CA1200992A - Materiau de revetement pour l'application de couches de revetement resistant a l'abrasion et aux chocs sur la surface de pieces - Google Patents
Materiau de revetement pour l'application de couches de revetement resistant a l'abrasion et aux chocs sur la surface de piecesInfo
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Abstract
Ce matériau contient un mélange mécanique de poudre métallique, constituée par un alliage auto-décapant, à base de Ni, Fe ou Co, et de poudre de carbure dur constituée par un alliage, obtenu par fusion, à base de carbure de tungstène. Les grains de carbure dur sont recouverts par un enrobage constitué, de préférence, par du nickel, du fer ou du cobalt. La granulométrie des grains de carbure dur enrobés est inférieure à 75 .mu.m et la proportion de poudre de carbure dur, dans le mélange, est comprise entre 10 et 95 pourcent en poids. L'utilisation de ce matériau permet de fabriquer des revêtements protecteurs de pièces mécaniques, ces revêtements ayant une épaisseur relativement grande et une résistance à l'abrasion et aux chocs très élevée.
Description
L'inven-tion concerne un materiau de revêtement pul-verulent pour le revetement de pièces par voie thermique, contenant un melange mecanique de poudre métallique et de poudre de carbure dur.
Il est connu de munir des pièces de machine soumises a une forte usure d'un revetement, applique par voie ther-mique, contenant des carbures metalliques durs afin d'en augmenter la resistance à l'abrasion et aux chocs. Par exemp].e, on obtient un tel revetement par projection simul-1.0 tanée de carbure de tungstène, ~C ou W2C, lie par du cobalt, et d'un al]iage metallique en poudre en faisan-t fondre la couche ainsi formee soit au cours de la projection soit postérieurement à celle-ci. Au cours de ce procede, les carbures ont toutefois tendance à s'oxyder et a former des phases intermetalliques du type M6C dans la zone de transi-tion entre les particules de carbure et l'alliage qui constitue la matrice dans laquelle ces particules sont en-robees. Ces phases intermétalliques sont très cassantes et provoquent la rupture des particules de carbure en cas de chocs ou de coups. On constate en outre, lors de l'applica-tion d'un tel revetement, indépendamment du poids spécifique des carbures de tungstène et de la repartition des particules, une forte tendance à la sedimentation des paxticules de carbure, de sorte que, dans le cas de couches relativemen-t epaisses, ayant par exemple une epaisseur egale ou superieure ~ 1,0 mm, il se produit un enrichissement en parti.cules de carbure dans la zone de liaison entre le materiau de base de la piece et le revetementO Ceci se traduit par le fait clue le revetement n'est pas homogene du poin-t de vue de ses propriétés physiques et qu'il présente no-tamment une sur-.~ace appauvrie en carbure dont la resistance aux chocs e-t a l'ahrasion es-t insuffisante.
L'invention a pour bu-t la realisation d'un materiau permettant la fabrication de revetements ayant une resistance -très elevee a l'abrasion et aux chocs et, plus par-ticulie-remen-t, de couches qui présentent des proprietes physiques, homoyènes dans toute leur epaisseur même dans l.e cas où
ces couches ont une epaisseur relativement grande.
A cet effet, le materiau de revêtemen-t selon l'in-vention, qui contlent un alliage mecanique de poudre de carbure dur, est caracterise par le fait que la poudre métallj.que consi.ste en un alliage auto-décapant à base de Ni, Fe ou Co et que le carbure dur consiste un all.lage, obtenu par fusion,à base de carbure de tungstène, cet al-liage renfermant, en pourcentage ponderal, 3 à 7 % C, 0 à 3 % Fe et au plus 2 % d'autres elements d'alliage, le res-te étant constitué par le tungstène, les grains de car-bure dur presentant un enrobage en un métal ayant un poin-t de fusion plus élevé que cel.ui dudit alliage auto-decapant, la granulométrie de ces grains de carbure dur enrobés étant inférieure à 75 ~um et la proportion de poudre de carbure dur en melange avec la poudre métallique étant comprise entre 10 et 95 pourcent en poids.
Conformement à une première forme d'exécution par-ticulièrement avantageuse de ce matériau, l'alliage auto-20 decapant a la composition ponderale : 0,2 - 18 % C~ 1,5 -4,5 % B; 1,0 - 4,5/% Si; 0,1 - 1,5 % C; 0,2 - 20 % Fe;
reste Ni.
Selon une autre forme d'execution particulièrement avantageuse de ce matériau, l.'alliage auto-decapant a la 25 composition ponderale : 10 - 35 % Cr; 0,2 - 30 % Ni; 0,05 -1,5 % C; 0 - 1,5 % W; 0 - 10 % Mo; reste Co.
~e preférence, l'enrobage des grains de carbure dur est constitué par une quantite, correspondant à 2 à 20 %
en poi.ds, par rapport à la poudre de carbure dur, de Ni, .Fe ou Co.
Egalement de prëférence, l'alliage à base de carbure de tungstène fritte a la composition ponderale :
3,5 - 5,5 % C; au plus 0,2 ~ Fe; au plus 0,1 % autres eléments; reste ~.
Avantageusement, la granulométrie des grains de ~k~
carbure dur enrobes est inférieure à 62 /um.
La proportion de poudre de carbure dur dans le melange avec la poudre metallique est, de preference, com-prise entre 40 et 80 %.
On a constate que, de manière surprenante, l'uti-lisation d'une poudre d'alliage à base de carbure de -tungs-tène fritte dont les grains son-t enrobes, notamment par du nickel, du fer ou du cobalt, dans les proportions et avec les granulometries particulières indiquees ci-dessus, permet d'eviter la sedimentation des particules de carbure dur lors de l'application du revetement et empeche prati-quement toute formation de composes du type M6C. En outre, une eventuelle structure aciculaire de la phase à base de carbure de tungstène, obtenue par fusion,permet d'augmenter la tenacite de la couche et, ainsi, d'ameliorer sa resis-tance aux impacts et aux chocs.
De preference, on effectue l'enrobage des grains par l'un des procedes connus, chimiques, electrochimiques, par CVD (depot par reaction chimique en phase vapeur), PVD (depot par processus physique a partir de la phase vapeur), par agglomeration ou par agglomeration avec frit-tage ulterieur.
Les exemples qui suivent illustrent quelques cas particuliers de mise en oeuvre et d'utilisation du materiau selon l'invention, etant bien entendu que ceux-ci peuvent etre varies à volonte tout en restant dans le cadre des revendications.
Exemple 1 On prepare par fusion, dans un four à induction, un all:iage, à base de carbure de tungstène, ayant la com-positlon suivante : 4,0 % C; 0,3 % Fe, res-te W, puis on le concasse dans un broyeur à marteaux et on -tamise le produit resultan-t du concassage de facon à obtenir une poudre de granulome-trie :inferieure à 75 ~ . Après tamissage, on enrobe, par voie elec-trochimique, les particules de carbure dur par un revetement de 10 % de nickel.
9~
On mélange ensuite la poudre de carbure dur ainsi obtenue, en proportion 60 %/ 40%, avec un alliage ayant la composition : 0,2 % C; 3,0 % Si; 1,5 % B; 4,5 % Cr; 1~0 %
Fe, reste Ni. On projette ce melange de poudres sur une piece de machine, au moyen d'un pistolet de projection, puis on refond la couche ainsi obtenue. Lors de l'usinage ul-terieur de la pièce, par meulage et polissage, ainsi que lors de son utilisation dans la machine, on n'a constate aucun phenomène d'arrachement des constituants durs du revêtement. L'examen au microscope n'a pas revele la pre-sence de phase intermétallique cassante dans la zone de transition entre la matrice metallique formee et les par-ticules d'alliage à base de carbure de tungstène obtenupar-~sion.
La duree de vie de la pièce de machine ainsi revêtue a ete triplee par rapport à celle d'une piece identique munie d'un revêtement de type habituel.
Exemple 2 On concasse, dans un broyeur a billes, un alliage a base de carbure de tungstène,obtenu par fusion, dans un -four a induction, et dont la composition est la suivante :
5,5 % C; 2,8 % Fe; 1,0 % V, reste W. Apres quoi, on enrobe les particules d'alliage, par agglomeration en u-tilisant un stearate, d'une couche de poudre de cobalt correspondant à 20 % du poids de cet alliage. On elimine ensuite le s-t~arate, par evaporation dans un four, et on fritte la poudre de carbure dur a une temperature de 1300 - 1400C, sous atmosphere reductrice. Apres quoi, on tamise la poudre ainsi obtenue, de manière a amener sa granulometrie au des-sous de 45 um, et on la mélange avec un alliage ayant la 30 composi-tion : 1,0 % C; 25,0 % Cr; 15,0 % Ni; 5,0 % Mo;
reste Co, dans la propor-tion 30 % de poudre de metal dur pour 70 % d'alliage metallique.
On utilise ce melange de poudres pour recouvrir une piece d'usure par pulverisation a la flamme avec refusion simultanee. Apres une longue periode d'utilisation de la piece dans des conditions dans lesquelles elle est soumise a des chocs et des coups, on n'a pas observé de fissuresou de creusures dans la piece. ~arexamen au microscope, on met en evidence une repartition homogene des particules de carbure dur dans la couche de revetement.
Exemple 3 On prepare par fusion, dans un four a arc, un all:iage a base de carbure de tungstene, ayant la composi-tion suivante : 3,0 % C; 1,5 % Fe ; 1,0 % Mo; 0,5 % V;
0,2 % Nb; reste W, puis on concasse l'alliage ainsi obtenu, par un procede connu. On amene, par tamisage, la poudre resultant du concassage a une granulometrie inferieure a 63 ~um, puis on la recouvre de 2 % de nickel, par CVD.
On melange la poudre de carbure dur ainsi obtenue avec une poudre d'alliage metallique auto-decapant, ayan-t la composition : 1,0 % C; 17,0 % Cr; 3~1 % B; 4,2 % Si;
5,0 % Fe; reste Ni, dans la proportion ~0 % de poudre de carbure dur pour 20 % d'alliage auto-decapant.
On applique ce melange, au moyen d'un dispositif de projection a plasma, sur une pale de ventilateur, de maniere à former un revêtement ayant une epaisseur de 1,0 mm, puis on refond ce revêtement au four sous atmosphere de gaz protecteur. Apres usinage, la couche ainsi ob-tenue ne presente ni creusures ni fissures. On n'a pas observe, meme au bout d'une longue periode d'utilisation, des defauts attrlbuables à la formation d'une phase fragile~
Il est connu de munir des pièces de machine soumises a une forte usure d'un revetement, applique par voie ther-mique, contenant des carbures metalliques durs afin d'en augmenter la resistance à l'abrasion et aux chocs. Par exemp].e, on obtient un tel revetement par projection simul-1.0 tanée de carbure de tungstène, ~C ou W2C, lie par du cobalt, et d'un al]iage metallique en poudre en faisan-t fondre la couche ainsi formee soit au cours de la projection soit postérieurement à celle-ci. Au cours de ce procede, les carbures ont toutefois tendance à s'oxyder et a former des phases intermetalliques du type M6C dans la zone de transi-tion entre les particules de carbure et l'alliage qui constitue la matrice dans laquelle ces particules sont en-robees. Ces phases intermétalliques sont très cassantes et provoquent la rupture des particules de carbure en cas de chocs ou de coups. On constate en outre, lors de l'applica-tion d'un tel revetement, indépendamment du poids spécifique des carbures de tungstène et de la repartition des particules, une forte tendance à la sedimentation des paxticules de carbure, de sorte que, dans le cas de couches relativemen-t epaisses, ayant par exemple une epaisseur egale ou superieure ~ 1,0 mm, il se produit un enrichissement en parti.cules de carbure dans la zone de liaison entre le materiau de base de la piece et le revetementO Ceci se traduit par le fait clue le revetement n'est pas homogene du poin-t de vue de ses propriétés physiques et qu'il présente no-tamment une sur-.~ace appauvrie en carbure dont la resistance aux chocs e-t a l'ahrasion es-t insuffisante.
L'invention a pour bu-t la realisation d'un materiau permettant la fabrication de revetements ayant une resistance -très elevee a l'abrasion et aux chocs et, plus par-ticulie-remen-t, de couches qui présentent des proprietes physiques, homoyènes dans toute leur epaisseur même dans l.e cas où
ces couches ont une epaisseur relativement grande.
A cet effet, le materiau de revêtemen-t selon l'in-vention, qui contlent un alliage mecanique de poudre de carbure dur, est caracterise par le fait que la poudre métallj.que consi.ste en un alliage auto-décapant à base de Ni, Fe ou Co et que le carbure dur consiste un all.lage, obtenu par fusion,à base de carbure de tungstène, cet al-liage renfermant, en pourcentage ponderal, 3 à 7 % C, 0 à 3 % Fe et au plus 2 % d'autres elements d'alliage, le res-te étant constitué par le tungstène, les grains de car-bure dur presentant un enrobage en un métal ayant un poin-t de fusion plus élevé que cel.ui dudit alliage auto-decapant, la granulométrie de ces grains de carbure dur enrobés étant inférieure à 75 ~um et la proportion de poudre de carbure dur en melange avec la poudre métallique étant comprise entre 10 et 95 pourcent en poids.
Conformement à une première forme d'exécution par-ticulièrement avantageuse de ce matériau, l'alliage auto-20 decapant a la composition ponderale : 0,2 - 18 % C~ 1,5 -4,5 % B; 1,0 - 4,5/% Si; 0,1 - 1,5 % C; 0,2 - 20 % Fe;
reste Ni.
Selon une autre forme d'execution particulièrement avantageuse de ce matériau, l.'alliage auto-decapant a la 25 composition ponderale : 10 - 35 % Cr; 0,2 - 30 % Ni; 0,05 -1,5 % C; 0 - 1,5 % W; 0 - 10 % Mo; reste Co.
~e preférence, l'enrobage des grains de carbure dur est constitué par une quantite, correspondant à 2 à 20 %
en poi.ds, par rapport à la poudre de carbure dur, de Ni, .Fe ou Co.
Egalement de prëférence, l'alliage à base de carbure de tungstène fritte a la composition ponderale :
3,5 - 5,5 % C; au plus 0,2 ~ Fe; au plus 0,1 % autres eléments; reste ~.
Avantageusement, la granulométrie des grains de ~k~
carbure dur enrobes est inférieure à 62 /um.
La proportion de poudre de carbure dur dans le melange avec la poudre metallique est, de preference, com-prise entre 40 et 80 %.
On a constate que, de manière surprenante, l'uti-lisation d'une poudre d'alliage à base de carbure de -tungs-tène fritte dont les grains son-t enrobes, notamment par du nickel, du fer ou du cobalt, dans les proportions et avec les granulometries particulières indiquees ci-dessus, permet d'eviter la sedimentation des particules de carbure dur lors de l'application du revetement et empeche prati-quement toute formation de composes du type M6C. En outre, une eventuelle structure aciculaire de la phase à base de carbure de tungstène, obtenue par fusion,permet d'augmenter la tenacite de la couche et, ainsi, d'ameliorer sa resis-tance aux impacts et aux chocs.
De preference, on effectue l'enrobage des grains par l'un des procedes connus, chimiques, electrochimiques, par CVD (depot par reaction chimique en phase vapeur), PVD (depot par processus physique a partir de la phase vapeur), par agglomeration ou par agglomeration avec frit-tage ulterieur.
Les exemples qui suivent illustrent quelques cas particuliers de mise en oeuvre et d'utilisation du materiau selon l'invention, etant bien entendu que ceux-ci peuvent etre varies à volonte tout en restant dans le cadre des revendications.
Exemple 1 On prepare par fusion, dans un four à induction, un all:iage, à base de carbure de tungstène, ayant la com-positlon suivante : 4,0 % C; 0,3 % Fe, res-te W, puis on le concasse dans un broyeur à marteaux et on -tamise le produit resultan-t du concassage de facon à obtenir une poudre de granulome-trie :inferieure à 75 ~ . Après tamissage, on enrobe, par voie elec-trochimique, les particules de carbure dur par un revetement de 10 % de nickel.
9~
On mélange ensuite la poudre de carbure dur ainsi obtenue, en proportion 60 %/ 40%, avec un alliage ayant la composition : 0,2 % C; 3,0 % Si; 1,5 % B; 4,5 % Cr; 1~0 %
Fe, reste Ni. On projette ce melange de poudres sur une piece de machine, au moyen d'un pistolet de projection, puis on refond la couche ainsi obtenue. Lors de l'usinage ul-terieur de la pièce, par meulage et polissage, ainsi que lors de son utilisation dans la machine, on n'a constate aucun phenomène d'arrachement des constituants durs du revêtement. L'examen au microscope n'a pas revele la pre-sence de phase intermétallique cassante dans la zone de transition entre la matrice metallique formee et les par-ticules d'alliage à base de carbure de tungstène obtenupar-~sion.
La duree de vie de la pièce de machine ainsi revêtue a ete triplee par rapport à celle d'une piece identique munie d'un revêtement de type habituel.
Exemple 2 On concasse, dans un broyeur a billes, un alliage a base de carbure de tungstène,obtenu par fusion, dans un -four a induction, et dont la composition est la suivante :
5,5 % C; 2,8 % Fe; 1,0 % V, reste W. Apres quoi, on enrobe les particules d'alliage, par agglomeration en u-tilisant un stearate, d'une couche de poudre de cobalt correspondant à 20 % du poids de cet alliage. On elimine ensuite le s-t~arate, par evaporation dans un four, et on fritte la poudre de carbure dur a une temperature de 1300 - 1400C, sous atmosphere reductrice. Apres quoi, on tamise la poudre ainsi obtenue, de manière a amener sa granulometrie au des-sous de 45 um, et on la mélange avec un alliage ayant la 30 composi-tion : 1,0 % C; 25,0 % Cr; 15,0 % Ni; 5,0 % Mo;
reste Co, dans la propor-tion 30 % de poudre de metal dur pour 70 % d'alliage metallique.
On utilise ce melange de poudres pour recouvrir une piece d'usure par pulverisation a la flamme avec refusion simultanee. Apres une longue periode d'utilisation de la piece dans des conditions dans lesquelles elle est soumise a des chocs et des coups, on n'a pas observé de fissuresou de creusures dans la piece. ~arexamen au microscope, on met en evidence une repartition homogene des particules de carbure dur dans la couche de revetement.
Exemple 3 On prepare par fusion, dans un four a arc, un all:iage a base de carbure de tungstene, ayant la composi-tion suivante : 3,0 % C; 1,5 % Fe ; 1,0 % Mo; 0,5 % V;
0,2 % Nb; reste W, puis on concasse l'alliage ainsi obtenu, par un procede connu. On amene, par tamisage, la poudre resultant du concassage a une granulometrie inferieure a 63 ~um, puis on la recouvre de 2 % de nickel, par CVD.
On melange la poudre de carbure dur ainsi obtenue avec une poudre d'alliage metallique auto-decapant, ayan-t la composition : 1,0 % C; 17,0 % Cr; 3~1 % B; 4,2 % Si;
5,0 % Fe; reste Ni, dans la proportion ~0 % de poudre de carbure dur pour 20 % d'alliage auto-decapant.
On applique ce melange, au moyen d'un dispositif de projection a plasma, sur une pale de ventilateur, de maniere à former un revêtement ayant une epaisseur de 1,0 mm, puis on refond ce revêtement au four sous atmosphere de gaz protecteur. Apres usinage, la couche ainsi ob-tenue ne presente ni creusures ni fissures. On n'a pas observe, meme au bout d'une longue periode d'utilisation, des defauts attrlbuables à la formation d'une phase fragile~
Claims (7)
1. Matériau de revêtement pulvérulent pour le revê-tement de pièces par voie thermique, contenant un mélange mécanique de poudre métallique et de poudre de carbure dur, caractérisé par le fait que la poudre métallique consiste en un alliage auto-décapant à base de Ni, Fe ou Co et que le carbure dur consiste en un alliage, obtenu par fusion, à base de carbure de tungstène, cet alliage renfermant, en pourcentage pondéral, 3 à 7 % C, 0 à 3 % Fe et au plus 2 %
d'autres éléments d'alliage, le reste étant constitué par le tungstène, les grains de carbure dur présentant un enrobage en un métel ayant un point de fusion plus élevé
que celui dudit alliage auto-décapant, la granulométrie de ces grains de carbure dur enrobés étant inférieure à 75 µm et la proportion de poudre de carbure dur en mélange avec la poudre métallique étant comprise entre 10 et 95 pourcent en poids.
d'autres éléments d'alliage, le reste étant constitué par le tungstène, les grains de carbure dur présentant un enrobage en un métel ayant un point de fusion plus élevé
que celui dudit alliage auto-décapant, la granulométrie de ces grains de carbure dur enrobés étant inférieure à 75 µm et la proportion de poudre de carbure dur en mélange avec la poudre métallique étant comprise entre 10 et 95 pourcent en poids.
2. Matériau selon la revendication 1, caractérisé
par le fait que l'alliage auto-décapant a la composition pondérale : 0,2 - 18 % Cr; 1,5 - 4,5 % B; 1,0 - 4,5 % Si;
0,1 - 1,5 % C; 02, - 20 % Fe; reste Ni.
par le fait que l'alliage auto-décapant a la composition pondérale : 0,2 - 18 % Cr; 1,5 - 4,5 % B; 1,0 - 4,5 % Si;
0,1 - 1,5 % C; 02, - 20 % Fe; reste Ni.
3. Matériau selon la revendication 1, caractérisé
par la fait que l'alliage auto-décapant a la composition pondérale : 10 - 35 % Cr; 0,2 - 30 % Ni; 0,05 - 1,5 % C;
0 - 1,5 % W; 0 - 10 % Mo; reste Co.
par la fait que l'alliage auto-décapant a la composition pondérale : 10 - 35 % Cr; 0,2 - 30 % Ni; 0,05 - 1,5 % C;
0 - 1,5 % W; 0 - 10 % Mo; reste Co.
4. Matériau selon la revendication 1, caractérisé
par le fait que l'enrobage des grains de carbure dur est constitué par une quantité, correspondant à 2 à 20 % en poids, par rapport à la poudre de carbure dur, de Ni, Fe ou Co.
par le fait que l'enrobage des grains de carbure dur est constitué par une quantité, correspondant à 2 à 20 % en poids, par rapport à la poudre de carbure dur, de Ni, Fe ou Co.
5. Matériau selon la revendication 1, caractérisé
par le fait que l'alliage à base de carbure de tungstène fritté a la composition pondérale : 3,5 - 5,5 % C; au plus 0,2 % Fe; au plus 0,1 % autres éléments; reste W.
par le fait que l'alliage à base de carbure de tungstène fritté a la composition pondérale : 3,5 - 5,5 % C; au plus 0,2 % Fe; au plus 0,1 % autres éléments; reste W.
6. Matériau selon la revendication 1, caractérisé
par le fait que la granulométrie des grains de carbure dur enrobés est inférieure à 62 µm.
par le fait que la granulométrie des grains de carbure dur enrobés est inférieure à 62 µm.
7. Matériau selon la revendication 1, caractérisé
par le fait que la proportion de poudre de carbure dur dans le mélange avec la poudre métallique est comprise entre 40 et 80 %.
par le fait que la proportion de poudre de carbure dur dans le mélange avec la poudre métallique est comprise entre 40 et 80 %.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH9000/80A CH647818A5 (de) | 1980-12-05 | 1980-12-05 | Pulverfoermiger beschichtungswerkstoff zum thermischen beschichten von werkstuecken. |
| CH9000/80 | 1980-12-05 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA1200992A true CA1200992A (fr) | 1986-02-25 |
Family
ID=4347228
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA000391222A Expired CA1200992A (fr) | 1980-12-05 | 1981-11-30 | Materiau de revetement pour l'application de couches de revetement resistant a l'abrasion et aux chocs sur la surface de pieces |
Country Status (9)
| Country | Link |
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| AU (1) | AU8001182A (fr) |
| CA (1) | CA1200992A (fr) |
| CH (1) | CH647818A5 (fr) |
| DE (2) | DE3152549C2 (fr) |
| FR (1) | FR2495626A1 (fr) |
| GB (1) | GB2104101B (fr) |
| SE (1) | SE451681B (fr) |
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Families Citing this family (32)
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| JPS61186465A (ja) * | 1984-09-08 | 1986-08-20 | Awamura Kinzoku Kogyo Kk | 溶射材料 |
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