JPH01119655A

JPH01119655A - 溶射材料

Info

Publication number: JPH01119655A
Application number: JP27506087A
Authority: JP
Inventors: Satoru Owada; 哲大和田; Takao Kurisu; 栗栖　孝雄
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1987-10-30
Filing date: 1987-10-30
Publication date: 1989-05-11

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】〈発明の目的〉産業上の利用分野本発明は溶射材料に係り、詳しくは、ガス溶射法あるい
はアーク溶射法における金属溶射材料に係る。

従　　来　　の　　技　　術金属、セラミックスあるいはプラスチック等を溶射材と
する溶射技術は各種構造体の防錆性、防食性、耐摩耗性
、潤滑性、美観性、耐熱性等の向上に幅広く利用されて
おり、今後とも益々用途拡大が予想されるものである。

また、溶射法としてはガス溶融式溶射法、アーク溶融式
溶用法、プラズマ溶融式溶射法あるいは線爆溶融式溶射
法等があり、それぞれの目的に応じて利用されている。

従来より上記の各溶射法に用いられている金属溶射材料
には、よく知られているように金属線あるいは微粒粉体
があるが、これまで次のような問題点が残されていた。

すなわち、微粒粉体状の金属溶射材料では、金属材料粉
体の混ぜ合わせにより、溶射材料の組成を種々変えるこ
とができ、幅広い成分設計をすることが可能であるので
、溶射皮膜もバラエティ−に富んだものが得られる。こ
のことは特に防錆性、防食性あるいは耐摩耗性付与等の
目的で溶射がなされる場合に望ましいことで有用性が大
である。しかしながら、微粒粉体状の溶射材料はその製
造コス］・がきわめて高く、結果的に溶射コストそのも
のが非常に高いものとなっている欠点があった。一方、
線状の金属溶射材料では、その製造コストは微粒粉体状
の溶射材料より安価になるが、製造過程において線引き
工程が入るため、溶射材料にできる金属の成分および組
成が加工性の高いものに限定され、線引きが困難あるい
は不可能で手に入らない場合が多いという問題があった
。このように線状の金属溶射材料を得られない場合には
コスト高になっても、その溶射目的から微粒粉体状の溶
射材料を使用しているのが現状である。

また、他の手段として、２種乃至３種以上の線材を用い
て同時に溶制し、所謂疑似合金層を形成させる方法もあ
るが、金属間の融点の斧、比重の差などの原因から、望
む成分組成の合金層を得るのが難しく、かつ得られた疑
似合金層も完全な合金層でないため、特性上も劣る問題
があった。

以上述べたように、現在の溶射技術では、溶射材料のコ
ストや成分に数多くの改善すべき点が残されていた。− 発明が解決しようとする問題点本発明はこれらの問題点の解決を目的とし、具体的には
、幅広い組成の溶射皮膜を低コストで得られる溶射材料
を提供することを目的とする。

〈発明の構成〉問題点を解決するための手段ならびにその作用本発明は、２種以上の金属若しくは合金からなる複ｗ４
構造の線状溶射材料であって、各金属層が溶け合った際
に所望の溶躬被覆閤組成を形成するよう各金ＷＡ層の組
成および厚さを調整してなることを特徴とする。

以下、図面によって本発明の手段たる構成ならびに作用
を説明すると、次の通りである。

第１図および第２図は本発明に係る２種類の胃なる金属
より構成される復調線材の縦断面図であり、第３図、第
４図および第５図は本発明に係る３種類の異なる金属よ
り構成される複層線材の縦断面図であり、第６図および
第７図はそれぞれ銅および亜鉛を使用した本発明実施例
の復調線材の縦断面図であり、第８図および第９図はそ
れぞれ鉄、クロームおよびニッケルを使用した本発明実
施例の？！岡綿線材縦断面図である。

本発明者等は溶射材料に求められる特性の基本に立ち寄
ってＩ２意検討し、実験を繰り返した結果、目標とする
溶射Ｉｍｇ成、成分比を考慮した２種以上の金属からな
る複層構造の線材状の溶射材料とすれば前記の問題点を
解決できることを見出した。

すなわち、本溶射材料は溶１Ｊｌｉを形成したい合金成
分のうちの一つの成分ｃ金ｍ）あるいは２つ以上の金属
成分（合金）の線材の周囲を、溶射層を形成したい他の
成分（単一金属成分あるいは２種以上の合金成分）で被
覆し、線状の溶射材として適正な径Ｃ太ざ１となるまで
加工し、溶躬装買がン部構造に適する形状とすることに
よって得られる。このような２１１以上の金属の複層構
造をもつ線材状金属溶射材料をアーク式、ガス式等の金
属溶射技術に適用することによって、これまで高コスト
となっていた合金系溶射がより安価に達成できることを
見出したものである。

以下に本発明による溶射材料の具体的な構成および形態
を説明する。

本発明の溶射材料は目的とする溶射層を形成する２種以
上の構成金属元素を用いて複層構造化させた線状の構造
を有するものである。第１図および第２図はともに目的
とする溶ｔＪ１層の構成金属が２種の場合の例を示した
もので、第１図では２種の異なる金ｌ１ｌＷａが１層ず
つから完成された溶射材料の構造を示し、また、第２図
では２種の異なる金属層がそれぞれ２ｍを成した溶用材
料の構造を示している。第１図のような溶射材料の構造
とするか、第２図のような構造とするかは溶射材料の製
造作業性、構成金属の特性および溶射材料として必要な
特性Ｃ例えば機械的特性、電気的特性など）により決定
されるものであり、本発明で特に限定をするものではな
い。

また、３種以１の異なる金属元素を用いて複層構造の材
料を製造する場合でも、各構成金属成分を線材の線径方
向に、ある決った順で複層化しても（第３図参照）、全
くランダムに複層化しても（第４図参照）、集中させて
各金属成分についてそれぞれ１種の金属謂のみとして複
層化させても（第５図参照）、いずれの方法によっても
良い。

次に、本発明による溶射材料を構成する金属は溶射の目
的に応じて決定され、合金溶射層の各構成金属の成分組
成、純度などは目的とする溶射層の特性から考慮、決定
される。例えば、アルミニウムや亜鉛などの金属の場合
には、ＪＩＳによってその成分、純度等の規定があり（
参考文献ＪＩＳ　Ｈ２１０２あるいはＪＴＳ　Ｈ２１０
７）、それに従った材料を用いれば良い。

更に、複層構造化の技術について説明する。

各構成金属成分の複層化は１種または２種以上の金属よ
りなる線材を、芯材として、その周囲に構成金属成分を
被覆する通常の技術を利用することによって達成される
。被覆技術は芯材となる線材金属および被覆される金属
の特性によって種々の技術が活用されるが、製造性を考
慮すれば、湿式めつき（溶融めっき、電気めっき、化学
めつき）、乾式めっき（メカニカルブレーティング）あ
るいはｐｖｏ、　ｃｖｏ等の蒸着法または接着剤を介し
た接着接合の技術が適当である。全ての金属あるいは合
金がこれらの技術のいずれも。

に適用可能とは限らないこと、また、製造コスト的に問
題の残る場合もあることはもちろん配慮されねばならな
い。また、芯材金属とそのヒの被覆材金属の構成順序等
も各々の被覆技術条件および必要あれば引き続いて行な
われる線材の加工処理の条件に合わせて適当な条件を決
めることが必要である。被覆復調化される芯材および被
覆材金属の線径、被覆厚さは目的とする溶ｇＦ１層の合
金成分比を考慮し、被覆処理後の複層構造、線材状溶射
材料としての厚さを勘案して決定される。なお、上記被
覆技術の内、接着剤による接着接合法において用いる接
着剤について述べると、接着剤としてはそれぞれ目的と
する溶射材料の構成金ＷＡ（合金）ごとに接着接合に適
する成分組成の接着剤を用いれば良いのであるが、アー
ク溶射の溶射材料として用いられる場合には、アークの
発生を阻害しないため、有機系、無機系に拘らず、導電
性の接着剤を用いる必要がある。具体的には、導電性高
分子を使用したもの、無機物配合有機系接着材、銀ベー
スト系接着材などがあるが、ニッケル系他のろう付は材
なども使用できる。また、湿式めっき法、乾式めっき法
、蒸着法については公知の技術がそのまま利用できる。

次に、本発明の複閾構造溶射材料の形状、寸法について
説明する。

本発明の線状金属溶射材料の線径によって溶射用熱源の
消費量、例えば、ガス溶射の場合であれば、Ｍ素−プロ
パンガスあるいは酸素−アセチレンガス、アーク溶射の
場合であれば、電力の必要量を左右する溶射材料の断面
積が決定されるが、これは溶射材料の搬送速度との関係
を考慮しながら、溶射装置の容陽、能力に応じて決定さ
れれば良い。但し、現状の溶射装置の容偕、能力を考え
ると、線状溶射材料の線径は０．５ｍ１以上１０　ｎｕ
ｎ以下とすることが望ましい。すなわち、線径が０．５
１Ｉｌｌ１未満では本発明の構造をもつ溶射材料の製造
性が悪くなるとともに、溶射作業の効率も低（なる。一
方、１０Ｍを越える線径では溶射材料の搬送機構の大巾
な能力改良を行なう必要があるとともに、溶射材料の断
面積が非常に大きくなるので、溶射熱源として必要なガ
スあるいは電力の量がきわめて多量となり、装置の面か
らも経済性の面からも適正と言えなくなる。

また、溶射材料の表面性状はできる限り清浄　　・・な
面とすることが望ましい。特に、アーク溶射用材料では
油脂分の付着や酸化物等の生成はアーク発生の不良化に
つながるので好ましくない。

これまで述べたように、本発明による線状の金属溶射材
料を使用することによって、従来、溶射材料とすること
が不可能であった組成の溶射材料が製造可能となるとと
もに、これまで線引きできず、製造コストの高い微粒粉
体の溶射材料しか手に入らなかったものが、より低コス
トで製造可能となるなど、従来の問題点を完全に解決で
きた。

実施例以下、本発明を実施例に基づき説明するが、これによっ
て本発明が限定されるものではない。

〈実施例１〉ＪｔＳ　Ｈ２１０２に規定される純度（Ａｔ上９９．８
５％）の線径Ｑ、５ｍのアルミ線材表面に既知の電気亜
鉛めっき法により重量比でＡｌＺｎ−１：１を目標とし
４５μ＋１（７）目付量でＩｎを被覆してＡ　ｉ　／Ｚ
ｎ複層線材を製作した。

次いで、　３１３　Ｓａ　３までブラスト処理された厚
さ３．２ｍｘ巾７（１ｍｉｘ長さ１５０ｍの形状の普通
鋼（３８４１１１Ｉ板上に、上記のＡｌ１Ｉｎ？Ｉｆｌ
Ｊ線材を溶ｗＪ材料とし、アーク溶射機を用い、溶射電
圧２０Ｖ、電流２００＾、吐出エアー圧６に＋１／ｃｆ
、Ｉｌｌ林道送速度１０１１１／ブルもな（、しかも、ｉ射条件に特別な調節をせずに３
８４１表面に重量比でＡ１５２％、Ｚｎ　４Ｂ％のほぼ
目標通りの組成の表面性状の良好な皮膜が得られた。

一方、従来技術による比較例として、ＪＩＳＨ２１０２
に規定される純度の市販の線径０．５ｍｍのアルミ線材
およびＪＩＳ　Ｈ　２１０７に規定される純度ｌＺｎ≧
９９，　９９５％）の市販の線径０．５ＩＩＩＩｎの亜
鉛線材を溶射材料とし、重−比でＡｌ：１ｎ−１：１の
組成の溶射層が得られるようアルミ線材の搬送速度と亜
鉛線材の搬送速度を調節し、アーク溶射機を用いて同時
溶射により溶射層を形成した。

溶射条件はアルミ溶射が溶射電圧２０Ｖ、電流２４０Ａ
、吐出エアー圧ＧｋｌＪ／ＣＩ’、線材搬送速度１０．
５ｍ．’分、亜鉛溶射が溶射電圧１６ｖ、電流１８０Ａ
、吐出エアー圧（３ｋｇ，’ｃｌ、線材搬送速度４ｍｔ
”分であった。

得られた溶射層の組成は重量比でＡ１４１％、１ｎ５９
％となり、設定目標値から大きくずれたものしか得られ
なかった。また、溶射層は粗い粒子であるアルミニウム
と細かな粒子である亜鉛の混じった清浄度の低い表面性
状のものであった。

また、上記比較例と同じ純度の素材よりなるアルミニウ
ム線材および亜鉛線材を用い、重量比でＡｌＺｎ−１：
１の組成の溶射層が得られるよう線径をアルミニウム１
．５ｍｍ，亜鉛１．２ｍｍとして同じ搬送速度で線径の
違いにより目標の合金組成を得るように調節し、アーク
溶射機を用いて同じ溶射により溶射層を形成した。溶射
条件はアルミ溶射が溶射電圧１８ｖ１電流２００Ａ、吐
出エアー圧ＧｋｌＪ，’ＣＩ２、線材搬送速度５１′分
、亜鉛溶射が溶ＩＧＪ電圧ｉｅｖ、Ｉｆ　ａ　１９０Ａ
、吐出エアー圧６ｋｌＪ・′ｉ、線材搬送速度５ｖ’分
であった。得られた溶射層の組成は重量比でＡ１５８％
、Ｉｎ　４２％となり、目標値から大きくずれたものし
か得られなかった。また、溶射層は先の比較例と同様、
粗い粒子であるアルミニウムと細かな粒子である亜鉛の
混じった清浄度の悪いものであった。

〈実施例２〉線径１．２ｍｍの銅線（純度９９．５％以上）に亜鉛（
ＪＩＳ　Ｈ　２１０７に規定される純度９’ｌＪ，９９
５％以上（最純亜鉛地金））を用いて、通常の溶融めっ
き法により、重石比でＣｕ：Ｚｎ−Ｇ：４を目標とし、
３００μｍの目付ｍで亜鉛を被覆してＺｎ１０１１複閾
線材を製作した。

次いで、実施例１と同様に、３１３　Ｓａ　３までプラ
スト処理された厚さ３．２ｍｍｘ巾７０關×長さ１５０
−の形状の普通ｍ（３８４１１ｔＪ４板上に上記のｌ　
ｎ　ｒ’　Ｃ　ｕ複層線材を溶射材料としてアーク溶射
機を用いて、溶射電圧２ＧＶ，電流３００Ａ　、吐出エ
フ　−　圧Ｇｋｇ　、’ａｉ’　。

線材搬送速度５．ＯＬ’分で溶射被覆処理を行なったと
ごろ、同らのトラブルもなく、しかも、溶射条件に特別
な調節をすることなしに、３３４１表面に重石比でＣｕ
　（１２％、Ｉｎ　３８％の組成の溶射層が良好な表面
性状を伴って得られた。

一方、従来技術による比較例として市販の線径１．２市
の銅線材（ＩＩ！度９９．５％以上）およびＪＩＳ　Ｈ
２１０７に規定される純度９９．９９５％以上の市販の
線径１，５ｍ１１１の亜鉛線材を溶射材料とし、重量比
でＣｕ　：　１ｎ＝Ｇ　：　４の組成の溶射層が得られ
るよう銅線材と亜鉛線材の搬送速度を調節し、アーク溶
射機を用いて同時溶射により溶射層を形成した。

溶射条件は銅溶射が溶射電圧２６Ｖ、電流３００Ａ、吐
出エアー圧Ｇ　ｌ（ｑ　、’　［）’、線材搬送速度４
．５０ｍ／分、亜鉛溶射が溶射電圧１（３Ｖ、電流１８
０Ａ、吐出エア−圧Ｇ　ｋｇ　、’　ＣＩ’、搬送速度
３，７５１／分であった。得られた溶射皮膜の組成は重
量比で０ｕ７０％％Ｚｎ　３０％と大きく、設定目標値
とかけ離れたものであった。

また、上記比較例と同じ純度の素材よりなる銅線材およ
び亜鉛線材を用い、重量比でＣｕ　：　Ｉｎ−Ｇ＝４の
組成の溶射調が得られるよう、線径を銅１．２１１１１
１１、亜鉛１．１關として、同じ搬送速度で線径の違い
により目標の合金組成を得るように調節し、アーク溶射
機を用いて同時溶射により溶射岡を形成した。溶射条件
は銅溶射が溶射電圧２ＧＶ、　電流３００Ａ　、吐出エ
アー圧６　ｋｌＪ　ｔ’　ＣＩ’　、線材搬送速度５．
０１７’分、亜鉛層ＩＪ１が溶ＩＦＩ！圧１６Ｖ、　電
１１９０Ａ、吐出エアー圧Ｇ　ｋ（ｉ　ｔ’　ｄ　、線
材搬送速度５．０ｍ・′分であった。得られた溶射皮膜
の組成は重量比でＣｕ　７２％、Ｉｎ　２８％と目標設
定値とかけ離れたものであった。

〈実施例３〉線径４．０１１１および３．０鴫の銅線（Ｃｕ純度９９
．５％以上）にニッケルめっきおよび銅めっきにより重
量比でＣｕ：Ｎ１＝７：３となるように、第６図および
第７図に示すようなＮ　ｉ　／Ｃｕ　７１層線材を製作
した。

すなわち、第６図は線径４．Ｏｍの銅線６のまね。

りにニッケル闘７を１ｍのみ３９０μ蒙の厚み（日付１
４０（ｌＩ’ｄｌ’ｌの被覆した複層線材である。また
、第７図は線径３．Ｏｎの銅線６のまわりに３００μ鴎
の厚み（目付＠２９Ｑｚ’ｄ　Ｉｆ’　１で第１のニッ
ケル隔１を被覆し、その上に、第２図の胴着８を既知の
銅めっき技術により５０μ霧の厚さ（目付１４．５ｇｚ
’ｄｍ２）で形成させ、さらに最上目として第２のニッ
ケル調９を１５μｍの厚さ（目付１１．５（ｌｚ’ｄ　
ｍ”　）で被覆して製作した複胸線材である。

次いで、実施例１と同様に８１８　Ｓａ　３までブラス
ト処理された厚さ３．２１１１１１１Ｘ巾７０ｍｍｘ長
さ１５０ｍの形状の普通１１４（８Ｓ４１）＠板上に上
記のＮｉｆ’ｃｌｌ複詞線材を溶射材料として、ガス溶
線式溶射機を用いて、第６図に図示の線材に対しては燃
焼ガスとしてアセチレン＋酸素をガス圧力、アセチレン
１．５ｋｌＪ、’ＣＩ’、酸素３．２ｋｑ、’ＣＩ’、
吐出エアー圧力５．５ｋｌＪｌ’Ｑｌ’の溶射条件で、
また、第７図に図示の線材に対しては燃焼ガスとしてア
セチレン＋酸素をガス圧力、アセチレン１．１ｋｌＪ、
’（１、酸素２．５ｋ（Ｊ、’ＣＩ”、吐出エアー圧力
５．０ｋｇ／Ｉｌｌ’の溶射条件で、それぞれ′；ｆＪ
射被覆処理を行なった。その結果、２種の線材とともに
本発明の線材は何のトラブルもなく、ガス溶線式溶射作
業が行なえるとともに、得られる溶射謂の組成は第６図
の場合、線材を用いた場合では、はぼ設定目標通りの０
ｕ６９％、Ｎｉ　３１％のものが得られ、また、第７図
の線材を用いた場合では、ＯＬｌ　６８％、Ｎ１３２％
のものが表面性状よく得られた。

〈実施例４〉線径１．０＠の鉄線（Ｆｅ純度９９．０％以上）にクロ
ムおよびニッケルを既知の電気めっき法により、重量比
でＣｒ：Ｎｉ　：Ｆｅ−１’８：９ニア３となるように
第８図および第９図に示すようなＣｒｌ’Ｎｉ／Ｆｅ複
隔線材を製作した。

すなわち、第８図は線径１．Ｏｍの鉄線１０のまわりに
クロム！１１１１を３３μ−の厚みＣ日付ｆｆ１２，３
Ｑ、’ｄｌ１２）で被覆し、さらにその上に、ニッケル
８１１２を４９μｍ（目付量４．５ｇ／ｄ　ｌｌ”　）
の厚さで形成させ、最上岡とする構造で製作した被覆線
材である。

また、第９図は線径１．Ｏｎｎの鉄線１０のまわりに第
１のクロム＠ｌｌヲ１７μｍ＋７）厚み（目付１１．３
ｇ／ｄｌｌ’ｌで被覆し、その上に第１のニッケルｌ！
１１２を３４μｍ（目付１３．ｊｇｌ’ｄｍ’）で被覆
し、その上に第２のクロムｌ９１３を１４μｍ（目付１
１．　Ｏｇ／ｄ　ｌＩ２１で被覆し、さらにその上に、
最上−として第２のニッケル＠１４を１５μｌ（目付！
１１４臘′ｄｌ！＋２）被覆して製作した複ｓｉ材であ
る。

実施例１と同様に８１３　Ｓａ　３までブラスト処理さ
れた厚さ３．２１１１＋１１Ｘ巾１０ＩＩＩＩＩｌｘ長
す１５０ｍノ形状ノ普通［４（３８４１）鋼板上に、上
記のＯｒ／Ｎｉｚ’Ｆｅ複隔線材を溶射材料としてアー
ク溶１’ｊ機を用いて、第８図および第９図に図示した
２種の構造の線材とともに溶射電圧２８Ｖ、電流３６０
Ａ、吐出エアー圧６ｋｌＪ＋’［）ＩＩ’、線材搬送速
度３．０１分の条件で被覆処理した。その結果、得られ
た溶ＩＪ’ＪＩＩの組成は重量比でＣ「１９％、旧１０
％、Ｆｅ　７１呪とほぼ目標通りで、また、その表面性
状はＳＵＳ　３０４ステンレス鋼線材の溶！’Ｊｍｌと
同じものであった。

〈発明の効果〉以上説明したように、本発明は、２種以上の金属若しく
は合金からなる？１層構造の線状溶射材料であって、合
金ａｍが溶け合った際に所望の溶射被覆層組成を形成す
るよう各金属層の組成および厚さを調整してなることを
特徴とし、本発明による復調線材を用いることによって
、従来、線材の溶射材料を用いては得ることのできなか
ったあるいは目標通りの成分組成が得られなかった複合
組成系の溶射被覆層を特別な溶射装置あるいは溶射条件
の調節を実施することなく得られるので、溶射処理技術
分野での有用性は極めて大きい。

また、この技術により、従来は溶射処理不可能であった
組成系の対応が可能となり、耐食、耐熱、耐摩耗他金属
表面加工産業の分野での用途拡大に多大の寄与ができる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明に係る２種類の異なる金属
より構成される復調線材の縦断面図、第３図、第４図お
よび第５図は本発明に係る３１ｉ類の異なる金属より構
成される複層線材の縦断面図、第６図および第７図はそ
れぞれ銅および亜鉛を使用した本発明実施例の複ａｍ材
の縦断面図、第８図および第９図はそれぞれ鉄、クロー
ムおよびニッケルを使用した本発明実施例の複層線材の
縦断面図である。符号１．２．３．４．５・・・・・・金属層（３，８・
・・・・・銅＠　　　　　７．９・・・・・・ニッケル
閾１０・・・・・・鉄層　　　　　１１．１３・・・・
・・クロム層１２．１４・・・・・・ニッケル■

Claims

【特許請求の範囲】

２種以上の金属若しくは合金からなる複層構造の線状溶
射材料であって、各金属層が溶け合つた際に所望の溶射
被覆層組成を形成するよう各金属層の組成および厚さを
調整してなることを特徴とする溶射材料。