JP5534279B2 - ワイヤ状の溶射材料、それによって生成可能な機能層及び溶射材料を用いた基板のコーティング方法 - Google Patents
ワイヤ状の溶射材料、それによって生成可能な機能層及び溶射材料を用いた基板のコーティング方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5534279B2 JP5534279B2 JP2013511566A JP2013511566A JP5534279B2 JP 5534279 B2 JP5534279 B2 JP 5534279B2 JP 2013511566 A JP2013511566 A JP 2013511566A JP 2013511566 A JP2013511566 A JP 2013511566A JP 5534279 B2 JP5534279 B2 JP 5534279B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- weight
- wire
- spray material
- functional layer
- thermal spray
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims description 31
- 239000007921 spray Substances 0.000 title claims description 30
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 title claims description 23
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims description 13
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 21
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 10
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 6
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 6
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 5
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- CXOWYMLTGOFURZ-UHFFFAOYSA-N azanylidynechromium Chemical compound [Cr]#N CXOWYMLTGOFURZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 4
- 229910001337 iron nitride Inorganic materials 0.000 claims description 4
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 4
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 23
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 11
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 6
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 5
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 4
- 229910052580 B4C Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000599 Cr alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000788 chromium alloy Substances 0.000 description 3
- UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N chromium iron Chemical compound [Cr].[Fe] UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 3
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 2
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- CADICXFYUNYKGD-UHFFFAOYSA-N sulfanylidenemanganese Chemical compound [Mn]=S CADICXFYUNYKGD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001339 C alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- SJKRCWUQJZIWQB-UHFFFAOYSA-N azane;chromium Chemical compound N.[Cr] SJKRCWUQJZIWQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 1
- QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N methylidyneiron Chemical compound [C].[Fe] QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003380 propellant Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D1/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, based on inorganic substances
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
- B23K35/3053—Fe as the principal constituent
- B23K35/308—Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent
- B23K35/3086—Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent containing Ni or Mn
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/42—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/52—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with cobalt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/06—Metallic material
- C23C4/08—Metallic material containing only metal elements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
- C23C4/131—Wire arc spraying
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/18—After-treatment
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Description
本発明は、特に電気アークワイヤ溶射のためのワイヤ状の低コスト溶射材料に関し、主として、ワイヤに１２〜２０％のＣｒを含む鉄‐クロム合金と、この溶射材料によって生成可能な、耐腐食性で、密閉性のある機能層とを有し、最低１０％のＣｒを含むこの機能層は、十分に高い硬度と摩擦学的に有利な特性を備えている。本発明は、さらに基板のコーティング方法にも関し、この場合、ワイヤ状の溶射材料がアークの中で溶融し、層として基板上に分離される。プロセスガスとして窒素を用いることにより、層の中に窒素の注入が行われ、一方では侵入型硬化による追加的な強度が生じ、他方では摩耗を軽減し、摩擦を低下させる窒化物の形成が引き起こされる。
内燃機関を製造する場合、エネルギー効率及び排出量低減の理由から、できる限り少ない摩擦と高い耐摩耗性が求められる。このために、例えばシリンダボア又はボアの壁などのエンジン構成部品に摺動面層が設けられるか、又は摺動面層を設けたシリンダボアの中にシリンダライナが挿入される。そのような摺動面層の被膜は、多くの場合、電気アークワイヤ溶射などの溶射によって行われる。電気アークワイヤ溶射では、２つのワイヤ状の溶射材料の間に電圧を印加することによってアークを発生させる。この場合、ワイヤの先端が溶け、溶射材料が例えば噴射ガスによってコーティングする表面、例えばシリンダの壁などに送られ、そこで固着する。
特許文献１から、電気アークワイヤ溶射を使ったコーティングの生成方法が知られており、この場合、０．５〜８重量％の炭化ホウ素を含む鉄合金が加えられる。この鉄合金の組成は、炭素０．１〜０．７重量％、クロム１０〜１８重量％、モリブデン０．８〜２重量％、マンガン最大２重量％、シリコン最大１重量％である。その他の鉄ベースのワイヤ状の溶射材料は特許文献２、特許文献３、特許文献４から知られている。
炭化ホウ素を加えることにより、鉄のホウ化物の形成が可能となり、層の硬度が増加する。しかし、このことによりプロセスのコストが上昇し、被削性を悪化させる。
低合金の鉄‐炭素合金ベースの市販のコーティングシステムは、鋳鉄の表面と同様に、腐食しやすい傾向にあることが知られている。他方で、これまで研究されてきたクロム含有層は、例えば炭化ホウ素などの硬質材料を追加投入することによってのみ、必要な硬度が達成される。このことは、ワイヤ移送とは無関係の、コストのかかる粉体移送による粉体供給を必要とする。
本発明の課題は、特に電気アークワイヤ溶射のための、改善されたワイヤ状の溶射材料を提供することである。この場合、目的は、優れた溶射方法の他に、適切な層特性及び優れた加工性である。層特性には、十分な耐腐食性と、４００〜８５ＨＶ０．１の範囲にある十分な硬度とが含まれている。この特性を備える層は、追加の供給装置なしに達成されるべきである。
この課題は、本発明に基づき、請求項１の特徴を備えるワイヤ状の溶射材料によって解決される。有利な発展形態は、従属請求項の対象である。
本発明に基づく、特に電気アークワイヤ溶射のためのワイヤ状の溶射材料は、主として、鉄‐クロム合金を含んでいる。望ましい耐腐食性の層には、Ｃｒ１０重量％、Ｃ０．７重量％の最低濃度が必要である。このために、溶射ワイヤ内のＣｒ濃度とＣ濃度とは、プロセス中に両方のエレメントの蒸発が十分に補われるように選択しなければならない。研究では、溶射ワイヤの合金組成を決定するには、ワイヤ内のＣｒは最大２重量％、及び炭素濃度は最大２５％までの蒸発を考慮しなければならないことが示された。例えば、耐腐食層におけるＣｒの最小濃度が１０％の場合、ワイヤ内のＣｒの初期濃度は１２〜２０重量％である。例えば、層内のＣを０．９％にするには、ワイヤ内の濃度は最低１．２重量％が必要である。
プロセスガスからの窒素注入による溶射基板のｉｎ−ｓｉｔｕ合金化は、望ましい層特性を実現するために追加的な貢献を果たす。窒素が侵入型に溶解する部分と窒化物が形成される部分とが生じ、窒化物は、コーティングプロセス中に、プロセスガスＮ２と溶融合金の液滴部分とが反応して形成される。両方の合金プロセスは、層硬度の増加及び耐摩耗性に重要な貢献を果たす。同時に、形成された窒化物は、摩擦の軽減に貢献する。プロセスガスの流量を適切に調整することにより、層内の酸化鉄ＦｅＯ濃度を５％未満にすることができる。これによって、コンパクトな気孔の少ない層が生じ、これらの層は、酸化層に比べて層間剝離の傾向がない。
以下に、本発明の実施例を添付の図に基づいて詳しく説明する。
図１は、電気アークワイヤ溶射（ＬＯＳ）によって分離される層２をもつ基板１を示している。電気アークワイヤ溶射では、コーティングヘッド３に２つのワイヤ状の溶射材料４が供給される。ワイヤ状の溶射材料４の間には、アーク５が点火される。この場合、ワイヤ状の溶射材料４が溶け、キャリアガスによってコーティングする基板１の上に適切に塗布され、溶射材料はそこで冷却及び固化して、層２を形成する。
ワイヤ上の溶射材料４には、主に鉄‐クロム合金が含まれている。すでに溶射材料の冷却時に、主にマルテンサイトが生じるように、この溶射材料は少なくとも炭素と一緒にマイクロ合金として形成されている。さらに、この合金には、耐摩耗性位相を形成し、摩擦力を低減するための合金成分（クロム窒化物、炭化物など）が含まれている。
ワイヤには、以下の合金成分が設けられている。
- 炭素０．７重量％〜１．２重量％、
- クロム１２重量％〜２０重量％、
- マンガン０．８重量％〜２重量％、
- モリブデン０．４〜１．３重量％、
- ニッケル０．０１重量％〜１重量％、
- 硫黄０．０１重量％〜０．０３５重量％、
- 銅０．０１重量％〜０．４重量％
- 炭素０．７重量％〜１．２重量％、
- クロム１２重量％〜２０重量％、
- マンガン０．８重量％〜２重量％、
- モリブデン０．４〜１．３重量％、
- ニッケル０．０１重量％〜１重量％、
- 硫黄０．０１重量％〜０．０３５重量％、
- 銅０．０１重量％〜０．４重量％
従来技術によるワイヤ合金に対して有利であるのは、特に、本発明に基づくワイヤ合金の硫黄濃度であり、このことが、硫化マンガンと硫化モリブデンの形成を可能にしている。硫化マンガンは、被削性に関して溶射された機能層の製品特性を改善し、硫化モリブデンは固体潤滑剤として働く。
特に好ましいのは、追加的に、ワイヤ内に以下の合金成分が１つ又は複数含まれていることである。
- 含有量が０．０１重量％〜１重量％のシリコン、
- 含有量が０．０１重量％〜０．３重量％のバナジウム、
- 含有量が０．０１重量％〜０．０４５重量％のリン、
- 含有量が最大０．０１重量％のアルミニウム
- 含有量が０．０１重量％〜１重量％のシリコン、
- 含有量が０．０１重量％〜０．３重量％のバナジウム、
- 含有量が０．０１重量％〜０．０４５重量％のリン、
- 含有量が最大０．０１重量％のアルミニウム
他に指示がない場合、量の表示は、全重量に関してそれぞれ重量パーセントである。
この合金の主要成分は鉄である。
この合金から形成されるワイヤ状の溶射材料４による電気アークワイヤ溶射により、気孔率及び粗度の小さい、極めて均質な、摩擦損失を低減した機能層２が生じる。
摩擦損失を低減した、電気アークワイヤ溶射による機能層２は、主として鉄ベースの合金を含み、それぞれ全重量に関して、以下の合金成分を有している。
- 炭素０．４５重量％〜０．８重量％、
- マンガン０．８重量％〜２重量％、
- モリブデン０．４重量％〜１．３重量％、
- クロム ≧ １０重量％
- ニッケル０．０１重量％〜１重量％、
- 硫黄０．０１重量％〜０．０３５重量％、
- 銅０．０１重量％〜０．３５重量％、
- 炭素０．４５重量％〜０．８重量％、
- マンガン０．８重量％〜２重量％、
- モリブデン０．４重量％〜１．３重量％、
- クロム ≧ １０重量％
- ニッケル０．０１重量％〜１重量％、
- 硫黄０．０１重量％〜０．０３５重量％、
- 銅０．０１重量％〜０．３５重量％、
特に好ましいのは、機能層２の中に、それぞれ全重量に関して、追加的に以下の合金成分が含まれていることである。
- 含有量が０．０１重量％〜１重量％のシリコン、
- 含有量が０．０１重量％〜０．３重量％のバナジウム、
- 含有量が０．０１重量％〜０．０４５重量％のリン、
- 含有量が最大０．０１重量％のアルミニウム、
- 含有量が０．０１重量％〜１重量％のシリコン、
- 含有量が０．０１重量％〜０．３重量％のバナジウム、
- 含有量が０．０１重量％〜０．０４５重量％のリン、
- 含有量が最大０．０１重量％のアルミニウム、
さらに好ましいのは、機能層２が、侵入型に溶解する鉄窒化物及びクロム窒化物を有していることであり、合金中の窒素含有量は、全重量に関して、０．０１〜２重量％である。
窒素は、機能層２の均質性及び粒度を改善する。鉄窒化物及びクロム窒化物は、機能層２の硬度及び耐摩耗性を保証すると同時に、高い耐腐食性も保証する。
本発明に基づく機能層２は、特に、５００〜１０００ｐｐｍの高い硫黄含有量によって、ディーゼル燃料に対する高い耐性を特徴としており、一方、従来技術による機能層はそのような燃料との接触により急速に腐食する。
本発明に基づき、基板１のコーティングは、本発明に基づくワイヤ状の溶射材料４がアーク５の中で溶融し、機能層２として基板上１に分離されることによって行われ、プロセスガスとして窒素が用いられる。プロセスガスとして窒素を用いることにより、機能層２の中に侵入型に溶解する鉄窒化物及びクロム窒化物の形成及び結合が生じる。同時に、層特性を悪化させると考えられる鉄酸化物の形成が抑制され、特に、この鉄酸化物は、気孔率を高め、被削性を悪化させ、層断裂の原因となる粘着性の脆弱箇所を発生させる。
ワイヤ状の溶射材料４のアーク５内での溶融は、少なくとも９０００Ｗの溶融速度で行われるのが好ましく、特に最低電流２５０Ａ及び／又は最低電圧３６Ｖで行う。これによって、溶融時に非常に微細な粒子を発生させることができ、非常に高密度の層組織を形成することが可能となる。
システムの吸引による微細粒子の吸い込みをできる限り少なくするため、粒子ビームを素早く形成することが有利である（対気速度）。このことは、特許文献５などに開示されているラバルノズルを使用することによって可能である。
ワイヤ状の溶射材料４は、最大速度１２ｍ／ｓで送られ、溶融した粒子のビームは最大速度２０ｍ／ｓで吸引されるのが有利である。このパラメータ限界は、重要な合金成分を吸引又は蒸発させることなく、有利な層組織の形成を保証する。
さらに、炉内の温度調整又は局所的な誘導加熱によって機能層２の内部圧縮応力を発生させることは有利であり、それは、この応力が基板１の機能層２の接着力を改善するからである。
１ 基板
２ 層
３ コーティングヘッド
４ ワイヤ状の溶射材料
５ アーク
２ 層
３ コーティングヘッド
４ ワイヤ状の溶射材料
５ アーク
Claims (7)
- 電気アークワイヤ溶射のためのワイヤ状の溶射材料（４）であり、
前記溶射材料（４）は、該溶射材料の固化時に摩擦損失を低減する機能層（２）が生じるように、少なくとも炭素と一緒にマイクロ合金として形成されており、それぞれ全重量に関して、以下の合金成分、
- 炭素０．７重量％〜１．２重量％、
- クロム１２重量％〜２０重量％、
- マンガン０．８重量％〜２重量％、
- モリブデン０．４〜１．３重量％、
- ニッケル０．０１重量％〜１重量％、
- 硫黄０．０１重量％〜０．０３５重量％、
- 銅０．０１重量％〜０．４重量％、
並びに任意でシリコン、バナジウム、リン及びアルミニウムのうち１つ又は複数の選択成分を有し、該当する場合、以下の合金成分、
‐ シリコン０．０１重量％〜１重量％、
‐ バナジウム０．０１重量％〜０．３重量％、
‐ リン０．０１重量％〜０．０４５重量％、
‐ アルミニウム最大０．０１重量％、
並びに残りの鉄及び不可避な不純物が含まれていることを特徴とする、ワイヤ状の溶射材料（４）。 - 摩擦損失を低減した、電気アークワイヤ溶射による機能層（２）であり、請求項１による溶射材料から生成され、それぞれ全重量に関して、以下の合金成分、
- 炭素０．４５重量％〜０．８重量％、
- マンガン０．８重量％〜２重量％、
- モリブデン０．４〜１．３重量％、
- クロム ＞ １０重量％
- ニッケル０．０１重量％〜１重量％、
- 硫黄０．０１重量％〜０．０３５重量％、
- 銅０．０１重量％〜０．３５重量％、
並びに任意でシリコン、バナジウム、リン及びアルミニウムのうち１つ又は複数の選択成分を有し、該当する場合、以下の合金成分、
‐ シリコン０．０１重量％〜１重量％の、
‐ バナジウム０．０１重量％〜０．３重量％、
‐ リン０．０１重量％〜０．０４５重量％、
‐ アルミニウム最大０．０１重量％、
並びに残りの鉄及び不可避な不純物が含まれている、機能層（２）。 - 前記機能層（２）が、侵入型に溶解する鉄窒化物及びクロム窒化物を有し、前記合金中の窒素含有量は、全重量に関して、０．０１〜２重量％であることを特徴とする、請求項２に記載の機能層（２）。
- 基板（１）のコーティング方法であり、請求項１に記載のワイヤ状の溶射材料（４）がアーク（５）の中で溶融し、請求項３に記載の機能層（２）として前記基板（１）上に分離され、プロセスガスとして窒素が用いられる、方法。
- 前記ワイヤ状の溶射材料（４）が、少なくとも９０００Ｗの溶融速度で、最低電流２５０Ａ又は最低電圧３６Ｖで、前記アーク内で溶融されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
- 前記ワイヤ状の溶射材料（４）が最大速度１２ｍ／ｓで送られ、溶融した粒子のビームは最大速度２０ｍ／ｓで吸引されることを特徴とする、請求項４又は５に記載の方法。
- 炉内の温度調整又は局所的な誘導加熱によって前記機能層（２）の内部圧縮応力を発生させることを特徴とする、請求項４〜６のうちいずれか一項に記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102010021300.4 | 2010-05-22 | ||
| DE102010021300A DE102010021300B4 (de) | 2010-05-22 | 2010-05-22 | Drahtförmiger Spritzwerkstoff, damit erzeugbare Funktionsschicht und Verfahren zum Beschichten eines Substrats mit einem Spritzwerkstoff |
| PCT/EP2011/002178 WO2011147526A1 (de) | 2010-05-22 | 2011-05-03 | Drahtförmiger spritzwerkstoff, damit erzeugbare funktionsschicht und verfahren zum beschichten eines substrats mit einem spritzwerkstoff |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2013534965A JP2013534965A (ja) | 2013-09-09 |
| JP5534279B2 true JP5534279B2 (ja) | 2014-06-25 |
Family
ID=44310383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013511566A Active JP5534279B2 (ja) | 2010-05-22 | 2011-05-03 | ワイヤ状の溶射材料、それによって生成可能な機能層及び溶射材料を用いた基板のコーティング方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9487660B2 (ja) |
| JP (1) | JP5534279B2 (ja) |
| CN (1) | CN102906297B (ja) |
| DE (1) | DE102010021300B4 (ja) |
| WO (1) | WO2011147526A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3875630B1 (en) * | 2018-11-02 | 2023-03-15 | Nissan Motor Co., Ltd. | Thermally sprayed coating for sliding member and sliding device provided with said thermally sprayed coating for sliding member |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102011009443B3 (de) * | 2011-01-26 | 2012-03-29 | Daimler Ag | Drahtförmiger Spritzwerkstoff |
| DE102012009496B4 (de) | 2012-05-14 | 2017-05-11 | Stahlwerk Ergste Westig Gmbh | Chromstahl |
| DE102012013020B3 (de) | 2012-06-29 | 2013-05-02 | Daimler Ag | Verfahren zum Beschichten eines Substrats mit einem Spritzwerkstoff und damit erzeugbare Funktionsschicht |
| DE102015207833A1 (de) | 2015-04-28 | 2016-11-03 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Zylinderkurbelgehäuse für einen Verbrennungsmotor |
| DE102015005590A1 (de) | 2015-05-02 | 2016-03-03 | Daimler Ag | Thermische Spritzschicht |
| DE102015013706A1 (de) | 2015-10-22 | 2017-04-27 | Daimler Ag | Funktionsschicht |
| DE102015014192A1 (de) | 2015-11-03 | 2016-09-08 | Daimler Ag | Funktionsschicht |
| CN105385978A (zh) * | 2015-11-11 | 2016-03-09 | 无锡清杨机械制造有限公司 | 一种电弧喷涂方法 |
| US9945318B2 (en) * | 2015-12-04 | 2018-04-17 | Hyundai Motor Company | Cylinder block |
| DE102015016473A1 (de) | 2015-12-21 | 2017-06-22 | Daimler Ag | Funktionsschicht |
| WO2019043932A1 (ja) * | 2017-09-04 | 2019-03-07 | 日産自動車株式会社 | 内燃機関 |
| CN112996942A (zh) * | 2018-11-02 | 2021-06-18 | 日产自动车株式会社 | 滑动构件用热喷涂被膜和具有该滑动构件用热喷涂被膜的滑动装置 |
| WO2020090103A1 (ja) * | 2018-11-02 | 2020-05-07 | 日産自動車株式会社 | 溶射被膜 |
| CN111085749A (zh) * | 2019-12-09 | 2020-05-01 | 安徽工程大学 | 一种铜溜槽表面火焰喷焊工艺 |
| CN112941452A (zh) * | 2019-12-10 | 2021-06-11 | 扬州市恒宇金属制品有限公司 | 一种耐磨高强度金属制品制备方法 |
Family Cites Families (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2149772C2 (de) | 1971-10-06 | 1974-01-31 | Deutsche Edelstahlwerke Gmbh, 4150 Krefeld | Schweißzusatz werkstoff aus härtbaren Hartstofflegierungen |
| US4692305A (en) * | 1985-11-05 | 1987-09-08 | Perkin-Elmer Corporation | Corrosion and wear resistant alloy |
| JPH0288756A (ja) * | 1988-09-22 | 1990-03-28 | Kubota Ltd | 耐摩耗被膜の形成方法 |
| DE59914394D1 (de) | 1999-01-19 | 2007-08-09 | Sulzer Metco Ag | Durch Plasmaspritzen aufgebrachte Schicht für Zylinderlaufflächen von Motorblöcken und Verfahren zu deren Herstellung |
| AU7907900A (en) * | 1999-10-29 | 2001-05-14 | Man B&W Diesel A/S | Method and device for producing machine components that are provided with at least one sliding surface |
| CH694664A5 (de) | 2000-06-14 | 2005-05-31 | Sulzer Metco Ag | Durch Plasmaspritzen eines Spritzpulvers aufgebrachte eisenhaltige Schicht auf einer Zylinderlauffläche. |
| CH695339A5 (de) | 2002-02-27 | 2006-04-13 | Sulzer Metco Ag | Zylinderlaufflächenschicht für Verbrennungsmotoren sowie Verfahren zu deren Herstellung. |
| JP2005226150A (ja) * | 2004-02-16 | 2005-08-25 | Daido Steel Co Ltd | 工具鋼の焼きなまし方法、及び工具鋼の焼きなまし材の製造方法、工具鋼の焼きなまし材、並びにそれを用いた工具鋼、工具 |
| US7491910B2 (en) * | 2005-01-24 | 2009-02-17 | Lincoln Global, Inc. | Hardfacing electrode |
| JP2007009321A (ja) | 2005-06-02 | 2007-01-18 | Daido Steel Co Ltd | プラスチック成形金型用鋼 |
| CN1876881A (zh) | 2005-06-02 | 2006-12-13 | 大同特殊钢株式会社 | 塑料成形模具用钢 |
| EP1757710A1 (de) | 2005-08-23 | 2007-02-28 | Sulzer Metco Coatings GmbH | Werkstück mit einer thermisch gespritzten Oberflächenschicht |
| GB2452190B (en) * | 2006-05-17 | 2011-12-28 | G & H Technologies Llc | Wear resistant depositied coating, method of coating deposition and applications therefor |
| DE102007010698A1 (de) | 2007-03-06 | 2008-09-11 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung |
| DE102008004607A1 (de) | 2008-01-16 | 2009-05-28 | Daimler Ag | Lichtbogendrahtbrenner |
| DE102008034548B3 (de) * | 2008-07-24 | 2009-10-22 | Daimler Ag | Drahtförmiger Spritzwerkstoff und Verfahren zum Beschichten eines Substrats |
| DE102008034551B3 (de) * | 2008-07-24 | 2009-10-15 | Daimler Ag | Drahtförmiger Spritzwerkstoff und Verfahren zum Beschichten eines Substrats |
| DE102008034550B3 (de) * | 2008-07-24 | 2009-10-22 | Daimler Ag | Drahtförmiger Spritzwerkstoff und Verfahren zum Beschichten eines Substrats |
| CN101574691B (zh) | 2009-06-02 | 2012-05-30 | 山东电力研究院 | 自润滑涂层电弧喷涂工艺 |
-
2010
- 2010-05-22 DE DE102010021300A patent/DE102010021300B4/de active Active
-
2011
- 2011-05-03 JP JP2013511566A patent/JP5534279B2/ja active Active
- 2011-05-03 WO PCT/EP2011/002178 patent/WO2011147526A1/de active Application Filing
- 2011-05-03 US US13/697,081 patent/US9487660B2/en active Active
- 2011-05-03 CN CN201180025401.7A patent/CN102906297B/zh active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3875630B1 (en) * | 2018-11-02 | 2023-03-15 | Nissan Motor Co., Ltd. | Thermally sprayed coating for sliding member and sliding device provided with said thermally sprayed coating for sliding member |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102010021300A1 (de) | 2011-11-24 |
| US20130089682A1 (en) | 2013-04-11 |
| US9487660B2 (en) | 2016-11-08 |
| JP2013534965A (ja) | 2013-09-09 |
| CN102906297A (zh) | 2013-01-30 |
| DE102010021300B4 (de) | 2012-03-22 |
| WO2011147526A1 (de) | 2011-12-01 |
| CN102906297B (zh) | 2017-03-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5534279B2 (ja) | ワイヤ状の溶射材料、それによって生成可能な機能層及び溶射材料を用いた基板のコーティング方法 | |
| JP6053230B2 (ja) | 基材を溶射材料で被覆する方法及びそれによって製造可能な溶射層 | |
| US20080131686A1 (en) | Environmentally friendly wear resistant carbide coating | |
| US9546414B2 (en) | Wire-type spray material for a thermally sprayed layer having a pearlite, bainite, martensite structure | |
| KR20140138180A (ko) | 철 기반 합금 분말을 이용한 써멀 스프레이 애플리케이션들 | |
| TW201446969A (zh) | 用於高應力滑動系統之熱噴塗粉末 | |
| US20140186540A1 (en) | Plasma spraying process | |
| US10721813B2 (en) | Arrangement and process for thermal spray coating vehicle components with solid lubricants | |
| US7404841B2 (en) | Composite powder and gall-resistant coating | |
| CN105177567A (zh) | 一种钢基表面耐磨涂层的制备方法 | |
| JP6383002B2 (ja) | ワイヤ状の溶射材料が電気アーク中に融解して基材上に皮膜として析出する基材の被覆方法、及びアーク溶射された皮膜 | |
| US20060121292A1 (en) | Fusing of thermal-spray coatings | |
| JP2010275581A (ja) | 鉄系溶射被膜 | |
| JP5871152B2 (ja) | 溶射材、溶射皮膜及び構造体 | |
| JP5292007B2 (ja) | 溶射合金、表面層を備えた部材およびその製造方法 | |
| JP2011231386A (ja) | 鉄系溶射皮膜用溶射ワイヤ | |
| JP4176064B2 (ja) | ピストンリング及びその製造方法 | |
| Lima et al. | Study of the wear and corrosion characteristics of thermal sprayed and welded coatings | |
| Petre et al. | Studies on the applicability of the high velocity thermal spray used in the automotive industry | |
| JPH07113144B2 (ja) | 自溶合金溶射皮膜の形成方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140115 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140306 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140402 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5534279 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140415 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |