JPH06102823B2

JPH06102823B2 - 酸化クロム溶射材料及びその製造方法

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Publication number: JPH06102823B2
Application number: JP3177912A
Authority: JP
Inventors: 荘一藤井
Original assignee: 日本研磨材工業株式会社
Priority date: 1991-07-18
Filing date: 1991-07-18
Publication date: 1994-12-14
Anticipated expiration: 2009-12-14
Also published as: JPH0525606A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、従来の酸化クロム溶射
材料を用いた溶射被膜に比べて、耐摩耗性、耐蝕性及び
仕上げ面粗さに優れた溶射被膜を形成するための溶射材
料及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】酸化クロムは、融点が高く（２４３５
°）、高硬度（旧モース硬度８．５）であり、かつ化学
的に安定であるので、酸化クロム溶射被膜は耐摩耗性及
び耐蝕性保護被膜として優れた性能が期待される。

【０００３】酸化クロム溶射材料は、一般に原料を溶融
後、固化し、粉砕・整粒して製造される。しかし、この
酸化クロムは高温において酸素を放出し、金属クロムを
生成しやすい性質を持っているため、上記の溶融工程に
おいて通常１〜５重量％の金属クロムが生成する。この
金属クロムは溶射用粉末材料の製法上除去し難く、最終
的にも混入した金属クロムの大部分がそのまま溶射被膜
中に残留することが避けられなかった。この金属クロム
の存在は、酸化クロム溶射被膜として求められる品質特
性、つまり高硬度、耐摩耗性、耐蝕性を著しく劣化さ
せ、仕上げ面粗さに優れた溶射被膜の形成を困難なもの
とする。

【０００４】例えば、酸化クロム溶射被膜はその本来の
特性を期待して、２００℃以下での耐蝕・耐摩耗性用
途、つまり、腐蝕力の強い化学薬品を搬送するためのポ
ンプ部品の内壁、繊維工業における搬送ロール表面及び
一般機械部品分野等幅広い分野で用いられているが、こ
れらの被膜中に低硬度で、耐摩耗性及び化学腐蝕に弱い
金属クロムが存在すると耐摩耗性が低下し、溶射被膜が
本来有する耐化学腐蝕性を著しく劣化させることが知ら
れている。

【０００５】このような問題点を改良するため、本発明
者らは先に金属クロムの含有量を低減し得る次のような
製法を提供している。

【０００６】特開昭６２−６３６５９号酸化クロム粉末を含む酸化物粉末を溶融後固化し、粉
砕、分級するに当たり、前記溶融後の融液と酸素含有ガ
スを接触・反応させ、該融液中の金属クロムの含有量を
０．５重量％以下にする方法。

【０００７】特開昭６２−６３６６０号酸化クロム粉末を含む酸化物粉末を溶融後固化し、粉
砕、分級するに当たり、前記粉砕、分級により５〜１０
０μｍの粉末材料を得、この粉末材料を高温酸化雰囲気
でバイ焼し、該粉末中の金属クロムの含有量を０．５重
量％以下にする方法。

【０００８】特開昭６２−６３６６１号酸化クロム粉末を含む酸化物粉末を溶融後固化し、粉
砕、分級するに当たり、前記粉砕、分級により５〜１０
０μｍの粉末材料を得、この粉末材料を酸洗することに
より、該粉末中の金属クロムの含有量を０．５重量％以
下にする方法。

【０００９】特開昭６２−６３６６２号酸化クロム粉末を含む酸化物粉末を溶融後固化し、粉
砕、分級するに当たり、前記粉砕、分級により５〜１０
０μｍの粉末材料を得、この粉末材料を比重分離するこ
とにより該粉末中の金属クロムの含有量を０．５重量％
以下にする方法。また、一般に溶射材料は、フレームも
しくはプラズマ溶射システムを用いて溶射され、密着強
度の優れた溶射被膜を形成するためには、そのフレーム
炎及びプラズマ炎中で十分に溶融させる必要があり、そ
の粒度分布幅は１０５−５μｍ、平均粒子径で５０−１
０μｍが望ましい。また、溶射粉末は溶射ガンまで搬送
チューブ等を用いて供給されるので、流動性が被膜の品
質に影響を及ぼし、流動性が悪いと目的とする品質の被
膜が得られない。搬送中の流動性を良くするためには、
粒子形状においてエッヂ面が存在せず、概略球形、つま
り球形もしくはブロッキーであることが望まれる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】酸化クロムは難焼結性
であるため、焼結法を用いた場合、溶射が可能となる適
切な粒子径を得ることは難しく、また焼成温度が高温と
なるため設備面で問題がある。

【００１１】また、溶融工程を用いた場合は、前述の通
り、溶射粉末に通常１〜５重量％の金属クロムが生成
し、酸化クロム本来の有する品質特性を著しく低下せし
める。これらを改善するために溶射材料の金属クロムを
除去する製造方法として、前記特開昭６２−６３６５９
号の融液と酸素含有ガスを反応させる方法、特開昭６２
−６３６６０号の高温酸化雰囲気でのバイ焼処理方法、
特開昭６２−６３６６１号の酸洗処理方法、並びに特開
昭６２−６３６６１号の比重分離法が提供されている
が、これらの製法はいずれもその出発材料として電融粉
砕品を用いているため、出発材料中の金属クロムを除去
するために複雑な二次工程処理を必要とする難点があ
り、また、得られた溶射粉末の流動性においても問題が
あった。

【００１２】また、これらの溶射材料は後述の通り、そ
の化学組成としてＡｌ₂Ｏ₃が５０重量％，Ｃｒ₂Ｏ₃
が５０重量％からなる酸化クロムを含む溶射材料であ
り、酸化クロムを主成分とするものではない。

【００１３】そこで、本発明の目的とするところは、ま
ず複雑な二次処理工程を必要とせず金属クロム含有量が
少ない酸化クロム溶射材料が直接得られるような製造方
法ならびにこれによって得られた溶射材料を提供すると
ころにある。

【００１４】また、フレーム炎及びプラズマ炎中で溶融
させるに適した粒度分布を有し、粒子形状が流動性に適
している溶射材料を提供するところにある。

【００１５】さらにまたこれによって、上記従来の酸化
クロム溶射材料における問題点をことごとく解決し、耐
摩耗性、耐蝕性に優れ、仕上げ面粗さの点においても優
れた溶射被膜を形成することができる新規な溶射材料及
びその製造方法を提供しようとするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明者らはまず、焼結
助剤となり得る添加材を選定することによって、比較的
低い焼成温度で焼結法によって酸化クロム溶射材料を製
造し得るとの知見を得た。すなわち、焼結助剤として酸
化チタンを選定し、酸化クロムの表面に酸化チタンを均
一に被覆して焼成する場合、比較的低い温度で焼成し得
ることを確認したものである。

【００１７】すなわち、本発明は焼結酸化クロム溶射材
料の製造方法を開発したもので、酸化クロムの表面に酸
化チタンを均一に被覆し、１１００〜１５００℃の温度
で１０分ないし１０時間焼成した後、解砕・整粒するこ
とを特徴としている。

【００１８】出発材料として用いる酸化クロムの純度を
９８％以上、金属クロム含有量を０．５重量％以下、好
ましくは０．１重量％以下とすれば、純度９７．５重量
％以上の酸化クロムからなり、金属クロム含有量が０．
５重量％以下、好ましくは０．１重量％以下の焼結酸化
クロム溶射材料が得られる。

【００１９】出発材料として用いる酸化クロムの平均粒
子径は、焼結助材として添加する酸化チタン微粉末を均
一に原料表面に被覆する上から、１〜５μｍのものが好
ましい。平均粒子径が１μｍより小さい場合、被覆する
焼結助材の酸化チタン微粉末とほぼ同一粒子径となり、
酸化チタンが酸化クロム表面に均一に被覆されず酸化ク
ロム原料同士が接合し焼結が困難となる。また、酸化チ
タンの均一な分散が困難となるので酸化クロムの表面に
被覆されなかった酸化チタンの凝集粒子が生じることに
なり被膜特性を劣化させる。平均粒子径が５μｍを越え
る場合は焼結そのものが酸化チタンを多量に添加しなけ
れば進行せず被膜中に残留する過剰の酸化チタンが被膜
特性を劣化させる。

【００２０】また、出発材料としての酸化クロムは、乾
式法によって製造されたもの、すなわち無水重クロム酸
ソーダに還元剤を添加しバイ焼して製造したものを用い
ることで目的とする純度、金属クロムの量並びに平均粒
子径を得ることができる。金属クロム含有量が０．５重
量％より多い場合、溶射被膜中の金属クロム含有量も増
大し被膜特性を著しく劣化せしめるので、さらに二次工
程処理を必要とする。焼結助材として添加する酸化チタ
ンは、上述したごとく酸化クロム表面を均一に被覆し、
酸化クロム原料の焼結性を上げ、かつ酸化クロム本来の
被膜特性を失わないためには、その平均粒子径を細かい
ものとし、かつ添加量を少量とする必要がある。添加量
が０．０５重量％以下の場合焼結が進行しない。２重量
％以上の場合被膜特性を劣化せしめる。また、平均粒子
径は１．０μｍ以下、好ましくは０．３μｍ以下である
ことが酸化クロム表面を均一に被覆する上で望ましい。
平均粒子径が１．０μｍより大きい場合、酸化クロム表
面への均一被覆は困難となる。

【００２１】酸化クロム表面に酸化チタンを均一に被覆
する方法としては、万能攪拌機等の攪拌機を用いて混合
すれば良い。

【００２２】焼成雰囲気は、酸化クロムの金属クロムへ
の還元反応を防ぐため、酸化雰囲気で行うことが望まし
い。焼成温度は、１１００〜１５００℃の範囲内で選べ
ば満足した結果が得られ、好ましくは１３００〜１４５
０℃が適している。

【００２３】１１００℃以下の場合、焼結を十分に進行
させ、かつ溶射に適した粒子径及び粒子形状を得るため
には、焼成時間を長大なものとしなければならない。

【００２４】一方、１５００℃を越えた場合、焼結が進
行し過ぎて平均粒子径が粗大となり粉砕等の後工程が必
要となる。また、焼成炉等の設備面の経費も増大する。

【００２５】焼成時間は特に制限はないが、低温で焼成
する場合は長く、高温で焼成する場合は短時間で行うの
が良い。通常１０分間から１０時間の範囲で選択でき
る。

【００２６】得られた溶射材料の粒子形状は、従来の電
融品及び焼結品のごとく粉砕工程を経ていないのでエッ
ヂ面を持たず、球形もしくは楕円球状の概略球形を呈
し、流動性に優れている。また、その粒度分布範囲も１
０５〜５μｍ、平均粒子径が１０−５０μｍとなり、従
来法のごとく粉砕工程による歩留まり低下が生じず、歩
留まりは従来法に比べ１１５〜１４０％へ向上する。

【００２７】

【作用】この発明の製造方法によれば、出発材料として
酸化クロムと酸化チタンを用いることによって１１００
〜１５００℃の焼成温度で直接焼結酸化クロム溶射材料
を製造することができる。

【００２８】したがって酸化クロムの純度、金属クロム
の含有量を選定することによって金属クロム含有量が少
なく、酸化クロム純度の高い焼結酸化クロム溶射材料を
簡単に得ることができる。

【００２９】焼成後は解砕・整粒するだけで良く、二次
処理工程を必要としない。また、得られた焼結酸化クロ
ムは球形もしくは楕円球状の概略球形を呈し、流動性に
優れており、良質な被膜が得やすく、また、粒度分布範
囲が１０５〜５μｍ、平均粒子径で１０−５０μｍのも
のが得られるためフレーム炎及びプラズマ炎中での溶融
に適した粒度が得られ、粉砕工程による歩留まり低下も
ない。

【００３０】したがって、従来の溶射材料を用いた溶射
被膜に比べて高硬度、耐摩耗性、耐蝕性を著しく向上さ
せ、仕上げ面粗さの点においても優れた溶射被膜を形成
することができる。

【００３１】

【実施例】次に本発明を実施例によって詳しく説明す
る。

【００３２】［実施例１］市販の乾式法酸化クロム（日
本電工株式会社製「酸化クロムＮｏ．８０」、Ｃｒ₂Ｏ
₃：９８．５％以上、平均粒子径：１．０，３．０と
５．０μｍ）と市販の酸化チタン（ＴｉＯ₂：９９．０
％以上、平均粒子径：０．３と１．０μｍ）とを用い、
それぞれ万能攪拌機を用いて攪拌混合して酸化クロム表
面に酸化チタンを被覆した。

【００３３】被覆終了後、炭化ケイ素質発熱体電気炉を
用いて１３５０°、保持時間３時間で焼成処理を行っ
た。得られた焼結粉末を解砕し、粉砕工程を経ること無
くふるい網を用い７５μｍ上を取り除いた後に、湿式分
級法を用いて１０μｍ以下も取り除き７５−１０μｍ
（平均粒子径が２６−３４μｍ）の溶射材料を得た。出
発材料および溶射材料の品質特性を表１、表２に示す。

【００３４】溶射はプラズマ溶射装置を用い、作動ガス
としてアルゴンと水素を用い、５０×５０×１０ｍｍの
ＳＵＳ−３０４鋼板の基材上に膜厚が２００μｍとなる
ように溶射した。

【００３５】また、比較例として試料番号１〜６を準備
した。試料番号１〜５においては、酸化クロム原料は本
発明品と同様であるが、その平均粒子径を異ならせたも
の（試料番号１、２）、酸化チタンの平均粒子径を異な
らせたもの（試料番号３）酸化チタンの添加量を異なら
せたもの（試料番号４、５）を準備した。

【００３６】試料番号１：出発材の酸化クロムの平均粒
子径が０．５μｍと細かいもの試料番号２：出発材の酸化クロムの平均粒子径が７．０
μｍと粗いもの試料番号３：被覆に用いる酸化チタンの平均粒子径が
２．０μｍと粗いもの試料番号４：酸化チタンの添加量が０．０３％と少ない
もの試料番号５：酸化チタンの添加量が３．００％と多いも
の試料番号６：従来品（市販の電融粉砕品）溶射粉末の品質特性としては、表１、表２に示すように
化学組成、金属Ｃｒ量、粒度分布、平均粒子径、歩留ま
り、流動性を測定した。

【００３７】金属Ｃｒの分析方法は、試薬特級の塩酸と
純水との１：１（体積比）の溶液、５０ｃｃ中に試料を
浸し、一昼夜放置した後、１５分間煮沸し、冷却、ろ過
した後、ろ過水を原子吸光分析装置で定量分析を行い測
定した。

【００３８】歩留まりは、得られた焼結粉末の総量にお
ける溶射に適した７５−１０μｍの割合を計量して求
め、試料番号６の値を１００として指数で表示した。流
動性は、ＪＩＳＺ−２５０２（金属粉末の流動性試験
法）で行った。

【００３９】

【表１】

【００４０】

【表２】

【００４１】溶射被膜の品質特性としては、硬度（Ｈｖ
₃₀₀）、横軸平面研削板を用いてダイヤモンド砥石（＃
６００）で研削仕上げ後の平均表面粗さ（Ｒａ）、比摩
耗量の測定及び耐蝕性の測定を行った。その結果を表３
に示す。

【００４２】比摩耗量の測定は大越式迅速摩耗試験機を
用い、室温で以下の測定条件によって測定した。

【００４３】研磨回転具材質：ＳＵＪ−２（Ｈ_RC６０）摩擦速度：１．３７ｍ／秒摩擦距離：２００ｍ最終荷重：１２．６ｋｇ耐蝕性試験は試料表面に濃硝酸を塗布し、室温で１００
時間放置後、被膜断面を切断し、基材の浸蝕度合いを測
定し、試料番号６の値を１００として指数で表示した。

【００４４】

【表３】

【００４５】比較例として用いた試料番号１〜４は本発
明と同様の酸化クロムを選定し、焼結法を用いて製造し
ているので金属Ｃｒ含有量は少ないが、酸化クロムの焼
結が進行せず、得られた溶射粉末はすべて３０μｍ以下
と細かく、歩留まりも従来の電融粉砕品（比較例６）に
比べて３５〜４５％と悪い。また、溶射時においても焼
結が不完全であるために流動性が悪く、ノズル閉塞が生
じ溶射不能となった。試料番号５を用いた溶射被膜は、
従来品（試料番号６、電融粉砕品で金属Ｃｒを１．５２
％含み、粒径も多数のエッジ面を有する。図２参照）に
比べると、金属Ｃｒ量は減少し、耐蝕性は向上するが、
酸化チタンを３％固溶しているので、被膜硬度は１１２
０と低く、比摩耗量は２０×１０^-8ｍｍ³／ｋｇ・ｍと
従来品と比べ、ほぼ同じである。

【００４６】これに対し、本発明品である試料番号７〜
１３は、得られた溶射材料の粒子形状は従来の電融品の
ごとく粉砕工程を経ていないのでエッヂ面を持たず、球
形もしくは楕円球状の概略球状を呈し（試料番号８、図
１参照）、流動性に優れ、従来品に比べて歩留まりも１
１５〜１４０％と向上する。

【００４７】また、本発明品は、酸化クロム純度が９
７．５％以上と高く、金属クロム含有量が０．０８％以
下と少なく、かつ、粒子形状も優れているので、これら
の溶射材料を用いた溶射被膜は硬度が１２００以上と高
硬度で、比摩耗量も５〜１０×１０^-8ｍｍ³／ｋｇ・ｍ
と向上する。また耐蝕性も従来の電融粉砕品に比べ約２
５％向上した。さらに、表面平均粗さ（Ｒａ）も０．２
５μｍ以下と小さく研削仕上げ後の外観も優れている。

【００４８】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明は、比較的低
い焼成温度で焼結法により製造し得る酸化クロム溶射材
料の製造法並びにこれによって得られる焼結酸化クロム
溶射材料を提供し得たのであり、酸化クロムの純度を選
定することによって複雑な二次処理工程を経ることなく
容易に金属クロムの含有量が少ない酸化クロム溶射材料
が得られるものである。

【００４９】また、得られた焼結酸化クロム溶射材料
は、溶射材料としての好ましい粒度分布を有しており、
歩留まりを向上し得るほか、解砕・整粒によって所望と
する製品粒子を得るので、粒子形状が概略球形を呈し、
流動性に優れており、良質な被膜が得やすいという利点
も有している。

【００５０】したがってこの溶射材料をを用いた溶射被
膜は、高硬度と耐摩耗性、耐蝕性を示すので、基材合金
の使用寿命の延長を可能とするとともに仕上げ面の向上
にも貢献し得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る焼結酸化クロム溶射材料の粒子
形状を示す電子顕微鏡写真図、

【図２】従来の電融粉砕品の粒子形状を示す電子顕微鏡
写真図、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】純度９７．５重量％以上の酸化クロムと
０．０５〜２．０重量％の酸化チタンからなり、金属ク
ロム含有量が０．５重量％以下であることを特徴とする
焼結酸化クロム溶射材料。
【請求項２】金属クロム含有量が０．１重量％以下で
あることを特徴とする請求項１記載の焼結酸化クロム溶
射材料。
【請求項３】粒子形状が概略球状を呈し、平均粒子径
が１０−５０μｍであることを特徴とする請求項１また
は２記載の焼結酸化クロム溶射材料。
【請求項４】酸化クロムの表面に酸化チタンを均一に
被覆し、１１００〜１５００℃の温度で１０分ないし１
０時間焼成した後、解砕・整粒することを特徴とする焼
結酸化クロム溶射材料の製造方法。
【請求項５】出発材料としての酸化クロムが、純度９
８％以上、金属クロム含有量０．５重量％以下、平均粒
子径が１〜５μｍである請求項４記載の焼結酸化クロム
溶射材料の製造方法。
【請求項６】出発材料としての酸化チタンが、純度９
８％以上、平均粒子径が１．０μｍ以下である請求項４
記載の焼結酸化クロム溶射材料の製造方法。