JPS6263663A

JPS6263663A - 溶射被膜

Info

Publication number: JPS6263663A
Application number: JP60204066A
Authority: JP
Inventors: Koji Matsumoto; 松本　弘司; Katsuhiko Kishitake; 勝彦岸武
Original assignee: KUYOU GIKEN KK; UMEDA DENSEN KK
Current assignee: KUYOU GIKEN KK; UMEDA DENSEN KK
Priority date: 1985-09-13
Filing date: 1985-09-13
Publication date: 1987-03-20
Anticipated expiration: 2009-08-24
Also published as: JPH0665747B2

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〕この発明は、鋳鉄、各種の鋼、各種の合金、その他の母
材の表面に溶射法で形成される溶射被膜の組成に関する
。

〔従来の技術〕

本件発明者らは、さきに高炭素鉄合金の溶射法について
提案（特開昭５９−１４３０６０号公報参照）した。こ
の提案は急速溶融・急速凝固の処理が溶射法により可能
であることに着目し、均一な、つまり、黒鉛粒の析出の
ない、微細組織の高炭素鉄合金溶射被膜の形成法を発明
したものである。そしてその中では汎用的な合金組成と
して、Ｆｅ−４，３％Ｃ１及びＦｅ−４，３％Ｃ−１，５％Ｓｉを例示した。こ゛こに（％）は重量％であり、以下全て
同じとする。

しかし、これら被膜の２００〜５００”Ｃでのヴイッカ
ース硬度（Ｈｖ）は５００〜６５０の範囲であり、それ
以上の高温、例えば９００℃では、Ｈｖ　５０〜１５０
に低下するので、そのような高温に曝される高硬度表面
層としては必ずしも満足できるものではなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従って、この発明は溶射法で形成される高炭素鉄合金被
膜の高温下での硬度を、使用条件に十分適合したレベル
にまで高めようとするものである。これと同時に、高温
下では酸化され易いことから、高硬度と耐酸化性とをあ
わせ備えた溶射被膜が求められる分野も多いことに鑑み
、そのようなニーズにも応えようとするものである。

〔問題点を解決するだめの手段〕

上記課題を達成するべく、本発明者らは種々研究の結果
、溶射被膜に適した材質として次のような高炭素鉄合金
組成を見出すに至った。

即ち、ＣＩ　）　　Ｆｅ−Ｃ−３ｉ−ＣｒＣ：約４．０〜５．０％Ｓｉ：約０．５〜１．０％Ｃｒ：約５〜１５％（Ｉ［）　　Ｆｅ−Ｃ−５ｉ−Ｃｒ−（Ｘ）Ｃ，Ｓｉ、
Ｃｒ：　　同上（Ｘ）：　ｌｌ、Ｂ、Ｍｏ、Ｖからなる元素群（Ａ）の
中から選ばれた少なくとも１種の元素、含有率は、へｔ！、：約１〜５％。

Ｂ：約０．３〜０．５％、　Ｍｏ：約３〜５％。

Ｖ：約３〜５％（Ｉｎ　）　　Ｆｅ−Ｃ−５ｉ−Ｃｒ−Ａ　ｌ　−（Ｙ
）Ｃ１Ｓｉ、Ｃｒ＋Ａ　ｌ　：同上（Ｙ）：Ｂ、Ｍｏ、Ｖからなる元素群（Ｂ）の中から選
ばれた少なくとも１種の元素、含有率は同上、の３系統の組成であり、これら３系統に全て共通して含
まれている元素は炭素（Ｃ）、硅素（Ｓｉ）、及びクロ
ム（Ｃｒ）である。つまり〔Ｉ〕の系統の組成が本発明
の全てに共通した主要な構成要素となっているのであり
、これのみによっても本発明の上記課題はほぼ十二分に
達成されるのである。

（ｎ）及びＣＩＩＮの系統、つまり、上記ＣＩ）の系統
の組成に元素群（Ａ）、（Ｂ）の中の元素を添加して得
られるものは、〔１〕糸系統金被膜の諸物性項目の中の
いずれかについての付加的改良効果を与えるにすぎない
が、全体として見ればＣＩ）から（ＩＩＩ）が相俟って
本発明溶射被膜の用途を広げているものである。

クロムが１５％を越えて多量に、例えば約２５％、添加
されると、（Ｆ　ｅ　＊　Ｃｒ）　ｔｃ　３のクロムカ
ーバイドが生成され、極めて高い硬度が得られるが、硬
くてもろくなる。本発明では適度の硬変とじん性をもた
せるために、クロム含有率をあえて約１５％以内におさ
えである。

〔作　用〕

上記の各系統に共通して含まれている硅素は溶射時の鉄
（Ｆｅ）−Ｃ系の酸化を防ぐ顕著な作用がある。

クロムは、Ｗ頭に記した先の発明との比較において本発
明を特徴づけている最も重要な成分である。クロムは合
金の硬度を上昇させるのみに止まらず溶射過程において
次のような優れた作用を呈する。即ち、被膜層は溶射に
よって超急冷される。その結果、炭素とクロムは一部オ
ーステナイト中へ強制固溶され、ε鉄相と残留オーステ
ナイト相の非平衡な形で存在する。このような被膜は室
温においても高い硬度が得られ、さらにこれを加熱した
際に、微細な安定相であるセメンタイト（Ｆｅ、　（、
ｒ）　＊Ｃ又はＭｔＣ３の炭化物を析出し、加熱温度Ａ
、（７２３℃）以上のオーステナイト９Ｎ域に加熱して
も炭化物は分解せず、黒鉛の析出を防ぐため、高温度に
おいても高い硬度を維持させることができる。

ＬＣ３（Ｆｅ、Ｃｒ）ｔｃｔ黒鉛粒は合金の微細組織単位間の、強い外力による強制
的すべり、つまり塑性的変形を助長する一因であると見
られるから、黒鉛粒生成防止が本発明の溶射被膜の高温
下高硬度をもたらしていると考えられる。要するに、ク
ロムは高炭素鉄合金の組織内で炭素を均一に固定する作
用があり、炭素が黒鉛粒として析出することを防止して
いるのである。

上記（ｎ）の系統の一部と（ＩＩＩ）の系統の全てに含
まれているアルミニウム（＾７りの作用は前述の硅素と
同様に溶射時の酸化を防ぎ、被膜層内の酸化物量を少な
くする。このように高温での酸化を抑制するから、この
溶射被膜の耐熱性、耐久性を高めることになる。しかし
アルミニウムの過度の添加、つまり約５％以上の添加は
クロムカーバイドの生成を抑える作用があるので好まし
くない。

モリブデン（Ｍｏ）はクロムと同様に、特にクロムとの
共存下で硬度を上げる作用があり、バナジウム（Ｖ）は
高温（１７００℃〜）で高硬質カーバイドを形成するの
でやはり溶射被膜の硬度上昇に寄与している。

尚、硅素には上述の作用のほか、溶射被膜のぬれ性をよ
くする作用があり、クロムとアルミニウムは該被膜表面
の光沢をよくする。

ホウ素については明確な断定はできないが硅素と同様の
作用をなしているものと推測される。

〔発明の効果〕

以上の如く本発明の溶射被膜は、基本的にはＦｅ−Ｃ−
５ｉ−Ｃｒ系の組成を有し、クロムがクロムカーバイド
又は鉄・クロムカーバイドとして存在していると共に、
このカーバイドがセメンタイト（Ｆ１３３Ｃ）と共存し
ているから、前者の高硬度とその高温下での安定性とが
巨視的には当該合金被膜に高温での高硬度を賦与し、微
視的にはＰｅ−Ｃ−Ｃｒ系に平衡的安定性をもたらして
いるものと考えられる。

周知の如く高炭素鉄合金は共晶オーステナイトと共晶セ
メンタイトからなるレデブライト組織を呈しているが、
高温下では、即ち、八、変態以上では安定な黒鉛とオー
ステナイトとに変化する。この共晶セメンタイトの分解
と黒鉛の析出とが高温下での高炭素鉄合金の硬度低下の
原因となっている。然るに本発明ではクロムが約５〜１
５％という高含有率で存在しているから、オーステナイ
トに固溶している炭素が遊離してきてもそれが、黒鉛粒
となる前にクロムと結合しクロムカーバイドを形成する
。そしてなおも高温が続くとこのクロムカーバイドの表
面に遊離炭素が集まるであろうが、詳細は不明なものの
これら遊離炭素はクロムカーバイトノ存在ニ起因してオ
ーステナイト相へ再び移行拡散し、これによってオース
テナイト相の破壊が最小限にくい止められるものと推測
される。

前記（１）系統、即ちＦｅ−Ｃ−５ｉ−Ｃｒ系の組成を
有する溶射被膜は常温から４００℃までの範囲でＨν約
１１００．４００℃を越えると硬度は徐々に低下し６０
０℃でＨｖ約８５０となる。故にこのＣＩ）系統のもの
は約４００℃〜５００℃までの温度で使用されるに適し
ている。しかし、Ｆｅ−Ｃ−５ｔ系（前記特開昭５９−
１４３０６０号参照）が４００℃まででＨｖ５５０前後
、６００℃で約４３０　であるのと比較すればＨｖ値が
それぞれ２倍程度にまで上昇していることが明らかであ
ろう。

前記（ｎ）及び（ＩＩＩ）系統のものではその大部分が
、６００℃でＨｖ９００〜１１００の値を示し２．６０
０’ｅｘ５０時間（空気中）の耐熱テストの前後におい
ても硬度低下は殆ど見られないから４００・−６００℃
又はそれ以上の高温での使用に適している。

強い摩擦力が反復又は継続して加わるとと共に４００℃
を越える高温にさらされる用途としては、内燃機関の諸
部品、特にシリンダライナー、ピストンリング、クラン
クシャフト軸受等々、を例示することができる。従って
本発明はこれら諸部品の表面に形成される保護層として
極めて好適な溶射被膜を提供するものである。

本発明ではクロム含有率を約１５％以内におさえである
ので被膜は高い硬度とじん性を同時に備えている。

〔実施例〕

以下、実施例について本発明をさらに詳しく説明する。

一辺がｌ０ＣＩ１１で厚み２龍の軟鋼板に対し線状溶射
材を用いて溶線式溶射器により常法に従って溶射した。

即ち酸素−アセチレン炎で瞬間的に溶射材を溶融させつ
つ圧縮空気で噴霧することにより上記軟鋼板表面に厚み
０．５鶴の溶射被膜を形成した。

゛上記の線状溶射材の調整は、前出の特開昭５９−１４
３０６０号公報に記載の方法、部ち所定混合比で各元素
をるつぼへ投入して加熱溶融させたのち、管状鋳型内へ
真空吸引法で溶湯吸上げを行い、放冷凝固させる、とい
う方法で実施した。

溶射材組成と核材を用いての溶射被膜硬度（Ｈｖ）との
関係について下記の結果が得られた。

尚、硬度はマイクロヴイッカース硬度試験機によって測
定した。

第１表における試験Ｎｏ、　１８〜２１に対しホウ素を
０．３％さらに添加したものも、これらＮｏ、１８〜２
１とほぼ同じレベルの硬度を与えた。

又、モリブデンとバナジウムを３％にしたものもＮｏ。

１８〜２１と同様であった。

第１表から明らかなように、Ｆｅ−Ｃ−５ｉ系に約５〜
１５％のクロムを加えれば４００〜６００℃の範囲で一
様に硬度が上昇した。Ｆｅ−Ｃ−５ｉ−Ｃｒ系にアルミ
ニウムのみを添加すると高温での硬度はやや低下するが
、ホウ素のみを添加しても高温での硬度は殆ど変わらな
いに反し、アルミニウムとホウ素とを加えると、特にク
ロム１５％の場合に８００℃以上での硬度が改良された
。このことはＦｅ−Ｃ−５ｉ−Ｃｒ系にアルミニウムと
モリブデン、あるいはアルミニウムとバナジウムを組合
わせて添加しても同様であった・尚、アルミニウムについてはクロム１０％の場合には５
％未満、クロム１５％の場合には１０％未満であること
が望ましい。上記第１表において（ｎ）系統と（Ｉｎ）
系統とに属するものはｎ／　ｍと表示しである。

本発明の溶射被膜中のクロムとアルミニウムの作用は第
１〜４図によって一層よく理解されるであろう。

第１図はＦｅ−Ｃ−５ｉ系（試験Ｎｏ、１）にクロムを
添加した場合の被膜硬度と温度との関係を示し、試験Ｎ
ｏ、２〜３（第１表参照）、即ちクロムが１〜３％では
硬度上昇効果が殆どなく、試験Ｎｏ、４〜６において、
特に５〜６において、即ちクロムが５〜１５％、望まし
くは１０〜１５％の場合に常温〜１０００℃にわたり顕
著な硬度上昇が見られる。これは（Ｆｅ、　Ｃｒ）　ｙ
ｃｉが形成されるためである。

第２図はＦｅ−Ｃ−５ｔ系にクロムを１％と１０％添加
した場合の、即ち試験Ｎｏ、２と５の、溶射被膜断面の
顕微鏡写真（約３５０倍）である。

クロム含有率１％では溶射後放冷されたままの状態、即
ち、Ａｓ　５ｐｒａｙと記したものにおいてはクロム含
有率１０％のものと組織上では何ら変化はみられない、
しかし大気中で６００℃Ｘ１ｈｒ加熱すると、クロム含有率１．０％に
おいては（Ｆｅ＋Ｃｒ）３Ｃの微細なカーバイド（Ｃ）
が析出する。一方、クロム含有率１０％のものではマル
テンサイトＣＭ）状となり、さらに加熱温度を上げると
微細な（Ｆｅ、　ＣＦ）　？Ｃ３カーバイドが析出した
。このように、１％含有率のものに比べて黒鉛（Ｇ）の
生成は顕著に抑制されることから、クロム含有率が増加
すると高温度でも高い硬度を維持させることができる。

次に第３図はＦｅ−Ｃ−５ｉ−Ｃｒ系と、これにアルミ
ニウムとホウ素とを添加した場合、即ち試験Ｎｏ、９及
び１４〜１７、について被膜硬度と温度との関係を示し
、ホウ素含有率が０．３％であるときはクロム含有率１
５％に対し、アルミニウムを５％未満、即ち１〜３％、
とすれば良結果が得られている。アルミニウムの過多が
アルミニウムの化合物を生成し、これが被膜として好ま
しくない結果をもたらす。第４図は第２図と比較して明
らかなように、アルミニウムの添加によって酸化物（Ｓ
）が少なくなることを示している。

【図面の簡単な説明】

図は本発明に係る溶射被膜の組成と硬度との関係、及び
組成と内部組織との関係を示ｊ９２、第１図は対照（試
験Ｎｏ、１〜３）と本発明（試験Ｎｏ、４〜６）を比較
したクロム含有率と硬度のグラフ、第２図はそれぞれを
代表して試験ＮＯ，２と５とについての顕微鏡写真であ
り、第３図は対照（試験ｆｐｏ、　１７）と本発明（試
験Ｎｏ。９及び１４〜１６）を比較したアルミニウム含有率と一
度のグラフ、第４図はそれぞれを代表して試験Ｎｏ。１
７と１４とについての顕微鏡写真である。（Ｓ）・・・・・・酸化物、（Ｃ）・・・・・・カーバ
イド、（Ｍ）・・・・・・マルテンサイト、（Ｇ）・・
・・・・黒鉛。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）鉄、４．０〜５．０％の炭素、０．５〜１．０％
の硅素、及び５〜１５％のクロムからなる組成の高炭素
鉄合金系の溶射被膜。
（２）鉄、４．０〜５．０％の炭素、０．５〜１．０％
の硅素、５〜１５％のクロム、及び次の元素群（Ａ）の
中より選ばれた少なくとも１種の元素からなる高炭素鉄
合金系の溶射被膜、元素群（Ａ）・・・・・・アルミニウム、ホウ素、モリ
ブデン及びバナジウム。
（３）前記の元素群（Ａ）より選ばれた元素がアルミニ
ウムであり、その含有率が１〜５％である特許請求の範
囲第（２）項に記載の溶射被膜。
（４）前記の元素群（Ａ）より選ばれた元素がホウ素で
あり、その含有率が０．３〜０．５％である特許請求の
範囲第（２）項に記載の溶射被膜。
（５）前記の元素群（Ａ）より選ばれた元素がアルミニ
ウムとホウ素であり、それらの含有率がそれぞれ１〜５
％と０．３〜０．５％である特許請求の範囲第（２）項
に記載の溶射被膜。
（６）前記の元素群（Ａ）より選ばれた元素がアルミニ
ウム、ホウ素及びモリブンであり、それらの含有率がそ
れぞれ１〜５％、０．３〜０．５％、及び３〜５％であ
る特許請求の範囲第（２）項に記載の溶射被膜。
（７）前記の元素群（Ａ）より選ばれた元素がアルミニ
ウム、ホウ素及びバナジウムであり、それらの含有率が
それぞれ１〜５％、０．３〜０．５％、及び３〜５％で
ある特許請求の範囲第（２）項に記載の溶射被膜。
（８）前記の元素群（Ａ）より選ばれた元素がアルミニ
ウムとモリブンであり、それらの含有率がそれぞれ約１
％と約５％である特許請求の範囲第（２）項に記載の溶
射被膜。
（９）前記の元素群（Ａ）より選ばれた元素がアルミニ
ウムとバナジウムであり、それらの含有率がそれぞれ約
１％と約５％である特許請求の範囲第（２）項に記載の
溶射被膜。
（１０）鉄、４．０〜５．０％の炭素、０．５〜１．０
％の硅素、５〜１５％のクロム、１〜５％のアルミニウ
ム、及び次の元素群（Ｂ）より選ばれた少なくとも１種
の元素からなる高炭素鉄合金系の溶射被膜、元素群（Ｂ）・・・・・・ホウ素、モリブデン及びバナ
ジウム。
（１１）前記の元素群（Ｂ）より選ばれた元素がホウ素
であり、その含有率が０．３〜０．５％である特許請求
の範囲第（１０）項に記載の溶射被膜。
（１２）前記の元素群（Ｂ）より選ばれた元素がホウ素
及びモリブデンであり、それらの含有率がそれぞれ０．
３〜０．５％及び３〜５％である特許請求の範囲第（１
０）項に記載の溶射被膜。
（１３）前記の元素群（Ｂ）より選ばれた元素がホウ素
及びバナジウムであり、それらの含有率がそれぞれ０．
３〜０．５％及び３〜５％である特許請求の範囲第（１
０）項に記載の溶射被膜。
（１４）前記の元素群（Ｂ）より選ばれた元素がモリブ
デンであり、その含有率が約５％である特許請求の範囲
第（１０）項に記載の溶射被膜。
（１５）前記の元素群（Ｂ）より選ばれた元素がバナジ
ウムでありその含有率が約５％である特許請求の範囲第
（１０）項に記載の溶射被膜。