JPH0297659A - セラミック被覆耐エロージヨン部材 - Google Patents
セラミック被覆耐エロージヨン部材Info
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- JPH0297659A JPH0297659A JP24686088A JP24686088A JPH0297659A JP H0297659 A JPH0297659 A JP H0297659A JP 24686088 A JP24686088 A JP 24686088A JP 24686088 A JP24686088 A JP 24686088A JP H0297659 A JPH0297659 A JP H0297659A
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Landscapes
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、パルプ等のエロージョン環境下で使用される
耐エロージヨン部材に関する。
耐エロージヨン部材に関する。
金属等が流体によって摩耗される所謂エロージョン環境
下において使用される部材の材質としては、ＳＵＳ ３
０４又は−３ｔＪｉ９３１６等の耐食性金属材料が一般
に用いられている。
下において使用される部材の材質としては、ＳＵＳ ３
０４又は−３ｔＪｉ９３１６等の耐食性金属材料が一般
に用いられている。
特に、発電所の高圧蒸気用パルプや工場の耐食性流体用
バルブのように強いエロージョン環境下で用いられる部
材では、上記耐食性金属材料の主要個所にハステロイ等
の耐摩耗性の高い金属材料を肉盛溶接することが行なわ
れている。
バルブのように強いエロージョン環境下で用いられる部
材では、上記耐食性金属材料の主要個所にハステロイ等
の耐摩耗性の高い金属材料を肉盛溶接することが行なわ
れている。
このように、従来の耐エロージヨン部材は、耐食性金属
又はその主要個所に耐摩耗性金属を組合せた金属材料の
みで構成されていた。
又はその主要個所に耐摩耗性金属を組合せた金属材料の
みで構成されていた。
従来の金属材料のみからなる耐エロージヨン部材では、
その耐エロージヨン性が金属材料のもっ耐食性や耐摩耗
性などの特性にのみ依存しているため、比較的高級な金
屑材料を使用しているにも拘らず、使用条件によっては
短期間にエロージョンが進行する欠点があった。
その耐エロージヨン性が金属材料のもっ耐食性や耐摩耗
性などの特性にのみ依存しているため、比較的高級な金
屑材料を使用しているにも拘らず、使用条件によっては
短期間にエロージョンが進行する欠点があった。
特にパルプ部材においては、エロージョンにより密閉不
良や開閉不良が生じるので頻繁に交換する必要があり、
その度に施設の稼働を停止しなければならなかった。
良や開閉不良が生じるので頻繁に交換する必要があり、
その度に施設の稼働を停止しなければならなかった。
本発明はかかる従来の事情に鑑み、金属材料のみからな
る従来の耐エロージヨン部材に他の材料を組合せること
により、耐エロージヨン性を改善ないし向上させること
を目的とする。
る従来の耐エロージヨン部材に他の材料を組合せること
により、耐エロージヨン性を改善ないし向上させること
を目的とする。
（課題を解決するための手段〕
上記の目的を達成するため、本発明が提供する耐エロー
ジヨン部材は、エロージョン環境下で使用する金属部材
の表面に複数のセラミック被覆層を育し、このセラミッ
ク被覆層の最外層が酸化アルミニウム又は窒化珪素であ
り、最外層と金属部材との間にある一つ又は複数の中間
層が周期律表のｌＶａ、 ｖａ、 Ｖｌａ族金属の炭化
物、窒化物又は炭窒化物であることを特徴とするセラミ
ック被覆耐エロージヨン部材である。
ジヨン部材は、エロージョン環境下で使用する金属部材
の表面に複数のセラミック被覆層を育し、このセラミッ
ク被覆層の最外層が酸化アルミニウム又は窒化珪素であ
り、最外層と金属部材との間にある一つ又は複数の中間
層が周期律表のｌＶａ、 ｖａ、 Ｖｌａ族金属の炭化
物、窒化物又は炭窒化物であることを特徴とするセラミ
ック被覆耐エロージヨン部材である。
こ−で耐エロージヨン環境下で使用する金属部材とは、
パルプ等のエロージョン環境下で使用する金屑材料のみ
からなる部材、通常は耐食性金属のみ又はその主要個所
に耐摩耗性金属を組合せた金屑材料のみからなる部材を
意味する。
パルプ等のエロージョン環境下で使用する金屑材料のみ
からなる部材、通常は耐食性金属のみ又はその主要個所
に耐摩耗性金属を組合せた金屑材料のみからなる部材を
意味する。
セラミック被覆層の最外層を構成する酸化アルミニウム
（ＡＩＯ）あるいは窒化珪素（Ｓｉ Ｎ ）は化学的に
極めて安定であり、高硬度で耐摩耗性に優れているため
、耐エロージヨン性の保護膜として有効に作用する。又
、これらのセラミック被ＮＭは耐酸化性及び耐食性の保
護膜としての働きも具えている。
（ＡＩＯ）あるいは窒化珪素（Ｓｉ Ｎ ）は化学的に
極めて安定であり、高硬度で耐摩耗性に優れているため
、耐エロージヨン性の保護膜として有効に作用する。又
、これらのセラミック被ＮＭは耐酸化性及び耐食性の保
護膜としての働きも具えている。
中間層としての周期律表のｌＶａ、 Ｖａ、 Ｖｌａ族
金属の炭化物、窒化物又は炭窒化物は、上記金属部材を
構成する耐食性金属等の金属材料との密着力に優れ、最
外層が外部応力あるいは使用環境の変化等により剥離す
ることを防ぐと同時に、最外層と相俟って表面硬度を高
め、耐エロージヨン性を向上させる働きがある。特に、
中間層を２層構造とし、金属部材に接する内側層を炭化
チタンで、この内側層と最上層との間の外側層を窒化チ
タンで形成することにより、耐エロージヨン性及び密着
性において良好な結果が得られる。
金属の炭化物、窒化物又は炭窒化物は、上記金属部材を
構成する耐食性金属等の金属材料との密着力に優れ、最
外層が外部応力あるいは使用環境の変化等により剥離す
ることを防ぐと同時に、最外層と相俟って表面硬度を高
め、耐エロージヨン性を向上させる働きがある。特に、
中間層を２層構造とし、金属部材に接する内側層を炭化
チタンで、この内側層と最上層との間の外側層を窒化チ
タンで形成することにより、耐エロージヨン性及び密着
性において良好な結果が得られる。
又、中間層に炭化タンタルを使用すると、耐熱性特に耐
熱衝撃性を高めることができ、温度変化の激しい環境下
で良好な結果が得られる。中間層を炭化タンタルと炭化
チタンの複合炭化物とすることにより、微細な結晶構造
となり、耐エロージヨン性に優れ且つ密着性の良い被膜
が得られる。
熱衝撃性を高めることができ、温度変化の激しい環境下
で良好な結果が得られる。中間層を炭化タンタルと炭化
チタンの複合炭化物とすることにより、微細な結晶構造
となり、耐エロージヨン性に優れ且つ密着性の良い被膜
が得られる。
更に、中間層を２層構造とし、内側層に炭化チタン、外
側層を炭化タンタルとしても良く、この逆構造でも同様
の特性が得られる。
側層を炭化タンタルとしても良く、この逆構造でも同様
の特性が得られる。
又、中間層の内側層に炭化チタン、外側層に窒化クロム
を形成することにより、耐薬品性の高いエロージョン被
膜を形成できる。
を形成することにより、耐薬品性の高いエロージョン被
膜を形成できる。
また、セラミック被覆層の厚さは０．１〜２０μｍが好
ましい。厚さが０．１μｍ未満ではピンホールが存在し
やすく、このピンホールを通して内部ノ金属が腐食され
るので、保護膜としての効果が望めない。逆に厚さが２
０μｍを超えると最外層の表面に凹凸状の荒れを生じ、
外部応力によって破損又は剥離が発生しやすい。更に好
ましくは、最上層のピンホールをなくすために、最外層
自体の厚さを０．１μｍ以上とする。
ましい。厚さが０．１μｍ未満ではピンホールが存在し
やすく、このピンホールを通して内部ノ金属が腐食され
るので、保護膜としての効果が望めない。逆に厚さが２
０μｍを超えると最外層の表面に凹凸状の荒れを生じ、
外部応力によって破損又は剥離が発生しやすい。更に好
ましくは、最上層のピンホールをなくすために、最外層
自体の厚さを０．１μｍ以上とする。
これらの中間層及び最上層からなるセラミック被群層は
、セラミック薄膜の形成に通常用いられているＣＶＤ法
等の化学蒸着法、又はスパッタリング等の物理蒸着法に
よるが、中でもプラズマＣＶＤ法やイオンブレーティン
グ法等の低温プロセスが基材となる金属部材の硬度を低
下させることがないので好ましい。
、セラミック薄膜の形成に通常用いられているＣＶＤ法
等の化学蒸着法、又はスパッタリング等の物理蒸着法に
よるが、中でもプラズマＣＶＤ法やイオンブレーティン
グ法等の低温プロセスが基材となる金属部材の硬度を低
下させることがないので好ましい。
実施例ｌ
５ＵＳ ３０４の上にハステロイを盛金した高圧蒸気用
パルプの弁棒（直径約６０鴎、全長約７００ｆｉｌｆｉ
）及び弁座（直径的１４０１１Ｌｍ、厚さ約６０鰭のリ
ング状）の表面に、プラズマＣＶＤ法によりＴｉｅＳＴ
ｉＮ 及びＡ／ Ｏをこの順序で被覆した。各層の厚さ
は、最も薄い個所で最、外層のＡｌ２Ｏ８が０．６μｍ
１外側中間層のＴｉＮが０．７μｍ１及び内側中間層の
Ｔｌｃが０．７μｍ（合計約２μｍ）であり、最も厚い
個所で最外層のＡｌＯが１．２μｍ１外側中間層のＴｉ
Ｎが１．４μｍ１及び内側中間層のＴｉｃが１．４μｍ
（合計約４μｍ）であった。
パルプの弁棒（直径約６０鴎、全長約７００ｆｉｌｆｉ
）及び弁座（直径的１４０１１Ｌｍ、厚さ約６０鰭のリ
ング状）の表面に、プラズマＣＶＤ法によりＴｉｅＳＴ
ｉＮ 及びＡ／ Ｏをこの順序で被覆した。各層の厚さ
は、最も薄い個所で最、外層のＡｌ２Ｏ８が０．６μｍ
１外側中間層のＴｉＮが０．７μｍ１及び内側中間層の
Ｔｌｃが０．７μｍ（合計約２μｍ）であり、最も厚い
個所で最外層のＡｌＯが１．２μｍ１外側中間層のＴｉ
Ｎが１．４μｍ１及び内側中間層のＴｉｃが１．４μｍ
（合計約４μｍ）であった。
このセラミック被覆した弁棒と弁座を実機に装着し、高
圧蒸気ラインで１年間使用した後、バルブを解体し損傷
状態を調査したが、１年間の使用にも拘らずエロージョ
ン摩耗や腐食等の異常は認められず、引き続き使用が可
能であった。
圧蒸気ラインで１年間使用した後、バルブを解体し損傷
状態を調査したが、１年間の使用にも拘らずエロージョ
ン摩耗や腐食等の異常は認められず、引き続き使用が可
能であった。
これに対し、セラミック被覆層を有しない同一材料から
なる従来の弁棒及び弁座は、約６ケ月の使用で二ローシ
ョン摩耗及び腐食が認められ、約１年で使用不可能とな
っていた。
なる従来の弁棒及び弁座は、約６ケ月の使用で二ローシ
ョン摩耗及び腐食が認められ、約１年で使用不可能とな
っていた。
実施例２
ＳＵＳ３０４及びＳＵＳ ３１６からなる高圧流水用バ
ルブの弁棒（直径約６０謡、全長的７００ｔｌｌ）及び
弁座（直径的１４００、厚さ約６０１Ｂ１１のリング状
）の表面に、イオンブレーティング法によりＴｉｅ、
’Ｉ’ｉＮ及びＳｉ Ｎ をこの順序で被覆した。各
層の厚さは、最も薄い個所で最外層のＳｉ Ｎ が２
．０μｍ、外側中間層のＴｉＮが２．０μｍ１及び内側
中間層のＴｉＣが２．０μｍ（合計約６．０μｍ）であ
り、最も厚い個所で最外層のＳｉ Ｎ が３．０μｍ
１外側中間層のＴｉＮが３．０μｍ１及び内側中間層の
ＴｉＣが３．０μｍ（合計約９．０μｆｆ１）であった
。
ルブの弁棒（直径約６０謡、全長的７００ｔｌｌ）及び
弁座（直径的１４００、厚さ約６０１Ｂ１１のリング状
）の表面に、イオンブレーティング法によりＴｉｅ、
’Ｉ’ｉＮ及びＳｉ Ｎ をこの順序で被覆した。各
層の厚さは、最も薄い個所で最外層のＳｉ Ｎ が２
．０μｍ、外側中間層のＴｉＮが２．０μｍ１及び内側
中間層のＴｉＣが２．０μｍ（合計約６．０μｍ）であ
り、最も厚い個所で最外層のＳｉ Ｎ が３．０μｍ
１外側中間層のＴｉＮが３．０μｍ１及び内側中間層の
ＴｉＣが３．０μｍ（合計約９．０μｆｆ１）であった
。
このセラミック被覆した弁棒と弁座を実機に装着し、高
圧流水ラインで１年間使用した後、バルブを解体し損傷
状態を調査したが、１年間の使用にも拘らず二ローショ
ン摩耗や腐食等の異常は認められず、引き続き使用が可
能であった。
圧流水ラインで１年間使用した後、バルブを解体し損傷
状態を調査したが、１年間の使用にも拘らず二ローショ
ン摩耗や腐食等の異常は認められず、引き続き使用が可
能であった。
一方、セラミック被覆層を有しない同一材料からなる従
来の弁棒及び弁座は、約６ケ月の使用で二ローション摩
耗及び腐食が認められ、摩耗部分への異物付着により開
閉不良が生じていた。
来の弁棒及び弁座は、約６ケ月の使用で二ローション摩
耗及び腐食が認められ、摩耗部分への異物付着により開
閉不良が生じていた。
１盈１」
実施例１と同様、ＳＵＳ ３０４製基材の上にハステロ
イを盛金した高圧蒸気用バルブを用い、実施例１と全く
同一の使用条件下での各種セラミック被覆層の材質及び
膜厚の効果を調査した。
イを盛金した高圧蒸気用バルブを用い、実施例１と全く
同一の使用条件下での各種セラミック被覆層の材質及び
膜厚の効果を調査した。
結果を表１に示す。
表 １
（注） Δ：エロージョン減量が未処理品と比較し変
化なし○：１／２以丁 ◎： １／４
／／×： 膜の剥離、欠損が認めら
れた。
化なし○：１／２以丁 ◎： １／４
／／×： 膜の剥離、欠損が認めら
れた。
実施例４
実施例２と同様に、ＳＵＳ ３０４及びＳＵＳ ３１６
からなる高圧流水用バルブを用い、実施例２と同一の使
用条件下での各種セラミック被覆層の材質及び膜厚の効
果を調査した。
からなる高圧流水用バルブを用い、実施例２と同一の使
用条件下での各種セラミック被覆層の材質及び膜厚の効
果を調査した。
結果−覧を表２に示す。
表
（注）△：エロージョン減量が未処理品と比較し変化な
し○： ＃ １／２
以下◎： １／４以
下×： 膜の剥離、欠損が認められた
。
し○： ＃ １／２
以下◎： １／４以
下×： 膜の剥離、欠損が認められた
。
ｊ１施」Ｌｌ
ＳＵＳ ３０４からなる高圧流水散水ノズル（直径約２
０ ” 、全長１ｈ ２０ ”１ｍ 、ノズル径約２謂
）のノズル先端部及び穴内面に、プラズマＣＶＤ法によ
り、ＴｉＮ及びＴｉＯ，ＡＩＯをこの順序で被覆した。
０ ” 、全長１ｈ ２０ ”１ｍ 、ノズル径約２謂
）のノズル先端部及び穴内面に、プラズマＣＶＤ法によ
り、ＴｉＮ及びＴｉＯ，ＡＩＯをこの順序で被覆した。
各層の厚さは最も薄い個所で最外層ＡＩＯが０．５μｍ
外側中間層のＴｉＮが０．５μｍ１及び内側中間層のＴ
ｉＯが０．５μｍ（合計約１．５μｍ）であり、最も厚
い個所で最外層のＡＩＯが２．２μｍ１外側中間層のＴ
ｉＮが２．０μｍ１及び内側中間層のＴｉＣが２．５μ
ｍ（合計約６．７μｍ）であった。
外側中間層のＴｉＮが０．５μｍ１及び内側中間層のＴ
ｉＯが０．５μｍ（合計約１．５μｍ）であり、最も厚
い個所で最外層のＡＩＯが２．２μｍ１外側中間層のＴ
ｉＮが２．０μｍ１及び内側中間層のＴｉＣが２．５μ
ｍ（合計約６．７μｍ）であった。
このセラミック被覆した散水ノズルを実機に装着し、高
圧流水を流して３ケ月使用した後、ノズルを解体し損傷
状態を調査したが、エロージョン摩耗や腐食等の異常及
びノズル穴径の変化は認められなかった。
圧流水を流して３ケ月使用した後、ノズルを解体し損傷
状態を調査したが、エロージョン摩耗や腐食等の異常及
びノズル穴径の変化は認められなかった。
一方、セラミック被覆層を有しない同一材料からなる従
来のノズルは、約３ケ月の使用でエロージョン摩耗及び
腐食によりノズル穴径が１．５〜２倍に拡大しており、
セラミック被覆層の耐エロージヨン性及び耐摩耗性が確
認された。
来のノズルは、約３ケ月の使用でエロージョン摩耗及び
腐食によりノズル穴径が１．５〜２倍に拡大しており、
セラミック被覆層の耐エロージヨン性及び耐摩耗性が確
認された。
本発明によれば、密着性のよい中間層を介して酸化アル
ミニウム又は窒化珪素の最外層を被覆することによって
、従来よりも遥かに優れた耐エロージヨン性と耐食性を
具えたセラミック被覆耐エロージヨン部材を提供できる
。
ミニウム又は窒化珪素の最外層を被覆することによって
、従来よりも遥かに優れた耐エロージヨン性と耐食性を
具えたセラミック被覆耐エロージヨン部材を提供できる
。
従って、本発明のセラミック被覆耐エロージヨン部材は
、発電所や各種工場等での高圧蒸気用、高圧流水用、若
しくは耐食性流体用のパルプ部材として特に有用である
。
、発電所や各種工場等での高圧蒸気用、高圧流水用、若
しくは耐食性流体用のパルプ部材として特に有用である
。
Claims (3)
- （１）エロージヨン環境下で使用する金属部材の表面に
複数のセラミック被覆層を有し、このセラミック被覆層
の最外層が酸化アルミニウム又は窒化珪素であり、最外
層と金属部材との間にある一つ又は複数の中間層が周期
律表のIVａ、Ｖａ、VIａ族金属の炭化物、窒化物又は炭
窒化物であることを特徴とするセラミック被覆耐エロー
ジヨン部材。 - （２）前記中間層が金属部材表面に形成した炭化チタン
の内側層と、当該内側層と前記最上層との間に形成した
窒化チタンの外側層とからなることを特徴とする、請求
項（１）記載のセラミック被覆耐エロージヨン部材。 - （３）セラミック被覆層の厚さが０．１〜２０μｍであ
ることを特徴とする、請求項（１）又は（２）記載のセ
ラミック被覆耐エロージヨン部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24686088A JPH0297659A (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | セラミック被覆耐エロージヨン部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24686088A JPH0297659A (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | セラミック被覆耐エロージヨン部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0297659A true JPH0297659A (ja) | 1990-04-10 |
Family
ID=17154804
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24686088A Pending JPH0297659A (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | セラミック被覆耐エロージヨン部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0297659A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1988
- 1988-09-30 JP JP24686088A patent/JPH0297659A/ja active Pending
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