JPH04214879A - 基体の保護層および保護層形成方法 - Google Patents
基体の保護層および保護層形成方法Info
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- JPH04214879A JPH04214879A JP3005106A JP510691A JPH04214879A JP H04214879 A JPH04214879 A JP H04214879A JP 3005106 A JP3005106 A JP 3005106A JP 510691 A JP510691 A JP 510691A JP H04214879 A JPH04214879 A JP H04214879A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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-
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-
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-
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- C23C4/18—After-treatment
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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。
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属基体の保護層およ
びその製造方法に係り、腐食、エロージョンおよび摩耗
にたいして特に性能の良好な金属基体の保護層と製造方
法に関するものである。
びその製造方法に係り、腐食、エロージョンおよび摩耗
にたいして特に性能の良好な金属基体の保護層と製造方
法に関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、腐食
、侵食および摩耗に対して特に性能の良好な金属基体の
保護層を提供することである。
、侵食および摩耗に対して特に性能の良好な金属基体の
保護層を提供することである。
【０００３】
【課題を解決する為の手段】本発明による保護層は、次
の含有量（質量％）：０〜１０％Ｍｏを有する、３５〜
５０％ＣｒプラスＭｏと、最小含有量２５％のＦｅを有
する残部と、８００ＨＶＯ．１までの最小硬度、を有す
ることを特徴とする。
の含有量（質量％）：０〜１０％Ｍｏを有する、３５〜
５０％ＣｒプラスＭｏと、最小含有量２５％のＦｅを有
する残部と、８００ＨＶＯ．１までの最小硬度、を有す
ることを特徴とする。
【０００４】本発明による保護層の保護作用は、シグマ
層を形成することによって得られるのであるが、このシ
グマ層は所望の最小硬度を得るために少なくとも５容積
％の比率で、大なるＣｒ（またはＣｒおよびＭｏ）の含
有量でなければならない。このシグマ層は、約５５％Ｆ
ｅおよび４５％Ｃｒを含んでいて、高い硬度と非常に低
い塑性変形能力を有することを特徴とする。この硬度は
また、シグマ相とは別に、適当な熱処理の後でカイ（χ
）、一次アルファおよび一次ガンマのような他の相、お
よび炭化物、窒化物のような析出物によって増大せしめ
られる。
層を形成することによって得られるのであるが、このシ
グマ層は所望の最小硬度を得るために少なくとも５容積
％の比率で、大なるＣｒ（またはＣｒおよびＭｏ）の含
有量でなければならない。このシグマ層は、約５５％Ｆ
ｅおよび４５％Ｃｒを含んでいて、高い硬度と非常に低
い塑性変形能力を有することを特徴とする。この硬度は
また、シグマ相とは別に、適当な熱処理の後でカイ（χ
）、一次アルファおよび一次ガンマのような他の相、お
よび炭化物、窒化物のような析出物によって増大せしめ
られる。
【０００５】本発明による新規な保護層の製造方法は、
被覆を行うために層材料が基体の表面とともに熱溶融法
によって溶融されて、少なくとも５００℃まで最小冷却
速度１００Ｋ／秒で冷却されて、５００ＨＶＯ．１より
も低い硬度を有する冶金学的に接合された保護層を作り
、次にこの保護層が、硬度が少なくとも８００ＨＶＯ．
１になるまで５００ないし９５０℃の温度で熱処理され
ることを特徴とする。
被覆を行うために層材料が基体の表面とともに熱溶融法
によって溶融されて、少なくとも５００℃まで最小冷却
速度１００Ｋ／秒で冷却されて、５００ＨＶＯ．１より
も低い硬度を有する冶金学的に接合された保護層を作り
、次にこの保護層が、硬度が少なくとも８００ＨＶＯ．
１になるまで５００ないし９５０℃の温度で熱処理され
ることを特徴とする。
【０００６】前記最小割合の鉄（Ｆｅ）が保たれるとし
て、他の元素は若干の効果を得るためにＦｅの一部分と
置換され得る。例えば、炭素（Ｃ）が、変換比、すなわ
ちシグマ相の変換比を増大するために添加され得る。Ｓ
ｉ、窒素（Ｎ）およびＴｉのような他の元素もまたシグ
マ相を形成するのを助けるが、これらは特にＣｒの含有
量が比較的少ない場合にシグマ相を形成するのを助ける
のである。
て、他の元素は若干の効果を得るためにＦｅの一部分と
置換され得る。例えば、炭素（Ｃ）が、変換比、すなわ
ちシグマ相の変換比を増大するために添加され得る。Ｓ
ｉ、窒素（Ｎ）およびＴｉのような他の元素もまたシグ
マ相を形成するのを助けるが、これらは特にＣｒの含有
量が比較的少ない場合にシグマ相を形成するのを助ける
のである。
【０００７】一つまたはそれ以上の被覆から成ってよい
保護層の最大限の最小硬度を増すことが望まれる場合に
は、組織内のシグマ相の比率が、少なくとも例えば５０
容積％に増加されるのが有利である。
保護層の最大限の最小硬度を増すことが望まれる場合に
は、組織内のシグマ相の比率が、少なくとも例えば５０
容積％に増加されるのが有利である。
【０００８】０．１ないし３ｍｍの間の厚さを有し得る
保護層は、この層および基体が冶金学的に接合される場
合に良好な接着力を与えられる。この基体は、鉄基合金
であるのが望ましい十分に高い溶融点を有するいかなる
金属であってもよい。
保護層は、この層および基体が冶金学的に接合される場
合に良好な接着力を与えられる。この基体は、鉄基合金
であるのが望ましい十分に高い溶融点を有するいかなる
金属であってもよい。
【０００９】保護層の製造に関しては、層材料が粉末形
態でノズルを通して溶融浴内に吹込れ、層材料が同時に
溶融されて冶金学的に基体に接合される場合に、特に良
好な結果が得られる。勿論、層材料は、棒または線の形
態でも供給され得る。
態でノズルを通して溶融浴内に吹込れ、層材料が同時に
溶融されて冶金学的に基体に接合される場合に、特に良
好な結果が得られる。勿論、層材料は、棒または線の形
態でも供給され得る。
【００１０】任意的であるが、基体は、層材料を予備被
覆され、引続いて両材料が溶融によって互いに冶金学的
に接合されるようになされる。この予備被覆はガルバー
ニ電気処理または熱噴霧（スプレー）により、例えばＣ
ＶＤまたはＰＶＤまたは真空プラズマスプレーによって
有利に行い得るのである。最後に、基体表面は、単に粉
末、線、薄帯板または板の形態の被覆材料で被覆可能で
あり、次にこの被覆が基体の表面とともに溶融され得る
。
覆され、引続いて両材料が溶融によって互いに冶金学的
に接合されるようになされる。この予備被覆はガルバー
ニ電気処理または熱噴霧（スプレー）により、例えばＣ
ＶＤまたはＰＶＤまたは真空プラズマスプレーによって
有利に行い得るのである。最後に、基体表面は、単に粉
末、線、薄帯板または板の形態の被覆材料で被覆可能で
あり、次にこの被覆が基体の表面とともに溶融され得る
。
【００１１】被覆材料が粉末、線または棒として供給さ
れる場合には、溶融は、例えばレーザービームまたはア
ークによって行われることができる。これとは異なり、
基体が予備被覆される場合には、溶融のためのエネルギ
ー源は電子ビームとなすことができる。また、所望の場
合には、基体は予備被覆の前および（または）溶融の前
に予熱され得る。
れる場合には、溶融は、例えばレーザービームまたはア
ークによって行われることができる。これとは異なり、
基体が予備被覆される場合には、溶融のためのエネルギ
ー源は電子ビームとなすことができる。また、所望の場
合には、基体は予備被覆の前および（または）溶融の前
に予熱され得る。
【００１２】最後に、シグマ相を形成するための予備処
理は、少なくとも６時間の間、約７００℃でこれを行う
のが有利である。
理は、少なくとも６時間の間、約７００℃でこれを行う
のが有利である。
【００１３】本発明は以下に実施例を参照して詳述され
る。被覆を施される基体は、炭素鋼Ｓｔ３７であって、
この基体は０．１５ないし０．２ｍｍの厚さであってＦ
ｅおよび約４５％のＣｒを含む層で被覆される。被覆さ
れる基体の表面は、最初に脱脂され、ガルバーニ電気処
理によって厚さ約８０μｍの純Ｃｒ被覆を与えられた。 引続き、保護層にガスが含まれるのを阻止するために、
カルバーニ電気処理によってＣｒメッキされた基体が空
気中で４ないし６時間の間、約２００℃で熱処理された
。 保護層は、レーザービームを利用してＣｒメッキされた
表面を溶融することによって作られた。電力１５００Ｗ
、溶融される表面において１．２３ｍｍの直径（電力密
度１２６０Ｗ／ｍｍ２ に対応する）を有するレーザー
ビームが、ヘリウム保護雰囲気内で、溶融されるＣｒメ
ッキされた基体表面上で０．２ｍｍの間隔を置いた線上
を前進速度１９００、１５００および１０００ｍｍ／分
で３回走査された。行われた走査の計算時間は３１、３
９および５８ｍｓであって、この場合、これは基体の全
質量および熱伝導率に対して許容される少なくとも２０
００Ｋ／秒の冷却速度に相当していた。
る。被覆を施される基体は、炭素鋼Ｓｔ３７であって、
この基体は０．１５ないし０．２ｍｍの厚さであってＦ
ｅおよび約４５％のＣｒを含む層で被覆される。被覆さ
れる基体の表面は、最初に脱脂され、ガルバーニ電気処
理によって厚さ約８０μｍの純Ｃｒ被覆を与えられた。 引続き、保護層にガスが含まれるのを阻止するために、
カルバーニ電気処理によってＣｒメッキされた基体が空
気中で４ないし６時間の間、約２００℃で熱処理された
。 保護層は、レーザービームを利用してＣｒメッキされた
表面を溶融することによって作られた。電力１５００Ｗ
、溶融される表面において１．２３ｍｍの直径（電力密
度１２６０Ｗ／ｍｍ２ に対応する）を有するレーザー
ビームが、ヘリウム保護雰囲気内で、溶融されるＣｒメ
ッキされた基体表面上で０．２ｍｍの間隔を置いた線上
を前進速度１９００、１５００および１０００ｍｍ／分
で３回走査された。行われた走査の計算時間は３１、３
９および５８ｍｓであって、この場合、これは基体の全
質量および熱伝導率に対して許容される少なくとも２０
００Ｋ／秒の冷却速度に相当していた。
【００１４】反復溶融の目的は、溶融により基体に対し
て冶金学的に接合され、また溶融後に、約４５％のＣｒ
および５５％のＦｅおよび少量の炭素、Ｓｉ、Ｍｎおよ
びＳｔ３７鋼から来るその他の痕跡量の元素を含む要求
組成の保護層を均質化するためであった。この保護層は
、レーザー処理後に硬度２４０〜２６０のＨＶＯ．１の
中間生成物であって、その組織はシグマ層を含んでいな
かった。この組織は、空気雰囲気の炉内において、温度
約７００℃で、約１２時間の連続熱処理によって、部分
的にシグマ相に変換された。加熱速度も冷却速度も主要
ではなく、処理温度において要求される保持時間の保持
を保証することだけが必要であった。冶金学的試験は、
処理された保護層が含有量８０容積％を超えるシグマ相
を有することを示した。この層の硬度は、１２００〜１
４００ＨＶＯ．１であった。この保護層は、腐食に対し
て特に抵抗力があり、このことは５％ＮａＣｌ中での腐
食試験によって確認され、熱処理後の局部的腐食（孔食
または亀裂腐食）に対する抵抗力は、ＤＩＮ１．４４３
５（Ｘ２ ＣｒＮｉＭｏ １８ １２．ＡＩＳＩ
３１６Ｌ）に対するオーステナイト・ステンレス鋼
の場合よりもさらに良好であった。測定された臨界孔食
温度は、１．４４３５ステンレス鋼については１１．５
℃であるのに対して、熱処理され、レーザー溶融された
Ｓｔ３７上のＦｅ−４４％Ｃｒ保護層について１６℃で
あった。
て冶金学的に接合され、また溶融後に、約４５％のＣｒ
および５５％のＦｅおよび少量の炭素、Ｓｉ、Ｍｎおよ
びＳｔ３７鋼から来るその他の痕跡量の元素を含む要求
組成の保護層を均質化するためであった。この保護層は
、レーザー処理後に硬度２４０〜２６０のＨＶＯ．１の
中間生成物であって、その組織はシグマ層を含んでいな
かった。この組織は、空気雰囲気の炉内において、温度
約７００℃で、約１２時間の連続熱処理によって、部分
的にシグマ相に変換された。加熱速度も冷却速度も主要
ではなく、処理温度において要求される保持時間の保持
を保証することだけが必要であった。冶金学的試験は、
処理された保護層が含有量８０容積％を超えるシグマ相
を有することを示した。この層の硬度は、１２００〜１
４００ＨＶＯ．１であった。この保護層は、腐食に対し
て特に抵抗力があり、このことは５％ＮａＣｌ中での腐
食試験によって確認され、熱処理後の局部的腐食（孔食
または亀裂腐食）に対する抵抗力は、ＤＩＮ１．４４３
５（Ｘ２ ＣｒＮｉＭｏ １８ １２．ＡＩＳＩ
３１６Ｌ）に対するオーステナイト・ステンレス鋼
の場合よりもさらに良好であった。測定された臨界孔食
温度は、１．４４３５ステンレス鋼については１１．５
℃であるのに対して、熱処理され、レーザー溶融された
Ｓｔ３７上のＦｅ−４４％Ｃｒ保護層について１６℃で
あった。
Claims (13)
- 【請求項１】 保護層、特に金属基体に対する腐食、
エロージョンおよび（または）摩耗に対する保護層にお
いて、次の含有物（質量％）、すなわち３５〜５０％Ｃ
ｒとＭｏ、および残部が少なくとも鉄であり、前記３５
〜５０％Ｃｒと０〜１０％のＭｏを有し、鉄が最小限２
５％であって、８００ＨＶＯ．１までの最小硬度、を有
することを特徴とする保護層。 - 【請求項２】 Ｆｅが、部分的に少なくとも次の元素
の１つ（質量％）、すなわち Ｎｉ ０〜２０ Ｎｂ ０〜０．５Ｍｎ
０〜１８ Ｔｉ ０〜０．５Ｃｕ
０〜５ 窒素 ０〜０．５Ｗ
０〜３ 炭素 ０〜０．４Ｖ
０〜２ Ａｌ ０〜０．４Ｓｉ ０
〜１．５ その他（それぞれ）＜０．２によって
置換されていることを特徴とする請求項１に記載された
保護層。 - 【請求項３】 厚さが０．１ないし３ｍｍであること
を特徴とする請求項１または２に記載された保護層。 - 【請求項４】 前記保護層の少なくとも５容積％がシ
グマ相の形態で存在していることを特徴とする請求項１
ないし３の何れか一項に記載された保護層。 - 【請求項５】 シグマ相の割合が少なくとも５０容積
％であることを特徴とする請求項１ないし４の何れか一
項に記載された保護層。 - 【請求項６】 前記保護層および前記金属基体が冶金
学的に互いに接合されていることを特徴とする請求項１
ないし５の何れか一項に記載された保護層。 - 【請求項７】 請求項１ないし６の何れか一項に記載
された保護層を製造する方法において、前記保護層の材
料が被覆のために前記金属基体の表面とともに熱溶融法
によって溶融され、少なくとも５００℃の温度まで最小
速度１００Ｋ／秒で冷却されて、５００ＨＶＯ．１より
も小さい硬度を有する互いに接合された保護層を作り、
次にこの保護層が、硬度が少なくとも８００ＨＶＯ．１
になるまで５００ないし９５０℃の温度範囲で熱処理さ
れることを特徴とする保護層の製造方法。 - 【請求項８】 前記保護層の材料がノズルを通して粉
末の形態で溶融浴内に吹付けられ、前記保護層の材料が
同時に溶融されて前記金属基体に冶金学的に接合される
ことを特徴とする請求項７に記載された保護層の製造方
法。 - 【請求項９】 前記金属基体が前記保護層の材料で予
備的に被覆され、引続いて両方の材料が溶解によって互
いに冶金学的に接合されることを特徴とする請求項７に
記載された保護層の製造方法。 - 【請求項１０】 前記溶融が、レーザービームまたは
エレクトロンビームまたはアークによって行われること
を特徴とする請求項７ないし９の何れか一項に記載され
た保護層の製造方法。 - 【請求項１１】 前記金属基体が予備的な被覆の前に
予熱されることを特徴とする請求項９または１０に記載
された保護層の製造方法。 - 【請求項１２】 前記金属基体がガルバーニ電気処理
または熱的噴霧処理によって予備的に被覆されることを
特徴とする請求項９ないし１１の何れか一項に記載され
た保護層の製造方法。 - 【請求項１３】 前記熱処理が、７００℃±２５℃の
温度で少なくとも６時間保持することによって行われる
ことを特徴とする請求項７ないし１２の何れか一項に記
載された保護層の製造方法。
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