JP7341582B2 - 高温保護用ＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２サーメット粉末、複合コーティング及びその製造方法 - Google Patents

高温保護用ＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２サーメット粉末、複合コーティング及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP7341582B2
JP7341582B2 JP2023501662A JP2023501662A JP7341582B2 JP 7341582 B2 JP7341582 B2 JP 7341582B2 JP 2023501662 A JP2023501662 A JP 2023501662A JP 2023501662 A JP2023501662 A JP 2023501662A JP 7341582 B2 JP7341582 B2 JP 7341582B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
powder
nicrbsi
zrb
high temperature
cermet
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
Application number
JP2023501662A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2023532379A (ja
Inventor
世宏 張
侠 劉
凱 胡
召露 薛
陽 楊
康 楊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anhui University of Technology AHUT
Original Assignee
Anhui University of Technology AHUT
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Anhui University of Technology AHUT filed Critical Anhui University of Technology AHUT
Publication of JP2023532379A publication Critical patent/JP2023532379A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7341582B2 publication Critical patent/JP7341582B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • C23C4/073—Metallic material containing MCrAl or MCrAlY alloys, where M is nickel, cobalt or iron, with or without non-metal elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/026—Spray drying of solutions or suspensions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/06—Metallic powder characterised by the shape of the particles
    • B22F1/065—Spherical particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/10—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
    • B22F1/103—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material containing an organic binding agent comprising a mixture of, or obtained by reaction of, two or more components other than a solvent or a lubricating agent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/1003—Use of special medium during sintering, e.g. sintering aid
    • B22F3/1007—Atmosphere
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • C22C32/0047—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents
    • C22C32/0073—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents only borides
    • 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
    • C23C4/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
    • 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
    • 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
    • C23C4/10—Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
    • 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
    • C23C4/129—Flame spraying
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B22F2009/043—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling by ball milling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
    • B22F2009/0824—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid with a specific atomising fluid
    • B22F2009/0828—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid with a specific atomising fluid with water
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2201/00—Treatment under specific atmosphere
    • B22F2201/20—Use of vacuum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2202/00—Treatment under specific physical conditions
    • B22F2202/01—Use of vibrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2304/00—Physical aspects of the powder
    • B22F2304/10—Micron size particles, i.e. above 1 micrometer up to 500 micrometer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Description

本発明はサーメットコーティングの技術分野に関し、具体的には、高温保護用ＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２サーメット粉末、複合コーティング及びその製造方法に関する。
高温環境下での腐食や摩耗の問題はエネルギー、化学工業分野で主な課題となっており、溶射技術を用いて重要な施設やスペアパーツの表面に高温保護コーティングを堆積させることで材料の耐腐食性、耐摩耗性を高めることは経済的かつ実用的な方法となっている。現在、中国国内外では高温保護コーティングの研究は主に合金コーティング、セラミックコーティング及びサーメット複合コーティングに焦点を当てており、単一の合金コーティングは優れた耐高温腐食性を有するが、硬度がやや低く、高温摩耗環境での使用要件を満たすことができない。セラミックコーティングは硬度が高く、且つ良好な耐高温腐食性及び耐摩耗性を有するが、脆性が大きく、耐衝撃性が低く、使用中に脆く破断しやすい。サーメット複合コーティングは合金の強靭性とセラミックの高温特性を兼ね備え、優れた耐高温腐食性及び耐摩耗性を有するため、過酷な環境下で好ましい高温保護コーティングとなる。高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）技術を用いて製造されたサーメットコーティングは気孔率が小さく、密着強度が高い等の特徴を有し、プロパン、プロピレン等の炭化水素系燃料又はジェット燃料等の液体燃料と高圧酸素ガスとを燃焼室で燃焼させて高温高圧炎を発生させ、粒子を基材に高速で衝突させて緻密なコーティングを形成し、低い堆積温度もコーティングの酸化を軽減させるとともに、そのコストが低く、装置が持ち運びやすく、現場での修復作業に適し、これらはいずれもプラズマ溶射やアーク溶射等のほかの溶射技術にない利点である。
ＷＣ－Ｃｏ、ＮｉＣｒ－Ｃｒ３Ｃ２、ＮｉＣｒＢＳｉ（Ｆｅ）－ＷＣ等は現在使用量が大きいサーメットコーティングであり、コーティングに添加された炭化物硬質相によって、合金コーティングよりも高い硬度及び優れた耐摩耗性を有するが、ＷＣ－Ｃｏコーティング中のＷＣ相は高温下で不安定で分解しやすい（一般的には５００℃以下とする）。ＮｉＣｒ－Ｃｒ３Ｃ２コーティングは使用温度が９００℃に達し得るが、Ｃｒ３Ｃ２相の固有硬度がやや低いため、コーティングの耐摩耗性や耐浸食性は好ましくない。ＮｉＣｒＢＳｉ（Ｆｅ）－ＷＣコーティングは耐高温摩耗性が優れるが、５００℃下での金属相とセラミック相との熱膨張不整合及びＷＣ相の低耐酸化性により、その耐熱腐食性が低い。従って、コーティングの耐高温腐食性及び耐摩耗性を向上させ、エネルギー、化学工業等の高温腐食及び摩耗環境に適用できるように炭化物を代替するセラミック相を見つける必要がある。
ＺｒＢ２は超高温材料として、高融点（３２４６℃）、高熱伝導率（３９Ｗ／ｍＫ）、低密度（６．１２ｇ／ｃｍ３）、低熱膨張係数（６．８８×１０－６Ｋ－１）、高硬度及び優れた耐酸化性、耐熱衝撃性及び耐食性を有する。しかし、ＺｒＢ２は靭性が低く、非常に高い温度でしか緻密化できず、ＮｉＣｒＢＳｉ自己融着性合金コーティングは優れた耐高温腐食性を有するが、その硬度が低く、耐高温摩耗性が低く、ＮｉＣｒＢＳｉにＺｒＢ２相を添加することで、ニッケル系合金の金属結合相の低融点、及びＳｉ、Ｂから高温下で形成されたＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３によって、ＺｒＢ２の緻密性が低いという欠陥を補うことができ、製造されたサーメット粉末は一定の緻密度と流動性を兼ね備え、溶射等の表面処理方法に適用してコーティングを製造し、コーティングの硬度及び高温耐腐食、耐摩耗性を向上させる。現在、サーメット粉末を製造する主な方法は溶融法、焼結破砕法、被覆法である。溶融法及び焼結破砕法によって製造された粉末は形態が不規則であり、球形度が低く、流動性が低く、高速フレーム溶射に適しない。被覆法によって製造された粉末は成分が不均一であり、構造強度が低い。本発明は、従来のサーメット粉末の製造方法の利点と組み合わせて、機械的ボールミリング、噴霧造粒、真空焼結を組み合わせた方法を革新的に使用して、球形度が高く、流動性が良好で、緻密度が高いサーメット粉末を製造するとともに、該方法によって製造された粉末に対して高速フレーム溶射プロセスのパラメータを適切に最適化することで、気孔率が低く、密着強度が高い複合コーティングを得る。
上記欠陥に鑑みて、本発明の発明者は長期間にわたる研究や実践を経て本発明を完成するに至った。
本発明は、ＺｒＢ２セラミックの高温緻密性が低いこと、エネルギー・化学工業分野での高温使用部材の腐食や摩耗の問題を解決し、高温保護用ＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２サーメット粉末、複合コーティング及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を実現するために、本発明は高温保護用ＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２サーメット粉末の製造方法を開示し、
ａ、ＮｉＣｒＢＳｉ、ＺｒＢ２、アルコール及び酸化ジルコニウムボールを割合に応じてボールミル缶に投入し、ボールミリング速度を３００～３５０ｒ／ｍｉｎに設定して３０～４０ｈ運転してアルコール含有混合粉末溶液を得る機械的ボールミリングステップと、
ｂ、アルコール含有混合粉末溶液を送風定温乾燥器に入れ、加熱温度を５０℃に設定し、１２ｈ保温する粉末蒸発乾涸ステップと、
ｃ、乾燥後の混合粉末にバインダーのポリビニルアルコール、消泡剤のノルマルオクタノール及び脱イオン水を添加し、撹拌し、静置して水系複合スラリーを得るスラリー配合ステップと、
ｄ、水系複合スラリーを撹拌しながら定流量ポンプによって高速遠心噴霧乾燥機に送入し、噴霧して球形粉末粒子を形成し、遠心噴霧乾燥機の入口温度は２００～２４０℃、出口温度は１００～１３０℃であり、遠心機の噴霧回転盤の周波数は３６Ｈｚであり、定流量ポンプの速度は２６ｒ／ｍｉｎである噴霧造粒ステップと、
ｅ、真空焼結炉を使用して噴霧後の粉末粒子に対して真空焼結処理を行う真空焼結ステップと、
ｆ、焼結したサーメット粉末に対して振動篩及び超音波発振器を使用して篩分け・分級処理を行い、超音波発振器の周波数を２～３Ｈｚのパルス周波数とし、粒度分布１５～４５μｍのＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２サーメット粉末を得る篩分け・分級ステップと、を含む。
前記ステップａでは、ＮｉＣｒＢＳｉ粉末の粒径は２０～５０μｍであり、元素の質量％は、Ｃ ０．３～１．０％、Ｃｒ ８～１８％、Ｓｉ ２．５～５．５％、Ｂ １．８～４．５％、Ｎｉ ６５～８５％、Ｆｅ≦５％である。ＺｒＢ２粉末の粒径は１～３μｍであり、純度≧９９．８５％であり、ＮｉＣｒＢＳｉとＺｒＢ２との質量比は６～８：４～２であり、粉末１００ｇあたりのアルコールの添加量は５５．５ｍｌであり、直径１５ｍｍ、１３ｍｍ、１１ｍｍ、１０ｍｍ、６ｍｍの酸化ジルコニウムボールを選択して割合１：３：３：２：１で配合して混合ボールを得て、ボールと粉末との質量比を２：１にする。
前記ステップｃでは、バインダーのポリビニルアルコールの添加量は粉末の全質量の３～３．５％であり、消泡剤のノルマルオクタノールの添加量は粉末の全質量の０．４～０．５％であり、脱イオン水の添加量はスラリー中の粉末固形分が４０％となるように設定される。
前記ステップｅでは、真空焼結は温度傾斜焼結法を使用し、粉末を室温から３００℃まで４０ｍｉｎ加熱し、３０ｍｉｎ保温し、次に３００℃から９００～１１００℃まで８０ｍｉｎ加熱し、６ｈ保温し、加熱を停止して粉末を室温に炉冷する。
本発明は上記製造方法によって製造された高温保護用ＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２サーメット粉末をさらに開示し、ＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２サーメット粉末の粒径は１５～４５μｍ、嵩密度は１．５１～２．１３ｇ／ｃｍ２、流動性は６９．８～９８．３ｓ／５０ｇである。
本発明は高温保護用ＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２複合コーティングの製造方法をさらに開示し、
Ｓ１、前記高温保護用ＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２サーメット粉末を製造するステップと、
Ｓ２、溶射前、ボイラの鋼基材の表面に対して油抜き浄化処理を行い、次に、表面に対してブラスト処理を行い、ブラスト処理後の基材に対して予熱処理を行うステップと、
Ｓ３、酸素－プロパンを燃料とした高速フレーム溶射技術を使用し、酸素ガスを助燃剤、プロパンを燃料、窒素ガスを粉末供給キャリアガス、空気を冷却媒体とし、ステップＳ１で得たサーメット粉末をボイラの鋼基材の表面に溶射し、ＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２複合コーティングを形成するステップと、を含む。
前記ステップＳ２では、ブラスト材料は粒度が２５メッシュの金剛砂であり、ブラスト圧力は３～５ＭＰａであり、ブラスト後の基材の表面粗度は２．５～３μｍに達し、基材の予熱温度は８０～１２０℃に達する。
前記ステップＳ３では、プロパンの流速は６０～７０Ｌ／ｍｉｎ、酸素ガスの流速は２３０～２５０Ｌ／ｍｉｎ、空気の流速は３２０～３５０Ｌ／ｍｉｎであり、溶射距離は２３０～２５０ｍｍ、溶射ステップは３ｍｍ、溶射速度は８００ｍｍ／ｓであり、粉末供給電圧は５～５．５Ｖ、粉末供給率は５０～６０ｇ／ｍｉｎである。
本発明は高温保護用ＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２複合コーティングをさらに開示し、上記製造方法によって製造され、コーティングの厚さは２００～３００μｍに達し、硬度は７００～１０００ＨＶであり、コーティングと基材との密着強度は７５ＭＰａを超え、コーティングの気孔率は０．４～０．５％に達する。
従来技術と比較して本発明の有益な効果は以下の通りである。
（１）機械的ボールミリング、噴霧造粒及び真空焼結を組み合わせた方法を使用して製造されたサーメット粉末は良い球形度、良好な嵩密度及び流動性を有し、粉末の成分分布が均一であり、従来の機械的ボールミリング法及び焼結法によって製造された粉末の球形度が低く、流動性が低く、成分が不均一であるという欠点を克服するとともに、ニッケル系合金の金属結合相の低融点、及び高温下でＳｉＯ２及びＢ２Ｏ３を形成するＳｉ、Ｂの流動性の特徴によってＺｒＢ２の高温焼結緻密性が低いという欠陥を補う。
（２）製造されたＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２複合コーティングの厚さは２００～３００μｍであり、硬度は１０００ＨＶに達し、コーティングと基材との密着強度は７５ＭＰａよりも大きく、コーティングの気孔率は０．４～０．５％に達する。
（３）本発明で製造された複合コーティングは高温腐食環境下で表面にｍ－ＺｒＯ２及びＳｉＯ２が形成され、コーティングの耐高温腐食性を向上させ、溶射中にＺｒＢ２損失が少ないことで、複合コーティングは高硬度及び良好な耐高温摩耗性を有する。また、ＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２複合コーティングの製造方法は簡単であり、原料のコストが低く、適用範囲を拡大する。
（４）本発明で使用される高速フレーム溶射技術は、酸素－プロパンを燃料とすることで、酸素－灯油燃料を使用する技術と比較して、酸素－プロパン高速フレーム溶射技術はコストが低く、装置が持ち運びやすく、現場での修復作業や工業生産に適する等の特徴を有し、プロセスパラメータを調整することによって、酸素－灯油溶射コーティングに近い特性を付与する。
本発明におけるＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２サーメット粉末の水系複合スラリーの製造プロセスである。 本発明の実施例１、２、３におけるＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２粉末の表面形態及びＥＤＳ結果であり、（ａ） ＮｉＣｒＢＳｉ－２０ＺｒＢ２；（ｂ） ＮｉＣｒＢＳｉ－３０ＺｒＢ２；（ｃ） ＮｉＣｒＢＳｉ－４０ＺｒＢ２である。 ホール流速計を使用してＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２粉末の嵩密度及び流動性をテストしたマクロ写真である。 本発明の実施例１、２、３におけるＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２複合コーティングの断面形態及びＥＤＳ結果であり、（ａ） ＮｉＣｒＢＳｉ－２０ＺｒＢ２；（ｂ） ＮｉＣｒＢＳｉ－３０ＺｒＢ２；（ｃ） ＮｉＣｒＢＳｉ－４０ＺｒＢ２である。 本発明の実施例１、２、３におけるＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２複合コーティングの溶射状態及び熱腐食後の表面のＸＲＤスペクトルであり、（ａ）（ｄ） ＮｉＣｒＢＳｉ－２０ＺｒＢ２；（ｂ）（ｅ） ＮｉＣｒＢＳｉ－３０ＺｒＢ２；（ｃ）（ｆ） ＮｉＣｒＢＳｉ－４０ＺｒＢ２である。 本発明の実施例１、２、３におけるＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２複合コーティングとＮｉ６０－４０ＴｉＢ２コーティングとの熱腐食増量及び熱腐食動力学定数の比較図である。 本発明の実施例１、２、３におけるＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２複合コーティングとＮｉＣｒＢＳｉコーティングとの高温摩耗体積及び摩耗率の比較図である。
以下、図面を参照しながら本発明の上記及び別の技術的特徴と利点をより詳細に説明する。
実施例１
それぞれ質量％で８０％のＮｉＣｒＢＳｉ及び２０％のＺｒＢ２粉末を混合してボールミル缶に投入し、ボールミル缶に質量が粉末の質量の２倍となる酸化ジルコニウムボールを投入し、直径１５ｍｍ、１３ｍｍ、１１ｍｍ、１０ｍｍ、６ｍｍの酸化ジルコニウムボールを選択して割合１：３：３：２：１で配合した。粉末１００ｇあたりに５５．５ｍＬのアルコールを添加する割合でボールミル缶にアルコールを投入した。４０ｈボールミリングし、回転速度を３２０ｒ／ｍｉｎに設定した。
ボールミリングが終了した後、アルコール含有混合粉末溶液を送風定温乾燥器に入れ、加熱温度を５０℃に設定し、１２ｈ保温した。粉末が乾燥した後、粉末の全質量に対して３．５％のバインダーのポリビニルアルコール及び０．５％の消泡剤のノルマルオクタノールを添加し、且つ脱イオン水を添加し、粉末固形分を４０％にし、配合した水系複合スラリーを撹拌し続けて粉末粒子及びバインダーをスラリーに均一に分散させた。
水系複合スラリーを撹拌しながら定流量ポンプによって高速遠心噴霧乾燥機に送入し、噴霧して球形粉末粒子を形成し、遠心噴霧乾燥機の入口温度を２４０℃、出口温度を１００℃、遠心機の噴霧回転盤の周波数を３６Ｈｚ、定流量ポンプの速度を２６ｒ／ｍｉｎに設定した。
噴霧造粒後のサーメット粉末を収集して酸化アルミニウム坩堝に入れて真空焼結処理を行った。真空焼結プログラムを設定し、粉末を室温から３００℃まで４０ｍｉｎ加熱し、３０ｍｉｎ保温し、次に３００℃から１０００℃まで８０ｍｉｎ加熱し、６ｈ保温し、加熱を停止して粉末を室温に炉冷した。
真空焼結されたサーメット粉末に対して篩分け・分級処理を行い、それぞれメッシュ数が１５μｍと４５μｍの金属篩網を使用して粉末を篩分けし、メッシュ数の小さい篩網を使用する場合、篩網フレームのエッジに超音波発振器を搭載して粉末の篩分けを補助し、超音波発振器の周波数を３Ｈｚのパルス周波数とし、異なるメッシュ数の篩網によって篩分けを行って粒度分布１５～４５μｍのＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２サーメット粉末を得た。
クレンザー、アルコール、アセトンを使用してボイラの鋼基材の表面に対して油抜き浄化処理を行い、次に、油抜き後の表面に対してブラスト処理を行い、ブラスト材料は粒度が２５メッシュの金剛砂（Ａｌ２Ｏ３）であり、空気弁を調整してブラスト圧力を３ＭＰａにした。ブラスト後、基材の表面粗度Ｒａは２．５μｍに達した。溶射装置の電源、ガススイッチ及び冷却水スイッチをオンにし、酸素ガスを助燃剤、プロパンを燃料、窒素ガスを粉末供給キャリアガス、空気を冷却媒体として使用し、試料を作業台に固定し、マニピュレータ運転プログラムを変更して溶射距離を２５０ｍｍ、溶射速度を８００ｍｍ／ｓ、溶射ステップを３ｍｍにし、プロパン、酸素ガス、空気流量弁をオンにし、プロパンの流速を６５Ｌ／ｍｉｎ、酸素ガスの流速を２４０Ｌ／ｍｉｎ、空気の流速を３５０Ｌ／ｍｉｎに調整し、プロパン炎を点火して基材の表面を予熱し、表面温度を８０～１２０℃にし、粉末供給器のスイッチをオンにし、粉末供給電圧を５Ｖに調整し、粉末供給率を５０ｇ／ｍｉｎに維持した。５回溶射するごとに、エアガンを使用してコーティングの表面に対してパージ降温を行い、且つねじマイクロメータを使用してコーティングの厚さを測定し、コーティングの温度が８０℃程度に低下すると、溶射装置を起動して溶射を継続し、最終的にコーティングの厚さが２５０μｍ程度に達するまで繰り返した。
実施例２
それぞれ質量％で７０％のＮｉＣｒＢＳｉ及び３０％のＺｒＢ２粉末を混合してボールミル缶に投入し、ボールミル缶に質量が粉末の質量の２倍となる酸化ジルコニウムボールを投入し、直径１５ｍｍ、１３ｍｍ、１１ｍｍ、１０ｍｍ、６ｍｍの酸化ジルコニウムボールを選択して割合１：３：３：２：１で配合した。粉末１００ｇあたりに５５．５ｍＬのアルコールを添加する割合でボールミル缶にアルコールを投入した。３０ｈボールミリングし、回転速度を３００ｒ／ｍｉｎに設定した。
ボールミリングが終了した後、アルコール含有混合粉末溶液を送風定温乾燥器に入れ、加熱温度を５０℃に設定し、１２ｈ保温した。粉末が乾燥した後、粉末の全質量に対して３％のバインダーのポリビニルアルコール及び０．４％の消泡剤のノルマルオクタノールを添加し、且つ脱イオン水を添加し、粉末固形分を４０％にし、配合した水系複合スラリーを撹拌し続けて粉末粒子及びバインダーをスラリーに均一に分散させた。
水系複合スラリーを撹拌しながら定流量ポンプによって高速遠心噴霧乾燥機に送入し、噴霧して球形粉末粒子を形成し、遠心噴霧乾燥機の入口温度を２４０℃、出口温度を１１０℃、遠心機の噴霧回転盤の周波数を３６Ｈｚ、定流量ポンプの速度を２６ｒ／ｍｉｎに設定した。
噴霧造粒後のサーメット粉末を収集して酸化アルミニウム坩堝に入れて真空焼結処理を行った。真空焼結プログラムを設定し、粉末を室温から３００℃まで４０ｍｉｎ加熱し、３０ｍｉｎ保温し、次に３００℃から９００℃まで８０ｍｉｎ加熱し、６ｈ保温し、加熱を停止し、粉末を室温に炉冷した。
真空焼結されたサーメット粉末に対して篩分け・分級処理を行い、それぞれメッシュ数が１５μｍと４５μｍの金属篩網を使用して粉末を篩分けし、メッシュ数の小さい篩網を使用する場合、篩網フレームのエッジに超音波発振器を搭載して粉末の篩分けを補助し、超音波発振器の周波数を２．５Ｈｚのパルス周波数とし、異なるメッシュ数の篩網によって篩分けを行って粒度分布１５～４５μｍのＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２サーメット粉末を得た。
クレンザー、アルコール、アセトンを使用してボイラの鋼基材の表面に対して油抜き浄化処理を行い、次に、油抜き後の表面に対してブラスト処理を行い、ブラスト材料は粒度が２５メッシュの金剛砂（Ａｌ２Ｏ３）であり、空気弁を調整してブラスト圧力を３ＭＰａにした。ブラスト後、基材の表面粗度Ｒａは２．５μｍに達した。溶射装置の電源、ガススイッチ及び冷却水スイッチをオンにし、酸素ガスを助燃剤、プロパンを燃料、窒素ガスを粉末供給キャリアガス、空気を冷却媒体として使用し、試料を作業台に固定し、マニピュレータ運転プログラムを変更して溶射距離を２３０ｍｍ、溶射速度を８００ｍｍ／ｓ、溶射ステップを３ｍｍにし、プロパン、酸素ガス、空気流量弁をオンにし、プロパンの流速を６０Ｌ／ｍｉｎ、酸素ガスの流速を２３０Ｌ／ｍｉｎ、空気の流速を３２０Ｌ／ｍｉｎに調整し、プロパン炎を点火して基材の表面を予熱し、表面温度を８０～１２０℃にし、粉末供給器のスイッチをオンにし、粉末供給電圧を５Ｖに調整し、粉末供給率を５０ｇ／ｍｉｎに維持した。５回溶射するごとに、エアガンを使用してコーティングの表面に対してパージ降温を行い、且つねじマイクロメータを使用してコーティングの厚さを測定し、コーティングの温度が８０℃程度に低下すると、溶射装置を起動して溶射を継続し、最終的にコーティングの厚さが２５０μｍ程度に達するまで繰り返した。
実施例３
それぞれ質量％で６０％のＮｉＣｒＢＳｉ及び４０％のＺｒＢ２粉末を混合してボールミル缶に投入し、ボールミル缶に質量が粉末の質量の２倍となる酸化ジルコニウムボールを投入し、直径１５ｍｍ、１３ｍｍ、１１ｍｍ、１０ｍｍ、６ｍｍの酸化ジルコニウムボールを選択して割合１：３：３：２：１で配合した。粉末１００ｇあたりに５５．５ｍＬのアルコールを添加する割合でボールミル缶にアルコールを投入した。４０ｈボールミリングし、回転速度を３２０ｒ／ｍｉｎに設定した。
ボールミリングが終了した後、アルコール含有混合粉末溶液を送風定温乾燥器に入れ、加熱温度を５０℃に設定し、１２ｈ保温した。粉末が乾燥した後、粉末の全質量に対して３．５％のバインダーのポリビニルアルコール及び０．５％の消泡剤のノルマルオクタノールを添加し、且つ脱イオン水を添加し、粉末固形分を４０％にし、配合した水系複合スラリーを撹拌し続けて粉末粒子及びバインダーをスラリーに均一に分散させた。
水系複合スラリーを撹拌しながら定流量ポンプによって高速遠心噴霧乾燥機に送入し、噴霧して球形粉末粒子を形成し、遠心噴霧乾燥機の入口温度を２４０℃、出口温度を１００℃、遠心機の噴霧回転盤の周波数を３６Ｈｚ、定流量ポンプの速度を２６ｒ／ｍｉｎに設定した。
噴霧造粒後のサーメット粉末を収集して酸化アルミニウム坩堝に入れて真空焼結処理を行った。真空焼結プログラムを設定し、粉末を室温から３００℃まで４０ｍｉｎ加熱し、３０ｍｉｎ保温し、次に３００℃から１０００℃まで８０ｍｉｎ加熱し、６ｈ保温し、加熱を停止して粉末を室温に炉冷した。
真空焼結されたサーメット粉末に対して篩分け・分級処理を行い、それぞれメッシュ数が１５μｍと４５μｍの金属篩網を使用して粉末を篩分けし、メッシュ数の小さい篩網を使用する場合、篩網フレームのエッジに超音波発振器を搭載して粉末の篩分けを補助し、超音波発振器の周波数を３Ｈｚのパルス周波数とし、異なるメッシュ数の篩網によって篩分けを行って粒度分布１５～４５μｍのＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２サーメット粉末を得た。
クレンザー、アルコール、アセトンを使用してボイラの鋼基材の表面に対して油抜き浄化処理を行い、次に、油抜き後の表面に対してブラスト処理を行い、ブラスト材料は粒度が２５メッシュの金剛砂（Ａｌ２Ｏ３）であり、空気弁を調整してブラスト圧力を３ＭＰａにした。ブラスト後、基材の表面粗度Ｒａは２．５μｍに達した。溶射装置の電源、ガススイッチ及び冷却水スイッチをオンにし、酸素ガスを助燃剤、プロパンを燃料、窒素ガスを粉末供給キャリアガス、空気を冷却媒体として使用し、試料を作業台に固定し、マニピュレータ運転プログラムを変更して溶射距離を２５０ｍｍ、溶射速度を８００ｍｍ／ｓ、溶射ステップを３ｍｍにし、プロパン、酸素ガス、空気流量弁をオンにし、プロパンの流速を７０Ｌ／ｍｉｎ、酸素ガスの流速を２５０Ｌ／ｍｉｎ、空気の流速を３５０Ｌ／ｍｉｎに調整し、プロパン炎を点火して基材の表面を予熱し、表面温度を８０～１２０℃にし、粉末供給器のスイッチをオンにし、粉末供給電圧を５Ｖに調整し、粉末供給率を５０ｇ／ｍｉｎに維持した。５回溶射するごとに、エアガンを使用してコーティングの表面に対してパージ降温を行い、且つねじマイクロメータを使用してコーティングの厚さを測定し、コーティングの温度が８０℃程度に低下すると、溶射装置を起動して溶射を継続し、最終的にコーティングの厚さが２５０μｍ程度に達するまで繰り返した。
１、本発明の実施例１～３で製造されたＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２サーメット粉末の特性テスト
ホール流速計を用いて粉末の流動性及び嵩密度をテストし、粉末試料の種類ごとに３回テストし、その平均値を該粉末試料の流動性指標及び嵩密度とし、テスト結果は表１に示された。
２、本発明の実施例１～３で製造されたＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２複合コーティングの特性テスト
ビッカース硬度計を用いてコーティングの微小硬度をテストし、荷重は３００ｇｆ、荷重時間は５ｓであり、コーティングの種類ごとに１０個の点をテストし、その平均値を該コーティングの微小硬度値とし、テスト結果は表２に示された。
ＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２複合コーティングの耐ＫＣｌ溶融塩熱腐食性のテストはパイプファーネス内で行われ、コーティングの種類ごとに３組とし、実験温度は７００℃、実験時間は１００ｈであり、１０ｈおきに試料を取り出して秤量し、コーティングの熱腐食増量分を記録し、コーティングの平均熱腐食動力学定数を計算し、テスト結果は図６に示され、Ｎｉ６０－４０ＴｉＢ２コーティングと比較して、実施例３で製造されたＮｉＣｒＢＳｉ－４０ＺｒＢ２コーティングは熱腐食中にＳｉＯ２及びｍ－ＺｒＯ２相を形成し、且つｍ－ＺｒＯ２からｔ－ＺｒＯ２への顕著な転化がなく、コーティングの表面における連続的かつ緻密な酸化膜によって塩化物溶融塩のコーティング内への腐食拡散を効果的に阻止でき、コーティングにより優れた耐熱腐食性を付与した。
ＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２複合コーティングの高温摩耗性のテストはＨＴ－１０００高温摩擦摩耗機内で行われ、摩耗荷重は１０Ｎ、摩耗温度は７００℃、周波数は５．７Ｈｚ、摩擦半径は３．５ｍｍ、摩耗時間は６０ｍｉｎであった。ボールとして直径５ｍｍのＡｌ２Ｏ３セラミック球を使用し、ＫＬＡ－Ｐ７触針式プロファイラーを用いてコーティングの摩耗体積を計算し、テスト結果は図７に示され、ＮｉＣｒＢＳｉコーティングと比較して、実施例４で製造されたＮｉＣｒＢＳｉ－４０ＺｒＢ２コーティングは多くのＺｒＢ２硬質相を含有するため高硬度及び最適な耐高温摩耗性を有することをテスト結果が示した。
以上のように、本発明で製造された高温保護用ＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２複合コーティングはエネルギー・化学工業装置の鋼基材表面の耐高温腐食性、耐高温摩耗性等の要件を満たし、方法及びプロセスを改良することで、最適な粉末及びコーティング製造プロセスを得る。機械的ボールミリング、噴霧造粒及び真空焼結を組み合わせた方法を用いて、ＮｉＣｒＢＳｉ粉末とＺｒＢ２粉末との質量比を６：４とし、１０００℃で真空焼結することで製造されたサーメット粉末は最適な流動性及び嵩密度を有し、溶射プロセスパラメータを最適化することで、最適な溶射プロセスパラメータを得て、すなわち、プロパンの流速は７０Ｌ／ｍｉｎ、酸素ガスの流速は２５０Ｌ／ｍｉｎ、空気の流速は３５０Ｌ／ｍｉｎ、溶射距離は２５０ｍｍ、溶射ステップは３ｍｍ、溶射速度は８００ｍｍ／ｓ、粉末供給電圧は５Ｖ、粉末供給率は５０ｇ／ｍｉｎであり、該パラメータで製造された複合コーティングにＳｉＯ２及びｍ－ＺｒＯ２相が存在することで、複合コーティングに最適な耐高温腐食性を付与するとともに、該複合コーティング中の多くのＺｒＢ２相によって最適な耐高温摩耗性を付与する。
以上、本発明の好適実施例を説明したが、本発明に対して制限的ではなく例示的なものである。当業者が理解できるように、本発明の特許請求の範囲によって限定される趣旨及び範囲内を逸脱せずに種々の変化、変更や同等置き換えを行うことができ、これらはすべて本発明の保護範囲に属する。

Claims (7)

  1. 高温保護用ＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２サーメット粉末の製造方法であって、
    ＮｉＣｒＢＳｉ、ＺｒＢ２、アルコール及び酸化ジルコニウムボールを割合に応じてボールミル缶に投入し、ボールミリング速度を３００～３５０ｒ／ｍｉｎに設定して３０～４０ｈ運転してアルコール含有混合粉末溶液を得る機械的ボールミリングステップａと、
    アルコール含有混合粉末溶液を送風定温乾燥器に入れ、加熱温度を５０℃に設定し、１２ｈ保温する粉末蒸発乾涸ステップｂと、
    乾燥後の混合粉末にバインダーのポリビニルアルコール、消泡剤のノルマルオクタノール及び脱イオン水を添加し、撹拌し、静置して水系複合スラリーを得るスラリー配合ステップｃと、
    水系複合スラリーを撹拌しながら定流量ポンプによって高速遠心噴霧乾燥機に送入し、噴霧して球形粉末粒子を形成し、遠心噴霧乾燥機の入口温度は２００～２４０℃、出口温度は１００～１３０℃であり、遠心機の噴霧回転盤の周波数は３６Ｈｚであり、定流量ポンプの速度は２６ｒ／ｍｉｎである噴霧造粒ステップｄと、
    真空焼結炉を使用して噴霧後の粉末粒子に対して真空焼結処理を行う真空焼結ステップｅと、
    焼結したサーメット粉末に対して振動篩及び超音波発振器を使用して篩分け・分級処理を行い、超音波発振器の周波数を２～３Ｈｚのパルス周波数とし、ＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２サーメット粉末を得る篩分け・分級ステップｆと、を含む、ことを特徴とする高温保護用ＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２サーメット粉末の製造方法。
  2. 前記ステップａでは、ＮｉＣｒＢＳｉ粉末の粒径は２０～５０μｍであり、元素の質量％は、Ｃ ０．３～１．０％、Ｃｒ ８～１８％、Ｓｉ ２．５～５．５％、Ｂ １．８～４．５％、Ｎｉ ６５～８５％、Ｆｅ≦５％であり、ＺｒＢ２粉末の粒径は１～３μｍであり、純度≧９９．８５％である、ことを特徴とする請求項１に記載の高温保護用ＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２サーメット粉末の製造方法。
  3. 前記ステップａでは、ＮｉＣｒＢＳｉとＺｒＢ２との質量比は６～８：４～２であり、粉末１００ｇあたりのアルコールの添加量は５５．５ｍｌであり、直径１５ｍｍ、１３ｍｍ、１１ｍｍ、１０ｍｍ、６ｍｍの酸化ジルコニウムボールを選択して割合１：３：３：２：１で配合して混合ボールを得て、ボールと粉末との質量比を２：１にする、ことを特徴とする請求項１に記載の高温保護用ＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２サーメット粉末の製造方法。
  4. 前記ステップｃでは、バインダーのポリビニルアルコールの添加量は粉末の全質量の３～３．５％であり、消泡剤のノルマルオクタノールの添加量は粉末の全質量の０．４～０．５％であり、脱イオン水の添加量はスラリー中の粉末固形分が４０％となるように設定される、ことを特徴とする請求項１に記載の高温保護用ＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２サーメット粉末の製造方法。
  5. 前記ステップｅでは、真空焼結は温度傾斜焼結法を使用し、粉末を室温から３００℃まで４０ｍｉｎ加熱し、３０ｍｉｎ保温し、次に３００℃から９００～１１００℃まで８０ｍｉｎ加熱し、６ｈ保温し、加熱を停止し、粉末を室温に炉冷する、ことを特徴とする請求項１に記載の高温保護用ＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２サーメット粉末の製造方法。
  6. 高温保護用ＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２複合コーティングの製造方法であって、
    請求項１～５のいずれか一項に記載の製造方法により高温保護用ＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２サーメット粉末を製造するステップＳ１と、
    溶射前、ボイラの鋼基材の表面に対して油抜き浄化処理を行い、次に、表面に対してブラスト処理を行い、ブラスト処理後の基材に対して予熱処理を行うステップＳ２と、
    酸素－プロパンを燃料とした高速フレーム溶射技術を使用し、酸素ガスを助燃剤、プロパンを燃料、窒素ガスを粉末供給キャリアガス、空気を冷却媒体とし、ステップＳ１で得たサーメット粉末をボイラの鋼基材の表面に溶射し、ＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２複合コーティングを形成するステップＳ３と、を含む、ことを特徴とする高温保護用ＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２複合コーティングの製造方法。
  7. 前記ステップＳ２では、ブラスト材料は粒度が２５メッシュの金剛砂であり、ブラスト圧力は３～５ＭＰａであり、ブラスト後の基材の表面粗度は２．５～３μｍに達し、基材の予熱温度は８０～１２０℃に達する、ことを特徴とする請求項６に記載の高温保護用ＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２複合コーティングの製造方法。
JP2023501662A 2021-01-18 2022-01-14 高温保護用ＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２サーメット粉末、複合コーティング及びその製造方法 Active JP7341582B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110062825.6 2021-01-18
CN202110062825.6A CN112899604A (zh) 2021-01-18 2021-01-18 一种高温防护用NiCrBSi-ZrB2金属陶瓷粉末、复合涂层及其制备方法
PCT/CN2022/072124 WO2022152264A1 (zh) 2021-01-18 2022-01-14 一种高温防护用NiCrBSi-ZrB2金属陶瓷粉末、复合涂层及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023532379A JP2023532379A (ja) 2023-07-27
JP7341582B2 true JP7341582B2 (ja) 2023-09-11

Family

ID=76115040

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023501662A Active JP7341582B2 (ja) 2021-01-18 2022-01-14 高温保護用ＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２サーメット粉末、複合コーティング及びその製造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230193445A1 (ja)
JP (1) JP7341582B2 (ja)
CN (1) CN112899604A (ja)
WO (1) WO2022152264A1 (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112899604A (zh) * 2021-01-18 2021-06-04 安徽工业大学 一种高温防护用NiCrBSi-ZrB2金属陶瓷粉末、复合涂层及其制备方法
CN113403564A (zh) * 2021-06-15 2021-09-17 安徽工业大学 一种用于冷轧辊表面的纳米陶瓷颗粒增强金属基复合涂层及其制备方法
CN113954236B (zh) * 2021-11-01 2022-12-23 江苏四达重工有限公司 一种便于清洗的组合式混凝土搅拌机及其工作方法
CN115351271B (zh) * 2022-08-31 2024-01-26 国家电投集团江西水电检修安装工程有限公司 一种叶轮耐蚀涂层粉末、叶轮耐蚀涂层及其制备方法
CN116921671B (zh) * 2023-06-06 2024-01-26 四川苏克流体控制设备股份有限公司 一种硅行业用金属硬密封耐磨控制阀制造方法
CN117265458B (zh) * 2023-11-13 2024-01-23 成都成高阀门股份有限公司 一种陶瓷晶须增强高韧性超音速火焰喷涂涂层材料及其制备方法
CN118222967B (zh) * 2024-04-01 2024-09-27 苏州高芯众科半导体有限公司 一种高致密度耐等离子侵蚀涂层的制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007507604A (ja) 2003-09-29 2007-03-29 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ ナノ構造化コーティング系、部品及び関連製造方法
CN107914005A (zh) 2016-10-08 2018-04-17 北京联合涂层技术有限公司 一种高b耐磨熔焊材料的制备方法
CN110643926A (zh) 2019-10-25 2020-01-03 安徽马钢表面技术股份有限公司 一种连续退火炉高温炉辊ZrB2改性CoCrAlTaY-Y2O3防护涂层及制备方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3715326A1 (de) * 1987-05-08 1988-11-24 Castolin Sa Verfahren zum herstellen einer selbstschaerfenden schneid- oder messerkante
CN101884892B (zh) * 2010-06-25 2012-09-05 北京工业大学 一种超细及纳米WC-Co复合粉的团聚造粒方法
CN108115110B (zh) * 2017-12-22 2020-03-13 西安交通大学 一种具有拉伸预应力陶瓷层抗粘附压铸模具及其制备方法
CN111334743B (zh) * 2020-03-15 2022-04-15 河北工业大学 硼化锆-碳化锆-碳化硅复合涂层的制备方法
CN112899604A (zh) * 2021-01-18 2021-06-04 安徽工业大学 一种高温防护用NiCrBSi-ZrB2金属陶瓷粉末、复合涂层及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007507604A (ja) 2003-09-29 2007-03-29 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ ナノ構造化コーティング系、部品及び関連製造方法
CN107914005A (zh) 2016-10-08 2018-04-17 北京联合涂层技术有限公司 一种高b耐磨熔焊材料的制备方法
CN110643926A (zh) 2019-10-25 2020-01-03 安徽马钢表面技术股份有限公司 一种连续退火炉高温炉辊ZrB2改性CoCrAlTaY-Y2O3防护涂层及制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112899604A (zh) 2021-06-04
JP2023532379A (ja) 2023-07-27
US20230193445A1 (en) 2023-06-22
WO2022152264A1 (zh) 2022-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7341582B2 (ja) 高温保護用ＮｉＣｒＢＳｉ－ＺｒＢ２サーメット粉末、複合コーティング及びその製造方法
Fauchais et al. From powders to thermally sprayed coatings
CN109930053B (zh) 一种FeCoNiCrMn高熵合金及利用该合金制备耐磨涂层的方法
CN109680241B (zh) 强韧、导热与高温微结构稳定一体化的非晶氧化物陶瓷复合涂层制备方法
US6641917B2 (en) Spray powder and method for its production
EP1999288B1 (en) Method for forming a ceramic containing composite structure
CN104195492B (zh) 耐磨耐蚀涂层材料及制备方法与涂层及制备方法
JP4653721B2 (ja) 溶射用Ｎｉ基自溶合金粉末およびその製造方法と、該粉末を用いて得られる自溶合金溶射皮膜
CN108677129A (zh) 一种FeCoNiCrSiAl高熵合金涂层及其制备方法
CN115233137B (zh) 低摩擦的超音速火焰喷涂耐磨涂层材料、制备方法及应用
CN106119762B (zh) 一种硼化物金属陶瓷涂层材料及制备方法
CN110218962A (zh) 一种耐磨自润滑镍铬碳化铬金属陶瓷复合涂层及其制备方法
CN103009704A (zh) 一种纳米/类柱状晶混合结构热障涂层及其制备方法
CN112496329A (zh) 一种球形高松装密度Cr3C2-NiCr热喷涂粉的制备方法
CN103725945A (zh) 一种高硬度碳化钨基耐磨涂层材料及其制备方法
CN113355625A (zh) 一种NbC增强的高熵合金基复合涂层及其制备方法
CN115287575A (zh) 超音速火焰喷涂高结合强度涂层的方法
CN110616393B (zh) 一种阀门过流表面耐磨耐腐蚀性喷涂层及其制备方法
JPH08104969A (ja) 溶射用セラミックス・金属複合粉末、溶射被膜及び溶射被膜の形成方法
CN113862599B (zh) 一种Al2O3-GdAlO3非晶氧化物陶瓷涂层及其制备方法
CN104651770B (zh) 一种具有高摩擦系数和低磨损率的无机涂层及其制备方法
Debasish et al. Improvement of microstructural and mechanical properties of plasma sprayed Mo coatings deposited on Al-Si substrates by pre-mixing of Mo with TiN powder
CN109023345B (zh) 三元硼化物强化铁基耐磨涂层及其制备方法
CN107794483B (zh) 一种用于制备高结合强度低孔隙率涂层的碳化钨热喷涂粉末
CN117210780B (zh) 一种高耐磨超音速火焰喷涂碳化铬基涂层及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230111

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20230117

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230613

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230705

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230719

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: 20230801

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230823

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7341582

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150