JPH0794705B2 - 耐摩耗性複合材料及びその製造方法 - Google Patents

耐摩耗性複合材料及びその製造方法

Info

Publication number
JPH0794705B2
JPH0794705B2 JP2101674A JP10167490A JPH0794705B2 JP H0794705 B2 JPH0794705 B2 JP H0794705B2 JP 2101674 A JP2101674 A JP 2101674A JP 10167490 A JP10167490 A JP 10167490A JP H0794705 B2 JPH0794705 B2 JP H0794705B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
base material
film
test
coating
composite material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2101674A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH042761A (ja
Inventor
茂義 小菅
真事 樺沢
泰弘 上野
幸雄 真保
輝久 大木
星明 寺尾
Original Assignee
日本鋼管株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本鋼管株式会社 filed Critical 日本鋼管株式会社
Priority to JP2101674A priority Critical patent/JPH0794705B2/ja
Publication of JPH042761A publication Critical patent/JPH042761A/ja
Publication of JPH0794705B2 publication Critical patent/JPH0794705B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、耐摩耗性及び熱間硬さに優れた高速度鋼とFe
基基材との組み合わせにより、高厚膜及び高緻密性を有
する耐摩耗性複合材料及びその製造方法に関する。
[従来の技術] 基材に耐摩耗性材料を被覆することによる耐摩耗性複合
材料の従来の製造法には次のようなものがある。
(1) カプセルHIP法 これは、第7図に示すように基材1の周囲をその形状に
合わせたカプセル2で囲み、カプセル2と基材1との空
間に所要の耐摩耗性粉末合金3を充填し、脱気及びシー
ルを行ったのち、熱間静水圧処理(以下、HIP処理と呼
ぶ)を行って粉末合金3を焼結させ被覆する方法であ
る。
しかし、この方法はある程度厚膜化は可能であるが、曲
面等を有する複雑な形状品ではカプセル加工費が高くつ
くという問題がある。
(2) 溶射法 これは、プラズマ溶射法で耐摩耗性合金を被覆する方法
であり、複雑な形状品には特に適した方法であるが、被
覆層の気孔の存在は避けられず緻密性が欠如する。ま
た、基材界面との接合力が弱いことも問題である。
(3) 溶射後HIP処理する方法 上記(2)で溶射後にHIP処理をすれば皮膜の品質を改
善することが可能である。
しかし、従来の溶射法では上記問題のために皮膜を厚く
することができず、一般に0.5〜1.5mmの厚さで、これ以
上の厚膜化は困難であった。
(4) 特公昭58-39228号の方法 これは、Fe基母材にW,Mo,Co,Ni基合金、WC,VCを含む自
溶性合金等の耐熱耐摩耗性合金の粉末を溶射し、その後
HIP処理を加えた被覆方法で、上記(3)に属する方法
である。しかし、この方法でも厚膜化は対象となってお
らず、また溶射材料に高速度鋼を含んでいない。さらに
溶射法としてガス溶射法、プラズマ溶射法を示している
が、このプラズマ溶射法は常圧下で行うものと解され、
低圧プラズマ溶射法の適用を示唆する記述は認められな
い。
[発明が解決しようとする課題] 上述の従来法に共通の問題は、皮膜厚を大にできないこ
とである。仮にそれが可能であるとしても(例えば上記
(1)のカプセルHIP法)、緻密性・接合力の欠如等が
問題となって実質的に不可能である。
溶射法において厚膜化が不可能な理由としては、溶射粒
子の急冷により発生する内部応力(これは、冷却時の熱
収縮と相変態による体積変化に起因するものである)が
膜厚とともに増加し、剥離、割れを招く力として作用す
ること、皮膜内部の気孔、酸化物が割れへの抵抗を弱め
ること、皮膜と基材間の密着力の不足が剥離への抵抗を
弱めることなどがあげられる。
一方、高厚膜化が可能になれば、特に複雑な形状品、例
えば棒鋼、線材の製造ラインに使用されるガイドロール
等に適用でき、しかも摩耗の程度に応じて皮膜層を研削
することにより何回でも再使用可能となるので、耐用
性、コスト面でのメリットは大きい。
そこで、本発明者らは高膜厚を得る目的で、まず皮膜材
料の選定にあたり、耐摩耗性及び熱間硬さに優れた高速
度鋼を中心に各種の試験を行い、その結果、特定の製造
プロセスの下では十分目的を達成し得ることを確認し
た。
したがって、本発明の目的は、上記の知見に基づき、高
膜厚を持つ安価で耐摩耗性に富む複合材料及びその製造
方法を提供することにある。
[課題を解決するための手段] 上記の目的を達成する本発明に係る耐摩耗性複合材料
は、Fe基の基材と、その上に低圧プラズマ溶射法により
被覆された高速度鋼を主成分とする厚さ3mm以上の溶射
皮膜との組み合わせから成るものである。
溶射材料の高速度鋼は、耐摩耗性及び熱間硬さに優れた
ものとして知られているW系、Mo系、V系のいずれでも
よいが、中でも高V系のものが適当である。
この耐摩耗性複合材料を製造するには、まず基材を600
℃以上に予熱し、次いでこの予熱温度下にある基材の表
面に低圧プラズマ溶射法を適用して上記の高速度鋼を主
成分とする溶射材料を溶射し皮膜を形成する。
この場合のプラズマ溶射は、酸素分圧が2Torr以下で、
全圧が20〜300Torrの減圧雰囲気の条件下で行うものと
する。
その後、皮膜層の緻密化のためHIP処理を行う。
また、上記HIP処理に代えて皮膜層の焼入れ焼戻しを行
ってもよい。さらにこのHIP処理と熱処理の双方を行っ
てもよい。
[作用] まず、複合材料の組み合わせを、Fe基の基材と高速度鋼
の被覆材料とすることで、高速度鋼の持つ耐摩耗性及び
熱間硬さの特長を十分に発揮させることできる。また両
材料は熱膨張率が接近しているため(例えば、炭素鋼の
線膨張率11×10-6/℃,高速度鋼の線膨張率11×10-6
℃)、溶射終了後、予熱温度から室温までの冷却時にお
ける熱応力を抑止でき、皮膜と基材間の密着力が高い。
次に、溶射前に基材を600℃以上に予熱しておくことに
より、溶射粒子の急冷を防止できるため溶射粒子間の熱
歪に基づく内部応力が低減し、また溶射期間中溶射粒子
の熱活性化が保たれるため内部応力が緩和する。その結
果、厚膜としても皮膜の剥離、割れ等を生じにくいので
ある。
第3図は酸素分圧、雰囲気全圧が上記の規定値以内で3m
m以上の膜厚を得るには、最小限基材予熱温度をいくら
にしたらよいかを調べた線図であり、基材予熱温度
(℃)の変化により、剥離を生ずることなく形成可能な
最大膜厚(mm)を表している。第3図から、膜厚3mm以
上を得るには、基材予熱温度を600℃以上に保持すべき
ことがわかる。
次に、上記の予熱温度条件下で、基材表面に、JIS G 44
03相当の高速度鋼粉末を酸素分圧2Torr以下、全圧20〜3
00Torrの減圧雰囲気下でプラズマ溶射し皮膜を形成す
る。
まず、酸素分圧を低く限定することで、予熱中の基材及
び溶射粒子の酸化が防止される。そのため、皮膜の割れ
の原因となる酸化物が減少する。
第1図は酸素分圧(Torr)の影響を抗折力(kg/mm2)の
変化で調べた線図であり、この図から、酸素分圧が低い
ほど抗折力は安定しており、酸素分圧が2Torrを越える
と、抗折力ひいては皮膜の割れの抵抗力が急激に低下す
ることがわかる。
次に、雰囲気全圧を上記の低圧条件とすることで、溶射
粒子の加熱溶融を促進し、粒子飛行速度を増大させるた
め、皮膜中の気孔が減り、緻密性が向上し、この結果耐
摩耗性が向上する。また気孔中のガス圧が低いため、後
工程のHIP処理にも都合がよい。
第2図は酸素分圧が2Torrのもとで、雰囲気全圧(Tor
r)の影響を皮膜の気孔体積率(%)の変化で調べた線
図であり、雰囲気全圧が300Torr以下であれば、気孔は
ほとんど生じない。なお、全圧の下限値は実用的経済性
の見地から定めている。
そして最後に、皮膜中にわずかに残る気孔を消失させ完
全に緻密化するために、HIP処理を行う。なお、HIP条件
は、1100℃×1500kg/cm2×1時間としている。
このHIP処理に代えて焼入れ焼戻しを行っても同等程度
の緻密性が得られる。また、HIP処理後に焼入れ焼戻し
を行ってもよいことはいうまでもない。
熱処理後の皮膜組織の顕微鏡写真を第4図(a)に示
す。また、比較のため従来のカプセルHIP法で処理した
ままの皮膜組織の顕微鏡写真を第4図(b)に示す。な
お、基材材質及び被覆材料は両者共同じである。
両者を対比すれば、明らかに本発明の皮膜組織は緻密化
が著しく進行しており、かつ、W,V等の炭化物は5μm
以下に微細化され、均一に分散していることがわかる。
[実施例] 本発明において、基材予熱温度、酸素分圧、及び雰囲気
全圧の影響を調べるために、次のような試験を行った。
試験は三段階に分けて実施した。
試験1:最初に、気孔の無い緻密な皮膜を形成し、その上
で酸化物巻き込みの観点から、抗折力の低下しない溶射
雰囲気中の酸素分圧の上限を調べた。
試験2:次に、気孔の存在が耐摩耗性を低下させるため、
溶射に引き続くHIP処理によって、完全に気孔の無くな
る溶射雰囲気の全圧の上限を調べた。
試験3:最後に、上記二条件を満たした上で、3mm以上の
膜厚が形成できる基材の予熱温度を調べた。
試験条件及び結果 共通条件 被覆材料 SKH10相当組成の合金粉末 粒径100μm以下 溶射機 低圧プラズマ溶射機 プラズマガス Ar-20%H2 溶射電流 600A 基材材質 S45C 基材寸法 直径80mm,高さ100mmの円柱体(第5
図参照、図中、1は基材、4は皮膜である) 試験1 基材予熱温度 800℃ 雰囲気全圧 100Torr 被覆厚 5mm 溶射後HIP条件 1100℃×1500kg/cm2×1Hr 熱処理 焼入れ 1230℃×1.5min 加熱後油冷 焼戻し 550℃×3Hr 加熱後空冷 試験方法と結果 皮膜4より、直径5mmの丸棒状試験片を採取し、3点曲
げ試験機にて抗折力を求めた。
その結果を第1図に示す。
これより、皮膜品質の点からは、酸素分圧を2Torr以下
にしなければならないことが明らかとなった。
試験2 基材予熱温度 800℃ 酸素分圧 2Torr 被覆厚 3mm 溶射後HIP条件 1100℃×1500kg/cm2×1Hr 試験方法と結果 第4図より試験片を採取し、光学顕微鏡観察により、気
孔の体積率を求めた。
その結果を第2図に示す。
これより、HIP後において、完全に気孔の無い緻密な膜
を得るには溶射時の雰囲気の全圧を300Torr以下にしな
ければならないことが明らかとなった。
試験3 雰囲気全圧 100Torr 酸素分圧 2Torr 試験方法と結果 溶射後室温まで試験体を冷却したときの、皮膜の剥離を
生じない最大の膜厚を求めた。
その結果を第3図に示す。
これより、試験1,2で求めた、良好な品質を有する皮膜
形成条件下において、3mm以上の厚い皮膜を得るには600
℃以上の基材予熱温度の必要なことが明らかとなった。
実施例 以下の基本条件を使用し、本発明に関わる条件を変化さ
せた試験を実施した。
試験条件と試験結果は第1表のとおりである。
最初に、皮膜の剥離、割れ等を生じない膜厚を決定し
た。本発明の目的は3mm以上の皮膜の得られる条件であ
る。
次に、割れ、剥離のない皮膜の得られる範囲内の膜厚に
おいて試験材を作製し、HIP処理の後、各種試験片を採
取して性能を調べた。
皮膜の密度は、HIP処理後のサンプルについて、顕微鏡
で空孔の体積率を調べ、空孔の無い完全緻密な状態を10
0%の密度とした。
抗折力試験及び摩耗試験に当たっては、高速度鋼被覆材
は焼入れ焼戻しを行った後に試験に供した。
耐摩耗性はアムスラー式摩耗試験機により評価した。こ
の試験法は、第6図に示すようにS45C製の直径40mm,厚
さ3mmの回転円盤5の外周面に、水令しながら試験片6
を50kgの力で押し当てて、摩擦距離500m摺動させた後、
試験片6の摩耗幅を測定することにより実施した。
試験条件 基材材質 S45C 基材寸法 直径80mm,高さ10mmの円柱体(第5
図参照) 被覆材料 A:SKH10相当組成粉末 粒径100μm以下 B:超硬粉末(WC-17%Co) 粒径100μm以下 溶射条件 溶射法 プラズマ溶射法 試験片No.1〜7→低圧プラズマ溶射法 試験片No.8 →常圧プラズマ溶射法 プラズマガス Ar-20%H2 電流 600A 溶射後HIP条件 1100℃×1500kg/cm2×1Hr 被覆後熱処理 焼入れ 1230℃×1.5min 加熱後油冷 焼戻し 550℃×3Hr 加熱後空冷炉冷 第1表から、本発明の条件を満たすもの(試験No.1〜
3)は、膜厚、抗折力、密度、及び耐摩耗性の全ての面
で優れていることがわかる。
また、高膜厚を得られるとしても、基材予熱温度、酸素
分圧、雰囲気全圧が皮膜の品質上重要であることが、試
験No.4,5,6からもわかる。
そして、比較材として示した試験No.7,8では、皮膜の割
れ、剥離を生じ、使用不能である。特に、常圧プラズマ
溶射法(試験No.8)では被覆ができない。
[発明の効果] 以上のように本発明によれば、低圧プラズマ溶射法を採
用し、かつ、予熱温度を600℃以上とすることで厚さ3mm
以上の高厚膜の溶射皮膜を得ることができたものであ
り、耐摩耗性、耐用性にすぐれた安価な複合材料の提供
が可能となる。
また、皮膜の高厚膜化、高緻密化が可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明において低圧プラズマ溶射法の適用に際
し、酸素分圧の影響を抗折力の面から調べた線図、第2
図は同じく雰囲気全圧の影響を気孔体積率の面から調べ
た線図、第3図は同じく基材予熱温度の影響を最大膜厚
の面から調べた線図、第4図(a),(b)は本発明及
び従来の場合を比較して示す皮膜の金属組織写真、第5
図は本発明の実施例に供した試験体の斜視図、第6図は
摩耗試験方法の説明図、第7図は従来のカプセルHIP法
の説明図である。 1……基材 4……皮膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 真保 幸雄 東京都千代田区丸の内1丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 大木 輝久 東京都千代田区丸の内1丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 寺尾 星明 東京都千代田区丸の内1丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−88756(JP,A)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Fe基の基材と、該基材の表面に低圧プラズ
    マ溶射法により施された高速度鋼を主成分とする厚さ3m
    m以上の溶射皮膜とを有する耐摩耗性複合材料。
  2. 【請求項2】Fe基の基材をあらかじめ600℃以上に加熱
    し、前記基材の表面に高速度鋼を主成分とする材料を酸
    素分圧が2Torr以下、全圧が20〜300Torrの減圧雰囲気下
    でプラズマ溶射して皮膜を形成し、その後熱間静水圧処
    理を行うことを特徴とする耐摩耗性複合材料の製造方
    法。
  3. 【請求項3】前記プラズマ溶射後に焼入れ焼戻しの熱処
    理を行うことを特徴とする請求項2記載の耐摩耗性複合
    材料の製造方法。
  4. 【請求項4】前記熱間静水圧処理後に焼入れ焼戻しの熱
    処理を行うことを特徴とする請求項2記載の耐摩耗性複
    合材料の製造方法。
JP2101674A 1990-04-19 1990-04-19 耐摩耗性複合材料及びその製造方法 Expired - Fee Related JPH0794705B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2101674A JPH0794705B2 (ja) 1990-04-19 1990-04-19 耐摩耗性複合材料及びその製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2101674A JPH0794705B2 (ja) 1990-04-19 1990-04-19 耐摩耗性複合材料及びその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH042761A JPH042761A (ja) 1992-01-07
JPH0794705B2 true JPH0794705B2 (ja) 1995-10-11

Family

ID=14306909

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2101674A Expired - Fee Related JPH0794705B2 (ja) 1990-04-19 1990-04-19 耐摩耗性複合材料及びその製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0794705B2 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006312767A (ja) * 2005-05-09 2006-11-16 Ayabo:Kk 鉄鋼製部材の耐摩耗、耐酸化、表面処理方法
CN105555988A (zh) * 2013-09-25 2016-05-04 中国电力株式会社 蠕变增强材料对耐热金属材料构件的扩散渗镀方法以及增强了蠕变强度的耐热金属材料构件

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0288756A (ja) * 1988-09-22 1990-03-28 Kubota Ltd 耐摩耗被膜の形成方法
JPH02101675A (ja) * 1988-10-06 1990-04-13 Canon Inc 光学的情報処理装置
JPH077573B2 (ja) * 1988-10-07 1995-01-30 シャープ株式会社 記録および再生方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPH042761A (ja) 1992-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0266149B1 (en) High wear-resistant member, method of producing the same, and valve gear using the same for use in internal combustion engine
JP2684721B2 (ja) 表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具およびその製造法
US3779720A (en) Plasma sprayed titanium carbide tool steel coating
JPH02290951A (ja) 耐摩耗複合ロール及びその製造法
JP4731645B2 (ja) 超硬合金および被覆超硬合金とその製造方法
JPS6117912B2 (ja)
JP3081765B2 (ja) 炭素部材およびその製造方法
JPH0794705B2 (ja) 耐摩耗性複合材料及びその製造方法
JP2004052094A (ja) スパッタリングターゲット,硬質被膜および硬質被膜部材
JP3522590B2 (ja) 高硬度炭化物サーメット溶射皮膜被覆部材およびその製造方法
JPS59229482A (ja) 金属被覆物とその製造法
JP3403460B2 (ja) 非酸化物系セラミック溶射皮膜を有する炭素材料の製造方法
EP0605175B1 (en) A coated article and a method of coating said article
JPH10195625A (ja) 耐摩耗コーティング部品およびその製造方法
JPH10195547A (ja) 耐摩耗性、耐ビルドアップ性に優れたハースロールおよびその製造方法
JPS6033364A (ja) 熱処理炉用ハ−スロ−ル及びその製造方法
JPH11209863A (ja) 耐摩耗部品の製造方法
JPH0288756A (ja) 耐摩耗被膜の形成方法
JPH1112758A (ja) サーメット焼結体被覆金属部品及びその製造方法
JPH1081949A (ja) 母材表面皮膜形成方法およびプレス用金型
JPH03193204A (ja) 熱間継目無管製造用プラグ
JPH042762A (ja) 耐摩耗性ロール及びその製造方法
JPH042763A (ja) 耐摩耗性合金の製造方法
JPH02221373A (ja) 耐摩工具用被覆超硬合金及びその製造方法
JPH03193848A (ja) 耐摩耗性ロール及びその製造法

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees