JPS60177172A - 溶射用粉末の製造方法 - 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】 本発明はニッケルーリン（ＮＩＰ　）合金とケイ素質セ
ラミックからなる複合溶射用粉末に関する。

金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、金属硼化物など
のセラミックは、一般に高融点で硬度の高い材料が多く
、耐熱性、耐食性、耐酸化性、耐摩耗性に優れた物質と
して知られている。そこで溶射技術を利用して素材の表
面などの一部分に上記セラミック材料をコーティングし
、素材の材質を著しく改善する方法が普及しつつある。

炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ケイ素（Ｓ１３Ｎ４）のケ
イ素質セラミックは耐熱性、耐食性、耐摩耗性射皮膜を
得るのは困難である。一般にセラミックを金属材料の素
地に溶射する場合、素地と異種物質であるセラミックは
付着力が弱く、強固な皮膜を得るのは困難である。溶射
皮膜に強い付着力を与えるためには、素地表面を粗面化
したり付着力の優れた物質を下地溶射したシ、あるいは
素地と合金化しやすい金属を結合材として使用する方法
が試みられている。

Ｎ１−Ｐ合金は融点が低く、比較的低温度の熱処理によ
シ鉄基合金と拡散結合し、しかも常温ないしは高温にお
ける耐食性が優れている。したがってＮ１−Ｐ合金を下
地溶射してケイ素質セラミ、りを溶射すればきわめて優
れた耐食性、耐酸化性、耐摩耗性を合わせ備えた溶射皮
膜が期待できる。

しかしながらケイ素質セラミックは融点が高く、単独で
は溶射困難であり、Ｎ１−Ｐ合金との混合溶射でもケイ
素質セラミック粒子だけは未溶融の状態で付着し、極め
てポーラスな皮膜になる不都合がある。

このほかに金属を結合材として使用する方法には、セラ
ミック粒子面に金属をメッキしたシ、あるいは物理蒸着
法、電気泳動法、スラリー法等を利用して金属をコーテ
ィングする方法がある。また、セラミック粉末と金属粉
末を混合成形したものを焼結したシ、あるいはバインダ
ーを使用して複合粒子を得る方法が提案されている。し
かしながら湿式処理を経たものは変質してセラミック本
来の特性が失われやすく、金属コーティングの付着力も
弱いので溶射工程で脱落してしまい、結合制の役割を充
分果すことができない。また物理蒸着法等の乾式処理に
よる場合は充分な量の金属をコーティングす乞のは困難
である。

焼結した粒子を得ることは困難である。

本発明はこれらの欠点を解消し、ケイ素質セラミックが
均一に分布し、耐食性、耐酸化性、耐熱性、耐摩耗性に
優れた強固な溶射皮膜を得るだめの、ＮｉＰ合金粒子の
表面にケイ素質セラミックが強固に結合した粒子からな
る複合溶射用粉末、およびそれらの粒子の造粒体からな
る複合溶射用粉粒子の表面に炭化ケイ素または窒化ケイ
素のケイ素質セラミックが機械的に噛合って一体結合を
なしていることを特徴とする。本発明の溶射材を使用す
れば目的とするＮｉＰ金属以外の不純物の混入が少く、
シかも溶射中でもケイ素質セラミックとＮｉＰ合金とが
強固な一体結合を維持しているので、硬くて耐摩耗性に
優れているというセラミック特有の性質と靭性に優れて
いるという金属の性質を共に具備した溶射皮膜を、基材
素地の表面に均質にしかも強固に形成されることが可能
となる。

本発明の第二の溶射粉末は、前記第一の発明になる溶射
粉末の造粒体から成シ、ＮｉＰとケイ素質粒子とが、個
々の粉末粒子内で共存していることを大きな特徴とする
。第二の発明の溶射粉末によれば、溶射粉末の粒度分布
を広範囲に調節することが可能になり、溶射作業中の溶
射粉末の飛散ロスを減じ、均質で強固な溶射皮膜を得る
ことができる溶射粉末となる。

本発明で使用するケイ素質セラミックは炭化ケイ素（Ｓ
ｉＣ）または窒化ケイ素（５ｉ３Ｎ、　）の微粉末が出
発原料となシ、その粒度は４４μｍ以下、好ましくはＩ
　ＯＡｍ以下が良い。

ＮｉＰ合金としてはＰを７〜１３重量％含有したいわゆ
るろう付合金が使用できる。ＮｉＰ合金の粒度はプラズ
マ溶射に適した１００μｍ以下とするのが良い。ＮｉＰ
合金はケイ素質セラミックと同様、耐熱性、耐食性、耐
酸化性に富むと同口δに靭性を有しておシ、溶射皮膜の
耐摩耗性を助長するものである。

ＮｉＰ合金中のＰ含有量が７チ以下では硬さが不足して
耐摩耗性に乏しく、マた融点が高過ぎて溶射した場合素
地との拡散が不充分となる。またＰ含有量が１３チを超
えると材質が脆くなシ、強靭な溶射皮膜が得られない。

ＮｉＰ合金とケイ素質セラミックとの比率は、セラミッ
クが全体の０．５〜３０重量％含有されているのが適当
である。セラミックが０．５チ以下では硬さが不足で耐
摩耗性に劣、９．３０％以上では緻密な皮膜とはならず
脆弱な皮膜になってしまう。

本発明の溶射粉末はＮｉＰ合金とケイ素質セラミ、りが
機械的に噛合結合をなしｔいるものである。

第一の発明による溶射粉末をミクロ的に観察すると、硬
度の高いケイ素質セラミック粒子が、軟かいＮｉＰ合金
粒子に失態っているのがわかる。

本発明の溶射粉末はあらかじめ１００μｍ以下に調整し
たＮｉＰ合金粉末と、４４μｍに調整した炭化ケイ素微
粉末あるいは窒化ケイ素微粉末をが−ルミル中に装入し
て混合攪拌し、？−ルを介して強い衝撃力を与えること
によシ、軟かい金属粒子の中に硬いセラミック粒子が噛
合して得られる。

セラミック粒子は微細でかつ硬いので第１図に示すとと
（、ＮｉＰ粒子の表面にセラミック粒子が噛合した粉末
粒子が得られる。

このようにして得られた複合粉末を溶射目的や使用装置
に合わせた粒度範囲に分級し粒度調整すれば、ガス溶射
やプラズマ溶射などの粉末溶射用材料として広く利用す
ることができる。まだこの複合粉末の微粉を再造粒し−
て適度な粒度分布に調整して使用することも可能である
。

本発明による複合溶射材を使用すれば、ケイ素質セラミ
ックとＮｉＰ合金のみからなシ、他の不純物を含まない
溶射被膜が得られ、しかも多量の金属をピントとして使
用するので、基材表面にケイ素質セラミックが微細な状
態で分散した溶射皮膜が得られる。

また、ケイ素質セラミックスの微粉末を出発原料として
いるので、ＮｉＰ合金相にケイ素質セラミックが微細に
分散した耐摩耗性の良好な溶射皮膜が得られる。

次に第二の発明になる溶射用粉末の粒子をミクロ的に観
察すると第２図に示すごとく、第一の発明になるケイ素
質セラミックとＮｉＰ合金が機械的に噛合結合した一次
粒子の集合体を成している。

これはセラミック粒子と金属粒子との従来からある結合
体である第３図に示すごとき粒子と比較すると、その構
成を著しく異にする新規な溶射用粉末である。

本発明によれば、たとえ溶射過程で溶射材が個、個の粒
子に解離した場合でも、なおセラミックと金属が強固な
一体結合を維持しているので、得られだ溶射皮膜は均質
で強固なものとなる。従来の複合溶射材では溶射皮膜は
セラミックの部分と金属の部分に分かれてしまうので、
強固なものとはならなかった。

第二の発明による複合溶射材は第一の発明によって゛得
られた溶射用粉末を通常の方法で造粒して得られるもの
である。

原料とする粉末は、第一の発明による複合粉末その−１
：までも良く、ちるいは分級して取得した細粒のみ使用
しても良い。

造粒方法としては有機質や無機質のバインダーを使用し
て噴霧造粒、攪拌造粒、流動造粒等の手段が利用できる
。造粒粒度は粉末溶射に適するより５〜１２０μｍとす
るのが適当である。造粒後の粉末は乾燥又は焼結処理を
した後、溶射条件に沿った粒度中に分級して溶射用粉末
とする。

本発明による溶射粉末を使用すれば、溶射過程で士ラミ
ックと金属が分離することがないので、均質で強固な溶
射皮膜を得ることができる。また適正な粒度範囲の溶射
粉末を使用できるので溶射粉末の歩留が向上する効果を
もたらすものである。

次に実施例をあげて本発明を説明する。

実施例１ 粒子の大きさが１０μｍ以下のＳｉＣ粉末３部と、粒子
の大きさが２０　ｐｍ以下のＮｉ　（７８％　）　−Ｐ
（１２％）合金のアトマイズ粉末を重量比で９７部づつ
混合し、竪型が−ルミル（アトライター）に装入し、ア
ルゴン雰囲気中で混合攪拌した。攪拌翼の回転数は５０
０　ｒｐｍとして約４時間攪拌し、混合、粉砕、結合、
分散をおこなわせた。得られた粒子の大きさは平均１０
μｍであシ、粒子の表面を観察したところいずれの一次
粒子も表面にＳｉＣが噛合って一体結合をなしていた。

次にこの粉末にバインダーとして５重量％のフェノール
フェスを用い、攪拌造粒法によシ最大粒径７５μｍ程度
まで成長させた後、１２０℃で１０分間乾燥した。得ら
れた粉末を１０〜４４μｍに分級し溶射材を得だ。

との溶射材を使用して、ＳＵＳ　３０４（４＋ｍｔＸ３
８ｍＷ　Ｘ　５０■り母材上にプラズマ溶射法にて溶射
した。

溶射条件は次のとおシであった。

溶射装置　プラズマダイン　５Ｇ１００ガンアノカ殖圧
　５５ＰＳＩ ヘリウムがス圧　５０ＰＳＩ 電　流　９９０　Ａ 電　圧　３０　Ｖ 粉末供給量　５８ト 得られた溶射皮膜の硬度及び気孔率を調べた。

バインダーとしてフェスを用いて攪拌造粒した後乾燥造
粒して１０〜４４μｍに分級し溶射材としたもの、およ
び１０〜４４μｍのＳｉＣ粉末とＮｉＰ合金アトマイズ
粉末との単なる混合粉とを溶射材として同様の試験をし
た。これらの結果を表１に示す。

なお硬さＨｖは荷重２００グラムで測定したものである
。

表　１ 結果から明らかなように本発明による複合溶射材を使用
した場合強固な皮膜となることが判かる。

実施例２ 粒子の大きさが１０μｍ以下のＳｉＣ粉末と、粒子径が
４０μｍ以・下のＮ１−Ｐ合金粉末とを、重量比でＳｉ
Ｃ３部、、Ｎ１−Ｐ合金粉末９７部、の割合で混合し、
実施例１と同様の方法に従って混合攪拌した。得られた
粉末粒子の大きさは１０〜５３μｍであシ、粒子の表面
を観察したところ、いずれの粒子もＮｉＰ合金粒子の表
面に、ＳｉＣが噛合って一体結合をなしていた。

次にこの粉末を溶射材料として、実施例１と全く同様の
方法で溶射し、得られた溶射皮膜の硬度、気孔率および
接着強度を調らべた。

接着強度は皮膜部について引張試験をおこない、硬度と
気孔率測定は実施例１と同様の方法によシおこなった。

比較のため粒径１０〜４４μｍのＳｉＣとＮｉＰ合金粉
末を同一重量比で混合した粉ノ輻用俗して溶射し、同一
の試験をおこなった。これらの結果を表２に示す。

Ｃ＞−入−Ｆ’ｅご　イ］　） また、ＳｉＣの配合比率を０．３部、１５部、２５部、
３５部としたほかは上記本発明と全く同様にして溶射皮
膜を造り、硬度と気孔率を測定して表３の結果を得た。

表　３ 結果から明らかなように本発明による溶射粉末を使用し
た場合は強固な溶射皮膜が得られる。

実施例３ ケイ素質セラミックとしてＳｉＣの代わシに窒化ケイ素
（Ｓ１３Ｎ４）を使用した以外は実施例２と全く同様に
して造粒粉末を造シ、実施例２と同様にして溶射テスト
をして皮膜特性を測定した。その結果、皮膜の接着強度
は２．１　ｋｌ／ｒａｎ２、硬度は６６０〜７２０　Ｈ
ｖ　、気孔率は２％以下であった。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は本発明による溶射粉末のセラミックと
ＮｉＰ合金の結合状態を示す図、第３図は従来の溶射材
料の粉末粒子を示す図である。 図中で１はＮｉＰ合金、２はケイ素質セラミック、３は
バインダーを示す。 特許出願人　昭和電工株式会社 代理人弁理士菊地精− 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ）ニッケルーリン合金と炭化ケイ素または窒化ケイ素
   とが機械的に噛合って一体結合した粒子から成ることを
   特徴とする溶射用粉末。 ２）ニッケルーリン合金と炭化ケイ素または窒化ケイ素
   とが機械的に噛合って一体結合した粒子の造粒体から成
   ることを特徴とする溶射用粉末。