JPH0317899B2

JPH0317899B2 -

Info

Publication number: JPH0317899B2
Application number: JP62334082A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiko Kawamura; Yoshio Machida
Original assignee: Showa Denko KK; Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Resonac Holdings Corp
Priority date: 1987-12-29
Filing date: 1987-12-29
Publication date: 1991-03-11
Also published as: JPH01230759A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は複合粉末に係り、特に耐摩耗性、耐食
性、耐熱性、硬度などの特性を必要とする材料に
適する溶射用複合粉末に関するものである。（従来の技術及び解決しようとする問題点）従来、耐摩耗性、耐食性、耐熱性、硬度などの
特性を必要とする材料に用いられている溶射用粉
末には、 (イ) Cr、Si、Ｂ、Ｃ及びFeを含むNi基若しくは
Co基の自溶性合金、 (ロ) 炭化クロム（以下、Cr₃C₂と記す）乃至炭化
タングステン（以下、WCと記す）とCoとを焼
結又は電融後破砕した粉末と、Cr、Si、Ｂ、
Ｃ及びFeを含むNi基若しくはCo基の自溶性合
金とを混合した混合粉末、等がある。しかし、上記粉末は、それぞれの目的に対して
或る程度の機能を発揮するものであることは認め
られているものの、以下に示すような不都合若し
くは欠点を有している。すなわち、上記粉末のうち、(イ)の自溶性合金か
らなる粉末は耐摩耗性及び硬度の面で不充分であ
る。また、(ロ)の混合粉末は、溶射中及び溶射機へ
粉末送給する過程で自溶性合金とCr₃C₂又はWC
とが粒度差や比重差等により分離現象が生ずるこ
とから、皮膜中で成分偏析を起こし易く、しかも
Cr₃C₂やWCの付着歩留りが低く、多孔質の皮膜
となる等の欠点がある。本発明は上記従来技術の欠点を解消し、生成皮
膜が均一性及び緻密性に富み、且つ優れた耐摩耗
性、耐食性、耐熱性、硬度などを実現するし得る
溶射用粉末を提供することを目的とするものであ
る。（問題点を解決するための手段）前記目的を達成するため、本発明者は、所望の
特性を具備した粉末を得るべく粉末組成、性状、
製造法等について多面的に研究を重ねた結果、金
属相中に硬質粒子が均一に分散しているだけでは
なく、硬質粒子と金属相の一部とが部分的に溶融
反応して結合した新規な複合構造を有する複合粉
末を得ることに成功したものである。すなわち、本発明は、要するに、粒径１〜
100μmの硬質粒子10〜50vol％とマトリツクス合
金相である金属相90−50vol％からなり、硬質粒
子が炭化クロム又は炭化タングステンで金属相が
自溶性合金であつて、該硬質粒子の一部と金属相
の一部が部分的に溶融反応して結合していると共
に、硬質粒子が金属相中に均一に分散しており、
且つ該複合粉末の組成が、硬質粒子が炭化クロム
の場合はCr：16〜42wt％、Si：1.4〜4.5wt％、
Ｂ：1.4〜4.5wt％及びＣ：1.4〜5.1wt％を含み、
残部がNi、Co及びFeのうちの１種又は２種以上
からなる組成を有し、硬質粒子が炭化タングステ
ンの場合はCr：４〜20wt％、Si：1.0〜4.5wt％、
Ｂ：1.0〜4.5wt％、Ｃ：0.7〜3.9wt％及びＷ：９
〜47wt％を含み、残部がNi、Co及びFeのうちの
１種又は２種以上からなる組成を有することを特
徴とする溶射用複合粉末を要旨とするものであ
る。以下に本発明を更に詳細に説明する。本発明におけるマトリツクス合金相（金属相）
は自溶性合金とする必要があり、またこれに分散
させる硬質粒子としては炭化クロムか炭化タング
ステンのいずれかとする必要がある。その理由は
以下のとおりである。自溶性合金は、Ni、Co及びFeのうちの１種又
は２種以上からなる金属に後述の如く少なくとも
所定量のＢ及びSiを含む合金である。この過飽和
に固溶されたＢとSiは液相の出現温度を著しく低
下させ、更にＢとSiはフラツクス作用も兼ねてい
る。このため自溶性合金を溶射した皮膜をある温
度（通常は950〜1050℃）に加熱保持（溶融処理
又はヒユージングと呼ばれる）すると、液相の出
現により皮膜の気孔がなくなり、拡散作用により
皮膜の強度及び母材との結合力が著しく上昇す
る。更にフラツクス作用のために、皮膜中に存在
する溶射時に生じた酸化物をなくす清掃効果及び
加熱中の皮膜の酸化も防止する。このような自溶
性合金にはＢ及びSi以外に、耐酸化性及び耐食性
を与えるためにCrを、また硬度を上げ耐摩耗性
を与えるためにＣが含まれているのが通常であ
る。このような効果を持つ自溶性合金は、ＢとSi
を過飽和に含有させる必要性から、通常はアトマ
イズ法若しくは溶融状態から金型への急冷鋳造に
より製造される。ところで、自溶性合金の耐摩耗性を更に向上さ
せるために、カーバイトの添加が一般的に実現さ
れており、この添加法としては混合法が採用され
ている。これは、一般的な溶射用粉末の生産技術
である焼結法では焼結時にＢとSiの析出が生じて
前述の自溶性合金の効果が失われ、またアトマイ
ズ時にカーバイトを添加する複合アトマイズ法で
は自溶性合金の溶湯中に、自溶性合金が凝固せず
且つカーバイトが分解を生じない温度でカーバイ
トを添加しながらアトマイズすることが困難なた
めである。このような混合法による自溶性合金とカーバイ
トとの混合粉末を用いて溶射した場合は、次のよ
うな問題がある。すなわち、耐摩耗性があまり向
上しないことである。この原因は、混合法では添
加されるカーバイトの粒径が自溶性合金のサイズ
と同程度であることと、比重の差から溶射時又は
溶射装置の供給器内で偏析が生じて皮膜に均一に
分散しないためである。最悪の場合には、この偏
析のためにロール等の大型の加工物では溶融処理
後に皮膜に割れが生じることがある。本発明は、前述のように特定の粒子結合状態を
有する複合粉末とすることにより、このような従
来の混合粉末の問題点を解決し、自溶性合金の皮
膜にカーバイトを均一に分散し一層の耐摩耗性向
上を可能にしたのである。硬質粒子が炭化クロムの場合は、高温での耐酸
化性に優れる材料であり、且つ自溶性合金との濡
れ（相性）も良好である。また、硬質粒子が炭化
タングステンの場合は、高硬度であり、自溶性合
金との濡れ（相性）も良好である。しかし、他の
カーバイトの場合はそれぞれ、特性かコストの点
で問題がある。例えば、チタンカーバイトは、炭
化タングステンと同程度の耐酸化性とそれ以上の
硬度を持つが、自溶性合金との濡れ（相性）が悪
いため、複合化若しくは溶融処理時にガスが発生
し、皮膜が不健全なものになる。かゝる金属相と硬質粒子は所定の割合で配合さ
れている必要があり、粒径１〜100μmの硬質粒子
10〜50vol％、金属相90〜50vol％の範囲とするの
が好ましい。この範囲外の割合及び粒径で配合し
た場合には溶射用粉末としての諸特性、すなわ
ち、耐摩耗性、耐食性、耐熱性、硬度の少なくと
もいずれかが不十分になり、具体的には、硬質粒
子の粒径が100μmよりも大きいと自溶性合金から
なる金属相中に均一に分散させることが困難にな
り、また1μmよりも小さい硬質粒子を得るのはコ
スト高となり実際的でない。また、硬質粒子の添
加量が10vol％よりも少ない（金属相の量が90vol
％よりも多い）硬質粒子の添加効果が不十分とな
り、逆に硬質粒子を50vol％以上添加すると金属
相である自溶性合金の効果が小さくなつてしま
う。なお、本発明の複合粉末は、主として粉末式フ
レーム溶射又はプラズマ溶射に使用するため、粒
径は150〜44μm、好ましくは125〜20μmとするの
が適当である。本発明の複合粉末の組成は、硬質粒子として炭
化クロムを用いた場合と炭化タングステンを用い
た場合に応じて以下の，のとおりである。 Cr：16〜42wt％、Si：1.4〜4.5wt％、Ｂ：
1.4〜4.5wt％及びＣ：1.4〜5.1wt％を含み、残
部がNi、Co及びFeのうちの１種又は２種以上
からなる組成であつて、炭化クロムと自溶性合
金の金属相からなる複合粉末。 Cr：４〜20wt％、Si：1.0〜4.5wt％、Ｂ：
1.0〜4.5wt％、Ｃ：0.7〜3.9wt％及び９〜47wt
％を含み、残部がNi、Co及びFeのうちの１種
又は２種からなる組成であつて、炭化タングス
テンと自溶性合金の金属相からなる複合粉末。上述のように複合粉末の組成を限定した理由は
以下のとおりである。まず、Cr及びＣの量が炭化クロムを用いた場
合と炭化タングステンを用いた場合とで異なるの
は、ガーバイトの添加量を容積％で10〜50％とし
て計算したためである。これらのカーバイトが容
積％で10％よりも少ないとカーバイトの添加効果
（耐摩耗性向上）が得られず、また50％よりも多
いと溶射皮膜の溶融処理が困難になる。ＢとSiの量がそれぞれ下限値よりも少ないと溶
融処理が不可能（フラツクス作用がなくなる）に
なり、上限値より多いと溶融処理時に発生する液
相の量が多すぎて溶融処理作業が困難（例えば、
平板の場合には皮膜が流れ落ちる）になる。 Crの最低量は耐食性及び耐酸化性に必要な量
であり、炭化クロムを用いた場合にはこの添加に
よるCr量が加わつている。Ｃ量はカーバイトの
添加により入つてくる量の範囲である。なお、本
発明では脱炭現象が生じるため、Ｃの範囲は下限
値を低めにした。このような金属相と硬質粒子からなる本発明の
複合粉末は、金属マトリツクスに硬質粒子が一部
溶融反応した状態で分散した複合合金粒子からな
るものである。この複合粉末の各粒子の組織は、
例えば、硬質粒子として炭化タングステンを用い
た場合には第１図に示すように、また炭化クロム
を用いた場合には第２図に示すように、いずれも
金属相２に硬質粒子３が均一に分散し、しかも金
属相２と硬質粒子３との界面には部分的に溶融相
４が生成した複合構造を呈している。このような複合構造の粉末は、第３図に示す従
来品の如く自溶性合金粉末５と炭化クロム粉末６
との単なる混合態様のものとは全く異なつたもの
であり、また、第４図に示す他の従来品の如く自
溶性合金粉末５の表面に有機又は無機のバインダ
ーを用いて炭化クロム粉末６をコーテイングする
ことにより複合化したものとも異なつた構造のも
のである。本発明の複合粉末は、金属マトリツクスにカー
バイトを一部反応させ複合化した状態となつてい
るため、従来のように、自溶性合金粉末とカーバ
イト粉末とを単に混合したものや、バインダーを
用いて造粒複合化したものを用い溶射して得られ
るた溶射皮膜に較べて、遥かに優れた均一性、緻
密性、耐摩耗性等を具備している。このように優れた品質の複合粉末は、例えば、
金属又は合金粉末と硬質粒子とを適宜割合で混合
調整乃至造粒した原料粉末をプラズマアーク中で
溶解し、冷却ロール面上で急冷して複合金属急冷
薄帯に加工した後、粉砕、分級して得られる。或
いは、プラズマアーク中で金属又は合金粉末を溶
融して、低速回転している冷却ロール面上に溶融
プールを形成し、この溶融プール中に該プールが
冷却する前に硬質粒子を供給し、急冷して、複合
金属急冷薄帯を形成し、これを同様にして粉砕、
分級しても得られる。（実施例）次に本発明の実施例を示す。実施例１第１表に示す組成のNi基自溶性合金85重量部
に対して、純度99％以上のCr₃C₂15重量部を撹拌
混合した原料粉末をプラズマアーク中で溶解し、
これをプラズマトーチ下方に配置した冷却ロール
のロール面上で急冷して複合金属急冷薄帯に加工
した後、粉砕、分級（整粒）して溶射用複合合金
粉末を得た。得られた複合合金粉末の組成及び粒度を第２表
に示す。次に、上記複合合金粉末を溶射材として使用し
て、第４表に示す溶射条件で溶射皮膜を作成し、
その後、第４表に示す条件でヒユーズイング（溶
融）処理したものを試験片とし、硬度（Hv）を
測定すると共に大越式摩耗試験（WS）を実施
し、皮膜特性を評価した。それらの結果を第３表
に示す。なお、硬度の測定については、通常の鋼材上に
厚さ0.3mmに溶射、ヒユーズイング処理し、切断
後研磨し、松沢精機(株)製の微小硬度計DMH−２
型にて荷重300ｇで断面硬度Hv（0.3）を測定し
た。また、大越式摩耗試験については、通常の鋼板
上に厚さ0.3〜0.5mmに溶射、ヒユーズイング処理
した後、溶射皮膜表面を機械加工及びラツピング
加工によりJIS規格0.5Sの表面粗度に仕上げ、大
越式摩耗試験機を使用して摩耗試験をした。試験
条件は、相手材SUJ−２（軸受鋼）、荷重18.9Kg、
摩耗速度0.9m／ｓ、摩擦距離600ｍ、潤滑油使用
せず、の条件とした。実施例２第１表に示す組成のCo基自溶性合金85重量部
に対して、純度99％以上のCr₃C₂15重量部を撹拌
混合した原料粉末を使用して、実施例１と同一の
製造法により溶射用複合合金粉末を得た。得られた複合合金粉末の組成及び粒度を第２表
に併記する。次に、上記複合合金粉末を溶射材として使用し
て、実施例１と同一条件にて溶射評価した。その
結果を第３表に併記する。実施例３第１表に示す純度又は組成の素金属（金属Cr、
金属Si、NiB合金、金属Ni）85重量部に対して、
純度99％以上のCr₃C₂15重量部をアトライターに
て混合粉砕し、この粉末にバインダー（レジトツ
プ：フエノール５〜10％及びメタノール30〜40％
含有）を６重量部添加し、ヘンシエルミキサーに
て造粒することにより得た粉末を原料とし、実施
例１と同一の製造法により溶射用複合合金粉末を
得た。得られた複合合金粉末の組成及び粒度を第
２表に併記する。次に、上記複合合金粉末を溶射材として使用し
て、実施例１と同一条件にて溶射評価した。その
結果を第３表に併記する。比較例１第１表に示す組成のNi基自溶性合金100重量部
（単味）を使用して、実施例１と同一条件にて溶
射評価した。その結果を第３表に併記する。比較例２第１表に示す組成のNi基自溶性合金85重量部
に対して、純度99％以上のCr₃C₂15重量部を単に
混合した粉末を使用して、実施例１と同一条件に
て溶射評価した。その結果を第３表に併記する。比較例３第１表に示す組成のCo基自溶性合金85重量部
に対して、純度99％以上のCr₃C₂15重量部を単に
混合した粉末を使用して、実施例１と同一条件に
て溶射評価した。その結果を第３表に併記する。

【表】

【表】 (注) 原料粉末No.は第１表中のNo.に対応して
いる。

【表】 (注) 原料粉末No.は第１表中のNo.
に対応している。

【表】

【表】第３表から明らかなとおり、本発明の実施例１
〜３は、いずれも高純度で耐摩耗性の優れた皮膜
が得られている。一方、比較例１〜３はいずれも
硬度が低く、耐摩耗性が劣つている。特に、自溶
性合金に硬質粒子を分散させた場合（比較例２，
３）、硬質粒子を含まない比較例１よりも硬度は
一応改善されるものの、単に硬質粒子が混合され
ているだけであるので、耐摩耗性は殆ど改善され
ていない。なお、上記各実施例で得られた複合合金粉末の
粒子断面を組織観察したところ、マトリツクス金
属相にCr₃C₂粒子が均一に分布し、両者の界面に
は部分的に溶融相と認められる状態が観察され
た。第５図はNi基自溶性合金と炭化クロムとの
複合粉末粒子の構造を示す写真で、自溶性合金と
炭化クロムとの境界でNi及びCrの濃度曲線にそ
れぞれ屈曲点があり、濃度勾配があることから、
一部が溶融反応していることがわかる。実施例４第１表に示す組成のNi基自溶性合金65重量部
に対して、純度99％以上のWC35重量部を撹拌混
合した原料粉末を使用して、実施例１と同一の製
造法により溶射用複合合金粉末を得た。得られた
複合合金粉末の組成及び粒度を第２表に兵器す
る。次に、この複合合金粉末を溶射材として使用し
て、実施例１と同一条件にて溶射評価した。その
結果を第３表に併記する。第３表より、高硬度で
耐摩耗性に優れた皮膜が得られていることがわか
る。（発明の効果）以上詳述したように、本発明の複合粉末は、自
溶性合金からなる金属相に炭化クロム又は炭化タ
ングステンからなる硬質粒子が均一に分散してい
ると共に硬質粒子の一部と金属相の一部が部分的
に溶融反応して結合しているので、これを用いて
溶射して得られる皮膜は優れた耐摩耗性、耐食
性、耐熱性、硬度等の皮膜特性を具備することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ本発明において硬
質粒子を分散させた複合粉末の個々の粒子の組織
を示す説明図で、第１図は炭化タングステンを分
散させた場合を示し、第２図は炭化クロムを分散
させた場合を示し、第３図は及び第４図は従来の
混合粉末の態様を示す説明図で、第３図は炭化ク
ロム粉末と自溶性合金を混合した場合を示し、第
４図はバインダーを用いて自溶性合金粉末の表面
に炭化クロム粉末をコーテイングした造粒複合し
た粉末の場合を示しており、第５図はNi基自溶
性合金と炭化クロムとの複合粉末粒子の構造を示
す写真である。１……複合合金粉末、２……金属相、３……
Cr₃C₂又はWC粉末、４……表面溶融相、５……
自溶性合金、６……炭化クロム。

Claims

【特許請求の範囲】１粒径１〜100μmの硬質粒子10〜50vol％とマ
トリツクス合金相（以下、金属相と略す）90〜
50vol％からなり、硬質粒子が炭化クロムで金属
相が自溶性合金であつて、該硬質粒子の一部と金
属相の一部が部分的に溶融反応して結合している
と共に、硬質粒子が金属相中に均一に分散してお
り、且つ該複合粉末の組成がCr：16〜42wt％、
Si：1.4〜4.5wt％、Ｂ：1.4〜4.5wt％及びＣ：1.4
〜5.1wt％を含み、残部がNi、Co及びFeのうち
の１種又は２種以上からなることを特徴とする溶
射用複合粉末。２粒径１〜100μmの硬質粒子10〜50vol％とマ
トリツクス合金相90〜50vol％からなり、硬質粒
子が炭化タングステンで金属相が自溶性合金であ
つて、該硬質粒子の一部と金属相の一部が部分的
に溶融反応していると共に、硬質粒子が金属相中
に均一に分散しており、且つ該複合粉末の組成が
Cr：４〜20wt％、Si：1.0〜4.5wt％、Ｂ：1.0〜
4.5wt％、Ｃ：0.7〜3.9wt％及びＷ：９〜47wt％
を含み、残部がNi、Co及びFeのうちの１種又は
２種以上からなることを特徴とする溶射用複合粉
末。