JPH01104756A - 酸化物系溶射材料 - Google Patents
酸化物系溶射材料Info
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- JPH01104756A JPH01104756A JP62259042A JP25904287A JPH01104756A JP H01104756 A JPH01104756 A JP H01104756A JP 62259042 A JP62259042 A JP 62259042A JP 25904287 A JP25904287 A JP 25904287A JP H01104756 A JPH01104756 A JP H01104756A
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Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は酸化物を原料とした酸化物系溶射材料に関する
。
。
材料の耐熱性、耐食性や耐摩耗性を向上させる方法とし
て、材料の表面にこれらに優れた性能を有する材料を溶
射する方法が知られている。特に、石炭焚ボイラの伝熱
管、バーナインペラ、ガスタービン部品は約５００〜１
０００℃の高温で使用され、更に腐食や摩耗も問題にな
ることから、アルミナ、ジルコニア等の高融点材料であ
る酸化物系粉末が溶射材料として広く用いられている。
て、材料の表面にこれらに優れた性能を有する材料を溶
射する方法が知られている。特に、石炭焚ボイラの伝熱
管、バーナインペラ、ガスタービン部品は約５００〜１
０００℃の高温で使用され、更に腐食や摩耗も問題にな
ることから、アルミナ、ジルコニア等の高融点材料であ
る酸化物系粉末が溶射材料として広く用いられている。
−方、これらの酸化物系粉末の溶射手段としては熱プラ
ズマアークを利用するプラズマ溶射法またはガスの燃焼
または爆発エネルギーを利用する高エネルギーガス溶射
法が用いられている。これらの溶射法により強固な被膜
を得るためには、溶射粉末を溶融状態で材料表面に付着
させる必要がある。
ズマアークを利用するプラズマ溶射法またはガスの燃焼
または爆発エネルギーを利用する高エネルギーガス溶射
法が用いられている。これらの溶射法により強固な被膜
を得るためには、溶射粉末を溶融状態で材料表面に付着
させる必要がある。
しかし酸化物系材料は融点が２０００℃以上と高融点で
あるため、上記溶射法、特に高エネルギーガス溶射法で
はガス重度が最高でも約３０００℃程度で、かつガス流
速がマ、ツバ２と高速であるため、この材料を溶射した
場合、被溶射材の表面に到達するまでにすべての粒子が
溶融するのは困難で一部の粒子は未溶融のままで被溶射
材表面に付着するようになる。その結果゛、溶射被膜中
の酸化物粒子同士の結合力は弱くなり、被膜中に多数の
気孔が発生するとともに、被溶射材表面への付着力も低
下し強固な被膜が得られないという欠陥があった。
あるため、上記溶射法、特に高エネルギーガス溶射法で
はガス重度が最高でも約３０００℃程度で、かつガス流
速がマ、ツバ２と高速であるため、この材料を溶射した
場合、被溶射材の表面に到達するまでにすべての粒子が
溶融するのは困難で一部の粒子は未溶融のままで被溶射
材表面に付着するようになる。その結果゛、溶射被膜中
の酸化物粒子同士の結合力は弱くなり、被膜中に多数の
気孔が発生するとともに、被溶射材表面への付着力も低
下し強固な被膜が得られないという欠陥があった。
これを改善する方法としては酸化物粒子をサブミクロン
以下に微細化する方法がある。
以下に微細化する方法がある。
このサブミクロン粒子の粉末を溶射材料として使用すれ
ば溶融性は向上するが、粉末の輸送中の流動性が非常に
悪くなる。この流動性の悪くなる理由は、粒子が細かく
なる程粒子同志が凝集し易くなり、湿気が高い場合は特
にその傾向が顕著になるからである。その結果、粉末輸
送管内に付着し易くなるため安定した粉末供給ができな
かったり、目づまりを起こす恐れがある。また、微粒子
は重量が小さいため、溶射ガン内部で飛散し易くなるの
で、溶射ガン内部に付着して凝集しそれが未溶融のまま
被膜中に混入し欠陥になる恐れもあるという問題があっ
た。
ば溶融性は向上するが、粉末の輸送中の流動性が非常に
悪くなる。この流動性の悪くなる理由は、粒子が細かく
なる程粒子同志が凝集し易くなり、湿気が高い場合は特
にその傾向が顕著になるからである。その結果、粉末輸
送管内に付着し易くなるため安定した粉末供給ができな
かったり、目づまりを起こす恐れがある。また、微粒子
は重量が小さいため、溶射ガン内部で飛散し易くなるの
で、溶射ガン内部に付着して凝集しそれが未溶融のまま
被膜中に混入し欠陥になる恐れもあるという問題があっ
た。
本発明の目的は、上記の問題点を解決し、緻密で強固な
溶射被膜を得るため酸化物溶射材料を提供することにあ
る。
溶射被膜を得るため酸化物溶射材料を提供することにあ
る。
本発明の目的は、１μｍ以下の平均粒径からなる酸化物
の微粒子を結合して粉末粒子を形成し、該粉末粒子の中
が空洞であることを特徴とする酸化物系溶射材料を提供
することにより達成される。
の微粒子を結合して粉末粒子を形成し、該粉末粒子の中
が空洞であることを特徴とする酸化物系溶射材料を提供
することにより達成される。
溶射材料が、平均粒径１μｍ以下の酸化物微粒子を結合
して粉末粒子を形成し、その粉末粒子の中に空洞を有す
る大径の球状粒子なので、融点の高い酸化物の微粒子が
、径の大きい粉末粒子の表層部のみに存在して、その内
部は空洞になっているので、溶射時に粉末粒子内を熱が
十分に伝達して容易に溶融し、さらに、粉末粒子が被溶
射材表面に到達する迄に分散しながら十分溶融して被溶
射材表面に衝突するので十分圧着される。
して粉末粒子を形成し、その粉末粒子の中に空洞を有す
る大径の球状粒子なので、融点の高い酸化物の微粒子が
、径の大きい粉末粒子の表層部のみに存在して、その内
部は空洞になっているので、溶射時に粉末粒子内を熱が
十分に伝達して容易に溶融し、さらに、粉末粒子が被溶
射材表面に到達する迄に分散しながら十分溶融して被溶
射材表面に衝突するので十分圧着される。
酸化物微粒子の平均粒径については、１μｍを超えると
、溶射熱が十分微粒子内に伝達できなくて十分溶融しな
いまま被溶射材表面に付着し圧着しにくくなるので好ま
しくない。
、溶射熱が十分微粒子内に伝達できなくて十分溶融しな
いまま被溶射材表面に付着し圧着しにくくなるので好ま
しくない。
本発明の実施例について、第１図〜第３図により説明す
る。
る。
第１図は本発明による酸化物系溶射材料である粉末粒子
の構成を示す説明図である。１個の粉末粒子は複数個の
酸化物微粒子１から構成されており、その粉末粒子の内
部は空洞２となっている。
の構成を示す説明図である。１個の粉末粒子は複数個の
酸化物微粒子１から構成されており、その粉末粒子の内
部は空洞２となっている。
本粉末粒子の製造手順の例を第２図に示す。この製造方
法は既に確立された微小中空球体化法の一方法であって
、数１０μｍの粒径を有する球状の母粒子３の表面に１
μｍ以下の酸化物微粒子１を平均厚さ数μｍから１０μ
ｍで付着させ、次いで、母粒子３を熱処理または溶解等
の方法で除去する。微粒子の平均付着厚さは、おおよそ
１〜２０μｍの範囲、好ましくは５〜１０μｍが良好で
あって、平均付着厚さが小さ過ぎると粉末輸送中にこわ
れ易く、大き過ぎると溶射熱による溶融が十分でなくな
る。
法は既に確立された微小中空球体化法の一方法であって
、数１０μｍの粒径を有する球状の母粒子３の表面に１
μｍ以下の酸化物微粒子１を平均厚さ数μｍから１０μ
ｍで付着させ、次いで、母粒子３を熱処理または溶解等
の方法で除去する。微粒子の平均付着厚さは、おおよそ
１〜２０μｍの範囲、好ましくは５〜１０μｍが良好で
あって、平均付着厚さが小さ過ぎると粉末輸送中にこわ
れ易く、大き過ぎると溶射熱による溶融が十分でなくな
る。
この際、母粒子３の材質としては、比較的低温で燃焼し
炭酸ガスとなるカーボン、又はケトン、アセトン、エー
テル等の有機溶媒中で容易に溶解する有機粉末が好適で
ある。また、母粒子の粒径としては、流動性及び溶融性
を考慮すると２００μｍ以下、好ましくは数１０μｍか
ら２００μｍ程度にするのが良い。
炭酸ガスとなるカーボン、又はケトン、アセトン、エー
テル等の有機溶媒中で容易に溶解する有機粉末が好適で
ある。また、母粒子の粒径としては、流動性及び溶融性
を考慮すると２００μｍ以下、好ましくは数１０μｍか
ら２００μｍ程度にするのが良い。
母粒子の粒径が２００μｍを超えると粉末粒子がつぶれ
易くなるので母粒子に付着させる微粒子層を厚くする必
要があり、そのため溶射時に熱が粉末粒子内を完全に伝
達することが困難になって粉末粒子が十分溶融しないま
ま被溶射材に付着して強度の弱い溶射被膜となる。一方
、母粒子の粒径が小さくなる程造粒しにくくなり、粉末
輸送中の流動性も次第に低下するが、母粒子の粒径が数
１０μｍ以上では十分良好な結果が得られた。
易くなるので母粒子に付着させる微粒子層を厚くする必
要があり、そのため溶射時に熱が粉末粒子内を完全に伝
達することが困難になって粉末粒子が十分溶融しないま
ま被溶射材に付着して強度の弱い溶射被膜となる。一方
、母粒子の粒径が小さくなる程造粒しにくくなり、粉末
輸送中の流動性も次第に低下するが、母粒子の粒径が数
１０μｍ以上では十分良好な結果が得られた。
この粉末粒子の形成方法として、母粒子３が力〒ボンの
場合は、カーボンを含む結合剤で酸化物微粒子をカーボ
ンの表面に付着された後カーボンが燃焼する温度以上（
１０００℃前後）で加熱する。この時母粒子のカーボン
は燃焼して炭酸ガスとなり、外層が酸化物微粒子で内部
が空洞である粉末粒子を形成することができる。
場合は、カーボンを含む結合剤で酸化物微粒子をカーボ
ンの表面に付着された後カーボンが燃焼する温度以上（
１０００℃前後）で加熱する。この時母粒子のカーボン
は燃焼して炭酸ガスとなり、外層が酸化物微粒子で内部
が空洞である粉末粒子を形成することができる。
一方、母粒子が有機系粉末の場合は有機系バインダーに
より酸化物微粒子を有機系粉末の表面に付着させた後、
有機系粉末が容易に溶解する溶媒中に浸せきさせること
によって本発明の粉末粒子を作製することができる。こ
の際、得られた粉末を８００℃から１０００℃の温度で
熱処理することにより、粉末が焼結されて、微粒子同志
の結合力が大きくなって粉末粒子の強度を向上させるこ
とが出来る。粉末粒子の強度については、管内輸送中に
粉末粒子が破壊するのを防止するためにある程度の強度
が必要である。
より酸化物微粒子を有機系粉末の表面に付着させた後、
有機系粉末が容易に溶解する溶媒中に浸せきさせること
によって本発明の粉末粒子を作製することができる。こ
の際、得られた粉末を８００℃から１０００℃の温度で
熱処理することにより、粉末が焼結されて、微粒子同志
の結合力が大きくなって粉末粒子の強度を向上させるこ
とが出来る。粉末粒子の強度については、管内輸送中に
粉末粒子が破壊するのを防止するためにある程度の強度
が必要である。
以下に、本発明の実施例の詳細について説明する。
平均粒径１μｍ以下の微粒子の酸化物をジルコニア＋８
％イツトリアとし、母粒子をカーボンとした方法で中が
空洞である溶射粉末を前述の方法で作製し、高エネルギ
ーガス溶射法の１種である爆発溶射法により鋼板衣−に
０．３ｒｍの厚さに溶射した。溶射条件は次のとおりで
ある。
％イツトリアとし、母粒子をカーボンとした方法で中が
空洞である溶射粉末を前述の方法で作製し、高エネルギ
ーガス溶射法の１種である爆発溶射法により鋼板衣−に
０．３ｒｍの厚さに溶射した。溶射条件は次のとおりで
ある。
酸素流量： ７０ Ｑ ／ｍｉｎ
アセチレン流量： ４ Ｑ Ｑ ／ｍｉｎ粉末供給量：
１０ｍｇ／ｓｅｅ 次に、得られた溶射被膜についてマイクロビッカース硬
度の測定（荷量：３００ｇ）及び断面の気孔率の測定を
行った。比較材として、市販の安定化ジルコニア粉末（
粒径１０〜４０μｍ）、及び特願昭６２−７３５３２号
明細書に記載された安定化ジルコニア粉末（粒径１０〜
４０μｍ）とアルミナ粉末（粒径１０〜４０μｍ）とを
９６＝４の割合で混合し造粒した粉末を使用して同様な
試料を作製し同様な測定を行った。これらの結果を第１
表に示す。
１０ｍｇ／ｓｅｅ 次に、得られた溶射被膜についてマイクロビッカース硬
度の測定（荷量：３００ｇ）及び断面の気孔率の測定を
行った。比較材として、市販の安定化ジルコニア粉末（
粒径１０〜４０μｍ）、及び特願昭６２−７３５３２号
明細書に記載された安定化ジルコニア粉末（粒径１０〜
４０μｍ）とアルミナ粉末（粒径１０〜４０μｍ）とを
９６＝４の割合で混合し造粒した粉末を使用して同様な
試料を作製し同様な測定を行った。これらの結果を第１
表に示す。
（以下余白）
第 １ 表
この結果から明らかな様に１本発明による酸化物系粉末
材料を使用した溶射被膜は従来の溶射粉末を使用した場
合に比べて溶射被膜断面の硬度と気孔率に優れた強固な
被膜が得られることが分かる。
材料を使用した溶射被膜は従来の溶射粉末を使用した場
合に比べて溶射被膜断面の硬度と気孔率に優れた強固な
被膜が得られることが分かる。
また、本実施例で得られた溶射被膜の拡大図を第３図に
示す。本発明の酸化物系溶射材料による溶射被膜は第３
図（ａ）に示すように、微細な酸化物粒子５の間に形成
された気孔４は微細でかつ被膜中に均一に分布するのに
対し、比較例に示した従来の溶射材料である市販の安定
化ジルコニア粒末による溶射被膜は、第３図（ｂ）に示
すように粒サイズの大きい酸化物粒子５の間に、大きな
気孔４が介在している。
示す。本発明の酸化物系溶射材料による溶射被膜は第３
図（ａ）に示すように、微細な酸化物粒子５の間に形成
された気孔４は微細でかつ被膜中に均一に分布するのに
対し、比較例に示した従来の溶射材料である市販の安定
化ジルコニア粒末による溶射被膜は、第３図（ｂ）に示
すように粒サイズの大きい酸化物粒子５の間に、大きな
気孔４が介在している。
以上の実施例に示したように、本発明による酸化物系溶
射材料を用いて溶射した被膜が優れた特性を示す理由は
、以下の通りである。
射材料を用いて溶射した被膜が優れた特性を示す理由は
、以下の通りである。
爆発溶射法により本粉末を溶射した場合、溶射の熱が粉
末粒子の表層部を形成する高融点の酸化物微粒子に十分
に伝達されるので粉末粒子は比較的低い温度でも容易に
溶融するとともに、粉末粒子が被溶射材表面に到達する
迄に分散しながら十分溶融して被溶射材表面に衝突する
ので十分圧着される。このため溶射被膜中に個々の酸化
物粒子の間に形成される気孔は微細でかつ被膜中に均一
に分布するようになるので、緻密な被膜となる。
末粒子の表層部を形成する高融点の酸化物微粒子に十分
に伝達されるので粉末粒子は比較的低い温度でも容易に
溶融するとともに、粉末粒子が被溶射材表面に到達する
迄に分散しながら十分溶融して被溶射材表面に衝突する
ので十分圧着される。このため溶射被膜中に個々の酸化
物粒子の間に形成される気孔は微細でかつ被膜中に均一
に分布するようになるので、緻密な被膜となる。
本発明の構成によれば、酸化物系溶射材料の粉末粒子は
、高融点の酸化物微粒子からなる表層部とその内部に形
成された空洞とを有しているため、溶射時に酸化物微粒
子がよく溶融して、微粒子同志もよく結合し、被溶射材
表面にもよく圧着するので、気孔の少ない、非常に緻密
で強固な溶射被膜を形成することが出来る。
、高融点の酸化物微粒子からなる表層部とその内部に形
成された空洞とを有しているため、溶射時に酸化物微粒
子がよく溶融して、微粒子同志もよく結合し、被溶射材
表面にもよく圧着するので、気孔の少ない、非常に緻密
で強固な溶射被膜を形成することが出来る。
また、本発明の酸化物系溶射材料の粉末は外径の大きい
球状粒子のため流動性が優れ、粉末輸送管内で目すまり
を起すこともなく、また溶射ガン内部に付着、凝集する
こともないので、溶射ガン内部の付着物が未溶融のまま
被膜中に混入し欠陥となる恐れがない。
球状粒子のため流動性が優れ、粉末輸送管内で目すまり
を起すこともなく、また溶射ガン内部に付着、凝集する
こともないので、溶射ガン内部の付着物が未溶融のまま
被膜中に混入し欠陥となる恐れがない。
従って、溶射被膜が酸化物系溶射材料で形成された緻密
な被膜なので耐食性に優れた強固な溶射被膜を得ること
が出来、この被膜を製品に適用することにより、製品の
耐熱・耐摩耗・耐食性を著しく向上させることが可能と
なり、製品の寿命延長に大きく寄与する。
な被膜なので耐食性に優れた強固な溶射被膜を得ること
が出来、この被膜を製品に適用することにより、製品の
耐熱・耐摩耗・耐食性を著しく向上させることが可能と
なり、製品の寿命延長に大きく寄与する。
第１図は本発明になる酸化物系溶射材料の粉末粒子の構
造を示す断面図、第２図は本発明になる酸化物系溶射材
料の粉末の製造方法を説明する断面図である。 第３図（ａ）は２本発明による酸化物系溶射材料による
溶射被膜の断面の気孔発生状況を示す説明図であり、第
３図（ｂ）は、比較例の溶射材料による溶射被膜の断面
の気孔発生状況を示す説明図であるヮ ト・・微粒子、２・・・空洞。
造を示す断面図、第２図は本発明になる酸化物系溶射材
料の粉末の製造方法を説明する断面図である。 第３図（ａ）は２本発明による酸化物系溶射材料による
溶射被膜の断面の気孔発生状況を示す説明図であり、第
３図（ｂ）は、比較例の溶射材料による溶射被膜の断面
の気孔発生状況を示す説明図であるヮ ト・・微粒子、２・・・空洞。
Claims (3)
- （１）１μｍ以下の平均粒径からなる酸化物の微粒子を
結合して粉末粒子を形成し、該粉末粒子の中が空洞であ
ることを特徴とする酸化物系溶射材料。 - （２）前記酸化物がジルコニア、アルミナ、チタニア、
イットリア、マグネシア、カルシア、クロミアのうち少
なくとも１種からなることを特徴とする特許請求の範囲
第１項に記載の酸化物系溶射材料。 - （３）前記粉末粒子の空洞の直径が２００μｍ以下であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に
記載の酸化物系溶射材料。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62259042A JP2640234B2 (ja) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | 酸化物系溶射材料 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP62259042A JP2640234B2 (ja) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | 酸化物系溶射材料 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01104756A true JPH01104756A (ja) | 1989-04-21 |
| JP2640234B2 JP2640234B2 (ja) | 1997-08-13 |
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ID=17328527
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62259042A Expired - Fee Related JP2640234B2 (ja) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | 酸化物系溶射材料 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2640234B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012167301A (ja) * | 2011-02-10 | 2012-09-06 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 溶射粉及び溶射粉の製造方法 |
| WO2017213113A1 (ja) * | 2016-06-08 | 2017-12-14 | 三菱重工業株式会社 | 遮熱コーティング、タービン部材およびガスタービン |
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-
1987
- 1987-10-14 JP JP62259042A patent/JP2640234B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| JP2012167301A (ja) * | 2011-02-10 | 2012-09-06 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 溶射粉及び溶射粉の製造方法 |
| WO2017213113A1 (ja) * | 2016-06-08 | 2017-12-14 | 三菱重工業株式会社 | 遮熱コーティング、タービン部材およびガスタービン |
| JP2017218635A (ja) * | 2016-06-08 | 2017-12-14 | 三菱重工業株式会社 | 遮熱コーティング、タービン部材およびガスタービン |
| US10808308B2 (en) | 2016-06-08 | 2020-10-20 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Thermal barrier coating, turbine member, and gas turbine |
| US11946147B2 (en) | 2018-03-26 | 2024-04-02 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Thermal barrier coating, turbine member, gas turbine, and method for producing thermal barrier coating |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2640234B2 (ja) | 1997-08-13 |
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