JPH01111857A

JPH01111857A - 溶射用セラミック組成物

Info

Publication number: JPH01111857A
Application number: JP62269251A
Authority: JP
Inventors: Seiji Hanagiri; 誠司花桐; Akira Tsuyuki; 露木　明; Kazunori Sakata; 一則坂田; Hiroaki Urabe; 占部　博昭; Masahiro Tamamaki; 玉巻　雅弘; Soichi Fujii; 藤井　莊一; Masaru Nozaki; 勝野崎
Original assignee: FUJIKI KOSAN KK; NIPPON KENMAZAI KOGYO KK; Japan Abrasive Co Ltd; Nippon Steel Corp
Current assignee: FUJIKI KOSAN KK; NIPPON KENMAZAI KOGYO KK; Japan Abrasive Co Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 1987-10-27
Filing date: 1987-10-27
Publication date: 1989-04-28

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。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、特に高温雰囲気（５００〜１４００℃）に於
いて、潤滑性、耐摩耗性及び金属との耐反応性を要求さ
れる機械部品の表面にその様な機能を付与するため被覆
される溶射被膜に関する溶射用セラミック組成物に係り
、例えば、熟想理炉内に配設され、鋼板を焼鈍し、搬送
するためのロール（以下ハースロールという）に適用す
る場合、酸化鉄のビルドアップ防止効果があり、ハース
ロール基体との密着性に優れ、剥離することなく、かつ
耐摩耗性、高温強度にも優れた被膜を形成する溶射用セ
ラミック組成物に関するものである。

従来の技術例えば熱処理炉内に配設されるハースロールは、　６０
０〜１３００℃の酸化性または還元性雰囲気温度で長時
間連続して被熱処理材を焼鈍し、搬送させるためにその
表面は摩耗を受けたり、また被熱処理材の付着酸化物や
鉄粉がロール表面に凝着、堆積していわゆるビルドアッ
プを形成したりしている。

このような摩耗やビルドアップによる凹凸がハースロー
ル上に発生すると被熱処理材である鋼板が搬送される間
に疵付けられて、品質の低下の原因となっている。この
ような鋼板の品質低下を防止するために、定期的に操業
を中断して熱処理炉内を冷却した後、作業者が炉内に入
ってハースロールの表面を研削手入れをしたり、ロール
そのものを取り替えたすしている。

このため、従来からハースロール材質の高クロ　　　′
ム、高ニツケル含有の耐熱合金を改良したり、あるいは
特公昭５７−２９５４９号公報に２佐されているように
、ロール表面にジルコニアやアルミナ等のセラミックス
を溶射被覆したりしていた。

しかしながら、耐熱合金の改良でも酸化鉄粉の凝着堆積
に起因するビルドアップの発生防止には効果が薄く、ま
たジルコニア、アルミナ単味の溶射被膜は高温雰囲気中
で使用されると、被覆層内の粒子間強度が劣化して被膜
自体の剥離が生成するという欠点からビルドアップ防止
において十分に満足し得るものになっていない。

本発明者等は２ｒ０２−　Ｙ　２０３系ロール材質とＭ
　、０３−Ｃｒ２Ｏ３系ロール材質が高温強度に優れ、
ビルドアップ防止に効果のあることをそれぞれ特開昭６
１−１２４５３４号公報と特開昭８２−３７３１４号公
報で先に開示した。さらに本発明者等は、特願昭８１−
２８０２７では、窒化硼素（以下ＢＮとする）よりなる
被覆が、ビルドアップ防止に対して著しい効果のあるこ
とを提示した。

発明が解決しようとする問題点本発明者等は、これらを−歩進めて酸化性又は還元性雰
囲気中で使用されるハースロールに適用すべきロール被
膜材料を研究検討した結果、さらにビルドアップ防止効
果があり、ハースロール基体との密着性に優れた被膜材
を見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は酸化性または還元性雰囲気中に配設
されて使用するに際して、優れた高温耐摩耗性とビルド
アップ防止効果があり、たとえばハースロール基体との
密着性に優れ、剥離することなく、かつ高温強度にも優
れた被膜層をロール表面に形成したハースロールを製造
しうる溶射用セラミック組成物を提供することを目的と
するものである。

問題点を解決するための手段本発明は、ＢＮを５〜５０ｖｏｌ．％含み、残部が酸化
物系セラミックスよりなる組成物で、たとえばその溶射
被覆を有する高温耐摩耗性とビルドアップ防止に優れた
焼鈍炉の高温鋼材用搬送ロールを提供しうるものである
。

以下にハースロール被覆を例にとり、本発明について詳
細に述べる。

例えば、耐熱鋳鋼よりなる基体にＢＮを５〜５０ｖｏｌ
．％含み、残部が酸化物系セラミックスよりなる原料を
溶射法で形成することができる。

本発明において、被着原料にＢＮを用いたのは、ＢＮが
黒鉛と同じような結晶構造を有するため、固体潤滑材と
しての効果があり１例えばハースロールとして用いた場
合、鋼板とロール間の熱間摩擦力が小さくなることによ
って、鋼板からのビルドアップを防止できるためである
。しかしながら、ＢＮ単体のみの被膜では、例えば横型
焼鈍炉のように縦型焼鈍炉に比べて鋼板とロール間のス
リップが起こり易い場合では、通板中の鋼板を安定して
保持することが難しく、鋼板の蛇行の原因となる恐れが
ある。またＢＮ単体被膜では、ビルドアップ防止は効果
のあるものの、１年季以上の長期間使用すると固体潤滑
材という特性よりロールクラウン部のような力の加わる
領域では局所的に摩耗を受けるといった問題も生じてく
る。

そこで、本発明者等はＢＮがセラミックスの中でも耐食
性、耐反応性に優れ、かつ融点が約３０００℃と高く、
耐熱性に優れる上に熱伝導率が大きいという特性を活か
す目的から、Ｍ、０３．　ＺｊＱ２、Ｃｒ２Ｏ３あるい
は、Ｚｒ０２−Ｙ２Ｏ２系、ＡＱ２０３−Ｃ，、Ｏ。

系の如き高強度、高硬度を有する酸化物系、セラミック
スとの複合化によって、１０００℃程度の急熱、急冷を
繰り返しても、耐摩耗性に優れ、かつ潤滑性に富み、よ
り一層の耐ビルドアツプ性が期待できるものである。

ここで、酸化物系セラミックスの役目は、溶射被膜組織
内で３次元的に連続する骨格を形成する。

ことであり、酸化物セラミックス粒子間の隙間にＢＮが
存在することによって本発明被膜の特性が発揮される。

したがって、使用する酸化物系セラミックスは高強度、
高硬度であるＡｌ１２０３−Ｚｒ０２−Ｃｒ２０３　、
　ＡＱ７０３−Ｚｒ０２−Ｃｒ２０３Ｙ２０３系等の３
元系、４元系でも十分な効果を示す。

本発明における各種酸化物系セラミックスに対するＢＨ
の配合量は、５−５０マｏ１％となるようにする必要が
ある。前記ＢＮ粉末の配合量が５マｏ１％未満のときは
、ＢＮ本来の特性が薄れ、ビルドアップ発生に対してよ
り効果的な防止にならない、−力量合量が５０マＯ１％
を超えた場合は、酸化物系セラミックスの３次元的なつ
ながりが中断され、被膜組織内の骨格としての役目を果
たすことができず、鋼板に対する摩擦力の低下、すなわ
ちロールとのスリップの原因となる。従って、ＢＮの含
有率は５〜５０マＯ１％の範囲とすることによって、耐
ビルドアップ性を付与するに充分な化学的不活性を示し
、かつ長期にわたって耐摩耗性と適度な潤滑性を保持す
ることが可能となる。

尚、溶射被膜のポンドコート層のメタル成分は、ＣｏＣ
ｒＭＹ系、Ｎ１ＣｒＡｉＹ系の耐熱合金の他、Ｎｉ−０
ｒ合金等を使用することによって耐剥離性の向上を図る
ことができる。また、施工方法については、通常のガス
プラズマ法、水プラズマ法、エアープラズマ法の他、減
圧プラズマ法、爆発溶射法でもかまわない。

以下、実施例を挙げ、ＢＮを５〜５０マＯ１％含み、残
部が酸化物系セラミックスよりなる被覆について詳細に
説明する。

実施例１実験に用いた試験装置を第１図及び第２図に示す、　５
ＣＨ２２（２５Ｇｒ−２ＯＮｉ−０，４Ｃ）を素材とし
た半径３５薦膳の半月形加圧ロール６を製作し、第１表
に示す溶射を行った２枚の各溶射試料４．４′上を往復
摺動させ、ビルドアップ発生を再現できるような評価装
置を用いた。２枚の溶射試料４．４′は３０會■Ｘ５０
ｍｍＸ５ｍｌサイズのＳＵＳ製基板基板面溶射したちの
４と、片面溶射したもの４°を用い、半月形加圧ロール
６と２枚の試料４．４°の間にはビルドアップ原料５　
（Ｆｅ３０４等の酸化鉄粉）を散布し、トレイ３中に収
容する。これらの装置は、つぼ型電気炉２の中に配置さ
れ、Ｎ２−５％Ｈ２の還元雰囲気中で８５０℃の一定温
度で４時間加圧ロール６を往復運動させ、ビルドアップ
の発生を起こさせる。

尚、図中１は雰囲気ガス導入管、７は加圧ロッド、８は
加重材料、９はカウンターバランス、１０はシール板、
１１は減速機である。

以上の再現試験において、第２図の如く、半月第２表　
　耐ビルドアツプ性指数形ロール６と直接接触する面をＡ面、その裏側の面をＢ
面、そしてＢ面と向い合う面を０面とし、試験後のビル
ドアップ発生状況を第２表に示すような耐ビルドアツプ
性指数を用いて、それぞれの評価点を合計した値で比較
した。また、ビルドアップ源であるＦｅ、Ｏ，の付着面
積率の平均値をもって溶射試料の耐ビルドアツプ性を評
価した。

耐ビルドアツプ性試験結果を第３表に示す。第１表に示
す本発明品（■〜■、０〜［相］）は、比較材（■〜■
、■、（Φ、０）に比べて、耐ビルドアツプ性指数も高
く、Ｆｅ３Ｏ４粉の付着面積率も小さいことから優れた
耐ビルドアツプ性を示すことがわかった。

ＢＮ添加量に関しては、３マＯ１％（比較材４．６）で
はビルドアップ防止に対する効果は薄く、少なくとも５
マロ１％以上は被膜内に含有しなければならない、一方
、ＢＮ添加量を増加しすぎると（比較材５．７）、酸化
物セラミック粒子間の結合力が弱くなり、耐摩耗性にや
や劣ることより、５０マＯ１％を越えた場合、高耐用性
は望めない、耐摩耗性に関しては後述の実施例で示す。

また、本発明被膜内で骨材としての役割を果たす酸化物
系セラミック粒子は、実施例１に示すＡｌ１２０３−Ｃ
ｒ２０３固溶体粉末やＺｒＯ２−８％Ｙ、０３の他、Ｍ
２Ｏ３−Ｚｒ０２−Ｃｒ２Ｏ３系、Ｚｒ０２−Ｃｒ２Ｏ
３系。

Ａ１２０３−Ｚｒ０２−　Ｙ２Ｏ３−Ｃｒ２Ｏ３系等の
２元系、３元系の材料に関しても同様の結果を得ており
、所定量のＢＮ添加により優れた耐ビルドアツプ性を示
すことを確認している。

尚、溶射試料のポンドコートはいずれもＣａＣｒＡＱＹ
系を使用し、Ａｒ−Ｈ２系ガスを用いてプラズマ溶射施
工を行った。

（以下余白）実施例２本発明ＢＮ添加複合セラミック溶射被膜の耐摩耗性を調
べるために、下記の実験を行った。

第３図に示す如＜　５ＵＳ３１０Ｓを素材とし、直径１
２０■、胴長１００■冒のテストロールを作製し、その
表面に第４表に示す種々の材質を０．３〜０．５■■厚
さに溶射被覆した。これを発熱体１３による１０００℃
の加熱下、８５％Ｎ２−５％■２還元雰囲気中で７５×
５００Ｘ　１０　（＋ｓ■）のＳＳ４１鋼板！４と端部
支点１５による自重荷重で回転接触させ、高温耐摩耗性
を調査した。

各溶射ロールの摩耗深さ（ＩＬｍ）及び摩耗減量（ｍｇ
）は、触針式粗度計と直示天秤で測定し、その結果を第
４表及び第４図（１）〜（５）に示す。

ＢＮを５５マＯ１％及び７０マｏ１％含有した比較材に
比べ、本発明品（■〜■）は極めて耐摩耗性に優れてい
る。これはＢＮ添加量が５０マｏ１％を越えた場合、酸
化物系セラミック粒子のつながりが少なくなり１粒子間
の結合力が低下するものと推定される。

実施例３本発明ＢＮ添加複合セラミック溶射被膜の耐剥離性を調
べるために、下記の熱衝撃試験を行った。

供試試料は５Ｏ５３０４で形状は５ＱＸ３０Ｘ５層■で
あり、この大村上のＣＯ基合金を０．１■ｌ厚に溶射し
、その上にサーメット（５０％ＣＯ基合金＋５０％最上
層材料）を０．１５ｍ腸厚に溶射し、最−Ｌ層として本
発明材料及び比較材料を厚さ０．１５１層となるよう溶
射した。

各試料を１０００℃×３０分間加熱して水中投下する熱
衝撃試験を行った。各溶射試料と試験結果を第５表に示
した。

上述第５表の結果から、ＢＮ添加量が５０マＯ１％を越
えると耐摩耗性試験結果と同様、被膜組織が劣化し易く
、耐剥離性が劣ることが分った。故にＢＮＮ添加量上限
５０マｏ１％までが被膜強度の点からは望ましいといえ
る。

（以下余白）発明の効果上記実施例にも示す如く、本発明のＢＮ添加溶射用セラ
ミック組成物は高温耐庁耗性及び耐ビルドアツプ性に著
しく優れ、かつ金属基体との密着性に優れ、′Ａ離する
ことなく、高温強度にも優れており、機械設備部材１部
品寿命延長に太きく貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はピルドア−２プ試験評価装置及び方法
の説明図、第３図は耐摩耗性の評価試験装置の概略を示
す説明図、第４図（１）　、　（２）　、　（３）、（
４）　、　（５）は耐摩耗性評価試験後の各溶射試料の
摩耗量を示す図である。４．４゛−拳・溶射試料、５φ・拳ビルドアップ原料、
６１１−−加圧ロール、１２・・・溶射テストロール、
１４拳・・接触用鋼板。

Claims

【特許請求の範囲】

窒化硼素を５〜５０ｖｏｌ．％含み、残部がＡｌ＿２Ｏ
＿３、ＺｒＯ＿２、Ｃｒ＿２Ｏ＿３、Ｙ＿２Ｏ＿３より
選ばれた酸化物系セラミックスの１種又は２種以上より
構成されることを特徴とする溶射用セラミック組成物。