JPH11200007A - 溶射方法 - Google Patents

溶射方法

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JPH11200007A
JPH11200007A JP815898A JP815898A JPH11200007A JP H11200007 A JPH11200007 A JP H11200007A JP 815898 A JP815898 A JP 815898A JP 815898 A JP815898 A JP 815898A JP H11200007 A JPH11200007 A JP H11200007A
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JP
Japan
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thermal
base material
coating
spraying
spraying method
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JP815898A
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English (en)
Inventor
Masahiro Hiraishi
正廣 平石
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NIPPON YUTEKU KK
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NIPPON YUTEKU KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 硬質クロームめっきや既存のHVOF法にわ
って、割れや剥離の発生がなく、母材に対する密着力が
きわめて優れた機能皮膜を得ることができる溶射法を提
供する。 【解決手段】 母材の表面に超高速フレーム溶射法(H
P/HVOF法)によりタングステンカーバイトもしく
はクロームカーバイト合金の粉末を溶射して、皮膜厚み
が0.10〜2.0mm、気孔率が0.1%以下、ビッ
カース硬さが850〜1,450の機能皮膜を形成す
る。超高速フレーム溶射法は、燃焼に酸素と灯油とを用
いて燃焼チャンバーの圧力を120psi程度まで高く
して、2,100m/secという高フレーム速度で溶
射を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面改質方法もし
くは表面硬化処理方法のひとつである溶射方法に関し、
さらに詳しくは、各種産業機械や建設機械あるいは自動
車部品等の母材表面に耐摩耗性、耐腐食性、耐熱性を付
与するために保護皮膜として溶射による機能皮膜を形成
する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】炭素鋼やステンレス鋼等の母材表面に耐
摩耗性や耐腐食性を付与するための表面改質方法の代表
的なものとして、硬質クロームめっきのほか、HVOF
法(Higy Velocity Oxy−Fuel)
等の高速フレーム溶射法により母材表面に自溶性金属等
を溶射した上でその溶射表面を溶融(ヒュージング)処
理する方法が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前者の硬質クロームめ
っき法は、周知のように電気分解により母材表面に皮膜
を形成するもので、特に耐腐食性と仕上がりの美しさに
特徴があるものの、母材に対する皮膜の密着力が必ずし
も十分でないばかりでなく、廃液処理にコストがかか
り、全体としてのコストの低減に限界がある。
【0004】特に、上記の皮膜密着力の不十分さは、母
材が例えば鉄系ベースのダクタイル鋳鉄や鋳物である場
合に顕著であり、また、硬質クロームめっきの皮膜を厚
くすると内部応力によってマイクロクラックと称される
微小な割れが多く発生し、このマイクロクラックは皮膜
の残留応力を解放する上で有利に作用する一方で、場合
によっては上記のマイクロクラックが表層から母材まで
達してしまうことがあり、その結果として皮膜密着力の
低下とともに皮膜剥離や急激な耐腐食性の低下をもたら
すこととなって好ましくない。
【0005】さらに、特定のワークの一部分にのみ硬質
クロームめっきを施す場合であっても、通常はそのワー
ク全体をめっき槽に浸漬しなければならないことから、
めっきが不要な部分まで処理されてしまうことになり、
経済的でない。
【0006】一方、溶射溶着による後者のタイプのもの
では、その特殊性として溶射粒子の引っ張り応力によっ
て溶射皮膜が形成されるために、その溶射皮膜の密着強
度や硬度が低く割れの原因となりやすい。特に、高硬度
の金属を厚く溶射すると、冷却時に溶射皮膜に割れが発
生し、したがって長期使用に耐え得るような必要十分な
厚さの機能皮膜を形成することは困難であった。
【0007】本発明は以上のような課題に着目してなさ
れたもので、とりわけ従来の硬質クロームめっきや既存
の溶射法に代わって高性能な機能皮膜を容易に得られる
ようにした溶射方法を提供しようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、所定の母材の表面に予めブラスト処理を施した上、
その母材表面にタングステンカーバイト合金もしくはク
ロームカーバイト合金の粉末を超高速フレーム溶射法に
より溶射して、皮膜厚みが0.10〜2.0mm、気孔
率が0.1%以下、ビッカース硬さが850〜1,45
0の機能皮膜を形成することを特徴としている。
【0009】また、請求項2に記載の発明は、上記のブ
ラスト処理の代えて、錆や油脂の除去を目的とした洗浄
処理を施すことを特徴としている。
【0010】ここで、上記の超高速フレーム溶射法はH
P/HVOF法(High Pressure/Hig
h Velocity Oxy−Fuel)と呼ばれる
もので、高燃焼圧力、高ガス流速、高速粒子の溶射法で
あるところに特徴がある。すなわち、HP/HVOF法
は、基本的には既存のHVOF法の改良型ではあるが、
HVOF法と異なる点は、HVOF法では気体燃料(プ
ロパン、プロピレンあるいは水素)を使用しているのに
対して、HP/HVOF法では液体燃料である灯油(も
しくはケロシン)を使用することで、連続高燃焼圧(1
20〜130psi程度でHVOF法の約1.5倍)を
可能とし、その圧力で2,100m/sec程度という
高フレーム速度を達成して、高粒子速度で溶射材料を溶
射するものである。
【0011】したがって、請求項1,2に記載の発明で
は、溶射皮膜である機能皮膜は、ビッカース硬さで85
0〜1,450という高硬度もさることながら、気孔率
が0.1%以下であって、空孔のほとんどない緻密な組
織であることから、溶射したままでもその皮膜表面は優
れた平滑性を有しており、フュージング等の処理を一切
必要としない。
【0012】また、特筆すべきことは、HP/HVOF
法で溶射された機能皮膜の母材に対する密着強度が1
0,000psi(700kgf/cm2)以上ときわ
めて高いことであり、皮膜厚みが0.10〜2.0mm
程度であればその剥離や割れの発生は全くない。これ
は、公知のHVOF法等による溶射皮膜が引張応力で形
成された引張皮膜であるのに対して、HP/HVOF法
の溶射皮膜は圧縮応力で形成されるいわゆる圧縮皮膜で
あるためで、その皮膜自体の残留応力も圧縮応力である
が故に、母材に対して皮膜が高張力と高密着性とを有し
ていることになる。
【0013】
【発明の効果】請求項1,2に記載の発明によれば、所
定の母材の表面に予めブラスト処理もしくは洗浄処理を
施した上、その母材表面にタングステンカーバイト合金
もしくはクロームカーバイト合金の粉末を超高速フレー
ム溶射法により溶射して、皮膜厚みが0.10〜2.0
mm、気孔率が0.1%以下、ビッカース硬さが850
〜1,450の機能皮膜を形成するようにしたものであ
る。したがって、割れや剥離等の発生がなく、母材に対
する皮膜密着力および耐久性にきわめて優れた機能皮膜
を容易に得ることができ、また、従来の硬質クロームめ
っきのように廃液処理の問題も生じないので、コストの
低減も併せて達成できる効果がある。
【0014】
【発明の実施の形態】炭素鋼、ステンレス鋼あるいはア
ルミニウム等からなる母材の表面の錆、油脂あるいは黒
皮等の除去を目的として、前処理である洗浄処理を施す
とともに、ブラスト処理を施し、そのブラスト処理後の
母材表面に、前述したHP/HVOF法により溶射を施
して溶射皮膜であるところの機能皮膜を形成する。この
場合、溶射に先立つ母材の予熱は必ずしも必要ではな
く、予熱する場合には90℃前後で行う。
【0015】溶射皮膜となる粉末材料としては、タング
ステンカーバイトもしくはクロームカーバイトを主成分
として、これにコバルト、ニッケル、自溶性合金、クロ
ームのうちのいずれかを単独もしくは複数加えたものを
用い、この粉末を溶射ガンのチャンバ内における酸素と
灯油との燃焼炎中に搬送ガスとともに送り込むととも
に、その粉末粒子を飛行させ、高衝突エネルギにより母
材の表面に積層して溶射皮膜を形成する。
【0016】より具体的には、タングステンカーバイト
(88%)+コバルト(12%)、タングステンカーバ
イト(83%)+コバルト(17%)、タングステンカ
ーバイト(50%)+自溶性合金(50%)、タングス
テンカーバイト(86%)+コバルト(10%)+クロ
ーム(4%)、タングステンカーバイト(73%)+ク
ローム(20%)+ニッケル(7%)、クロームカーバ
イト(85%)+クローム(10%)+ニッケル(5
%)、クロームカーバイト(80%)+クローム(15
%)+ニッケル(5%)、クロームカーバイト(75
%)+クローム(20%)+ニッケル(5%)のうちの
いずれかの組成のものを上記の溶射材料として用いて溶
射を行う。なお、上記の合金粉末の粒子の大きさはいず
れの場合にも53ミクロン〜10ミクロン程度とする。
【0017】HP/HVOF法の溶射皮膜は、HVOF
法等のものと異なり圧縮皮膜として形成されるために、
その溶射皮膜の膜厚は10mm以上まで可能であるが、
割れ等を考慮すると0.05mm〜2.50mm程度、
より望ましくは0.10mm〜2.0mm程度とする。
そして、このHP/HVOF法による溶射皮膜の特殊性
として、気孔率が0.1%以下ときわめて緻密な組織が
形成され、同時にその皮膜硬度もビッカース硬さで85
0〜1,450にも及ぶ。
【0018】ここで、クロームカーバイト合金の溶射皮
膜を0.3mm以上の皮膜厚みで形成する場合には、ボ
ンド材として、タングステンカーバイト(50%)+コ
バルト(50%)の複合合金粉末を50μm程度の皮膜
厚みで溶射し、その皮膜の上に上記クロームカーバイト
合金の粉末を溶射して、実質的に二層構造とすることも
ある。
【0019】したがって、本発明方法によって形成され
る機能皮膜は、例えば自動車部品の断熱皮膜あるいはそ
の下地層、さらには高温化で使用されるロールの表面保
護層としてきわめて有効性が高い。
【0020】本発明方法によって得られた溶射皮膜(機
能皮膜)と硬質クロームめっきの皮膜とについてその特
性を比較すると、表1のようになる。
【0021】マイクロビッカース硬さは、マイクロビッ
カース硬さ計にて300gの負荷を用いて試験を行った
場合の結果である。
【0022】摩耗量の計測は、乾式アブレシブ摩耗テス
トにより実際の摩耗量の重量を計測したもので、値が小
さいほど耐摩耗性に優れていることになる。ここでは、
硬質クロームめっきの皮膜を1.0としてこれを基準に
他の値と比較した。表1から明らかなように、硬質クロ
ームめっき皮膜に対して、タングステンカーバイト溶射
皮膜が5倍、クロームカーバイト溶射皮膜が2.5倍優
れていることになる。
【0023】また、摩耗率の計測は、油スラリ中に摩耗
剤を入れた特殊なテストで、上記と同様に、硬質クロー
ムめっき皮膜の値を基準とした場合に、タングステンカ
ーバイト溶射皮膜が5倍、クロームカーバイト溶射皮膜
が2.5倍それぞれ優れていることになる。
【0024】
【表1】

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定の母材の表面に予めブラスト処理を
    施した上、その母材表面にタングステンカーバイト合金
    もしくはクロームカーバイト合金の粉末を超高速フレー
    ム溶射法により溶射して、皮膜厚みが0.10〜2.0
    mm、気孔率が0.1%以下、ビッカース硬さが850
    〜1,450の機能皮膜を形成することを特徴とする溶
    射方法。
  2. 【請求項2】 前記ブラスト処理に代えて、錆や油脂の
    除去を目的とした洗浄処理を施すことを特徴とする請求
    項1に記載の溶射方法。
JP815898A 1998-01-20 1998-01-20 溶射方法 Pending JPH11200007A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL1022910C2 (nl) * 2003-03-12 2004-09-14 Axxicon Moulds Eindhoven Bv Spuitgietmatrijsdeel met slijtvaste laag.
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