JPH0641625B2 - サーマルスプレーコンポジット粉末及び靭性及び耐蝕性皮膜を設ける方法 - Google Patents

サーマルスプレーコンポジット粉末及び靭性及び耐蝕性皮膜を設ける方法

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JPH0641625B2
JPH0641625B2 JP60071298A JP7129885A JPH0641625B2 JP H0641625 B2 JPH0641625 B2 JP H0641625B2 JP 60071298 A JP60071298 A JP 60071298A JP 7129885 A JP7129885 A JP 7129885A JP H0641625 B2 JPH0641625 B2 JP H0641625B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、靱性及び耐蝕性を特徴とする金属皮膜を与え
るサーマルスプレー粉末に関し、更に、かかる皮膜をサ
ーマルスプレーする方法に関する。
従来の技術 フレーム溶射としても知られているサーマルスプレー
は、金属又はセラミツクのような熱溶融性材料を加熱軟
化させて、該軟化材料を被塗表面に向けて粒子状で噴射
させることを包含する。加熱粒子は被塗表面に衝突し該
表面と結合する。粒子の加熱及び噴射用に、従来式のサ
ーマルスプレーガンが使用される。サーマルスプレーガ
ンの１種においては、熱溶融性材料をガンに粉末状で供
給される。その場合の粉末は普通小粒子、例えば、１０
０メツシユ（米国標準篩寸法）〜約５ミクロンの粒子よ
りなる。
サーマルスプレーガンは通常、燃焼焔又はプラズマ焔を
用いて粉末粒子を加熱し、溶融させる。当業者なら承知
しているように、他の加熱方法、例えば、電気アーク、
抵抗ヒーター、或いは誘導ヒーターも同様に使用するこ
とができ、これらの方法は単独で又は他の型式のヒータ
ーと併用で使用することができる。粉末型燃焼サーマル
スプレーガンの場合、粉末を連行、移送するキヤリヤー
ガスは、燃焼ガスの１種又は窒素のような不活性ガスで
あればよく、或いは単に圧縮空気であつてもよい。プラ
ズマスプレーガンの場合は、主プラズマガスは一般に窒
素又はアルゴンである。普通、主プラズマガスに水素又
はヘリウムを添加する。キヤリヤガスは一般に主プラズ
マガスと同じものであるが、場合により炭化水素のよう
な他のガスを用いてもよい。
別法として、熱溶融性材料を棒又はワイヤの形で加熱ゾ
ーンに供給することができる。このワイヤ式サーマルス
プレーガンにおいては、スプレーされるべき材料棒又は
材料ワイヤは、或る種の焔が形成する加熱ゾーンに供給
され、ここで溶融或いは少なくとも熱軟化させられ、普
通ブラストガスにより霧化され、ついで、微粒状で被塗
面に噴射させられる。材料棒又は材料ワイヤは、従来法
に従い引抜きにより作つたものでもよいし、粉末を焼結
して作つたものでもよい。或いは、有機結合剤又は他の
適当な結合剤を使つて粉末を結合させたものでもよい。
結合剤を使つて粉末を結合させて作る場合、結合剤は加
熱ゾーンの熱で分解し、その結果、スプレーされる粉末
は微粒状となる。ワイヤは、或る成分のシースと他成分
の芯とよりなる形状のものでもよいし、或いは、異なる
成分のストランドを互いによじり合せたものであつても
よい。
ニツケル、鉄、コバルト又はそれらの組合せをベース金
属として含み、更に、クロム、場合により、アルミニウ
ム及び／又は他の元素を含む合金を溶射して得られる皮
膜が、ガスタービンエンジンやボイラー系統の金属成分
の腐食保護用に使用される。例えばコバルトは、ベース
金属としても合金形成性成分としても使用され、鋳造及
び錬造スーパーアロイの高温クリープ及び強度を改善す
る。しかし周知の通り、コバルトは抗酸化性金属には属
しない。非合金化コバルトの空気中におけるスケーリン
グ（scaling）及び酸化速度は、ニツケルのそれの何倍
にも達する。高温におけるコバルト基体合金のスケーリ
ング及び酸化抵抗性は、主にクロム含量の凾数である。
その結果、コバルト合金製の鋳造又は錬造部品は、特別
の保護皮膜を必要とすることが多い。
しかし、ニツケル、鉄又はコバルト合金をサーマルスプ
レーする場合、得られる皮膜の結合強度、曲げ延性及び
厚さ限界が満足でないことが多い。このことは、プラズ
マスプレーガンを用いてサーマルスプレー皮膜を形成す
る場合においてさえ、しかりである。腐食性条件に対す
る抵抗性を与えるために、イツトリウムや希土類金属の
ような合金形成元素が合金に添加されることが多いが、
かかる合金のサーマルスプレー粉末又はワイヤは製造上
高価である。このタイプの代表的合金は、例えば、米国
特許第4,313,760号及び英国特許出願第ＧＢ2,028,378Ａ
号（１９８０年３月５日発行）明細書に開示されてい
る。
高密度及びより大きい結合力を得るために、合金粉末が
低圧不活性雰囲気室内でプラズマ溶射されるが、この作
業は、速度がおそく高価であり、精巧な真空作業装置を
必要とする。皮膜形成代替法として業界で知られている
蒸着の場合は、類似のしかし更に複雑な諸問題が存在す
る。該室ではまた、ボイラーのような大型成分への蒸着
が行なえない。
米国特許第3,322,515号明細書に記述されているような
発熱反応を行なうことができる複数の金属よりなる複合
粉末をサーマルスプレーさせることにより、結合力の向
上した皮膜を得ることができる。かかる粉末の１種は、
約５重量％のアルミニウム微粒子が有機結合剤により結
合しているニツケル芯を有する。該芯は、クロムのよう
な他の金属との合金であつてもよい。発熱反応を行ない
得る金属のペアは色々あるが、上記ペアの外、コバルト
とアルミニウムのペア並びにモリブデンとアルミニウム
のペアが含まれる。
良好な結合力及び容易な機械加工性を有するサーマルス
プレー皮膜を得るための改良クラッド粉末が、他の幾つ
かの特許に示されている。かかる特許の１つは米国特許
第３８４１９０１号であり、該特許は、芯がニツケル、
銅又は鉄であり、該芯がアルミニウム及びモリブデンの
微粒子の皮膜を有する粉末であり、かつ、良好な結合力
及び容易な機械加工性を有するサーマルスプレー皮膜を
与えることのできる粉末を開示している。同様に、米国
特許第4,181,525号は、ニツケル、鉄、銅、コバルト又
はそれらの合金を芯とし、該芯が、離散アルミニウム粒
子と実質的に純粋なニツケルを含む結合剤と共にコーテ
イングされた粒子よりなり、かつ、機械加工性が向上し
ている皮膜を与えることを目的とした粉末を教示してい
る。
上述特許に開示された複合粉末は一般に、他の皮膜形成
材料を鋼のような基体に結合させる目的で、或いは、耐
摩耗性及び仕上げ性を必要とする機械要素に皮膜を１段
階で形成させる目的で使用される。しかしながら、これ
らの複合粉末を耐蝕性が要求される所に用いた場合、成
功例はごくわずかであつた。その理由はよく分つていな
い。水性又は湿潤環境においては、電気分解的な問題
と、サーマルスプレー工程における芯とクラツド元素と
の不完全な合金化に起因する皮膜の不均質性とが絡み合
つているようである。しかし、酸化性の、或いは、酸化
性又は還元性条件下での硫酸塩及び塩化物を含む場合で
も乾燥、高温条件下では、耐蝕性が不足する。皮膜が遊
離ニツケルを含む場合には、すなわち、米国特許第4,18
1,525号のニツケル−アルミニウムクラツド粉末のサー
マルスプレー時に起る不完全反応又は不完全合金化の結
果、粉末がニツケル−クロム合金芯を有する個所で皮膜
は或る種の腐食性条件下において特に腐食をうけ易い。
この腐食は皮膜中においてのみならず界面においても起
り、その結果、結合力が弱まり、皮膜が層状はくりを起
す。
粉末の芯に合金形成性元素としてクロムを用いて、芯が
アルミニウムでクラツドされているサーマルスプレー粉
末の皮膜の耐腐食性を改善することができる。しかし、
クロム添加は、サーマルスプレー皮膜の結合力を低下す
ることが判明している。例えば、アルミニウムクラツド
クロム又はニツケル−クロム合金の結合力は、アルミニ
ウムクラツドニツケルの結合力より小さい。
米国特許第3,322,515号明細書に教示されているよう
に、結合力の向上用としては、鉄そのものは、アルミニ
ウムとの複合系中における満足な成分ではなく、アルミ
ニウムのみでクラツドした鉄−クロム合金は、サーマル
スプレーされた場合に殊に弱い結合力を有する。
このように、満足な結合力を生じる複合材料サーマルス
プレー粉末が知られており入手可能であるが、腐食性環
境下における高い靱性が必要とされ、かかる粉末から得
られる皮膜は特に、充分な耐腐食性を有さない。他方、
耐高温腐食性のサーマルスプレー皮膜を与えるために使
用される公知の合金粉末は、充分な結合力を有さない。
発明が解決しようとする問題点 上述にかんがみ、本発明の主たる目的は、高い結合力及
び高い耐高温腐食性を有することを特徴とする靱性の大
きい金属皮膜を与え得る新規なサーマルスプレー材料を
提供することにある。
本発明のもう１つの目的は、高い結合力及び高い耐高温
腐食性を有することを特徴とする靱性の大きい金属皮膜
を与え得る改良サーマルスプレー法を提供することにあ
る。
問題点を解決する手段 本発明の上述の目的及び他の目的は、本発明によるニッ
ケル、鉄及びコバルトのベース金属（ａ）少なくとも１
種とクロム及びアルミニウムからの改質元素（ｂ）少な
くとも１種とを含む基本成分（Ａ）及びアルミニウム、
コバルト及び場合によってはモリブデンよりなる付加的
な元素成分（Ｂ）よりなるサーマルスプレーコンポジッ
ト粉末により達成される。
本発明により、従来のサーマルスプレー装置を用いて金
属基体上にサーマルスプレーするための金属コンポジッ
ト粉末が開発された。該コンポジット粉末により得られ
る皮膜は靱性に富み、極めて大きな結合力と延性を有す
る。さらに皮膜は、従来技術によるサーマルスプレー皮
膜に比べ、大きな高温耐蝕性を有する。
本発明のサーマルスプレーコンポジット粉末は、基本成
分（Ａ）よりなり、この基本成分は、それ自体コンポジ
ットであってもよいが、好ましくは、ベース金属（ａ）
であるニッケル、鉄及びコバルトの少なくとも１種と改
質元素（ｂ）であるクロム及びアルミニウムからの少な
くとも１種との合金である。基本成分（Ａ）は、更に、
アルミニウムを含んでいてもよい。改質元素（ｂ）とし
てクロムが存在する場合、その量は好ましくは、合金に
対して約１〜５５重量％である。アルミニウムが改質元
素（ｂ）として存在する場合、その量は、基本成分に対
して約１〜５５重量％である。一つの望ましい実施態様
においては、改質元素（ｂ）であるアルミニウムは基本
成分（Ａ）中に約２０〜５０重量％の量で存在し、この
本発明のコンポジット粉末から形成される皮膜は、更
に、アルミニウム含量の高い合金をフレームスプレーし
て得られる脆性の高い皮膜に比べて、延性に優れてい
る。改質元素（ｂ）としてクロムとアルミニウムの両方
が存在する場合には、それらの合計量は、基本成分
（Ａ）に対して約１〜５５重量％であることが好まし
い。生成皮膜がさらされる環境次第で、基本成分（Ａ）
として、ニッケル−クロム合金、鉄−クロム合金及び鉄
−アルミニウム合金が何れも特に有利であることが判明
した。
本発明においては、サーマルスプレーコンポジット粉末
中に、元素成分として、アルミニウム、コバルト、並び
に、場合により、モリブデンが付加的に用いられるがこ
れら成分は、サーマルスプレー工程に使用する前に、お
互いに又は基本成分と合金を作つていない。元素成分と
してのアルミニウム及びコバルトは、それぞれ基本成分
と元素成分の合計に対し約１〜１５重量％存在する必要
がある。第３の元素成分としてモリブデンが存在する場
合は、それは合金及びこの元素成分の合計に対し約１〜
１０重量％存在すべきである。
基本成分は、上述した通りニツケル、鉄、コバルト又は
それらの組合せ及びクロム、アルミニウム又はその双方
を含むことができるが、更に、付加的に或る量の金属元
素例えばイツトリウム又は希土類金属を含んでいてもよ
いし、また、ジルコニウム、ハフニウム、チタン耐火性
金属又はメタロイド例えばケイ素、炭素及びホウ素を含
んでいてもよい。例えば、基本成分合金は、前述した米
国特許第4,313,760号及び英国特許出願第ＧＢ2,028,378
Ａ号明細書に開示するタイプのものであることができ
る。しかし、好ましくは、基本成分合金は、クロムを２
０重量％含むニツケル、クロムを１６重量％と鉄を８重
量％含むニツケル、クロムを３０重量％含む鉄、或い
は、アルミニウムを５０重量％含む鉄のような、普通の
単純な合金である。
元素成分としてのアルミニウム、コバルト並びに、場合
によりモリブデンは、何れも少量の合金形成性元素を含
有していてよいが、それぞれは実質的に純粋な形をして
いることが好ましく、例えば、各々は、５％より少な
い、好ましくは約２％より少ない不純物を含むのが有利
である。
本明細書で用いる「コンポジット」なる言葉は、一体構
造単位を指し、その構造を破壊するようなことをせずに
互いに物理的に分離することができる複数の成分の単な
る混合物を包含しない。従つて粉末の場合には、「コン
ポジット」は、基本成分並びに元素成分アルミニウム、
コバルト並びに場合により、モリブデンの夫々の粒子の
単なる混合物を包含せず、複合材料の個々の粒子が各成
分を含むことが必要である。
本発明の複合材料は粉末の形状をしていることが好まし
い。より好ましくは、基本成分が芯粒子の形をしてお
り、元素成分が−１０ミクロンのような微粒子の形をし
ており、更に、望ましくは結合剤、好ましくは有機結合
剤で芯粒子に結合している。本発明のサーマルスプレー
粉末は、一般に約−１００メツシユ（米国標準寸法）〜
＋５ミクロン、好ましくは約−１４０〜＋３２５メツシ
ユの大きさを有する必要がある。粉末がより好ましい形
をしている場合は、当初の芯の大きさは、最終粉末の所
望大きさに等しいかそれにより約１〜２篩寸法小さく、
例えば、最終粉末が−１４０〜＋３２５メツシユの場合
には、芯の大きさは−１４０メツシユ又は−１７０メツ
シユ又は−２００メツシユである。従つて考えられる１
つの実施態様は例えば、ニツケル、鉄又はコバルトとク
ロム又はアルミニウムとの合金を芯として有し、結合剤
により該芯に結合された−１０ミクロンのアルミニウ
ム、コバルト及びモリブデンの元素粒子を有する−１０
０メツシユ〜＋５ミクロンのサーマルスプレー粉末であ
る。
結合剤は、皮膜形成用に又は粒子の結合用に用い得る公
知の又は従来の結合剤なら何でもよい。結合剤は有機系
のものが好ましく、ワニス固体として樹脂を含むワニス
であつてもよいし、溶剤の蒸発によらずに硬化膜を形成
する樹脂を含んでいてもよい。従つて結合剤はワニス固
体として触媒添加樹脂を含んでいてもよい。使用し得る
結合剤の例としては、慣用のフエノール、エポキシ又は
アルキツドワニス、桐油やアマニ油のような乾性油を含
むワニス、ゴム及びラテツクス結合剤などがある。これ
らのタイプと異なり、結合剤は、水溶性のもの、例えば
ポリビニルピロリドン又はポリビニルアルコール型であ
つてもよい。有機結合剤に加えて、無機結合剤、例え
ば、ケイ酸ナトリウム、ホウ酸、ホウ砂、マグネシウム
又は他の元素の可溶性炭酸塩、硝酸塩、シユウ酸塩又は
オキシ塩化物、又は酸化物含有コロイド性懸濁物を使用
し得る。
芯物質に対する粒子含有結合剤の塗布は、公知又は所望
の如何なる方法にても行なうことができる。粉末粒子同
志を混合し、結合剤を硬化乾燥させるだけでよく、これ
により、芯に、アルミニウム、コバルト並びに場合によ
り、モリブデンのクラツデイングが塗布された、かなり
自由流動性を有する粉末が得られる。
芯それ自体が、ニツケル、鉄又はコバルトと微細粒状改
質元素とのコンポジットの形をしていてもよい。例え
ば、この芯は、−１０ミクロンのニツケル粒子と２０％
の−１０ミクロンのクロム粒子のコンポジットであり、
このコンポジット芯に−１０ミクロンのアルミニウムと
コバルトが結合したものであつてもよい。本発明による
芯又はコンポジット粉末そのものは、公知又は所望の如
何なる方法でも製造することができる。例えば、米国特
許第３６１７３５８号明細書に記述のスプレイドライヤ
ーを用いて製造することができる。しかし、基本成分は
一体構造のものが好ましいので、例えば、本発明のサー
マルスプレーコンポジットは、結合剤と混合した非合金
クロムを含む全成分の微粒子の単なる混合物でないこと
が望ましい。
コンポジット粉末は、粉末型サーマルスプレーガンを用
いる従来法でスプレーする。しかし、プラスチツク又は
類似の結合剤、例えば、スプレーガン中の高温帯域で分
解するポリエチレン又はポリウレタンを用いて、該粉末
をコンポジットワイヤ又は棒の形にすることもできる。
コンポジットワイヤの場合は、個々の成分を１本のワイ
ヤに合体しなければならない。ワイヤ、粉末コンポジッ
ト何れの場合も、各成分はお互いに密接な接触を保つ必
要がある。
コンポジットは、以下のような色々の形をしていてよ
い。すなわち、１成分コーテイングシースと他成分の芯
を有するワイヤ、２成分のコーテイングシースと第３又
は第４成分の芯を有するワイヤ、複数成分のワイヤスト
ランドを何本もよじるか回転させて作つたワイヤ、１成
分のシースと他成分を粉末又は固化状で含む芯とよりな
るワイヤ、先にあげた米国特許第3,322,515号明細書に
記述されている、１成分のシース及び該成分と他成分と
の固化粉末混合物よりなる含む芯よりなるワイヤ、プラ
スチツクシース及び複数成分を固化粉末混合物として含
む芯とよりなるワイヤ、その他の便利な形。この複合材
料のワイヤは、フレームスプレーワイヤ用の従来の大き
さ及び許容精度を有する必要がある。従つて、例えば6.
4mm〜２０ゲージの大きさであることができる。
コンポジットワイヤがスプレーに適したものであるため
には、ワイヤは加熱時先端でキヤビテーシヨンを起して
はならず、従つて、好ましくは、溶融又はスプレー時に
先端がとがつた又はいくらか先細りになつた形状になり
得る必要がある。故に、ワイヤが１種の成分の外層又は
外部シースと他成分の内部芯を有する場合には、該内部
芯の融点は外部シースのそれより低くてはならない。内
部芯の融点の方が低い場合は、内部芯が先に溶融してワ
イヤ先端でキヤビテーシヨンが起る。例えば、ワイヤが
芯をコーテイングシースを有する形をしている場合に
は、このコーテイングシースはアルミニウムでなければ
ならない。そうでないと、スプレー作業中にワイヤが先
に溶融してキヤビテーシヨンを起し、スプレー作業に支
障をきたす。キヤビテーシヨンを起さずに先端が溶融す
るような融点特性を持つワイヤを、本明細書では以後
「キヤビテーシヨンを起さないワイヤ」と呼ぶ。
スプレーはあらゆる点で、粘着性サーマルスプレー材
料、特にニツケル−アルミニウムコンポジットに対し用
いられてきた従来法で行なわれる。粘着性を有するた
め、十分な洗浄以外には、特別の表面処理は不要であ
る。しかし、グリツトブラストのような従来式表面処理
はもちろん行なわれるべきであり、それにより生成皮膜
の基体表面に対する靱性は最大となる。
本発明のサーマルスプレーコンポジット粉末は、従来の
公知サーマルスプレー材料に比べて、すぐれた皮膜を形
成する。すなわち、粘着性であるのみならず、高温酸化
に対して大きな抵抗力を示し、更に、海上環境で燃料が
燃焼する場合のような、ナトリウム、硫黄及び塩素を含
む溶融又は蒸気汚染物が存在する酸化性及び還元性雰囲
気に対しても大きな抵抗力を示す皮膜を形成する。更に
極めて驚くべきことに、生成皮膜は高い靱性を有し、普
通、その結合力は従来技術の類似コンポジットの皮膜の
それよりずつと大きい。ニツケル−クロム合金芯を有す
る粉末から形成した皮膜は、酸化性条件に対し、該条件
がナトリウム、硫黄及び塩素を含有するしないに関係な
く、特に抵抗力が大きい。鉄をベースとする粉末は、硫
化ナトリウム及び塩化ナトリウムのような汚染物を含む
還元性条件下で優れた皮膜を与える。
モリブデン及び／又はコバルトを含む粉末は、実質的に
同程度の、場合により更に向上した耐腐食性及び靱性を
有し、更に、この粉末の耐摩耗性及び耐衝撃性は向上し
ている。
本発明のサーマルスプレーコンポジット粉末の代表的用
途としては、エネルギー変換装置；自動車、デイーゼル
及びタービンエンジン、航空及び船舶用タービン；石
炭、石油及び化石燃料ボイラー並びに発電系統及び部
品；セラミツク及び金属被覆用の結合皮膜；更には、パ
ルプ及び製紙工場がある。
実施例 次の例は本発明の説明のためであり、本発明を限定する
ものではない。
例１ 平均粒径3.5〜5.5μの微細アルミニウム粉末を同重量の
平均粒径1.6μの微細コバルト粉末と配合した。別に、
ポリビニルピロリドン（PVP）１００容量部、酢酸１０
０部及び水７００部を含有するポリビニルピロリドン結
合剤溶液を製造した。この溶液約４０mlをメツシユ寸法
−１７０＋３２５を有するニツケル２０％クロム合金芯
４００ｇに添加した。これを良好に混合した。これに、
前記配合アルミニウム−コバルト粉末混合物約５５ｇを
徐々に添加し、充分に混合し、結合剤が乾燥するまで混
合を続け、合金芯粒子のすべてがアルミニウム及びコバ
ルト粒子を含有する乾燥膜で被われた、まつたく自由流
動性の粉末を生じさせた。この粉末を完全に乾燥させる
ために約１２１℃（２５０゜F）に加熱した。次いでこの
粉末を篩別し、これを粉砕して−１４０＋３２５メツシ
ユの粉末にした。このようにして形成された粉末は、結
合剤で芯に固着された微細アルミニウム粒子及びコバル
ト粉粒子各々約６重量％を有するニツケル−クロム合金
の粒子よりなつていた。この粉末を、平滑化研磨により
表面浄化された軟鋼板上にサーマルスプレーした。米国
特許第3,145,287号明細書に記載されていて、メトコ社
（METCO Inc。Westbury。New York）から市販されている
商品名メトコ・タイプ７MB（METCO Type 7 MB）なる名
称で市販されている一般的な型の標準プラズマ・フレー
ム・ガンを用い、No.６粉末ポート（No.６powder por
t）を有する７０７ノズル及び米国特許第3,501,097号明
細書に記載の型で商品名メトコ・タイプ３MP（METCO Ty
pe 3 MP）なる名称で市販されている粉末供給装置を用
いて実施した。パラメータは、５．２バール（７５ps
i）圧、流速2.12m3／ｈでの窒素プラズマガス、６００
アンペア、６５ボルト、キヤリアガス0.42m2／ｈ、粉末
供給速度2.7kg／ｈ、スプレー距離１０〜１５cmであつ
た。優れた良好に結合した皮膜が得られた。皮膜硬度は
平均Rb９５であつた。沈着効率は７５％であつた。
例２ 芯として鉄の合金を用い、ニツケル−クロムの代りにク
ロム３０重量％を用いて、例１の方法を繰り返した。同
様な結果が得られた。
例３ −５μの微細モリブデン粉末（平均約2.5μ）をアルミ
ニウム又はコバルトの各重量の半分に等しい量のアルミ
ニウムとコバルトとの当初配合物中に包含させる点を除
き、例１の方法を繰り返した。生じる粉末は、アルミニ
ウム粒子約６重量％、コバルト粒子約６重量％を有する
ニツケルクロム合金芯及びこれに固着したモリブデン粒
子３重量％より成つていた。結果は硬度をも包含して同
様であつた。
例４ 例３の微細モリブデンを添加した点を除き、例２の方法
を繰り返した。生じる粉末は、アルミニウム粒子約６重
量％、コバルト粒子６重量％を有する鉄クロム合金芯及
びこれに固着したモリブデン粒子３重量％より成つた。
結果は同様であつた。
例５ クロム２７重量％、モリブデン５重量％、ニツケル３
％、鉄１％及び炭素0.25％を含有するコバルト合金芯を
用いる点を除き例１の方法を繰返した。アルミニウム及
びコバルトの個々の含有量も芯に結合剤で固着されたア
ルミニウム６％、コバルト７％を含有する粉末が得られ
るように調節した。3.4バール（５０psi）圧で及び2.8m
3／ｈ流速での窒素の第１ガスに3.4バール及び0.42m3／
ｈでの水素の第２ガスを添加して用いてプラズマスプレ
ーすることにより皮膜を得る点を除いて、例１の記載と
同様にスプレーして皮膜を得た。他の変形パラメータに
は、Ｇノズル、No.１粉末ポート、４００アンペア、７
５ボルト、スプレー速度7.2kg／ｈ及びスプレー距離１
０〜１５cmが包含された。高品質で良好に結合された皮
膜が得られた。
コバルト合金芯コンポジットの他の皮膜を、米国特許第
2,961,335号明細書に記載されていてメトコ社から商品
名メトコ・タイプ５ｐ（METCO Type５Ｐ）サーモスプレ
ーガンなる名称で市販されている燃焼粉末スプレーガン
を用いて形成した。スプレー速度3.6kg／ｈで、燃料と
してのアセチレンを1.0バール（１５psi）の圧力及び流
速0.91m3／ｈで、かつ酸素を1.7バール（２５psi）の圧
力及び流速0.93m3／ｈを用い、スプレー距離１８cmで、
スプレーを実施した。非常に良好な皮膜が得られた。
例６ 例１の記載のようにして製造した粉末を例５で用いられ
た燃焼型粉末スプレーガンを用いてサーマルスプレーし
た。スプレー速度2.3kg／ｈで、P7Gノズルを用い、燃料
としてのアセチレンを1.0バール（１５psi）及び0.96m3
／ｈで、酸素を2.1バール（３０psi）及び0.96m3／ｈで
用い、スプレー距離１８cmでスプレーを実施した。優れ
た良好に結合した皮膜が得られた。
例７ アルミニウム及びコバルトの個々の成分の量を、結合剤
で芯に固着されたアルミニウム4.5％及びコバルト１０
％を有する粉末を形成するように調節した点を除き、例
１の方法を繰り返した。
これらの例及び公知粉末から選択された皮膜で試験を行
なつた。
粗グリツトブラストにより製造した軟鋼上での引張結合
試験は、ASTM標準法Ｃ６３３−６９により実施した。こ
れらの例からの選択粉末並びに数種の公知コンポジット
粉末に関する結果を第１表に示す。
この表及び後の表に記載の公知コンポジットは、これに
有機結合剤で固着された特定の成分を有する合金芯の形
である。
耐酸化性は、高温炉内、静止空気中で１１００℃に３０
時間保持した後の基体不含（substrate-free）コーテイ
ングで測定した重量増加率（％）として測定した。公知
コンポジット及び合金を包含する種々のコーテイングに
関する結果を第２表に示す。
酸化雰囲気中での高温硫化試験は、工業的に認容された
方法を用いて、融解塩を用いて実施した。直径約0.4cm
で、末端が丸められた冷間圧延鋼ピンを実験皮膜で完全
に被覆した。これを、Na2SO4９０重量％とNaCl１０重量
％との塩混合物を有するルツボ中に半分浸漬させた。こ
の塩及びピンを有するルツボを高温炉内、静止空気中、
７５０℃で保持した。この温度で塩は融解し、このピン
の半分を融解塩に露呈させ、このコーテイングされたピ
ンの残りの半分を、ナトリウム、硫黄及び塩素類を含有
する腐蝕性蒸気に露呈させた。この試験を種々の長さの
時間で行ない、肉眼的に劣化（degradation）が観察さ
れたら停止した。この試験の終りにピンを取り出し、両
端で分断し、金属組織学的に試験した。結果を第３表に
示す。
乾燥チヤー試験（dry chartest）は、特定の汚染物を有
する還元性雰囲気よりなる溶解条件に似させて行なつ
た。この試験で、Na2CO3７２〜７３重量％及びNaCl１０
％を共に融合させることにより融合固体を製造した。こ
れを粉砕して粉末とし、コーテイングされた鋼製ピンを
この粉末中に埋めて、乾燥条件下、５０℃で２週間（３
３６時間）保持した。この条件下でこのピンを、ナトリ
ウム、硫黄及び塩素化合物の蒸気に露呈させた。この試
験の終りに、ピンを取り出し、スケール除去のために軽
く浄化し、重量減を測定した。これらを切断し、金属組
織学的にも評価した。結果を第４表に示す。
本発明を前記のように詳細な態様で記載したが、本発明
の思想及び特許請求の範囲に属する種々の変更及び変形
は当業者にとつては明白である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−11298（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−112234（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−30530（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−151475（ＪＰ，Ａ) 特公 昭56−34632（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】靱性及び耐蝕性皮膜を生成しうるサーマル
    スプレーコンポジット粉末において、このコンポジット
    粉末は、基本成分（Ａ）と元素成分（Ｂ）とより成り、
    この基本成分（Ａ）は、ベース金属（ａ）と改質元素
    （ｂ）とより成る合金であり、ベース金属（ａ）は、ニ
    ッケル、鉄、及びコバルトの群から選択されたものであ
    り、改質元素（ｂ）は、クロム及びアルミニウムの群か
    ら選択されたものであり、元素成分（Ｂ）はアルミニウ
    ム及びコバルトより成っていることを特徴とする、サー
    マルスプレーコンポジット粉末。
  2. 【請求項２】基本成分（Ａ）である合金が、更に、イッ
    トリウム及び希土類よりなる群から選ばれた少なくとも
    １種の付加的元素を含む、特許請求の範囲第１項記載の
    サーマルスプレーコンポジット粉末。
  3. 【請求項３】元素成分（Ｂ）であるアルミニウム及びコ
    バルトが、基本成分（Ａ）と元素成分（Ｂ）との合計量
    に対してそれぞれ約１〜１５重量％の量で存在する、特
    許請求の範囲第１項記載のサーマルスプレーコンポジッ
    ト粉末。
  4. 【請求項４】元素成分（Ｂ）が更に、モリブデンを含有
    する、特許請求の範囲第１項記載のサーマルスプレーコ
    ンポジット粉末。
  5. 【請求項５】個々の成分が更に、モリブデンを、基本成
    分（Ａ）と元素成分（Ｂ）との合計に対して約１〜１０
    重量％の量で含む、特許請求の範囲第３項記載のサーマ
    ルスプレーコンポジット粉末。
  6. 【請求項６】コンポジットは、約−１００メツシュ〜＋
    ５ミクロンの大きさの粉末である、特許請求の範囲第１
    項記載のサーマルスプレーコンポジット粉末。
  7. 【請求項７】基本成分（Ａ）がベース金属（ａ）と改質
    元素（ｂ）とよりなる合金の芯の形であり、元素成分
    （Ｂ）がいずれも結合剤により該芯に固定されている−
    １０ミクロンの粒子の形である、特許請求の範囲第６項
    記載のサーマルスプレーコンポジット粉末。
  8. 【請求項８】改質元素（ｂ）は、基本成分（Ａ）の約１
    〜５５重量％の量のクロムであり、元素成分（Ｂ）であ
    るアルミニウム及びコバルトは、基本成分（Ａ）と元素
    成分（Ｂ）との合計に対してそれぞれ約１〜１５重量％
    の量で存在する、特許請求の範囲第１項記載のサーマル
    スプレーコンポジット粉末。
  9. 【請求項９】改質元素（ｂ）は、基本成分（Ａ）の約１
    〜５５重量％の量のアルミニウムであり、元素成分
    （Ｂ）であるアルミニウム及びコバルトは、基本成分
    （Ａ）と元素成分（Ｂ）との合計に対してそれぞれ約１
    〜１５重量％の量で存在する、特許請求の範囲第１項記
    載のサーマルスプレーコンポジット粉末。
  10. 【請求項１０】改質元素（ｂ）は、基本成分（Ａ）の約
    １〜５５重量％の量のクロム及びアルミニウムであり、
    元素成分（Ｂ）であるアルミニウム及びコバルトは、基
    本成分（Ａ）と元素成分（Ｂ）との合計に対して、それ
    ぞれ約１〜１５重量％の量で存在する、特許請求の範囲
    第１項記載のサーマルスプレーコンポジット粉末。
  11. 【請求項１１】元素成分（Ｂ）は、更に、基本成分
    （Ａ）と元素成分（Ｂ）との合計に対して約１〜１０重
    量％の量でモリブデンを含む、特許請求の範囲第８項か
    ら第１０項までのいずれか１項記載のサーマルスプレー
    コンポジット粉末。
  12. 【請求項１２】靱性及び耐蝕性を有する皮膜を生成し得
    る、約−１００メツシュ〜＋５ミクロンの大きさのサー
    マルスプレーコンポジット粉末において、これは、ニッ
    ケル及びクロムから成る合金の芯（このクロムは合金芯
    に対して約１〜５５重量％の量で存在する）と、有機結
    合剤により該合金芯に固定されている−１０ミクロンの
    アルミニウム及びコバルト粒子よりなる元素成分（Ｂ）
    とより成り、該アルミニウム及び該コバルト粒子は、該
    合金芯及び該元素成分の合計に対してそれぞれ約１〜１
    ５重量％の量で存在する、サーマルスプレーコンポジッ
    ト粉末。
  13. 【請求項１３】靱性及び耐蝕性を有する皮膜を生成し得
    る、約−１００メツシュ〜＋５ミクロンの大きさのサー
    マルスプレーコンポジット粉末において、これは、鉄及
    びクロムから成る合金の芯（クロムは合金芯に対して約
    １〜５５重量％の量で存在する）と、有機結合剤により
    該合金芯に固定されている−１０ミクロンのアルミニウ
    ム粒子及びコバルト粒子より成る元素成分（Ｂ）とを含
    んでおり、該アルミニウム粒子及び該コバルト粒子は、
    該合金芯及び該元素成分の合計に対してそれぞれ約１〜
    １５重量％の量で存在する、サーマルスプレーコンポジ
    ット粉末。
  14. 【請求項１４】靱性及び耐蝕性を有する皮膜を生成し得
    る、約−１００メツシュ〜＋５ミクロンの大きさのサー
    マルスプレーコンポジット粉末において、これは、鉄及
    びアルミニウムから成る合金の芯（このアルミニウムは
    合金芯に対して約１〜５５重量％の量で存在する）と、
    有機結合剤により該合金芯に固定されている−１０ミク
    ロンのアルミニウム粒子及びコバルト粒子より成る元素
    成分（Ｂ）とを含んでおり、該アルミニウム粒子及び該
    コバルト粒子は、該合金芯及び該元素成分の合計に対し
    てそれぞれ約１〜１５重量％の量で存在する、サーマル
    スプレーコンポジット粉末。
  15. 【請求項１５】元素成分（Ｂ）は、更に−１０ミクロン
    のモリブデン粒子を含有し、該モリブデン粒子は、有機
    結合剤により合金芯に固定されており、合金芯及び元素
    成分の合計に対して約１〜１０重量％の量で存在する、
    特許請求の範囲第１２項記載のサーマルスプレーコンポ
    ジット粉末。
  16. 【請求項１６】元素成分（Ｂ）は、更に−１０ミクロン
    のモリブデン粒子を含み、該モリブデン粒子は、有機結
    合剤により合金芯に固定されており、合金芯及び元素成
    分の合計に対して約１〜１０重量％の量で存在する、特
    許請求の範囲第１３項記載のサーマルスプレーコンポジ
    ット粉末。
  17. 【請求項１７】合金芯中に存在するアルミニウムが約２
    ０〜５５重量％の量で存在する、特許請求の範囲第１４
    項記載のサーマルスプレーコンポジット粉末。
  18. 【請求項１８】ニッケル、鉄及びコバルトよりなる群か
    ら選択された少なくとも１種の金属を含む基本成分
    （Ａ）よりなり、この基本成分（Ａ）が更にクロム及び
    アルミニウムよりなる群から選択された少なくとも１種
    の改質元素（ｂ）を含み、更にアルミニウム及びコバル
    トよりなる元素成分（Ｂ）を含むサーマルスプレーコン
    ポジットを、サーマルスプレーすることを特徴とする、
    靱性及び耐蝕性を有する皮膜を設ける方法。
  19. 【請求項１９】コンポジットが、約−１００メツシュ〜
    ＋５ミクロンの粉末であり、基本成分（Ａ）は基本金属
    （ａ）と改質元素（ｂ）とよりなる合金の芯の形であ
    り、該元素成分が、各々、結合剤で芯に固着された−１
    ０ミクロンの粒子の形である、特許請求の範囲第１８項
    記載の方法。
  20. 【請求項２０】元素成分（Ｂ）は、更にモリブデンを含
    有する、特許請求の範囲第１８項記載の方法。
  21. 【請求項２１】コンポジットが約−１００メツシュ〜＋
    ５ミクロンの粉末であり、基本成分（Ａ）がニッケル及
    びクロムを含む合金の芯の形であり、該クロムが該合金
    芯に対して約１〜５５重量％の量で存在し、元素成分
    （Ｂ）のアルミニウム及びコバルトが結合剤により該芯
    に固定されている−１００ミクロンの粒子の形であり、
    各々が、基本成分（Ａ）及び元素成分（Ｂ）の合計に対
    してそれぞれ約１〜１５重量％の量で存在する、特許請
    求の範囲第１８項記載の方法。
  22. 【請求項２２】コンポジットが約−１００メツシュ〜＋
    ５ミクロンの粉末であり、基本成分（Ａ）が鉄及びクロ
    ムを含む合金の芯の形であり、該クロムが該合金芯に対
    して約１〜５５重量％の量で存在し、元素成分（Ｂ）ア
    ルミニウム及びコバルトが、結合剤により該芯に固定さ
    れている−１０ミクロンの粒子の形で存在し、各々が、
    基本成分（Ａ）及び元素成分（Ｂ）の合計に対して約１
    〜１５重量％の量で存在する、特許請求の範囲第１８項
    記載の方法。
  23. 【請求項２３】コンポジットが約−１００メツシュ〜＋
    ５ミクロンの粉末であり、基本成分（Ａ）が鉄及びアル
    ミニウムを含む合金の芯の形であり、該アルミニウムが
    該合金芯に対して約１〜５５重量％の量で存在し、元素
    成分（Ｂ）アルミニウム及びコバルトが、結合剤により
    該芯に固定されている−１０ミクロンの粒子の形であ
    り、各々が、基本成分（Ａ）及び元素成分（Ｂ）の合計
    に対して約１〜１５重量％の量で存在する、特許請求の
    範囲第１８項記載の方法。
  24. 【請求項２４】元素成分（Ｂ）が更に−１０ミクロンの
    モリブデン粒子を含有し、該モリブデン粒子は、結合剤
    により芯に固定されており、合金成分（Ａ）と元素成分
    （Ｂ）との合計に対して約１〜１０重量％の量で存在し
    ている、特許請求の範囲第項２１から第２３項までのい
    ずれか１項記載の方法。
  25. 【請求項２５】サーマルスプレーはサーマルスプレーコ
    ンポジット粉末をプラズマスプレーすることよりなる、
    特許請求の範囲第１８項記載の方法。
JP60071298A 1984-04-05 1985-04-05 サーマルスプレーコンポジット粉末及び靭性及び耐蝕性皮膜を設ける方法 Expired - Lifetime JPH0641625B2 (ja)

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