JPH0853747A - 硬質粒子分散型耐摩耗被膜の形成方法 - Google Patents
硬質粒子分散型耐摩耗被膜の形成方法Info
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- JPH0853747A JPH0853747A JP6085873A JP8587394A JPH0853747A JP H0853747 A JPH0853747 A JP H0853747A JP 6085873 A JP6085873 A JP 6085873A JP 8587394 A JP8587394 A JP 8587394A JP H0853747 A JPH0853747 A JP H0853747A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 硬質粒子分散型耐摩耗性被膜を溶射法を用い
て形成するに際し、炭化物系硬質粒子の熱分解を可及的
に抑制して耐摩耗性を高める方法を提供する。 【構成】 母材表面に、表面をＮｉまたはＣｏで被覆し
たＳｉＣまたはＷＣの粒子を、減圧プラズマ溶射あるい
はレーザ照射を併用したレーザ・プラズマハイブリッド
溶射し、溶射被膜中における炭化物系硬質粒子含有量を
増大させて硬質粒子分散型耐摩耗被膜を形成する。
て形成するに際し、炭化物系硬質粒子の熱分解を可及的
に抑制して耐摩耗性を高める方法を提供する。 【構成】 母材表面に、表面をＮｉまたはＣｏで被覆し
たＳｉＣまたはＷＣの粒子を、減圧プラズマ溶射あるい
はレーザ照射を併用したレーザ・プラズマハイブリッド
溶射し、溶射被膜中における炭化物系硬質粒子含有量を
増大させて硬質粒子分散型耐摩耗被膜を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】回転部あるいは摺動部を有する機
械、装置、例えば、すべり軸受やピストン−シリンダな
どのような回転部や摺動部を有する機械、装置では、そ
の接触部の摩擦摩耗が大きな問題となる。本発明は、各
種機械、装置における摺動部の表面層部材として利用さ
れ、特に母材と被膜の高い密着性が要求され、かつ高い
耐摩耗性、低摩擦係数が要求されるところで利用するた
めの硬質粒子分散型耐摩耗被膜を形成する方法に関する
ものである。
械、装置、例えば、すべり軸受やピストン−シリンダな
どのような回転部や摺動部を有する機械、装置では、そ
の接触部の摩擦摩耗が大きな問題となる。本発明は、各
種機械、装置における摺動部の表面層部材として利用さ
れ、特に母材と被膜の高い密着性が要求され、かつ高い
耐摩耗性、低摩擦係数が要求されるところで利用するた
めの硬質粒子分散型耐摩耗被膜を形成する方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】すべり軸受やピストン−シリンダなどの
回転部や摺動部における摩擦摩耗を改善するためには、
通常、液体潤滑剤（オイル、グリース）や固体潤滑剤
（ＢＮ，ＭｏＳ2 ，ＷＳ2 ）が適宜使用されているが、
表面層（膜）そのものの耐摩耗性や潤滑性が不足してい
ると、当然その使用寿命は短くなってくる。そのため、
回転部や摺動部の表面には、従来より電気メッキや化学
メッキでＳｉＣやＢ4 Ｃの分散メッキも行われている
が、湿式メッキであり、有害薬品の使用、廃液処理など
に問題がある。また、ＣＶＤ、ＰＶＤによるＴｉＣ、Ｔ
ｉＮのコーティング膜は、耐摩耗性が高く、摩擦係数も
小さくて優れているが、設備、方法上の制約により、そ
の膜厚は数μｍから厚くても数十μｍと薄いため、被膜
強度が低くて取扱いが難しいという問題がある。
回転部や摺動部における摩擦摩耗を改善するためには、
通常、液体潤滑剤（オイル、グリース）や固体潤滑剤
（ＢＮ，ＭｏＳ2 ，ＷＳ2 ）が適宜使用されているが、
表面層（膜）そのものの耐摩耗性や潤滑性が不足してい
ると、当然その使用寿命は短くなってくる。そのため、
回転部や摺動部の表面には、従来より電気メッキや化学
メッキでＳｉＣやＢ4 Ｃの分散メッキも行われている
が、湿式メッキであり、有害薬品の使用、廃液処理など
に問題がある。また、ＣＶＤ、ＰＶＤによるＴｉＣ、Ｔ
ｉＮのコーティング膜は、耐摩耗性が高く、摩擦係数も
小さくて優れているが、設備、方法上の制約により、そ
の膜厚は数μｍから厚くても数十μｍと薄いため、被膜
強度が低くて取扱いが難しいという問題がある。
【０００３】一方、最近では、ＷＣ硬質粒子を共析させ
た被膜をめっき法や溶射法で母材表面に形成させ、耐摩
耗性や摺動性を改善する表面処理技術が注目されてい
る。また、耐摩耗性向上のため、減圧プラズマ溶射やレ
ーザ・プラズマハイブリッド溶射等により、ニッケル
（Ｎｉ）やトライステル（ＴＳ−３）のマトリックス中
にＳｉＣやＡｌ2 Ｏ3 、Ｓｉ3 Ｎ4 、ＷＣ等の硬質粒子
を共析させる方法の開発も行われ、これら硬質粒子を被
膜中に共析させ得ることも確認されている。しかし、一
般に、炭化物系硬質粒子（ＳｉＣ、ＷＣ）を共析させた
被膜は、耐摩耗性に優れた性能を示すことになるが、特
に、レーザ照射を併用したレーザ・プラズマハイブリッ
ド溶射法を適用すると、それらの炭化物系硬質粒子が熱
分解してしまい、被膜中の共析量は１〜２％程度とな
る。
た被膜をめっき法や溶射法で母材表面に形成させ、耐摩
耗性や摺動性を改善する表面処理技術が注目されてい
る。また、耐摩耗性向上のため、減圧プラズマ溶射やレ
ーザ・プラズマハイブリッド溶射等により、ニッケル
（Ｎｉ）やトライステル（ＴＳ−３）のマトリックス中
にＳｉＣやＡｌ2 Ｏ3 、Ｓｉ3 Ｎ4 、ＷＣ等の硬質粒子
を共析させる方法の開発も行われ、これら硬質粒子を被
膜中に共析させ得ることも確認されている。しかし、一
般に、炭化物系硬質粒子（ＳｉＣ、ＷＣ）を共析させた
被膜は、耐摩耗性に優れた性能を示すことになるが、特
に、レーザ照射を併用したレーザ・プラズマハイブリッ
ド溶射法を適用すると、それらの炭化物系硬質粒子が熱
分解してしまい、被膜中の共析量は１〜２％程度とな
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の技術的課題
は、回転、摺動部の表面層に形成する硬質粒子分散型耐
摩耗性被膜を、厚膜で密着性に優れ、かつ高強度表面層
を形成するのに適した溶射法を用いて形成するに際し、
上記炭化物系硬質粒子の熱分解を可及的に抑制して耐摩
耗性を高め得るようにした被膜を形成する方法を提供す
ることにある。
は、回転、摺動部の表面層に形成する硬質粒子分散型耐
摩耗性被膜を、厚膜で密着性に優れ、かつ高強度表面層
を形成するのに適した溶射法を用いて形成するに際し、
上記炭化物系硬質粒子の熱分解を可及的に抑制して耐摩
耗性を高め得るようにした被膜を形成する方法を提供す
ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段、作用】上記課題を解決す
るための本発明の硬質粒子分散型耐摩耗被膜の形成方法
は、母材表面に、溶射用原料粉末である炭化物系硬質粒
子表面をＮｉまたはＣｏで被覆して、減圧プラズマ溶射
あるいはレーザ照射を併用したレーザ・プラズマハイブ
リッド溶射を行い、溶射被膜中における炭化物系硬質粒
子含有量を増大させることを特徴とするもので、上記炭
化物系硬質粒子としては、ＳｉＣまたはＷＣの粒子を好
適に用いることができる。また、上記方法においては、
減圧プラズマ溶射あるいはレーザ照射を併用したレーザ
・プラズマハイブリッド溶射により母材上にＴｉをアン
ダーコートし、溶射被膜の母材との密着性を高めること
ができる。
るための本発明の硬質粒子分散型耐摩耗被膜の形成方法
は、母材表面に、溶射用原料粉末である炭化物系硬質粒
子表面をＮｉまたはＣｏで被覆して、減圧プラズマ溶射
あるいはレーザ照射を併用したレーザ・プラズマハイブ
リッド溶射を行い、溶射被膜中における炭化物系硬質粒
子含有量を増大させることを特徴とするもので、上記炭
化物系硬質粒子としては、ＳｉＣまたはＷＣの粒子を好
適に用いることができる。また、上記方法においては、
減圧プラズマ溶射あるいはレーザ照射を併用したレーザ
・プラズマハイブリッド溶射により母材上にＴｉをアン
ダーコートし、溶射被膜の母材との密着性を高めること
ができる。
【０００６】更に具体的に説明すると、本発明において
は、ＷＣ等の炭化物系硬質粒子の減圧プラズマ溶射ある
いはレーザ・プラズマハイブリッド溶射に際し、溶射被
膜中の炭化物系硬質粒子の含有量を増大させるため、そ
の硬質粒子表面を予めＮｉまたはＣｏで被覆し、それに
よって、プラズマアーク中を飛行する間に発生する炭化
物系硬質粒子の熱分解を阻止し、炭化物系硬質粒子のま
ま被処理物表面に到達させる。
は、ＷＣ等の炭化物系硬質粒子の減圧プラズマ溶射ある
いはレーザ・プラズマハイブリッド溶射に際し、溶射被
膜中の炭化物系硬質粒子の含有量を増大させるため、そ
の硬質粒子表面を予めＮｉまたはＣｏで被覆し、それに
よって、プラズマアーク中を飛行する間に発生する炭化
物系硬質粒子の熱分解を阻止し、炭化物系硬質粒子のま
ま被処理物表面に到達させる。
【０００７】即ち、溶射用粉末が溶射装置の特に溶射ガ
ンを通過する際、粉末を運搬するキャリアガス（主とし
てＡｒ）が溶射ガンに負荷された電圧により放電し、Ｗ
Ｃ等の粉末が溶射ガンを通過する瞬間のわずかな時間に
急速に高温に加熱される。その放電中心に於ける温度は
数千度から約１万度と言われ、大部分の供給粉末は溶け
てしまうことになる。そのため、炭化物系硬質粒子がよ
ほど大粒であるか、何らかの処置が施されていないと、
溶融あるいは熱分解により炭化物系硬質粒子の特徴をと
どめなくなる。しかるに、本発明においては、上記炭化
物系硬質粒子の表面をＮｉまたはＣｏで被覆しているの
で、上記加熱により表面のＮｉ、Ｃｏが溶融・軟化して
も、内部のＷＣ粒子等の溶融・分解を防ぐことができ、
このことは、以下に示す実験例において確認されてい
る。
ンを通過する際、粉末を運搬するキャリアガス（主とし
てＡｒ）が溶射ガンに負荷された電圧により放電し、Ｗ
Ｃ等の粉末が溶射ガンを通過する瞬間のわずかな時間に
急速に高温に加熱される。その放電中心に於ける温度は
数千度から約１万度と言われ、大部分の供給粉末は溶け
てしまうことになる。そのため、炭化物系硬質粒子がよ
ほど大粒であるか、何らかの処置が施されていないと、
溶融あるいは熱分解により炭化物系硬質粒子の特徴をと
どめなくなる。しかるに、本発明においては、上記炭化
物系硬質粒子の表面をＮｉまたはＣｏで被覆しているの
で、上記加熱により表面のＮｉ、Ｃｏが溶融・軟化して
も、内部のＷＣ粒子等の溶融・分解を防ぐことができ、
このことは、以下に示す実験例において確認されてい
る。
【０００８】また、本発明においては、上記炭化物系硬
質粒子の溶射被膜と母材との密着性を改善するため、減
圧プラズマ溶射あるいはレーザ・プラズマハイブリッド
溶射によりＴｉを母材にアンダーコートし、拡散層を形
成することができる。このアンダーコートが密着性の改
善に有効であることも、以下に示す実験例において確認
されている。
質粒子の溶射被膜と母材との密着性を改善するため、減
圧プラズマ溶射あるいはレーザ・プラズマハイブリッド
溶射によりＴｉを母材にアンダーコートし、拡散層を形
成することができる。このアンダーコートが密着性の改
善に有効であることも、以下に示す実験例において確認
されている。
【０００９】このようにして形成された表面被膜は、以
下に説明する摩擦試験において耐摩耗性が極めて大き
く、摩擦係数も、通常使用される焼き入れ、焼き戻し済
みの構造用鋼と同様の０．１程度になるなど、優れた表
面特性を示し、しかも溶射法により厚膜で密着性に優
れ、かつ高強度な表面層を形成し、回転、摺動部材の寿
命を向上させることができる。なお、上記ＮｉまたはＣ
ｏ被覆する炭化物系硬質粒子としては、ＷＣばかりでな
く、ＳｉＣ、Ｂ4 Ｃ、ＴｉＣのような炭化物を用いるこ
ともできる。
下に説明する摩擦試験において耐摩耗性が極めて大き
く、摩擦係数も、通常使用される焼き入れ、焼き戻し済
みの構造用鋼と同様の０．１程度になるなど、優れた表
面特性を示し、しかも溶射法により厚膜で密着性に優
れ、かつ高強度な表面層を形成し、回転、摺動部材の寿
命を向上させることができる。なお、上記ＮｉまたはＣ
ｏ被覆する炭化物系硬質粒子としては、ＷＣばかりでな
く、ＳｉＣ、Ｂ4 Ｃ、ＴｉＣのような炭化物を用いるこ
ともできる。
【００１０】
（１）被膜形成方法 ０．１Ｔｏｒｒ以下まで排気した真空チャンバー内に試
験片をセットした後、チャンバー内を５０Ｔｏｒｒのア
ルゴン雰囲気とし、ロボットアームに取付けた試験片母
材（ＳＳ４１）を揺動させながら被膜を形成させた。被
膜は、減圧プラズマ溶射のみ、レーザ・プラズマハイブ
リッド溶射、減圧プラズマ溶射後にレーザ照射の３通り
の方法で形成した。これらの３通りの被膜形成方法の概
略をそれぞれ図１の（Ａ）〜（Ｃ）に示す。なお、被膜
厚さとしては２００〜３００μｍを目標とした。
験片をセットした後、チャンバー内を５０Ｔｏｒｒのア
ルゴン雰囲気とし、ロボットアームに取付けた試験片母
材（ＳＳ４１）を揺動させながら被膜を形成させた。被
膜は、減圧プラズマ溶射のみ、レーザ・プラズマハイブ
リッド溶射、減圧プラズマ溶射後にレーザ照射の３通り
の方法で形成した。これらの３通りの被膜形成方法の概
略をそれぞれ図１の（Ａ）〜（Ｃ）に示す。なお、被膜
厚さとしては２００〜３００μｍを目標とした。
【００１１】（２）被膜形成条件 試験片を予熱後、その表面にＴｉやＮｉＣｏＣｒＡｌＹ
のアンダーコートを施し、減圧プラズマ溶射法等の上記
３通りの方法により、Ｎｉ被覆したＷＣ粒子の共析被膜
を形成した。被膜形成条件をまとめて表１に、試料作製
条件を表２に示す。
のアンダーコートを施し、減圧プラズマ溶射法等の上記
３通りの方法により、Ｎｉ被覆したＷＣ粒子の共析被膜
を形成した。被膜形成条件をまとめて表１に、試料作製
条件を表２に示す。
【００１２】
【表１】
【００１３】
【表２】
【００１４】（３）断面組織及び断面硬度測定結果 表２に示した試料において、ＴｉやＮｉＣｏＣｒＡｌＹ
等のアンダーコートを用いずに、ＳＳ４１材に直接溶射
した場合には、被膜厚１５０μｍ程度（０８−０１）で
は被膜剥離を生じなかったが、膜厚が３００μｍ程度
（０８−０２）になると被膜応力により剥離を生じた。
ＷＣ粒子共析被膜の密着性を向上させる目的で使用した
アンダーコートについては、ＮｉＣｏＣｒＡｌＹを用い
た場合（０８−０３）は効果が認められなかったが、Ｔ
ｉの場合（０８−０５、０８−０６）には被膜密着性の
向上効果が確認された。
等のアンダーコートを用いずに、ＳＳ４１材に直接溶射
した場合には、被膜厚１５０μｍ程度（０８−０１）で
は被膜剥離を生じなかったが、膜厚が３００μｍ程度
（０８−０２）になると被膜応力により剥離を生じた。
ＷＣ粒子共析被膜の密着性を向上させる目的で使用した
アンダーコートについては、ＮｉＣｏＣｒＡｌＹを用い
た場合（０８−０３）は効果が認められなかったが、Ｔ
ｉの場合（０８−０５、０８−０６）には被膜密着性の
向上効果が確認された。
【００１５】また、減圧プラズマ溶射と同時にレーザ照
射するレーザ・プラズマハイブリッド溶射で形成した被
膜（０９−０１、０９−０２、０９−０５）は、３００
μｍ程度の厚膜でも被膜剥離は生じなかった。さらに、
減圧プラズマ溶射後レーザ照射した場合（０９−０４）
も被膜剥離は生じなかった。なお、試験片０８−０４と
試験片０９−０３では、プラズマ炎が安定しなかった。
さらに、断面組織写真により、いずれの処理条件におい
ても、形成した被膜中には多くのＷＣ粒子が確認でき、
Ｎｉで被覆したＷＣ粒子を用いて溶射することにより、
大量のＷＣ粒子を被膜中に共析させることが可能である
ことが確認できた。
射するレーザ・プラズマハイブリッド溶射で形成した被
膜（０９−０１、０９−０２、０９−０５）は、３００
μｍ程度の厚膜でも被膜剥離は生じなかった。さらに、
減圧プラズマ溶射後レーザ照射した場合（０９−０４）
も被膜剥離は生じなかった。なお、試験片０８−０４と
試験片０９−０３では、プラズマ炎が安定しなかった。
さらに、断面組織写真により、いずれの処理条件におい
ても、形成した被膜中には多くのＷＣ粒子が確認でき、
Ｎｉで被覆したＷＣ粒子を用いて溶射することにより、
大量のＷＣ粒子を被膜中に共析させることが可能である
ことが確認できた。
【００１６】図２、図３には、ＷＣ粒子共析被膜の断面
硬度測定結果を示す。いずれの被膜も、マイクロビッカ
ース硬度は９００〜１２００となり、ＷＣ粒子共析の効
果が現れている。この図２および図３によるマイクロビ
ッカース硬度上昇や、断面組織写真による観察から、最
低でも４０〜５０ｖｏｌ％程度のＷＣ粒子共析量がある
ものと考えられる。
硬度測定結果を示す。いずれの被膜も、マイクロビッカ
ース硬度は９００〜１２００となり、ＷＣ粒子共析の効
果が現れている。この図２および図３によるマイクロビ
ッカース硬度上昇や、断面組織写真による観察から、最
低でも４０〜５０ｖｏｌ％程度のＷＣ粒子共析量がある
ものと考えられる。
【００１７】（４）被膜断面のＥＰＭＡ元素分析結果 Ｎｉ被覆ＷＣ系被膜形成において、ＷＣの分解に伴うＷ
Ｎｉ4 等の金属間化合物の被膜中での析出、およびＳＳ
４１素材とアンダーコートＴｉ、アンダーコートＴｉと
ＷＣ粒子共析被膜の密着性の向上理由を調べるために、
ＥＰＭＡとＸ線回折による測定を行った。０８−０６
（減圧プラズマ溶射）、０９−０２（レーザ・プラズマ
ハイブリッド溶射）、０９−０４（減圧プラズマ溶射後
レーザ照射）の被膜の線状元素分析結果（測定元素：Ｆ
ｅ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｗ）を図４の（Ａ）〜（Ｃ）に示す。
Ｎｉ4 等の金属間化合物の被膜中での析出、およびＳＳ
４１素材とアンダーコートＴｉ、アンダーコートＴｉと
ＷＣ粒子共析被膜の密着性の向上理由を調べるために、
ＥＰＭＡとＸ線回折による測定を行った。０８−０６
（減圧プラズマ溶射）、０９−０２（レーザ・プラズマ
ハイブリッド溶射）、０９−０４（減圧プラズマ溶射後
レーザ照射）の被膜の線状元素分析結果（測定元素：Ｆ
ｅ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｗ）を図４の（Ａ）〜（Ｃ）に示す。
【００１８】これらの被膜は、全てＴｉのアンダーコー
トを施しているが、減圧プラズマ溶射被膜では、Ｆｅ、
Ｎｉ、Ｔｉ等の元素が拡散している痕跡はほとんど確認
できない。それに対し、レーザ・プラズマハイブリッド
溶射被膜では、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｎｉ元素がそれぞれ拡散し
ているのが確認できた。特に、ＴｉのＳＳ４１素材中へ
の拡散が大きい。レーザ照射を併用することにより、素
材／被膜界面にＦｅ−Ｔｉ系合金や金属間化合物が、Ｔ
ｉ／Ｎｉ界面にはＴｉ−Ｎｉ系合金や金属間化合物が形
成され、被膜密着性が向上していると考えられる。
トを施しているが、減圧プラズマ溶射被膜では、Ｆｅ、
Ｎｉ、Ｔｉ等の元素が拡散している痕跡はほとんど確認
できない。それに対し、レーザ・プラズマハイブリッド
溶射被膜では、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｎｉ元素がそれぞれ拡散し
ているのが確認できた。特に、ＴｉのＳＳ４１素材中へ
の拡散が大きい。レーザ照射を併用することにより、素
材／被膜界面にＦｅ−Ｔｉ系合金や金属間化合物が、Ｔ
ｉ／Ｎｉ界面にはＴｉ−Ｎｉ系合金や金属間化合物が形
成され、被膜密着性が向上していると考えられる。
【００１９】一方、減圧プラズマ溶射後レーザ照射した
被膜では、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｎｉ元素は各々拡散している
が、レーザ・プラズマハイブリッド溶射被膜ほど大きな
拡散は生じていない。特に、ＳＳ４１素材とＴｉ被膜間
のＦｅとＴｉ元素の拡散がほとんど確認できない。これ
は、レーザ照射エネルギーが２００〜３００μｍの被膜
によりほとんど吸収され、ＳＳ４１素材界面に合金層を
形成させるだけのエネルギーが達しなかったためと考え
られる。
被膜では、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｎｉ元素は各々拡散している
が、レーザ・プラズマハイブリッド溶射被膜ほど大きな
拡散は生じていない。特に、ＳＳ４１素材とＴｉ被膜間
のＦｅとＴｉ元素の拡散がほとんど確認できない。これ
は、レーザ照射エネルギーが２００〜３００μｍの被膜
によりほとんど吸収され、ＳＳ４１素材界面に合金層を
形成させるだけのエネルギーが達しなかったためと考え
られる。
【００２０】（５）被膜のＸ線回折測定結果 前記３通りの方法で形成した被膜およびＮｉ被覆ＷＣ溶
射粉のＸ線回折測定の結果は、どの被膜においても、高
信頼係数で確認される物質は、ＷＣ、ＣおよびＮｉ2.9
Ｃｒ0.7 Ｆｅ0.36だけであった。ＮｉはＮｉ被覆ＷＣ粒
子粉（溶射原料粉）のＸ線回折測定結果からは確認でき
るものの被膜では確認されなかった。 （Ｘ線回折測定条件） 装置：理学電機（株）製 ＲＩＮＴ１４００ 管球：Ｃｕ サンプリング角度：０．０
２０° 電圧：４０ｋＶ スキャン速度 ：４．０
０°／ｍ 電流：２００ｍＡ
射粉のＸ線回折測定の結果は、どの被膜においても、高
信頼係数で確認される物質は、ＷＣ、ＣおよびＮｉ2.9
Ｃｒ0.7 Ｆｅ0.36だけであった。ＮｉはＮｉ被覆ＷＣ粒
子粉（溶射原料粉）のＸ線回折測定結果からは確認でき
るものの被膜では確認されなかった。 （Ｘ線回折測定条件） 装置：理学電機（株）製 ＲＩＮＴ１４００ 管球：Ｃｕ サンプリング角度：０．０
２０° 電圧：４０ｋＶ スキャン速度 ：４．０
０°／ｍ 電流：２００ｍＡ
【００２１】次に、被膜中のＷＣ粒子の共析量を調べる
ため、溶射原料粉末であるＮｉ被覆したＷＣ粒子を標準
試料とし、それとのＸ線回折ピークの強度比較で算定
し、結果を表３に示した。この方法では、非常に大ざっ
ぱな結果しか得られないが、溶射被膜の内の０８−０２
と０８−０３の測定結果で、共析率が１００％を越えて
いる。これは、減圧プラズマ溶射中にＮｉが蒸発し、相
対的にＷＣ比率が増えた結果、１００％を越える残存量
値となったものと考えられる。ＷＣ粒子共析率は０８−
０５で７５％、０８−０６で６０％であった。また、レ
ーザ・プラズマハイブリッド溶射では３５〜１３７％、
減圧プラズマ溶射後レーザ照射では８０〜８９％となっ
た。
ため、溶射原料粉末であるＮｉ被覆したＷＣ粒子を標準
試料とし、それとのＸ線回折ピークの強度比較で算定
し、結果を表３に示した。この方法では、非常に大ざっ
ぱな結果しか得られないが、溶射被膜の内の０８−０２
と０８−０３の測定結果で、共析率が１００％を越えて
いる。これは、減圧プラズマ溶射中にＮｉが蒸発し、相
対的にＷＣ比率が増えた結果、１００％を越える残存量
値となったものと考えられる。ＷＣ粒子共析率は０８−
０５で７５％、０８−０６で６０％であった。また、レ
ーザ・プラズマハイブリッド溶射では３５〜１３７％、
減圧プラズマ溶射後レーザ照射では８０〜８９％となっ
た。
【００２２】
【表３】
【００２３】通常行われているＷＣ−Ｎｉ粉末混合原料
の溶射被膜中での測定結果では、ハイブリッド溶射被膜
の場合のＷＣ粒子共析率は１〜２％程度であったが、本
発明におけるハイブリッド溶射被膜での共析率は、３５
〜１３７％と上昇し、本発明で形成した皮膜中には多量
のＷＣが共析していることが分かる。また、これらの結
果は断面組織観察やＥＰＭＡによる元素マップ分析結果
とも対応した結果となっている。
の溶射被膜中での測定結果では、ハイブリッド溶射被膜
の場合のＷＣ粒子共析率は１〜２％程度であったが、本
発明におけるハイブリッド溶射被膜での共析率は、３５
〜１３７％と上昇し、本発明で形成した皮膜中には多量
のＷＣが共析していることが分かる。また、これらの結
果は断面組織観察やＥＰＭＡによる元素マップ分析結果
とも対応した結果となっている。
【００２４】（６）往復摺動摩擦摩耗試験結果 使用した試験機の概略図を図５に、試験条件を表４に示
す。形成した被膜と共に、比較例として、減圧プラズマ
溶射Ｎｉ被膜（素材ＳＳ４１）、高周波焼入れ材（素材
Ｓ４５Ｃ）についても試験した。試験面は研磨紙並びに
ダイヤモンド砥石で表面粗度を整えて試験に供した。な
お、減圧プラズマ溶射後レーザ照射した被膜は、研磨中
に被膜剥離してしまい、摩耗試験ができなかった。
す。形成した被膜と共に、比較例として、減圧プラズマ
溶射Ｎｉ被膜（素材ＳＳ４１）、高周波焼入れ材（素材
Ｓ４５Ｃ）についても試験した。試験面は研磨紙並びに
ダイヤモンド砥石で表面粗度を整えて試験に供した。な
お、減圧プラズマ溶射後レーザ照射した被膜は、研磨中
に被膜剥離してしまい、摩耗試験ができなかった。
【００２５】
【表４】
【００２６】図５に示す試験機は、往復駆動装置１によ
って往復摺動される試料ホルダ２に試験片Ｔを取付け、
この試験片Ｔに、球ホルダ３により保持した相手材とし
ての球（５／１６ inch ）４を押しつけて試験を行うも
のである。なお、図中５は圧力センサである。摩擦試験
相手材の球としては、ＳＵＪ２（焼入れ）、ＳＵＳ４４
０Ｃタフトライド処理、Ｓｉ3 Ｎ4 （焼結）の３種類の
材料を用いた。これら摩耗試験の組合せを表５に示し
た。
って往復摺動される試料ホルダ２に試験片Ｔを取付け、
この試験片Ｔに、球ホルダ３により保持した相手材とし
ての球（５／１６ inch ）４を押しつけて試験を行うも
のである。なお、図中５は圧力センサである。摩擦試験
相手材の球としては、ＳＵＪ２（焼入れ）、ＳＵＳ４４
０Ｃタフトライド処理、Ｓｉ3 Ｎ4 （焼結）の３種類の
材料を用いた。これら摩耗試験の組合せを表５に示し
た。
【００２７】
【表５】
【００２８】（６）−１．摺動摩擦係数 ［組合せＡ］相手材がＳＵＪ−２（ＨＲｃ６２）の場合
の摩擦係数測定結果を図６に示す。摺動摩擦係数は、減
圧プラズマ溶射で形成したＷＣ粒子共析被膜の場合が、
μ＝０．１１〜０．１２であり、ハイブリッド溶射で形
成したＷＣ粒子共析被膜の場合が、μ＝０．１２〜０．
１３となった。また、比較例では、Ｎｉ溶射被膜がμ＝
０．１１程度、高周波焼入れ材（素材Ｓ４５Ｃ）がμ＝
０．０９程度となった。ＳｉＣ分散共析Ｎｉめっき被膜
との組合せがそうであるように、もっと硬い相手材、例
えば窒化処理ＳＵＳ球や硬質クロムめっき球を用いて試
験すれば、より低い摩擦係数が得られると考えられる。
また、摩耗試験片の仕上げを研磨紙で行ったが、共析し
ているＷＣ粒子が非常に硬いのでフラットな面が得られ
なかったことも、Ｓ４５Ｃ高周波焼入れ材と比較して摩
擦係数が高くなった原因であろう。
の摩擦係数測定結果を図６に示す。摺動摩擦係数は、減
圧プラズマ溶射で形成したＷＣ粒子共析被膜の場合が、
μ＝０．１１〜０．１２であり、ハイブリッド溶射で形
成したＷＣ粒子共析被膜の場合が、μ＝０．１２〜０．
１３となった。また、比較例では、Ｎｉ溶射被膜がμ＝
０．１１程度、高周波焼入れ材（素材Ｓ４５Ｃ）がμ＝
０．０９程度となった。ＳｉＣ分散共析Ｎｉめっき被膜
との組合せがそうであるように、もっと硬い相手材、例
えば窒化処理ＳＵＳ球や硬質クロムめっき球を用いて試
験すれば、より低い摩擦係数が得られると考えられる。
また、摩耗試験片の仕上げを研磨紙で行ったが、共析し
ているＷＣ粒子が非常に硬いのでフラットな面が得られ
なかったことも、Ｓ４５Ｃ高周波焼入れ材と比較して摩
擦係数が高くなった原因であろう。
【００２９】［組合せＢ］ＳＵＳ４４０Ｃタフト処理球
との組合せで測定した摩耗試験結果を、図７に示す。試
験片摺動面の仕上げを良くし、相手球としてＳＵＪ２よ
り硬いＳＵＳ４４０Ｃタフト材を用いると、摺動摩擦係
数はμ＝０．０９程度となり、Ｓ４５Ｃ高周波焼入れ材
と同等となるものもあった（０８−０２，０９−０
５）。しかし、０８−０６では試験中にかじりが発生
し、０９−０２では初期の摩擦係数が高くなった。Ｎｉ
の多い軟らかい面で試験すると、摩擦係数が高くなった
りかじりが発生し、ＷＣ粒子の多い面で試験すると、優
れた摺動性能が得られたと考えられる。
との組合せで測定した摩耗試験結果を、図７に示す。試
験片摺動面の仕上げを良くし、相手球としてＳＵＪ２よ
り硬いＳＵＳ４４０Ｃタフト材を用いると、摺動摩擦係
数はμ＝０．０９程度となり、Ｓ４５Ｃ高周波焼入れ材
と同等となるものもあった（０８−０２，０９−０
５）。しかし、０８−０６では試験中にかじりが発生
し、０９−０２では初期の摩擦係数が高くなった。Ｎｉ
の多い軟らかい面で試験すると、摩擦係数が高くなった
りかじりが発生し、ＷＣ粒子の多い面で試験すると、優
れた摺動性能が得られたと考えられる。
【００３０】［組合せＣ］Ｓｉ3 Ｎ4 球との組合せで測
定した摩耗試験結果を図１２に示す。ＷＣ共析被膜とＳ
ｉ3 Ｎ4 球との組合せでは、Ｓ４５Ｃ高周波焼入れ材の
摺動性能に匹敵する性能は得られなかった。硬質セラミ
ック同士の組合せでは優れた摺動性能は得られない。
定した摩耗試験結果を図１２に示す。ＷＣ共析被膜とＳ
ｉ3 Ｎ4 球との組合せでは、Ｓ４５Ｃ高周波焼入れ材の
摺動性能に匹敵する性能は得られなかった。硬質セラミ
ック同士の組合せでは優れた摺動性能は得られない。
【００３１】（６）−２．被膜の摩耗量 被膜の摩耗量は、表面粗度計にて摩耗痕の断面曲線を測
定し、摩耗体積を計算した。［組合せＡ］では、Ｎｉ溶
射被膜以外の被膜は摩耗痕があまりにも小さく、測定不
可能であった。なお、Ｎｉ溶射被膜の摩耗量は０．４ｍ
ｍ3 であった。［組合せＢ］では、全て摩耗痕が小さく
て測定不可能であった。［組合せＣ］では、０８−０６
の試料で０．０２３ｍｍ3 、０９−０２の試料で０．０
１８ｍｍ3 、０９−０５の試料で０．０６６ｍｍ3 とな
った。なお、［組合せＣ］においてのみ、ＷＣ粒子共析
被膜に摩耗痕が測定できる程度の摩耗が観察された。
定し、摩耗体積を計算した。［組合せＡ］では、Ｎｉ溶
射被膜以外の被膜は摩耗痕があまりにも小さく、測定不
可能であった。なお、Ｎｉ溶射被膜の摩耗量は０．４ｍ
ｍ3 であった。［組合せＢ］では、全て摩耗痕が小さく
て測定不可能であった。［組合せＣ］では、０８−０６
の試料で０．０２３ｍｍ3 、０９−０２の試料で０．０
１８ｍｍ3 、０９−０５の試料で０．０６６ｍｍ3 とな
った。なお、［組合せＣ］においてのみ、ＷＣ粒子共析
被膜に摩耗痕が測定できる程度の摩耗が観察された。
【００３２】（６）−３．相手球の摩耗量 ＳＵＪ２球の摩耗量（Ｖ）は、光学顕微鏡で摩耗痕直径
を測定し、次式により計算して求めた。結果を表６に示
す。 Ｖ＝πｄ4 ／６４ｒ ここで、ｄは摩耗痕直径、ｒは球半径である。
を測定し、次式により計算して求めた。結果を表６に示
す。 Ｖ＝πｄ4 ／６４ｒ ここで、ｄは摩耗痕直径、ｒは球半径である。
【００３３】
【表６】
【００３４】ＷＣ粒子共析被膜と組み合わせた相手球の
摩耗は、摺動摩擦係数が低い場合に少なく、高い場合に
多い結果となった。また、硬質材同士の組合せにおいて
は、摺動面の仕上げを良くするほど、摺動性に対しても
相手摩耗量に対しても有利である結果となった。ただ
し、Ｓ４５Ｃ高周波焼入れ材と比較すると、いずれの被
膜も相手攻撃性が大きかった。
摩耗は、摺動摩擦係数が低い場合に少なく、高い場合に
多い結果となった。また、硬質材同士の組合せにおいて
は、摺動面の仕上げを良くするほど、摺動性に対しても
相手摩耗量に対しても有利である結果となった。ただ
し、Ｓ４５Ｃ高周波焼入れ材と比較すると、いずれの被
膜も相手攻撃性が大きかった。
【００３５】以上の試験結果から、Ｎｉで被覆せずにた
だ単に硬質粒子を混合した粉末を溶射した場合、溶射被
膜中に残存する硬質粒子の量は、溶射用原料粉末に配合
した硬質粒子の量の１〜２％の量まで減少したのに対
し、Ｎｉで被覆した硬質粒子を溶射用原料粉末とした場
合、溶射被膜中に残存する硬質粒子の比率は極めて高い
ものになった。また、このようにＮｉで被覆し溶射した
被膜は硬質粒子を多く含有し、被膜の摩耗量は極めて少
なく、高い耐摩耗性と小さな摩擦係数を示すようにする
ことができた。
だ単に硬質粒子を混合した粉末を溶射した場合、溶射被
膜中に残存する硬質粒子の量は、溶射用原料粉末に配合
した硬質粒子の量の１〜２％の量まで減少したのに対
し、Ｎｉで被覆した硬質粒子を溶射用原料粉末とした場
合、溶射被膜中に残存する硬質粒子の比率は極めて高い
ものになった。また、このようにＮｉで被覆し溶射した
被膜は硬質粒子を多く含有し、被膜の摩耗量は極めて少
なく、高い耐摩耗性と小さな摩擦係数を示すようにする
ことができた。
【００３６】
【発明の効果】以上に詳述した本発明の方法によれば、
回転、摺動部の表面層に形成する硬質粒子分散型耐摩耗
性被膜を、厚膜で密着性に優れ、かつ高強度表面層を形
成するのに適した溶射法を用いて形成するに際し、炭化
物系硬質粒子の熱分解を可及的に抑制して耐摩耗性を高
めることができる。更に具体的には、本発明に基づい
て、ＷＣ等の炭化物系硬質粒子の表面をＮｉまたはＣｏ
で被覆して溶射することにより、そのＷＣ等が溶射中に
熱分解せず、被膜中に多量の硬質粒子を共析させること
が可能となり、そのようにして形成した低い摩擦係数で
高い耐摩耗性の被膜を回転、摺動部に適用することによ
り、機械、装置の寿命向上を測ることができる。
回転、摺動部の表面層に形成する硬質粒子分散型耐摩耗
性被膜を、厚膜で密着性に優れ、かつ高強度表面層を形
成するのに適した溶射法を用いて形成するに際し、炭化
物系硬質粒子の熱分解を可及的に抑制して耐摩耗性を高
めることができる。更に具体的には、本発明に基づい
て、ＷＣ等の炭化物系硬質粒子の表面をＮｉまたはＣｏ
で被覆して溶射することにより、そのＷＣ等が溶射中に
熱分解せず、被膜中に多量の硬質粒子を共析させること
が可能となり、そのようにして形成した低い摩擦係数で
高い耐摩耗性の被膜を回転、摺動部に適用することによ
り、機械、装置の寿命向上を測ることができる。
【００３７】また、減圧プラズマ溶射またはレーザ・プ
ラズマハイブリッド溶射法を用いることにより、減圧プ
ラズマ溶射後レーザ照射する方法などと比較して、被膜
密着性に優れた耐摩耗性被膜を形成させることができ
る。さらに、母材上に減圧プラズマ溶射またはレーザ・
プラズマハイブリッド溶射でＴｉのアンダーコートを行
うことにより、溶射被膜の被膜密着性をさらに向上させ
ることができる。
ラズマハイブリッド溶射法を用いることにより、減圧プ
ラズマ溶射後レーザ照射する方法などと比較して、被膜
密着性に優れた耐摩耗性被膜を形成させることができ
る。さらに、母材上に減圧プラズマ溶射またはレーザ・
プラズマハイブリッド溶射でＴｉのアンダーコートを行
うことにより、溶射被膜の被膜密着性をさらに向上させ
ることができる。
【００３８】
【図１】（Ａ）（Ｂ）は本発明の被膜形成方法を、
（Ｃ）は比較例の被膜形成方法を示す説明図である。
（Ｃ）は比較例の被膜形成方法を示す説明図である。
【図２】減圧プラズマ溶射によって得られた本発明に基
づく被膜の断面硬度分布を示すグラフである。
づく被膜の断面硬度分布を示すグラフである。
【図３】レーザ・プラズマハイブリッド溶射によって得
られた本発明に基づく被膜の断面硬度分布を示すグラフ
である。
られた本発明に基づく被膜の断面硬度分布を示すグラフ
である。
【図４】（Ａ）（Ｂ）は本発明に基づく被膜の、（Ｃ）
は比較例についてのＥＰＭＡ線分析結果を示すグラフで
ある。
は比較例についてのＥＰＭＡ線分析結果を示すグラフで
ある。
【図５】摺動摩擦試験装置の概略的構成を示す説明図で
ある。
ある。
【図６】表５中の［組合せＡ］の場合の摺動摩擦試験結
果を示すグラフである。
果を示すグラフである。
【図７】表５中の［組合せＢ］の場合の摺動摩擦試験結
果を示すグラフである。
果を示すグラフである。
【図８】表５中の［組合せＣ］の場合の摺動摩擦試験結
果を示すグラフである。
果を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (74)上記３名の代理人 弁理士 林 宏 （外２名） (72)発明者 志 村 洋 文 茨城県つくば市並木１丁目２番地 工業技 術院機械技術研究所内 (72)発明者 佐々木 信 也 茨城県つくば市並木１丁目２番地 工業技 術院機械技術研究所内 (72)発明者 黒 沢 一 吉 神奈川県平塚市大神2784 日本パーカライ ジング株式会社総合技術研究所内 (72)発明者 橋 本 孝 信 富山県富山市中田南２−26 株式会社不二 越内 (72)発明者 八 城 勇 一 千葉県我孫子市我孫子１ 日立精機株式会 社内
Claims (3)
- 【請求項１】母材表面に、溶射用原料粉末である炭化物
系硬質粒子表面をＮｉまたはＣｏで被覆して、減圧プラ
ズマ溶射あるいはレーザ照射を併用したレーザ・プラズ
マハイブリッド溶射を行い、溶射被膜中における炭化物
系硬質粒子含有量を増大させることを特徴とする硬質粒
子分散型耐摩耗被膜の形成方法。 - 【請求項２】請求項１に記載の硬質粒子分散型耐摩耗被
膜の形成方法において、炭化物系硬質粒子として、Ｓｉ
ＣまたはＷＣの粒子を用いることを特徴とする硬質粒子
分散型耐摩耗被膜の形成方法。 - 【請求項３】請求項１または２に記載の硬質粒子分散型
耐摩耗被膜の形成方法において、減圧プラズマ溶射ある
いはレーザ照射を併用したレーザ・プラズマハイブリッ
ド溶射により母材上にＴｉをアンダーコートし、溶射被
膜の母材との密着性を高めることを特徴とする硬質粒子
分散型耐摩耗被膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6085873A JPH0853747A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | 硬質粒子分散型耐摩耗被膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6085873A JPH0853747A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | 硬質粒子分散型耐摩耗被膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0853747A true JPH0853747A (ja) | 1996-02-27 |
Family
ID=13871022
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6085873A Pending JPH0853747A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | 硬質粒子分散型耐摩耗被膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0853747A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107322134A (zh) * | 2017-05-24 | 2017-11-07 | 苏州优霹耐磨复合材料有限公司 | 用于调控碳化钨颗粒于堆焊层中分布的方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5524946A (en) * | 1978-08-08 | 1980-02-22 | Awamura Kinzoku Kogyo Kk | Tungsten carbide frame coating material |
| JPS60100657A (ja) * | 1983-11-08 | 1985-06-04 | Toshiba Corp | 金属の表面処理法 |
| JPS63100166A (ja) * | 1986-10-16 | 1988-05-02 | Nikon Corp | 溶射材料 |
| JPH0261049A (ja) * | 1988-08-26 | 1990-03-01 | Babcock Hitachi Kk | クロム炭化物系溶射材料 |
| JPH04139084A (ja) * | 1990-09-29 | 1992-05-13 | Agency Of Ind Science & Technol | 表面被覆炭素材料の製造方法 |
-
1994
- 1994-03-31 JP JP6085873A patent/JPH0853747A/ja active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5524946A (en) * | 1978-08-08 | 1980-02-22 | Awamura Kinzoku Kogyo Kk | Tungsten carbide frame coating material |
| JPS60100657A (ja) * | 1983-11-08 | 1985-06-04 | Toshiba Corp | 金属の表面処理法 |
| JPS63100166A (ja) * | 1986-10-16 | 1988-05-02 | Nikon Corp | 溶射材料 |
| JPH0261049A (ja) * | 1988-08-26 | 1990-03-01 | Babcock Hitachi Kk | クロム炭化物系溶射材料 |
| JPH04139084A (ja) * | 1990-09-29 | 1992-05-13 | Agency Of Ind Science & Technol | 表面被覆炭素材料の製造方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107322134A (zh) * | 2017-05-24 | 2017-11-07 | 苏州优霹耐磨复合材料有限公司 | 用于调控碳化钨颗粒于堆焊层中分布的方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19970218 |