JPH01287263A - Thermal spraying powder combined with metal powder and ceramic powder for intermediate layer between metal and ceramic and its production - Google Patents
Thermal spraying powder combined with metal powder and ceramic powder for intermediate layer between metal and ceramic and its productionInfo
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Abstract
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は、金属とセラミックスとの複合球形粉体に関し
、特に、母材金属にセラミックス等の被覆に際し、当該
界面における接合性の向上あるいは熱応力緩和を図る中
間層形成用の金属粉体とセラミックス粉体の複合化溶射
粉体及びその製造法に関する。
〔従来技術及び発肋が解決しようとする課題〕従来から
金属材料にセラミックスを被覆することによって、その
母材となる金属材料が有する延性あるいは靭性等の特性
に断熱性、耐熱性、耐摩耗性および耐食性等を付加し、
機械的に優れた複合材料を作成する試みが各方面で注目
され、種々の接合体及び溶射方法が開発されている。
中でもセラミックスの溶射法にみられる従来の表面被覆
法は、単に機械的な噛合いであったり、その接合面で反
応層を形成するにしても材料の特性を十分に配慮してい
ないため、その組み合わせによっては熱膨張係数の差が
大きく、境界面に熱的応力歪が発生し、本質的な接合性
の解決法にはならなかった。
そこで母材金属と被覆セラミックスとの接合強度の向上
を図るために、金属材料と被覆セラミックスとの間に酸
化物と前記金属主成分粉末を混合した複合体である中間
層を介在させることにより、前記欠点を解決する方法が
考案された(例えば特開昭62−222052)。この
方法では、前記金属材料と中間層との界面では、前記金
属と中間層中に存する同種金属の合体により、あるいは
接合させる金属と中間層中に存する金属が異種である場
合には、界面に強度を考慮した金属間化合物を形成させ
ることにより接合させ、一方前記中間層と被覆セラミッ
クス材との界面では反応層及び投錨効果により接合強度
の大きい中間層の組成が選択されている。
このような接合強度の向上に寄与する当該中間層を形成
するための溶射処理方法をみると、母材金属表面に二種
以上の混合粉体を溶射ノズル先端に混合しながら供給す
る混合溶射法と、中間層を形成する複数の溶射粉体を個
別に溶射ノズル先端に供給する個別溶射法がある。
しかし、前者の場合には供給源における混合粉体の比重
差や粒径差などにより偏析を生しやずく、又、後者にあ
っては粉体の材質や粒度、形状等による流動度の相違(
特に、セラミックス粉体単独では流動性が極端に悪い)
より溶射供給ノズルへの所望の配合比を確保できず、定
量的な前記複合中間層を形成することが出来なかった。
そこで、本発明は、このような欠点を解決するため、金
属粉体にセラミックス粉体を機械的衝撃手段により固定
化及び球体化し、その際に両粉体界面に拡散層を形成す
ることにより複合粉体の成分を所定の配合比に確保した
流動性に優れた中間層形成用複合化溶射粉体及びその製
造法を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段及び作用〕上記目的を達成
するために、前記中間層を形成する複数の溶射粉体の供
給源における偏析、あるいは各々の粉体の流動性の相異
による配合比の変動を除去するために、あらかじめ、中
間層を構成する所定量比の所定成分の粉体を選択し、形
状にこだわらない(以下「不定湿粉」という)主成分金
属粉体の表面にセラミックス微細粒子を付着させ、当該
付着複合粉体に多数の衝撃ピンを有する回転盤等で連続
して打撃作用を与えることにより(以下「機械的衝撃手
段という」例えば特開昭62−221434) 、球体
化すると同時に主成分金属粉体にセラミックス粉体を固
定化し、金属粉体とセラミックス粉体の界面に拡散層を
形成した複合球形粉体及びその製造法を提供するもので
ある。あるいは又、予め球形化した主成分金属表面に前
記と同様に所定量比のセラミックス粉体を付着させた後
、機械的衝撃手段により主成分金属粉体にセラミックス
粉体を固定化し拡散層を形成した複合粉体及びその製造
法を提供するものである。
〔作用〕
上記のように構成された複合球形粉体によれば、母材金
属と異種被覆材との接合性の向上や熱応力緩和を企図す
る種々採択された主成分金属粉体とセラミックス粉体に
よる複合体の所望の配合比を確保することが出来る。こ
れは母材金属の主成分粉体に被覆材の微細粉体を予め所
定量比に固定化し、拡散層を形成することにより単なる
混合粉体の場合に生じやすい分離や偏析あるいは、個別
粉体の流動性の相異による配合比の変動が解消されるこ
とを利用している。
又、該複合化溶射粉体は主成分金属粉体にセラミックス
粉体を付着させた複合粉体を機械的衝撃手段により、該
複合粉体個々の表面に衝撃、打撃作用を与え、強制的に
固定化するいわゆる乾式方法により製造できる。
更に、当該粉体の拡散層は、前記複合粉体が分離あるい
は、剥離を防止し強固に接合されているため、溶射処理
された中間層としての接合性にも寄与し、所望の中間層
が提供できる。
又、不定形粉体を母材金属主成分粉体に選択することに
より、成分の配合比を自由に選択できるとともに従来の
個別に行われてきた球体化工程と固定化工程を同時に行
うことにより、安価で接合強度及び流動性に優れた中間
層形成用複合化溶射粉体及びその製造法を提供すること
ができる。
〔実施例〕
以下、本発明による金属粉体とセラミックス粉体の複合
球形粉体及びその製造法を詳細に説明する。
本発明による粉体は、母材となる金属材料を主成分とし
た金属粉体に酸化物粉あるいは被覆セラミックス主成分
粉末を固定化した中間層形成用複合化溶射粉体てあり、
該粉体を用いて金属材料表面に溶射する事によって均一
な中間層を形成し、この界面(母材金属/中間層)では
、前記中間層中に存する同種金属同士の合体により、あ
るいは異種金属間の場合には金属間化合物を形成する事
によって合体される。
更に、該中間層(溶射下地)が溶射された金属材料上に
被覆セラミックス粉を溶射し、複合化中間層/被覆セラ
ミックスの界面では化学反応層の生成及び投錨効果を用
いる事によって接合性のよい金属のセラミックス被覆体
を形成するものである。母材となる金属材料は特に限定
しないが、例えば鉄系材料(SIIS、耐熱鋼等)、非
鉄系材料(A+金合金Cu合金等)、耐熱性金属材料で
あり、所定の機能を有する様に溶射下地処理される複合
化中間層は、例えば母材金属の主成分金属(A1合金)
にイツ) IJア(Y2031〜20Mo1%)単独若
しくは、イツ) IJアと被覆用セラミックス成分の一
部を添加したもの、あるいは母材金属の主成分に低級酸
化物を添加したもの(この場合は非鉄系材料を含まない
)、あるいは活性金属(Ti、 Nb、 At、 Cu
等)にイツトリア単独もしくはイツトリアとセラミック
ス成分の一部を添加したものから、母材金属及び被覆セ
ラミックスを考慮して選択され、前記加工処理をした表
面に所定条件で溶射する。
この様に選択された中間層用の複合化溶射粉体を製造す
るには、例えば、次の2つの方法がある。
(1)主成分金属粉体として不定湿粉を用い、その表面
にセラミックス粉体を付着させた複合化粉を作り、機械
的衝撃手段により、該複合粉体を球体化すると同時に、
金属粉体の表面や内部にセラミックス粉体を固定化させ
て、当該界面に拡散層を形成した複合化溶射粉体を製造
する方法と
(2)主成分金属粉体として球体化粒子を用い、その表
面にセラミックス粉体を付着させた複合化粉を作り、機
械的衝撃手段により主成分金属表面にセラミックス粉を
固定化させて当該界面に拡散層を形成した複合化溶射粉
体を製造する方法
との2つの方法がある。図1は上記の製造方法を示す概
念図である。不定湿粉を用いる場合は、球湿粉に比べそ
の表面積が大きいのでセラミックス粉の配合比の幅を広
げることができる。図2は、本発明の複合化粉体を製造
するための機械的衝撃手段の一実施例を示すものであり
、衝撃打撃手段を有する装置(以下「粉体衝撃装置」と
いう)である。該粉体衝撃装置は、1ケーシング、2ス
テーター、3はケーシング1内にあって高速回転する回
転盤、4は回転盤3の外周に放射状に周設された複数の
衝撃ピン(ブレード)、5は一端がステーク−2の内壁
の一部に開口し、他端が回転盤3の中心部付近に開口し
て閉回路を形成する循環回路、6は原料投入口、7はス
テーターの一部を切り欠いて設けた処理粉体排出用の開
閉弁で構成されている。
運転は回分運転であり、混合機等で主成分金属粉体表面
に所定の配合比量のセラミックス粉体を付着させた複合
粉体は、投入口6より機内に投入され、高″速で回転す
る回転盤3の作用により分散されながら、回転盤外周方
向に運ばれ、衝撃ピン4やステーター2により衝撃作用
を受け、さらに外周部より循環回路5を通り、再び機内
に投入され、同じ作用をくり返し受けることにより短時
間で均一な固定化及び球体化が行われ、排出ロアを開は
処理品を回収する。このような衝撃打撃手段を有する粉
体処理装置を用いることにより主成分金属にセラミック
ス粉体を強固に固定化し、当該固定化された複合粉体が
球体化される。当該複合球形粉体は、固定化及び球体化
に際し、衝撃力により、主成分金属界面においてセラミ
ックス粉体の拡散層を形成する。当該拡散層は、個別の
複合体を一体化するものであり、溶射処理に際し、分離
あるいは剥離を防止するものであり、更に溶射後の中間
層の接合性向上に寄与するものである。
以下、本粉体処理装置を用いて製造した中間層形成用複
合化溶射粉体の実施例を表1に示しさらに説肋する。
表1には複合化溶射粉体の組成、および製造するための
運転処理条件、さらに製品の流動性を表す1つの指標で
ある流動度(JIS Z 2502「金属粉の流動度試
験法」)を示す。流動度は一定量の粉体をオリフィスか
ら流出するのに要する時間を示す。従って、流動度の小
さい方が流動性がよい。非常に流動性の悪い場合はオリ
フィスから流出しないので測定ができない場合がある。
また流動度は物質の比重に依存することが大きいので異
種物質間での比較は困難であるが、複合球体化処理によ
り、単独では流動しえない物質も流動性を維持てきる。
なお、Δ1合金、SUS及びCuの不定形品の流動度は
それぞれ測定不能、36.37てあり、これらの金属粉
末を球形化した球形粉体の流動度は、それぞれ58.1
4.16てあり、表1に示す本件複合球形粉体の流動度
とほぼ同一の値を示す。これは、前記したように単独で
は流動しないセラミックス粉体を複合球形化することに
よって、単独の金属粉体の流動度まで向上したことを示
す。
第3図〜第9図は本発明の実施例による複合粉体の写真
図である。
〔実施例1〕
以下、主成分金属の表面積を拡大してセラミックスの量
比を制御し易くした複合粉体の実施例である。
この場合は不定形主成分金属粉に直接、適量のセラミッ
クス粉体を混合した後、機械的衝撃手段により球形化と
複合化を同時に行い、工程の」二でも省力化される。
表1のT−1に主成分金属として平均粒形39μmの不
定形A1合金粉体と、セラミ7クスとして平均粒形35
μm¥203粉体を5 mol%混合して処理したもの
で、この複合粉体の流動度は56であった。前記同様流
動性にすぐれている事がわかる。
第3図(a’)、 (a)、 (b)は原料として用い
た不定形A1合金粉のSEM像である。複合化した粉体
断面の走査電顕(SEM)像および断面のX線マイクロ
アナライサー(EPMA)によるSEM像およびX線像
を第3図((C) )に示される。図にみられるように
¥203は球湿粉内部に巻き込まれて固定化されている
。A1合金粉とY2O3粉の界面には拡散層が生成し強
固に接合している。
A1合金丸棒状に当該複合粉体を下地溶射し、更にPS
Z粉体を溶射して接合強度を測定したところ、4kg/
mm2以」二の引っ張り強度が得られ、破断は主として
接着剤と282表面との間で生じた。A1合金粉とY2
O3粉を単に混合したものより溶射性および流動性(J
IS Z 2502)ともに優れていることが判明した
。
〔実施例2〕
表1のT−2に主成分金属として平均粒径39μmの不
定形A1合金粉と、セラミックスとして平均粒形19μ
mのZrCh と平均粒径3.5μmY203粉体を5
mol%混合して処理したもので、この複合粉体の流
動度は54であった。
第4図(a)および(b)に複合球形粉体の外見および
断面のSEM像を示す。
〔実施例3〕
表1のT−3に主成分金属として平均粒径58μmの不
定形SUS粉体と、セラミックスとして平均粒径3.5
μmのY2O3粉体と平均粒径11、4 μmのAl2
O3を約5mol%配合し、金属粉体と混合した後処理
したもので、この複合粉体の流動度は30であった。
第5図(a)および(b)に複合球形粉体の外見および
断面のSEM像を示す。SUS粉体においてもA1合金
粉体にみられたのと同様なセラミックスの巻き込み作用
が起こり、強固な複合化が生じている。
〔実施例4〕
表1のT−4に主成分金属として平均粒径58μmの不
定形SUS粉体と、セラミックスとして部分安定化ジル
コニア(PSZ)粉体を4mol%を混合した後処理し
たもので、この複合粉体の流動性は非常に良く流動度は
17に向上した。
第6図(a)に複合球形粉体の外見のSEM像を示す。
〔実施例5〕
表1のT−5に主成分金属として平均粒径62μmの不
定形銅粉体と、セラミックスとして部分安定化ジルコニ
ア(PSZ)粉体を混合した後処理したもので、この複
合粉体の流動度は14であった。
第7図(a)複合球形粉体の外見のSEM像を示す。
〔実施例6〕
表1のT−6に主成分金属として平均粒径62μmの不
定形銅粉体と、セラミックスとして平均粒径1]、、4
.1−+mのAl2O3を45 mol%混合した後処
理したもので、この複合粉体の流動度は】6であった。
第8図(a)および(b)に複合球形粉体の外見および
断面のSEM像を示す。Cu粉体においてもA1合金粉
体にみられたのと同様なセラミックスの巻き込み作用が
起こり、強固な複合化が生じている。
〔実施例7〕
表1のT−7に示されるように、主成分金属として不定
形状のA1合金粉体を予め球形化処理した平均粒径43
μmのA1合金球径粉体を原料として用いた。当該A1
合金粉体に、平均粒径3.5μmのY2O3粉体を所定
量比(4,5mol%)混合した後、機械的衝撃手段を
用いて回転盤外周速度]、OOm/s、処理時間5m1
n、で処理した。この複合粉体処理品外形及び断面のS
EM像を第9図(a)(b)に、断面のSEM像および
X線像を第9図(C)に示す。球形粉体の核がA1、外
周がYおよびOで取り囲み、A1合金粉とY2O3粉の
複合化が成立している様子がみられる。更に倍率を拡大
して外周近傍をEPMAにより観察した結果を第3図(
d)に示す。A1核の外周と¥203との間に前記同様
A1とYの拡散現象が観察され、Δ1合金上に¥203
が強固に接合していることが判明した。
当該複合粉体の流動度は表1に示されるように57の値
をもち、流動性のよい粉体であることが判明した。従来
のセラミックス粉体粉体の流動度はpsz <造粒品)
を除いて測定ができず、よって個別溶射法にあっては本
発明による流動性にすぐれた複合粉体が提供できなかっ
た。
その他、主成分金属(非鉄系金属を除く)粉体と低級酸
化物(例えばFeO等)あるいは活性金属(Ti、Nb
等)とイツトリアを混合し、機械的衝撃手段で複合粉体
を作製するときも、主成分金属と酸化物間に拡散および
巻き込み現象が生じ、強固に接合し、流動性の優れた複
合粉体を得ることが判明した。
活性金属とイツトリアの複合粉体は、炭化物系(SiC
等)および窒化物等(Si3N4)セラミフクスのよう
に共有性結合の強い材料を被覆セラミフクスとして溶射
するときの中間層(下地)に適している。
実施例
表1 中間層形成用複合化溶射粉体製造例1 ソ
〔発明の効果〕
以上説明した通り、本発明の金属粉体とセラミックス粉
体の複合球形粉体及びその製造法によれば、母材金属に
セラミフクス等の異種被覆材を接合した場合の接合性の
向上や熱応力緩和を図るため、当該母材金属と被覆材に
応じた中間層の複合粉体を採択し、母材主成分金属粉体
に微細酸化物粉を機械的衝撃手段により固定化し、球体
化し、その際に界面に拡散層を形成したために、安定し
た成分の配合比と、粉体としての適度な流動性を確保て
き、従来の溶射処理時に生じやすかった閉塞、分離、偏
析などのトラブルをおこさない金属粉体とセラミックス
粉体の複合球形粉体による中間層形成用複合化溶射粉体
及びその製造法を提供することができる。[Industrial Application Field] The present invention relates to a composite spherical powder of metal and ceramics, and in particular, to forming an intermediate layer to improve bonding properties or alleviate thermal stress at the interface when coating a base metal with ceramics, etc. The present invention relates to a composite thermal spraying powder of metal powder and ceramic powder for use, and a method for producing the same. [Prior art and the problem that the ribs are intended to solve] Conventionally, by coating metal materials with ceramics, it is possible to improve the properties such as ductility and toughness of the base metal material, as well as heat insulation, heat resistance, and wear resistance. and corrosion resistance, etc.
Attempts to create mechanically superior composite materials have attracted attention in various fields, and various joined bodies and thermal spraying methods have been developed. In particular, conventional surface coating methods, such as the thermal spraying method for ceramics, are simply mechanically interlocked, or even when forming a reaction layer on the joint surface, they do not take sufficient consideration to the characteristics of the material, so it is difficult to combine them. In some cases, the difference in coefficient of thermal expansion was large, causing thermal stress and strain at the interface, and this did not provide an essential solution to bondability. Therefore, in order to improve the bonding strength between the base metal and the coating ceramic, an intermediate layer, which is a composite of an oxide and the metal-based powder, is interposed between the metal material and the coating ceramic. A method for solving the above-mentioned drawbacks has been devised (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-222052). In this method, at the interface between the metal material and the intermediate layer, the metal and the metal of the same type existing in the intermediate layer are combined, or when the metal to be joined and the metal existing in the intermediate layer are different types, the interface is formed. Bonding is achieved by forming an intermetallic compound in consideration of strength, and on the other hand, the composition of the intermediate layer is selected to provide high bonding strength due to the reaction layer and anchoring effect at the interface between the intermediate layer and the coating ceramic material. Looking at the thermal spraying treatment methods for forming the intermediate layer that contributes to the improvement of bonding strength, there is a mixed thermal spraying method in which a mixed powder of two or more types is supplied onto the surface of the base metal while being mixed at the tip of a thermal spray nozzle. There is also an individual thermal spraying method in which a plurality of thermal spray powders forming an intermediate layer are individually supplied to the tip of a thermal spray nozzle. However, in the former case, segregation tends to occur due to differences in the specific gravity and particle size of the mixed powder at the supply source, and in the latter case, differences in fluidity due to the powder material, particle size, shape, etc. (
In particular, ceramic powder alone has extremely poor fluidity.)
Therefore, it was not possible to secure the desired blending ratio to the thermal spray supply nozzle, and it was not possible to quantitatively form the composite intermediate layer. Therefore, in order to solve these drawbacks, the present invention fixes ceramic powder on metal powder and makes it spherical by mechanical impact means, and at the same time forms a diffusion layer at the interface of both powders to form a composite. The object of the present invention is to provide a composite thermal sprayed powder for forming an intermediate layer with excellent fluidity in which the components of the powder are kept at a predetermined blending ratio, and a method for producing the same. [Means and effects for solving the problem] In order to achieve the above object, the mixing ratio due to segregation in the supply source of the plurality of thermal sprayed powders forming the intermediate layer or the difference in fluidity of each powder. In order to eliminate fluctuations in the temperature, a powder of a predetermined component at a predetermined ratio that constitutes the intermediate layer is selected in advance, and ceramics are applied to the surface of the main component metal powder regardless of shape (hereinafter referred to as "inconstant humidity powder"). By adhering fine particles to the adhering composite powder and applying a continuous impact action to the adhering composite powder using a rotary disk or the like having a large number of impact pins (hereinafter referred to as "mechanical impact means", e.g., JP-A-62-221434), a sphere is formed. The object of the present invention is to provide a composite spherical powder in which a ceramic powder is immobilized on the main component metal powder at the same time as the main component metal powder, and a diffusion layer is formed at the interface between the metal powder and the ceramic powder, and a method for producing the same. Alternatively, after adhering a predetermined ratio of ceramic powder to the surface of the main component metal which has been sphericalized in advance, the ceramic powder is fixed to the main component metal powder by mechanical impact means to form a diffusion layer. The present invention provides a composite powder and a method for producing the same. [Function] According to the composite spherical powder configured as described above, various selected main component metal powders and ceramic powders are used to improve the bondability between the base metal and the dissimilar coating material and to alleviate thermal stress. A desired blending ratio of the composite body can be secured. This fixes the fine powder of the coating material to the powder of the main component of the base metal in advance at a predetermined ratio and forms a diffusion layer. This takes advantage of the fact that fluctuations in the blending ratio due to differences in fluidity are eliminated. In addition, the composite thermal sprayed powder is made by applying an impact or striking action to the individual surfaces of the composite powder using mechanical impact means to forcibly apply a composite powder in which ceramic powder is attached to the main component metal powder. It can be produced by a so-called dry method of immobilization. Furthermore, the diffusion layer of the powder prevents the composite powder from separating or peeling and is firmly bonded, so it also contributes to the bonding properties of the thermally sprayed intermediate layer and allows the desired intermediate layer to be formed. Can be provided. In addition, by selecting amorphous powder as the base metal powder, it is possible to freely select the blending ratio of the components, and the spheroidization process and fixation process, which were conventionally performed separately, can be performed simultaneously. It is possible to provide a composite thermal sprayed powder for forming an intermediate layer that is inexpensive and has excellent bonding strength and fluidity, and a method for producing the same. [Example] Hereinafter, a composite spherical powder of metal powder and ceramic powder according to the present invention and a method for manufacturing the same will be described in detail. The powder according to the present invention is a composite thermal sprayed powder for forming an intermediate layer, in which an oxide powder or a coated ceramic main component powder is immobilized on a metal powder whose main component is a metal material serving as a base material.
A uniform intermediate layer is formed by thermally spraying the powder onto the surface of a metal material, and at this interface (base metal/intermediate layer), the same kind of metals present in the intermediate layer coalesce, or dissimilar metals In between, they are combined by forming intermetallic compounds. Furthermore, coating ceramic powder is thermally sprayed onto the metal material onto which the intermediate layer (sprayed base) has been thermally sprayed, and a chemical reaction layer is generated and an anchoring effect is used at the interface between the composite intermediate layer and the coating ceramic to achieve good bonding properties. It forms a ceramic coating of metal. The metal material used as the base material is not particularly limited, but may be, for example, a ferrous material (SIIS, heat-resistant steel, etc.), a non-ferrous material (A + gold alloy, Cu alloy, etc.), or a heat-resistant metal material. For example, the composite intermediate layer subjected to thermal spray base treatment is made of the main component metal (A1 alloy) of the base metal.
IJA (Y2031~20Mo1%) alone or IJA (Y2031-20Mo1%) alone or with IJA and a part of the coating ceramic component added, or a lower oxide added to the main component of the base metal (in this case, (contains no non-ferrous materials) or active metals (Ti, Nb, At, Cu
etc.), ittria alone or a mixture of ittria and a part of a ceramic component are selected in consideration of the base metal and the coating ceramic, and the material is thermally sprayed on the processed surface under predetermined conditions. There are, for example, the following two methods for producing the composite thermal spray powder for the intermediate layer selected in this way. (1) A composite powder is prepared by using a non-uniform powder as the main component metal powder and a ceramic powder is adhered to the surface thereof, and at the same time, the composite powder is spheroidized by mechanical impact means,
A method for producing a composite thermal sprayed powder in which a ceramic powder is immobilized on the surface or inside of a metal powder to form a diffusion layer at the interface; (2) using spheroidized particles as the main component metal powder; A method of producing a composite thermal sprayed powder in which a composite powder is prepared by adhering ceramic powder to the surface of the composite powder, and the ceramic powder is fixed on the main component metal surface by mechanical impact means to form a diffusion layer at the interface. There are two methods. FIG. 1 is a conceptual diagram showing the above manufacturing method. When non-constant humidity powder is used, it has a larger surface area than spherical wet powder, so it is possible to widen the range of the blending ratio of ceramic powder. FIG. 2 shows an embodiment of a mechanical impact means for producing the composite powder of the present invention, and is an apparatus having an impact impact means (hereinafter referred to as "powder impact apparatus"). The powder impact device includes 1 casing, 2 stators, 3 a rotary disk that is located inside the casing 1 and rotates at high speed, 4 a plurality of impact pins (blades) radially provided around the outer periphery of the rotary disk 3, and 5 is a circulation circuit in which one end opens in a part of the inner wall of the stake 2 and the other end opens near the center of the rotary disk 3 to form a closed circuit, 6 is a raw material input port, and 7 is a part of the stator. It consists of a cut-out valve for discharging processed powder. The operation is a batch operation, and the composite powder, in which a predetermined mixing ratio of ceramic powder is attached to the surface of the main component metal powder using a mixer, etc., is fed into the machine from the input port 6 and rotated at a high speed. While being dispersed by the action of the rotary disk 3, it is carried toward the outer circumference of the rotary disk, receives an impact action from the impact pin 4 and the stator 2, and then passes through the circulation circuit 5 from the outer circumference and is thrown into the machine again, where it is subjected to the same effect. By repeatedly receiving the powder, it is uniformly fixed and sphericalized in a short time, and the discharge lower is opened to collect the processed product.By using a powder processing device with such an impact impact means, ceramics are added to the main component metal. The powder is firmly fixed, and the fixed composite powder is spheroidized. When the composite spherical powder is fixed and spheroidized, the impact force causes the diffusion of the ceramic powder at the main component metal interface. The diffusion layer integrates the individual composites, prevents separation or peeling during thermal spraying, and also contributes to improving the bonding properties of the intermediate layer after thermal spraying. Hereinafter, examples of composite thermal sprayed powder for forming an intermediate layer produced using this powder processing apparatus are shown in Table 1 and further explained. Table 1 shows the composition of the composite thermal sprayed powder, and The operating and processing conditions for manufacturing as well as fluidity (JIS Z 2502 "Metal Powder Fluidity Test Method"), which is one index representing the fluidity of the product, are shown. Flow rate indicates the time required for a given amount of powder to flow out of an orifice. Therefore, the lower the fluidity, the better the fluidity. If the fluidity is very poor, it may not flow out from the orifice and measurement may not be possible. Furthermore, since the fluidity largely depends on the specific gravity of the substance, it is difficult to compare different types of materials, but the composite spheroidization process allows substances that cannot flow alone to maintain fluidity. The fluidity of irregular shaped products of Δ1 alloy, SUS, and Cu is unmeasurable and 36.37, respectively, and the fluidity of spherical powder obtained by spheroidizing these metal powders is 58.1, respectively.
4.16, which is almost the same value as the fluidity of the present composite spherical powder shown in Table 1. This indicates that by making the ceramic powder, which does not flow by itself, into a composite spheroid as described above, the fluidity was improved to the level of a single metal powder. 3 to 9 are photographs of composite powders according to examples of the present invention. [Example 1] The following is an example of a composite powder in which the surface area of the main component metal is expanded to make it easier to control the amount ratio of ceramics. In this case, after directly mixing an appropriate amount of ceramic powder with the amorphous main component metal powder, spheroidization and compounding are simultaneously performed by mechanical impact means, which saves labor in the second step. T-1 in Table 1 contains amorphous A1 alloy powder with an average grain size of 39 μm as the main component metal, and an average grain size of 35 μm as the ceramic 7x.
The composite powder was treated by mixing 5 mol% of μm ¥203 powder, and the fluidity of this composite powder was 56. It can be seen that, like the above, it has excellent fluidity. Figures 3(a'), (a), and (b) are SEM images of the amorphous A1 alloy powder used as the raw material. A scanning electron microscopy (SEM) image of a cross section of the composite powder, and a SEM image and an X-ray image of the cross section taken with an X-ray microanalyzer (EPMA) are shown in FIG. 3 ((C)). As shown in the figure, ¥203 is rolled up inside the wet powder and fixed. A diffusion layer is formed at the interface between the A1 alloy powder and the Y2O3 powder, resulting in a strong bond. The composite powder was sprayed on the A1 alloy round bar shape, and then PS
When Z powder was sprayed and the bonding strength was measured, it was 4kg/
Tensile strengths of greater than 282 mm2 were obtained, with failure occurring primarily between the adhesive and the 282 surface. A1 alloy powder and Y2
Thermal sprayability and fluidity (J
IS Z 2502) were both found to be excellent. [Example 2] In T-2 of Table 1, amorphous A1 alloy powder with an average grain size of 39 μm was used as the main component metal, and an average grain size of 19 μm was used as the ceramic.
5 m of ZrCh and Y203 powder with an average particle size of 3.5 μm
The fluidity of this composite powder was 54 when mixed in mol%. FIGS. 4(a) and 4(b) show SEM images of the appearance and cross section of the composite spherical powder. [Example 3] In T-3 of Table 1, amorphous SUS powder with an average particle size of 58 μm was used as the main component metal, and an average particle size of 3.5 μm was used as the ceramic.
μm Y2O3 powder and average particle size 11, 4 μm Al2
Approximately 5 mol% of O3 was mixed with metal powder and post-treated, and the fluidity of this composite powder was 30. FIGS. 5(a) and 5(b) show SEM images of the appearance and cross section of the composite spherical powder. The same ceramic entrainment effect as seen in the A1 alloy powder occurs in the SUS powder, resulting in a strong composite. [Example 4] In T-4 in Table 1, amorphous SUS powder with an average particle size of 58 μm as the main component metal and 4 mol% of partially stabilized zirconia (PSZ) powder as the ceramic were mixed and post-treated. The fluidity of this composite powder was very good, and the fluidity was improved to 17. FIG. 6(a) shows an SEM image of the appearance of the composite spherical powder. [Example 5] T-5 in Table 1 was mixed with amorphous copper powder with an average particle size of 62 μm as the main component metal and partially stabilized zirconia (PSZ) powder as the ceramic, and was post-treated. The fluidity of the powder was 14. FIG. 7(a) shows a SEM image of the appearance of the composite spherical powder. [Example 6] T-6 in Table 1 contained amorphous copper powder with an average particle size of 62 μm as the main component metal and an average particle size of 1 as the ceramic.
.. The composite powder was post-treated by mixing 45 mol% of 1-+m Al2O3, and the fluidity of this composite powder was 6. FIGS. 8(a) and 8(b) show SEM images of the appearance and cross section of the composite spherical powder. The same ceramic entrainment effect as seen in the A1 alloy powder occurs in the Cu powder, resulting in a strong composite. [Example 7] As shown in T-7 in Table 1, A1 alloy powder with an irregular shape as the main component metal was pre-spheroidized and had an average particle size of 43.
A1 alloy ball diameter powder of μm was used as a raw material. The A1 concerned
After mixing Y2O3 powder with an average particle size of 3.5 μm into the alloy powder at a predetermined ratio (4.5 mol%), using mechanical impact means, the rotary plate outer peripheral speed], OOm/s, processing time 5m1
treated with n. S of the external shape and cross section of this composite powder processed product
EM images are shown in FIGS. 9(a) and 9(b), and SEM and X-ray images of the cross section are shown in FIG. 9(C). The core of the spherical powder is surrounded by A1, the outer periphery is surrounded by Y and O, and it can be seen that a composite of A1 alloy powder and Y2O3 powder has been established. Figure 3 (
Shown in d). A diffusion phenomenon of A1 and Y was observed between the outer periphery of the A1 nucleus and ¥203 as described above, and ¥203 on the Δ1 alloy was observed.
It was found that they were strongly bonded. The fluidity of the composite powder was 57 as shown in Table 1, and it was found to be a powder with good fluidity. The fluidity of conventional ceramic powder is psz <granulated product)
Therefore, the composite powder with excellent fluidity according to the present invention could not be provided by the individual thermal spraying method. In addition, main component metals (excluding non-ferrous metals) powders and lower oxides (e.g. FeO, etc.) or active metals (Ti, Nb
etc.) and ittria to produce a composite powder using mechanical impact means, diffusion and entrainment phenomena occur between the main component metal and the oxide, resulting in a strong bond and a composite powder with excellent fluidity. It turns out that you can get . The composite powder of active metal and ittria is carbide-based (SiC
etc.) and nitrides (Si3N4).It is suitable as an intermediate layer (base) when materials with strong covalent bonds such as Ceramifux are thermally sprayed as a coating Ceramifux. Example Table 1 Production Example 1 of Composite Thermal Sprayed Powder for Forming Intermediate Layer (Effects of the Invention) As explained above, according to the composite spherical powder of metal powder and ceramic powder of the present invention and the method for producing the same, In order to improve bondability and alleviate thermal stress when bonding a different type of coating material such as Ceramifux to a base metal, we adopted a composite powder with an intermediate layer that corresponds to the base metal and coating material. The fine oxide powder is immobilized on the component metal powder by mechanical impact means and made into spheres, and at that time a diffusion layer is formed at the interface, resulting in a stable blending ratio of the components and appropriate fluidity as a powder. Provides a composite thermal spray powder for forming an intermediate layer using a composite spherical powder of metal powder and ceramic powder, which does not cause troubles such as clogging, separation, and segregation that tend to occur during conventional thermal spray processing, and a method for manufacturing the same. can do.
第1図は複合化溶射粉体を製造する概念図でaは球形金
属粉体、a′は不定形金属粉体、bはセラミックス粉体
、Cは金属粉体にセラミックス粉体を付着させた複合粉
体、d、d”は金属粉体にセラミックス粉体を強固に固
定化した状態を表す。第2図は中間層形成用複合化溶射
粉体を製造するために用いた一実施例である衝撃打撃手
段を有する粉体衝撃装置。第3図〜第9図は表1の実施
例に基づく複合化溶射粉体の走査電顕(SEM)観察像
で(a)は処理品表面、(b)は断面である(3. 4
. 5. 8. 9図)。又、第3図、9図の(C)は
X線マイクロアナライザーによる観察像で、左」二の記
号Yはイツトリウム、0は酸素、A1はアルミニウムの
成分を表す。
第3図(a″)は不定形A1合金粉の88M像である。
特許出願人 株式会社奈良機械製作所代理人 弁理士
松 原 伸 2
同 同 村 木 清 川面
同 」二 島 淳 −第4図
第5図
第6図
第8図
第7図
イD
丁 続 袖 +E 、j−;: (自発)
特許庁長官 小 川 邦 夫 殿
1、事件の表示
昭和63年特許−第1.14000号
2 発明の名称
金属粉体とセラミックス粉体の中間層形成用複合化溶射
粉体及びその製造法
3、補正をする者
事件との関係 特許出願人
名 称 株式会社奈良機械製作所
4、代理人(Y1O2)
住 所 東京都千代圧区一番町22−1一番町セントラ
ルビルディンク
5 補正命令の日付
自 発
6、補正の対象
明細書の「発明の詳細な説明j、口図面の簡単な説明」
の各欄
7 補正の内容
〔1)明細書第14頁第16行目「・・・てあった。
前記同様流動性に・・・」を、「・・・であり、流動性
に・・・」に補正する。
(2)明細書第14頁第18行目r(a)、 (b)
Jを削除する。
(3)明細書第14頁第19行目から第15頁第3行目
「複合化した・・・第3図(C)に示される」を、「(
a)は球形粉体外径の走査電顕(SEM)像、(b)は
複合球形粉体断面のSEM像である。(C)は上記断面
のX線のマイクロアナライザー(EPMΔ)によるSE
M像およびX線像である。」に補正する。
(4)明細書第17頁第14行目「46」をr6.4.
6」に補正する。
(5)明細書第18頁第15行目から第16行目に記載
の「更に倍率を・・・に示ず。」を削除する。
(6)明細書第18頁第17行目「前記同様A1とY」
を、[実施例1同様A1とY2O3」に補正する。
(7)明細書第20頁の表1に記載の実施番号T−1の
対応図の「(a)〜(d) Jを「(a’)、(a)〜
(C)」に補正する。
(8)明細書第22頁第6行目「・・・処理品表面」の
後に、r (3,4,5,6,7,8,9図)」を挿入
する。
(9)明細書第22頁第11行目「不定形A1合金粉」
を、「不定形A1合金原料粉」に補正する。
1、事件の表示
昭和63年特許願第114000号
2、発明の名称
金属粉体とセラミックス粉体の中間層形成用複合化溶射
粉体及びその製造法
3、補正をする者
事件との関係 特許出願人
名 称 株式会社奈良機械製作所
(1)明細書全文を別紙の通り補正する。
(2)図面の第1.2.3図を別紙の通り補正する。
明 細 書
1、発明の名称
金属粉体とセラミックス粉体の中間層形成用複合化溶射
粉体及びその製造法
2、特許請求の範囲
(1)予め定められた量比の主成分金属粉体と、セラミ
ックス粉体とが機械的衝撃手段により接合かつ球形化さ
れ、
前記両粉体界面において拡散層を形成したことを特徴と
する金属粉体とセラミックス粉体の中間層形成用複合化
溶射粉体。
(2)主成分金属粉体は、鉄系材料、非鉄合金材料およ
び耐熱性金属材料からなる不定形状あるいは球体である
請求項1記載の金属粉体とセラミックス粉体の中間層形
成用複合化溶射粉体。
(3) セラミックス粉体は、主成分金属にイツトI
Jア(Y2031〜20 mol%)単独若しくはイツ
トリアと被覆用セラミックス成分の一部を添加した部分
安定化ジルコニア(PSZ 1〜20 mol%)若L
< li7.+シミー1−(八1203 1〜20
mol%)、あるいは主成分金属に低級酸化物(10〜
80 mol%)を添加したもの、あるいは活性金属に
イツトリア単独若しくはイツトリアと被覆用セラミック
ス成分の一部を添加した部分安定化ジニコミア(PSZ
1〜2Orno1%)である請求項1記載の金属粉体
とセラミックス粉体の中間層形成用複合化溶射粉体。
(4)不定形主成分金属粉体表面に、予め定められた量
比のセラミックス粉体を付着させ、機械的衝撃手段によ
り前記複合粉体を球体化すると同時に金属粉体にセラミ
ックス粉体を固定化し、
その際に前記両粉体界面において拡散層を形成すること
を特徴とする金属粉体とセラミックス粉体の中間層形成
用複合化溶射粉体。
(5)球形主成分金属粉体表面に、予め定められた最北
のセラミックス粉体を付着させ、
機械的衝撃手段により前記主成分金属粉体にセラミック
ス粉体を固定化し、
その際に前記両粉体界面において拡散層を形成すること
を特徴とする金属粉体とセラミックス粉体の中間層形成
用複合化溶射粉体。
(6)機械的衝撃手段は、回転盤の衝撃ピンにより前記
複合粉体の外表面を打撃する請求項1,4又は5のいず
れかに記載の金属粉体とセラミックス粉体の中間層形成
用複合化溶射粉体の製造法。
3、発明の詳細な説明
〔産業上の利用分野〕
本発明は、金属とセラミックスとの複合球形粉体に関し
、特に、母材金属にセラミックス等の被覆に際し、当該
界面における接合性の向上あるいは熱応力緩和を図る中
間層形成用の金属粉体とセラミックス粉体の複合化溶射
粉体及びその製造法に関する。
〔従来技術及び発明が解決しようとする課題〕従来から
金属材料にセラミックスを被覆することによって、その
母材となる金属材料が有する延性あるいは靭性等の特性
に断熱性、耐熱性、耐摩耗性および耐食性等を付加し、
機械的に優れた複合材料を作成する試みが各方面で注目
され、種々の接合体及び溶射方法が開発されている。
中でもセラミックスの溶射法にみられる従来の表面被覆
法は、単に機械的な噛合いであったり、その接合面で反
応層を形成するにしても材料の特性を十分に配慮してい
ないため、その組み合わせによっては熱膨張係数の差が
大きく、境界面に熱的応力歪が発生し、本質的な接合性
の解決法にはならなかった。
そこで母材金属と被覆セラミックスとの接合強度の向上
を図るために、金属材料と被覆セラミックスとの間に酸
化物と前記金属主成分粉末を混合した複合体である中間
層を介在させることにより、前記欠点を解決する方法が
考案された(例えば特開昭62−222052)。この
方法では、前記金属材料と中間層との界面では、前記金
属と中間層中に存する同種金属の合体により、あるいは
接合させる金属と中間層中に存する金属が異種である場
合には、界面に強度を考慮した金属間化合物を形成させ
ることにより接合させ、一方前記中間層と被覆セラミッ
クス材との界面では反応層及び投錨効果により接合強度
の大きい中間層の組成が選択されている。
このような接合強度の向上に寄与する当該中間層を形成
するための溶射処理方法をみると、母材金属表面に二種
以上の混合粉体を溶射ノズル先端に混合しながら供給す
る混合溶射法と、中間層を形成する複数の溶射粉体を個
別に溶射ノズル先端に供給する個別溶射法がある。
しかし、前者の場合には供給源における混合粉体の比重
差や粒径差などにより偏析を生じやすく、又、後者にあ
っては粉体の材質や粒度、形状等による流動度の相違(
特に、セラミックス粉体単独では流動性が極端に悪い)
より溶剤供給ノズルへの所望の配合比を確保できず、定
量的な前記複合中間層を形成することが出来なかった。
そこで、本発吠は、このような欠点を解決するため、金
属粉体にセラミックス粉体を機械的衝撃手段により固定
化及び球体化し、その際に両粉体界面に拡散層を形成す
ることにより複合粉体の成分を所定の配合比に確保した
流動性に優れた中間層形成用複合化溶射粉体及びその製
造法を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段及び作用〕上記目的を達成
するために、前記中間層を形成する複数の溶射粉体の供
給源における偏析、あるいは各々の粉体の流動性の相異
による配合比の変動を除去するために、あらかじめ、中
間層を構成する所定量比の所定成分の粉体を選択し、形
状にこだわらない(以下「不定湿粉」という)主成分金
属粉体の表面にセラミックス微細粒子を何着させ、当該
付着複合粉体に多数の衝撃ピンを有する回転盤等で連続
して打撃作用を与えることにより(以下「機械的衝撃手
段という」例えば特開昭62〜221434) 、球体
化すると同時に主成分金属粉体にセラミックス粉体を固
定化し、金属粉体とセラミックス粉体の界面に拡散層を
形成した複合球形粉体及びその製造法を提供するもので
ある。あるいは又、予め球形化した主成分金属表面に前
記と同様に所定量比のセラミックス粉体を付着させた後
、機械的衝撃手段により主成分金属粉体にセラミックス
粉体を固定化し拡散層を形成した複合粉体及びその製造
法を提供するものである。
〔作用〕
上記のように構成された複合球形粉体によれば、母材金
属と異種被覆材との接合性の向上や熱応力緩和を企図す
る種々採択された主成分金属粉体とセラミックス粉体に
よる複合体の所望の配合比を確保することが出来る。こ
れは母材金属の主成分粉体に被覆材の微細粉体を予め所
定量比に固定化し、拡散層を形成することにより単なる
混合粉体の場合に生じやすい分離や偏析あるいは、個別
粉体の流動性の相異による配合比の変動が解消されるこ
とを利用している。
又、該複合化溶射粉体は主成分金属粉体にセラミックス
粉体を付着させた複合粉体を機械的衝撃手段により、該
複合粉体価々の表面に衝撃、打撃作用を与え、強制的に
固定化するいわゆる乾式方法により製造できる。
更に、当該粉体の拡散層は、前記複合粉体が分離あるい
は、剥離を防止し強固に接合されているため、溶射処理
された中間層としての接合性にも寄与し、所望の中間層
が提供できる。
又、不定形粉体を母材金属主成分粉体に選択することに
より、成分の配合比を自由に選択できるとともに従来の
個別に行われてきた球体化工程と固定化工程を同時に行
うことにより、安価で接合強度及び流動性に優れた中間
層形成用複合化溶射粉体及びその製造法を提供すること
ができる。
〔実施例〕
以下、本発明による金属粉体とセラミックス粉体の複合
球形粉体及びその製造法を詳細に説明する。
本発明による粉体は、母材となる金属材料を主成分とし
た金属粉体に酸化物粉あるいは被覆セラミックス主成分
粉末を固定化した中間層形成用複合化溶射粉体であり、
該粉体を用いて金属材料表面に溶射する事によって均一
な中間層を形成し、この界面(母材金属/中間層)では
、前記中間層中に存する同種金属同士の合体により、あ
るいは異種金属間の場合には金属間化合物を形成する事
によって合体される。
更に、該中間層(溶射下地)が溶射された金属材料上に
被覆セラミックス粉を溶射し、複合化中間層/被覆セラ
ミックスの界面では化学反応層の生成及び投錨効果を用
いる事によって接合性のよい金属のセラミックス被覆体
を形成するものである。母材となる金属材料は特に限定
しないが、例えば鉄系材料(SUS、耐熱鋼等)、非鉄
系材IE) (A1合金、Cu合金等)、耐熱性金属材
料であり、所定の機能を有する様に溶射下地処理される
複合化中間層は、例えば母材金属の主成分金属(A1合
金)にイツトリア(Y2031〜20Mo1%)単独若
しくは、イツトリアと被覆用セラミックス成分の一部を
添加したもの、あるいは母材金属の主成分に低級酸化物
を添加したもの(この場合は非鉄系材料を含まない)、
あるいは活性金@ (Ti、 Nb、 AI、 Cu等
)にイツトリア単独もしくはイツトリアとセラミックス
成分の一部を添加したものから、母材金属及び被覆セラ
ミックスを考慮して選択され、前記加工処理をした表面
に所定条件で溶射する。
この様に選択された中間層用の複合化溶射粉体を製造す
るには、例えば、次の2つの方法がある。
(1)主成分金属粉体として不定形粉を用い、その表面
にセラミックス粉体を付着させた複合化粉を作り、機械
的fi撃手段により、該複合粉体を球体化すると同時に
、金属粉体の表面や内部にセラミックス粉体を固定化さ
せて、当該界面に拡散層を形成した複合化溶射粉体を製
造する方法と
(2)主成分金属粉体として球体化粒子を用い、その表
面にセラミックス粉体を付着させた複合化粉を作り、機
械的衝撃手段により主成分金属表面にセラミックス粉を
固定化させて当該界面に拡散層を形成した複合化溶射粉
体を製造する方法
との2つの方法がある。第1図は上記の製造方法を示す
概念図である。不定形粉を用いる場合は、球湿粉に比べ
その表面積が大きいのでセラミンクス粉の配合比の幅を
広げることができる。
第2図は、本発明の複合化粉体を製造するだめの機械的
衝撃手段の一実施例を示すものであり、衝撃打撃手段を
有する装置(以下「粉体衝撃装置」という)である。該
粉体衝撃装置は、1ケーシング、2ステーター、3はケ
ーシング1内にあって高速回転する回転盤、4は回転盤
3の外周に放射状に周設された複数の衝撃ピン(ブレー
ド)、5は一端がステーター2の内壁の一部に開口し、
他端が回転盤3の中心部付近に開口して閉回路を形成す
る循環回路、6は原料投入口、7はステーターの一部を
切り欠いて設けた処理粉体排出用の開閉弁で構成されて
いる。
運転は回分運転であり、混合機等で主成分金属粉体表面
に所定の配合比量のセラミックス粉体を付着させた複合
粉体は、投入口6より機内に投入され、高速で回転する
回転盤3の作用により分散されながら、回転盤外周方向
に運ばれ、衝撃ピン4やステーター2により衝撃作用を
受け、さらに外周部より循環回路5を通り、再び機内に
投入され、同じ作用をくり返し受けることにより短時間
で均一な固定化及び球体化が行われ、排出ロアを開は処
理品を回収する。このような衝撃打撃手段を有する粉体
処理装置を用いることにより主成分金属にセラミックス
粉体を強固に固定化し、当該固定化された複合粉体が球
体化される。当該複合球形粉体は、固定化及び球体化に
際し、衝撃力により、主成分金属界面においてセラミッ
クス粉体の拡散層を形成する。当該拡散層は、個別の複
合体を一体化するものであり、溶射処理に際し、分離あ
るいは剥離を防止するものであり、更に溶射後の中間層
の接合性向上に寄与するものである。
以下、本粉体処理装置を用いて製造した中間層形成用複
合化溶射粉体の実施例を表1に示しさら1ご言凭明する
。
表1には複合化溶射粉体の組成、および製造するための
運転処理条件、さらに製品の流動性を表す1つの指標で
ある流動度(JIS Z 2502「金属粉の流動度試
験法」)を示す。流動度は一定量の粉体をオリフィスか
ら流出するのに要する時間を示す。従って、流動度の小
さい方が流動性がよい。非常に流動性の悪い場合はオリ
フィスから流出しないので測定ができない場合がある。
また流動度は物質の比重に依存することが大きいので異
種物質間での比較は困難であるが、複合球体化処理によ
り、単独では流動しえない物質も流動性を維持できる。
なお、へ1合金、SUS及びCuの不定形品の流動度は
それぞれ測定不能、36.37であり、これらの金属粉
末を球形化した球形粉体の流動度は、それぞれ58.1
4.16であり、表1に示す本件複合球形粉体の流動度
とほぼ同一の値を示す。これは、前記したように単独で
は流動しないセラミックス粉体を複合球形化することに
よって、単独の金属粉体の流動度まで向上したことを示
す。
第3図〜第9図は本発明の実施例による複合粉体の写真
図である。
〔実施例1〕
以下、主成分金属の表面積を拡大してセラミックスの量
比を制御し易くした複合粉体の実施例である。
この場合は不定形主成分金属粉に直接、適量のセラミッ
クス粉体を混合した後、機械的衝撃手段により球形化と
複合化を同時に行い、工程の上でも省力化される。
表1のT−1に主成分金属として平均粒形39μmの不
定形A1合金粉体と、セラミックスとして平均粒形3.
5μmY2O3粉体を5 mol%混合して処理したも
ので、この複合粉体の流動度は56であり、流動性にす
ぐれている事がわかる。
第3図(a)は原料として用いた不定形A1合金粉のS
EM像である。(b)は球形粉体外径の走査電顕(SE
M)像、(C)は複合球形粉体断面の8EM像である。
(d)は上記断面のX線のマイクロアナライザー(EP
MA)によるSEM像およびX線像である。図にみられ
るようにY203は球形松内部に巻き込まれて固定化さ
れている。
A1合金粉と¥203粉の界面には拡散層が生成し強固
に接合している。
A1合金丸棒状に当該複合粉体を下地溶射し、更にPS
Z扮体を溶射して接合強度を測定したところ、4kg/
mm2以上の引っ張り強度が得られ、破断は主として接
着剤と282表面との間で生じた。A1合金粉とY20
3粉を単に混合したものより溶射性および流動性(JI
S Z 2502)ともに優れていることが判明した。
〔実施例2〕
表1のT=2に主成分金属として平均粒径39μmの不
定形A1合金粉と、セラミックスとして平均粒形1.9
μmのZrO2と平均粒径3.5μmY2O3粉体を5
mol%混合して処理したもので、この複合粉体の流
動度は54であった。
第4図(a)および(b)に複合球形粉体の外見および
断面のSEM像を示す。
〔実施例3〕
表1のT−3に主成分金属として平均粒径58μmの不
定形SUS粉体と、セラミックスとして平均粒径3.5
μmのY2O3粉体と平均粒径11、4 p mのA
I 203を約5 mol%配合し、金属粉体と混合し
た後処理したもので、この複合粉体の流動度は30であ
った。
第5図(a)および(b)に複合球形粉体の外見および
断面のSEM像を示す。SUS粉体においてもA1合金
粉体にみられたのと同様なセラミックスの巻き込み作用
が起こり、強固な複合化が生じている。
〔実施例4〕
表1のT−4に主成分金属として平均粒径58μmの不
定形SUS粉体と、セラミックスとして部分安定化ジル
コニア(PSZ)粉体を4mol%を混合した後処理し
たもので、この複合粉体の流動性は非常に良く流動度は
17に向上した。
第6図(a)に複合球形粉体の外見のSEM像を示す。
〔実施例5〕
表1のT−5に主成分金属として平均粒径62μmの不
定形銅粉体と、セラミックスとして部分安定化ジルコニ
ア(psz)粉体を混合した後処理したもので、この複
合粉体の流動度は14であった。
第7図(a)複合球形粉体の外見のSEM像を示す。
〔実施例6〕
表1のT−6に主成分金属として平均粒径62μmの不
定形銅粉体と、セラミックスとして平均粒径11.4
μmのΔ1203を5.45mol%混合した後処理し
たもので、この複合粉体の流動度は16であった。
第8図(a)および(b)に複合球形粉体の外見および
断面のSEM像を示す。Cu粉体においてもA1合金粉
体にみられたのと同様なセラミックスの巻き込み作用が
起こり、強固な複合化が生じている。
〔実施例7〕
表1のT−7に示されるように、主成分金属として不定
形状のA1合金粉体を予め球形化処理した平均粒径43
μmのA1合金球径粉体を原料として用いた。当該A1
合金粉体に、平均粒径3.5μmのY2O3粉体を所定
量比(4,5mol%)混合した後、機械的衝撃手段を
用いて回転盤外周速度100m/s、処理時間(3mi
n、で処理した。この複合粉体処理品外形及び断面のS
EM像を第9図(a) (b)に、断面のSEM像およ
びX線像を第9図(C)に示す。球形粉体の核がA1、
外周がYおよびOで取り囲み、A1合金粉とY2O3粉
の複合化が成立している様子がみられる。A1核の外周
とY2O3との間に実施例1同様A1とY2O3の拡散
現象が観察され、A1合金上にY2O3が強固に接合し
ていることが判明した。
当該複合粉体の流動度は表1に示されるように57の値
をもち、流動性のよい粉体であることが判すした。従来
のセラミックス個別粉体の流動度はpsz <造粒品)
を除いて測定ができず、よって個別溶射法にあっては本
発明による流動性にすぐれた複合粉体が提供できなかっ
た。
その他、主成分金属(非鉄系金属を除く)粉体と低級酸
化物(例えばFeO等)あるいは活性金属(Ti、Nb
等)とイツトリアを混合し、機械的衝撃手段で複合粉体
を作製するときも、主成分金属と酸化物間に拡散および
巻き込み現象が生じ、強固に接合し、流動性の優れた複
合粉体を得ることが判明した。
活性金属とイツトリアの複合粉体は、炭化物系(SiC
等)および窒化物等(SI3N4)セラミックスのよう
に共有性結合の強い材料を被覆セラミックスとして溶剤
するときの中間層(下地)に適している。
実施例
〔発明の効果〕
以上説明した通り、本発明の金属粉体とセラミックス粉
体の複合球形粉体及びその製造法によれば、母材金属に
セラミックス等の異種被覆材を接合した場合の接合性の
向上や熱応力緩和を図るため、当該母材金属と被覆材に
応じた中間層の複合粉体を採択し、母材生成分金属粉体
に微細酸化物粉を機械的衝撃手段により固定化し、球体
化し、その際に界面に拡散層を形成したために、安定し
た成分の配合比と、粉体としての適度な流動性を確保で
き、従来の溶射処理時に生じやすかった閉塞、分離、偏
析などのトラブルをおこさない金属粉体とセラミックス
粉体の複合球形粉体による中間層形成用複合化溶射粉体
及びその製造法を提供することができる。Figure 1 is a conceptual diagram of manufacturing composite thermal spray powder, where a is spherical metal powder, a' is amorphous metal powder, b is ceramic powder, and C is ceramic powder attached to metal powder. Composite powder, d, d" represents a state in which ceramic powder is firmly fixed to metal powder. Figure 2 shows an example used to produce a composite thermal sprayed powder for forming an intermediate layer. A powder impact device having a certain impact impact means. Figures 3 to 9 are scanning electron microscopy (SEM) images of composite thermal sprayed powders based on the examples in Table 1. (a) shows the surface of the treated product; b) is the cross section (3.4
.. 5. 8. Figure 9). 3 and 9 (C) are images observed by an X-ray microanalyzer, where the symbol Y on the left represents yttrium, 0 represents oxygen, and A1 represents aluminum. Figure 3 (a'') is an 88M image of the amorphous A1 alloy powder. Patent applicant: Nara Kikai Seisakusho Co., Ltd. Agent: Shin Matsubara, 2 Patent attorney: Kiyoshi Muraki Kawamo
Atsushi Nishima - Figure 4, Figure 5, Figure 6, Figure 8, Figure 7.
Kunio Ogawa, Commissioner of the Japan Patent Office1, Indication of the case 1988 Patent - No. 1.140002 Name of the invention Composite thermal sprayed powder for forming an intermediate layer of metal powder and ceramic powder and its manufacturing method3, Relationship with the case of the person making the amendment Patent applicant name: Nara Kikai Seisakusho Co., Ltd. 4, agent (Y1O2) Address: 5, Ichibancho Central Building, 22-1 Ichibancho, Chiyotsu-ku, Tokyo Date of amendment order: 6 , "Detailed explanation of the invention j, brief explanation of the drawings" of the specification to be amended
Column 7 Contents of the amendment [1] On page 14, line 16 of the specification, "...was. Same as above, fluidity..." was changed to "...and fluidity..."・Correct to "." (2) Page 14, line 18 of the specification r(a), (b)
Delete J. (3) From page 14, line 19 to page 15, line 3 of the specification, ``compounded...shown in Figure 3(C)'' was replaced with ``(
(a) is a scanning electron microscopy (SEM) image of the outer diameter of the spherical powder, and (b) is a SEM image of the cross section of the composite spherical powder. (C) SE of the above cross section by X-ray microanalyzer (EPMΔ)
These are an M image and an X-ray image. ”. (4) Change "46" on page 17, line 14 of the specification to r6.4.
6". (5) Delete "The magnification is not shown in..." written in lines 15 to 16 of page 18 of the specification. (6) Page 18, line 17 of the specification “A1 and Y as above”
are corrected to [A1 and Y2O3 as in Example 1]. (7) In the correspondence diagram of implementation number T-1 described in Table 1 on page 20 of the specification, "(a) to (d) J is replaced with "(a'), (a) to
(C)”. (8) Insert "r (Figures 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9)" after "...surface of treated product" on page 22, line 6 of the specification. (9) Specification page 22, line 11 “Amorphous A1 alloy powder”
is corrected to "amorphous A1 alloy raw material powder". 1. Indication of the case Patent Application No. 114000 of 1988 2. Name of the invention Composite thermal sprayed powder for forming an intermediate layer of metal powder and ceramic powder and its manufacturing method 3. Person making the amendment Relationship with the case Patent Applicant Name Nara Kikai Seisakusho Co., Ltd. (1) The entire specification is amended as shown in the attached sheet. (2) Figures 1.2.3 of the drawings are corrected as shown in the attached sheet. Description 1. Name of the invention Composite thermal sprayed powder for forming an intermediate layer of metal powder and ceramic powder and its manufacturing method 2. Claims (1) Main component metal powder in a predetermined quantitative ratio and ceramic powder are bonded and sphericalized by mechanical impact means, and a diffusion layer is formed at the interface between the two powders. body. (2) The composite thermal spraying for forming an intermediate layer of metal powder and ceramic powder according to claim 1, wherein the main component metal powder is an irregular shape or a sphere made of a ferrous material, a nonferrous alloy material, and a heat-resistant metal material. powder. (3) Ceramic powder is made of metal as its main component.
JA (Y2031-20 mol%) alone or partially stabilized zirconia (PSZ 1-20 mol%) with addition of ittria and a part of the ceramic component for coating
<li7. +Shimmy 1-(81203 1~20
mol%), or lower oxides (10~
80 mol%), or partially stabilized Zinicomia (PSZ) in which yttria alone or yttria and a part of the coating ceramic component are added to the active metal.
2. The composite thermal sprayed powder for forming an intermediate layer of metal powder and ceramic powder according to claim 1, wherein the content is 1% to 2%). (4) A predetermined amount of ceramic powder is attached to the surface of the amorphous main component metal powder, and the composite powder is made into a sphere by mechanical impact means, and at the same time, the ceramic powder is fixed to the metal powder. A composite thermal sprayed powder for forming an intermediate layer of metal powder and ceramic powder, characterized in that a diffusion layer is formed at the interface between the two powders. (5) A predetermined northernmost ceramic powder is attached to the surface of the spherical main component metal powder, and the ceramic powder is fixed to the main component metal powder by mechanical impact means, and at this time, both of the above-mentioned A composite thermal sprayed powder for forming an intermediate layer between metal powder and ceramic powder, which is characterized by forming a diffusion layer at the powder interface. (6) For forming an intermediate layer between metal powder and ceramic powder according to any one of claims 1, 4, or 5, wherein the mechanical impact means impacts the outer surface of the composite powder with an impact pin of a rotary disk. Manufacturing method for composite thermal spray powder. 3. Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to a composite spherical powder of metal and ceramics, and in particular, when coating a base metal with ceramics, etc. The present invention relates to a composite thermal sprayed powder of metal powder and ceramic powder for forming an intermediate layer for stress relaxation, and a method for producing the same. [Prior art and problems to be solved by the invention] Conventionally, by coating metal materials with ceramics, the characteristics such as ductility and toughness of the metal material as the base material are improved, such as heat insulation, heat resistance, wear resistance and Adds corrosion resistance, etc.
Attempts to create mechanically superior composite materials have attracted attention in various fields, and various joined bodies and thermal spraying methods have been developed. In particular, conventional surface coating methods, such as the thermal spraying method for ceramics, are simply mechanically interlocked, or even when forming a reaction layer on the joint surface, they do not take sufficient consideration to the characteristics of the material, so it is difficult to combine them. In some cases, the difference in coefficient of thermal expansion was large, causing thermal stress and strain at the interface, and this did not provide an essential solution to bondability. Therefore, in order to improve the bonding strength between the base metal and the coating ceramic, an intermediate layer, which is a composite of an oxide and the metal-based powder, is interposed between the metal material and the coating ceramic. A method for solving the above-mentioned drawbacks has been devised (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-222052). In this method, at the interface between the metal material and the intermediate layer, the metal and the metal of the same type existing in the intermediate layer are combined, or when the metal to be joined and the metal existing in the intermediate layer are different types, the interface is formed. Bonding is achieved by forming an intermetallic compound in consideration of strength, and on the other hand, the composition of the intermediate layer is selected to provide high bonding strength due to the reaction layer and anchoring effect at the interface between the intermediate layer and the coating ceramic material. Looking at the thermal spraying treatment methods for forming the intermediate layer that contributes to the improvement of bonding strength, there is a mixed thermal spraying method in which a mixed powder of two or more types is supplied onto the surface of the base metal while being mixed at the tip of a thermal spray nozzle. There is also an individual thermal spraying method in which a plurality of thermal spray powders forming an intermediate layer are individually supplied to the tip of a thermal spray nozzle. However, in the former case, segregation tends to occur due to differences in the specific gravity and particle size of the mixed powder at the supply source, and in the latter case, differences in fluidity due to the powder material, particle size, shape, etc.
In particular, ceramic powder alone has extremely poor fluidity.)
Therefore, it was not possible to secure the desired blending ratio to the solvent supply nozzle, and it was not possible to quantitatively form the composite intermediate layer. Therefore, in order to solve these drawbacks, this method uses mechanical impact to immobilize ceramic powder on metal powder and make it spherical, and at the same time forms a diffusion layer at the interface of both powders. It is an object of the present invention to provide a composite thermal sprayed powder for forming an intermediate layer with excellent fluidity in which the components of the composite powder are kept at a predetermined blending ratio, and a method for producing the same. [Means and effects for solving the problem] In order to achieve the above object, the mixing ratio due to segregation in the supply source of the plurality of thermal sprayed powders forming the intermediate layer or the difference in fluidity of each powder. In order to eliminate fluctuations in the temperature, a powder of a predetermined component at a predetermined ratio that constitutes the intermediate layer is selected in advance, and ceramics are applied to the surface of the main component metal powder regardless of shape (hereinafter referred to as "inconstant humidity powder"). By depositing a number of fine particles and applying a continuous impact to the adhered composite powder using a rotary disk or the like having a large number of impact pins (hereinafter referred to as "mechanical impact means", for example, JP-A-62-221434), The object of the present invention is to provide a composite spherical powder in which a ceramic powder is fixed to a main component metal powder at the same time as it is sphericalized, and a diffusion layer is formed at the interface between the metal powder and the ceramic powder, and a method for producing the same. Alternatively, after adhering a predetermined ratio of ceramic powder to the surface of the main component metal which has been sphericalized in advance, the ceramic powder is fixed to the main component metal powder by mechanical impact means to form a diffusion layer. The present invention provides a composite powder and a method for producing the same. [Function] According to the composite spherical powder configured as described above, various selected main component metal powders and ceramic powders are used to improve the bondability between the base metal and the dissimilar coating material and to alleviate thermal stress. A desired blending ratio of the composite body can be secured. This fixes the fine powder of the coating material to the powder of the main component of the base metal in advance at a predetermined ratio and forms a diffusion layer. This takes advantage of the fact that fluctuations in the blending ratio due to differences in fluidity are eliminated. In addition, the composite thermal sprayed powder is a composite powder in which ceramic powder is attached to a metal powder as a main component, and a mechanical impact means is applied to the surface of the composite powder by applying an impact or impact action to the surface of the composite powder. It can be produced by a so-called dry method in which it is immobilized on. Furthermore, the diffusion layer of the powder prevents the composite powder from separating or peeling and is firmly bonded, so it also contributes to the bonding properties of the thermally sprayed intermediate layer and allows the desired intermediate layer to be formed. Can be provided. In addition, by selecting amorphous powder as the base metal powder, it is possible to freely select the blending ratio of the components, and the spheroidization process and fixation process, which were conventionally performed separately, can be performed simultaneously. It is possible to provide a composite thermal sprayed powder for forming an intermediate layer that is inexpensive and has excellent bonding strength and fluidity, and a method for producing the same. [Example] Hereinafter, a composite spherical powder of metal powder and ceramic powder according to the present invention and a method for manufacturing the same will be described in detail. The powder according to the present invention is a composite thermal sprayed powder for forming an intermediate layer, in which an oxide powder or a coated ceramic main component powder is immobilized on a metal powder whose main component is a metal material serving as a base material,
A uniform intermediate layer is formed by thermally spraying the powder onto the surface of a metal material, and at this interface (base metal/intermediate layer), the same kind of metals present in the intermediate layer coalesce, or dissimilar metals In between, they are combined by forming intermetallic compounds. Furthermore, coating ceramic powder is thermally sprayed onto the metal material onto which the intermediate layer (sprayed base) has been thermally sprayed, and a chemical reaction layer is generated and an anchoring effect is used at the interface between the composite intermediate layer and the coating ceramic to achieve good bonding properties. It forms a ceramic coating of metal. The metal material used as the base material is not particularly limited, but for example, it is a ferrous material (SUS, heat-resistant steel, etc.), a non-ferrous material (IE) (A1 alloy, Cu alloy, etc.), a heat-resistant metal material, and has a predetermined function. For example, the composite intermediate layer that is subjected to thermal spraying undercoating as described above is made by adding ittria (Y2031 to 20Mo1%) alone or adding ittria and a part of the coating ceramic component to the main component metal (A1 alloy) of the base metal. Alternatively, lower oxides are added to the main component of the base metal (in this case, non-ferrous materials are not included),
Alternatively, activated gold (Ti, Nb, AI, Cu, etc.) is selected from yttria alone or yttria and a part of ceramic components added, taking into account the base metal and the coating ceramic, and the surface treated as described above. Thermal spraying is carried out under specified conditions. There are, for example, the following two methods for producing the composite thermal spray powder for the intermediate layer selected in this way. (1) Using amorphous powder as the main component metal powder and adhering ceramic powder to its surface, a composite powder is made, and at the same time, the composite powder is spheroidized by mechanical firing means, and the metal powder is (2) A method of manufacturing a composite thermal sprayed powder in which ceramic powder is fixed on the surface or inside of a body and a diffusion layer is formed at the interface. A method of manufacturing a composite thermal sprayed powder in which a composite powder is made by adhering ceramic powder to a metal, and the ceramic powder is fixed on the surface of the main component metal by mechanical impact means to form a diffusion layer at the interface. There are two methods. FIG. 1 is a conceptual diagram showing the above manufacturing method. When using amorphous powder, its surface area is larger than that of wet powder, so the blending ratio of ceramic powder can be widened. FIG. 2 shows an embodiment of the mechanical impact means for producing the composite powder of the present invention, and is a device having impact impact means (hereinafter referred to as "powder impact device"). The powder impact device includes 1 casing, 2 stators, 3 a rotary disk that is located inside the casing 1 and rotates at high speed, 4 a plurality of impact pins (blades) radially provided around the outer periphery of the rotary disk 3, and 5 has one end opened in a part of the inner wall of the stator 2,
A circulation circuit whose other end opens near the center of the rotary disk 3 to form a closed circuit, 6 is a raw material input port, and 7 is an on-off valve for discharging treated powder provided by cutting out a part of the stator. has been done. The operation is a batch operation, and the composite powder, in which a predetermined mixing ratio of ceramic powder is adhered to the surface of the main component metal powder using a mixer, etc., is fed into the machine from the input port 6, and then the composite powder is fed into the machine through the input port 6, and the composite powder is fed into the machine through the input port 6, and then While being dispersed by the action of the disc 3, it is carried toward the outer circumference of the rotary disc, receives impact from the impact pin 4 and the stator 2, passes through the circulation circuit 5 from the outer periphery, is thrown into the machine again, and undergoes the same action repeatedly. As a result, uniform immobilization and spheroidization are achieved in a short time, and the processed product is recovered by opening the discharge lower. By using a powder processing apparatus having such an impact means, the ceramic powder is firmly fixed to the main component metal, and the fixed composite powder is spheroidized. When the composite spherical powder is immobilized and sphericalized, a diffusion layer of ceramic powder is formed at the main component metal interface due to the impact force. The diffusion layer integrates the individual composites, prevents them from separating or peeling during thermal spraying, and further contributes to improving the bondability of the intermediate layer after thermal spraying. Examples of composite thermal sprayed powder for forming an intermediate layer produced using the powder processing apparatus of this invention are shown in Table 1 and further comments are given below. Table 1 shows the composition of the composite thermal spray powder, the operating treatment conditions for manufacturing, and the fluidity (JIS Z 2502 "Metal powder fluidity test method"), which is an indicator of the fluidity of the product. show. Flow rate indicates the time required for a given amount of powder to flow out of an orifice. Therefore, the lower the fluidity, the better the fluidity. If the fluidity is very poor, it may not flow out from the orifice and measurement may not be possible. Furthermore, since the fluidity largely depends on the specific gravity of the substance, it is difficult to compare different types of materials, but the composite spheroidization process allows substances that cannot flow alone to maintain fluidity. The fluidity of irregularly shaped products of He1 alloy, SUS, and Cu is unmeasurable and 36.37, respectively, and the fluidity of spherical powder obtained by spheroidizing these metal powders is 58.1, respectively.
4.16, which is almost the same value as the fluidity of the present composite spherical powder shown in Table 1. This indicates that by making the ceramic powder, which does not flow by itself, into a composite spheroid as described above, the fluidity was improved to the level of a single metal powder. 3 to 9 are photographs of composite powders according to examples of the present invention. [Example 1] The following is an example of a composite powder in which the surface area of the main component metal is expanded to make it easier to control the amount ratio of ceramics. In this case, an appropriate amount of ceramic powder is directly mixed with the amorphous main component metal powder, and then spheroidization and compounding are simultaneously performed by mechanical impact means, which saves labor in the process. T-1 in Table 1 contains amorphous A1 alloy powder with an average grain size of 39 μm as the main component metal, and an average grain size of 3.0 μm as the ceramic.
The composite powder was treated by mixing 5 mol% of 5 μm Y2O3 powder, and the fluidity of this composite powder was 56, indicating that it has excellent fluidity. Figure 3(a) shows the S of the amorphous A1 alloy powder used as a raw material.
This is an EM image. (b) is a scanning electron microscope (SE) of the spherical powder outer diameter.
M) image, (C) is an 8EM image of the cross section of the composite spherical powder. (d) is an X-ray microanalyzer (EP) of the above cross section.
These are a SEM image and an X-ray image obtained by MA). As seen in the figure, Y203 is wrapped and fixed inside the spherical pine. A diffusion layer was formed at the interface between the A1 alloy powder and the ¥203 powder, resulting in a strong bond. The composite powder was sprayed on the A1 alloy round bar shape, and then PS
When we thermally sprayed the Z-shaped body and measured the bonding strength, it was 4 kg/
Tensile strengths of more than mm2 were obtained, and fractures occurred mainly between the adhesive and the 282 surface. A1 alloy powder and Y20
Thermal sprayability and fluidity (JI
S Z 2502) were both found to be excellent. [Example 2] At T=2 in Table 1, amorphous A1 alloy powder with an average particle size of 39 μm was used as the main component metal, and an average particle size of 1.9 was used as the ceramic.
5μm ZrO2 and average particle size 3.5μm Y2O3 powder
The fluidity of this composite powder was 54 when mixed in mol%. FIGS. 4(a) and 4(b) show SEM images of the appearance and cross section of the composite spherical powder. [Example 3] In T-3 of Table 1, amorphous SUS powder with an average particle size of 58 μm was used as the main component metal, and an average particle size of 3.5 μm was used as the ceramic.
μm Y2O3 powder and average particle size 11,4 pm A
Approximately 5 mol% of I203 was mixed with metal powder and post-treated, and the fluidity of this composite powder was 30. FIGS. 5(a) and 5(b) show SEM images of the appearance and cross section of the composite spherical powder. The same ceramic entrainment effect as seen in the A1 alloy powder occurs in the SUS powder, resulting in a strong composite. [Example 4] In T-4 in Table 1, amorphous SUS powder with an average particle size of 58 μm as the main component metal and 4 mol% of partially stabilized zirconia (PSZ) powder as the ceramic were mixed and post-treated. The fluidity of this composite powder was very good, and the fluidity was improved to 17. FIG. 6(a) shows an SEM image of the appearance of the composite spherical powder. [Example 5] T-5 in Table 1 was mixed with amorphous copper powder with an average particle size of 62 μm as the main component metal and partially stabilized zirconia (PSZ) powder as the ceramic, and was post-treated. The fluidity of the powder was 14. FIG. 7(a) shows a SEM image of the appearance of the composite spherical powder. [Example 6] T-6 in Table 1 contained amorphous copper powder with an average particle size of 62 μm as the main component metal and an average particle size of 11.4 as the ceramic.
The composite powder was post-treated by mixing 5.45 mol% of Δ1203 of μm, and the fluidity of this composite powder was 16. FIGS. 8(a) and 8(b) show SEM images of the appearance and cross section of the composite spherical powder. The same ceramic entrainment effect as seen in the A1 alloy powder occurs in the Cu powder, resulting in a strong composite. [Example 7] As shown in T-7 in Table 1, A1 alloy powder with an irregular shape as the main component metal was pre-spheroidized and had an average particle size of 43.
A1 alloy ball diameter powder of μm was used as a raw material. The A1 concerned
After mixing Y2O3 powder with an average particle size of 3.5 μm into the alloy powder at a predetermined ratio (4.5 mol%), mechanical shock was applied to the rotary plate at a peripheral speed of 100 m/s for a processing time of 3 m/s.
treated with n. S of the external shape and cross section of this composite powder processed product
EM images are shown in FIGS. 9(a) and 9(b), and SEM and X-ray images of the cross section are shown in FIG. 9(C). The core of the spherical powder is A1,
It can be seen that the outer periphery is surrounded by Y and O, and a composite of A1 alloy powder and Y2O3 powder is established. Similar to Example 1, a diffusion phenomenon of A1 and Y2O3 was observed between the outer periphery of the A1 nucleus and Y2O3, and it was found that Y2O3 was firmly bonded to the A1 alloy. The fluidity of the composite powder was 57 as shown in Table 1, indicating that it was a powder with good fluidity. The fluidity of conventional ceramic individual powder is psz <granulated product)
Therefore, the composite powder with excellent fluidity according to the present invention could not be provided by the individual thermal spraying method. In addition, main component metals (excluding non-ferrous metals) powders and lower oxides (e.g. FeO, etc.) or active metals (Ti, Nb
etc.) and ittria to produce a composite powder using mechanical impact means, diffusion and entrainment phenomena occur between the main component metal and the oxide, resulting in a strong bond and a composite powder with excellent fluidity. It turns out that you can get . The composite powder of active metal and ittria is carbide-based (SiC
etc.) and nitrides (SI3N4) etc.) It is suitable as an intermediate layer (base) when coating materials with strong covalent bonds, such as ceramics, as a coating ceramic. Examples [Effects of the Invention] As explained above, according to the composite spherical powder of metal powder and ceramic powder of the present invention and the method for producing the same, when a dissimilar coating material such as ceramics is bonded to a base metal, In order to improve bondability and alleviate thermal stress, we selected a composite powder for the intermediate layer that corresponds to the base metal and coating material, and added fine oxide powder to the base metal powder by mechanical impact. Because it is fixed, sphericalized, and a diffusion layer is formed at the interface, it is possible to ensure a stable blending ratio of ingredients and appropriate fluidity as a powder, eliminating the problems of clogging, separation, and other problems that tend to occur during conventional thermal spraying. It is possible to provide a composite thermal spray powder for forming an intermediate layer using a composite spherical powder of metal powder and ceramic powder that does not cause problems such as segregation, and a method for producing the same.
第1図は複合化溶射粉体を製造する概念図で(1)(a
)は不定形金属粉体、(2) (a)は球形金属粉体、
(1) (b)および(2)ら)はセラミックス粉体、
(1) (C)および(2) (C)は金属粉体にセラ
ミックス粉体を付着させた複合粉体、(1)(d)およ
び(2)(d)は金属粉体にセラミックス粉体を強固に
固定化した状態を表す。
第2図は中間層形成用複合化溶射粉体を製造するために
用いた一実施例である衝撃打撃手段を有する粉体衝撃装
置。第3図〜第9図は表1の実施例に基づく複合化溶射
粉体の粒子構造写真およびX線写真を示し、第3図(a
)は不定形A1合金原料粉の粒子構造写真、第3図ら)
および第4図〜第9図(a)は複合処理した粒子構造写
真、第3図(C)、第4図0))、第5図(b)、第8
図(b)および第9図(b)は粒子構造写真の断面図で
ある。又、第3図(d)、第9図(C)はX線写真で左
上の記号Yはイツトリウム、0は酸素、A1はアルミニ
ウムの成分を示す。
特許出願人 株式会社奈良機械製作所代理人 弁理士
松 原 伸 2
同 同 村 木 清 用向
同 上 島 淳 −(a)(1)
(a)
1 図
、) (C) ((
1)−Anら−
手 続 補 正 書 く自発)1.事件の表
示
昭和63年特許願第114000号
2、発明の名称
金属粉体とセラミックス粉体の中間層形成用複合化溶射
粉体及びその製造法
3、補正をする者
事件との関係 特許出願人
名 称 株式会社奈良機械製作所
自 発
6、補正の対象
明 細 書
1、発明の名称
金属粉体とセラミックス粉体の中間層形成用複合化溶射
粉体及びその製造法
2、特許請求の範囲
(」)予め定められたm比の主成分金属粉体と、セラミ
ックス粉体とが機械的衝撃手段により接合かつ球形化さ
れ、
前記両粉体界面において拡散層を形成したことを特徴と
する金属粉体とセラミックス粉体の中間層形成用複合化
溶射粉体。
(2)主成分金属粉体は、鉄系材料、非鉄合金材料およ
び耐熱性金属材料からなる不定形状あるいは球体である
請求項1記載の金属粉体とセラミックス粉体の中間層形
成用複合化溶射粉体。
(3)セラミックス粉体は、主成分金属にイツトリア(
Y2O20,1〜20 mol%)単独若しくハイット
リアと被覆用セラミックス成分の一部を添加した部分安
定化ジルコニア(PSZ 0.1〜20 mol%)若
しくはアルミナ(Al2O20,1〜20 mol%)
、あるいは主成分金属に低級酸化物(1〜80mol%
)を添加したもの、あるいは活性金属にイツトリア単独
若しくはイツトリアと被覆用セラミックス成分の一部を
添加した部分安定化ジルコニア(PSZ 0.1〜20
mol%)である請求項1記載の金fi%粉体とセラ
ミックス粉体の中間層形成用複合化溶射粉体。
(4)不定形主成分金属粉体表面に、予め定められた量
比のセラミックス粉体を付着させ、機械的衝撃手段によ
り前記複合粉体を球体化すると同時に金属粉体にセラミ
ックス粉体を固定化し、
その際に前記両粉体界面において拡散層を形成すること
を特徴とする金属粉体とセラミックス粉体の中間層形成
用複合化溶射粉体の製造法。
(5)球形主成分金属粉体表面に、予め定められた量比
のセラミックス粉体を付着させ、
機械的衝撃手段により前記主成分金属粉体にセラミック
ス粉体を固定化し、
その際に前記両粉体界面において拡散層を形成すること
を特徴とする金属粉体とセラミックス粉体の中間層形成
用複合化溶射粉体の製造法。
(6)機械的衝撃手段は、回転盤の衝撃ピンにより前記
複合粉体の外表面を打撃する請求項1,4又は5のいず
れかに記載の金属粉体とセラミックス粉体の中間層形成
用複合化溶射粉体の製造法。
3、発明の詳細な説明
〔産業上の利用分野〕
本発明は、金属とセラミックスとの複合球形粉体に関し
、特に、母材金属にセラミックス等の被覆に際し、当該
界面における接合性の向上あるいは熱応力緩和を図る中
間層形成用の金属粉体とセラミックス粉体の複合化溶射
粉体及びその製造法に関する。
〔従来技術及び発明が解決しようとする課題〕従来から
金属材料にセラミックスを被覆することによって、その
母材となる金属材料が有する延性あるいは靭性等の特性
に断熱性、耐熱性、耐摩耗性および耐食性等を付加し、
機械的に優れた複合材料を作成する試みが各方面で注目
され、種々の接合体及び溶射方法が開発されている。
中でもセラミックスの溶射法にみられる従来の表面被覆
法は、単に機械的な噛合いであったり、その接合面で反
応層を形成するにしても材料の特性を十分に配慮してい
ないため、その組み合わせによっては熱膨張係数の差が
大きく、境界面に熱的応力歪が発生し、本質的な接合性
の解決法にはならなかった。
そこで母材金属と被覆セラミックスとの接合強度の向上
を図るために、金属材料と被覆セラミックスとの間に酸
化物と前記金属主成分粉末を混合した複合体である中間
層を介在させることにより、前記欠点を解決する方法が
考案された(例えば特開昭62=222052>。この
方法では、前記金属材料と中間層との界面では、前記金
属と中間層中に存する同種金属の合体により、あるいは
接合させる金属と中間層中に存する金属が異種である場
合には、界面に強度を考慮した金属間化合物を形成させ
ることにより接合させ、一方前記中間層と被覆セラミッ
クス材との界面では反応層及び投錨効果により接合強度
の大きい中間層の組成が選択されている。
このような接合強度の向上に寄与する当該中間層を形成
するための溶射処理方法をみると、母料金属表面に二種
以上の混合粉体を溶射ノズル先端に混合しながら供給す
る混合溶射法と、中間層を形成する複数の溶射粉体を個
別に溶射ノズル先端に供給する個別溶射法がある。
しかし、前者の場合には供給源における混合粉体の比重
差や粒径差などにより偏析を生じやすく、又、後者にあ
っては粉体の材質や粒度、形状等による流動度の相違(
特に、セラミックス粉体単独では流動性が極端に悪い)
より溶射供給ノズルへの所望の配合比を確保できず、定
量的な前記複合中間層を形成することが出来なかった。
そこで、本発明は、このような欠点を解決するため、金
属粉体にセラミックス粉体を機械的衝撃手段により固定
化及び球体化し、その際に両粉体界面に拡散層を形成す
ることにより複合粉体の成分を所定の配合比に確保した
流動性に優れた中間層形成用複合化溶射粉体及びその製
造法を提供することを目的とする。
〔課題を解決するだめの手段及び作用〕」1記目的を達
成するために、前記中間層を形成する複数の溶射粉体の
供給源における偏析、あるいは各々の粉体の流動性の相
異による配合比の変動を除去するために、あらかじめ、
中間層を構成する所定量比の所定成分の粉体を選択し、
形状にこだわらない(以下「不定湿粉」という)主成分
金属粉体の表面にセラミックス微細粒子を付着させ、当
該付着複合粉体に多数の衝撃ピンを有する回転盤等で連
続して打撃作用を与えることにより(以下「機械的衝撃
手段という」例えば特開昭62−221.434) 、
球体化すると同時に主成分金属粉体にセラミックス粉体
を固定化し、金属粉体とセラミックス粉体の界面に拡散
層を形成した複合球形粉体及びその製造法を提供するも
のである。あるいは又、予め球形化した主成分金属表面
に前記と同様に所定量比のセラミックス粉体を付着させ
た後、機械的衝撃手段により主成分金属粉体にセラミッ
クス粉体を固定化し拡散層を形成した複合粉体及びその
製造法を提供するものである。
〔作用〕
上記のように構成された複合球形粉体によれば、母材金
属と異種被覆材との接合性の向上や熱応力緩和を企図す
る種々採択された主成分金属粉体とセラミックス粉体に
よる複合体の所望の配合比を確保することが出来る。こ
れは母材金属の主成分粉体に被覆材の微細粉体を予め所
定量比に固定化し、拡散層を形成することにより単なる
混合粉体の場合に生じやすい分離や偏析あるいは、個別
粉体の流動性の相異による配合比の変動が解消されるこ
とを利用している。
又、該複合化溶射粉体は主成分金属粉体にセラミックス
粉体を付着させた複合粉体を機械的衝撃手段により、該
複合粉体価々の表面に衝撃、打撃作用を与え、強制的に
固定化するいわゆる乾式方法により製造できる。
更に、当該粉体の拡散層は、前記複合粉体が分離あるい
は、剥離を防止し強固に接合されているため、溶射処理
された中間層としての接合性にも寄与し、所望の中間層
が提供できる。
又、不定形粉体を母料金属主成分粉体に選択することに
より、成分の配合比を自由に選択できるとともに従来の
個別に行われてきた球体化工程と固定化工程を同時に行
うことにより、安価で接合強度及び流動性に優れた中間
層形成用複合化溶射粉体及びその製造法を提供すること
ができる。
〔実施例〕
以下、本発明による金属粉体とセラミックス粉体の複合
球形粉体及びその製造法を詳細に説明する。
本発明による粉体は、母材となる金属材料を主成分とし
た金属粉体に酸化物粉あるいは被覆セラミックス主成分
粉末を固定化した中間層形成用複合化溶射粉体であり、
該粉体を用いて金属材料表面に溶射する事によって均一
な中間層を形成し、この界面(母料金属/中間層)では
、前記中間層中に存する同種金属同士の合体により、あ
るいは異種金属間の場合には金属間化合物を形成する事
によって合体される。
更に、該中間層(溶射下地)が溶射された金属材料上に
被覆セラミックス粉を溶射し、複合化中間層/被覆セラ
ミックスの界面では化学反応層の生成及び投錨効果を用
いる事によって接合性のよい金属のセラミックス被覆体
を形成するものである。母材となる金属材料は特に限定
しないが、例えば鉄系材料(SUS、耐熱鋼等)、非鉄
系材料(A1合金、Cu合金等)、耐熱性金属材料であ
り、所定の機能を有する様に溶射下地処理される複合化
中間層は、例えば母材金属の主成分金属(A1合金)に
イツトリア(Y2O20,1〜2Qmol%)単独若し
くは、イツトリアと被覆用セラミックス成分の一部を添
加したもの、あるいは母材金属の主成分に低級酸化物を
添加したもの(この場合は非鉄系材料を含まない)、あ
るいは活性金属(Ti、 Nb、 AI、 Cu等)に
イツトリア単独もしくはイツトリアとセラミックス成分
の一部を添加したものから、母材金属及び被覆セラミッ
クスを考慮して選択され、前記加工処理をした表面に所
定条件で溶射する。
この様に選択された中間層用の複合化溶射粉体を製造す
るには、例えば、次の2つの方法がある。
(1)主成分金属粉体として不定湿粉を用い、その表面
にセラミックス粉体を付着させた複合化粉を作り、機械
的衝撃手段により、該複合粉体を球体化すると同時に、
金属粉体の表面や内部にセラミックス粉体を固定化させ
て、当該界面に拡散層を形成した複合化溶射粉体を製造
する方法と
(2)主成分金属粉体として球体化粒子を用い、その表
面にセラミックス粉体を付着させた複合化粉を作り、機
械的衝撃手段により主成分金属表面にセラミックス粉を
固定化させて当該界面に拡散層を形成した複合化溶射粉
体を製造する方法
との2つの方法がある。第1図は上記の製造方法を示す
概念図である。不定湿粉を用いる場合は、球形扮に比べ
その表面積が大きいのでセラミックス粉の配合比の幅を
広げることができる。
第2図は、本発明の複合化粉体を製造するだめの機械的
衝撃手段の一実施例を示すものであり、衝撃打撃手段を
有する装置(以下「粉体衝撃装置」という)である。該
粉体衝撃装置は、1ケーシング、2ステーター、3はケ
ーシング1内にあって高速回転する回転盤、4は回転盤
3の外周に放射状に周設された複数の衝撃ピン(ブレー
ド)、5は一端がステーター2の内壁の一部に開口し、
他端が回転盤3の中心部付近に開口して閉回路を形成す
る循環回路、6は原料投入口、7はステーターの一部を
切り欠いて設けた処理粉体排出用の開閉弁で構成されて
いる。
運転は回分運転であり、混合機等で主成分金属粉体表面
に所定の配合比量のセラミックス粉体を付着させた複合
粉体は、投入口6より機内に投入され、高速で回転する
回転盤3の作用により分散されながら、回転盤外周方向
に運ばれ、衝す■ピン4やステーター2により衝撃作用
を受け、さらに外周部より循環回路5を通り、再び機内
に投入され、同じ作用をくり返し受けることにより短時
間で均一な固定化及び球体化が行われ、排出ロアを聞は
処理品を回収する。このような衝撃打撃手段を有する粉
体処理装置を用いることにより主成分金属にセラミック
ス粉体を強固に固定化し、当該固定化された複合粉体が
球体化される。当該複合球形粉体は、固定化及び球体化
に際し、衝撃力により、主成分金属界面においてセラミ
ックス粉体の拡散層を形成する。当該拡散層は、個別の
複合体を一体化するものであり、溶射処理に際し、分離
あるいは剥離を防止するものであり、更に溶射後の中間
層の接合性向上に寄与するものである。
以下、本粉体処理装置を用いて製造した中間層形成用複
合化溶射粉体の実施例を表1に示しさらに説明する。
表1には複合化溶射粉体の組成、および製造するだめの
運転処理条件、さらに製品の流動性を表す1つの指標で
ある流動度(JIS Z 2502「金属粉の流動度試
験法」)を示す。流動度は一定量の粉体をオリフィスか
ら流出するのに要する時間を示す。従って、流動度の小
さい方が流動性がよい。非常に流動性の悪い場合はオリ
フィスから流出しないので測定ができない場合がある。
また流動度は物質の比重に依存することが大きいので異
種物質間での比較は困難であるが、複合球体化処理によ
り、単独では流動しえない物質も流動性を維持できる。
なお、A1合金、SUS及びCuの不定形品の流動度は
それぞれ測定不能、36.37であり、これらの金属粉
末を球形化した球形粉体の流動度は、それぞれ58.1
4.16であり、表1に示す本件複合球形粉体の流動度
とほぼ同一の値を示す。これは、前記したように単独で
は流動しないセラミックス粉体を複合球形化することに
よって、単独の金属粉体の流動度まで向上したことを示
す。
第3図〜第9図は本発明の実施例による複合粉体の写真
図である。
〔実施例1〕
以下、主成分金属の表面積を拡大してセラミックスの量
比を制御し易くした複合粉体の実施例である。
この場合は不定形主成分金属粉に直接、適量のセラミッ
クス粉体を混合した後、機械的衝撃手段により球形化と
複合化を同時に行い、工程の上でも省力化される。
表1のT−1に主成分金属として平均粒形39μmの不
定形A1合金粉体と、セラミックスとして平均粒形35
μmY2O3粉体を5 mol%混合して処理したもの
で、この複合粉体の流動度は56であり、流動性にすぐ
れている事がわかる。
第3図(a)は原料として用いた不定形A1合金粉のS
EM像である。ら)は球形粉体外見の走査電顕(SEM
)像、(C)は複合球形粉体断面の8EM像である。(
d)は上記断面のX線のマイクロアナライザー(EPM
Δ)によるSEM像およびX線像である。図にみられる
ようにY2O3は球形松内部に巻き込まれて固定化され
ている。
A1合金粉とY2O3粉の界面には拡散層が生成し強固
に接合している。
A1合金丸棒状に当該複合粉体を下地溶射し、更にPS
Z粉体を溶射して接合強度を測定したところ、4kg/
+nm2以上の引っ張り強度が得られ、破断は主として
接着剤と282表面との間で生じた。A1合金粉とY2
O3粉を単に混合したものより溶射性および流動性(J
I322502)ともに優れていることが判明した。
〔実施例2〕
表1のT−2に主成分金属として平均粒径39μmの不
定形A1合金粉と、セラミックスとして平均粒形1.9
μmのZ r O2と平均粒径3.5μmY203粉体
を5 mol%混合して処理したもので、この複合粉体
の流動度は54であった。
第4図(a)および(b)に複合球形粉体の外見および
断面のSEM像を示す。
〔実施例3〕
表1のT−3に主成分金属として平均粒径58μmの不
定形SUS粉体と、セラミックスとして平均粒径3.5
μmのY2O3粉体と平均粒径11.4μmのA1゜0
3を約5mol%配合し、金属粉体と混合した後処理し
たもので、この複合粉体の流動度は30であった。
第5図(a)および(b)に複合球形粉体の外見および
断面のSEM像を示す。SUS粉体においてもA1合金
粉体にみられたのと同様なセラミックスの巻き込み作用
が起こり、強固な複合化が生じている。
〔実施例4〕
表1のT−4に主成分金属として平均粒径58μmの不
定形SUS粉体と、セラミックスとして部分安定化ジル
コニア(psz)粉体を4mol%を混合した後処理し
たもので、この複合粉体の流動性は非常に良く流動度は
17に向上した。
第6図(a)に複合球形粉体の外見のSEM像を示す。
〔実施例5〕
表1のT−5に主成分金属として平均粒径62μmの不
定形銅粉体と、セラミックスとして部分安定化ジルコニ
ア(P S Z)粉体を混合した後処理したもので、こ
の複合粉体の流動度は14であった。
第7図(a)複合球形粉体の外見のSEM像を示す。
〔実施例6〕
表1のT−6に主成分金属として平均粒径62μmの不
定形銅粉体と、セラミックスとして平均粒径11.4μ
mのAl2O3を5.45mol%混合した後処理した
もので、この複合粉体の流動度は16であった。
第8図(a)および(b)に複合球形粉体の外見および
断面のSEM像を示す。Cu粉体においてもA1合金粉
体にみられたのと同様なセラミックスの巻き込み作用が
起こり、強固な複合化が生じている。
〔実施例7〕
表1のT−7に示されるように、主成分金属として不定
形状のΔ1合金粉体を予め球形化処理した平均粒径43
μmのΔ1合金球径粉体を原料として用いた。当該A1
合金粉体に、平均粒径3.5μmの¥203粉体を所定
量比(4,5mol%)混合した後、機械的衝撃手段を
用いて回転盤外周速度100m/s、処理時間5m1n
、で処理した。この複合粉体処理品外形及び断面のSE
M像を第9図(a)(b)に、断面のSEM像およびX
線像を第9図(C)に示す。球形粉体の核がA1、外周
がYおよび○で取り囲み、A1合金粉と¥203”粉の
複合化が成立している様子がみられる。A1核の外周と
¥203との間に実施例1同様A1と¥203の拡散現
象が観察され、A1合金上に¥203が強固に接合して
いることが判明した。
当該複合粉体の流動度は表1に示されるように57の値
をもち、流動性のよい粉体であることが判明した。従来
のセラミックス個別粉体の流動度はPSZ (造粒品)
を除いて測定ができず、よって個別溶射法にあっては本
発明による流動性にすぐれた複合粉体が提供できなかっ
た。
その他、主成分金属(非鉄系金属を除く)粉体と低級酸
化物(例えばFeO等)あるいは活性金属(Ti、Nb
等)とイツトリアを混合し、1幾械的衝撃手段で複合粉
体を作製するときも、主成分金属と酸化物間に拡散およ
び巻き込み現象が生じ、強固に接合し、流動性の優れた
複合粉体を得ることが判明した。
活性金属とイツトリアの複合粉体は、炭化物系(SiC
等)および窒化物等(313N4)セラミックスのよう
に共有性結合の強い材料を被覆セラミックスとして溶射
するときの中間層く下地)に適している。
実施例
表1 申開層形成用複合化溶射粉体製造例〔発明の効
果〕
以上説明した通り、本発明の金属粉体とセラミックス粉
体の複合球形粉体及びその製造法によれば、母材金属に
セラミックス等の異種被覆4)Jを接合した場合の接合
性の向上や熱応力緩和を図るため、当該母材金属と被覆
材に応じた中間層の複合粉体を採択し、母材主成分金属
粉体に微細酸化物粉を機械的衝撃手段により固定化し、
球体化し、その際に界面に拡散層を形成したために、安
定した成分の配合比と、粉体としての適度な流動性を確
保でき、従来の溶射処理時に生じやすかった閉塞、分離
、偏析などのトラブルをおこさない金属粉体とセラミッ
クス粉体の複合球形粉体による中間層形成用複合化溶射
粉体及びその製造法を提供することができる。
本出願人は、前記複合球形粉体による溶射被膜の性能を
評価するために、第10図に示すように長さ10cm、
幅5cm、厚さQ、5cmのA1基板(母材)に、
本発明あるいは市販の中間層形成用溶射粉体を、さらに
その上に市販のセラミックスを、表2に示した溶射条件
でプラズマ溶射したサンプルをつくり、表3に示した条
件で加熱/冷却を繰り返して、繰り返し耐熱衝撃性を測
定した。第10図において、8はΔ1基板、9は中間層
、10はセラミックス層であり、溶射した中間層の厚さ
は0.1mm、セラミックス層の厚さは0゜3mmで、
幅及び長さは中間層・セラミックス層共各々5cmであ
る。
耐熱衝撃性試験に用いた装置を第11図に示した。第1
1図において、11は第10図に示した中間層とセラミ
ックス層を溶射した、繰り返し耐熱衝撃性測定用のサン
プノペ12はガスバーナー、13は天然ガス流量調節用
バルブ、14は酸素流量調節用バルブ、15は溶射層冷
却用の圧縮空気配管、16は母材冷却用の圧縮空気配管
、17はサンプルの温度を測定するためにAI基板の裏
面の溶射被膜中芯部の穴に挿入されたに型熱電対である
。また、18は天然ガス供給源、19は酸素供給源、2
0は冷却用の圧縮空気供給源である。
表2:サンプル溶射条件
表3:耐熱衝撃性試験条件
表4に耐熱衝撃性試験の結果を示した。
この試験には、表4に記載したように、中間層用として
イットリアの配合比を変えた本発明の複合化溶射粉体3
種類と市販の不定形溶射粉体く造粒品)、セラミックス
層相として市販の球形溶射粉体(造粒品)を2種類用い
た。この表において、剥離までの熱冷ザイクル繰り返し
回数とは、溶射被膜が剥離を開始するまで繰り返した熱
冷ザイクルの回数である。なお、この表に記載されてい
る数値は、同条件で2回行った結果の平均値である。
E−2,3,4においては、熱冷サイクルを2000回
繰り返しても溶射被膜の剥離は起こらなかった。
中間層に本発明の複合化溶射粉体を用いた場合は、市販
の中間層用溶射粉体を用いた場合、あるいは中間層とし
て何も溶射しなかった場合に比べ接合性が非常に良く、
剥離までの熱冷サイクル繰り返し回数は、市販の中間層
用溶射粉体を用いた場合および中間層として何も溶射し
なかった場合の3倍〜7倍以上であった。
このように、中間層(溶射下地)に母材主成分金属粉体
にセラミックス粉体を機械的衝撃手段により、強制的に
固定化された中間層形成用複合化溶射粉体を溶剤するこ
とにより、熱応力を緩和し、セラミックスの接合性を非
常に向」ニさせることができた。
表4°而十園I衝撃性試験序吉采Figure 1 is a conceptual diagram of manufacturing composite thermal spray powder (1) (a
) is amorphous metal powder, (2) (a) is spherical metal powder,
(1) (b) and (2) et al.) are ceramic powders;
(1) (C) and (2) (C) are composite powders with ceramic powder attached to metal powder, (1) (d) and (2) (d) are composite powders with ceramic powder attached to metal powder. It represents a state in which the is firmly fixed. FIG. 2 shows a powder impacting device having an impact impacting means, which is an embodiment used for producing a composite thermal sprayed powder for forming an intermediate layer. Figures 3 to 9 show particle structure photographs and X-ray photographs of composite thermal spray powders based on the examples in Table 1, and Figure 3 (a
) is a photograph of the particle structure of irregularly shaped A1 alloy raw material powder, Figure 3, etc.)
Figures 4 to 9 (a) are photographs of particle structures subjected to composite processing, Figure 3 (C), Figure 4 (0)), Figure 5 (b), and Figure 8.
FIG. 9(b) and FIG. 9(b) are cross-sectional views of grain structure photographs. Further, FIG. 3(d) and FIG. 9(C) are X-ray photographs, and the symbol Y in the upper left indicates the component of yttrium, 0 indicates oxygen, and A1 indicates the component of aluminum. Patent applicant Nara Kikai Seisakusho Co., Ltd. Agent Patent attorney Shin Matsubara 2 Same person Kiyoshi Muraki Usage
Same as above Atsushi Shima - (a) (1) (a) 1 Figure, ) (C) ((
1) -An et al. - Procedural amendment written spontaneously) 1. Display of the case 1988 Patent Application No. 114000 2 Name of the invention Composite thermal sprayed powder for forming an intermediate layer of metal powder and ceramic powder and its manufacturing method 3 Person making the amendment Relationship to the case Name of patent applicant Name: Nara Kikai Seisakusho Co., Ltd. 6, Specification subject to amendment 1, Name of the invention: Composite thermal sprayed powder for forming an intermediate layer of metal powder and ceramic powder and its manufacturing method 2, Claims (" ) A metal powder characterized in that a main component metal powder with a predetermined m ratio and a ceramic powder are bonded and sphericalized by mechanical impact means, and a diffusion layer is formed at the interface between the two powders. and composite thermal sprayed powder for forming an intermediate layer of ceramic powder. (2) The composite thermal spraying for forming an intermediate layer of metal powder and ceramic powder according to claim 1, wherein the main component metal powder is an irregular shape or a sphere made of a ferrous material, a nonferrous alloy material, and a heat-resistant metal material. powder. (3) Ceramic powder has the main component metal (Ittria) (
Partially stabilized zirconia (PSZ 0.1-20 mol%) or alumina (Al2O20, 1-20 mol%) alone or with hyttria and a part of the coating ceramic component added
, or a lower oxide (1 to 80 mol%
), or partially stabilized zirconia (PSZ 0.1 to 20
The composite thermal sprayed powder for forming an intermediate layer of gold fi% powder and ceramic powder according to claim 1, which is (mol%). (4) A predetermined amount of ceramic powder is attached to the surface of the amorphous main component metal powder, and the composite powder is made into a sphere by mechanical impact means, and at the same time, the ceramic powder is fixed to the metal powder. A method for producing a composite thermal sprayed powder for forming an intermediate layer of metal powder and ceramic powder, characterized in that a diffusion layer is formed at the interface between the two powders. (5) A predetermined ratio of ceramic powder is adhered to the surface of the spherical main component metal powder, and the ceramic powder is immobilized on the main component metal powder by mechanical impact means. A method for producing a composite thermal spray powder for forming an intermediate layer between metal powder and ceramic powder, which is characterized by forming a diffusion layer at the powder interface. (6) For forming an intermediate layer between metal powder and ceramic powder according to any one of claims 1, 4, or 5, wherein the mechanical impact means impacts the outer surface of the composite powder with an impact pin of a rotary disk. Manufacturing method for composite thermal spray powder. 3. Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to a composite spherical powder of metal and ceramics, and in particular, when coating a base metal with ceramics, etc. The present invention relates to a composite thermal sprayed powder of metal powder and ceramic powder for forming an intermediate layer for stress relaxation, and a method for producing the same. [Prior art and problems to be solved by the invention] Conventionally, by coating metal materials with ceramics, the characteristics such as ductility and toughness of the metal material as the base material are improved, such as heat insulation, heat resistance, wear resistance and Adds corrosion resistance, etc.
Attempts to create mechanically superior composite materials have attracted attention in various fields, and various joined bodies and thermal spraying methods have been developed. In particular, conventional surface coating methods, such as the thermal spraying method for ceramics, are simply mechanically interlocked, or even when forming a reaction layer on the joint surface, they do not take sufficient consideration to the characteristics of the material, so it is difficult to combine them. In some cases, the difference in coefficient of thermal expansion was large, causing thermal stress and strain at the interface, and this did not provide an essential solution to bondability. Therefore, in order to improve the bonding strength between the base metal and the coating ceramic, an intermediate layer, which is a composite of an oxide and the metal-based powder, is interposed between the metal material and the coating ceramic. A method has been devised to solve the above drawbacks (for example, JP-A-62-222052). In this method, at the interface between the metal material and the intermediate layer, the metal and the similar metal present in the intermediate layer are combined, or If the metal to be bonded and the metal present in the intermediate layer are different types, they are bonded by forming an intermetallic compound in consideration of strength at the interface, while at the interface between the intermediate layer and the coating ceramic material, a reaction layer and a The composition of the intermediate layer with high bonding strength is selected due to the anchoring effect. Looking at the thermal spraying method for forming the intermediate layer that contributes to improving the bonding strength, two or more types of There are two methods: a mixed thermal spraying method in which a mixed powder is supplied to the tip of a thermal spray nozzle while being mixed, and an individual thermal spraying method in which a plurality of thermal spraying powders forming an intermediate layer are individually supplied to the tip of a thermal spraying nozzle.However, in the former case, The latter tends to cause segregation due to differences in specific gravity and particle size of the mixed powder at the supply source, and in the latter case, differences in fluidity due to powder material, particle size, shape, etc.
In particular, ceramic powder alone has extremely poor fluidity.)
Therefore, it was not possible to secure the desired blending ratio to the thermal spray supply nozzle, and it was not possible to quantitatively form the composite intermediate layer. Therefore, in order to solve these drawbacks, the present invention fixes ceramic powder on metal powder and makes it spherical by mechanical impact means, and at the same time forms a diffusion layer at the interface of both powders to form a composite. The object of the present invention is to provide a composite thermal sprayed powder for forming an intermediate layer with excellent fluidity in which the components of the powder are kept at a predetermined blending ratio, and a method for producing the same. [Means and actions for solving the problem] In order to achieve the object described in item 1, it is possible to solve the problem by segregation in the supply source of the plurality of thermal sprayed powders forming the intermediate layer or by differences in fluidity of each powder. In order to eliminate variations in the mixing ratio,
Selecting a powder of a predetermined component in a predetermined ratio of amounts constituting the intermediate layer,
Ceramic fine particles are attached to the surface of the main component metal powder regardless of shape (hereinafter referred to as "inconstant moisture powder"), and the attached composite powder is continuously subjected to impact action using a rotary disk or the like having a large number of impact pins. (hereinafter referred to as "mechanical impact means", e.g., Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-221.434),
The object of the present invention is to provide a composite spherical powder in which a ceramic powder is fixed to a main component metal powder at the same time as it is sphericalized, and a diffusion layer is formed at the interface between the metal powder and the ceramic powder, and a method for producing the same. Alternatively, after adhering a predetermined ratio of ceramic powder to the surface of the main component metal which has been sphericalized in advance, the ceramic powder is fixed to the main component metal powder by mechanical impact means to form a diffusion layer. The present invention provides a composite powder and a method for producing the same. [Function] According to the composite spherical powder configured as described above, various selected main component metal powders and ceramic powders are used to improve the bondability between the base metal and the dissimilar coating material and to alleviate thermal stress. A desired blending ratio of the composite body can be secured. This fixes the fine powder of the coating material to the powder of the main component of the base metal in advance at a predetermined ratio and forms a diffusion layer. This takes advantage of the fact that fluctuations in the blending ratio due to differences in fluidity are eliminated. In addition, the composite thermal sprayed powder is a composite powder in which ceramic powder is attached to a metal powder as a main component, and a mechanical impact means is applied to the surface of the composite powder by applying an impact or impact action to the surface of the composite powder. It can be produced by a so-called dry method in which it is immobilized on. Furthermore, the diffusion layer of the powder prevents the composite powder from separating or peeling and is firmly bonded, so it also contributes to the bonding properties of the thermally sprayed intermediate layer and allows the desired intermediate layer to be formed. Can be provided. In addition, by selecting amorphous powder as the main component powder of the base metal, the blending ratio of the components can be freely selected, and the spheroidization process and immobilization process, which were conventionally performed separately, can be performed at the same time. It is possible to provide a composite thermal sprayed powder for forming an intermediate layer that is inexpensive and has excellent bonding strength and fluidity, and a method for producing the same. [Example] Hereinafter, a composite spherical powder of metal powder and ceramic powder according to the present invention and a method for manufacturing the same will be described in detail. The powder according to the present invention is a composite thermal sprayed powder for forming an intermediate layer, in which an oxide powder or a coated ceramic main component powder is immobilized on a metal powder whose main component is a metal material serving as a base material,
A uniform intermediate layer is formed by spraying the powder onto the surface of a metal material, and at this interface (base metal/intermediate layer), the same kind of metals present in the intermediate layer coalesce, or dissimilar metals In between, they are combined by forming intermetallic compounds. Furthermore, coating ceramic powder is thermally sprayed onto the metal material onto which the intermediate layer (sprayed base) has been thermally sprayed, and a chemical reaction layer is generated and an anchoring effect is used at the interface between the composite intermediate layer and the coating ceramic to achieve good bonding properties. It forms a ceramic coating of metal. The metal material used as the base material is not particularly limited, but includes, for example, ferrous materials (SUS, heat-resistant steel, etc.), non-ferrous materials (A1 alloy, Cu alloy, etc.), and heat-resistant metal materials. The composite intermediate layer to be subjected to thermal spraying surface treatment is, for example, one in which yttria (Y2O20, 1 to 2Q mol%) is added alone to the main component metal (A1 alloy) of the base metal, or yttria and a part of the coating ceramic component are added. Alternatively, lower oxides are added to the main component of the base metal (in this case, non-ferrous materials are not included), or active metals (Ti, Nb, AI, Cu, etc.) are combined with ittria alone or in combination with ittria and a ceramic component. The base metal and the coating ceramic are selected from among those with a certain amount added, and the material is thermally sprayed on the processed surface under predetermined conditions. There are, for example, the following two methods for producing the composite thermal spray powder for the intermediate layer selected in this way. (1) A composite powder is prepared by using a non-uniform powder as the main component metal powder and a ceramic powder is adhered to the surface thereof, and at the same time, the composite powder is spheroidized by mechanical impact means,
A method for producing a composite thermal sprayed powder in which a ceramic powder is immobilized on the surface or inside of a metal powder to form a diffusion layer at the interface; (2) using spheroidized particles as the main component metal powder; A method of producing a composite thermal sprayed powder in which a composite powder is prepared by adhering ceramic powder to the surface of the composite powder, and the ceramic powder is fixed on the main component metal surface by mechanical impact means to form a diffusion layer at the interface. There are two methods. FIG. 1 is a conceptual diagram showing the above manufacturing method. When using variable humidity powder, its surface area is larger than that of spherical powder, so it is possible to widen the range of the blending ratio of ceramic powder. FIG. 2 shows an embodiment of the mechanical impact means for producing the composite powder of the present invention, and is a device having impact impact means (hereinafter referred to as "powder impact device"). The powder impact device includes 1 casing, 2 stators, 3 a rotary disk that is located inside the casing 1 and rotates at high speed, 4 a plurality of impact pins (blades) radially provided around the outer periphery of the rotary disk 3, and 5 has one end opened in a part of the inner wall of the stator 2,
A circulation circuit whose other end opens near the center of the rotary disk 3 to form a closed circuit, 6 is a raw material input port, and 7 is an on-off valve for discharging treated powder provided by cutting out a part of the stator. has been done. The operation is a batch operation, and the composite powder, in which a predetermined mixing ratio of ceramic powder is adhered to the surface of the main component metal powder using a mixer, etc., is fed into the machine from the input port 6, and then the composite powder is fed into the machine through the input port 6, and the composite powder is fed into the machine through the input port 6, and then While being dispersed by the action of the disc 3, it is carried towards the outer circumference of the rotary disc, receives impact from the impacting pins 4 and the stator 2, and then passes through the circulation circuit 5 from the outer periphery and is thrown into the machine again, where it undergoes the same action. By repeating the process, uniform fixation and spherical formation are achieved in a short period of time, and the processed product is recovered by the discharge lower. By using a powder processing apparatus having such an impact means, the ceramic powder is firmly fixed to the main component metal, and the fixed composite powder is spheroidized. When the composite spherical powder is immobilized and sphericalized, a diffusion layer of ceramic powder is formed at the main component metal interface due to the impact force. The diffusion layer integrates the individual composites, prevents them from separating or peeling during thermal spraying, and further contributes to improving the bondability of the intermediate layer after thermal spraying. Examples of composite thermal sprayed powder for forming an intermediate layer produced using this powder processing apparatus are shown in Table 1 and will be further described below. Table 1 shows the composition of the composite thermal spray powder, the operating and processing conditions of the manufacturing tank, and the fluidity (JIS Z 2502 "Metal powder fluidity test method"), which is an indicator of the fluidity of the product. show. Flow rate indicates the time required for a given amount of powder to flow out of an orifice. Therefore, the lower the fluidity, the better the fluidity. If the fluidity is very poor, it may not flow out from the orifice and measurement may not be possible. Furthermore, since the fluidity largely depends on the specific gravity of the substance, it is difficult to compare different types of materials, but the composite spheroidization process allows substances that cannot flow alone to maintain fluidity. The fluidity of irregular shaped products of A1 alloy, SUS, and Cu is unmeasurable and 36.37, respectively, and the fluidity of spherical powder obtained by spheroidizing these metal powders is 58.1.
4.16, which is almost the same value as the fluidity of the present composite spherical powder shown in Table 1. This indicates that by making the ceramic powder, which does not flow by itself, into a composite spheroid as described above, the fluidity was improved to the level of a single metal powder. 3 to 9 are photographs of composite powders according to examples of the present invention. [Example 1] The following is an example of a composite powder in which the surface area of the main component metal is expanded to make it easier to control the amount ratio of ceramics. In this case, an appropriate amount of ceramic powder is directly mixed with the amorphous main component metal powder, and then spheroidization and compounding are simultaneously performed by mechanical impact means, which saves labor in the process. T-1 in Table 1 contains amorphous A1 alloy powder with an average grain size of 39 μm as the main component metal, and an average grain size of 35 μm as the ceramic.
The composite powder was treated by mixing 5 mol% of μmY2O3 powder, and the fluidity of this composite powder was 56, indicating that it has excellent fluidity. Figure 3(a) shows the S of the amorphous A1 alloy powder used as a raw material.
This is an EM image. ) is a scanning electron microscope (SEM) with a spherical powder appearance.
) image, and (C) is an 8EM image of the cross section of the composite spherical powder. (
d) is an X-ray microanalyzer (EPM) of the above cross section.
SEM image and X-ray image by Δ). As seen in the figure, Y2O3 is immobilized inside the spherical pine. A diffusion layer is formed at the interface between the A1 alloy powder and the Y2O3 powder, resulting in a strong bond. The composite powder was sprayed on the A1 alloy round bar shape, and then PS
When Z powder was sprayed and the bonding strength was measured, it was 4kg/
A tensile strength of +nm2 or more was obtained, and fracture occurred mainly between the adhesive and the 282 surface. A1 alloy powder and Y2
Thermal sprayability and fluidity (J
I322502) were both found to be excellent. [Example 2] T-2 in Table 1 contains amorphous A1 alloy powder with an average particle size of 39 μm as the main component metal and an average particle size of 1.9 as the ceramic.
The composite powder was treated by mixing 5 mol% of Z r O2 with a particle diameter of 3.5 μm and Y203 powder with an average particle size of 3.5 μm, and the fluidity of this composite powder was 54. FIGS. 4(a) and 4(b) show SEM images of the appearance and cross section of the composite spherical powder. [Example 3] In T-3 of Table 1, amorphous SUS powder with an average particle size of 58 μm was used as the main component metal, and an average particle size of 3.5 μm was used as the ceramic.
μm Y2O3 powder and A1゜0 with average particle size 11.4μm
About 5 mol % of 3 was mixed with metal powder and post-treated, and the fluidity of this composite powder was 30. FIGS. 5(a) and 5(b) show SEM images of the appearance and cross section of the composite spherical powder. The same ceramic entrainment effect as seen in the A1 alloy powder occurs in the SUS powder, resulting in a strong composite. [Example 4] In T-4 in Table 1, amorphous SUS powder with an average particle size of 58 μm as the main component metal and 4 mol% of partially stabilized zirconia (PSZ) powder as the ceramic were mixed and post-treated. The fluidity of this composite powder was very good, and the fluidity was improved to 17. FIG. 6(a) shows an SEM image of the appearance of the composite spherical powder. [Example 5] T-5 in Table 1 was mixed with amorphous copper powder with an average particle size of 62 μm as the main component metal and partially stabilized zirconia (PSZ) powder as the ceramic, and was then processed. The fluidity of this composite powder was 14. FIG. 7(a) shows a SEM image of the appearance of the composite spherical powder. [Example 6] In T-6 of Table 1, amorphous copper powder with an average particle size of 62 μm was used as the main component metal, and an average particle size of 11.4 μm was used as the ceramic.
The composite powder had a fluidity of 16. FIGS. 8(a) and 8(b) show SEM images of the appearance and cross section of the composite spherical powder. The same ceramic entrainment effect as seen in the A1 alloy powder occurs in the Cu powder, resulting in a strong composite. [Example 7] As shown in T-7 in Table 1, Δ1 alloy powder with an irregular shape as the main component metal was pre-spheroidized and had an average particle size of 43.
A Δ1 alloy ball diameter powder of μm was used as a raw material. The A1 concerned
After mixing ¥203 powder with an average particle size of 3.5 μm into the alloy powder at a predetermined ratio (4.5 mol%), using a mechanical impact means, the rotary plate outer peripheral speed was 100 m/s and the processing time was 5 m1n.
, processed. SE of the external shape and cross section of this composite powder processed product
The M image is shown in FIGS. 9(a) and 9(b), the cross-sectional SEM image and the
A line image is shown in FIG. 9(C). The core of the spherical powder is A1, the outer periphery is surrounded by Y and ○, and it can be seen that a composite of A1 alloy powder and ¥203" powder has been established. Example between the outer periphery of A1 core and ¥203" Similar to No. 1, a diffusion phenomenon of A1 and ¥203 was observed, and it was found that ¥203 was firmly bonded to the A1 alloy. The fluidity of the composite powder was a value of 57 as shown in Table 1. It was found that the powder has good elasticity and fluidity.The fluidity of conventional individual ceramic powders is that of PSZ (granulated product).
Therefore, the composite powder with excellent fluidity according to the present invention could not be provided by the individual thermal spraying method. In addition, main component metals (excluding non-ferrous metals) powders and lower oxides (e.g. FeO, etc.) or active metals (Ti, Nb
etc.) and ittria to produce a composite powder using mechanical impact means, diffusion and entrainment phenomena occur between the main component metal and the oxide, resulting in a strong bond and a highly fluid composite powder. It turned out that a powder was obtained. The composite powder of active metal and ittria is carbide-based (SiC
etc.) and nitrides (313N4). Suitable for use as an intermediate layer base when thermally spraying materials with strong covalent bonds such as ceramics as coating ceramics. Example Table 1 Example of manufacturing a composite thermal sprayed powder for forming an open layer [Effects of the invention] As explained above, according to the composite spherical powder of metal powder and ceramic powder of the present invention and the method for manufacturing the same, In order to improve bonding performance and alleviate thermal stress when a dissimilar coating such as ceramics 4) J is bonded to a base metal, we adopted a composite powder as an intermediate layer that corresponds to the base metal and coating material. Fine oxide powder is immobilized on the main component metal powder by mechanical impact means,
By forming spheres and forming a diffusion layer at the interface, it is possible to ensure a stable blending ratio of ingredients and appropriate fluidity as a powder, eliminating problems such as clogging, separation, and segregation that tend to occur during conventional thermal spraying. It is possible to provide a composite thermal spraying powder for forming an intermediate layer using a composite spherical powder of metal powder and ceramic powder that does not cause trouble, and a method for producing the same. In order to evaluate the performance of the thermally sprayed coating made of the composite spherical powder, the applicant investigated
On an A1 board (base material) with a width of 5 cm and a thickness of Q, 5 cm,
A sample was prepared by plasma spraying the thermal spray powder of the present invention or a commercially available intermediate layer forming powder, and then a commercially available ceramic on top of it under the spraying conditions shown in Table 2, and heating/cooling was repeated under the conditions shown in Table 3. The thermal shock resistance was repeatedly measured. In FIG. 10, 8 is a Δ1 substrate, 9 is an intermediate layer, and 10 is a ceramic layer. The thickness of the sprayed intermediate layer is 0.1 mm, and the thickness of the ceramic layer is 0.3 mm.
The width and length of both the intermediate layer and the ceramic layer are 5 cm. The apparatus used for the thermal shock resistance test is shown in FIG. 1st
In Fig. 1, 11 is a sample nozzle 12 for repeated thermal shock resistance measurement on which the intermediate layer and ceramic layer shown in Fig. 10 have been thermally sprayed, 13 is a natural gas flow rate adjustment valve, and 14 is an oxygen flow rate adjustment valve. , 15 is a compressed air pipe for cooling the sprayed layer, 16 is a compressed air pipe for cooling the base material, and 17 is a pipe inserted into the hole in the center of the sprayed coating on the back side of the AI board to measure the temperature of the sample. It is a type thermocouple. In addition, 18 is a natural gas supply source, 19 is an oxygen supply source, 2
0 is a compressed air supply source for cooling. Table 2: Sample thermal spraying conditions Table 3: Thermal shock resistance test conditions Table 4 shows the results of the thermal shock resistance test. In this test, as shown in Table 4, composite thermal spray powder 3 of the present invention with different blending ratios of yttria was used for the intermediate layer.
Two types of commercially available spherical thermal sprayed powder (granulated product) and a commercially available spherical thermal sprayed powder (granulated product) were used as the ceramic layer phase. In this table, the number of repeated hot/cool cycles until peeling is the number of times hot/cool cycles are repeated until the sprayed coating starts peeling off. The numerical values listed in this table are the average values of the results obtained twice under the same conditions. In E-2, 3, and 4, no peeling of the sprayed coating occurred even after repeating the heating/cooling cycle 2000 times. When the composite thermal sprayed powder of the present invention is used for the intermediate layer, the bondability is much better than when a commercially available intermediate layer thermal sprayed powder is used, or when nothing is thermally sprayed as the intermediate layer.
The number of repetitions of heating and cooling cycles until peeling was 3 to 7 times more than when a commercially available intermediate layer thermal spray powder was used and when no intermediate layer was thermally sprayed. In this way, the intermediate layer (thermal spray base) is formed by applying a solvent to the composite thermal spraying powder for forming the intermediate layer, which is forcibly fixed by mechanical impact means, using ceramic powder as the main component of the base metal powder. It was possible to alleviate thermal stress and greatly improve the bonding properties of ceramics. Table 4: Jijuen I Impact Test Junkichi
第1図は複合化溶射粉体を製造する概念図で(1)(a
)は不定形金属粉体、(2)(a)は球形金属粉体、(
1) (b)および(2) (b)はセラミックス粉体
、(]、) (C)および(2) (C)は金属粉体に
セラミックス粉体を付着させた複合粉体(1)(d)お
よび(2) (d)は金属粉体にセラミックス粉体を強
固に固定化した状態を表す。
第2図は中間層形成用複合化溶射粉体を製造するために
用いた一実施例であるfl? ’11打撃手段を有する
粉体衝撃装置。第3図〜第9図は表1の実施例に基づく
複合化溶射粉体の粒子構造写真およびX線写真を示し、
第3図(a)は不定形A1合金原料粉の粒子構造写真、
第3図(b)および第4図〜第9図(a)は複合処理し
た粒子構造写真、第3図(C)、第4図(b)、第5図
(b)、第8図(b)および第9図Q:1)は粒子構造
写真の断面図である。又、第3図(d、)、第9図(C
)はX線写真で左上の記号Yはイツトリウム、0は酸素
、A1はアルミニウムの成分を示す。第10図は本発明
の効果を確認するための溶射被膜を形成したサンプルを
示し、第11図は当該サンプルの耐熱衝撃性試験に用い
た装置を示す。
符号の説明
1・・・ケーシング 2・・・ステーク−3・・・
回転盤 4・・・衝撃ピン(ブレード)5・・
・循環回路 6・・・原料投入ロア・・・処理粉
体 訃・・A1基板9・・・中間層 1
0・・・セラミックス層11・・・サンプル 1
2・・・ガスバーナー15、16・・・冷却用の圧縮空
気配管17・・・K型態電対 18・・・天然ガス
供給源19・・・酸素供給源 20・・・圧縮空気
供給源特許出願人 株式会社奈良機械製作所代理人
弁理士 松 原 伸 2
同 同 村 木 清 回置
同 上 島 淳 −どfFigure 1 is a conceptual diagram of manufacturing composite thermal spray powder (1) (a
) is an amorphous metal powder, (2) (a) is a spherical metal powder, (
1) (b) and (2) (b) is ceramic powder, (], ) (C) and (2) (C) is composite powder (1) ( d) and (2) (d) represents a state in which ceramic powder is firmly fixed to metal powder. FIG. 2 shows an example of fl? used to produce a composite thermal spray powder for forming an intermediate layer. '11 Powder impact device with impact means. 3 to 9 show particle structure photographs and X-ray photographs of composite thermal sprayed powders based on the examples shown in Table 1,
Figure 3(a) is a photograph of the particle structure of the amorphous A1 alloy raw material powder;
Figure 3 (b) and Figures 4 to 9 (a) are photographs of the particle structure after composite processing, Figure 3 (C), Figure 4 (b), Figure 5 (b), Figure 8 ( b) and FIG. 9 Q:1) are cross-sectional views of grain structure photographs. Also, Fig. 3 (d,), Fig. 9 (C
) is an X-ray photograph, and the symbol Y in the upper left indicates the component of yttrium, 0 indicates oxygen, and A1 indicates the component of aluminum. FIG. 10 shows a sample on which a sprayed coating was formed to confirm the effects of the present invention, and FIG. 11 shows an apparatus used for a thermal shock resistance test of the sample. Explanation of symbols 1...Casing 2...Stake-3...
Turntable 4...Impact pin (blade) 5...
・Circulation circuit 6... Raw material input lower... Processed powder... A1 substrate 9... Intermediate layer 1
0... Ceramic layer 11... Sample 1
2... Gas burners 15, 16... Compressed air piping for cooling 17... K type couple 18... Natural gas supply source 19... Oxygen supply source 20... Compressed air supply source Patent applicant Nara Kikai Seisakusho Co., Ltd. Agent
Patent attorney Shin Matsubara 2 Same as Kiyoshi Muraki Replaced
Same as above Atsushi Shima -dof
Claims (6)
ックス粉体とが機械的衝撃手段により接合かつ球形化さ
れ、 前記両粉体界面において拡散層を形成したことを特徴と
する金属粉体とセラミックス粉体の中間層形成用複合化
溶射粉体。(1) A metal characterized in that main component metal powder and ceramic powder in a predetermined quantitative ratio are bonded and sphericalized by mechanical impact means, and a diffusion layer is formed at the interface between the two powders. Composite thermal spray powder for forming an intermediate layer between powder and ceramic powder.
び耐熱性金属材料からなる不定形状あるいは球体である
請求項1記載の金属粉体とセラミックス粉体の中間層形
成用複合化溶射粉体。(2) The composite thermal spraying for forming an intermediate layer of metal powder and ceramic powder according to claim 1, wherein the main component metal powder is an irregular shape or a sphere made of a ferrous material, a nonferrous alloy material, and a heat-resistant metal material. powder.
Y_2O_31〜20mol%)単独若しくはイットリ
アと被覆用セラミックス成分の一部を添加した部分安定
化ジルコニア(PSZ1〜20mol%)若しくはアル
ミナ(Al_2O_31〜20mol%)、あるいは主
成分金属に低級酸化物(10〜80mol%)を添加し
たもの、あるいは活性金属にイットリア単独若しくはイ
ットリアと被覆用セラミックス成分の一部を添加した部
分安定化ジニコミア(PSZ1〜20mol%)である
請求項1記載の金属粉体とセラミックス粉体の中間層形
成用複合化溶射粉体。(3) Ceramic powder has yttria (
Y_2O_31-20 mol%) alone or partially stabilized zirconia (PSZ 1-20 mol%) or alumina (Al_2O_31-20 mol%) to which yttria and a part of the coating ceramic component are added, or a lower oxide (10-80 mol%) to the main component metal. %), or partially stabilized dicomia (PSZ 1 to 20 mol%) prepared by adding yttria alone or yttria and a part of a coating ceramic component to an active metal. Composite thermal spray powder for forming an intermediate layer.
比のセラミックス粉体を付着させ、 機械的衝撃手段により前記複合粉体を球体化すると同時
に金属粉体にセラミックス粉体を固定化し、 その際に前記両粉体界面において拡散層を形成すること
を特徴とする金属粉体とセラミックス粉体の中間層形成
用複合化溶射粉体。(4) Attach a predetermined amount of ceramic powder to the surface of the amorphous main component metal powder, turn the composite powder into a sphere by mechanical impact means, and simultaneously fix the ceramic powder to the metal powder. A composite thermal sprayed powder for forming an intermediate layer of metal powder and ceramic powder, characterized in that a diffusion layer is formed at the interface between the two powders.
のセラミックス粉体を付着させ、機械的衝撃手段により
前記主成分金属粉体にセラミックス粉体を固定化し、 その際に前記両粉体界面において拡散層を形成すること
を特徴とする金属粉体とセラミックス粉体の中間層形成
用複合化溶射粉体。(5) A predetermined ratio of ceramic powder is adhered to the surface of the spherical main component metal powder, and the ceramic powder is fixed to the main component metal powder by mechanical impact means, and at this time, both of the above-mentioned A composite thermal sprayed powder for forming an intermediate layer between metal powder and ceramic powder, which is characterized by forming a diffusion layer at the powder interface.
複合粉体の外表面を打撃する請求項1、4又は5のいず
れかに記載の金属粉体とセラミックス粉体の中間層形成
用複合化溶射粉体の製造法。(6) For forming an intermediate layer between metal powder and ceramic powder according to any one of claims 1, 4, or 5, wherein the mechanical impact means impacts the outer surface of the composite powder with an impact pin of a rotary disk. Manufacturing method for composite thermal spray powder.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11400088A JPH01287263A (en) | 1988-05-11 | 1988-05-11 | Thermal spraying powder combined with metal powder and ceramic powder for intermediate layer between metal and ceramic and its production |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP11400088A JPH01287263A (en) | 1988-05-11 | 1988-05-11 | Thermal spraying powder combined with metal powder and ceramic powder for intermediate layer between metal and ceramic and its production |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01287263A true JPH01287263A (en) | 1989-11-17 |
JPH0575824B2 JPH0575824B2 (en) | 1993-10-21 |
Family
ID=14626555
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP11400088A Granted JPH01287263A (en) | 1988-05-11 | 1988-05-11 | Thermal spraying powder combined with metal powder and ceramic powder for intermediate layer between metal and ceramic and its production |
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01287263A (en) |
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---|---|---|---|---|
CZ304146B6 (en) * | 2009-05-18 | 2013-11-20 | Ústav fyziky plazmatu | Process for preparing multilayer ceramic coating and multilayer ceramic coating prepared in such a manner |
CN112725716A (en) * | 2020-12-23 | 2021-04-30 | 中国兵器工业第五九研究所 | Core-shell structure ceramic composite powder for thermal spraying and preparation method thereof |
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-
1988
- 1988-05-11 JP JP11400088A patent/JPH01287263A/en active Granted
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Also Published As
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---|---|
JPH0575824B2 (en) | 1993-10-21 |
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