JPS593085A - フレ−ムスプレ−セラミツク粉末組成 - Google Patents

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】 本発明はセラミックのフレームスプレー粉末秋焔吹付は
塗装用粉却に関１シ、特にアルミナおよびジルコニアか
ら成シ面も耐摩耗性を有し且つ硬度の大きい接着被膜を
作るのに用いられるフレームスプレー粉末に関するもの
である。

フレームスゲレーイングでセラミックの被膜を製造する
ことはよく知られていることである。ここで”フレーム
スゲレーイングなる用語はプラズマスプレーイングスゲ
キシアセチレフ発炎スプレーイングその他を含むものと
する。セラミック被膜の製造についていえば、プラズマ
スフ０レーイングは大抵のセラミックが高い溶融点を持
っているという観点から好ましいものである。

米国特許第２．８７６．１２１号においては、ジルコニ
アそのものがジルコニア棒という形でフレームスプレー
材料として用いられることが記載されでいる。ジルコニ
アには好ましくは３ないし６％のＣａＣを結晶学的安定
剤として含ませ、出来たスプレー被膜材料の加熱や冷却
中における膨張や収縮を実質的に均一にして剥離を極力
小さくするようにしである。

フレームスプレーを施したジルコニア被膜の欠点は強靭
さに欠け、硬度が比較的に低く、且つ耐摩性が低いこと
である。出来上った被膜が高い硬度と改善された耐剥離
性と改善された耐摩耗性を有−ｔ−るフレームスプレー
用ノルコニア含有組成を提供することは非・常に好まし
いことである。

本発明の目的はＺｒＯ２−Ａｔ２０３系に基づく組成を
有するセラミックのフレームスプレー粉末を提供するに
ある。

本発明の他の目的は硬度、耐摩耗性、および靭性の改善
されたフレームスプレーセラミ、り粉末を提供するにあ
る。

本発明の更に他の目的はＺ　ｒ、２−Ａｔ２０　ｓ　系
に基づく組成を有する接着セラミック被膜を製造するだ
めのフレームスプレー法を提供するにある。

次に本発明につき詳細に説明する。

広い見方をすれば２本発明のフレームスプレー粉末はＡ
ｔ２０６（アルミナ）およびＺｒ０２（ジルコニア）か
ら成る組成を有していて、　ｈｔ２ｏ、の量は約１０％
ないし５０％の範囲内にあシ、残余は実質的にＺ　ｒ　
０２である。好ましい組成はＡｔ２０６が２０　　％な
いし４０％で残余カモ実質的にＺ　ｒＯ２である。前述
の組成範囲においてＡｔ２０．を用いることの利点の１
つは、それが被膜の靭性の改善に寄与するからである。

Ａｔ２０３を使用することの他の利点は、安定化されて
ないＺｒＯ２＋一部安定化したＺｒＯ２，或いは完全に
安定化したＺ　ｒ　Ｏ２と−し↓に使用するととができ
ることである。もっとも安定化したＺ　ｒ　Ｏ２と−し
ょに用いることは非常に好ましいことである。特に好ま
しい組成は約２０係ないし２８％のＡｔ２０３および主
としてＣａＯで安定化したジルコニアである残余（たと
えばＣａＯ安定化した５チのジルコニア）を含む組成で
ある。

セラミック被膜についての問題点は厚さに限度があるこ
とである。金属基体に比較的に厚く形成された被膜は、
その厚さが成る値以上になると膨張又は収縮の係数の違
いによりひびが入る傾向がある。本発明によれば、約２
．５ミリメートルを超える厚さの被膜を形成することも
可能である。このような厚さでも被膜における歪をなく
すだめの微細なりラックが明らかに存在するので、ひび
割れや剥離に耐えられることを示している。

なお又、被膜はジルコニアそのものの被膜よりは靭性と
強度が大であり、これはＡｔ２０３とＺ　ｒ　０２の間
の共融反応或いは固溶体反応によるものと考えられる。

く Ｚ　ｒ　Ｏ２−ＡＺ　２０３に基づ茗セラミック組成が
あることは知られている。これについては、米国特許第
２．２７１，３６９号を参照すると、高融点のジルコニ
ア−アルミナ鋳造に関する記載がある。この特許には、
　ＺｒＯ２−Ａｔ２０３系の２元状態曲線が示されてい
て。

ジルコニア自身の融点が実質的に２７００℃以上である
のに対して、　ＺｒＯ２−Ａｔ２０５の最低融点が約４
５チ寿いし５５％のＡｔ２０３のときに１９００℃近傍
であることを示している。この特許にはフレ：番さ 一ムスプレー被膜について劣何も示されておらず。

また比較的に速い被膜冷却速度を持つプラズマスプレー
被膜においてプラズマ焔を極めて高温にするために生じ
る問題点について何も述べておらず。

更に金属基体が比較的冷えている場合、いやそれどころ
かフレームスゲレーイングに先立って予熱されている場
合でも、金属基体がその上に堆積した被膜に対し極めて
高い急冷効果を及ぼすことによって生じる問題点につい
ても伺ら言及していない。

上に説明したように、アルミナは約１０％ないし５０係
の範囲においてジルコニアを硬化する効果を与える。特
に好ましい組成は石灰で安定化したジルコニアが重量比
で７０％で、残余がアルミナの重量比で３０チの場合で
ある。スプレー堆積物の結晶構造は立方晶形構造であシ
、これは通常は単斜晶形であるジルフェアの安定した形
である。

しかし乍らｚｒＯ２−Ａｔ２０３組成の熱衝撃に対する
耐性は、正方晶形系を含む部分的に安定しだ状相に起因
すると共にこれに共融反応或いは固溶体反応によるアル
ミナ添加で強力化効果が加わったことによるものと考え
られる。

粉末組成を作るには多くの知られた方法があシ。

この方法は（１）アルミナとジルコニアの粉末の均一な
スラリーをスプレー乾燥する工程、（２）たとえばレノ
ンのような結合剤を用いた凝集工程、および（３）粉末
の溶融混合物を作り１次いでこの溶融混合物を希望する
大きさに務砕する工程を含んでいる。

スプレー乾燥については米国特許第１，６０１，８９８
号、第３，３７３．ｌ’１９号、第３，４２９，９６２
号。

および第３．６１７，３５８号などに例示されておシ。

これら特許の記述は本明細書に参考として組入れである
。

粉末混合物の凝集について１つの技術が米国特許第４．
２３０．７４７号の第５欄に示されており。

その部分の記述も本明細において参考として組入れであ
る。Ｚｒ０２−Ａｌ２Ｏ２混合物の凝集を作るにあたっ
ては、適当な大きさの粒子の粉末の一様な混合物が適当
の量だけ一時的結合剤たとえばレジンのような或いは他
の接着性のあるアルカリ金属珪酸塩のような結合剤と混
合される。粒子の大きさは例えば０．５ないし１０ミク
ロンの範囲に亘っている。しかし々から粒子の大きさは
前記のような範囲に限定されるものではない。一時的結
合剤の一例を挙げると、メチルエチルケトンにメチルメ
タクリル酸塩を溶解６したものがある。使用するレノン
の量は乾燥状態で粉末混合物に対して溶媒蒸発後重量で
２％ないし３％に対応する。一般的にいえば、結合剤の
量は乾燥状態で凝集しようとする成分の全重置の約１％
ないし５チの範囲内にある。

他のレノンや溶媒の例は米国特許第４，２３０，７４７
号の第５欄に示されている。

混合と凝集は米国オハイオ州トロイのホーバート（Ｈｏ
ｂａｒｔ）製造会社で製造されたホーバートミキサで行
うことができる。もう１つの形のミキサにロス（Ｒｏｓ
ｓ）　ミキサと呼ばれるものがある。混合中に溶媒は蒸
発してあとに結合された凝集物を残しこの凝集物は例え
ば１００メツシユの篩、好ましくはメツシュの篩、或い
は他の好ましいメツシュた−とえば一２７０メツシュ（
米国規格）の篩を通ることによって篩い分けすることが
できる。

セラミック被膜を施そうとする基体の典型的なものは軟
鋼のような鉄を含む金属基体、たとえば重量で０．０５
％ないし０．３チの範囲内（たとえば０．１ないし０．
２％）の炭素を含む鋼のようなものである。典型的な鋼
は１０１０および１０２０鋼である。他の鉄を含む金属
基体は低合金鋼或いは中間合金鋼であってもよい。しか
しながらｊセラミック被膜は鋳鉄を含む色々の金属基体
に適用できる。

良好な結合を確実に得るために中間合金接着被膜が用い
られる。米国特許第４．０２．６９１号および同第３．
３２２，５１５号などにはよく知られている合金接着被
膜が記述されている。

好ましい接着被膜としては１８ないし２０％のＣｒ、４
．５ないし７チのＡｔ　、および主としてＮｉから成る
残余を含む合金粉末で得られるものがある。この粉末は
金属基体にプラズマでスプレーされると強い接着力を作
シ出し、そしてこの接着被膜の上にはセラミック粉末が
プラズマでスプレーされると非常に強く被着する。

ゾラズマスプレーで特に用いられるもう一つの好ましい
接着被膜粉末としては約８０％のＮｉと２０チのＣｒか
ら成る合金がある。

本発明の実施例として次の例を挙げる。

この例では２つのテストが行われた。１つけ本発明の七
ラミック組成を用いたもので、他の１つは安定化したジ
ルコニアだけを用いている。本発明の粉末組成は７５チ
の安定化したジルコニアと残余の約２５ｔＩ６の主とし
てアルミナから成るスプレーで乾燥した混合物であり、
このスプレー乾燥粉末の粒子の大きさは約３ないし６３
ミクロンの範囲、たとえば５ないし５３ミクロンである
。ノ約１８ないし２０チのＣｒ、約４．５ないし７ｑ６
のＡｔ。

および主としてＮｉの残余から成る合金粉末の接着被膜
材が＋　Ｍｅｔｃｏ３８Ｍと名付けられているプラズマ
スプレーガンを用いて各基体にプラズマスプレーされた
。その接着被膜材は約０．２９１７メートルの厚さにス
プレーされた。

プラズマフレームスシレーガンの一例が米国特許第３，
３０４，４０２号に示されている。

接着被膜を施したあと９本発明による粉末が上ニ述べた
スプレーガンを用いてプラズマスプレーされた。得られ
た厚さは約２．５９１７メートルである。同じように１
本発明によらない粉末がフレームスプレーされ、約２ミ
リメートルに達した。そして次のような結果が得られた
。

表　　１ 本発明　　　　通常の安定化したＺ　ｒ　Ｏ２硬さ　　
：　　５５−５０Ｒｃ　　　　４Ｏ−４５ＲＣ剥離抵抗
：　　　優　　　　　　　　　良摩擦係数：　　　低　
　　　　　　　　低本発明による被膜の摩耗抵抗は安定
化したＺ　ｒＯ２だけから作られた被膜より３０−５０
％良好であっだ０ 上の説明から明らかなように２本発明による被膜は安定
化したＺ　ｒＯ２だけから作られた被膜より非常に優れ
ている。Ｘ線回折で調べだ結果、　Ａ／！、２０３はジ
ルコニアと結合して結晶格子を強化していることが分っ
た。

アルミナはジルコニアが安定化されていてもいなくても
組成を強化する。しかし乍ら先に述べたように、ジルコ
ニアは安定化していた方が好ましい。酸化カルシウム（
Ｃａｂ）に加えて１重量でジルコニアと安定化剤を加え
たものの２０％までの範囲の他の安定化剤も用いられる
。このような他の安定化剤の例を挙げると、酸化ネオジ
ム、酸化ランタン、酸化イツトリウム、およびマグネシ
アである。使用される量は少なくとも成る程度の安定化
を起すに足るものでなくてはならない。

安定化剤の割合は、混合しているジルコニアに対し酸化
ネオジムが約５ないし２０％、酸化ランタンが５％以上
２０％、酸化イツトリウムが６〜２０チ、酸化カルシウ
ムが約４ないし８％、そしてマグネシアが２ないし４チ
である。

上記の本発明は好ましい実施例について説明されたもの
であるが、その修飾や変形も本発明の精神−と範囲を逸
脱することな〈実施可能であシ、このことはこの種の技
術に熟達した人ならば容易に理解できるであろう。この
ような修飾や変形は本発明の特許請求の範囲内にあるも
のと考えられる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （リ　重量比で約１０ないし５０％の実質上のアルミナ
   と、主としてジルコニアである残余とから成るフレーム
   スプレーセラミック粉末組成。 （２）重量比で約１０ないし５０チの実質上のアルミナ
   と、安定化剤で少なくとも一部安定化されたジルコニア
   を主とする残余とから成るフレームスシレーセラミック
   粉末組成。 −（３）前記安定化剤が重量比でジルコニアと該安定化
   剤の混合物の約２０％までの範囲にあり且つその材質が
   酸化ネオジム、酸化ランタン、酸化イツトリウム、酸化
   カルシウム、およびマグネシアから成る群のうちの少く
   とも１つから成っているような特許請求の範囲（２）の
   フレームスプレーセラミック粉末組成。 （４）重量比で約１０ないし５０チの実質上のアルミナ
   と、主としてジルコニアである残余とから成シ、中間合
   金接着被膜によシ金属基体に接着されたセラミック被膜
   。 （５）重量比で約１０ないし５０％の実質上のアルミナ
   と安定化剤で少なくとも一部安定化されたジルコニアを
   主とする残余とから成シ、中間合金接着被膜により金属
   基体に接着されたセラミック被膜。 （６）前記安定化剤が重量比でジルコニアと該安定化剤
   の混合物の約２０チまでの範囲にあシ且っその材質が酸
   化ネオジム、酸化ランタン、酸化イツトリウム、酸化カ
   ルシウム、およびマグネシアから成る群のうちの少なく
   とも１つから成ってるような特許請求の範囲（５）のセ
   ラミック被膜。