JPS6357755A - 溶射用Ｎｉ基合金粉末及びその製造方法 - 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】 ［産業上の利用性！？］ 本発明は溶射用Ｎｉ基合金粉末及びその製造方法に係り
、特にピストン、排気バルブシート、熱処理炉部品、ボ
イラー用部品、各種セラミックスの下地等に用いられ、
溶射されることにより、高温での耐熱・耐酸化性、耐高
温腐食性及び母材との密着性等に優れた機鋤特性を発揮
するものに関する。

［従来の技術］ 溶射技術とは、溶融若しくはそれに近い状態の全屈また
は非金属溶射材料を母材の表面に吹き付けて皮膜を形成
する技術であり、その溶射材料には粉末、ワイヤ等があ
る。

モして、現在用いられている溶射法の主流にはガス式と
プラズマ式があるが、プラズマ溶射法には次のような優
れた特徴があるため、広範に使用されるようになってい
る。

■高温のプラズマ炎を用いるため、高融点のセラミック
スや全屈の溶射が可爺となり、溶射材料の選択幅が大き
い。

■粒子（溶射材料）の飛行速度が音速前後の高速である
ため、溶射被膜と基材の密着強度が大きい。

■プラズマ炎は中性炎のため、酸化還元の力が弱く、溶
射材料が酸化や還元で変質する度合いが小さい。

■１０ｋｗの小エネルギーの溶射ガンから、２００ｋｗ
の溶射ガンまであり、対象物の大きさや形状に合わせた
広い対応が回走である。

■真空タンク内で不活性ガスを用いての減圧溶射等、溶
射雰囲気のコントロールも可使で、これによってより高
畠質の溶射皮膜を得ることができる。

また、粉末を用いたプラズマ溶射はロボット等による自
動化が容易となり、溶射被膜の特性について再現性の高
い優れたものが得られるようになり、耐熱、耐摩耗、耐
食性を有する部品等に広く適用されている。

特に、純Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｎ１−Ｃｒ−Ｂ−３ｉ
合金、Ｎｉ−Ａｌ合金等のＮｉ基合金では線びきが比較
的難しいことから粉末の形で用いられることが多い。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、最近では大型の溶射工事として、熱処理炉や
ボイラーの修復が増えてきているが、これらの工事は通
常現地施工となる場合が多い。

この場合、溶射施工時の騒音、粉塵及びヒユームの発生
等に対する作業環境上の規制が課されることが多く、こ
の問題に対して施工時間をできる限り短縮することがで
きれば、その意義は極めて大きいといえる。また、溶射
時間が長くなると皮膜の酸化や母材の熱形テが大きくな
ることから、溶射時間の短縮は溶射皮膜の特性上からも
望ましいとされる。

ところで、粉末を用いたプラズマ溶射の原理は第２図に
示されるように、アークを利用してプラズマを発生させ
、これで高融点金属やセラミックスを溶解して高速で吹
き付けてコーティングするものであり、溶射粉末の送給
は作動ガスをキャリヤーとして行なわれるため、この送
給性を向上させるためにはみかけ密度が高く。

流動性に富んだ粉末を用いることが必要である。

このような粉末の送給特性は、粉末の形状に大きく依存
しており、送給特性を向上させるためには異形粉の少な
い球状粉であることが望ましい。

そして、通常このようなＮｉ基合金粉末を安価に且つ大
量に製造する方法としてアトマイズ法が採用されている
。他の方法として、遠心力を利用した粉末製造法である
回転電極製造法や回転ディスク法があるが、コスト高に
なるため特殊な場合を除いて採用されていない。

そこで、本発明は、前記の溶射時間の短縮を図るために
、送給性の優れた溶射用Ｎｉ基合金粉末及びその製造方
法を提供することを目的として創作された。

Ｅ問題点を解決するだめの手段］ 本発明は次の溶射用Ｎｉ基合金粉末に係る発明とその粉
末の製造方法の二発明からなる。

第一の発明は、酸素含有量が２０００　［ｐｐｍ］以下
、みかげ密度比が０．４５以上、流動度が２１　［ｓ　
ｅ　ｃ７５０ｇ］以下としたガスアトマイズ球状粉末で
ある溶射用Ｎｉ基合金粉末に係る。

そして、第二の発明は酸素含有量の低いＮｉ基合金原料
を、不活性ガス雰囲気下において、解離または還元され
にくい酸化物系耐火物からなるるつぼ内で溶解し、これ
を同様の酸化物系耐火物からなるノズルを通じて噴霧し
、不活性ガス雰囲気下でアトマイズするとともに、アト
マイズされた粉末がアトマイズ容器または回収容器に吸
着した水分または空気と反応することを回避する手段を
施した溶射用Ｎｉ基合金粉末の製造方法に係る。

［作用］ 第一の発明は、ガスアトマイズによる粉末製造を対象に
種々検討した結果、実験的に得られたものである。

即ち、第１図に示されるように、粉末の酸素含有量は粉
末のみかけの密度と流動度とに依存関係があり、酸素含
有量が低いほどみかけの密度が高く、泣動度［５０ｇ当
りの流動時間（Ｓｅｃ）］が小さくなる。換言すれば、
粉末の酸素含有量を低くすれば送給性に優れた粉末が得
られ、結果的に溶射施工時間の短縮が可使となる。

ところで、酸素含有量が２０００　［ｐｐｍ１以上にな
ると、アトマイズされた噴霧粉は冷却時に酸化物が粉末
表面に晶出する等により、表面張力による粉末の球状化
を妨げることになる。その結果、粉末のみかけの密度が
小さく、泣動度が大きくなるため、粉末の送給性が低下
し、溶射時間が長くなることになる。

そこで、本発明においては、溶射用Ｎｉ基合金粉末とし
て使用されるのに、酸素含有量が２０００［ｐｐｍ］ｐ
ｍｌみかけ密度比が０．４５以上、流動度が２１［ｓｅ
ｃ１５０ｇｌ以下とするガスアトマイズ球状粉末が適正
な範囲であるとした。尚、ここに「みかけ密度比」とは
粉末の真密度に対する粉末のみかけの密度の比をいう。

第二の発明は前記の粉末の特性から、粉末の酸素含有量
を２０００　［ｐｐｍ１以下に低下させる方法に関する
ものであるが、酸素含有量の低いＮｉ基合金原料を用い
るとともに、アトマイズされた粉末の表面に酸化物を晶
出させないための手段を如何にするかということが要点
となる。

従って、酸素含有量が５０ｐｐｍ以下であるＮｉ基合金
原料を用い、不活性ガス雰囲気中で溶解・アトマイズす
るとともに、溶解用るつぼおよび噴霧用ノズルに酸化物
系耐火物を使用することとし、更にアトマイズされた粉
末が水分または空気と反応を生じないように手段を施し
た。

不活性ガスとしては通常Ａｒ、Ｈｅ等が使用されるが、
窒素ガスを使用することも可１走である。（窒素ガスは
Ｎｉ基合金中に溶解するが、本発明においてはその影響
は極めて少なく、何よりも不活性ガスに比較して安価に
入手できるという利点がある。） また酸化物系耐火物としてはＭｇＯ，Ａｌ２Ｏ３、スピ
ネル等が使用され得る。

また、アトマイズされた粉末が水分または空気と反応を
生じないようにする手段としては、容器壁を非酸化性加
熱ガスの導入または容器壁外部からの加熱により昇熱せ
しめ、容器壁に付着した水分、空気を蒸発または膨張分
離させ、これらを非酸化性ガスにより持ち出すという手
段を採用することができる。

［実施例］ ガスアトマイズ法により製造したＮｉ−２０％Ｃｒ合金
粉末、Ｎｔ−５０％Ｃｒ合金粉末。

Ｎｉ−５％ＡＩ合金粉末（各粉末の粒度、形状、組成、
みかけ密度比、流動度を本発明の範囲内と範囲外のもの
とに分けて耳々に設定）について、次のような条件下に
プラズマ溶射を行ない、各プラズマ溶射皮膜の特性（気
孔率、硬度）及び同一溶射条件での膜厚を測定した。

くプラズマ溶射条件〉 使　　用　　装　　鐙　： プラズマテクニック社製 大気プラズマ溶射装置 プラズマ溶射ガス： Ａｒ＋Ｈ２ （４７＋　９　［１７ｍ　ｉ　ｎ　］　）（註）ここに
、Ｈ２を使用するのは溶射粉末の溶融を容易にするため
の熟エネルギを確保することにある。

プラズマ発生電流：　　５００［Ａ］ 溶　　射　　時　　間　：　　　　　　　３［ｍｉｎ］
試験片コーティング面積：２５［ｃｍ’ｌそして、この
結果は第１表に示される。

Ｎｉ−２０％Ｃｒ合金粉末について 本発明の粉末を用いた場合の溶射時間は、同一溶射条件
での膜厚から明らかなように、従来の粉末を用いた場合
に比較して、粉末粒度１０〜４４［ｐｍｌのものについ
ては６７％、粉末粒度４４〜１０５［用ｍ］のものにつ
いては８０′３６に短縮することができた。尚、本発明
の皮膜の特性（気孔率、硬度）は従来の粉末による場合
とほぼ同様である。

Ｎｉ−５９％Ｃｒ合金粉末について 本発明の粉末を用いた場合の溶射時間は、同一溶射条件
での膜厚から明らかなように、従来の粉末を用いた場合
に比較して、粉末粒度１０〜４４　［ｇｍ］のものにつ
いては５９％、粉末粒度４４〜１０５　［μｍ］のもの
については８２％に短縮することができた。尚、本発明
の皮膜の特性（気孔率、硬度）は従来の粉末による場合
とほぼ同様である。

Ｎｉ−一巨一％Ａｔ合金粉末につい二 本発明の粉末を用いた場合の溶射時間は、同一溶射条件
での膜厚から’ＩＩらかなように、従来の粉末を用いた
場合に比較して、粉末粒度１０〜４４［ｐＬｍｌＱもの
については４６％、粉末粒度４４〜１０５［ｐＬｍｌの
ものについては９４％に短縮することができた。尚、本
発明の皮膜の特性（気孔率、硬度）は従来の粉末による
場合とほぼ同様である。

以上のように本発明に係る粉末は何れの場合も従来の粉
末に比較してその送給性が優れているため、溶射時間の
短縮に寄与しているとともに、溶射皮膜も従来の粉末を
用いた場合とほぼ同様の４．ν性を示している。

第二の発明の実施例 溶射用Ｎｉ基合金粉末の製造方法の実施例としての装置
の概略図を第３図に示す。

同図において、１１は溶解炉であり、該溶解炉１１内部
は真空引きされた後に不活性ガスが導入されることによ
り不活性ガス雰囲気とされ、酸素含有量の低いＮｉ基合
金原料は該溶解炉１１の内部に設けられている解離また
は還元されにくい酸化物系耐火物からなるるつぼ１２の
中で溶解される。

このように溶解された原料は解離または還元されにくい
酸化物系耐火物からなるタンディツシュ１３に注がれ、
このタンディツシュ１３の下部に設けられている同材質
からなるノズル１３ａを通じて品速流の不活性ガスによ
り粉化されながらアトマイズチャンバ１４の中に流下さ
れる。このアトマイズチャンバ１４には真空引き部１４
ａと不活性ガス導入部１４　ｂが設けられており、−旦
真空にされた後に不活性ガスが導入されて、不活性ガス
雰囲気に保たれている。

ところで、アトマイズチャンバ１４の外壁には加熱ヒー
ター１５が設けられており、アトマイズチャンバ１４の
内壁１４ｃが昇温されて、内壁１４ｃに付着した水分や
空気を蒸発させるようになっており、更にアトマイズチ
ャンバ１４には非酸化性加熱ガスの導入部１６が設けら
れており、前記の蒸発した水分や空気はこの非酸化性加
熱ガスによってアトマイズチャンバ１４外に持ち出され
る。

アトマイズチャンバ１４の中を流下したＮｉ基合金粉末
はアトマイズチャンバ１４の下部からクリーン・エア内
に設置された回収容器１７に投入されて回収されること
になるが、アトマイズチャンバ１４における前記の不活
性ガス導入部１４ｂからの分流路１８を通じて、その回
収容器１７内には事前に不活性ガスが注がれており、Ｎ
ｉ基合金粉末が投入される以前に加熱された不活性ガス
雰囲気に保たれており、回収容器１７の内壁の水分や空
気は除去されている。

このようにして、酸素含有量の低いＮｉ基合金原料をア
トマ・イズし、アトマイズされた粉末の表面に酸化物を
晶出させないで前記の第一の発明に係る溶射用Ｎｉ基合
金粉末を安定的且つ効率的に製造することができる。

［発明の効果］ 本発明の内の第一の発明は、粉末を用いたプラズマ溶射
における送給性に優れた溶射用Ｎｉ基合金粉末を提供す
るものであり、送給性を向上させることにより溶射対象
物への溶射施工時間を短縮し、作業性を向上させる。尚
、この送給性を向上せしめた粉末は、従来の粉末と比較
して、そのプラズマ溶射皮膜の特性は変らない。

また、第二の発明は、前記の溶射用Ｎｉ基合金粉末を製
造するに際してアトマイズされた粉末の表面に酸化物を
晶出させないことが重要な条件になるが、この条件を常
に維持しながら良質の溶射用Ｎｉ基合金粉末を安定的、
且つ効率的に製造することを可１Ｆとする。

【図面の簡単な説明】

第１図は横軸に粉末の酸素含有量をとり、縦軸に粉末の
みかけ密度比及び流動度をとり、粉末の酸素含有量と粉
末のみかけの密度及び流動度との関係を示したグラフ、
第２図は粉末を用いたプラズマ溶射の原理を示した概略
図、第３図は溶射用Ｎｉ基合金粉末の製造方法の実施例
としての装置の概略図である。 １１・・・溶解炉　１２・・・るつぼ　１３　・・・タ
　ンディッシュ　１３ａ・・・ノズル　１４・・・アト
マイズチャンバ　１４ａ・・・真空引き部　１４ｂ・・
・不活性ガス導入部　１４ｃ・・・内壁　１５・・・加
熱ヒーター　１６・・・非酸化性加熱ガスの導入部１７
・・・回収容器　１８・・・分浣路第１図 粉 粉末の酸素含有量（ｐｐｍ） 第２図 作動ガス　　　　　　溶射粉末

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸素含有量が２０００［ｐｐｍ］以下、みかけ密
   度比が０．４５以上、流動度が２１［ｓｅｃ／５０ｇ］
   以下としたガスアトマイズ球状粉末である溶射用Ｎｉ基
   合金粉末。（２）酸素含有量の低いＮｉ基合金原料を、
   不活性ガス雰囲気下において、解離または還元されにく
   い酸化物系耐火物からなるるつぼ内で溶解し、これを同
   様の酸化物系耐火物からなるノズルを通じて噴霧し、不
   活性ガスまたは窒素ガス雰囲気下でアトマイズするとと
   もに、アトマイズされた粉末がアトマイズ容器または回
   収容器に吸着した水分または空気と反応することを回避
   する手段を施した溶射用Ｎｉ基合金粉末の製造方法。