JP2700241B2 - 酸化物系溶射材料 - Google Patents
酸化物系溶射材料Info
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Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、材料の表面に溶射されて材料の性能を向上
させる酸化物系溶射材料に関し、特に爆発溶射法で使用
するのに好適な酸化物系溶射材料に関する。 〔従来の技術〕 材料の耐熱性、耐食性や耐摩耗性を向上させる方法と
して材料の表面にこれらに優れた性能を有する材料を溶
射する方法が知られている。特に石炭焚ボイラの伝熱
管、バーナインペラ、ガスタービン部品は高温で使用さ
れ、更に腐食や摩耗も問題になることから、酸化物系又
は炭化物系のセラミックス系溶射材料が溶射されて用い
られる。その中でも熱に対しては、ジルコニアが有効で
あり、近年注目を集めている。 純粋なジルコニア（ZrO2）は、結晶が単斜晶正方晶
の変態を可逆的に行うため、加熱の際は約1200℃で収縮
をともなう吸熱反応を、冷却の際は約1000℃で膨脹をと
もなう発熱反応を生じ、割れが発生する恐れがあるの
で、通常はCaO、Y2O3、MgOを数％から10数％添加して焼
成し、結晶を立方晶として変態を抑制したものが用いら
れ、これを安定化ジルコニアと呼んでいる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 安定化ジルコニアを溶射する場合、プラズマ溶射法ま
たは爆発溶射法が用いられている。溶射で強固な被膜を
得るためには、溶射材料を溶融状態で被溶射面に付着さ
せる必要があるが、安定化ジルコニアは融点が2000℃以
上と高融点であるので、上記溶射法、特に爆発溶射法で
はガス温度が最高でも約3000℃程度で、かつガス流速が
マッハ２と高速であるため、溶射される安定化ジルコニ
アが高温に保持される時間が短く、すべての粒子が溶融
するのは困難で、一部の粒子は未溶融のままで被溶射面
に付着するようになる。その結果、溶射被膜中の安定化
ジルコニア粒子間の結合力が弱くなるとともに、被膜中
に多数の気孔が発生し、強固な被膜が得られないという
欠陥があった。これを改善する方法としては、安定化ジ
ルコニア粉末をサブミクロンに微細化して溶融しやすく
する方法があるが、この場合は粉末の流動性が悪くな
り、このため粉末輸送管内へ粉末が付着したり粉末ホッ
パーが目づまりするという問題がある。 本発明の課題は、爆発溶射法で安定化ジルコニア粒子
が溶射されるとき、凡ての粒子が周囲に溶融部を有する
状態で被溶射面に付着する安定化ジルコニア粒子を、粒
子をサブミクロンに微細化することなく、提供するにあ
る。 〔問題点を解決するための手段〕 上記課題は、CaO、Y2O3、MgOを含む10乃至40μｍの安
定化ジルコニアに、該安定化ジルコニアの融点よりも低
い融点を持つ、アルミナ、シリカ、チタニアからなる群
の内のいずれか一つ以上の混合酸化物である数ミクロン
以下の微粒子酸化物を１乃至10重量％の割合で添加結合
したことを特徴とする酸化物系溶射材料により達成され
る。 〔作用〕 安定化ジルコニアより低い融点をもつ微粒子酸化物
は、安定化ジルコニア粒子に結合されて強固に固着して
いる。周囲に前記微粒子酸化物を固着させた安定化ジル
コニア粉末が溶射されると、前記微粒子酸化物は融点が
低いため、溶射中完全に溶融した状態で被溶射面に付着
し、安定化ジルコニア粒子間を強固に結合する。 〔実施例〕 安定化ジルコニア粉末とアルミナ粉末を重量比で96:4
になるように混合し、お互いの粒子が強固に結合するよ
うに焼結させた後、ミルで粉砕して微細な粉末とした。
この微細粉末をバインダーを用いて噴霧乾燥法によって
造粒乾燥し、10〜40ミクロンの粒径の粉末を分級してと
りだし、これを本発明による溶射材料粉末とした。この
溶射材料粉末を下記の条件で爆発溶射法により鋼板表面
に溶射し、厚さ0.3mmの溶射被膜を形成した。 酸素流量 :70/min. アセチレン流量 :40/min. 溶射材料粉末供給量 :10mg/sec. 形成された溶射被膜について、断面のヴィッカース硬
度HV300（荷重300g）の測定及び断面気孔率の測定を行
った。比較材として、市販の安定化ジルコニア粉末（10
〜40μｍ）並びに市販の安定化ジルコニア粉末（10〜40
μｍ）と市販のアルミナ粉末（10〜40μｍ）を重量比で
96:4の割合で混合した粉末を使用して同様な溶射被膜を
形成し、同様な測定を行った。測定結果を表１に示す。 表 １ 溶射材 硬度HV300 気孔率％ 本発明による粉末 860 １ 市販粉末 650 ８ 市販混合粉末 700 ６ この結果から明らかなように、本発明による溶射材料
粉末を使用した溶射被膜は、従来の溶射材料粉末を使用
した場合に比べて硬度が高くて気孔率が低くち密で強固
である。硬度が高いため耐摩耗性が向上し、気孔率がひ
くいため腐食の原因となる粒子の被溶射面への侵入が少
ないので耐腐食性が向上し、気孔率がひくいため実質厚
みが厚くなり耐熱性が向上する。 本実施例による溶射材料粉末の構造は第１図に示すよ
うに、複数の安定化ジルコニア粒子１と、複数の微粒子
酸化物（アルミナ）粒子２が一体結合をなしている構造
である。アルミナを添加することにより、溶射される溶
射材料は、溶融状態か少くとも半溶融状態（低融点のア
ルミナが安定化ジルコニア粒子を覆うように溶融した状
態）で被溶射面に到達し、その結果第２図に示す如く、
形成された被膜５中で安定化ジルコニア層３はアルミナ
層４を介して強固に結合している。 安定化ジルコニアに添加する微粒子酸化物としては、
安定化ジルコニアよりも融点の低いアルミナ、シリカ、
チタニア等を単独又は複合して使用することができる
が、いずれも上記微粒子酸化物添加後の溶射材料の１〜
10重量％を占める割合であり、残りは安定化ジルコニア
から成る構成とする。 添加する微粒子酸化物の大きさは、溶射被膜中で安定
化ジルコニア粒子の間に均一に分布させる必要があるの
で安定化ジルコニア粒子よりも、かなり小さくする必要
がある。安定化ジルコニア粒子の大きさが数10ミクロン
である場合は、添加する微粒子酸化物の大きさは数ミク
ロン以下とするのが好適である。 微粒子酸化物の添加量は、あまり多くすると安定化ジ
ルコニアの特性である耐熱性が十分発揮されなくなり、
また少ないと安定化ジルコニア粒子間の結合力が不十分
となるので、安定化ジルコニアと微粒子酸化物の合計重
量の１〜10％とするのが好適である。又、本実施例にお
いては、安定化ジルコニア粒子と微粒子酸化物を焼結に
より強固に結合させたが、有機系バインダーを用いて結
合させることもできる。有機系バインダーとしては、ポ
リビニルアルコール、ポリエチレングリコール、エチル
セルロース等があり、溶射温度で完全に分解揮散するバ
インダーが好適である。 〔発明の効果〕 CaO、Y2O3、MgOを含む10乃至40μｍの安定化ジルコニ
アに、該安定化ジルコニアの融点よりも低い融点を持
つ、アルミナ、シリカ、チタニアからなる群の内のいず
れか一つ以上の混合酸化物である数ミクロン以下の微粒
子酸化物を１乃至10重量％の割合で添加結合させ、残り
を安定化ジルコニアとした溶射材料であるので、溶射材
料が爆発溶射法で溶射されるとき、溶融状態か少なくと
も微粒子酸化物が安定化ジルコニア粒子を覆うように溶
融した状態で溶射材料が被溶射面に到達して、断面硬度
が高く断面気孔率が小さい溶射被膜の形成が可能とな
り、被溶射面の耐熱性、耐摩耗性、耐食性を向上させ、
製品の寿命を延長する効果がある。
させる酸化物系溶射材料に関し、特に爆発溶射法で使用
するのに好適な酸化物系溶射材料に関する。 〔従来の技術〕 材料の耐熱性、耐食性や耐摩耗性を向上させる方法と
して材料の表面にこれらに優れた性能を有する材料を溶
射する方法が知られている。特に石炭焚ボイラの伝熱
管、バーナインペラ、ガスタービン部品は高温で使用さ
れ、更に腐食や摩耗も問題になることから、酸化物系又
は炭化物系のセラミックス系溶射材料が溶射されて用い
られる。その中でも熱に対しては、ジルコニアが有効で
あり、近年注目を集めている。 純粋なジルコニア（ZrO2）は、結晶が単斜晶正方晶
の変態を可逆的に行うため、加熱の際は約1200℃で収縮
をともなう吸熱反応を、冷却の際は約1000℃で膨脹をと
もなう発熱反応を生じ、割れが発生する恐れがあるの
で、通常はCaO、Y2O3、MgOを数％から10数％添加して焼
成し、結晶を立方晶として変態を抑制したものが用いら
れ、これを安定化ジルコニアと呼んでいる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 安定化ジルコニアを溶射する場合、プラズマ溶射法ま
たは爆発溶射法が用いられている。溶射で強固な被膜を
得るためには、溶射材料を溶融状態で被溶射面に付着さ
せる必要があるが、安定化ジルコニアは融点が2000℃以
上と高融点であるので、上記溶射法、特に爆発溶射法で
はガス温度が最高でも約3000℃程度で、かつガス流速が
マッハ２と高速であるため、溶射される安定化ジルコニ
アが高温に保持される時間が短く、すべての粒子が溶融
するのは困難で、一部の粒子は未溶融のままで被溶射面
に付着するようになる。その結果、溶射被膜中の安定化
ジルコニア粒子間の結合力が弱くなるとともに、被膜中
に多数の気孔が発生し、強固な被膜が得られないという
欠陥があった。これを改善する方法としては、安定化ジ
ルコニア粉末をサブミクロンに微細化して溶融しやすく
する方法があるが、この場合は粉末の流動性が悪くな
り、このため粉末輸送管内へ粉末が付着したり粉末ホッ
パーが目づまりするという問題がある。 本発明の課題は、爆発溶射法で安定化ジルコニア粒子
が溶射されるとき、凡ての粒子が周囲に溶融部を有する
状態で被溶射面に付着する安定化ジルコニア粒子を、粒
子をサブミクロンに微細化することなく、提供するにあ
る。 〔問題点を解決するための手段〕 上記課題は、CaO、Y2O3、MgOを含む10乃至40μｍの安
定化ジルコニアに、該安定化ジルコニアの融点よりも低
い融点を持つ、アルミナ、シリカ、チタニアからなる群
の内のいずれか一つ以上の混合酸化物である数ミクロン
以下の微粒子酸化物を１乃至10重量％の割合で添加結合
したことを特徴とする酸化物系溶射材料により達成され
る。 〔作用〕 安定化ジルコニアより低い融点をもつ微粒子酸化物
は、安定化ジルコニア粒子に結合されて強固に固着して
いる。周囲に前記微粒子酸化物を固着させた安定化ジル
コニア粉末が溶射されると、前記微粒子酸化物は融点が
低いため、溶射中完全に溶融した状態で被溶射面に付着
し、安定化ジルコニア粒子間を強固に結合する。 〔実施例〕 安定化ジルコニア粉末とアルミナ粉末を重量比で96:4
になるように混合し、お互いの粒子が強固に結合するよ
うに焼結させた後、ミルで粉砕して微細な粉末とした。
この微細粉末をバインダーを用いて噴霧乾燥法によって
造粒乾燥し、10〜40ミクロンの粒径の粉末を分級してと
りだし、これを本発明による溶射材料粉末とした。この
溶射材料粉末を下記の条件で爆発溶射法により鋼板表面
に溶射し、厚さ0.3mmの溶射被膜を形成した。 酸素流量 :70/min. アセチレン流量 :40/min. 溶射材料粉末供給量 :10mg/sec. 形成された溶射被膜について、断面のヴィッカース硬
度HV300（荷重300g）の測定及び断面気孔率の測定を行
った。比較材として、市販の安定化ジルコニア粉末（10
〜40μｍ）並びに市販の安定化ジルコニア粉末（10〜40
μｍ）と市販のアルミナ粉末（10〜40μｍ）を重量比で
96:4の割合で混合した粉末を使用して同様な溶射被膜を
形成し、同様な測定を行った。測定結果を表１に示す。 表 １ 溶射材 硬度HV300 気孔率％ 本発明による粉末 860 １ 市販粉末 650 ８ 市販混合粉末 700 ６ この結果から明らかなように、本発明による溶射材料
粉末を使用した溶射被膜は、従来の溶射材料粉末を使用
した場合に比べて硬度が高くて気孔率が低くち密で強固
である。硬度が高いため耐摩耗性が向上し、気孔率がひ
くいため腐食の原因となる粒子の被溶射面への侵入が少
ないので耐腐食性が向上し、気孔率がひくいため実質厚
みが厚くなり耐熱性が向上する。 本実施例による溶射材料粉末の構造は第１図に示すよ
うに、複数の安定化ジルコニア粒子１と、複数の微粒子
酸化物（アルミナ）粒子２が一体結合をなしている構造
である。アルミナを添加することにより、溶射される溶
射材料は、溶融状態か少くとも半溶融状態（低融点のア
ルミナが安定化ジルコニア粒子を覆うように溶融した状
態）で被溶射面に到達し、その結果第２図に示す如く、
形成された被膜５中で安定化ジルコニア層３はアルミナ
層４を介して強固に結合している。 安定化ジルコニアに添加する微粒子酸化物としては、
安定化ジルコニアよりも融点の低いアルミナ、シリカ、
チタニア等を単独又は複合して使用することができる
が、いずれも上記微粒子酸化物添加後の溶射材料の１〜
10重量％を占める割合であり、残りは安定化ジルコニア
から成る構成とする。 添加する微粒子酸化物の大きさは、溶射被膜中で安定
化ジルコニア粒子の間に均一に分布させる必要があるの
で安定化ジルコニア粒子よりも、かなり小さくする必要
がある。安定化ジルコニア粒子の大きさが数10ミクロン
である場合は、添加する微粒子酸化物の大きさは数ミク
ロン以下とするのが好適である。 微粒子酸化物の添加量は、あまり多くすると安定化ジ
ルコニアの特性である耐熱性が十分発揮されなくなり、
また少ないと安定化ジルコニア粒子間の結合力が不十分
となるので、安定化ジルコニアと微粒子酸化物の合計重
量の１〜10％とするのが好適である。又、本実施例にお
いては、安定化ジルコニア粒子と微粒子酸化物を焼結に
より強固に結合させたが、有機系バインダーを用いて結
合させることもできる。有機系バインダーとしては、ポ
リビニルアルコール、ポリエチレングリコール、エチル
セルロース等があり、溶射温度で完全に分解揮散するバ
インダーが好適である。 〔発明の効果〕 CaO、Y2O3、MgOを含む10乃至40μｍの安定化ジルコニ
アに、該安定化ジルコニアの融点よりも低い融点を持
つ、アルミナ、シリカ、チタニアからなる群の内のいず
れか一つ以上の混合酸化物である数ミクロン以下の微粒
子酸化物を１乃至10重量％の割合で添加結合させ、残り
を安定化ジルコニアとした溶射材料であるので、溶射材
料が爆発溶射法で溶射されるとき、溶融状態か少なくと
も微粒子酸化物が安定化ジルコニア粒子を覆うように溶
融した状態で溶射材料が被溶射面に到達して、断面硬度
が高く断面気孔率が小さい溶射被膜の形成が可能とな
り、被溶射面の耐熱性、耐摩耗性、耐食性を向上させ、
製品の寿命を延長する効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による溶射材粉末の構造の説明図であ
り、第２図は本発明による溶射材を用いて形成した溶射
被膜の断面組織の説明図である。 １……安定化ジルコニア、２……微粒子酸化物、 ７……酸化物系溶射材料。
り、第２図は本発明による溶射材を用いて形成した溶射
被膜の断面組織の説明図である。 １……安定化ジルコニア、２……微粒子酸化物、 ７……酸化物系溶射材料。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 木村 征二
呉市宝町３番36号 バブコツク日立株式
会社呉研究所内
(56)参考文献 特開 昭61−136665（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−142789（ＪＰ，Ａ)
特開 昭55−152103（ＪＰ，Ａ)
特開 昭47−13616（ＪＰ，Ａ)
特開 昭56−152959（ＪＰ，Ａ)
特開 昭56−108522（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−64766（ＪＰ，Ａ)
特公 昭49−46460（ＪＰ，Ｂ１)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．CaO、Y2O3、MgOを含む10乃至40μｍの安定化ジルコ
ニアに、該安定化ジルコニアの融点よりも低い融点を持
つ、アルミナ、シリカ、チタニアからなる群の内のいず
れか一つ以上の混合酸化物である数ミクロン以下の微粒
子酸化物を１乃至10重量％の割合で添加結合したことを
特徴とする酸化物系溶射材料。 ２．安定化ジルコニアと微粒子酸化物の結合が、焼結に
よってなされることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の酸化物系溶射材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62073532A JP2700241B2 (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | 酸化物系溶射材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62073532A JP2700241B2 (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | 酸化物系溶射材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63241152A JPS63241152A (ja) | 1988-10-06 |
| JP2700241B2 true JP2700241B2 (ja) | 1998-01-19 |
Family
ID=13520935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62073532A Expired - Lifetime JP2700241B2 (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | 酸化物系溶射材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2700241B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5993976A (en) * | 1997-11-18 | 1999-11-30 | Sermatech International Inc. | Strain tolerant ceramic coating |
| US8017230B2 (en) | 2005-10-31 | 2011-09-13 | Praxair S.T. Technology, Inc. | Ceramic powders and thermal barrier coatings made therefrom |
| JP6908973B2 (ja) * | 2016-06-08 | 2021-07-28 | 三菱重工業株式会社 | 遮熱コーティング、タービン部材、ガスタービン、ならびに遮熱コーティングの製造方法 |
| JP7393166B2 (ja) * | 2019-09-19 | 2023-12-06 | 株式会社フジミインコーポレーテッド | 溶射用粉末、溶射用スラリー及び遮熱性コーティングの製造方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4946460A (ja) * | 1972-09-05 | 1974-05-04 | ||
| JPS4946526A (ja) * | 1972-09-11 | 1974-05-04 | ||
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-
1987
- 1987-03-27 JP JP62073532A patent/JP2700241B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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