JPH02285078A - ハイブリッド材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、金属中にセラミックを分散させた耐食耐磨
耗性を有するハイブリッド材料の製造方法に関するもの
である。

（従来の技術） 例えばガスタービンエンジンにおけるタービンブレード
においては、その先端部にさらに耐食耐磨耗性の被覆を
施し、運転時にシュラウドをこすり取らせることによっ
て極力小さなブレード先端間隙を有する構成となして、
エンジン性能の向上を図ることが可能である。また上記
のような耐食耐磨耗性被覆を、酸化、腐食雰囲気におけ
る摺動面や耐磨耗面、例えばピストンリングのはまり込
み部や当たり面、またメカニカルシール面等に施す場合
にも、それぞれの耐久性や性能を向上させることができ
る。このような耐食耐磨耗性被覆の製造方法の従来例と
して、例えば特開昭６１−１９３５１号公報には、炭化
クロム等のセラミックを含有する被膜を溶射法によって
タービンブレード先端部に形成する方法が記載されてい
る。

（発明が解決しようとする課題） ところで上記のような被膜を溶射法で形成する場合、溶
射層の組織は溶融溶射粉が積層した構造となるために剥
離しやすく、その耐久性は必ずしも充分なものとはいえ
ず、また耐磨耗に効果のある鋭い角を持った研に材をそ
のままの形で分散させることができないという問題があ
る。その他の製造方法としては、例えばメツキ法や熱間
静水圧プレス法等が挙げられるが、メツキ法は安価であ
るものの、高温での充分な耐食、耐酸化性を有する被膜
を得ることは困難である。一方、熱間静水圧プレス法に
よれば、例えばニッケル等の耐食耐熱性の金属中にセラ
ミックを分散させて、高温での充分な耐食耐磨耗性を有
するハイブリッド材料の被膜を形成することが可能であ
るが、非常に高価でかつ適用部品形状が制約されるとい
う問題がある。

そこで上記のような耐食耐磨耗性ハイブリッド材料の被
膜を、ろう付は法によって形成することが考えられる。

つまりニッケル系ろう材の粉末とセラミックの粉末との
混合物を適用部品表面に付着させた後、上記ろう材を加
熱溶融することによって、ニッケル中にセラミックの分
散した耐食耐摩耗性被膜を形成するのである。

しかしながら、通常、セラミックはろう材に対するぬれ
性が悪く、ろう材との化学的な結合が弱いために剥離し
やすく、またろう材の溶融時に比重の小さいセラミック
が、溶けたろう材の表面に浮かび上がり、このためセラ
ミックを均一に分散させることができずに充分な耐磨耗
性が得られないという問題がある。さらにろう材が溶融
温度において流れ拡がり、厚い被膜を形成することがで
きず、或いはろう材の流動を阻止するための枠体が別途
必要となって、製作費用が高くなるという問題もある。

この発明は上記に鑑みなされたものであって、その目的
は、ろう材中にセラミックをより均一に分散させること
が可能であり、これにより耐食耐磨耗性の向上をなし得
ると共に、さらに、例えば所定の被膜形状等により安価
に形成し得るハイブリッド材料の製造方法を提供するこ
とにある。

（課題を解決するための手段） そこでこの発明の第１請求項記載のハイブリッド材料の
製造方法では、ニッケル系ろう材の粉末と、アルミナ等
のセラミックの粉末と、上記ろう材へのセラミックのぬ
れ性を向上させるチタン系添加物の粉末と、上記ろう材
よりも融点の高い耐食耐熱合金の粉末との混合体を加熱
して、上記ろう材を溶融させる。

また第２請求項記載のハイブリッド材料の製造方法では
、上記第１請求項記載の製造方法において、上記ろう材
を３０〜７０重量％、セラミックを５〜１５重量％、チ
タン系添加物を１〜５重量％の範囲でそれぞれ含有させ
て上記混合体を形成する。

（作用） 上記第１請求項記載のハイブリッド材料の製造方法にお
いては、ろう材とセラミックの混合粉末中にチタン系添
加物を含有させていることによって、このチタン系添加
物を介してろう材へのセラミックの化学的な結合力が向
上し、またこれによって、前記したろう材溶融時のセラ
ミックの浮き上がりが抑制される。さらに上記混合粉末
中に、ろう材よりも融点の高い耐食耐熱合金の粉末を混
入させていることによって、溶融ろう材中のセラミック
の流動がさらに防止されると共に、ろう材が流れ拡がる
ことも防止され、この結果、セラミックがより均一に分
散したハイブリッド材料を、溶融ろう材の流動を阻止す
るための枠体等を別途設けることなく、加熱前とほぼ同
じ形状で形成することができる。

なお上記ろう材の含有率については、それが過小である
場合には各材料を密に一体化できなくなる一方、過大で
ある場合には溶融時の流れ拡がりを充分に防止できなく
なること、またセラミックの含有率については、２０重
量％を超えると体積率で５０％を超えてしまい充分な結
合力が得られなくなること、さらにチタン系添加物の含
有率については、その量が過大である場合に酸化による
悪影響が生じることから、第２請求項記載のハイブリッ
ド材料の製造方法における範囲でそれぞれ含有させるこ
とによって、上記のハイブリッド材料をより確実に形成
することができる。

（実施例） 次にこの発明のハイブリッド材料の製造方法の具体的な
実施例について説明する。

第１表 第１表に示すように、ろう材としてＮｉ−１９Ｃｒ−１
０Ｓｉ　（ＡＭＳ　４７８２）より成るＮｉ系ろう材粉
末（粒度２００メツシユ）を４５重量％、Ｔｉ粉末（粒
度３２５メツシユ）を２重量％、Ｃｏ−３０Ｃｒ−８Ａ
ｌ−Ｙより成る耐食耐熱合金の粉末（粒度３２５メツシ
ユ）を４３重量％、電融アルミナ粉末（粒度３２５メツ
シユ）を１０重量％の割合で混合し、これにアクリル樹
脂から成るアクリロイド（商品名）をバインダとして若
干量注入してスラリーを作成した。これを、金属板表面
及びタービンブレード先端部６；それぞれ適量被着し、
真空（１０−’Ｔｏｒｒ）中、１１５０°Ｃで１時間加
熱保持して上記ろう材を溶融させ、常温に隆温しで被膜
を形成した。この被膜の厚さは、上記加熱前後において
殆ど変化を生じず、例えば溶射法によって得られる０、
２５ｍ＋ｎ程度の被膜に比べて、１　ｍｍ程度の厚膜状
態として形成することができた。

第１図には上記被膜の顕微鏡写真を示しており、図のよ
うに、ろう材、Ｔｉ粉末、耐食耐熱合金粉末の混合組織
１中にアルミナ２がほぼ均一に分散している。なお３は
母材である。このミクロ組織での硬度分布は、アルミナ
領域でビッカースかたさ２０００以上、そして上記混合
組繊領域においては、５５２±２０とばらつきの小さい
ものであった。そして上記被膜は、熱間静水圧プレス処
理で製作した同一組成の材料と路間等の良好な耐磨耗性
及び耐食耐酸化性を有していることを確認した。第２図
（ａ）（ｂ）（Ｃ）に、機能試験の一つであるアブレイ
ダブル試験結果を示す。同図（ａ）は上記実施例での被
膜を用いた場合、同図（ｂ）はＨＩＰ処理した被膜を用
いた場合、同図（Ｃ）は溶射被膜を用いた場合をそれぞ
れ示すが、いずれの場合もシール材、（Ｘ−４５）を同
一とし、温度ニア００°Ｃ１送り速度：１５μｍ／５ｅ
Ｃ０、時間：２０秒の条件下にて試験を行っている。

なお同図中、４はアブレイシブ材、５はシール材をそれ
ぞれ示している。この結果、シール材の損耗は、実施例
被膜の場合には０．２２ｍｍ、ＨＩＰ被膜の場合には０
．２１ｍｍ、溶射被膜の場合には０．１３ｍｍとなり、
本実施例においてはＨＩＰ処理と同等の結果が得られる
ことが確認できた。

上記においては、Ｔｉが、ろう材に対するセラミックの
ぬれ性を向上させてろう材とセラミックとの結合力を高
めると共に、これによってろう材溶融時におけるセラミ
ックの浮き上がりを抑制する作用をなし、さらにろう材
よりも融点の高い耐食耐熱合金の粉末が、ろう材溶融時
におけるろう材中のセラミックの流動、及びろう材が流
れ拡がることを阻止する作用をなすことによって、セラ
ミックがろう材中に均一に分散すると共に、さらに、ろ
う材溶融前の母材表面への付着形状がそのまま維持され
た例えば厚膜状態のハイブリッド材料の形成を行い得る
ものとなっている。

なお上記Ｔｉ粉末は、その混合量が少ない場合には充分
にセラミックと結合できず、また多いと酸化して悪影響
を及ぼすことから、その混合比を１〜５重量％の範囲と
している。

また耐食耐熱合金粉末は、上記のようにろう材溶融時の
ろう材及びセラミックの流動を阻止すると共に、さらに
ろう材中に均一に分散したこの耐食耐熱合金粉末によっ
て、ろう材とセラミックのみから成るハイブリッド材料
よりも、さらに耐食性及び耐酸化性が高められることと
もなり、したがってこの混合量は、使用雰囲気に対して
要求される耐食性、耐酸化性に応じて決定され、また第
１表に示した材料の他、例えば使用雰囲気が中温ではオ
ーステナイト系ステンレス粉末、高温ではＭＣｒＡＩＹ
系超合金や、ハステロイＸ等の超耐熱合金粉末等を用い
ることができる。

一方、耐食性と高い硬度を有するＮｉ系ろう材として上
記の他、例えばニッケルーパラジウム合金等のその他の
Ｎｉ系ろう材を用いることも可能である。またこのろう
材の混合量が過小である場合には、各材料を密に一体化
させることができず、また過大である場合には、溶融時
の流れ拡がりを生じることとなるので、３０重量％から
７０重量％の範囲で決定する。

またセラミックとしては、アルミナの他に、例えばシリ
コンナイトライド等も使用することが可能であり、その
混合量は、要求される耐磨耗性に応じて決定する。但し
、２０重量％を超えると体積率で５０％を超え、この場
合には充分な結合力が得られずに表面剥離を生じ易くな
るので、５〜１５重景％垂蓋囲で混合比を決定している
。

以上の説明のように上記実施例においては、セラミック
をろう材中に均一に分散させた耐食耐磨耗性ハイブリッ
ド材料を、ろう材の溶融処理前後において殆ど形状変化
を生じさせずに形成することが可能であり、タービンブ
レード先端のような幅の小さい細長い部分へも、ろう材
の流動を阻止するための枠体等を設けることなく、簡便
に、したがってより安価に耐食耐磨耗性被膜を形成する
ことができる。またこの発明は上記タービンプレード以
外にも、前記したピストンリングのはまり込み部や当た
り面等の酸化、腐食雰囲気における摺動面や耐磨耗面、
またメカニカルシール面等にも適用することが可能であ
り、さらに被膜以外の耐食耐磨耗性部材の形成に適用す
ることも可能である。

（発明の効果） 上記のようにこの発明の第１請求項記載のハイブリッド
材料の製造方法においては、ろう材とセラミックの混合
粉末中にチタン系添加物と耐食耐熱合金の粉末とを含有
させていることによって、ろう材中にセラミックが均一
に分散したハイブリッド材料が形成される。しかも溶融
ろう材の流動を阻止するための枠体等を別途設けること
なく、加熱前とほぼ同じ形状が維持されるので、耐食耐
磨耗性が良好なハイブリッド材料をより安価に形成する
ことができる。

またろう材、セラミック、チタン系添加物の各含有率を
、第２請求項記載のハイブリッド材料の製造方法におけ
る範囲で選定することによって、セラミックのろう材へ
の結合力の低下や酸化による悪影響等を生じさせること
なく、上記のハイブリッド材料をより確実に形成するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のハイブリッド材料の製造方法を適用
して形成した一実施例における被膜の金属組織を１００
倍にて示す光学顕微鏡写真、第２図（ａ）　（ｂ）（Ｃ
）はいずれもアブレイダブル試験結果を対比して示す模
式図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ニッケル系ろう材の粉末と、アルミナ等のセラミッ
   クの粉末と、上記ろう材へのセラミックのぬれ性を向上
   させるチタン系添加物の粉末と、上記ろう材よりも融点
   の高い耐食耐熱合金の粉末との混合体を加熱して、上記
   ろう材を溶融させることを特徴とするハイブリッド材料
   の製造方法。 ２、上記ろう材を３０〜７０重量％、セラミックを５〜
   １５重量％、チタン系添加物を１〜５重量％の範囲でそ
   れぞれ含有させて上記混合体を形成することを特徴とす
   る第１請求項記載のハイブリッド材料の製造方法。