JPH04276059A - 溶射皮膜の改質方法 - Google Patents

溶射皮膜の改質方法

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JPH04276059A
JPH04276059A JP3119632A JP11963291A JPH04276059A JP H04276059 A JPH04276059 A JP H04276059A JP 3119632 A JP3119632 A JP 3119632A JP 11963291 A JP11963291 A JP 11963291A JP H04276059 A JPH04276059 A JP H04276059A
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JP
Japan
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deposit
laser
cermet
carbon source
coating
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JP3119632A
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English (en)
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Yusaku Shimoda
下田 有作
Nobuo Tanaka
信夫 田中
Kenichi Yuge
兼一 弓削
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Idemitsu Kosan Co Ltd
Sakai Chemical Industry Co Ltd
Japan Petroleum Energy Center JPEC
Original Assignee
Petroleum Energy Center PEC
Idemitsu Kosan Co Ltd
Sakai Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、耐摩耗・耐腐食性サー
メット溶射皮膜の改良に関するものである。さらに詳し
くいえば、本発明は、サーメット溶射皮膜の表面をレー
ザー照射して、耐摩耗性及び耐腐食性に優れたサーメッ
ト溶射皮膜を効率よく得る改質方法に関するものである
【0002】
【従来の技術】従来、金属、非鉄金属、あるいは非金属
から成る基材の耐摩耗性や耐腐食性を改良する目的で、
該基材に適当な材料を溶射して保護皮膜を形成させる方
法が広く行われている。
【0003】ところで、炭化物はそれ自体高硬度と優れ
た耐腐食性を有することから、前記溶射材料としての使
用が試みられているが、単独では高温にさらされると溶
融する前に分解を生じ、溶射皮膜が得られない。したが
って、該溶射材料として、炭化物に金属を混合したもの
が用いられている。
【0004】このサーメット溶射粉末は、通常爆発溶射
法や爆発溶射に類似した高速ガス溶射法などのガスの燃
焼爆発を利用した溶射法などにょって溶射されることが
多い。しかしながら、これらの溶射法はガスの燃焼爆発
を利用していることから、燃焼ガスとしてプロパン、酸
素を用い、しかも大気中で行うために、炭化物と金属は
酸化されて、炭化物を使用するメリットが著しくそこな
われるとともに、金属もバインダーとしての役割が低減
するなどの欠点を有している。
【0005】したがって、このような欠点を改良するた
めに、サーメット溶射皮膜をレーザーによって改質する
方法が試みられている。例えば(1)サーメット溶射皮
膜にレーザーを照射して該皮膜を溶融させる方法や(特
開昭61−104062号公報、特開昭62−2537
58号公報)、(2)炭化タングステンとコバルトとを
レーザーを照射することで合金化する方法(特開平2−
30704号公報)などが提案されている。しかしなが
ら、前記(1)の方法においては、皮膜が溶融して、気
孔が減少し、ち密なものになるが、金属が溶融するだけ
であって反応が起こらないため、耐腐食性は該金属以上
の性能にはならないし、また(2)の方法においては、
皮膜全体を合金化すると変形が大きくなって基材から剥
離しやすくなり、この剥離が生じないようにするために
は、炭化タングステンとコバルトとの配合比率をかなり
変えて傾斜皮膜にする必要があり、その結果、工程が煩
雑となる上、金属のままなので、耐腐食性が十分ではな
いなどの欠点がある。
【0006】他方、チタン膜にカーボンを塗布し、レー
ザーを照射して炭化チタンに変えることも試みられてい
る。しかしながら、この方法においては、チタン膜は金
属であるので、サーメット膜に比べてレーザー吸収係数
が低いため、レーザー出力を高くしないと反応が起こら
ず、したがって、クラックの発生がサーメット膜に比べ
て起こりやすいという欠点がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情のもとで、サーメット溶射皮膜の耐熱衝撃性及び基
材との高密着性をそこなうことなく、その表面を改質し
て、さらに優れた耐摩耗性及び耐腐食性を有するサーメ
ット溶射皮膜を提供することを目的としてなされたもの
である。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するために、鋭意研究を重ねた結果、サーメット
溶射皮膜に炭素源の存在下、レーザー照射を行うことに
より、皮膜の内面においては金属がバインダーとしての
働きを失うことなく、熱応力の緩和作用や基材との高い
密着性を維持するとともに、表層部においては溶融ち密
化し、かつ炭化物は再度炭化されて結晶性の高いものと
なる上、金属は一部カーボンと反応して炭化物を形成す
るため、耐摩耗性及び耐腐食性がさらに優れたものにな
ることを見い出し、この知見に基づいて本発明を完成す
るに至った。
【0009】すなわち、本発明は、基材表面に炭化物と
金属とから成るサーメット溶射皮膜を形成させたのち、
該溶射皮膜に炭素源の存在下レーザー照射することを特
徴とする溶射皮膜の改質方法を提供するものである。
【0010】本発明方法において用いられる基材につい
ては特に制限はなく、従来サーメット溶射皮膜の形成に
慣用されているもの、例えば鉄、銅、ステンレスなどの
金属から成るものや、YSZ、アルミナ、炭化ケイ素、
チタニヤなどのセラミックス焼結体から成るものなどの
中から任意のものを選択して用いることができる。また
、その形状についても特に制限はなく、例えば平板状の
ものや、シリンダー外面、ローラーなどの円柱状のもの
など、いずれのものであってもよい。
【0011】本発明においては、これらの基材の表面に
、まずサーメット溶射皮膜を形成させる。このサーメッ
ト溶射皮膜の形成には、炭化物と金属との混合物や複合
物から成る溶射粉末が用いられ、その組合せとしては、
例えばWC−Co、WC−Ni、WC−Cr、WC−C
rNi、WC−Ti、Cr3C2−CrNi、Cr3C
2−Cr、Cr3C2−Ni、Cr3C2−Co、Cr
3C2−Ti、Cr3C2−Al、SiC−Ni、Si
C−Co、SiC−CrNi、SiC−Ti、MoC−
Ni、MoC−Co、MoC−CrNi、MoC−Ti
などが挙げられる。
【0012】これらのサーメット溶射粉末を用いて、基
材表面にサーメット溶射皮膜を形成させる方法としては
ガス溶射法と電気溶射法とがあり、前者のガス溶射法と
してはフレーム溶射法や爆発溶射法などが、電気溶射法
としてはアーク溶射法やプラズマ溶射法などがあるが、
これらの中で爆発溶射法とプラズマ溶射法、特に爆発溶
射法などのガスの燃焼爆発を利用した溶射法が好適であ
る。
【0013】これらの溶射法によって基材表面に形成さ
れるサーメット溶射皮膜の厚さは、通常25〜500μ
mの範囲で選ばれる。
【0014】本発明方法においては、このようにして基
材表面に形成されたサーメット溶射皮膜に、炭素源の存
在下レーザーを照射して、該皮膜の表面を改質すること
が必要である。該レーザーとしては、通常波長10.6
μmのCO2レーザーが用いられ、またレーザー照射は
、例えば(1)炭素源を溶射皮膜に塗布したのち、大気
圧下でレーザー照射する、(2)炭素源を溶射皮膜に塗
布したのち、減圧下でレーザー照射する、(3)炭素源
を溶射皮膜に塗布したのち、メタンガスやプロパンガス
などの炭素源になるガス雰囲気下でレーザー照射する、
(4)溶射皮膜にメタンガスやプロパンガスなどの炭素
源になるガス雰囲気下レーザー照射する、などの方法に
よって行われるが、これらの中で(3)の方法が特に好
適である。
【0015】溶射皮膜に炭素源を塗布すると、炭素欠損
の溶射皮膜中の炭化物が再度炭化されるとともに、バイ
ンダーとしての金属の一部が炭化されるため、より効果
が大きい。
【0016】前記炭素源としては、例えばカーボンブラ
ック、アセチレンブラック、石油コークス、活性炭など
の固形物、アスファルトや潤滑油などの液状物、さらに
はシリコーン系、エポキシ系、アクリル系、フェノール
系、フロン系、パラフィン系などの有機系樹脂などが挙
げられる。
【0017】固形状の炭素源を用いる場合は、アセトン
やトルエンなどの溶媒に分散させて塗布すると皮膜の炭
化が効果的に起こり、また、粒子の形状が細かいほど皮
膜中によく含浸するため炭化物の形成に有利である。
【0018】また、溶射皮膜に前記炭素源を塗布してレ
ーザー照射すると該レーザーの吸収率が高くなるという
効果もある。レーザーは100W以上の出力で照射する
ことが好ましく、出力が低い場合は溶射膜の溶融が起こ
らず、ち密化や炭化反応が進行しないおそれがある。
【0019】このように、サーメット溶射皮膜に炭素源
の存在下レーザー照射することにより、該皮膜の表面が
溶融ち密化する上、表層の酸化が防止されるとともに、
酸化した炭化物は再度炭化され、かつバインダーの金属
の一部が炭化されるために、該サーメット溶射皮膜は耐
摩耗性及び耐腐食性の優れたものとなる。しかも、該皮
膜の内面においては、金属のバインダーとしての働きを
失わずに、熱応力の緩和作用や基材との高い密着性を保
持している。
【0020】
【発明の効果】本発明によると、サーメット溶射皮膜に
炭素源の存在下レーザー照射することにより、該皮膜の
表面が改質され、より優れた耐摩耗性及び耐腐食性を有
するサーメット溶射皮膜が容易に得られる。本発明方法
により得られたサーメット溶射皮膜を有する材料は、耐
摩耗性及び耐腐食性に優れた材料として、鉄鋼分野、石
油化学分野、製紙(ロールなど)、自動車分野などにお
いて好適に用いられる。
【0021】
【実施例】次に、実施例により本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定さ
れるものではない。なお、皮膜の性能は次のようにして
評価した。
【0022】(1)耐摩耗性 エチレンコークスを摩耗材として、空気流速30m/s
ecの速度で基材に吹き付けるブラストエロージョンテ
ストを行った。摩耗面積4cm2、角度30°、距離2
0mmの条件で、エチレンコークス1kgを吹き付けた
際の摩耗減量で評価した。
【0023】(2)表面硬度 皮膜の表面を10〜20μmほど研摩したのち、マイク
ロビッカース硬度計を用い、30gの荷重で測定した。
【0024】(3)耐腐食性 硫酸、塩酸及び硝酸のそれぞれ10重量%混酸に、皮膜
9cm2だけ露出させたテストピースを90℃で3時間
浸せき後、腐食減量を測定した。この結果を1時間、1
cm2に換算して腐食度を求めた。
【0025】実施例1 Cr3C2−CrNiの溶射粉末をメテコ社製のD−ガ
ンを用いて、SS41に膜厚150〜200μm程度に
溶射施工したのち、この皮膜にシリコーン系樹脂を塗布
し、乾燥した。
【0026】次に、シリコーン系樹脂が塗布された溶射
皮膜を有するSS41を真空チャンバー中に設置後、1
0−3Torr以下になるまで脱気したのち、アルゴン
を10l/min流し、50Torrにした。次いで、
メタンガスを0.5kg/cm2の強さで吹き付け、出
力400W、焦点から基材までの距離100mm、レー
ザー断面の直径8mmの条件で、皮膜にレーザーを照射
した。
【0027】このようにしてレーザー処理された皮膜の
性能を調べたところ、摩耗量5.0mg、表面硬度12
00、腐食度1.7mg/cm2・hrであった。
【0028】比較例1 Cr3C2−CrNiの溶射粉末をメテコ社製のD−ガ
ンを用いて、SS41に膜厚150〜200μm程度溶
射施工したのち、この皮膜を無処理のまま大気中で、出
力400W、焦点から基材までの距離100mm、レー
ザー断面の直径8mmの条件でレーザー照射した。
【0029】このようにしてレーザー処理された皮膜の
性能を評価したところ、摩耗量22.5mg、表面硬度
1000、腐食度15.5mg/cm2・hrであった
【0030】比較例2 Cr3C2−CrNiの溶射粉末をメテコ社製のD−ガ
ンを用いて、SS41に膜厚150〜200μm程度溶
射施工した。
【0031】この皮膜の性能を評価したところ、摩耗量
24.0mg、表面硬度950、腐食度4.0mg/c
m2・hrであった。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  基材表面に炭化物と金属とから成るサ
    ーメット溶射皮膜を形成させたのち、該溶射皮膜に炭素
    源の存在下レーザー照射することを特徴とする溶射皮膜
    の改質方法。
JP3119632A 1991-02-28 1991-02-28 溶射皮膜の改質方法 Pending JPH04276059A (ja)

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