JPS6089543A - 耐エロ−ジヨン性金属・セラミツクス複合材 - Google Patents
耐エロ−ジヨン性金属・セラミツクス複合材Info
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- JPS6089543A JPS6089543A JP19689983A JP19689983A JPS6089543A JP S6089543 A JPS6089543 A JP S6089543A JP 19689983 A JP19689983 A JP 19689983A JP 19689983 A JP19689983 A JP 19689983A JP S6089543 A JPS6089543 A JP S6089543A
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- ceramics
- erosion
- composite material
- metal
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、高温装置に使用してエロージョンに対し優れ
た抵抗性を有する耐エロージヨン性に優れた金属・セラ
ミックス複合材に関するものである。
た抵抗性を有する耐エロージヨン性に優れた金属・セラ
ミックス複合材に関するものである。
火力ボイラのような高温発生装置は、従来は石油利用が
主体でおったが、近時においては、微粉炭燃焼ボイラ、
流動床ボイラのような石炭火力ボイラのように石炭の利
用が再認識されてきている。
主体でおったが、近時においては、微粉炭燃焼ボイラ、
流動床ボイラのような石炭火力ボイラのように石炭の利
用が再認識されてきている。
しかしながら、その装置設計は、石油利用のときの設計
思想によって行なわれている。たとえば、石炭火、カボ
イラにおいても石油火力ボイラと同様の材料構成で製作
されているが、石炭火力ボイラにおいては、石油火力ボ
イラと異なシ、ボイラ内部で同形のアッシュ分がクリン
カとなって落下したり、フライアツンユとして浮瀞して
いたシするために、石炭火力ボイラを構成するボイラチ
ューブが高温でいちじるしいエロージョン損傷を受ける
ものである。
思想によって行なわれている。たとえば、石炭火、カボ
イラにおいても石油火力ボイラと同様の材料構成で製作
されているが、石炭火力ボイラにおいては、石油火力ボ
イラと異なシ、ボイラ内部で同形のアッシュ分がクリン
カとなって落下したり、フライアツンユとして浮瀞して
いたシするために、石炭火力ボイラを構成するボイラチ
ューブが高温でいちじるしいエロージョン損傷を受ける
ものである。
しかして、このようなエロージョンを防止する方法とし
ては、たとえば石炭火力ボイラにおいては、流速を下げ
たシ、プロテクタやパンフルプレートを取シ付けたシす
るなどの対策がとられているにすぎなかった。しかしな
がら、このような設計的な対処として、流速を制限した
場合でも、予想以上に流速の早い偏流部ができたシ、折
角取り付けたン°ロテクタやバッフルプレートなどそれ
自体がエロージョン損傷をうけて損耗するなどの問題が
ある。また高温におけるエロージョンに関する研究例は
少なく、その挙動が明確にされていない。したがって材
料に関する対策もほとんどなされていないこともあって
適確な耐エロージョン材料が望まれている現状でちる。
ては、たとえば石炭火力ボイラにおいては、流速を下げ
たシ、プロテクタやパンフルプレートを取シ付けたシす
るなどの対策がとられているにすぎなかった。しかしな
がら、このような設計的な対処として、流速を制限した
場合でも、予想以上に流速の早い偏流部ができたシ、折
角取り付けたン°ロテクタやバッフルプレートなどそれ
自体がエロージョン損傷をうけて損耗するなどの問題が
ある。また高温におけるエロージョンに関する研究例は
少なく、その挙動が明確にされていない。したがって材
料に関する対策もほとんどなされていないこともあって
適確な耐エロージョン材料が望まれている現状でちる。
ところで、エロージョンとは、固体粒子が運動エネルギ
ーを持って物体に衝突することによって生ずる現象でお
るため、短絡的には通常の摩耗現象と同様、被衝突物体
の硬度を高くすることで防止が可能であると考えられが
ちであるが、実際にはそれほど単純なものでなく、例え
ば、金属材料等の軟らかい延性材料と、セラミックス等
のように硬いが脆いという脆性材料とのエロージョン特
性を比較すると、衝突角の小さい場合には延性材料の方
が大きなエロージョンを起こすが、衝突角の大きい場合
には脆性材料の方が大きなエロージョンを引き起こすと
言うように、わずかの条件の違いで全く異なる結果がも
たらされるものであって、衝突角や衝突速度等が異なる
など、諸条件が一定しない実操業下でのエロージョン現
象は、通常の摩耗現象とは異なシ、解明されないいろい
ろな問題を有しているものである。ましてや、高温での
エロージョンは、更に複雑な現象や挙動をともなうもの
である。
ーを持って物体に衝突することによって生ずる現象でお
るため、短絡的には通常の摩耗現象と同様、被衝突物体
の硬度を高くすることで防止が可能であると考えられが
ちであるが、実際にはそれほど単純なものでなく、例え
ば、金属材料等の軟らかい延性材料と、セラミックス等
のように硬いが脆いという脆性材料とのエロージョン特
性を比較すると、衝突角の小さい場合には延性材料の方
が大きなエロージョンを起こすが、衝突角の大きい場合
には脆性材料の方が大きなエロージョンを引き起こすと
言うように、わずかの条件の違いで全く異なる結果がも
たらされるものであって、衝突角や衝突速度等が異なる
など、諸条件が一定しない実操業下でのエロージョン現
象は、通常の摩耗現象とは異なシ、解明されないいろい
ろな問題を有しているものである。ましてや、高温での
エロージョンは、更に複雑な現象や挙動をともなうもの
である。
本発明者は、従来 エロージョン防止のために行なわざ
るを得なかった装置内流速制限を軽減し、装置熱効率の
向上及び装置の小型化などを実施し得、又、耐エロージ
ヨン性と耐食性がともに望まれる環境や従来以上に耐エ
ロージヨン性が望まれる環境も多くなっている現状にも
対応し得、適用可能であって従来の金属材料では得られ
なかったようなきわめて強大な耐エロージヨン性を付与
し得、したがって強エロージョン部分に適用することが
でき、装置寿命を一段と延ばし得るような耐エロージヨ
ン性材を得べく多くの研究を重ねた結果、金属材料にお
いては材質によシエロージョン特性が変化するがエロー
ジョン損傷を完全に近く防止することは困難でめること
を認め、金属基材にセラミックスを含有せしめることに
より、さらに、セラミックスの粒子の硬さよｐもその径
と含有率が重要であること、すなわち金属基材に特定大
きさのセラミックスを特定量含有せしめることによって
目的を達し得ることを認めて本発明をなしたものである
。すなわち、本発明は、好ましくは、粉末粒径が０．５
〜５０μｍの金属基材に、平均径が１０μｍ以下の大ぎ
さの少なくとも一種類のセラミックスを体積率で５〜８
０％含有せしめた耐エロージヨン性金属・セラミックス
複合材である。
るを得なかった装置内流速制限を軽減し、装置熱効率の
向上及び装置の小型化などを実施し得、又、耐エロージ
ヨン性と耐食性がともに望まれる環境や従来以上に耐エ
ロージヨン性が望まれる環境も多くなっている現状にも
対応し得、適用可能であって従来の金属材料では得られ
なかったようなきわめて強大な耐エロージヨン性を付与
し得、したがって強エロージョン部分に適用することが
でき、装置寿命を一段と延ばし得るような耐エロージヨ
ン性材を得べく多くの研究を重ねた結果、金属材料にお
いては材質によシエロージョン特性が変化するがエロー
ジョン損傷を完全に近く防止することは困難でめること
を認め、金属基材にセラミックスを含有せしめることに
より、さらに、セラミックスの粒子の硬さよｐもその径
と含有率が重要であること、すなわち金属基材に特定大
きさのセラミックスを特定量含有せしめることによって
目的を達し得ることを認めて本発明をなしたものである
。すなわち、本発明は、好ましくは、粉末粒径が０．５
〜５０μｍの金属基材に、平均径が１０μｍ以下の大ぎ
さの少なくとも一種類のセラミックスを体積率で５〜８
０％含有せしめた耐エロージヨン性金属・セラミックス
複合材である。
本発明において使用する金属基材としては、使用温度及
び使用雰囲気などに耐え得るものである限９とくに限定
されないが、高温用には、Ｐ’ｅｓ Ｎｓ及びＣＯなど
あるいはこれらをベースとしてＣｒ。
び使用雰囲気などに耐え得るものである限９とくに限定
されないが、高温用には、Ｐ’ｅｓ Ｎｓ及びＣＯなど
あるいはこれらをベースとしてＣｒ。
ＡＬ Ｓｉｓ Ｍｏなどを適渋配合したものが好ましい
。
。
又、使用するセラミックスとしては、たとえは、Ｔｉｏ
、、Ａｌ２Ｏ３，５ｉ０２、Ｙ２Ｏ３、Ｔｈｅ、、Ｚｒ
０２（安定化ジルコニアを含む）などのような酸化物系
セラミックス、たとえばＴｉｃｓ ５ｉＣｓ Ｗ２Ｃｚ
Ｂ４Ｃ％ ＴａＣＸＮｂＣ，Ｃｒ２Ｃｓ、Ｃｒ、Ｃ，
、Ｃｒ、、Ｃｏ、ＭＯ２Ｃなどのような炭化物及びグラ
ファイト炭素（繊維）などの炭化物系セラミックス、及
び、たとえばＴｉＮ、 ＴａＮＸＳｉ３Ｎ、、ＢＮ％
Ｃｒ２Ｎ％ＣｒＮなどのような窒化物系セラミックスな
どであって、少なくともこれらのうちから選ばれたいず
れか一種あるいは二種以上のセラミックスを適宜組合せ
て使用するものである。
、、Ａｌ２Ｏ３，５ｉ０２、Ｙ２Ｏ３、Ｔｈｅ、、Ｚｒ
０２（安定化ジルコニアを含む）などのような酸化物系
セラミックス、たとえばＴｉｃｓ ５ｉＣｓ Ｗ２Ｃｚ
Ｂ４Ｃ％ ＴａＣＸＮｂＣ，Ｃｒ２Ｃｓ、Ｃｒ、Ｃ，
、Ｃｒ、、Ｃｏ、ＭＯ２Ｃなどのような炭化物及びグラ
ファイト炭素（繊維）などの炭化物系セラミックス、及
び、たとえばＴｉＮ、 ＴａＮＸＳｉ３Ｎ、、ＢＮ％
Ｃｒ２Ｎ％ＣｒＮなどのような窒化物系セラミックスな
どであって、少なくともこれらのうちから選ばれたいず
れか一種あるいは二種以上のセラミックスを適宜組合せ
て使用するものである。
しかして、添加するセラミックスは、いずれも通常の全
域材料よりも硬匿は高いのであるが、耐エロージヨンの
目的のため姉は、粒子の硬さよりも、その粒径と含有率
が重要でるって、高温エロージョン試験の結果、分散粒
の平均径としては、１０μｍ以下であることが必要であ
り、かつ、含有率が体積率で５〜８０％であることが必
要である。
域材料よりも硬匿は高いのであるが、耐エロージヨンの
目的のため姉は、粒子の硬さよりも、その粒径と含有率
が重要でるって、高温エロージョン試験の結果、分散粒
の平均径としては、１０μｍ以下であることが必要であ
り、かつ、含有率が体積率で５〜８０％であることが必
要である。
すなわち、平均径が１０μｍ以上の場合及び体積率が５
チ以下では、金属基材の性質が表面に出てしまい耐エロ
ー７ヨン性の向上に至らないし、体積率が８０％以上で
は、靭性及び延性が劣化して部材として使用不可となる
ものである。なお、平均径は、炭素繊維などひも状のセ
ラミックスの場合は、平均円柱断面とし、真球と異なる
場合は、同一体積を１する球の径と考えるものである。
チ以下では、金属基材の性質が表面に出てしまい耐エロ
ー７ヨン性の向上に至らないし、体積率が８０％以上で
は、靭性及び延性が劣化して部材として使用不可となる
ものである。なお、平均径は、炭素繊維などひも状のセ
ラミックスの場合は、平均円柱断面とし、真球と異なる
場合は、同一体積を１する球の径と考えるものである。
次に、本発明複合材の製造方法としては、たとえば、■
金属部材も粉体とし、粉末冶金後成形体とする方法、■
メッキ浴にセラミックスを懸濁しておいてメッキ皮膜に
分散混合析出せしめる方法、■セラミックス粉末を金属
基材に塗布した後、金属元素を表面より拡散浸透せしめ
る方法、■酸化物、炭化物、窒化物を形成する元素を含
有する金属基材に、内部酸化、浸炭、窒化などの処理を
行ない表面層に後合材層を形成する方法などがあるが、
部品の形状、用途などによってどの方法によって行なっ
ても支障がない。したがって、製品形態としては、全体
が複合材でもよく、必要とする表面だけが複合材であっ
てもよい。
金属部材も粉体とし、粉末冶金後成形体とする方法、■
メッキ浴にセラミックスを懸濁しておいてメッキ皮膜に
分散混合析出せしめる方法、■セラミックス粉末を金属
基材に塗布した後、金属元素を表面より拡散浸透せしめ
る方法、■酸化物、炭化物、窒化物を形成する元素を含
有する金属基材に、内部酸化、浸炭、窒化などの処理を
行ない表面層に後合材層を形成する方法などがあるが、
部品の形状、用途などによってどの方法によって行なっ
ても支障がない。したがって、製品形態としては、全体
が複合材でもよく、必要とする表面だけが複合材であっ
てもよい。
本発明は、金属基材に、平均径が１０μｍ以下の少なく
とも一種類のセラミックスを体積率で５〜８０％含有せ
しめるようにしたので、高温における苛酷な条件下で使
用してもきわめて優れた耐エロージヨン性を持った複合
材を得ることができたものであって、この複合材を使用
することによって、装置寿命を大巾に延ばし得、あるい
は装置内流速制限を軽減し得るため装置熱効率を向上し
得、装置の小型化を可能とし得る。本発明材は、高温環
境下ばかシでなく低温環境下においても優れた耐エロー
ジヨン性、耐食性を得ることができるなど優れた効果が
認められる。
とも一種類のセラミックスを体積率で５〜８０％含有せ
しめるようにしたので、高温における苛酷な条件下で使
用してもきわめて優れた耐エロージヨン性を持った複合
材を得ることができたものであって、この複合材を使用
することによって、装置寿命を大巾に延ばし得、あるい
は装置内流速制限を軽減し得るため装置熱効率を向上し
得、装置の小型化を可能とし得る。本発明材は、高温環
境下ばかシでなく低温環境下においても優れた耐エロー
ジヨン性、耐食性を得ることができるなど優れた効果が
認められる。
次に、本発明の実施例を述べる。
実施例１〜２１
金属基材として、Ｆｅ ％ Ｎｉ Ｎ Ｎｉ −２０Ｃ
ｒ、 ＮｉＮｉ−５Ｏ、Ｃ０１ＡＩ、Ｓｉなどを添加し
た合金、その他の合金などの粉末でいずれも原料粉とし
ては、高純度の粉末、例えば〜Ｆｌｌ＋では９９．３％
、残部がＭｎ％ ０２等を含んだもの、又、Ｎｉでは９
９．７％で、残部がＣ０１１？’６等を含んだもので、
籾米粒径が１〜１０μｍのものを用い、セラミックス粉
として、Ａ ｌａ Ｏｓ 、Ｙ２０３、Ｔｉｏ、、Ｚｒ
Ｏ２、ＮｂＣｚ Ｓ Ｉ ＣＮ Ｃｒ２３ Ｃａ、’ｒ
ｉｃｔ ＷＣＸ％Ｃ％Ｂ４ ＣＮ Ｓ １３１’Ｊ４、
ＴａＮ、 ＢＮ を第２表に示すごとくに分散平均径及
び分敢体槓率をそれぞれ鋭化させた配合比で混合し、Ｈ
ＩＰ法（熱間圧縮成形法）を採用し、成形条件として温
度： １１５０℃、圧力ニ９００Ｋｄ１０Ａ で複合材
を作成し、第１表に示す条件によって高温エロージョン
試験を行なった。結果をエロージョン減肉速度として示
したが、これは、試験片に生じた最大減肉深さを表面粗
さ計により１０時間まで測定することによ勺、時間当９
の減肉速度（μ：ｍ／ｈ ）に換算してめた。これらの
結果を第比較例 １〜９ 実施例と同様にして比較試料を作成し、実施例と同様に
第１表に示す条件でエロージョン試験を行なった。結果
を第３表に示す。
ｒ、 ＮｉＮｉ−５Ｏ、Ｃ０１ＡＩ、Ｓｉなどを添加し
た合金、その他の合金などの粉末でいずれも原料粉とし
ては、高純度の粉末、例えば〜Ｆｌｌ＋では９９．３％
、残部がＭｎ％ ０２等を含んだもの、又、Ｎｉでは９
９．７％で、残部がＣ０１１？’６等を含んだもので、
籾米粒径が１〜１０μｍのものを用い、セラミックス粉
として、Ａ ｌａ Ｏｓ 、Ｙ２０３、Ｔｉｏ、、Ｚｒ
Ｏ２、ＮｂＣｚ Ｓ Ｉ ＣＮ Ｃｒ２３ Ｃａ、’ｒ
ｉｃｔ ＷＣＸ％Ｃ％Ｂ４ ＣＮ Ｓ １３１’Ｊ４、
ＴａＮ、 ＢＮ を第２表に示すごとくに分散平均径及
び分敢体槓率をそれぞれ鋭化させた配合比で混合し、Ｈ
ＩＰ法（熱間圧縮成形法）を採用し、成形条件として温
度： １１５０℃、圧力ニ９００Ｋｄ１０Ａ で複合材
を作成し、第１表に示す条件によって高温エロージョン
試験を行なった。結果をエロージョン減肉速度として示
したが、これは、試験片に生じた最大減肉深さを表面粗
さ計により１０時間まで測定することによ勺、時間当９
の減肉速度（μ：ｍ／ｈ ）に換算してめた。これらの
結果を第比較例 １〜９ 実施例と同様にして比較試料を作成し、実施例と同様に
第１表に示す条件でエロージョン試験を行なった。結果
を第３表に示す。
第３表
上述のように、この発明によれば、石炭利用エネルギー
装置等の高温装置における高温エロージョン損傷を確実
に防止することができ、高温装置の熱効率の同上、並び
に寿命の飛躍的な延命化が可能になるなど、産莱上極め
て有用な効果がもたらされるものである。
装置等の高温装置における高温エロージョン損傷を確実
に防止することができ、高温装置の熱効率の同上、並び
に寿命の飛躍的な延命化が可能になるなど、産莱上極め
て有用な効果がもたらされるものである。
特許出願人 住友金属工業株式会社
Claims (1)
- １）金属基材に、平均径が１０μｍｎ以下の大きさの少
なくとも一種類のセラミックスを体積率で５〜８０％含
有せしめたことを特徴とする耐エロージヨン性金属・セ
ラミックス複合材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19689983A JPS6089543A (ja) | 1983-10-20 | 1983-10-20 | 耐エロ−ジヨン性金属・セラミツクス複合材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19689983A JPS6089543A (ja) | 1983-10-20 | 1983-10-20 | 耐エロ−ジヨン性金属・セラミツクス複合材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6089543A true JPS6089543A (ja) | 1985-05-20 |
Family
ID=16365493
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19689983A Pending JPS6089543A (ja) | 1983-10-20 | 1983-10-20 | 耐エロ−ジヨン性金属・セラミツクス複合材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6089543A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4863514A (en) * | 1985-09-11 | 1989-09-05 | Degussa Atiengesellschaft | Material for facing denture |
| JPH01294844A (ja) * | 1988-05-24 | 1989-11-28 | Tocalo Co Ltd | 含塩化物環境下で優れた耐食性を示す溶接肉盛材料 |
| JPH0336230A (ja) * | 1989-06-30 | 1991-02-15 | Toshiba Corp | 耐侵食合金鋼およびその製造方法 |
| WO1994002297A1 (en) * | 1992-07-17 | 1994-02-03 | Sandvik Ab | Hard alloys for tools in the wood industry |
| US5925197A (en) * | 1992-01-24 | 1999-07-20 | Sandvik Ab | Hard alloys for tools in the wood industry |
| WO2004104251A1 (en) * | 2003-05-20 | 2004-12-02 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Advanced erosion resistant oxide cermets |
| CN100372959C (zh) * | 2003-05-20 | 2008-03-05 | 埃克森美孚研究工程公司 | 抗侵蚀氧化物金属陶瓷 |
| CN100443619C (zh) * | 2006-10-20 | 2008-12-17 | 西安理工大学 | 一种氧化铬和铬弥散强化铜基复合材料的制备方法 |
| US7544228B2 (en) | 2003-05-20 | 2009-06-09 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Large particle size and bimodal advanced erosion resistant oxide cermets |
-
1983
- 1983-10-20 JP JP19689983A patent/JPS6089543A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4863514A (en) * | 1985-09-11 | 1989-09-05 | Degussa Atiengesellschaft | Material for facing denture |
| JPH01294844A (ja) * | 1988-05-24 | 1989-11-28 | Tocalo Co Ltd | 含塩化物環境下で優れた耐食性を示す溶接肉盛材料 |
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| WO2004104251A1 (en) * | 2003-05-20 | 2004-12-02 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Advanced erosion resistant oxide cermets |
| US7153338B2 (en) | 2003-05-20 | 2006-12-26 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Advanced erosion resistant oxide cermets |
| CN100372959C (zh) * | 2003-05-20 | 2008-03-05 | 埃克森美孚研究工程公司 | 抗侵蚀氧化物金属陶瓷 |
| US7544228B2 (en) | 2003-05-20 | 2009-06-09 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Large particle size and bimodal advanced erosion resistant oxide cermets |
| CN100443619C (zh) * | 2006-10-20 | 2008-12-17 | 西安理工大学 | 一种氧化铬和铬弥散强化铜基复合材料的制备方法 |
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