JPH0364444A - 表面皮膜形成用ワイヤ - 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） 本発明は表面皮膜形成用材料に係り、より詳しくは、主
として溶射によってワイヤを溶融し母材表面上に付着さ
せて耐摩耗性、耐熱性、耐食性等々の優れた特性の皮膜
を形成するのに適するワイヤに関する。

（従来の技術及び解決しようとする課題）金属材料であ
る母材の表面上に種々の特性の皮膜を形成して、母材の
特性とは異なる特性を付与する表面処理法としては、従
来より、母材の材質等との関連から、イオン注入、表面
焼入、硬質メツキ、窒化、閑散浸透メツキ、肉盛、溶射
等々の様々な手段が適宜選択して採用されている。

例えば、材料の軽量性を活かしてアルミニウム又はその
合金を母材とする場合、その表面−１を硬化させる方法
としては、異種材料であるＷ系、Ｎｊ系、Ｃｏ系、Ｓ」
−Ｆｅ系等を使用して、肉盛、溶射などにより薄膜を形
成する方法がある。例えば、肉盛による方法に関しては
特開昭５８−１７９５６９号、同５８−２１５２９ｊ号
、同６土−１１５６７６診など、また溶射による方法に
関しては特開昭５４−−７０１２号、同５４．−７０１
３号、同６３−４０５１号などが挙げられる。

しかし、薄膜材料は、アルミ材料と熱膨張率が異なり、
密着性が悪いこと、高価な材料が多いこと、比重差が大
きく、薄膜形成時、特に肉盛時に偏析し易く均質性が得
られないこと、などの問題があった。

また、そのような薄膜を多層膜とし、母材の熱膨張率に
近い順に重ねて母材との熱膨張率の差を緩和する方法も
試みられているが、上記問題点のほか、工程が複雑であ
る等の問題があった。

一方、ミリオーダーの膜厚の皮膜を得る場合は、セラミ
ックスをアルミ材料の表面に付着させる方法もあるが、
予め母材上にセラミックスを散布した後、アーク、レー
ザ等で７８融して付着させる方法が殆どであり、実用性
に欠けるものか多い。

本発明は、か＼る事情に鑑みてなされたものであって、
母材との密着性に優れ、耐摩耗性、耐熱性、耐食性等々
の所望の特性を右する皮膜を能率よく、簡便に、しかも
安定して形成し得る表面皮膜形成用材料を提供すること
を目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するため、本発明者は、まず皮膜形成法
として溶射、肉盛を採用した場合における前記問題点の
原因を究明するべく鋭意研究を行った。その結果、従来
の肉盛或いは溶射による表面処理法は、硬質粒子をその
まま、すなわち、粒子状又は粉末状にて母材表面」二に
供給して溶融し成膜することに起因して、熱膨張率の問
題が発生することが判明した。

そのため、硬質粒子を使用するものの、母材との熱膨張
率の差ができるだけ小さくてきる方策について更に研究
を重ねた結果、ここに本発明をなしたものである。

すなわち、本発明は、セラミックス、金属間化合物、サ
ーメット、金属などからなり、それ自体の硬さＨνが５
００以−にを有する硬質粒子を、アルミニウム又はアル
ミニウム合金７１〜リノクスに５０ｖｏｌ％以下で含有
させたことを特徴とする表面皮膜形成用ワイヤを要旨と
するものである。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

（作用） 前述の如く、従来は、一般に母材の材質と形成すべき皮
膜の材質とが殆ど無関係に選択され、異種材料からなる
皮膜が母材表面」−に形成されていたが、本発明では、
被覆される母材が主としてアルミニウム又はアルミニウ
ム合金であることを考慮して、これと同系統であるアル
ミニウム又はアルミニウ１１合金からなるマトリックス
を被覆し、その際、マトリックス中に所定の硬質粒子を
含有させることを骨子とし、これにより、特に高温にお
いても密着性の優れた皮膜を得ることができる。

硬質粒子としては、セラミックス、金属間化合物、サー
メッ１−１金属等々の種々の材質のものか可能であり、
これらは、Ａ　Ｏ，、７，ｒ、　Ｃｒ、］゛ｌ、Ｖ、Ｔ
ａ、ＳＪ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｃ及びＮｊ
からなる群から選ばれた少なくとも１稚をベース元素と
する化合物又は金属として包括することができる。例え
ば、セラミックス系としては、アルミナ、チタニア、ア
ルミナチタニアなどか挙げられる。複合粉末、窒化物、
はう化物系としては、Ｃｒ３Ｃ２、ＴｉＣ，Ｂ４Ｃ，Ｗ
Ｃ，ＺｒＣ，Ｔ」Ｂ２、Ｍ　ｏ　１３２、ＺｒＢ２、Ｔ
ｉＮ、７．ｒＴｊ、これらの複合粉末などが挙げられる
。勿論、これらのみに制限されないことは云うまでもな
い。

なお、これらの硬質粒子を選択するに際しては、母材の
材質との関連にて選ぶことが好ましい。すなわち、特に
母材の比重にできるたけ近い比重を有するものを選ぶな
らば、成膜時の偏析を大幅に軽減することができ、皮膜
の均質性を確保することができる。例えば、母材がアル
ミニウムである場合には、アルミニラ１１の比重が２．
７であることを考慮して、２．７±２’ｌＵ度の比重を
右するもの、例えば、Ｓｊ、ＡＱ２０１、ＳｉＣ，Ｓｉ
３Ｎ４、Ｂ４Ｃ，ＣＢＮ、ＢＮ−ＴｉＢ２等々を選択す
る。

特に肉盛の場合に留意する。

勿論、どのような特性の皮膜を形成するかによっても硬
質粒子の材質を選択できることは云うまでもない。例え
ば、溶射を用いてアルミニウムの硬化を目的とする場合
には、ＷＣ，ＭＯ，ＺｒＯ２、ＴｉＣ，ＴｉＮ、Ｃｒ３
Ｃ，、Ｃｒ、ＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ２、ＷＣ−Ｎｉ　−Ｃｒ
、　ＷＣ−Ｃｏ、ＭｇＯ、ＴｉＣ−Ｎｉ、ＮｂＣ等々を
選択すればよい。

但し、硬質粒子は、それ自体の硬さＨｖ（ヌープ硬さ）
がＨｖ≧５００のものであり、５０ν０１％以下でマト
リックスに含有させる必要がある。硬質粒子の材質にも
よるが、通常２０〜５０ｖｏｌ％である。硬さＨｖが５
００よりも低い粒子では、主たる皮膜特性である耐摩耗
性が得られない。また５０ｖｏｌ％を超えて含有させる
と、皮膜のマトリックス中に硬質粒子を均質に分散させ
ることが困難となり、或いはマトリックスが少なくなる
ために母材とのなしみが悪くなる等の問題がある。

なお、このような硬質粒子としては、更にその直径が５
００μ■１以下のサイズのものであることが鬼奨される
。５００μｍよりも大６いサイズではマトリックスに硬
質粒子を均質に分散させることが困難になる。しかし、
あまり細かすぎると溶射時に溶は易くなり、溶射膜に歩
留まりにくくなるので１μｍ以上のものが望ましい。ま
た、形状も鋭利な突起を有しないもの（例、球状）であ
る方が製造上望ましい。

かシるマトリックスと硬質粒子からなるワイヤとしては
、その形態は特に制限されないが、マトリックスに硬質
粒子を分散させた中実ワイヤ、或いはマトリックスを外
皮（フープ）とし中に硬質粒子を充填した複合ワイヤの
態様などがある。中実ワイヤは、７１−リックス粉末と
硬質粒子を混合して固化成形する粉末冶金法や、予め作
成した硬質粒子のプリフォーム中にマトリックス溶湯を
圧力下で含浸させる溶湯鍛造法によりビレット又はスラ
ブを作威し、ワイヤに成形したり、或いは静水圧押出法
によりワイヤを得る。複合ワイヤの場合には、フープ中
に硬質粒子を充填した断面形状であるが、場合により、
発熱剤又は保温剤（Ｍｇ、アルミパウダー、ＲＥＭ系な
ど）を充填することもできる。発熱剤を充填することに
より、成膜後に予熱又は保温する効果が得られ、密着性
を向上できる。なお、保温効果を得るために、成膜後に
表面をスラグ剤で被う方法も可能である。

本発明のワイヤは、溶射、肉盛などによって溶融し、母
材表面に所望の厚さ、特性の皮膜を形成する。溶射法と
してはアーク溶射、高周波溶射、ガス溶射、プラズマ溶
射等々の各種溶射法が可能である。噴射速度が大きいプ
ラズマ溶射が推奨される。

皮膜厚さは、種々の厚さで可能であり、ミクロンオーダ
ーからミリオーダーの厚膜まで、均質に成膜することが
できる。

（実施例） 次に本発明の実施例を示す。

失巖狙よ りイヤベース（マトリックス）として純アルミニラムを
使用し、第工表に示すサイズ、配合量の粒子を含有させ
たワイヤを７（Ｑ備した。ワイヤタイプとしては、粒子
を分散させた中実ワイヤと、ワイヤベースからなるフー
プの中に粒子を充填した複合ワイヤの２種類とした。次
いで、これらのワイヤを用いてガス溶射を行い、アルミ
母材（Ａ５０８３）の表面上に第１表に示す厚さの皮膜
を形成した。

得られた皮膜について以下の条件で耐摩耗試験を実施し
、摩耗量を測定した。その結果を第１表に併記する。

〈耐摩耗試験条件〉 試験法：大蔵式試験法 最終荷重：３ｋｇｆ 摩耗速度：　１　、３６ｍ／ｓｅｅ 摩耗距離：１００ｍ 第１表より、本発明例Ｎｏ１〜Ｎｏ、　９はいずれも摩
耗量が少なく、膜厚に拘らず耐摩耗性に優れていること
がわかる。

１１ 失４１）ｉｉｉす□□；；ン− 第工図は、試験Ｎｎ　３の場合のワイヤを使用して得ら
れた溶射皮膜について最終荷重と摩耗量の関係を示した
ものである。

同図より、本発明例Ｎｏ　３のワイヤで得られた溶射皮
膜は、ＦＣ２５鋳鉄の場合に比べ、最終荷重の大きさに
拘らず摩耗量が少なく、安定して優れた耐摩耗性（高寿
命など）を有することがわかる。

また、５１８３のみからなるワイヤ（中実ワイヤ）で得
られた溶射皮膜には大きな空孔が発生しており、摩耗量
が多い。

第２図は」；配本発明例で得られた溶射皮膜と母材の断
面部を示す顕微鏡写真であり、ＳｉＣ粒子がアルミツ１
〜リノクス中に均質（緻密）に分散しており、空孔が微
細で且つ少なく、高品質の溶射膜であることがわかる。

（発明の効果） 以−に詳述したように、本発明による表面皮膜形成用材
料は、アルミニウム又はアルミニウム合金をマトリック
スとし、該マトリックスに硬質粒子を含有させたワイヤ
であるので、耐摩耗性、耐熱性、耐食性等の所望の特性
をもった均質な皮膜が得られ、高温においても母材との
密着性に優れている。また溶射、肉盛などの表面処理法
によるので、能率性、簡便さ、作業のし易さ、皮膜のコ
ントロールのし易さの面でも優れており、全体のコスト
も安くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶射皮膜について摩耗量と最終荷重の関係を示
す図、 第２図は溶射皮膜と母材との断面部の粒子構造を示す顕
微鏡写真（Ｘ１００）である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミックス、金属間化合物、サーメット、金属
   などからなり、それ自体の硬さＨｖが５００以上を有す
   る硬質粒子を、アルミニウム又はアルミニウム合金マト
   リックスに５０ｖｏｌ％以下で含有させたことを特徴と
   する表面皮膜形成用ワイヤ。
2. （２）前記硬質粒子の大きさが直径５００μｍ以下のも
   のである請求項１に記載のワイヤ。
3. （３）前記硬質粒子として、Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｔｉ、
   Ｖ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ及
   びＮｉからなる群から選ばれた少なくとも１種をベース
   元素とする化合物又は金属を用い、かつ、被覆される母
   材の主元素と同一元素をマトリックスとする請求項１又
   は２に記載のワイヤ。
4. （４）前記ワイヤが、アルミニウム又はアルミニウム合
   金マトリックスに硬質粒子を分散させた中実ワイヤ、或
   いはマトリックスとなるアルミニウム又はアルミニウム
   合金外皮金属中に前記硬質粒子を充填させた複合ワイヤ
   のいずれかである請求項１、２又は３に記載のワイヤ。