JPH04380A - 高耐食性及び高耐熱性溶射被膜の形成方法 - 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〕 本発明はサーメットやセラミック等の溶射が利用されて
いる耐食性、耐熱性、或は、耐溶融性が要求される工業
製品や部品に対する溶射皮膜の形成方法に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来、熱処理炉用ハースロールのような耐熱部品や溶融
メツキ用ジンクロールのような耐食部品等のように、耐
食性、耐熱性が要求される工業製品や部品、或は、溶融
アルミニウムメッキ用ロール、ダイカスト用金型、溶融
アルミ用治具部品等のように熱疲労によって発生するヒ
ートチックやコーナ一部等への熱応力集中から発生する
クラックあるいは溶融アルミニウムによる溶損等により
寿命が低下し易い環境で使用される工業製品や部品では
、従来より溶射等による表面処理によってこれらの製品
や部品の寿命向上を図っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来、一般に知られている溶射は、溶射材料をプラズマ
ガス等により熱を与えて溶融し、液体微粒子状で素地材
料の表面に高速度で衝突させて当該素地材料の表面に皮
膜を形成させている。

特に、セラミックを溶射材料とした溶射皮膜は、セラミ
ック液体微粒子が素地金属に高速度で衝突し、＠平付着
、急冷凝固した粒子の積層により形成される積層構造を
有する。

この積層構造は、マイクロクラックなどの気孔を多く含
み、また、粒子間未結合部分が存在することも知られて
いる。

このような欠陥、すなわち、皮膜表面から素材まで達す
る貫通気孔が存在したり粒子間に未接合部に存在するこ
とにより生じる積層粒子間の結合力の弱さ等は、溶射皮
膜の耐腐食性９機械的性質。

機能性に悪影響を及ぼすと考えられる。

この粒子間の未接合部の減少とマイクロクラックの減少
のため、従来技術では、複数種の溶射材料を組合せて溶
射する傾斜溶射法や、溶射皮膜の表面から高耐熱性の無
水珪酸のコロイド溶液やコールタール等を与えていわゆ
る封孔処理を施す方法が採られている。

しかしながらこれらの方法では、未だ気孔のない完全な
皮膜は形成されないため、耐食性、耐熱性等が要求され
る製品や部品においては、当該部品の母材が侵蝕されて
溶射皮膜が母材から剥がれ、溶射皮膜の寿命が限られる
という問題がある。

すなわち、従来の溶射方法では溶射材料にいかにすぐれ
た材料を使用しても、溶射皮膜に気孔が形成されること
をどうしても避けられず、このため気孔から母材側に侵
入する気体や液体によって母材が先に破壊され、母材側
から溶射皮膜の破壊も起っているのである。

本発明は、上記のような問題点を解決するため、各種の
工業用部品に溶射皮膜を形成する前に、母材の下地処理
として、その母材表面に耐食性、耐熱性のある表面処理
を施すことにより母材表面を強化し、溶射皮膜の表面側
からその気孔に侵入した気体や液体に母材表面が冒され
ないか或は冒され難くし、従って、大幅に当該部品の寿
命を延ばすことができる溶射皮膜の形成方法を開発する
ことを課題とするものである。

さらに１本発明は、母材表面の強化に止まらず、更なる
高寿命を期すために溶射皮膜の気孔を封じた溶射皮膜の
形成方法を提案することも課題とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題の前者を解決するためになされた本発明の主な
構成は、母材表面に耐食性、耐熱性のある表面強化処理
を施して母材自体を強化させたあと、その表面に溶射を
施すことを特徴とするものである。

また、上記課題の後者を解決するためになされた本発明
の構成は、母材表面にあらかじめアルミナイズ皮膜を形
成してから当該母材表面にセラミック等による溶射皮膜
を形成することにより、溶射皮膜の形成時、当該皮膜に
生成される気孔の内部にアルミナイズ皮膜側からアルミ
ニウムを溶射皮膜の気孔内に融出させて当該気孔の封止
を行うことを特徴とするものである。

〔作　用〕

アルミナイズ法は鉄鋼の表面に耐食性、耐熱性を付与す
る方法として利用されることが多いが、その皮膜は一般
的には１００μ以下と薄いので、ロール等の機械的摩耗
が生じる部品等には利用されていない。

しかし乍ら１本発明では、アルミナイズ加工を溶射前の
母材の下地処理に用いることにより、その母材の表面に
Ｆｅ−Ａｌ系合金層を形成させて当該母材表面に耐食性
、耐摩耗性を付与して母材表面の強化を図る。

次いで、本発明では該アルミナイズ皮膜上にＡｇ２Ｏ３
等のセラミック等の溶射を行なって母材表面に複合皮膜
を形成し、耐食性、耐熱性の溶射皮膜を形成する。

ここで、上記アルミナイズ加工が溶融アルミニウムメッ
キ法であるとき、このメツキの後に母材表面のＦｅ−Ａ
ｌ系合金層をさらに拡大させるために、高周波誘導加熱
等により二次拡散を図る６また、本発明において溶融ア
ルミニウムメッキを施した後、母材表面を高周波誘導加
熱等で加熱する際、その母材表面がＡｆｌ−Ａｌ、Ｏ，
に変化しつつあるとき、１ｔ２０．等のセラミック溶射
を行なうことにより、気孔や粒子間の未結合部がないか
、或は、殆んどない溶射皮膜を形成することができる。

これは、母材表面に溶融アルミニウムメッキを施した後
、Ａｌ、Ｏ，等のセラミック溶射を行ない、更に、高周
波誘導加熱等で加熱するので、母材が加熱されて溶融ア
ルミニウムが溶融して母材と合金層を形成すると同時に
、ＡＵ２０．等の溶射時に生成される気孔にＡｌが融出
してＡ［２０，等に変化し、気孔のない、１２０．等の
溶射皮膜が得られるからである。

更に、アルミニウム等の溶射等とアルミナ等の溶射を母
材に対し交互に施す、いわゆる組合せ溶射を行ない、こ
の後に高周波誘導加熱等により加熱を行うことにより、
まず、溶射材料中のＡｌが溶融して母材とＡｎ合金層を
形成するとともに、前後の、１２０３とも溶着してＡｇ
２Ｏ３に変化し、気孔が封止されたＡｌ２０．皮膜が形
成される。

一方、−船釣な軟窒化処理は、低温の５６０〜５７０°
Ｃの低温処理であるため、炭窒化合物は脆くなく耐摩耗
性、耐食性にすぐれ、母材には０．１〜０．２ｎｍ程度
の窒素の拡散層が形成される。

この拡散層は耐ヒートチック性に良好であり、溶射皮膜
側から生じたクラックが母材に達することを防止できる
。

また、気孔のあるセラミック溶射皮膜から浸入した溶融
アルミニウムは拡散層で母材の溶損を防止する。

更に、ＣｖＤ処理によるＴＩＮ皮膜は、約１０００℃の
拡散処理により母材との拡散層が形成されるので、溶融
アルミニウムに対する溶損性、ヒートチック性を向上さ
せ母材の表面を強化して寿命を向上させる。

次に本発明の実施例について説明する。

〔実施例１〕 本発明の下地処理として行うアルミナイズ加工は、まず
母材となる鉄鋼表面をブラスト又は脱脂を行い、次いで
、酸洗処理を行なって乾燥させる。

この後、前靴母材を約８００℃に溶融したアルミニウム
浴に浸漬し、約７００〜８００℃に加熱して二次拡散処
理を行ない母材表面にＦｅ−Ａｌ系合金層を形成させた
。

第１図はアルミナイズ加工された母材と合金層の組織を
示すもので、図中、Ａは母材層、Ｂはアルミナイズ層、
Ｃは拡散層である。

第２図は二次拡散処理を施すため高周波誘導加熱を行っ
ている模式図である。この図に於て、１は母材たる鉄鋼
製ロール、２は溶融アルミニウム層、３は加熱コイルで
ある。この処理において母材は回転させ、加熱コイル３
は母材の長手方向に移動させた。

第３図は母材表面に形成した溶融アルミニウムメッキ層
を母材を回転させつつ加熱コイルを移動させることによ
り高周波誘導加熱により加熱しながら、その加熱コイル
の直後に溶射ノズル４を移動させてアルミナ溶射を行っ
ている模式図である。

第１図と同一符号は同一部分又は同一部材を示す。

第４図に上記方法により形成された母材層Ａと合金層Ｂ
′と溶射皮膜層りの組織を示す。

本発明では、母材に溶融アルミニウムメッキを施した後
にｔＱｚＯ，のセラック溶射を行ない、約８００℃に高
周波誘導加熱を行なった場合にも、第３図に示すような
溶射皮膜層の組織が形成された。

また、本発明では母材にアルミニウム溶射を行ない、次
にその上からアルミナ溶射を行なった後に、約８００℃
に高周波誘導加熱を行なった場合にも、上記例と同様な
溶射皮膜層の組織が形成された。

〔実施例２〕 上記実施例１の方法により形成したアルミナ溶射皮膜を
、燃焼ガス中において加熱し酸化減量試験を行なった。

その結果を表−１に示す。

同時に、上記実施例１により形成したアルミナ溶射皮膜
を約４５０℃の溶融Ｚｎ中に浸漬する腐食試験を行なっ
た。その結果を表−２に示す。

これらの試験結果の表から明らかなように、本発明溶射
法による溶射皮膜は、加熱日数、又は、浸漬日数が長時
間になればなる程、従来方法の溶射皮膜と比べてその減
量する量が少なく、また、耐腐食性も高い。これは母材
表面に溶射前に形成したアルミナイズ処理によるＦｅ−
Ａｌ系合金層が溶射気孔を封止し、また、未接合粒子部
分が冒されても、母材側が冒されることを防止している
からと考えられる。

〔実施例３〕 本発明の請求項６の方法により溶射皮膜を形成した試料
（１）、　（ＩＩ）と従来方法により溶射皮膜を形成し
た試料（ｍ）、従来材のままの試料（ＩＶ）について、
約８００℃の溶融アルミニウム中に浸漬して腐食試験を
行なった。その結果を表−３に示す。

試料（Ｉ）・・・母材（ＳＫＤ６１）の表面に軟窒化処
理を施してからアルミナ溶射をして 溶射皮膜を形成した。

試料（１１）・・・母材（ＳＫＤ６１）の表面にＣｖＤ
処理を施してからアルミナ溶射をして溶射 皮膜を形成した。

試料（■戸・・従来材にそのままアルミナ溶射をして溶
射皮膜を形成した。

試料（ＩＶ）・・・従来材（ＳＫＤ６１）のまま。

【図面の簡単な説明】

第１図はアルミナイズ加工された母材と合金層の組織を
示す拡大断面図、第２図は二次拡散処理を施すための高
周波誘導加熱を施す模式図、第３図は母材表面に形成し
た溶融アルミニウムメッキ層を高周波誘導加熱により加
熱し乍らその直後にアルミナ溶射を施す模式図、第４図
は母材と合金層と溶射皮膜層の組織を示す拡大断面図で
ある。 １・鉄鋼製ロール、２・・・溶融アルミニウム層、３・
・加熱コイル、４・・・溶射ノズル、Ａ・・母材層、Ｂ
・・・アルミナイズ層、Ｃ・・拡散層、Ｄ・・溶射皮膜
層 この試験結果からも、本発明方法による溶射皮膜は浸漬
時間が長くなる程、従来方法による溶射皮膜に比へ溶融
アルミニウムによる侵食が著しく少ないことが明らかで
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　溶射を行う前にその下地処理として、鉄鋼母材表面
   にアルミナイズ加工を施し、前記母材表面に鉄とアルミ
   ニウムのＦｅ−Ａｌ系合金層を形成し、該皮膜上に、セ
   ラミック等の溶射皮膜を形成することを特徴とする複合
   皮膜による高耐食性及び高耐熱性溶射皮膜の形成方法。 ２　アルミナイズ加工は、溶融アルミニウムメッキ法に
   より施し、この後にＦｅ−Ａｌ系合金層をさらに拡大す
   る目的で高周波誘導加熱等の加熱により二次拡散を行な
   う請求項１の溶射皮膜の形成方法。 ３　請求項２の溶射皮膜の形成方法において、高周波誘
   導加熱等による加熱を施し乍らＦｅ−Ａｌ系合金層を形
   成し、同時にセラミック等の溶射皮膜を形成することを
   特徴とする溶射皮膜の形成方法。 ４　請求項２又は３の溶射皮膜の形成方法において、溶
   融アルミニウムメッキの後、Ａｌ＿２Ｏ＿３等のセラミ
   ック溶射を行ない、高周波誘導加熱等により加熱するこ
   とにより、気孔のないＡｌ＿２Ｏ＿３溶射皮膜を形成す
   ることを特徴とする溶射皮膜の形成方法。 ５　溶射皮膜の形成方法において、アルミニウム等の溶
   射とアルミナ等の溶射を交互に行なって溶射皮膜を形成
   して、高周波誘導加熱等による加熱を施すことにより、
   気孔のないアルミナ等の溶射皮膜を形成することを特徴
   とする溶射皮膜の形成方法。 ６　溶射を行う前にその下地処理として、鉄鋼母材表面
   に軟窒化処理，ＴＩＮ等のＣＶＤ処理加工を施し、前記
   母材表面に拡散層を形成し、該皮膜上に、セラミック等
   の溶射皮膜を形成することを特徴とする複合皮膜による
   耐溶融アルミニウム溶射皮膜の形成方法。