JPS63290254A - 耐熱・耐摩耗性溶射被膜 - Google Patents

耐熱・耐摩耗性溶射被膜

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JPS63290254A
JPS63290254A JP12493487A JP12493487A JPS63290254A JP S63290254 A JPS63290254 A JP S63290254A JP 12493487 A JP12493487 A JP 12493487A JP 12493487 A JP12493487 A JP 12493487A JP S63290254 A JPS63290254 A JP S63290254A
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JP
Japan
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thermally sprayed
sprayed film
thermal
resistant
sprayed coating
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Pending
Application number
JP12493487A
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English (en)
Inventor
Masahito Kumon
公文 将人
Yuji Fukuda
祐治 福田
Koichi Mitsuhata
光畑 浩一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Power Ltd
Original Assignee
Babcock Hitachi KK
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Publication date
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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〕 本発明は金属の表面処理被膜に係わり、特に高温雰囲気
下で使用される耐熱・耐摩耗性溶射被膜に関する。
〔従来の技術〕
材料の耐熱性、耐食性及び耐摩耗性を向上させる被膜と
して材料の表面にこれらの特性に優れた材料を溶射され
た耐熱・耐摩耗性溶射被膜が知られている。特に、ボイ
ラ伝熱管及びバーナインペラ、ガスタービンやディーゼ
ルエンジン部品は約500〜1000℃の高温で使用さ
れ、更にフライアッシュによる摩耗や摺動摩耗などが問
題となるため、溶射材料としては特に耐熱性、耐摩耗性
のいずれにも優れている必要がある。こうした特性を向
上させるためには、酸化券、窒化物、ホウ化物、炭化物
及び珪化物等のセラミックス用粉末を溶射して、セラミ
ックス被膜を形成させるのが有効である。
セラミックス溶射被膜に必要な性能としては、上記特性
の他に粒子間結合力及び被膜中の気孔の有無が重要とな
る。従来よりセラミックス溶射法として使用されている
プラズマ溶射法は、ノズル出口のジェットの平均温度が
5000〜10000″にで、ジェット流速は約750
m/秒であって、溶射中の粒子速度が十分でなく、母材
表面に衝突する粒子の衝撃エネルギーが低いので、粒子
の圧着化が不十分となる。すなわち気孔が多く粒子間結
合力が小さくなるため、セラミックス被膜の耐摩耗性は
不十分となり、容易に摩耗する。この種の溶射法は米国
特許登録第1093308号公報等に提案されている。
また、溶射粒子の高速化に着目した溶射法であって、酸
素−アセチレンの爆発エネルギーを利用した溶射法及び
超高速強化ガス溶射法等では、最高約3000℃のガス
温度を有し、2〜3マツハの粒子速度を有するので圧着
力が大きく、溶射被膜中の気孔を少なくし、粒子間結合
力を大きくすることができ、充分な耐摩耗性が得られる
が、溶射された部材が加熱冷却を繰り返されると、母材
との熱膨張差と熱伝導率の差により比較的脆いセラミッ
クス内部で割れが発生し1時には剥離する。
更に、気孔が多く1粒子間結合力の小さいプラズマ溶射
法で行った溶射被膜の表面を、レーザ等の高密度エネル
ギーで再溶融して耐熱・耐摩耗性被膜を形成することも
伝えられているが、装置等設備及び施工に巨額の費用が
かかる上、膜厚制御及びエネルギー出力調節等が非常に
繁雑である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記の如く、耐熱性、耐摩耗性を必要とする従来の溶射
被膜では、多孔質被膜を形成する溶射法の場合は耐摩耗
性が劣り、低気孔率の緻密な被膜を形成する溶射法の場
合は、耐熱性、特に耐熱衝撃性が劣り、更に溶射被膜を
再溶融させる方法では装置及び施工工数の面で問題があ
った。
本発明の目的は、上記の問題点を消除するとともに、溶
射被膜の耐摩耗性を低下させることなく、耐熱衝撃性の
優れた耐熱・耐摩耗性溶射被膜を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の目的は、高エネルギー溶射法により金属の母材
表面上に緻密な溶射被膜を有する耐熱・耐摩耗性溶射被
膜において、前記母材と前記緻密な溶射被膜との間に体
積密度が90%以下である多孔質溶射被膜を有すること
を特徴とする耐熱・耐摩耗性溶射被膜を提供することに
より達成される。
〔作用〕
高エネルギー溶射法により、母材と緻密な溶射被膜との
間に体積密度が90%以下である多孔質溶射被膜を有す
ることにより、高温雰囲気中でこの溶射被膜に、母材と
溶射被膜の熱膨張差にもとずく熱応力が生じても、この
多孔質溶射被膜がその熱応力を吸収して、熱応力に対す
る緩衝層の役目を果す。
また、溶射被膜の表面層に形成された緻密な溶射被膜は
、溶射被膜内の粒子間結合力が強いので、硬度が大きい
〔実施例〕
以下に、本発明の実施例について第1図、第2図により
説明する。
第1図は本発明による母材表面に形成された耐熱・耐摩
耗性溶射被膜の一例を示す説明図である。
母材1の表面をショツトブラスト処理した後、多孔質溶
射被膜を得易いプラズマ溶射法により92%ZrO2+
8%Y、O,の混合粉末を溶射して、気孔を10数%有
する多孔質溶射被膜2を形成さ−せ、次に同じ92%Z
rO2+8%Y2O3混合粉末を爆発溶射法で溶射し、
気孔が約2%の緻密な溶射被膜3を形成させた。この爆
発溶射法は主として酸素−アセチレンの爆発エネルギー
を利用した溶射法であって、密着度が高く気孔の少ない
溶射被膜の得られる溶射法である。
本発明による他の実施例を第2図に示す。母材1の表面
をショツトブラスト処理した後、ニッケルークロムーア
ルミニウムーイッl−リウム合金粉末による溶射被膜5
を形成させた後、第1図に示した場合と同様に、多孔質
溶射被膜2を形成し、次いで緻密な溶射皮膜3を形成す
る。母材にあらかじめ形成する被膜は、上記の合金粉末
の外に、金属とセラミックスとの粉末を焼結して作られ
たサーメットの粉末による溶射被膜でもよい。
以上のプロセスによって作製した試験材について、耐熱
?#撃性試験および耐摩耗性試験を行った。
耐熱i撃性試験は、被膜の形成された試験材を800℃
に急熱し20℃に急冷するサイクルと、1000℃に急
熱し20℃に急冷するサイクルのそれぞれを繰返し行い
、被膜が剥離するまでの回数を測定したもので、その回
数により結果を評価した。また、耐摩耗性試験は、10
0μm前後の粒径の二酸化硅素を空気中で20m/秒の
速度で各被膜上に30時間吹き付けて行った。摩耗率は
炭素鋼の体積減量を100とした比率で示した。
これらの試験結果を第1表に示゛す。
(以下余白) 第   1   表 串1;多孔質溶射被膜を示す。
申2;緻密な溶射被膜を示す。
$3;母材があらかじめ有する溶射被膜を示す。
申4;Pはプラズマ溶射法を、Eは爆発溶射法を示す。
第1表に示すごとく1本発明の実施例に基づいて形成さ
れた被膜は、比較例に比し良好な耐熱衝撃性及び耐摩耗
性を示している。
以上の実施例において示したように、本発明により形成
された被膜が優れた耐熱衝撃性を示す理由は、緻密な溶
射被膜の下に多孔質溶射被膜が存在するために、熱によ
る各層及び母材の膨張、収縮が起っても中間層が多孔質
であるため容易に熱応力を緩和させ、かつセラミックス
の熱膨張率が金属のそれと比較して小さいため熱応力自
身が小さくなるためであ為。また緻密な溶射被膜が、優
れた耐摩耗性を示すのは、高エネルギーガス溶射法によ
って施工が行なわれているため1粒子間結合力が大きい
ので気孔が少なく、従って硬度の大きい被膜を形成して
いるためである。特に第2図に示す場合の耐熱?!1t
 撃性が優れている理由は、母材があらかじめ有する溶
射被膜の母材に対する密着力が強く、更に次層の多孔質
溶射被1鴎がその前層被膜に対し大きい投錨効果を発揮
して強い密着力を有するからである。
本発明において、多孔質溶射被膜を形成する溶射材料と
しては金属酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、珪化物
及び金属またはそれらの混合物であればよい。また、緻
密な溶射被膜を形成する溶射材料としてはアルミナ、ジ
ルコニア、酸化クロム、酸化カルシウム、酸化マグネシ
ウムなどの金属酸化物の他に、金属炭化物、窒化物、ホ
ウ化物及び珪化物、またはこれらの混合物であって、耐
熱性、耐摩耗性を有するものであれば良く、特にその成
分の組成を限定するものではない。またセラミックス以
外に、高エネルギー溶射法では耐熱衝撃性の優れた被膜
を形成することが困難なりロムやタングステンの場合で
も、本発明の実施例と同等の耐摩耗性、耐熱衝撃性を得
ることができる。
多孔質溶射被膜による耐熱衝撃性の改善は特に気孔率1
0%以上、すなわち体積密度が90%以下の時に顕著で
あり、緻密な溶射被膜の耐摩耗性は気孔率が5%以下の
時1丁なわち体積密度が95%以上の時に顕著である。
〔発明の効果〕
本発明の構成によれば、母材と緻密な溶射被膜の間に多
孔質溶射被膜を形成することにより、熱応力が緩和され
て、溶射被膜の耐熱衝撃性が向」ニするとともに、Ht
密な溶射被膜は高い硬度が得られるので耐摩耗性の低下
は見られない。
従って、特に耐熱衝撃性を必要とする耐熱、耐摩耗部材
の耐用年数を大きく向上させることができ、工業上の利
用価値はきわめて大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は母材表面に多孔質溶射被膜を形成した場合の溶
射被膜の断面構成を示す模式図であり、第2図は母材が
あらかじめ溶射被膜を有する場合の溶射被膜の断面構成
を示す模式図である。 1・・・母材。 2・・・多孔質溶射被膜、 3・・・緻密な溶射被膜、 6・・・耐熱・耐摩耗性溶射被膜。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)高エネルギー溶射法により金属の母材表面上に緻
    密な溶射被膜を有する耐熱・耐摩耗性溶射被膜において
    、前記母材と前記緻密な溶射被膜との間に体積密度が9
    0%以下である多孔質溶射被膜を有することを特徴とす
    る耐熱・耐摩耗性溶射被膜。
  2. (2)前記母材があらかじめ金属およびサーメットの少
    なくとも一方からなる溶射被膜を有することを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項に記載の耐熱・耐摩耗性溶射被
    膜。
  3. (3)前記緻密な溶射被膜が、セラミックスおよび低靭
    性金属材料のいずれか一方からなることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項または第2項に記載の耐熱・耐摩耗
    性溶射被膜。
  4. (4)前記高エネルギー溶射法が、ガスの燃焼ないし爆
    発エネルギーを利用する高エネルギーガス溶射法とプラ
    ズマ溶射法とのうち少なくとも一方の溶射法からなるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の耐熱・耐
    摩耗性溶射被膜。
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