JPS602659A - 高温用溶射部材 - 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】 本発明は高温用溶射部材に関し、詳しくは、高温で使用
され、耐熱衝撃性に優れ、かつ、耐食性。

耐エロージョン性、耐摩耗性も良好な、高温用溶射部材
にかかる。

高温で使用する各種部品の、酸化腐食、エロージョン等
からの保護、断熱性の付与、耐摩耗性の付与などの目的
で、セラミックスを主体とする溶射が広く使用されてい
る。

セラミックスは、高温における安定性に優れ。

また、上記緒特性も優れていることから、上記目的に対
して極めて有力な材料であるが、熱膨張率が低く、金属
母材との熱膨張差が大きいため、金属母材へのセラミッ
クス溶射層は、熱サイクル。

熱衝撃に弱いという欠点がある。

ところで従来の溶射部材は、第１図に示すように、気孔
６がはｙ一定に分布しており、その気孔率は用途によっ
て変動はあるが、２．５〜１０％程度とされている。

上記のような、金属母材１へのセラミックス溶射層の欠
点を改善する方法として、従来より各種の方法が提案・
実施されている。

たとえば。

（１）中間層として、母材金属１とセラミックス層との
、中間的な熱膨張率を有する材料を溶射する方法。

（２）　セラミックスと耐熱金属を複合させた溶射層を
、母材金属１とセラミックス層との間に設ける方法。

（３）母材金属１の表面部に、ワイヤネット、ｕ＆維等
を複合して、母材金属１の熱膨張を抑制させる方法。

（４）　セラミックス層の気孔率を高めて、熱膨張差を
吸収させる方法。

（１）〜（４）は、ｊＣれぞれ、単独あるいは組合せて
適用されるが、これらの方法にも１次のような欠点があ
り、必ずしも充分とはいえない。

すなわち、（１）〜（３）の方法においては。

■　特に、中間層部分を厚くする場合等において、コス
トアップは避けられない。

（少　本来の目的である耐久性、耐摩耗性、断熱性への
寄与が殆んどない中間層が存在することにより、溶射部
材全体の重量が増大する。

■　（１）〜（３）の方法の、単独又は組合せだけでの
耐熱衝撃の改善効果は充分でない場合が多い。

一方、（４）の方法の欠点は、気孔率が高いため。

耐熱衝撃性以外の他の特性が犠牲となることである。

すなわち、気孔率が高いために、酸化腐食、エロージョ
ン、耐摩耗性が劣ってくることである。

従って、実際上の気孔率は９両特性の兼ね合いで、第１
図に示すように、均一に気孔６を分散させた。気孔率を
低い値に決めざるを得ないことが多く、耐熱衝撃性の観
点からみると、充分とは言えないものである。

本発明は、母材金Ｒ１表面に形成する。セラミックス単
独の溶射層、ないし、セラミックスと耐熱金属の複合溶
射ｌ−の気孔率を、溶射層の表面側では小さく、母材側
では大きく配分することによって、＃４熱衝撃性に優れ
、かつ、耐熱性、耐エロージョン性、耐摩耗性ｔこおい
ても、良好であるばかりでなく、コスト・重量の増大の
少ない高温溶射部材を提供することを目的としている。

このような目的は９本発明によれば、母材金属表面に、
セラミックス単独溶射層、ないし、セラミックスと耐熱
金属の複合溶射層を形成した高温用溶射部材であって、
前記セラミックス単独溶射層、ないし、セラミックスと
耐熱金属の複合溶射層の気孔率を、溶射層の表面側では
２．５〜７．５％とし、溶射層の母材側では１０〜２０
％としたことを特徴とする高温用溶射部材によって達成
される。

ここで、第２図ないし第５図によって１本発明の詳細な
説明する。

各図において１層１は母材金属を示すもので。

適用される材料は部品の用途により、耐熱鋼を含む鋼材
、鋳鉄、鋳鋼、アルミ合金、焼結材等種々のものがあり
、限定されるものではない。

層２は本発明の主要部材であり、セラミックス単独の溶
射層、あるいは、セラミックスと耐熱金属の複合溶射層
である。

ここで適用するセラミックス、あるいは、耐熱金属の材
料も限定されるものでなく、高温用の各５一 種用途に使用されるＺｖ情、　Ａ、６，０．　、　Ａ４
０．　＊　ＭｇＯ。

Ｃｒ、　Ｏ，、ＡＩ、Ｏ，・Ｔｉ　Ｏ，等の・セラ（ツ
クスや、Ｎｉ→Ｖ合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金、　Ｎｉ　−Ｃ
ｒ−Ａ４合金、　Ｎｉ　−Ｃｒ　−ｊＶ？−Ｙ合金。

Ｃｏ　−Ｃｒ　−Ａｎ−Ｙ合金等が使用される。

層２内におけろ気孔６は、この気孔率を層２の表面側で
小さく、母材側で大きくしている。

その値は用途、要求特性によって異なるが９層２の全体
厚さのうち９表面側のろを２．５〜７．５％。

母材側の届を１０〜２０％とするのが適当である。

当然のことながら、中間部分は実質的に両者の中間値と
なる。

また、各気孔率の層内配分は、母材金属側から表向にわ
たって、連続的に変化させてもよい。

つぎに、第３図ないし第５図に示す９層３１層４、層５
の各層は、それぞれ、ボンディング溶射層、セラミック
スと耐熱金属との複合溶射層、ワイヤネットやｌ維と母
材金属１との複合層を示すもので、この層目体は、従来
から適用されているものであるが、前記層２と組合せて
使用することにより、耐熱衝撃性が向上するものである
。

６− なお１層２における気孔率を１表面側において２．５％
以上としたのは、優れた耐熱衝撃性を得るためであり、
７．５％以下としたのは、耐食性・耐エロージヨン性を
確保するためである。

一方９層２における気孔率を、母材金属側において、１
０％以上としたのは、優れた耐熱衝撃性を得るためであ
り、２０％以下としたのは９層強度を確保するためであ
る。

このように、気孔率を層２内において１表面側と母材金
属１側で変化させる方法としては、溶射粉末粒度（分布
）を変化させる方法、溶射条件を変化させる方法等が一
般に知られており、いずれにも限定されるものではない
が、溶射粉末粒度に、より変化させる方法が、溶射施行
、ヒや気孔率調整の確実性の点から有利である。

以下、具体的実施例をあげて、詳細に説明する。

Ｊ　ｌ５ＡＣ８Ａアルミニウム合金で、グ２０鱈。

長さ７５ｎの円柱テストピースを加工し、これに下表に
示すような、各層を溶射によって形成して。

ＡないしＬの溶射試験片を作成した。

注１）７ｉｉ２２は３種類の粒度分布を有する。５％Ｃ
ａＯ添加によって安定化したＺｒＯ，粉末を。

Ｍ　Ｅ　Ｔ　Ｃ０７Ｍ型溶射装置を用いて、トータル厚
さ０．４１０１に溶射した。

なお、その表面側（０，４ｆｌの約電厚）　１．ｔ　、
　５〜１５０μ粉末を用い、気孔率４．５％となして溶
射した。

また、中間部（０，４ｍの約跳厚）は、１５〜７５μ粉
末を用い、気孔率８．６％となして溶射した。

さらに、母材金属１側（０，４１１１１の約込厚）は。

２０〜１５０μ粉末を用い、気孔率１６．３％として溶
射した。

注２）層３は、Ｑ、Ｑｇ＋ｗ厚の４．５％Ａ／−Ｎｉ合
金を溶射した。

注３）　層４は、５％ＣａＯ添加によって安定化したＺ
ｒＯ，と、　４．５　％　Ａ１１−Ｎｉ合金粉末を、５
０％づつ混合した粉末を用いて、Ｑ、１５ｍ厚溶射した
。

注４）　層５は、５％ｓ　ｉＯ，Ａｊ！＊　ｏｌの繊維
複合層を、０．２鱈厚溶射した。

注５）　試験片Ａ、Ｄ、Ｇ、Ｊは１層２の表面側と同様
（気孔率４．５％）の層を０．４寵溶射した。

注６）　試験片Ｂ、Ｅ、）Ｉ、には９層２の中間部と同
様（気孔率９．３％）の層を０．４ｆｉ溶射した。

つぎに、これらＡないしＬの各種溶射試験を用いて、４
５０℃炉中加熱と水冷を繰り返す熱衝撃試験を行ない、
溶射層がはく離するまでの繰返し数を測定した。

この結果を示す第６図から明らかなように。

９− （１）層２ないし層７と母材金属１との間に、中間層の
ないもの１層３を設けたもの９層４を設けたもの９層５
を設けたもので、耐熱衝撃性に相違が認められ、後者は
ど、耐熱衝撃性に優れている。

（２）ＡとＢ、ＤとＥ、ＧとＨ，ＪとＫとの比較から明
らかなように９層７の気孔率が大きい方が。

耐熱衝撃性が優れている。

（３）　層２の方が層７（気孔率４．３％、９．３％い
づれでも）より、耐熱衝撃性が優れている。

（１）の結果は、母材金属１とセラミックス層との中間
に１両層の熱膨張差を層３１層４１層５によって、緩和
・吸収する効果によるものと思われる。

（３）に示すように９本発明にかかる層２の溶射部材が
、気孔率４．３％の層７より耐熱衝撃性が優れているの
は１層２の平均気孔率が９．８％であり。

（２）の結果からもうなずけるものである。

また１層２が気孔率９．３％の層７より耐熱衝撃性が優
れているのは２両者の平均気孔率がはソ同一であること
から、ｒｒ！Ｊ２の気孔率分布が寄与しているものと考
えられる。

１０− すなわち、母材金属１とセラミックス層との。

熱膨張差による溶射層のはく離性は、その界面で最大で
あることから、界面部の気孔率を高めることによって、
平均気孔率が同一であっても、全体としての耐熱衝撃性
が向上するものと思われる。

以−ヒにより明らかなように９本発明にかかる高温溶射
部材によれば、母材金属表面に形成する。

セラミックス単独の溶射層、ないし、セラミックスと耐
熱金属の複合溶射層の気孔率を、溶射層の表面側では小
さく、母材側では大きく配分することによって、耐熱衝
撃性に優れ、かつ、耐熱性。

耐エロージョン性、耐摩耗性においても、良好であるば
かりでなく、コスト・重量の増大が少ないことから、熱
機関の燃焼・排気系部品、産業炉。

溶解設備関係等の高温部品に、好適に適用できる利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の溶射部材の表面部断面模式図。 第２図ないし第５図は１本発明にかかる高温用溶射部材
の表面部断面模式図、第６図は本発明及び比較例の耐熱
ＷＪ撃試験結果を示す図である。 １・・・母材金属、２・・・セラミックス単独の溶射。 層、あるいは、セラミックスと耐熱金属の複合溶射層、
　３・・・４．５％Ａ１１−Ｎ１合金溶射１１ｑ。 ４・・・５％ＣａＵｆｆ、加によって安定化したＺｒＯ
，と。 ４．５％Ａ／−Ｎｉ合金粉末を５０％づつ混合した粉末
の溶射層、５−５％Ｓ　ｉ　ＬＪ＊　Ａ４１Ｕｓの繊維
複合溶射層、　６・・・気孔、　７・・・５％ＣａＯ添
加によって安定化したＺｒＯ，の溶射層 出願人 トヨタ自動車株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）母材金属表面に、セラミックス単独溶射層。 ないし、セラミックスと耐熱金属の複合溶射層を形成し
   た高温用溶射部材であって、前記セラミックス単独溶射
   層、ないし、セラミックスと耐熱金属の複合溶射１ｍの
   気孔率を、溶射層の表面側では２．５〜７．５％とし、
   溶射層の母材側では１０〜２０％としたことを特徴とす
   る高温用溶射部材。
2. （２）母材金属表面と、セラミックス単独溶射層。 ないし、セラミックスと耐熱金属の複合溶射層との間に
   、耐熱金属ボンドコート層、セラミックスと耐熱金属の
   複合溶射層、ワイヤネット、繊維等の耐熱衝撃向上層を
   、配置したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の高温用溶射部材。