JP3403459B2 - セラミック溶射皮膜を備えた炭素製部材 - Google Patents
セラミック溶射皮膜を備えた炭素製部材Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温の不活性雰囲気も
しくは真空中で使用する炭素および黒鉛製品全般につい
て、その寿命のより一層の延長を図ろうとするものであ
る。
しくは真空中で使用する炭素および黒鉛製品全般につい
て、その寿命のより一層の延長を図ろうとするものであ
る。
【０００２】炭素および黒鉛（以下，これらを単に「炭
素」という。）は、軽量で室温状態では化学的に安定し
ているうえ、非金属でありながら熱や電気伝導性に優れ
ているため、化学、繊維、高分子、金属精錬あるいは窯
業などの分野で広く採用されている。
素」という。）は、軽量で室温状態では化学的に安定し
ているうえ、非金属でありながら熱や電気伝導性に優れ
ているため、化学、繊維、高分子、金属精錬あるいは窯
業などの分野で広く採用されている。
【０００３】ところで、この炭素は高温の空気中で使用
すると炭素と酸素が反応して消耗されやすく、また、真
空中では炭素製部材を構成する炭素と被熱処理体を構成
する金属との間で、いわゆる浸炭反応が起きるため安定
した品質を維持し難い難点があり、とくに、粉末冶金用
の熱処理用部材として使用する場合には、専ら不活性ガ
ス雰囲気中や0.1 torr以下の真空中で用いられているの
が一般的であった。
すると炭素と酸素が反応して消耗されやすく、また、真
空中では炭素製部材を構成する炭素と被熱処理体を構成
する金属との間で、いわゆる浸炭反応が起きるため安定
した品質を維持し難い難点があり、とくに、粉末冶金用
の熱処理用部材として使用する場合には、専ら不活性ガ
ス雰囲気中や0.1 torr以下の真空中で用いられているの
が一般的であった。
【０００４】上記のような問題の解決を図る対策として
は、炭素製部材の表面に、酸化物系のセラミックからな
る溶射皮膜を形成し、これによって熱処理雰囲気中にお
いて熱処理部材と被熱処理体との接触を防ぐ方法が提案
されている。
は、炭素製部材の表面に、酸化物系のセラミックからな
る溶射皮膜を形成し、これによって熱処理雰囲気中にお
いて熱処理部材と被熱処理体との接触を防ぐ方法が提案
されている。
【０００５】例えば、特開昭56-37279号公報、特開昭57
-135771 号公報には、いずれも炭素製部材の表面に、直
接、Mg0 とAl203 とのスピネル型複合酸化物を溶射被覆
する方法が、また、特開昭58-37171号公報には、Zr02と
スピネル構造を有する金属酸化物との複合酸化物が、さ
らに特開昭58-125679 号公報には、Fe, Ni, Mo, Cr,Ti,
Ｗのうちの少なくとも１種の金属と、Al203,Zr02, Mg
0,Ti02, Y203, Ca0 ,Zr02, Mg0 ・Al203 系スピネル型
複合酸化物の単体もしくは複合セラミック粉末を溶射し
たのち、これを700 ℃以上に加熱して炭素と上記金属と
の反応層を形成する方法が開示されている。
-135771 号公報には、いずれも炭素製部材の表面に、直
接、Mg0 とAl203 とのスピネル型複合酸化物を溶射被覆
する方法が、また、特開昭58-37171号公報には、Zr02と
スピネル構造を有する金属酸化物との複合酸化物が、さ
らに特開昭58-125679 号公報には、Fe, Ni, Mo, Cr,Ti,
Ｗのうちの少なくとも１種の金属と、Al203,Zr02, Mg
0,Ti02, Y203, Ca0 ,Zr02, Mg0 ・Al203 系スピネル型
複合酸化物の単体もしくは複合セラミック粉末を溶射し
たのち、これを700 ℃以上に加熱して炭素と上記金属と
の反応層を形成する方法が開示されている。
【０００６】しかしながら、上記の従来技術を用いた炭
素製部材では、被熱処理体との浸炭反応は防止できるも
のの、熱処理回数を重ねるにしたがって溶射皮膜に亀裂
が入るとともに、これが成長して剥離するに至ることが
多く、かかる皮膜の寿命に問題を残していた。
素製部材では、被熱処理体との浸炭反応は防止できるも
のの、熱処理回数を重ねるにしたがって溶射皮膜に亀裂
が入るとともに、これが成長して剥離するに至ることが
多く、かかる皮膜の寿命に問題を残していた。
【０００７】一方、炭素製熱処理部材以外の炭素部材に
対する溶射皮膜形成法としては、特開昭60-224771 号公
報, 特開昭62-113782 号公報、特開平4-59978 号公報、
特開平4-139084号公報あるいは特開平5-70268 号公報に
見られるように部材の表面に直接金属皮膜を形成した
り、その上にさらに酸化物系セラミック皮膜を形成する
方法が知られており、また、直接、酸化物セラミック溶
射皮膜を形成する方法としては、特開昭50-55540号公
報、特開昭58-37171号公報、特開昭58-64287号公報など
が参照される。
対する溶射皮膜形成法としては、特開昭60-224771 号公
報, 特開昭62-113782 号公報、特開平4-59978 号公報、
特開平4-139084号公報あるいは特開平5-70268 号公報に
見られるように部材の表面に直接金属皮膜を形成した
り、その上にさらに酸化物系セラミック皮膜を形成する
方法が知られており、また、直接、酸化物セラミック溶
射皮膜を形成する方法としては、特開昭50-55540号公
報、特開昭58-37171号公報、特開昭58-64287号公報など
が参照される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、これらの従
来の技術を熱処理用の炭素製部材に単に適用するだけで
は、以下に述べるような問題があって、その目的を十分
に達成することができない状況にあった。
来の技術を熱処理用の炭素製部材に単に適用するだけで
は、以下に述べるような問題があって、その目的を十分
に達成することができない状況にあった。
【０００９】すなわち、
１）炭素製部材の表面に直接、金属の皮膜を形成する場
合、熱処理雰囲気中では浸炭反応が起きやすく、浸炭反
応が起こり難い金属皮膜 (例えばNi等) を形成するに当
たっては、熱膨張係数が大きいために皮膜が剥離しやす
くなる。 ２）炭素製部材の表面に直接、酸化物系セラミック皮膜
を形成する場合には、前述した炭素製熱処理部材上への
被覆と同様、その寿命が短い。
合、熱処理雰囲気中では浸炭反応が起きやすく、浸炭反
応が起こり難い金属皮膜 (例えばNi等) を形成するに当
たっては、熱膨張係数が大きいために皮膜が剥離しやす
くなる。 ２）炭素製部材の表面に直接、酸化物系セラミック皮膜
を形成する場合には、前述した炭素製熱処理部材上への
被覆と同様、その寿命が短い。
【００１０】本発明の目的は、上述したような従来技術
の問題を解消できる新規な炭素製部材( 熱処理用) を提
案するところにある。
の問題を解消できる新規な炭素製部材( 熱処理用) を提
案するところにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、従来技術の欠
点を次のような考え方で解決しようとするものである。 (1) 炭素製部材の表面に、直接、窒化物もしくは炭化物
の溶射皮膜を形成することにより金属等の被熱処理体と
の浸炭反応を回避する。 (2) 窒化物および炭化物系のセラミック溶射皮膜の熱膨
張係数は、炭素のそれに近いものが多いため良好な密着
性を示し、このような皮膜を適用することによって長期
間にわたって良好な状態を維持する。 (3) 窒化物および炭化物のセラミック溶射皮膜は、アン
ダーコートとしての機能を有しているため、必要に応じ
該皮膜の上にさらに酸化物系の溶射皮膜を形成すること
ができるので、被熱処理体の浸炭防止機能を一段と向上
させ得る。
点を次のような考え方で解決しようとするものである。 (1) 炭素製部材の表面に、直接、窒化物もしくは炭化物
の溶射皮膜を形成することにより金属等の被熱処理体と
の浸炭反応を回避する。 (2) 窒化物および炭化物系のセラミック溶射皮膜の熱膨
張係数は、炭素のそれに近いものが多いため良好な密着
性を示し、このような皮膜を適用することによって長期
間にわたって良好な状態を維持する。 (3) 窒化物および炭化物のセラミック溶射皮膜は、アン
ダーコートとしての機能を有しているため、必要に応じ
該皮膜の上にさらに酸化物系の溶射皮膜を形成すること
ができるので、被熱処理体の浸炭防止機能を一段と向上
させ得る。
【００１２】すなわち、本発明は、炭素もしくは黒鉛製
部材の表面に、一次粒子として0.01〜１μm になるもの
を３〜50μm の二次粒子として造粒した窒化物もしくは
炭化物の擬似粒子を溶射材料とする溶射法を適用して直
接、窒化物もしくは炭化物のセラミック溶射皮膜を形成
してなるものである、ことを特徴とするセラミック溶射
皮膜を備えた炭素製部材であり、該溶射皮膜は、10〜30
0 μm の膜厚を有するものであるのが好ましく、さらに
は、上記のセラミック皮膜が単層からなっていてもよい
のは勿論、そのセラミック皮膜の上に金属および酸化物
系セラミックの皮膜の少なくとも１種を配置した積層構
造（非酸化物系セラミック皮膜＋金属皮膜、非酸化物系
セラミック皮膜＋酸化物系セラミック皮膜、あるいは非
酸化物系セラミック皮膜＋金属皮膜＋酸化物系セラミッ
ク皮膜など種々の１層以上の組み合わせを含む）であっ
てもよい。
部材の表面に、一次粒子として0.01〜１μm になるもの
を３〜50μm の二次粒子として造粒した窒化物もしくは
炭化物の擬似粒子を溶射材料とする溶射法を適用して直
接、窒化物もしくは炭化物のセラミック溶射皮膜を形成
してなるものである、ことを特徴とするセラミック溶射
皮膜を備えた炭素製部材であり、該溶射皮膜は、10〜30
0 μm の膜厚を有するものであるのが好ましく、さらに
は、上記のセラミック皮膜が単層からなっていてもよい
のは勿論、そのセラミック皮膜の上に金属および酸化物
系セラミックの皮膜の少なくとも１種を配置した積層構
造（非酸化物系セラミック皮膜＋金属皮膜、非酸化物系
セラミック皮膜＋酸化物系セラミック皮膜、あるいは非
酸化物系セラミック皮膜＋金属皮膜＋酸化物系セラミッ
ク皮膜など種々の１層以上の組み合わせを含む）であっ
てもよい。
【００１３】
【作用】本発明に適合する窒化物および炭化物のセラミ
ック溶射皮膜は、0.01〜１μmの一次粒子を３〜50μm
の二次粒子に造粒して擬似粒子としたもの（溶射材料）
を用いるが、このような溶射材料を使用することによっ
て、プラズマ溶射法にて炭素製部材に良好な溶射皮膜を
形成することができる。
ック溶射皮膜は、0.01〜１μmの一次粒子を３〜50μm
の二次粒子に造粒して擬似粒子としたもの（溶射材料）
を用いるが、このような溶射材料を使用することによっ
て、プラズマ溶射法にて炭素製部材に良好な溶射皮膜を
形成することができる。
【００１４】窒化物のセラミック溶射皮膜は、1000℃以
上の高温中であっても、不活性ガス中や真空中であれば
安定に存在するため、浸炭防止作用をも発揮する。ま
た、炭化物のセラミック溶射皮膜も高温で安定であり、
本発明ではとくに被熱処理体に含まれている金属の、炭
素との化学的親和力が同等かあるいはそれより親和力の
大きい金属炭化物の皮膜を形成するため、熱処理雰囲気
中における浸炭反応を完全に防止できる。
上の高温中であっても、不活性ガス中や真空中であれば
安定に存在するため、浸炭防止作用をも発揮する。ま
た、炭化物のセラミック溶射皮膜も高温で安定であり、
本発明ではとくに被熱処理体に含まれている金属の、炭
素との化学的親和力が同等かあるいはそれより親和力の
大きい金属炭化物の皮膜を形成するため、熱処理雰囲気
中における浸炭反応を完全に防止できる。
【００１５】一般に、窒化物および炭化物は、以下に示
すように高融点であるとともに、大気中で溶射すると酸
化されたり分解されるため、たとえ皮膜を形成すること
ができたとしても多孔質であるうえ、母材との密着性に
乏しい欠点がある。このため、従来は、窒化物100 ％の
溶射材料は市販されておらず、また、たとえ市販されて
いたとしても必ずバインダーとして金属成分を混合させ
たいわゆるサーメット状態としているのが普通であり、
炭化物においてはとくにこの傾向が顕著である。
すように高融点であるとともに、大気中で溶射すると酸
化されたり分解されるため、たとえ皮膜を形成すること
ができたとしても多孔質であるうえ、母材との密着性に
乏しい欠点がある。このため、従来は、窒化物100 ％の
溶射材料は市販されておらず、また、たとえ市販されて
いたとしても必ずバインダーとして金属成分を混合させ
たいわゆるサーメット状態としているのが普通であり、
炭化物においてはとくにこの傾向が顕著である。
【００１６】そして、サーメットとして混合される金属
成分が５〜50wt％にも達しているような市販の溶射材料
では、窒化物、炭化物が保有している機能を十分発揮さ
せることができない。
成分が５〜50wt％にも達しているような市販の溶射材料
では、窒化物、炭化物が保有している機能を十分発揮さ
せることができない。
【００１７】窒化物の融点
TiN ：2900〜3220℃, VN：2050〜2360℃, NbN：2050
℃, TaN ：2980〜3360℃, HfN：3300〜3307℃, Si
3N4：1900℃ CrN ：1500℃,炭化物の融点 TiC ：3180〜3250℃,ZrC：3175〜3540℃, HfC：3885〜
3890℃, VC：2810〜2865 ℃, TaC ：3740〜3880℃,Nb
C：3500〜3800℃, WC：2627〜2900℃,B4C：2350〜2470
℃,SiC：2200〜2700℃,Cr3C2：1895℃,Cr7C3：1782℃
℃, TaN ：2980〜3360℃, HfN：3300〜3307℃, Si
3N4：1900℃ CrN ：1500℃,炭化物の融点 TiC ：3180〜3250℃,ZrC：3175〜3540℃, HfC：3885〜
3890℃, VC：2810〜2865 ℃, TaC ：3740〜3880℃,Nb
C：3500〜3800℃, WC：2627〜2900℃,B4C：2350〜2470
℃,SiC：2200〜2700℃,Cr3C2：1895℃,Cr7C3：1782℃
【００１８】本発明において使用する窒化物あるいは炭
化物の溶射材料は、一次粒子径が0.01〜１μm 程度にな
るものを有機質バインダー (例えばポリビニルアルコー
ル)を用いて３〜50μm の二次粒子に造粒した, 所謂擬
似粒子を使用するが、その理由は、このようにして造粒
した擬似粒子は、高温のプラズマフレームで、粒子の外
側を構成する微粒子が酸化したり分解しても、その内部
の微粒子は、プラズマフレームとの直接的な接触がない
(ただし、プラズマフレームからの熱が伝達されて軟化
はする) ため、酸化や分解が抑制されることとなり、こ
の状態で被溶射体に衝突させることによって緻密で良好
な密着性を有する皮膜を形成することができるからであ
る。
化物の溶射材料は、一次粒子径が0.01〜１μm 程度にな
るものを有機質バインダー (例えばポリビニルアルコー
ル)を用いて３〜50μm の二次粒子に造粒した, 所謂擬
似粒子を使用するが、その理由は、このようにして造粒
した擬似粒子は、高温のプラズマフレームで、粒子の外
側を構成する微粒子が酸化したり分解しても、その内部
の微粒子は、プラズマフレームとの直接的な接触がない
(ただし、プラズマフレームからの熱が伝達されて軟化
はする) ため、酸化や分解が抑制されることとなり、こ
の状態で被溶射体に衝突させることによって緻密で良好
な密着性を有する皮膜を形成することができるからであ
る。
【００１９】ちなみに、粒子径が１μm 以下の一次粒子
をそのままの状態で使用した場合には粒子同士が相互に
凝集して局部的に粗大化し、流動性が消失するため、溶
射ガンへの供給が不安定になるうえ、プラズマフレーム
中へ投入できたとしても直に分解したり周囲に飛散する
ため成膜することができない。また、一次粒子が３〜50
μm 径の溶射材料を用いる場合には、粒子の中央部の軟
化現象が得られ難いため良好な皮膜を形成することはで
きず、また、窒化物や炭化物は非常に硬質であるため、
被溶射体を激しくブラストするだけの結果となり、この
場合には実用的な皮膜は形成することはできない。
をそのままの状態で使用した場合には粒子同士が相互に
凝集して局部的に粗大化し、流動性が消失するため、溶
射ガンへの供給が不安定になるうえ、プラズマフレーム
中へ投入できたとしても直に分解したり周囲に飛散する
ため成膜することができない。また、一次粒子が３〜50
μm 径の溶射材料を用いる場合には、粒子の中央部の軟
化現象が得られ難いため良好な皮膜を形成することはで
きず、また、窒化物や炭化物は非常に硬質であるため、
被溶射体を激しくブラストするだけの結果となり、この
場合には実用的な皮膜は形成することはできない。
【００２０】次に、炭化物セラミック溶射皮膜の選定理
由について説明する。金属と炭素との化学的親和力の順
は、概略次のとおりである。 Nb＞Ti＞V ＞W ＞Mo＞Cr＞Mn＞Fe＞Ni＞Co＞Si((社) 日
本金属学会編 金属便覧 678 頁, 昭和46年６月25日発
行参照) すなわち、粉末焼結鉄を高温で熱処理する際、鉄より炭
素との化学的親和力の大きい金属の炭化物 (例えばCr3C
2 , MoC , WC, VC , TiC , NbC )などの皮膜を炭素製部
材の表面に形成しておけば、たとえ、焼結鉄部材がこれ
らの炭化物と接触していても浸炭現象は起こらないこと
になる。
由について説明する。金属と炭素との化学的親和力の順
は、概略次のとおりである。 Nb＞Ti＞V ＞W ＞Mo＞Cr＞Mn＞Fe＞Ni＞Co＞Si((社) 日
本金属学会編 金属便覧 678 頁, 昭和46年６月25日発
行参照) すなわち、粉末焼結鉄を高温で熱処理する際、鉄より炭
素との化学的親和力の大きい金属の炭化物 (例えばCr3C
2 , MoC , WC, VC , TiC , NbC )などの皮膜を炭素製部
材の表面に形成しておけば、たとえ、焼結鉄部材がこれ
らの炭化物と接触していても浸炭現象は起こらないこと
になる。
【００２１】また、鉄−クロム合金焼結体を熱処理する
場合には、クロムより炭素親和力の大きい炭化物 (Mo,
W , V , Ti, Nbの各炭化物) の皮膜を形成しておけば、
鉄−クロム合金焼結体に対する浸炭現象は防ぐことがで
きる。
場合には、クロムより炭素親和力の大きい炭化物 (Mo,
W , V , Ti, Nbの各炭化物) の皮膜を形成しておけば、
鉄−クロム合金焼結体に対する浸炭現象は防ぐことがで
きる。
【００２２】以上のように、本発明では被熱処理体を構
成する金属より炭素との化学的親和力の大きい金属炭化
物の皮膜を形成することによって浸炭現象を回避するも
のである。
成する金属より炭素との化学的親和力の大きい金属炭化
物の皮膜を形成することによって浸炭現象を回避するも
のである。
【００２３】本発明に適合する溶射皮膜は、その膜厚が
10μm 未満では炭素製部材に起因する浸炭反応を完全に
防止することができず、一方 300μm を超えるような場
合には高価な非酸化物系セラミック材料を多量に使用す
るため経済的に不利となるので、10〜300 μm 程度とす
るのがよい。
10μm 未満では炭素製部材に起因する浸炭反応を完全に
防止することができず、一方 300μm を超えるような場
合には高価な非酸化物系セラミック材料を多量に使用す
るため経済的に不利となるので、10〜300 μm 程度とす
るのがよい。
【００２４】また、本発明において使用できる非酸化物
系セラミックスとしては、具体的に以下に示すようなも
のが適しており、これらを単体または混合複合化して皮
膜を形成することもできる。 窒化物：TiN , VN ,NbN , HfN , Si3N4 , CrN , ZrN ,
BN , AlN 炭化物：TiC , ZrC , HfC , VC ,TaC , NbC , WC ,B4C
, SiC , Cr3C2 ,Cr7C3
系セラミックスとしては、具体的に以下に示すようなも
のが適しており、これらを単体または混合複合化して皮
膜を形成することもできる。 窒化物：TiN , VN ,NbN , HfN , Si3N4 , CrN , ZrN ,
BN , AlN 炭化物：TiC , ZrC , HfC , VC ,TaC , NbC , WC ,B4C
, SiC , Cr3C2 ,Cr7C3
【００２５】本発明においては、プラズマ溶射法および
減圧プラズマ溶射法が最適であるが、可燃性ガスの燃焼
炎を用いても融点の比較的低い化合物、例えばVN, CrN,
Cr3C 2, Cr7C2などは膜質が多少劣るものの成膜は可能で
あり、プラズマ溶射法のみに限定されるものではない。
減圧プラズマ溶射法が最適であるが、可燃性ガスの燃焼
炎を用いても融点の比較的低い化合物、例えばVN, CrN,
Cr3C 2, Cr7C2などは膜質が多少劣るものの成膜は可能で
あり、プラズマ溶射法のみに限定されるものではない。
【００２６】
実施例１
幅50mm, 厚さ10mm, 長さ100 mmになる炭素焼結板 (炭素
製部材) を用意して、この板の表面に大気プラズマ溶射
法によって皮膜厚さが80μm になる下記に示すような構
成になる皮膜を形成したのち、加熱−冷却の繰返し試験
を行って、かかる板の耐熱衝撃性を調査した。
製部材) を用意して、この板の表面に大気プラズマ溶射
法によって皮膜厚さが80μm になる下記に示すような構
成になる皮膜を形成したのち、加熱−冷却の繰返し試験
を行って、かかる板の耐熱衝撃性を調査した。
【００２７】供試溶射皮膜
(1)本発明の溶射皮膜
窒化物：TiN , ZrN
炭化物：NbC , TiC , Cr3C2
溶射材料は、0.01〜１μm の一次粒子を３〜30μm の二
次粒子に造粒した造粒粉を用いた。 (2)比較例の溶射皮膜 アンダコート Ta(80 μm ) ／トップコート 8％Y203
・Zr02(100μm) アンダコート Mo(80 μm ) ／トップコート 8％Y203
・Zr02(100μm) アンダコート Nb(80 μm ) ／トップコート
Al203(100μm) 8％Y203・Zr02(150μm) Al203(150μm) MgAl204(150μm ) (3)試験条件 真空中 (0.1 torr) で1200℃, １時間加熱し、その後60
0 ℃まで真空炉内で降温、その後空気中で200 ℃となる
まで冷却しこの操作を熱衝撃回数１回として最高15回ま
で繰り返した。表１に熱衝撃試験の結果を示す。
次粒子に造粒した造粒粉を用いた。 (2)比較例の溶射皮膜 アンダコート Ta(80 μm ) ／トップコート 8％Y203
・Zr02(100μm) アンダコート Mo(80 μm ) ／トップコート 8％Y203
・Zr02(100μm) アンダコート Nb(80 μm ) ／トップコート
Al203(100μm) 8％Y203・Zr02(150μm) Al203(150μm) MgAl204(150μm ) (3)試験条件 真空中 (0.1 torr) で1200℃, １時間加熱し、その後60
0 ℃まで真空炉内で降温、その後空気中で200 ℃となる
まで冷却しこの操作を熱衝撃回数１回として最高15回ま
で繰り返した。表１に熱衝撃試験の結果を示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】この調査において、比較例の皮膜 (試験片
No. ６〜12) は１〜３回の加熱・冷却の繰り返しによっ
て皮膜に大小様々な亀裂が発生し、皮膜そのものがアン
ダコートから、あるいはアンダコートとともに炭素焼結
板から剥離した。これに対して本発明で規定する要件を
満足するもの( 試験片No. １, ２) は10〜12回の試験に
耐え、炭化物の皮膜 (試験片No. ３〜５) は15回の加熱
・冷却の繰り返しによっても微小な亀裂は発生するもの
の、皮膜の剥離はなく、優れた耐熱衝撃性能が認められ
た。
No. ６〜12) は１〜３回の加熱・冷却の繰り返しによっ
て皮膜に大小様々な亀裂が発生し、皮膜そのものがアン
ダコートから、あるいはアンダコートとともに炭素焼結
板から剥離した。これに対して本発明で規定する要件を
満足するもの( 試験片No. １, ２) は10〜12回の試験に
耐え、炭化物の皮膜 (試験片No. ３〜５) は15回の加熱
・冷却の繰り返しによっても微小な亀裂は発生するもの
の、皮膜の剥離はなく、優れた耐熱衝撃性能が認められ
た。
【００３０】なお、金属をアンダコートとした試験片N
o. ６〜８では、炭素焼結板とアンダコート金属が反応
し金属側に明瞭な浸炭現象が認められ、この部分から皮
膜が剥離しているところも認められた。
o. ６〜８では、炭素焼結板とアンダコート金属が反応
し金属側に明瞭な浸炭現象が認められ、この部分から皮
膜が剥離しているところも認められた。
【００３１】実施例２
実施例１と同じ要領で作製した非酸化物系のセラミック
溶射皮膜を有する炭素焼結板を用い、鉄, 鉄−クロム合
金 (Fe−30％Cr) , タングステンカーバイド−コバルト
の粉末加圧成形部材 (直径20mm, 長さ20mmの円柱) をそ
れぞれ0.1 torrの真空炉中で1300℃, 10時間の加熱を行
い、その後、粉末加圧成形部材を切断して浸炭現象の有
無を調査した。また、比較のため、皮膜を形成していな
い炭素焼結板および酸化物系のセラミックス溶射成膜を
形成した炭素焼結板を用いて同様の調査を行った。表２
にその結果を比較して示す。
溶射皮膜を有する炭素焼結板を用い、鉄, 鉄−クロム合
金 (Fe−30％Cr) , タングステンカーバイド−コバルト
の粉末加圧成形部材 (直径20mm, 長さ20mmの円柱) をそ
れぞれ0.1 torrの真空炉中で1300℃, 10時間の加熱を行
い、その後、粉末加圧成形部材を切断して浸炭現象の有
無を調査した。また、比較のため、皮膜を形成していな
い炭素焼結板および酸化物系のセラミックス溶射成膜を
形成した炭素焼結板を用いて同様の調査を行った。表２
にその結果を比較して示す。
【００３２】
【表２】
【００３３】この調査においては、皮膜を有しない炭素
焼結板の上で熱処理した加圧成形部材は、すべてのもの
に顕著な浸炭現象が認められた (試験No. ９) 。また、
酸化物系セラミック皮膜を形成した炭素焼結板の上で熱
処理した場合には 8％Y203・Zr02 (試験No. ６) 、Al20
3 (No.７) では皮膜に大小様々な亀裂が発生するととも
に局部的に剥離し、加熱成形部材に浸炭現象が認められ
た。ただ、MgAl204 皮膜の場合、鉄の加圧成形部材にの
み浸炭現象が認められたものの、鉄−クロム合金、WC−
Coには認められなかった。この原因は本皮膜は僅かな亀
裂の発生は認められるものの、全体としては比較的良好
な状態を維持していたためと考えられる。
焼結板の上で熱処理した加圧成形部材は、すべてのもの
に顕著な浸炭現象が認められた (試験No. ９) 。また、
酸化物系セラミック皮膜を形成した炭素焼結板の上で熱
処理した場合には 8％Y203・Zr02 (試験No. ６) 、Al20
3 (No.７) では皮膜に大小様々な亀裂が発生するととも
に局部的に剥離し、加熱成形部材に浸炭現象が認められ
た。ただ、MgAl204 皮膜の場合、鉄の加圧成形部材にの
み浸炭現象が認められたものの、鉄−クロム合金、WC−
Coには認められなかった。この原因は本皮膜は僅かな亀
裂の発生は認められるものの、全体としては比較的良好
な状態を維持していたためと考えられる。
【００３４】このように、比較例のなかにおいてもMgAl
204 皮膜の耐浸炭性は比較的良好であったが、実施例１
の結果から明らかなように、本皮膜は熱処理回数が３回
以上になると皮膜が剥離する欠点があり、従って長期に
わたって耐浸炭性は期待できない。
204 皮膜の耐浸炭性は比較的良好であったが、実施例１
の結果から明らかなように、本皮膜は熱処理回数が３回
以上になると皮膜が剥離する欠点があり、従って長期に
わたって耐浸炭性は期待できない。
【００３５】これに対して、本発明の非酸化物系のセラ
ミック皮膜を形成した炭素焼結板で熱処理した加圧成形
部材はすべての材質に浸炭反応は認められず良好な焼結
と熱処理効果が認められた。
ミック皮膜を形成した炭素焼結板で熱処理した加圧成形
部材はすべての材質に浸炭反応は認められず良好な焼結
と熱処理効果が認められた。
【００３６】実施例３
実施例１と同じサイズになる炭素焼結板を母材として、
この表面に非酸化物系のセラミック溶射皮膜を形成し、
その上にさらに金属および酸化物系のセラミックス皮膜
を順次形成した後、真空中で加熱−冷却を繰り返すこと
によって熱衝撃を与え、非酸化物系のセラミックス溶射
皮膜のアンダコートとしての機能を調査した。
この表面に非酸化物系のセラミック溶射皮膜を形成し、
その上にさらに金属および酸化物系のセラミックス皮膜
を順次形成した後、真空中で加熱−冷却を繰り返すこと
によって熱衝撃を与え、非酸化物系のセラミックス溶射
皮膜のアンダコートとしての機能を調査した。
【００３７】供試溶射皮膜の構造
(1)アンダコート TiN ／ミドルコート Ta／トップコ
ート 8％Y203・Zr02 (2)アンダコート ZrN ／ミドルコート Nb／トップコ
ート Al203 (3)アンダコート NbC ／ミドルコート W ／トップコ
ート MgAl204 (4)アンダコート TiC ／トップコート 8％Y203・Zr02 (5)アンダコート Cr3C2 ／MgAl204
ート 8％Y203・Zr02 (2)アンダコート ZrN ／ミドルコート Nb／トップコ
ート Al203 (3)アンダコート NbC ／ミドルコート W ／トップコ
ート MgAl204 (4)アンダコート TiC ／トップコート 8％Y203・Zr02 (5)アンダコート Cr3C2 ／MgAl204
【００３８】アンダコートの溶射皮膜(1) 〜(5) の厚さ
は、すべて50μm とし、その上のミドルコートは50μm
, トップコート100 μm とし、このうち、アンダーコ
ートは、0.01〜１μm の一次粒子になるものを10〜50μ
m の二次粒子に造粒した造粒分を用いた。
は、すべて50μm とし、その上のミドルコートは50μm
, トップコート100 μm とし、このうち、アンダーコ
ートは、0.01〜１μm の一次粒子になるものを10〜50μ
m の二次粒子に造粒した造粒分を用いた。
【００３９】試験条件
0.1 torrの真空炉中で1300℃, ６時間保持した後、炉中
で400 ℃まで冷却し、その後空気中で100 ℃まで放冷す
る操作を１サイクルとして、加熱−冷却による熱衝撃試
験を行った。表３にその結果を示す。
で400 ℃まで冷却し、その後空気中で100 ℃まで放冷す
る操作を１サイクルとして、加熱−冷却による熱衝撃試
験を行った。表３にその結果を示す。
【００４０】
【表３】
【００４１】表３において、非酸化物系のセラミック溶
射皮膜をアンダコートとしたものは、その上に金属ある
いは酸化物系セラミック皮膜を形成した場合にこれらの
皮膜の耐熱衝撃性が改善する傾向にあり（表１の比較例
参照）、いずれの皮膜についても剥離するまでの加熱−
冷却繰り返し回数を延ばすことが可能であることが確か
められた。また、非酸化物系のセラミック溶射皮膜の上
に形成したミドルコートとしての金属皮膜には浸炭現象
は全く認められなかった。
射皮膜をアンダコートとしたものは、その上に金属ある
いは酸化物系セラミック皮膜を形成した場合にこれらの
皮膜の耐熱衝撃性が改善する傾向にあり（表１の比較例
参照）、いずれの皮膜についても剥離するまでの加熱−
冷却繰り返し回数を延ばすことが可能であることが確か
められた。また、非酸化物系のセラミック溶射皮膜の上
に形成したミドルコートとしての金属皮膜には浸炭現象
は全く認められなかった。
【００４２】以上の結果から、非酸化物系のセラミック
溶射皮膜は炭素焼結板に対するアンダコート皮膜として
の機能を有することも確認できた。
溶射皮膜は炭素焼結板に対するアンダコート皮膜として
の機能を有することも確認できた。
【００４３】
【発明の効果】かくして本発明によれば、炭素製部材の
長寿命化が可能であり、鉄、鉄−クロム合金、WC−Coな
どの各種粉体加圧形成部材の熱処理工程における浸炭反
応を長期間にわたって防止することができる。
長寿命化が可能であり、鉄、鉄−クロム合金、WC−Coな
どの各種粉体加圧形成部材の熱処理工程における浸炭反
応を長期間にわたって防止することができる。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平４−139084（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−32472（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C04B 41/80 - 41/91
Claims (2)
- 【請求項１】 炭素もしくは黒鉛製部材の表面に、一次
粒子として0.01〜１μm になるものを３〜50μm の二次
粒子として造粒した窒化物もしくは炭化物の擬似粒子を
溶射材料とする溶射法を適用して直接、窒化物もしくは
炭化物のセラミック溶射皮膜を形成してなるものであ
る、ことを特徴とするセラミック溶射皮膜を備えた炭素
製部材。 - 【請求項２】 セラミック溶射皮膜は、その上にさらに
金属および酸化物系セラミックの溶射皮膜の少なくとも
１種を配置した積層構造になるものであることを特徴と
する請求項１に記載の炭素製部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18152393A JP3403459B2 (ja) | 1993-07-22 | 1993-07-22 | セラミック溶射皮膜を備えた炭素製部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18152393A JP3403459B2 (ja) | 1993-07-22 | 1993-07-22 | セラミック溶射皮膜を備えた炭素製部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0733559A JPH0733559A (ja) | 1995-02-03 |
| JP3403459B2 true JP3403459B2 (ja) | 2003-05-06 |
Family
ID=16102257
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18152393A Expired - Fee Related JP3403459B2 (ja) | 1993-07-22 | 1993-07-22 | セラミック溶射皮膜を備えた炭素製部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3403459B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7507481B2 (en) | 2002-11-20 | 2009-03-24 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Heat resistant coated member, making method, and treatment using the same |
| JP4189676B2 (ja) * | 2003-03-28 | 2008-12-03 | 信越化学工業株式会社 | 耐熱性被覆部材 |
| DE102011079967A1 (de) * | 2011-07-28 | 2013-01-31 | Sgl Carbon Se | Beschichtete Hochofensteine |
| JP5628771B2 (ja) * | 2011-09-14 | 2014-11-19 | 明智セラミックス株式会社 | 積層シート |
| CN107848868B (zh) * | 2015-07-10 | 2021-06-04 | 恩特格里斯公司 | 用于玻璃塑形模具的涂层及包括所述涂层的模具 |
| KR102084841B1 (ko) * | 2018-03-22 | 2020-03-09 | 주식회사 티엠비 | 탄소 소재의 표면조도 제어를 위한 표면처리방법 |
-
1993
- 1993-07-22 JP JP18152393A patent/JP3403459B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0733559A (ja) | 1995-02-03 |
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