JP6842739B2

JP6842739B2 - 被覆部材

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Publication number: JP6842739B2
Application number: JP2016218741A
Authority: JP
Inventors: 堅楊
Original assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Priority date: 2016-11-09
Filing date: 2016-11-09
Publication date: 2021-03-17
Anticipated expiration: 2036-11-09
Also published as: JP2018076202A

Description

本発明は、カーボン基材上にセラミックを含む被覆層を備える被覆部材に関する。特に、カーボン基材上の被覆層の剥離を抑制でき、耐久性に優れる被覆部材に関する。

鉄粉などの金属粉末の成形体を焼結した焼結体からなる焼結部品が、自動車部品や機械部品などに利用されている。焼結部品としては、例えばスプロケット、ロータ、ギア、リング、フランジ、プーリー、ベーン、軸受けなどが挙げられる。一般に、焼結部品は、金属粉末を含有する原料粉末を金型で加圧成形して圧粉成形体を作製し、これを焼結することで製造されている。鉄系焼結部品の場合、焼結工程では、真空雰囲気中や不活性ガス雰囲気中、１１２０〜１３００℃で焼結が行われる。

焼結工程では、通常、成形体をトレーに載せて焼結炉で焼結しており、トレーには、耐熱性に優れるカーボン製のトレーが使用されている。カーボン製のトレーに成形体を直接載せた場合、焼結時に、成形体に含まれる金属成分（Ｆｅなど）とトレーの炭素（Ｃ）とが反応して固着（焼付き）が起こり、製品の歩留まりが低下する問題がある。そこで、トレーと成形体との反応を防止するため、トレー表面にアルミナなどのセラミックを溶射して、セラミックの被覆層を形成することが行われている（特許文献１を参照）。

カーボン基材上にセラミック被覆層が形成されたトレーを使用することで、トレーと成形体との反応を有効に防止できる。しかし、カーボン基材上にセラミック被覆層を直接形成した場合、基材と被覆層との密着力が弱く、焼結の際に基材と被覆層との熱膨張係数の差による熱応力によって被覆層が容易に剥がれる。そのため、被覆層が容易に剥離するなど耐久性に問題があり、繰り返し使用することが難しい。

特許文献１には、カーボン基材とセラミック被覆層との密着力を高めるため、カーボン基材上に、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔａなどの耐熱性金属の中間層を形成し、中間層上にＹ_２Ｏ_３やＡｌ_２Ｏ_３などの被覆層を形成することが提案されている。

特開２０１０−９９７７４号公報

特許文献１では、中間層として、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔａなどの耐熱性金属を用いている。これら耐熱性金属はＣと共晶反応し難い元素であるため、固相拡散によりカーボン基材と中間層とが結合して接合されていると考えられる。固相拡散による接合では、十分な密着力を得ることが難しい場合があり、被覆層の剥離を満足できる程度に抑制することが難しく、必ずしも十分な耐久性を有しているとは言い難い。

そこで、本発明の目的の一つは、カーボン基材上の被覆層の剥離を抑制でき、耐久性に優れる被覆部材を提供することにある。

本発明の一態様に係る被覆部材は、以下のとおりである。
カーボン基材上にセラミックを含む被覆層を備える被覆部材であって、
前記カーボン基材と前記被覆層との間に、Ｆｅ、Ｃｒ及びＮｉから選択される少なくとも１種の元素を合計で２０質量％以上含有する中間層を備える。

上記被覆部材は、カーボン基材上の被覆層の剥離を抑制できる。

実施形態１に係る被覆部材の構成例を示す概略断面図である。試料Ｎｏ．２−１の被覆部材を厚さ方向に切断した断面を示すＳＥＭ像である。試料Ｎｏ．２−１の被覆部材を厚さ方向に切断した断面におけるＥＤＸの分析領域を示すＳＥＭ像である。図３に示す領域のＥＤＸ分析結果を示す図である。

本発明者は、カーボン基材と被覆層との間にＣと共晶反応する特定の金属元素を含有する中間層を設けることで、カーボン基材と被覆層との接着力を高めることができることを見出した。これにより、被覆層の剥離が効果的に抑制され、耐久性が大幅に向上するとの知見を得た。最初に、本発明の実施形態を列挙して説明する。

［本発明の実施形態の説明］
（１）本発明の一形態に係る被覆部材は、以下のとおりである。
カーボン基材上にセラミックを含む被覆層を備える被覆部材であって、
前記カーボン基材と前記被覆層との間に、Ｆｅ、Ｃｒ及びＮｉから選択される少なくとも１種の元素を合計で２０質量％以上含有する中間層を備える。

上記被覆部材によれば、カーボン基材と被覆層との間に上記特定の元素を含有する中間層を備えることで、中間層によってカーボン基材と被覆層との接着力を高めることができる。したがって、上記被覆部材は、カーボン基材上の被覆層の剥離を抑制でき、耐久性に優れる。

Ｆｅ、Ｃｒ及びＮｉは、Ｃと共晶反応する金属元素である。上記被覆部材では、中間層とカーボン基材との接触部分で、中間層に含まれるこれらの金属がカーボン基材のＣと共晶反応する温度以上の加熱により液相となり、共晶合金を形成する。このときの共晶温度は上記金属単体の融点よりも低く、それぞれの融点よりも低い温度で液相が生じる。これにより、中間層とカーボン基材との間が共晶反応により接合され、中間層とカーボン基材とが化学的に結合することになるため、強固に密着する。また、中間層と被覆層との接触部分において、カーボン基材と共晶反応する加熱により中間層が液化（融解）した際に中間層に含まれる上記金属が被覆層の凹凸に入り込み、中間層と被覆層とが機械的に結合するため、強固に密着する。よって、中間層がカーボン基材及び被覆層に対して密着性に優れることから、中間層を介してカーボン基材と被覆層とが強固に接着される。中間層におけるＦｅ、Ｃｒ及びＮｉの合計の含有量が２０質量％以上であることで、共晶合金化により、カーボン基材及び被覆層に対する中間層の密着力を高め、カーボン基材と被覆層との接着力を確保できる。

（２）上記被覆部材の一形態として、前記被覆層の全面に対する前記中間層の面積比率が２０％以上であることが挙げられる。

カーボン基材と被覆層との間に介在する中間層の面積比率が被覆層の全面に対して２０％以上であることで、カーボン基材及び被覆層に対する中間層の密着力が向上し、カーボン基材と被覆層との接着力を十分に確保できる。よって、被覆層の剥離をより抑制でき、耐久性が向上する。

（３）上記被覆部材の一形態として、前記中間層の厚さが０．５μｍ以上１０μｍ以下であることが挙げられる。

中間層の厚さが０．５μｍ以上であることで、カーボン基材及び被覆層に対する中間層の密着性が向上する効果が得られ易い。一方で、中間層が厚くなり過ぎても、それ以上の効果が得られないため、中間層の厚さの上限は、例えば１０μｍ以下である。また、中間層の厚さが１０μｍ以下であれば、中間層とカーボン基材とが共晶反応する温度以上に加熱して中間層が液化した際に被覆層がズレたり、剥落することを抑制し易い。

（４）上記被覆部材の一形態として、前記セラミックがアルミナであることが挙げられる。

被覆層に含まれるセラミックがアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）であることで、被覆部材を焼結部品の製造において焼結の際に成形体を載せるトレーとして使用する場合、被覆層によってカーボン基材と成形体との反応を抑制して固着を防止できる。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る被覆部材の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

＜被覆部材＞
図１を参照して、実施形態１に係る被覆部材１の構成について説明する。図１は、被覆部材１を厚さ方向に切断した断面図である。被覆部材１は、焼結部品の製造において成形体を焼結する際のトレーに使用されるものである。被覆部材１は、カーボン基材１０と、カーボン基材１０上にセラミックを含む被覆層２０とを備え、カーボン基材１０と被覆層２０との間に中間層３０を備える。実施形態１に係る被覆部材１の特徴の１つは、中間層３０がＦｅ、Ｃｒ及びＮｉから選択される少なくとも１種の元素を含有することにある。以下、被覆部材１の構成を詳しく説明する。

（カーボン基材）
カーボン基材１０は、炭素材料からなり、公知のものを利用できる。カーボン基材１０の形状や寸法は特に限定されるものではなく、被覆部材１の用途に応じて適宜選択できる。この例では、カーボン基材１０は、炭素繊維を炭素で固めた複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット）の板材であり、カーボン基材１０の一方の表面上に後述する中間層３０及び被覆層２０が厚さ方向に順に形成されている。

（被覆層）
被覆層２０は、セラミックを含む層であり、カーボン基材１０の表面上に形成されている。セラミックとしては、焼結部品の製造において焼結時に成形体と反応しないものであればよく、例えば、周期表４、５、６族元素、Ｙ、Ａｌ及びＳｉから選択される少なくとも１種の金属の酸化物が挙げられ、具体的には、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３などの酸化物が挙げられる。被覆層２０の厚さは、適宜設定すればよく、例えば２０μｍ以上４００μｍ以下である。被覆層２０の厚さは、１００μｍ前後（例えば５０μｍ以上１５０μｍ以下）であることがより好ましく、この場合、中間層３０に被覆層２０をより強固に密着させ易い。

被覆層２０の形成方法としては、公知の方法を採用でき、具体的には、溶射法が挙げられる。この例では、被覆層２０は、溶射法によって形成されたＡｌ_２Ｏ_３からなる層であり、多孔質である。また、被覆層２０はカーボン基材１０の表面を実質的に覆っており、被覆部材１の厚さ方向から平面視したとき、被覆層２０のサイズ（面積）はカーボン基材１０のサイズ（面積）と略等しい。

（中間層）
中間層３０は、Ｆｅ、Ｃｒ及びＮｉから選択される少なくとも１種の元素を含有する層であり、カーボン基材１０と被覆層２０との間に介在する。Ｆｅ、Ｃｒ及びＮｉは、カーボン基材１０のＣと共晶反応する金属であり、後述する加熱処理によりＣと共晶反応する温度以上に加熱することで液相となり、Ｃと共晶合金を形成する。中間層３０がカーボン基材１０と共晶反応により共晶合金を形成することによって接合され、中間層３０とカーボン基材１０とが化学的に結合することになるため、強固に密着する。また、加熱処理により中間層３０が液化（融解）した際に、上記金属が被覆層２０の凹凸に入り込み、中間層３０と被覆層２０とが機械的に結合することになるため、強固に密着する。これら金属とＣとの共晶温度は、Ｆｅ−Ｃ：１１４７℃、Ｃｒ−Ｃ：１５４３℃、Ｎｉ−Ｃ：１３２７℃である。これら金属のうち、ＦｅはＣとの共晶温度が低く、中間層３０はＦｅを必須元素として含有することが好ましい。Ｆｅ、Ｃｒ及びＮｉ以外の元素としては、例えば、Ｆｅ、Ｃｒ又はＮｉと固溶体又は金属間化合物を形成する元素、具体的には、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｔｉなどの元素が挙げられる。

中間層３０がカーボン基材１０と共晶合金化した場合、カーボン基材１０と被覆層２０との結合部にＣが拡散した中間層３０が形成される。中間層３０は、カーボン基材１０との接触面からＣが拡散して共晶合金化するため、カーボン基材１０側でＣ濃度が高い傾斜組成を有する。中間層３０には、Ｆｅ、Ｃｒ及びＮｉから選択される金属又はその合金以外に、Ａｌ_２Ｏ_３などの上記セラミックの成分を含有してもよい。また、中間層３０は、被覆部材１の厚さ方向から平面視したとき、カーボン基材１０の表面の全面に亘って形成されていてもよいし、まだら状（島状）に局所的に分散して形成されていてもよい。

〈Ｆｅ、Ｃｒ及びＮｉの含有量〉
中間層３０におけるＦｅ、Ｃｒ及びＮｉの含有量が合計で２０質量％以上であることが挙げられる。Ｆｅ、Ｃｒ及びＮｉの合計含有量が２０質量％以上であることで、中間層３０の共晶合金化により、カーボン基材１０及び被覆層２０に対する中間層３０の密着性を確保できる。これら金属の含有量が多いほど、Ｃとの共晶反応により共晶合金が生成され、加熱処理したときに液相が発生することから、カーボン基材１０及び被覆層２０に対する中間層３０の密着力を高められる。Ｆｅ、Ｃｒ及びＮｉの合計含有量は、例えば４０質量％以上が好ましく、更に５０質量％以上が好ましい。

Ｆｅ、Ｃｒ及びＮｉの含有量（質量％）は、次のようにして求めることができる。被覆部材１を厚さ方向に切断した断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、元素分析により中間層３０を抽出する。具体的には、カーボン基材１０と被覆層２０との結合部における元素分布をエネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）又は電子プローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）により分析したときに、Ｆｅ、Ｃｒ及びＮｉの少なくとも１種の元素が検出される領域を中間層３０とする。そして、結合部断面における元素分布の面分析により、検出領域内の各元素濃度の平均値を求め、Ｆｅ、Ｃｒ及びＮｉの各含有量（質量％）を定量する。ここでは、結合部断面のうち、上記金属元素が検出される領域の１０箇所以上についてＦｅ、Ｃｒ及びＮｉの含有量（質量％）をそれぞれ測定し、その平均値とする。

〈中間層の面積比率〉
被覆層２０の全面に対する中間層３０の面積比率が２０％以上であることが挙げられる。ここで、「面積比率」とは、被覆部材１の厚さ方向から平面視したときに、被覆層２０の面積に対する中間層３０の総面積の比率（％）である。中間層３０の面積比率が２０％以上であることで、カーボン基材１０及び被覆層２０に対する中間層３０の接触面積を確保でき、密着力が向上する。中間層３０の面積比率が大きいほど、カーボン基材１０及び被覆層２０に対する中間層３０の接触面積が増え、密着力がより向上することから、中間層３０の面積比率は、例えば６０％以上が好ましく、更に８０％以上が好ましい。

中間層３０の面積比率（％）は、次のようにして求めることができる。被覆層２０を剥がして中間層３０を露出させ、被覆層２０で覆われていた全面を元素分析し、中間層３０が存在する領域の面積を測定することにより求める。具体的には、ＥＤＸ又はＥＰＭＡによる元素分布の面分析により、Ｆｅ、Ｃｒ及びＮｉの少なくとも１種の元素が検出される領域の面積を測定し、被覆層２０の面積に対する面積比率（％）を算出する。

〈中間層の厚さ〉
中間層３０の厚さが０．５μｍ以上１０μｍ以下であることが挙げられる。中間層３０の厚さが０．５μｍ以上であることで、カーボン基材１０及び被覆層２０に対する中間層３０の密着性向上効果が得られ易い。一方で、中間層３０が厚くなり過ぎても、それ以上の効果が得られず、また、中間層３０が厚くなり過ぎると、加熱処理したときに多量の液相が発生して被覆層２０のズレや剥離が生じ易くなるため、中間層３０の厚さの上限は、例えば１０μｍ以下である。中間層３０の厚さが１０μｍ以下、特に５μｍ以下であれば、中間層３０が加熱処理により液化した際に被覆層２０がズレたり、剥落することを効果的に抑制できる。中間層３０の厚さは、例えば５μｍ以下が好ましく、更に２μｍ以下が好ましい。

中間層３０の厚さ（μｍ）は、次のようにして求めることができる。被覆部材１を厚さ方向に切断した断面をＳＥＭで観察し、元素分析により中間層３０の厚さを測定する。具体的には、ＥＤＸ又はＥＰＭＡによりカーボン基材１０と被覆層２０との結合部断面における元素分布を面分析して、Ｆｅ、Ｃｒ及びＮｉの少なくとも１種の元素が検出される領域の厚さを測定する。ここでは、結合部断面のうち、上記金属元素が検出される領域の１０箇所以上について厚さ（μｍ）を測定し、その平均値とする。

上述した実施形態１に係る被覆部材１は、例えば、カーボン基材１０上に中間層３０を形成した後、中間層３０上に被覆層２０を形成することで製造することが可能である。

中間層３０の形成方法としては、例えば溶射法や物理的蒸着（ＰＶＤ）法などを用いることができる。中間層３０の材料には、Ｆｅ、Ｃｒ及びＮｉから選択される金属又はその合金を用いることができる。合金としては、例えばＦｅ−Ｃｒ系ステンレス鋼（例、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４３４など）やＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼（例、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６など）が挙げられる。

中間層３０の形成条件を制御することで、中間層３０の面積比率や厚さを変更することが可能である。溶射法であれば、溶射する粒子のサイズを大きくしたり、溶射回数を増やしたり、溶射時間を長くするなど溶射条件を調整することにより、中間層３０の形成面積を増やしたり、中間層３０の厚さを厚くできる。蒸着法であれば、蒸着時間を長くすることで、中間層３０の厚さを厚くできる。

必要に応じて、被覆層２０を形成した後、中間層３０とカーボン基材１０とが共晶反応する温度以上で被覆部材１を加熱処理する。具体的には、中間層３０に含まれるＦｅ、Ｃｒ又はＮｉとカーボン基材１０のＣとが共晶反応する温度以上、例えば１２００℃以上に加熱する。これにより、中間層３０にカーボン基材１０のＣが拡散し、Ｆｅ、Ｃｒ又はＮｉがＣと共晶反応することにより共晶合金を形成して中間層３０とカーボン基材１０とが接合される。加熱処理した際、加熱処理の初期に液相が発生して共晶合金が形成され、その後はＣの拡散によって融点が上がる。そのため、共晶反応により共晶合金が形成されると、同じ温度で再度加熱処理しても液相が出現することはない。なお、被覆部材１は、焼結部品の製造において焼結の際に成形体を載せるトレーに使用されることから、焼結の際に１２００℃以上に加熱される。そのため、被覆部材１を焼結する際のトレーに使用する場合は、中間層３０とカーボン基材１０とを共晶反応させるための加熱処理を予め実施していなくても、焼結の際に共晶反応が起こり、中間層３０が共晶合金化されるので、加熱処理は省略してもよい。

＜被覆部材の作用効果＞
実施形態１の被覆部材１は、次の効果を奏する。

（１）被覆部材１は、中間層３０とカーボン基材１０とが共晶反応により接合され、化学的結合により強固に密着する。また、共晶反応する温度以上で加熱処理することによって、中間層３０が液化した際に被覆層２０の凹凸に入り込み、中間層３０と被覆層２０とが機械的結合により強固に密着する。したがって、被覆部材１は、中間層３０を介してカーボン基材１０と被覆層２０とが強固に接着されることから、カーボン基材１０上の被覆層２０の剥離を抑制でき、耐久性に優れる。特に、中間層３０におけるＦｅ、Ｃｒ及びＮｉの合計の含有量が２０質量％以上であることで、共晶合金化により、カーボン基材１０及び被覆層２０に対する中間層３０の密着力を高め、カーボン基材１０と被覆層２０との接着力を確保できる。

（２）中間層３０の面積比率が２０％以上であることで、カーボン基材１０及び被覆層２０に対する中間層３０の密着力が向上し、カーボン基材１０と被覆層２０との接着力を十分に確保できる。

（３）中間層３０の厚さが０．５μｍ以上１０μｍ以下（特に５μｍ以下）であることで、カーボン基材１０及び被覆層２０に対する中間層３０の密着性向上効果が得られ易く、また、中間層３０が加熱処理により液化した際に被覆層２０がズレたり、剥落することを抑制し易い。

［試験例１］
カーボン基材上に中間層を形成した後、中間層上にＡｌ_２Ｏ_３の被覆層を形成して被覆部材を製造し、その評価を行った。カーボン基材には、Ｃ／Ｃコンポジット製の板材を用いた。

（試料Ｎｏ．１−１、１−２）
カーボン基材の表面上にＳＵＳ４３４（Ｆｅ−１８質量％Ｃｒ−１質量％Ｍｏ）を溶射して中間層を形成した。溶射は基材表面の全面に１回行い、基材表面の全面に中間層をまだら状に分散して形成した。

次に、中間層上にＡｌ_２Ｏ_３を溶射して被覆層を形成した。被覆層は基材表面の全面に形成し、被覆層の厚さは１００μｍとなるように制御した。被覆層の形成後、被覆部材を真空雰囲気中、１２００℃で６０分間の加熱処理を行った。この被覆部材を試料Ｎｏ．１−１とする。

試料Ｎｏ．１−１とは異なり、カーボン基材の表面上にＳＵＳ４３４を蒸着して、基材表面の全面に亘って膜状に中間層を形成した。その後、試料Ｎｏ．１−１と同様に、被覆層を形成し、加熱処理を行った。この被覆部材を試料Ｎｏ．１−２とする。

（試料Ｎｏ．２−１、２−２）
中間層の形成材料にＳＵＳ３１６（Ｆｅ−１８質量％Ｃｒ−１２質量％Ｎｉ−２．５質量％Ｍｏ）を用いた以外は試料Ｎｏ．１−１と同様にして、試料Ｎｏ．２−１の被覆部材を製造した。また、中間層の形成材料にＳＵＳ３１６を用いた以外は試料Ｎｏ．１−２と同様にして、試料Ｎｏ．２−２の被覆部材を製造した。

（試料Ｎｏ．３−１、３−２）
中間層の形成材料に純鉄（Ｆｅ：９９．５質量％以上）を用いた以外は試料Ｎｏ．１−１と同様にして、試料Ｎｏ．３−１、３−２の被覆部材を製造した。ここでは、溶射条件を変更して、試料Ｎｏ．３−１、３−２における中間層の形成面積や厚さを異ならせた。

作製した各試料の被覆部材について、中間層におけるＦｅ、Ｃｒ及びＮｉの合計含有量、中間層の面積比率及び中間層の厚さを測定した。

（Ｆｅ、Ｃｒ及びＮｉの含有量）
被覆部材を厚さ方向に切断した断面をＳＥＭ−ＥＤＸ（日本電子株式会社製ＪＳＭ‐６６１０ＬＡ）で観察し、ＥＤＸによりカーボン基材と被覆層との結合部断面の元素分布を分析した。そして、ＥＤＸ分析によりＦｅ、Ｃｒ及びＮｉの少なくとも１種の元素が検出される領域を中間層とし、中間層におけるＦｅ、Ｃｒ及びＮｉの各含有量（質量％）を定量し、これら元素の合計含有量を求めた。その結果を表１に示す。ＥＤＸ分析の測定条件は、加速電圧：１５．０ｋＶ、倍率：２０００倍とした。

（中間層の面積比率）
被覆層を剥がして中間層を露出させ、被覆層で覆われていたカーボン基材表面の全面をＳＥＭ−ＥＤＸで観察し、ＥＤＸ分析によりＦｅ、Ｃｒ及びＮｉの少なくとも１種の元素が検出される領域を中間層として、中間層が存在する領域の面積を測定した。そして、被覆層の面積に対する中間層の面積比率（％）を算出した。その結果を表１に示す。

（中間層の厚さ）
被覆部材を厚さ方向に切断した断面をＳＥＭ−ＥＤＸで観察し、ＥＤＸによりカーボン基材と被覆層との結合部断面の元素分布を分析した。そして、ＥＤＸ分析によりＦｅ、Ｃｒ及びＮｉの少なくとも１種の元素が検出される領域を中間層として、中間層の厚さ（μｍ）を測定した。その結果を表１に示す。

各試料の被覆部材について、被覆層の剥離に対する耐久性を評価した。

耐久性の評価は、被覆部材を焼結炉に入れ、焼結部品の焼結条件と同じ条件で加熱試験を繰り返し１５回以上行い、被覆層の剥離が生じるまでの回数を測定した。試験を実施した試料数は、各試料につき５個（ｎ＝５）とした。加熱試験の条件は、不活性雰囲気中、１２５０℃×６０分間とした。被覆層の剥離の有無は目視で確認し、被覆層に亀裂が生じた場合も剥離と判定した。その結果を表１に示す。

比較として、カーボン基材上に中間層を形成せずに、カーボン基材の表面上に直接Ａｌ_２Ｏ_３を溶射して被覆層を形成し、試料Ｎｏ．１００の被覆部材を作製した。試料Ｎｏ．１００の被覆部材についても、被覆層の剥離に対する耐久性を同様にして評価した。その結果を表１に示す。

表１に示すように、カーボン基材上に中間層を形成していない試料Ｎｏ．１００では、１〜２回の加熱試験で被覆層の剥離が発生し、耐久性に劣る結果となった。これに対し、中間層を備える試料Ｎｏ．１−１、１−２、２−１、２−２及び３−２では、加熱試験を５回以上行っても被覆層の剥離が発生せず、試料Ｎｏ．１００に比較して、被覆層の剥離が十分に抑制されていることが分かる。特に、中間層の面積比率が６０％以上で、且つ、中間層の厚さが０．５μｍ以上１０μｍ以下を満たす試料Ｎｏ．１−２、２−１、２−２及び３−２は、加熱試験を１５回以上行っても被覆層が剥離せず、耐久性が大幅に向上していることが分かる。一方、中間層を形成した試料のうち、試料Ｎｏ．３−１は、試料Ｎｏ．１００に比較して耐久性に優れるとはいうものの、中間層の面積比率が小さく、また、中間層の厚さが厚過ぎるため、中間層を備える他の試料に比べると被覆層の剥離を十分に抑制できなかったものと考えられる。

図２は、試料Ｎｏ．２−１の被覆部材を厚さ方向に切断した断面におけるカーボン基材と被覆層との境界部分を拡大して示すＳＥＭ像であり、上から順に倍率が１００倍、２００倍、２０００倍である。ＳＥＭの加速電圧は１５ｋＶである。図２において、下側の濃灰色部分がカーボン基材、上側の薄灰色部分が被覆層（アルミナ溶射膜）であり、カーボン基材と被覆層との間には中間層が存在する。図２の下図（倍率：２０００倍）において、カーボン基材と被覆層との境界部分における図中の矢印で示す部分には、カーボン基材と被覆層とが中間層によって結合された結合部が形成されている。

図３は、試料Ｎｏ．２−１の被覆部材を厚さ方向に切断した断面において、カーボン基材と被覆層との境界部分近傍におけるＥＤＸにより元素分析した領域（図３中、四角で囲む領域）を示す図である。分析領域のサイズは２０μｍ×１０μｍとした。図４は、図３に示すカーボン基材と被覆層との境界部分近傍における結合部（中間層）を含む分析領域をＥＤＸにより元素分析した結果を示す図であり、上図は、得られたＥＤＸスペクトルを示し、下図は、ＺＡＦ法による簡易定量分析の結果を示す。ＥＤＸ分析の測定条件は、加速電圧：１５．００ｋＶ、倍率：×２０００、照射電流：１．０００００ｎＡ、ＰＨＡモード：Ｔ３、経過時間：８０．９３ｓｅｃ、有効時間：８０．００ｓｅｃ、デッドタイム：１％、計数率：１６４５ｃｐｓ、エネルギー範囲：０−２０ｋｅＶとした。図４のＥＤＸ分析結果に示すように、結合部を含む領域においてＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉが検出され、中間層が存在することが確認できた。

本発明の被覆部材は、焼結部品の製造において焼結の際に成形体を載せる焼結用トレーに好適に利用可能である。

１被覆部材
１０カーボン基材
２０被覆層
３０中間層

Claims

カーボン基材上にセラミックを含む被覆層を備える被覆部材であって、
前記カーボン基材と前記被覆層との間であって、前記カーボン基材の表面に設けられた中間層を備え、
前記中間層は、Ｆｅを含有すると共に、Ｆｅ、Ｃｒ及びＮｉから選択される少なくとも１種の元素を合計で２０質量％以上含有する金属又は合金で構成されており、
前記中間層の厚さは、０．５μｍ以上５μｍ以下である、
被覆部材。
前記被覆層の全面に対する前記中間層の面積比率が２０％以上である請求項１に記載の被覆部材。
前記中間層は、Ｆｅを５０質量％以上含有する、請求項１又は請求項２に記載の被覆部材。
前記セラミックがアルミナである請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の被覆部材。