JPH0394052A - 粉末状金属溶射材料、その製造方法およびその用途 - 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】 ［発明の技術分野１ 本発明は、ヘース・メタルへの良好な溶射性、優れた耐
久性、耐熱性および耐摩耗性をもたらし且つ後から溶射
されるセラミック層の溶射性を良好にする粉末金属溶射
材料、その製造方法およびその用途に関する。

［従来技術および発明が解決しようとする課題］特公昭
６１−５８１９号公報から、鋳型内面にＮｉメッキ層を
形成しそしてその上にＣｏ：　４５〜６５重量Ｘ　，　
Ｍｏ：　２０〜４０重量２および残部Ｃｒから威るＣｏ
Ｍｏ−Ｃｒ合金層を溶射した連続鋳造鋳型が公知である
。この連続鋳造用鋳型を通例の不連続鋳造、例えば低圧
鋳造、重力鋳造等の為の鋳型として用いた場合には、鋳
造時にガスを排除することが充分にはできない為に、“
ふかれ″（凹凸）が生じ成形体の表面状態がわるいとい
う欠点がある。

本発明者はこの欠点を解決する為に、特願平１−４６６
２１号によって、金属溶射後にその表面に溶射によって
Ａ　Ｉ−　ｚｏ＋／ＺｒＯ。一多孔質セラミク層を設け
る提案をした。

しかし上記従来技術の合金層には、上記セラミック層の
溶射付着性が非常に悪いという欠点を有している。更に
上記合金層は未だ不十分な耐摩耗性および耐熱性しか有
していない為に、これらの性質が改善された溶則月料が
型まれでいた。

更に、武田博光編、“セラ藁ツタコーティング、日刊工
業新聞社発行、昭和６３年９月３０日、第ｌ９５〜２０
５頁には、「ニコクラリー（ＮｉＣｏＣｒＡＩ！．Ｙ」
と言う名称の溶射材料が開示されている。

この溶射材料はＮｉ．．Ｃｏ，　Ｃｒ，　Ａｊ２および
Ｙより威り、その組成は例えば、２５重量χのＣｏ，　
１３重量χの＾ｉ１１７重量χのＣｒ、０．４５重量２
のＹおよび残量のＮｉである。この溶射材料は確かに優
れた溶射性、セラくツク溶射付着性、耐熱性および耐摩
耗性を有しているが、溶射後にその被溶射物がマグネシ
ウムまたはマグネシウム合金あるいはアルくニウムまた
はアルごニウム合金の融体と接触した場合に、例えば金
型を用いて上記金属より威る戒形体の製造に使用した場
合に溶射材料中のアルごニウム自体が戒形体におよび／
または成形体中のアルミニウムまたはマグネシウム自体
が溶射された基体（例えば金型）に付着してしまい不都
合であるという欠点を有している。

［発明が解決しようとする課題１ ３ 本発明の課題は、上記の従来技術の溶射材料の欠点を有
さす、基体表面に優れた耐熱性および耐摩耗性をもたら
す溶射材料を提供することである。

［発明の構戒１ 本発明者は、Ｎｉ，　ＣｒおよびＣｏの内の二種類と０
．１〜１．０重量２のＹとより威り、その際ＮｉとＣｏ
が存在する場合にはＣｏの量が２０〜４０重量χで且つ
残量がＮｉであり、ＣｒとＮｉまたはＣｏが存在する場
合にはＣｒＯ量が１５〜３０重量χで且つ残量がＮｉま
たはＣｏであり、但し上記各重量χ表示は溶射材料全量
を基準とすることを特徴とする、粉末状金属溶射材料が
従来技術の上記の欠点を解決し得ることを見出した。

本発明の溶射材料は、Ｎｉｓ　Ｃｒ，　Ｃｏにより形成
される酸化被覆によって課題の優れた性質をもたらして
いる。か覧る性質にとって、溶射材料の各戒分はそれぞ
れ上記の量で使用するのが有利である。即ち、■はその
量が更に少ないと上記酸化被覆の形或が不十分と威り、
多過ぎると４ ？久性および耐摩耗性の弱い過剰酸化被覆が形成されて
しまう。Ｎｉ，　ＣｒおよびＣｏは上記範囲より少なく
とも多くとも合金特性が損なわれ、溶射材料の性質が低
下する。

更に本発明の対象は、上記各原料金属を真空状態で溶融
して均一化し、次いでガス−アトマイザーによって金属
粉末とすることを特徴とする、上記の粉末咽金属溶射材
料の製造方法に関する。

また、鋳型の内面にＮｉメッキ層が形成され、次いで中
間・層として上記粉末状金属溶接材料を溶射した被覆層
がそして外側層としてＺｒＯ■／ｖ２０３一　多孔質セ
ラくツク被覆が設けられ、上記セラミック層の組成が９
８〜８５重量χのＺｒＯ■および２〜１５重量２のＹＺ
Ｏ３であることを特徴とする、不連続鋳造用銅−または
銅合金金型も本発明の対象である。

更にまた、鋳鉄、鋼鉄、鉄系特殊合金の鋳型の内面に請
求項１に記載の粉末状金属溶接材料を溶射した被覆層が
そしてそれの外側層としてＺｒＯｚ／ＹｚＯ＋〜多孔質
セラミック被覆が設けられ、上記セラミック層の組威が
９８〜８５重量χのＺｒ０２および２〜１５重量χのＹ
ｚＯ３であることを特徴とする、不連続鋳造用金型も本
発明の対象である。

本発明の金属溶射材料を適用することのできるヘース・
メタルは、鋳鉄、鋼鉄、鉄系特殊合金および洞または銅
合金である。本発明の溶射材料が使用できる場所には制
限がないが、溶湯のアルごニウムまたはアルξニウム合
金あるいはマグネシウムまたはマグネシウム合金が接触
する場所、例えば上記ベース・メタルより或る、溶解炉
のるつぼ以外の溶湯接触面鋳型、湯汲み、湯溜まりに溶
射するのが有利である。

本発明の溶射材料を製造するには、ごれを構或する各或
分を最初に溶解混合する際にＹが酸化し易いことから、
これを防止する為に真空状態で行う必要がある。次いで
溶融物を直接的にガス−アトマイザーによって１０μｍ
〜８０μｍの微細粉末とする。

このようにして製造された本発明の粉末溶射材料は、慣
用の方法、例えば大気中または真空状態でのプラズマ溶
１・１法または高温溶射法によって溶射することができ
る。

本発明の金属溶射材料を用いて溶射した後に得られる被
覆層は、１３００゜Ｃまで耐えられる優れた耐熱性を有
する。

セラミック層は、鋳造時にガスを排除する働きの他に、
鋳型の耐熱性および耐久性を著しく向」二させる働きも
する。更に本発明の金属溶射材料層との密着性が非常に
良い。

これらの層を設けた金型は、アルξニウム、アルミニウ
ム合金、マグネシウムまたはマグネシウム合金の戒形体
を得る場合に、従来の型に比較して非常に多いショット
数、例えば３５，０００ショット以上の鋳造にも耐え得
る耐久性を示す。

本発明の溶射材料を鋳造用銅合金製鋳型に適用した例を
以下に示ず： 最初に下記表に記載の銅合金（表中の各合金の残量戒分
は全て銅である）より或る銅合金製金型の内面にＮｉメ
ッキ層を５０〜３００　μｍ、殊に１７一 ００〜２００　μｍの厚さで通例の方法で形成し、必要
に応して型内部水冷装置により水で冷却しながらＮｉメ
ッキ層の上に上述の合金組成の本発明の溶射材料を約１
０，０００〜約５，０００゜Ｃでプラズマ溶射または約
２，７００゜Ｃで高温溶射によって５０〜６００　μｍ
１殊に２００〜３００μｍの厚さで被覆する。次いで組
成が９８〜８５重量χ、殊に９５〜９０重量χのＺｒＯ
ｚと２〜１５重量χ、殊に５〜１０重量χのＹ２０３で
あるセラξツク被覆層を同様な条件の溶射法によって５
０〜５００　μｍ、殊に２００〜３００μｍの厚さに溶
射する。セラミック層には沢山の連続孔が生じ、ごれが
セラミック層を多孔質にしている。この多孔質の孔は成
形体の表面に凹凸を生じさせる程の大きさではなく、顕
微鏡にて見ることができる程のものである。

８ 本発明の溶射材料を適用した鋳型は、セラくック溶射利
料とヘース・メタルとの間に著しい膨張係数の違いがあ
るにもかかららす、結合層として非常に良好なものであ
る。更にこの熔射材料は高い耐久性および耐摩耗性を有
している。

上記のように製造された金型は、軟塗型剤を鋳型内面に
塗布する必要なしに、３５，０００シジット以上の鋳造
にも耐え得る。

本発明を実施例および比較例によって以下に更に詳細に
説明する。

１　ｌ　　１告　１） ７９５．５　ｇのＮｉ、２００ｇのＣｒおよび４．５８
のＶを真空ポンプによって真空状態に戒っている溶融る
つぼで溶融し、これをガス−アトマイザーによって平均
粒子径３０μｍの微細粉末に粉末化する。

２１１゛告 ６６４．５ｇのＮｉ、３３０ｇのＣｏおよび５．５ｇの
Ｙを用いて実施例ｌと同様にして平均粒子径５０μｍの
微細粉末に粉末化する。

３（　ｎ′告　　） ７９５．５　８のＣｏ、２００ｇのＣｒおよび４．５ｇ
のＹを真空ポンプによって真空状熊に戒っている熔融る
つぼで溶融し、これをガス−アトマイザーによって平均
粒子径３０μｍの微細粉末に粉末化する。

実丑艷しＬ１え且真と ０．１５重量２のジルコニウムを含有し、熱伝導率７の
銅合金で製造した金型の内面に、電気メッキ法によって
２００μｍの厚さのＮｉメッキ層を？ける。次いでプラ
ズマ溶射法によって実施例１で製造された溶射材料を８
０００゜Ｃで溶射して１５０μｍの被覆膜を形戒する。

このようにして形成された金属被覆層の上に、同様な溶
射法によって９２重量２のＺｒＯ■と８重量χのｖ２０
３より威るセラくツタ混合物を２５０　μｍの厚さで被
覆する。その際の溶射温度は８０００℃である。セラミ
ック層には非常に小さい沢山の孔が存在し、多孔質と戒
っている。

この様にして製造された銅合金製金型を、３５０〜４０
０゜Ｃに冷却しながら自動車エンジンのアルミニウム合
金ケーシングの鋳造に用いたところ、３５，　０００シ
ョット行っても、未だ表面に変化がなく、戒形体の表面
状態も良好であった。

１５　　　１ ０．２重量χＴｉを含有し且つ熱伝導率が６の銅合金よ
り或る金型を使用し、実施例２で製造された溶射材料を
使用しそして９２重量χのＺｒＯ■と８重量χのＹ２０
３より威るセラ稟ツタ混合物を使用する他は、実施例４
と同様にパーマネット金１１　一 ？を製造した。この金型で自動車エンジン用のアルミニ
ウム合金ケーシングを鋳造する鋳造実験を実施例４と同
様に行ったところ、３５，　０００ショット行っても、
未だ表面に変化がなく、成形体の表面状態も良好であっ
た。

６（−１） ０．２重量χＴｉを含有し且つ熱伝導率が６の銅合金よ
り成る金型を使用し、実施例３で製造された溶射材料を
使用しそして９２重量χのＺｒＯｚと８重量２のＹ２０
３より成るセラ〔ツタ混合物を使用する他は、実施例４
と同様にパーマネット金型を製造した。この金型で自動
車エンジン用のアルξニウム合金ケーシングを鋳造する
鋳造実験を実施例４と同様に行ったところ、３５，００
０ショット行っても、未だ表面に変化がなく、戒形体の
表面状態も良好であった。

７（ 鋼鉄性鋳型の内面に実施例１で製造された溶射材料を使
用しそして９２重量χのＺｒＯ■と８重量２のＹ２０３
より成るセラミック混合物を使用するｌ２ 他は、実施例４と同様にパーマネット金型を製造した。

この金型で自動車エンジン用のアルごニウム合金ケーシ
ングを鋳造する鋳造実験を実施例４と同様に行ったとこ
ろ、３５，０００ショット行っても、未だ表面に変化が
なく、戒形体の表面状態も良好であった。

実施例４〜７から、本発明の溶射材料がベース・メタル
とセラ主ツタ層との結合層として非常に良好であること
が判る。

北較明１ 溶射材料として５５重量χのＣｏ、３０重量χのＭｏお
よび残部のＣｒより或る溶射材料を用いて、ベース・メ
タルに実施例４と同様に溶射した。その後に実施例４に
記載のセラもツタ材にて溶射を試みたところ、不十分に
しか溶射付着しなかった。

北較班２ 溶射材料として２５重量χのＣｏ，　３重量χの八ｌ、
１７重量χのＣｒ、０．４５重量χのＹおよび５４．５
５重量２のＮｉより威る粉末合金を使用する他は、実施
例４と同様に実施した。試験も実施例４と同様に行った
とごろ、鋳造冷却後にアルミニウム合金戒形体の表面剥
乱が認められた。

これは、溶湯中のアルごニウムがセラ嵩ツタ層の微細孔
を通して結合層のアル槌ニウムと付着した結果生したも
のと判断される。

［発明の効果１ 本発明の溶射材料は、ヘース・メタルおよびＮｉメッキ
層への溶射性が非常に良好であり且つ該ヘース・メタル
またはメッキ層とセラミック層との結合層として非常に
優れた耐久性を示し、更にセラミック層溶射付着性が優
れており、産業への貢献は顕著なものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）　Ｎｉ、ＣｒおよびＣｏの内の二種類と０．１〜１
   ．０重量％のＹとより成り、その際ＮｉとＣｏが存在す
   る場合にはＣｏの量が２０〜４０重量％で且つ残量がＮ
   ｉであり、ＣｒとＮｉまたはＣｏとが存在する場合には
   Ｃｒの量が１５〜３０重量％で且つ残量がＮｉまたはＣ
   ｏであり、但し上記の各重量％表示が溶射材料の全量を
   基準としていることを特徴とする、粉末状金属溶射材料
   。 ２）　請求項１に記載の粉末状金属溶射材料を製造する
   に当たって、各原料金属を真空状態で溶融して均一化し
   、次いでガス−アトマイザーによって金属粉末とするこ
   とを特徴とする、上記粉末状溶接材料の製造方法。 ３）　銅または銅合金の鋳型の内面にＮｉメッキ層が形
   成され、次いで中間層として請求項１に記載の粉末状金
   属溶接材料を溶射した被覆層がそして外側層としてＺｒ
   Ｏ＿２／Ｙ＿２Ｏ＿３−多孔質セラミック被覆が設けら
   れ、上記セラミック層の組成が９８〜８５重量％のＺｒ
   Ｏ＿２および２〜１５重量％のＹ＿２Ｏ＿３であること
   を特徴とする、不連続鋳造用銅合金製金型。 ４）　鋳鉄、鋼鉄、鉄系特殊合金の鋳型の内面に請求項
   １に記載の粉末状金属溶接材料を溶射した被覆層がそし
   てそれの外側層としてＺｒＯ＿２Ｙ＿２Ｏ＿３−多孔質
   セラミック被覆が設けられ、上記セラミック層の組成が
   ９８〜８５重量％のＺｒＯ＿２および２〜１５重量％の
   Ｙ＿２Ｏ＿３であることを特徴とする、不連続鋳造用金
   型。