JPH05320859A

JPH05320859A - 耐食・耐摩耗性溶射材料

Info

Publication number: JPH05320859A
Application number: JP4133589A
Authority: JP
Inventors: Masahito Kumon; 將人公文
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1992-05-26
Filing date: 1992-05-26
Publication date: 1993-12-07

Abstract

(57)【要約】【目的】強酸中で耐食性、耐摩耗性を有する溶射材料
を提供することにある。【構成】５０〜９５ｗｔ％のニオブ炭化物１をベース
とし、Ｎｉベースのバインダ２で結合させ、更にＣｒ、
Ｍｏ、Ｎｂを添加し、１０００℃以上の非酸化性雰囲気
中で焼結した溶射材料。【効果】硫酸水溶液中の耐食性を大幅に改善した溶射
皮膜を形成することができ、耐食・耐摩耗に優れた表面
処理が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、材料の表面に溶射被覆
し耐食・耐摩耗性を向上させる耐食・耐摩耗性溶射材料
に関し、特に硫酸溶液環境中で使用するのに好適なニオ
ブ炭化物ーメタル複合系の耐食・耐摩耗性溶射材料に関
する。

【０００２】

【従来の技術】環境装置機器、鉄鋼圧延用ロール、原子
力プラントの機器等で酸に接触する部分に使用される材
料は耐食性、耐摩耗性及び耐熱性等の特性を備えている
ことを要求されるが、これらの特性を向上させるため、
その表面に物理的性質が優れているメタル、セラミック
ス及びサーメット等の材料を被覆する方法が採用されて
いる。被覆方法としては、メッキ法や溶射法がその簡便
さや低コストゆえに広く用いられている。

【０００３】溶射やメッキによる被覆方法が採用されて
いる部品の代表的なものに鉄鋼圧延用ロールがあり、こ
の内、硫酸性水溶液に曝される部位に使用される錫メッ
キ等で形成された溶射皮膜としては、上記特性以外に特
に耐剥離性と耐浸透性が良好であることが重要で、溶射
が主に粒子の積層構造である故母材に至る貫通気孔が発
生する問題は避けられず、実用化が報告されている例は
無い。そのため、これらのロールには比較的安価な炭素
鋼（Ｓ４５Ｃ等）を母材とし、耐食・耐摩耗性が一定レ
ベル以上にあると認められる硬質クロムメッキがなされ
ている。

【０００４】このクロムメッキでもコンダクターロール
とよばれるメッキライン用ロールに使用した場合、鋼板
による摩耗で１〜３ヵ月のロールとしては非常に短い寿
命で再メッキする必要がある。

【０００５】一方溶射皮膜としては耐浸透性、耐摩耗性
の観点からＷＣ及びＣｒ₃Ｃ₂系サーメットで種々試作さ
れており、溶射材料は粉末の形態で炭化物とメタルを機
械的に混合したものや炭化物とメタルを有機バインダで
結合させたもの、あるいは混合後さらに焼結したものや
電気的に溶解したもの等複合粉末が実用化されている。
図３は従来技術の溶射材料の模式図である。

【０００６】４はＣｒ₃Ｃ₂粒子、５はＮｉＣｒ合金粒子
である。これらの炭化物を使用した場合、貫通気孔を封
孔処理出来たとしても炭化物自身がＰＨ２以下の硫酸環
境では溶出し、短時間で母材に至る貫通気孔及び剥離が
発生し使用できない。また、バインダとして溶射材料中
に含まれるメタルも耐食性の良好なものの選定がセラミ
ックスとの馴染みや溶射中の酸化等の問題で制約され
る。

【０００７】一方、溶射皮膜の本来の目的である耐熱・
耐摩耗性を長時間に亘って安定に発揮するためには、溶
射皮膜中の気孔が少ないこと、粒子間結合力が大きいこ
と及び母材との密着力が大きいことが要求される。この
ため、溶射方法としてはプラズマ溶射や高エネルギガス
溶射である酸素ーアセチレンの爆発エネルギを利用した
爆発溶射（７５年米国特許第３８８４９１５）そして超
音速強化ガス溶射法（特開昭５７−９４３６０号公報）
等が利用されている。特に溶射皮膜と母材の密着性は溶
射時の粒子速度に依存するため、高粒子速度が得られる
爆発溶射法が有効な方法である。

【０００８】この種の改善手法としてＣｒ₃Ｃ₂、ＷＣ等
をＭｏで強化し耐食性を向上させる手法が、また、溶射
材料の粒子径を制御することで密着性や耐剥離性を向上
させる方法も提案されているが、鉄鋼のメッキラインに
使用されるコンダクターロールは前述したようにＰＨ１
の硫酸雰囲気であるため、前記した溶射材料や改善手法
では腐食し実用化には至らない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、硫酸水溶液中での腐食に対する解決対策がなされて
いないため、使用時に炭化物等が溶出し、ハステロイＣ
板と比較して１００倍程度の腐食減量を示す点で問題が
ある。

【００１０】本発明の目的は、強酸中で耐食性、耐摩耗
性を有する溶射材料を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的は、ニオブ炭化
物が５０〜９５ｗｔ％、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｓｉ
のいずれか１つ以上が残部を構成してなることにより達
成される。

【００１２】上記目的は、ニオブ炭化物が５０〜９５ｗ
ｔ％、Ｍｏが０．５〜２０ｗｔ％、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、
Ａｌ、Ｓｉのいずれか１つ以上が残部を構成してなるこ
とにより達成される。

【００１３】上記目的は、５０〜９５ｗｔ％のニオブ炭
化物と残部がメタルからなり、該メタルは１〜４０ｗｔ
％のＭｏと残部はＮｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｓｉのいず
れか１つ以上で構成してなることにより達成される。

【００１４】上記目的は、５０〜９５ｗｔ％のニオブ炭
化物と残部がメタルからなり、該メタルは１〜４０ｗｔ
％のＭｏと１０〜５０ｗｔ％のＣｒと残部をＮｉで構成
してなることにより達成される。

【００１５】上記目的は、５０〜９５ｗｔ％のニオブ炭
化物と残部がメタルからなり、該メタルは１〜４０ｗｔ
％のＭｏと１０〜５０ｗｔ％のＣｒと０．５〜１０ｗｔ
％のＮｂと残部をＮｉで構成してなることにより達成さ
れる。

【００１６】上記目的は、５０〜９５ｗｔ％のニオブ炭
化物と残部がメタルからなり、該メタルは１〜４０ｗｔ
％のＭｏと１０〜５０ｗｔ％のＣｒと残部をＮｉで構成
してなる合金粒子と、１〜３０ｗｔ％のＭｏ単独粒子を
含むことにより達成される。

【００１７】上記目的は、前記Ｍｏが他の元素の粒子の
平均粒径と比較して小さい中心粒径をもつ粒子でなるこ
とにより達成される。

【００１８】上記目的は、ニオブ炭化物及びメタル粒子
を１０００℃以上の非酸化性雰囲気中で焼結したことに
より達成される。

【００１９】上記目的は、耐食・耐摩耗性溶射材料を用
い高エネルギ密度溶射方法で形成されたたことにより達
成される。

【００２０】

【作用】上記の構成のように５０〜９５ｗｔ％のニオブ
炭化物をベースとし、Ｎｉベースのバインダで結合さ
せ、更にＣｒ、Ｍｏ、Ｎｂを添加することで大幅な耐食
性の改善が達成される。即ち、溶射皮膜中のバインダ
（Ｎｉベース合金）とニオブ炭化物との化合中間層の耐
食性が向上するため性能の向上が図られるが、Ｃｒを添
加することで酸化クロム層によりメタルバインダの耐食
性が改善され、更にＭｏを添加することで酸化クロム層
が強固に形成し、一層耐食性は向上する。更にＭｏを添
加することでＭｏＣ化合物の形成と見られる化合層がバ
インダと炭化物の馴染みを改善し、粒子間の欠陥の発生
を防止する。更に、Ｎｂを添加すれば皮膜中でのＮｂＣ
とのなじみが改善されるとともに、メタルバインダに形
成されるクロム酸化物層は一層強固に固着し、硫酸ばか
りでなく塩素イオン雰囲気中でも耐食性が大幅に改善さ
れる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて具体的
に説明する。

【００２２】図１は本発明の実施例の溶射材料粒子の模
式図である。

【００２３】本実施例の溶射材料は、ＮｂＣ粒子を５０
ｗｔ％とＮｉ２０ｗｔ％及びＣｒとの合金を５０％混合
した試料１、ＮｂＣ粒子１を５０ｗｔ％とＮｉ１７ｗｔ
％、Ｃｒ１７ｗｔ％及びＭｏとの合金粒子２を５０％混
合した試料２、ＮｂＣを７０ｗｔ％とＮｉ１７ｗｔ％、
Ｃｒ１７ｗｔ％及びＭｏとの合金、Ｍｏ単独で１０ｗｔ
％のそれぞれを合計したものを３０％混合した試料３、
ＮｂＣを７０ｗｔ％とＮｉ２２％、Ｃｒ９％、Ｍｏ４％
及びＮｂ合金を３０％混合した試料４のそれぞれを１０
００℃以上の非酸化性雰囲気中で焼結したものである。

【００２４】次に本発明の他の実施例を説明する。

【００２５】図２は本発明の実施例の溶射材料粒子の模
式図である。

【００２６】本図は平均粒径１０μｍのＮｂＣ７０ｗｔ
％と平均粒径２０μｍのＮｉ１７ｗｔ％、Ｃｒ１７ｗｔ
％及びＭｏとの合金をｗｔ２０％、そして平均粒径１μ
ｍのＭｏを１０ｗｔ％混合し、水素雰囲気中１２００℃
で２時間焼結した溶射材料の状態を示すものである。こ
の粉末を溶射した場合Ｍｏ粒子が他の粒子より細かいた
め、溶射後皮膜中に均一に分散され、かつＮｂＣと化合
しやすいため上記実施例と同等以上の効果が得られる。

【００２７】表１はこの試料を用いてハステロイＣ板上
に爆発溶射で約２００μｍの厚さに溶射した皮膜を１％
硫酸水溶液（ＰＨ０．５）中に１００時間浸漬した後の
腐食減量を示したものである。この結果従来技術と比較
して耐硫酸腐食性は大幅に改善されたことが明らかであ
る。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、硫酸水溶液中の耐食性
を大幅に改善した溶射皮膜を形成することができ、耐食
・耐摩耗に優れた表面処理が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の溶射材料の模式図である。

【図２】本発明の他の実施例の溶射材料の模式図であ
る。

【図３】従来技術の溶射材料の模式図である。

【符号の説明】

１ＮｂＣ粒子２Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ合金粒子３Ｍｏ粒子４Ｃｒ₃Ｃ₂粒子５ＮｉＣｒ合金粒子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ニオブ炭化物が５０〜９５ｗｔ％、Ｎ
ｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｓｉのいずれか１つ以上が残部
を構成してなることを特徴とする耐食・耐摩耗性溶射材
料。
【請求項２】ニオブ炭化物が５０〜９５ｗｔ％、Ｍｏ
が０．５〜２０ｗｔ％、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｓｉ
のいずれか１つ以上が残部を構成してなることを特徴と
する耐食・耐摩耗性溶射材料。
【請求項３】５０〜９５ｗｔ％のニオブ炭化物と残部
がメタルからなり、該メタルは１〜４０ｗｔ％のＭｏと
残部はＮｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｓｉのいずれか１つ以
上で構成してなることを特徴とする耐食・耐摩耗性溶射
材料。
【請求項４】５０〜９５ｗｔ％のニオブ炭化物と残部
がメタルからなり、該メタルは１〜４０ｗｔ％のＭｏと
１０〜５０ｗｔ％のＣｒと残部をＮｉで構成してなるこ
とを特徴とする耐食・耐摩耗性溶射材料。
【請求項５】５０〜９５ｗｔ％のニオブ炭化物と残部
がメタルからなり、該メタルは１〜４０ｗｔ％のＭｏと
１０〜５０ｗｔ％のＣｒと０．５〜１０ｗｔ％のＮｂと
残部をＮｉで構成してなることを特徴とする耐食・耐摩
耗性溶射材料。
【請求項６】５０〜９５ｗｔ％のニオブ炭化物と残部
がメタルからなり、該メタルは１〜４０ｗｔ％のＭｏと
１０〜５０ｗｔ％のＣｒと残部をＮｉで構成してなる合
金粒子と、１〜３０ｗｔ％のＭｏ単独粒子を含むことを
特徴とする耐食・耐摩耗性溶射材料。
【請求項７】前記Ｍｏが他の元素の粒子の平均粒径と
比較して小さい中心粒径をもつ粒子でなることを特徴と
する請求項２から請求項６のうち何れかの請求項に記載
の耐食・耐摩耗性溶射材料。
【請求項８】ニオブ炭化物及びメタル粒子を１０００
℃以上の非酸化性雰囲気中で焼結したことを特徴とする
請求項３から請求項６のうち何れかの請求項に記載の耐
食・耐摩耗性溶射材料。
【請求項９】請求項１から請求項８のうち何れかの請
求項に記載の耐食・耐摩耗性溶射材料を用い高エネルギ
密度溶射方法で形成されたことを特徴とする溶射皮膜。