JPH0732189A - 粉体プラズマ溶接用複合粉末材料 - Google Patents

粉体プラズマ溶接用複合粉末材料

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JPH0732189A
JPH0732189A JP5196836A JP19683693A JPH0732189A JP H0732189 A JPH0732189 A JP H0732189A JP 5196836 A JP5196836 A JP 5196836A JP 19683693 A JP19683693 A JP 19683693A JP H0732189 A JPH0732189 A JP H0732189A
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友保孝敏
Yoshizo Hashimoto
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 均一で優れた耐摩耗性を有する肉盛層を得る
ための粉体プラズマ溶接用炭化物複合粉末材料を提供す
る。 【構成】 この粉体プラズマ溶接用炭化物複合粉末材料
は、重量%で、必須成分として、1次粒子の粒径が1〜
10μmである(W、Ti)固溶体炭化物或いは(W、Ti、
Ta)固溶体炭化物をTi炭化物に換算して10〜30%
と、Ni及びCoの1種又は2種を10〜40%含み、球
状に造粒、焼結してなることを特徴としている。製品粒
径の範囲は45〜180μmの範囲が好ましい。更にCo
基、Ni基、Fe基の粉末材料の1種又は2種以上を10
〜90%混合することもできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、均一で優れた耐摩耗性
を有する肉盛層を得るための粉体プラズマ溶接用炭化物
複合粉末材料に関するものである。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、鉄系材料の表面に耐摩耗性を与える手段としては、
Fe−Cr系の材料をアーク溶接で肉盛するとか、耐食性
を要求される場合には、Co−Cr−W系のいわゆるステ
ライト合金をガス溶接或いはTIGアーク溶接で肉盛す
るとか、要求される品質と経済性を考慮して様々な手段
が採られている。
【0003】その中で、最近、開発・実用化された肉盛
溶接法として粉体プラズマ溶接があり、 溶接材料としての適用範囲が非常に広い、 溶接材料は粉末であり、自動化が容易、 精密肉盛が可能で、小型部品から大型部材まで被溶接
材としての適用範囲が広い、 と肉盛溶接に適した溶接法であることから、その適用は
拡大方向にある。
【0004】特に粉末材料を使用することから、従来の
肉盛溶接では考えられなかったようなセラミックス系材
料も溶接材料として可能なことから、従来検討されなか
った分野にも適用拡大が期待されるところである。
【0005】しかしながら、現状はというと、W炭化
物、Cr炭化物、Nb炭化物の粉末と、Ni、Co、Fe基
のアトマイズ合金粉末を混合した炭化物−合金混合粉末
材料がごく一部で使用されているにすぎない。
【0006】これは、炭化物材料が粉砕粉で角ばった異
形粉であることから、肉盛金属内部での応力集中が大き
く、耐割れ性に問題があること、また異形炭化物と球状
合金粉末では流動性に差があり、溶接時点での混合比率
の変動が大きく、溶接方向での均一分散に問題があるこ
と、更に炭化物材料と溶融金属との比重差、濡れ性等の
問題から肉盛厚さ方向でなかなか均一に分散しないとい
う問題によるところが大きい。
【0007】本発明は、上記従来技術の問題点を解決し
て、均一で優れた耐摩耗性を有する肉盛層を得るための
粉体プラズマ溶接用炭化物複合粉末材料を提供すること
を目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者は、粉体プラズ
マ肉盛溶接に適した炭化物複合粉末材料の開発によって
前記課題を解決するべく試みた。その結果、炭化物材料
としては溶接性、均一分散性に優れ、高硬度で高温でも
比較的安定なWとTiの固溶体炭化物に着目し、これに
Ni或いはCoを適量加え、造粒、焼結することによっ
て、前記問題点をクリアできる材料開発に成功した。
【0009】すなわち、本発明は、必須成分として、1
次粒子の粒径が1〜10μmである(W、Ti)固溶体炭化
物或いは(W、Ti、Ta)固溶体炭化物をTi炭化物に換
算して10〜30%と、Ni及びCoの1種又は2種を1
0〜40%含み、球状に造粒、焼結してなることを特徴
とする粉体プラズマ溶接用複合粉末材料を要旨としてい
る。
【0010】以下に本発明を更に詳細に説明する。
【作用】
【0011】本発明のポイントは、1次粒子の粒径が1
0μm以下で、WとTi或いはWとTiとTaの固溶体炭化
物に、Ni或いはCoを炭化物粒子のバインダーとして添
加し、球状に造粒、焼結する点にある。これらの規定理
由を以下に示す。
【0012】本発明において、(W、Ti)固溶体炭化物
或いは(W、Ti、Ta)固溶体炭化物を必須成分としたの
は、高硬度、高温安定性、溶接性及び均一分散性を考慮
したものであり、常温から800℃付近の高温域での耐
摩耗性を考慮したものである。したがって、補助成分と
しては、これら以外の炭化物、或いは硼化物、酸化物等
セラミック原料を適用添加することも有効である。
【0013】(W、Ti)固溶体炭化物或いは(W、Ti、
Ta)固溶体炭化物の量をTi炭化物に換算した量とした
のは、Ti炭化物が特性上最も重要な成分であるためで
ある。このTi炭化物換算量が10%未満では耐摩耗性
等の特性向上効果が小さく、また、30%を超えると溶
接性が劣り、粉体プラズマ溶接用として実用的でないた
め、Ti炭化物換算量で10〜30%とする。
【0014】更に、上記固溶体炭化物の1次粒子(焼結
前の粒子)の大きさの規定も重要である。これらの1次
粒子を1〜10μmとしたのは、限りなく球状に近い粉
末を作るためである。10μmを超えると球状造粒が困
難であり、1μm未満では焼結性が悪くなって製造上の
問題も生じてくる。また1次粒子1μm未満ではいかに
融点の高い炭化物といえども溶接時に容易に溶融し、均
一な炭化物分散が期待できなくなる。
【0015】Ni及びCoの1種又は2種を10〜40%
としたのは、10%未満では、焼結時のバインダー効果
が小さく焼結性が不良となり、結果的に溶接性も悪くな
り、また40%を超えると、焼結時軟化し易く球形状を
保持できなくなるなど製造上の問題が生じるためであ
る。
【0016】なお、Ni及びCoはバインダー効果に優れ
ているため、これらの1種又は2種を必須成分とした
が、これ以外の補助成分としてMo、Cr、Fe等を適量
添加することもできる。
【0017】製品粒径は45〜180μmの範囲が好ま
しい。これは、この範囲が粉末流動性、溶接性、肉盛金
属の炭化物均一分散の観点から最適であることが実験的
に確認したためである。しかし、45μm未満では粉末
の流動性に問題を生じ、また溶接時に1次粒子が溶融し
易く、また180μmを超えると溶接時泡立ち現象が生
じて溶接性を損ねる。
【0018】また、本発明の造粒焼結粉末は、組成によ
ってはそのままでも溶接材料として適用できるが、多く
の場合は、既存のCo基又はNi基、或いはFe基の合金
粉末材料と混合して特性向上を図るものである。したが
って、用途に応じた金属系粉末材料を選んで、本発明の
造粒焼結粉末を混合して使用することが可能である。そ
の際、金属系粉末材料の混合比率を10〜90%とした
のは、10%未満では混合の均一性が期待できず、また
90%を超えると混合の不均一性の他に特性向上効果が
小さいためである。
【0019】次に本発明の実施例を示す。
【実施例】
【0020】表1に示す造粒焼結粉末を作製した。使用
した固溶体炭化物は、固溶比率(重量%)が70:30の
(W、Ti)C、50:50の(W、Ti)C、及び70:2
0:10の(W、Ti、Ta)Cである。この造粒焼結粉末
を用い、表2に示す溶接材料を粉体プラズマ溶接によ
り、図1に示す試験片の表面に1層2パスで肉盛溶接
し、溶接性、肉盛層の断面組織、耐摩耗性の評価を行っ
た。これらの結果を表2に示す。なお、耐摩耗性は図2
に示す摩耗減量データで評価した。図3に耐摩耗性テス
トの要領を示す。
【0021】表2において、試験No.1〜3は本発明例
であり、このうちNo.1及び3は市販のNi−50Cr系
溶接用粉末をそれぞれ50%及び40%混合したもの
で、耐食、耐熱、耐摩耗用途を狙ったものである。いず
れも溶接作業性が良好で溶接部の割れもなく、断面組織
も均一で、図2に示すように耐摩耗性も非常に優れてい
る。
【0022】試験No.4(比較例)はNi−50Cr系金属
粉末のみを用いて溶接したもので、耐摩耗性の比較のた
めテストしたものである。
【0023】試験No.5(比較例)はW炭化物(粉砕粉)と
Ni−50Cr系金属粉末40%を混合したものであり、
従来の手法による材料である。粉末流動性の差によるも
のと思われるが、作業性が不安定であり、ビード外観か
らも溶接方向の炭化物分散性が悪いことが伺え、一部で
溶接割れ発生した。
【0024】試験No.6(比較例)はTi炭化物(粉砕粉)
とNi−50Cr系金属粉末70%を混合したものである
が、Ti炭化物が表面に浮きビードのなじみが悪くなっ
て作業性が悪い。
【0025】試験No.7(比較例)はNo.3(本発明例)と
同じ組成の造粒焼結粉末であるが、造粒焼結粉末製品の
粒度を75〜250μmと粗目に調整したものであり、
溶接時泡立つような感じとなり、結果としてブローホー
ル欠陥を生じて耐摩耗性も本発明例のレベルから若干劣
る結果となった。
【0026】
【表1】
【0027】
【表2】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の粉体プラ
ズマ溶接用炭化物複合粉末材料によれば、均一で優れた
耐摩耗性を有する肉盛層を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例に使用した試験片の形状を示す図であ
る。
【図2】耐摩耗性テストデータを示す図である。
【図3】耐摩耗性テストの要領を示す図である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で(以下、同じ)、必須成分とし
    て、1次粒子の粒径が1〜10μmである(W、Ti)固溶
    体炭化物或いは(W、Ti、Ta)固溶体炭化物をTi炭化
    物に換算して10〜30%と、Ni及びCoの1種又は2
    種を10〜40%含み、球状に造粒、焼結してなること
    を特徴とする粉体プラズマ溶接用複合粉末材料。
  2. 【請求項2】 製品粒径の範囲が45〜180μmであ
    る請求項1に記載の粉体プラズマ溶接用複合粉末材料。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2に記載の粉体プラズマ溶
    接用複合粉末にCo基、Ni基、Fe基の粉末材料の1種
    又は2種以上を10〜90%混合してなる粉体プラズマ
    溶接用複合粉末。
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