JPS58197203A - 耐摩耗性被覆層の形成方法 - Google Patents

耐摩耗性被覆層の形成方法

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JPS58197203A
JPS58197203A JP7842682A JP7842682A JPS58197203A JP S58197203 A JPS58197203 A JP S58197203A JP 7842682 A JP7842682 A JP 7842682A JP 7842682 A JP7842682 A JP 7842682A JP S58197203 A JPS58197203 A JP S58197203A
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JP
Japan
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coating layer
alloy
paste
wear
resistant coating
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JP7842682A
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English (en)
Inventor
Michio Sato
道雄 佐藤
Tetsuo Fujiwara
藤原 鉄雄
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/082Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat without intermediate formation of a liquid in the layer
    • C23C24/085Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は耐摩耗性被覆層の形成方法、更に詳しくは、高
速増殖炉燃料集合体のスペーサパッドの表面に適用して
有用な耐摩耗性被覆層の形成方法に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
各種の機械装置にあっては、その構成部材が作動すると
きに、部材相互間において摺動現象が生ずる。このため
、各部材の表面ではその耐摩耗性が要求されることにな
る。
高速増殖炉の炉心部に稠密に配置される複数本の六角柱
形状の燃料集合体も、その出し入れ時に、相互にスペー
サパッド部分での摺動が起る。しかも、スペーサパッド
は高温・高純度の液体ナトリウム中にあって強い還元雰
囲気下にあるため、相互の接触時にはその接触面で相互
拡散現象を起して自己融着することがある。
したがって、スペーサパッドにあっては、相互の摩擦係
数が小さぐ摺動によって損耗せず、また自己融着しない
という特性を備えることが必要とされる。通常、その摩
擦係数(μ)は0.57未満であることがス被−サパッ
ドの判定基準といわれている。
従来、スペーサパッド表面の耐摩耗性を向上させるため
Kは、該ノクツド表面に耐摩耗性の金属又は合金(例え
ば、炭化クロム、ニッケルークロム)を溶射して耐摩耗
性被覆層を形成する方法が行なわれている。この溶射法
は、スペーサパッドの表面をhilt Osなどでサン
ドブラスト処理した後、この処理面に炭化クロム、ニッ
ケルークロムなどの金属又は合金を溶射して被着せしめ
るものである。
しかしながら、この方法にあっては、形成された被覆層
の耐摩耗性が良好であるにもかかわらず、被覆層の形成
には多くの処理工程を要する、被覆層の厚み制御が困難
である、被覆層の内部には応々にして空孔が生じて歩留
りが低下する、などの工業上の欠点があった。また、サ
ンドブラストに用いたA/20gの微粉が残存して被覆
層とスペーサ・ぐラド表面との密着性が低下するという
不都合も生ずる。
〔発明の目的〕
本発明は、耐摩耗性に優れ、基材との密着性も良好で製
造時にその厚み制御が容易で、高密度な耐摩耗性被覆層
を簡便かつ歩留りよく形成することのできる方法、とり
わけ燃料集合体のスペーサパッドに適用して有用な耐摩
耗性被覆層の形成方法の提供を目的とする。
〔発明の概要〕
本発明方法は、金属基材の表面に、炭化タングステン(
WC)、ニッケルークロム合金(Ni−Cr合金)、ホ
ウ素(B)、ケイ素(Si)、炭素(C)及び鉄(Fe
)から成る混合粉末をバインダーで混練して成るペース
トを塗布して被覆層を形成し、該被覆層を加圧して焼結
することを特徴とし、他の態様としては、金属基材の表
面に、WC,Ni −Cr合金、ニッケルーリン合金(
Ni−P合金)、B、  St、 C及びFeから成る
混合粉末をバインダーで混練して成るぺ〒ストを塗布し
て被覆層を形成し、該被覆層を加圧して焼結することを
特徴とするものである。
すなわち、本発明にかかる耐摩耗性被覆層は、上記した
構成の混合粉末を加圧焼結して成るものである。   
 ・ 上記した混合粉末のうち、主成分はWCであり、該WC
が被覆層全体の耐摩耗性の向上に寄与する。
このWCは全体に対し70〜85重量%の範囲内で配合
されていることが好ましく、この範囲を外れると耐摩耗
性向上への寄与が低下傾向を示す。
Ni −Cr合金、Ni −P合金、とりわけNi−C
r合金は焼結時において金属基材(主としてステンレス
鋼)に拡散して被覆層と基材との密着性を向上させる。
Ni −Cr合金は、その組成がNi j 70〜90
重量%、Cr:10〜30重量%のものが好ましく、ま
たN1−P合金についてはNi j 85〜97重量%
、P;3〜15重量%であるものが好ましい。これらN
i −Cr合金、N1−P合金の混合粉末中における配
合比は、それぞれ′10〜20重量%、5〜10重量%
の範囲にあることが好ましく、その配合比が下限値より
小さくなると基材に対する密着性に難点が生じ、また上
限値を超えると耐摩耗性が低下傾向を示す。
B、  81.  C,Feなどの果す゛機能は明確で
はないが、それぞれは被覆層の脆性の改善に関与するも
のと思われる。B+1〜4重量襲、Sl:3〜5重量%
、C:0.5〜1重量%、Fe : 5重量%以下、混
合粉末には配合されることが好ましく、それぞれ、この
範囲を外れると、被覆層の脆性が増大して被覆層のカケ
、ワレなどの現象が起り易くなる。
また、混合粉末には、更に銅(Cu )、モリブデン(
Mo)の粉末を添加することもできる。Cu  は基材
と被覆層との密着性を高め、またMoは被覆層の耐摩耗
性を向上せしめるので有用である。なお、混合粉末にコ
バル)(Co)が含まれることは、放射能蓄積をもたら
す危険性が生ずるので避けるべきである。
これらの粉末は、いずれもその平均粒径1〜10μmの
範囲に設定され、しかも相互に粒径分布の幅を狭くする
ことが、得られた被覆層が均質化し、かつ高密度になる
ので好ましい。
さて、本発明方法は次のようにして行なわれる。
まず、上記した混合粉末に適宜なバインダーを加えて混
練しペーストを調製する。用いるバインダーとしては、
後述する焼結工゛1程で熱分解して逸散するようなもの
が好ましぐ、例えば、カルがキシメチルセルロース若し
くはそのNa 、 K塩、又はビロリン酸ナトリウムに
所定量の水を添加して成るものをあげることができる。
ついで、得られたペーストを所定形状(例えば板)の金
属基材の表面に塗布して所定の厚みの被覆層を形成する
。このとき、塗布操作を適宜に運用することによって、
該被覆層の厚みを任意に制御することができる。
また、混合粉末又は金属基材の表面に、上記操作に先立
って、予め、Ni −P合金、Nt−B合金又けCuの
いずれかで、例えば無電解メッキ処理を施すと該基材と
被覆層との間の密着性が向上して有用である。
つぎに、金属基材の表面に形成された被覆層を真空又は
不活性ガス(例えばアルゴン)中で加圧焼結して本発明
にかかる被覆層とする。高温加圧焼結は、通常、100
kl?/cII以上の加圧下で、1020〜1080℃
の温度で行なわれる。圧:100kg/cr1未満、塩
7’f’1o2o℃未満では適正な強度を有する焼結被
覆層が得られず、また、温度が1080℃を超えると各
金属又は合金の結晶粒が成長し始めて好ましくない。加
圧処理は、被覆層を高密度にし、耐摩耗性を向上させる
ために必要である。
この加圧焼成時には、被覆層内に包蔵されている空気(
酸素)又はバインダーの熱分解による気体成分を除去す
るために、脱気処理が施される。
通常、真空度I X 10””3Torr以下で行なわ
れる。
酸素存在下で焼結させると被覆層内に酸化物などの不純
物が生成し、また一般に気体が包蔵されたまま焼結する
と得られた被覆層は緻密にはならないという問題のみな
らず、ワレ、カケなどの現象を起生じ易すくなり不適当
である。
なお、上記した加圧焼結に先立って、被覆層を予め室温
下で加圧すると、該被覆層は緻密となりその結果焼結時
の熱伝導性が向上するので全体の焼結性を高めて有効で
ある。この予備加圧処理において、上記した脱気処理を
施すことは一層有効である。
、加圧焼結において、被覆層に当接させる加圧板は精密
仕上げ加工を施されたものを用いるのが好ましい。
このようにして、金属基材とその表面に密着して焼結す
る被覆層との一体化構造の複合体(板)が得られる。
これをスペーサパッドとして用いる場合は、上記複合体
(板)を所定の大きさに切断し、これを焼料集合体のラ
ツノ+管の大面にそれぞれ溶接すればよい。
〔発明の実施例〕
実施例1 ステンレス鋼のスペーサパッドを用意した。つぎに、W
C775重量% ; Ni 86重量%、Cr 14重
量%のNi −Cr合金:15重量%; B : 3.
3重量% ; St : 4.0重量% ; Fe :
 2.0重量%;C;0.7重量%から成る混合粉末(
いずれの成分も平均粒径け5μm)100#に、カルボ
キシメチルセルロースナトリウム塩0.59を添加して
よく混練しペーストとした。
このペーストをスペーサパッドに厚み1闘で均一に塗布
して風乾した。ついで、被−ストの表面にBNの粉末を
薄く吹きつけてから真空炉内に入れて室温下、1000
 kl;J/7で加圧した後、炉内を450℃、I X
 10 ’ Torrにして約10分間脱気処理を施し
た。
更に、100.に9/ cr&の圧力を印加しながら、
全体の炉温な1050℃にまで高めその温度で3分間保
持した。炉内の真空度はI X 10−’ Torrを
保持し続けた。厚み0.4mmの被覆層が形成された。
実施例2 混合粉末が、WCニア5重量%; Ni 86重量%、
Cr 14重量%のNi −Cr合金=10重量% ;
 Ni88重量%、P12重量%のN1−P合金=5重
量%; B : 3.3重fjn% ; Si : 4
.0重量% ; Fe :2.0重量%; C: 0.
7重量%から成る混合粉末であることを除いては、実施
例1と全く同様にして厚み0.411の被覆層を形成し
た。
実施例3 混合粉末として、実施例1・で用いた混合粉末にNi 
90重量%、P−10,重量%のNi −P合金を無電
解メッキしたものを用いたこと、又、スベーサパッαη
   ゛ ドをステンレス鋼の表面に上記無電解メッキを施したも
のを用いたこと、を除いては実施例1と同様にして被覆
層を形成した。
比較例 ステンレス鋼のスペーサパッドの表面に、従来の溶射法
によって炭化クロム及びNt−・Crの被覆層を形成し
た。該被覆層の厚みは0.10〜0.2關の範囲でばら
ついていた。
以上4枚のスベーサノJ?ツドな機械加工して、アムス
ラ一式摩耗試験用の固定試験片とし、下記条件で耐摩耗
試験を行なった。
相手材ニステライト、荷重’4kg/cI11速度=2
.5@/sec。
各試験片につき、走行距離(m)と摩耗it (my/
cd)  との関係を図に示した。
〔発明の効果〕
以上の説明で明らかなように、本発明方法によれば、■
耐摩耗□性に優れた被覆層が得られる、■被覆層の厚み
制御が容易である、■サンドブラスト等の工程が不要と
なり、製造工程が簡素化する、(2) ■高密度で空孔の存在しない被覆層を歩留りよく製造す
ることができる、などの効果が得られ、スペーサパッド
に適用して極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
図は、実施例1,2,3.比較例による試験片のアムス
ラ一式摩耗試験による走行距離と摩耗量との関係曲線で
ある。 10           20 えイjΣ盲J鋤會 (m)□

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、金属基材の表面に、 炭化タングステン、ニッケルークロム合金、ホウ素、ケ
    イ素、炭素及び鉄から成る混合粉末をバインダーで混練
    して成るペーストを塗布して被覆層を形成し、 該被覆層を加圧して焼結することを特徴とする耐摩耗性
    被覆層の形成方法。 2、該金属基材又は該混合粉末の表面が予め、ニッケル
    ーリン合金、ニッケルーホウ素合金又は銅のいずれかで
    被、覆されている特許請求の範囲・第1項記載の耐摩耗
    性被覆層の形成方法。 3、該金属基材がスペーサパッド材である特許請求の範
    囲第1項又は第2項記載の耐摩耗性被覆層の形成、方法
    。 4、金属基材の表面に、 炭化タングステン、ニッケルークロム合金、ニッケルー
    リン合金、ホウ素、ケイ素、炭素及び鉄から成る混合粉
    末をバインダーで混練して成るペーストを塗布して被覆
    層を形成し、該被覆層を加圧して焼結することを特徴と
    する耐摩耗性被覆層の形成方法。 5、該金属基材又は該混合粉末の表面が、予め、ニッケ
    ルーリン合金、ニッケルーホウ累合金又は銅のいずれか
    で被覆されている特許請求の範囲第4項記載の耐摩耗性
    被覆層の形成方法0 6、該金属基材がスペーサパッド材である特許請求の範
    囲第4項又は第5項記載の耐摩耗性被覆層の形成方法。
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