WO2006120987A1 - 表面改質方法及び装置 - Google Patents
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- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/18—After-treatment
Definitions
- the present invention relates to a surface modification method for performing, for example, local wear-resistant surface modification of a rotating member.
- the present invention has been made in view of the above circumstances, and a method and apparatus capable of smoothly forming a high-quality film even on a complex-shaped workpiece having an inclined portion and modifying the surface.
- the purpose is to provide.
- the surface of the base material can be modified by smoothly forming a high-quality wear-resistant film on the surface of the base material even for an object having a complicated shape having an inclined portion.
- a possible way is provided.
- a step of forming a thermal spray coating on the surface of the base material, and high-frequency induction heating of the thermal spray coating while maintaining the vicinity of the surface layer of the thermal spray coating in a non-flowing state, the lower layer side from the vicinity of the surface layer is formed. And re-melting to adhere the sprayed coating to the base material.
- a self-fluxing alloy material containing carbide particles or a self-fluxing alloy material in which carbide is precipitated by melt solidification is suitable.
- Thermal spraying methods include electric spraying methods such as arc spraying and plasma spraying, or flame spraying.
- a gas type spraying method such as a thermal spraying is appropriately used.
- High frequency induction heating is preferably performed in a suitable inert atmosphere. Note that high-frequency induction heating of the thermal spray coating while maintaining the vicinity of the surface layer of the thermal spray coating in a non-flowing state does not have to be performed on the entire surface of the base material to be processed, but only on necessary portions such as inclined surfaces. .
- the vicinity of the surface layer may be maintained at a non-flowing temperature equal to or lower than a liquidus temperature of the material of the thermal spray coating. If the temperature is less than the liquid phase f spring temperature, the thermal spray coating is a mixed state of the solid phase and the liquid phase, and is difficult to fluidize. The actual temperature below the liquidus temperature depends on conditions such as the slope of the surface, so it is preferable to determine experimentally.
- the vicinity of the surface layer of the thermal spray coating may be kept at a non-flowing temperature or less by forcibly cooling the surface of the thermal spray coating by blowing an inert gas.
- the thermal spray coating may be heated by high frequency induction while measuring the surface temperature of the thermal spray coating.
- the temperature near the surface of the thermal spray coating and the vicinity of the base material can be estimated from the surface temperature of the thermal spray coating, and the fluidity and adhesion of the thermal spray coating can be judged.
- High-frequency induction heating may be performed at a frequency in which the current penetration depth ⁇ [mm] expressed by ⁇ / 2 is 2 [mm] or less.
- the surface of the base material can be modified by smoothly forming a high-quality wear-resistant film on the surface of the base material even for a workpiece having a complicated shape having an inclined portion.
- a surface modification device capable of performing the same.
- the surface modification device includes an induction heating device that performs high-frequency induction heating of the thermal spray coating of the base material on which a thermal spray coating is formed, and cools the vicinity of the surface layer of the thermal spray coating during the high-frequency induction heating. And a surface non-fluidizing means for keeping the vicinity of the surface layer in a non-flowing state.
- the thermal spray coating maintains its original shape. Therefore, even if it is an inclined part or a complicated shape part, it is prevented from flowing due to remelting and being deformed or having a non-uniform thickness. Therefore, a high-quality film with good dimensional accuracy can be formed smoothly.
- a rotating member on which an abrasion-resistant film is formed by the surface modification method described above.
- the rotating member according to the present invention has a table with high dimensional accuracy. A surface-modified film is formed, and the rotating member has good wear resistance and high performance as a machine part.
- a fluid machine having the rotating member described above is provided.
- the fluid machine according to the present invention is a high-quality fluid machine suitable for processing an abrasive fluid such as a slurry.
- FIG. 1 is a view showing a first embodiment of the surface modification apparatus of the present invention.
- FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the surface modification apparatus of the present invention.
- FIG. 3 is a diagram showing a work situation by the surface modification apparatus of FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
- FIG. 1 shows a first embodiment of a surface modification apparatus for carrying out the surface modification method of the present invention.
- the surface modification apparatus includes a power supply 10 and an induction connected to the power supply 10.
- the induction current supply cable 14, the output transformer 16, and the heating coil 18 are cooled with cooling water supplied from the cooling water circulation unit 2 2 through the joint 15. Since the induction heating device main body 12 and the robot device 20 are well known, detailed description thereof will be omitted.
- This surface modification device is placed in a space where the atmosphere can be controlled inertly.
- This surface modification device includes a cooling gas injection device 24 that sprays an inert gas such as Ar toward the surface of the object to be processed, and a radiation thermometer that remotely measures the surface temperature of the object to be processed. 2 and 6.
- the cooling gas spray device 2 4 has an inactive individual gas source (gas cylinder) 30 having a regulating valve 28 and a shut-off head 3 4 connected to this through a gas supply pipe 3 2. is doing.
- the shower head 3 4 is configured, for example, in a cylindrical shape having a plurality of injection ports formed on the lower surface, and the output transformer 1 6 is configured so that the injection port faces the lower side of the heating coil 18.
- the case is attached to the case via attachment members 36.
- the radiation thermometer 26 is attached to the case of the output transformer 16, and the tip of the probe 38 is directed to the object to be processed below the heating coil 18.
- This pump handles a fluid containing solids such as slurry, and the impeller 40 is required to have predetermined wear resistance. Therefore, a coating is formed by spraying a self-fluxing alloy material on the surface of the base material of the impeller 40 (for example, martensitic stainless steel) by various spraying methods.
- a thermal spraying method an electric spraying method such as arc spraying or plasma spraying, or a gas spraying method such as flame spraying is appropriately used.
- a self-fluxing alloy is an alloy in which a flux component such as B or Si is added to an alloy having a predetermined composition to lower the melting point, and various compositions are used depending on the application.
- a self-fluxing alloy material containing fine carbide particles or a self-fluxing alloy material having a component capable of precipitating carbide during melt solidification is employed. ing.
- the coating itself is porous and the coating and base material are in close contact with each other only by the mechanical anchoring (anchor) effect. There is a possibility. Therefore, the thermal spray coating is melted again to densify the thermal spray coating itself and improve the adhesion to the substrate. This remelting process is performed as follows using the surface modification apparatus shown in FIG.
- teaching is performed in which the robot device 20 stores the movement path of the heating coil 18 while the induction heating device is turned off. This is performed, for example, by a human moving along the surface to be processed while guiding the heating coil 18 held by the robot apparatus 20.
- the workpiece is preheated as necessary, the cooling water circulation unit 2 2 is operated, a current of a predetermined frequency and electric energy is supplied from the induction heating device to the heating coil 18, and the robot device 20 Move the heating coil 18 along the teaching path.
- an inert gas is supplied from the inert gas source 30 to the shower head 34 and sprayed. Spray from the spray port and maintain the temperature near the surface of the sprayed coating at its non-flowing temperature.
- the temperature near the surface layer is controlled more accurately by controlling the induction heating power and the moving speed of the heating coil 18 while measuring with the radiation thermometer 26 as in the illustrated embodiment. Can do.
- the wear-resistant film can be sufficiently formed on the necessary parts, and sufficient dimensional accuracy can be maintained, so that the labor of machining can be saved and finally a high-performance pump can be obtained. Can be provided.
- the film is sufficiently re-melted at portions other than the surface to fuse with the base material and densify the film.
- a diffusion layer formed by diffusing each other's metal between the thermal spray coating and the substrate is generated with a thickness of 5 or more, the adhesion between the thermal spray layer and the base material is improved, and film peeling occurs. No longer.
- the interface between the thermal spray coating and the substrate and its vicinity can be intensively heated by the skin effect, and the force II heat efficiency is good, and the substrate core part is improved.
- the heat effect of can also be reduced.
- the value is preferably high frequency induction heating at a frequency at which the penetration depth ⁇ represented by the formula (1) is 2 [mm] or less.
- Penetration depth ⁇ [mm] 5.
- the frequency at which the penetration depth ⁇ is 2 [mm] or less is, for example, 50 [kHz] or more for austenitic stainless steel, 0.05 [kHz] or more for martensitic stainless steel, and 0 for ferritic stainless steel. 02 [kHz] or more, 0.5 [kHz] or more for precipitation hardening stainless steel.
- FIG. 2 shows a surface reforming apparatus according to a second embodiment of the present invention.
- An induction heating apparatus including an induction current supply cable 14, an output transformer 16, and a heating coil 18, a gas supply pipe 32,
- the cooling gas injection device 24 including the shower head 34 is attached to the balance arm 50 instead of the mouth pot 20 so that it can be easily operated manually.
- the balance arm 50 is a long frame body that holds the induced current supply cable 14 and also has an output transformer 16, A calorie heat coinor 18 and a shower head 34 are attached, and a balance weight 52 is attached to the rear end side.
- the balance arm 50 is tiltably attached to the lower end of a support member 56 that hangs down from the upper portion of the central shaft support portion 54.
- the support member 56 is a long member such as a wire or a chain, and its upper end is slidable along a rail 58 installed on the ceiling.
- the support member 56 is provided with a spring balancer 60 in the middle. This includes, for example, a reel on which the support member 56 is strung, and a spring that urges the reel in the rotational direction, and is configured to scrape the support member 56 with a predetermined force. Therefore, the support member 56 can be adjusted to an appropriate length as required.
- the configuration of the cooling gas injection device 24 and the radiation thermometer 26 is the same as that of the previous embodiment.
- FIG. 3 shows a method of using the surface modifying apparatus of this embodiment for the surface treatment of the impeller 40.
- the operator holds the balance arm 50 in his / her hand, and first slides the upper end of the support member 56 along the rail 58 to move it to an appropriate position above the impeller 40. Next, operate the spring balancer 60 to adjust the height position of the support member 56 and tilt the balance arm 50 to adjust the position and angle of the heating coil according to the processing part.
- the heating coil 18 while injecting an inert gas from the shower head 34, the heating coil 18 re-melts the induction heating power and the surface film. With this method, work can be performed without using an expensive robot 20. (Example)
- Base material dimensions 200X 200X t 30 (Example 06 and Comparative Example 05 are 200X 20 0 X t 20)
- Thermal spray materials Six types were used: Ni-based self-fluxing alloy, carbide-containing Ni-based self-fluxing alloy, Co-based self-fluxing alloy, and W 2 C pulverized powder-containing wire (3 types).
- Thermal spraying method Flame spraying, arc spraying, and plasma spraying were used. Thermal spray coating thickness: 0.15-1.01 1mm
- Induction heating output 13 kW, 20 kW
- Induction heating frequency 19 kHz, 80 kHz
- Penetration depth ⁇ 0.05 mm, 0. lmm Each was heated by induction while measuring with a radiation thermometer. In the examples, the non-flowing temperature was maintained, and in the comparative example, the surface layer was also remelted.
- the present invention can be used for a surface modification method for performing local wear resistant surface modification of a rotating member.
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Abstract
母材（４２）の表面に溶射皮膜を形成し、該溶射皮膜の表層近傍を非流動状態に保ちながら該溶射皮膜を高周波誘導加熱することにより、表層近傍より下層側を再溶融させて該溶射皮膜を母材（４２）に密着させる。この方法によれば、傾斜部分を有する複雑な形状の被処理物でも円滑に品質の良い耐摩耗性皮膜を母材の表面に形成して、表面を改質することができる。
Description
明 細 書 表面改質方法及び装置 技術分野
本発明は、 例えば、 回転部材の局部的な耐摩耗表面改質を行うための表面改質 方法に関する。 背景技術
例えば、土砂を多量に含んだ水を扱う水車やポンプ等の水力機械の羽根車では、 羽根車の表面が水中の土砂の微粒子により削られ、 早期に摩耗してしまう問題が ある。 このため、 従来からこのような環境下で使用される羽根車等の回転部材を 耐摩耗材料で被覆することが行われている。 その 1つの有力な方法として、 表面 に自溶性合金を各種の溶射方式により溶射して耐摩耗性の溶射皮膜を形成し、 次 いでこの溶射皮膜を再溶融し、 溶射皮膜を緻密化するとともに溶射皮膜と基材と の密着性を高めるようにする溶射溶融法が有る。
しかしながら、 複雑な形状の部材を溶射溶融法で表面改質する場合、 溶射皮膜 を再溶融させた時に、 特に傾斜部分において溶融金属が流れてしまい、 皮膜厚さ が不均一になる、 あるいは寸法精度が低下するなどの不具合が有つた。 発明の開示
本発明は、 前記事情に鑑みて為されたもので、 傾斜部分を有する複雑な形状の 被処理物でも円滑に品質の良い皮膜を形成して、 表面を改質することができる方 法及び装置を提供することを目的とする。
本発明の第 1の態様によれば、 傾斜部分を有する複雑な形状の被処理物でも円 滑に品質の良い耐摩耗性皮膜を母材の表面に形成して、 表面を改質することがで きる方法が提供される。 この方法は、 前記母材の表面に溶射皮膜を形成する工程 と、 該溶射皮膜の表層近傍を非流動状態に保ちながら該溶射皮膜を高周波誘導加 熱することにより、 前記表層近傍より下層側を再溶融させて該溶射皮膜を前記母 材に密着させる工程とを有する。
溶射皮膜を形成する耐摩耗性素材としては、 炭化物粒子を含有する自溶性合金 材料或いは溶融固化により炭化物を析出させる自溶性合金材料が好適である。 溶 射方法としては、 アーク溶射やプラズマ溶射のような電気式溶射法、 またはフレ
ーム溶射のようなガス式溶射法が適宜に用いられる。 高周波誘導加熱は、 適当な 不活性雰囲気中で行うことが望ましい。 なお、 溶射皮膜の表層近傍を非流動状態 に保ちながら該溶射皮膜を高周波誘導加熱するのは、 加工対象である母材の全表 面である必要はなく、 傾斜面等の必要箇所のみでよい。
前記再溶融工程において、 前記表層近傍を、 前記溶射皮膜の素材の液相線温度 以下の非流動温度に維持してもよい。 液相 f泉温度以下の温度であれば、 溶射皮膜 は固相と液相の混合状態であり、 流動化しにくレ、。 実際に液相線温度以下のどの 温度が良いかは、 表面の傾斜等の条件によって変わるので、 実験的に求めるのが 好ましい。
前記再溶融工程において、 前記溶射皮膜の表面に不活性ガスを吹き付けて強制 的に冷却することによって前記溶射皮膜の表層近傍を非流動温度以下に保持して あよい。
前記再溶融工程において、 前記溶射皮膜の表面温度を測定しながら該溶射皮膜 を高周波誘導加熱してもよい。 これにより、 溶射皮膜の表面温度から溶射皮膜の 表面近傍および母材近傍の温度を推定して、 溶射皮膜の流動性と密着化の状況を 判断することができる。
前記高周波誘導加熱の際に、 p ：比電気抵抗 [ Ω - c m] , μ ：比透磁率， f ： 周波数 [H z ] として、 δ [mm] - 5 . 0 3 X 1 0 4 X ( p ■ μ ' 1 · f _ 1) λ / 2で表される電流浸透深さ δ [mm] が 2 [mm] 以下となる範囲の周波数で高 周波誘導加熱してもよい。
本発明の第 2の態様によれば、 傾斜部分を有する複雑な形状の被処理物でも円 滑に品質の良い耐摩耗性皮膜を母材の表面に形成して、 表面を改質することがで きる表面改質装置が提供される。 この表面改質装置は、 表面に溶射皮膜を形成し た前記母材の該溶射皮膜を高周波誘導加熱する誘導加熱装置と、 前記高周波誘導 加熱の際に、 前記溶射皮膜の表層近傍を冷却して、 該表層近傍を非流動状態に保 つ表面非流動化手段とを有する。
本発明によれば、溶射皮膜の表層近傍より下方側部分のみを再溶融させるので、 溶射皮膜が原形を維持する。 したがって、 傾斜部分であっても或いは複雑な形状 部分であっても、 再溶融によって流動し、 変形したり厚さが不均一になったりす ることが防止される。 したがって、 寸法精度のよい、 高品質の皮膜を、 円滑に形 成することができる。
本発明の第 3の態様によれば、 上述した表面改質方法によつて耐摩耗性皮膜を 形成した回転部材が提供される。 本発明に係る回転部材には、 寸法精度の高い表
面改質皮膜が形成されており、 回転部材は良好な耐摩耗性と機械部品としての高 い性能を備える。
本発明の第 4の態様によれば、 上述した回転部材を有する流体機械が提供され る。 本発明に係る流体機械は、 スラリーのような摩耗性流体を処理するのに好適 な高品質の流体機械となる。
本発明の上述した目的ならぴにその他の目的おょぴ効果は、 本発明の好ましい 実施形態を一例として図示した添付図面と照らし合わせれば、 以下に述べる説明 から明らかになるであろう。 図面の簡単な説明
図 1は、 この発明の表面改質装置の第 1の実施の形態を示す図である。
図 2は、 この発明の表面改質装置の第 2の実施の形態を示す図である。
図 3は、 図 2の表面改質装置による作業状況を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 図 1から図 3を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
図 1は、 この発明の表面改質方法を実施するための表面改質装置の第 1の実施 形態を示すもので、 表面改質装置は、 電源 1 0と、 電源 1 0に接続された誘導加 熱装置本体 1 2と、 誘導電流供給ケーブル 1 4と、 ケース内に構成された出力変 成器 1 6と、 出力変成器 1 6の先端に接続された加熱コイル 1 8と、 出力変成器 1 6を保持し、 姿勢制御しつつ所定の経路に沿って移動させるロボット装置 2 0 とを備えている。 誘導電流供給ケーブル 1 4、 出力変成器 1 6、 及び加熱コイル 1 8は、 冷却水循環ュニット 2 2から継手 1 5を介して供給される冷却水により 水冷されている。 誘導加熱装置本体 1 2及びロボット装置 2 0は周知のものであ るので、 詳細な説明を省略する。 この表面改質装置は、 雰囲気を不活性に制御で きる空間内に酉己置される。
この表面改質装置は、 被処理物体の表面に向けて A r等の不活性ガスを吹き付 ける冷却ガス噴射装置 2 4と、 被処理物体の表面温度を遠隔的に測定する放射温 度計 2 6とを備えている。 冷却ガス 射装置 2 4は、 調整弁 2 8を有する不活个生 ガス源 （ガスボンベ） 3 0と、 これにガス供給管 3 2を介して接続されたシャヮ 一へッド 3 4とを有している。 シャワーへッド 3 4は、 例えば、 下面に複数の噴 射口が形成された筒体状に構成され、 噴射口を加熱コイル 1 8の下側に向けるよ うにして、出力変成器 1 6のケースに取付部材 3 6を介して取り付けられている。
放射温度計 2 6も同様に出力変成器 1 6のケースに取り付けられ、 そのプローブ 3 8の先端は加熱コイル 1 8の下側の被処理物体に向けられている。
以下、 この実施の形態の表面改質装置を用いて被処理物体である回転部材の表 面改質を行う方法を説明する。 ここでは、 図 1に示すようなポンプの羽根車 4 0 の側板 4 2の表面を硬化処理する方法を例示する。
このポンプは、 例えばスラリーのような固形物を含む流体を取り扱うもので、 その羽根車 4 0には所定の耐摩耗性が要求される。そこで、羽根車 4 0の母材（例 えば、 マルテンサイト系ステンレス鋼） の表面に、 自溶性合金材料を各種溶射方 式により溶射して皮膜を形成する。 溶射方法としては、 アーク溶射やプラズマ溶 射のような電気式溶射法、 またはフレーム溶射のようなガス式溶射法が適宜に用 いられる。
自溶性合金は、 所定の組成の合金に対して、 B， S iのようなフラックス成分 を添加して、 融点を低下させた合金であり、 用途に応じて種々の組成のものが採 用される。 この実施の形態では、 耐摩耗性を向上させるために、 微細な炭化物粒 子を含有する自溶性合金材料或いは溶融固化の際に炭化物を析出させるような成 分を有する自溶性合金材料を採用している。
溶射のままでは、 皮膜自体が多孔質であることと、 皮膜と基材とが機械的な投 錨 （アンカー） 効果のみで密着しているに過ぎないため、 衝撃が加わると容易に 皮膜剥離に至る可能性がある。 そこで、 溶射皮膜を再度溶融させ、 溶射皮膜自体 を緻密化するとともに基材との密着力を向上させる。 この再溶融処理は、 図 1に 示す表面改質装置を用いて、 以下のように行う。
まず、 被処理物である羽根車 4 0を位置決めした後、 誘導加熱装置をオフとし たままで、 ロボット装置 2 0に加熱コイル 1 8の移動の経路を記憶させるティー チングを行う。 これは、 例えば人間が、 ロボット装置 2 0に保持された加熱コィ ル 1 8をガイドしながら被処理面に沿って移動させて行う。 加熱コイル 1 8と被 処理面の間の間隔を一定とするために、 カロ熱コイル 1 8に適当な治具を取り付け て行うとよい。 カロ熱コィノレ 1 8と被処理面との間隔は 2 ~ 4 [隱]とするのが好ま しい。
次に、 必要に応じて被処理物を予熱し、 冷却水循環ュニット 2 2を作動させ、 誘導加熱装置より加熱コイル 1 8に所定の周波数及び電力量の電流を流し、 ロボ ット装置 2 0により、 加熱コイル 1 8をティーチングされた経路に沿って移動さ せる。 この際に、 特に被処理物の表面が傾斜している箇所の皮膜を再溶融させる 場合には、 不活性ガス源 3 0から不活性ガスをシャワーへッド 3 4に供給して噴
射口より噴射させ、 溶射皮膜の表層近傍の温度をその非流動温度に維持する。 表 層近傍の温度の制御は、 図示する実施の形態のように、 放射温度計 26により測 温しながら、誘導加熱の電力や加熱コイル 18の移動速度を制御することにより、 より正確に行うことができる。
このように、 表面の温度をその非流動温度に維持することにより、 皮膜の少な くとも表面部分は再溶融しないので、 皮膜が斜面を流れて皮膜厚さが不均一にな るような事態を回避することができる。 したがって、 耐摩耗性皮膜を必要な部分 に充分に形成することができ、 また、 充分な寸法精度を維持することができるの で、 機械加工の手間を省けるとともに、 最終的に性能の高いポンプを提供するこ とができる。
なお、 表面以外の部分では、 皮膜が充分に再溶融して、 母材との融合、 及び皮 膜の緻密化を行うことが望ましい。 但し、 目的とする耐摩耗性、 高密着性を実現 するため、 溶射方法と溶射材料の組合せごとに条件出しを実施し、 非流動温度を 設定する必要がある。 これにより、 例えば、 溶射皮膜と基材間に、 相互の金属が 拡散し合って形成される拡散層が厚み 5 以上生成され、 溶射層と母材間の密 着力が向上し、 皮膜剥離が発生しなくなる。
また、 好適な周波数で高周波誘導加熱することにより、 表皮効果によって溶射 皮膜と基材との界面およびその近傍を集中的にカロ熱することができ、 力 II熱効率が 良く、また基材芯部への熱影響も軽減することができる。その値としては、式（ 1 ) で表される浸透深さ δ が 2 [mm]以下となる周波数で高周波誘導加熱するのが 好ましい。 '
浸透深さ δ [mm] =5. 03 X 104X (p · — 1 · f 1/2 · · · (1) (p ：比電気抵抗 [Ω■ cm], μ ：比透磁率， f ：周波数 [Hz])
浸透深さ δが 2 [mm] 以下となる周波数は、 例えば、 オーステナイト系ステ ンレス鋼では 50 [kHz] 以上、 マルテンサイト系ステンレス鋼では 0. 05 [kHz] 以上、 フェライト系ステンレス鋼では 0. 02 [kHz] 以上、 析出 硬化系ステンレス鋼では 0. 5 [kHz] 以上である。
図 2は、 この発明の第 2の実施の形態の表面改質装置を示すもので、 誘導電流 供給ケーブル 14、出力変成器 16、及び加熱コイル 18を含む誘導加熱装置と、 ガス供給管 32、 シャワーへッド 34を含む冷却ガス噴射装置 24が、 口ポット 20ではなく、 バランスアーム 50に取り付けられて、 人手により容易に操作す ることができるようになつている。 このバランスアーム 50は、 長尺状の枠体で あり、誘導電流供給ケーブル 14を保持するとともに、先端側に出力変成器 16、
カロ熱コィノレ 18、 及びシャワーへッド 34が取り付けられ、 後端側にバランス用 重り 52が取り付けられている。 バランスアーム 50は、 その中央部の軸支部 5 4において上部より垂下する支持部材 56の下端に傾動自在に取り付けられてい る。
支持部材 56は、 ワイヤやチェーン等の長尺部材で、 その上端は天井に設置さ れたレール 58に沿ってスライド可能になっている。 支持部材 56には、 その中 間部分にスプリングバランサ 60が設けられている。 これは、 例えば支持部材 5 6を卷き掛けるリールと、 このリールを回転方向に付勢してスプリングを有して おり、 支持部材 56を所定の力で卷き取るように構成されている。 従って、 支持 部材 56は、 必要に応じて適宜の長さに調整が可能になっている。 冷却ガス噴射 装置 24や放射温度計 26の構成は先の実施の形態と同じである。
図 3は、 'この実施の形態の表面改質装置を羽根車 40の表面処理に使用する方 法を示している。 操作者は、 バランスアーム 50を手に持ち、 まず、 支持部材 5 6の上端をレール 58に沿ってスライドさせて、 羽根車 40の上方の適当な位置 に移動させる。 次に、 スプリングバランサ 60を操作して支持部材 56の高さ位 置を調整し、 バランスアーム 50を傾動させて加熱コイルの位置や角度を処理部 分に合わせて調整し、 先の場合と同様に、 不活性ガスをシャワーへッド 34より 噴射させながら、加熱コイル 18に誘導加熱の電力や表面の皮膜を再溶融させる。 この方法では、 高価なロボット 20を使用せずに、 作業を行うことができる。 (実施例）
以下、 この発明の方法を実験的に実施した実施例について説明する。
母材の素材：マルテンサイト系ステンレス鋼 （13 C r— 4N i )
母材寸法： 200X 200X t 30 (実施例 06と比較例 05は 200X 20 0 X t 20)
溶射材料： N i基自溶性合金、 炭化物含有 N i基自溶性合金、 C o基自溶性 合金、 および W2C粉砕粉含有ワイヤ （3種） の 6種を用いた。
溶射方法：フレーム溶射、 アーク溶射、 及びプラズマ溶射の 3種を用いた。 溶射皮膜厚さ： 0. 15〜1. 01 1mm
加熱条件
コィノレ Z母材間距離： 1. 5〜 4 mm
誘導加熱出力： 13 kW, 20 kW
誘導加熱周波数： 19 kHz, 80 kHz
浸透深さ δ ： 0. 05mm, 0. lmm
それぞれ、 放射温度計にて測温をしながら誘導加熱し、 実施例では非流動温度 ：維持し、 比較例では表層も再溶融させた。
表 1に、 実施条件をまとめて示す。
砂濃度… 1%
砂…ケィ砂 9号
母材の耐スラリ-性' ' -684.62 [ m/h]。母材比 1.0倍。 これらの結果から、 実施例は比較例と遜色の無い性能を示すことが分かる。 し たがって、 この発明の方法により、 複雑な形状の被処理物に対しても、 均一な厚 さの耐摩耗性皮膜を、 作業性良く形成することができたことが理解される。 これまで本発明の好ましい実施形態について図示および説明したが、 特許請求 の範囲から逸脱することなく、 種々の変更および改変が可能であることは容易に 理解できょう。 産業上の利用可能性
本発明は、 回転部材の局部的な耐摩耗表面改質を行うための表面改質方法に利 用可能である。
Claims
1. 母材の表面に耐摩耗性皮膜を形成する表面改質方法であって、
前記母材の表面に溶射皮膜を形成する工程と、
該溶射皮膜の表層近傍を非流動状態に保ちながら該溶射皮膜を高周波誘導加熱 することにより、 前記表層近傍より下層側を再溶融させて該溶射皮膜を前記母材 に密着させる工程と、
を有する、 表面改質方法。
2. 前記再溶融工程において、 前記表層近傍を、 前記溶射皮膜の素材の液相線 温度以下の非流動温度に維持する、 請求項 1に記載の表面改質方法。
3. 前記再溶融工程において、 前記溶射皮膜の表面に不活性ガスを吹き付けて 強制的に冷却することによって前記溶射皮膜の表層近傍を非流動温度以下に保持 する、 請求項 2に記載の表面改質方法。
4. 前記再溶融工程において、 前記溶射皮膜の表面温度を測定しながら該溶射 皮膜を高周波誘導加熱する、 請求項 1から請求項 3のいずれか一項に記載の表面 改質方法。
5. 前記高周波誘導加熱の際に、 p ：比電気抵抗 [Ω · cm], μ ：比透磁率， f ：周波数 [H z ] として、 5 [mm] = 5. 0 3 X 1 04X (p - μ~ - f _1) 1/2で表される電流浸透深さ δ [mm] が 2 [mm] 以下となる範囲の周波数で 高周波誘導加熱する、 請求項 1ないし請求項 4のいずれ力一項に記載の表面改質 方法。
6. 請求項 1ないし請求項 5のいずれ力一項に記載の表面改質方法によって耐 摩性皮膜を形成した、 回転部材。
7. 請求項 6に記載の回転部材を有する、 流体機械。
8 . 母材の表面に耐摩耗性皮膜を形成する表面改質装置であって、
表面に溶射皮膜を形成した前記母材の該溶射皮膜を高周波誘導加熱する誘導加 熱装置と、
前記高周波誘導加熱の際に、 前記溶射皮膜の表層近傍を冷却して、 該表層近傍 を非流動状態に保つ表面非流動化手段と、
を有する、 表面改質装置。
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