JPS6045269B2 - 溶射用セラミツク粉末材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属材料の表面に耐摩耗性その他の性質を
付与するためのセラミツクコーチングに使用される溶射
用セラミック粉末材料に係り、さらに詳しく言えば、酸
化アルミニウム質からなる硬質セラミック粒子の各々の
表面に金属物質の粉末粒子を少くとも１個焼結させるこ
とによつて、酸素−アセチレン炎または酸素一水素の火
炎を用いる通常の粉末溶射法を適用しても、強固なセラ
ミツクコーチング層を形成できるように改善した溶射用
セラミック粉末材料に関する。

農業または土木機械の土砂用摩耗部品などの部材に耐
土砂摩耗性を付与するため、表面を硬化する肉盛溶射が
施されることがある。

その際、この溶射層中に適当な大きさの硬質セラミック
粒子を分散溶着させて更に耐摩耗性を付与することが知
られている。この時に使用される硬質セラミック粒子と
しては、ＷＣ粒子またはＴｉＣ粒子などの金属炭化物ま
たは酸化物もしくは窒化物などがあるが、通常はＷＣ粒
子が多く使われており、Ｃｏなど の金属との複合材料
としたものを粉末溶射法によつて溶射するのが一般であ
る。だが、ＷＣ粒子はＷ資源の偏在と枯渇化が進み価格
も高謄し、よほど高い付加価値を生む成品以外にはその
使用が制約されているのが実状である。したがつて、前
掲のような消耗部品や大型部品への溶射は施工され難く
なつてきた。 このＷＣ粒子に代わる安価でかつ資源的
にも豊富であり、実用上充分に耐摩耗性を発揮する硬質
粒子として、酸化アルミニウム質粒子がある。

だが、酸化アルミニウム質粒子は粉末溶射用のガンで粒
子単体を溶射しても溶射母材に接着させるこ とができ
ない。またこれらの粒子に金属物質の粉末粒子を混合し
た混合粉を前記した熱源による粉、末溶射法で溶射して
も溶射母材にこれら硬質粒子を実用上効果的に接着させ
ることはできない。このため、酸化アルミニウム質粒子
は通常の粉末溶射法には実用されておらず、プラズマ溶
射法、ワイヤー溶射法または爆発溶射法などの高度な溶
射フ法の材料となつている。しかし、これらの溶射法は
、高融点粒子を瞬間的に溶融粒子として溶射するもので
あり、非常に高い温度（例えば１００００℃〜１６００
０’Ｃ）を必要とするので、この超高温を履歴する間に
硬質粒子の結晶形変換が生じたり、溶射熱源の熱が溶射
母材に伝達し母材の材質に悪影響を与えるなどの問題が
おこる場合がある。また溶射材料を成形焼結した焼結棒
とする必要もあるなど高価な材料を使用する結果となつ
ている。本発明は、酸化アルミニウム質からなる粒子を
、通常の酸素−アセチレン炎または酸素一水素炎を熱源
とする粉末溶射法により、該硬質粒子を未溶融または半
溶融粒子の状態で溶射し、母材との充分な接着強度を有
する溶射層が得られるように改善し、かつその改善手段
が非常に簡単な手法であるところの溶射用セラミック粉
末材料を提供するものである。すなわち本発明は酸化ア
ルミニウム質からなる溶射用粒子の各々の表面に金属物
質の粉末粒子（この金属物質の粉末粒子は単一金属、合
金の粉である）を少くとも１個、予め焼結によつて接着
させてなる溶射用セラミック粉末材料で、その焼結され
た金属物質の粉末粒子の表面部分が溶射の際に半溶融も
しくは軟化の状態となりこれが溶射母材への接着剤の役
割をして、従来困難であつた酸化アルミニウム質粒子の
接着を可能としたものである。ここで金属物質とは、原
素周期表の第１族、第■族、第■族の金属およびその合
金群から選ばれるもので、酸化アルミニウム質粒子より
も低い融点の金属物質て、その軟化温度が約６００℃か
ら約１３００゜Ｃの間にあつて、施工しようとする溶射
母材の材質によつて、または溶射成品の用途により適切
なものを選択するが、この金属物質としては主にニッケ
ル、ニッケル●クロム合金、ニッケル●銅合金、銅、鉄
、鉄・銅合金、鉄・ニッケル合金，などが好適てある。

これらの金属物質は再加熱処理に用いる自溶性合金と容
易に冶金的結合をするので特に有利である。すなわち、
本発明品による溶射の実作業に於ては、セラミック溶射
層の上に自溶性合金によるオーバーコートを施した後、
こ！れを再加熱処理するのが最も効果的であるが、その
さいにこの自溶性合金と金属物質が強固に結合し、良好
な溶射層を形成することができる。使用する酸化アルミ
ニウム質からなる粒子の実用上有利な粒径は、約５０ｐ
ｍから約３００μｍの範ダ囲内にあり、その表面に焼結
させる金属物質の粉末粒子径は約３μｍから約３００ｐ
ｍの範囲が好適であり、該硬質粒子１個あたりに金属物
質粉末粒子を少くとも１個焼結させる。この焼結は該硬
質粒子の表面を金属物質によつて覆うような全面焼結の
必要はないが、その表面に常に存在して移動を共にする
ような焼結状態が保たればよい。この焼結を行うには、
使用する金属物質の融点よりも低い温度（肚点×０．６
〜０．８の温度）に、この酸化アルミニウム質からなる
粒子と金属物質粉末粒子との混合物を加熱しながら適宜
、攪拌を与えることにより好適に行い得る。加熱処理の
雰囲気は使用する金属物質の種類によつて通常の大気、
不活）性ガス、中性ガスまたは真空雰囲気が選ばれる。
酸化速度がおそくしかも加熱処理時間が短く数分間以内
ですむ場合は通常の大気雰囲気を使用してもよい。この
場合使用した金属物質粉末粒子の表面が若干酸化するが
、溶射母材に溶射し溶射層を・形成させた後、Ｂおよび
Ｓｉを含む自溶性合金によるオーバーコートを施し、こ
れを再加熱処理することによつてこの酸化物をスラグ化
して除去することができる。本発明の溶射用セラミック
粉末材料の製造過程”は前記のように簡単で連続した工
程として大量処理にも適する。

これらの工程によつて得られる酸化アルミニウム質から
なる粒子を溶射用セラミック粉末材料として、通常の粉
末溶射用ガンで溶射し母材表面に形成するセラミック・
コーテング溶射層は、公知のＷＣ粒子を基質とする市販
の溶射材料を溶射して得られる溶射層とほとんど同程度
の耐摩耗性能を発揮できるばかりでなく、溶射装置、溶
射技術ともに公知の酸素一アセチレンまたは酸素一水素
炎を熱源とする粉末溶射法がそのまま適用できる。また
溶射母材に予めボンディング・コートを施すこともない
ばかりか、溶射材料費が安価な上に作業能率の向上と省
エネルギーな溶射法を提供てきる。以下に本発明の実施
例、使用効果を記すがこれは代表例であつて、この例に
本発明は何ら限定されるものではない。

実施例１ 約８７０℃に調整した真空中の電気炉内に、マグネシア
質特殊耐火物の金属溶融ルツボを入れ、その中に酸化ア
ルミニウム質人造研削材（ＪＩＳＲ６ｌｌｌ適合品）の
砥粒（＃１２０）を１００ｇｒ″と、ニッケル粉（平均
径３０μｍ）１００ｇｒ′をよく混合して装入し２扮間
保持した。

その間に３回の攪拌操作を行つた。電気炉内で約１００
℃程度まで除冷した後、炉から取出し更に常温まで冷却
させた。得られた製品は砥粒の各々の表面にニッケル粉
が１個ないし数個が焼結して形成された粒子であつたが
溶射ガンの噴射口径を勘案して粗大化した粒子を篩網で
除去した。この製品を溶射用セラミック粉末材料として
酸素−アセチレン炎を熱源とする粉末溶射装置に供給し
、市販の粉末溶射用ガンによりあらかじめサンドブラス
トして表面処理した幅２３ｎ１／ｍ×長８５ｒＴ１／Ｍ
Ｘ厚３．２ｒｒ１／ｍの試験片鋼板（ＳＳ４ｌＢ）の表
面に溶射した場合と、同じ溶射方法によつて砥粒（＃１
２０）と市販の自溶性合金（Ｎｌ基Ｃｒ−Ｂ−Ｓｉ系）
を夫々５唾量％混合した混合材料を溶射した場合と、さ
らに砥粒（＃１２０）単体を溶射したときの３試験片に
ついて、砥粒の試験片への接着率を求め、その結果を第
１表に示した。実施例２ 実施例１の本発明品を溶射した摩耗部品により耐土砂摩
耗性能テストを実施した結果は下記のようてあつた。

使用したテスト機は市販の手押ロータリーモアで、最大
出力３．５ＰＳ／３６００ｒ′・ｐ−ｍのエンヂンを搭
載し、直径（イ）ｄのロータリーナイフ１枚を有するも
のであつた。この動力草刈機のロータリーナイフの片側
刃部（長さ約１？）をサンドブラストにより表面処理し
、本発明品を粉末溶射した後、市販の自溶性合金（Ｎｉ
基Ｃｒ−Ｂ−Ｓｉ系）でオーバーコートを施し再加熱処
理を行なつたが溶射層厚は約０．７ｍ／ｍであつた。他
方の刃部には前記と同様の表面処理と、同種の自溶性合
金による公知の溶射層を約０．７ｍ／ｍ厚に作りＮＯ．
ｌ刃とした。表面処理されたＮＯ．２刃には公知の粉末
溶射法により、市販のＷＣ基質の自溶合金（４０％ＷＣ
入り）を溶射し再加熱処理して約０．７ｍ／ｍの溶射層
とした刃部と、ＮＯ．ｌ刃に用いたものと同種の自溶性
合金を溶射し約０．７ｍ／ｍ厚の溶射層とした刃部を作
り比較材料とした。各ロータリーナイフは安全のため慎
重なバランス調整を行つた。テスト機にこれらのロータ
リーナイフを装着し正常な運転状態に保ちながら天然の
海浜小砂面上を入力移動させながらロータリーナイフが
常に海浜小砂と充分に接触する状態で３吟間連続して運
転したのち、刃部溶射層の欠け、剥離の有無を検したが
ＮＯ．ｌ刃、ＮＯ．２刃ともに異状は認められな・かつ
た。次に各溶射刃部の摩耗量を求めるために各ロータリ
ーナイフの回転中心線上を夫々切断してＮＯ．ｌ−（イ
）（本発明品溶射）、ＮＤ．ｌ−（口）（自溶性合金溶
射）、ＮＯ．２−（イ）（４０％ＷＣ自溶性合金溶射）
、ＮＯ．２−（口）（自溶性合金溶射）の４片とし、・
各片の重量を測定した。ＮＯ．ｌ刃とＮＯ．２刃の摩耗
テスト条件の微妙な差違を消去するために、一定条件下
における自溶性合金溶射層の摩耗量は一定との仮定を設
け夫々の自溶性合金溶射刃部を持つ片との重量差を算出
し、第２表に耐摩耗率として示）した。以上のように本
発明品は、酸化アルミニウム質からなる粒子の各々の表
面に、金属物質の粉末粒子を焼結させて形成する溶射用
セラミック粉末材料であつて、公知の酸素−アセチレン
炎または酸素一水素炎を熱源とする粉末溶射法によつて
強固な耐摩耗性その他の性質を付与した溶射層が容易に
形成できるばかりでなく、溶射材料費の低減と作業能率
向上と相俟つて省エネルギーな溶射法で酸化アルミニウ
ム質粒子の溶射層を提供できる溶射用セラミック粉末材
料である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 酸化アルミニウム質からなる粒子の各々の表面に金
   属物質の粉末粒子を少くとも１個焼結させてなる溶射用
   セラミック粉末材料。