JPS5811261B2 - 固体潤滑剤を含有する溶射皮膜の形成法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は固体潤滑剤を含有する溶射皮膜の形成法に関
し、さらに詳しくは、例えば機器類の摺動摩擦面に、ボ
ロンナイトライド、二硫化モリブデン、二硫化タングス
テン、黒鉛等の固体潤滑剤を含有した潤滑性を有する溶
射皮膜を形成するための方法に関する。

機器類の所要個所に潤滑剤を付与する手段としては、一
般に上記の固体潤滑剤を核部の表面に塗布する手段、或
はプラスチックス、金属、セラミックス等の粉体に固体
潤滑剤の粉体を混合し、これを圧縮成形又は焼結して機
器の部品自体を製作する手段が採用されている。

しかしながら、前者の場合は、適当な時期に潤滑剤の補
給塗布を行なわないと、表面に形成された潤滑皮膜が破
断して激しい摩耗や凝着を生じる欠点があり、後者の場
合は、機器全体に固体潤滑剤が散布して不要な個所にも
介在しているため、無駄であると共に、部品の機械的強
度を著しく劣化させる欠点がある。

この発明は上記の欠点を除去するために研究開発された
もので、この問題を解決するには機器類の摺動部表面に
固体潤滑剤を三次元方向に均一に介在させた皮膜を形成
すればよく、このような皮膜の形成には溶射手段の適用
が簡便、かつ効果的であることに着目すると共に、一方
、固体潤滑剤は大気中では、高温により酸化反応が活発
になるため、これを添加物とした溶射材料粉末を通常の
噴流溶射方法で溶射しても、高温により酸化変質し、か
つ燃焼により少滴りが著しく低下して所期の良好な潤滑
性を有する皮膜を得られないという認識に基づくもので
あって、プラズマ溶射、アーク溶射、燃焼ガス溶射等の
噴流溶射手段により溶射皮膜を形成する際に、ベースと
なる主溶射材料と固体潤滑剤粉末とを溶射材料に用いて
、少なくともこの固体潤滑剤粉末をトーチの先端から少
なくとも５ｍ／ｍ隔離した前方位置から溶射噴流中に供
給して溶射皮膜を形成することを特徴とする固体潤滑剤
を含有する溶射皮膜の形成法に係るものである。

即ち、第１図のＡ（プラズマ溶射）、Ｂ（ワイヤー又は
ロンド式燃焼ガス溶射）、Ｃ（粉末式燃焼ガス溶射）に
固体潤滑剤の投入法例として略示するように、固体潤滑
剤の酸化変質及び歩溜り減少防止の目的で、ベースとな
る主溶射材料とは別個に潤滑剤粉末の供給個所を特設し
、主溶射材料及び溶射ガス気流により形成された溶射噴
流中の比較的低温部（トーチの先端から離隔した前方位
置）に固体潤滑剤粉末を供給して主溶射材料と共に対象
物表面に到達させ、主溶射材料で形成されたベース中に
固体潤滑剤を分散介在せしめた溶射皮膜を形成するもの
であり、同図において、１は溶射トーチ、２は溶射噴炎
、３は主溶射材料粉末の供給ノズル＜Ａ図のみ）、４は
主溶射材料、５は固体潤滑剤粉末６の供給ノズル、７は
溶射噴流、８は形成された溶射皮膜、９は溶射対象物表
面、１０は主溶射材料（粉末）供給ホッパー（Ｃ図のみ
）をそれぞれ示すものである。

この発明は、プラズマ溶射、アーク溶射、燃焼ガス溶射
（粉末式、ワイヤ一式、ロンド式）等のガス噴流を用い
る全ての溶射法に有効に適用できるものであり、また固
体潤滑剤粉末は窒素、アルゴンガス等の不活性ガスによ
りホース中を搬送され、所定の位置に配置された供給ノ
ズルを介して溶射噴流中に投入されるのであるが、固体
潤滑剤粉末供給ノズルのノズル孔先端中心位置は第２図
に示す範囲が適当である。

即ち、第２図において、イは溶射トーチ、口はトーチの
ノズル孔を示し、またＸに溶射トーチの先端と固体潤滑
剤粉末供給ノズルのノズル孔先端中心位置Ｐとの間の溶
射噴流方向への距離、Ｙは溶射噴流の噴流方向中心線と
ノズル孔先端中心位置Ｐとの間の距離を示すものである
が、次に示す表−１さの関係において、Ｘ＜Ｌｌの場合
、潤滑剤は溶射炎の高温部に投入供給され、高温で酸化
されて変質するものであり、Ｘ＞Ｌ２の場合、潤滑剤は
溶射ガス気流の低速部に投入供給される関係から加速不
十分となって、溶射対象表面に到達しても密着せずに少
滴りは低下する。

また、Ｙ＜Ｄｌの場合、ノズルの先端が溶射噴流の流線
を撹乱して、溶射材料の飛散消失、溶射皮膜密着強度の
低下をきたすものであり、Ｙ＞Ｄ２の場合、潤滑剤の溶
射噴流内への供給率が低下して少滴りが低下する。

したがって、固体潤滑剤粉末供給ノズルのノズル孔先端
中心位置Ｐの適正な配置範囲は、第２図に斜線で示す周
域となる。

実施例 １ 次に、この発明の実施例を記載する。

（１）溶射皮膜形成対象物 製鉄所の熱間圧延設備におけるスピンドル軸受。

熱間圧延設備のロール駆動用動用動力シャフト（スピン
ドル）の中間スベリ軸受は、従来Ｃｕ−Ｎｉ合金を使用
し、グリス潤滑を行なっていたが、摩耗が激しいので略
半年ごとに交換した。

このスベリ軸受の耐用命数の向上のため本発明の方法を
適用したもので、第３図において、Ａはスベリ軸受メタ
ル、Ｂはその軸受面に形成した固体潤滑剤含有の溶射皮
膜層を示すものである。

（２）施工条件 （イ）装置；プラズマ溶射装置 （ロ）溶射材料；主溶射材料………鉛青銅ワイヤ（３−
２ｍ／ｍ＄） （１０％５ｎ− １０％Ｐｂ−８０％Ｃｕ） 固体潤滑剤粉末………黒鉛 （２００−４００Ｍｅｓｈ） （ハ）溶射条件；プラズマガスＮ２−Ｈ２（４：１）５
０Ａ／ｍｉｎ 電圧、電流 ７０Ｖ、５００Ａ 溶射距離 １２０ｍ／ｍ に）固体潤滑剤供給ノズル孔の位置： Ｘ＝７０ｍ／ｍ Ｙ＝３０ｍ／ｍ（第２図の表示形式に
基く） （ホ）固体潤滑剤供給ノズルの孔径、２〜（へ）溶射材
料供給量； 鉛青銅（１０％５ｎ−１０％Ｐｂ−８０ ％Ｃｕ） ８ｋｇ／ｌｈｒ 黒鉛１ｋｇ／１ｈｒ （ト）溶射皮膜層；１．０％ （３）溶射結果 溶射皮膜を分析した結果、溶射皮膜中の黒鉛量は３５Ｖ
ｏ１％で、この場合の少滴りは約７０％であった。

（注）不法を用いないで、黒鉛を混合した５ｎ−Ｐｂ−
Ｃｕ合金の溶射における黒鉛の少滴りは５ｖｏ１％にも
達していない。

（４）溶射皮膜形成の効果 溶射皮膜の形成後、研摩加工を施して前記のスベリ軸受
として使用したところ、その耐用命数は約３．２年と大
巾に向上したもので、これは従来のスベリ軸受メタルの
約６倍の耐用命数である。

実施例 ２ （１）溶射皮膜形成対象物 製鉄所の熱延工場におけるテンションリールのマンドレ
ルシャフト。

この部品は、熱延鋼板の巻取リールの径を拡張させるた
めに使用するものであって、マンドレルシャフトの左右
方向への移動によりリール径を拡縮して鋼板の巻取と巻
取物（コイル）の取外しを行うが、スプレッダの摺動時
、とくにリール径の短縮時の摺動の際に、コイルの締付
力に抗して摺動するためセグメントとの接触面は大きな
摩擦力により摩耗し、セグメントを所定の位置に保持で
きなくなる。

このマンドレルシャフトの摩耗を防止するため、上記接
触面に本発明の方法を適用したものであって、第４図に
おいて、Ａはマンドレルシャフトの一部分、Ｂはそのセ
グメントとの接触面に形成した溶射皮膜層を示すもので
ある。

（２）施工条件 （イ）装置；燃焼ガス式金属ワイヤー溶射装置（０）溶
射材料； 主溶射材料…アルミニウム青銅（９％Ａ７−１％Ｆｅ−
残Ｃｕ）３２ｍ／ｍＯのワイヤー 固体潤滑剤…二硫化モリブデン（２５０〜４００Ｍｅｓ
ｈ）およびボロンナイトラ イド（２５０〜４００ＭｅＳｈ）を各単独にアルミニウ
ム青銅ワイヤーと併用 （ハ）溶射条件； 使用ガス…酸素、アセチレン 点火時ガス二次圧及び流量… 酸素 ２ ｋｇ／ｃｍ２，２５１／分、 アセチレン １ｋｇ／ｃｍ２，２５１／分空気圧及び流
量…４ｋｇ／ｃｍ２，２５１／分溶射距離…２００ｍ／
ｍ に）固体潤滑剤供給ノズル孔の位置； Ｘ＝１００％ Ｙ＝２０ｍ／ｍ（第２図の表示形式に基く）（ホ）固体
潤滑剤供給ノズルの孔径；１．５ｍ／ｍ（へ）溶射材料
供給量； アルミニウム青銅 ８ｋｇ／ｈｒ 二硫化モリブデン ２ｋｇ／ｈｒ ボロンナイトライド １．２ｋｇ／ｈｒ （ト）溶射皮膜層；３ｍ／ｍ （３）溶射結果 溶射皮膜を分析した結果、皮膜中の固体潤滑剤の量は、
二硫化モリブデンの場合は２６Ｖｏ１％、ボロンナイト
ライドの場合は２７Ｖｏ１％で、この場合の歩留りは、
前者で約７５％、後者で約７０％であった。

（４）溶射皮膜形成の効果 溶射皮膜の形成後、研磨加工を施して実際の設備におい
て使用したところ、次のように耐用命数が延長した。

二硫化モリブデン添加皮膜；２４ケ月 ボロンナイトライド添加皮膜；１８ケ月 この耐用命数は、通常の溶射対策（アルミニウム青銅の
みを溶射）を施した場合の約１２ケ月の命数に比較して
、さらに１．５倍〜２倍に延長されており、二硫化モリ
ブデン及びボロンナイトライドの両者とも極めて有効で
あることを示している。

なお、なんらの溶射対策も施さない場合（材質５Ｆ６０
）は、３〜６ケ月で交換又は修理を必要とするものであ
る。

実施例 ３ （１）溶射皮膜形成対象物 製鉄所のスラグパン台車の軸箱スライド板。

この部品は、スラグパン台車の車輪軸受を格納する軸箱
の位置を保持するためのスライド板であって、台車走行
時の動揺により軸箱とスライド板は上下方向に相対的に
動作し、また、スライド板は軸箱を水平方向に保持して
いるので、その接触面は上下方向に摺動して摩損し、両
者間に許容度以上の間隙を生じるとスライド板を取替え
る必要がある。

このスライド板の耐用命数は通常約１２ケ月であるが、
その摩損を防止して命数を延長し、取替工数を節減する
ため、該接触面に本発明の方法を適用したもので、第５
図において、Ａはスライド板、Ｂはその軸箱との接触面
に形成した溶射皮膜層を示すものである。

（２）施工条件 （イ）装置；燃焼ガス式金属ワイヤー溶射装置（０）溶
射材料； 主溶射材料…１３クロム鋼（Ｃ０，２３％。

Ｃｒ］、 ２．６％）３．２ｍ／ｍｍワイヤー固体潤滑
剤…二硫化タングステン（２５０〜４００Ｍｅｃｈ） （ハ）溶射条件；実施例２と同一 に）固体潤滑剤供給ノズル孔の位置； Ｘ＝１００ｍ／ｍ Ｙ−２０ｍ／ｍ（第２図の表示形式に基く）（ホ）固体
潤滑剤供給ノズルの孔径；２％（へ）溶射材料供給量； １３クロム鋼 ８ｋｇ／ｈｒ 二硫化タングステン ２．４ｋｇ／ｈｒ（ト）溶射皮
膜層；３ｍ／ｍ （３）溶射結果 溶射皮膜を分析した結果、皮膜中の二硫化タングステン
の体積率は約２２Ｖｏ１％で、その歩留りは約８５％で
あった。

（４）溶射皮膜形成の効果 溶射皮膜の形成後、研磨加工を施して実際の設備におい
て使用したところ、その耐用命数は３．５年であった。

この命数は、溶射対策を施さない場合（材質５Ｓ４１）
の３．５倍であり、１３クロム鋼のみを溶射した場合の
耐用命数１．５年に較べても２倍に延長されており、二
硫化タングステン添加溶射皮膜の顕著な効果が見られた
。

以上詳述したように、この発明によれば、溶射皮膜中の
固体潤滑剤の密着強度、少滴りを著しく良好に保ち得る
と共に、酸化による変質も可及的に防止できるので、こ
の発明を機器類の部品の摺動面等に適用して顔部に溶射
皮膜層を形成することにより、顔部の耐用命数を著しく
向上できるものであり、したがって所期の潤滑効果を長
期に亘り良好に保ち得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図のＡ、Ｂ及びＣはそれぞれこの発明による固体潤
滑剤の供給態様例の略示図、第２図は固体潤滑剤粉末供
給ノズル孔の先端中心位置の適正配置範囲を示す説明図
、第３〜５図はそれぞれこの発明を適用した対象例を示
すもので、第３図はスベリ軸受の斜視図、第４図はマン
ドレルシャフトの１部の斜視図、第５図はスラグパン台
車の軸箱スライド板の斜視図である。 １……トーチ、４……主溶射材料、６……固体潤滑剤粉
末、７……溶射噴流、８……溶射皮膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ プラズマ溶射、アーク溶射、燃焼ガス溶射等の噴流
   溶射手段により溶射皮膜を形成する際に、ベースとなる
   主溶射材料と固定潤滑剤粉末とを溶射材料に用いて、少
   なくともこの固体潤滑剤粉末をトーチの先端から少なく
   とも５Ｘ離隔した前方位置から溶射噴流中に供給して溶
   射皮膜を形成することを特徴とする固体潤滑剤を含有す
   る溶射皮膜の形成法。