JPH08311635A - 高速粉末式フレーム溶射用タングステンカーバイト系サーメット粉末 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 球形状をなす利点を維持しながら、高い付着
歩留りが得られ、気孔量の少ない溶射皮膜を形成し得、
さらには良好な溶射作業性を有した高速粉末式フレーム
溶射用タングステンカーバイト系サーメット粉末を提供
することを目的とする。 【構成】 各粒子がタングステンカーバイト相とメタル
相からなり、長径と短径の比が１．５以下の球形状を呈
する粉末において、粉末の粒度分布が、粒径４５μｍを
超える粒子を１０重量％以下、粒径５μｍ未満の粒子を
２重量％以下含み、残部が粒径５〜４５μｍの粒子であ
り、かつ、粉末の平均粒径が２０〜２５μｍであること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高速粉末式フレーム溶
射用タングステンカーバイト系サーメット粉末の改良に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ステンレス鋼等の基材の表面の特性を著
しく改善して基材の表面の全部または一部に耐磨耗性、
耐食性等を付与するために、各粒子がタングステンカー
バイト等の炭化物相とコバルト、ニッケル、ニッケルク
ロム合金等のメタル相からなる高融点および高硬度のサ
ーメット粉末の溶射が行われている。前記サーメット粉
末の溶射法としては、種々のものが開発されているが、
中でもプロピレン、水素、プロパンなどの燃料ガスと酸
素との燃焼ガスを熱源とする高速粉末式フレーム溶射法
は、従来のプラズマ溶射法等に比較して、高速かつ低温
で溶射できることから、炭化物の酸化や分解が少なく、
また、ち密な溶射皮膜の形成が可能であるため、近年特
に注目を集めるようになっている（例えば、平成５年３
月２５日、株式会社産業技術センター社発行、「実用表
面改質技術総覧」、７２７〜７３３頁参照）。

【０００３】サーメット粉末溶射において使用されるサ
ーメット粉末は、（１）溶解インゴットを粉砕する鋳造
−粉砕法、（２）焼結体を粉砕する焼結−粉砕法、
（３）炭化物粉末の一粒一粒の粒子表面にメタル相を付
着させるコーティング法、（４）炭化物粉末と金属粉末
の原料混合粉末に有機質のバインダーを加えて造粒した
後、高温で焼結する造粒−焼結法等によって製造され、
その粒度分布を適宜に調整して使用されている。前記粉
末製造法において、（４）造粒−焼結法では粉末は球形
化するが、（１）鋳造−粉砕法および（２）焼結−粉砕
法では不規則形状の粉末となる。また、コーティング法
では、スプレー法によりメタル相を付着させると、球形
状となり、メタル相を付着させた後、粉砕すると不規則
形状となる。不規則形状の粉末は、その粒子の長径と短
径の比が大きく、かつ一定していないため、高速粉末式
フレーム溶射法にこの粉末を用いた場合、前記粉末の流
動性が不安定となり、溶融粉末粒子あるいは半溶融粉末
粒子を含む火炎の太さが一定しない。そのため、粉末の
流動ムラにより溶射皮膜の厚さが不均一になりやすい。

【０００４】一方、球形状をなし、粒子の長径と短径の
比が小さい粉末は、粉末の流動性が良好であり、従って
一定量の粉末が基材に付着していくので、溶射皮膜の厚
さも均一なものとなる。しかしながら、溶射皮膜の膜厚
は均一となるものの、（１）粉末の付着歩留りが低い、
（２）多孔質の溶射皮膜が形成され易い、（３）高速フ
レーム溶射ガンのノズル内面で粉末が堆積して目詰まり
を起こしやすい、即ち、溶射作業性が悪いという欠点が
あった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した課
題に着目してなされたもので、球形状をなす利点を維持
しながら、高い付着歩留りが得られ、気孔量の少ない溶
射皮膜を形成し得、さらには良好な溶射作業性を有した
高速粉末式フレーム溶射用タングステンカーバイト系サ
ーメット粉末を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の高速粉末式フレーム溶射用タングステンカ
ーバイト系サーメット粉末は、各粒子がタングステンカ
ーバイト相とメタル相からなり、長径と短径の比が１．
５以下の球形状を呈する粉末において、粉末の粒度分布
が、粒径４５μｍを超える粒子を１０重量％以下、粒径
５μｍ未満の粒子を２重量％以下含み、残部が粒径５〜
４５μｍの粒子であり、かつ、粉末の平均粒径が２０〜
２５μｍであることを特徴とする。メタル相の成分とし
て、コバルト、ニッケル、ニッケルクロム合金などが挙
げられる。

【０００７】

【作用】本発明の高速粉末式フレーム溶射用タングステ
ンカーバイト系サーメット粉末において、次の項目の各
々について説明する。

【０００８】１．長径と短径の比 粉末粒子の長径と短径との比、即ち長径／短径の値が
１．５を超えると、粉末の流動性が不安定となり、形成
される溶射皮膜の膜厚（高速フレーム溶射の最大溶射可
能厚さは０．２〜０．４ｍｍと薄い）が不均一になるこ
とから、その比は１．５以下とした。

【０００９】２．粉末の粒度分布 高速粉末式フレーム溶射中に粉末粒子がよりよく溶融す
るため緻密で高硬度の溶射皮膜を形成することができ
る。しかし、粒径４５μｍを超える粒子が１０重量％を
超えると、粉末の流動性はさらに向上（速く）するもの
の、形成される溶射皮膜の硬度および耐磨耗性を低下さ
せ、さらには発生する気孔の量も多くなることから、１
０重量％以下とした。また、粒径５μｍ未満の粒子が２
重量％を超えると、（１）粒度範囲が広がるため、粉末
の流動性が不安定になる、（２）高度粉末式フレーム溶
射時に微粉末のみが火炎の外に飛散するため粉末付着歩
留りが低下する（所定の膜厚まで溶射するのに時間がか
かる）、（３）溶射皮膜表面の酸化が激しくなる、
（４）ノズル内面に溶融し易い微粉末が堆積して目詰ま
りを起こすため、２重量％以下とした。

【００１０】３．平均粒径 ２０μｍ未満では形成される溶射皮膜は硬さが高くなり
過ぎて脆化し、後工程の機械加工や溶射皮膜の使用時に
おいて、溶射皮膜に割れや剥離が発生し易く、さらには
粉末付着歩留りが低下して著しく溶射作業性が悪化す
る。一方、２５μｍを超えると、硬さの低下と気孔の多
量発生を招き易いことから、その平均粒径は２０〜２５
μｍとした。

【００１１】本発明の高速粉末式フレーム溶射用タング
ステンカーバイト系サーメット粉末を製造するには、前
記造粒−焼結法を採用するのが好ましい。この方法によ
り球形状粉末粒子が得られるだけでなく、次の利点も挙
げられる。即ち、造粒−焼結法による粉末は、高温の高
速粉末式フレーム溶射ガンを通過した後も２０重量％以
下がＷ₂ＣとＷに変化する（ＷＣはＣを失うことにより
Ｗ₂ＣとＷに還元され、Ｃは酸化、マトリックスへの拡
散によって失われる）だけであり、溶射皮膜の硬度、耐
食性および耐磨耗性が劣化しにくい。これに対して、鋳
造−粉砕法により製造した、例えば、ＷＣ−Ｃｏ粉末で
は、粉末粒子中に、ＷＣの他に、Ｗ、Ｗ₂Ｃ、Ｃｏ₃Ｗ₃
Ｃ の相が含まれており、ＷＣ−Ｃｏ粉末が高速粉末式
フレームを通過すると、これらの相が分解してＷが増大
し、溶射皮膜の硬度、耐食性および耐磨耗性が劣化しや
すい。また、焼結−粉砕法による粉末は、上記Ｗ化合物
の分解による溶射皮膜の劣化を生じにくいものの、粉末
粒子の球形状化が困難である。

【００１２】

【実施例】

［実施例１〜４、比較例１、２］造粒−焼結法を行った
後、空気分級機を用いて表１に示す粒度分布を有するＷ
Ｃ−１２重量％Ｃｏ粉末およびＷＣ−１２重量％Ｎｉ粉
末を調製した。これらの粉末の球形度（長径／短径
比）、粒度分布（レーザー回折法による）、平均粒径お
よび流動度を調べたところ、表１に示す結果となった。
これらの粉末を使用して、表２に示す条件で基材表面に
高速粉末式フレーム溶射を行い、粉末の付着歩留り、溶
射時の粉末の流動性、並びに、形成された溶射皮膜の表
面粗さ（盛放し状態）、ビッカース硬度および気孔率を
調べたところ、表３に示す結果となった。なお、粉末の
付着歩留りは、溶射皮膜重量と粉末使用重量から算出し
た。また、溶射時の粉末の流動性は、ノズル部分におけ
る粉末の詰まりや飛行粉末を含む火炎の太さの変化を見
た。

【００１３】［従来例１、２］市販の高速粉末式フレー
ム溶射用粉末を入手した。これらの粉末につき実施例１
と同様に調べたところ、表１に示す結果となった。これ
らの粉末を使用して高速粉末式フレーム溶射を行うこと
以後は、実施例１と同様に試験したところ、表２および
表３に示す結果となった。

【００１４】

【表１】

【００１５】

【表２】

【００１６】

【表３】

【００１７】以上の結果から次のことが分かる。即ち、 （１）実施例１〜４の高速粉末式フレーム溶射用粉末
は、球形状を呈し、５μｍ未満の微粉末量が少ないため
溶射時における粉末の付着歩留りや流動性が高く、ノズ
ル内面の詰まりが起こりにくい。また、４５μｍを超え
る粗粉末量が少なく、粒度範囲も狭いので、厚さの不均
一（粗さ）や低硬度、高気孔率といった不具合がなく、
良好な溶射作業性と溶射皮膜特性を得ることができた。 （２）比較例１の高速粉末式フレーム溶射用粉末は、球
形状であるものの、４５μｍを超える粗粉末や５μｍ未
満の微粉末が多く、流動度が悪い。この粉末を用いて高
速粉末式フレーム溶射を行うと、付着歩留りが低く、硬
度が低く、表面粗さが粗く（皮膜厚さの不均一）、気孔
率が高くなる。 （３）比較例２の高速粉末式フレーム溶射用粉末は、球
形状であるものの、５μｍ未満の微粉末が多く、流動度
が悪い。この粉末を用いて高速粉末式フレーム溶射を行
うと、付着歩留りが低く、硬度が低く、気孔率が高くな
る。また、溶射時の粉末の流動性があまり良くなく、火
炎の太さが不安定である。 （４）従来例１の高速粉末式フレーム溶射用粉末は、製
造方法が異なり長径／短径比の大きい不規則形状であ
り、また、４５μｍを超える粗粉末や５μｍ未満の微粉
末が多く、流動度が無い。この粉末を用いて高速粉末式
フレーム溶射を行うと、付着歩留りが低く、硬度が低
く、表面粗さが粗く（皮膜厚さの不均一）、気孔率が高
くなる。また、溶射時の粉末の流動性があまり良くな
く、火炎の太さが不安定である。 （５）従来例２の高速粉末式フレーム溶射用粉末は、従
来例１と同様、長径／短径比の大きい不規則形状であ
り、また、５μｍ未満の微粉末が多く、流動度が無い。
この粉末を用いて高速粉末式フレーム溶射を行うと、付
着歩留りが低く、また、溶射時の粉末の流動性が良くな
く、ノズルが詰り易く、火炎の太さが不安定であるの
で、溶射作業性が良くない。

【００１８】

【発明の効果】以上から明らかなように、本発明の高速
粉末式フレーム溶射用タングステンカーバイト系サーメ
ット粉末は、各粒子がタングステンカーバイト相とメタ
ル相からなり、長径と短径の比が１．５以下の球形状を
呈する粉末において、粉末の粒度分布が、粒径４５μｍ
を超える粒子を１０重量％以下、粒径５μｍ未満の粒子
を２重量％以下含み、残部が粒径５〜４５μｍの粒子で
あり、かつ、粉末の平均粒径が２０〜２５μｍであるこ
とを特徴とするから、高速粉末式フレーム溶射時におけ
る粉末の流動性が優れている。そのため溶射時の粉末付
着歩留りを高くし、溶射皮膜の厚さを均一にすることが
可能であると同時に、硬度や気孔率等の溶射皮膜の特性
を向上することや、ノズルの詰りを防ぐことが可能であ
り、高速粉末式フレーム溶射の利点を充分に生かすこと
ができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各粒子がタングステンカーバイト相とメ
   タル相からなり、長径と短径の比が１．５以下の球形状
   を呈する粉末において、粉末の粒度分布が、粒径４５μ
   ｍを超える粒子を１０重量％以下、粒径５μｍ未満の粒
   子を２重量％以下含み、残部が粒径５〜４５μｍの粒子
   であり、かつ、粉末の平均粒径が２０〜２５μｍである
   ことを特徴とする高速粉末式フレーム溶射用タングステ
   ンカーバイト系サーメット粉末。
2. 【請求項２】 メタル相は、コバルト、ニッケルまたは
   ニッケルクロム合金である請求項１に記載の高速粉末式
   フレーム溶射用タングステンカーバイト系サーメット粉
   末。