JPS6331546B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6331546B2
JPS6331546B2 JP59224276A JP22427684A JPS6331546B2 JP S6331546 B2 JPS6331546 B2 JP S6331546B2 JP 59224276 A JP59224276 A JP 59224276A JP 22427684 A JP22427684 A JP 22427684A JP S6331546 B2 JPS6331546 B2 JP S6331546B2
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JP
Japan
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weight
coating
chromium
cobalt
carbon
Prior art date
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Expired
Application number
JP59224276A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS60110866A (en
Inventor
Henrii Rondori Karubin
Aren Adoraa Tomasu
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.)
Union Carbide Corp
Original Assignee
Union Carbide Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Union Carbide Corp filed Critical Union Carbide Corp
Publication of JPS60110866A publication Critical patent/JPS60110866A/en
Publication of JPS6331546B2 publication Critical patent/JPS6331546B2/ja
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C29/00Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/06Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
    • C22C29/08Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds based on tungsten carbide
    • 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
    • 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
    • C23C4/06Metallic material
    • 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
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    • C23C4/06Metallic material
    • C23C4/067Metallic material containing free particles of non-metal elements, e.g. carbon, silicon, boron, phosphorus or arsenic

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は耐摩耗性及び耐食性コーテイング及び
該コーテイングの製造方法に関する。より詳細に
は、本発明は改良された強度及び耐摩耗性を有す
る新規なW―Co―Cr―Cコーテイング系統に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION TECHNICAL FIELD This invention relates to abrasion and corrosion resistant coatings and methods of making the same. More particularly, the present invention relates to a new W--Co--Cr--C coating system with improved strength and abrasion resistance.

背景技術 優れた耐摩耗性と耐食性の両方が要求される用
途においてはW―Co―Cr―Cのコーテイングが
使用されている。これらのコーテイング用の代表
的な組成物は、コバルト約8〜10重量%と、クロ
ム約3〜4重量%と、炭素約4.5〜5.5重量%と、
残りのタングステンとから成る。これらのコーテ
イングは種々の支持体、例えば鉄基材合金支持体
に公知の熱吹付けサーマルスプレー技法を用いて
塗布して良好な結果を得ることができる。かかる
技法は、例えば、米国特許2714563号及び同
2950867号に開示されるデトネーシヨンガン(D
―ガン)付着、米国特許2858411号及び同3016447
号に開示されるプラズマアーク溶射、その他のい
わゆる「高速」プラズマ、又は「超高速」燃焼吹
付けプロセスを包含する。
BACKGROUND ART W--Co--Cr--C coatings are used in applications that require both excellent wear resistance and corrosion resistance. Typical compositions for these coatings include about 8-10% by weight cobalt, about 3-4% by weight chromium, about 4.5-5.5% by weight carbon;
and the remaining tungsten. These coatings can be applied to a variety of substrates, such as iron-based alloy substrates, using well-known thermal spray techniques with good results. Such techniques are described, for example, in U.S. Pat. No. 2,714,563 and
Detonation gun (D) disclosed in No. 2950867
- Gun) Adhesion, U.S. Patent Nos. 2,858,411 and 3,016,447
and other so-called "velocity" plasma or "ultravelocity" combustion spraying processes.

W―Co―Cr―Cのコーテイングは過去10年又
はそれ以上にわたつて多くの工業用途において用
いられてきて良好な結果を得てきたが、優れた強
度と耐摩耗性とを有する更に良好なコーテイング
に対する要求が今までに増大している。
Although W-Co-Cr-C coatings have been used with good results in many industrial applications over the past decade or more, there are even better coatings with excellent strength and wear resistance. The demands on coatings are ever increasing.

また、これらのコーテイングを従来可能な付着
速度よりも速い付着速度で付着し、それによつて
支持体を一層経済的に塗布することが望ましい。
しかし、速い付着速度に関する問題は、高い残留
応力がコーテイング内部に蓄積する傾向にあると
いうことであつた。コーテイングがこれらの応力
に耐える十分に高い強度を有していない場合に
は、コーテイングは割れかつ破砕さえする。
It is also desirable to deposit these coatings at faster deposition rates than are conventionally possible, thereby making the substrate more economical to apply.
However, a problem with fast deposition rates was that high residual stresses tended to build up within the coating. If the coating does not have high enough strength to withstand these stresses, it will crack and even fracture.

本出願と同日に出願されかつ本出願と共通の譲
受人に譲渡されたジエー、イー、ジヤクソン(J.
E.Jackson)等の同時係属米国出願第号(特願昭
号)に、高含量のコバルトを含有しかつ改良され
た強度を有する新規なW―Co―Cr―C系統が開
示されている。これらのコーテイングは、例え
ば、石油化学工業において、腐食性の高い流体を
高い液圧下で取り扱うゲート弁で使用するのに理
想的に適している。これらのコーテイングは、速
い付着速度の結果として発生する高い残留応力に
耐える程に十分にタフでかつ強力であるが、コー
テイングの耐摩耗性は慣用のコーテイングの耐摩
耗性に過ぎない。
J. E., J. Jackson, filed on the same date as this application and assigned to a common assignee with this application.
Co-pending U.S. Pat. These coatings are ideally suited for use in gate valves handling highly corrosive fluids under high hydraulic pressure, for example in the petrochemical industry. Although these coatings are sufficiently tough and strong to withstand the high residual stresses that occur as a result of fast deposition rates, the abrasion resistance of the coatings is only that of conventional coatings.

一般に知られているように、W―Co―Cr―C
のコーテイングは耐摩耗性をW、Co、Crの複合
カーバイトの存在から得ている。他方、耐食性は
クロムの存在から誘導される。実際、クロム含量
は、耐食性のために通常要求される量とコーテイ
ングの耐摩耗性及び機械的性質をそこなうか或は
減少する量との間の折衷である。
As commonly known, W-Co-Cr-C
The coating derives its wear resistance from the presence of a composite carbide of W, Co, and Cr. On the other hand, corrosion resistance is derived from the presence of chromium. In practice, the chromium content is a compromise between the amount normally required for corrosion resistance and the amount that impairs or reduces the wear resistance and mechanical properties of the coating.

発明の要約 本発明によれば、驚くべきことに、予想に反
し、一層高いクロム含量を炭素及びコバルトの含
量と適当にバランスさせて用いるならば、摩耗率
が低くかつずつと高い付着速度で深割れやスポー
リングすること無く付着させることのできる改良
されたコーテイングを達成することができること
を今見出した。
SUMMARY OF THE INVENTION In accordance with the present invention, it has been surprisingly and unexpectedly demonstrated that if higher chromium contents are used in proper balance with carbon and cobalt contents, the wear rate is lower and the deposition rate is progressively higher. It has now been found that it is possible to achieve improved coatings that can be applied without cracking or spalling.

本発明によるコーテイング組成物は本質的に、
コバルト約4.0〜約10.5重量%と、クロム約5.0〜
約11.5重量%と、炭素約3.0〜約5.0重量%と、残
りのタングステンとから成る。
The coating composition according to the invention essentially comprises:
About 4.0 to about 10.5% by weight of cobalt and about 5.0 to about chromium
about 11.5% by weight, about 3.0 to about 5.0% by weight carbon, and the balance tungsten.

好適な実施態様の説明 本発明のコーテイングは、任意の慣用熱吹付け
技法を用いて支持体に塗布することができる。コ
ーテイングを塗布する好ましい方法は、デトネー
シヨンガン(D―ガン)付着によるものである。
代表的なD―ガンは、本質的に、長さ数フイート
で内径約1インチ(2.5cm)の水冷バレルから成
る。実施する場合、酸素と燃料ガス、例えばアセ
チレンとが特定の比(通常、約1:1)の混合物
を、塗布すべき粉末の装入量と共にバレルに供給
する。次いで、ガスを点火すればデトネーシヨン
波が粉末を約2400ft/秒(730m/秒)に加速し、
しかも粉末を融点近く又はそれ以上に加熱する。
粉末がバレルを出た後に、窒素のパルスがバレル
をパージして系を次のデイトネーシヨンのために
準備する。次いで、サイクルを1秒に数回繰り返
す。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The coatings of the present invention can be applied to a substrate using any conventional thermal spraying technique. The preferred method of applying the coating is by detonation gun (D-gun) deposition.
A typical D-gun essentially consists of a water-cooled barrel several feet long and about 1 inch (2.5 cm) inside diameter. In practice, a mixture of oxygen and a fuel gas, such as acetylene, in a specific ratio (usually about 1:1) is fed into the barrel along with the charge of powder to be applied. Then, when the gas is ignited, a detonation wave accelerates the powder to approximately 2400 ft/sec (730 m/sec),
Moreover, the powder is heated near or above its melting point.
After the powder exits the barrel, a pulse of nitrogen purges the barrel and prepares the system for the next datenation. The cycle is then repeated several times per second.

D―ガンは各デトネーシヨンについて支持体に
コーテイングの円を付着させる。コーテイングの
円は直径約1インチ(25mm)で厚さ1万分の数イ
ンチ(ミクロン)である。コーテイングの各々の
円は個々の粉末粒子に相当する多数の重なり合う
微細な平板(スプラツト)から成る。重なり合う
平板は互いに及び支持体にかみ合いかつ機械的に
結合してそれらの界面において実質的に合金しな
い。コーテイング付着における円の配置を厳密に
制御して均一な厚さの平滑なコーテイングを付着
させ、支持体の加熱と塗布コーテイングにおける
残留応力とを最小にする。
The D-gun deposits a circle of coating on the support for each detonation. The circle of coating is approximately 1 inch (25 mm) in diameter and a few ten thousandths of an inch (micron) thick. Each circle of coating consists of a number of overlapping fine splats corresponding to individual powder particles. The overlapping plates interlock and mechanically bond to each other and to the support so that they do not substantially alloy at their interfaces. The placement of the circles in the coating deposition is tightly controlled to deposit a smooth coating of uniform thickness and to minimize substrate heating and residual stress in the applied coating.

本発明のコーテイングを製造するのに使用する
粉末は、所定の組の付着パラメーターを用いて所
望の特有のコーテイング組成物を達成するように
選ぶ。D―ガンプロセスにおいて用いる酸素―燃
料ガス混合物比を約1.0に保つのが好ましい。D
―ガンについてその他の操作条件を用いることも
可能であり、かつ更に粉末組成物を適宜に調節す
るならば所望のコーテイング組成物を得ることが
できる。その上、その他の粉末組成物をその他の
熱吹付け塗布装置に用いて付着の間の組成変化を
補つて本発明の所望のコーテイング組成物を得る
ことができる。
The powders used to make the coatings of the present invention are selected to achieve the desired specific coating composition with a predetermined set of deposition parameters. Preferably, the oxygen-fuel gas mixture ratio used in the D-gun process is maintained at about 1.0. D
- It is also possible to use other operating conditions for the gun and, if the powder composition is further adjusted accordingly, to obtain the desired coating composition. Additionally, other powder compositions can be used in other thermal spray application equipment to compensate for compositional changes during deposition to obtain the desired coating compositions of the present invention.

本発明に従つてコーテイングを塗布するD―ガ
ンに用いる粉末は、キヤスト及び破砕粉末が好ま
しい。しかし、その他の粉末形、例えば焼結した
粉末を使用することもできる。通常、粉末の大き
さは約−325メツシユにすべきである。その他の
製造方法によつて製造し、かつその他の大きさの
分布を有する粉末を、該粉末が特有の吹付け装置
及び/又は大きさに一層適している場合にはその
他の熱吹付け付着技法により、本発明に従つて使
用することができる。
The powders used in the D-gun for applying coatings in accordance with the present invention are preferably cast and crushed powders. However, other powder forms can also be used, for example sintered powders. Typically, the powder size should be approximately -325 mesh. Powders produced by other manufacturing methods and having other size distributions may be deposited using other thermal spray deposition techniques if the powders are more suitable for the particular spray equipment and/or size. can be used according to the invention.

本発明に従つてコーテイングを付着させる代表
的な粉末組成物は、本質的にコバルト約8.0〜約
11.0重量%と、クロム約8.0〜約11.0重量%と、炭
素約4.0〜約5.5重量%と、残りのタングステンと
から成る。炭素の内のある程度は、例えば約1.0
重量%までの未結合炭素であつてよく、これは付
着プロセスにおいて失われ得る。酸素と燃料ガス
(例えば、アセチレン)の両方の供給速度をこの
粉末に合わせてオキシ―燃料ガス比約1.0にすべ
きである。これは従来技術の慣用コーテイングを
付着させるのに用いられてきたのと同じ比であ
る。
A typical powder composition for depositing a coating in accordance with the present invention will consist essentially of about 8.0 to about 8.0 cobalt.
11.0% by weight, about 8.0 to about 11.0% by weight chromium, about 4.0 to about 5.5% by weight carbon, and the balance tungsten. A certain amount of carbon, e.g. about 1.0
There may be up to % by weight of unbound carbon, which may be lost in the deposition process. The feed rates of both oxygen and fuel gas (eg, acetylene) should be matched to this powder to give an oxy-fuel gas ratio of about 1.0. This is the same ratio that has been used to deposit conventional coatings of the prior art.

代りに、本発明のコーテイングは、プラズマア
ーク溶射或はその他の熱吹付け技法によつて支持
体に塗布することができる。プラズマアーク溶射
プロセスにおいて、非消耗性電極とそれと間隔を
置いて並べる第2の非消耗性電極との間に電気ア
ークを確立させる。ガスがアークを含有するよう
にガスを非消耗性電極に接触させて通す。アーク
含有ガスはノズルで絞られて熱含量の高い流出流
となる。粉末コーテイング材料を熱含量の高い流
出流ノズルの中に注入して被覆されるべき表面上
に付着させる。上記の米国特許2858411号に記載
されているこのプロセスは、強固で、密な、支持
体に密着した付着コーテイングを作る。また、塗
布コーテイングは不規則な形状の微細な平板又は
薄片が互いにかつまた支持体にかみ合わされ
(interlocked)かつ機械的に結合されて成る。
Alternatively, the coating of the present invention can be applied to the substrate by plasma arc spraying or other thermal spraying techniques. In a plasma arc spraying process, an electric arc is established between a non-consumable electrode and a spaced apart second non-consumable electrode. The gas is passed in contact with a non-consumable electrode such that the gas contains an arc. The arc-containing gas is throttled by a nozzle into an effluent stream with a high heat content. The powder coating material is deposited onto the surface to be coated by injecting it into a high heat content effluent nozzle. This process, described in the above-mentioned US Pat. No. 2,858,411, creates a strong, dense, substrate-adhesive coating. Application coatings also consist of irregularly shaped fine plates or flakes that are interlocked and mechanically bonded to each other and to a support.

本発明においてプラズマアーク溶射プロセスを
用いてコーテイングを塗布するそれらの場合で
は、アークトーチに供給する粉末は、塗布したコ
ーテイング自体と本質的に同じ組成を有してもよ
い。しかし、ある種のプラズマアーク或はその他
の熱吹付け装置の場合では、組成のある程度の変
更が期待され、このような場合には粉末組成物を
適宜に調節して本発明のコーテイング組成物を達
成することができる。
In those cases where a plasma arc spray process is used to apply the coating in the present invention, the powder fed to the arc torch may have essentially the same composition as the applied coating itself. However, in the case of certain plasma arc or other thermal spray equipment, some change in composition is expected and in such cases the powder composition may be adjusted accordingly to form the coating composition of the present invention. can be achieved.

本発明のコーテイングは、ほとんど全ての型の
支持体、例えば鉄又はスチール等の金属支持体、
或は、例えば炭素、グラフアイト又はポリマー等
の非金属支持体に塗布することができる。種々の
環境において用いかつ本発明のコーテイング用支
持体としてりつばに適した支持体材料のいくつか
の例は、例えば、スチール、ステンレススチー
ル、鉄基材合金、ニツケル、ニツケル基材合金、
コバルト、コバルト基材合金、クロム、クロム基
材合金、チタン、チタン基材合金、アルミニウ
ム、アルミニウム基材合金、銅、銅基材合金、耐
熱金属、耐熱金属基材合金を包含する。
The coating of the invention can be applied to almost any type of support, e.g. metal supports such as iron or steel;
Alternatively, it can be applied to a non-metallic support such as carbon, graphite or polymer. Some examples of support materials suitable for use in various environments and as supports for the coatings of the present invention include, for example, steel, stainless steel, iron-based alloys, nickel, nickel-based alloys,
Includes cobalt, cobalt-based alloys, chromium, chromium-based alloys, titanium, titanium-based alloys, aluminum, aluminum-based alloys, copper, copper-based alloys, heat-resistant metals, and heat-resistant metal-based alloys.

本発明のコーテイングの組成は上に示した範囲
内で変わり得るが、好適なコーテイング組成物
は、本質的に、コバルト約5.5〜約7.5重量%と、
クロム約5.5〜約7.5重量%と、炭素約3.0〜約5.0
重量%と、残りのタングステンとから成る。本発
明の実施において、コバルト対クロムの比は約
1:1であるのが好ましい。
Although the composition of the coating of the present invention can vary within the ranges indicated above, a preferred coating composition consists essentially of about 5.5 to about 7.5% by weight cobalt;
About 5.5 to about 7.5% chromium by weight and about 3.0 to about 5.0% carbon
% by weight and the remainder tungsten. In the practice of this invention, the ratio of cobalt to chromium is preferably about 1:1.

本発明のコーテイングの微細構造は極めて複雑
であつて完全には理解されない。しかし、粉末と
コーテイング組成物の両方の主相及び小相
(minorphase)のいくつかは、本質的に3つの技
法:(1)X線回折、(2)金属組織学、(3)走査電子顕微
鏡検査法(SEM)を用いて同定した。X線回折
は相を同定して相の容積量の推定値を与える。し
かし、少量で存在する相のいくつかはX線回折に
よつては観測されない。以下の相をX線回折によ
つて同定した: 粉 末 主:W2C 小:六面体WC、CoW3C コーテイング 主:W2C 小:立方体WC 本発明のコーテイングは従来技術の慣用のコー
テイングに比べて改良された強度及び耐摩耗性の
両方を示す。本発明のコーテイングは改良された
強度の故に、腐食性の高い流体(例えば、塩化
物、一酸化炭素、二酸化炭素、硫化水素、パナジ
ウム塩等を含有する溶液)を適度に高い液圧下、
典型的には約10000psi(700Kg/cm2)、及び200〓
(93℃)を越える温度で取扱う井戸サービス装置
に使用するゲート弁に用いるのに理想的に適して
いる。従来、慣用コーテイングは、多くは引張強
度が比較的に低いために、これらの条件下で役に
立たなかつた。
The microstructure of the coating of the present invention is extremely complex and not completely understood. However, some of the major and minor phases of both powders and coating compositions can be analyzed essentially using three techniques: (1) X-ray diffraction, (2) metallography, and (3) scanning electron microscopy. Identification was made using an examination method (SEM). X-ray diffraction identifies the phases and provides an estimate of their volume. However, some of the phases present in small amounts are not observed by X-ray diffraction. The following phases were identified by X-ray diffraction: Powder Main: W 2 C Small: Hexahedral WC, CoW 3 C Coating Main: W 2 C Small: Cubic WC The coating of the present invention is different from the conventional coatings of the prior art. exhibits both improved strength and abrasion resistance compared to Because of its improved strength, the coating of the present invention can withstand highly corrosive fluids (e.g., solutions containing chlorides, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen sulfide, panadium salts, etc.) under moderately high hydraulic pressures.
Typically about 10000psi (700Kg/cm 2 ), and 200〓
It is ideally suited for use in gate valves used in well service equipment that handle temperatures above (93°C). Previously, conventional coatings were ineffective under these conditions, often due to their relatively low tensile strength.

これらの破壊の機構は以下の通りであると考え
られる:高圧及び十分に高い温度においては、加
圧流体はコーテイングの厚さをゆつくり拡散して
通つてコーテイングの多孔の中に蓄積する。この
段階の間、コーテイングは圧縮状態にあり、かつ
周囲圧に極めて良く耐える。所定の時間後、多孔
内の圧力は周囲圧に等しい値に達し、流体の内方
向への拡散は停止する。圧力が維持される限り
は、コーテイングは何ら異常な圧力を受けない。
The mechanism of these failures is believed to be as follows: At high pressures and sufficiently high temperatures, the pressurized fluid slowly diffuses through the thickness of the coating and accumulates within the pores of the coating. During this stage, the coating is in compression and resists ambient pressure very well. After a predetermined time, the pressure within the pores reaches a value equal to ambient pressure and the inward diffusion of fluid ceases. As long as the pressure is maintained, the coating will not experience any abnormal pressure.

しかし、一担周囲圧が解放されるならば、多孔
内の圧力はもはや周囲圧とバランスしない。多孔
内の加圧流体がコーテイングの外に拡散して出る
間もなく、コーテイングはそれ自体の内から応力
を加えられるか或は荷重を加えられる。コーテイ
ングの内部の特定荷重がコーテイングの破断応力
を越えるならば、コーテイングはコーテイング内
部から外方向に破壊する。
However, once ambient pressure is released, the pressure within the pores no longer balances with ambient pressure. Before the pressurized fluid within the pores has diffused out of the coating, the coating is stressed or loaded from within itself. If the specified load inside the coating exceeds the breaking stress of the coating, the coating will fail outwardly from within the coating.

高圧及び高温を受けるゲート弁に対するきびし
い要件を満足するためには、耐摩耗性や耐食性等
のゲート弁コーテイングに対する通常の要件を全
て保持しながら更に一層強力なコーテイングを提
供することがどうしても必要である。
In order to meet the stringent requirements for gate valves subjected to high pressures and temperatures, it is imperative to provide an even stronger coating while retaining all the usual requirements for gate valve coatings, such as wear resistance and corrosion resistance. .

代表的には、タングステンカーバイド、コバル
ト又はニツケル、クロムを含有するコーテイング
は、上述の型の破壊に対し低い抵抗力を示し、か
つ界面から外方向に液圧による荷重を加えられた
場合には低い強度を示した。しかし、これらのコ
ーテイングは良好な耐摩耗性及び耐食性を示して
きた。他方、タングステンカーバイトとコバルト
とを含有するがクロムの無いコーテイングは、高
い内圧を受ける際に良好な耐破壊性及び高い強度
を示してきた。しかし、これらのコーテイング
は、クロムを欠くために、耐食性をほとんど或は
何ら備えていない。コーテイングにクロムを添加
すれば耐食性を増大させることができるが、コー
テイングが高い内圧を受ける際に破壊する点にま
でコーテイングの強度を低下させることを犠牲に
する。
Typically, coatings containing tungsten carbide, cobalt or nickel, chromium exhibit low resistance to failure of the types described above, and low resistance when hydraulically loaded outward from the interface. It showed strength. However, these coatings have shown good wear and corrosion resistance. On the other hand, coatings containing tungsten carbide and cobalt but without chromium have shown good fracture resistance and high strength when subjected to high internal pressures. However, these coatings provide little or no corrosion resistance due to the lack of chromium. Adding chromium to the coating can increase corrosion resistance, but at the cost of reducing the strength of the coating to the point of failure when the coating is subjected to high internal pressures.

本発明のコーテイングは、従来技術を越える顕
著でかつ予想されない改良を示す。コーテイング
は、十分なクロムを加入して耐食性を付与するば
かりでなく、十分なコバルト、タングステン、炭
素を適当な相対的割合で加入して従来のコーテイ
ングのタフネス及び強度の50%の向上を与え、同
時に耐摩耗性を大きく増大させる。強度及び耐摩
耗性が改良される正確な理由は明白には理解され
ないが、改良された強度及び耐摩耗性は化学変化
及びそれに伴うコーテイング内の相変化から生ず
るものと考えられる。
The coating of the present invention represents a significant and unexpected improvement over the prior art. The coating not only incorporates sufficient chromium to impart corrosion resistance, but also incorporates sufficient cobalt, tungsten, and carbon in appropriate relative proportions to provide a 50% improvement in toughness and strength over conventional coatings; At the same time, it greatly increases wear resistance. Although the exact reasons for the improved strength and abrasion resistance are not clearly understood, it is believed that the improved strength and abrasion resistance result from chemical changes and associated phase changes within the coating.

本発明は改良された強度及び耐摩耗性に加え
て、コーテイングを支持体に従来可能な付着速度
よりも速い付着速度で深割れ或は破砕することな
く塗布することができるという利点を提供する。
このことは、当然本発明のコーテイングがコーテ
イングを速い速度で付着させる際に生ずる高い残
留応力の蓄積に耐える程に十分な強度を有するこ
とによつて可能になる。高い付着速度を用いるこ
とは、装置及び作業者の要する時間を短くするこ
とから、コーテイングを製造する費用を相当に低
減させる。
In addition to improved strength and abrasion resistance, the present invention provides the advantage that coatings can be applied to substrates at faster deposition rates than previously possible without deep cracking or spalling.
This is naturally made possible by the coating of the present invention having sufficient strength to withstand the high residual stress build-up that occurs when the coating is deposited at high rates. Using high deposition rates considerably reduces the cost of manufacturing the coating because it requires less equipment and operator time.

本発明の別の利点はコーテイングが平滑な「付
着したまま」の表面を示すことであり、これは従
来技術のコーテイングに比較してコーテイングを
仕上げするのに要する摩砕を少くする。換言すれ
ば、本発明のコーテイングは、従来技術のコーテ
イングと同じ仕上げコーテイング表面及び厚みを
達成するために支持体に付着させるべきコーテイ
ング材料が少くてすみ、しかも耐摩耗性及び耐食
性のコーテイング要件を低下させない。その上、
付着させるのに必要なコーテイング材料が少いの
で、コーテイングプロセスは従来技術のプロセス
よりもはるかに効率的であつてかつ費用が安い。
Another advantage of the present invention is that the coating exhibits a smooth "as-stick" surface, which requires less abrasion to finish the coating compared to prior art coatings. In other words, the coatings of the present invention require less coating material to be deposited on the substrate to achieve the same finished coating surface and thickness as prior art coatings, while reducing abrasion and corrosion resistant coating requirements. I won't let you. On top of that,
Because less coating material is required to deposit, the coating process is much more efficient and less expensive than prior art processes.

以下の例は、本発明の実施について更に例示す
る役割を果すものである。
The following examples serve to further illustrate the implementation of the invention.

例 AISI1018スチールの試験片を洗浄して以下の
コーテイングに備えた:各々の試験片の片側表面
を平滑かつ反対側と平行に研削した。次いで、表
面に60メツシユのAl2O3をグリツトブラストして
表面の荒さ約120ミクロインチRMSにした。これ
らの試験片をわきに置いておいて以下の通りに液
圧試験の準備をした:塗布されるべき側に、直径
0.020インチ(0.51mm)の8個の小さな孔を試験
片支持体中表面に対し垂直に10分の数インチ(数
mm)の深さにあけた。次いで、漏れのない連結器
(リークタイトカツプリング)をあてがうように
穴を大きくした。次いで、直径0.020インチ
(0.51mm)のピアノ線を連結器に通して小さな孔
に挿入してピアノ線の端部が一様になりかつ塗布
されるべき表面との円滑な接続を与えるようにし
つかり締めた。次いで、全ての試験片に、デトネ
ーシヨンガン(D―ガン)及び以下の組成の焼結
粉末を用いる従来技術によつて塗布した:Co10
重量%、Cr4重量%、C5.2重量%、残りW。粉末
の大きさは約−325メツシユであつた。アセチレ
ンを燃料ガスとして用いた。オキシ―燃料ガス比
は0.98であつた。供給速度は75グラム/分であつ
た。
EXAMPLE AISI 1018 steel specimens were cleaned and prepared for the following coating: One surface of each specimen was ground smooth and parallel to the opposite side. The surface was then grit blasted with 60 meshes of Al 2 O 3 to give a surface roughness of approximately 120 microinches RMS. These specimens were set aside and prepared for the hydraulic test as follows: on the side to be coated,
Eight small 0.020 inch (0.51 mm) holes are drilled into the specimen support, perpendicular to the surface, a few tenths of an inch (a few tenths of an inch) apart.
It was drilled to a depth of mm). The hole was then enlarged to accommodate a leak-tight coupling. A 0.020 inch (0.51 mm) diameter piano wire is then inserted through the coupler into the small hole and clamped so that the ends of the piano wire are uniform and provide a smooth connection with the surface to be coated. Tightened. All specimens were then applied by conventional techniques using a detonation gun (D-gun) and a sintered powder of the following composition: Co10
Weight%, Cr4wt%, C5.2wt%, remainder W. The powder size was approximately -325 mesh. Acetylene was used as the fuel gas. The oxy-fuel gas ratio was 0.98. The feed rate was 75 grams/minute.

コーテイングの化学分析は以下の組成を示し
た:Co8重量%、Cr3.2重量%、C4.7重量%、残
りW。化学分析は主に2つの方法で行つた。炭素
はレコ(Leco)カーボンアナライザー及びガス
状生産量の容積定量を用いる燃焼分析技法によつ
て分析した。コバルト及びクロムは、初めに試料
をNa2O2中で融解させてコバルトとクロムとを分
離し、次いで各々の量を電位差計で定量すること
によつて分析した。
Chemical analysis of the coating showed the following composition: 8% by weight Co, 3.2% by weight Cr, 4.7% by weight C, balance W. Chemical analysis was performed mainly by two methods. Carbon was analyzed by combustion analysis techniques using a Leco carbon analyzer and volumetric determination of gaseous production. Cobalt and chromium were analyzed by first separating the cobalt and chromium by melting the sample in Na 2 O 2 and then quantifying the amount of each potentiometrically.

コーテイングの機械的強度は以下の通りの液圧
試験によつて求めた:上述した方法でこの試験に
備えた試料を塗布した後に、ピアノ線を注意深く
取り去つてコーテイングの直ぐ下に穴(キヤビテ
イ)を与えた。次いで、穴を連結器によつて液圧
系に連結し、穴に作動液を満たした。次いで、作
動液を加圧し、コーテイングに界面から外に向か
つて荷重を加えてコーテイングの破壊を生じさせ
た。各々のコーテイングについて8回の測定を行
い、平均値を破壊圧と定義した。破壊圧を特定の
コーテイング厚みに対するコーテイングの機械的
強度の尺度とした。次いで、破壊圧を用いて根本
的に同じ厚さの異るコーテイングの評価を行うこ
とができる。3つのコーテイングについての破壊
圧は、厚さ0.0044インチ(0.11mm)において
5400psi(390Kg/cm2)、厚さ0.0083インチ(0.21)
において10300psi(724Kg/cm2)、厚さ0.0105イン
チ(0.27mm)において13200psi(928Kg/cm2)であ
つた。線形回帰によつて、厚さ0.0067インチ
(0.17mm)のコーテイングの場合の破壊圧は
8300psi(580Kg/cm2)と予測される。
The mechanical strength of the coating was determined by a hydraulic test as follows: after applying the sample prepared for this test in the manner described above, the piano wire was carefully removed and a hole (cavity) was placed just below the coating. gave. The hole was then connected to the hydraulic system by a coupler, and the hole was filled with hydraulic fluid. The hydraulic fluid was then pressurized and a load was applied to the coating outward from the interface to cause the coating to fail. Eight measurements were taken for each coating and the average value was defined as the burst pressure. The burst pressure was taken as a measure of the mechanical strength of the coating for a particular coating thickness. The burst pressure can then be used to evaluate different coatings of essentially the same thickness. Burst pressure for the three coatings is 0.0044 inch (0.11 mm) thick.
5400psi (390Kg/ cm2 ), thickness 0.0083 inch (0.21)
10,300 psi (724 Kg/cm 2 ) at a thickness of 0.0105 inch (0.27 mm) and 13,200 psi (928 Kg/cm 2 ) at a thickness of 0.0105 inch (0.27 mm). By linear regression, the burst pressure for a 0.0067 inch (0.17 mm) thick coating is
Estimated to be 8300psi (580Kg/cm 2 ).

また、塗布したコーテイングの摩耗量特性は、
ASTM規準G65―80、手順Aに記載されている
標準の乾燥砂/ゴムホイール摩耗試験を用いて求
めた。この試験において、被覆試験片に、ホイー
ルの周囲にクロロブチルゴムのリムを有する回転
ホイールに対するレバーアームによつて荷重を加
えた。研摩材(すなわち、50―70メツシユのオタ
ワシリカサンド)をコーテイングとゴムホイール
との間に導入した。ホイールを研摩材の流れ方向
に回転させた。試験片を試験の前後に評量し、そ
の重量損失を記録した。試験する材料の種類が異
なれば密度が広範囲に相違することから、材料の
相対的な順位付けの評価を行うために重量損失を
容量損失に変換するのが普通である。試験した被
覆試験片(慣用のW―Co―Cr―Cコーテイング)
についての平均の容量損失は1000回転当り1.7mm3
であつた。
In addition, the wear characteristics of the applied coating are
Determined using the standard dry sand/rubber wheel abrasion test described in ASTM Standard G65-80, Procedure A. In this test, the coated specimens were loaded by a lever arm against a rotating wheel having a chlorobutyl rubber rim around the wheel. An abrasive (ie, 50-70 mesh Ottawa silica sand) was introduced between the coating and the rubber wheel. The wheel was rotated in the direction of abrasive flow. The specimens were weighed before and after testing and their weight loss was recorded. Because the densities of different types of materials tested vary widely, it is common to convert weight loss to volume loss in order to assess the relative ranking of materials. Coated specimen tested (conventional W-Co-Cr-C coating)
Average capacity loss about 1.7mm3 per 1000 revolutions
It was hot.

また、コーテイングの硬度を標準方法によつて
測定した。平均の硬度は1100DPH300であること
がわかつた。
The hardness of the coating was also measured by standard methods. The average hardness was found to be 1100DPH 300 .

例 液圧試験用の1つの試験片を含むAISI1018ス
チールの試験片を例1で説明したのと同じ方法で
調製した。次いでD―ガンを用いかつ以下の組成
のキヤスト及び破砕粉末を用いて試験片表面を塗
布した:Co14.1重量%、Cr4.8重量%、C4.2重量
%、残りW。粉末の大きさは−325メツシユであ
つた。また、アセチレンを燃料ガスとして用い
た。D―ガン中のオキシ―燃料ガス比は0.98であ
つた。供給速度は100グラム/分であつた。
EXAMPLE Test specimens of AISI 1018 steel were prepared in the same manner as described in Example 1, including one specimen for hydraulic testing. The surface of the specimen was then coated using a D-gun and a cast and crushed powder of the following composition: 14.1% by weight Co, 4.8% by weight Cr, 4.2% by weight C, balance W. The powder size was -325 mesh. In addition, acetylene was used as a fuel gas. The oxy-fuel gas ratio in the D-gun was 0.98. The feed rate was 100 grams/min.

コーテイングの化学分析を、例で説明したの
と同じ方法を用いて行つた。分析は以下の組成を
示した:Co16.5重量%、Cr4.9重量%、C3.7重量
%、残りW。
Chemical analysis of the coating was performed using the same method as described in the example. Analysis showed the following composition: 16.5% by weight Co, 4.9% by weight Cr, 3.7% by weight C, balance W.

同じ液圧試験を用いてコーテイングの機械的強
度を求めた。この特別のコーテイングについての
破壊圧は、厚さ0.0068インチ(0.17mm)で
27900psi(1960Kg/cm2)であつた。
The same hydraulic test was used to determine the mechanical strength of the coating. The burst pressure for this particular coating is 0.0068 inch (0.17 mm) thick.
It was 27900psi (1960Kg/cm 2 ).

また、ASTM基準G65―80、手順Aを用いて
摩耗量試験を行つた。塗布した試験片についての
平均の容積損失は1000回転当り1.8mm3であつた。
In addition, a wear test was conducted using ASTM standard G65-80 and procedure A. The average volume loss for the coated specimens was 1.8 mm 3 per 1000 revolutions.

また、コーテイングの硬度を測定して
1000DPH300であることがわかつた。
We also measure the hardness of the coating.
It turned out to be 1000DPH 300 .

本実施例は上記の同時係属出願第号に従つて作
られ、コバルトの高含量、すなわち11.0〜18.0重
量%を含有しかつ改良されたタフネス及び強度を
有するコーテイングを示す。この特別のコーテイ
ングの耐摩耗性は例1によつて示した従来技術の
コーテイングにほぼ等しい。
This example was made in accordance with the above co-pending application and shows a coating containing a high content of cobalt, i.e. 11.0-18.0% by weight, and having improved toughness and strength. The abrasion resistance of this particular coating is approximately equal to the prior art coating shown by Example 1.

例 液圧試験用の1つの試験片を含むAISI1018ス
チールの試験片を例で説明したのと同じ方法で
調製した。次いで、D―ガンを用いかつ以下の組
成のキヤスト及び破砕粉末を用いて試験片表面を
塗布した:Co12.0重量%、Cr2.1重量%、C4.9重
量%、残りW。粉末の大きさは−325メツシユで
あつた。また、アセチレンを燃料ガスとして用い
た。D―ガン中のオキシ―燃料ガス比は0.98であ
つた。供給速度は150グラム/分であつた。
EXAMPLE Test specimens of AISI 1018 steel, including one specimen for hydraulic testing, were prepared in the same manner as described in the example. The surface of the specimen was then coated using a D-gun and a cast and crushed powder of the following composition: 12.0% by weight Co, 2.1% by weight Cr, 4.9% by weight C, balance W. The powder size was -325 mesh. In addition, acetylene was used as a fuel gas. The oxy-fuel gas ratio in the D-gun was 0.98. The feed rate was 150 grams/min.

コーテイングの化学分析を、例で説明したの
と同じ方法を用いて行つた。分析は以下の組成を
示した:Co17.9重量%、Cr2.8重量%、C4.1重量
%、残りW0 同じ液圧試験を用いてコーテイングの機械的強
度を求めた。この特別のコーテイングについての
破壊圧は、厚さ0.0067インチ(0.17mm)で
26500psi(1860Kg/cm2)であつた。
Chemical analysis of the coating was performed using the same method as described in the example. The analysis showed the following composition: 17.9% by weight Co, 2.8% by weight Cr, 4.1% by weight C, remaining W 0. The same hydraulic test was used to determine the mechanical strength of the coating. The burst pressure for this particular coating is 0.0067 inch (0.17 mm) thick.
It was 26500psi (1860Kg/cm 2 ).

また、ASTM基準G65―80、手順Aを用いて
摩耗量試験を行つた。試験片についての平均の容
積損失は1000回転当り3.6mm3であつた。
In addition, a wear test was conducted using ASTM standard G65-80 and procedure A. The average volume loss for the specimens was 3.6 mm 3 per 1000 revolutions.

また、コーテイングの硬度を測定して
1000DPH300であることがわかつた。
We also measure the hardness of the coating.
It turned out to be 1000DPH 300 .

本実施例もまた、同時係属出願第号に従つて作
られ、高力を有するが、耐摩耗性が例について
の従来技術よりも低かつたコーテイングについて
示す。
This example also shows a coating made in accordance with co-pending application no. 1 that has high strength, but has lower abrasion resistance than the prior art for the example.

例 液圧試験用の1つの試験片を含むAISI1018ス
チールの試験片を例で説明したのと同じ方法で
調製した。次いで、D―ガンを用いかつ以下の組
成のキヤスト及び破砕粉末を用いて試験片表面を
塗布した:Co9.6重量%、Cr9.5重量%、C4.9重量
%、残りW。粉末の大きさは−325メツシユであ
つた。また、アセチレンを燃料ガスとして用い
た。D―ガン中のオキシ―燃料ガス比は0.98であ
つた。供給速度は150グラム/分であつた。
EXAMPLE Test specimens of AISI 1018 steel, including one specimen for hydraulic testing, were prepared in the same manner as described in the example. The surface of the specimen was then coated using a D-gun and a cast and crushed powder of the following composition: 9.6% by weight Co, 9.5% by weight Cr, 4.9% by weight C, balance W. The powder size was -325 mesh. In addition, acetylene was used as a fuel gas. The oxy-fuel gas ratio in the D-gun was 0.98. The feed rate was 150 grams/min.

コーテイングの化学分析を、例で説明したの
と同じ方法を用いて行つた。分析は以下の組成を
示した:Co6.9重量%、Cr6.9重量%、C4.2重量
%、残りW。
Chemical analysis of the coating was performed using the same method as described in the example. Analysis showed the following composition: 6.9% by weight Co, 6.9% by weight Cr, 4.2% by weight C, balance W.

同じ液圧試験を用いてコーテイングの機械的強
度を求めた。この特別のコーテイングについての
破壊圧は、厚さ0.0068インチ(0.17mm)で
13000psi(912Kg/cm2)であつた。これは例にお
いて試験した塗布試験片に比べて50%の強度の向
上を示す。
The same hydraulic test was used to determine the mechanical strength of the coating. The burst pressure for this particular coating is 0.0068 inch (0.17 mm) thick.
It was 13000psi (912Kg/cm 2 ). This represents a 50% increase in strength compared to the coated specimens tested in the examples.

また、ASTM基準G65―80、手順Aを用いて
摩耗量試験を行つた。試験片についての平均の容
積損失は1000回転当りたつた1.0mm3であつた。
In addition, a wear test was conducted using ASTM standard G65-80 and procedure A. The average volume loss for the specimens was 1.0 mm 3 per 1000 revolutions.

また、コーテイングの硬度を測定して
1209DPH300であることがわかつた。
We also measure the hardness of the coating.
It turned out to be 1209DPH 300 .

本実施例は、本発明に従つて作つた適度に高い
強度と優れた耐摩耗性とを有するコーテイングに
ついて説明する。コーテイングは速い付着速度、
すなわち150グラム/分で塗布したが、割れや破
砕は生じなかつた。
This example describes a coating made in accordance with the present invention that has moderately high strength and excellent abrasion resistance. The coating has a fast deposition rate,
That is, even though the coating was applied at 150 g/min, no cracking or shattering occurred.

例 液圧試験用の1つの試験片を含むAISI1018ス
チールの試験片を例で説明したのと同じ方法で
調製した。次いで、プラズマ溶射トーチ及び以下
の組成の慣用の焼結粉末を用いて試験片表面を塗
布した:Co10重量%、Cr4重量%、C5.2重量%、
残りW。粉末の大きさは−325メツシユであつた。
EXAMPLE Test specimens of AISI 1018 steel, including one specimen for hydraulic testing, were prepared in the same manner as described in the example. The specimen surface was then applied using a plasma spray torch and a conventional sintered powder of the following composition: 10% by weight Co, 4% by weight Cr, 5.2% by weight C,
Remaining W. The powder size was -325 mesh.

コーテイングの化学分析を、例で説明したの
と同じ方法を用いて行つた。分析は以下の組成を
示した:Co9.2重量%、Cr3.5重量%、C5.0重量
%、残りW。
Chemical analysis of the coating was performed using the same method as described in the example. Analysis showed the following composition: 9.2% by weight Co, 3.5% by weight Cr, 5.0% by weight C, balance W.

同じ液圧試験を用いてコーテイングの機械的強
度を求めた。この特別のコーテイングについての
破壊圧は、厚さ0.0069インチ(0.18mm)で9600psi
(670Kg/cm2)であつた。このコーテイングでは8
回の代りに7回の測定を行つた。
The same hydraulic test was used to determine the mechanical strength of the coating. Burst pressure for this particular coating is 9600 psi at 0.0069 inch (0.18 mm) thick
(670Kg/cm 2 ). In this coating, 8
Instead of one measurement, seven measurements were performed.

また、ASTM基準G65―80、手順Aを用いて
摩耗量試験を行つた。塗布試験片についての平均
の容積損失は、1000回転当り9.3mm3であつた。こ
のコーテイングの耐摩耗性は例の慣用のD―ガ
ンコーテイングの耐摩耗性に対して比べた場合で
さえ劣つていた。このことはD―ガンコーテイン
グ程には良好に使用に耐え得ないプラズマ溶射コ
ーテイングの場合に予想されるべきである。
In addition, a wear test was conducted using ASTM standard G65-80 and procedure A. The average volume loss for the coated specimens was 9.3 mm 3 per 1000 revolutions. The abrasion resistance of this coating was poor even when compared to that of the conventional D-gun coating of the example. This should be expected with plasma spray coatings, which do not hold up as well as D-gun coatings.

また、コーテイングの硬度を測定して
687DPH300であることがわかつた。
We also measure the hardness of the coating.
It turned out to be 687DPH 300 .

例 液圧試験用の1つの試験片を含むAISI1018ス
チールの試験片を例で説明したのと同じ方法で
調製した。次いで、プラズマ溶射トーチ及び以下
の組成のキヤスト及び破砕粉末を用いて試験片表
面を塗布した:Co9.6重量%、Cr9.5重量%、C4.9
重量%、残りW。これは例のコーテイングを調
製する際に使用したのと同じ粉末組成物であつ
た。粉末の大きさも同じ、すなわち−325メツシ
ユであつた。
EXAMPLE Test specimens of AISI 1018 steel, including one specimen for hydraulic testing, were prepared in the same manner as described in the example. The specimen surface was then applied using a plasma spray torch and cast and crushed powder with the following composition: 9.6 wt.% Co, 9.5 wt.% Cr, 4.9 wt.
Weight %, remainder W. This was the same powder composition used in preparing the example coating. The powder size was also the same, ie -325 mesh.

コーテイングの化学分析を、例で説明したの
と同じ方法を用いて行つた。分析は以下の組成を
示した:Co8.7重量%、Cr8.1重量%、C3.8重量
%、残りW。
Chemical analysis of the coating was performed using the same method as described in the example. Analysis showed the following composition: 8.7% Co, 8.1% Cr, 3.8% C, balance W.

同じ液圧試験を用いてコーテイングの機械的強
度を求めた。この特別のコーテイングについての
破壊圧は、厚さ0.0064インチ(0.16mm)で9300psi
(653Kg/cm2)であつた。
The same hydraulic test was used to determine the mechanical strength of the coating. Burst pressure for this particular coating is 9300 psi at 0.0064 inch (0.16 mm) thick
(653Kg/cm 2 ).

また、ASTM基準G65―80、手順Aを用いて
摩耗量試験を行つた。塗布した試験片についての
平均の容積損失は1000回転当り6.7mm3であつた。
このコーテイングについての摩耗率は慣用の焼結
粉末を用いた前の例のプラズマ溶射コーテイング
についての摩耗率よりも約1/3小さかつた。
In addition, a wear test was conducted using ASTM standard G65-80 and procedure A. The average volume loss for the coated specimens was 6.7 mm 3 per 1000 revolutions.
The wear rate for this coating was approximately 1/3 lower than that for the plasma spray coating of the previous example using conventional sintered powder.

また、塗布試験片の硬度を測定して775DPH300
であることがわかつた。
In addition, the hardness of the coated test piece was measured to be 775DPH 300.
It turns out that it is.

以上より、本発明は改良された強度及び優れた
耐摩耗性を有する新規なW―Co―Cr―Cコーテ
イング系統を提供することがわかることと思う。
本発明のD―ガンコーテイングはコーテイングの
厚さ約0.006インチ(0.15cm)で約13000ポンド/
in2(914Kg/cm2)を越える液圧に耐えることがで
きかつ1000回転当りほんの約1.0mm3の摩耗率を示
す。本発明のプラズマコーテイングでさえも従来
技術のプラズマコーテイングよりも低い摩耗率を
有する。その上、コーテイングは早い付着速度で
塗布することができ、しかも割れやスポーリング
が無い。
From the foregoing it can be seen that the present invention provides a novel W--Co--Cr--C coating system with improved strength and superior wear resistance.
The D-Gun coating of the present invention has a coating thickness of approximately 0.006 inches (0.15 cm) and a coating weight of approximately 13,000 lbs.
It can withstand hydraulic pressures in excess of in 2 (914 kg/cm 2 ) and exhibits a wear rate of only about 1.0 mm 3 per 1000 revolutions. Even the plasma coatings of the present invention have lower wear rates than prior art plasma coatings. Moreover, the coating can be applied with fast deposition rates and is free from cracking and spalling.

本明細書中、粉末及びコーテイング組成物を必
須成分の各々についてある特定の範囲によつて定
義したが、種々の不純物が少量で存在してもよい
ことは理解されよう。通常、粉砕操作から生ずる
鉄がコーテイング中の主たる不純物であり、組成
物の約1.5、いくつかの場合では2.0重量%までの
量で存在することができる。
Although the powder and coating compositions are defined herein by certain ranges for each of the essential ingredients, it will be understood that various impurities may be present in small amounts. Iron, usually resulting from the grinding operation, is the major impurity in the coating and can be present in amounts up to about 1.5, and in some cases up to 2.0%, by weight of the composition.

上記の例はD―ガン及びプラズマ溶射コーテイ
ングのみしか包含していないが、その他の熱吹付
け技法、例えば「高速」プラズマ、「超音速」燃
焼吹付けプロセス、又はその他種々のデトネーシ
ヨン装置を用いて本発明のコーテイングを製造す
ることができることは理解されるものと思う。
Although the above examples only include D-gun and plasma spray coatings, other thermal spraying techniques such as "velocity" plasma, "supersonic" combustion spraying processes, or various other detonation devices may be used. It will be appreciated that coatings of the present invention can be manufactured.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 本質的に、コバルト約4.0〜約10.5重量%と、
クロム約5.0〜約11.5重量%と、炭素約3.0〜約5.0
重量%と、残りのタングステンとから成る熱吹付
け方法によつて支持体に塗布されるコーテイング
組成物。 2 本質的に、コバルト約5.5〜約7.5重量%と、
クロム約5.5〜約7.5重量%と、炭素約3.0〜約5.0
重量%と、残りのタングステンとから成る特許請
求の範囲第1項記載のコーテイング組成物。 3 コーテイング厚さ約0.0060インチ(0.15mm)
において約13000ポンド/in2(910Kg/cm2)を越え
る液圧に耐えるのに十分な機械的強度を有する特
許請求の範囲第1項記載のコーテイング組成物。 4 1000DPH300を越える硬度値を有する特許請
求の範囲第1項記載のコーテイング組成物。 5 支持体がスチール、ステンレススチール、鉄
基材合金、ニツケル、ニツケル基材合金、コバル
ト、コバルト基材合金、クロム、クロム基材合
金、チタン、チタン基材合金、アルミニウム、ア
ルミニウム基材合金、銅、銅基材合金、耐熱金
属、耐熱金属基材合金から成る群より選ぶ金属材
料である特許請求の範囲第1項記載のコーテイン
グ組成物。 6 支持体が炭素、グラフアイト、ポリマーから
成る群より選ぶ非金属材料である特許請求の範囲
第1項記載のコーテイング組成物。 7 粉末コーテイング材料を、高温、高速のガス
状流れの中に懸濁させ、少くとも粉末材料の融点
に近い温度にまで加熱し、該ガス状流れを支持体
の表面に向けて該粉末コーテイング材料を付着さ
せてコーテイングを形成する支持体の塗布方法に
おいて、該粉末コーテイング材料は、該支持体の
上に付着させたコーテイングが本質的にコバルト
約4.0〜約10.5重量%と、クロム約5.0〜約11.5重
量%と、炭素約3.0〜約5.0重量%と、残りのタン
グステンとから成るような組成を有することを特
徴とするコーテイングの強度及び耐摩耗性を増大
させる前記方法。 8 粉末コーテイング材料は、前記支持体の上に
付着させたコーテイングが本質的にコバルト約
5.5〜約7.5重量%と、クロム約5.5〜約7.5重量%
と、炭素約3.0〜約5.0重量%と、残りのタングス
テンとから成るような組成を有する特許請求の範
囲第7項記載の方法。 9 粉末コーテイング材料をデトネーシヨン装置
で作る高温、高速のガス状流れの中に懸濁させる
特許請求の範囲第7項記載の方法。 10 粉末コーテイング材料が本質的にコバルト
約8.0〜11.0重量%と、クロム約8.0〜約11.0重量
%と、炭素約4.0〜約5.5重量%と、残りのタング
ステンとから成る組成を有する特許請求の範囲第
7項記載の方法。 11 粉末コーテイング材料をプラズマアークト
ーチで作る高温、高速のガス状流れの中に懸濁さ
せる特許請求の範囲第7項記載の方法。 12 粉末コーテイング材料が実質的に前記コー
テイングの組成と同じである組成を有する特許請
求の範囲第11項記載の方法。 13 酸素と燃料ガスとの混合物と粉末コーテイ
ング材料と共にデトネーシヨンガンのバレルに供
給し;酸素と燃料ガスとの混合物を点火して該バ
レルに沿つてデトネーシヨン波を作り出して該粉
末コーテイング材料を高温、高速のガス状流れ中
で加速し;該ガス状流れを支持体の表面に向けて
該粉末コーテイング材料を表面に付着させてコー
テイングを形成することを含み、該粉末コーテイ
ング材料は、該支持体の上に付着させたコーテイ
ングが本質的にコバルト約4.0〜約10.5重量%と、
クロム約5.0〜約11.5重量%と、炭素約3.0〜約5.0
重量%と、残りのタングステンとから成るような
組成を有する支持体の塗布方法。 14 粉末コーテイング材料は、前記支持体の上
に付着させたコーテイングが本質的にコバルト約
5.5〜約7.5重量%と、クロム約5.5〜約7.5重量%
と、炭素約3.0〜約5.0重量%と、残りのタングス
テンとから成るような組成を有する特許請求の範
囲第13項記載の方法。 15 前記混合物における酸素対燃料ガスの比が
およそ1.0である特許請求の範囲第13項記載の
方法。 16 粉末コーテイング材料が本質的にコバルト
約8.0〜約11.0重量%と、クロム約8.0〜約11.0重
量%と、炭素約4.0〜約5.5重量%と、残りのタン
グステンとから成る組成を有する特許請求の範囲
第15項記載の方法。 17 本質的に、コバルト約8.0〜約11.0重量%
と、クロム約8.0〜約11.0重量%と、炭素約4.0〜
約5.5重量%と、残りのタングステンとから成る
熱吹付け方法によつて支持体に高力の、耐摩耗性
及び耐食性コーテイングを塗布するための粉末コ
ーテイング組成物。 18 キヤスト及び破砕粉末から成る特許請求の
範囲第17項記載の粉末コーテイング組成物。 19 支持体と、熱吹付け方法によつて該支持体
に塗布したコーテイングとから成り、該コーテイ
ングが本質的にコバルト約4.0〜約10.5重量%と、
クロム約5.0〜約11.5重量%と、炭素約3.0〜5.0重
量%と、残りのタングステンとから成る製品。 20 前記コーテイングが、本質的にコバルト約
5.5〜約7.5重量%と、クロム約5.5〜約7.5重量%
と、炭素約3.0〜約5.0重量%と、残りのタングス
テンとから成る特許請求の範囲第19項記載の製
品。
Claims: 1. essentially about 4.0 to about 10.5% by weight cobalt;
About 5.0 to about 11.5% chromium by weight and about 3.0 to about 5.0% carbon
% by weight and the balance tungsten. 2. essentially about 5.5 to about 7.5% by weight cobalt;
About 5.5 to about 7.5% chromium by weight and about 3.0 to about 5.0% carbon
% by weight and the balance tungsten. 3 Coating thickness approximately 0.0060 inch (0.15 mm)
The coating composition of claim 1 having sufficient mechanical strength to withstand hydraulic pressures in excess of about 13,000 pounds/in 2 (910 Kg/cm 2 ). 4. A coating composition according to claim 1 having a hardness value of more than 1000 DPH 300 . 5 The support is steel, stainless steel, iron-based alloy, nickel, nickel-based alloy, cobalt, cobalt-based alloy, chromium, chromium-based alloy, titanium, titanium-based alloy, aluminum, aluminum-based alloy, copper 2. The coating composition according to claim 1, wherein the coating composition is a metal material selected from the group consisting of , a copper base alloy, a heat-resistant metal, and a heat-resistant metal base alloy. 6. The coating composition according to claim 1, wherein the support is a non-metallic material selected from the group consisting of carbon, graphite, and polymer. 7 Suspending the powder coating material in a high temperature, high velocity gaseous stream, heating it to a temperature at least close to the melting point of the powder material, and directing the gaseous stream towards the surface of the support to remove the powder coating material. in a method of coating a support in which the powder coating material is deposited on the support to form a coating consisting essentially of about 4.0 to about 10.5 weight percent cobalt and about 5.0 to about chromium. 11.5% by weight of a coating, about 3.0 to about 5.0% by weight of carbon, and the balance tungsten. 8 The powder coating material is characterized in that the coating deposited on the support comprises essentially about cobalt.
5.5 to about 7.5% by weight and about 5.5 to about 7.5% by weight of chromium
and about 3.0 to about 5.0 weight percent carbon, the balance tungsten. 9. The method of claim 7, wherein the powder coating material is suspended in a high temperature, high velocity gaseous stream produced by a detonation device. 10. Claims in which the powder coating material has a composition consisting essentially of about 8.0 to 11.0 weight percent cobalt, about 8.0 to about 11.0 weight percent chromium, about 4.0 to about 5.5 weight percent carbon, and the balance tungsten. The method described in Section 7. 11. The method of claim 7, wherein the powder coating material is suspended in a high temperature, high velocity gaseous stream produced by a plasma arc torch. 12. The method of claim 11, wherein the powder coating material has a composition that is substantially the same as the composition of the coating. 13 feeding a mixture of oxygen and fuel gas along with a powder coating material into the barrel of a detonation gun; igniting the mixture of oxygen and fuel gas to create a detonation wave along the barrel to bring the powder coating material to a high temperature; accelerating in a high velocity gaseous stream; directing the gaseous stream towards a surface of a support to deposit the powder coating material on the surface to form a coating; the coating deposited thereon consists essentially of about 4.0 to about 10.5 weight percent cobalt;
About 5.0 to about 11.5% chromium by weight and about 3.0 to about 5.0% carbon
% by weight and the remainder tungsten. 14 The powder coating material is characterized in that the coating deposited on the support comprises essentially about cobalt.
5.5 to about 7.5% by weight and about 5.5 to about 7.5% by weight of chromium
and about 3.0 to about 5.0 weight percent carbon, the balance tungsten. 15. The method of claim 13, wherein the ratio of oxygen to fuel gas in the mixture is approximately 1.0. 16. Claims wherein the powder coating material has a composition consisting essentially of about 8.0 to about 11.0 weight percent cobalt, about 8.0 to about 11.0 weight percent chromium, about 4.0 to about 5.5 weight percent carbon, and the balance tungsten. The method according to scope item 15. 17 Essentially about 8.0 to about 11.0% by weight cobalt
, about 8.0 to about 11.0% by weight of chromium, and about 4.0 to about carbon
A powder coating composition for applying a high-strength, abrasion- and corrosion-resistant coating to a substrate by a thermal spraying process comprising about 5.5% by weight and the balance tungsten. 18. A powder coating composition according to claim 17, comprising a cast and a crushed powder. 19 a support and a coating applied to the support by a thermal spraying process, the coating comprising essentially from about 4.0 to about 10.5% by weight cobalt;
A product consisting of about 5.0 to about 11.5 weight percent chromium, about 3.0 to 5.0 weight percent carbon, and the balance tungsten. 20 said coating is essentially about cobalt.
5.5 to about 7.5% by weight and about 5.5 to about 7.5% by weight of chromium
and about 3.0 to about 5.0 weight percent carbon, and the balance tungsten.
JP59224276A 1983-10-28 1984-10-26 Abrasion-resistant and corrosion-resistant coating painted at high adhesion speed Granted JPS60110866A (en)

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