JPH03138373A - 耐摩耗性、耐熱衝撃性に優れたセラミック被覆材 - 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】 ［ｒｍｍ上上利用分野］ 本発明は、優れた耐摩耗性、耐熱衝撃性を有するセラミ
ック被覆材に関する。

［従東の技術］ 近年、気孔を有するセラミック被膜にクロム酸を始めと
する可溶性クロム化合物を含浸して、被膜の緻密化、高
硬度化をはかる方法が例えば特公昭４９−２８０１１号
、特公昭５１−１８４４５号、特公昭５５−１４８３３
号などに開示されている。またクロム酸を含浸する前の
気孔を含むセラミック被膜としては特開昭５９−２０５
４８０号に記述されているように溶射膜もあるが、高価
な設備を必要としない方法として、可溶性クロム化合物
とセラミック粉末を混合したスラリーを金属表面に塗布
し、乾燥後４００〜６００℃の温度で焼成することが行
われている。

この方法におけるセラミック粉末としては、被膜を形成
した時金属との熱膨張差が少ないため被覆しやすいＳｉ
Ｏ□を主成分としたものが用いられている。ＳｉＯ□の
他には、体積比で２０を以下のＡｉ、Ｏ。

やＺｒＯ２を混在させることも行われている。この５ｉ
ｎ２を主成分とするセラミック被膜内の気孔に含浸させ
た後焼成する工程を通常１０回以上繰り返して被服の緻
密化、高硬度化を行い、必要な耐摩耗性、耐食性を得て
いる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、含浸−焼成を１０回以上も行うためその
コストは高くなっている。１０回以上含浸−焼成材を７
〜８回含浸で行えた場合のコストを試算するとコストに
して約３０９６、時間にして約４０９６の減少となる。

しかし従来の５ｉＯ７−Ｃｒ２Ｏ３系被膜では含浸−焼
成回数７〜８回ではコーティング断面組織が緻密ではな
く、必要な硬度、耐摩耗性、耐熱衝撃性が得られなかっ
た。したかって含浸−焼成回数が少なくて十分な硬度、
耐摩耗性、耐熱衝撃性を有する被膜が望まれる。

また特公昭４９−２８０１１号等ではＡ１２０３　　ま
たは（：ｒ２０．粒子の利用が述べられているが、＾Ｑ
２０３−Ｃｒ２０．系被膜は普通鋼には成膜できず、実
際には用いられていなかった。

本発明は従来の５ｉ０２−Ｃｒ２０３＆被膜ｌＯ回以上
含浸材並み以上の諸実用特性を有する被膜を７〜８回含
浸−焼成で得ることを目的とする。

［Ｂ題を解決するための手段］ 本発明は、少なくとも表面層がＣｒを３ｗｔ％以上含む
一鉄一クロム合金鋼またはクロムを母材として、その表
面に骨材として平均粒径２μｍ以下の＾ムロ３またはＣ
ｒ２Ｏ３の１種以上の粒子を３０〜８０ｗｔ％含み、残
部が含浸させたクロム酸を焼成して成る０、１μｍ以下
のＣｒ２Ｏ３から成るセラミック被膜を有することを特
徴とする。

本発明者らは従来、骨材として用いていた５ｉｎ２の代
わりに、より高硬度の粒子を骨材として用い、含浸−焼
成回数を従来の１０回以上から８回以下へ低減すること
を図った。そのためＣｒ２Ｏ３゜ＺｒＯ２，＾交２Ｏ３
等の高硬度粒子にて試験を行い、鋭意検討を行った。

その結果ＡＲ２０＊あるいはＣｒ２Ｏ３の１種以上を骨
材とし、その平均粒径な２μｍ以下とすることにより従
来用いられてきたＳｉＯ，−Ｃｒ２０３系被膜ｌＯ回含
浸材並み以上の耐摩耗性、耐熱衝撃性に優れた被膜が得
られ、本発明を完成するに至りた。また５ｉＯ２Ｃｒ２
０３系被膜と同−回数含浸−焼成を繰り返すと硬度、耐
摩耗性、耐熱衝撃性が著しく向上することを見いだした
。

なお、本発明の鉄−クロム合金鋼とは、Ｆｅ、　Ｃｒ以
外の化学成分として、Ｎｉを０．３％以下、Ｃ，Ｂ。

Ｍｎ、　Ａ９．、　Ｚｒ、　Ｔｉ、　ｌ’ｂ、　ＲＥＭ
およびＳを３を以下、Ｍｏ、　Ｃｕ、　Ｖを１０を以下
、Ｇｏを１５％以下、Ｗを２０を以下、を含む鋼材を指
す。

以下に本発明の詳細な説明する。

本発明の母材はＣｒを３ｗｔ％以上含む鉄−クロム合金
鋼である。ここでＣｒを添加する理由は母材とセラミッ
ク被膜との密着力を強化するためである。母材である鉄
−クロム合金鋼のＣｒ含有量が３ｗｔ’％未満の場合、
母材がクロム酸と反応し被膜と母材の間に強度の弱い層
ができ、かつ被膜との熱膨張率差が大きいため剥離する
。Ｃｒ含打率が３ｗｔｔ以上であれば、熱膨張率差も小
さく被膜は付着する。

なお本発明の母材に関しては、鋼材上に上記の鉄−クロ
ム合金鋼またはクロムより成る層を５４ｍ以上有しても
よい。核層が５ｕｍ以下であると母材とセラミック被膜
との密着力が不十分となる。核層の厚さの上限について
は特に定めないが密着力の強化作用が飽和すること、及
び製品寸法、形状への影響を考慮すると２００νｍ以下
が好ましい。

次にこれらの母材上に、骨材であるＡＭ２０３またはＣ
ｒ２Ｏ３の１種以上の粒子と含浸させたクロム酸（Ｃｒ
ｙｓ）の加熱により形成される酸化クロム（Ｃｒ２０ａ
）から成るセラミック被膜を設けるものである。ここで
骨材として用いるへ２□０３粒子、　Ｃｒ２Ｏ＋１粒子
は平均粒径が２μｍ以下である。この理由として含浸−
焼成してできる酸化クロムと骨材のアルミナまたはクロ
ミア粒子はどちらもコランダム型結晶であり、互いに反
応して骨材のアルミナまたはクロミア粒のごく表面部が
クロム酸から焼成して得られるクロミアと骨材のアルミ
ナまたはクロミアの混合層となり、これが被膜内強度を
高めることを見いだした。この効果的なアルミナまたは
クロミア粒子が２ＪＪＩ１１以下の微粒子とすることに
よって被膜内強度を明瞭に大きくできることがわかった
。なお平均粒径とは、粒子の個数積算分布曲線における
５０９６粒径を指す。

本発明のセラミック被膜は、被膜中のＡｌ１２０３粒子
またＣ　ｒ　２０　、、粒子の含有が３０ｗｔ’ｔ、未
満であると耐摩耗性が不十分となり、−ａＯＸを越える
とバインダーとして被膜の結合力を強化するために必要
な酸化クロム（Ｃｒ　２０　＊　）の濃度が相対的に低
下して、被膜が脆弱なものとなり、いずれにおいても実
用に耐えない。

［作用］ この様にして７〜８回合浸で製造されたセラミック被覆
材はＳｉＯ□を主成分としたセラミック被覆材（１０数
回以上含浸−焼成材）と比較して摩耗減量にして同程度
の耐摩耗性を示し、約１００℃耐熱衝撃温度が向上する
。また同−回数含浸−焼成すると摩耗減量にしてＩ／１
０の優れた耐摩耗性を示す。しかも製造方法上既存の設
備を何ら変更することなく本発明を実行できることは実
生産上からも非常に大きなメリットである。以下本発明
を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこわ
によって限定されるものではない。

［実施例］ （実施例１） 骨材として平均粒径１．０μｍのＡ１２０．Ｔｈと無水
クロム酸（Ｃｒ（Ｌ＋）および水を重量比で３：１：３
の割合で混練して作製したスラリー内に、−コーティン
グずへき品物（ＳＫＤ６１φＩＯＸ　９０）を浸漬して
、同スラリーを品物表面に３５μｍ厚さに塗布した後、
１２０℃で乾燥後５５０℃に２０分加熱してポーラスな
Ａｌ２（Ｌ＋−Ｃｒ２０３系被膜を作製した。その後飽
和クロム酸水溶液にて含浸−焼成し、その工程をＩＯ数
回繰り返した。

第１図にクロム酸含浸−焼成回数を被膜の硬さとの関係
を示す。曲線ＡはスラリーがＳｉＯ□系のものの硬さで
あるが、含浸−焼成繰り返し回数と共に硬さが増加して
いく。この硬さの増加は被膜が緻密化されていくことに
対応するものである。焼入鋼よりも高い１ｌｖ１２００
〜１５００ｋｇｆ／ｍｍ２程度の硬さを得るには従来法
では１３〜１５回の繰り返しが必要であった。これに対
し本発明のＡＭ２０．を主成分とするセラミック被覆材
を用いて作製した被膜の確さを示した曲線Ｂでは、同硬
さを得るには７〜８回で達せられる。また、同−回数縁
り返すと従来法に比べて硬さがはるかに高くより緻密な
被膜が得られる。

表１は本発明法による７回繰り返し材と従来の１３回縁
り返し材について熱？＃撃試験を行った結果を示したも
のである。耐熱衝撃性は、各温度で２０分保持し、水冷
した後の剥離または膜中のクラックの有無により評価し
た。本発明材は縁り返し数が少ないにもかかわらず良好
な結果を示した。

表　　１ （実施例２） 骨材として平均粒径１．０μｍのＡ交２Ｏ３および０．
８μｍのＣｒ２Ｏ３と無水クロム酸（Ｃｒｙ、）および
水を重量比で２：１：ｔ：３の割合で混練してスラリー
を作製して、こ打を５ＵＳ４３０板　（５０Ｘ　１００
　Ｘ　５）＜７）表面に５０μｍ厚さにスプレー塗布し
た。これを１２０℃で乾燥後５５０℃で２０分間焼成し
た。この後飽和クロム酸水溶液にて含浸−焼成し、この
含浸−焼成を７〜ｌＯ数回繰り返した。

第２図にクロム酸含浸−焼成回数とスガ摩耗試験による
耐摩耗性試験結果を示す。ここでスガ摩耗試験結果とは
幅５　ｍｍｓ　３２０のＳｉＣペーパーを荷重３１２５
ｇで３７０回往復させた後の試験片の摩耗減量を示した
ものである。

バンドＡはスラリーが５ｉＯ７系のものであるが、含浸
−焼成回数と共に摩耗減量は減少していく。

この摩耗減量の減少は被膜が緻密化されていくことに対
応するものである。これに対し本発明の＾Ｑ２０．．　
Ｃｒ２Ｏ，、を主成分とするセラミック被覆材を用いて
作製した被膜の摩耗減量を示したバンドＢでは、同摩耗
減量を得るのに含浸−焼成７〜８回で達せられる。また
、同一回数繰り返すと従来法に比べて摩耗減量か格段に
減少する。

（実施例３） 骨材として平均粒径３．５μｌのＡＭ２０３と、無水ク
ロム酸（Ｃｒ（ｈ）および水を重量比で３：１：３の割
合で混練したスラリーど骨材として平均粒径１．５μｍ
の八ＬＯｉと無水クロム酸（Ｃｒ０３）および水を四重
ｆｉｔ比で混練したスラリーを作製して、これを５ＶＳ
３０４板　（５０ｘ　１００　ｘ　５）の表面に７０μ
ｍ厚さにスプレー塗布した。これを１２０℃で乾燥後５
５０℃で２０分間焼成した。この後飽和クロム酸水溶液
にて含浸−焼成し、この含浸−焼成を１３回繰り返した
。

この被覆材について耐摩耗性を調べるためスガｆγ耗試
験を行った。そお結果を表２に示す。平均粒径３．５μ
ｍの八Ｑ２０３の場合、摩耗減量がｌ０ｍｇと大きく平
均粒径１，５μｍの＾交２０３の場合の３０倍以−トで
あった。このように本発明の平均粒径では耐摩耗性特性
が著しく向−卜する。

表　　　２ ［発明の効果コ 本発明によれば骨材粒子（平均粒−径２．０μｍ以下の
Ａ　ｕ−２０３またはＣｒ２０ａ）と含浸−焼成−して
できる酸化クロムの結合強度が増大し５従来の５ｉＯ７
を主としたセラミック被覆材の１０回以上繰り返し含浸
−焼成材よりも優れた硬度、耐摩耗性、耐熱衝撃性のセ
ラミック被膜が７〜８回の含浸−焼成で得ることかでき
る。また母材をＣｒ３胃ｔ９６以］二含む鉄−クロム合
金鋼とすることによって十分な母材との密着性を得るこ
とができる。さらに製造方法上も既存の設備を何ら変更
することなく本発明を実行できることは、実生産上から
も非常に大きなメリットである。

【図面の簡単な説明】

第１図はクロム酸をセラミック被膜に含浸させた後５５
０℃に焼成する工程の縁り返し数と被膜の硬さとの関係
を示す図。第２図はクロム酸をセラミック被膜に含浸さ
せた＃ｔ５５０℃に焼成する工程の繰り返し数と被膜の
摩耗減量との関係を示す図。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．Ｃｒを３ｗｔ％以上含む鉄−クロム合金鋼を母材と
   して、その表面に骨材として平均粒径２μｍ以下のＡｌ
   ＿２Ｏ＿３またはＣｒ＿２Ｏ＿３の１種以上の粒子を３
   ０〜８０ｗｔ％含み、残部が含浸させたクロム酸を焼成
   してなる０．１μｍ以下のＣｒ＿２Ｏ＿３から成るセラ
   ミック被膜を有することを特徴とする耐摩耗性、耐熱衝
   撃性に優れたセラミック被覆材。
2. ２．母材がその表面にＣｒを３ｗｔ％以上含む鉄−クロ
   ム合金またはクロムの層を５μｍ以上有する鋼材である
   請求項１記載のセラミック被覆材。