JPS62253758A - レ−ザ−照射によるサ−メツト層形成方法及び連続鋳造用鋳型 - Google Patents
レ−ザ−照射によるサ−メツト層形成方法及び連続鋳造用鋳型Info
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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。
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〕
本発明は金属母材に均一で緻密なサーメット層を被覆形
成する技術に関し、高温、高酸化雰囲気において使用で
きる基材の表面加工法及び同表面加工法な用いエサーメ
ット層を母材に形成した連続鋳造用鋳型を提供する。
成する技術に関し、高温、高酸化雰囲気において使用で
きる基材の表面加工法及び同表面加工法な用いエサーメ
ット層を母材に形成した連続鋳造用鋳型を提供する。
従来、サーメット材料をコーティングする技術としては
、蒸着法、溶射法、焼付法などがあるが対象物の形状に
拘らず、大型サイズにも対応でき厚肉コーティング可能
な溶射法が主に用いられている。コーティング材料とし
てはＣｒ ３ Ｃ２／ＮｉＣｒ、ＷＣ／Ｃｏ、Ａｔ２Ｑ
３／ＮｉＣｒ等のパウダー状サーメット材料を溶射させ
ることによって母材上にコーティングしていた。
、蒸着法、溶射法、焼付法などがあるが対象物の形状に
拘らず、大型サイズにも対応でき厚肉コーティング可能
な溶射法が主に用いられている。コーティング材料とし
てはＣｒ ３ Ｃ２／ＮｉＣｒ、ＷＣ／Ｃｏ、Ａｔ２Ｑ
３／ＮｉＣｒ等のパウダー状サーメット材料を溶射させ
ることによって母材上にコーティングしていた。
次に連続鋳造用鋳型は、タンディ／ユから流れ込まれた
溶鋼を凝固させ連続的に鋳片を製造するものであるため
連続鋳造用鋳型の強度及び抜熱特性から連続鋳造用鋳型
材質としては一般に銅が用いられている。
溶鋼を凝固させ連続的に鋳片を製造するものであるため
連続鋳造用鋳型の強度及び抜熱特性から連続鋳造用鋳型
材質としては一般に銅が用いられている。
銅母材は鋳片との接触により、連続鋳造用鋳型上部では
ヒートクラック、連続鋳造用鋳型下部では摩耗及び腐食
等の損傷を受けるという問題点があった。
ヒートクラック、連続鋳造用鋳型下部では摩耗及び腐食
等の損傷を受けるという問題点があった。
従来、この連続鋳造用鋳型の寿命向上及び耐熱耐食性を
強化する方法としては銅母材の材質自体を改善する方法
と被覆により特性を付加する方法がとられている。この
銅母材の材質改善方法としては銅母材を脱酸銅、銀入り
銅、析出硬化型銅（Ｃｒ−Ｃｕ、Ｃｒ−Ｚｒ−Ｃｕ ）
とする方法がある。又、後者の被覆する方法としてはメ
ッキ法、溶射法がある。
強化する方法としては銅母材の材質自体を改善する方法
と被覆により特性を付加する方法がとられている。この
銅母材の材質改善方法としては銅母材を脱酸銅、銀入り
銅、析出硬化型銅（Ｃｒ−Ｃｕ、Ｃｒ−Ｚｒ−Ｃｕ ）
とする方法がある。又、後者の被覆する方法としてはメ
ッキ法、溶射法がある。
メッキ法では、Ｃｒメッキ、Ｎｉメッキ等の単層フーテ
ィングやＮｉメッキ上にＣｒメッキを重ねる二層フーテ
ィング、さらにはＮｉメッキとＣｒメッキ間にさらに、
もう一層設けた、三層コーティングを施す方法があり、
溶射法で、はＮｉ−Ｃｒ合金を溶射してＮｉ−Ｃｒ合金
層を被覆形成する方法及びこれらの方法によって製造さ
れた連続鋳造用鋳型が知られている。
ィングやＮｉメッキ上にＣｒメッキを重ねる二層フーテ
ィング、さらにはＮｉメッキとＣｒメッキ間にさらに、
もう一層設けた、三層コーティングを施す方法があり、
溶射法で、はＮｉ−Ｃｒ合金を溶射してＮｉ−Ｃｒ合金
層を被覆形成する方法及びこれらの方法によって製造さ
れた連続鋳造用鋳型が知られている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
この従来の溶射法によるコーティングでは溶射の施工法
の原理から大気中で溶射する場合は約５〜２０％の気孔
率を有するので使用環境が高温酸化雰囲気あるいは腐食
性雰囲気では、その気孔を通じて酸素もしくは腐食性ガ
ス等が母材と直接接触し、母材？酸化腐食するためコー
ティングが剥離に至るという重大な欠点を有していた。
の原理から大気中で溶射する場合は約５〜２０％の気孔
率を有するので使用環境が高温酸化雰囲気あるいは腐食
性雰囲気では、その気孔を通じて酸素もしくは腐食性ガ
ス等が母材と直接接触し、母材？酸化腐食するためコー
ティングが剥離に至るという重大な欠点を有していた。
又母材との密着性の点でも溶射された材料が母材表面に
機械的に溶着した（投鎖効果）だけで１〜７ ｋｇ ／
ｓ＋ｓ＋ ２程度しか有しておらずそれ以上の応力が
作用する場合には剥離に至るという問題点があった。
機械的に溶着した（投鎖効果）だけで１〜７ ｋｇ ／
ｓ＋ｓ＋ ２程度しか有しておらずそれ以上の応力が
作用する場合には剥離に至るという問題点があった。
次に従来の連続鋳造用鋳型におけるＣｒメッキ、Ｎｉメ
ッキの単層コーティング方法では純金属の特性から合金
にくらべて軟化点が低く高温での使用には限界があり、
又、特定の環境下では耐食性を有するが種々の条件下で
広範囲な耐食性を有していない。Ｎｉメッキ＋Ｃｒメッ
キ等の二層又は三層コーティングでは各金属を単に積層
しただけであり、緒特性の相乗効果は期待できない。
ッキの単層コーティング方法では純金属の特性から合金
にくらべて軟化点が低く高温での使用には限界があり、
又、特定の環境下では耐食性を有するが種々の条件下で
広範囲な耐食性を有していない。Ｎｉメッキ＋Ｃｒメッ
キ等の二層又は三層コーティングでは各金属を単に積層
しただけであり、緒特性の相乗効果は期待できない。
これでは充分に耐熱性、耐食性を得ることができない。
又後者は溶射後皮膜緻密化のため再溶融熱処理が必要で
Ｃｕ母材の材質が析出硬化型に限定され、加工が面倒で
あり、長時間の熱処理が必要であり又母材との密着性を
広い面積で均一に得るためには、高度な技術を要すると
いうた問題点があった。
Ｃｕ母材の材質が析出硬化型に限定され、加工が面倒で
あり、長時間の熱処理が必要であり又母材との密着性を
広い面積で均一に得るためには、高度な技術を要すると
いうた問題点があった。
本発明はかかる問題点を解消し、気孔がなく、■セラミ
ックに合にシの任音ｔｒＩ＋！で−７１１１つカーな混
合分散が可能でしかも３０〜４０ ｋｇ ／ ｍｍ ２
という高密着力を得ることが出来るという優れたレーザ
ー照射によるサーメット層形成方法及び連続鋳造用鋳型
を提供せんとするものである。
ックに合にシの任音ｔｒＩ＋！で−７１１１つカーな混
合分散が可能でしかも３０〜４０ ｋｇ ／ ｍｍ ２
という高密着力を得ることが出来るという優れたレーザ
ー照射によるサーメット層形成方法及び連続鋳造用鋳型
を提供せんとするものである。
本発明は金属母材の表面に金属材料によっては下地Ｎｉ
系メッキを施こすかあるいは、金属母材上に直接セラミ
ックとバインダー金属からなるサーメット溶射層を単層
又は、セラミックとバインダー金属を各一層又は交互に
複数層積層する。
系メッキを施こすかあるいは、金属母材上に直接セラミ
ックとバインダー金属からなるサーメット溶射層を単層
又は、セラミックとバインダー金属を各一層又は交互に
複数層積層する。
溶射法はガス炎式、プラズマ式いづれでもよい。
その後レーザービームを照射して瞬時に大容量の熱を加
え各層を溶解均一化させてサーメット層を金属母材表面
に形成させるものである。
え各層を溶解均一化させてサーメット層を金属母材表面
に形成させるものである。
レーザービームはコーティング層を溶解するのに十分な
入熱量を与えるために０．１〜３．０＝ＩＩＩ径に絞る
。レーザー加工機としては大出力が得られる炭酸ガスレ
ーザー加工機がよい。
入熱量を与えるために０．１〜３．０＝ＩＩＩ径に絞る
。レーザー加工機としては大出力が得られる炭酸ガスレ
ーザー加工機がよい。
広い面積をレーザー照射させるために、ワークかあるい
はレーザービームなスキャニングする、さらにビームオ
ンレーション装置を用いると短時間に広巾の加工面が得
られることを特徴とするレーザー照射によるサーメット
層形成方法にある。
はレーザービームなスキャニングする、さらにビームオ
ンレーション装置を用いると短時間に広巾の加工面が得
られることを特徴とするレーザー照射によるサーメット
層形成方法にある。
このサーメット層形成方法を使用した本発明の連続鋳造
用鋳型の要旨は連続鋳造用鋳型の金属母材の表面にセラ
ミックとバインダー金属からなるサーメット溶射層を単
層又は、セラミックとバインダー金属を各一層又は交互
に複数層積層し、その後レーザービームを照射して瞬時
に大容量の熱を加えて各層を溶解して合金化させてサー
メット層を金属母材表面に形成させた連続鋳造用鋳型に
ある。
用鋳型の要旨は連続鋳造用鋳型の金属母材の表面にセラ
ミックとバインダー金属からなるサーメット溶射層を単
層又は、セラミックとバインダー金属を各一層又は交互
に複数層積層し、その後レーザービームを照射して瞬時
に大容量の熱を加えて各層を溶解して合金化させてサー
メット層を金属母材表面に形成させた連続鋳造用鋳型に
ある。
この発明では連続鋳造用鋳型の銅母材等の金属母材の表
面に金属材料によっては下地Ｎｉ系メッキを施こすかあ
るいは、金属母材上に直接セラミックとバインダー金属
からなるサーメット溶射層を単層又は、セラミックとバ
インダー金属を各一層又は多層に積層させた後、レーザ
ービームを照射することによって各溶射層を瞬時に融解
し合金化させてサーメット層を形成させている。
面に金属材料によっては下地Ｎｉ系メッキを施こすかあ
るいは、金属母材上に直接セラミックとバインダー金属
からなるサーメット溶射層を単層又は、セラミックとバ
インダー金属を各一層又は多層に積層させた後、レーザ
ービームを照射することによって各溶射層を瞬時に融解
し合金化させてサーメット層を形成させている。
各溶射層は一度融解するので気孔がなくなり無気孔とな
る。
る。
従って母材を使用環境と完全に遮断できるので腐食性及
び酸化性媒体が母材と直接に接触することがなくなり、
サーメット１の耐熱耐食機能を十分に発揮してコーティ
ングの目的とする母材の保護を果たすことができる。
び酸化性媒体が母材と直接に接触することがなくなり、
サーメット１の耐熱耐食機能を十分に発揮してコーティ
ングの目的とする母材の保護を果たすことができる。
モして各溶射層の厚さは使用条件に応じてその環境に耐
えるようなセラミックと金属の種類と割合を決定してす
ることによって所定の成分配合のセラミックと金属の均
一な混合分散したサーメット層を得ることができる。さ
らにトータル厚みは被膜の消耗量を考慮して製品寿命か
ら決定する。
えるようなセラミックと金属の種類と割合を決定してす
ることによって所定の成分配合のセラミックと金属の均
一な混合分散したサーメット層を得ることができる。さ
らにトータル厚みは被膜の消耗量を考慮して製品寿命か
ら決定する。
しかも同サーメット層と母材との境界にその合金層が形
成されサーメット層が母材と完全に一体化し、母材の一
部と化するので単に溶射したものとくらべるとはるかに
高密着力を得ることができる。
成されサーメット層が母材と完全に一体化し、母材の一
部と化するので単に溶射したものとくらべるとはるかに
高密着力を得ることができる。
母材を例えば５Ｓ４Ｌ鋼材とするとその５Ｓ４Ｌ材の破
断強度に匹敵し３０〜４０ ｋｇ ／ １１１１２とな
る。レーザーの溶込み深さを溶射層のみに調整するので
母材へは殆んど熱影響がないので鉄鋼、非鉄等の各種の
金属へ施工可能である。
断強度に匹敵し３０〜４０ ｋｇ ／ １１１１２とな
る。レーザーの溶込み深さを溶射層のみに調整するので
母材へは殆んど熱影響がないので鉄鋼、非鉄等の各種の
金属へ施工可能である。
１、銅母材上に厚さ１００．Ｉ）−のＮｉメッキの下地
コーティングを施こし、その上にＣｒ３Ｃ２／ Ｎｉ
Ｃｒサーメット溶射層を２００ｐ厚みで形成させたの
ち、レーザービームを照射することによってサーメット
溶射層は気孔がなく均一緻密な層となり、下地Ｎｉメッ
キと融合拡散して高密着力を得ることができた。
コーティングを施こし、その上にＣｒ３Ｃ２／ Ｎｉ
Ｃｒサーメット溶射層を２００ｐ厚みで形成させたの
ち、レーザービームを照射することによってサーメット
溶射層は気孔がなく均一緻密な層となり、下地Ｎｉメッ
キと融合拡散して高密着力を得ることができた。
２．５Ｓ４１基材上にＮｉＣｒ合金を３０１人、ジルコ
ニアセラミクスを５０／ＩＪ−各々２層コーティングし
、レーザービーム照射した照射条件；ビーム絞り径１順
、レーザー出力１″Ｙ、、ＡＩ、ビーム移動速度６０朋
／分で均一なサーメット層が得られた。
ニアセラミクスを５０／ＩＪ−各々２層コーティングし
、レーザービーム照射した照射条件；ビーム絞り径１順
、レーザー出力１″Ｙ、、ＡＩ、ビーム移動速度６０朋
／分で均一なサーメット層が得られた。
３、第１．２図で示す組織図は本発明のサーメット層の
被覆形成した連続鋳造用鋳型の例である。この実施例は
脱酸銅の連続鋳造用鋳型母材（１）に１００μのＮｉメ
ッキ（２）の下地を施し、その上にセラミックＣｒ３０
２８０％とバインダー金属ＮｉＣｒ ２０％のサーメッ
ト溶射層（３）を２００７の厚みに形成する（第１図参
照）。
被覆形成した連続鋳造用鋳型の例である。この実施例は
脱酸銅の連続鋳造用鋳型母材（１）に１００μのＮｉメ
ッキ（２）の下地を施し、その上にセラミックＣｒ３０
２８０％とバインダー金属ＮｉＣｒ ２０％のサーメッ
ト溶射層（３）を２００７の厚みに形成する（第１図参
照）。
この状態ではセラミックＣｒ５Ｃ２（３ａ ）とバイン
ダー金属ＮｉＣｒ （３ｂ ）は層状組織になっている
。
ダー金属ＮｉＣｒ （３ｂ ）は層状組織になっている
。
その後出力５００Ｗ、走査幅０．５ ｍｍ ％エネルギ
ー密度約１０’Ｗ／ｃｄ、ビーム移動速度８０−ｇ／分
でレーザービームをスキャンした。
ー密度約１０’Ｗ／ｃｄ、ビーム移動速度８０−ｇ／分
でレーザービームをスキャンした。
その結果、Ｎｉメッキとサーメット溶射層とは完全に均
一融合し、溶射特有の層状組織は無くなり炭化物Ｃｒ
３ Ｃ２がバインダー金属ＮｉＣｒのマトリックス中に
均一に分散した組織（４）が得られた（第２図参照）。
一融合し、溶射特有の層状組織は無くなり炭化物Ｃｒ
３ Ｃ２がバインダー金属ＮｉＣｒのマトリックス中に
均一に分散した組織（４）が得られた（第２図参照）。
酸化及び密着テストを行なった結果は下表の通りとなっ
た。
た。
以上の様に本発明によれば金属母材表面に均一で緻密な
サーメット層を被覆形成でき、気孔からの母材の酸化腐
食をなくすことができるとともに３０〜４０ ｋｇ ／
ｗｘ ２程の高密着力を得ることができるという効果
がある。又耐酸化性及び耐食性に富み、かつ高密着力を
有した被覆層を有する連続鋳造用鋳型を得ることが出来
た。
サーメット層を被覆形成でき、気孔からの母材の酸化腐
食をなくすことができるとともに３０〜４０ ｋｇ ／
ｗｘ ２程の高密着力を得ることができるという効果
がある。又耐酸化性及び耐食性に富み、かつ高密着力を
有した被覆層を有する連続鋳造用鋳型を得ることが出来
た。
第１図は連続鋳造用鋳型のレーザー照射する前の鋳型の
表面の組織断面図、第２図はレーザー照射後の本発明連
続鋳造用鋳型の組織断面図である。 （１）：鋳型母材 ＜２）：Ｎｉメッキ （３）：サーメット溶射層 （３ａ）＋ セラミック （３ｂ）：バインダー金属 （４）：溶射後の組織
表面の組織断面図、第２図はレーザー照射後の本発明連
続鋳造用鋳型の組織断面図である。 （１）：鋳型母材 ＜２）：Ｎｉメッキ （３）：サーメット溶射層 （３ａ）＋ セラミック （３ｂ）：バインダー金属 （４）：溶射後の組織
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）金属母材の表面にセラミックとバインダー金属から
なるサーメット溶射層を単層又は、セラミックとバイン
ダー金属を各一層又は交互に複数層積層し、その後レー
ザービームを照射して瞬時に大容量の熱を加えて各層を
溶解して合金化させてサーメット層を金属母材表面に形
成させることを特徴とするレーザー照射によるサーメッ
ト層形成方法。 ２）連続鋳造用鋳型の金属母材の表面にセラミックとバ
インダー金属からなるサーメット溶射層を単層又は、セ
ラミックとバインダー金属を各一層又は交互に複数層積
層し、その後レーザービームを照射して瞬時に大容量の
熱を加えて各層を溶解して合金化させてサーメット層を
金属母材表面に形成させた連続鋳造用鋳型。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61096358A JPS62253758A (ja) | 1986-04-24 | 1986-04-24 | レ−ザ−照射によるサ−メツト層形成方法及び連続鋳造用鋳型 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61096358A JPS62253758A (ja) | 1986-04-24 | 1986-04-24 | レ−ザ−照射によるサ−メツト層形成方法及び連続鋳造用鋳型 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62253758A true JPS62253758A (ja) | 1987-11-05 |
Family
ID=14162770
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61096358A Pending JPS62253758A (ja) | 1986-04-24 | 1986-04-24 | レ−ザ−照射によるサ−メツト層形成方法及び連続鋳造用鋳型 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62253758A (ja) |
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-
1986
- 1986-04-24 JP JP61096358A patent/JPS62253758A/ja active Pending
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