JPH1068034A - 被膜用のニッケルが主成分である粉末状又はワイヤ状の材料並びに被膜の形成方法および使用方法 - Google Patents

被膜用のニッケルが主成分である粉末状又はワイヤ状の材料並びに被膜の形成方法および使用方法

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JPH1068034A
JPH1068034A JP9167380A JP16738097A JPH1068034A JP H1068034 A JPH1068034 A JP H1068034A JP 9167380 A JP9167380 A JP 9167380A JP 16738097 A JP16738097 A JP 16738097A JP H1068034 A JPH1068034 A JP H1068034A
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ゲーリー・ロバート・ヒース
Peter Dr Heimgartner
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Ingo Kretschmer
インゴ・クレツマー
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高度の耐蝕性および耐摩耗性を備えた被膜を
形成する為の材料を得る。 【解決手段】 高度の耐蝕性および耐摩耗性を備えた被
膜を熱コーティング法により形成する為のニッケルを主
成分とする粉末状又はワイヤ状の材料であっては、下記
の重量％での化学組成を持つ。 Ｃ 0.005 ないし 1.0; Ｃｒ 10.0 ないし 26.0; Ｍｏ 8.0 ないし 20.0; Ｆｅ 0.1 ないし 10.0; Ｓｉ 3.0 ないし 7.0; Ｂ 1.0 ないし 4.0; Ｃｕ 0.1 ないし 5.0; Ｎｉ 残部。 粉末状の材料は、合金化されて溶けた状態で吹きつけら
れるか、または各種の合金および非合金の粉体が凝結さ
れる。被膜材料は溶接ワイヤ、又は合金化されて鋳造さ
れた棒材の形状で使用することが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば熱溶射、プ
ラズマパウダ肉盛り溶接又はアーク溶接の如き熱コーテ
ィング方法（thermal coating process ）により、高度
の耐蝕性と耐摩耗性とを備えた被膜を形成する為のニッ
ケルを主成分とする粉末状、又はワイヤ状の材料に関す
るものである。本発明はまた、かかる材料で被膜を形成
する方法およびかかる被膜の使用方法に関するものでも
ある。
【０００２】
【従来の技術】耐蝕性および耐摩耗性を与える為に、ク
ロムおよびモリブデンが添加されたニッケルを主成分と
する合金の使用は以前から知られていて、多くの工業分
野に於いて熱溶射および溶接に用いられて成功してい
る。
【０００３】例えば米国特許公開第 4 325 995号は、ク
ロム、モリブデン、ホウ素、ケイ素および他の成分の如
き添加物を含むニッケルを主成分とする比較的多くの合
金を記載している。米国特許公開第 3 999 952号にも
又、ホウ素（Ｂ）を５から１５重量％、クロム（Ｃｒ）
を５から５０重量％、モリブデン（Ｍｏ）を１から５０
重量％、および鉄（Ｆｅ）を２０から９６重量％の範囲
を成分として含み、これに更にニッケル（Ｎｉ）を１か
ら５０重量％の割合で追加的に含む合金が開示されてい
る。
【０００４】上記の２種の明細書又はドイツ特許公開第
25 56 960号およびドイツ特許公開第 38 23 140号を検
討すると、それらが主としてコーティング、又は焼結体
の製造を考察していることが判る。これらの公知の合金
に関しては、それらの高い耐蝕性が注目を惹く。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術をベース
として発明者は、この種の合金成分を更に大幅に改善
し、特にその耐摩耗性および耐蝕性を従来のレベルを越
えて高めることをその目的としている。この目的は、独
立請求項の教示により果たされ、従属請求項は有利な構
成を定めている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、合金の
製造、およびそれを用いた耐摩耗性および耐蝕性が公知
の合金の特性を大幅に上回る被膜の形成が実際に可能で
ある。これは添加元素モリブデン、クロム、炭素、ホウ
素およびケイ素に、特定の合金化範囲で、特に下記の範
囲で銅を加えることにより実際に果たすことが出来る
（下記の数字は何れも重量％）。 Ｃ 0.005 ないし 1.0; Ｃｒ 10.0 ないし 26.0; Ｍｏ 8.0 ないし 20.0; Ｆｅ 0.1 ないし 10.0; Ｓｉ 3.0 ないし 7.0; Ｂ 1.0 ないし 4.0; Ｃｕ 0.1 ないし 5.0; Ｎｉ 残部， 特に、 Ｃ 0.01 ないし 0.5; Ｃｒ 14.0 ないし 20.0; Ｍｏ 10.0 ないし 18.0; Ｆｅ 0.5 ないし 5.0; Ｓｉ 4.0 ないし 6.5; Ｂ 1.5 ないし 3.5; Ｃｕ 1.0 ないし 4.0; Ｎｉ 残部， 或いは、 Ｃ 0.05 ないし 0.3; Ｃｒ 15.0 ないし 18.0; Ｍｏ 12.0 ないし 16.0; Ｆｅ 2.0 ないし 4.0; Ｓｉ 4.5 ないし 5.5; Ｂ 2.0 ないし 3.0; Ｃｕ 2.0 ないし 3.0; Ｎｉ 残部。
【０００７】被膜材料は、粉末状で用いるのが好まし
く、又その際Ni-B-Si-粉末および／又はNi-Cr-B-Si-粉
末と混合することも出来る。
【０００８】本発明は又、ワーク上に高度の耐蝕性と耐
摩耗性とを備えた被膜を施す為に、本発明による材料を
用いる熱コーティング方法による形成方法をも包含す
る。この形成方法では、粉末状の被膜材料は合金化され
て溶けた状態で吹きつけられるか、又は各種の合金と非
合金の粉体から凝結される。
【０００９】さらに、被膜材料が溶接ワイヤ（filling
wire）、或いは合金化されて鋳造された棒材の形状で用
いられることが望ましいことも判明した。
【００１０】本発明による材料を用いた処理は、プラズ
マパウダ肉盛り溶接方法、その後に続く融合を伴った火
炎溶射方法、特に高速火炎溶射方法、アーク２本ワイヤ
溶射方法、又はアーク溶接方法のような熱溶射により実
施される。
【００１１】テストの結果によれば、上述の方法で形成
された被膜は、高温保護層、耐蝕層および耐摩耗層とし
て好適に使用できることが明らかになっている。上記の
保護層は、化学工業又は製薬工業、製紙工業、ガラス工
業、又はプラスチック加工工業に於ける摩耗と腐蝕に対
する保護に役立つ。
【００１２】本発明のさらなる利点、特徴および詳細
は、下記の好ましい実施例から明らかであろう。
【００１３】
【実施例】
実施例１ 製紙工業に於ける撹拌機の著しい表面の腐蝕を蒙ってい
たシャフト保護スリーブ、又はブシュは、高い耐摩耗性
と耐蝕性とを与えることの出来る自己流動性（self-flo
wing）の粉末状合金を火炎溶射した後に融合させる方法
で被膜が施されねばならなかった。用いられた合金の化
学組成（重量％）は、下記の通りであった。Ｃ
0.1;Ｃｒ 16.5;Ｍｏ 13.2;Ｆｅ 4.5;Ｂ
3.5;Ｓｉ 5.0;Ｃｕ 1.5;Ｎｉ 残部。
【００１４】腐蝕面をクリーニングし、削り落とした後
に粒径の範囲が0.3から0.6mmの間の鋼玉を噴射すること
により調整された後に、ガス火炎溶射トーチ（autogeno
us flame spray torch）を用いてその上に1.4mmの厚み
の層が溶射された。溶射処理の後に、その層は融合用ガ
ストーチ（autogenous fusing-in）により融合処理を施
され、次に亀裂が生じるのを防止する為にゆっくりと冷
却された。
【００１５】室温に迄冷却された後に、被覆されたシャ
フト保護スリーブ又はブシュは、旋削および研削により
表面の粗さが３μmRaになる如く加工された。層の表面
に傷は認められなかった。
【００１６】被覆されない保護スリーブ、又はブシュに
対して判明している最大運転時間の経過後に、上記の如
く被覆されたスリーブ、又はブシュは分解された。被膜
をチェックしたところでは、その時点で腐蝕を認めるこ
とは出来なかった。
【００１７】実施例２ 化学装置のポンプの主軸は、中に含まれた媒体および沈
降した塩の結晶のために極めて苛酷な腐蝕と摩耗作用を
蒙り、約２週間で取り替える必要があった。この余りに
も短い動作寿命を被膜により延長することが試みられ
た。構成部品は熱に比較的敏感である為に、層は融合工
程を用いることなしに施さねばならなかった。この為
に、高速火炎溶射（HVOF）が被膜形成方法に選ばれた。
この被膜に用いられた粉末状の溶射材料の化学組成（重
量％）は、下記の通りであった。Ｃ 0.4;Ｃｒ
18.2;Ｍｏ 16.1;Ｆｅ 4.1;Ｂ 2.1;Ｓｉ
5.5;Ｃｕ 3.0;Ｎｉ 残部。
【００１８】被膜が施される表面をシリコンカーバイド
の噴射により調整した後に、選ばれた粉末状溶射材料を
使用するHVOFガンにより、0.3mmの厚みの層が被覆され
た。被膜形成中の組成物の温度は80℃であった。
【００１９】主軸上に施されて仕上げられた層の厚みは
0.2mmで、表面の品質は極めて高かった。運転テストで
は、主軸の有効寿命は、被膜を施されたことにより３倍
に延びたことが判明した。
【００２０】実施例３ 精糖業におけるスライド弁は摩耗が激しい為に、封止面
に損傷が生じる度に頻繁に取り替えられねばならなかっ
た。メンテナンスコストを引き下げる為に摩耗と腐蝕と
に対する抵抗を高めることの出来る被膜が、移動するア
ークを利用するプラズマパウダ肉盛り溶接方法（PTA）
により施され、粉末状の被膜材料は、下記の化学組成
（重量％）を持つことが示唆された。Ｃ 0.25;Ｃ
ｒ 20.5;Ｍｏ 18.5;Ｆｅ 1.0;Ｂ 1.5;
Ｓｉ 4.0;Ｃｕ 2.0;Ｎｉ 残部。
【００２１】PTA-コーティング処理には130-150Aの電流
が用いられ、粉末の使用率は1.5kg/時であった。使用し
たプラズマガスはアルゴン／水素であり、保護ガスはア
ルゴンであった。肉盛り溶接により施された層は、厚み
が4.0mmであり、これが3.0mmに仕上げられ、クリーニン
グで空隙や傷を伴わぬ封止面が得られた。その後の使用
の際に、運用寿命が大幅に延びたことが認められた。
【００２２】実施例４ 精糖工場では、フランジの内側が、その一側面において
著しい摩耗と腐蝕に侵されることが判明した。構成部品
が比較的大きい為に、コーティング作業は設置されたま
まの状態で行わねばならなかった。被膜形成方法には、
保護ガス溶接方法（MIG）が用いられ、それには、直径
が1.6mmで、その化学組成（重量％）は下記の通りであ
る溶接ワイヤが使用された。Ｃ 0.25;Ｃｒ 1
8.0;Ｍｏ 13.0;Ｆｅ 4.2;Ｂ 1.5;Ｓｉ
3.0;Ｃｕ 2.5;Ｎｉ 残部。
【００２３】MIG溶接後に被膜を施された部分は仕上げ
られて、装置の運転が再開された。この処理が施された
部分では、長時間の運転後でさえも、摩耗による問題は
生じなかった。
【００２４】実施例５ 直径が2.5mで3.0mの深さを持つ製紙工場でのセルロース
溶液用の中間貯蔵コンテナが、腐蝕から守られねばなら
なかった。コンテナのサイズから見て、コーティング作
業によるその使用の停止を余儀なくされる時間を短縮さ
せる為に、溶射材料の処理能力が比較的高い２本ワイヤ
電気アーク溶射方法が考えられた。用いられた溶射添加
材料は、直径が1.6mmの溶接ワイヤであった。溶射によ
り施された層の化学組成（重量％）は、下記の通りであ
った。Ｃ 0.5;Ｃｒ 17.0;Ｍｏ 15.2;Ｆｅ
3.0;Ｂ 2.5;Ｓｉ 4.5;Ｃｕ 3.0;Ｎ
ｉ 残部。
【００２５】被膜が施されるべき表面の調整は、粒径
（grain size）が0.6から0.8mmの鋼玉を噴射することに
より行われた。その直後に、表面には溶射ガンの移動に
より、半自動的に溶射が施された。溶射のパラメータ
は、下記の通りであった。 電流の強さ 200A； 電圧 32V； 噴霧空気の圧力 4.5bar； 溶射材料の処理能力 8kg/時； 溶射距離 200から250mm。
【００２６】溶射により得られた層の厚みは、1.2mmで
あった。得られた層の表面を平滑にする為に、コーティ
ング作業後に表面は軽く研削された。仕上げられた層に
は、傷や亀裂は見当たらなかった。処理の結果は、極め
て満足し得るものであったが、然し今迄のところ長期の
使用結果は出ていない。

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 下記の化学組成（重量％）であり、熱コ
    ーティング方法によって高度の耐蝕性と耐摩耗性とを備
    えた層を形成するニッケルを主成分とする粉末状又はワ
    イヤ状の材料。 Ｃ 0.005 ないし 1.0; Ｃｒ 10.0 ないし 26.0; Ｍｏ 8.0 ないし 20.0; Ｆｅ 0.1 ないし 10.0; Ｓｉ 3.0 ないし 7.0; Ｂ 1.0 ないし 4.0; Ｃｕ 0.1 ないし 5.0; Ｎｉ 残部。
  2. 【請求項２】 請求項１に於いて、粉末状又はワイヤ状
    である前記材料が下記の範囲内の化学組成（重量％）を
    持つことを特徴とする材料。 Ｃ 0.01 ないし 0.5; Ｃｒ 14.0 ないし 20.0; Ｍｏ 10.0 ないし 18.0; Ｆｅ 0.5 ないし 5.0; Ｓｉ 4.0 ないし 6.5; Ｂ 1.5 ないし 3.5; Ｃｕ 1.0 ないし 4.0; Ｎｉ 残部。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２に於いて、粉末状又はワ
    イヤ状である前記材料が下記の範囲内の化学組成（重量
    ％）を持つことを特徴とする材料。 Ｃ 0.05 ないし 0.3; Ｃｒ 15.0 ないし 18.0; Ｍｏ 12.0 ないし 16.0; Ｆｅ 2.0 ないし 4.0; Ｓｉ 4.5 ないし 5.5; Ｂ 2.0 ないし 3.0; Ｃｕ 2.0 ないし 3.0; Ｎｉ 残部。
  4. 【請求項４】 請求項１ないし３の何れかに於いて、粉
    末状の前記材料がNi-B-Si-粉末および／又はNi-Cr-B-Si
    -粉末と混合されていることを特徴とする材料。
  5. 【請求項５】 請求項１ないし３の何れかに於いて、特
    に自己流動性の粉末状合金を用いた火炎溶射およびその
    後に続く融合に用いる下記の化学組成（重量％）を持つ
    ことを特徴とする材料。Ｃ 約 0.1;Ｃｒ 約16.5;Ｍ
    ｏ 約13.2;Ｆｅ 約 4.5;Ｓｉ 約 5.0;Ｂ 約 3.5;
    Ｃｕ 約 1.5;Ｎｉ 残部。
  6. 【請求項６】 請求項１ないし３の何れかに於いて、粉
    末状であり、特に高速火炎溶射に用いる下記の化学組成
    （重量％）を持つことを特徴とする材料。Ｃ 約 0.
    4;Ｃｒ 約18.2;Ｍｏ 約16.1;Ｆｅ 約 4.1;Ｓｉ 約
    5.5;Ｂ 約 2.1;Ｃｕ 約 3.0;Ｎｉ 残部。
  7. 【請求項７】 請求項１ないし３の何れかに於いて、粉
    末状であり、特に移動アークを利用したプラズマパウダ
    肉盛り溶接方法に用いる下記の化学組成（重量％）を持
    つことを特徴とする材料。Ｃ 約 0.25;Ｃｒ 約20.
    5;Ｍｏ 約18.5;Ｆｅ 約 1.0;Ｓｉ 約 4.0;Ｂ 約
    1.5;Ｃｕ 約 2.0;Ｎｉ 残部。
  8. 【請求項８】 請求項１ないし３の何れかに於いて、溶
    接ワイヤ状であり、特に保護ガス溶接方法に用いる下記
    の化学組成（重量％）を持つことを特徴とする材料。Ｃ
    約 0.25;Ｃｒ 約18.0;Ｍｏ 約13.0;Ｆｅ 約 4.
    2;Ｓｉ 約 3.0;Ｂ 約 1.5;Ｃｕ 約 2.5;Ｎｉ 残
    部。
  9. 【請求項９】 請求項１ないし３の何れかに於いて、溶
    接ワイヤ状であり、特に２本ワイヤアーク溶射方法を用
    いて層を形成する下記の化学組成（重量％）を持つこと
    を特徴とする材料。Ｃ 0.5;Ｃｒ 17.0;Ｍｏ
    15.2;Ｆｅ 3.0;Ｓｉ 4.5;Ｂ 2.5;Ｃｕ
    3.0;Ｎｉ 残部。
  10. 【請求項１０】 請求項１ないし９の何れかに記載の材
    料を用いた熱コーティング方法によりワーク上に被覆さ
    れる高度の耐蝕性と耐摩耗性とを備えた被膜の形成方法
    であって、粉末状の被膜材料が合金化されて溶けた状態
    で吹きつけられることを特徴とする被膜の形成方法。
  11. 【請求項１１】 請求項１ないし９の何れかに記載の材
    料を用いた熱コーティング方法によりワーク上に被覆さ
    れる高度の耐蝕性と耐摩耗性とを備えた被膜の形成方法
    であって、粉末状の被膜材料が各種の合金および非合金
    の粉体から凝結されることを特徴とする被膜の形成方
    法。
  12. 【請求項１２】 請求項１０又は１１に於いて、粉末状
    の材料がNi-B-Si-粉末および／又はNi-Cr-B-Si-粉末と
    混合されることを特徴とする被膜の形成方法。
  13. 【請求項１３】 請求項１ないし９の何れかに記載の材
    料を用いた熱コーティング方法によりワーク上に被覆さ
    れる高度の耐蝕性と耐摩耗性とを備えた被膜の形成方法
    であって、被膜材料が溶接ワイヤ又は合金化されて鋳造
    された棒材の形状で用いられることを特徴とする被膜の
    形成方法。
  14. 【請求項１４】 請求項１ないし９の何れかに記載の材
    料を用いて、特に請求項１０または１１の形成方法を実
    行するにあたり、熱溶射を行う被膜の形成方法。
  15. 【請求項１５】 請求項１４に於いて、ワークがプラズ
    マパウダ肉盛り溶接方法により被覆されることを特徴と
    する被膜の形成方法。
  16. 【請求項１６】 請求項１４に於いて、ワークが火炎溶
    射方法およびその後に続く融合処理により被覆されるこ
    とを特徴とする被膜の形成方法。
  17. 【請求項１７】 請求項１４に於いて、ワークが火炎溶
    射方法、特に高速火炎溶射方法により被覆されることを
    特徴とする被膜の形成方法。
  18. 【請求項１８】 請求項１４に於いて、ワークがアーク
    ２本ワイヤ溶射方法により被覆されることを特徴とする
    被膜の形成方法。
  19. 【請求項１９】 請求項１４に於いて、ワークがアーク
    溶接方法により被覆されることを特徴とする被膜の形成
    方法。
  20. 【請求項２０】 請求項１ないし９の少なくとも一つに
    記載の高度の耐蝕性と耐摩耗性とを備えたニッケルを主
    成分とする合金材料を用いた熱コーティング方法および
    ／又は請求項１０ないし１９の少なくとも一つに記載の
    方法により形成れた被膜を、高温保護層として用いる被
    膜の使用用法。
  21. 【請求項２１】 請求項１ないし９の少なくとも一つに
    記載の高度の耐蝕性と耐摩耗性とを備えたニッケルを主
    成分とする合金材料を用いた熱コーティング方法および
    ／又は請求項１０ないし１９の少なくとも一つに記載の
    方法により作られた被膜を、耐蝕層として用いる被膜の
    使用用法。
  22. 【請求項２２】 請求項１ないし９の少なくとも一つに
    記載の高度の耐蝕性と耐摩耗性とを備えたニッケルを主
    成分とする合金材料を用いた熱コーティング方法および
    ／又は請求項１０ないし１９の少なくとも一つに記載の
    方法により作られた被膜を、耐摩耗層として用いる被膜
    の使用用法。
  23. 【請求項２３】 請求項２０ないし２２の何れかに於い
    て、化学又は製薬工業に於ける摩耗と腐蝕に対する保護
    用に被膜を使用する被膜の使用方法。
  24. 【請求項２４】 請求項２０ないし２２の何れかに於い
    て、製紙工業に於ける摩耗と腐蝕に対する保護用に被膜
    を使用する被膜の使用方法。
  25. 【請求項２５】 請求項２０ないし２２の何れかに於い
    て、ガラス工業に於ける摩耗と腐蝕に対する保護用に被
    膜を使用する被膜の使用方法。
  26. 【請求項２６】 請求項２０ないし２２の何れかに於い
    て、プラスチック加工工業に於ける摩耗と腐蝕の防止用
    に被膜を使用する被膜の使用方法。
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