JPS63227758A - 基材を金属化層で被覆する方法および該方法により得られた製品 - 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】 例えば水力電気プラントの場合の様な多くの業務管理に
おいて、キャビテーシ四ンや摩耗や又その他の作用によ
りすりへった材料を保全し又再集することは技術的にも
又経済的にも重要な役割を担うものである。この様な作
業は装置が良好に作動しそして最良の効率を上げるのを
保証するためのものであるが、しばしばわずられしく又
長時間を要するものである。そしてその様な作業とは、
定期的に露出表面を耐摩耗性材料で放射被覆するか、あ
るいは摩滅部分をその基材と同質の材料で溶接により再
構築することにより行なう。

この放射操作は普通非移動炎又はプラズマアークにより
行なう、こうして生成した沈着物は、基体材料に影響を
及ぼさず、そしてその後での研磨工程を必要としない表
面状態を提供する比較的低温で作り得るという利点を有
している。しかしながら１方において、その付着力は充
分でなく、従って基材金属のうける機械的内部応力に対
しての抵抗性を付与し得ない（引き裂き破壊の危険があ
る）、その上又、この様な沈着物は一般にその様な気質
の修理中に除去されな（てはならない。

色々な形（Ｅ、ＴＩＧ、ＭＩＧ、ＭＡＧ、ＶＰ。

移動アークプラズマ）での摩滅部分のアーク溶接再構築
の場合には、融合により生成した沈着物は金属性であり
そして基材金属と固体状になっている。これらは−緒に
なって表面性や内部応力に関しての要件を満足している
。この作業は高温下に高エネルギー供給により行われる
ものであるから、作業される部分は熱的な又機械的な影
響（変形）をうける、そして多くの場合にひき続いての
熱処理が必要である。このアーク溶接補修の大きな欠点
は、所望の仕上げ表面を得るために必要な研摩工程を要
することであり、該工程の作業は困難でありしかもコス
トが高い。

内部にステンレス鋼被覆を有ししいる合金含量の少ない
炭素鋼管（クラツド管）を製造する場合にはこの内部被
覆は溶接により作られる。しかしこれは外側被包材の炭
素をステンレス鋼被覆中に誘引しそしてその結果その耐
Ｓ蝕性を減少させるという欠点を有している。

上記の２つの例から、現在行なわれている製造方法や修
復方法は充分に満足するものではないことがわかる。

上記の欠点をとり除くために、本発明者らは下記の条件
を満足する金属化層での基材の被覆方法を実現すること
を目的とし、そしてこれを確立した。

１、金属化層は、基材の気質材料の１つと少なくとも等
しい耐摩耗性を有していなくてはならない。

２、　金属化層の厚さは連続的に任意に変えることが出
来る０表面は研磨工程を省略し得る程度に滑らかである
。

３、被覆は完全に均質であり無孔である。

４、　金属化の後に、温度処理を必要としない。

５、金属化中に温度は部分的に上昇することはあっても
、基質材料の金属学的性質を変えるものではない。

６、　すでに生成した沈着物層を除去する必要性を有す
ることなく、この方法を再度連続的に行なえなくてはな
らない。

７、　この方法は、金属化層ならびに気質材料の両方を
修復する可能性を保証するものでなくてはならない、気
質材料をアニーリングする場合に、それにより沈着物層
の割合が影響をうけない。

８、　金属化層ならびにその接着力は、これを更に変性
処理しあるいは熟成することなしに、当該部分の作動時
のたわみや振動をささえるのに必要な性質を有している
。

９、　操作工程が一担決まると、この方法は特別の技術
的知識を必要とすることなく、文人体および装置に無害
である。

１０、この方法は機械による処理又はロボットによる処
理で行なうことが出来る。

１１、支持体は金属性のもの又は非金属性のもの、例え
ば石質材料（コンクリート、セラミックス）又は合成物
質でなくてはならない。

本発明の目的は、従来法の欠点のないしかも上記の全て
の条件を満足した方法ならびに該方法により得られた製
品を提供することである。この方法の特徴は特許請求の
範囲各項に記載のものである。

又本発明方法の特別の態様も特許請求の範囲に記載した
。

添付の図面は本発明方法により処理した部材の構造を組
織的に例示的に示すものである。

本発明による金属支持体の金属化層での被覆方法は次の
連続工程から成るものである。

１、　被覆部表面に例えば砂かけの様な簡単な清浄操作
を施こした後に、真空下又は保護気体の存在下に、支持
体と機械的に結合する層状構造を有する金属化材料を、
アークプラズマにより支持体上に放射する。

２、　次いで層状構造の金属化層を少なくとも部分的に
溶融して、その溶融部分に結晶構造を生成させる。

この被覆方法の第１工程は、普通鋳造により作る金属部
材である基材表面に、例えばｖＰＳ被覆法（真空プラズ
マ溶射被覆法）において使用する様な、非移動アークだ
けあるいは移動アークおよび非移動アークの両方を使用
してのプラズマトーチ作業により金属化層を放射する工
程である。又保護気体の存在下に大気圧でプラズマトー
チを使用することも出来る。真空保護又は気体保護下で
行なうのは、金属化層の構成材を形成する金属粉体材料
の酸化を防ぐためである。この溶射被覆により、基材上
に該基材表面を機械的に結合した層状構造の緻密な金属
化層が生成される。この機械的結合は多くの場合に良好
であって充分であるが、完成部材の機械的耐性に寄与し
該部材の弾性変形や機械的応力をささえることの出来る
金属化層とするのには不充分である。

この金属化層を構成する材料である粉体又は線状体は、
基材を構成する金属又は鋼、同じ組成又は同じ形状であ
っても良い、しかしながらこの金属化層は、基材および
該金属化層との間に溶融合金の形成が可能である様な相
容性のある、基材とは別の組成であっても良く、又場合
によっては、この被覆層の機械的結合が充分であるなら
ば基材と相容性のない組成であっても良い、この場合に
は非金属基材、例えば石質材料（コンクリート、セラミ
ックス）又は合成材料を選んでも良い。

電気アークカラムの出力、充てん材料の流速ならびに基
材に対するトーチの作動速度を操作することにより、基
材の変形や熱後処理の必要のない様に、基材を所定の最
高温度を越えて加熱することなく溶射金属化層の厚さを
容易に調節することが出来る。

言うまでもな（、非常に厚い金属化層を生成させようと
する場合には、この溶射操作を何回もくり返し行なえば
良く、連続した層状構造を有する層が次々と機械的に結
合して生成する。

基材上の金属化層の形成はかなり速い、１時間につき約
１０ｋｇの沈着物が容易に生成する。

本発明方法の第２工程は、基材上に溶射した最終層又は
連続金属化層を溶融して、これをなめらかな表面を有す
る緻密沈着物の生成が可能な結晶構造とする工程である
。この工程によりこの部材の研磨工程を省略することが
出来、多大な時間の節約が可能である。

この金属化層の溶融は、例えば、ＴＩＣトーチ又はレー
ザー光線の様な移動アークプラズマトーチにより行なう
、このアーク強度を制御することにより、基材に対する
該溶融トーチの作動速度を金属化層の溶射トーチと同じ
にすることが出来るので、金属化層の溶融深度を決定す
るのは容易である。

この樺にして金属化層はその全深度にわたっであるいは
その１部分だけが溶融することになり、従って異なる構
造の部材を得ることが出来る。

金属化層が完全に溶融してその組成が基材組成と同一か
、近似しているか又は簡単に相客可能なものである様に
なっている場合には、その被覆層が基材と溶融した金属
化層により形成されたものである単一体の部材が得られ
る。この場合はこの被覆層が、その部材の作動中にうけ
る変形や応力に対して作用する。

又金属化層が完全に溶融しているが、その組成が基材と
相客性がない場合には、基材とその被覆層との間の結合
は機械的なものであるが、しかし非常に密接なものであ
る部材が得られるが、この場合には基材と被覆層との間
には合金の生成はない。

金属化層がその深さの１部だけ溶融している場合には、
その被覆層の外側が溶融して結晶構造を呈し従ってなめ
らかな緻密な表面となりでいるが、その基材と接触して
いる内部は層状構造を成しており、これにより基材から
被覆層への又はその逆の成分の溶出を防いでいる。この
場合に、金属化層は基材と相容性があっても又はなくて
も良い。

第１図は２００倍の拡大写真であって、（１）は金属基
材であり、（２）は（１）の上に溶射した層状構造の金
属化層である。この金属化層は、結晶構造とするための
完全又は部分溶融を未だ行なっていない。

第２図は２０倍の拡大写真であり、（２）は金属化層で
あり、その１部（２ａ）のみを溶融した。これには溶融
部（２ａ）と区別された層状構造（２）が非常にはっき
りとみられる。（２）および（２ａ）の各部分は部分溶
融帯（３）により結合している。この場合、金属化層は
Ｘ５ＣｒＮｉ１３４型ステンレス鋼である。

第３図は、従来の溶接法により溶接物（４）、　（４ａ
）　。

（４ｂ）を再充てんしそして研磨した鋳造基材の２５倍
の拡大写真である。ここでは溶接層（４）、　（４ａ）
　、　（４ｂ）がはっきりと見られる。この再充てん部
に本発明方法による被覆を施こした。ここでは金属化層
（５）はその全深度にわたり溶融してあり、溶融による
結晶結合（６）は溶接層（４）、（４ａ）間に確立され
、そしてこの金属化層（５）は完全に結晶構造である。

最後に第４図は、第３図のＡ部の１００倍拡大写真であ
る。これは結晶結合（６）と溶融金属化層との間の結合
を示している。ここでは得られた溶融構造が結晶性であ
りこの部材が完全に単一体となっていることがはっきり
とわかる。

第３および４図の場合には金属化層の組成は基材と相客
性を有していな（ではならないが、第１図の場合にはそ
の必要はない。

第３図の部材は次の様にして作った。

溶接により再充てんしたＸ５ＣｒＮｉ１３４型ステンレ
ス鋼製の基材上に、厚さ約５醜の基材と同じ組成の金属
化層をＶＰＳ　（真空プラズマ溶射被覆）法により放射
沈着させた。

次いでこの金属化層を、平均強度２００Ａ、パルス周波
数１０七の移動プラズマアークにより供給速度０．５閣
／秒で溶融した。

この金属化層の溶融工程の間、約２２１の浴幅、約６−
の侵入深度、ならびに放射のないなめらかな、非常に安
定なぞして一欅な浴を観察しておく。

真空下に又は気体保護下にプラズマアークにより溶射し
た金属化層の全部又は１部を溶融するという事実がこの
種の被覆技術分野の専門家のあらゆる考え方に対立する
ものであることは意義深いものである。実際のところ、
溶接技術の専門家の考えは、プラズマ被覆力により放射
した金属化層の溶融は、その密度が不十分（層状構造を
成している）のために溶融金属の表面張力に起因して必
然的に該層の収縮をひき起し、そのため得られる表面は
所望の目的に合致し得ない様な重大な空孔を生成する樺
になるというものである。

本発明方法は、機械加工したタービン羽根やその他の機
械加工したあるいは鋳造した機械部材の補修のための有
利に使用することが出来る。Ｓ材との相容性がありしか
も完全に溶融している金属化層の使用により、機械部材
に実質的にそのもとの特性を付与することが出来る。

本発明方法を実用として使用することの出来る別の用途
としては、内部被覆した管部材（クラツド管）の製造分
野が挙げられる。この用途の場合は、管部は炭素鋼又は
わずかに合金化した鋼であり、その被覆部はステンレス
鋼である。そして重要な事は、金属化層の溶融は管部の
炭素が内部被覆部へ溶出する（この炭素溶出がおこると
抗腐蝕性が劣化する）のを防ぐために部分的にのみ行な
われていることである。この様な場合においては、内部
被覆は管部の抵抗力に関与するものではなく、その基材
上における金属化層とは純粋に機械的な結合で充分であ
る。

更に又本発明方法は、従来の溶接法による被覆での再充
てんを行う場合よりもより速やかに行なうことが出来、
しがも生成した被覆層はこれを機械加工したりあるいは
研磨加工したりする必要がなく、経済的に非常に有利で
ある。

最後に本発明方法では基材とトーチとの関係位置や、そ
の速度および通路ならびに該トーチのアーク強度や充て
ん物質の流速をコントロール出来るので、非常に容易に
本発明方法を機械化あるいはロボットによる操作で行な
うことが出来る。

又本発明方法の特記すべき利点は、所望の性質の被覆を
生成するための処理の間に基材に付与するエネルギー量
を正確にコントロール出来ることである。

実際のところ本発明方法においては、金属化層を生成す
る物質の供給は該層の溶融とは別におこなっている。こ
の金属化層の全部又は１部を溶融するための必要エネル
ギー量は主としてその厚みに依存するものである。そし
てこの厚みは任意にコントロールすることが出来るので
、その層を溶融するために必要なエネルギー量も同様に
所望の範囲内にコントロールし維持することが出来る。

本発明方法は又、例えばセラミックスで作られている様
な基材上に、結晶構造を有する電導性の金属被覆と沈着
させるためにも使用することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は支持体上に沈着した金属化層の溶融前の状態の
金属組織を示す写真である。 第２図は部分的に溶融した金属化層を有する部材の金属
組織を示す写真である。 第３図は最初に溶接Ｗより補充しそして次いで溶融金属
化層を生成させた部材の金属組織を示す写真である。 第４図は第３図のＡ部の金属組織の拡大写真である。 図面の浄Ｄ（ 手続？ｒｌ）正置（方式） 昭和６３年　３月２０ 得られた製品 ３、　補正有する者 事件との関係：特許出願人 名　称　ソシエテ・アノニム・レネルジー・ド・ローエ
スト・スイス４、　代理人 ６、　補正の対重 （１）　適正な図面。 ７、　補正の内容 （１）　第１図〜第４図の図中の符号を別紙の通り補正
する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）真空下又は気体保護下に、プラズマアークにより金
   属化物質を基材上に放射して該基材と機械的に結合した
   層状構造を有する金属化層を形成し、そして次いでこの
   層状構造の金属化層の少なくとも１部分を溶融してその
   溶融部分中に結晶構造を生成させることを特徴とする、
   基材を金属化層で被覆する方法。 ２）基材が非金属化性である、特許請求の範囲第１項に
   記載の方法。 ３）基材が金属性でありそして金属化層の組成が該金属
   性基材と実質的に同一である、特許請求の範囲第１項に
   記載の方法。 ４）基材が金属性でありそして金属化層の組成が該金属
   性基材と異なるものである、特許請求の範囲第１項に記
   載の方法。 ５）金属化層の組成が、金属性基材を形成している材質
   を溶融により合金を形成し得るものである、特許請求の
   範囲第３又は４項に記載の方法。 ６）金属化層の組成が、基材の構成材質と溶融により合
   金を形成しないものである、特許請求の範囲第２又は４
   項に記載の方法。 ７）金属化層がその深さに関して部分的にのみ溶融され
   ていて、該金属化層の層状構造含有相が基材と接触して
   いる状態となっている、特許請求の範囲前各項に記載の
   方法。 ８）ＴＩＧアーク又はレーザーの移動プラズマアークに
   より、層状構造を有する金属化層の少なくとも１部分の
   溶融を行なう、特許請求の範囲前各項に記載の方法。 ８）金属化層を基材上に溶射するのに使用するプラズマ
   アークが、非移動アークだけ又は移動アークおよび非移
   動アークの両方を使用して作動させるプラズマアークで
   ある、特許請求の範囲前各項に記載の方法。 １０）結晶相および基材に接触している層状構造相とか
   ら成る金属化層によって少なくとも部分的に被覆された
   基材から成ることを特徴とする、特許請求の範囲第１項
   に記載の方法による製品。 １１）金属性基材を形成している材質を溶融している、
   結晶構造を有する金属化層で少なくとも部分的に被覆さ
   れた基材から成ることを特徴とする、特許請求の範囲第
   ５項に記載の方法による製品。