JPS6158550B2 - - Google Patents

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JPS6158550B2
JPS6158550B2 JP21961683A JP21961683A JPS6158550B2 JP S6158550 B2 JPS6158550 B2 JP S6158550B2 JP 21961683 A JP21961683 A JP 21961683A JP 21961683 A JP21961683 A JP 21961683A JP S6158550 B2 JPS6158550 B2 JP S6158550B2
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JP
Japan
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pitch
ceramic
temperature
coating
sprayed coating
Prior art date
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Application number
JP21961683A
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English (en)
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JPS60114562A (ja
Inventor
Kenichiro Ochiai
Masao Hirai
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
Application filed by Kawasaki Steel Corp filed Critical Kawasaki Steel Corp
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Publication of JPS60114562A publication Critical patent/JPS60114562A/ja
Publication of JPS6158550B2 publication Critical patent/JPS6158550B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/18After-treatment

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Heat Treatments In General, Especially Conveying And Cooling (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
技術分野 セラミツクス溶射皮膜を代表例とする溶射被覆
層につき、耐摩耗性および耐焼付性の改良を得る
ことに関連してこの明細書で述べる技術内容は、
該溶射皮膜中に炭素の有効な含浸を確保すること
についての開発成果に関連している。 技術的課題 セラミツクス溶射皮膜は、耐熱性に優れている
ため常温下のみならず、とくに高温で使用される
機械部品、部材に数多く使用されるようになつて
きた。 例えば製鉄所で使用される搬送および熱処理用
ロール類におけるジルコニア(ZrO2、CaO)、ア
ルミナ、チタニアなどのセラミツクス溶射とか、
またシームレス鋼管の穿孔圧延工程における熱間
工具類の一部たとえばガイドシユーにおける同様
なセラミツクス溶射である。 これらの部材は、耐熱性に加え、とくに耐摩耗
性および耐焼付性にも優れていることが必要であ
る。 一般にセラミツクス溶射被覆材料は、その被覆
が施される鋳鋼、鋳鉄などの母材に比べて高温か
たさがはるかに高いため、元来熱間での耐摩耗性
は優れている。しかし前記ロール類やガイドシユ
ーなどは、長時間の使用によりやがてセラミツク
ス溶射層表面に、焼付が生じ、とくに熱間のすべ
り摩擦を受ける場合に甚しい。 このような部材に一たん焼付が生じるや、これ
に接触する被処理材外表面をきずつけるようにな
るのでその度毎に生産ラインを一時停止して焼付
部の研摩手入れが必要となり、生産性を著しく害
する。セラミツクス溶射皮膜の耐焼付性の向上が
必要とされる所以である。 従来技術とその問題点 もとより高温下に摩擦を受けるセラツクス溶射
皮膜上に、黒鉛などの固体滑潤剤を供給し、耐焼
付性を耐摩耗性にあわせ改善することが試みられ
たが、使用中短時間で、黒鉛が接触部から離脱
し、潤滑剤の供給を頻繁に行わなければならな
い。 またセラミツクス溶射皮膜の気孔を利用し、こ
の気孔中に高温潤滑性に優れる固体滑潤剤を内蔵
させようとして、黒鉛を水またはアルコールなど
の媒体に混合して、刷毛塗りまたは浸漬すること
も企てられたが皮膜内部まで深く含浸させること
ができる実効に乏しい。 発明の動機 シームレス鋼管工場にてガイドシユーへのセラ
ミツクス溶射皮膜の適用について検討中、該溶射
皮膜における焼付が実験上とくに問題となり、そ
こで発明者らは、このように高温下に摩耗を受け
る部材に適用すべきセラミツクス溶射皮膜の耐焼
付性を向上させるため炭素を含む物質を該溶射皮
膜中に含浸させることについて研究を進めること
とした。 発明者らは、まず炭素を含有する物質として
は、ピツチおよびタールが安価で工業的に入手し
やすいことから、それらを対比検討した結果、と
くにピツチは溶射皮膜への炭素の含浸物質として
適していることの結論を得た。 ピツチは木材その他有機物質の乾留によつて得
られるタールを、蒸留するときに得られる、黒色
の炭素質固形残留物の総称である。 ピツチは軟化点の高低によつて軟ピツチ、中ピ
チおよび高ピツチに分類され、セラミツクス溶射
皮膜に含浸させるには、何れの種類も用い得る
が、しかし固定炭素含有量が多いピツチを用いる
ことが溶射皮膜の優れた高温耐摩耗性および耐焼
付性を得るために望ましい。 ピツチは、軟化点以上の60〜200℃程度に加熱
すると溶融し、粘性が低下するのでその融液浴中
にセラミツクス溶射被膜層を浸漬処理(該融液の
刷毛塗りなども含め一括して浸漬処理という)に
よつて、溶射皮膜内部までピツチが浸透するよう
になる。 このようにしてピツチを浸透させるには溶射皮
膜に気孔とくに貫通気孔が存在することが必要な
のはいうまでもないが、セラミツクス溶射皮膜の
気孔率は、溶射材料の種類、融点、溶射方法およ
び溶射条件によつても変化するにせよ、通常2〜
30%程度であるので、ピツチの浸透は容易に達成
できる。 このようにして気孔中に浸透したピツチを加熱
焼成することにより、上記課題が有利に解決され
得ることがたしかめられたのである。 発明の目的 セラミツクス溶射皮膜の耐焼付性を向上するこ
とがこの発明の目的である。 発明の構成 この発明はピツチを加熱溶融した融液浴中に溶
射被覆層を浸漬処理して、該ピツチを上記の溶射
被覆層の皮膜中に浸透させ、その後300〜1200℃
の温度範囲で加熱焼成して溶射皮膜内の気孔に炭
素を含浸させることからなる耐摩耗性および耐焼
付性に優れる溶射皮膜の製造方法である。 まずセラミツクス溶射皮膜の形成には、ガス、
アーク溶融法、ガスプラズマや水プラズマ溶射法
など部材の使用目的および経済性を考慮して任意
に選択することができる。 さてセラミツクス溶射皮膜に、まずピツチを効
果的に浸透させるには適当な容器中でピツチを軟
化点以上の温度に加熱溶融し、その融液浴中に1
〜120分間浸漬させるのがよい。1分未満では該
溶射皮膜に均一にピツチを浸透させるのが困難で
あり、120分をこえる浸漬は作業能率上好ましく
ない。 なお溶融ピツチ浴中浸漬に際して、被含浸部材
は、ピツチの加熱温度と同程度に予熱しておく
と、溶射皮膜中へのピツチの浸透がより短時間に
達成できる。 またこのピツチ浸透をさらに効果的に行うに
は、減圧下に、この操作を行うことがよい。なお
溶射皮膜の気孔率が5%以下のように低い場合に
は、減圧下でのピツチ浴中浸漬を行い、その後大
気圧以上の加圧下でさらに浸漬を行うことも有効
である。 ピツチの浸透深さは、セラミツクス溶射皮膜の
気孔率、とくに貫通気孔率によつて変化する。 溶射皮膜の気孔率が6〜40%である場合には前
述の減圧下浸漬もしくは減圧および加圧下浸漬の
組み合せの如きをとくに採用しなくても必要なピ
ツチ浸透を生じさせることができる。 またとくにセラミツクス溶射皮膜の厚さが0.05
〜3mmの場合は、軟化点より50〜150℃程度高目
の温度でピツチを加熱し、1〜60分間の浸漬にて
溶射皮膜の全厚にわたつてピツチ浸透が成就され
るが、溶射皮膜の厚さを3mmより厚く40mmまでと
した場合でも10〜120分間の浸漬で全厚にわたり
ピツチの浸透ができる。 ピツチを浸透させた後、ピツチに含有される炭
素以外の低融点物質又は揮発分を取り除くため少
なくとも使用温度よりも高温で加熱焼成処理を行
うことが必要である。 もしもこの処理を行なわないとピツチを含浸さ
せた溶射皮膜から高温での使用中ピツチ中に含有
されていた低融点物質または揮発成分が流出し、
鋼板またはパイプなどの製品を汚せんするおそれ
があるからである。 この焼成のための加熱温度は300℃〜1200℃で
よく、雰囲気はN2ガス、H2ガス、Arガス、He
スの単独かもしくは混合した不活性もしくは還元
性ガス中で行うのが望ましい。 気孔中に残存したピツチ中には、揮発成分や低
融点物質が含まれ、これらは、潤滑性に寄与する
効果は低く、また使用温度がピツチの融点以上に
なる場合には、相手材を汚染し、工業的にも好ま
しくない。 またピツチの浸透を繰り返し行い、セラミツク
ス皮膜気孔中に炭素の含有率を高め、高温潤滑性
を向上させるには、この揮発成分を除去しておく
ことが必要である。 加熱焼成温度の下限値はピツチの融点以上もし
くはセラミツクスの使用温度以上であれば良い
が、融点近傍の温度ではセラミツクス皮膜の気孔
中に存在する揮発成分を除去するには長時間が必
要となり、不経済である。 このため300℃以上1200℃以下であれば10分以
上の焼成時間で揮発成分の大部分を除去できる。
しかし1200℃を越えると、被溶射母材に大きな熱
歪が生じるため好ましくない。 大気中もしくは酸化性雰囲気で加熱処理を行う
とピツチ中の炭素が酸素と化学的に結合して気孔
中に残留する量が少なくなるため好ましくない。 なおとくに500℃以下の加熱処理では酸化性雰
囲気であつてもピツチ中の炭素の残留分は殆ど減
少しないことが確認されているので被含浸物が大
きい場合など、加熱装置の如きに制限があるとき
には酸化性雰囲気でも行なうことももちろんでき
る。また加熱方法は熱処理を使用するか、ガスな
どのバーナにて加熱することもできる。 次に焼成加熱時間は10分間以上が好ましい。10
分未満ではピツチ中の揮発分および低融点物質を
均一に除去するのは困難である。 またさらに溶射皮膜中に残留させる炭素分をよ
り多くするように加熱焼成処理を行つた後でふた
たびピツチの浸透処理と加熱処理とを繰返す操作
を行つてもよい。 第1図に示した高温摩耗シミユレータを用い
て、炭素、含浸処理をしたセラミツク溶射被膜を
有するロールの耐摩耗性および耐焼付性を調査し
た。 この試験では被圧延材に相当する加熱片円板1
の周囲を高周波コイル(図示略)で加熱昇温さ
せ、この加熱片円板1に圧接転動するロール相応
の試験片2の接触面を加熱片円板1から離し、そ
の直後にスプレーによる水冷を行つて表面温度を
低下させることにより実操業ロール表面における
と同様な熱サイクルを与え得るようにした。 ここに試験片2の外径を変えることにより、試
験片2に任意のすべり率を設定できるようにして
ある。 試験片2は、表1に示す溶射材料と溶射条件お
よび炭素の含浸処理条件でロール表面に溶射被膜
層を作成したものである。
【表】 表1に示した供試ピツチP1、P2の工業分析値
を表2に示す。
【表】 高温摩耗シミユレート試験を、すべり率32%に
て、転動数103〜105回、試験片温度400℃の条件
で加熱片円板にはS45Cを用いて行つた結果につ
き表3に示す。
【表】 表3中の供試番号は、表1のそれにて整理し、
供試番号1は溶射被覆しただけで炭素の含浸処理
は行なつていない試験片であつて、転動数が103
回においてすでにセラミツクス溶射皮膜の焼付面
積率50%以上となり、摩耗量も20g/cm2に上る。 しかしピツチを用いて炭素の含浸処理を施こし
た供試番号2、3、4はいずれも摩耗量が少な
く、しかも焼付もほとんど生じていない。 すなわち耐摩耗性および耐焼付性に優れている
ことが明らかである。 なお実施例ではセラミツクス溶射皮膜の場合に
ついて試験結果を示したが、金属又はサーメツト
などの溶射皮膜においても炭素の含浸処理を同様
に行いやはり耐摩耗および耐焼付性が向上するこ
とが確認されている。 発明の効果 この発明によれば溶射被覆層の耐焼付性が耐摩
耗性とともにすぐれた溶射被膜を適切に得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は高温摩耗シミユレータによる試験要領
説明図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 ピツチを加熱溶融した融液浴中に溶射被覆層
    を浸漬処理して、該ピツチを上記の溶射被覆層の
    皮膜中に浸透させ、その後300〜1200℃の温度範
    囲で加熱焼成して溶射皮膜内の気孔に炭素を含浸
    させることを特徴とする、耐摩耗性および耐焼付
    性に優れる溶射皮膜の製造方法。
JP21961683A 1983-11-24 1983-11-24 耐摩耗性および耐焼付性に優れる溶射皮膜の製造方法 Granted JPS60114562A (ja)

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JPS60114562A JPS60114562A (ja) 1985-06-21
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JPH0713291B2 (ja) * 1985-03-13 1995-02-15 バブコツク日立株式会社 金属材料の耐摩耗処理方法
US5254262A (en) * 1990-03-22 1993-10-19 Regents Of The University Of Minnesota Carbon-clad zirconium oxide particles
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