JP6996921B2 - Structure for protective tube of thermocouple for incinerator and its manufacturing method - Google Patents
Structure for protective tube of thermocouple for incinerator and its manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP6996921B2 JP6996921B2 JP2017187012A JP2017187012A JP6996921B2 JP 6996921 B2 JP6996921 B2 JP 6996921B2 JP 2017187012 A JP2017187012 A JP 2017187012A JP 2017187012 A JP2017187012 A JP 2017187012A JP 6996921 B2 JP6996921 B2 JP 6996921B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- base material
- thermocouple
- protective tube
- surface layer
- 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
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 title claims description 72
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 20
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 252
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 150
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 141
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 59
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 58
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 52
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 49
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims description 45
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 43
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 43
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 38
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 28
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 23
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 229910000599 Cr alloy Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 13
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 12
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 12
- 239000000788 chromium alloy Substances 0.000 claims description 11
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 9
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 8
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 8
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims description 7
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims description 7
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 7
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 claims description 6
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 claims description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 46
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 16
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 16
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 206010040844 Skin exfoliation Diseases 0.000 description 12
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N palladium Substances [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 8
- 229910000905 alloy phase Inorganic materials 0.000 description 7
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 6
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 4
- 229910017060 Fe Cr Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910002544 Fe-Cr Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000000550 scanning electron microscopy energy dispersive X-ray spectroscopy Methods 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001252 Pd alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000967 As alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 description 1
- 238000005255 carburizing Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- -1 iron-chromium-aluminum Chemical compound 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Description
本開示は、耐熱性及び耐食性に優れた焼却炉用熱電対の保護管用構造体及びその製造方法に関する。 The present disclosure relates to a structure for a protective tube of a thermocouple for an incinerator having excellent heat resistance and corrosion resistance, and a method for manufacturing the same.
一般的な耐熱構造体が用いられる高温環境の中には酸化性の雰囲気を伴っている場合がある。また、さらに過酷な環境としては、炉内に対流が生じており、かつその対流に乗ってスケールが舞っているような環境も見られる。これらの環境は、構造体に対して、高温による熱劣化や酸化性雰囲気による劣化を引き起こし、また、対流に乗ったスケールがぶつかることによる摩耗などによって激しい損耗を発生させるので、短寿命化の要因となる。そのため頻繁に該当部材を購入・交換する必要性が生じ、大きなコストを発生させている。従来、基材の耐熱性及び耐食性などを向上させる手段として、基材の表面に耐熱性及び耐食性のあるセラミックスなどの材料をコーティングすることが知られている。セラミックスを含む表面層を形成する方法として、溶射技術やアルミナイズなどのコーティング技術が挙げられる。 Some high-temperature environments in which a general heat-resistant structure is used may be accompanied by an oxidizing atmosphere. Further, as a harsher environment, there is an environment in which convection is generated in the furnace and the scale is fluttering on the convection. These environments cause the structure to deteriorate due to heat due to high temperature and deterioration due to the oxidizing atmosphere, and also cause severe wear due to wear caused by the collision of the scale on the convection, which is a factor of shortening the life. Will be. Therefore, it is necessary to frequently purchase and replace the relevant parts, which causes a large cost. Conventionally, as a means for improving the heat resistance and corrosion resistance of a base material, it is known to coat the surface of the base material with a material such as ceramics having heat resistance and corrosion resistance. Examples of the method for forming the surface layer containing ceramics include thermal spraying technology and coating technology such as aluminize.
例えば、基材の表面に、基材の材料とは異なる組成の粉末をセラミックスノズルまたはプラスチックノズルから吹き付ける際に、基材の表面に基材の材料または皮膜の材料と結合力に優れた中間層を形成する異種材料複合部材の製造方法の開示がある(例えば特許文献1を参照。)。 For example, when a powder having a composition different from that of the base material is sprayed onto the surface of the base material from a ceramic nozzle or a plastic nozzle, an intermediate layer having excellent bonding strength with the material of the base material or the material of the film is applied to the surface of the base material. There is a disclosure of a method for manufacturing a composite member of different materials forming the above (see, for example, Patent Document 1).
また、耐熱合金の基材表面に、少なくともAl又はSiを含む合金層中に酸化物の繊維および粒子が分散された耐酸化皮膜が形成されている耐熱合金の耐酸化被覆構造の開示がある(例えば特許文献2を参照。)。 Further, there is a disclosure of an oxidation-resistant coating structure of a heat-resistant alloy in which an oxidation-resistant film in which oxide fibers and particles are dispersed in an alloy layer containing at least Al or Si is formed on the surface of the base material of the heat-resistant alloy. See, for example, Patent Document 2).
また、Cr:10~30wt%、Ti、Nb、V、Zrのうち少なくとも1種類:0.6wt%以下、C:0.1wt%以下、N:0.05wt%以下、Si:2.0wt%以下、Mn:2.0wt%以下、残部が鉄および不可避的不純物からなるステンレス鋼の基材と、鉄-クロム-アルミニウムからなるアルミニウム拡散層と0.3~5.0μm厚アルミニウム酸化物皮膜とからなる表面絶縁性に優れたヒーター材料の開示がある(例えば特許文献3を参照。)。 Further, Cr: 10 to 30 wt%, Ti, Nb, V, Zr at least one type: 0.6 wt% or less, C: 0.1 wt% or less, N: 0.05 wt% or less, Si: 2.0 wt% Hereinafter, Mn: 2.0 wt% or less, a stainless steel base material whose balance is iron and unavoidable impurities, an aluminum diffusion layer made of iron-chromium-aluminum, and a 0.3-5.0 μm thick aluminum oxide film. There is a disclosure of a heater material having excellent surface insulating properties (see, for example, Patent Document 3).
また、母材を金属粉末、耐熱性皮膜形成粉末材等の混合粉末内に埋没させて高温加熱して形成する高温用耐摩耗部材において、母材の皮膜層の硬さをHv700以上、皮膜厚さを0.03mm以上、表面のアルミニウム濃度を10%以上とする高温用耐摩耗部材の開示がある(例えば特許文献4を参照。)。特許文献4では、皮膜層にはアルミナが形成されているとの開示がある。
Further, in a high-temperature wear-resistant member formed by burying a base material in a mixed powder such as a metal powder or a heat-resistant film-forming powder material and heating it at a high temperature, the hardness of the film layer of the base material is Hv700 or more and the film thickness. There is a disclosure of a wear resistant member for high temperature having a hardness of 0.03 mm or more and a surface aluminum concentration of 10% or more (see, for example, Patent Document 4).
さらにカロライジング処理を施すことにより、表面に、最表面のAl濃度が10~50重量%のAl拡散浸透層を設けてなる金属製のガス浸炭炉用部品及び冶具の開示がある(例えば特許文献5を参照。)。 Further, there is disclosure of metal gas carburizing furnace parts and jigs having an Al diffusion permeation layer having an Al concentration of 10 to 50% by weight on the outermost surface, which is further subjected to a calorizing treatment (for example, Patent Document). See 5.).
特許文献1~5では基材の表面をコーティング膜で被覆する技術が開示されている。しかしながら、いずれのコーティング技術においても基材と表面層との密着性が課題となっている。基材とコーティング層との密着性が充分でなければ、容易にクラックが発生し、基材からコーティング層が剥離し、剥離箇所からの熱劣化、腐蝕、摩耗が発生してしまう。また、基材と表面層との相性が悪いと、表面層の膜厚や組成分布が狙い通りに形成されない場合もあり、表面層は充分な機能を発揮できず、長寿命化を充分に達成できないこととなる。
例えば、溶射によって形成された膜と基材との間には拡散層などの中間層が存在せず、密着性は基材表面の凹凸によるアンカー効果のみの結合力に依存する。このような結合状態の場合、基材と膜との熱膨張率の差によって容易にクラックなどが発生し、剥離に至る。 For example, there is no intermediate layer such as a diffusion layer between the film formed by thermal spraying and the base material, and the adhesion depends on the bonding force of only the anchor effect due to the unevenness of the surface of the base material. In such a bonded state, cracks or the like are easily generated due to the difference in the thermal expansion rate between the base material and the film, leading to peeling.
また、鉄やニッケルなどの金属基材に対してアルミナイズ処理を行う手法の場合、膜と基材との間に拡散層が形成され、強固な結合が達成されている。しかし、クロムおよびクロム合金に対して同様の処理を行った場合、生成した膜にはクラックや剥離が多数発生しており、品質の悪いものとなってしまう。 Further, in the case of the method of performing the aluminate treatment on a metal base material such as iron or nickel, a diffusion layer is formed between the film and the base material, and a strong bond is achieved. However, when the same treatment is applied to chromium and the chromium alloy, a large number of cracks and peelings occur in the formed film, resulting in poor quality.
そのため、保護膜を有する構造体であって、膜の剥離を生じないように密着性を改善しつつ、耐熱性・耐酸化性・耐摩耗性などの特性を、基材が本来持ち合わせている特性よりも向上させることができる構造体は容易には得られていないのが現状である。 Therefore, it is a structure having a protective film, and the base material originally has characteristics such as heat resistance, oxidation resistance, and wear resistance while improving the adhesion so as not to cause peeling of the film. At present, it is not easy to obtain a structure that can be improved as much as possible.
そこで本開示の目的は、基材との密着性がよく、かつクラックなどの発生や剥離を抑制し、設計に準じた機能を発揮できる表面層を持ち、耐酸化性・耐摩耗性が向上した焼却炉用熱電対の保護管用構造体を供給することである。 Therefore, the purpose of the present disclosure is to have a surface layer that has good adhesion to the base material, suppresses the generation and peeling of cracks, and can exhibit the function according to the design, and has improved oxidation resistance and wear resistance. It is to supply a structure for a protective tube of a thermocouple for an incinerator.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討したところ、焼却炉用熱電対の保護管用構造体において、基材の表面に2層以上の中間層と表面層としてセラミックスが分散している合金層とを設けることで、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成させた。すなわち本発明に係る焼却炉用熱電対の保護管用構造体は、焼却炉用熱電対の保護管の形状を有する基材と、該基材の少なくとも表面側の面に結合している少なくとも2層以上の中間層と、該中間層の表面に結合している表面層と、を有する焼却炉用熱電対の保護管用構造体であって、元素A群は、前記基材に含まれる元素としてCrを必須として含み、かつ、Cr、Fe、W、Nb及びTiから選ばれる少なくとも1種の元素であり、元素B群は、前記中間層及び前記表面層のいずれか一方又は両方に含まれる元素として、Fe、Ni、Pd、Be、Mg、Al、Si、Ca、Ti、Cr、Zr、Hf、La、Ce、Y及びScから選ばれる少なくとも2種であり、前記基材は、クロム又はクロム合金と不可避不純物とからなり、前記表面層は、前記基材に含まれる元素A群のうち少なくとも1種と、元素B群のうち少なくとも2種とを含む合計3種以上の元素を含む合金からなり、合計3種以上の元素のひとつはクロムであり、かつ、前記表面層は、前記合金からなる相に前記元素B群のうち1種の元素の酸化物であるセラミックスが分散している組織を有していることを特徴とする。ここで、本発明に係る焼却炉用熱電対の保護管用構造体では、前記表面層は、前記元素A群のうちAl、Cr及びFeを含む合金からなり、かつ、前記表面層は、前記合金からなる相に前記元素B群のうちAlの酸化物であるセラミックスが分散している組織を有していることが好ましい。構造体の耐酸化性・耐摩耗性がさらに向上する。 As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors have found that in a structure for a protective tube of a thermocouple for an incinerator, two or more intermediate layers and ceramics are dispersed as a surface layer on the surface of the base material. The present invention has been completed by finding that the above problems can be solved by providing the existing alloy layer. That is, the structure for the protective tube of the thermocouple for an incinerator according to the present invention has a base material having the shape of the protective tube of the thermocouple for an incinerator and at least two layers bonded to at least the surface side surface of the base material. A structure for a protective tube of a thermocouple for an incinerator having the above intermediate layer and a surface layer bonded to the surface of the intermediate layer , wherein the element A group is Cr as an element contained in the base material. Is an essential element and is at least one element selected from Cr, Fe, W, Nb and Ti, and the element B group is an element contained in either or both of the intermediate layer and the surface layer. , Fe, Ni, Pd, Be, Mg, Al, Si, Ca, Ti, Cr, Zr, Hf, La, Ce, Y and Sc. The surface layer is composed of an alloy containing at least one element A group and at least two elements B group contained in the base material, and contains a total of three or more elements. One of the three or more kinds of elements in total is chromium, and the surface layer has a structure in which ceramics, which is an oxide of one of the elements in the element B group , is dispersed in a phase made of the alloy. It is characterized by having. Here, in the structure for a protective tube of a thermocouple for an incinerator according to the present invention, the surface layer is made of an alloy containing Al, Cr and Fe in the element A group, and the surface layer is the alloy. It is preferable that the phase composed of the elements has a structure in which ceramics, which is an oxide of Al, is dispersed in the element B group. The oxidation resistance and wear resistance of the structure are further improved.
本発明に係る焼却炉用熱電対の保護管用構造体では、前記中間層のうち表面層側中間層は少なくとも1層であり、前記表面層側中間層は膜厚方向において組成が均一な層であり、かつ、前記表面層側中間層の各厚みが1~200μmであることが好ましい。基材側中間層と表面層との密着性を向上させることができる。 In the structure for a protective tube of a thermocouple for an incinerator according to the present invention, the surface layer side intermediate layer is at least one layer among the intermediate layers, and the surface layer side intermediate layer is a layer having a uniform composition in the film thickness direction. It is preferable that the thickness of each of the surface layer-side intermediate layers is 1 to 200 μm. It is possible to improve the adhesion between the base material side intermediate layer and the surface layer.
本発明に係る焼却炉用熱電対の保護管用構造体では、前記中間層のうち基材側中間層は少なくとも1層であり、前記基材側中間層は前記基材の組成と前記表面層側中間層の組成の間の組成であり、かつ、前記基材側中間層の各厚みが10~200μmであることが好ましい。前記表面層側中間層と基材との密着性をさらに向上させることができる。 In the structure for a protective tube of a thermocouple for an incinerator according to the present invention, the base material side intermediate layer is at least one layer among the intermediate layers, and the base material side intermediate layer is the composition of the base material and the surface layer side. It is preferable that the composition is between the compositions of the intermediate layer and the thickness of each of the base material side intermediate layers is 10 to 200 μm. The adhesion between the surface layer side intermediate layer and the base material can be further improved.
本発明に係る焼却炉用熱電対の保護管用構造体では、前記中間層のうち基材側中間層は少なくとも1層であり、前記基材側中間層は前記基材の組成と前記表面層側中間層の組成とを連続的につなぐ傾斜機能層であり、かつ、前記基材側中間層の各厚みは10~200μmであることが好ましい。前記表面層側中間層と基材との密着性をさらに向上させることができる。 In the structure for a protective tube of a thermocouple for an incinerator according to the present invention, the base material side intermediate layer is at least one layer among the intermediate layers, and the base material side intermediate layer is the composition of the base material and the surface layer side. It is preferably an inclined functional layer that continuously connects the composition of the intermediate layer, and the thickness of each of the base material side intermediate layers is preferably 10 to 200 μm. The adhesion between the surface layer side intermediate layer and the base material can be further improved.
本発明に係る焼却炉用熱電対の保護管用構造体では、前記中間層の総厚みが11~400μmであることが好ましい。表面層と基材との密着性が高まり、剥離、クラックの発生が少ない。 In the structure for a protective tube of a thermocouple for an incinerator according to the present invention, the total thickness of the intermediate layer is preferably 11 to 400 μm. Adhesion between the surface layer and the base material is improved, and peeling and cracking are less likely to occur.
本発明に係る焼却炉用熱電対の保護管用構造体では、前記表面層に分散しているセラミックスは、表面に垂直な断面において、粒径1~50μmの範囲にあるセラミックス粒子が面積比で40%以上を占めていることが好ましい。構造体の耐酸化性・耐摩耗性が向上し、長寿命化を充分に達成できる。 In the structure for a protective tube of a thermocouple for an incinerator according to the present invention, the ceramics dispersed in the surface layer have 40 ceramic particles having a particle size in the range of 1 to 50 μm in a cross section perpendicular to the surface. It is preferable that it occupies% or more. The oxidation resistance and wear resistance of the structure are improved, and a long life can be sufficiently achieved.
本発明に係る焼却炉用熱電対の保護管用構造体では、前記表面層の厚みが10~200μmであることが好ましい。構造体の耐酸化性・耐摩耗性が向上し、表面層での剥離、クラックの発生が少ない。 In the structure for a protective tube of a thermocouple for an incinerator according to the present invention, the thickness of the surface layer is preferably 10 to 200 μm. The oxidation resistance and wear resistance of the structure are improved, and peeling and cracking in the surface layer are less likely to occur.
本発明に係る焼却炉用熱電対の保護管用構造体では、前記表面層側から測定した前記構造体の硬さがビッカース硬度で400Hv以上であることが好ましい。構造体の摩耗を抑制することができる。 In the structure for a protective tube of a thermocouple for an incinerator according to the present invention, the hardness of the structure measured from the surface layer side is preferably 400 Hv or more in Vickers hardness. Wear of the structure can be suppressed.
本発明に係る焼却炉用熱電対の保護管用構造体では、前記中間層は、Fe、Ni、Pdの少なくとも1種を含み、Fe、Ni、Pdの少なくとも1種は元素B群に属することが好ましい。表面層と基材とを強固に結合し、剥離、クラックの発生が抑えられている。 In the structure for a protective tube of a thermocouple for an incinerator according to the present invention, the intermediate layer contains at least one of Fe, Ni and Pd, and at least one of Fe, Ni and Pd belongs to the element B group. preferable. The surface layer and the base material are firmly bonded to each other, and peeling and cracking are suppressed.
本発明に係る焼却炉用熱電対の保護管用構造体では、前記表面層に分散している前記セラミックスはBe、Mg、Al、Si、Ca、Ti、Cr、Zr、Hf、La、Ce、Y、Scのうち少なくとも1つの元素の酸化物と不可避不純物とからなることが好ましい。構造体の耐酸化性・耐摩耗性がさらに向上する。 In the structure for a protective tube of a thermocouple for an incinerator according to the present invention, the ceramics dispersed in the surface layer are Be, Mg, Al, Si, Ca, Ti, Cr, Zr, Hf, La, Ce, Y. , Sc, preferably composed of an oxide of at least one element and an unavoidable impurity. The oxidation resistance and wear resistance of the structure are further improved.
本発明に係る焼却炉用熱電対の保護管用構造体の製造方法は、本発明に係る焼却炉用熱電対の保護管用構造体の製造方法であって、クロム又はクロム合金と不可避不純物とからなる基材の表面に、堆積、拡散又は含浸によって元素B群のうちの少なくとも1種を含む前処理層を形成する第1工程と、前記前処理層の表面を、元素B群のうちの他の少なくとも1種である元素で被覆することによって被覆層を形成する第2工程と、前記基材と前記前処理層と前記被覆層とを合金化させることによって、前記中間層及び前記表面層を形成する第3工程と、を有し、前記表面層の合金は、前記基材由来の元素A群のうち少なくとも1種と、前記前処理層に由来する元素B群のうちの少なくとも1種と、前記被覆層に由来する元素B群のうちの他の少なくとも1種とを含む合計3種以上の元素を含む合金であり、かつ、合計3種以上の元素のひとつはクロムであり、前記表面層にはセラミックスが分散しており、前記セラミックスは、前記被覆層に由来する元素の酸化物であることを特徴とする。ここで、本発明に係る焼却炉用熱電対の保護管用構造体の製造方法では、前記第1工程は、前記基材の表面に、元素B群のうちFeを含む前処理層を形成する工程であり、前記第2工程は、前記前処理層の表面を、元素B群のうちAlで被覆することによって被覆層を形成する工程であり、前記表面層の合金は、前記基材由来の元素A群のうちAl、Cr及びFeを含む合金であり、前記セラミックスは、前記被覆層に由来する元素B群のうちAlの酸化物であることが好ましい。 The method for manufacturing a protective tube structure for a thermocouple for an incinerator according to the present invention is a method for manufacturing a structure for a protective tube for a thermocouple for an incinerator according to the present invention, which comprises chromium or a chromium alloy and unavoidable impurities. The first step of forming a pretreatment layer containing at least one of the element B group on the surface of the base material by deposition, diffusion or impregnation, and the surface of the pretreatment layer on the surface of the other element B group. The intermediate layer and the surface layer are formed by alloying the base material, the pretreatment layer, and the coating layer with the second step of forming the coating layer by coating with at least one element. The surface layer alloy has at least one element A group derived from the substrate and at least one element B group derived from the pretreatment layer. An alloy containing a total of three or more elements including at least one other element B group derived from the coating layer, and one of the three or more elements in total is chromium, and the surface layer. The ceramics are dispersed in the coating layer, and the ceramics are an oxide of an element derived from the coating layer. Here, in the method for manufacturing a structure for a protective tube of a thermocouple for an incinerator according to the present invention, the first step is a step of forming a pretreatment layer containing Fe of the element B group on the surface of the base material. The second step is a step of forming a coating layer by coating the surface of the pretreatment layer with Al of the element B group, and the alloy of the surface layer is an element derived from the base material. It is an alloy containing Al, Cr and Fe in the group A, and the ceramics are preferably an oxide of Al in the element B group derived from the coating layer.
本発明に係る焼却炉用熱電対の保護管用構造体の製造方法は、前記堆積、拡散又は含浸は、メッキ、溶射、拡散接合又は熱拡散の少なくともいずれか一つによって行われることが好ましい。基材に対して密着性のよい前処理層を形成することができる。 In the method for manufacturing a structure for a protective tube of a thermocouple for an incinerator according to the present invention, it is preferable that the deposition, diffusion or impregnation is performed by at least one of plating, thermal spraying, diffusion bonding or thermal diffusion. It is possible to form a pretreatment layer having good adhesion to the base material.
本発明に係る焼却炉用熱電対の保護管用構造体の製造方法では、前記前処理層を形成する第1工程において、前記基材に1~100μmの少なくとも1層の層を堆積、拡散または含浸させることが好ましい。好適な膜厚の中間層と表面層を形成することができる。 In the method for manufacturing a structure for a protective tube of a thermocouple for an incinerator according to the present invention, at least one layer of 1 to 100 μm is deposited, diffused or impregnated on the base material in the first step of forming the pretreatment layer. It is preferable to let it. An intermediate layer and a surface layer having a suitable film thickness can be formed.
本発明に係る焼却炉用熱電対の保護管用構造体の製造方法では、前記前処理層を形成する第1工程において、堆積、拡散または含浸される材質がFe、Ni、Pd、Fe合金、Ni合金又はPd合金、及び不可避不純物を含むことが好ましい。表面層と基材とを強固に結合する中間層を形成することができる。 In the method for manufacturing a protective tube structure for a thermocouple for an incinerator according to the present invention, the materials to be deposited, diffused or impregnated in the first step of forming the pretreatment layer are Fe, Ni, Pd, Fe alloy and Ni. It preferably contains an alloy or Pd alloy, and unavoidable impurities. An intermediate layer that firmly bonds the surface layer and the base material can be formed.
本開示によれば、基材との密着性がよく、かつクラックなどの発生や剥離を抑制し、設計に準じた機能を発揮できる表面層を持ち、耐酸化性・耐摩耗性が向上した焼却炉用熱電対の保護管用構造体を供給することができる。 According to the present disclosure, incinerator has a surface layer that has good adhesion to the base material, suppresses the generation and peeling of cracks, and can exhibit the function according to the design, and has improved oxidation resistance and wear resistance. It is possible to supply a structure for a protective tube of a thermocouple for a furnace.
以降、本発明について実施形態を示して詳細に説明するが本発明はこれらの記載に限定して解釈されない。本発明の効果を奏する限り、実施形態は種々の変形をしてもよい。 Hereinafter, the present invention will be described in detail by showing embodiments, but the present invention is not construed as being limited to these descriptions. The embodiments may be modified in various ways as long as the effects of the present invention are exhibited.
(焼却炉用熱電対の保護管用構造体)
まず、本実施形態に係る焼却炉用熱電対の保護管用構造体の製造方法について説明する。図1に示すように、本実施形態に係る焼却炉用熱電対の保護管用構造体1は、焼却炉用熱電対の保護管の形状を有する基材2と、基材2の少なくとも表面側の面に結合している少なくとも2層以上の中間層3と、中間層3の表面に結合している表面層4と、を有する。
(Structure for protective tube of thermocouple for incinerator)
First, a method for manufacturing a structure for a protective tube of a thermocouple for an incinerator according to the present embodiment will be described. As shown in FIG. 1, the
図1では、保護管用構造体1の中間層3が基材側中間層3aと表面層側中間層3bの2つの中間層を有している形態を示したが、中間層3が3つ以上の中間層を有している形態であってもよい。また、図1では、保護管形状の基材2の表面側に中間層3及び表面層4有する形態を示したが、保護管の表面側及び管の内面側の両方に中間層3及び表面層4を有する形態であってもよい。さらに保護管の開口部の端面に中間層3及び表面層4を設けてもよい。
FIG. 1 shows a form in which the
本実施形態に係る焼却炉用熱電対の保護管用構造体1では、基材2は、クロム又はクロム合金と不可避不純物とからなり、表面層4は、基材2に含まれる元素A群のうち少なくとも1種と、元素B群のうち少なくとも2種とを含む合計3種以上の元素を含む合金からなり、合計3種以上の元素のひとつはクロムであり、かつ、表面層4は、前記合金からなる相に元素B群のうち1種の元素の酸化物であるセラミックスが分散している組織を有している。
In the
基材2は、クロム又はクロム合金と不可避不純物とからなる。クロム合金に含まれる金属としては、Crを必須とし、Fe、W、Nb、Tiなどの金属である。クロム合金は、含有される元素の中ではCrが原子百分率(at%)で最も多く含まれていることを特徴とする。クロム合金は耐熱性合金として、例えば焼却炉内部の温度を測る熱電対の保護管に用いられるが、充分な耐酸化性・耐摩耗性がなく、寿命が短い。この問題を解決するために本発明が有効である。例えば焼却炉などの高温かつ酸化性雰囲気、さらにスケールを含む対流が発生しているような環境下で使用される熱電対の保護管として適性がある。
The
元素A群は基材2に含まれる元素であり、Cr、Fe、W、Nb及びTiから選ばれる少なくとも1種の元素である。元素B群は、例えば、基材2又は製造過程における前処理層及び/または被覆層に由来する元素であり、Fe、Ni、Pd、Be、Mg、Al、Si、Ca、Ti、Cr、Zr、Hf、La、Ce、Y及びScから選ばれる少なくとも2種である。Cr、Fe及びTiは、元素A群と元素B群の両方に属しているが、これらの元素が選択される場合には、基材2に由来してもよく、或いは前処理層に由来してもよく、被覆層に由来してもよく、基材2及び前処理層に由来してもよく、基材2及び被覆層に由来してもよく、前処理層及び被覆層に由来してもよく、基材及び前処理層及び被覆層に由来してもよい。表面層4は、元素A群のうち少なくとも1種と、元素B群のうち少なくとも2種とを含む合計3種以上の元素を含む合金(以降、合金Xともいう。)からなるが、合計3種以上の元素のひとつは必ずCrである。
The element A group is an element contained in the
表面層4は、合金Xからなる相に元素B群のうち1種の元素の酸化物であるセラミックスが分散している組織を有している。構造体の耐酸化性・耐摩耗性がさらに向上する。元素B群のうちセラミックス化する元素は、例えば、Be、Mg、Al、Si、Ca、Ti、Cr、Zr、Hf、La、Ce、Y、Scである。ある元素がセラミックス化しても、合金Xからなる相には、合計3種以上の元素が含まれている。すなわち、セラミックス化した元素は、セラミックスとマトリックスである合金相の両方に存在している。なお、セラミックスには、不可避不純物の酸化物も含まれる場合がある。
The
合金相Xとセラミックスの好ましい組み合わせとしては、例えば、合金相(Cr、Al、Fe)及びセラミックス(Al2O3)の組み合わせである。 A preferable combination of the alloy phase X and the ceramics is, for example, a combination of the alloy phase (Cr, Al, Fe) and the ceramics (Al 2 O 3 ).
表面層4に分散しているセラミックスは、表面に垂直な断面において、粒径1~50μmの範囲にあるセラミックス粒子が面積比で40%以上を占めていることが好ましい。電子顕微鏡における観察において、視野に含まれる粒子の80%以上(ただし、個数の比率)が粒径1~50μmの範囲にあることが好ましい。粒径の範囲は、より好ましくは1~40μmの範囲、さらに好ましくは1~20μmの範囲である。粒径が1μm未満のセラミックス粒子が多くなると耐酸化性・耐摩耗性の向上に充分に寄与できない場合がある。一方、粒径が50μmを超えるセラミックス粒子が多くなると径の大きすぎるセラミックスは脱離やクラックの要因となる。セラミックス粒子の面積比は40%以上が好ましく、より好ましくは50%以上、さらに好ましくは60%以上である。構造体の耐酸化性・耐摩耗性が向上し、長寿命化を充分に達成できる。セラミックスが占める面積が40%未満の場合は耐酸化性・耐摩耗性の向上に充分に寄与できない。
As for the ceramics dispersed in the
表面層4の厚みが10~200μmであることが好ましく、より好ましくは10~150μm、さらに好ましくは10~100μmである。構造体の耐酸化性・耐摩耗性が向上し、表面層での剥離、クラックの発生が少ない。表面層4の厚みが10μm未満であると耐酸化性・耐摩耗性の向上に充分に寄与できず、200μmを超えると表面層4の脱離やクラックの要因となる。
The thickness of the
本実施形態に係る焼却炉用熱電対の保護管用構造体1では、中間層3のうち表面層側中間層3bは少なくとも1層であり、表面層側中間層3bは膜厚方向において組成が均一な層であり、かつ、表面層側中間層3bの各厚みが1~100μmであることが好ましい。表面層と基材側中間層3aとの密着性を向上させることができる。図1では、表面層側中間層3bが1層である形態を図示したが、2層以上であってもよい。表面層側中間層3bが1層である場合、膜厚方向において組成が均一な層であり、その厚みは1~200μmであることが好ましく、より好ましくは1~150μm、さらに好ましくは1~100μmである。表面層側中間層3bが2層以上である場合、各層においてそれぞれ膜厚方向において組成が均一な層であり、その厚みは1~200μmであることが好ましく、より好ましくは1~150μm、さらに好ましくは1~100μmである。表面層側中間層3bが2層以上である場合、各層は互いに異なる組成を有するが、それぞれ膜厚方向において組成が均一な層となっている。組成が均一な層の「均一」とは、SEM-EDXでの観察において、層内でブレが±10%を超える組成の偏在が存在しないことをいう。
In the
中間層3は、Fe、Ni、Pdの少なくとも1種を含み、Fe、Ni、Pdの少なくとも1種は元素B群に属することが好ましい。表面層と基材とを強固に結合し、剥離、クラックの発生が抑えられている。
The
本実施形態に係る焼却炉用熱電対の保護管用構造体1では、中間層3のうち基材側中間層3aは少なくとも1層であり、基材側中間層3aは基材2の組成と表面層側中間層3bの組成の間の組成を有している。また、より好ましくは基材側中間層3aは基材2の組成と表面層側中間層3bの組成とを連続的につなぐ傾斜機能層である。基材側中間層3aの各厚みは10~200μmであることが好ましい。表面層と基材との密着性をさらに向上させることができる。図1では、基材側中間層3aが1層である形態を図示したが、2層以上であってもよい。基材側中間層3aが1層である場合、その基材側中間層3aが基材2の組成と表面層側中間層3bの組成の間の組成を有するか、基材2の組成と表面層側中間層3bの組成とを連続的につなぐ傾斜機能層となる。基材側中間層3aが2層以上である場合、その2層以上が全体として、基材2の組成と表面層側中間層3bの組成の間の組成を有するか、基材2の組成と表面層側中間層3bの組成とを連続的につなぐ傾斜機能層となっており、かつ、2層以上の各層との間に、何らかの境界が見出される。基材側中間層3aの各厚みは、より好ましくは10~150μm、さらに好ましくは10~100μmである。
In the
中間層3の総厚みが11~400μmであることが好ましい。より好ましくは11~300μm、さらに好ましくは11~200μmである。表面層と基材との密着性が高まり、中間層での剥離、クラックの発生が少ない。中間層3の総厚みが11μm未満であると、中間層としての充分な機能を発揮できず、クラックなどの発生を充分に抑制できない。中間層3の総厚みが400μmを超えると保護管用構造体の製品径(以降、径ともいう。)の増加が大きくなりすぎるため、構造体としての取り扱いに支障をきたす。
The total thickness of the
本実施形態に係る焼却炉用熱電対の保護管用構造体1では、表面層4側から測定した構造体1の硬さがビッカース硬度で400Hv以上であることが好ましい。より好ましくは500Hv以上である。構造体の摩耗を抑制することができる。測定条件は、表面層4を形成した構造体1の表面から2.5kgの荷重でビッカース硬度をJIS Z 2244に従って測定する。ビッカース硬度が400Hv未満の場合、耐摩耗性の向上に充分に寄与することができない場合がある。
In the
本発明に係る焼却炉用熱電対の保護管用構造体では、前記中間層は、Fe、Ni、Pdの少なくとも1種を含み、Fe、Ni、Pdの少なくとも1種は元素B群に属することが好ましい。表面層と基材とを強固に結合し、剥離、クラックの発生が抑えられている。 In the structure for a protective tube of a thermocouple for an incinerator according to the present invention, the intermediate layer contains at least one of Fe, Ni and Pd, and at least one of Fe, Ni and Pd belongs to the element B group. preferable. The surface layer and the base material are firmly bonded to each other, and peeling and cracking are suppressed.
基材2、中間層3及び表面層4の具体的な組成の組み合わせについて例示する。基材2の材質はクロム又はクロム合金である。基材側中間層3aは基材2と中間層3bの間の組成もしくは傾斜組成を有し、基材側中間層3a内において基材2から表面層側中間層3bへ向かって、Cr「多」からCr「少」に組成が変化する。また、基材側中間層3a内において基材2から表面層側中間層3bへ向かって、Al「少」からAl「多」に組成が変化する。また、基材側中間層3a内において基材2から表面層側中間層3bへ向かって、Fe「少」からFe「多」に組成が変化する。表面層側中間層3bは均一組成層であり、FeとCrとAlを含有する。なお、Feの存在比率(at%)は表面層側中間層3bの方が基材側中間層3aよりも高い。Crの存在比率(at%)は表面層側中間層3bの方が基材側中間層3aよりも低い。Alの存在比率(at%)は表面層側中間層3bの方が基材側中間層3aよりも高い。ただし、Alの存在比率(at%)は表面層4の方が表面層側中間層3bよりも高い。表面層4の合金Xは、Al‐Fe‐Cr合金であり、セラミックスはアルミナ粒子である。アルミナ粒子は、表面層4のみに存在する。
The combination of the specific composition of the
(焼却炉用熱電対の保護管用構造体の製造方法)
次に、本実施形態に係る焼却炉用熱電対の保護管用構造体の製造方法について説明する。本実施形態に係る焼却炉用熱電対の保護管用構造体の製造方法は、クロム又はクロム合金と不可避不純物とからなる基材の表面に、堆積、拡散又は含浸によって元素B群のうちの少なくとも1種を含む前処理層を形成する第1工程と、前記前処理層の表面を、元素B群のうちの他の少なくとも1種である元素で被覆することによって被覆層を形成する第2工程と、前記基材と前記前処理層と前記被覆層とを合金化させることによって、前記中間層及び前記表面層を形成する第3工程と、を有する。第3工程において、前記表面層の合金は、前記基材由来の元素A群のうち少なくとも1種と、前記前処理層に由来する元素B群のうちの少なくとも1種と、前記被覆層に由来する元素B群のうちの他の少なくとも1種とを含む合計3種以上の元素を含む合金であり、かつ、合計3種以上の元素のひとつはクロムであり、前記表面層にはセラミックスが分散しており、前記セラミックスは、前記被覆層に由来する元素の酸化物である。
(Manufacturing method of structure for protective tube of thermocouple for incinerator)
Next, a method for manufacturing a structure for a protective tube of a thermocouple for an incinerator according to the present embodiment will be described. The method for manufacturing a structure for a protective tube of a thermocouple for an incinerator according to the present embodiment is to deposit, diffuse or impregnate at least one of the elements B group on the surface of a base material made of chromium or a chromium alloy and unavoidable impurities. A first step of forming a pretreatment layer containing seeds, and a second step of forming a coating layer by coating the surface of the pretreatment layer with an element which is at least one other element in the element B group. It has a third step of forming the intermediate layer and the surface layer by alloying the base material, the pretreatment layer, and the coating layer. In the third step, the alloy of the surface layer is derived from at least one element A group derived from the substrate, at least one element B group derived from the pretreatment layer, and the coating layer. It is an alloy containing a total of 3 or more elements including at least one other element in the element B group, and one of the total 3 or more elements is chromium, and ceramics are dispersed in the surface layer. The ceramics are oxides of elements derived from the coating layer.
(第1工程)
第1工程では、クロム又はクロム合金と不可避不純物とからなる基材の表面に前処理層を形成する。前処理層は、基材の表面に、堆積、拡散又は含浸によって形成する。ここで、堆積、拡散又は含浸は、メッキ、溶射、拡散接合又は熱拡散の少なくともいずれか一つによって行われることが好ましい。基材に対して密着性のよい前処理層を形成することができる。具体的には、堆積によって形成した前処理層には、例えばメッキ法又は溶射法によって基材2の表面に形成した被膜が含まれる。拡散によって形成した前処理層には、例えば拡散接合又は熱拡散によって基材2の表面に形成された接合層が含まれる。前処理層は元素B群のうちの少なくとも1種を含む。元素B群は、例えばFe、Ni、Pd、Be、Mg、Al、Si、Ca、Ti、Cr、Zr、Hf、La、Ce、Y、Scのうちの少なくとも1種である。前処理層は元素B群のうちの少なくとも1種をメッキ液、溶射粉末、箔、粉末又は融液に含ませて形成する。
(First step)
In the first step, a pretreatment layer is formed on the surface of a base material composed of chromium or a chromium alloy and unavoidable impurities. The pretreatment layer is formed on the surface of the substrate by deposition, diffusion or impregnation. Here, the deposition, diffusion or impregnation is preferably carried out by at least one of plating, thermal spraying, diffusion bonding or thermal diffusion. It is possible to form a pretreatment layer having good adhesion to the base material. Specifically, the pretreatment layer formed by deposition includes, for example, a film formed on the surface of the
前処理層を形成するために、堆積、拡散または含浸される材質がFe、Ni、Pd、Fe合金、Ni合金又はPd合金、及び不可避不純物を含むことが好ましい。表面層と基材とを強固に結合する中間層を形成することができる。 In order to form the pretreatment layer, it is preferable that the material to be deposited, diffused or impregnated contains Fe, Ni, Pd, Fe alloy, Ni alloy or Pd alloy, and unavoidable impurities. An intermediate layer that firmly bonds the surface layer and the base material can be formed.
基材2に1~100μmの少なくとも1層の層を前処理層として堆積、拡散または含浸させることが好ましい。好適な膜厚の中間層と表面層を形成することができる。堆積、拡散及び含浸を組み合わせて順次行うことで、2層以上の前処理層を形成してもよい。前処理層は2層以上としても全体で1~100μmが好ましく、より好ましくは1~75μm、さらに好ましくは1~50μmである。前処理層が1μm未満であると、密着性向上に十分な効果がなく、100μmを超えると径の増加が大きくなりすぎるため、構造体としての取り扱いに支障をきたす。
It is preferable to deposit, diffuse or impregnate the
(第2工程)
前処理層の表面を、元素B群のうちの他の少なくとも1種である元素で被覆することによって被覆層を形成する。元素B群は、例えばFe、Ni、Pd、Be、Mg、Al、Si、Ca、Ti、Cr、Zr、Hf、La、Ce、Y、Scのうちの少なくとも1種であるが、前処理層に含ませた元素とは重複しないように選択される。例えば、元素B群のうち、Be、Mg、Al、Si、Ca、Ti、Cr、Zr、Hf、La、Ce、Y、Scが好ましく、より好ましくはAl、Cr、Tiである。これらの元素は合金化されたときに合金中に析出するセラミックスになりやすく、耐久性の向上に寄与しやすい。
(Second step)
A coating layer is formed by coating the surface of the pretreatment layer with an element which is at least one other element in the element B group. The element B group is, for example, at least one of Fe, Ni, Pd, Be, Mg, Al, Si, Ca, Ti, Cr, Zr, Hf, La, Ce, Y, and Sc, but is a pretreatment layer. It is selected so that it does not overlap with the elements contained in. For example, among the elements B group, Be, Mg, Al, Si, Ca, Ti, Cr, Zr, Hf, La, Ce, Y, Sc are preferable, and Al, Cr, Ti are more preferable. These elements tend to form ceramics that precipitate in the alloy when alloyed, and tend to contribute to the improvement of durability.
被覆層は、アルミナイズ法、クロマイズ法、又はチタナイズ法によって形成する。被覆層の厚さは1~100μmが好ましく、より好ましくは1~75μm、さらに好ましくは1~50μmである。被覆層が1μm未満であると、表面層の形成に十分な効果がなく、100μmを超えると径の増加が大きくなりすぎるため、構造体としての取り扱いに支障をきたす。全体の厚さが1~100μmとなる範囲で2層以上の被覆層を形成してもよい。 The coating layer is formed by an aluminaization method, a chromaize method, or a titanize method. The thickness of the coating layer is preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 75 μm, and even more preferably 1 to 50 μm. If the coating layer is less than 1 μm, there is no sufficient effect on the formation of the surface layer, and if it exceeds 100 μm, the diameter increase becomes too large, which hinders handling as a structure. Two or more covering layers may be formed in a range where the total thickness is 1 to 100 μm.
(第3工程)
次に基材1と前処理層と被覆層とを合金化させることによって、中間層3及び表面層4を形成する。具体的には、酸化性雰囲気で、加熱し、冷却する。表面層4の合金は、基材由来の元素A群のうち少なくとも1種と、前処理層に由来する元素B群のうちの少なくとも1種と、被覆層に由来する元素B群のうちの他の少なくとも1種とを含む合計3種以上の元素を含む合金であり、かつ、合計3種以上の元素のひとつはクロムである。表面層2にはセラミックスが分散しており、セラミックスは、被覆層に由来する元素の酸化物である。表面層4の合金にはCrが必ず含まれ、前処理層に由来する元素B群は、例えば、前処理層が金属からなる場合には前処理層に由来する元素B群は1種であり、前処理層が合金からなる場合には前処理層に由来する元素B群は2種以上となる。被覆層に由来する元素B群のうちの他の少なくとも1種は、例えば、被覆層が金属からなる場合には被覆層に由来する元素B群は1種であり、被覆層が合金からなる場合には被覆層に由来する元素B群は2種以上となる。ただし、前処理層に含まれる元素と、被覆層に含まれる元素とは重複がないようにすることが好ましい。
(Third step)
Next, the
中間層3及び表面層4とは、別々に形成するのではなく、基材1と前処理層と被覆層とを合金化させることによって、セラミックスが分散した表面層4が形成され、同時に、中間層が析出する。そして、基材1に含まれていた元素、前処理層に含まれていた元素及び被覆層に含まれていた元素が拡散することによって、中間層3及び表面層4に所定の割合で分布する。
The
以下、実施例を示しながら本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明は実施例に限定して解釈されない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not construed as being limited to the examples.
(実施例1)
外径35mm、内径8mm、長さ200mmの中空管形状を有し、66Cr‐34Fe合金製の保護管(基材ともいう。)を準備した。保護管の表面のビッカース硬度は380Hvであった。保護管の外周面を鏡面研磨し、アセトン中で超音波洗浄を行った。次に、Feの箔で保護管を包み、放電プラズマ焼結機を用いて加圧状態で800℃で1時間加熱し、保護管の外周面にFe含浸処理を行うことで、前処理層を形成した。図2に前処理実施後の断面SEM画像を示す。前処理層は被膜とFe拡散層からなり、その厚さの合計は30μmであった。SEM-EDXでの観察によって、前処理層には基材由来のCrと、含侵したFeが含まれることが確認された。組成は、原子百分率でCrが2at%、Feが98at%であった。また、基材へのFeの拡散も確認された(Fe拡散層)。次に、前処理層の表面に被覆層として厚さ50μmのAl層を形成した。被覆層はカロライズ法によって形成した。次に、基材であるCr合金の保護管と鉄を含む前処理層とアルミニウムの被覆層とを合金化させた。酸化性雰囲気で、加熱し、冷却した。合金化させることによって、基材側中間層3a、表面層側中間層3b及び表面層4が形成された。図3に表面層形成後の断面SEM画像を、図4に表面層形成後の断面における組成分布グラフを、表1に各層の組成を示す。また、表面層4ではセラミックス粒子と合金相が観察された。セラミックス粒子と合金相の組成を表2に示す。
(Example 1)
A protective tube (also referred to as a base material) having a hollow tube shape with an outer diameter of 35 mm, an inner diameter of 8 mm, and a length of 200 mm and made of 66Cr-34Fe alloy was prepared. The Vickers hardness of the surface of the protective tube was 380 Hv. The outer peripheral surface of the protective tube was mirror-polished and ultrasonically cleaned in acetone. Next, the protective tube is wrapped with Fe foil, heated at 800 ° C. for 1 hour under pressure using a discharge plasma sintering machine, and the outer peripheral surface of the protective tube is impregnated with Fe to form a pretreatment layer. Formed. FIG. 2 shows a cross-sectional SEM image after the pretreatment. The pretreatment layer consisted of a coating film and an Fe diffusion layer, and the total thickness thereof was 30 μm. By observation with SEM-EDX, it was confirmed that the pretreatment layer contained Cr derived from the substrate and impregnated Fe. The composition was 2 at% for Cr and 98 at% for Fe in atomic percentage. In addition, diffusion of Fe into the substrate was also confirmed (Fe diffusion layer). Next, an Al layer having a thickness of 50 μm was formed as a coating layer on the surface of the pretreatment layer. The coating layer was formed by the calorizing method. Next, a protective tube of Cr alloy as a base material, a pretreatment layer containing iron, and an aluminum coating layer were alloyed. It was heated and cooled in an oxidizing atmosphere. By alloying, the base material side
表面層4のビッカース硬度は693Hvであり、基材の表面硬度よりも高かった。表面層4のセラミックス粒子の粒径は、ほぼ揃っており、1μm未満の粒子や20μmを超える粒子も存在していたものの、それらの数は少なく、ほとんどの粒子が1~20μmの大きさで分布していた。すなわち、走査型電子顕微鏡で倍率1000倍で観察した画像観察において認識できる粒子のうち、粒径が1~20μmの範囲にあるセラミックス粒子が、表面に垂直な断面において、面積比で40%以上を占めていた。表面層4の合金Xは、Al‐Fe‐Cr合金であり、セラミックスはアルミナ粒子であった。アルミナ粒子は、表面層4のみに存在した。表面層4において、セラミックスが占める割合は48.71%であった。なお測定は粒径測定ソフト(株式会社イノテック社製、Quick Grain)を使用し、測定したい粒とそうでない部分とを2値化によって明暗に分け、明の部分を計測した。なお、セラミックスの面積比の算出は、粒径1~20μmのセラミックス粒子のみを用いて算出した。粒径1μm未満の微細粒子は面積への影響が小さいこと及び測定が難しいことから除外した。基材側中間層3aは基材2と表面層側中間層3bとの間の組成を有していた。基材側中間層3aには、Cr、Al、Feが含まれていた。表面層側中間層3bは均一組成層であった。層内でブレが±10%以内に収まっていた。
The Vickers hardness of the
(実施例2)
実施例1と同じ保護管を準備した。次に、Feメッキ液を用いて、電解メッキ法によって、前処理層として厚さ15μmのFe被膜を形成した。図5に前処理実施後の断面SEM画像を示す。SEM-EDXでの観察によって、前処理層にはメッキ膜のFeのみ含まれることが確認された。次に、前処理層の表面に被覆層として厚さ50μmのAl層を形成した。被覆層はカロライズ法によって形成した。次に、基材であるCr合金の保護管と鉄を含む前処理層とアルミニウムの被覆層とを合金化させた。酸化性雰囲気で、加熱し、冷却した。合金化させることによって、基材側中間層3a、表面層側中間層3b及び表面層4が形成された。図6に表面層形成後の断面SEM画像を、図7に表面層形成後の断面における組成分布グラフを、表3に各層の組成を示す。また、表面層4ではセラミックス粒子と合金相が観察された。セラミックス粒子と合金相の組成を表4に示す。
(Example 2)
The same protective tube as in Example 1 was prepared. Next, using an Fe plating solution, an Fe film having a thickness of 15 μm was formed as a pretreatment layer by an electrolytic plating method. FIG. 5 shows a cross-sectional SEM image after the pretreatment. By observation with SEM-EDX, it was confirmed that the pretreatment layer contained only Fe of the plating film. Next, an Al layer having a thickness of 50 μm was formed as a coating layer on the surface of the pretreatment layer. The coating layer was formed by the calorizing method. Next, a protective tube of Cr alloy as a base material, a pretreatment layer containing iron, and an aluminum coating layer were alloyed. It was heated and cooled in an oxidizing atmosphere. By alloying, the base material side
表面層4のビッカース硬度は645Hvであり、基材の表面硬度よりも高かった。表面層4のセラミックス粒子の粒径は、ほぼ揃っており、1μm未満の粒子や20μmを超える粒子も存在していたものの、それらの数は少なく、ほとんどの粒子が1~20μmの大きさで分布していた。すなわち、走査型電子顕微鏡で倍率1000倍で観察した画像観察において認識できる粒子のうち、粒径が1~20μmの範囲にあるセラミックス粒子が、表面に垂直な断面において、面積比で40%以上を占めていた。表面層4の合金Xは、Al‐Fe‐Cr合金であり、セラミックスはアルミナ粒子であった。アルミナ粒子は、表面層4のみに存在した。表面層4において、セラミックスが占める割合は50.58%であった。なお測定は粒径測定ソフトを使用し、測定したい粒とそうでない部分とを2値化によって明暗に分け、明の部分を計測した。なお、セラミックスの面積比の算出は、粒径1~20μmのセラミックス粒子のみを用いて算出した。粒径1μm未満の微細粒子は面積への影響が小さいこと及び測定が難しいことから除外した。基材側中間層3aは傾斜組成を有し、基材側中間層3a内において基材2から表面層側中間層3bへ向かって、Cr「多」からCr「少」に組成が変化した。また、基材側中間層3a内において基材2から表面層側中間層3bへ向かって、Al「少」からAl「多」に組成が変化した。また、基材側中間層3a内において基材2から表面層側中間層3bへ向かって、Fe「少」からFe「多」に組成が変化した。基材側中間層3aには、Cr、Al、Feが含まれていた。表面層側中間層3bは均一組成層であった。層内でブレが±10%以内に収まっていた。
The Vickers hardness of the
1 焼却炉用熱電対の保護管用構造体
2 基材
3 中間層
3a 基材側中間層
3b 表面層側中間層
4 表面層
1 Structure for protective tube of thermocouple for
Claims (16)
元素A群は、前記基材に含まれる元素としてCrを必須として含み、かつ、Cr、Fe、W、Nb及びTiから選ばれる少なくとも1種の元素であり、
元素B群は、前記中間層及び前記表面層のいずれか一方又は両方に含まれる元素として、Fe、Ni、Pd、Be、Mg、Al、Si、Ca、Ti、Cr、Zr、Hf、La、Ce、Y及びScから選ばれる少なくとも2種であり、
前記基材は、クロム又はクロム合金と不可避不純物とからなり、
前記表面層は、前記基材に含まれる元素A群のうち少なくとも1種と、元素B群のうち少なくとも2種とを含む合計3種以上の元素を含む合金からなり、合計3種以上の元素のひとつはクロムであり、かつ、前記表面層は、前記合金からなる相に前記元素B群のうち1種の元素の酸化物であるセラミックスが分散している組織を有していることを特徴とする焼却炉用熱電対の保護管用構造体。 A base material having the shape of a protective tube for a thermocouple for an incinerator, at least two or more intermediate layers bonded to at least the surface side surface of the base material, and a surface bonded to the surface of the intermediate layer. A structure for a protective tube of a thermocouple for an incinerator having a layer.
The element A group contains Cr as an essential element contained in the base material, and is at least one element selected from Cr, Fe, W, Nb and Ti.
The element B group includes Fe, Ni, Pd, Be, Mg, Al, Si, Ca, Ti, Cr, Zr, Hf, La, as elements contained in either one or both of the intermediate layer and the surface layer. At least two species selected from Ce, Y and Sc.
The base material is composed of chromium or a chromium alloy and unavoidable impurities.
The surface layer is composed of an alloy containing a total of three or more elements including at least one element A group and at least two elements B group contained in the base material, and the total three or more elements. One of them is chromium, and the surface layer is characterized by having a structure in which ceramics, which is an oxide of one element of the element B group , is dispersed in a phase made of the alloy. Structure for protective pipe of thermocouple for incinerator.
クロム又はクロム合金と不可避不純物とからなる基材の表面に、堆積、拡散又は含浸によって元素B群のうちの少なくとも1種を含む前処理層を形成する第1工程と、
前記前処理層の表面を、元素B群のうちの他の少なくとも1種である元素で被覆することによって被覆層を形成する第2工程と、
前記基材と前記前処理層と前記被覆層とを合金化させることによって、前記中間層及び前記表面層を形成する第3工程と、を有し、
前記表面層の合金は、前記基材由来の元素A群のうち少なくとも1種と、前記前処理層に由来する元素B群のうちの少なくとも1種と、前記被覆層に由来する元素B群のうちの他の少なくとも1種とを含む合計3種以上の元素を含む合金であり、かつ、合計3種以上の元素のひとつはクロムであり、
前記表面層にはセラミックスが分散しており、
前記セラミックスは、前記被覆層に由来する元素の酸化物であることを特徴とする焼却炉用熱電対の保護管用構造体の製造方法。 The method for manufacturing a structure for a protective tube of a thermocouple for an incinerator according to any one of claims 1 to 11 .
The first step of forming a pretreatment layer containing at least one of the element B group by deposition, diffusion or impregnation on the surface of a base material composed of chromium or a chromium alloy and unavoidable impurities.
A second step of forming a coating layer by coating the surface of the pretreatment layer with an element which is at least one other element in the element B group.
It has a third step of forming the intermediate layer and the surface layer by alloying the base material, the pretreatment layer, and the coating layer.
The alloy of the surface layer is composed of at least one element A group derived from the substrate, at least one element B group derived from the pretreatment layer, and an element B group derived from the coating layer. It is an alloy containing a total of 3 or more elements including at least one of them, and one of the total 3 or more elements is chromium.
Ceramics are dispersed in the surface layer,
A method for manufacturing a structure for a protective tube of a thermocouple for an incinerator, wherein the ceramic is an oxide of an element derived from the coating layer.
前記第2工程は、前記前処理層の表面を、元素B群のうちAlで被覆することによって被覆層を形成する工程であり、The second step is a step of forming a coating layer by coating the surface of the pretreatment layer with Al of the element B group.
前記表面層の合金は、前記基材由来の元素A群のうちAl、Cr及びFeを含む合金であり、The alloy of the surface layer is an alloy containing Al, Cr and Fe in the element A group derived from the base material.
前記セラミックスは、前記被覆層に由来する元素B群のうちAlの酸化物であることを特徴とする請求項12に記載の焼却炉用熱電対の保護管用構造体の製造方法。The method for manufacturing a structure for a protective tube of a thermocouple for an incinerator according to claim 12, wherein the ceramic is an oxide of Al among the element B group derived from the coating layer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017187012A JP6996921B2 (en) | 2017-09-27 | 2017-09-27 | Structure for protective tube of thermocouple for incinerator and its manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017187012A JP6996921B2 (en) | 2017-09-27 | 2017-09-27 | Structure for protective tube of thermocouple for incinerator and its manufacturing method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019060002A JP2019060002A (en) | 2019-04-18 |
JP6996921B2 true JP6996921B2 (en) | 2022-01-17 |
Family
ID=66176330
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017187012A Active JP6996921B2 (en) | 2017-09-27 | 2017-09-27 | Structure for protective tube of thermocouple for incinerator and its manufacturing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6996921B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7287048B2 (en) | 2019-03-27 | 2023-06-06 | セイコーエプソン株式会社 | robot |
-
2017
- 2017-09-27 JP JP2017187012A patent/JP6996921B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2019060002A (en) | 2019-04-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Das et al. | Glass–ceramics as oxidation resistant bond coat in thermal barrier coating system | |
TW200936772A (en) | Hearth roll for continuous annealing furnace and process for production of the same | |
JP5156971B2 (en) | Coating member for preventing melting damage | |
EP2631324A1 (en) | Ni-based superalloy member having heat-resistant bond coat layer formed therein | |
FR2474533A1 (en) | HEAT-RESISTANT MECHANICAL PIECE AND PROCESS FOR PREPARING THE SAME | |
JP2012132099A (en) | Niobium-based alloy heat-resistant material | |
US10590527B2 (en) | High-temperature protective layer for titanium aluminide alloys | |
JP2010522823A (en) | Turbine component with thermal insulation layer | |
WO2011132596A1 (en) | Heat resistant member | |
US8852751B2 (en) | Wear resistant device and process therefor | |
JP6996921B2 (en) | Structure for protective tube of thermocouple for incinerator and its manufacturing method | |
JP2013174013A (en) | Coated article and process of coating article | |
JP5296299B2 (en) | Hearth roll with excellent Mn build-up resistance and thermal shock resistance. | |
US20130330520A1 (en) | Hearth roll having excellent mn build-up resistance, thermal shock resistance, and abrasion resistance, and thermal spray material therefor | |
RU2655397C2 (en) | Improved wear-resistance of high-temperature structural detail infused by cobalt coating | |
JP3910588B2 (en) | ReCr alloy coating for diffusion barrier | |
JP6366643B2 (en) | Manufacturing method of base material having sprayed film | |
JP6447859B2 (en) | Thermal spray coating member and method for producing thermal spray coating | |
JP4554762B2 (en) | Radiant tube excellent in high-temperature oxidation resistance and manufacturing method | |
JP5802681B2 (en) | Method for forming nickel aluminide coating | |
JP5675087B2 (en) | Thermal barrier coating, turbine member, gas turbine, and method of manufacturing thermal barrier coating | |
US8852066B2 (en) | Hearth roll having high Mn build-up resistance | |
JP5137608B2 (en) | Metal member with thermal spray coating with excellent carburization resistance | |
JPH06116703A (en) | Hearth roller having heat resistance and wear resistance | |
US20070231595A1 (en) | Coatings for molybdenum-based substrates |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200825 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210624 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210629 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210824 |
|
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: 20211124 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20211216 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6996921 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |