10回繰り返すことによる(○:まったく剥
離しない、△:5〜10回で剥離した、×:4回以下で
剥離した)。
【0024】 表 1 番 BET 結晶子径 軽装嵩密度 顆粒径 顆粒圧壊強度 号 比表面積 m/g A g/cm μm kgf/mm 実施例 1 0.6 440 2.20 46 0.25 2 11.4 295 1.25 58 0.15 3 2.3 1085 2.78 43 0.14 4 1.3 511 1.85 38 0.15 5 7.0 372 2.50 200 10 比較例 1 14.3 270 1.15 58 0.04 2 14.3 270 1.15 52 0.04 3 14.3 270 1.25 57 0.07 4 0.06 1500 2.26 45 0.20
【0025】 表 2 番 硬 度 耐 熱 付着量 皮 膜 被 膜 Hv 衝撃性 評 価 形 成 実施例 1 770 ○ 2.31 ◎ ○ 2 750 ○ 2.65 ◎ ○ 3 860 ○ 3.77 ○ ○ 4 730 ○ 3.46 ○ ○ 5 700 ○ 3.22 ○ ○ 比較例 1 420 × 1.52 × △ 2 450 △ 1.88 △ △ 3 380 × 1.35 × △ 4 − − − − ×
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01G 25/00 - 47/00 CA(STN) JICSTファイル(JOIS) WPI(DIALOG)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】BET比表面積 0.1〜15m/g、
    結晶子径100〜1200A、軽装嵩密度 1.2〜
    2.9g/cm、かつ、平均顆粒圧壊強度0.10k
    gf/mm以上の溶射用ジルコニア粉末。
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