JPS60114562A - 耐摩耗性および耐焼付性に優れる溶射皮膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技　術　分　野 セラミックス溶射皮膜を代表例とする溶射被覆層につき
、耐摩オ、シ性および耐焼付性の改良を得ることに関連
してこの明細書で述べる技衿内容は、該６イ射皮１１い
中に炭素の有効な含浸を確保することについての開発Ｉ
Ｍ果に関連している。

技　術　的　課　題 セラミックス溶射皮膜は、耐熱性に優れているため常温
下のみならず、とくに高温で使用される機械部品、部材
に数多く使用されるようになってきた。

例えば製鉄所で使用される搬送および熱処理用ロール類
におけるジル；ニア（ＺｒＯ２，ＯａＯ）　Ｓアルミナ
、チタニアなどのセラミックス溶射とか、またシームレ
ス鋼管の穿孔圧延工程における熱間工具類の一部たとえ
ばガイドシューにおける同様なセラミックス溶射である
。

これらの部材は、耐熱性に加え、とくに耐摩耗性および
耐焼ｔＪ性にも優れていることが必要である。

一般にセラミックス浴射被有材刺は、その１１　％。

が確される鋳鋼、鋳鉄などの母材に比べて高温かたさが
はるかに高いため、元来熱間での削摩Ｊｌｉ性は優れて
いる。しかし前記ロール類やカイドシコーなどは、長時
間の使用によりやがてセラミック°スｍ射層表面に、焼
付が生じ、とくに熱間のすべりＩＶ擦を受ける場合に甚
しい。

このような部材に−たん焼付か生じるや、これに１ル触
する被処理材外表面をきずつけるようになるのでその度
りに生産ラインを一時停止して焼付部の研摩手入れか必
要となり、生産性を著しく害する。セラミックス溶射皮
膜の耐焼付性の向上が必要とされる所以である。

従来技術とその問題点 もとより？”６　ｒＡｌｉ下に摩擦を受けるセラミクス
溶射！＊　ＩＩＩＪ上に、黒鉛などのｌ＋’ｉ１体潤滑
剤全潤滑剤、耐焼ｆ（１１〆１を耐Ｈ：Ｖ　ｐｂ　１１
：にあわせ改善することが試みられたが、υ・相中短時
間で、黒鉛が接触部から離脱し、ｄ４　？ｔｆ剤の供給
を頻繁に行わなければならない。

またセラミックス溶射皮膜の気孔を利用し、この気孔中
に高温ｉ１Ｎ滑性にＫれる固体肖滑剤を内蔵さセようと
して、黒鉛を水またはアルコールなどのＩ’Ａ体に混合
して、刷毛塗りまたは浸漬することも企てられたが皮脇
内部まで深く含浸させること゛ができず実効に乏しい。

発　明　の　動　機 シームレス鋼管工場にてガイドシューへのセラミックス
溶射皮膜の適用について検討中、該溶射皮膜における焼
付が実験上とくに問題となり−そこで発明者らは、この
ように高温下に１１ｊ！耗を受ける部材に適用すべきセ
ラミックス溶射皮膜の耐焼付性を同上させるため炭素を
含む物質を該溶射皮膜中に含浸させることについ−Ｃ研
究を進めることとした。

発明者らは、まず炭素を含有する物質としては、ピッチ
およびタールが安価で工業的に入手しやすいことから、
それらを対比検討した結果、とくにピッチは溶射皮膜へ
の炭素の含浸物質として適していることの結論を得た。

ピッチは木材その他有機物質の乾留によつＴ　ｒ！Ｊら
れるタールを、蒸溜するときに得られる、黒色の炭素質
固形残留物の総称である。

ピッチは軟化点の高低によって軟ピツチ、中ピ°チおよ
び前ピッチに分類され、セラミックス溶射皮膜に含νさ
せるには、何れの種類も用い得るが、しかしＩｉ’ｉｌ
　＞ｊＬ炭集含有ｋｔが多いピッチを用いることか溶射
皮膜の優れた品温耐摩耗性および耐焼付性を得るために
望ましい。

ピッチは、軟化点以上の６０〜２００°Ｃ程度に加熱す
ると解融し、粘性が低下するのでその融液浴中にセラミ
ックス溶射被覆層を浸漬処理（該融ｐ（ｔ、の刷毛塗り
なども含め一括して浸７−処理という）ニヨッて、浴０
−１皮膜内部までピッチが浸透するようになる。

このようにしてピッチを浸透させるには溶射皮膜に気孔
とくに貫油気孔が存在することが必要なのはいうまでも
ないか、セラミックス溶射皮膜の気孔率は、帛・射材判
の線類、融点、溶射方法および溶帽条件によっても炭化
するにせよ、通常２〜８【）憾程度であるので、ピッチ
の浸透は容易に達成できる。

このようにして気孔中に浸透したタールを加熱カＬ成す
ることにより、上記課題が有利に解決され・得ることが
たしかめられたのである。

発　明　の　目　的 セラミックス溶射皮膜の耐焼付性を向上することがこの
発明の目的である。

発　明　の　構　成 この発明はピッチを加熱溶融した融液浴中に溶射被覆層
を浸漬処理して、該ピッチを上記の浴射被Ｎ層の皮膜中
に浸透させ、その後８００〜１２００゛Ｃの温度範囲で
加熱焼成して溶射皮膜内の気孔に炭素を含浸させること
からなる耐摩耗性および耐焼付性に優れる溶射皮膜の製
造方法である。

まずセラミックスだ躬皮膜の形成には、カス、アーク溶
射法、カスプラズマや水プラズマｋ　０４　法など部材
の使用目的および９済性を考慮して任意に選択すること
ができる。

さてセラミックス溶射皮膜に、まずピッチを効果的に浸
透させるには適当な容器中でピッチを軟化点以上の温度
に加熱溶融し、その融液浴中にＩ°〜１２０分間ｆｉ　
Ｋ！させるのがよい。１分未満では該Ｒｉ　！ＪＪ皮１
模に均一にピッチを浸透させるのが困囃であり、１２０
分をこえる浸漬は作業能串上好ましくない。

なお溶融ピッチ浴中ｔ４漬に際して、被含浸部材は、ピ
ッチの加熱温度と同程度に予熱しておくと、溶射皮膜中
へ過ピッチの浸透がより短時間に達成できる。

またこのピッチＭｉｄをさらに効果的に行うには、減圧
下に、この操作を行うことがよい。なお溶射皮膜の気孔
率が５％以下のように低い場合には、減圧下でのピッチ
洛中浸漬をイラ゛い、その後大気圧以上のＩＭＩ　ｔ、
Ｔ−、下でさらに浸漬を行うことも有効である。

ピッチの浸透深さは、セラミックス溶射皮膜の気孔率、
とくに貰通気孔率によって変化する。

溶射皮膜の気孔率が６〜４０俤である場合には１）す述
の減圧Ｆ浸Ｍもしくは減圧および加圧上浸漬の組み合七
〇η１１きをとくに採用しなくても必要なピッチ浸透を
生じさセることができる。

またとくにセラミックス溶射皮膜の厚さが０．０５〜８
簡の場合は、軟化点より５０〜１６０°Ｃ程度高目の温
度でピッチを加熱し、１〜６０分間σ〕〜漬にて溶射皮
膜の全厚にわたってピッチ浸＾が成就されるが、溶射皮
膜の厚さを３　ｍｍより厚＜４０闘までとした場合でも
１０〜１２０分間の浸漬で全厚にわたりピッチの浸透が
できる。

ピッチを浸透させた後、ピッチに含有される炭素以外の
低融点物質又は揮発分を取り除くため少なくとも使用温
度よりも高温で加熱焼成処理を行うことが必要である。

もしもこの処理を行なわないとピッチを含浸させた溶射
皮膜から高温での使用中ピッチ中に含有されていた低融
点物質または揮発成分が流出し、鋼板またはパイプなど
の製品を汚セんするおそれがあるからである。

この焼成のための加熱温度は３００℃〜１２００℃でよ
く、雰囲気はＮ、カス、Ｈ２カス、Ａｒカス、Ｈ，ガス
の単独かもしくは混合した不活ｔｆｌＥもしくは還元性
カス中で行うのが望ましい。

気孔中に残存したピッチ中には、揮発成分や低融点物質
が含まれ、これらは、潤滑性に寄与する効果は低く、ま
た使用温度がピッチの融点以上になる場合には、相手材
を汚染し、工業的にも好ましくない。

またピッチの９６を繰り返し行い、セラミックス皮膜気
孔中に炭素の含有率を高め、高温潤滑性を同上させるに
は、この揮発成分を除去しておくことが必要である。

加熱焼成１１．５度の士限値はピヅチの融点以上もしく
はセラミックスの使用温度以上であれば良いが、融点近
傍の温度ではセラミックス皮膜の９（孔中に存イｆする
揮発成分を除去するには長時間が必要となり、小紅済で
ある。

このため８００℃以上１２００”Ｃ以下であれば１（）
分層上のｔＪｈｒ／ｉ、時間で４ＭＩ発成分の大部分を
除去できる。しかし１２００”Ｃを越えると、被溶射母
材に大きな熱中が生じるため好ましくない。

大気中もしくは酸化性雰囲気で加熱処理を行うとピッチ
中の炭素が酸素と化学的に結合して気孔°中に残留する
魚が少なくなるため好ましくない。

なおとくに５００℃以下の加熱処理では酸化性雰囲気で
あってもピッチ中の炭素の残留分は殆ど減少しないこと
が確認されているので被含浸物が大きい場合など、加熱
装置の如きに制限かあるときには酸化性雰囲気でも行な
うことももちろんできる。また加熱方法は熱処理を使用
するか、カスなどのバーナにて加熱することもできる。

次に焼成加熱時間は１０分間以上が好ましい。

１０分未満ではピッチ中の揮発分および低融点物質を均
一に除去するのは固唾である。

またざらに溶射皮膜中に残留させる炭繁分をより多くす
るように加熱焼成処理を行った後でふたたびピッチの浸
透処理と加熱処理とを繰返す操作を行ってもよい。

第１図に示した高ａｍ！枇シミュレータを用いて、炭素
、含浸処理をしたセラミック溶射被膜を有するロールの
耐摩耗性および耐焼付性を調査した。

この試験では被圧延材に相当する加熱片円板ｌの周囲を
高周波コイル（図示略）で加熱昇温させ、°この加熱へ
円彷１に圧接転動するロール相応の試Ｐ！８２のｔル触
面を加熱片円板ｌから離し、その直後にスプレーによる
水冷を？ｊって表面温度を低下さ七ることにより実操業
ロール表面におけると同様な熱ヤイクルを与え得るよう
にした。

ここに試験片２の外径を変えることにより、試験片２に
任、０のずベリ率を設定できるようにしである。

試験片２は、表１に示ず溶射材料と溶射条件および倹素
σ）含が処理条件でロール表面に溶射被覆層を（’＋何
＆したものである。

衣ｌに示した供試ピッチＰ１、Ｐ２の工業分析値を表２
に示す。

衣２　供試ピッチの工業分析値 １荀γ晶ｈ〜本しシミュレート試験を、すべり率３２％
にて、転１ｉｆｔ　％　１０８〜１．０’回、試験片温
度４００”Ｃの条１／１：で加熱ハ円板には８４５０を
用いて行った結果につき表３に示す。

表３　高Ｗｉ＋ｆ　ＩＪ１’４　ｊ’ｅシュミレータ試
験結果＊　焼１」が住じた面積／試験片表面積Ｘ１００
表８中の供試番号は、表１のそれにて聚埋し、供試番号
１は浴射被グしただけで炭素の含浸処理は行なっていな
い試験片であって、転勤数か１０８回においてすでにセ
ラミックス溶射皮膜の焼付面積率５０％以上となり、摩
耗量も２０９／ｃＪに上る。

しかしピッチを用いて炭素の含浸処理を胤こした供試番
号２，８．４はいずれも摩耗量が少なく、しかも焼付も
ほとんど生じていない。

すなわち耐摩耗性および耐焼付性に優れていることが明
らかである。

なお実施例ではセラミックス溶射皮膜の場合について試
験結果を示したが、金桐又はサーメットなどの溶射皮膜
においても炭素の含浸処理を同様に行いやはり耐摩耗お
よび耐焼ｆｊ性が向上することが確認されている。

発　明　の　効　果 この発明によれば浴射被Ｎ層の耐灼、匈性が耐摩耗性と
ともにすぐれた溶射被膜を適切に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第】図は品温Ｍ耗シミュレータによる試験要領説明図で
ある。 特許出願人　川崎製鉄株式会社 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｌ　ピッチを加熱溶融した融液浴中に溶射被覆層を浸漬
   処理して、該ピッチを上記の溶射被覆層の皮膜中に浸透
   させ、−その後８００〜１２００”ｃの温度範囲で加熱
   焼成して溶射皮膜内の気孔に炭素を含浸させることを特
   徴とする、耐摩耗性および耐焼付性に優れる溶射皮膜の
   ！Ｉｔ！！遣方法。