JPH0791626B2 - 炭化タングステン―コバルト溶射層被覆物品 - Google Patents

炭化タングステン―コバルト溶射層被覆物品

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JPH0791626B2
JPH0791626B2 JP1048673A JP4867389A JPH0791626B2 JP H0791626 B2 JPH0791626 B2 JP H0791626B2 JP 1048673 A JP1048673 A JP 1048673A JP 4867389 A JP4867389 A JP 4867389A JP H0791626 B2 JPH0791626 B2 JP H0791626B2
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tungsten carbide
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inch
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マリアン・オコナー・プライス
ジーン・マリー・クウェッツ
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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、様々の基材を改善された炭化タングステンと
コバルトとから成る炭化タングステン−コバルト（一般
に超硬合金と呼ばれる）溶射コーティングで被覆して成
る被覆物品に関係する。本発明被覆物品は、市販の炭化
タングステン−コバルトコーティングで被覆された類似
の物品を上回る改善された疲労特性を示す。
（従来の技術） 様々の組成のコーティングを生成するのに産業界では爆
発銃（detonating gun;D−銃と呼ばれる）を使用する爆
発法による火炎プレーティング（火炎溶射）が四半世紀
以上にわたって使用されてきた。基本的に、爆発銃は約
１インチの小さな内径を有する流体冷却バレルから成
る。一般に、酸素及びアセチレン混合物が粉末状とした
コーティング材料と共に銃内に給送される。酸素−アセ
チレン燃料ガス混合物が着火されて爆発物を発生し、こ
れが銃バレルに沿って伝旙し、それに際してコーティン
グ材料が加熱されそして銃外へ被覆されるべき物品上へ
と推進される。米国特許第2,714,563号は火炎溶射被覆
のために爆発波を使用する方法及び装置を開示してい
る。
一般に爆発銃内において燃料ガス混合物が着火されると
き、爆発波が発生し、それに際して粉末状のコーティン
グ材料が約2400ft/秒間で加速されそしてその融点を超
える温度にまで加熱される。コーティング材料が爆発銃
のバレルから噴射された後、窒素の脈動流れがバレルを
掃気する。このサイクルが一般に、１秒間に４〜８回繰
り返される。爆発コーティングの制御は、主に酸素対ア
セチレンの爆発混合物を変えることにより得られる。
炭化タングステン−コバルト基コーティングを製造する
ような幾つかの用途において、酸素−アセチレン燃料混
合物を窒素やアルゴンのような不活性ガス希釈すること
により改善されたコーティングが得られることが見出さ
れていた。気体希釈剤は、それが爆発反応に関与しない
から火炎温度を減少する或いは減少する傾向があること
が見出された。米国特許2,972,550号は、爆発被覆プロ
セスが一層多くの種類数のコーティング組成物を使用し
て為しうるようにまた得られるコーティングを基礎とし
た新規なまた一層広く有用な用途が開拓されるように、
酸素−アセチレン燃料混合物を希釈するプロセスを開示
した。
一般に、アセチレンは、それが他の種の飽和或いは非飽
和炭化水素気体から得られるよりも大きな温度及び圧力
を発生するから、可燃性気体として使用されてきた。し
かし、幾つかのコーティング用途に対しては、約1:1原
子比の酸素対炭素の酸素−アセチレン混合物の燃焼温度
は所望よりはるかに高い燃焼生成物をもたらす。上述し
たように、酸素−アセチレン燃料気体の燃焼の高温度を
補償するための一般的傾向は、燃料気体混合物を窒素や
アルゴンのような不活性ガスで希釈することである。こ
の希釈は燃焼温度を低減するけれども、それはまた燃焼
反応のピーク圧力の減少を随伴する結果を招く。このピ
ーク圧力の減少はバレルから基材上に推進されるコーテ
ィング材料の速度の減少をもたらす。酸素−アセチレン
燃料混合物に対する希釈用不活性気体の増大に伴って、
燃焼反応のピーク圧力は燃焼温度の場合よりも一層急速
に減少することが見出された。
1987年10月21日付けで出願された米国特許出願番号第11
0,841号において、爆発手段を使用する火炎プレーティ
ング用の装置と共に使用するための新規な燃料−酸化体
混合物が開示されている。詳しくは、これは、爆発銃用
途において使用のための燃料−酸化体混合物が （ａ）酸化体及び （ｂ）飽和及び非飽和炭化水素の郡から選択される少な
くとも２種の可燃性気体の燃料混合物 を含むべきことを開示する。
この発明はまた、爆発銃を使用しての火炎プレーティン
グ方法の改善にも関係し、これは、所望される燃料及び
酸化体気体を爆発銃中に導入して爆発性混合物を形成す
る段階と、粉状化コーティング材料を銃内の爆発性混合
物中に導入する段階と、燃料−酸化体混合物を爆発せし
めてコーティング材料を被覆されるべき物品上に衝突せ
しめる段階とを包含し、その改善点は飽和及び非飽和炭
化水素の郡から選択される少なくとも２種の可燃性気体
の燃料混合物及び酸化体から成る爆発性燃料−酸化体混
合物を使用することからなる。爆発銃は、粉状化コーテ
ィング材料がバレルに導入されている間に、爆発性燃料
−酸化体混合物が混合及び着火室に導入されうるよう混
合室とバレル部分とから構成しうる。燃料−酸化体混合
物の着火は爆発波を発生し、これが銃バレルに沿って伝
旙し、それに際してコーティング材料が加熱されそして
銃から外へ被覆されるべき物品上へと推進される。開示
される酸化体は、酸素、亜酸化窒素及びその混合物並び
に類似物から選択される。他方燃焼性燃料混合物は、ア
セチレン（C2H2）、プロピレン（C3H6）、メタン（C
H2）、エチレン（C2H4）、メチルアセチレン（C3H4）、
プロパン（C3H8）、エタン（C2H6）、ブタジエン（C
4H6）、ブチレン（C4H8）、ブタン（C4H10）、シクロプ
ロパン（C3H6）、プロパジエン（C3H4）、シクロプタン
（C4H8）及びエチレンオキシド（C2H4O）から成る群か
ら選択される少なくとも２種の気体である。挙げられる
好ましい燃料混合物はアセチレン気体とプロピレンのよ
うな少なくとも一種の他の燃焼性気体である。
プラズマ溶射被覆トーチもまた適当な基材上に様々の組
成のコーティングを生成するためのまた別の手段であ
る。爆発銃プロセスと同じく、プラズマ被覆技術は、コ
ーティング粉末をその融点近く或いはそれを超えて加熱
しそしてプラズマ気体流れにより加速して被覆されるべ
き基材に衝突せしめる照準線プロセスである。衝突に際
して、加速粉末は薄いレンズ状粒子或いはスプラットが
重なり合って成る多数の層から成るコーティングを形成
する。この方法もまた炭化タングステン−コバルト基コ
ーティングを生成するのに適当である。
（発明が解決しようとする課題） 上記溶射方法から良好な炭化タングステン−コバルト基
コーティングが得られたが、それらが周期的な負荷の下
に置かれるときどのような挙動を示すかは今まで明らか
でなかった。これら溶射被覆物品は周期的な負荷の下に
置かれるとき疲労と呼ばれる現象に由り破断する可能性
があることが見出された。疲労は、材料がその引張強さ
より小さな最大値を有する圧力において周期的負荷を受
けるとき、材料中で起こる漸次的な破壊現象である。疲
労は一般に充分な数の周期的負荷の後破断或いは破壊を
招く。疲労は材料を予測されるより早期に及び／或いは
予測より低い負荷で破壊せしめるから、その結果として
材料は同一負荷の材料の有用寿命を短縮するか或いは同
一寿命に対する許容負荷を低減せしめる。
本発明の課題は、良好な疲労特性を有する炭化タングス
テン−コバルト基コーティング溶射被覆物品を開発する
ことである。
（課題を解決するための手段） 本発明者は、炭化タングステン−コバルト基コーティン
グ被覆物品の疲労特性を改善するには、コーティングの
破断歪及びビッカース硬さのコントロールが重要である
ことを見出した。ピーニング処理も有用であることが判
明した。即ち、こうした課題に向け、本発明者は、炭化
タングステン−コバルト基コーティング被覆物品の疲労
特性を改善するに必要なコーティングの破断歪及びビッ
カース硬さを確立するべく試験を重ねた結果、その確立
に成功した。4.3×10-3インチ／インチを超える破断歪
及び875HV0.3を超えるビッカース硬さが必要であること
がここに初めて判明した。
斯くして、本発明は、基材を4.3×10-3インチ／インチ
を超える破断歪及び875HV0.3を超えるビッカース硬さを
有する炭化タングステンとコバルトとから成る炭化タン
グステン−コバルト溶射層で被覆して成る被覆物品を提
供するものである。
（作用） 上記の通り、本発明は、4.3×10-3インチ／インチを超
える破断歪及び約875HV0.3を超えるビッカース硬さを有
する炭化タングステン−コバルト溶射層で被覆した基材
から成る被覆物品に関係する。溶射条件を管理すること
により、後の実施例に示すように、溶射層が4.3×10-3
インチ／インチを超える破断歪及び875HV0.3を超えるビ
ッカース硬さという２つの条件を兼備して始めて溶射層
の疲労特性が改善される。好ましくは、破断歪は、約4.
5×10-3インチ〜10×10-3インチ／インチとされそして
約900HV0.3を超えるビッカース硬さを有するものとされ
る。最も好ましくは、破断歪は5.3×10-3インチ／イン
チを超えそしてビッカース硬さは約1000HV0.3を超える
ものとされる。
炭化タングステン−コバルト基層は約７〜20重量％のコ
バルト、約0.5〜５重量％の炭素及び約75〜92.5重量％
のタングステンを含むべきである。結合材料としてのコ
バルトが７重量％未満では炭化タングステン粒子が充分
に結合されず、また靱性が低下する。他方コバルトが20
重量％を超えると炭化タングステンの持つ硬度、強度そ
の他の好ましい特性が低減する。炭素及びタングステン
量は炭化タングステンとしての所要量から決定された。
好ましくは、コバルトは約８〜18重量％の範囲とすべき
であり、炭素は約２〜４重量％範囲とすべきでありそし
てタングステンは約78〜90重量％範囲とすべきである。
最も好ましいコーティングは、コバルトが約９〜15重量
％範囲であり、炭素が約2.5〜4.0重量％範囲でありそし
てタングステンが約81〜88.5重量％範囲である。
炭化タングステン−コバルトコーティングの厚さは好ま
しくは、0.0005〜0.1インチである。薄過ぎると、被覆
効果がなく、他方0.1インチを超えるとコーティングの
剥離が生じやすくなる。
本発明の炭化タングステン−コバルトコーティングは、
チタン、鋼、アルミニウム、ニッケル、コバルト及びそ
の合金等のような材料から成る基材を被覆するのに理想
的に適合する。
本発明に対する炭化タングステン−コバルトコーティン
グ材料は、最小限量から６重量％に至るクロム、好まし
くは約３〜５重量％、最も好ましくは約４重量％のクロ
ムを含み得る。クロムの添加はコーティングの腐食特性
を改善することである。
被覆層を得るのに使用のためのコーティング材料粉末
は、好ましくは、鋳造及び粉砕プロセスにより調製され
る。このプロセスにおいて、粉末各成分が溶融されそし
てシェル形インゴットに鋳造される。続いて、このイン
ゴットは所望の粒寸分布を得るように粉砕される。
生成する粉末粒子は、様々の寸法の角ばった炭化物を含
有している。様々の量の金属質相が各粒子中に結合して
いる。この形態特性のため、個々の粒子が一様でない溶
融特性を持つことになる。事実、或るコーティング条件
下では、大きな角張った炭化物を幾つか含む粒子の或る
ものは完全には溶融しないこともある。
好ましい粉末は、W2C、Co3W3Cのような混合炭化物及びC
o相から成るマトリックス中に分布される、一般に１〜2
5ミクロン寸法範囲の、約２〜20％の角張ったWC粒子か
ら成る研磨した金属組織的外観を有するコーティングを
生成する。
基材は、基材中に残留圧縮応力を付与あるいは生成する
ようにピーニング処理されうる。これは物品が破断する
までに一層大きな周期的引張負荷を受けることが出来る
から、物品の疲労特性を有効に改善する。これは、物品
への初期の周期的引張負荷が基材中の残留圧縮応力を零
にまで減じた後、基材中に僅かの引張応力を付与すると
の事実による。
試験方法及び用語の定義 例におけるコーティングの破断歪は、４点曲げ試験を使
用して測定された。詳しくは、40〜45HRCまで硬化され
た4140鋼製の短形断面ビームを試験すべき材料で被覆し
た。代表的な基材寸法は0.50インチ巾、0.25インチ厚さ
及び10インチ長さを有する。コーティング面積は0.50イ
ンチ×６インチでありそして基材の10インチ長さに沿っ
て中央部に形成された。コーティング厚さは代表的に0.
015インチであるが、但し試験の適用可能範囲は0.0.10
〜0.020インチ範囲のコーティング厚さならそれにより
影響されない。音響トランスジューサが、ダウコアニン
グ社の高真空グリースのようなカップリング剤即ち結合
剤及びマスキングテープを使用してサンプルに付設され
た。音響トランスジューサは圧電式であり、90〜640kHz
の周波数応答帯域巾を有する。トランスジューサは40dB
の一定利得を有する予備増幅器に接続され、そして後者
は30dBに利得を設定した増幅器に信号を通す。従って、
系全体の利得は70dBである。増幅器はカウンターに接続
され、カウンターは信号が1mVの閾値を超える時間数を
計数しそして総カウント数に比例する電圧を出力する。
加えて、各場合でのピーク振幅に比例する信号もまた記
録される。
被覆ビームは曲げ試験用治具内に置かれる。曲げ試験用
治具は４点曲げにおいてビームに負荷を適用するように
設計されている。外側負荷点はビームの一方側において
８インチ離され、他方中間負荷点は基材の反対側で２−
3/4インチ離間される。この試験寸法条件は被覆ビーム
の中間２−3/4インチを一様な応力状態に置く。２組の
負荷点を相対変位するのにユニバーサル試験機が使用さ
れ、中央において試験サンプルの曲げをもたらす。サン
プルはコーティングが凸状となる即ち引張状態に置かれ
るよう曲げられる。曲げ中、サンプルの変形がユニバー
サル試験機に付設したロードセルか或いはサンプルに付
設した歪ゲージいずれかにより検知される。負荷が測定
されるなら、コーティングにおける歪を計算するのに工
学上の梁（ビーム）理論が使用される。曲げ中、音響計
数及びピーク振幅もまた記録される。データは３ペン−
チャートレコーダ及びコンピューターで同時に回収され
る。コーティングに割れ、即ちクラックが発生すると
き、それは音の放出を伴う。厚さを通しての割れ発生と
関連しての音響放出の信号は１事象当たり約104計数と
トランスジューサにおいて1mVに対して100dBのピーク振
幅を含んでいる。割れ発生時に存在する歪がコーティン
グの破断歪（strain−to−fracture）として記録され
る。
例におけるコーティングの残留応力は盲穴試験（blind
hole test）を使用して測定された。特定の手順はASTM
基準Ｅ−387の修正版に従うものでである。詳しくは、
歪ゲージロゼットが試験されるべきサンプル上に装着さ
れる。使用ロセットはテキサス・メジャメンツ社から販
売されているゲージ＃FRS−２であった。この装置は互
いに０、90及び225度において配向されそして箔裏当て
上に取り付けられた３つのゲージから構成される。ゲー
ジの中心線直径は5.12mm（0.202インチ）であり、ゲー
ジ長さは1.5mm（0.059インチ）でありそしてゲージ巾は
1.4mm（0.055インチ）である。ロセットをサンプルに付
着するための方法はメジャメントグループ社から出版さ
れる社報Ｂ−127−９に推奨される方法に従った。穿孔
時における孔の位置決めを助成するために歪ゲージ上に
金属マスクが接着される。このマスクは0.382インチの
外径と、0.160インチの内径と、0.0485インチの厚さを
有する環状形態である。このマスクは6Xにおける顕微鏡
を使用して歪ゲージと同心であるように配置される。心
合されるとき、接着剤滴が縁辺に被着され、乾燥せしめ
られそしてマスクをしかるべく固定する。３つのゲージ
は歪のユニットを為しての読みを与える３つの同等の信
号コンディショナーにつながれる。試験開始前に、３つ
のユニットすべては零の読みを与えるよう調整される。
試験設備は垂直及び水平一方向に移動出来る板上に取付
けられる回転式グリットブラストノズルを含んでいる。
グリットブラストノズルはエス．エス．ホワイト社製で
あり、0.026インチの内径と0.076インチの外径とを有し
ている。ノズルは、その回転中心から偏心しているの
で、その結果として0.096インチ直径の穿孔が生じる。
ドリル穿孔されるべきサンプルはキャビネット内に置か
れそして歪ゲージが回転ノズルに心合される。部品の位
置決めは、研磨媒体或いは空気の流れの無い状態でノズ
ルを回転しそしてノズル回転がマスクと同心となるよう
にサンプルの位置を手動的に調整することにより達成さ
れる。ノズルと部品との離間距離は0.020インチに設定
される。板の位置は止めにより印される。孔を穿孔する
のに使用された研磨材は60PSIにおける空気に搬送され
る27ミクロンアルミナである。侵食剤或いは研磨材は25
g/分の割合で使用した。研磨材は、従来形式の粉末分与
器により分配される。孔は30秒間穿孔され、この時点で
研磨材及び空気の流れが停止される。ノズルが部品から
離間して移動される。歪ゲージの上端の位置と孔の底位
置が携帯用収束顕微鏡を使用して測定されそしてその差
が記録される。深さは（この差−歪ゲージの厚さ）であ
る。孔の周囲で開放された歪が心合コンディショナーに
より支持されそしてこれら値もまた記録される。サンプ
ルはデータの記録中動かされないので、ノズルがその最
初の出発位置に戻して持ちきたされそして試験が継続し
て繰り返される。
試験は孔深さがコーティングの厚さを超えるまで繰り返
され、超えた時点で試験は終了される。与えられた孔深
さにおいて深さの増分毎の層において解放された歪が、
既知の応力状態に負荷された軟鋼の較正サンプルからの
データを使用して経験的にその層の応力に関係付けられ
る。
コーティングの破断歪と残留応力との関係は次の通りで
ある。材料が或る組合された負荷条件組みの下にあると
き、負荷条件の各々からの応力及び歪が計算され、そし
て全応力及び歪む分布図が各負荷から生ずる応力を重ね
合わせることにより決定され得る。この事実をコーティ
ングに適用して、破断が起こった時点での実際の応力状
態を測定するには、コーティング中の残留応力が４天曲
げ試験中に適用された応力に負荷されねばならない。４
点曲げ試験はコーティングが引張状態に置かれるように
して実施される。斯くして、応力及び歪が定数により関
連付けられるとの事実を使用して、破断時のコーティン
グ中の全応力が実際上次式により与えられる。
σｔ＝Ｅεｆ＋σｒ （式１） ここで、σｔ＝全応力 Ｅ＝コーティング弾性モジュラス εｆ＝４点曲げ試験からの破断時歪 σｒ＝盲孔試験から測定されたコーティング残留応力
（慣例により圧縮応力は負の値である） 一般に、コーティングは一定の応力値において割れを発
生し、その応力が残留応力、適用応力或いは両者の組合
せの結果として生じたかどうかは関係しない。与えられ
た圧縮残留応力を有するコーティングはそれが引張状態
に置かれる前に等量の適用引張応力を受けねばならな
い。残留応力の関数として破断時歪を表わすよう式１を
書き直すと、コーティングにおける圧縮応力の増大はコ
ーティングの破断時歪を増大をもたらすことは明らかで
ある。
斯くして、コーティング破断前に適用され得る応力或い
は歪は、コーティング中に存在する残留応力或いは歪の
量に影響を受ける。
残留応力を測定するための盲孔試験の追加情報は、ASM
インターナショナルにより出版された「設計、プロセス
及び材料選定」と題する出版物に見出される。
例において、炭化タングステン−コバルト基被覆チタン
の基材の疲労寿命が測定された。円断面の試験バーをTi
−6A1−4Vから作成した。バーは、約3.5インチ長さであ
りそして両端において約0.8インチにわたりねじ切りさ
れていた。ねじ部は約0.63インチの直径を有した。各ゲ
ージ部分は0.250インチ直径×0.75インチ長さであっ
た。１インチ曲率の遷移区画でこってゲージ部分の両端
を各ねじ部と繋いだ。各バーのゲージ部分全体をそこに
隣り合う遷移区画の一部と共に炭化タングステン基コー
ティングで被覆した。
疲労試験は、0.1の最小応力対最大応力比でもって軸線
方向に周期的な引張応力を適用することにより室温で実
施した。この試験においては、個々のバーにバーが破断
するか或いは107サイクルが完了するまで周期的な引張
応力を賦課した。幾つかのデータ組が得られるまで異な
ったバーに異なった応力値を負荷した。高い応力水準を
使用した幾つかのバーは107サイクル前に破断しそして
低い応力水準を使用した他のバーは107サイクル前に破
断しなかった。データ点を通る線を引くことにより破断
に至るサイクル数対応力のグラフを作成した。107サイ
クルにおける線上の点を「ランアウト応力」として定義
し、これは試験バーが耐えることの出来そして107サイ
クルにおいてまだ尚耐えることの出来る最大応力を示
す。
例 本発明を例示する目的で以下に幾つかの例を示す。これ
らの例において、コーティングは次の表１に示す粉末組
成物を使用して形成した。粉末Ａ及びＢは鋳造及び粉砕
により調製した。メッシュ寸法は米国標準篩メッシュ寸
法である。
例１ 表２に示される組成の気体燃料−酸化体混合物を各々爆
発銃に導入して、表２に示されるような酸素対炭素原子
比を有する爆発性混合物を形成した。サンプルコーティ
ングＡもまた爆発銃に給入した。各気体燃料−酸化体混
合物の流量は13.5ft3/分（cfm）でありそして各コーテ
ィング粉末の供給量は53.3g/分（gpm）であった。各コ
ーティングサンプルに対する気体燃料−混合物（容積
％）及び酸素対炭素原子比もまた表２に示される。コー
ティングサンプル粉末は気体燃料−酸化体混合物と同時
に爆発銃中に送給された。爆発銃は毎秒約８回の割合で
点火されそして爆発銃内のコーティング粉末を鋼基材上
に衝突せしめ、ミクロ的に見て互いに絡み合いそして重
なり合った葉片から成る高密度の密着したコーティング
を形成した。
被覆層のコバルト及び炭素の重量％をコーティングの硬
さと共に測定した。表２のコーティング例のほとんどの
硬さはロックウエルみかけ硬さ試験機を使用して測定し
そしてロックウエル硬さ番号をビッカース硬さ番号に換
算した。使用したロックウエルみかけ硬さ測定法はASTM
標準方Ｅ−18に従った。硬さは、硬化された鋼基材上に
付着されたコーティング自体の滑らかなそして平坦な表
面において測定した。次の式を使用してロックウエル硬
さ番号をビッカース硬さ番号に換算した： HV0.3＝−1774＋37.433HR45N ここで、HV0.3は、0.3kgf荷重で得られたビッカース硬
さを表わしそしてHR45Nはダイヤモンド押込み体及び45k
gf荷重を使用してＮスケールで得られたロックウエルみ
かけ硬さを表わす。
破断歪値及び残留応力値は前述したようにして得た。得
られたデータを表２に示す。このデータから示されるよ
うに、すべてのコーティングは、4.3×10-3インチ／イ
ンチを超える破断歪と875HV0.3を超えるビッカース硬さ
で表わされる本発明の特性を与えた。炭化タングステン
−コバルトコーティングのすべては、爆発銃プロセスに
おいて酸化体及び少なくとも２種の燃焼性気体を使用し
て得られた。
例２ 表３に示される組成の気体燃料−酸化体混合物を各々表
３に示されるような流量、粉末供給量及び酸素対炭素原
子比において爆発銃に導入した。コーティング粉末はサ
ンプルＡであった。例１と同様に、ビッカース硬さ、破
断歪値及び残留応力値を測定し、得られたデータを表３
に示した。表３における番号15及び７〜16のコーティン
グの硬さはビッカース硬さ試験機において直接測定し
た。使用したビッカース硬さ測定法はAST標準法Ｅ−384
に従った。但し、方形くぼみの両方の対角線を測定しそ
してそれらを平均せずに、方形くぼみの一方の対角線の
みを測定した。0.3kgfの荷重を使用した（HV0.3）。
この例における爆発銃プロセスは希釈気体として窒素を
使用した。45容積％以下の窒素量を使用して11〜13.5ft
3/分の従来流量及び53.3g/分の粉末供給量における従来
態様の爆発プロセスの使用は、4.3×10-3インチ／イン
チを超える破断歪を有する炭化タングステン−コバルト
コーティングを生成しなかった。しかしながら、窒素が
45容積％を超えてまで増大され及び／或いは粉末供給量
が充分低められるとき、所要の4.3×10-3インチ／イン
チを超える破断歪を有する炭化タングステン−コバルト
コーティングが得られた。これは予想外のことであっ
た。何故なら、45容積％を超える窒素及び／或いは充分
低い粉末供給量は工業的実施において従来使用されたこ
とがなかったからである。
例３ 表４に示される組成の気体燃料−酸化体混合物を各々1
3.5ft3/分の流量で爆発銃に導入して、表４にやはり示
される酸素対炭素原子比を有する爆発性混合物を形成し
た。コーティング粉末はサンプルＡであった。燃料−酸
化体混合物及び粉末供給量もまた表４に示す。例１と同
様に、ビッカース硬さ、破断歪値及び残留応力値を測定
し、得られたデータを表４に示した。データからわかる
ように、すべての気体混合物が定義された4.3×10-3イ
ンチ／インチを超える破断歪と875HV0.3を超えるビッカ
ース硬さを有する炭化タングステン−コバルトコーティ
ングを生成するわけではない。例えば、CH4或いはC4H10
を含有する気体混合物は本発明の炭化タングステン−コ
バルトコーティングを生成しなかった。
例４ 表５に示される組成の気体燃料−酸化体混合物を各々爆
発銃に導入して、表５にやはり示される酸素対炭素原子
比を有する爆発性混合物を形成した。コーティング粉末
はサンプルＢであった。燃料−酸化体混合物もまた表４
に示す。気体流量は13.5ft3/分としたが、但しサンプル
コーティング17、18及び19は11.0ft3/分とした。粉末供
給量は46.7g/分であった。例１及び２と同様に、ビッカ
ース硬さ、破断歪値及び残留応力値を測定し、得られた
データを表５に示した。データから、粉末組成物Ｂを使
用して酸化体及び少なくとも２種の燃焼性気体の燃料混
合物を使用する爆発銃プロセスによって4.3×10-3イン
チ／インチを超える破断歪と875HV0.3を超えるビッカー
ス硬さを有する炭化タングステン−コバルトコーティン
グを生成出来ることがわかる。
例５ 表６に示される組成の気体燃料−酸化体混合物を各々爆
発銃に導入して、表６にやはり示される酸素対炭素原子
比を有する爆発性混合物を形成した。コーティング粉末
はサンプルコーティング１〜４に対してはサンプルＡで
あり、他方サンプルコーティング５に対してはサンプル
Ｂであった。燃料−酸化体混合物及び粉末供給量もまた
表６に示す。例１と同様に、ビッカース硬さ、破断歪値
及び残留応力値を測定し、得られたデータを表６に示し
た。加えて、107サイクルにおけるランアウト応力もま
た、Ti−6A1−4Vの3.5インチ長さの円柱バーをサンプル
粉末で被覆し、前述した方法に従い測定した。
第２組の円柱バーにおいて、被覆前のバーをショットピ
ーニングについてのSAEマニュアル、AMS2430及びMIL
Ｓ−13165に慨述されるような3Aのアルメンインテンシ
ティ（Almen intensity）までピーニング処理した。ピ
ーニングした被覆バーにその後、同じ型式の周期的引張
応力試験を施した。ピーニングされない被覆バーとピー
ニングした被覆バーとに対応する107サイクルにおける
ランアウト応力に対するデータを表６に示す。
表６のデータは、少数の例においてのみ定義された4.3
×10-3インチ／インチを超える破断歪と875HV0.3を超え
るビッカース硬さを有する炭化タングステン−コバルト
コーティングを生成しうることを示す。加えて、被覆前
のバーのピーニングはピーニングしていない被覆バーを
上回る、一層高い107サイクルにおけるランアウト応力
をもたらす。データから明らかなように、破断歪が増大
するにつれ、ランアウト応力も増大しそしてサンプルコ
ーティング４は未被覆バー、ピーニングしたバー及びし
ないバーそれぞれに匹敵するランアウト応力を示してい
る。
フロントページの続き (72)発明者 マリアン・オコナー・プライス アメリカ合衆国インディアナ州インディア ナポリス、ノース・ケンウッド・アベニュ ー5355 (72)発明者 ジーン・マリー・クウェッツ アメリカ合衆国インディアナ州インディア ナポリス、ノース・カレジ・アベニュー 7750 (56)参考文献 特開 昭61−148068（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−110911（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−45637（ＪＰ，Ａ) 特公 昭51−13735（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基材を4.3×10-3インチ／インチを超える
    破断歪及び875HV0.3を超えるビッカース硬さを有する炭
    化タングステンとコバルトとから成る炭化タングステン
    −コバルト溶射層で被覆して成る被覆物品。
  2. 【請求項２】炭化タングステン−コバルト層が5.3×10
    -3インチ／インチを超える破断歪及び1000HV0.3を超え
    るビッカース硬さを有する特許請求の範囲第１項記載の
    被覆物品。
  3. 【請求項３】炭化タングステン−コバルト層の厚さが0.
    0005〜0.1インチである特許請求の範囲第１〜２項のい
    ずれか一項記載の被覆物品。
  4. 【請求項４】炭化タングステン−コバルト層が７〜20重
    量％のコバルト含有量、0.5〜５重量％の炭素含有量及
    び75〜92.5重量％のタングステン含有量を有する特許請
    求の範囲第１〜２項のいずれか一項記載の被覆物品。
  5. 【請求項５】炭化タングステン−コバルト層が６重量％
    までのクロムを含有する特許請求の範囲第４項記載の被
    覆物品。
  6. 【請求項６】炭化タングステン−コバルト層が３〜５重
    量％のクロムを含有する特許請求の範囲第５項記載の被
    覆物品。
  7. 【請求項７】基材がチタン、鋼、アルミニウム、ニッケ
    ル、コバルト及びその合金から成る群から選択される特
    許請求の範囲第１〜２項のいずれか一項記載の被覆物
    品。
  8. 【請求項８】基材がチタン、鋼、アルミニウム、ニッケ
    ル、コバルト及びその合金から成る群から選択される特
    許請求の範囲第４項記載の被覆物品。
  9. 【請求項９】コバルト含有量が９〜15重量％であり、炭
    素含有量が2.5〜4.0重量％でありそしてタングステン含
    有量が81〜88.5重量％であり、そして基材がチタン基合
    金である特許請求の範囲第４項記載の被覆物品。
  10. 【請求項１０】炭化タングステン−コバルト層が６重量
    ％までのクロムを含有し、そして基材がチタン基合金で
    ある特許請求の範囲第４項記載の被覆物品。
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Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5223332A (en) * 1990-05-31 1993-06-29 Praxair S.T. Technology, Inc. Duplex coatings for various substrates
AU638838B2 (en) * 1991-06-18 1993-07-08 Union Carbide Coatings Service Technology Corp. Duplex coatings for various substrates
ES2079577T3 (es) * 1991-06-21 1996-01-16 Praxair Technology Inc Revestimientos dobles para distintos sustratos.
CA2092235C (en) * 1992-03-30 2000-04-11 Yoshio Harada Spray-coated roll for continuous galvanization
GB2276886B (en) * 1993-03-19 1997-04-23 Smith International Rock bits with hard facing
US6175485B1 (en) * 1996-07-19 2001-01-16 Applied Materials, Inc. Electrostatic chuck and method for fabricating the same
US6059533A (en) * 1997-07-17 2000-05-09 Alliedsignal Inc. Damped blade having a single coating of vibration-damping material
US6004189A (en) * 1997-09-15 1999-12-21 Imation Corp. Finishing of tungsten carbide surfaces
US6171224B1 (en) 1997-09-15 2001-01-09 Imation Corp. Finishing of tungsten carbide surfaces
US7632323B2 (en) * 2005-12-29 2009-12-15 Schlumberger Technology Corporation Reducing abrasive wear in abrasion resistant coatings
WO2007132028A1 (es) * 2006-05-12 2007-11-22 Fundacion Inasmet Procedimiento de obtención de recubrimientos cerámicos y recubrimientos cerámicos obtenidos
US20110042145A1 (en) * 2009-05-04 2011-02-24 Smith International, Inc. Methods for enhancing a surface of a downhole tool and downhole tools having an enhanced surface
WO2010129507A2 (en) * 2009-05-04 2010-11-11 Smith International, Inc. Roller cones, methods of manufacturing such roller cones, and drill bits incorporating such roller cones
DE102010047020A1 (de) 2010-09-30 2012-04-05 Obeko Gmbh Verfahren zum Beschichten von Oberflächen
US9110230B2 (en) 2013-05-07 2015-08-18 Corning Incorporated Scratch-resistant articles with retained optical properties
US9366784B2 (en) 2013-05-07 2016-06-14 Corning Incorporated Low-color scratch-resistant articles with a multilayer optical film
US9335444B2 (en) 2014-05-12 2016-05-10 Corning Incorporated Durable and scratch-resistant anti-reflective articles
US11267973B2 (en) 2014-05-12 2022-03-08 Corning Incorporated Durable anti-reflective articles
US20150353856A1 (en) 2014-06-04 2015-12-10 Ardy S. Kleyman Fluid tight low friction coating systems for dynamically engaging load bearing surfaces
US9790593B2 (en) 2014-08-01 2017-10-17 Corning Incorporated Scratch-resistant materials and articles including the same
KR102591067B1 (ko) 2015-09-14 2023-10-18 코닝 인코포레이티드 높은 광 투과율 및 내-스크래치성 반사-방지 제품
WO2020037042A1 (en) 2018-08-17 2020-02-20 Corning Incorporated Inorganic oxide articles with thin, durable anti-reflective structures
CN115161585B (zh) * 2022-07-29 2023-11-14 上海交通大学内蒙古研究院 一种耐磨耐腐蚀WC-10Co4Cr闪钨涂层的制备方法

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE546121A (ja) * 1955-03-28 1900-01-01
US3071489A (en) * 1958-05-28 1963-01-01 Union Carbide Corp Process of flame spraying a tungsten carbide-chromium carbide-nickel coating, and article produced thereby
US2972550A (en) * 1958-05-28 1961-02-21 Union Carbide Corp Flame plating using detonation reactants
GB886560A (en) * 1958-05-28 1962-01-10 Union Carbide Corp Improvements in and relating to coating alloys and the coating of materials
US3150828A (en) * 1961-10-04 1964-09-29 Union Carbide Corp Apparatus for utilizing detonation waves
GB1358538A (en) * 1971-06-08 1974-07-03 Bristol Aerojet Ltd Electrodeposited composite coatings
IT961343B (it) * 1971-07-12 1973-12-10 N Proizv Objedinenie Kievarmat Perfezionamento nei dispositivi per la lavorazione a detonazione di materiali
BE790902A (fr) * 1971-11-15 1973-05-03 Zachry Co H B Procede et application pour appliquer une matiere de revetementpulverulente sur une piece
SU438215A1 (ru) * 1973-07-09 1977-11-25 Ордена Ленина Завод "Ленинская Кузница" Установка дл детонационной обработки материалов
JPS50110911A (ja) * 1974-02-13 1975-09-01
US3910494A (en) * 1974-02-21 1975-10-07 Southwest Res Inst Valveless combustion apparatus
US4004735A (en) * 1974-06-12 1977-12-25 Zverev Anatoly Apparatus for detonating application of coatings
AT350285B (de) * 1974-08-07 1979-05-25 Plansee Metallwerk Mit einem ueberzug versehene, metallische gebrauchsgegenstaende
US4172558A (en) * 1977-04-19 1979-10-30 Bondarenko Alexandr S Apparatus for explosive application of coatings
US4319715A (en) * 1977-12-20 1982-03-16 Garda Alexandr P Apparatus for explosive application of coatings to articles
US4215819A (en) * 1977-12-20 1980-08-05 Andruschak Oleg A Apparatus for explosive application of coatings to articles
US4258091A (en) * 1979-02-06 1981-03-24 Dudko Daniil A Method for coating
US4279383A (en) * 1979-03-12 1981-07-21 Zverev Anatoly I Apparatus for coating by detonation waves
JPS569366A (en) * 1979-07-05 1981-01-30 Hitachi Metals Ltd Surface coated solid carbide alloy material
US4359335A (en) * 1980-06-05 1982-11-16 Smith International, Inc. Method of fabrication of rock bit inserts of tungsten carbide (WC) and cobalt (Co) with cutting surface wear pad of relative hardness and body portion of relative toughness sintered as an integral composite
US4490191A (en) * 1981-12-16 1984-12-25 General Electric Company Coated product and process
US4469772A (en) * 1982-06-03 1984-09-04 American Hoechst Corporation Water developable dye coating on substrate with two diazo polycondensation products and water soluble polymeric binder
DE3327346C2 (de) * 1983-07-29 1986-03-27 MTU Motoren- und Turbinen-Union München GmbH, 8000 München Verfahren zur Herstellung einer Verschleißschutzschicht und ihre Verwendung
US4626476A (en) * 1983-10-28 1986-12-02 Union Carbide Corporation Wear and corrosion resistant coatings applied at high deposition rates
JPS61148068A (ja) * 1984-12-24 1986-07-05 Tokyo Tungsten Co Ltd 超硬合金ニ−ドル
SE455603B (sv) * 1985-12-03 1988-07-25 Inst Materialovedenia Akademii Detonationsgasanleggning for paforande av beleggningar pa arbetsstycken

Also Published As

Publication number Publication date
CA1326414C (en) 1994-01-25
FI891009A0 (fi) 1989-03-02
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FI891009A (fi) 1989-09-04
DE68921082T2 (de) 1995-09-21
US4826734A (en) 1989-05-02
KR930005011B1 (ko) 1993-06-11
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KR890014778A (ko) 1989-10-25
DE68921082D1 (de) 1995-03-23
EP0331499B1 (en) 1995-02-15
ATE118402T1 (de) 1995-03-15
ES2068238T3 (es) 1995-04-16

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