JPH0266151A - Composite thermal spray material and its manufacturing method - Google Patents

Composite thermal spray material and its manufacturing method

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JPH0266151A
JPH0266151A JP63215093A JP21509388A JPH0266151A JP H0266151 A JPH0266151 A JP H0266151A JP 63215093 A JP63215093 A JP 63215093A JP 21509388 A JP21509388 A JP 21509388A JP H0266151 A JPH0266151 A JP H0266151A
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JP
Japan
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slurry
sol
weight
coating
zirconium
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JP63215093A
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Japanese (ja)
Inventor
Yusaku Shimoda
下田 有作
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Idemitsu Kosan Co Ltd
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Idemitsu Kosan Co Ltd
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  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

PURPOSE:To produce the compounded thermally spraying material which is uniform and amorphous and forms a film having excellent wear resistance, corrosion resistance, etc., by spray drying a slurry contg. alumina sol, silica sol and zirconium compd., then calcining the slurry. CONSTITUTION:Water or org. solvent such as alcohol is mixed with the soln. of the alumina sol, silica sol and zirconium compd. such as ZrCl4 or a mixture of a prescribed compsn. composed of zirconium oxide sol to prepare the slurry. This slurry is spray dried by about 70 to 500 deg.C hot air. The resultant spray dried material is calcined at about 250 to 600 deg.C in an oxidative atmosphere to remove the anions, etc., contained therein. The compounded thermally spraying material contained therein. The compounded thermally spraying material consisting of 45 to 70wt.% Al2O3, 1 to 50% SiO2, and 5 to 50% ZrOx (0<x<=2) is obtd. in this way. This thermally spraying material is the amorphous material uniformly compounded with the components and is easily meltable to form the film having the excellent characteristics such as wear resistance and corrosion resistance.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複合化溶射材料及びその製造方法に関し、詳
しくはアルミナ、シリカ及び酸化ジルコニウムを特定割
合で配合してなる複合化溶射材料及びその溶射材料の効
率のよい製造方法間する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a composite thermal spray material and a method for producing the same, and more specifically to a composite thermal spray material containing alumina, silica, and zirconium oxide in specific proportions, and the composite thermal spray material. An efficient method for producing thermal spray materials.

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕一般に
、溶射は、金属又はセラミックスを溶融し、これを圧縮
空気又は圧縮不活性ガスの力で被溶射体に吹き付け、被
溶射体表面に金属又はセラミックス被膜を形成する方法
である。したがって、セラミックス等を溶射材料として
用いると、高硬度、高耐摩耗性、高耐熱性、高強度性、
高耐腐蝕性などを有する優れた被膜を形成することがで
き、構造材料として利用することができる。
[Prior art and problems to be solved by the invention] In general, thermal spraying involves melting metal or ceramics and spraying it onto the object to be thermally sprayed using the force of compressed air or compressed inert gas. This is a method of forming a ceramic coating. Therefore, when ceramics or the like is used as a thermal spraying material, it has high hardness, high wear resistance, high heat resistance, high strength,
It can form an excellent coating with high corrosion resistance and can be used as a structural material.

しかし、セラミックスは、高融点であるため、粉末が溶
融しにくく、そのため気孔が多くなったり、未溶融物質
が混入しやすいため、かえって、耐腐蝕性が低くなるこ
とも多い。また、熱膨張率が一般の金属よりも低いため
、熱応力で金属基板とセラミックス被膜が破断する場合
が多いのが実状である。
However, since ceramics have a high melting point, the powder is difficult to melt, resulting in a large number of pores and easy mixing of unmelted substances, which often results in lower corrosion resistance. Furthermore, since the coefficient of thermal expansion is lower than that of ordinary metals, the actual situation is that the metal substrate and the ceramic coating often break due to thermal stress.

これまでに、セラミックス系の溶射材料がいくつか開発
されている。例えば、特公昭62−41310号公報に
は、50〜99重景%の重量以上の基本酸化物(特にA
ftoy、MgO,Cab。
To date, several ceramic-based thermal spray materials have been developed. For example, in Japanese Patent Publication No. 62-41310, basic oxides (especially A
ftoy, MgO, Cab.

B a O、Cr z O3、T i O2、Z r 
Oz )と1〜50重量%のSiO□などのガラス形成
酸化物を、別々に又は事前に混合した後、プラズマ流の
中に導き、このプラズマ流により部分的に又は完全に溶
融した粒子を、例えば水又は空気の膜に通し、生成する
凝集体を回収してこれを粉末化し、溶射材料として利用
することが記載されている。この粉末を溶射することに
よって形成された被膜は、高耐火性、金属又は非金属溶
融物による侵蝕に対する耐性(耐侵蝕性)、耐摩耗性、
耐熱衝撃性を有し、気孔のない被膜を得ることができる
と記載されている。しかし、この方法で溶射材料を製造
すると、プラズマ発生のため多(の電力を消費しなけれ
ばならず、非経済的である。また、原料として、結晶性
の酸化物粉末を使用しているため、得られる溶射材料も
結晶質である。そのため、溶融温度が高く、溶射熱に大
きな熱エネルギーを必要とするなどの問題がある。
B a O, Cr z O3, T i O2, Z r
(Oz) and 1 to 50% by weight of a glass-forming oxide, such as SiO For example, it is described that the agglomerate is passed through a membrane of water or air, and the resulting agglomerates are recovered and powdered for use as a thermal spray material. The coating formed by spraying this powder has high fire resistance, resistance to attack by metal or non-metallic melts (erosion resistance), wear resistance,
It is stated that it is possible to obtain a film that has thermal shock resistance and is free of pores. However, producing thermal spray materials using this method requires the consumption of a large amount of electricity to generate plasma, making it uneconomical.Also, since it uses crystalline oxide powder as a raw material, The thermal spraying material obtained is also crystalline.Therefore, there are problems such as a high melting temperature and a large amount of thermal energy required for thermal spraying.

そこで、本発明者らは、成分が均一に複合し、耐摩耗性
、耐腐蝕性などの特性において優れた被膜を形成しうる
非晶質の複合化溶射材料を開発し、さらにその効率のよ
い製造方法を開発すべく、鋭意研究を重ねた。
Therefore, the present inventors have developed an amorphous composite thermal spray material in which the components are uniformly composited and can form a coating with excellent properties such as wear resistance and corrosion resistance. We conducted extensive research to develop a manufacturing method.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

その結果、酸化ジルコニウム及びアルミナは、それぞれ
高温耐腐蝕性及び高耐摩耗性を有するが、単一の被膜は
気孔率が高いので、かえって耐腐蝕性が低下することが
多いが、これらにシリカを混合し、複合化することによ
って、上記の課題が解決することを見出した。本発明は
かかる知見に基いて完成したものである。
As a result, zirconium oxide and alumina have high temperature corrosion resistance and high wear resistance, respectively, but since a single coating has a high porosity, the corrosion resistance often decreases, but silica It has been found that the above problems can be solved by mixing and compounding. The present invention was completed based on this knowledge.

すなわち本発明は、アルミナ45〜70重量%。That is, in the present invention, the alumina is 45 to 70% by weight.

シリカ1〜50重量%及び酸化ジルコニウム5〜50重
量%からなる複合化溶射材料を提供するものである。
The present invention provides a composite thermal spray material comprising 1 to 50% by weight of silica and 5 to 50% by weight of zirconium oxide.

本発明の複合化溶射材料において、各成分の割合を上記
の如く定めた理由は次の通りである。アルミナ(Aj!
gos)及び酸化ジルコニウム(ZrO,。
The reason why the proportions of each component in the composite thermal spray material of the present invention are determined as described above is as follows. Alumina (Aj!
gos) and zirconium oxide (ZrO,.

但しO<x≦2である。)を用いた溶射材料は、前述の
如(高耐摩耗性及び耐熱性の被膜を生じるが、この被膜
は比較的に高い気孔率を有するために、侵蝕的な環境に
対する抵抗力に乏しい。しかし、これにシリカ(SiO
z)を加えることによって緻密で気孔のない被膜を形成
することができる。
However, O<x≦2. Thermal spray materials produced using the above-mentioned materials (as described above) produce highly wear- and heat-resistant coatings, but these coatings have relatively high porosity and therefore have poor resistance to aggressive environments. , to which silica (SiO
By adding z), a dense and pore-free coating can be formed.

しかしながら5totの一成分だけでは、被覆の強度が
低く、耐熱性も低いため、良い被膜は得られない。また
、ジルコン(ZrSiOn)の被膜は、温度変化に強く
、良好な熱絶縁性を有しており、かつ溶融ガラス材料、
スラグ及び有機金属による侵蝕に対して、これら溶融物
によるジルコンの濡れ性が少ないため、非常に良い抵抗
力を有する。しかし、この被膜も気孔率が高いのが欠点
である。
However, if only one component of 5tot is used, a good coating cannot be obtained because the strength of the coating is low and the heat resistance is also low. In addition, the zircon (ZrSiOn) coating is resistant to temperature changes, has good thermal insulation properties, and is suitable for molten glass materials,
Zircon has very good resistance to attack by slag and organic metals due to the low wettability of zircon by these melts. However, this coating also has a drawback of high porosity.

一方、5iOzを添加したALO,の被膜も、高い耐摩
耗性を示し、5iOzの存在によって耐侵蝕性も向上す
るが、気孔率が高いために、かえって耐腐蝕性が低下す
る場合が多いという欠点を有する。
On the other hand, ALO coatings containing 5iOz also exhibit high wear resistance, and the presence of 5iOz improves corrosion resistance, but the drawback is that corrosion resistance often decreases due to high porosity. has.

これらの事実を総合し、アルミナを45〜70重景%、
重量しくは50〜70重量%、シリカを1〜50重量%
、好ましくは5〜40重量%及びさらに酸化ジルコニウ
ム(ZrO*、O〈X≦2)を5〜50重量%、好まし
くは10〜30重量%含む溶射材料が、気孔率の低い優
れた被膜を形成するという知見に到達したのである。
Combining these facts, alumina is 45-70% heavy weight,
Weight: 50-70% by weight, 1-50% by weight of silica
, preferably 5 to 40% by weight and further comprising 5 to 50% by weight, preferably 10 to 30% by weight of zirconium oxide (ZrO*, O<X≦2), forms an excellent coating with low porosity. We have arrived at the knowledge that this is the case.

本発明は、さらに、上記の溶射材料の製造方法に関し、
アルミナゾル、シリカゾル及びジルコニウム化合物溶液
又は酸化ジルコニウムゾルからなる原料に、水又は有機
溶媒を混合してスラリー状とし、次いで該スラリーを噴
霧乾燥し、得られた噴霧乾燥物を焼成することを特徴と
する上記溶射材料の製造方法を提供するものである。
The present invention further relates to a method for producing the above thermal sprayed material,
It is characterized by mixing raw materials consisting of alumina sol, silica sol, and zirconium compound solution or zirconium oxide sol with water or an organic solvent to form a slurry, then spray-drying the slurry, and sintering the resulting spray-dried product. The present invention provides a method for manufacturing the above-mentioned thermal spray material.

本発明の方法において用いるアルミナゾルは、1〜50
重量%のA2□03を含むものが好ましく、溶媒として
水、アルコールなどの極性溶媒を使用することができる
が、そのうち水を溶媒とするものが好ましい。
The alumina sol used in the method of the present invention has a concentration of 1 to 50
Those containing %A2□03 by weight are preferred, and polar solvents such as water and alcohol can be used as the solvent, but among them, those containing water as the solvent are preferred.

シリカゾルとしては、1〜50重量%のSiO□を含む
ものが好ましく、溶媒として水、アルコールなどの極性
溶媒を使用することができるが、水を溶媒とするものが
好ましい。
The silica sol preferably contains 1 to 50% by weight of SiO□, and polar solvents such as water and alcohol can be used as the solvent, but those using water as the solvent are preferred.

さらに、本発明の方法に用いるジルコニウム化合物とし
ては、各種のものを用いることができるが、ジルコニウ
ム塩、例えば塩化物、硝酸塩、硫酸塩などが好ましい。
Furthermore, various kinds of zirconium compounds can be used as the zirconium compound used in the method of the present invention, but zirconium salts such as chlorides, nitrates, and sulfates are preferred.

ジルコニウム化合物の溶媒としては、水又はアルコール
などの極性溶媒を使用することができるが、特に水を用
いることが好ましい。
As a solvent for the zirconium compound, a polar solvent such as water or alcohol can be used, and it is particularly preferable to use water.

本発明の方法においては、ジルコニウム化合物の溶液の
代わりに、酸化ジルコニウムゾルを用いることができる
。ここで酸化ジルコニウムゾルは、1〜50重量%のZ
rO□を含むものが好ましく、溶媒として水、アルコー
ルなどの極性溶媒を使用することができるが、そのうち
水が好ましい。
In the method of the present invention, a zirconium oxide sol can be used instead of a zirconium compound solution. Here, the zirconium oxide sol contains 1 to 50% by weight of Z
Those containing rO□ are preferred, and polar solvents such as water and alcohol can be used as the solvent, of which water is preferred.

本発明の方法においては、上記の三成分を、得られる複
合粉末の組成が上述した本発明の複合化溶射材料の範囲
となるような割合で、その濃度に応じて混合し、水又は
有機溶媒(メタノール、エタノールなど)を加えて粘度
を下げることが望ましい。この溶液の粘度は、噴霧乾燥
機への送給性の向上のために、200cρ以下とするの
が好ましい。
In the method of the present invention, the above three components are mixed according to their concentrations in proportions such that the composition of the resulting composite powder falls within the range of the composite thermal spray material of the present invention described above, and the mixture is mixed with water or an organic solvent. It is desirable to lower the viscosity by adding (methanol, ethanol, etc.). The viscosity of this solution is preferably 200 cρ or less in order to improve feedability to the spray dryer.

このようにしてスラリーを調製した後、該スラリーを噴
霧乾燥するが、この場合に用いる噴霧乾燥装置は、各種
のものがあげられる。そのうち回転ディスク方式のもの
が好ましい。また、噴霧乾燥の際の熱風入口温度は、7
0〜500°C1好ましくは100 ’C以上であり、
ディスク回転数は溶射に適した粒径(1am〜1鴫、好
ましくは1〜100μm)にするため、回転ディスク径
が例えば50mmの場合は、5万rpm (周速131
m/秒)以下がよく、好ましくは4万rpm (周速1
05m/秒)以下である。
After the slurry is prepared in this manner, the slurry is spray-dried. Various types of spray drying equipment can be used in this case. Of these, a rotating disk type is preferred. In addition, the hot air inlet temperature during spray drying is 7.
0 to 500°C, preferably 100'C or more,
In order to set the disk rotation speed to a particle size suitable for thermal spraying (1 am to 1 mm, preferably 1 to 100 μm), if the rotating disk diameter is 50 mm, for example, the rotation speed is 50,000 rpm (peripheral speed 131 μm).
m/sec) or less, preferably 40,000 rpm (peripheral speed 1
05m/sec) or less.

本発明の方法では、このようにスラリーを噴霧乾燥して
得られた噴霧乾燥物をさらに焼成する。
In the method of the present invention, the spray-dried product obtained by spray-drying the slurry as described above is further calcined.

この焼成は、原料として使用したアルミナゾルの安定剤
として添加されている陰イオン(塩化物イオン、酢酸イ
オン等)の除去及びジルコニウム化合物溶液を用いた場
合のこの化合物の陰イオンの除去のために行う。この際
の焼成温度は、250〜600 ”Cが一般的であり、
好ましくは450〜600°Cである。雰囲気は、完全
な酸化雰囲気ではなく、蒸し焼きで焼成あるいは還元雰
囲気で焼成することが望ましい。このような雰囲気にす
ると、ジルコニウムが完全な二酸化ジルコニウムになら
ず、ZrOx (0<x≦2)で示される非晶質の酸化
ジルコニウム粉末となり、溶射時に溶融しやすくなる。
This calcination is performed to remove anions (chloride ions, acetate ions, etc.) added as stabilizers for the alumina sol used as a raw material, and to remove anions of this compound when a zirconium compound solution is used. . The firing temperature at this time is generally 250 to 600"C,
Preferably it is 450-600°C. As for the atmosphere, it is preferable to bake in a steaming or reducing atmosphere rather than a completely oxidizing atmosphere. In such an atmosphere, zirconium does not become complete zirconium dioxide, but becomes an amorphous zirconium oxide powder represented by ZrOx (0<x≦2), which easily melts during thermal spraying.

かくして得られる本発明の複合化溶射材料は、原料とし
てゾルや水溶液を用いているため、EPMA (Ele
ctro Probe Micro Analysis
)で拡大して観察した場合に、アルミナ、シリカ及び酸
化ジルコニウム(ZrO,)が同一粉末中に均一に存在
し、複合化したものであることがわかる。さらに、X線
回折により粉末を測定したところ、非晶質の状態であり
、xps (X線光電子分光法)によりこの粉末の状態
を観察したところ、A/!、St及びZrはそれぞれの
酸化物として存在しており、金属同士の結合はないこと
が判った。また、形状は、球形であり、粒径は、噴霧乾
燥のディスク回転数を変えることにより変化させること
ができる。
The composite thermal spray material of the present invention obtained in this way uses a sol or an aqueous solution as a raw material, so EPMA (Ele
ctro Probe Micro Analysis
), it can be seen that alumina, silica, and zirconium oxide (ZrO, ) are uniformly present in the same powder and are a composite. Furthermore, when the powder was measured by X-ray diffraction, it was found to be in an amorphous state, and when the state of this powder was observed by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy), it was found to be A/! It was found that , St, and Zr exist as their respective oxides, and there is no bond between metals. Further, the shape is spherical, and the particle size can be changed by changing the rotation speed of the spray drying disk.

例えば、回転数を5万rpm (周速131m/秒)に
すると、平均粒径は5μm程度になり、回転数を1万r
pm (周速26m/秒)にすると、平均粒径は50μ
m程度になる。なお、このとき、原料として使用する粉
末は噴霧乾燥後に予想される粒径よりも小さなものを用
いることが望ましい。
For example, if the rotation speed is 50,000 rpm (peripheral speed 131 m/s), the average particle size will be about 5 μm, and the rotation speed will be 10,000 rpm.
pm (peripheral speed 26m/sec), the average particle size is 50μ
It will be about m. At this time, it is desirable that the powder used as a raw material be smaller in particle size than expected after spray drying.

本発明は、さらに上記複合化溶射材料を、基材に溶射し
てなる溶射体を提供する。
The present invention further provides a thermal sprayed body formed by spraying the composite thermal spraying material onto a base material.

上記溶射体の基材としては、様々なものが使用可能であ
るが、金属、無機物あるいは耐熱性高分子などがあげら
れる。ここで金属としては、ニッケル、鉄、銅、亜鉛、
アルミニウムなどの純金属や、炭素鋼、真鍮、ステンレ
ススチールなどの合金を使用することもでき、無機物と
しては、アルミナ、チタニア、窒化珪素、炭化珪素など
の焼結体などがあり、またこれらセラミックスの溶射膜
Various materials can be used as the base material for the thermal spray body, including metals, inorganic materials, and heat-resistant polymers. Here, metals include nickel, iron, copper, zinc,
Pure metals such as aluminum and alloys such as carbon steel, brass, and stainless steel can also be used. Inorganic materials include sintered bodies such as alumina, titania, silicon nitride, and silicon carbide, and these ceramics can also be used. Thermal spray coating.

さらにガラスなども基材として利用できる。耐熱性高分
子としてはポリエーテルニトリル、ポリエーテルスルホ
ン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンサルファイド
、ボリアリレートポリスルホン、ポリエーテルケトンな
どを代表的なものとしてあげることができる。また、木
や竹などにもン容射することができる。
Furthermore, glass or the like can also be used as a base material. Typical heat-resistant polymers include polyether nitrile, polyether sulfone, polyetherimide, polyphenylene sulfide, polyarylate polysulfone, and polyether ketone. It can also be applied to trees, bamboo, etc.

この基材に、前記複合化溶射材料を溶射するには、粉末
式タイプで、プラズマ溶射、爆発溶射。
To spray the composite thermal spraying material onto this base material, use a powder type, plasma spraying, or explosive thermal spraying.

フレーム溶射などがあり、いずれの方法でも良好な被膜
を形成できる。しかし、なかでもプラズマ溶射が最も好
ましい。これは、プラズマ中では、かなりの高温のため
、融点の高いセラミックスをよく溶融でき、また、吹き
つけ速度も速いため、基材と溶射被膜の結合力が強く、
緻密な被膜が出来るためである。また、溶射の際の作動
ガスは、Ar、H,、He、N、、O,、空気、CH4
,CzHa。
Flame spraying is available, and either method can form a good coating. However, among these, plasma spraying is the most preferred. This is because the high temperature in the plasma makes it possible to melt ceramics with a high melting point, and the spraying speed is also fast, so the bonding force between the base material and the sprayed coating is strong.
This is because a dense film can be formed. In addition, the working gas during thermal spraying is Ar, H, He, N, O, air, CH4
, CzHa.

C5Hs等のガス状炭化水素などの一種類あるいはそれ
以上の組合せガスが使用可能である。
A combination of one or more gases such as gaseous hydrocarbons such as C5Hs can be used.

溶射によって形成する被膜と基材との密着性を改善する
ために、溶射する前には、基材表面にブラスト処理等を
施しておくことが好ましい。
In order to improve the adhesion between the coating formed by thermal spraying and the base material, it is preferable to perform blasting or the like on the surface of the base material before thermal spraying.

本発明の複合化溶射材料の粉末を溶射した被膜は、熱的
衝撃に強く、800°Cの冷熱サイクルにも耐えうるが
、より耐熱衝撃性を上げるためには、下地溶射をするこ
とが効果的である。この際の下地溶射の材料としては、
ニッケルークロム合金。
The coating formed by spraying the powder of the composite thermal spraying material of the present invention is resistant to thermal shock and can withstand cooling and heating cycles of 800°C, but in order to further increase the thermal shock resistance, it is effective to perform base thermal spraying. It is true. In this case, the material for base thermal spraying is:
Nickel-chromium alloy.

ニッケルーアルミニウム複合体、ニッケルークロム−ア
ルミニウム複合体、ニッケルークロム複合体、アルミニ
ウムーコバルト複合体、ニッケルークロム−アルミニウ
ムーコバルト−イツトリア複合体などが好適である。ま
た、溶射被膜の耐腐食性を向上させるためには、封孔処
理をすることが好ましい。封孔剤には、フェノール樹脂
系、エポキシ樹脂系、ポリウレタン樹脂系、シリコーン
樹脂系などがある。
Suitable examples include nickel-aluminum composites, nickel-chromium-aluminum composites, nickel-chromium composites, aluminum-cobalt composites, and nickel-chromium-aluminum-cobalt-yttria composites. Further, in order to improve the corrosion resistance of the sprayed coating, it is preferable to perform a sealing treatment. Pore sealants include phenol resins, epoxy resins, polyurethane resins, silicone resins, and the like.

なお、溶射被膜の膜厚は、素材によって適宜選択される
が、通常20〜300μmが望ましい。
The thickness of the thermally sprayed coating is appropriately selected depending on the material, but is usually preferably 20 to 300 μm.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明を実施例および比較例により更に詳しく説
明する。
Next, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples and Comparative Examples.

実施例1 コロイダルシリカ(Si0□20重量%、平均粒径20
mμ) 500 g、アルミナゾル(A l t 02
10重量%、平均粒径100mμX10mμ)2、5 
kg、硝酸ジルコニウム水溶液(2,43モル/f)5
00m及び水2.51.を室温下に混合し、撹拌した。
Example 1 Colloidal silica (Si0□20% by weight, average particle size 20
mμ) 500 g, alumina sol (A l t 02
10% by weight, average particle size 100 mμ x 10 mμ) 2, 5
kg, zirconium nitrate aqueous solution (2.43 mol/f) 5
00m and water 2.51. were mixed at room temperature and stirred.

この混合溶液の粘度は、100cpであった。次に、こ
の溶液を噴霧乾燥(ディスク径50閣、乾燥室直径80
問、高さ1200mmの噴霧乾燥装置使用:ディスク周
速39m/秒、温度250°C)した。得られた粉末を
マツフル炉中450°Cで2時間焼成した。
The viscosity of this mixed solution was 100 cp. Next, this solution was spray-dried (disc diameter: 50 cm, drying chamber diameter: 80 cm).
A spray drying device with a height of 1200 mm was used (disc circumferential speed 39 m/sec, temperature 250°C). The obtained powder was calcined in a Matsufuru furnace at 450°C for 2 hours.

この粉末の平均粒径は、レーザー回折粒度分析計で測定
したところ、29μmであった。さらにこの粉末をEP
MAで観察したところ、S i O、。
The average particle size of this powder was 29 μm as measured by a laser diffraction particle size analyzer. Furthermore, this powder is EP
When observed with MA, S i O.

AI!、□0.及びZr0Xが均一に複合した粉末であ
ることが判った。またこの粉末の組成中の酸化ジルコニ
ウムは、X線光電子分光法(xps)で分析したところ
、ZrとZr0zの中間の値をとることが判った。また
、同粉末の組成は、蛍光X線分析によって5ich 2
0重量%、ALo、50重量%及びZrO,(ZrO□
として)30重重量であった。この複合化粉末の組成を
第1表に示す。
AI! ,□0. It was found that the powder was a uniform composite of Zr0X and Zr0X. Furthermore, when the zirconium oxide in the composition of this powder was analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), it was found that the value was between that of Zr and Zr0z. In addition, the composition of the powder was determined to be 5ich 2 by fluorescent X-ray analysis.
0 wt%, ALo, 50 wt% and ZrO, (ZrO□
) 30 weight. The composition of this composite powder is shown in Table 1.

この粉末を鉄の基板にプラズマ溶射(溶射機メテコ社製
1作動ガスA r / N z ) シた。
This powder was plasma sprayed (thermal sprayer manufactured by Metco Co., Ltd. 1 working gas Ar/Nz) on an iron substrate.

得られた溶射被膜について、種々の物性評価を行った。Various physical property evaluations were performed on the obtained thermal spray coating.

被膜の密着性は、被膜の断面を顕微鏡観察することによ
り行った。また、被膜の硬度は、ビッカース硬度計によ
り、試験荷重300gで測定した。耐熱衝撃性試験は、
被膜を一度900 ’Cまで加熱して、その後すぐに水
冷する、この冷熱サイクルを20回繰り返し、被膜を基
材の熱に対する膨張収縮からくる剥離、被膜の破損を調
べることにより行った。また、耐腐蝕性試験は、溶射し
た被膜をフェノール樹脂で一度封孔処理をした後に、こ
の溶射片を5%塩酸に、360時間浸漬し、そのときの
被膜の破損、亀裂を調べた。この試験で用いた試料は、
50■角×3舗の厚さの鉄の基板の全面に、200μm
の厚さで溶射したものであり、腐蝕試験後の重量変化を
調べた。
The adhesion of the coating was determined by microscopically observing the cross section of the coating. Further, the hardness of the coating was measured using a Vickers hardness meter at a test load of 300 g. The thermal shock resistance test is
The coating was heated to 900'C and then immediately cooled with water. This cooling/heating cycle was repeated 20 times, and the coating was examined for peeling and damage caused by expansion and contraction of the base material due to heat. In the corrosion resistance test, the thermally sprayed coating was once sealed with phenol resin, and then the thermally sprayed piece was immersed in 5% hydrochloric acid for 360 hours, and damage and cracks in the coating were examined. The sample used in this test was
200 μm on the entire surface of a 50 square x 3 thick iron substrate
The weight change after the corrosion test was investigated.

これらの結果を第2表にまとめて示す。These results are summarized in Table 2.

実施例2 実施例1において、出発原料をコロイダルシリカ(Si
Oz20重量%)1kg、アルミナゾルCA1.103
 10重量%)2.5kg、硝酸ジルコニウム水溶液(
0,81モル/ff1)500d及び水31とした以外
は、前記実施例1と同様の操作を行った。
Example 2 In Example 1, the starting material was colloidal silica (Si
Oz20wt%) 1kg, alumina sol CA1.103
10% by weight) 2.5 kg, zirconium nitrate aqueous solution (
The same operation as in Example 1 was carried out, except that the amount of water was 0.81 mol/ff1) 500 d and 31 ml of water.

ここで得られた複合化粉末の組成を第1表に示す。また
、被膜の評価テストも実施例1と同様に行い、その結果
を第2表にまとめて示す。
The composition of the composite powder obtained here is shown in Table 1. Further, the evaluation test for the coating was conducted in the same manner as in Example 1, and the results are summarized in Table 2.

実施例3 実施例1において、出発原料をコロイダルシリカ(Si
0□20重量%)125g、アルミナゾル(Affi、
0310重量%)3.25kg、硝酸ジルコニウム水溶
液(2,43モル/f)500ml及び水3!とした以
外は、前記実施例1と同様の操作を行った。
Example 3 In Example 1, the starting material was colloidal silica (Si
0□20% by weight) 125g, alumina sol (Affi,
0310% by weight) 3.25 kg, 500 ml of zirconium nitrate aqueous solution (2.43 mol/f) and 3.0 ml of water! The same operation as in Example 1 was performed except for the following.

ここで得られた複合化粉末の組成を第1表に示す。また
、被膜の評価テストも実施例1と同様に行い、その結果
を第2表にまとめて示す。
The composition of the composite powder obtained here is shown in Table 1. Further, the evaluation test for the coating was conducted in the same manner as in Example 1, and the results are summarized in Table 2.

実施例4 実施例1において、出発原料をコロイダルシリカ(Si
0□20重量%)500g、アルミナゾル(/l□0,
10重量%)2.5kg、ジルコニアゾル(Zr0□ 
10重世%、平均粒径25μm)1.5kg及び水2.
51とした以外は、前記実施例1と同様の操作を行った
Example 4 In Example 1, the starting material was colloidal silica (Si
0□20% by weight) 500g, alumina sol (/l□0,
10% by weight) 2.5kg, zirconia sol (Zr0□
1.5kg (10%, average particle size 25μm) and water 2.
The same operation as in Example 1 was carried out except that the value was changed to 51.

ここで得られた複合化粉末の組成を第1表に示す。また
、被膜の評価テストも実施例1と同様に行い、その結果
を第2表にまとめて示す。
The composition of the composite powder obtained here is shown in Table 1. Further, the evaluation test for the coating was conducted in the same manner as in Example 1, and the results are summarized in Table 2.

比較例1 実施例1において、出発原料をアルミナゾル(Af、C
hlO重量%)2.2!M!、硝酸ジルコニウム水溶液
(2,43モル//り917−及び水22とした以外は
、前記実施例1と同様の操作を行った。
Comparative Example 1 In Example 1, the starting material was alumina sol (Af, C
hlO weight%) 2.2! M! The same operation as in Example 1 was carried out, except that the aqueous solution of zirconium nitrate (2.43 mol//liter 917) and water 22 were used.

ここで得られた複合化粉末の組成を第1表に示す。また
、被膜の評価テストも実施例1と同様に行い、その結果
を第2表にまとめて示す。
The composition of the composite powder obtained here is shown in Table 1. Further, the evaluation test for the coating was conducted in the same manner as in Example 1, and the results are summarized in Table 2.

比較例2 実施例1において、出発原料をコロイダルシリカ(Si
Oz20重量%)825id及び硝酸ジルコニウム水溶
液(2,43モル/jり 1111mlとした以外は、
前記実施例1と同様の操作を行った。
Comparative Example 2 In Example 1, the starting material was colloidal silica (Si
Oz20% by weight) 825id and zirconium nitrate aqueous solution (2.43 mol/j 1111 ml),
The same operation as in Example 1 was performed.

ここで得られた複合化粉末の組成を第1表に示す、また
、被膜の評価テストも実施例1と同様に行い、その結果
を第2表にまとめて示す。
The composition of the composite powder obtained here is shown in Table 1. Furthermore, the film evaluation test was conducted in the same manner as in Example 1, and the results are summarized in Table 2.

比較例3 実施例1において、出発原料をコロイダルシリカ(Si
Oz20重量%)575d、アルミナゾルCAltOs
 10重量%)3.8!M!及び水3.51とした以外
は、前記実施例1と同様の操作を行った。
Comparative Example 3 In Example 1, the starting material was colloidal silica (Si
Oz20wt%) 575d, alumina sol CAltOs
10% by weight) 3.8! M! The same operation as in Example 1 was performed except that the amount of water was 3.51.

ここで得られた複合化粉末の組成を第1表に示す。また
、被膜の評価テストも実施例1と同様に行い、その結果
を第2表にまとめて示す。
The composition of the composite powder obtained here is shown in Table 1. Further, the evaluation test for the coating was conducted in the same manner as in Example 1, and the results are summarized in Table 2.

比較例4 α−アルミナ粉末(平均粒径5μm)250g。Comparative example 4 250 g of α-alumina powder (average particle size 5 μm).

ジルコニア粉末(平均粒径3μm)150g及びシリカ
粉末(平均粒径3μm)100gを物理的に単純混合し
て、実施例1と同様の条件で溶射した。その後の処理を
実施例1と同様に行った。ここで得られた複合化粉末の
組成を第1表に示す。
150 g of zirconia powder (average particle size: 3 μm) and 100 g of silica powder (average particle size: 3 μm) were simply physically mixed and sprayed under the same conditions as in Example 1. The subsequent treatments were carried out in the same manner as in Example 1. The composition of the composite powder obtained here is shown in Table 1.

この粉末を用いて溶射した被膜は、均一な組成の膜が得
られず、耐腐蝕性も悪いものであった。
Coatings sprayed using this powder did not have a uniform composition and had poor corrosion resistance.

第1表 第 表 〔発明の効果〕 叙上の如く、本発明の複合化溶射材料は、非晶質状態で
あるため、溶融しやすく、溶射にあたって大きなエネル
ギーを必要としない。しかも、溶射被膜は、結晶質の酸
化ジルコニウムと、非晶質のアルミナとシリカとから形
成されているため、高耐摩耗性及び耐腐蝕性を有する。
Table 1 [Effects of the Invention] As mentioned above, since the composite thermal spray material of the present invention is in an amorphous state, it is easily melted and does not require a large amount of energy for thermal spraying. Moreover, since the thermal spray coating is formed from crystalline zirconium oxide and amorphous alumina and silica, it has high wear resistance and corrosion resistance.

また、原料として、ゾルあるいは溶液を用いているため
、三成分が均一に複合した溶射材料が得られ、被膜の密
着性も優れている。更に、本発明の方法によれば、プラ
ズマのような大電力を使用しないので、安価に上記の如
き優れた性質を有する溶射材料が得られる。
Furthermore, since a sol or solution is used as a raw material, a thermal spray material containing a uniform composite of three components can be obtained, and the adhesion of the film is also excellent. Further, according to the method of the present invention, a thermal spray material having the above-mentioned excellent properties can be obtained at low cost since large electric power such as plasma is not used.

したがって、本発明の複合化溶射材料は、塗装分野、配
管などのメンテナンス、工業材料の表面改質などに有効
な利用が期待される。
Therefore, the composite thermal sprayed material of the present invention is expected to be effectively used in the field of painting, maintenance of piping, etc., and surface modification of industrial materials.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)アルミナ45〜70重量%、シリカ1〜50重量
%及び酸化ジルコニウム5〜50重量%からなる複合化
溶射材料。
(1) A composite thermal spray material consisting of 45-70% by weight of alumina, 1-50% by weight of silica, and 5-50% by weight of zirconium oxide.
(2)アルミナゾル、シリカゾル及びジルコニウム化合
物溶液又は酸化ジルコニウムゾルからなる原料に、水又
は有機溶媒を混合してスラリー状とし、次いで該スラリ
ーを噴霧乾燥し、得られた噴霧乾燥物を焼成することを
特徴とする請求項1の複合化溶射材料の製造方法。
(2) Mixing water or an organic solvent with raw materials consisting of alumina sol, silica sol, and zirconium compound solution or zirconium oxide sol to form a slurry, then spray-drying the slurry, and sintering the resulting spray-dried product. A method for producing a composite thermal sprayed material according to claim 1.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005534814A (en) * 2002-08-02 2005-11-17 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー Plasma spraying
JP2011213520A (en) * 2010-03-31 2011-10-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Method for manufacturing powder for thermal spray, turbine member, and gas turbine
JP2020050903A (en) * 2018-09-26 2020-04-02 Ntn株式会社 Spray deposit

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