JPS62142756A - 高い耐摩耗性及び耐蝕性を有する合金及びこれを基礎とする溶射用粉末 - Google Patents

高い耐摩耗性及び耐蝕性を有する合金及びこれを基礎とする溶射用粉末

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JPS62142756A
JPS62142756A JP61262076A JP26207686A JPS62142756A JP S62142756 A JPS62142756 A JP S62142756A JP 61262076 A JP61262076 A JP 61262076A JP 26207686 A JP26207686 A JP 26207686A JP S62142756 A JPS62142756 A JP S62142756A
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スブラマニアム・ランガスワミイ
ジヨン・エイチ・ハリントン
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • 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
    • C23C4/04Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
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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】 産業上の利用分野 本発明は改良された耐摩耗性及び耐蝕性を有するアモル
ファス合金組成物及びこのような合金の溶射法に1カす
る。
従来の技術 ニッケル及びコ・ぐルトのある種の合金は、アモルファ
ス(amorphous ;非晶’! )形で存在しう
る。これらは、ニッケル、コバルト及び/又は鉄1c會
封し、特定割合のモリブデン及び/又はタングステン及
びホウ素及び/又は炭素のような元素と@9する。これ
らの合金は、融液からの急速冷却によりアモルファス構
造を有して製造される。例えば、アモルファスIJ t
ieンは、米u111L+!f計i4116682号明
、f4fl d Ic 記載ノヨうに、融解合金流をチ
ル1面上で急冷することにより製造できる。このような
合金を処理して直接的な使用形にする実際の方法は、溶
射によるコーティングを優ることである。
フレームスプレーとしても公知の溶射には、熱可融性材
料例えば金属又はセラミックの熱軟化及び軟化された材
料を波十゛シされるべき表面に対して粒子状で推進する
ことが包含される。この加熱さLした粒子は表面に当た
り、ここで急冷され、これに結合する。慣用のサーマル
スプレーガンは、粒子の加熱及び推進の双方の目的に対
して使用されろ。1つの型のサーマルスプレーガンで、
熱溶融性材料が粉状でこのガンに供給される。このよう
な粉末は、典型的に、例えば米国標準篩寸法で100メ
ツシユ(149μ)〜約2μの小さい粒子よりなる。サ
ーマルスプレーガンは、通常、粉末粒子の融解のための
熱を生じる燃焼又は7°2ズマフレームを利用する。
しかしながら、当業者によって、他の加熱装置例えば1
弧、抵抗ヒーター又UaAi導ヒーターも使用でき、こ
れらは、単独でも又は他の形のヒーターと組合せて使用
することもできることは認められている。粉末型燃焼サ
ーマルスプレーガン中で、粉末を積載し搬送するキャリ
アガスは、燃焼ガス又は不活性ガス例えば鼠素でろって
よいか又にこれは単なる圧縮空気であってよい。
プラズマスプレーがン中で、1次プラズマガスは一般に
窒素又はアルゴンである。水素又はヘリウムが1711
常この1次ガスVC添加される。キャリアがスは、一般
に1次プラズマガスと同じものであるが、他のガス例え
ば炭化水素も特定の伏況では使用できる。− 14は、ロッド又はワイヤの形で、加熱帯域に供給する
ことができる。ワイヤ形サーマルスプレーガン中に、ス
プレーされるベキ材料のロツ閃又はワイヤを、ある型の
フレーム例えば燃焼フレームにより形成される加熱帯域
内に供給し、ここでこれは融解又は少なくとも熱軟化さ
れ、通常、吹込みガスによりアトマイジングされ、微細
VCm分され念形で被慎されるべき表面上に推進される
。アークワイヤガン中では2本のワイヤが、当った成弧
中でワイヤ4部の間で融解され、この融解され次金属は
、圧縮がス通例空気によりアトマイゾングされ、被覆さ
れるべき加工片にスプレーされる。ロッド又はワイヤは
、通例、引抜きにより形成することができるか又は、粉
末と共に焼結することにより、又は有機結合剤又は加熱
帯域の熱中で分屏する他の好適な納金剤を用いて粉末と
共に結合することによって形成することができ、この際
、スプレーされるべき粉末は微細な形で生じる。1啓合
金(self−fluzing allay )として
公知の群の材料は、高射のような方法で形成された硬質
面コーティングを得るためにまったく一般的である。ニ
ッケル又はコバルトの合金は、処理の間の媒溶剤及びコ
ーティング中の硬化剤としての作用をするホウ素及び珪
素を含有する。通例、自溶合金は、2段階で、即ち、普
通の方法で溶射し、次いで、その場で、オキシアセチレ
ントーチ、訪導コイル、炉又は類似物を用いて溶融させ
ることにより適用され、この媒溶剤は、開放空気中での
この溶融工程を実用的にする。しかしながら、この合金
は、プラズマスプレーのような方法で、清融工程を必要
とせずに溶射することもできるが、このコーティングは
、充分に緻密ではないか又は、面1.!−耗性ではない
。一般に、自溶合金コーティングは、特に良好な表面仕
上げが要求されるところに耐摩耗性を与えるための硬質
表面処理のために使用される。
ニッケル又はコバルトの典型的な自醇会金組成物は、ク
ロム、ホウ素、珪素及び炭素全含有する。合金は、付加
的に、モリブデン、タングステン及び/又は鉄を含有し
ていてよい。例えば、米国特fF第2868659号明
細書には、りaム7〜17@t%、ホウ素1〜4.54
[t%、珪素1〜5.5重′ltチ、鉄0.1〜5.5
j[miタングステン及びモリブデンの少なくとも1種
6〜20直縫チ、炭素0.05〜2.5框社俤、残部は
ニッケル及び付随的不純物よりなる硬質表面用合金が記
載されている。米国特、fF第2956229号明細書
には、ホウ素1.5〜4憾、珪gO〜4係、炭素0〜3
L4、タングステンO〜20%及びモリブデン0〜8%
を含有するコバルト分会が記載されている。
米国特許第2875043号は、ニッケル少なくとも4
0係、ホウ素1〜6係、珪素約6係まで、銅3〜8俤及
びモリブデン3〜10チを含有するスプレー溶接可能な
合金を特許請求して喀ハる。
自溶合金のいくつかは、25年年上上噛業用に使用され
ており、1つ之<!父巧している。これらの合金は、1
075℃付近に融点範囲t−有し、熱硬度は650℃の
低温で失なわれ、従って自溶合金は高温では;汀用でな
い。筒い耐摩耗性が必要な場曾にも、炭化物例えば炭化
タングステンを英国特ifFg867455号明細書に
記載のように添加する。炭化物は、高師であり、コーテ
ィングを研磨仕上げ困難に、俗融困難に、かつ腐蝕に対
して低い抵抗にする。
欧州特許第(]00098811号1984年1月11
日公開)明mdvCは、コバルト、ニッケル及び(存在
する場診は)鉄少なくとも48俤、クロム27〜35値
、モリブデン及び/又はタングステン5〜15チ、炭素
及び/又(1ホウ素0.3〜2.25qb、珪素及び/
又はマンガンO〜3憾、チタン及び類似′吻O〜5%、
銅O〜5係及び稀土類0〜2チよりなる合金を含、■す
る。
しかしながら、炭素及び/又はホウ素が任在する場合に
は、30L4より多いクロムが存在することを包含する
特定の制限がある。
10俤より多い鉄が有利である。ホウ素の不存在が有利
であるか又はそれが存在する場合VCも、これは、組成
物の1優より多くを成すべきではなく、史に、著るしい
竜の炭素が存在する場合v′Cは、ホウ素の限定が指定
される。
米1月特許第4116682号明則畦には、式:MaT
bXc (ここでMd鉄、コバルト及び/又はクロムで
ろってよ(、Tffモリブデン及びタングステンを包含
してよく、xはホウ素及び炭素を包含してよい)のアモ
ルファス金属合金類が記載されている。ホウ素等の後者
のXは、アモルファス合金中のホウ素に関する最大約1
.9m:1【対してi!rtiして10原子係の峡大を
有し、従って、ホウ素は、いくらかば点なるが自f6型
の合金中のホウ素含分と比べて特徴的に低い。
1つの典型的なアモルファス組成物は、原子百分軍でニ
ッケル58、クロム25、鉄2、モリブデン5、タング
ステン3、ホウ素4、炭−Jg3である。屯量係として
は、これはほぼ、クロム22係、鉄1.8%、モリブデ
ン8盪、タングステン10係、ホウ素0.7%、炭素0
.74、残部はニッケルである。。
組成物のアモルファス型は、耐蝕性、耐4耗性及び耐研
磨性の1狙会せ特性にとって直要性が増大している。し
かしながら、これら特性全史に改良することが望1れる
発明が解決しようとする問題点 前記の観点で、本発明の第1の目的は、耐蝕性、耐摩耗
性及び耐研磨性の組付せによV特徴付けられる新規の合
金組成物を得ることである。
本発明のもう1つの目的は、溶射用の改良されたアモル
ファス型の合金を得ることでるる。
もう1つの目的は、耐蝕性及び嗣)4に粍性コーティン
グを1nるための改良されfc浴射法を提供することで
ある。
問題点を解決するための手段 前記のかつ他の目的は、M量パーセントとして次の組成
ニ クロム       2〜25俤 モリブデン      5〜301I タングステン    3〜15〃 銅             2.0〜8  〃ホウ素
      0.2〜2.01  及び炭素     
  0.2〜2.0〃 残部は付随的不純物及び少なくとも60幅のニッケル、
コバルト及びこれの組合せよりなる群から1′ぺ択した
金属より成り、モリブデンとタングステンの合計く少な
くとも16優である合金て且IJ又物により達17児さ
れる。
本発明によれば、摩耗と腐蝕の双方に対して高い程度の
抵抗を有する合金材料が開発された。
この合金は、殊に、慣用のrH射装置により金属基材上
に溶射するのに好適であり、このコーティングは場合に
よっては引、続き陪融されつる。
本発明の合金組成物は、電縫で広く次の範囲であるニ クロム      2〜25優 モリブデン     5〜30係 タングステン    3〜15チ 銅              2.0〜8憾ホウ素 
      0.2〜2.0% 及び炭素      
 0.2〜2.(]%残部は、付随的不純物及び少なく
とも60慢のニッケル、コバルト及びこれらの組付せよ
りなる群から選択した金属よりなり、モリブデンとタン
グステンの合計は少なくとも16チである。
有利な範囲は次のとおりであるニ クロム       15〜23係 モリブデン      5〜207/ タングステン     5〜12〃 銅              3.0〜5  〃ホウ
素       0.5〜1.5〃  及び炭素   
     0.5〜1.5〃残部はニッケル及び付随的
不純物であり、モリブデンとタングステンとの合計〃よ
少なくとも16チである。
最大腐蝕抵抗を保持するために、鉄の全含分は最低に保
持すべきであり、一般に、1.0.R11t俤より低く
、有利に/fi0.5優より低くすべきである。
ニッケルは一般に有利であるが、部分的に又は完全にコ
バルトに換えて、用途に応じて特殊なコーティング作業
利点例えば、高温腐蝕条件に対する抵抗を得させること
ができる。
組成物中に包含されうる場合により存在する元素はジル
コニウム、タンタル、ニオブ、チタン、バナジウム及び
ハフニウムであり、合計は炭化物を形成し、更に腐蝕抵
抗を改良するために約7!tlより低い。他の存在しう
る元素は、珪素、マンがン、燐、グルマニクム及び砒素
であってよく、合計は、所望の場所の融点を低下するた
めに約3係より低く、゛稀土類元素例えばイツトリウム
及び/又はセリウムの合計は付加的酸化抵抗のために約
2係より低い。他の付随的不純物は、約2俤より少なく
、有利に0.51であるべきである。
クロムは約25チを越えないことが這要である。それと
いうのも、より高い百分率は、合金をもろぐシ、衝撃抵
抗を低めるからである。
本発明の組成物は急冷された粉末又B !J +teン
等としてまったく有効でありうるが、これは殊に、溶射
により形成されるコーティングとしての適用に好適であ
る。
溶射材料として、この組成物は、所望利点がそれから得
られる最大均質性を伴なって得られるので、合金形(こ
の成分の組成とは異なるものとして)であるべきである
。溶射に好適な寸法及び流動性の合金粉末はこのような
形である。
このような粉末は、100メツシユ(米国標準篩寸法)
(149μ)と約2μとの間にあるべきである。例えば
、粗い等級は−140+ 525メツシユ(−105+
44μ)及υ微細な等級鉱−2[] 0+400メツシ
ユ(−74+57μ)であってよい。
溶射に使用される際に、出発背金材料は、アモルファス
構造t−Vする必要はなく、慣用の製造法での通常の冷
却速度で生じる通常のマクロ結晶構造f:有していてよ
い。従って、この溶射用粉末は、1液からのアトマイソ
ング及び通常条件下での液滴の冷却のようなam法で製
造できる。この溶射法は、次いで粒子を融解し、アモル
ファスにな9うる急冷コーティングを生じる。慣用の製
造法の1受用時に、溶射用粉末の製造は、比較的簡単に
保持され、経費は最低になる。このアトマイソングされ
た粉末も、例えば急冷リボンの粉砕により形成されたア
モルファス粉末よりも良好な#、動性を有する。
この粉末は、粉末型サーマルスプレーガンを用いて慣用
法でスプレーされるが、これを、グラスチック又は類似
の結会剤例えばポリエチレン又はポリウレタン(これは
がンの加熱帯域内で分解する)を用いて、混成ワイヤ又
はロッドの形に集めることも可能である。合金ロッド又
はワイヤをワイヤ溶射法で使用することもできる。この
ロッド又はワイヤは、慣用の寸法及びフレームスプレー
ワイヤに関する正確な裕度を有すべきであり、従って、
例えば、寸法は6.4Uと20r−ジ(gauge)の
間で変動しうる。
本発明の合金コーティングは特に微密で、酸化物含分が
低く、耐摩耗性及び耐蝕性の双方で従来のコーティング
よりも著るしい改良を示す。
このコーティングは、殊に腐蝕性条件の存在する所:例
えば石油生産設備例えばボンゾブランクャー、吸引ロッ
ドカップリング、スリープ、マッドポンプライナー及び
コンプレッサーロッドをコーティングするため、自動推
進及びジーゼルエンジンピストンリング及びシリンダー
壁のまわり、動力発生用及びプロセス工業用の煙道がス
スクラバの内面、パルプ及び紙処理設備例えば砕解機、
デー/寸−キング(de−barking )41&置
及び回収ボイラ;ガラス製造設備例えば型、型板、シラ
ンジャ及びネックリング、電力発生ボイラ水壁、スロー
プ・g1制御パルグ及びボンゾ要素;ガスタービンエン
ヅ/要素例えばノズル及びスターターバンセグメン) 
(5tartorvane segment )、機械
通路、印刷ロール、゛1気メッキ備品、ロータリーエン
ジントロコイド、シール及ヒ端板;エンジンクランクシ
ャフト;クールジャーナル;ベアリングスリーブ;イン
ペラシャフト;ギアジャーナル;燃料ポンプローター:
スクリュコンベア;ワイヤ又はトレンげキャプスタン;
シフターフォーク(5hifterforks ) ;
ドクタデレーr;農業用具;モーターシャフト;旋盤及
び研磨センター;タペットでの機械要素のベアリング及
び摩耗性表面として極めて好適である。
実施例 次の組成(直t)の合金粉末を融液かもの窒素アトマイ
ゼーションにより製造したニクロム       21
.3% モリブデン      8.8チ タンゲステン    10.7係 銅           2.9 %鉄       
        0.06係ホウ素         
0.6チ炭 素         0.8慢残 部はニッケル及び付随的不純物。
この粉末を約−140+325メツシユ(−105+4
4μ)の寸法にすると、正常のマクロ結晶構造を有した
。これを米1月特許第3145287号明細書に記載さ
れており、MEiTCO社から#6の粉末ボート及びG
Pノズルを有する7MB型として市販されている型のプ
ラズマがンを用い、次の流動パラメータニアルゴン1次
がス6.7バール圧及び72標準l/min流、水素2
次ガス3.6バール圧及び911m1n流、80ポルト
及び500アンペアのアーク、155crhのアルゴン
キャリアガスを用い、粉末供給速度3にg/h及びスプ
レー距離15cnLを用いて溶射した。このスプレー流
に平行かつ隣接している1対の空気冷却ジェットを用い
た。
基材は、常法でのグリッドゲラストによジ製造された冷
間圧延された鋼であった。
x−線回折により実質的にアモルファス(約70%)で
ある厚さ1.311でのコーティングを形成した。孔度
は約0.5%より低く、酸化物含量は、約2.01より
低かった。マクロ硬化はRe 43 、ミクロ硬度は平
均Dpa (300) 575であつ念。
この例のアモルファスコーティングを、この基材からコ
ーティングを除去し、これ金、数回酸溶液に3時間露呈
させることにより、腐蝕抵抗に関して試験した。同様で
あるか、従来技術水準(5tate −of−the−
art )の合金との比較を数種の酸に関して第1表に
挙げる 第 1 表 例    従来技術水準 硫酸(25慢)   80   0.5   392塩
酸(10%)  25  12    48硝酸(10
優)  25  30    59+Cr22%、MO
8%、W 101  E’511.8%、BO07俤、
C0−7チ 残部N1 本発明による前記例に関する耐研磨性に、コーティング
された試料′t−鋳鉄板に対する滑動で、水500ゴ中
の56〜15μの酸化アルミニウム研磨粉末150gの
スラリを用いて測定した。
3.3/Cg/crrLの負荷をかけ、表面運動は約1
22crIL/sθc20分であった。コーティング損
失と測定した。本例のスプレーされたコーティングの耐
研磨性は、工業標準と考えられているAMS4775A
の溶射された溶融コーティングのそれの約851を示し
た。
本例の合金に関する滑動耐摩耗性は、アルファLff 
−1、l擦及び摩耗試験機(B’ayvil’le −
Levalle Corp、 Downers Gro
ve、工111社から販売されている)で、直径5.5
 cmの試験リング、負荷45に9を用い、197RP
Mで12000回の間に測定し念。
ワイヤ法で溶射されたモリブデンと比較した結果を、第
2表に挙げる:このようなモリブデンコーティングを、
自動推進ピストン圧縮リング上で実質的に広汎に用いた
。データは、釣鉄のリング表面の摩耗性の実質的改良を
包含する改良された摩耗性を示している。
第 2 表 例1  モリブデン リング表IjlT二11!!鋼Re 60平均#塵  
      0.17  0.15コーテイング摩耗(
傷跡幅間)  0・9   1・2リング摩耗(Mf撰
失、In9)    LJ、9    1.2リング表
ikJ:鋳鉄Rb79 平均摩擦        0.13  0.16コ一テ
イング4粍(傷跡@朋ン   0・8   1・0リン
グ摩耗(!置損失雫)     0・7  16・3特
殊な態様と関連して本発明を前記のように詳述したが、
種々な変化及び変更も本発明の範囲に入り、従属請求項
の範囲は当業者にとっては明白であろう。従って、本発
明は、特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ限
定されるように意図している。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、主として、重量パーセントとして、 クロム 2〜25% モリブデン 5〜30〃 タングステン 3〜15〃 銅 2.0〜8〃 ホウ素 0.2〜2.0〃及び 炭素 0.2〜2.0〃 より成り、残部は付随的不純物及び少なく とも30%のニッケル、コバルト及びこれらの組合せよ
    りなる群から選択した金属であり、モリブデンとタング
    ステンの合計は少なくとも16%であることを特徴とす
    る高い耐摩耗性及び耐蝕性を有する合金。 2、主として、重量パーセントとして、 クロム 15〜23% モリブデン 5〜20% タングステン 5〜12〃 銅 3.0〜5〃 ホウ素 0.5〜1.5〃 炭素 0.5〜1.5%及び 残部はニッケル及び付随的不純物より成り、モリブデン
    とタングステンの合計は、少なくとも16%である、特
    許請求の範囲第1項記載の合金。 3、存在しうる鉄は約0.5%より少ない、特許請求の
    範囲第1項又は第2項に記載の合金。 4、付加的に、ジルコニウム、タンタル、ニオブ、チタ
    ン、バナジウム及びハフニウムよりなる群から選択した
    1種以上の元素少なくとも約7%までの合計を含有する
    、特許請求の範囲第1項又は第2項に 記載の合金。 5、付加的に、珪素、マンガン、燐、ゲルマニウム及び
    砒素よりなる群から選択した1種以上の元素約3%まで
    の合計を含有する、特許請求の範囲第1項又は第2項に
    記載の合金。 6、付加的に、稀土類元素約2%までの合計を含有する
    、特許請求の範囲第1項又は第2項に記載の合金。 7、溶射用材料の形の、特許請求の範囲第1項又は第2
    項に記載の合金。 8、溶射用合金粉末の形の、特許請求の範囲第1項記載
    の合金。 9、実質的に非−アモルファス構造を有する、特許請求
    の範囲第8項記載の合金。 10、溶射用合金粉末の形の、特許請求の範囲第2項記
    載の合金。 11、実質的に非−アモルファス構造を有する、特許請
    求の範囲第10項記載の合金粉末。 12、主として、重量パーセントとして、 クロム 15〜23% モリブデン 5〜20〃 タングステン 5〜12〃 銅 3.0〜5〃 ホウ素 0.5〜1.5〃 炭素 0.5〜1.5%及び 鉄 0.5〃まで ジルコニウム、タンタル、ニオブ、チタン、バナジウム
    及びハフニウムよりなる群から選択した第1の元素1種
    以上の合計約7%まで;、珪素、マンガン、燐、ゲルマ
    ニウム及び砒 素よりなる群から選択した第2の元素1種以上の合計約
    3%まで及び 稀土類元素の合計約2%まで及び ニッケル及び付随的不純物;より成り、 モリブデンとタングステンの合計は少なく とも16%である、高い耐摩耗性及び耐蝕性を有するコ
    ーティングを形成する能力を有することを特徴とする合
    金の溶射用粉末。 13、実質的に非−アモルファス構造を有する、特許請
    求の範囲第12項記載の溶射用粉末。
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