JPH026097A - 耐摩耗肉盛層 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ボールミルのライナ、サンドポンプのインペ
ラやライナ、その他の耐摩耗性を必要とする部材の表面
を被覆保８Ｗするための肉盛層に関する。

〔従来の技術〕

ボールミルのライナ、サンドポンプのインペラおよびラ
イナ、あるいは汚泥造粒機のパドルおよびライナ等の部
材として、従来より高速度ｇ（ＪＩＳＧ　４４０３等）
や、ステライト合金（Ｃｏ−Ｃｒ　−Ｗ系）が使用され
てきた。これらの合金材料は、金属マトリックス内に析
出した炭化物粒子等の分散強化作用による高い硬度と摩
耗抵抗性を有している。また、これらの金属材料に代え
て、金属とセラミックの混合粉末を肉盛材料とし、溶接
肉盛法により、部材の表面に、金属マトリックスと分散
相粒子としてのセラミック粒子からなる複合組織を有す
る肉盛層を形成して部材表面を摩耗から保護することも
行われている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、ボールミル、サンドポンプ、汚泥造粒機等の
ように、粗大な粉粒物（粒径：数分の１ｍｍ〜数ｍｍ）
の激しい衝突を繰り返し受ける使用環境における前記硬
質合金や肉盛層の耐摩耗性は必ずしも十分でなく、部材
の耐用寿命は不安定である。その部材の表面を観察する
と、マトリックス金属中の分散相粒子である析出炭化物
粒子やセラミック粒子が脱落して生じた微細な凹みが表
面に多数存在している。すなわち、上記使用環境では、
部材表面に衝突する粗大な粉粒物の衝撃により、部材表
面から分散相粒子の脱落・欠は落ちが生し、結果として
部材表皮層は分散相粒子による耐摩耗効果を失ない、粉
粒物の衝突による表面損傷が加速されるものと考えられ
る。

本発明は、上記に鑑み、粉粒体の激しい衝突をうける使
用環境での部材表面を摩耗損傷から効果的に保護するた
めの改良された肉盛層を提供するものである。

〔課題を解決するための手段および作用〕本発明の部材
表面保護のための肉盛層は、マトリックス金属中に、３
０〜８０重■％を占める粒径２００μｍ以下のセラミッ
ク粒子、および１０〜６０重量％を占める粒径０．５〜
５　ｍｍの超硬合金ボールが均一に混在した複合組織を
有することを特徴としている。

第１図は本発明に係る肉盛層の複合組織を模式的に示し
ている。（２１）はマトリックス金属、（２２）は分散
相粒子として混在するセラミック粒子、（２３）は超硬
合金ボールである。（１０）は、肉盛層（２０）により
被覆保護されている母材である。この複合肉盛層（２０
）は後記のように粉体プラズマ溶接法等により形成され
る。

金属マトリックス内に分散相粒子として混在するセラミ
ンク粒子は、炭化物系、酸化物系、硼化物系、窒化物系
等であってよいが、このうちＳｉＣ，ＷＣ，、Ｔｉ　Ｃ
，ＮｂＣ，ＣｒＣ等の炭化物系セラミック粒子は、極め
て硬質の粒子であること、耐熱性が高く粉体プラズマ溶
接による肉盛施工時の熱的安定性にすぐれていること、
またマトリックス金属とのなじみも良好であることを等
の点で好適な分散相粒子である。

上記セラミック粒子の粒径を２００μｍ以下としたのは
、分散強化粒子としての機能を確保するためである。ま
た、肉盛層の複合組織中に占める該粒子の割合を３０重
量％以上としたのは、それより少ない量では分散強化作
用が不足し、十分な耐摩耗性を得ることができないから
であり、８０重景％を上限としたのは、それをこえると
、７１−リックス金属の占める相対的割合の不足と、そ
れに伴うセラミック粒子の分布の偏り等により、肉盛層
の不均質化、靭性低下等が生じるからである。

一方、超硬合金ボールは、炭化タングステン（ＷＣまた
は／およびＷ２Ｃ）粒子と結合金属とからなる焼結体で
ある。その結合金属は、Ｃｏ。

Ｃｒ、Ｎｉ、Ｗ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ａｎ、Ｃｕ、Ａｇ。

ＭＯ等の金属、またはそれらの合金、例えばＣ。

−５０％ＮｉＸＣｏ−１０％Ｎｉ−２％Ｃｒ−１％Ｖ等
である。また、その超硬合金ボールの硬度を十分ならし
めるために、焼結体中に占める炭化タングステン粒子の
占める割合は７０重量％以上であることが好ましい。

上記超硬合金ボールの粒径を、０．５〜５　ｍｍと規定
したのは、０．５胴より小さい球体では、該ボールを混
在させたことによる耐摩耗性向上効果、特に分散相粒子
である微細セラミック粒子の脱落・欠は落ち防止機能が
得られず、他方５柵を越える粗大球体では、肉盛層内へ
の均一な分散が困難となり、結果として超硬合金ボール
の混在効果が得られなくなるからである。

また、超硬合金ボールの肉盛層中に占める割合を１０重
景％以上としたのは、それより少ないと、混在効果が不
足するからであり、６０重蛋％を上限としたのは、それ
をこえて多量に添加すると、マトリックス金属とセラミ
ック粒子量の相対的減少により肉盛層としての機能が低
下することとなるからである。

なお、超硬合金ボールとしては、例えばボールミルの粉
砕用ボールとして市販されている球状物の中から適宜の
粒径を有するものをそのまま使用することも可能である
。また、その球形状は必ずしも真球体である必要はなく
、若干の変形、凹凸を有するものであっても全く構わな
い。

７トリンクス金属は、肉盛施工の対象となる部材の用途
・使用条件等に応じて適宜選択されるが、強度、耐摩耗
性、耐食性、およびセラミック粒子や超硬合金ボールと
のなじみ（濡れ性）等の点から、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃ
ｒを主成分とする合金が好ましく、その具体例として、 Ｃｒ：１０〜４０％、残部Ｃｏ、またはそのＣｏの一部
が、Ｎ　ｉ　：１０〜３０％、Ｆｅ：４０％以下、Ｎｂ
：５％以下、Ｍｏ：１０％以下、ＡＰ＝１０％以下、Ｗ
：１０％以下、Ｍｎ：１０％以下から選ばれる１種ない
しは２種以上の元素で置換されているＣＯ基合金、Ｃｒ
：１０〜３０％、ＭＯ＝５〜２０％、残部実質的にＮｉ
、またはそのＮｉの一部が、Ｃｏ：３０％以下、Ｎｂ：
５％以下、Ａｌ二１０％以下、Ｗ：１０％以下、Ｙ：５
％以下から選ばれる１種ないしは２種以上の元素で置換
されているＮｉ基合金、Ｃ：１．５％以下、Ｓｉ：２％
以下、Ｍｎ：１０％以下、Ｃｒ：１３〜４０％、Ｎｉ：
５〜３０％、残部実質的にＦｅ、またはそのＦｅの一部
がＭｏ：１０％以下、Ｎｂ：５％以下、Ａｆｆ：１０％
以下、Ｗ：１０％以下、Ｙ：５％以下、Ｓｅ：５％以下
から選ばれる１種ないしは２種以上の元素で置換されて
いる合金鋼（例えばＳＯ５３０４，５ＩＪＳ　３１０な
ど）が挙げられる。

本発明の複合肉盛層の形成は、代表的には粉体プラズマ
溶接法により行われる。その溶接肉盛は、母材表面に形
成される溶融プールに超硬合金ボールを散布混入させる
点を除いて通常の溶接施工要領に従って行えばよい。第
２図にその例を示す。

（１）は粉体プラズマ溶接トーチ、（２）は超硬合金ボ
ール供給口である。溶接トーチ（１）によるプラズマ炎
（３）に、金属粉末とセラミックわ）末を供給し、その
金属粉末を溶融することにより母材（１０）面に溶融プ
ール（溶融金属中にセラミック粒子が分散混在した固液
混合プール）（４）を形成せしめ、これに超硬合金ボー
ル（２３）を散布し溶融プール内に混入分散させる。溶
接トーチ（１）を所定速度で移動させながら、上記操作
を行うことにより母材表面を被覆する肉盛ビード（２０
）を形成し、必要に応じ、肉盛ビードを積層形成（多層
盛り）することにより所定層厚（例えば、２〜１０　ａ
ｎ　）を有する複合肉盛層を得る。

〔実施例〕

金属粉末とセラミック粉末の混合粉末、および超硬合金
ボールを肉盛材料とし、第２図に示すように、粉体プラ
ズマ溶接法により、溶接トーチ（１）を一定速度で移動
させながら、母材（炭素鋼板状部材）　（１０）の表面
に溶融プール（セラミック粒子が分散混入している溶融
金属プール）（４）を形成するとともに、これに超硬合
金ボール（２３）を散布混入することにより肉盛ビード
（２０）を形成する。

肉盛ビード（２０）を１層盛りして層厚約７　ｍｍの肉
盛層を形成した。この肉盛層をＡとする。

（１）肉盛層成分構成 ａ：マトリソクス金属 Ｓ［ＩＳ　３０４相当合金（１８％Ｃｒ−８％Ｎ１−Ｆ
ｅ）ｂ：セラミック粒子 材質：ＳｉＣ 平均粒径：５μｍ 混合割合：３０重量％ Ｃ：超硬合金ボール 材質：９０％Ｗ（、−１０％ＣＯ焼結体粒径：１〜３ｎ
＋ｍ（平均粒径：２ｍｍ）混合割合：４０重量％ （ＩＩ）溶接条件 溶接電流・電圧：４０ＯＡ・５０Ｖ 作動ガス：Ａｒガス 溶接トーチ移行速度：８０ｍｍ／分 母材予熱温度：６００°Ｃ 比較材として、超硬合金ボールの添加を省略した点以外
は上記と同一の溶接条件により、複合肉盛層を形成した
。これをＢとする。更に、他の比較材として高速度鋼板
部材を阜備した。これをＣとする。

〔■〕耐摩耗試験 上記各供試材Ａ、ＢおよびＣについて、粉粒物吹付は摩
耗試験を行って、下記の結果を得た。

ａ：試験条件 吹付媒体：平均粒径０．４　ｍｍのアルミナ粒子吹付圧
カニ　３　ｋｇ　／　ａｄ 吹付は角度：３０゜ 吹付媒体量：２ｋｇ 摩耗量（ｍｇ　）　　　　表面状態 供試材Ａ　　　　　　１５　　　　　　　　平滑（発明
例） 供試材Ｂ　　　　　　７０　　　　　　　凹凸粗面（比
較例） 供Ｊ工（材Ｃ２００凹凸粗面 （比較例） 〔発明の効果］ 本発明の複合肉盛層は、粗大粒子の激しい衝突をうける
使用環境においても、従来の硬質合金や肉盛材を凌ぐ安
定した摩耗抵抗性を発揮する。従って、ボールミル、サ
ンドポンプ、汚泥造粒機をはじめ、粒子（ｊｉ突の激し
い環境に使用される部材の表面保護層として好適であり
、部材の安定性の向上、耐用寿命の改善に大きな効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の肉盛層の複合組織を模式的に示す断面
図、第２図は肉盛溶接施工の模式的説明図である。 １：溶接ｌ・−チ、２：超硬合金ボール供給Ｉ］、４：
’ｔ８融プール、２０：肉盛層、２１：マトリックス金
属、２２：セラミ・り粒子、２３：超硬合金ボール。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、金属マトリックスに、３０〜８０重量％を占める粒
   径２００μｍ以下のセラミック粒子、および１０〜６０
   重量％を占める粒径０．５〜５ｍｍの超硬合金ボールが
   均一に混在した複合組織を有する耐摩耗肉盛層。