JPS5858423B2 - 粉末溶射材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属等の材料に被膜を形成するための粉末溶射
材に関し、特に耐摩耗性、耐食性に優れ、かつ被膜が良
好な仕上げ面とすることが可能な粉末溶射材に関するも
のである。

従来、溶射材としてはその被膜に要求される特性に応じ
て種々の金属粉末、酸化物粉末、あるいはこれらの複合
粉末があり、さらに線材の形で使用されるものもある。

これらの溶射材の中で機械部材に使用しうる硬さ、従っ
て耐摩耗性を有し、かつ溶射面が良好な仕上げ面に研摩
することができるものとしてはモリブデン及びコバルト
、ニッケルを主とする自溶性合金が知られている。

しかし、これらの金属は高価であるばかりでなく、溶射
歩溜りも低く、かつ耐摩耗性も充分とは云えない。

本発明の目的は溶射被膜が耐摩耗性、耐食性、耐熱性で
あり、かつ被膜面が研摩により平温とすることができる
溶射材を提供することにあり、さらにこの溶射材を比較
的安価に提供することにある。

本発明の溶射材は前記の性質を有するので機械部材、特
にピストン、シリンダー等摺動部分の表面を被覆するの
に好適である。

本発明の溶射材の組成はフェロクロム粉末、モリブデン
系金属粉末、アルミニウム粉末、ホウ素質物粉末の混合
粉末からなり、その配合割合は混合粉末中において、モ
リブデンが１５〜４５係（重量係、以下同じ）、ホウ素
が０．５〜５係、アルミニウムが０．５〜５φ、クロム
が２５〜４５％、炭素が８％以下、残部が鉄及び付随的
不純物となるように定められる。

この場合好ましくはフェロクロムの粉末粒子を核として
、その周囲に上記モリブデン系金属等の粉末粒子を結合
剤により付着させる。

こうすることによって粉末混合物における比重差による
偏析のおそれがなく、取扱いが容易である。

本発明において使用されるフェロクロム粉末は溶射材の
中に８％以下で炭素を含有させること及び炭素はカーバ
イドの形で存在するのが好ましいことから高炭素フェル
クロムが適し、その組成はＪＩＳに規定されているよう
にクロム５５〜７０係、炭素９％以下、残部は鉄及び不
純物である。

また本発明の範囲内において比較的炭素が少なくてよい
場合は中炭素フェロクロムを用いることもできる。

これらの粉末はインゴットを機械的に粉砕するか、ある
いは溶湯に気体を吹きつける等の方法で得られる。

フェロクロム粒子の大きさは、アルミニウム粉末等と単
に混合して使用する場合は７４μ曳下、好ましくは１０
〜７４μに分級したものである。

またフェロクロム粉末粒子の周囲にアルミニウム粉末等
を被覆した形態で使用する場合はフェロクロム粉末粒子
は２５〜７４μの範囲が好ましい。

アルミニウム粉末はその溶湯に気体を吹き付ける方法、
即ちアトマイズ法で容易に得ることができるが、その他
特別の場合には粉砕法によるものでもよい。

このアルミニウムは添、ＱＯ１ｌｆｆ１分の量が少ない
もの、即ち実質的にアルミニウムからなるものであれば
アルミニウム合金を用いてもよい。

これらの粉末の大きさはフェロクロム粉末等と単に混合
して用いる場合はそれと同程度、即ち７４μ以下、好ま
しくは１０〜７４μである。

またフェロクロム粉末の被覆粒子として使用する場合は
２５μ以下、好ましくは１０μｕ下である。

モリブデン系金属粉末はモリブデン単味もしくはフェロ
モリブデン合金が入手し易く、かつ本発明の成分金属と
して適するが経済的には後者が有利で・ちる。

後者はモリブデン５５〜７０φ、残部鉄として市販され
ているが、その他のものであっても勿論支障はない。

これらの金属粉末はその塊状物を機械的に粉砕すること
により得られる外、酸化モリブデンの還元粉によっても
得ることができる。

その粒子の大きさは前記アルミニウムと同様である。

ホウ素質物粉末はホウ素単味の粉末、あるいはフェロホ
ウ素合金粉末が適当である。

ホウ素単味のものは市販のホウ素粉末を用いることがで
き、必要により粉砕する。

フェロホウ素合金はホウ素１４〜２３％、残部鉄である
公知のものが使用できるが、それに限定されるものでは
ない。

この合金は機械的粉砕あるいはアトマイズ法により粉末
粒子とする。

粒子の大きさは前記アルミニウムと同様である。

以上の粉末を所定の割合に配合し、均一に混合する。

この場合、単に混合したままで使用するときは粉末間の
比重差による偏析を防止するため使用直前に充分混合す
る等により各粉末が均一に混合されているようにするこ
とが必要である。

上記のような偏析の懸念をなくすにはフェロクロム粉末
粒子を核にして、その周囲に結合剤によりアルミニウム
粉末等を付着被覆して用いればよい。

この場合単に偏析防止ならモリブデン系金属粉末の量が
比較的多い場合は、この粉末粒子を核とすることも可能
であるが、粉末の混合溶射材においては高融点の粉末を
被覆粒子の外周に置く方が望ましいので、フェロクロム
を核としたものである。

フェロクロム粒子が外周にあると粒子の飛行中に融点の
低いフェロクロムが優先的に溶解し得られる皮膜が極め
て不均質になるためである。

アルミニウムやホウ素質物の粉末は融点が低いが、量的
に少ないので被覆粒子の外周にあってもそれ程問題はな
い。

粒子の被覆に用いられる結合剤としてはフェノール、ア
ルキッド等の液状樹脂、ゴム等一般に接着剤として公知
のものが用いられる。

この結合剤でフェロクロム粒子の表面を濡らし、これに
アルミニウム等の粉末粒子をできるだけ均一にまぶし、
乾燥等を行なって結合剤を硬化する。

均一にまぶすには、回転ドラム中や、スプレー・ドライ
ヤー等で行なうとよい。

この方法によれは比較的容易にほぼ均一組成の被覆粒子
が得られる。

これに対して同−粒変の数種の混合粉末を単なる造粒法
によって所定の粒子の大きさにすることは７４ミクロン
以下のような微粒子においては事実上困難である。

また混合微粉末を焼結させ、これを粉砕分級する方法も
あるが、焼結湿度が高く、かつ粉砕分級等に伴なう歩溜
りも悪く、経済的に不利である。

本発明の溶射材は夫々の粉末の混合粉末なので、合金粉
末溶射材に比べて溶解工程が必要でなく、また組成変更
が容易である。

その他優利性は粒子の飛行中の特にクロムの酸化が少な
く、優れた溶射皮膜を得ることができる。

次に夫々の粉末の配合割合、及び各成分元素の作用につ
いて説明するが、本発明においては配合割合は全体の溶
射材中に占める各成分元素の割合から定められるので、
これら各成分元素についての限定理由について以下に説
明する。

クロムは耐食性、耐熱性及び耐摩耗性に効果があるが、
４５係（重量多、以下同じ）を越えると溶射被膜にクロ
ムの酸化物が増え、被膜表面が平滑とならず、摺動材用
として適さないばかりでなく、溶射歩溜りも低下する。

反面２５係未満では前記した効果が充分でない。

これらのことより溶射材中のクロムを２５〜４５悌とし
た。

モリブデンは被膜に耐摩耗性を与え、かつ被膜表面の良
好な仕上げ面に基ずく耐焼付性に効果を与える金属であ
るが、そのためには少なくとも１５φは必要である。

そして４５係を越えるとこれらの効果は飽和するばかり
でなく、被膜にもろさが現れる。

ホウ素は溶射材の吹付けの際自己融着性をもたらし、被
膜の密度及び付着性を上昇させる他、侵入型硬化剤とし
て作用する金属である。

それには少なくとも０．５％は必要であるが、反面５係
を越えると溶射後の被膜がもろくなる。

アルミニウムは融点を下げ自己融着性をもたらし、付着
性を向上させる金属であり、これらの作用が最も効果的
に現れるのは０．５〜５％の範囲である。

以上の他の取分は鉄及び付随的不純物である。

そして鉄はかなりの量含むのでモリブデンを主体とする
被膜に比べ耐衝撃性にすぐれている。

付随的不純物としては Ｐ ０．０６％以下、８０．
１０係以下である。

本発明の溶射材によって得られる被膜はロックウェル硬
度（Ｒｃ ） ５０以上、表面中心線粗さく Ｒａ ）
０．４０ミクロン以下、気孔率１ｏ、ｏ％以下である
。

そして溶射集溜りは５５φ以上となる。実施例 原料粉末として次のものを用いた。

高炭素フエロクロム粉末（ＪＩＳ １号品）１０〜７
４μ 低炭素フェロモリブデン（Ｍｏ：６２％）１０μ下 アルミニウム （Ａｌ＞９９係）１０μ下 低炭素フェロボロン （Ｂ：２１φ） １０μ下 上記の高炭素フエロクロム粉末２９８９．９と液状フェ
ノール樹脂３５０ｇをポットに入れ、常温で５分間混合
後、これに■型混合機で予じめよく混合しである上記の
低炭素フェロモリブデン粉末１４５２ｇ、アルミニウム
粉末７３ｇ１低炭素フエロボロン粉末４８７ｇを徐々に
添加した。

１０分間混合後、約６０°Ｃの熱風を送り込み、更に５
分間混合した。

得られた複合粉を２００°Ｃで１０分間力ロ熱後１０〜
７４ミクロンに最終分級した。

このときの尖部は８５％であった。この最終分級品の化
学組成は次の通りであった。

Ｃｒ Ｍｏ Ｂ ＡｌＣＦｅ ３６．０％１８．２％ ２．５％ ２．１ｃｆｌ）４．
５％残この粉末溶射材をプラズマフレームスプレーガン
により軟鋼の基板上に５０〜１００ミクロンの厚さで被
覆した。

得られた被覆の表面を炭化物高硬度工具で加工し、その
表面の渭らかさを表面粗さ計で測定した。

さらに摩耗性を見るために田ツクウェル硬度を、また緻
密性を見るために気孔率を測定した。

溶射における尖部も重要な因子であるので、溶射材の供
給量と基板への付着量から計算でこれを求めた。

Ｒｃ（硬度）、中心線表面粗さくＲａ ） 、気孔率５
５ ０．３２ミクロン ８．３係歩溜 ６３条 実施例 ２ 実施例１と同様の方法で溶射材の組成を変え、溶射を行
ない、特性を測定した。

その結果を第１表に示す。

表中の組成は分級後の最終組成である。第１表中、Ａ１
〜５は本発明材料の実施例である。

比較例ではＡ６，７がクロムの影響、Ａ８，９がモリブ
デンの影響、ＡＩＯ〜１２がホウ素の影響、ＡＩ３〜１
５がアルミニウムの影響を調べた結果である。

またＡ１６は市販のモリブデンを使用した場合の結果で
ある。

Ａ６，７からクロムが低すぎると硬度が不充分であり、
高すぎると硬度は高くなるが表面平滑性が得られなくな
りかっ尖部も悪くなる。

Ａ８，９からモリブデンが低すぎると皮膜の密着性が悪
くなり、気孔の多い皮膜になる。

逆に高すぎると密着性は向上するが硬度が低下する。

ＡＩＯ〜１２からホウ素は皮膜の密着性に影響を与え多
すぎると硬度が低下する傾向が認められる。

市販モリブデンと比較しても本発明材料の皮膜特性が優
れている事が判る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ モリ１フフ１５〜４５重量係、ホウ素０．５〜５
   重量％、アルミニウム０．５〜５重量多、クロム２５〜
   ４５重量φ、炭素８重量多以下、残部鉄および付随的不
   純物の組成になるようにフェロクロム粉末、モリブデン
   系金属粉末、アルミニウム粉末、ホウ素質物粉末を混合
   してなる粉末溶射材。 ２ フェロクロム粉末粒子の表面にモリブデン系金属、
   アルミニウム、ホウ素質物の混合粉末粒子を結合剤で被
   覆してなる特許請求の範囲第１項記載の粉末溶射材。