JPS58199804A - 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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JPS58199804A
JPS58199804A JP8150782A JP8150782A JPS58199804A JP S58199804 A JPS58199804 A JP S58199804A JP 8150782 A JP8150782 A JP 8150782A JP 8150782 A JP8150782 A JP 8150782A JP S58199804 A JPS58199804 A JP S58199804A
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JP
Japan
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coating layer
plate
wear
alloy
pressure
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Pending
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JP8150782A
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English (en)
Inventor
Michio Sato
道雄 佐藤
Tetsuo Fujiwara
藤原 鉄雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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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)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • 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】 〔発明の技術分計〕 本発明は、耐摩耗性被覆層の形成方法に関し、更に詳し
くは、高速増殖炉燃料集合体のスペーサバッド表面等に
適用して有用であり1.優れた耐摩耗性及び耐食性を有
する被覆層を得ることが可能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間■点〕
各種の機械装置においては、多くの場合、その構成部材
が作動している際に、部材相互間に摺動が生ずる。この
ため、摺動部に使用される構成部材の表面は、優れた耐
摩耗性を有することが必要とされる。
高速増殖炉(PBR)の燃料集合体にもこのような摺動
部が存在する。即ち、嬉1図に示したように、燃料集合
体は六角柱状の形状を有しておや、これらが、F B 
Hの炉心部に複数本、稠密に配置されて使用される。仁
の燃料集合体には、スペーサパッド1が取り付けられて
おり、これが隣接する他の燃料集合体との接触並びに炉
心への出し入れの際の摺動部材としての役割を果たして
いる。又、νBB運転時においては、燃料集合体に対し
、各位置における中性子照射線量の相違等により、これ
を腕曲しようとする応力が働くが、゛スペーサパッドは
この応力を緩和し、各燃料集合体の相対位置を正しく保
つ役割をも果たしている。
しかし、上記したスペーサパッドは、高温、高純度の液
体ナシリウムという強い還元性雰囲気中に浸漬して使用
されるため、相互の接触面で相互拡散゛現象を起こして
自己融着することがある。
従って、スペーサパッドに使用される部材には、燃料集
合体の炉心への出し入れを円滑に行なわしめるために、
相互の摩擦係数が小さく、摺動により損耗を受は離いも
のであることが要求される。更に、高温、高還元性雰囲
気中においても部材相互が融着を起こさないものである
゛  ことが要求される。
従来、スペーサパッド表面の耐摩耗性を向上さぜるため
には、その表面に、例えば、炭化クロム□、ニッケルー
クロムのような耐摩耗性を有する金属又は合金の被覆層
を、溶射法又は溶射溶着法等により形成することが行な
われている。
これらの方法は、例えば、スペーサパッドの表面をアル
ミナ(AQ203)等でサンドブラスト処理した後、こ
の処m面に上記金属又は合金を溶射又は溶射溶着して被
着せしめるものである。
しかしながら、これらの方法においては、形成される被
覆層の耐摩耗性は良好であるものの、被覆層の厚さを制
御することが困難であり、又、被覆層の内部に空孔が生
ずることがあり、歩留抄ボ低下する等の問題点を有して
いる。更に、サンドブラスト処理の際に使用されるアル
ミナが、糎−化した被処理表面に残存したtま被覆層が
形成されることがある。この場合には、アルtすの影響
により、高温、高還元性雰囲気中における使用時に、被
覆層の剥離が生じ易くなるという問題点をも有している
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上記した問題点を解消し、耐摩耗性及
び耐食性が優れ、基材との密着性が良好であ砂、高密度
を有する被覆層を、任意の厚さに、簡便且つ歩留りよく
形成することができる方法、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
法を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の耐摩耗性被覆層の形成方法は、金属表面上に、
炭化クロム(Cr5C2)、炭化タングステン(We)
、ニッケル−クロム合金(Ni−Cr)、ホウ素(B)
、ケイ素(S目、炭素(C)及び鉄(Fe)から成る混
合粉末と、バインダーとの混練物を塗布し、次いで、加
圧焼結することを特徴とするものである。
以下において、本発明を更に詳しく説明する。
本発明に係る耐摩耗性被覆層は、上記した混合粉末の焼
結体から成り、その主成分は、Cr3O2及υwcであ
る。
Cr 3 C2は被覆層全体の耐摩耗性向上に寄与し、
更に耐食性、耐浸食性、耐高温腐食性に有効な成分であ
り、その配合量は混合粉末中35〜55重置襲であるこ
とが好ましい。35重量襲未満或いは55重歇襲を超え
ると被覆層の結晶粗大化により被覆層の機械的強度が低
下する。
WCは被覆層全体の耐摩耗性向上に寄与すると共に、C
r3C2の異方的成長を抑制し組織を微細化する成分で
あり、その配合量は30〜40重量襲であることが好ま
しい。30重its未満或いは40重量憾を超えると耐
摩耗性が低下する。
Ni−Cr  合金は、焼結時において金属基材(主と
してステンレスIII)に拡散して被覆層と基材との密
着性を向上させる成分であり、その配合量は15〜25
重量憾であることが好ましい。
15重量襲未満であると基材に対する密着性が低下し、
25重量襲を超えると耐摩耗性が低下傾向を示す。崗、
上記合金の組成は、Ni : 76〜90重置≦及び残
部がCrであるものを使用することが好ましい。
B、8i、C及びFeの機能は明確ではないが。
それぞれ被覆層の脆性の改善に寄与するものと推定され
る。これらの配合量は、B:1〜4重置弧、81:3〜
5重量襲、C:α1〜1重量囁及びFe : 5重量囁
以下であることが好ましく、それぞれ、この範囲を外れ
ると被覆層の脆性が増大し、カケ、ワレ等の現象が起こ
り易くなる。
又、上記耐摩耗性被覆層は、更に、モリブデン(Mo)
を含有するものであってもよい。M。
の添加により、被覆層の耐摩耗性を一層向上せしめるこ
とが可能となる。
尚、被覆層を形成した部材がFBR炉心機器等に使用さ
れる場合には、上記混合粉末にコバルト(Co)を添加
することは好ましくない。これはCOが金属すFリウム
中に溶出し、炉心部で放射化されて、放射能汚染を惹き
起こす危険性を有するためである。
上記粉末は、いずれもその平均粒径が1〜10μmの範
囲にあることが好ましい。又、それぞれの粉末同士の粒
度分布の幅を狭くすることは、均質で高密度の被覆層が
得られることから好ましい。
本発明の形成方法は、次のように行なうことが可能であ
る。即ち、先ず、上記した混合粉末をバインダーと共に
混練して、例えば、ペースト状に調製する。    ′
:。
−本発明において使用されるバインダーは、焼結工程に
おいて熱分解するものであることが好ましく、これらと
しては、例えば、カルlキシメチルセルロース(CMC
)若しくはそのナトリウム(Na )或いはカリウム(
K)塩又はビロリン酸ナトリウム等の有機系結合剤や、
これらに水を添加した4の等が挙げられる。
次いで、混合粉末及びバインダーとの混線物を、金属*
−上に所望の厚さで塗布し、被覆層を形成する。この骸
、被覆層の厚さは、塗布操作を適宜運用することにより
、任意に制御することが可能である。
上記処理を施した金属板を、例えば、第2図に示したよ
うな装置を用いて加圧焼結する。第2図において、金属
板2の表面には混合粉末及びバインダーから成る被覆層
3が設けられてお9、これらを加圧焼結装置4の中に入
れ、例えば、セラミック、Mo合金、カーボン等から成
る加圧板5を用いて加圧、加熱し、焼結する。
加圧嶋結の条件は、166 kglcd以上の加圧下て
、1020 N1080Cの蟲度であることが好ましい
。100 ytg/d未満の圧力、又は1020C未満
の温度であると適正な強度を有する耐摩耗性被覆層が得
られず、一方、1080Cを超えると各金属又は合金の
結晶粒が成長するため好ましくない。加圧処理によ抄、
被覆層の密度及び耐摩耗性が高められる。
上記加圧焼結処理に際して、使用される加圧板の表面形
状によって、耐摩耗性被覆層の表面粗さが決定される。
従って、加圧板にはその表面を精密仕上けしたものを使
用することが好ましい。又、この際に、加圧板5と金属
板2又は被覆M3が、ぬれの現象により、或いは化学的
な反応によ染融着することを防ぐ目的で、加圧板5と金
属板2又は被覆層3のそれぞれの界面に窒化ホウ素(B
N)粉末6を介在させることが好ましい。BN粉末は、
例えば、加圧仮置−に吹き付は等の方法で塗布する仁と
が可能である。
本発明においては、加圧焼結処理に先立ち、1±縮処理
及び脱気処理を施すことが好ましい。
゛圧縮処理により、混合粉末粒子間の接触面積が噌、加
し、熱伝導性が向上することによに、焼結性が高まる。
かかる処理は、例えば、真空炉又は不活性ガス雰囲気炉
等の加熱炉内に被覆処理した金属板を挿入し、常温にて
、l ton夕程度の圧力で圧縮する。圧縮処理の手段
としては、油圧又はガス圧を用いるプレス装置を用いる
ことができる。
叉、脱気処理により、被覆層内に包含されている空気(
酸素)叉は結合剤等の気体成分を除// 夫することによ)、焼結時に酸化物質等の不純物が杉威
されることを防止できる。かかる脱気処理は、例えば、
I X 10−’Torr以下の減圧下で行なわれる。
この際に被覆層を400〜5o。
Cに加熱することは、気体の除去を容易にするため好ま
しい。
以上のIIhI珊により、本発明の耐摩耗性被覆層が形
成される。
耐摩耗性被覆層を設けて成る金属板を、例えば、燃料集
合体のスペーサパッドとして使用する場合には、上記金
属板を所定の大きさに切断し、これを燃料集合体の六角
柱状の各面に溶接施工等の方法を用いて貼抄付ければよ
い。
〔発明の効果〕
本発明の耐摩耗性被覆層の形成方法によれば、優れた耐
摩耗性及び耐食性を有する被覆層が得られるものである
又、混合粉末層の厚さを関節することkより、被覆層の
厚さを容易に制御することが可能であり、焼結条件を調
節することにより、−回の処理で極めて簡便に被覆層を
形成する仁とが可能である。
更に、サンドプラス[6理等の工程が不要であるために
、被覆層が剥離することはなく、安定した密着性を有す
るものである。
加つるに、被覆層中に炭化物や硼化物が均質に分布して
いるために、偏析等がなく、且つ、高密度を有するので
空孔の存在しない被覆層を歩留9よ〈形成することが苛
′能なものである。
以上の効果を有する本発明の耐摩耗性被覆層の形成方法
は、耐摩耗性及び耐食性が要求される摺動部品、と抄わ
け、燃料集合体のスペーサパッドに適用して有用なもの
である。
〔発明の実施例〕
以下において実施例を描け、本発明を更に具体的に説明
する。
先ず、ステンレス鋼から成る金属板(幅45国、長さ[
Oa+1及び厚さ2wm永用意した。
次いで、Cr3O2: 45重量外、WC: 30重量
外、Ni−Cr合金(Ni:$55重量部Cr:15重
11%)!1515重量部 : 3.3重量外、Si:
4,9重量外、Fe:ZO0重量部びC: 0.7重量
外から成る混合粉末(いずれも平均粒径5μm)20重
量部並びにカルボキシメチルセルロースナトリウム塩0
.1重量部を秤量し、メノー為鉢を用いて混練すること
によりペーストを得た。
このペーストを上記金属板に1msの厚さで均一に塗布
した後、風乾した。
次いで、ペースト表面にBN粉末を薄く吹き付けた後、
この金属板を真空炉内に収納し、室温下、1000に#
/ffl に加圧することにより圧縮処理を施した。更
に、炉内を450Cに加熱し、1XIQTorr に減
圧し、約lO分間脱気帳場を施した。
上記処理を施した金属板を、次いで、1050Cに加熱
してl Q Q kg/cs”の圧力で3分間保持する
ことにより、加圧焼結し、耐摩耗性被覆層を形成した。
金属顕微鏡による分析の結果、厚さα4mの被覆層が形
成されていることが確認された。
比較例 実施例と同様のステンレス鋼から成る金属板の表面に、
溶射法を用いて、実施例と同様の組成の被覆層を形成し
た。この被覆層の厚さを、実施例と同様の方法で分析し
たところα1〜02腸の範囲でばらついていることがi
I詔された。
上記処理を施して得られた2枚の金属板を、機械加工し
てアムステ一式摩耗試験用の試験片とし、次に示す条件
で耐摩耗試験を行なった。
く試験条件〉 接触圧カニ15にνi、摩擦速度= 1
8rrVsec 、相手材: 855C崗、上記試験は
非潤滑で行なった。
その結果を第3図に示す。第3図は、摩擦距離(1m)
と摩耗量(ダ/ed )の関係を示すものである0本発
明方法によ抄得られた亀の(a)は、溶射法により得ら
れたもの伽)に比較して、優れた耐摩耗性を有する−の
であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
第1図は、高速増殖炉の燃料集合体の概念図、第2図は
本発明の形成方法の一例を示す模式図、第3図は本発明
方法及び従来法によ抄被覆層を形成した金属板の耐摩耗
試験結果を示す図である。 1−・スペーサパッド、2・・・金属板、3・・・被覆
層、4−加圧焼結装置、5・・・加圧板、6・・・窒化
ホウ素粉末。 F 塔 4純量 (mQ/Cm2)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 金属表面上に、 炭化クロム、炭化タングステン、ニッケルークー五合金
    、ホウ素、ケイ素、炭素及び鉄から成る混合粉末と、バ
    インダーとの混線物を塗布し、 次いで、加圧焼結することを特徴とする耐摩耗性被覆層
    の形成方法。
JP8150782A 1982-05-17 1982-05-17 耐摩耗性被覆層の形成方法 Pending JPS58199804A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6173798B1 (en) 1999-02-23 2001-01-16 Kennametal Inc. Tungsten carbide nickel- chromium alloy hard member and tools using the same
WO2010117823A3 (en) * 2009-03-31 2011-01-13 Diamond Innovations, Inc. Abrasive compact of superhard material and chromium and cutting element including same
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CN112024893A (zh) * 2020-09-02 2020-12-04 中国有色桂林矿产地质研究院有限公司 一种聚晶立方氮化硼复合片

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