JPH0742564B2 - 硬質溶射皮膜の製造方法 - Google Patents
硬質溶射皮膜の製造方法Info
- Publication number
- JPH0742564B2 JPH0742564B2 JP63288533A JP28853388A JPH0742564B2 JP H0742564 B2 JPH0742564 B2 JP H0742564B2 JP 63288533 A JP63288533 A JP 63288533A JP 28853388 A JP28853388 A JP 28853388A JP H0742564 B2 JPH0742564 B2 JP H0742564B2
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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、硬質の溶射皮膜の製造方法に関し、特に耐熱
衝撃性に優れた硬質溶射皮膜の製造方法に関する。
衝撃性に優れた硬質溶射皮膜の製造方法に関する。
＜従来の技術＞ 各種構造部材の耐摩耗性、耐熱性、耐熱衝撃性、耐食性
などを大きく向上させる方法として溶射皮膜を表面に設
ける方法が広く使用されるようになってきている。
などを大きく向上させる方法として溶射皮膜を表面に設
ける方法が広く使用されるようになってきている。
溶射方法としては、一般に大気中でプラズマ溶射する方
法（以下大気溶射法）と50〜250Torrの低圧不活性ガス
中でプラズマ溶射する方法（以下低圧プラズマ溶射法）
がある。
法（以下大気溶射法）と50〜250Torrの低圧不活性ガス
中でプラズマ溶射する方法（以下低圧プラズマ溶射法）
がある。
また、前記大気溶射法には、硬質な酸化物、炭化物、
或いは窒化物を主成分とする溶射材料を溶射被覆するも
の、低融点材料を溶射被覆し、その後大気中で熱処理
するもの、酸化物形成元素を含む材料を溶射被覆し、
その後大気中で熱処理するもの等がある。
或いは窒化物を主成分とする溶射材料を溶射被覆するも
の、低融点材料を溶射被覆し、その後大気中で熱処理
するもの、酸化物形成元素を含む材料を溶射被覆し、
その後大気中で熱処理するもの等がある。
そして、前記の低融点材料には、例えば、Ni,Cr,Si,
B,Feなどの自溶性合金があり、の方法では、これを溶
射被覆したあと熱処理を行って被覆層のみを溶かして緻
密な皮膜を形成させようとするものである。なお、この
場合の熱処理は、自溶性合金を溶かすことを目的とする
ものであるから、必ずしも大気中で行う必要はないが、
この方がコスト上有利である。
B,Feなどの自溶性合金があり、の方法では、これを溶
射被覆したあと熱処理を行って被覆層のみを溶かして緻
密な皮膜を形成させようとするものである。なお、この
場合の熱処理は、自溶性合金を溶かすことを目的とする
ものであるから、必ずしも大気中で行う必要はないが、
この方がコスト上有利である。
また、の前記酸化物形成元素としてはAlが代表的であ
り、これを含む材料としては、例えば、Co,Ni,Cr,Al,Y
がある。そして、これを溶射被覆後、大気中で熱処理す
ることによって、表面にAl2O3を形成させて、耐摩耗性
等を向上させようとするものである。
り、これを含む材料としては、例えば、Co,Ni,Cr,Al,Y
がある。そして、これを溶射被覆後、大気中で熱処理す
ることによって、表面にAl2O3を形成させて、耐摩耗性
等を向上させようとするものである。
＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、大気溶射法の硬質な酸化物等を溶射被
覆するものについては、硬質な被膜が得られるが、物理
的に被覆したものであるから、溶射材粒子間の結合力が
弱く脆い。従って、機械的もしくは熱的衝撃に弱いとい
う欠点がある。
覆するものについては、硬質な被膜が得られるが、物理
的に被覆したものであるから、溶射材粒子間の結合力が
弱く脆い。従って、機械的もしくは熱的衝撃に弱いとい
う欠点がある。
また、大気溶射法については、用いる材料の融点が低
いため、高温では使用できないという欠点がある。例え
ば、前述したNi,Cr,Si,B,Feの融点は1100℃前後であ
り、800℃以上になると急激に硬度が低下する。
いため、高温では使用できないという欠点がある。例え
ば、前述したNi,Cr,Si,B,Feの融点は1100℃前後であ
り、800℃以上になると急激に硬度が低下する。
また、大気溶射法の酸化物形成元素を含む材料を用い
たものについては、大気中で熱処理を行った場合、酸化
反応が急速に起こるため、酸化物の形成は被覆層の表層
部に限られ、しかもこの時できた酸化層は非常に脆くて
熱的・機械的衝撃が加えられると脱落するという問題が
ある。
たものについては、大気中で熱処理を行った場合、酸化
反応が急速に起こるため、酸化物の形成は被覆層の表層
部に限られ、しかもこの時できた酸化層は非常に脆くて
熱的・機械的衝撃が加えられると脱落するという問題が
ある。
一方、低圧プラズマ溶射法は、低圧の不活性ガスで行う
ので気体抵抗が小さく、溶射材の被溶射体に衝撃する速
度が高くなり、緻密な被膜が得られる。しかし、真空室
など装置が大がかりとなり、かつ大巾な硬度上昇にはな
らないため、あまり好ましくない。
ので気体抵抗が小さく、溶射材の被溶射体に衝撃する速
度が高くなり、緻密な被膜が得られる。しかし、真空室
など装置が大がかりとなり、かつ大巾な硬度上昇にはな
らないため、あまり好ましくない。
本発明は、このような上述の問題を解決し、特に耐熱衝
撃性に優れた硬質溶射皮膜の製造方法を提供することを
目的とするものである。
撃性に優れた硬質溶射皮膜の製造方法を提供することを
目的とするものである。
＜課題を解決するための手段＞ そこで、本発明は、窒化物形成元素を含む合金もしくは
その合金を20％以上含むサーメット材料を溶射被覆した
後に窒素雰囲気中で加熱処理したことを特徴とする硬質
溶射皮膜の製造方法を提供する。
その合金を20％以上含むサーメット材料を溶射被覆した
後に窒素雰囲気中で加熱処理したことを特徴とする硬質
溶射皮膜の製造方法を提供する。
本発明では、窒化物形成元素を含む材料を溶射被覆した
後、N2ガス雰囲気中で熱処理することによって窒化物が
生成し、高硬度で衝撃に強い皮膜が得られる。
後、N2ガス雰囲気中で熱処理することによって窒化物が
生成し、高硬度で衝撃に強い皮膜が得られる。
まず、本発明の根拠を下記の実験結果に基づいて説明す
る。
る。
用いた試験片は、100mm×80mm×14mmのステンレス鋼板
であり、その表面には表１に示す成分組成でもって各供
試材を0.1mmの厚みに溶射被覆した。被覆後、熱処理は
高温雰囲気炉を用い、900℃で４時間保持した。
であり、その表面には表１に示す成分組成でもって各供
試材を0.1mmの厚みに溶射被覆した。被覆後、熱処理は
高温雰囲気炉を用い、900℃で４時間保持した。
熱衝撃試験は、大気中で行ない、1000℃で20分間保持し
た後、水冷するという操作を繰り返して行い、皮膜に割
れまたは剥離が発生するまで継続した。
た後、水冷するという操作を繰り返して行い、皮膜に割
れまたは剥離が発生するまで継続した。
また、硬さはマイクロヴィッカース硬さ計を用い測定し
た。
た。
この結果から以下のことがわかる。
No.1の大気溶射法では皮膜硬度はHv400であり、No.2の
低圧プラズマ法を用いてもHv450である。また、No.3の
大気中で熱処理を行なうとHv500まで上昇するが熱衝撃
性は低下する。
低圧プラズマ法を用いてもHv450である。また、No.3の
大気中で熱処理を行なうとHv500まで上昇するが熱衝撃
性は低下する。
No.4は窒化物を形成しやすいAlを含有していないので、
硬さの上昇はわずかである。
硬さの上昇はわずかである。
No.5〜７は、Alの含有量を２％、５％、13％と増加させ
たものであり、Alの含有量の増加とともに皮膜硬度は上
昇する。
たものであり、Alの含有量の増加とともに皮膜硬度は上
昇する。
No.8〜10は、No.7の成分組成の合金に酸化物であるZrO2
を混合し、合金の比率を10、20、30％と増加させたもの
である。No.8の合金の比率が10％の時は皮膜硬度は非常
に高いが耐熱衝撃性は低い。No.9の合金の比率が20％の
時は皮膜硬度はHv950で、耐熱衝撃性も優れている。No.
10の合金の比率を30％にしたものではHv900で耐熱衝撃
性も十分にあるが、No.7の酸化物を含まない皮膜と性能
的にはかわらなくなってくる。
を混合し、合金の比率を10、20、30％と増加させたもの
である。No.8の合金の比率が10％の時は皮膜硬度は非常
に高いが耐熱衝撃性は低い。No.9の合金の比率が20％の
時は皮膜硬度はHv950で、耐熱衝撃性も優れている。No.
10の合金の比率を30％にしたものではHv900で耐熱衝撃
性も十分にあるが、No.7の酸化物を含まない皮膜と性能
的にはかわらなくなってくる。
以上のことから、次のことがわかる。すなわち、熱処理
は窒素雰囲気下で行なうのがよい。熱処理を行なわない
と、表面を緻密な金属膜とすることができず、好ましく
ない。また、溶射方法を低圧プラズマで行なってもコス
トがかかる割には強度は高くならないため、一般的なプ
ラズマ溶射法で行なう方法で十分である。なお、窒素雰
囲気下で溶射を行なうと、窒化物が生成しやすくなり、
さらに高硬度で衝撃に強い被膜を得ることができる。
は窒素雰囲気下で行なうのがよい。熱処理を行なわない
と、表面を緻密な金属膜とすることができず、好ましく
ない。また、溶射方法を低圧プラズマで行なってもコス
トがかかる割には強度は高くならないため、一般的なプ
ラズマ溶射法で行なう方法で十分である。なお、窒素雰
囲気下で溶射を行なうと、窒化物が生成しやすくなり、
さらに高硬度で衝撃に強い被膜を得ることができる。
また、窒素雰囲気下での加熱温度は、800〜1100℃で行
なうのが好ましい。800℃未満では、窒化物形成反応が
緩慢で、1100℃超では熱処理中に皮膜が剥離する危険が
あるためである。
なうのが好ましい。800℃未満では、窒化物形成反応が
緩慢で、1100℃超では熱処理中に皮膜が剥離する危険が
あるためである。
また、供試材成分としては、窒化物を形成しやすい元素
を含有しているのがよい。この理由は、前述と同じであ
る。
を含有しているのがよい。この理由は、前述と同じであ
る。
また、成分中に酸化物を含む（サーメット材料）場合
は、酸化物に対してNi,Co,Cr,YおよびAlを含有する合金
比率は20％以上とするのがよい。また、好ましくは30％
以上がよい。合金比率が20％未満では熱衝撃性が低いた
めである。
は、酸化物に対してNi,Co,Cr,YおよびAlを含有する合金
比率は20％以上とするのがよい。また、好ましくは30％
以上がよい。合金比率が20％未満では熱衝撃性が低いた
めである。
また、酸化物は供試材成分中に含有されていてもいなく
ても、その効果はあまり変わらない。
ても、その効果はあまり変わらない。
なお、本実験では窒化物生成元素としてAlの効果を示し
たが、本発明において窒化物生成元素であればいずれで
もよく、例えばAl以外にTi,Nb,Ta,Zr,Mo,V,B,Ce,In,Be,
Li,Mg,Mn,Siなどがある。より好ましくは表２に示すご
とく、Ti,Nb,Ta,Zr,Siを用いる。
たが、本発明において窒化物生成元素であればいずれで
もよく、例えばAl以外にTi,Nb,Ta,Zr,Mo,V,B,Ce,In,Be,
Li,Mg,Mn,Siなどがある。より好ましくは表２に示すご
とく、Ti,Nb,Ta,Zr,Siを用いる。
また、窒化物生成元素を含む合金と混合する酸化物、炭
化物の例として本実験ではZrO2を示したが、高温で安定
な酸化物、炭化物であればいずれでもよく、例えばZrO2
以外に、Al2O3,Cr2O3,SiO2およびそれら酸化物の混合、
さらにはCr3C2,Cr7C3,Cr23C6,WC,W2C,SiCなどの炭化物
を用いることができる。
化物の例として本実験ではZrO2を示したが、高温で安定
な酸化物、炭化物であればいずれでもよく、例えばZrO2
以外に、Al2O3,Cr2O3,SiO2およびそれら酸化物の混合、
さらにはCr3C2,Cr7C3,Cr23C6,WC,W2C,SiCなどの炭化物
を用いることができる。
なお、本発明に用いるこの他の供試材料としては、Ni,C
o,CrおよびＹ等を含むことができる。Ni,Coは、耐熱材
料として、Crは保護皮膜形成元素として、Ｙは保護皮膜
補強維持機能を高める元素としてプラズマ溶射に用いる
のがよい。
o,CrおよびＹ等を含むことができる。Ni,Coは、耐熱材
料として、Crは保護皮膜形成元素として、Ｙは保護皮膜
補強維持機能を高める元素としてプラズマ溶射に用いる
のがよい。
また、サーメット材料としては、Ni,Co,Cr,Yと窒化物生
成元素を含む合金と前述した酸化物、炭化物とを混合あ
るいは焼結させた粉末を用いるのがよい。
成元素を含む合金と前述した酸化物、炭化物とを混合あ
るいは焼結させた粉末を用いるのがよい。
これらの硬質溶射皮膜は、連続熱処理ラインのハースロ
ール、ボイラーチューブやガスタービン翼などの高温部
材、転炉や溶銑予備処理設備のランス、サブランスある
いは高炉の羽口等について適用することができる。
ール、ボイラーチューブやガスタービン翼などの高温部
材、転炉や溶銑予備処理設備のランス、サブランスある
いは高炉の羽口等について適用することができる。
＜実施例＞ 以下、本発明を実施例に基づいて、さらに具体的に説明
する。
する。
（実施例１） 本発明の前述のNo.7の供試材成分・組成および製造方法
に従って溶射皮膜付鋼板を自社の連続焼鈍ラインのハー
スロールにて用い、ロール表面粗度の変化を調べた。
に従って溶射皮膜付鋼板を自社の連続焼鈍ラインのハー
スロールにて用い、ロール表面粗度の変化を調べた。
本発明の供試材No.7は、５年間の使用の後も粗度はRa3
からRa2に低下しただけで、十分使用に耐えうることが
分かった。
からRa2に低下しただけで、十分使用に耐えうることが
分かった。
（比較例１） 従来からある成分・組成および製造方法によって前述の
No.1の溶射皮膜付鋼板を製造し、実施例１と同様に自社
の連続焼鈍ラインのハースロールにて用い、ロール表面
粗度の変化を調べた。
No.1の溶射皮膜付鋼板を製造し、実施例１と同様に自社
の連続焼鈍ラインのハースロールにて用い、ロール表面
粗度の変化を調べた。
その結果、約２年間でロール表面粗度がRa3からRa1に低
下し、ロールスリップによる板の蛇行およびスリキズが
発生していた。
下し、ロールスリップによる板の蛇行およびスリキズが
発生していた。
＜発明の効果＞ 本発明は、窒素雰囲気で熱処理をする簡単なプロセスの
追加によって耐熱衝撃性などの皮膜の本来の性質を損な
うことなく、皮膜の大巾な向上を計れるものであり、従
来の硬質酸化物や炭化物被覆による剥離の危険性もな
く、低圧プラズマ溶射法や、PVD（真空蒸着法）、HIP
（熱間静水圧プレス法）などの大がかりな真空チャンバ
ーも必要ないものとした。
追加によって耐熱衝撃性などの皮膜の本来の性質を損な
うことなく、皮膜の大巾な向上を計れるものであり、従
来の硬質酸化物や炭化物被覆による剥離の危険性もな
く、低圧プラズマ溶射法や、PVD（真空蒸着法）、HIP
（熱間静水圧プレス法）などの大がかりな真空チャンバ
ーも必要ないものとした。
また、この皮膜付鋼板を連続焼鈍ラインのハースロール
等に用いた場合、その表面粗度の減少が少ないことよ
り、修繕費コスト削減はもちろんのこと生産性および製
品品質上多大な効果が得られる。
等に用いた場合、その表面粗度の減少が少ないことよ
り、修繕費コスト削減はもちろんのこと生産性および製
品品質上多大な効果が得られる。
Claims (1)
- 【請求項１】窒化物形成元素を含む合金もしくはその合
金を20％以上含むサーメット材料を溶射被覆した後に窒
素雰囲気中で加熱処理したことを特徴とする硬質溶射皮
膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63288533A JPH0742564B2 (ja) | 1988-11-15 | 1988-11-15 | 硬質溶射皮膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63288533A JPH0742564B2 (ja) | 1988-11-15 | 1988-11-15 | 硬質溶射皮膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02138454A JPH02138454A (ja) | 1990-05-28 |
| JPH0742564B2 true JPH0742564B2 (ja) | 1995-05-10 |
Family
ID=17731472
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63288533A Expired - Fee Related JPH0742564B2 (ja) | 1988-11-15 | 1988-11-15 | 硬質溶射皮膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0742564B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102013201104A1 (de) * | 2013-01-24 | 2014-07-24 | H.C. Starck Gmbh | Verfahren zur Herstellung von Chromnitrid-haltigen Spritzpulvern |
-
1988
- 1988-11-15 JP JP63288533A patent/JPH0742564B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02138454A (ja) | 1990-05-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |