JPS60103170A - 耐摩耗コーテイング及びその製造方法 - 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】 技術分野 本発明は耐摩耗性コーティング及び該コーティングの製
造方法に関する。より詳細には、本発明は比較的に安い
費用で熱吹付技法によって支持体に輩布することができ
る厚く、ひびＩＩれの存在しない、残留応力の低い、耐
廐耗件のタングステンカーバイドコーティングに関する
。

背景技術 明細書を通じ、コーティング組成物を付着させるプラズ
マアーク溶射及りデトネーションガン（Ｄ−ガン）技法
について言及する。代表的な付着ガン技法は米国特許２
，７１４．５（５３号及び同１９５０．８６７号”に開
示されている。プラズマアーク溶射技法は米国特許２．
８５８，４１１号及び同５．０１４４４７９にｒｊＨ示
されている。その他の類似の熱吹伺技法は公知であって
、例えば、言わゆる「高速」プラズマ及び「極超音速」
燃料吹付プロセスを包含する。

１９７９年１１月６日にエム、エッチ、ウエザーリイ（
Ｍ、　１１．　Ｗｅａｔｈｅｒｌｙ　）に発行された、
名称が「耐摩耗性及び耐食性被覆製品の製造用コーティ
ング材料及びそれの塗布方法」の米国特許４．１７ａ６
ａｓｇは、付着したままの密度が理論の７５％よりも大
きいコーティングを製造することができる方法によって
支持体上に以下の２種又はそれ以上の成分から成る粉末
組成物を付着させることによって高密度の耐摩耗性及び
耐食性コーティングを塗布することを開示している：第
１成分はコバルト、鉄、ニッケル及びこれらの合金から
成る群より選ぶ少くとも１柿のバインダーＤ〜２５重量
％と、タングステン、クロム、バナジウム、ハフニウム
、チタン、ジルコニウム、二Ａブ、モリブデン及びタン
タルカーバイド及びこれらの配合物から成る群より迫ぶ
少くとも１４Ｉｌｉの金属カーバイドとから成り；第２
成分は本質的に単−合金又は合金の混合物から成り、全
体の組成はホウ素６，０〜１８．０重量と、ケイ素０〜
６ノｌ＜量％と、りｐム０〜２０重社％と、鉄０〜５爪
ｂｋ、％と、歿りのニッケルとであり；第１成分は全組
成物の４０〜７５爪鼠％を構成する。付着したままのコ
ーティングを９５０℃よりも高い温度で十分な時間加熱
して第２成分の実質的な融解及び第２成分と第１成分の
相当な部分との反応を引き起こさせる。次いで、コーテ
ィングを冷却し、ホウ化物、カーバイド及び金属同相を
形成させて硬度が１０００ＤＰＨｓｏ、よりも大きくか
つ実質的に完全に密で連、続した気孔率の無いコーティ
ングとなる。

コーティングはプラズマアーク溶射か或はデトネーショ
ンガン（Ｄ−ガン）付着プロセスのどちらかを用いて本
明細書中上記した技法によって製造することができる。

発明の要約 本発明によれば、負くべきことに、上記のウエザーリイ
特Ｈ′１・に開示される方法に類似の付着方法により、
第１成分がタングステンカーバイドでありかつ第２成分
が本質的に単−合金或は合金の混合物で、全体の組成が
ホウ素約６．０〜１８重社％と、ケイ素０〜６重社％と
、クロム０〜２０重社％と、鉄０〜５爪坦と、残りのニ
ッケルとから成るものであり、第１成分が全組成物の約
７８〜８８重量％をｕ：ｊ成し、かつコーティングを密
にする〃１処理及び冷却工程を本質的に排除する場合に
優れた耐摩耗性コーティングを製造することができるこ
とを見出した。

粉末組成物は、プラズマ溶射プシセスを用いて残留応力
の極めて低い比較的に厚いコーティングの形で支持体に
塗布することができる。コーティングは容易に割れたり
或は裂けたすせず１、かなり安い費用で種々の支持体に
塗布することができかつ良好なフイニシャビリテイを有
する。

本発明のコーティングは、慣用の熱吠伺は技法を用いて
支持体に塗布する。プラズマアーク溶射技法において、
非消耗性電極とそれと間隔を’Ｗｔいて並べる第２の非
消耗性ηＩ称との間に電気アークを確立させる。ガスが
アークを含有するようにガスを非消耗性電極に接触させ
て通ず。アーク含イＪガスはノズルで絞られて熱含量の
高い流出流となる。粉末コーティング材料なｋｊＡ含ｈ
λの高い流出流ノズルの中に注入して被’Ｊ！されるべ
き表面上に４１着させる。本発明で用いるこのプロセス
及びプラズマアークトーチは米国特許２．８５８．４１
１号に記載されている。プラズマ溶射プロセスは、強固
で、密な、支持体に密着した付着コーティングを作る。

また、付着コーティングは規則的な形状の顕微鏡的平板
或は薄片が固着され（１ｎｔｅｒｌｏｃｈｅｄ）、また
互いにかつまた支持体にも桜械的に結合されて成る。

プラズマアーク溶射プローセスで用いる粉末コーティン
グ材料は、塗布したコーティング自体と本質的に同じ紹
ノ戊を、イｊする。しかし、ある種のプラズマアーク代
はぞの他の熱吹付は装置の場合では、ｆｌｌ成のいくつ
かの変更が期待され、このような場合には粉末組成物を
適宜に調節して本発明のコーティング組成物を達成する
ことができる。

粉末組成物は本質的にｗｃｓｏ重Ｌ′！し％とＮ１Ｉ１
２０　ｍ　ｉＩｉ％とから成る混合物であるのが好まし
い。

タングステンカーバイドは、平均粒径１０−１２ミクロ
ンで、炭素含Ｉｊｋが理論に近い本質的に純粋なタング
ステンモノカーバイドである。本発明で用いる如き［Ｎ
ｉ１ｌＪは、以下の近似的組成を有する合金を表わす： ）１１５゜０−１８．０爪ｊｉｔ％　；Ｆｅ　０−ＡＯ
ｆｆｉＪｊ１％；Ｎｉ残り 本発明のコーティングを付着させる際に用いる別の好適
な粉末混合物は、本質的にｗｃａｓ瓜伍％＋ＮｉＢ１０
創’ｄ％−ＮＩＮ＋−２ｓ重Ｌ・七％から成る。再び、
ＷＣは本質的に純粋なタングステンカーバイドである。

本発明において用いる如き１’−ＢＮｉ−２Ｊは以下の
近似的組成を有する合金を表わす； Ｂ　２．５−へ５重量％；Ｆｅ２．Ｏ−４，０重量％；
Ｃｒ６．０−８．０重ｈ１％；Ｓｉ３゜Ｏ−５，０’１
ｆ（貝％；Ｎ１　残り。

本発明に従ってプラズマアーク溶射プロセスで用いる粉
末は注型粉末及び破砕粉末にすることができる。しかし
、その他の型の粉末、例えば焼結粉末を使用することも
できる。通常、粉末の大きさは約−３２５メツシユにす
べきである。しかし、注型及び破砕Ｎ　ｉ　Ｂ粉末の代
りに、真空予備融解しかつアルゴン噴霧して−３２５メ
ツシユ＋１０ミクロンの寸法に作ったＮＩＢ粉末を用い
てピットの存在しないコーティングを達成することがで
きる。更に、トーチの寿命も大きく改良される。

本発明のコーティングは、はとんど全ての型の戊は、例
えば炭素又はグラファイト等の非金属支持体に塗布する
ことができる。種々の環境において用いかつ本発明のコ
ーティング用支持体としてりっばに適した支持体材料の
いくつかの例は、例えば、スチール、ステンレススチー
ル、鉄基材合金、ニッケル、ニッケル基材合金、コバル
ト、コバルト基材合金、りｐム、クロム基材合金、チタ
ン、チタン誘拐合金、耐熱金属、耐熱金属基材合金を包
含する。

本発明のコーティングの微細構造は極めて複雑であって
完全には３２Ｉ！Ｆ１ｆされない。しかし、主相はＸ線
回折技法によって同定されてアルファ（Ｗ２　Ｃ）、ベ
ータ（ｗｃよ−Ｘ）及びエータ（Ｎｉ２Ｗ４ｃ）相であ
ることが測定された。いくつかのホウ化ニッケル相が少
い％で存在するかもしれないが、明確には同定され得な
かった。試験した゛試験片は、単に、塗布する間に良好
な融解及び／又は反応を表わす数角のカーバイド（ａ　
ｆｅｗ　ａｎｇｕｌｕｒ　ｃａｒｂｉｄｅ　）のみを示
した。磨きかつ溶食した試験片は、コーティングがブレ
ンド粉末で作られることを考えた場合、驚く程に高度の
均質性を示した。

本発明のコーティングは、コーティングをプラズマアー
ク溶射を用いてｗｃｅｏ重漬％＋ＮｉＢ２Ｏ重嵐％から
作る場合に、厚さ０．０８０インチ（２，ａｍ）を超え
る比較的に厚い層にして支持体上に付着させることがで
きる。ＷＣ十ＮｔＢ　１０重量％＋ＢＮｉ−２５重量％
の粉末から作るコーティングの最大厚みは約０．０３０
インチ（０，７１ｍ）である。コーティングは極めて低
い残留応力で付着され、そのため、付着した後に割れた
り或は裂けたりしない。その上、コーティングはかｔり
早い付２１！ｆＷｊ度で塗布することができかつコーテ
ィングの費用は適当に安い。

本発明の別の利点は、極めて円滑な表面を有するコーテ
ィングを付着させることができるとし１うことである。

従って、付着したままのコーティングを単に約α００５
インチ（０，１３−）又＆まそれ以下研削することによ
って、きれいな研磨面がイＶられる。

数多くのコーティング試験片を本発明に従って作り、か
つ摩耗ｉ：ｔ　％浸食、硬度について試験した。

試験片は、ＷＣとＮｉＢ及びＢＮｉ−２の両方の合金の
粉末を種々の割合で便ヰ］してＡｌ５１１０１Ｂスチー
ルの支持体上にプラズマアーク溶射して作った。摩耗試
験はＡＳＴＭ基皐Ｇ６Ｓ−８０、手Ｈａ　Ａに記載され
ている標準の乾燥砂／ゴムホイール摩耗試験を用いて行
った。また、浸食試験は、９０°と３０°の２つの異る
街突角を用いる標準の手順に従って行った。これらの試
験の結果を以下の表■に掲１１τ１くする。

表 ンＪ ３＆５　０　ｔ＆５　２３４゜ ５６．５　０　１８１ １０　０　１８９　２０Ｂ。

００１８１ １０　０　１８５　２５２゜ １０　０　１８１ １　０　１　０　ｔ５５　１　７２ １０．１０１５９ ０　２８　１、７　１ ２０１６９ １　８．２５　１　８．２５　１９７　１　５４１８．
２５１８．２５１９７ ５５１９８２１３ ５５２．０２ １０　５　１６７　１７１゜ １０　５　１７１ １　０　５　１５　４　１　９　５゜ １０　５　１４９ １０　５　１４９　１５８゜ ２００２０５゜ ２０　０　ｔ４６　２４０ ２　０　０　ｔ　４　！１　１　９　７゜００ｔ４３ ２００ｔ５３１Ｅ１ ００ｔ５５ 食速度（μｍ　／　を餌） ６±０．０　３２．０±１４　８３４±８５　１０４±
１２．６　２９．２±１１２　８９９±１１３　１．５
５±５．２５　２６．２±１７５　９４５±１０７　１
５４±０．０　３２．９±０．２８　９８４±７４　．
５（１）、。６±６５　０．５ Ｂ±４．９　２９．２±２．６　８４８±５５　１７５
Ｂ±１４．１　２２．４±２．１　９６７±４７　１０
６±ｉｔ５　２３．４±０．８　９４ｉ５±１００　１
．０？±２．９　２１．８±０．４ ７±５．７　２５．３±１５ Ｚ±４．５８　３６．９±６．０　９７４±４５　（１
５４±７．８　２７．６±１．５　９１５±７０．４　
１．７５４±１．７　２４．８±０．７ ４±２．５　２６．８±３，３ 表ＩからＷＣ−１−ＮｉＢ　２０重凰％とＷＣ−）１鵠
ｊ　１３１０重幇％＋ＢＮｉ−２５重量％との粉末混合
物から作ったコーティングは同様の摩耗率、硬度、気孔
率値を有することが分かる。試験したその他の種々の組
成物はより高い摩損率を示した。ＢＮｉ−２の倍いコー
ティングは、９０°アングル試験の場合に一層高い浸食
率を有していた。すべての場合において見掛気孔率は２
％よりも低かった。

ＷＣ＋ＮｉＢ　２０重斌％とＷＣ＋ＮＩＢ　１０重Ｉ１
．ｔ％＋Ｔ３Ｎｉ−２５重量％との粉末混合物から作っ
たコーティングは、ｆ！：、耗率と浸食摩耗率との最良
の絹合せを示した。２つの組成物の間の主たる相違は、
ｎ［１者が−ｊ・Δ大きな厚さく例えば、Ｏ，０８０イ
ンチ（２，ｏＨ）を超える）で付着させることができ、
割れたり或は破砕したりしないことである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　タングステンカーバイドと全体の組成がホウ素約６
   ．０〜１８．０重量％と、ケイ素０〜６Ｊ１（量％と、
   クロム０〜２０爪量％と、鉄０〜５重量％と、残りのニ
   ッケルとであるホウ素含有合金又は合金の混合物とから
   成り、タングステンカーバイドが全体の組成物の約７８
   〜８８爪丹％を構成する熱吹付は方法によって支持体に
   塗布するコーティング組成物。 ２、支持体がスチール、ステンレススチール、鉄基材合
   金、ニッケル、ニッケル基材合金、コバルト、コバルト
   誘拐合金、クロム、クロム基材合金、チタン、チタン誘
   拐合金、耐熱金属、耐熱金属基材合金から成る群より選
   ぶ金属化合物である特許請求の範囲第１項記載のコーテ
   ィング組成物。 ３　支持体が炭素及びグラファイトから成る群よりｉ′
   ｌぶ非金属化合物である％許請求の範囲第１項記載のコ
   ーティング組成物。 ４　タングステンカーバイドと全体の組成がホウ５本約
   ６．０〜１ａ、　ｏ　１ｎＪＩｉ％と、ケイ素０〜６重
   量％と、クロム０〜２０爪Ｘ＋ｔ％と、鉄０〜５重ｉｔ
   ％と、残りのニッケルとであるホウ素含有合金又は合金
   の混合物とから成る粉末組成物であって、タングステン
   カーバイドが全体の組成物の約７８〜８８爪丹％を構成
   するものを与え、次いで粉末組成物をプラズマアーク溶
   射によって支持体上にイ」着させることから成る支持体
   の上に耐摩耗性コーティングを製造する方法。 ５、　粉末組成物がタングステンカーバイド約８０重Ｊ
   は％と、本質的に約８３％のニッケルと残りのホウ素と
   から成るホウ素含有合金２０重量％とから成る特許請求
   の範囲第４項記載の方法。 ６、　粉末組成物がタングステンカーバイド約８５重量
   ％と、本質的に約８３重社％のニッケルと残りのホウ素
   とから成る第１ホウ素含有合金と、本質的に約２．５〜
   ５．５重量外のホウ素と、２．０〜４．０重量％の鉄と
   、６．０〜８．０重量％のりμムと、５．０〜５．０重
   社％のケイ素と残りのニッケルとから成る第２ホ☆紫含
   有合金とから成るＱ？ｊ訂請求の範囲第４項記載の方法
   。 ｌ　タングステンカーバイド約７８〜８８重量％と、全
   組成が約６．０〜１８．０重足％のホウ素と、０〜６ｍ
   ｉ迂％のケイ素と、０〜２０重社％のり四ムと、０〜５
   重社％の鉄と、残りのニッケルとである合金又は合金の
   混合物とから成る耐摩よＬ性コーティングを支持体上に
   付着させるための粉末組成物。