JPS597787B2 - 発熱反応組成物 - Google Patents

発熱反応組成物

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JPS597787B2
JPS597787B2 JP56193747A JP19374781A JPS597787B2 JP S597787 B2 JPS597787 B2 JP S597787B2 JP 56193747 A JP56193747 A JP 56193747A JP 19374781 A JP19374781 A JP 19374781A JP S597787 B2 JPS597787 B2 JP S597787B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は発熱反応組成物、より詳しくは金属支持体上に
発熱反応により高温で耐摩耗性のある硬質金属皮覆層を
形成するために組成物に関する。
多くの鋼合金はかなりの応力に耐えうる強さを有してい
るが、ある特殊用途のためには耐浸食性あるいは耐摩耗
性が不充分な場合が多々ある。適当な耐摩耗性を持たせ
るために、耐摩耗性物質で鋼表面を皮覆するか硬化させ
ることがよ〈行なわれる。高温下ではこのように機械的
、冶金的な方法で硬質物質で処理する必要が生じる。従
来このような硬質皮覆合金、例えばコバルト基合金、ニ
ッケル虞合金、オーステナイト系ニッケル−鉄合金等は
高温下で充分満足するものであつたが、これらの合金は
相当高価であり、その上皮覆するのに非常に時間がかか
るものであつた。葉板浸透法や化学蒸留沈澱法などの技
術で硼素化された鋼は非常に大きな耐浸食性を持つてい
る。これらの技術によつてほどこされた皮覆は通常は非
常に薄（、約０．０００２５ｃｍ乃至０．００２５ｃｍ
の厚さである。このような皮覆を厚くするためには相当
な努力を必要とする。
この鋼の硼素化方法は米国特許３０２９１６２号と３６
２２４０２号ｖｃ開示されている。これらの方法は著る
し＜遅＜、密室炉やレトルトの使用を必要とし、通常焼
結機クラッシュデッキのような大きな物品の硼素化は無
理である。その上これらの皮覆は非常に薄＜また脆いの
で高衝撃用途物品には適していない。
テルミット溶接法に関しては、米国特許 ２５１５１９１号、３２６４６９６号、３３９６７７６
号及び３４２１５７０号の先行技術が挙げられる。
我々は高温で著しい摩耗条件にさらされるクラッシュデ
ッキや他の物品を皮覆するのに、迅速で比較的安価なテ
ルミット還元（ＡＴＲ）沈澱法により、鉄金属基板に硼
化鉄（フェロボロン）の硬質皮覆を冶金学的に結合する
方法を開発した。外表面上の皮覆に約２乃至８重量パＬ
セントの硼素が含まれているとき、表面は硬〈て耐摩耗
性のあることが解つた。５５０℃乃至８７０℃（ト）０
０００Ｆ乃至１６０００Ｆ）の高温下で、良好なる耐摩
耗性を示すことが判明した。
よつて本発明の目的は金属支持体上に発熱反応により高
温で耐摩耗性のある硬質金属皮覆を形成するための組成
物を提供することである。
以下図面を参照して本発明を詳細に説明することにする
。
第１図を参照すると、鋼基板１０が砂床１２上に置かれ
、砂が鋼基板１０の上面と同一線上に〈るようにしてあ
る。
耐火物でライニングされた突出部１４は、クレーン用の
フランジ１６を持つた外部鋼１５と、鋼基板の外部寸法
と同一寸法の耐火ライニング２０、（この実施例の場合
はグラフアイト）、とから成つている。
突出部は基板を囲んで砂床上に置かれている。
テルミツト還元物質２４が基板上の突出部内に１．３ｃ
ｍから３０ｃｍの範囲内の一様厚さとなるように充てん
されている。形成された硬質層２５の厚さは、充てん物
質２４の厚さの約１／６である。
ＡＴＲ充てん物質２４は、望ましくは３５メツシユより
微粒のＦｅ２Ｏ３かＦｅ３Ｏ４と、２０メツシユないし
３２５メツシユの範囲内のアルミニウム粉体と、硬質層
２５に２乃至８％の硼素を含有させるための硼化鉄とか
ら成る。
硼化鉄は、望ましくは２０メツシユより微粒の破砕ペレ
ツトの形として加えられる。
基本ＡＴＲ物質は、６５乃至８５パーツの鉄酸化物と１
５乃至３５パーツのアルミニウムから成る。
化学量論的混合物が通常用いられるが、それぞれの成分
をさらに５％程度増加してやると良い結果が得られた。
第１図に示されているように、黒鉛板２６のような耐火
物プレートを、耐火突出物の上に置いてもよい。
これらの耐火物プレートの１つには孔３０が設けられて
ぃて、この孔３０を通して充てん混合物が点火される。
これらの耐火プレートは充てん混合物のはね返りを防ぎ
、反応熱を包み込んでこれを基板方向に向け、硬質皮覆
２５の基板への接着を向上する。
充てん混合物２４は、例えば孔３０中に溶接トーチをさ
し込むような方法で、燃料粉体（本実施例の場合はアル
ミニウム粉）に点火することによつて点火Ａれる。アル
ミニウムに換つて使用され得る燃料粉体は、マグネシウ
ム、カルシウム、ケイ素、及びカルシウム−ケイ素合金
である。
必要ならばアルミニウム粉体の一部分をこれらの燃料粉
体と置換してもよい。
反応は非常に発熱を伴なうので、反応生成物は非常に加
熱され、これら高密度の金属相が分離し、基板１０上に
冶金学的に結合する。
低密度のスラグ相３２は金属相上に集積する。
反応が終了すると、黒鉛プレート２６は耐火突出部から
取り除かれ、反応生成物は絶縁された。絶縁はスラグ層
の上にカオウールの毛布を置〈か、砂を注ぐことによつ
て行なわれた。これにより金属相が底から固化し、孔の
ない硬質皮覆２５が形成される。
反応生成物は硬質皮覆２５が固化するまで冷却され、絶
縁と突出部は取り除かれる。
スラグ３２は硼素含有耐摩耗性表面２５を持つた鉄金属
基板１０から、単に打ちくだ〈だけで取り除かれる。従
来までは、テルミツト還元反応を行なうためには基板の
表面は米国特許第３２６４６９６号に記載▲れているよ
うにクリーニングする必要があつた。然し、本発明方法
によれば基板表面のクリーニングは全然必要としない。
第５図より明らかなように、硬質皮覆中に１．５％以下
の硼素が含まれているのでは、通常の１０４５グレード
鋼よりも耐摩粍性が劣り、何らの好結果をもたら▲ない
。
１．５％を超えてさらに硼素を添加することにより硬質
皮覆の耐摩耗性は向上し、約５．５％以上添加すること
により最高の耐摩耗性が得られる。
曲線は５．５（ｆ）から水平となｌ）．７ないし８％以
上硼素を添加しても何らの利益もない。さらＫ硼素を添
加することは耐摩耗性を向上せずしてコストを増加Ａせ
るだけではなく、硬質皮覆をより脆いものにする。
よつて本発明では１．５乃至８％の硼素が有効であり、
４乃至７（ｆ）の硼素がより一層効果的である。
従来までに、鉄金属表面中に硼素を拡散させることは外
表面を硬化させて、耐摩耗性を向上することが知られて
いた。硼化鉄皮覆を鉄金属表面に火災やブラズマスプレ
一法で皮覆する方法も知られている。
然し、従来のこれらの方法による硼化鉄皮覆は最大１ミ
ルの厚さに限定されていた。
体積パーセント２０乃至９０％のＦｅ２Ｂ、望ましくは
体積パーセントで４５乃至８０％で最適条件では６０乃
至８０％、を含んだ鉄ベースマトリツクスから成る硼化
鉄硬質皮覆を形成した。
この硬質皮覆は最小厚さが約２．５ｍＴＩＬで、望まし
くは６．５？以上の厚さが良い。
我々は本発明の方法で５ｃｍ以上の厚さの硬質皮覆を形
成することができる。
〜我々の実施例ではＦｅ２Ｂを含んだ鉄ベースマトリツ
クスが鉄金属支持体上に形成されたが、我々はどんなマ
トリツクス金属あるいは合金の硬質層をもほとんどの金
属支持体上に形成できる。
銅、スズ、ニツケル、クローム、コバルト、モリブデン
は黄銅、青銅、鉄金属合金、ステンレス鋼と同様に全て
適当な支持体となる。支持体は砂床上に置〈前に予備加
熱をする必要がある。支持体はその融点以下のいずれの
温度で予備加熱をして良いが、７６０℃乃至１１００℃
（１４０００Ｆ乃至２００００Ｆい範囲が望まし〈、最
適温度は９８０℃（１８０００Ｆ）である。
第４図に突出部の他の構造が示されて｝り、両側３４は
黒鉛ライニング２０よりも上方に伸ひている。
この構造によりプレート２６をより安定して載置できる
。焼結プラントのクラツシユデツキは第３図に示された
複合品から成り、通常はある角度を持つて垂下され、熱
間焼結ではブレーカに向つて落下するか、滑り｝りる。
焼結プラントを操業するにあたつては、通常６５０℃（
１２００操Ｆ）の温度でクラツシユデツキが充分なる耐
摩耗性を持つていることが必要である。Ｆｅ２Ｂの有効
量を含んだステンレス鋼のマトリツクスから成る硬質皮
覆を持つたクラツシユデツキや他の複合品は充分な耐腐
食性と耐摩耗性を持つている。
第６図にはコークス押出しラム３８が示されて卦り、こ
れは本発明の方法によつて硬質皮覆Ａれた三つのプレー
ト４１，４２，４３から成つているラムシユ一４０を持
つている。
コークス押出しラムは熱間コークス炉の底に沿つて動き
コークスを押出すで、シユ一の底の硬質皮覆には耐摩耗
性が最も強〈要求▲れるのものである。第７図にはコー
クス押出しラム４４の他の実施例が示されて卦り、これ
は両端で傾斜した鉄金属支持体４６を持つている。最初
シユ一底４７が硬質皮覆され、次いで傾斜エツジ４８，
４９が特別なペリメータ（突出部）を使用して順次にあ
るいは同時に硬質皮覆される。
例えばコークスや焼結粉のような加熱？れた粒状物質に
使用されるシユート５０が第８図に示されている。三つ
のプレート５２，５３，５４は硬質皮覆啓れ、縦方向に
溶接されて内面に硬質皮覆５６を持つたシユートを形成
する。
第９図は焼結プラント回転破砕機の灰色棒６０を示して
いる。
我々はプレーカアーム６４の下方、６３，６６に硬質皮
覆を形成して、灰色棒の上面全部を硬質皮覆をしてもよ
い。傾斜面や曲面の支持体でも特別なペリメータ（突出
部）や、型を使用して本発明方法で硬質皮覆をすること
が可能である。
この発明は前述したように、例えばアルミニウムなどの
発熱燃料粉体と、Ｆｅ２Ｏ３あるいはＦｅ２Ｏ３及びＣ
ｒ２Ｏ３（ステンレス鋼のマトリツクスを形成する）等
の少な〈とも一つのマトリツクス金属の還元可能酸化物
から成るマトリツクス形成物質と、製品の硬質皮覆層に
充分な耐摩耗性を与えるだけの硼素（硼素酸化物あるい
は望ましくはＦｅＢである硼化鉄）とから成る発熱反応
混合物から形成される組成物に関するものである。
本発明はさらに以下の実施態様をも含むものである。
１，発熱燃料粉体と、マトリツクス金属の還元可能酸化
物から成るマトリツクス形成物質と、有効量の硼素との
混合物から成る硬質皮覆組成。
２．前記有効量の硼素は硼素酸化物、ＦｅＢｌ及びＦｅ
２Ｂのク冗一プから選択して得られた１項の組成。
３．前記混合物は約５乃至３０パーセントのＦｅＢを含
んでいる１項の組成。
４．前記発熱燃料粉体はアルミニウムである１項の組成
。
５．前記マトリツクス形成物質はＦｅ２Ｏ３である１項
の組成。
【図面の簡単な説明】
第１図は耐火物ライニングされた突出物の正面断面図、
第２図は本発明の還元反応完了後の耐火物ライニングさ
れた突出物の正面断面図。 第３図は本発明複合物の正面図。第４図は本発明の他の
実施例を示す耐火物ライニングされた突出物の正面断面
図。第５図は硬質皮覆中の硼素の含有率が変化した場合
の硼化鉄合金硬質皮覆の耐摩耗性の程度を示すグラフ、
第６図はコークス押出しラムの一部断面側面図、第７図
はコークス押出しラムの他の実施例を示す一部断面側面
図、第８図は加熱された粒状物質用の硬質皮覆シユート
の断面図、第９図は熱間焼結ブレーカ用の灰色棒の斜視
図を示す。１０は支持体、１２は砂、１４は突出物（ペ
リメータ）、２５は硬質皮覆、３２はスラグ層である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、ケイ素
    及びこれらの混合物から成る群から選ばれた発熱燃料粉
    体と、Ｆｅ＿２Ｏ＿３、Ｆｅ＿３Ｏ＿４、Ｃｒ＿２Ｏ＿
    ３及びこれらの混合物から成る群から選ばれたマトリッ
    クス形成物質粒子と、硼素酸化物、硼化鉄及びこれらの
    混合物から成る群から選ばれ硬質金属皮覆層中に２乃至
    ８パーセントの硼素が含まれるのに十分な量の硼素含有
    物質とから構成されることを特徴とする金属支持体上に
    発熱反応により前記硬質金属皮覆層を形成するための組
    成物。
JP56193747A 1973-02-15 1981-12-03 発熱反応組成物 Expired JPS597787B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/332,987 US3963451A (en) 1973-02-15 1973-02-15 Method of forming a high-temperature abrasion-resistant coating on a ferrous metal substrate, and resulting article
US332987 1973-02-15

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Publication Number Publication Date
JPS57174460A JPS57174460A (en) 1982-10-27
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CA (1) CA1042321A (ja)
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