JPS6352105B2 - - Google Patents

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JPS6352105B2
JPS6352105B2 JP58191011A JP19101183A JPS6352105B2 JP S6352105 B2 JPS6352105 B2 JP S6352105B2 JP 58191011 A JP58191011 A JP 58191011A JP 19101183 A JP19101183 A JP 19101183A JP S6352105 B2 JPS6352105 B2 JP S6352105B2
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JP
Japan
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sprayed
layer
ceramic
coating
base
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JP58191011A
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English (en)
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JPS6086260A (ja
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Michio Miura
Tadao Tokushima
Mamoru Kajimura
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Yamaha Corp
Original Assignee
Yamaha Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/10Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/02Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、耐衝撃性、耐傷性、および耐摩耗
性を改善した溶射セラミツク被覆金属体に関し、
下地被覆およびセラミツク被覆の素材ならびに、
被覆厚さを特定することにより被覆の密着性(耐
衝撃性)および耐摩耗性を併せて改善せんとする
ものである。
鉄系等の金属製品は、その用途により、耐衝撃
強度、耐傷性、耐摩耗性等の性質を改善すること
が望ましい場合が多い。たとえば、ゴルフクラブ
のアイアンヘツドは、ボールとともに、芝、砂、
土等をも強打する場合があるので、耐衝撃強度に
加えて、耐傷性、耐摩耗性等の表面特性の改善が
要求される。たとえば、ゴルフクラブのアイアン
ヘツドに関しては、表面特性を改善するために、
鉄系等の金属基体上に、下地金属溶射層、セラミ
ツク溶射層を形成したのち、液状合成樹脂を含浸
して硬化させることが提案されている(特公昭53
−34537号公報)。すなわち、この技術では、下地
金属ならびにセラミツク溶射層の多孔性を利用し
て、これら溶射層の樹脂被覆のアンカリング層と
して使用するものである。しかしながら、このよ
うな被覆による表面特性改良技術にも、いくつか
の不都合が見出された。その第1は、強い衝撃を
与えたときに被覆層が剥離することである。また
その第2は、樹脂被覆の耐摩耗性が必ずしも良好
とは云えず、また金属の特質を減殺しかねないこ
とである。したがつて、樹脂被覆は、行うとして
も基体金属の選択に応じてその防錆等の観点で必
要とされる最小限に止めるべきである。
この発明の主要な目的は、金属基体の特質をで
きるだけ生かしつつ、その耐傷性、耐摩耗性等の
表面特性を改善し、且つ密着性(したがつて耐衝
撃性)の良好な被覆層を有するセラミツク被覆金
属体を提供することにある。
本発明者らの研究によれば、特定の組成のセラ
ミツク溶射膜を、特定の下地金属層を介して鉄系
等の金属基体上に被覆し、且つ被覆層の合計厚さ
を特定の極めて薄い厚さとすることが、上述の目
的の達成に極めて有効であることが見出された。
この発明のセラミツク被覆金属体は、このよう
な知見に基づくものであり、更に詳しくは、鉄系
金属基体上に、Ni−Cr合金溶射膜ならびに、
Cr3C240〜86重量%およびTiO260〜14重量%から
なるセラミツク溶射膜、を順次形成してなり、溶
射膜の合計厚さが20〜200μmであることを特徴と
するものである。
すなわち、この発明のセラミツク被覆金属体に
おいては、鉄系等の金属基体上に、形成される下
地被覆層が、これら基体金属と密着性が良く且
つ、耐蝕性に優れたNi−Cr合金により形成され
ており、またその上のセラミツク溶射層が、金属
的性質が残存し且つNi−Cr合金と密着性の良好
なCr3C2と耐摩耗性の良好なTiO2との組合せから
なること、また被覆の合計厚さが基体に対して良
好な密着性を与える20〜200μmとされているた
め、全体として基体の金属的特性を損なわずに密
着性(したがつて耐衝撃性)が優れ且つ耐摩耗性
に優れたセラミツク被覆金属体が与えられる。
以下、この発明を更に詳細に説明する。以下の
記載において、量比を表わす「%」および「部」
は得に断らない限り重量基準とする。
本発明のセラミツク被覆金属体の基体金属とし
ては、鉄系金属またはチタン系金属等が好ましく
用いられる。その好ましい具体例としては、ステ
ンレススチール(SUS304等)ならびに構造用鋼
材(SS30等)が挙げられる。
このような金属基体の被覆所要部、たとえばア
イアンクラブのヘツドフエースの打球面部ならび
にその少なくとも地面と接触する下方延長部に、
まずNi−Cr合金の下地溶射膜を形成する。この
Ni−Cr合金下地溶射膜は、被覆層全体の密着性
を向上しまた耐蝕性の向上にも若干の寄与をする
ものであり、Ni−Cr合金としては、Cr5〜30%を
含有し、残部が主としてNiからなるものが好ま
しく用いられる。このNi−Cr下地溶射膜は、比
較的薄くとも、その効果を発揮するが、好ましく
は5〜20μmの厚さに形成される。
なお、上記した被覆所要部以外のヘツドフエー
ス面については、基体がステンレススチールの場
合には、バフ仕上げが多く行われるが、SS30の
ような鋼材の場合には、一般に硬質クロムメツキ
が行なわれる。
次いで、Ni−Cr下地溶射膜上に、実質的に
Cr3C240〜86%、好ましくは50〜70%、TiO260〜
14%、好ましくは50〜30%の組成を有するセラミ
ツク溶射膜を形成し、溶射膜の合計厚さを20〜
200μm、特に好ましくは60〜100μm、とする。
Cr3C2は、先にも述べたように金属的性質が残存
することに起因すると推測されるが、Ni−Cr合
金との良好な密着性を与えるのに効果があり、40
%未満では良好な密着性を与えることができず、
86%を超えて添加すると被覆層の耐摩耗性が低下
する。一方、TiO2はセラミツク被覆層の耐摩耗
性の向上に効果があり、14%未満では効果が乏し
く、60%を越えて使用すると、被覆層の密着性が
低下する。また溶射層の合計厚さが20μm未満で
は、溶射層表面に粗面が残り、耐摩性ならびに被
覆層の耐久性が不足してくるとともに、溶射層の
気孔性効果による衝撃減衰能が低下してしまう。
一方、溶射層の合計厚さが200μmを超えると、溶
射層と基体との熱膨張の差によりストレスが増大
するため、その密着強度が不足し、耐衝撃性が不
足してくる。
下地被覆層およびセラミツク被覆層の溶射は、
通常のプラズマ溶射により行うことができ、プラ
ズマ用キヤリヤガスとしては、溶射材料の酸化あ
るいは窒化を防止して密着性の良い溶射層を形成
するために、アルゴン−Heを使用することが好
ましく、また密着性を良好とするために、基体を
100〜150℃程度に予熱して溶射を行うことが好ま
しい溶射材料の粒径は、下地Ni−Cr合金につい
ては、1〜15μm、Cr3C2およびTiO2粉末につい
ては、1〜10μmの範囲が好ましく用いられる。
このようにして基体上に得られる溶射層は、一
般に多孔質となるため、基体がSS30のように発
錆性である場合には、ポリウレタン樹脂、エポキ
シ樹脂等の樹脂を5〜30μmの厚さに塗布して耐
食性を向上することが好ましい。
上述したように、この発明によれば、鉄系等の
基体金属を、Ni−Cr溶射下地層を介してセラミ
ツク溶射被覆するに際して、セラミツク溶射材と
してCr3C2とTiO2との混合物を用い、且つ溶射層
の合計厚さを、20〜200μmと比較的薄い範囲に限
定することにより、金属基体の特質をできるだけ
生かしつつ、その耐傷性、耐摩耗性、衝撃減衰能
等の表面特性を改善し、且つ密着性(したがつて
耐衝撃性)の良好な被覆層を有するセラミツク被
覆金属体が提供される。この発明のセラミツク被
覆金属体は、ゴルフクラブのアイアンヘツド以外
にも、耐傷性、耐摩耗性、耐衝撃性が要求される
鉄系等の金属製品に一般に好適に使用される。
以下、この発明を実施例、比較例により、更に
具体的に説明する。
例 1 SUS304製ならびにSS30製の各基材を、100〜
150℃に加熱しつつ、Cr20%−Ni残部の組成を有
するNi−Cr合金(平均粒径約10μm)を、プラズ
マガン(メトコ製)を用い、40V、800Aの入力
でアルゴン−Heプラズマにより溶射して、約
15μmの厚さの溶射層を形成した。
次いで、上記下地被覆基体上に、Cr3C2含量
が、それぞれ20,30,40,60,80,100容積%
(重量基準で、28,40,51,70,86,100%)の
Cr3C2−TiO2複合溶射粉末(平均粒径約5μ)を、
上記と同様なプラズマ溶射条件で溶射し、厚さ約
25μmのセラミツク被覆層を形成し、被覆層の合
計厚さを40μmとした。
次いで、これらの溶射膜の面に直径25mmの鉄棒
の端面をエポキシ樹脂で接着し、棒軸方向に引張
り、溶射膜の破断に要する張力を測定した。
測定結果を第1図に示す。
別途、上記と同様の溶射被覆条件で、SUS304
製アイアンヘツド基体のフエース標準打球面およ
び地面との接触面に、Ni−Cr下地層およびCr3C2
溶射層を合計厚さ40μmに形成し、このヘツドを
装着したゴラフクラブ(7番)を、粒径が2〜3
mmの砂粒中に40m/秒の速度で300回打込み、最
大摩耗部(標準打球面上のスイートスポツトの位
置)の残存膜厚を測定した。この測定結果も、第
1図に示す。
第1図の結果を見れば、Cr3C2−TiO2被覆層中
のCr3C2含量が、この発明に従い、30〜80容積
%、特に40〜60容積%の範囲において、密着性
(引張強度)と耐摩耗性(残存膜厚)がともに良
好な被覆層を与えることがわかる。
例 2 例1と同様にして、SUS304およびSS30基体上
に、厚さ15μmのNi−Cr下地層を形成し、その上
にCr3C2を40容積%の割合で含む複合溶射材料
(平均粒径約5μm)を、例1と同様の条件で溶射
し、合計厚さが20〜300μmの溶射被覆層を形成
し、例1と同様に引張強度を測定した。その結
果、第2図の測定結果を得た。
第2図の結果は、溶射層厚(特にセラミツク溶
射層厚)の増大とともに、被覆の密着性(引張強
度)が低下することを示している。
例 3 例2と同様にして、SUS304基材を用いる場合
について、セラミツク溶射層の厚さを変えて合計
厚さが、20〜65μmの溶射層の表面粗さ(凹凸の
頂部から谷部までの深さ)を測定した。その結果
を第3図に示す。
第3図の結果は、溶射層厚が小さ過ぎると、被
覆表面に大きな凹凸が存在することを示してい
る。
例 4 Ni−Cr下地層の効果を見るために、例2にお
いてSUS304基体上に、厚さ15μmのNi−Cr下地
層を形成し、その上にCr3C240容積%を含むTiO2
−Cr3C2複合溶射被覆層を、合計厚さ20〜300μm
の厚さに形成する例と対照して、同一条件でNi
−Cr下地層を除いて、TiO2−Cr3C2複合溶射被覆
層のみを形成し、例1と同様にして引張強度を測
定した。測定結果を例2のそれとともに、第4図
に示す。
第4図によればNi−Cr下地層がない場合は、
被膜膜厚の増大とともに引張強度(したがつて溶
射層の密着力)が低下することがわかる。これは
境界面の応力が大きくなるためと考えられ、Ni
−Cr下地層は金属基体と溶射材の性質を有し応
力緩和の役割を果すものと解される。
さらに上記二種の被覆層について、JISの簡便
法として、赤熱後ハンマーでたたく試験を行つた
ところ、下地層がない場合は、膜厚40μm程度で
数回の処理により剥離が起つたが、Ni−Cr下地
層を設けた場合は、20回の処理によつても剥離が
起らなかつた。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第4図は、実施例および比較例による
溶射被覆層の特性評価結果を示すグラフであり、
第1図は密着性(引張強度)および耐摩耗性(残
存膜厚)のセラミツク溶射材中のCr3C2含量に対
する依存性を、第2図および第4図は密着性(引
張強度)の被覆層厚依存性を、第3図は表面粗さ
の被覆層厚依存性を、それぞれ示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 金属基体上に、Ni−Cr合金溶射膜ならびに
    Cr3C240〜86重量%およびTiO260〜14重量%から
    なるセラミツク溶射膜を形成してなり、溶射膜の
    合計厚さが20〜200μmであることを特徴とするセ
    ラミツク被覆金属体。
JP58191011A 1983-10-14 1983-10-14 セラミツク被覆金属体 Granted JPS6086260A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58191011A JPS6086260A (ja) 1983-10-14 1983-10-14 セラミツク被覆金属体

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JP58191011A JPS6086260A (ja) 1983-10-14 1983-10-14 セラミツク被覆金属体

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Publication Number Publication Date
JPS6086260A JPS6086260A (ja) 1985-05-15
JPS6352105B2 true JPS6352105B2 (ja) 1988-10-18

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JP58191011A Granted JPS6086260A (ja) 1983-10-14 1983-10-14 セラミツク被覆金属体

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