JPH0215157A - 酸化物系溶射材料 - Google Patents
酸化物系溶射材料Info
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Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は溶射材料に係わり、特に高融点酸化物を原料と
した酸化物系溶射材料に関する。
した酸化物系溶射材料に関する。
材料の耐熱性、耐食性や耐摩耗性を向上させる手段とし
て、材料の表面にこれらの特性に優れた材料を溶射する
方法が知られている。特に、石炭焚ボイラの伝熱管、バ
ーナインペラ、ガスタービン部品等は高温で使用され、
更に腐食や摩耗も問題になることから、准化物系または
炭化物系のセラミックス材料が溶射材料として用いられ
る。ジルコニア（ＺｒＯ２）、クロミア（Ｃｒ、ｏ、）
等の高融点酸化物はそれらの中でも特に耐熱性が優れて
おり、近年注目されている。
て、材料の表面にこれらの特性に優れた材料を溶射する
方法が知られている。特に、石炭焚ボイラの伝熱管、バ
ーナインペラ、ガスタービン部品等は高温で使用され、
更に腐食や摩耗も問題になることから、准化物系または
炭化物系のセラミックス材料が溶射材料として用いられ
る。ジルコニア（ＺｒＯ２）、クロミア（Ｃｒ、ｏ、）
等の高融点酸化物はそれらの中でも特に耐熱性が優れて
おり、近年注目されている。
＠粋なジルコニアは高温Ｃ約９００〜コ−１００℃）で
結晶変態（単斜晶＃正方品）を示して約７゜４％の体積
変化が生じ、そのため溶射後冷却時に割れが生しやすく
なるため、通常は酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化イソ
１〜リウム（ｙ ２０３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ
）を数％から１０数％添加して正方品又は立方晶ジルコ
ニア固溶体にすることにより、高温において変態が生じ
ないように安定化したものが用いられている（以下安定
化ジルコニアと称する）。
結晶変態（単斜晶＃正方品）を示して約７゜４％の体積
変化が生じ、そのため溶射後冷却時に割れが生しやすく
なるため、通常は酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化イソ
１〜リウム（ｙ ２０３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ
）を数％から１０数％添加して正方品又は立方晶ジルコ
ニア固溶体にすることにより、高温において変態が生じ
ないように安定化したものが用いられている（以下安定
化ジルコニアと称する）。
クロミアの耐熱性はジルコニア程ではないため比較的低
温で用いられるが、プラズマ溶射ではかなり良好な被膜
が得られ、広い分野で利用されている。
温で用いられるが、プラズマ溶射ではかなり良好な被膜
が得られ、広い分野で利用されている。
安定化ジルコニア等高融点酸化物を溶射する方法として
は、プラズマアークを利用するプラズマ溶射法またはガ
スの燃焼エネルギーまたは爆発エネルギを利用する高エ
ネルギーガス溶射法の適用が考えられる。溶射法により
強固な被膜を得るためには、溶射材料を溶融状態で材料
表面にたたき付け、その溶射粒子を扁平状に付着させる
必要がある。しかしながら、安定化ジルコニアは融点が
約２，８００℃、クロミアでは約２，２５０℃と高融点
であるため、上記溶射法、特に高エネルギーガス溶射法
ではガス温度が、せいぜい４，０００℃で、かつ溶射粒
子の速度がマッハ２程度と高速であるため、粉末の溶融
に必要な熱を与える時間が短く、そのため、この材料を
溶射した場合、大半の粒子は未溶融の状態で被溶射材表
面に付着するか、飛散してしまう。そのため、形成した
溶射被膜中の酸化物粒子同士の結合力は弱くなるととも
に、被膜中に多数の気孔が発生し、強固な被膜が得られ
ないという技術上の欠陥があった。
は、プラズマアークを利用するプラズマ溶射法またはガ
スの燃焼エネルギーまたは爆発エネルギを利用する高エ
ネルギーガス溶射法の適用が考えられる。溶射法により
強固な被膜を得るためには、溶射材料を溶融状態で材料
表面にたたき付け、その溶射粒子を扁平状に付着させる
必要がある。しかしながら、安定化ジルコニアは融点が
約２，８００℃、クロミアでは約２，２５０℃と高融点
であるため、上記溶射法、特に高エネルギーガス溶射法
ではガス温度が、せいぜい４，０００℃で、かつ溶射粒
子の速度がマッハ２程度と高速であるため、粉末の溶融
に必要な熱を与える時間が短く、そのため、この材料を
溶射した場合、大半の粒子は未溶融の状態で被溶射材表
面に付着するか、飛散してしまう。そのため、形成した
溶射被膜中の酸化物粒子同士の結合力は弱くなるととも
に、被膜中に多数の気孔が発生し、強固な被膜が得られ
ないという技術上の欠陥があった。
これを改善する方法として、高融点酸化物粒子を平均粒
径１μｍ以下の微粒子にすることにより第５図に示すよ
うに溶融率が大巾に増大することが知られている。
径１μｍ以下の微粒子にすることにより第５図に示すよ
うに溶融率が大巾に増大することが知られている。
上述のように、高融点酸化物粒子を単に微細化すれば、
粒子を充分溶融することができるが、粉末の流動性が極
端に悪くなって、粉末輸送中に目すまりを生して粉末輸
送が不安定になり、溶射用ノズル内表面に付着して成長
し塊となり易い。その塊は、未溶融状態で被溶射材表面
に移行して溶射被膜中に混入するため、均質で強固な溶
射被膜が得られないという問題があった。
粒子を充分溶融することができるが、粉末の流動性が極
端に悪くなって、粉末輸送中に目すまりを生して粉末輸
送が不安定になり、溶射用ノズル内表面に付着して成長
し塊となり易い。その塊は、未溶融状態で被溶射材表面
に移行して溶射被膜中に混入するため、均質で強固な溶
射被膜が得られないという問題があった。
本発明の目的は、上記の問題点を消除するとともに、高
エネルギーガス溶射法によっても、均質で強固な溶射被
膜が得られる酸化物系溶射材料を提供することにある。
エネルギーガス溶射法によっても、均質で強固な溶射被
膜が得られる酸化物系溶射材料を提供することにある。
」１記目的を達成するために、本発明の酸化物系溶射材
料においては、酸化物系セラミックスの平均粒径が１μ
ｍ以下である微粒子を造粒して、平均５〜１００μｍの
溶射粉末粒子にしたものである。
料においては、酸化物系セラミックスの平均粒径が１μ
ｍ以下である微粒子を造粒して、平均５〜１００μｍの
溶射粉末粒子にしたものである。
酸化物系セラミックスからなる溶射材料は、平均粒径１
μｍ以下の微粒子を造粒して平均粒径が５〜１００μｍ
の粉末粒子にしであるので、粉末の流動性が向上する。
μｍ以下の微粒子を造粒して平均粒径が５〜１００μｍ
の粉末粒子にしであるので、粉末の流動性が向上する。
この溶射粉末粒子は、微粒子の集合体となっているため
、溶射時の運動エネルギーを受は易いので、ガン内部の
ノズル表面に微粒子が付着、成長することがない。
、溶射時の運動エネルギーを受は易いので、ガン内部の
ノズル表面に微粒子が付着、成長することがない。
また、平均粒径が１μｍ以下の微粒子は、第５ＵＡに示
すように溶射時の熱エネルギーを受けると急速に昇温す
るとともに表面エネルギーも影響して溶融し易くなって
いる。そして、その微粒子の集合体である粉末粒子も表
面積が大きくなっているので、粉末粒子自体も溶融し易
くなっている。
すように溶射時の熱エネルギーを受けると急速に昇温す
るとともに表面エネルギーも影響して溶融し易くなって
いる。そして、その微粒子の集合体である粉末粒子も表
面積が大きくなっているので、粉末粒子自体も溶融し易
くなっている。
この粉末粒子は溶射時の衝撃によりばらばらになり易く
、さらに熱エネルギーを受けて、微粒子を結合している
バインダが燃焼して各微粒子がばらばらになって、−層
溶融し易くなる。
、さらに熱エネルギーを受けて、微粒子を結合している
バインダが燃焼して各微粒子がばらばらになって、−層
溶融し易くなる。
従って、高エネルギーガス溶射法のように、被溶射材表
面に到達する時間が短く、熱エネルギーが小さくても、
粉末粒子は十分溶融する。
面に到達する時間が短く、熱エネルギーが小さくても、
粉末粒子は十分溶融する。
粉末粒子を構成する微粒子の平均粒径が、１μｍを越え
ると、高エネルギーガス溶射法で十分溶融しなくなるの
で、平均粒径は１μｍ以下であることが望ましい。
ると、高エネルギーガス溶射法で十分溶融しなくなるの
で、平均粒径は１μｍ以下であることが望ましい。
また、造粒した粉末粒子が５μｍより小さくなると、粉
末の流動性が低下し、１００μｍより大きくなると粒子
が十分溶融しなくなるので、粉末粒子の平均粒径は５〜
１００μｍであることが望ましい。
末の流動性が低下し、１００μｍより大きくなると粒子
が十分溶融しなくなるので、粉末粒子の平均粒径は５〜
１００μｍであることが望ましい。
本発明の実施例について第１図〜第４図を用いて説明す
る。
る。
第１図は本発明による高融点酸化物である酸化物系セラ
ミックスからなる溶射材料の構成を示す説明図である。
ミックスからなる溶射材料の構成を示す説明図である。
平均粒径が１μｍ以下の多数の酸化物系セラミックス、
すなわち安定化ジルコニア粒子２が強固に接着し数１０
μｍの溶射粉末粒子１を形成し一体結合となっている。
すなわち安定化ジルコニア粒子２が強固に接着し数１０
μｍの溶射粉末粒子１を形成し一体結合となっている。
本実施例による安定化ジルコニアは化学反応法（共沈法
）により作製したもので、６％のＹ２Ｏ：ｌを含有して
いる。
）により作製したもので、６％のＹ２Ｏ：ｌを含有して
いる。
上記のＺｒＯ２＋６％Ｙ２Ｏ３微粒子（平均粒径０゜８
μｍ）を樹脂系粘結剤と混合撹拌し、１５０℃以上の不
活性ガス気流中で噴霧乾燥法等によって造粒乾燥し、所
定の粒径に分級し、溶射材料として使用する。通常は５
から１１００ＩＬの大きさにするが、溶射方法により適
正な粒度分布が異なる。 第２図は上記実施例による溶
射材料を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示すもので
ある。
μｍ）を樹脂系粘結剤と混合撹拌し、１５０℃以上の不
活性ガス気流中で噴霧乾燥法等によって造粒乾燥し、所
定の粒径に分級し、溶射材料として使用する。通常は５
から１１００ＩＬの大きさにするが、溶射方法により適
正な粒度分布が異なる。 第２図は上記実施例による溶
射材料を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示すもので
ある。
なお、造粒法として粘結剤を使用せずに焼結する造粒法
があり、この場合は微粒子の結合をやや弱くするために
大略８００〜１４００℃に加熱して造粒する。本実施例
では、噴霧乾燥法により造粒し、１０から４０μｍに分
級したものを溶射粉末とし、ガス爆発溶射法により被溶
射材表面に約Ｑ、２ｍｍの厚さに溶射した。
があり、この場合は微粒子の結合をやや弱くするために
大略８００〜１４００℃に加熱して造粒する。本実施例
では、噴霧乾燥法により造粒し、１０から４０μｍに分
級したものを溶射粉末とし、ガス爆発溶射法により被溶
射材表面に約Ｑ、２ｍｍの厚さに溶射した。
溶射装置は第３図に示すものを使用し、燃焼ガス供給系
１４により燃料を燃焼室１１に送り、点火装置１７によ
り点火プラグ１６に点火し、燃料を爆発燃焼させ、この
燃焼ガスにより、粉末供給系１５でノズル人口１２に供
給した溶射用粉末を溶融送給し被溶射物６の表面に溶射
被膜を形成させた。
１４により燃料を燃焼室１１に送り、点火装置１７によ
り点火プラグ１６に点火し、燃料を爆発燃焼させ、この
燃焼ガスにより、粉末供給系１５でノズル人口１２に供
給した溶射用粉末を溶融送給し被溶射物６の表面に溶射
被膜を形成させた。
前述粉末の供給量及び燃料供給量等の溶射条件は以下の
通りである。
通りである。
粉末供給量 ：９０ｍｇ／Ｓ
アセチレン流量： ３５ Ｑ ／ｍｊ、ｎ酸素流量
： ６５ Ｑ ／ｍｉｎ造粒した粉末を使用すると、
単一粒子のとき生じた供給系の閉塞及び供給時の脈動も
なく、常に定量供給できた。
： ６５ Ｑ ／ｍｉｎ造粒した粉末を使用すると、
単一粒子のとき生じた供給系の閉塞及び供給時の脈動も
なく、常に定量供給できた。
この溶射被膜は第４図に示すように、被溶射材６の表面
上に安定化ジルコニアの強固な溶射被膜５が形成されて
いる。
上に安定化ジルコニアの強固な溶射被膜５が形成されて
いる。
次に形成された溶射被膜について、マイクロビッカース
硬度の測定（荷重：３００ｇ）及び溶射被膜断面の気孔
率の測定を実施した。比較材として、市販の安定化ジル
コニア粉末（１〜１０μｍ）、による試料を作製し、同
様な測定を行なった。これらの結果を第１表に示す。
硬度の測定（荷重：３００ｇ）及び溶射被膜断面の気孔
率の測定を実施した。比較材として、市販の安定化ジル
コニア粉末（１〜１０μｍ）、による試料を作製し、同
様な測定を行なった。これらの結果を第１表に示す。
この結果から明らかな様に、本発明による粉末材料を使
用した溶射被膜は、従来の溶射粉末を使用した場合に比
べて、断面硬度と気孔率に優れ、強固な被膜が得られる
ことが分かる。
用した溶射被膜は、従来の溶射粉末を使用した場合に比
べて、断面硬度と気孔率に優れ、強固な被膜が得られる
ことが分かる。
以上の実施例に示したごとく、本発明による溶射材料を
用いて溶射した被膜が優れた特性を示す理由は、高融点
である安定化ジルコニア微粒子の平均粒径を１μｍ以下
にすることにより、その微粒子を強固に結合させて５〜
１００μｍの粉末粒子に造粒することで良好な流動性が
得られることと、加熱温度が比較的低い（３０００〜４
０００°Ｃ）高エネルギーガス溶射法によっても短時間
で十分な溶融が得られることである。
用いて溶射した被膜が優れた特性を示す理由は、高融点
である安定化ジルコニア微粒子の平均粒径を１μｍ以下
にすることにより、その微粒子を強固に結合させて５〜
１００μｍの粉末粒子に造粒することで良好な流動性が
得られることと、加熱温度が比較的低い（３０００〜４
０００°Ｃ）高エネルギーガス溶射法によっても短時間
で十分な溶融が得られることである。
更に、平均粒径１μｍ以下にしたことによって、小さな
気孔の中にも粉体が溶融した状態で入り込むことができ
、気孔を極端に少なくすることができ、粒子間の結合力
も増加する。
気孔の中にも粉体が溶融した状態で入り込むことができ
、気孔を極端に少なくすることができ、粒子間の結合力
も増加する。
この効果は、粉体の融点が２２００℃を超すと顕著にな
り、安定化ジルコニアで無くとも、金属酸化物、金属炭
化物、金属硅化物などのセラミックスのうち、高融点物
質については同様の効果が得られる。
り、安定化ジルコニアで無くとも、金属酸化物、金属炭
化物、金属硅化物などのセラミックスのうち、高融点物
質については同様の効果が得られる。
本発明の構成によれば、酸化物系溶射材料を、平均粒径
１μｍ以下の微粒子を造粒して平均粒径５〜１００μｍ
の溶射粒子とすることにより、粉末輸送中に目すまりを
起こすことなく安定して溶射粉末を輸送することができ
、かつ、溶射粉末がノズル内表面に付着することなく安
定して溶射することができ、さらに、溶射粉末が溶射エ
ネルギーにより十分溶融することができるので、緻密で
強固な溶射被膜を形成することができる。
１μｍ以下の微粒子を造粒して平均粒径５〜１００μｍ
の溶射粒子とすることにより、粉末輸送中に目すまりを
起こすことなく安定して溶射粉末を輸送することができ
、かつ、溶射粉末がノズル内表面に付着することなく安
定して溶射することができ、さらに、溶射粉末が溶射エ
ネルギーにより十分溶融することができるので、緻密で
強固な溶射被膜を形成することができる。
この溶射被膜を製品に適用することにより、製品の耐熱
・耐摩耗・耐食性を向上させることが可能となり、寿命
延長に大きく寄与する。
・耐摩耗・耐食性を向上させることが可能となり、寿命
延長に大きく寄与する。
第１図は本発明による酸化物系溶射材料の粉末粒子の構
成を示す説明図、第２図は本発明の酸化物系溶射材料の
粉末を走査型電子顕微鏡により観測した結果を示す写真
、第３図は高エネルギーガス溶射装置の概要を示す説明
図、第４図は本発明による酸化物系溶射材料を溶射して
形成された溶射被膜を示す断面図、第５図は高エネルギ
ーガス溶射法による安定化ジルコニアの平均粒径と溶融
率との関係を示すグラフである。 １ ・溶射粉末粒子、２・・・微粒子。
成を示す説明図、第２図は本発明の酸化物系溶射材料の
粉末を走査型電子顕微鏡により観測した結果を示す写真
、第３図は高エネルギーガス溶射装置の概要を示す説明
図、第４図は本発明による酸化物系溶射材料を溶射して
形成された溶射被膜を示す断面図、第５図は高エネルギ
ーガス溶射法による安定化ジルコニアの平均粒径と溶融
率との関係を示すグラフである。 １ ・溶射粉末粒子、２・・・微粒子。
Claims (1)
- １、酸化物系セラミックスからなる平均粒径１μｍ以下
の微粒子を造粒して、平均粒径５〜１００μｍの溶射粉
末粒子にした酸化物系溶射材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63163658A JPH0215157A (ja) | 1988-06-30 | 1988-06-30 | 酸化物系溶射材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63163658A JPH0215157A (ja) | 1988-06-30 | 1988-06-30 | 酸化物系溶射材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0215157A true JPH0215157A (ja) | 1990-01-18 |
Family
ID=15778124
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63163658A Pending JPH0215157A (ja) | 1988-06-30 | 1988-06-30 | 酸化物系溶射材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0215157A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11222661A (ja) * | 1997-11-18 | 1999-08-17 | Sermatech Internatl Inc | 歪み許容性セラミックコーティング |
| JP2005105417A (ja) * | 2000-06-16 | 2005-04-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Ｔｂｃ用溶射原料およびその製造方法、ガスタービン部材並びにガスタービン |
| JP2008502804A (ja) * | 2004-06-18 | 2008-01-31 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 燃焼器構成要素の滑らかな外側被覆膜及びその被覆方法 |
| JP2010222677A (ja) * | 2009-03-25 | 2010-10-07 | Uchiya Thermostat Co Ltd | ナノ粒子を含む堆積膜の製造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56108871A (en) * | 1980-01-30 | 1981-08-28 | Nippon Steel Corp | Fire resistant material for spraying |
| JPS58113369A (ja) * | 1981-12-28 | 1983-07-06 | Showa Denko Kk | 溶射用粉末材料およびその製造方法 |
-
1988
- 1988-06-30 JP JP63163658A patent/JPH0215157A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56108871A (en) * | 1980-01-30 | 1981-08-28 | Nippon Steel Corp | Fire resistant material for spraying |
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|---|---|---|---|---|
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