JPH0741926A - 耐高温腐食性に優れた溶射用粉末及び溶射皮膜 - Google Patents

耐高温腐食性に優れた溶射用粉末及び溶射皮膜

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JPH0741926A
JPH0741926A JP20289793A JP20289793A JPH0741926A JP H0741926 A JPH0741926 A JP H0741926A JP 20289793 A JP20289793 A JP 20289793A JP 20289793 A JP20289793 A JP 20289793A JP H0741926 A JPH0741926 A JP H0741926A
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JP
Japan
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powder
corrosion resistance
resistance
thermal spraying
high temperature
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JP20289793A
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English (en)
Inventor
Akira Yamamoto
山本  明
Yoshizo Hashimoto
橋本芳造
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温下での酸化や、硫黄、バナジウム等の腐
食成分に対して充分な耐食性を有すると共に、耐熱衝撃
性に優れた溶射皮膜を形成し得る溶射用粉末材料を提供
する。 【構成】 この溶射用粉末は、Cr:30〜80wt%、
Al:15〜50wt%、希土類元素(Yを含む):0.1〜
2wt%、残部:Ni及びCoの1種又は2種からなる粉末
(A粉末という)と、Cr:15〜30wt%、必要に応じ
て更にAl:15wt%以下、希土類元素(Yを含む):2w
t%以下の1種又は2種を含有し、残部:Ni及びCoの
1種又は2種からなる粉末(B粉末という)とを、重量割
合で、 A粉末:B粉末=40:60〜80:20 の割合で混合してなることを特徴とする耐高温腐食性に
優れた溶射用粉末である。ボイラー、ガスタービンなど
の高温酸化、高温腐食が発生する機械に対して高温での
耐食性に優れた溶射皮膜を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はボイラー、ガスタービン
などの高温酸化、高温腐食が発生する機械に対して高温
での耐食性に優れた溶射皮膜を得ることのできる溶射用
粉末材料と溶射皮膜に関するものである。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
電力需給が著しく逼迫してきている。そのため、発電効
率を高めるために燃焼ガスを今まで以上に高温にした
り、一方、自家発電設備を設置する事業所も増加してき
ており、このような設備ではコスト低減のため硫黄やバ
ナジウムを多く含む低品質油の使用が増えている。
【0003】このような使用環境の変化に伴い、使用部
材もクロム鋼、ニッケル・クロム鋼からニッケル基、コ
バルト基の超合金が使用されるようになった。しかし、
それでも、耐熱性は得られても、硫黄やバナジウムによ
る腐食や高温酸化に対しては充分な性能は得られず、現
在では、部材表面に高温耐食材料を減圧溶射し、更に寿
命延長が図られている。
【0004】このような溶射用材料としては、M−Cr
−Al−Y系(ここで、MはNi、Co、Co−Niをさす)
の粉末材料がある。
【0005】従来までは、このような溶射施工を施すこ
とにより、高温耐食性が充分維持することができた。し
かし、近年に見られるように、更に高温に、また更には
硫黄やバナジウム濃度が高くなって環境が過酷になるに
つれて、従来より使われている溶射皮膜では充分な耐食
性が得られず、保護皮膜としての機能を維持することが
できなくなってきた。
【0006】そのため、特開昭50−158531号や
特開昭55−115941号に見られるように、Cr、
Alの添加量を増やして高温での耐酸化性、耐食性を上
げる手段がある。しかしながら、Cr、Alの添加量の増
加は皮膜の靭性を劣化させ、その結果、皮膜の耐熱衝撃
性が悪化するため、そのままでは溶射用材料として用い
られない。
【0007】このような事情から、単にCr、Alを増や
すだけではなく、従来材料より更に高温耐食性に優れた
溶射皮膜が得られる溶射粉末材料が要求されるようにな
ってきた。
【0008】本発明は、高温下での酸化や、硫黄、バナ
ジウム等の腐食成分に対して充分な耐食性を有すると共
に、耐熱衝撃性に優れた溶射皮膜を形成し得る溶射用粉
末材料を提供することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の手段として、本発明は、Cr:30〜80wt%、Al:
15〜50wt%、希土類元素(Yを含む):0.1〜2wt
%、残部:Ni及びCoの1種又は2種からなる粉末(A
粉末という)と、Cr:15〜30wt%、必要に応じて更
にAl:15wt%以下、希土類元素(Yを含む):2wt%
以下の1種又は2種を含有し、残部:Ni及びCoの1種
又は2種からなる粉末(B粉末という)とを、重量割合
で、A粉末:B粉末=40:60〜80:20の割合で
混合してなることを特徴とする耐高温腐食性に優れた溶
射用粉末を要旨としている。
【0010】以下に本発明を更に詳細に説明する。
【作用】
【0011】本発明者らは、非常に過酷な腐食環境に使
用する溶射材料について研究する過程で、前述のA粉末
が過酷な腐食環境においても良好な性能を示すことを発
見した。しかし、A粉末のみでは熱衝撃性について満足
いく結果が得られないため、更に研究を進めた結果、熱
衝撃性に優れた粉末との混合粉末を用いることにより熱
衝撃性が改善されることを発見した。しかし、混合した
粉末が選択的に腐食を受けるため、この粉末にもある程
度以上の耐食性が必要なため、各種成分の粉末を試作
し、耐酸化性、耐食性、耐熱衝撃性の3つの観点より評
価した結果、前述のB粉末が最も適することを発見した
ものである。
【0012】次にA粉末、B粉末の各々の各成分限定理
由、並びにそれらの粉末の混合割合の限定理由等につい
て述べる。
【0013】〈A粉末について〉A粉末は皮膜の耐酸化
性、耐食性を維持するための基本材料である。
【0014】CrはAlと共に耐高温腐食性を維持するた
めには不可欠である。CrとAlの複合酸化物が保護皮膜
となり、耐食性が向上する。そのため、どちらか一方が
なければ充分な耐食性が得られない。しかし、一方で
は、Cr、Alとも多すぎると皮膜の靭性が劣化し、耐熱
衝撃性を悪化させる。Cr、Alの双方とも上限値を超え
た粉末は、B粉末として如何なる材料を選定しても、耐
熱衝撃性が悪く、使用中に割れや皮膜剥離が発生する。
また、Cr、Alとも下限値を下回る粉末は、従来粉末と
同等であって、施工上問題はなく、耐食性も同等である
が、本発明の目的(従来粉末よりも耐酸化性、耐食性の
優れた粉末の開発)を達成できない。したがって、A粉
末中のCrは30〜80wt%、Alは15〜50wt%の範
囲とする。
【0015】希土類元素(Yを含む)は、保護皮膜中、及
び保護皮膜と金属皮膜の剥離を抑制し、頑固な保護皮膜
を形成する効果がある。そのためには最低0.1wt%が
必要であるが、2wt%を超えると皮膜の靭性が劣化し、
耐熱衝撃性を悪化させる。したがって、A粉末中の希土
類元素(Yを含む)は0.1〜2wt%の範囲とする。
【0016】残部は、Co及び/又はNiである。Co及
びNiはこの溶射皮膜を形成する主成分であって、高温
長時間使用時の耐熱性を得るためには特に有効な元素で
ある。
【0017】〈B粉末について〉B粉末は、A粉末をつ
なぐバインダー的役割を果たすものである。そのため、
B粉末は靭性が良く耐熱衝撃性に優れた粉末であり、耐
酸化性、耐食性とも或る程度良好な粉末を選ぶ必要があ
る。
【0018】Crは皮膜の耐酸化性、耐食性に寄与する
成分である。そのためには、最低15wt%が必要である
が、30wt%を超えると、Crは皮膜の靭性を劣化さ
せ、耐熱衝撃性を悪化させる。したがって、B粉末中の
Crは15〜30wt%の範囲とする。
【0019】Alは、Crと同様、皮膜の耐酸化性、耐食
性に寄与する成分であるが、B粉末はA粉末を結合させ
る目的で使用されるため、Alは添加しないでもよい。
しかし、添加する場合には、10wt%を超えるとCrと
同様、皮膜の靭性を劣化させ、耐熱衝撃性を悪化させる
ので、10wt%以下とする。5wt%を超え10wt%以下
の添加が望ましい。
【0020】希土類元素(Yを含む)は、保護皮膜中、及
び保護皮膜と金属皮膜の剥離を抑制し、堅固な保護皮膜
を形成する成分であるが、Alと同様、B粉末は結合さ
せる目的で使用されるため、Yは添加しないでもよい。
しかし、添加する場合には、2wt%を超えると、Alや
Crと同様、皮膜の靭性を劣化させ、耐熱衝撃性を悪化
させるので、2wt%以下とする。0.2%を超え2wt%
以下の添加が望ましい。
【0021】〈A粉末とB粉末の混合比率について〉A
粉末は、従来粉末に比べ、耐食性、耐酸化性とも非常に
優れている。しかし、A粉末だけで形成された皮膜は靭
性が低く、熱衝撃性に劣る。そのため、A粉末を80%
を超える割合で混合するとA粉末同士で結合する部分が
多くなり、耐熱衝撃性が劣化する。一方、A粉末が40
%未満の混合割合では、A粉末に比べ、耐食性、耐酸化
性とも劣るB粉末の皮膜中に占める割合が多くなり、耐
酸化性、耐食性とも従来皮膜と差がなくなる。したがっ
て、A粉末とB粉末との混合割合は、重量割合で、A粉
末:B粉末=40:60〜80:20の範囲とする。
【0022】なお、皮膜特性を更に向上させるために
は、A粉末及びB粉末の双方の粉末中の酸素は0.07w
t%以下にするのが好ましい。酸素はCr、Al、希土類
元素と粉末の状態から既に酸化物を形成し、そして皮膜
形成時に皮膜内部に巻き込まれると、酸化、耐食環境下
に曝された際、この酸化物は前述したような保護皮膜の
形成には寄与しないため、皮膜の寿命を減少させるため
である。
【0023】また、窒素も多すぎると皮膜の靭性を損な
う。そのため、A粉末及びB粉末の双方の粉末中の窒素
は0.1wt%以下にするのが好ましい。
【0024】また、皮膜内のA粉末及びB粉末のそれぞ
れの粉末の分布はできるだけ細かく、且つ均一に分布す
るのが、前述した3特性(耐高温酸化性、腐食成分に対
する耐食性、耐熱衝撃性)の面から好ましい。そのため
には、それぞれの粉末の粒径は小さい程望ましいが、粉
末の生産性、溶射時の作業性を考慮すると、45μm以
下の粒径が好ましく、更には5μmから45μmの間の粒
径の粉末を用いることが最も望ましい。
【0025】また、皮膜厚さは特に制限されない。しか
し、使用環境、目的により異なるが、50〜500μm
の範囲にすると、耐熱衝撃性の良い皮膜を得られる。
【0026】次に本発明の実施例を示す。
【0027】
【実施例】
【0028】表1及び表2に示す組成の材料を真空溶解
し、アルゴンガスアトマイズした。得られた粉末を分級
し、10〜45μmに粒度調整して、A粉末とB粉末を
得た。また、このA粉末とB粉末を表3に示す割合で混
合した。
【0029】次いで、直径30mm、厚さ5mmに加工した
コバルト基超合金(母材)の円盤面にアルミナ粒子でブラ
スト処理した後、表3に示す粉末(A粉末、B粉末、及
び両者の混合粉末)を皮膜厚さ300μmにて減圧溶射し
た。そして、この試験片を用いて溶射皮膜の高温耐食性
試験、耐熱衝撃性試験を行った。その試験結果を表3に
併記する。
【0030】高温耐食性試験:合成腐食灰(20%Na2
SO4−80%V25)を試薬で調合し、溶射皮膜表面に
50mg/cm2の割合で均一に塗布した。これを900℃
に保持した電気炉に挿入し、20時間保持後取り出し、
再び合成腐食灰を塗布し電気炉に挿入した。これを3回
繰り返した後、断面組織観察して腐食損傷深さ(最大腐
食減厚)を測定した。
【0031】高温熱衝撃性試験:試験片を1100℃に
30分間保持後、水冷の工程を10回繰り返し、毎回割
れの有無を調査した。
【0032】表3に示すように、本発明例は、母材や従
来材による溶射皮膜に比較して、腐食損傷が顕著に低減
することがわかる。また、耐熱衝撃性も優れている。
【0033】
【表1】
【0034】
【表2】
【0035】
【表3】
【0036】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
高温での耐食性に優れ、硫黄やバナジウム等の腐食成分
に対する耐食性も優れ、更に耐熱衝撃性にも優れている
溶射皮膜が得られる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Cr:30〜80wt%、Al:15〜50
    wt%、希土類元素(Yを含む):0.1〜2wt%、残部:
    Ni及びCoの1種又は2種からなる粉末(A粉末という)
    と、Cr:15〜30wt%、残部:Ni及びCoの1種又
    は2種からなる粉末(B粉末という)とを、重量割合で、 A粉末:B粉末=40:60〜80:20 の割合で混合してなることを特徴とする耐高温腐食性に
    優れた溶射用粉末。
  2. 【請求項2】 B粉末が、更にAl:15wt%以下、希
    土類元素(Yを含む):2wt%以下の1種又は2種を含有
    している請求項1に記載の耐高温腐食性に優れた溶射用
    粉末。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2に記載の溶射用粉末を用
    いて機械部品表面に溶射して得られた溶射皮膜。
JP20289793A 1993-07-23 1993-07-23 耐高温腐食性に優れた溶射用粉末及び溶射皮膜 Pending JPH0741926A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19926818B4 (de) * 1999-06-12 2007-06-14 Alstom Schutzschicht für Turbinenschaufeln
WO2014069180A1 (ja) 2012-10-31 2014-05-08 福田金属箔粉工業株式会社 耐高温腐食特性を備えたNi-Cr-Co系合金とそれを用いて表面改質したポペットバルブ

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US9441287B2 (en) 2012-10-31 2016-09-13 Fukuda Metal Foil & Powder Co., Ltd. Ni-Cr-Co-based alloy having high-temperature corrosion resistance, and poppet valve surface-modified with the same

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