JPH04176856A - 耐摩耗性複合材料及びその製造方法 - Google Patents
耐摩耗性複合材料及びその製造方法Info
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- JPH04176856A JPH04176856A JP2101677A JP10167790A JPH04176856A JP H04176856 A JPH04176856 A JP H04176856A JP 2101677 A JP2101677 A JP 2101677A JP 10167790 A JP10167790 A JP 10167790A JP H04176856 A JPH04176856 A JP H04176856A
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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、耐摩耗性に優れた複合材料及びその製造方法
に関する。
に関する。
［従来の技術］
従来、耐摩耗性材料の被覆層を形成する方法の代表的な
ものとして、下記の方法がある。
ものとして、下記の方法がある。
■プラズマ溶射法
■プラズマ粉体内盛法
■溶接肉盛法
■粉末ＨＩＰ法
これらの方法はそれぞれの特徴を生かして種々の分野で
実用化されているが、下記の問題がある。
実用化されているが、下記の問題がある。
■プラズマ溶射法
一般に大気圧の下で溶射するものであるから、皮膜の緻
密度及び密着性（主に基材と皮膜間の結合力を指すが、
被覆粒子相互間の結合力をも含む）が不十分、皮膜中の
炭化物の大きさが不揃い（数μｍ〜数十μｍの範囲で不
均一分散）などの問題がある。ただし、特開昭６１−２
７９６６３号公報は低圧プラズマ溶射法によるものを示
しているか、皮膜中の酸化物分散を図った皮膜強化法で
ある。
密度及び密着性（主に基材と皮膜間の結合力を指すが、
被覆粒子相互間の結合力をも含む）が不十分、皮膜中の
炭化物の大きさが不揃い（数μｍ〜数十μｍの範囲で不
均一分散）などの問題がある。ただし、特開昭６１−２
７９６６３号公報は低圧プラズマ溶射法によるものを示
しているか、皮膜中の酸化物分散を図った皮膜強化法で
ある。
■プラズマ粉体肉盛法
基材上のプラズマアークによるプール内に炭化物耐摩耗
合金粉末を供給するものであるため、基材希釈が大きく
、変形が大きい。また５０００〜１００００℃の高温の
ため炭化物の溶解が激しく、炭化物の大きさが不揃いと
なるなどの問題がある。
合金粉末を供給するものであるため、基材希釈が大きく
、変形が大きい。また５０００〜１００００℃の高温の
ため炭化物の溶解が激しく、炭化物の大きさが不揃いと
なるなどの問題がある。
■溶接肉盛法
上記のプラズマ粉体肉盛法と同様の問題かある。
■粉末Ｉ（ＩＰ法
基材をカプセルで囲み、このカプセル内に充填した炭化
物強化型耐摩耗合金粉末を熱間静水圧処理（以下、ＨＩ
Ｐ処理と呼ぶ）にて焼結させる方法であるが、炭化物の
大きさが不揃い、皮膜内に空孔が存在しやすいなどの問
題がある。
物強化型耐摩耗合金粉末を熱間静水圧処理（以下、ＨＩ
Ｐ処理と呼ぶ）にて焼結させる方法であるが、炭化物の
大きさが不揃い、皮膜内に空孔が存在しやすいなどの問
題がある。
［発明が解決しようとする課題］
上記従来法に共通する問題は、皮膜中の炭化物の大きさ
が不揃いなことで、このため耐摩耗性の向上には限界が
あった。
が不揃いなことで、このため耐摩耗性の向上には限界が
あった。
本発明は、皮膜中の炭化物の大きさを微細化し、かつ均
一分散化することにより耐摩耗性の一層の向上を図った
複合材料及びその製造方法を提供することを目的とする
。
一分散化することにより耐摩耗性の一層の向上を図った
複合材料及びその製造方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］
上記の目的を達成する本発明に係る耐摩耗性複合材料は
、基材上に被覆された溶射皮膜か径５μｍ以下の微細な
炭化物を均一分散状態に含むことを特徴とする。
、基材上に被覆された溶射皮膜か径５μｍ以下の微細な
炭化物を均一分散状態に含むことを特徴とする。
また、本発明の複合材料を製造するには、低圧プラズマ
溶射の雰囲気条件を酸素分圧が２ Ｔｏｒｒ以下で、全
圧が２０〜３００ Ｔｏｒｒとし、かかる減圧雰囲気下
で、耐摩耗性材料を基材上にプラズマ溶射し、その後そ
の皮膜に焼入れ焼戻しの熱処理を施すことにより、皮膜
中の炭化物の微細化及び均一分散化を図るものである。
溶射の雰囲気条件を酸素分圧が２ Ｔｏｒｒ以下で、全
圧が２０〜３００ Ｔｏｒｒとし、かかる減圧雰囲気下
で、耐摩耗性材料を基材上にプラズマ溶射し、その後そ
の皮膜に焼入れ焼戻しの熱処理を施すことにより、皮膜
中の炭化物の微細化及び均一分散化を図るものである。
また皮膜のＨＩＰ処理後に熱処理を行ってもよい。
［作 用コ
皮膜中の炭化物の微細化が進み、炭化物が径５μｍ以下
で均一に分散した状態になると、後述の、摩耗試験結果
からも明らかなように耐摩耗性が著しく向上する。
で均一に分散した状態になると、後述の、摩耗試験結果
からも明らかなように耐摩耗性が著しく向上する。
このような耐摩耗性を持つ被覆は、皮膜中への酸化物の
巻き込みを防止すべく溶射雰囲気条件の酸素分圧を低く
抑えた低圧プラズマ溶射法の適用により得られ、かつ、
その皮膜を所定条件で焼入れ焼戻しをするか、またはＨ
ＩＰ処理することで得られる。
巻き込みを防止すべく溶射雰囲気条件の酸素分圧を低く
抑えた低圧プラズマ溶射法の適用により得られ、かつ、
その皮膜を所定条件で焼入れ焼戻しをするか、またはＨ
ＩＰ処理することで得られる。
ここで、酸素分圧の２ Ｔｏｒｒは、皮膜中の炭化物の
酸化消失を防止できる酸素上限分圧である。
酸化消失を防止できる酸素上限分圧である。
また雰囲気圧力中２０ Ｔｏｒｒは、プラズマジェット
を安定して発生・維持するのに必要な下限圧であり、３
００ Ｔｏｒｒは緻密な皮膜を得る上限圧である。
を安定して発生・維持するのに必要な下限圧であり、３
００ Ｔｏｒｒは緻密な皮膜を得る上限圧である。
これによって、酸素量そのものが減じられる結果、炭化
物の酸化分解が防止されるとともに、溶射粒子間の結合
が高まる。
物の酸化分解が防止されるとともに、溶射粒子間の結合
が高まる。
［実施例コ
実施例１
下記の条件にて溶射皮膜を形成し、次いで異なった熱処
理条件にて溶射皮膜中の炭化物の大きさを制御し、炭化
物の大きさと耐摩耗性との関係を求めた。
理条件にて溶射皮膜中の炭化物の大きさを制御し、炭化
物の大きさと耐摩耗性との関係を求めた。
■基材 ３４５０
■溶射材料 ＰｅＪＷ−５Ｍｏ−３Ｃｒ−５Ｖ−Ｉ
Ｃ粉末粒径４０〜８０μｍ ■溶射条件 溶射雰囲気 全圧６０Ｔｏｒｒ、酸素分圧０．６Ｔｏｒ
ｒ溶射電流 ７５ＤＡ ′ アーク電圧 ５０Ｖ 基材予熱温度 ７００℃ 溶射及膜厚 ５關 ■熱処理条件 Ａ：焼入れ １２５０℃Ｘ２ｍ１ｎ 焼戻し ５５０℃Ｘ ８Ｈｒ Ｂ；焼入れ １１００℃Ｘ２ａｊｎ 焼戻し ５５０℃Ｘ ３Ｈｒ Ｃ：焼入れ １０００’ＣＸ ２ｍ１ｎ焼戻し ５５０
℃Ｘ ３Ｈｒ ■摩耗試験 摩耗試験は、標準的なアムスラー式摩耗試験と迅速試験
である大館式摩耗試験の双方で評価した。
Ｃ粉末粒径４０〜８０μｍ ■溶射条件 溶射雰囲気 全圧６０Ｔｏｒｒ、酸素分圧０．６Ｔｏｒ
ｒ溶射電流 ７５ＤＡ ′ アーク電圧 ５０Ｖ 基材予熱温度 ７００℃ 溶射及膜厚 ５關 ■熱処理条件 Ａ：焼入れ １２５０℃Ｘ２ｍ１ｎ 焼戻し ５５０℃Ｘ ８Ｈｒ Ｂ；焼入れ １１００℃Ｘ２ａｊｎ 焼戻し ５５０℃Ｘ ３Ｈｒ Ｃ：焼入れ １０００’ＣＸ ２ｍ１ｎ焼戻し ５５０
℃Ｘ ３Ｈｒ ■摩耗試験 摩耗試験は、標準的なアムスラー式摩耗試験と迅速試験
である大館式摩耗試験の双方で評価した。
１）アムスラー式摩耗試験（試験温度 室温）２）大館
式摩耗試験（試験温度 ８００℃）試験結果 熱処理条件に対応した溶射皮膜中の炭化物の大きさ及び
分布状態は下記のとおりであった。なお、符号り、Ｅは
比較のために示すもので、Ｄは常圧プラズマ溶射法によ
るものであり、Ｅは粉末ＨＩＰ法によるものである。
式摩耗試験（試験温度 ８００℃）試験結果 熱処理条件に対応した溶射皮膜中の炭化物の大きさ及び
分布状態は下記のとおりであった。なお、符号り、Ｅは
比較のために示すもので、Ｄは常圧プラズマ溶射法によ
るものであり、Ｅは粉末ＨＩＰ法によるものである。
Ａ：粒径１〜２μｍの微細炭化物が均一分散していた。
Ｂ：粒径１〜２μｍ及び７〜１２μｍの炭化物が混在状
態で均一分散していた。
態で均一分散していた。
Ｃ：粒径３〜５μｍ及び１５〜２５μｍの炭化物が混在
状態で不均一分散していた。
状態で不均一分散していた。
Ｄ：粒径５〜２５μｍの炭化物が不均一分散していた。
Ｅ二粒径５〜８μｍ及び２０〜４０μｍの炭化物が混在
状態で均一分散していた。
状態で均一分散していた。
第１図（ａ）は皮膜Ａの組織の顕微鏡写真てあり、同図
（ｂ）は皮膜Ｅの組織の顕微鏡写真である。両者を比較
すれば、本発明品の緻密度がより一層改善されているこ
とが秒かる。
（ｂ）は皮膜Ｅの組織の顕微鏡写真である。両者を比較
すれば、本発明品の緻密度がより一層改善されているこ
とが秒かる。
摩耗試験結果
摺動距離５００℃当たりの摩耗量の測定結果を第１表に
示す。
示す。
第１表
（ＩＩ＋１）
実施例２
■溶射材料 Ｆｅ−１６Ｗ−４Ｃｒ−５Ｖ−ＩＣ■
ＨＩＰ条件 １０００℃Ｘ ２０００気圧■熱処理条
件 Ａ：焼入れ １２８０℃Ｘ ２ｍ１ｎ 焼戻し ６００℃Ｘ ３Ｈｒ Ｂ：焼入れ １１５０℃Ｘ ２ｍ１ｎ 焼戻し ６００℃Ｘ ３Ｈｒ Ｃ：焼入れ １３５０℃Ｘ ２ＩＩｌｉｎ焼戻し ６０
０℃×３Ｈ「 その他の条件は実施例１と同一である。
ＨＩＰ条件 １０００℃Ｘ ２０００気圧■熱処理条
件 Ａ：焼入れ １２８０℃Ｘ ２ｍ１ｎ 焼戻し ６００℃Ｘ ３Ｈｒ Ｂ：焼入れ １１５０℃Ｘ ２ｍ１ｎ 焼戻し ６００℃Ｘ ３Ｈｒ Ｃ：焼入れ １３５０℃Ｘ ２ＩＩｌｉｎ焼戻し ６０
０℃×３Ｈ「 その他の条件は実施例１と同一である。
試験結果
Ａ：粒径１〜５μｍの微細炭化物が均一分散していた。
Ｂ：粒径３〜６μｍ及び１０〜１５μｍの炭化物が混在
状態で均一分散していた。
状態で均一分散していた。
Ｃ：粒径２０〜３５μｍの炭化物が不均一分散していた
。
。
摩耗試験結果
第２表に示す。
第２表
（＋ｕ ）
実施例３
実施例２で熱処理条件を下記に変更して行った。
１２８０℃焼入れ温度の保持時間を、Ａは２１ｎ。
Ｂは１５ｍ１ｎ、Ｃは２０ｒＡｉｎに変更した。焼戻し
温度６００℃、保持時間３ Ｈ−ｒは同じである。
温度６００℃、保持時間３ Ｈ−ｒは同じである。
試験結果
Ａ：粒径２〜５μｍの微細炭化物が均一分散していた。
Ｂ：粒径８〜２０μｍの炭化物が均一分散していた。
Ｃ：粒径１５〜４５μｍの炭化物が均一分散していた。
摩耗試験結果
第３表に示す。
第３表
（＋ａｍ ）
以上の実施例の結果より考察すると、次のようなことが
いえる。
いえる。
（１）実施例１について
焼入れ温度１２５０℃（皮膜Ａ）では皮膜中の炭素の多
くはマトリックス中に固溶する結果、プラズマ溶射まま
の皮膜りで認められた１０〜２５μｍの炭化物は消失す
る。また焼入れままの状態では微細なＭＢ Ｃ系の複合
炭化物の析出が認められるが、マトリックスにはオース
テナイトが残留し、所定の硬さを得ることができない（
硬さはＨｖ３００〜５００程度）。これを５５０℃で焼
戻すことにより、Ｍｏ２Ｃ等の二次炭化物が析出すると
同時に、オーステナイト中に固溶されていた炭素が減少
するため、Ｍｓ点が上昇し、焼戻し後の冷却過程でオー
ステナイトがマルテンサイトに変態し、所定の硬さに達
する（Ｈｖ９５０〜１０５０程度）。
くはマトリックス中に固溶する結果、プラズマ溶射まま
の皮膜りで認められた１０〜２５μｍの炭化物は消失す
る。また焼入れままの状態では微細なＭＢ Ｃ系の複合
炭化物の析出が認められるが、マトリックスにはオース
テナイトが残留し、所定の硬さを得ることができない（
硬さはＨｖ３００〜５００程度）。これを５５０℃で焼
戻すことにより、Ｍｏ２Ｃ等の二次炭化物が析出すると
同時に、オーステナイト中に固溶されていた炭素が減少
するため、Ｍｓ点が上昇し、焼戻し後の冷却過程でオー
ステナイトがマルテンサイトに変態し、所定の硬さに達
する（Ｈｖ９５０〜１０５０程度）。
焼戻し後の炭化物は主にＭＢ Ｃ系の複合炭化物、ＶＣ
，Ｍｏ２Ｃから成り、これらの粒径は１〜２μｍである
。
，Ｍｏ２Ｃから成り、これらの粒径は１〜２μｍである
。
低圧プラズマ溶射ままの皮膜Ａにおいては、溶射中にお
ける炭化物の酸化・消失がなく、出発原料である溶射材
料に含まれていた炭素量がそのまま皮膜中に含有される
。また溶射中に炭化物か粗大化することもほとんどなく
、溶射後の適正熱処理によって数μｍ以下の微細な炭化
物が均一分散した皮膜状態をつくることができる。
ける炭化物の酸化・消失がなく、出発原料である溶射材
料に含まれていた炭素量がそのまま皮膜中に含有される
。また溶射中に炭化物か粗大化することもほとんどなく
、溶射後の適正熱処理によって数μｍ以下の微細な炭化
物が均一分散した皮膜状態をつくることができる。
一方、焼入れ温度１１００℃、１０００℃（皮膜Ｂ、皮
膜Ｃ）では、炭素の多くはマトリックス中に固溶するこ
とができず、溶射ままの皮膜りで認められた１０〜２５
μｍ程度の炭化物がそのまま残る傾向にある。皮膜硬さ
は１１００℃処理ではＨｖ８００．１０００℃処理では
Ｈｖ８００と低い。
膜Ｃ）では、炭素の多くはマトリックス中に固溶するこ
とができず、溶射ままの皮膜りで認められた１０〜２５
μｍ程度の炭化物がそのまま残る傾向にある。皮膜硬さ
は１１００℃処理ではＨｖ８００．１０００℃処理では
Ｈｖ８００と低い。
摩耗試験の結果は、試験温度室温、８００℃の双方とも
微細炭化物か均一分散した皮膜の方が良好な結果を示す
。
微細炭化物か均一分散した皮膜の方が良好な結果を示す
。
（２）実施例２について
実施例２は低圧プラズマ溶射膜にＨＩＰ処理と熱処理を
施したものであるが、低圧プラズマ溶射ままの皮膜は非
常に緻密ではあるものの、１００％の密度を得ることは
必すしも容易でなく、０゜１〜０．３％程度の空孔が存
在する場合がある。
施したものであるが、低圧プラズマ溶射ままの皮膜は非
常に緻密ではあるものの、１００％の密度を得ることは
必すしも容易でなく、０゜１〜０．３％程度の空孔が存
在する場合がある。
この場合には、ＨＩＰ処理を皮膜に施して空孔をつぶし
、１００％密度の膜を得ることができる。
、１００％密度の膜を得ることができる。
この場合にも、炭化物の寸法を調整し、所定の強度を得
るための熱処理は必要である。
るための熱処理は必要である。
皮膜Ｃでは、焼入れ温度が高すぎたため、焼入れ時点で
炭化物の粗大化が進む。
炭化物の粗大化が進む。
硬さは、皮膜ＡでＨｖ 鴇１０００．皮膜ＢでＨｖ−８
５０、皮膜ＣでＨｖ’；８００である。
５０、皮膜ＣでＨｖ’；８００である。
（３）実施例３について
焼入れの保持時間を長くすると、炭化物の粗大化が進行
する。
する。
［発明の効果］
以上のように本発明によれば、溶射皮膜中の炭化物が非
常に微細化され、かつ均一に分散しているので、耐摩耗
性、緻密性に優れた複合合金の提供が可能となる。
常に微細化され、かつ均一に分散しているので、耐摩耗
性、緻密性に優れた複合合金の提供が可能となる。
また、酸素分圧を低く抑えた低圧プラズマ溶射法を適用
するとともに、所定条件下で溶射皮膜に熱処理またはＨ
ＩＰ処理後の熱処理を施すことにより、容易に上記の複
合合金をつくることができる。
するとともに、所定条件下で溶射皮膜に熱処理またはＨ
ＩＰ処理後の熱処理を施すことにより、容易に上記の複
合合金をつくることができる。
第１図（ａ）は本発明の実施例１に供した皮膜Ａの組織
を示す顕微鏡写真、・第１図（ｂ）は従来の粉末ＨＩＰ
法による皮膜Ｅの組織を示す顕微鏡写真である。 代理人 弁理士 佐々木 宗 治 不発Ｂ月の波Ｉｌｌ巣Ａ 第１図（０） イ１引！呼シ：４００４４号 省芝来の、八に月決Ｂ 第１図＜ｂ）
を示す顕微鏡写真、・第１図（ｂ）は従来の粉末ＨＩＰ
法による皮膜Ｅの組織を示す顕微鏡写真である。 代理人 弁理士 佐々木 宗 治 不発Ｂ月の波Ｉｌｌ巣Ａ 第１図（０） イ１引！呼シ：４００４４号 省芝来の、八に月決Ｂ 第１図＜ｂ）
Claims (3)
- （１） 基材とその上に施された耐摩耗性合金の溶射皮
膜とから成り、該溶射皮膜は径５μｍ以下の微細な炭化
物を均一分散状態に含むことを特徴とする耐摩耗性複合
材料。 - （２） 基材の表面に、耐摩耗性合金の溶射材料を、酸
素分圧が２Ｔｏｒｒ以下、全圧が２０〜３００Ｔｏｒｒ
の減圧雰囲気下でプラズマ溶射して皮膜を形成し、次い
で該皮膜に熱処理を施すことにより、該皮膜中に径５μ
ｍ以下の微細な炭化物を均一に分散させたことを特徴と
する耐摩耗性複合材料の製造方法。 - （３） 前記プラズマ溶射の後、熱間静水圧処理を行い
、その後に前記皮膜に熱処理を施すことを特徴とする請
求項２記載の耐摩耗性複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2101677A JPH04176856A (ja) | 1990-04-19 | 1990-04-19 | 耐摩耗性複合材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2101677A JPH04176856A (ja) | 1990-04-19 | 1990-04-19 | 耐摩耗性複合材料及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04176856A true JPH04176856A (ja) | 1992-06-24 |
Family
ID=14306983
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2101677A Pending JPH04176856A (ja) | 1990-04-19 | 1990-04-19 | 耐摩耗性複合材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04176856A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015045038A1 (ja) * | 2013-09-25 | 2015-04-02 | 中国電力株式会社 | 耐熱金属材料部材に対するクリープ強化材の拡散浸透方法、及びクリープ強度を強化させた耐熱金属材料部材 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0288756A (ja) * | 1988-09-22 | 1990-03-28 | Kubota Ltd | 耐摩耗被膜の形成方法 |
| JPH02101674A (ja) * | 1988-10-06 | 1990-04-13 | Canon Inc | 情報記録再生装置 |
-
1990
- 1990-04-19 JP JP2101677A patent/JPH04176856A/ja active Pending
Patent Citations (2)
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| WO2015045038A1 (ja) * | 2013-09-25 | 2015-04-02 | 中国電力株式会社 | 耐熱金属材料部材に対するクリープ強化材の拡散浸透方法、及びクリープ強度を強化させた耐熱金属材料部材 |
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