JPS5932541B2 - Relatively low wear-resistant metal article coated with refractory metal and method for producing the same - Google Patents

Relatively low wear-resistant metal article coated with refractory metal and method for producing the same

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JPS5932541B2
JPS5932541B2 JP51124510A JP12451076A JPS5932541B2 JP S5932541 B2 JPS5932541 B2 JP S5932541B2 JP 51124510 A JP51124510 A JP 51124510A JP 12451076 A JP12451076 A JP 12451076A JP S5932541 B2 JPS5932541 B2 JP S5932541B2
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refractory metal
metal
particles
refractory
electrolyte
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WARNER LONDON Inc
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    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D15/00Electrolytic or electrophoretic production of coatings containing embedded materials, e.g. particles, whiskers, wires
    • 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
    • C23C30/00Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は保護被覆に係り、特に金属、合金および金属含
有基体および類似材料で造つた表面に施された耐摩耗、
耐熱又は耐薬品性又は類似材料の如き耐火性金属粒子の
不連続被覆に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to protective coatings, particularly anti-wear coatings applied to surfaces made of metals, alloys and metal-containing substrates and similar materials.
It relates to discontinuous coatings of refractory metal particles, such as heat-resistant or chemical-resistant or similar materials.

本発明の目的は、室温を含む低温において基体金属の表
面に耐火性金属を施工する安価かつ経済的方法を提供す
るにある。本発明の他の目的は、耐火性金属を種々の金
属又は金属含有材料の表面に、個々に分離した耐火性金
属粒子の被覆として、平滑で、低摩擦性、耐摩耗性、耐
化学性、不銹性または同様の保護被覆を造る方法と被覆
した物品を提供するにある。
An object of the present invention is to provide an inexpensive and economical method for applying a refractory metal to the surface of a base metal at low temperatures, including room temperature. Another object of the present invention is to apply refractory metals to the surfaces of various metals or metal-containing materials as coatings of individually separated refractory metal particles to provide smooth, low-friction, wear-resistant, chemical-resistant, A method of making a rustproof or similar protective coating and a coated article are provided.

本発明の方法本発明は、電解質と結合して耐火性金属粒
子と基体金属間に位置する少なくとも一部に、少なくと
も1490℃の融点を有する耐火性又は保護金属を各種
金属、合金又は金属含有基体に析着しうる唯一の知見で
ある。
Method of the Invention The present invention provides a method of applying a refractory or protective metal having a melting point of at least 1490° C. to various metals, alloys or metal-containing substrates in combination with an electrolyte and at least in part located between the refractory metal particles and the substrate metal. This is the only finding that can be deposited on.

とりわけ、使用しうるこれら耐火性又は保護金属は粉状
又は粒状の下記金属およびこれら金属を組合せたすべて
の合金である:これら金属粒子の最初の形状は、それ自
体の結晶形又は塊状又は等軸形又は球形又は針状又は、
樹状晶形の何れかの一つでありかつ実用しうる小さいサ
イズは一般に0.01マイクロメーター〜1m7!Lで
あるのが好ましい。
In particular, these refractory or protective metals which can be used are the following metals in powder or granular form and all alloys of combinations of these metals: shaped or spherical or acicular or
It is one of the dendritic forms and the practical small size is generally 0.01 micrometer to 1 m7! Preferably it is L.

耐火性金属をその上に析着しうる基体金属は、アルミニ
ウム、鉄、クロム、コバルト、銅、ニツケル、マグネシ
ウム、錫、チタニウム又はこれら金属の合金の如き金属
であり、鋼、鋳鉄、真鍮、青銅、ロウ材又は他の好適な
基体金属も包含する。
The substrate metals on which the refractory metal may be deposited are metals such as aluminum, iron, chromium, cobalt, copper, nickel, magnesium, tin, titanium or alloys of these metals, including steel, cast iron, brass, bronze. , braze or other suitable base metal.

基体の表面区域(Near−SurfaceregiO
n)内に粒状の耐火性金属の析着を行うためには、粒状
耐火性金属と基体金属間に少なくとも部分的に配置させ
るべき微細に分散した電解質があることも必要である。
本発明において「表面区域(Near−Surface
reglOn)」とは、耐火性金属で一部置換又は浸透
された基体金属及ひ耐火性金属被覆層の両者を包含する
区域を言う。
Near-Surface area of the substrate
In order to carry out the deposition of particulate refractory metal in n), it is also necessary that there be a finely dispersed electrolyte which is to be located at least partially between the particulate refractory metal and the base metal.
In the present invention, "Near-Surface area"
"reglOn)" refers to an area that includes both the base metal and the refractory metal cladding layer that has been partially replaced or infiltrated with a refractory metal.

本発明に用いられる電解質は、塩酸、硝酸、硫酸、リン
酸、過塩素酸、ケイフツ酸等の如き鉱酸および三酸化ヒ
素および三酸化クロム等の如き酸無水物、酒石酸、マロ
ン酸および類似物の如き有機酸からなる酸類が好適であ
ることを認めた。
Electrolytes used in the present invention include mineral acids such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, perchloric acid, silica acid, etc., acid anhydrides such as arsenic trioxide and chromium trioxide, tartaric acid, malonic acid and the like. It has been found that acids consisting of organic acids such as:

有効な塩基性電解質はナトリウム、カリウム、リチウム
、カルシウム、マグネシウム等のようなアルカリおよび
アルカリ土類水酸化物類である。また、アルカリハロゲ
ン化物塩類、特に塩化物、塩素酸塩、フツ化物、硝酸塩
、硫酸塩、リン酸塩、炭酸塩等のような前述した酸のア
ルカリ及びアルカリ土類の塩類及び硫酸塩、リン酸塩、
硝酸塩、炭酸塩、クロム酸塩、モリブデン酸塩、タング
ステン酸塩等の如き塩類を形成する耐火性金属又は基体
金属として前記した金属の1種である電解質の一部とし
て現に用いられている金属の何れか1種の金属塩も電解
質として有用である。また、アンモニウムチオシアン酸
塩、カリウムチオシアン酸塩、硫酸亜鉛、炭酸アンモニ
ウム、硫酸アンモニウム、硫酸カリウム、硫化ナトリウ
ム、炭酸ナトリウム、シアン化カリウム、硝酸カルシウ
ム、塩化カリウムおよび塩化カルシウムの如き化合物も
電解質として有用である。
Useful basic electrolytes are alkali and alkaline earth hydroxides such as sodium, potassium, lithium, calcium, magnesium, and the like. Also, alkali halide salts, especially alkali and alkaline earth salts of the aforementioned acids such as chlorides, chlorates, fluorides, nitrates, sulfates, phosphates, carbonates, etc. and sulfates, phosphoric acids, etc. salt,
Refractory metals that form salts such as nitrates, carbonates, chromates, molybdates, tungstates, etc., or metals currently used as part of electrolytes that are one of the metals listed above as base metals. Any one metal salt is also useful as an electrolyte. Compounds such as ammonium thiocyanate, potassium thiocyanate, zinc sulfate, ammonium carbonate, ammonium sulfate, potassium sulfate, sodium sulfide, sodium carbonate, potassium cyanide, calcium nitrate, potassium chloride and calcium chloride are also useful as electrolytes.

電解質は一般に何れかの酸、塩基又は塩類としうるが、
水分の存在で解離しなければならない、即ち電流を伝導
し得かつ十分な解離度又はパーセント又はより正確に充
分に高い当量導電率比をもたねばならない。
The electrolyte can generally be any acid, base or salt, but
It must dissociate in the presence of moisture, ie it must be able to conduct an electric current and have a sufficient degree or percentage of dissociation or more precisely a sufficiently high equivalent conductivity ratio.

当本発明の目的のためには、この導電率比は19m当量
/101の水の希釈における当量導電率と無限の希釈に
おける当量導電率との間の比率として測定し、温度は2
5℃(ラインホールド出版社、1958年、ハーンドお
よびオウエン著「電解液の物理化学]参照)である。
For the purposes of this invention, this conductivity ratio is measured as the ratio between the equivalent conductivity at a dilution of 19 m equivalents/101 water and the equivalent conductivity at infinite dilution, and the temperature is 2.
5° C. (see “Physical Chemistry of Electrolytes” by Harnd and Owen, Reinhold Publishers, 1958).

本発明に有用である電解質は約0.13〜0.93、な
るべく0.60以上の導電率比を有するものである。下
記のものは本発明の要求に合致する若干の酸、塩基及び
塩類とこれらに相当導電率比の概略値である:) 解離は本発明方法における電解質の選択のための判定条
件であるので、電解質の解離能力がより大きいものとの
結論に達し、より効果的に本発明の反応を行わせること
になる。
Electrolytes useful in the present invention are those having a conductivity ratio of about 0.13 to 0.93, preferably 0.60 or greater. The following are approximate values of some acids, bases and salts and their corresponding conductivity ratios that meet the requirements of the present invention:) Since dissociation is a criterion for the selection of electrolyte in the method of the present invention, It was concluded that the dissociation ability of the electrolyte is greater, and the reaction of the present invention can be carried out more effectively.

この仮定は電解質のイオン化をより完全としうることで
あり、一層有効に本発明の方法の目的に役立つものであ
る。本発明方法に関する限り、その表面内および表面上
に耐火性又は保護金属を析着するに当り電流を印加する
必要はないが、本発明方法は根本的に電解的と考えられ
るので、電流の印加が影響を及ぼしかつ本発明方法を助
けるものである。印加電流は内部的に発生した電解電流
が本発明の結果を得るために極めて小さい尺度で充分な
強さであるので、本発明方法の要件ではない。基体材料
上に耐火性金属を析着する電気化学的反応を達成するた
めには、粒状耐火性金属、電解質及び基体材料間の緊密
な一体化が生ずるものと考えられる。
This assumption allows for more complete ionization of the electrolyte and serves the purpose of the method of the invention more effectively. As far as the method of the invention is concerned, it is not necessary to apply an electric current to deposit refractory or protective metals in and on its surfaces, but since the method of the invention is considered fundamentally electrolytic, the application of an electric current is not necessary. influence and assist the method of the invention. Applied current is not a requirement for the method of the invention since the internally generated electrolytic current is of sufficient strength on a very small scale to obtain the results of the invention. In order to achieve the electrochemical reaction that deposits the refractory metal onto the substrate material, intimate integration between the particulate refractory metal, the electrolyte, and the substrate material is believed to occur.

この点については、電解質と耐火性金属の正確な組合せ
粒子サイズが、このサイズが主として通常より硬質な耐
火性金属の大きさによるものであるので臨界的又は重要
でないことが固体電解質の場合に認められた。この電解
質粒子は10−3マイクロメーター〜約1mm1なるべ
く基体金属に適用する場合に共存する耐火性金属粒子よ
り10〜100倍小さいように微粉砕してあるのが好ま
しい。基体金属の一部が耐火性金属で交換されるものと
考えられる反応の開始に当り、耐火性金属が部分的にイ
オン化されて基体金属と交換反応を行うことが重要であ
る。
In this regard, it is recognized in the case of solid electrolytes that the exact combined particle size of the electrolyte and refractory metal is not critical or important since this size is primarily due to the size of the normally harder refractory metal. It was done. The electrolyte particles are preferably pulverized to a size of 10@-3 micrometers to about 1 mm.sup.1, preferably 10 to 100 times smaller than the coexisting refractory metal particles when applied to the base metal. At the start of a reaction in which a portion of the base metal is believed to be exchanged with the refractory metal, it is important that the refractory metal is partially ionized and undergoes an exchange reaction with the base metal.

イオン濃度は1〜60,000〜の耐火性金属/溶液l
とすべきであることが認められた。イオン濃度の範囲は
1,000〜15,000ηの耐火性金属イオン/溶液
lの間とすることが好ましい。基体金属と交換反応した
后、耐火性金属イオンは析出せんとする耐火性金属の粒
子のための場所を提供するものと考えられる。
Refractory metal/solution with ion concentration of 1 to 60,000 l
It was recognized that this should be done. Preferably, the ion concentration range is between 1,000 and 15,000 η refractory metal ions/l solution. After exchange reaction with the base metal, the refractory metal ions are believed to provide a site for particles of refractory metal to precipitate.

これらの反応は顕微鏡的な規模でのみ起るものと考えら
れる。所望の反応とするに少なくとも充分な量の耐火性
金属イオンを生成するためには、析着せんとする耐火性
金属粒子表面の少なくとも一部に発生期の表面をもつこ
とが重要である。完全に説明することはできないが、こ
の新鮮な表面は電解質と存在する水分とが耐火性金属と
結合することができる充分)qな時間、必要濃度の耐火
性金属イオンを生成する。
These reactions are thought to occur only on a microscopic scale. In order to generate at least a sufficient amount of refractory metal ions for the desired reaction, it is important that at least a portion of the surface of the refractory metal particles to be deposited has a nascent surface. Although not fully explained, this fresh surface produces the requisite concentration of refractory metal ions for a sufficient period of time that the electrolyte and any moisture present can combine with the refractory metal.

すべての耐火性金属は通常存在する水分に不溶性である
が、それにも拘らず本発明に必要とするイオンの充分な
濃度は電解質と充分な水分の存在において耐火性金属の
発生機の表面から生成される。必要とする発生機の表面
は磨鉱、又は他の混和、摩滅による如き機械的作用又は
耐火物金属粒子上に発生機の表面を造る電解質又は池の
反応性物質の化学的作用によつて容易に生成することが
できる。発生機の表面を生成する機械的又は化学的作用
の量は、発生機の表面がこのような混合作用によつて生
成されるので臨界的なものではない。
Although all refractory metals are normally insoluble in the moisture present, nevertheless sufficient concentrations of ions required for this invention are generated from the surface of the refractory metal generator in the presence of an electrolyte and sufficient moisture. be done. The required generator surface is easily prepared by mechanical action such as abrasion or other mixing, abrasion, or by the chemical action of an electrolyte or pond reactive material that creates a generator surface on the refractory metal particles. can be generated. The amount of mechanical or chemical action that produces the generator surface is not critical as the generator surface is produced by such mixing action.

この発生機の表面から耐火性金属イ”オンは役1分〜3
0日、なるべく1〜20時間の時間的間隔で生成され、
この時間は耐火性金属の水分、温度及び溶解度によるも
のである。従つてこの時間は限度的ではない。耐火性金
属イオンの必要な濃度が存在しかつ発生機の表面が生成
されることだけが重要であつて、それにより粒状の耐火
性金属が基体金属の表面区域内に析着される。電解質と
粒状耐火性金属間の緊密な関係を提供しかつ基体金属の
表面と耐火性金属間に電解質を配置するには、耐火性金
属粒子上に露出されるより多い発生機の表面を生ずると
同様に、種々の別な方法が可能である。
The refractory metal ion is removed from the surface of this generator for 1 to 3 minutes.
generated at time intervals of preferably 1 to 20 hours on day 0,
This time is dependent on the moisture, temperature and solubility of the refractory metal. Therefore, this time is not critical. It is only important that the requisite concentration of refractory metal ions be present and that a generator surface be created, so that particulate refractory metal is deposited in the surface area of the base metal. Providing a close relationship between the electrolyte and the particulate refractory metal and placing the electrolyte between the surface of the base metal and the refractory metal results in more generator surface being exposed on the refractory metal particles. Similarly, various other methods are possible.

耐火性金属が大気条件下で乾燥した粉末の物理的状態で
あり、電解質もかなり乾燥した粒状である場合、緊密な
混合物は2種の粉末を一諸によく混合して得られる。耐
火性金属の量的範囲は、耐火性金属と電解質の乾量混合
物の99〜50重量%、なるべく96〜66重量?であ
る。電解質は上記乾量混合物の1〜50重量?、なるべ
く4〜34重量?の範囲である。本発明の電気化学的作
用を高めるために、電気化学的分極作用をさけるための
試薬として働く成分又は化合物を、耐火性金属と電解質
の全混合物の1〜10重量?の量を粒状耐火性金属と電
解質とに適当に配合することができる。このような非分
極作用化合物又は成分の例はMrlO2、白金族金属粉
、CUOlHgOlイオン化しうる鉄又はハロゲン化物
、硫酸塩、硝酸塩のような錫塩等および活性炭素である
。耐火性粒子上の電解質被覆の厚さはできる限り連続し
た均質なものとすべきであり、分子状薄膜〜25マイク
ロメーター又は1龍までの厚さとしうる。
If the refractory metal is in the physical state of a dry powder under atmospheric conditions and the electrolyte is also in a fairly dry granular form, an intimate mixture can be obtained by mixing the two powders together. The quantitative range of refractory metal is 99-50% by weight of the dry mixture of refractory metal and electrolyte, preferably 96-66% by weight? It is. Is the electrolyte 1-50% by weight of the above dry weight mixture? , preferably 4 to 34 weight? is within the range of In order to enhance the electrochemical action of the present invention, 1 to 10% of the total mixture of refractory metal and electrolyte may be added with a component or compound that acts as a reagent to avoid electrochemical polarization action. can be appropriately blended into the particulate refractory metal and the electrolyte. Examples of such non-polarizing compounds or components are MrlO2, platinum group metal powders, CUOlHgOl ionizable iron or halides, tin salts such as sulfates, nitrates, etc. and activated carbon. The thickness of the electrolyte coating on the refractory particles should be as continuous and homogeneous as possible and may be from a molecular film to 25 micrometers or up to 1 mm thick.

耐火性金属表面の大部分は被覆されるべきであるが、約
10%と低い少部分の被覆でも採用される。耐火性金属
粒子上の発生機の表面および電解質粉末による耐火性金
属粒子の被覆の何れか又は両者を生成する混合又は粉砕
は、電解質および耐火性金属粉末の両者が少量又は観察
し得ない水分をもたないかなり乾燥している場合に生じ
うることを認めた。
Although most of the refractory metal surface should be coated, a small coating as low as about 10% may also be employed. The mixing or grinding to produce either or both the surface of the generator on the refractory metal particles and the coating of the refractory metal particles with the electrolyte powder is such that both the electrolyte and the refractory metal powder contain small amounts or unobservable moisture. It was acknowledged that this can occur when the weather is quite dry.

この混合時間は一般的に約30分〜30日である。しか
し耐火性金属イオンを造るには十分な水分が存在しなけ
ればならず又このイオンは形成されない。耐火性金属お
よび電解質の何れか又は両者が大気条件下で乾燥状であ
れば、この混合物で基体金属の処理前に全混合物の約0
.5〜60重量%の量の水を耐火性金属一電解質混合物
に存在させるべきである。
This mixing time is generally about 30 minutes to 30 days. However, sufficient moisture must be present to create refractory metal ions, and these ions are not formed. If either the refractory metal and/or the electrolyte are dry under atmospheric conditions, this mixture can be used to remove about 0% of the total mixture before processing the base metal.
.. Water should be present in the refractory metal-electrolyte mixture in an amount of 5-60% by weight.

水分の量は1〜40重量%とするのが好ましい。水のよ
うな液体媒質のペースト、スラリー又は溶液として電解
質及び耐火性金属の緊密な湿分添加により本発明の利点
を達成することもできる。
The amount of water is preferably 1 to 40% by weight. The advantages of the invention can also be achieved by intimate moisture addition of the electrolyte and refractory metal as a paste, slurry or solution in a liquid medium such as water.

混合物の十分な量の水は、電解質が約106オーム・セ
ンチメートルより少ない電気抵抗値を示す場合看こ決定
することができる。電解質が液体である場合、液体媒質
の添加は必要としないが、特に強鉱酸が好ましい。耐火
性金属と電解質の混合物における若干の水の存在は保護
金属のイオン濃度を生成しかつ基体金属によるイオン交
換に多分かみ合う電解質の反応性を許容するのに重要で
ある。
A sufficient amount of water in the mixture can be determined if the electrolyte exhibits an electrical resistance value of less than about 106 ohm-cm. If the electrolyte is a liquid, the addition of a liquid medium is not necessary, but particularly strong mineral acids are preferred. The presence of some water in the refractory metal and electrolyte mixture is important to create an ion concentration of the protective metal and to allow reactivity of the electrolyte that is highly compatible with ion exchange by the base metal.

10分〜30日で行われるこの単一混合又は組合せ混合
及び熟成工程は、発生機の表面および耐火性金ノ寓イオ
ンの濃度を得るのに必要な時間と代えることができ、耐
火性金属イオンの濃度が十分であると認められない場合
は、通常1〜30日の再混合及び/又は別の熟成時間が
必要である。
This single mixing or combined mixing and aging step, which takes place from 10 minutes to 30 days, can replace the time required to obtain a concentration of refractory metal ions on the surface of the generator and refractory metal ions. If the concentration is not found to be sufficient, remixing and/or another aging period of usually 1 to 30 days is required.

耐火性金属イオンの実際の濃度はそれ以上の混合又は熟
成時間が必要であるかをテストする。電解質と耐火性金
属の緊密に混合した粉末、ペースト、液体等はついで基
体金属に噴霧、浸漬、刷毛塗り、撹拌、散布又は適当な
分布手段又は混合耐火性金属と電解質の被覆によつて施
して、基体金属に薄い被覆を提供する。
The actual concentration of refractory metal ions will be tested to determine if further mixing or aging time is required. The intimately mixed powder, paste, liquid, etc. of the electrolyte and refractory metal is then applied to the base metal by spraying, dipping, brushing, stirring, scattering or any suitable distribution means or coating of the mixed refractory metal and electrolyte. , providing a thin coating to the base metal.

発生機の表面を有する耐火性金属と必要な水分含有量と
耐火性金属イオン濃度を有する電解質の調整混合物を本
発明の次の工程、即ち耐火性金属の析着を遂行するよう
に耐火性金属と電解質の両者の十分な被覆を得るために
、ボールを用いないボールミル内で処理せんとする部品
と共に撹拌する。
A prepared mixture of a refractory metal having the surface of the generator and an electrolyte having the required moisture content and refractory metal ion concentration is prepared to carry out the next step of the invention, namely the deposition of the refractory metal. Stir with the part to be processed in a ball mill without balls to obtain sufficient coverage of both the electrolyte and the part to be processed.

湿潤混合物では、電解質が基体金属の表面と耐火性金属
間に存在し、正しく耐火性金属の粒子が電解質で被覆さ
れた場合と同じ方法で作用する。基体金属に対する耐火
性金属の置換又は代替を行う温度は室温又は適当な温度
としうる。この温度は本発明の実施および操業に当つて
限定的なものでないが、温度上昇により反応率の増加の
効果がある。室温では、約1〜168時間、好ましくは
6〜72時間で基体金属への耐火性金属の含浸又は交換
を行うのに充分である。より長時間は臨界的でなく本発
明方法に逆に影響を与える。より短時間でも充分な反応
が生起すれば実行しうる。温度範囲は0〜200℃、好
ましくは10〜100℃、特に15〜40℃とし得る。
この温度の下限は限定的ではなく、0℃より低くしうる
がこの場合はより長い反応時間となる。基体金属に施し
うる保護材料としての電解質と耐火性金属混合物の面積
的密度は限定的でなく、保護被覆M7i2当り約0.5
耐火性金属粒子から1.0マイクロメーター粒子サイズ
に対して約106粒子/Mm2である基体金属の表面上
の混合物の完全に均一な被覆と変化しうる。
In a wet mixture, the electrolyte is present between the surface of the base metal and the refractory metal and acts in the same way as if particles of properly refractory metal were coated with the electrolyte. The temperature at which the refractory metal is substituted or substituted for the base metal may be room temperature or a suitable temperature. Although this temperature is not limiting in the implementation and operation of the present invention, increasing the temperature has the effect of increasing the reaction rate. At room temperature, about 1 to 168 hours, preferably 6 to 72 hours, is sufficient to impregnate or replace the base metal with the refractory metal. Longer times are not critical and adversely affect the method of the invention. It can be carried out even in a shorter time if a sufficient reaction occurs. The temperature range may be between 0 and 200<0>C, preferably between 10 and 100<0>C, especially between 15 and 40<0>C.
The lower limit of this temperature is not critical and can be lower than 0°C, but this will result in longer reaction times. The areal density of the electrolyte and refractory metal mixture as a protective material that can be applied to the base metal is not limited, and is approximately 0.5 per protective coating M7i2.
The refractory metal particles can vary from a completely uniform coverage of the mixture on the surface of the substrate metal to about 106 particles/Mm2 for 1.0 micrometer particle size.

大きさが1〜5マイクロメーターの粒子は全面被覆のた
めに約4×10(10籠子/Mm2の範囲のこれら粒子
の濃度を有する。商業的に入手しうる金属粉末と電解質
の組合せからなるような約−325メツシユサイズ(4
4マイクロメーターの公称最高径)の粒子では、基体金
属上に析着される粒子濃度は約10〜104粒子/Mj
に変化しうる。施される耐火性金属粒子の量と大きさは
基体上に実際に析着されたのちの粒子の接近と個々に分
れた粒子のサイズを決定する。本発明製品添附図面は、
基体金属10上にかつ平面A−Aにより明確とした表面
区域内に認めうる種々のありうる組織の複合説明図であ
る。
Particles of size 1-5 micrometers have a concentration of these particles in the range of about 4 x 10 (10 cages/Mm2) for full coverage. Approximately -325 mesh size (4
For particles with a nominal maximum diameter of 4 micrometers, the particle concentration deposited on the substrate metal is approximately 10-104 particles/Mj
It can change to The amount and size of the refractory metal particles applied determines the closeness of the particles and the size of the individual particles after they are actually deposited on the substrate. The drawings attached to the product of this invention are:
1 is a composite illustration of the various possible textures that can be seen on the base metal 10 and within the surface area defined by plane A-A; FIG.

基体金属の表面区域内に析着される耐火性金属の個々に
分離した粒子14の特徴は、本発明の実施の程度にある
The characteristics of the discrete particles 14 of refractory metal deposited within the surface area of the base metal are to the extent of the implementation of the invention.

例えば、本発明方法に初めに用いられた耐火性金属と実
質的に同じ形状か、名目上同じであるか又は粉末又は粒
状の粒子に較べて若干小さいサイズで基体の表面区域に
存在する耐火性金属粒子である。本発明の特徴は本発明
方法に用いられた耐火性金属粉又は粒子および処理した
金属基体に析着した耐火性金属粒の両者の顕微鏡観察に
よつて立証された。このような多数の析着した粒子は約
2マイクロメーターより大きくないような大きさであり
、このような析着した耐火性金属粒の全部が0.01〜
100マイクロメーターのサイズ範囲内にあることを認
めた。更に、本発明方法に初めに用いられた耐火性金属
粉又は粒の平均粒子大きさより大きい及び小さい両方の
大きさを有する多量の耐火性金属粒子14を基体金属1
0の表面区域12に析着しうる。
For example, the refractory metal present in the surface area of the substrate is substantially the same shape, nominally the same, or slightly smaller in size compared to the powder or granular particles as the refractory metal originally used in the process of the invention. They are metal particles. The features of the invention were demonstrated by microscopic observation of both the refractory metal powder or particles used in the process of the invention and the refractory metal particles deposited on the treated metal substrate. A large number of such deposited particles are no larger than about 2 micrometers in size, with all such deposited refractory metal grains having a size of 0.01 to
It was found to be within the size range of 100 micrometers. Furthermore, a large amount of refractory metal particles 14 having a size both larger and smaller than the average particle size of the refractory metal powder or grains initially used in the process of the invention is added to the base metal 1.
can be deposited on the surface area 12 of 0.

従つて例えば本発明の方法に用いられた耐火性金属粒子
の最初の形状が平均大きさ1マイクロメーターのそれ自
体の結晶形状又は不揃いである場合、析着した耐火性金
属粒子がこの特徴であり、更に直径10マイクロメータ
ーまでの大きい球状粒の形と0.2マイクロメーターよ
り小さい平均大きさの小さい隣接する粒子の両方を示す
。析着した耐火性金属粒子14はこのような附加的形状
をとつても、これら析着粒子は0.01〜100マイク
ロメーターのサイズの範囲でありかつ多数の析着耐火性
金属粒子は約2マイクロメーターより小さい大きさを有
することが認められた。個々に分離した析着耐火性金属
粒子の配置は、基体金属の表面区域における顕微鏡的特
性の小孔又は谷間、および/又は機械加工した溝16等
の如き、予じめ物理的又は化学的作用によつて形成され
た基体金属の表面区域に不規則的に、粒子境界で優先的
に認められる。
Thus, for example, if the initial shape of the refractory metal particles used in the method of the present invention is a self-crystalline shape with an average size of 1 micrometer or is irregular, the deposited refractory metal particles will have this characteristic. , further exhibiting both large spherical grain shapes up to 10 micrometers in diameter and small adjacent grains with an average size of less than 0.2 micrometers. Even with this additional shape, the deposited refractory metal particles 14 range in size from 0.01 to 100 micrometers, and the number of deposited refractory metal particles is about 2 micrometers. It was found to have a size smaller than a micrometer. The arrangement of individually deposited refractory metal particles may be caused by pre-existing physical or chemical effects such as microscopic pores or valleys and/or machined grooves 16 in the surface area of the base metal. Irregularities are observed on the surface area of the base metal formed by the process, preferentially at the grain boundaries.

基体金属の本質的に平担な極微小な単一相区域上の耐火
性金属粒子の分布は明らかに空間的に乱雑である。同様
に微量電解現象は基体金属のか\る平担部分上に本質的
に空間的に乱雑な形を生ずるものと考えられ、析着した
個々に分れた耐火性金属粒子の最初の不連続な型を形成
する。本発明の操作を発展させると、これら多数の個個
に分れた耐火性金属粒子は隣接する型で析出し、基体金
属の本質的に平担な区域20上に乱雑に配置されたこれ
ら粒子の密集部(Clusters)18を形成する。
The distribution of refractory metal particles on an essentially planar microscopic single phase area of the base metal is clearly spatially disordered. Similarly, microelectrolysis phenomena are thought to produce an inherently spatially disordered shape on a flat portion of the base metal, with initial discontinuities of deposited individual refractory metal particles. Form a mold. Developing the operation of the present invention, these large numbers of individual refractory metal particles are deposited in contiguous molds, and these particles are randomly arranged on an essentially flat area 20 of the base metal. Clusters 18 are formed.

粒子のこれら密集部は互に間隔をおいており、機械加工
した溝16の如く基体金属の表面区域に不規則的に優先
的に形成する。本発明方法の反応を処理時間を増加し又
は処理温度を上昇するような別の工程に進行させると、
個々に分れた粒子14の優先的かつ乱雑に配置された密
集部18は他の中央部の密集部に隣接することになり、
従つて基体金属の表面区域内に析出した耐火性金属の微
細粒(小さいスケール)区域22を形成する。
These clusters of particles are spaced apart and preferentially form irregularly in the surface areas of the base metal, such as machined grooves 16. When the reaction of the method of the invention is advanced to another step such as increasing the treatment time or increasing the treatment temperature,
The preferentially and randomly arranged dense area 18 of the individual particles 14 will be adjacent to another central dense area,
Fine-grained (small scale) areas 22 of refractory metal are thus formed deposited within the surface area of the base metal.

析出した耐火性金属のこのような微細粒区域は、この区
域内で基体金属が不明確であるので連続していることが
明らかである。耐火性金属のこれらの微細粒区域22は
乱雑な形で互に間隔があるが、機械加工した溝16及び
類似構造の如き基体金属の表面区域に優先的に不規則状
に形成される。本発明方法の反応を一層進行させ、特に
多数の反応区域を、基体上の個々に分れた粒子のその区
域の密度を増加することによつて増加すると、相互の耐
火性金属の結合処理が一層明白になる。
These fine-grained areas of deposited refractory metal appear to be continuous as the base metal is indistinct within this area. These fine-grained areas 22 of refractory metal are randomly spaced from each other, but are preferentially irregularly formed in surface areas of the base metal such as machined grooves 16 and similar structures. If the reaction of the process of the invention is made more advanced, and in particular the number of reaction zones is increased by increasing the density of the individual particles on the substrate in that zone, the bonding process of the refractory metals to each other is improved. It becomes even more obvious.

優先的かつ乱雑に配置した微細粒の耐火性金属区域22
は24の如く耐火性金属の他の中央部の微細粒区域に隣
接することになり、基体金属の表面区域内に析出した耐
火性金属の微細粒(大きいスケール)区域26を生ずる
。析出した耐火性金属のこのような微細粒区域26は、
このような区域内で基体金属がみたところ被覆されてい
るので連続していることが肉眼で明らかである。析出し
た耐火性金属のこれら微細粒区域は互に離れており、基
体金属の表面区域に明らかに乱雑に配置されている。次
に、上記の方法により耐火性金属の連続的横方向生長に
より、基体金属10全体は28で示す如く析出した耐火
性金属により被覆される。
Preferential and randomly arranged fine-grained refractory metal zones 22
will be adjacent to other central fine-grained areas of refractory metal such as 24, resulting in a fine-grained (large scale) area 26 of refractory metal deposited within the surface area of the base metal. Such fine-grained areas 26 of precipitated refractory metal are
Within such areas, the base metal is coated and is therefore visible to the naked eye. These fine-grained areas of deposited refractory metal are separated from each other and are clearly randomly distributed in the surface area of the base metal. The entire base metal 10 is then coated with deposited refractory metal as shown at 28 by continuous lateral growth of the refractory metal in the manner described above.

更に耐火性金属は基体の表面に標準の方向にそれ自体造
られ、従つて耐火性金属層が30で厚くなり、基体金属
10に固着された耐火性金属の結合部と明らかに連続し
た層32を提供する。上記の如き析出した個々に分れた
耐火性金属粒子のこのような分布と引続く結合は、特に
電気化学的方法をも含む他の金属析出方法と似てない析
出パターンを提供する。
Furthermore, the refractory metal is built upon itself in a standard orientation on the surface of the base body, so that the refractory metal layer is thickened at 30 and is clearly continuous with the bond of the refractory metal 10 to the base metal 10 . I will provide a. Such distribution and subsequent bonding of the individually separated refractory metal particles deposited as described above provides a deposition pattern unlike other metal deposition methods, including in particular electrochemical methods.

例えば本発明方法で処理した場合、軟鋼板素材は直径の
3倍であつても認めうるクラツク又は破壊なしに約3/
8インチ半径eこ140クの曲げに耐え得る連続した被
覆を有することが肉眼で明らかである。明らかに連続的
であるこの被覆は実際には不連続の組織を有する。従つ
て、本発明方法による工具鋼基材の処理は乱雑な間隔の
ある密集粒子状の個々に分れた耐火性金属粒子の析着を
提供する。これらの粒子密集部は基体金属の表面区域内
でかつ鋼の炭化物粒子間に露出された実質的に平担な金
属マトリツクス上に優先的に析出する。本発明の方法に
よるSAE型1018鋼の処理は同様であるが基体の表
面区域内の耐火性金属粒子析出物の複雑なパターンであ
る。この例では、耐火性金属粒子は基体の実質的に平担
なフエライトの微小成分上に乱雑に間隔のある密集粒子
状で個々に分離して析出し、かつ更に基体金属のパーラ
イト微小成分の炭化物フエライト系部分上に優先的に分
布する。この両者の型式の鋼には、連続した金属マトリ
ツクス相が耐火性金属粒子析出物の好ましい位置にみら
れ、両者の場合に、個々に分れた粒子の乱雑な間隔のあ
る密集体が基体の連続した金属マトリツクス相の実質的
に平担な部分上に析出したことがみられる。施しうる固
着した被覆を形成する析出した粒子の仕上りの厚さは、
時間、温度及びイオン濃度によつて変化する。電解質又
は耐火性金属が基体材料と接触する時に印加される電流
も被覆特性に影響がある。0.5mmまでの厚さの選択
的な連続又は不連続である分子状薄膜から始まる厚さが
基体材料の表明区域内に析出される。
For example, when treated with the method of the present invention, a mild steel sheet material with a diameter of about 3 times its diameter can be produced without appreciable cracks or fractures.
It is apparent to the naked eye that it has a continuous coating that can withstand bending of 8 inch radius and 140 degrees. This apparently continuous coating actually has a discontinuous texture. Thus, treatment of tool steel substrates according to the method of the present invention provides the deposition of discrete refractory metal particles in the form of randomly spaced, densely packed particles. These grain densities preferentially precipitate within the surface area of the base metal and on the exposed substantially planar metal matrix between the carbide grains of the steel. The treatment of SAE Type 1018 steel by the method of the present invention is similar but with a complex pattern of refractory metal particle deposits within the surface area of the substrate. In this example, the refractory metal particles are individually separated and precipitated in the form of randomly spaced dense particles on the substantially flat ferrite microcomponent of the base metal, and are further deposited on the carbide of the pearlite microcomponent of the base metal. Preferentially distributed on ferritic parts. In both types of steel, a continuous metal matrix phase is found in the preferred locations of the refractory metal particle deposits, and in both cases randomly spaced clumps of individually separated particles are present in the substrate. It appears that the metal was deposited on a substantially flat portion of the continuous metal matrix phase. The finished thickness of the precipitated particles forming a bonded coating that can be applied is:
Varies with time, temperature and ion concentration. The electrical current applied when the electrolyte or refractory metal contacts the substrate material also affects coating properties. A starting thickness of a selectively continuous or discontinuous molecular film of up to 0.5 mm thickness is deposited in the surface area of the substrate material.

本発明の一つの特徴は基体材料の一部を部分的に置換又
は代替して用いることであり、普通の工場の実用測定技
術により検出しうる基体金属の大きさの変化はないもの
である。最も進んだ析出段階のみが検出可能の大きさの
変化を注目することができる。最后に本発明の特別な実
施によつて極く微少量の少なくとも1つの腐食生成物2
4を基体金属の表面区域に示すことができる。
One feature of the present invention is the use of a portion of the substrate material as a partial replacement or replacement, with no change in the size of the substrate metal detectable by common factory measurement techniques. Only in the most advanced stages of precipitation can a detectable change in magnitude be noted. Finally, according to a special implementation of the invention, very small amounts of at least one corrosion product 2
4 can be shown in the surface area of the base metal.

これらの腐食生成物は基体金属が電解質より化学的に侵
食されるある種の腐食反応の結果として形成された、本
質的に電解質に不溶性の固体の化学的化合物であり、多
数のこれら化合物は本質的に基体金属からの陽イオンと
電解質からの陰イオンで構成される。従つてこの腐食生
成物は基体金属の水酸化物、塩化物、硝酸塩、硫酸塩、
シアン酸塩、炭酸塩、酢酸塩および類似物の形であるこ
とが明らかであり又は変形として酸水素塩、オキシクロ
ライド、チオシアン酸塩および類似物の如き一層複雑な
基体金属化合物である。この腐食生成物は基体10の表
面区域12で核を生成しかつ生長し、これらの区域で電
解質に近づきやすい傾向があり、特にこれら以外の区域
では耐火性金属が直接基体と物理的に接している。
These corrosion products are essentially solid, electrolyte-insoluble chemical compounds formed as a result of some type of corrosion reaction in which the base metal is chemically attacked by the electrolyte; many of these compounds are It is essentially composed of cations from the base metal and anions from the electrolyte. Therefore, this corrosion product consists of hydroxides, chlorides, nitrates, sulfates, and
Obviously in the form of cyanates, carbonates, acetates and the like, or as a variant more complex base metal compounds such as oxyhydrogen salts, oxychlorides, thiocyanates and the like. This corrosion product tends to nucleate and grow in the surface areas 12 of the substrate 10 and is more accessible to the electrolyte in these areas, especially in other areas where the refractory metal is in direct physical contact with the substrate. There is.

腐食生成物の本質的な横方向生長は極く微小区域26と
同様の極く微小区域22において、粒状14の析出した
耐火性金属を少なくとも部分的に36の如く包囲し、3
8の如く埋没し、39の如く一部分埋没し、又は40の
如く捕捉する傾向がある。これらの腐食性生成物は基体
金属に固着し、特に耐火性金属粒子の包囲又は捕捉によ
つて、基体に耐火性金属粒子の固着を高めるものと考え
られる。このようにして作られた複合・被覆組織は、基
体金属に固着結合された耐火性金属粒子、腐食生成物に
より包囲され又は捕捉され又は基体により固着された耐
火性金属粒子、更に腐食生成物により全体的にカプセル
化させられた耐火性金属粒で構成される。このような複
合組織は、ある種の耐火性金属粒子、特に腐食生成物に
全体的に包まれた粒子が、被覆した部品が用いられる時
に発生される押圧力の当然の結果として表面区域におい
て、基体金属に機械的に埋込まれ又は摩擦溶接されるも
のと予想される。この考案では、複合被覆が貯蔵所とし
て働き、基体金属の表面区域に固着する耐火性金属粒子
の連続的供給を確実にする。更にある場合には腐食生成
物自体が潤滑材として働き、それ自身の性質によるか又
は油、黒鉛、硫化モリブデンおよび類似物の如き普通の
潤滑材用の多孔質貯蔵所として摩擦および/又は摩耗を
減少する。本発明による基体金属の処理の好適な最終工
程は熱湯による急速洗浄と引続く急速空気乾燥である。
この操作は微小電解作用で終了し、基体金属の周りから
殆んどすべてのイオン化生成物と塩類を除去する。流出
する洗浄液、通常、水は本発明の爾后の適用に回収しか
つ用いるに好適である析出してない有用な耐火性金属粒
子を含有する。耐火性金属粒子の全重量の99%までが
、流出洗浄水を用いた場合に、傾瀉、沈降、遠心分離及
び類似の方法の標準的操作で回収しうるが、全部の耐火
性金属粒子はこの方法では回収し得ない。この洗浄サイ
クルに続いて不都合にも相互結合をする耐火性金属一電
解質の特殊な組合せがある。この組合せ工程は生成物と
して好ましいものでなく、そのように造られたものは本
質的に再循環の目的に用いられず、容易に粒子に再生す
ることができない。このような場合には、洗浄水中の酸
濃度をこの結合工程を未然に防ぐために、洗浄水全体の
1〜10容量?に維持した鉱酸濃度で用いることが認め
られる。例えば、耐火性金属としてタングステン金属粉
末及び電解質として塩化カルシウムからなる処理混合物
では、全流出洗浄水の約5容量%のレベルで塩酸を添加
することにより結合を防止し得、しかるのち流出液を再
洗浄しかつ傾瀉又は遠心分離して処理反応に消費されな
かつたタングステン粉末を回収しうることを認めた。適
当な洗浄水濃度を得るのに用いられる塩酸の濃度は限定
的なものでない。本発明を下記の実施例によつて更に詳
述する。
The substantial lateral growth of the corrosion products at least partially surrounds the precipitated refractory metal of the grains 14 in microscopic areas 22 similar to microscopic areas 26, such as 36;
They tend to be buried as in 8, partially buried as in 39, or trapped as in 40. It is believed that these corrosive products adhere to the substrate metal and enhance the adhesion of the refractory metal particles to the substrate, particularly by surrounding or entrapping the refractory metal particles. The composite/coated structure thus created consists of refractory metal particles firmly bonded to the base metal, refractory metal particles surrounded or captured by corrosion products, or fixed by the base, and Composed entirely of encapsulated refractory metal grains. Such a composite structure shows that certain refractory metal particles, especially particles totally engulfed by corrosion products, are present in the surface area as a natural result of the pressing forces generated when the coated part is used. It is anticipated that it will be mechanically embedded or friction welded into the base metal. In this idea, the composite coating acts as a reservoir and ensures a continuous supply of refractory metal particles that adhere to the surface area of the base metal. Furthermore, in some cases the corrosion products themselves act as lubricants, reducing friction and/or wear by their own nature or as porous reservoirs for common lubricants such as oil, graphite, molybdenum sulfide and the like. Decrease. A preferred final step in the treatment of the base metal according to the invention is a rapid hot water wash followed by rapid air drying.
This operation is completed with microelectrolysis, which removes almost all ionization products and salts from around the base metal. The effluent cleaning liquid, usually water, contains unprecipitated useful refractory metal particles suitable for recovery and use in subsequent applications of the invention. Although up to 99% of the total weight of refractory metal particles can be recovered by standard procedures of decanting, sedimentation, centrifugation and similar methods using runoff wash water, all refractory metal particles are cannot be recovered by any method. There are special refractory metal-electrolyte combinations that disadvantageously bond together following this cleaning cycle. This combined process is undesirable as the product is essentially unusable for recycling purposes and cannot be easily regenerated into particles. In such cases, the acid concentration in the wash water should be adjusted to between 1 and 10 volumes of the total wash water to forestall this binding process. It is approved for use at mineral acid concentrations maintained at For example, in a treatment mixture consisting of tungsten metal powder as the refractory metal and calcium chloride as the electrolyte, binding may be prevented by adding hydrochloric acid at a level of about 5% by volume of the total effluent wash water, and then recycling the effluent. It has been found that tungsten powder not consumed in the processing reaction can be recovered by washing and decanting or centrifugation. The concentration of hydrochloric acid used to obtain a suitable wash water concentration is not critical. The invention will be further illustrated by the following examples.

実施例 1高炭素鋼製織機トラベラ一の表面区域に耐摩
耗性耐火性材としてタングステン金属を施すために、純
度は特に限定的でないが、純タングステン粉末を用いる
Example 1 In order to apply tungsten metal as a wear-resistant and refractory material to the surface area of a high carbon steel loom traveler, pure tungsten powder is used, although the purity is not particularly critical.

この粉末は−325メツシユを示すものであり、タング
ステン金属粒は最高45マイクロメーターであり、大部
分の粒子はこのサイズより更に少さく最高の大きさはほ
マ1マイクロメーター以下である。乾燥したタングステ
ン粉を、1重量部のCacl2対10重量部のタングス
テン粉の比率で市販粒子サイズの乾燥無水塩化カリシウ
ム粉と混合する。ついでこの2種の粉末をジヤ型ボール
ミル内の磁器ジヤ内で1/4〜1/2インチ磁器ボール
を用いて約24時間混合又は同時磨鉱し、同じ時間乳鉢
及び乳棒の使用でも十分である。この同時磨鉱の際に発
生機の表面が耐火性タングステン粒子上に提供され、C
acl2の粒子サイズが減少し:Cacl2はタングス
テン金属粉粒子の表面上に析着又は塗布される。ついで
この乾燥粉の同時磨鉱混合物を60%相対湿度の湿潤空
気と約20時間接触させ、Cacl2は吸湿性であるか
ら、湿潤混合物の総重量の約10〜20%に等しい量で
上記混合物に水分が吸着される。
This powder exhibits a -325 mesh, with tungsten metal grains up to 45 micrometers, with most particles even smaller than this size, with a maximum size of just under 1 micrometer. The dried tungsten powder is mixed with dry anhydrous potassium chloride powder of commercial particle size in a ratio of 1 part CaCl2 to 10 parts tungsten powder by weight. These two powders are then mixed or simultaneously ground in a porcelain jar in a jar-type ball mill using 1/4 to 1/2 inch porcelain balls for about 24 hours, and using a mortar and pestle for the same amount of time is also sufficient. . During this simultaneous attrition, the generator surface is provided with refractory tungsten particles and C
The particle size of acl2 is reduced: Cacl2 is deposited or coated on the surface of the tungsten metal powder particles. This co-milled mixture of dry powders was then contacted with humidified air at 60% relative humidity for about 20 hours, and since Cacl2 is hygroscopic, it was added to the above mixture in an amount equal to about 10-20% of the total weight of the wet mixture. Water is adsorbed.

この個所で、大部分のCacl2はイオンに解離し、少
量のタングステン金属粉も混合物の液相のl当り耐火性
金属の約3ρ00〜10,000ηの当量濃度を生ずる
イオン状で溶液中に導入される。この湿潤、熟成混合物
はついで該混合物とトラベラ一を同時撹拌してスラリー
として施す。なおその部品は電解質と耐火性金属の混合
物の作用と接触に鋼製基材の表面区域が露出されるよう
にCCl4浴で予じめ洗浄してグリース、油又は他のも
のを除去しておく。室温で24時間、電解質と鋼基材が
協同して耐火性金属粉粒子と該金属イオンに作用し、ト
ラベラ一の鋼基材の表面区域に金属タングステンの析着
物を生成する。上記鋼製トラベラ一を処理する最終工程
は熱湯(80鋼〜10『C)で急速洗浄しついで速かに
空気乾燥する。この作業は微小の電解作用を終了し、鋼
基体の周りからイオン化生成物と塩類を除去することで
ある。この生成製品は、個々に分れた粒子が乱雑に間隔
のある密集部状のタングステンが表面区域に析出された
ものである。
At this point, most of the CaCl2 dissociates into ions and a small amount of tungsten metal powder is also introduced into the solution in ionic form resulting in an equivalent concentration of about 3ρ00-10,000η of refractory metal per liter of liquid phase of the mixture. Ru. This wet, aged mixture is then applied as a slurry by simultaneous stirring of the mixture and the traveler. In addition, the parts are previously cleaned in a CCl4 bath to remove grease, oil or other substances so that the surface area of the steel substrate is exposed to the action and contact of the mixture of electrolyte and refractory metal. . Over a period of 24 hours at room temperature, the electrolyte and the steel substrate jointly act on the refractory metal powder particles and the metal ions to form deposits of metallic tungsten on the surface area of the steel substrate of the traveler. The final step in treating the steel traveler is rapid washing with hot water (80°C to 10°C) followed by rapid air drying. This operation terminates the microelectrolytic action and removes ionization products and salts from around the steel substrate. This product consists of tungsten deposited in the surface area in clusters of randomly spaced individual particles.

タングステン粒子のこの空間的に不連続状の析出物は固
体腐食生成物で浸透され、鋼基材の表面区域に隣接しか
つ固着した物質として析着した、本質的に水和酸化第二
鉄からなるものと考えられる。この腐食生成物は析出タ
ングステン粒子を包囲し、捕捉しかつ部分的に重なり合
い、鋼基材上に固着した複合腐食生成物層を形成する。
この被覆した鋼表面は肉眼的に均一被覆で暗色であり、
顕微鏡的には灰色を示すことが明らかであり、被覆して
ない基体に比べて580〜610のナノメーターの波長
範囲で可視の電磁輻射を優先的に吸収するものである。
This spatially discrete deposit of tungsten particles is infiltrated with solid corrosion products, essentially consisting of hydrated ferric oxide adjacent to the surface area of the steel substrate and deposited as a fixed material. This is considered to be the case. This corrosion product surrounds, traps and partially overlaps the precipitated tungsten particles, forming a composite corrosion product layer fixed on the steel substrate.
The coated steel surface is macroscopically uniform and dark in color;
Microscopically, it is apparent that it exhibits a gray color and preferentially absorbs visible electromagnetic radiation in the wavelength range of 580 to 610 nanometers compared to uncoated substrates.

このような性質の処理表面は電磁輻射の吸着と放出の両
者が高められ、後者は放射熱の散逸に関して特に重要で
ある。実施例 2熱処理低合金調べベルギヤの表面に耐
摩耗耐火性金属としてタングステンを施すために、タン
グステンとCacl2の湿潤、熟成混合物を実施例1に
示したものと全く同じ方法で調製する。
Treated surfaces of this nature enhance both the adsorption and emission of electromagnetic radiation, the latter being of particular importance with respect to the dissipation of radiant heat. Example 2 Heat Treatment Low Alloy Investigation In order to apply tungsten as a wear-resistant and refractory metal to the surface of a bell gear, a wet, aged mixture of tungsten and CaCl2 is prepared in exactly the same manner as shown in Example 1.

ついでこの混合物を洗浄した鋼製ギヤの表面上に闘2当
り約103の耐火性金属粒子の面積密度とするような方
法でギヤの摩耗面上に塗布によりスラリーとして施す。
室温で24時間、電解質と低合金鋼基材が協同して耐火
性金属イオンと作用し、鋼製ギヤの表面区域に金属タン
グステン粒子の析着物を生成する。ついでこの部品を実
施例1に示す如く洗浄し乾燥する。同様に処理したSA
E型1018低炭素鋼板の実験室的滑り摩耗テストは、
0.5kg荷重と120CTII/秒の速度で、重量ロ
スで測定したところ同様の処理しない材料よりこの処理
済材料の耐摩耗性が約250倍であることを示した。
This mixture is then applied as a slurry by coating onto the worn surface of the gear in such a manner as to provide an areal density of about 10 3 refractory metal particles per 2 parts on the surface of the cleaned steel gear.
Over a period of 24 hours at room temperature, the electrolyte and low alloy steel substrate interact with the refractory metal ions to form deposits of metallic tungsten particles on the surface areas of the steel gear. The part is then cleaned and dried as in Example 1. Similarly treated SA
Laboratory sliding wear test of E type 1018 low carbon steel plate was as follows:
At a load of 0.5 kg and a speed of 120 CTII/sec, the abrasion resistance of this treated material was approximately 250 times greater than that of a similar untreated material, as measured by weight loss.

この1時間の急速摩耗テストに用いた処理済材料は上記
の処理済低合金ベベルギヤと同一の顕微鏡的外観を有す
る。実施例 3 部品表面に耐摩耗耐火性材料としてタングステンを施す
ために、−325メツシユサイズのタングステン粉を用
いる。
The treated material used in this one hour rapid wear test has the same microscopic appearance as the treated low alloy bevel gear described above. Example 3 Tungsten powder of -325 mesh size is used to apply tungsten as an abrasion-resistant and fire-resistant material to the surface of a component.

この乾燥タングステン粉を市販の粒子サイズの乾燥無水
Cacl2と混合し、この粉末を実施例1に記載のよう
に混合し、同時磨鉱する。ついでこの乾燥粉末の同時磨
鉱混合物を部品表面上にm′当り約3×103個の耐火
性金属粒子の面積密度となるような方法で、洗浄した摩
耗軸承表面上にふりかけることにより散布する。
The dry tungsten powder is mixed with dry anhydrous CaCl2 of commercially available particle size, and the powder is mixed and co-milled as described in Example 1. This co-abrasive mixture of dry powders is then distributed by sprinkling onto the cleaned wear bearing surfaces in such a way that the surface density of the part is approximately 3.times.10@3 refractory metal particles per m'.

ついでこの摩粍軸承表面に20時間で40−50%相対
湿度の空気に40℃で露出する。この20時間で電解質
と摩耗ギヤ表面に隣接して耐火性金属イオンに作用し、
これらの表面の表面区域に金属タングステン粒子の析出
物を生成する。実施例 4 部品表面に耐摩耗耐火性金属としてタングステンを施す
ために、タングステンとCacl2の湿潤、熟成混合物
を上記実施例1に示したものと全く同様に調製する。
The abrasive bearing surface is then exposed to air at 40-50% relative humidity at 40 DEG C. for 20 hours. During these 20 hours, the electrolyte and the refractory metal ions adjacent to the worn gear surface are
Precipitates of metallic tungsten particles are formed in the surface areas of these surfaces. Example 4 In order to apply tungsten as a wear-resistant and refractory metal to the surface of a part, a wet, aged mixture of tungsten and CaCl2 is prepared exactly as shown in Example 1 above.

比較的多量のこの混合物をついで電解槽の陽極として役
立つ不銹鋼容器内に配置する。この場合の湿潤混合物は
電解槽の「電解質」として役立つ。得られた極性は、約
1ボルトの直流電位が電解槽を通して印加されたことを
小した(不銹鋼−「電解質」一被覆せんとする基体)。
電流が約6時間通屯され、しかるのちこの基体は、電流
を印加しない実施例1〜3により生成された表面と同様
に代表的な青色型となることを認めた。この場合の電流
の印加は個々に分れた粒子の析出を促進するものと考え
られる。実施例 5 硬化した炭素鋼およびある種のタロム鋼の種々の型式と
形状のルーパ一と針及びタングステン鋼の束にしたナイ
フを−325メツシユの粉末タングステンの209と混
ぜた1/2dの塩酸の混合物にさらす。
A relatively large amount of this mixture is then placed in a stainless steel container which serves as the anode of the electrolytic cell. The wet mixture in this case serves as the "electrolyte" of the electrolytic cell. The resulting polarity was such that a direct current potential of about 1 volt was applied through the electrolytic cell (rustless steel - the substrate to be coated with "electrolyte").
Current was applied for approximately 6 hours, after which the substrate was observed to assume a typical blue color similar to the surfaces produced by Examples 1-3 without the application of current. It is believed that the application of current in this case promotes the precipitation of individual particles. EXAMPLE 5 Loopers and needles of various types and shapes of hardened carbon steel and certain Tarom steels and bundled knives of tungsten steel were prepared in a solution of 1/2 d hydrochloric acid mixed with -325 mesh of powdered tungsten 209. Expose to mixture.

この塩酸は電解質を形成し一部の酸と5部の水を混合し
たものである。
This hydrochloric acid forms an electrolyte and is a mixture of one part acid and five parts water.

処理しようとする部品と接触する前の塩酸とタングステ
ンの混合物を24時間均一混合物とするため温め最終的
に湿つた粉末の形とする。この水分含有量は全混合物の
9重量%に調節する。更に24時間熟成により、タング
ステンイオン濃度を溶液のl当り少なくとも5,000
Tnf7とする。ついで混合生成物をルーパ一、針及び
ナイフの表面に一様に25混Cで7nm2当り200個
の粒子で散布し、開放皿内に12時間放置する。この時
間の終りに、全部の試片は若干黒ずんだものとなること
を認めた。反応期間の終りに、試片は同様の未処理試片
より長い耐摩耗性を有することが認められた。
The mixture of hydrochloric acid and tungsten before contacting the part to be treated is warmed for 24 hours to form a homogeneous mixture and finally in the form of a wet powder. The water content is adjusted to 9% by weight of the total mixture. Further aging for 24 hours brings the tungsten ion concentration to at least 5,000 per liter of solution.
Let's call it Tnf7. The mixed product is then uniformly spread over the surfaces of the looper, needle and knife at 25° C. at 200 particles per 7 nm@2 and left in an open pan for 12 hours. At the end of this time, all coupons were noted to be slightly darkened. At the end of the reaction period, the coupons were found to have longer wear resistance than similar untreated coupons.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

添附図面は本発明の基体金属の表面区域の種々の組織特
性の略図であり、図中10は基体金属、12は表面区域
、14は耐火性金属の分離した析着粒子、16は機械加
工溝、18は粒子密集部、20は基体金属の平担部、2
2及び26は微細粒区域、28は被覆耐火性金属、30
は耐火性金属層、32は連続層、34は腐食生成物を夫
々示す。
The accompanying drawings are schematic representations of the various textural characteristics of the surface areas of the base metal of the present invention, in which 10 is the base metal, 12 is the surface area, 14 is the discrete deposited particles of the refractory metal, and 16 is the machined groove. , 18 is a particle dense part, 20 is a flat part of the base metal, 2
2 and 26 are fine-grained areas, 28 is coated refractory metal, 30
32 represents a refractory metal layer, 32 represents a continuous layer, and 34 represents a corrosion product.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 比較的低い耐摩耗性の基体金属と、前記基体金属の
表面区域と、該表面区域内に析着しかつ前記基体金属に
粘着する少なくとも1490℃の融点を有する耐火性金
属とから成り、該耐火性金属が個々に分離した粒子とし
て析着し、多数の析着粒子が隣接して密集状となり、耐
火性金属の前記密集粒子が相互に間隔をおいて、前記基
体金属上に粘着した耐摩耗性被覆を形成していることを
特徴とする耐火性金属で被覆された比較的低い耐摩耗性
基体金属物品。 2 耐火性金属が2マイクロメーターより小さい大きさ
を有する多数のそれ自体の結晶形の粒子、10マイクロ
メーターより小さい大きさを有する多数の等軸粒子又は
それ自体の結晶形又は針状粒子である特許請求の範囲第
1項記載の耐火性金属で被覆された低耐摩耗性基体金属
物品。 3 表面区域内に形成されかつ基体金属に固着した基体
金属の固体腐食生成物、該腐食生成物がその位置で他の
耐火性粒子を少なくとも部分的に包囲し、前記の他の耐
火性粒子は基体金属に固着しないで、前記他の耐火性粒
子が附加的耐摩耗性を提供する特許請求の範囲第1項記
載の耐火性金属で被覆された低耐摩耗性基体金属物品。 4 多数の密集部が隣接して多数の極微小な耐火性金属
区域を形成し、該区域の少なくとも若干が互に離れてい
る特許請求の範囲第1項記載の耐火性金属で被覆された
低耐摩耗性基体金属物品。 5 イオン中に解離し得かつ0.1標準溶液で計算して
0.13〜0.93の導電率比を有する電解質物質を用
意し、比較的低耐摩耗性の基体物質の表面区域に析着さ
せる粒状耐火性金属を用意し、該耐火性金属は少なくと
も1490℃の融点を有し、析着させる耐火性金属粒子
個々の少なくとも一部を発生機の表面としかつ該耐火性
金属粒子を少なくとも電解質で包囲するに充分な時間、
99〜50重量%の耐火性金属と1〜50重量%の電解
質を混和し、前記混和物を約10^6オーム・cmより
少ない電解質抵抗値に維持するに充分に該混合物の湿分
含有量を保持し、溶液l当り1〜60mlの耐火性金属
イオン濃度とし、粒状の耐火性金属と電解質の混和物で
前記基体物質の表面と接触しかつ少なくとも部分的に被
覆し、0℃〜200℃の温度で該混和物と前記基体物質
を反応し、個々に分離した粒子状で前記基体物質の表面
区域内に耐火性金属を析着して、前記基体物質に保護表
面を施すことを特徴とする耐火性金属を比較的低耐摩耗
性基体金属上に析着する方法。 6 個々に分れた粒子状で耐火性金属を析着する特許請
求の範囲第5項に記載の耐火性金属を比較的低耐摩耗性
基体金属上に析着する方法。 7 反応を15°〜40℃の温度で行う特許請求の範囲
第5項に記載の耐火性金属を比較的低耐摩耗性基体金属
上に析着する方法。 8 基体金属の表面区域内に0.5mmまでの厚さの耐
火性金属を析着する特許請求の範囲第5項に記載の耐火
性金属を比較的低耐摩耗性基体金属上に析着する方法。 9 電解質が0.60〜0.93の解離比を有する特許
請求の範囲第5項に記載の耐火性金属を比較的低耐摩耗
性基体金属上に析着する方法。 10 電解質が鉱酸、有機酸、塩基、前記酸及び塩基の
塩類及び酸無水物の1種である特許請求の範囲第5項に
記載の耐火性金属を比較的低耐摩耗性基体金属上に析着
する方法。
Claims: 1. A base metal of relatively low wear resistance, a surface area of said base metal, and a fire-resistant material having a melting point of at least 1490° C. deposited within said surface area and adhering to said base metal. The refractory metal is deposited as individually separated particles, a large number of deposited particles are adjacent to each other in a densely packed form, and the densely packed particles of the refractory metal are spaced apart from each other, and the refractory metal is deposited as individually separated particles. A relatively low abrasion resistant base metal article coated with a refractory metal, characterized in that it forms an adherent abrasion resistant coating on the metal. 2. The refractory metal is a large number of particles in its own crystalline form with a size of less than 2 micrometers, a large number of equiaxed particles with a size of less than 10 micrometers or in its own crystalline form or acicular particles. A low wear resistant base metal article coated with a refractory metal according to claim 1. 3. Solid corrosion products of the base metal formed in the surface area and fixed to the base metal, said corrosion products at least partially surrounding other refractory particles at that location, said other refractory particles A low wear base metal article coated with a refractory metal according to claim 1, wherein said other refractory particles provide additional wear resistance without adhering to the base metal. 4. The refractory metal-coated low-temperature refractory metal-coated refractory metal according to claim 1, in which a large number of dense parts are adjacent to each other to form a large number of microscopic refractory metal areas, and at least some of the areas are separated from each other. Abrasion resistant base metal article. 5 An electrolyte material that can dissociate into ions and has a conductivity ratio of 0.13 to 0.93 calculated with a 0.1 standard solution is prepared and deposited on the surface area of a relatively low wear-resistant substrate material. A particulate refractory metal to be deposited is prepared, the refractory metal has a melting point of at least 1490°C, at least a portion of each refractory metal particle to be deposited is a surface of the generator, and the refractory metal particle is at least Sufficient time to surround with electrolyte,
99-50% by weight of a refractory metal and 1-50% by weight of an electrolyte, the moisture content of the mixture being sufficient to maintain the admixture at an electrolyte resistance of less than about 10^6 ohm-cm. at a concentration of refractory metal ions of 1 to 60 ml per liter of solution, in contact with and at least partially covering the surface of said substrate material with a mixture of particulate refractory metal and electrolyte, and at a temperature of 0°C to 200°C. reacting the admixture with the substrate material at a temperature of A method of depositing a refractory metal onto a relatively low wear-resistant substrate metal. 6. A method for depositing a refractory metal on a relatively low wear-resistant substrate metal according to claim 5, wherein the refractory metal is deposited in the form of individual particles. 7. A method for depositing a refractory metal according to claim 5 on a relatively low wear resistant substrate metal, wherein the reaction is carried out at a temperature of 15° to 40°C. 8. Depositing a refractory metal according to claim 5 on a relatively low wear-resistant substrate metal, depositing a refractory metal with a thickness of up to 0.5 mm in the surface area of the substrate metal. Method. 9. A method for depositing a refractory metal according to claim 5 on a relatively low wear resistant substrate metal, wherein the electrolyte has a dissociation ratio of 0.60 to 0.93. 10. The refractory metal according to claim 5, wherein the electrolyte is one of mineral acids, organic acids, bases, salts of the acids and bases, and acid anhydrides, on a relatively low wear-resistant base metal. How to deposit.
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