JPH04147956A - Sliding member and its product and thermal spraying material used therefor - Google Patents
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Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、高温、高荷重の環境下で耐食性、耐摩耗性お
よび耐焼付性に優れた摺動部材およびそれを用いた製品
、ならびに耐熱、耐摩耗性の溶射皮膜を形成するのに好
適な炭化物と金属からなる複合溶射材料に関する。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention provides a sliding member that has excellent corrosion resistance, wear resistance, and seizure resistance under high-temperature, high-load environments, and products using the same, as well as heat-resistant , relates to a composite thermal spray material consisting of carbide and metal suitable for forming a wear-resistant thermal spray coating.
一般に、セラミックス材料には、金属材料よりも高温強
度、硬度、耐熱性および耐食性等に優れたものがあり、
産業上の各分野で広く利用されつつある。例えば、エン
ジン部品、ボイラ部品、原子力機器の部品等に使用され
る材料は、耐食性、耐摩耗性および耐熱性等の特性を備
えていることが不可欠であり、これらの特性を向上させ
るために、その表面に物理的諸性質が優れているセラミ
ックスやサーメット等を被覆する方法が採用されている
。この被覆方法としては、溶射法がその簡便さや低コス
トゆえに広く一般に用いられており、エンジン部品のう
ち、特に摺動部にはこれらの技術を採用した摺動部構造
が知られている（第７図）。In general, some ceramic materials have better high-temperature strength, hardness, heat resistance, and corrosion resistance than metal materials.
It is becoming widely used in various industrial fields. For example, it is essential that materials used for engine parts, boiler parts, nuclear equipment parts, etc. have properties such as corrosion resistance, wear resistance, and heat resistance. A method has been adopted in which the surface is coated with ceramics, cermets, etc. that have excellent physical properties. As a coating method, thermal spraying is widely used due to its simplicity and low cost, and sliding part structures that adopt these techniques are known for engine parts, especially sliding parts (see Figure 7).
セラミックス材料を軸受に使用した例は、特開昭５５−
１００４２１号公報、特開昭６０−４０８１６号公報等
、多くの手法が提案されているが、温度条件として６０
０℃以上の環境での使用を考慮しているものは少なく、
例えば特開昭５８−３７１１４号公報は数少ない例とし
て挙げられる。An example of using ceramic materials for bearings is disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. 1983-
Many methods have been proposed, such as in Japanese Patent Application Laid-open No. 100421 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-40816, but the temperature condition is 60.
There are few products that are designed to be used in environments above 0°C.
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 58-37114 is cited as one of the few examples.
摺動部材の摺動特性を向上させる手法として、摺動部材
自身の特性を向上させる方法、潤滑剤を用いる方法、転
がり軸受等を用いる方法などが知られている。潤滑剤は
、油等の液体潤滑剤を用いる方法、金、銀、すす、鉛等
の軟質金属を用いる方法あるいは面心立方構造をもつグ
ラファイト、二硫化モリブデン、窒化ホウ素等の固体潤
滑剤を使用する方法がある。As methods for improving the sliding characteristics of a sliding member, there are known methods such as improving the characteristics of the sliding member itself, using a lubricant, and using rolling bearings. For lubricants, use a liquid lubricant such as oil, a soft metal such as gold, silver, soot, or lead, or a solid lubricant such as graphite with a face-centered cubic structure, molybdenum disulfide, or boron nitride. There is a way to do it.
６００”Ｃ以上の環境下では、従来の金属同士で作製し
たロンドおよびブツシュでは容易に焼き付きが生じ、か
じり現象を起こすもとになる。特開昭５８−１１３６２
８号公報などに提案されている６００℃以上に耐え得る
セラミックス等で作製した軸受は、熱膨張差、緩衝材等
を考慮しなくてはならない上に製作に多大の費用がかか
るという問題がある。In an environment of 600"C or higher, conventional ronds and bushings made of metals easily seize and cause galling. JP-A-58-11362
Bearings made of ceramics, etc. that can withstand temperatures of 600°C or more, as proposed in Publication No. 8, have the problem of requiring consideration of thermal expansion differences, cushioning materials, etc., and costing a lot of money to manufacture them. .
また、液体潤滑剤は気化または焼失してしまうので全く
使用することができず、軟質金属を用いても溶融、酸化
または拡散が生じるので側底使用することはできない。In addition, liquid lubricants cannot be used at all because they will vaporize or burn out, and even if soft metals are used, they will melt, oxidize, or diffuse, so they cannot be used at the bottom.
他方、特開昭６１−６４２８号公報に提案されている比
較的高温に耐え得るグラファイト、二硫化モリブデンを
用いる場合においても６００℃以上の高温では変質また
は拡散して長時間の使用には耐えられないし、窒化ホウ
素も結合剤の耐熱性に問題があり使用することができな
い。On the other hand, even when graphite and molybdenum disulfide, which can withstand relatively high temperatures, are used, as proposed in JP-A-61-6428, they deteriorate or diffuse at high temperatures of 600°C or higher, making them unable to withstand long-term use. Also, boron nitride cannot be used because of the problem with the heat resistance of the binder.
そこで、６００℃以上の使用環境に耐え得る摺動部材と
するには、ロンドとブツシュ自身に摺動性、耐摩耗性に
優れた材料を用いるか、あるいは表面に摺動性、耐摩耗
性に優れた被覆を施す必粟がある。Therefore, in order to create a sliding member that can withstand usage environments of 600°C or higher, it is necessary to use materials with excellent sliding properties and wear resistance for the ronds and bushings themselves, or to use materials with excellent sliding properties and wear resistance on the surface. There is a need for excellent coating.
表面被覆の具体的な方法としては、アーク、プラズマあ
るいはガスによって、棒状あるいは粉末状の溶接材料を
用いて肉盛溶接する方法、またはメツキ法、スパッタリ
ングあるいはイオンブレーティング法などの蒸着法、ガ
スまたはプラズマによる溶射法、あるいは炭素、窒素を
表面に含浸させる方法等が挙げられる。Specific methods for surface coating include overlay welding using rod-shaped or powdered welding materials using arc, plasma, or gas; vapor deposition methods such as plating, sputtering, or ion-blating; gas or Examples include a thermal spraying method using plasma, and a method of impregnating the surface with carbon or nitrogen.
表面を被覆する方法の中で、最も強固な被覆層が得られ
る肉盛溶接法は、母材との希釈（拡散）などにより耐摩
耗性が低減する上、工程管理、熱管理等に多大の注意を
払わなければならない。蒸着法において゛は、強固な皮
膜が得られるが膜厚が数−程度と薄く、かつコストが非
常に高いなどの問題がある。さらに、メツキまたは含浸
処理法による摺動部材は、６００℃以上の使用環境下で
長時間使用した場合に酸化、拡散等の問題が生ずる。Among the surface coating methods, the overlay welding method, which provides the strongest coating layer, reduces wear resistance due to dilution (diffusion) with the base material, and requires a great deal of process control, heat control, etc. Must pay attention. Although a strong film can be obtained in the vapor deposition method, there are problems in that the film is only a few inches thick and is very expensive. Further, sliding members formed by plating or impregnating treatment may suffer from problems such as oxidation and diffusion when used for a long time in an environment of 600° C. or higher.
セラミックス材料の使用は、高温使用環境下でも多くの
制約をクリアできるが、特公昭６０−２９０１２号公報
に提案されているように、高温における耐摩耗性が良好
な炭化ケイ素（Ｓ ｉ Ｃ）や窒化ケイ素（Ｓｉ、Ｎ、
）を用いて摺動部材を構成すると、セラミックス製ロン
ド（軸材）を使用するため、駆動力がロンドに加わるう
えに、熱衝１！（熱履歴）やロンド自身に温度差が生じ
る場合には材料が破壊されることがある。さらに、セラ
ミックス同士では高度差が小さいので摺動させた場合に
馴染みにくく、摩耗量も飛躍的に小さくはならない。The use of ceramic materials can overcome many restrictions even in high-temperature usage environments, but as proposed in Japanese Patent Publication No. 60-29012, silicon carbide (S i C), which has good wear resistance at high temperatures, and Silicon nitride (Si, N,
) is used to construct the sliding member, since a ceramic rond (shaft material) is used, driving force is applied to the rond, and thermal shock 1! (thermal history) or if a temperature difference occurs in the rond itself, the material may be destroyed. Furthermore, since the height difference between ceramics is small, it is difficult for them to fit together when they are slid, and the amount of wear does not decrease dramatically.
また、特開昭６０−７３１２３号公報に提案されている
ごとく、一方を超硬合金、他方をセラミックスとした場
合には、６００℃以上の酸化環境では超硬合金の耐酸化
性に問題がある。Furthermore, as proposed in JP-A No. 60-73123, when one side is made of cemented carbide and the other is made of ceramic, there is a problem with the oxidation resistance of the cemented carbide in an oxidizing environment of 600°C or higher. .
溶射法により、ブツシュの内面に均質かつ良質の金属溶
射皮膜を形成する方法として、特公昭５４−３６９０５
号公報等に提案されている線爆溶射法があるが、セラミ
ックスあるいはサーメットの溶射皮膜を形成させること
は困難である。Japanese Patent Publication No. 54-36905 was developed as a method for forming a homogeneous and high-quality metal spray coating on the inner surface of a bushing by thermal spraying.
Although there is a wire bomb spraying method proposed in Japanese Patent Publication No. 2003-120025, it is difficult to form a sprayed coating of ceramics or cermet.
ロッドに、高硬度（Ｈｖ６００〜１ＯＯＯ）の溶射皮膜
を形成させる場合、非酸化物系セラミックスでは良好な
溶射皮膜が得られず、酸化物系セラミックスでも６００
℃以上の環境では密着力が小さいことと、熱応力を緩和
させる中間層を設けても、母材との熱伝導率の差により
冷却時に溶射皮膜が剥離する場合がある。When forming a sprayed coating with high hardness (Hv600-1OOO) on the rod, a good thermal sprayed coating cannot be obtained with non-oxide ceramics, and even with oxide ceramics
In an environment of 0.degree. C. or higher, the adhesion strength is small, and even if an intermediate layer is provided to alleviate thermal stress, the thermal sprayed coating may peel off during cooling due to the difference in thermal conductivity with the base material.
セラミックス製のベアリングも開発されているが、非常
に高価であり、また６００℃以上の温度ではボールの止
め具の耐熱性に問題がある。Ceramic bearings have also been developed, but they are very expensive and there are problems with the heat resistance of the ball stoppers at temperatures above 600°C.
また、炭化クロムとＮｉベースの合金皮膜と、非酸化物
系セラミックスからなる軸受けとの組合せも、８００℃
以上の高温、高負荷での使用には耐えられず、かじり現
象が発生するという問題があった。In addition, the combination of a chromium carbide and Ni-based alloy film and a bearing made of non-oxide ceramics can also be heated to 800°C.
There was a problem in that it could not withstand use at higher temperatures and higher loads, and a galling phenomenon occurred.
他方、エンジン部品、ボイラ部品、原子力機器の部品等
に適用される溶射皮膜としては、耐食性、耐摩耗性およ
び耐熱性の他に、特に耐剥離性が良好であることが重要
である。そのため、これらの特性に優れた炭化クロムや
炭化タングステンとメタルの複合粉末による溶射材料が
近年注目を集めており、摺動部材等に利用され始めてい
る。On the other hand, for thermal spray coatings applied to engine parts, boiler parts, parts of nuclear power equipment, etc., it is important that they have good peeling resistance in addition to corrosion resistance, abrasion resistance, and heat resistance. Therefore, thermal sprayed materials made of composite powders of chromium carbide or tungsten carbide and metal, which have excellent properties, have attracted attention in recent years and are beginning to be used for sliding members and the like.
上記炭化クロムとして、Ｃｒ３Ｃ２、ＣｒｔＣ，、Ｃｒ
、３ＣＧなどがあり、炭化タングステンとしてはｗｃ、
ｗ２ｃなどが挙げられる。一般的に、炭化クロムは８０
０℃以下で、炭化タングステンは６００℃以下の環境で
使用されている。バインダとしてのメタルは、炭化クロ
ムでは、耐熱性に優れた８０％Ｎｉ２Ｏ％Ｃｒが一般に
使用されており、炭化タングステンでは、馴染みの良い
ＣＯや耐食性のよい上記のニッケルクロム合金が使用さ
れている。炭化物の含有率は、７５〜９０％程度のもの
が用いられている。As the chromium carbide, Cr3C2, CrtC, Cr
, 3CG, etc., and examples of tungsten carbide include wc,
Examples include w2c. Generally, chromium carbide is 80
Tungsten carbide is used in environments below 600°C. As the metal for the binder, 80%Ni2O%Cr, which has excellent heat resistance, is generally used for chromium carbide, and the familiar CO or the above-mentioned nickel-chromium alloy, which has good corrosion resistance, is used for tungsten carbide. The carbide content used is approximately 75 to 90%.
粉末の形態としては、炭化物とメタルを機械的に混合し
たものや、炭化物とメタルとの焼結体。The powder form is a mechanical mixture of carbide and metal, or a sintered body of carbide and metal.
あるいは有機バインダで結合させた複合粉末、さらには
ジュール熱により溶融させた後、粉砕したものが使用さ
れている。Alternatively, a composite powder bound with an organic binder, or further, a powder that is melted by Joule heat and then pulverized is used.
一方、溶射皮膜の本来の目的である耐熱・耐摩耗性を長
時間にわたって安定に保持するためには、溶射皮膜中に
気孔が少ないこと、粒子間結合力が大きいこと、および
母材との密着性が良いことが要求される。このため、溶
射方法としてはプラズマ溶射や高エネルギーガス溶射で
ある酸素−アセチレンの爆発エネルギーを利用した爆発
溶射法（米国特許第３８８４９１５号）、そして超音速
強化ガス溶射法（特開昭５７−９４３６０号公報）等が
利用されている。特に、溶射皮膜と母材との密着性は、
溶射時の粒子速度に依存するため、高粒子速度が得られ
る爆発溶射法が有効な方法と考えられている。On the other hand, in order to stably maintain heat resistance and wear resistance over a long period of time, which is the original purpose of a thermal spray coating, it is necessary to have a small number of pores in the thermal spray coating, a large bonding force between particles, and a strong adhesion to the base material. Good sexuality is required. For this reason, thermal spraying methods include plasma spraying, explosive thermal spraying using the explosive energy of oxygen-acetylene, which is high-energy gas spraying (US Pat. No. 3,884,915), and supersonic enhanced gas thermal spraying (Japanese Patent Laid-Open No. 57-94360). Publication No.) etc. are used. In particular, the adhesion between the sprayed coating and the base material is
Since it depends on the particle velocity during thermal spraying, detonation thermal spraying is considered to be an effective method because it can obtain a high particle velocity.
これらの溶射方法で、炭化クロムとニッケルクロム合金
の焼結粉末を溶射した場合および炭化タングステンとコ
バルトの電融粉砕粉末を溶射して形成した皮膜の特性お
よび断面のミクロ組織を第３表の従来例５と６および第
８図と第９図に示すが、８００℃以上の高温酸化雰囲気
で使用する場合は、炭化クロムとニッケルクロム合金で
構成される溶射皮膜は硬度が低く高温での耐摩耗性に問
題があり、また炭化タングステンとコバルトで構成され
る溶射皮膜は耐熱性および耐食性に問題があった。Table 3 shows the properties and cross-sectional microstructures of films formed by spraying sintered powder of chromium carbide and nickel-chromium alloy and by spraying electro-pulverized powder of tungsten carbide and cobalt using these thermal spraying methods. As shown in Examples 5 and 6 and Figures 8 and 9, when used in a high-temperature oxidizing atmosphere of 800°C or higher, the thermal spray coating composed of chromium carbide and nickel-chromium alloy has low hardness and is resistant to wear at high temperatures. Thermal spray coatings made of tungsten carbide and cobalt also had problems with heat resistance and corrosion resistance.
これらの問題を解決するために、炭化クロム系では特許
第９７４５３６号、同１０９３３０８号等が提案されて
いるが、８００℃以上の高温での耐摩耗性を大幅に改善
するには至っておらず、むしろ厳しい生産管理を必要と
することから経済性に問題があった。In order to solve these problems, chromium carbide-based patents No. 974536 and No. 1093308 have been proposed, but they have not significantly improved wear resistance at high temperatures of 800°C or higher. Rather, it required strict production control, which caused problems in terms of economy.
上述したごとく、従来の摺動部材において、通常温度が
６００℃、最高温度が８００℃以上の環境下で使用され
る場合、潤滑剤、またはその含浸処理では、潤滑剤が変
質し長時間の使用に耐えられないという問題があり、耐
熱性のあるセラミックスを用いる方法では、ロンド側が
熱衝撃および温度差に対して弱いという欠点があり、ま
た摺動面に溶射皮膜を形成させる方法では、ブツシュ側
にセラミックスまたはサーメットの均質かつ良質の皮膜
を形成することができず、ロッド側に溶射する場合には
耐かじり性を満足させることが困難であるという問題が
あり、セラミックス製のベアリングを用いる方法ではコ
スト高となり、さらに蒸着法では必要とする膜厚を得ら
れるのに長時間かかることと、コストが著しく高くなる
という問題があり、またセラミックスと超硬合金との組
合せでは、耐熱性が十分でないという問題があった。As mentioned above, when conventional sliding members are used in an environment where the normal temperature is 600 degrees Celsius and the maximum temperature is 800 degrees Celsius or higher, the lubricant or its impregnation treatment deteriorates the quality of the lubricant and makes it difficult to use it for a long time. However, methods using heat-resistant ceramics have the disadvantage that the bushing side is vulnerable to thermal shock and temperature differences, and methods that form a thermal spray coating on the sliding surfaces have the disadvantage that the bushing side is weak against thermal shock and temperature differences. There is a problem in that it is not possible to form a homogeneous and high-quality coating of ceramics or cermet on the rod side, and it is difficult to satisfy galling resistance when spraying on the rod side. In addition, the vapor deposition method takes a long time to obtain the required film thickness, resulting in a significant increase in cost.Additionally, the combination of ceramics and cemented carbide does not have sufficient heat resistance. There was a problem.
さらに、従来の耐熱、耐摩耗性の皮膜を形成する溶射材
料は、８００℃以上の高温酸化雰囲気において、炭化ク
ロム系では高温硬度、すなわち耐摩耗性が劣化し、炭化
タングステン系では耐熱性および耐食性が低下するとい
う問題があった。Furthermore, with conventional thermal spray materials that form heat-resistant and wear-resistant coatings, chromium carbide-based materials deteriorate in high-temperature hardness, that is, wear resistance, in high-temperature oxidizing atmospheres of 800°C or higher, while tungsten carbide-based materials deteriorate in heat resistance and corrosion resistance. There was a problem that the
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、構成
が簡単で、しかも高温、高荷重下における耐摩耗性、耐
焼き付き性および耐酸化性を付与した安価な摺動部材お
よびそれを用いた耐熱、耐摩耗性の機器製品を提供する
ことにある。An object of the present invention is to provide an inexpensive sliding member that solves the problems of the prior art described above, has a simple structure, and has wear resistance, seizure resistance, and oxidation resistance under high temperatures and high loads. Our goal is to provide heat-resistant and wear-resistant equipment products.
さらに本発明の目的は、８００℃以上の高温で高荷重下
の酸化性雰囲気中においても耐熱、耐摩耗、耐食性およ
び耐剥離性に優れた溶射材料およびそれを用いた溶射皮
膜を提供することにある。A further object of the present invention is to provide a thermal spray material that has excellent heat resistance, wear resistance, corrosion resistance, and peeling resistance even in an oxidizing atmosphere at a high temperature of 800° C. or higher and under a heavy load, and a thermal spray coating using the same. be.
上記本発明の目的は、ブツシュ（軸受材）とロッド（軸
材）で構成される摺動部材において、ブツシュ側に炭化
ケイ素（Ｓ ｉ Ｃ）または窒化ケイ素（ＳｘａＮ４）
を主成分とするセラミックス焼結体または部分安定化ジ
ルコニアを使用し、ロッド側の摺動部には、ロッドを構
成する金属母材の表面に、炭化タングステンまたは元素
の周期表Ｖａに属する元素の炭化物を２〜４０容積（ｖ
ｏｌ）％、上記炭化タングステン等の炭化物の含有容積
率以上の炭化クロムを３０〜７５容積％含有し、残部が
Ｎｉを基調としたＣｒを５〜５０重量（ｗｔ）％含有す
る合金からなる皮膜を２０−以上の膜厚に形成すること
により達成される。特に、ブツシュ側にＳｉＣまたは５
ｉａＮ、を主成分とするセラミックス焼結体を使用し、
ロッド側の摺動部には金属母材の表面に炭化タングステ
ンを２〜４０容積％、該炭化タングステン以上の容積を
占める炭化クロムを３０〜７５容積％含有し、残部がＮ
ｉを基調としたＣｒを５〜５０重量％含有する合金から
なる皮膜を５０Ｉ１ｍ以上の膜厚に形成することにより
、いっそう本発明の効果が顕著となる。The object of the present invention is to provide a sliding member composed of a bushing (bearing material) and a rod (shaft material), in which silicon carbide (S i C) or silicon nitride (SxaN4) is added to the bushing side.
The sliding part on the rod side is coated with tungsten carbide or an element belonging to the periodic table of elements Va on the surface of the metal base material that makes up the rod. 2 to 40 volumes (v) of carbide
ol)%, a film made of an alloy containing 30 to 75 volume % of chromium carbide with a volume ratio equal to or higher than the content volume of carbides such as the above-mentioned tungsten carbide, and the balance containing 5 to 50 weight (wt) % of Cr based on Ni. This can be achieved by forming the film to a thickness of 20 or more. In particular, SiC or 5
Using a ceramic sintered body whose main component is iaN,
The sliding part on the rod side contains 2 to 40 volume percent of tungsten carbide on the surface of the metal base material, 30 to 75 volume percent of chromium carbide that occupies a volume greater than the tungsten carbide, and the balance is N.
The effect of the present invention becomes even more remarkable by forming a film made of an alloy based on i and containing 5 to 50% by weight of Cr to a thickness of 50I1 m or more.
さらに、上記本発明の目的は、溶射材料として炭化タン
グステンを２〜４０容積％、該炭化タングステンの含有
量以上の容積を占める炭化クロムを３０〜７５容積％含
み、残部がＮｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｓｉの群のうちか
ら選ばれる少なくとも１種以上の元素を含む合金または
混合物によって構成される溶射材料を使用し、溶射皮膜
を形成することにより達成される。Furthermore, the object of the present invention is to contain 2 to 40 volume % of tungsten carbide as a thermal spray material, 30 to 75 volume % of chromium carbide occupying a volume greater than the content of the tungsten carbide, and the balance being Ni, Cr, Fe, This is achieved by forming a thermal spray coating using a thermal spray material made of an alloy or mixture containing at least one element selected from the group of Al and Si.
特に、バインダであるメタル成分として、耐熱性および
耐食性に優れたニッケルクロム合金を使用すると効果的
であり、３００℃以下の低温で溶射した場合においても
、いったん４００℃以上の酸化性雰囲気中で熱処理する
か、または酸化物が２〜５重量％形成されるような条件
で溶射することにより溶射皮膜の硬度の改善をはかるこ
とができる。In particular, it is effective to use a nickel-chromium alloy with excellent heat resistance and corrosion resistance as the metal component that is the binder. Alternatively, the hardness of the thermal sprayed coating can be improved by thermal spraying under conditions such that 2 to 5% by weight of the oxide is formed.
本発明の摺動部材において、軸材の母材の表面に形成す
る皮膜の組成を、炭化タングステンまたは元素の周期表
Ｖａに属する元素の炭化物２〜４０容積％と、上記炭化
物の含有容積率以上の炭化クロムを、３０〜７５容積％
の範囲で含み、残部が実質的にニッケルを基調としたク
ロム含有率が５〜５０重量％の合金からなる皮膜とする
ことにより、高温硬度は高いが耐熱性に劣る上記炭化タ
ングステンなどを、耐熱性が良好な炭化クロムによって
保護することになり、高温、高荷重下においても耐熱、
耐摩耗性が得られる。なお、上記皮膜の膜厚は２ｏ−以
上とすることが好ましく、特に５０．以上とすることが
より好ましい。In the sliding member of the present invention, the composition of the film formed on the surface of the base material of the shaft material is 2 to 40% by volume of tungsten carbide or a carbide of an element belonging to the periodic table of elements Va, and a volume percentage containing the above-mentioned carbide or more. of chromium carbide, 30-75% by volume
By forming a coating consisting of an alloy with a chromium content of 5 to 50% by weight, with the remainder being essentially nickel, the above-mentioned tungsten carbide, which has high high temperature hardness but poor heat resistance, can be made heat resistant. It is protected by chromium carbide, which has good properties, and is heat resistant even under high temperatures and heavy loads.
Provides wear resistance. The thickness of the above film is preferably 2° or more, particularly 50°. It is more preferable to set it as above.
そして、皮膜を構成する上記炭化物以外のニッケルを基
調とした合金の組成は、耐食性および耐熱性からクロム
を５〜５０重量％含むニッケル合金が好ましく、さらに
摺動特性を向上させる点からモリブデンを３〜３０重量
％添加することが好ましい、また、ニッケルを基調とし
た皮膜の合金成分を２段階以上に変化させ、かつ合金成
分の多いものから順次積層して構成した積層皮膜とする
ことにより耐剥離性をいっそう向上させることができる
。The composition of the nickel-based alloy other than the above-mentioned carbides constituting the film is preferably a nickel alloy containing 5 to 50% by weight of chromium from the viewpoint of corrosion resistance and heat resistance, and 3% molybdenum from the viewpoint of improving sliding properties. It is preferable to add ~30% by weight.Also, by changing the alloy components of the nickel-based coating in two or more stages, and forming a laminated coating in which the alloy components are laminated in order from those with the highest alloy components, peeling resistance can be improved. You can further improve your sexuality.
また、摺動部材の軸材を構成する母材の表面に形成する
皮膜は、プラズマ溶射法もしくは爆発溶射法で代表され
る高密度エネルギーガス溶射法によることが母材との密
着性を高めるうえで好ましい、特に、皮膜の形成は爆発
溶射法により２００−以下の膜厚とすることが母材との
耐剥離性をいっそう高めるうえで好ましく、さらに溶射
皮膜を形成した後、所定の寸法に仕上げ加工を施しても
良い。In addition, the coating formed on the surface of the base material that makes up the shaft material of the sliding member is formed by high-density energy gas spraying, such as plasma spraying or explosive spraying, in order to increase the adhesion to the base material. In particular, it is preferable to form the film by explosive thermal spraying to a film thickness of 200 mm or less in order to further improve the peeling resistance from the base material. It may be processed.
さらに、溶射皮膜を形成した後、４００℃以上の酸化性
雰囲気中で熱処理を施すことにより、酸化クロムなどを
形成しセラミックスからなる軸受材との反応性を抑制す
ることにより摺動特性の向上をはかることもできる。ま
た、皮膜中に、フッ化カルシウムもしくはフッ化バリウ
ムに代表される固形フッ化物を０．２〜２．０重量％含
有させることによっても摺動特性を向上させることがで
き焼き付き防止に効果がある。Furthermore, after forming the thermal spray coating, heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere at 400°C or higher to form chromium oxide, which suppresses reactivity with ceramic bearing materials and improves sliding characteristics. It can also be measured. In addition, the sliding properties can be improved by containing 0.2 to 2.0% by weight of solid fluoride, such as calcium fluoride or barium fluoride, in the coating, which is effective in preventing seizure. .
本発明の摺動部材は、エンジン部品、ボイラ部品、原子
力機器の部品などに適用することができ、本発明の摺動
部材で耐熱、耐摩耗性機器の軸受は部を構成した耐熱、
耐摩耗性機器製品１例えばガスタービンエンジンの静翼
などに好適に利用することができる。The sliding member of the present invention can be applied to engine parts, boiler parts, parts of nuclear power equipment, etc. The sliding member of the present invention is heat-resistant and wear-resistant.
The wear-resistant equipment product 1 can be suitably used for, for example, stator blades of gas turbine engines.
本発明の摺動部材に適用する溶射材料としては、炭化タ
ングステン２〜４０容積％と、該炭化タングステンの含
有容積率以上の炭化クロムを、３０〜７５容積％の範囲
で含み、残部がＮｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、ＡΩおよびＳｉのう
ちから選ばれる少なくとも１種の元素からなる合金もし
くは混合物によって構成されることが好ましい。特に、
高温、高荷重下で耐熱、耐摩耗性を得るために、炭化タ
ングステン２〜４０容積％と、該炭化タングステンの含
有容積率以上の炭化クロムを３０〜７５容積％の範囲で
含み、残部がＮｉを基調としたＣｒ含有率が５〜５０重
量％の合金からなる溶射材料を用いることが好ましい。The thermal spraying material applied to the sliding member of the present invention contains 2 to 40 volume % of tungsten carbide, 30 to 75 volume % of chromium carbide in a volume ratio greater than or equal to the content of the tungsten carbide, and the remainder is Ni, It is preferable that it is composed of an alloy or a mixture of at least one element selected from Cr, Fe, AΩ, and Si. especially,
In order to obtain heat resistance and wear resistance under high temperature and high load, it contains 2 to 40 volume % of tungsten carbide, 30 to 75 volume % of chromium carbide with a volume ratio higher than that of the tungsten carbide, and the balance is Ni. It is preferable to use a thermal spray material made of an alloy having a Cr content of 5 to 50% by weight based on the following.
また、炭化タングステン、炭化クロムおよび合金成分は
、それぞれ細かい粒子によって構成されることが好まし
く、溶射時に均一に分散され緻密で耐摩耗性に優れた溶
射皮膜が得られる。さらに、炭化タングステン、炭化ク
ロムおよび合金成分からなる粒子を、１０００℃以上の
温度の非酸化性雰囲気中で焼結し微粉砕したものを使用
することにより、均一で緻密な耐摩耗性の溶射皮膜を得
ることができる。Further, each of tungsten carbide, chromium carbide, and the alloy component is preferably composed of fine particles, and is uniformly dispersed during thermal spraying to obtain a dense thermal sprayed coating with excellent wear resistance. Furthermore, by using particles made of tungsten carbide, chromium carbide, and alloy components that are sintered and finely ground in a non-oxidizing atmosphere at a temperature of 1000°C or higher, a uniform, dense, and wear-resistant thermal spray coating is created. can be obtained.
そして、炭化タングステンおよび炭化クロムの初期粒径
として、１０７ａ以下の微粒子を９０容積％以上含有す
るものを使用することが好ましい。It is preferable to use tungsten carbide and chromium carbide containing 90% by volume or more of fine particles with a diameter of 107a or less.
また溶射は、高密度エネルギーガス溶射法により皮膜を
形成することが好ましく、特に高密度エネルギーガス溶
射時に酸化性の雰囲気として、形成される被膜中に酸化
物を２〜５重量％含有させることにより、溶射皮膜の硬
度の改善をはかることができ、耐摩耗性を一段と向上さ
せることが可能である。In thermal spraying, it is preferable to form a film by a high-density energy gas spraying method, and in particular, by containing 2 to 5% by weight of an oxide in the formed film as an oxidizing atmosphere during high-density energy gas spraying. , it is possible to improve the hardness of the thermally sprayed coating, and it is possible to further improve the wear resistance.
本発明の摺動部材において、耐酸化性の比較的低い炭化
タングステン等を、耐熱性が良好でかつ４００℃程度の
低温において容易に酸化クロムを形成する炭化クロムが
、容積比で炭化タングステン等の炭化物以上の含有率と
することにより、炭化タングステン等の単体では耐えら
れない高温で高荷重下の酸化性の雰囲気中においても良
好な耐酸化性と耐摩耗性を示すことになる。In the sliding member of the present invention, chromium carbide, which has good heat resistance and easily forms chromium oxide at a low temperature of about 400°C, has a volume ratio of tungsten carbide, etc., which has relatively low oxidation resistance. By making the content higher than that of carbide, it exhibits good oxidation resistance and wear resistance even in an oxidizing atmosphere at high temperatures and under heavy load, which cannot be withstood by a single substance such as tungsten carbide.
また、溶射皮膜の形成において、溶射゛による熱履歴を
受ける場合に、耐熱性が極端に低い炭化タングステン（
ＷＣ）が高温にさらされることで、その多くが、例えば
Ｗ２Ｃ等の炭化タングステンに変化することで、よりい
っそうの耐熱効果が得られる。In addition, when forming thermal spray coatings, tungsten carbide (tungsten carbide), which has extremely low heat resistance when subjected to thermal history due to thermal spraying,
When WC) is exposed to high temperatures, much of it changes into tungsten carbide, such as W2C, thereby providing even greater heat resistance.
高温下で、炭化タングステンが存在することおよび酸化
クロムが形成されることで高温硬度が向上し、炭化ケイ
素（ＳｉＣ）または窒化ケイ素（Ｓ１３Ｎ４）等からな
る軸受けと摺動部材を構成した場合に、硬度差がより適
性値となり優れた摺動特性を示すようになる。さらに、
５ｉＣ１Ｓｉ、Ｎ、はＮｉと７００℃以上ではＮｉと反
応することが考えられるが、上記成分の皮膜を用いれば
、炭化タングステンより炭化クロムの方が含有容積比が
大きいため、容易に酸化クロムが形成され、セラミック
ス材との反応は阻止されることになる。At high temperatures, the presence of tungsten carbide and the formation of chromium oxide improves high-temperature hardness, and when bearings and sliding members are made of silicon carbide (SiC) or silicon nitride (S13N4), etc. The hardness difference becomes a more appropriate value and exhibits excellent sliding characteristics. moreover,
5iC1Si, N, is thought to react with Ni at temperatures above 700°C, but if a film of the above components is used, chromium oxide is easily formed because the volume ratio of chromium carbide is larger than that of tungsten carbide. This will prevent the reaction with the ceramic material.
さらに、フッ化カルシウム（ＣａＦ、）、フッ化バリウ
ム（Ｂ ａ Ｆ、）等のフッ化物を含浸させることや、
バインダであるニッケルクロム合金にＭｏを添加するこ
とで摺動特性を著しく向上させることができる。Furthermore, impregnation with fluorides such as calcium fluoride (CaF) and barium fluoride (B a F),
By adding Mo to the nickel-chromium alloy that is the binder, the sliding properties can be significantly improved.
本発明の溶射材料は、耐酸化性の比較的低い炭化タング
ステン等を、耐熱性が良好でかつ４００℃程度の低温で
容易に酸化クロムを形成する炭化クロムを容積比で炭化
タングステン以上に含有させることで、炭化タングステ
ン等の単体では耐えられない高温で高荷重下の酸化性雰
囲気中においても良好な耐酸化を示すことになる。The thermal spraying material of the present invention contains chromium carbide, which has good heat resistance and easily forms chromium oxide at a low temperature of about 400°C, in a volume ratio of tungsten carbide or the like, which has relatively low oxidation resistance, than tungsten carbide. As a result, it exhibits good oxidation resistance even in an oxidizing atmosphere at high temperatures and under a heavy load, which cannot be withstood by a single substance such as tungsten carbide.
また、溶射による熱履歴を受けても耐熱性の極端に悪い
炭化タングステンが高温にさらされることで、その多く
がＷ２Ｃなどの形の炭化タングステンに変化するので、
よりいっそうの耐熱性が得られる。この効果は、炭化ク
ロム、炭化タングステン共に、１０１ａ以下の粒径とす
ることでいっそうの効果が得られる。In addition, when tungsten carbide, which has extremely poor heat resistance even after undergoing thermal spraying, is exposed to high temperatures, most of it changes to tungsten carbide in the form of W2C, etc.
Even better heat resistance can be obtained. This effect can be further enhanced by setting the particle size of both chromium carbide and tungsten carbide to 101a or less.
高温下で炭化タングステンが存在することおよび酸化ク
ロムが形成されることで、高温硬度が向上し、従来の炭
化クロム系材料と比較して飛胤的に高温硬度の向上がは
かれる。The presence of tungsten carbide and the formation of chromium oxide at high temperatures improve the high-temperature hardness, and the high-temperature hardness is significantly improved compared to conventional chromium carbide-based materials.
以下１本発明の実施例を挙げ、図面を参照にしながら、
さらに具体的に説明する。Below, an example of the present invention will be given, and with reference to the drawings,
This will be explained more specifically.
（実施例１〜４′）
第１図は、本発明の炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなるセラ
ミックス製ブツシュ６と、炭化クロム５０ｗｔ％、炭化
タングステン３０ｗｔ％およびニッケルクロム合金２Ｑ
ｗｔ％からなる被覆層を１５０ｔ１ｍ設けたＮｉ基超合
金インコネル７１３Ｃ製のロッド２によって構成される
摺動部材の一例を示す模式図である。(Examples 1 to 4') Figure 1 shows a ceramic bushing 6 made of silicon carbide (SiC) of the present invention, 50 wt% chromium carbide, 30 wt% tungsten carbide and a nickel chromium alloy 2Q.
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a sliding member constituted by a rod 2 made of Ni-based superalloy Inconel 713C provided with a coating layer of 150 t1m of wt%.
セラミックス製のブツシュ６は保護カバー８の中に挿入
され、止め具１０で固定されている。翼１は、高温ガス
の流量を調整するため、摺動部よりも約３００℃以上の
高温に曝される。あらかじめ、所定の隙間を設けた摺動
部７は、断熱壁４に守られ、翼１に当たるガス温度より
も約３００℃程度低い温度に保持される。A ceramic bushing 6 is inserted into a protective cover 8 and fixed with a stopper 10. The blade 1 is exposed to a higher temperature of approximately 300° C. or higher than the sliding portion in order to adjust the flow rate of high-temperature gas. The sliding portion 7, which has been provided with a predetermined gap in advance, is protected by the heat insulating wall 4 and is maintained at a temperature approximately 300° C. lower than the temperature of the gas hitting the blade 1.
溶射皮膜５は、爆発溶射法によりアセチレンと酸素の比
が１：１で溶射したもので、溶射した合金を規定の厚さ
に研磨仕上げしたものである。また、セラミックス製ブ
ツシュ６はＳｉＣ粉末を常圧焼結させたものである。ロ
ッド２は、駆動力伝達部３より動力を受け、矢印で示す
回転方向９の方向に繰り返し反復運動し摺動する。The thermal spray coating 5 is thermally sprayed with a ratio of acetylene and oxygen of 1:1 by explosive thermal spraying, and the thermal sprayed alloy is polished to a specified thickness. Further, the ceramic bushing 6 is made by pressureless sintering of SiC powder. The rod 2 receives power from the driving force transmission section 3 and repeatedly moves and slides in a direction of rotation 9 shown by an arrow.
第２図に示す摺動部材は、上記第１図と同様に、高温に
曝される翼１と一体化されたロッド２の２箇所に、上述
した炭化クロム、ニッケルクロムおよび炭化タングステ
ンの混合焼結粉を爆発溶射法により溶射皮膜を形成した
もので、サイアロンよりなるセラミックス製ブツシュ１
１を、スリーブ１２および止め具１３を用いて、ロッド
２の溶射皮膜５に合わせて保護カバー８内に挿着したも
のである。なお、第３図は、第１図および第２図のＡ−
ＡおよびＢ−Ｂ矢視図を示す。The sliding member shown in FIG. 2 is similar to the above-mentioned FIG. A thermally sprayed coating is formed from powder using an explosive thermal spraying method, and the ceramic bushing is made of SiAlON.
1 is inserted into the protective cover 8 using a sleeve 12 and a stopper 13 in alignment with the thermal spray coating 5 of the rod 2. In addition, FIG. 3 shows A- in FIGS. 1 and 2.
A and BB arrow views are shown.
上記の第１図および第２図に示す構造の摺動部材の耐摩
耗効果を確認するために、第４図に示す構成の試験装置
を用いて、第１表に示す条件のもとで、９００’Ｃにお
ける摺動特性（トルク試験）および耐摩耗性を調査した
。その結果を第２表に示す。なお、セラミックス製ブツ
シュ１５には、ＳｉＣ，Ｓｉ□Ｎい部分安定化ジルコニ
ア等を使用し、またロッド１４側の溶射皮膜は、炭化タ
ングステン／炭化クロム／ニッケルクロムまたはニッケ
ルクロムモリブデンからなる溶射材料を用いて形成した
。また、断熱壁２１の外側に出たロッド１４の先端部に
は、トルク計１８を取り付け、さらにモータ１９でロッ
ド１４を回転させた０回転は、１８０度反復回転で１５
回／分の速度で摺動させた０回転試験開始前には、約２
時間９００℃の高温環境に曝した後、摺動試験を開始し
た。In order to confirm the wear-resistance effect of the sliding member having the structure shown in FIGS. 1 and 2 above, a test device having the configuration shown in FIG. 4 was used under the conditions shown in Table 1. The sliding properties (torque test) and wear resistance at 900'C were investigated. The results are shown in Table 2. The ceramic bushing 15 is made of SiC, Si□N, partially stabilized zirconia, etc., and the sprayed coating on the rod 14 is made of a sprayed material consisting of tungsten carbide/chromium carbide/nickel chromium or nickel chromium molybdenum. It was formed using In addition, a torque meter 18 is attached to the tip of the rod 14 protruding outside the heat insulating wall 21, and 0 rotation when the rod 14 is rotated by the motor 19 is 15 times when the rod 14 is rotated repeatedly by 180 degrees.
Before starting the 0-rotation test, which was performed by sliding at a speed of approximately 2 times per minute,
After being exposed to a high temperature environment of 900° C. for an hour, a sliding test was started.
以下余白
第
表
第２表に示すごとく、本発明の実施例に基づいて作製し
たセラミックス製ブツシュとサーメット系溶射材料を被
覆したロッドとの組み合わせからなる摺動部材は、実施
例１〜４に示すごとく、高温で高荷重下においても極め
て良好な耐摩耗性を示していることが分かる。As shown in Table 2 below, sliding members made of a combination of a ceramic bush produced based on the embodiments of the present invention and a rod coated with a cermet sprayed material are shown in Examples 1 to 4. As can be seen, it shows extremely good wear resistance even under high temperatures and high loads.
従来のセラミックス製ブツシュと、炭化クロム系溶射材
料を被覆した金属ロッドに関する提案は、特開昭５１−
１４６５０７号公報、特公昭６０−２９０１２号公報、
特開昭５９−２９８１９号公報、特開昭６０−７３１２
３号公報、特開昭６０−１４６９１６号公報、特開昭６
１−１１９８１５号公報等が挙げられるが、いずれも高
温下におけるクロム炭化物系溶射皮膜とセラミックスと
の相乗効果についてはなんら確認されておらず、また新
しい効果は発見されていない。A proposal regarding a conventional ceramic bushing and a metal rod coated with a chromium carbide sprayed material was published in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1986-
Publication No. 146507, Japanese Patent Publication No. 60-29012,
JP-A-59-29819, JP-A-60-7312
Publication No. 3, JP-A-60-146916, JP-A-6
1-119815, etc., but none of them have confirmed any synergistic effect between the chromium carbide sprayed coating and ceramics at high temperatures, and no new effects have been discovered.
以上の実施例に示したごとく１本発明により製作した摺
動部材が優れた特性を示す理由は、ブツシュがＳｉＣま
たはＳｉ３Ｎ４等のセラミックスで構成されていること
から金属と比較して強度、硬度の低下が少なく、良好な
耐摩耗性を高温、高荷重下でも保持し続けられることと
、炭化クロム系溶射皮膜も高温における組成変化で硬度
が大幅に改善され、高温下で適切な硬度差が発生し、摺
動特性を向上させるためであると考えられる８さらに、
摺動特性を改善するには、ＣａＦ、、Ｂ ａ Ｆ。As shown in the above examples, the reason why the sliding member manufactured according to the present invention exhibits excellent properties is because the bushing is made of ceramics such as SiC or Si3N4, which has lower strength and hardness than metals. Good wear resistance is maintained even under high temperatures and high loads with little deterioration, and the hardness of the chromium carbide thermal sprayed coating is greatly improved due to composition changes at high temperatures, creating an appropriate hardness difference under high temperatures. This is thought to be to improve the sliding properties8.Furthermore,
To improve the sliding properties, CaF, B a F.
等のフッ化物を含浸させることや、バインダの作用をす
るニッケルクロム合金にＭｏを添加する等の方法が有効
である。Effective methods include impregnation with fluorides such as fluorides, and adding Mo to a nickel-chromium alloy that acts as a binder.
また、本実施例ではＳｉＣと炭化クロム系溶射皮膜とに
、約７００℃以上の温度では表層部に強固な酸化皮膜が
形成されることと、炭化タングステンの強度が炭化クロ
ムよりも大きいため、焼き付きに対して大きな抑制効果
を得ることができる。In addition, in this example, since a strong oxide film is formed on the surface layer of SiC and chromium carbide-based thermal sprayed coating at temperatures of about 700°C or higher, and the strength of tungsten carbide is greater than that of chromium carbide, seizure may occur. It is possible to obtain a large suppressive effect on
さらに、ＳｉＣおよびＳｉ、Ｎ４と、溶射皮膜中のＮｉ
とは約７００℃以上の温度では化学反応を起こすが、Ｎ
ｉより酸化され易い炭化クロムの存在によって、先にＣ
ｒ酸化物が溶射皮膜の表面に形成され、溶射皮膜とＳｉ
系セラミックスとが反応するのを防ぐ効果も挙げられる
。Furthermore, SiC, Si, N4, and Ni in the thermal spray coating
A chemical reaction occurs at temperatures above about 700°C, but N
Due to the presence of chromium carbide, which is more easily oxidized than i, C
r-oxide is formed on the surface of the sprayed coating, and the sprayed coating and Si
It also has the effect of preventing reactions with ceramics.
さらに、溶射皮膜は爆発溶射法を用いているため、溶射
皮膜としては緻密、かつ高硬度であるためロッド側も十
分な耐摩耗性が得られるうえに、熱衝撃やロッド駆動に
よる歪が発生しても溶射皮膜が剥離することはない。Furthermore, since the thermal spray coating uses an explosive thermal spraying method, the thermal spray coating is dense and has high hardness, which provides sufficient wear resistance on the rod side and prevents distortion from occurring due to thermal shock or rod driving. The sprayed coating will not peel off.
（実施例５）
本実施例においては、第５図に示すごとく、ロッドに形
成する炭化クロム系溶射皮膜の耐剥離性の向上をはかる
ために、３段階の被覆層を設けたものである。ロッド母
材（インコネル７１３Ｃ）２９と炭化タングステン、炭
化クロムおよびＮｉＣｒの線膨張係数の大きさが、
インコネル７１３Ｃ″＝ＮｉＣｒ＞炭化クロム〉炭化タ
ングステン
であることから、ＮｉＣｒの含有量を７０％、５０％、
２０％と変化させると同時に、熱膨張係数の小さい炭化
タングステンを１０％、２０％、３０％と増加させたＷ
ＣＩＯ％−Ｃｒ、Ｃ２２Ｑ％−ＮｉＣｒ （２０％）７
０％皮膜３２、ＷＣ２０％−Ｃｒ３Ｃ２３０％−ＮｉＣ
ｒ （２０％）５０％皮膜３１、ＷＣ３０％−Ｃｒ、Ｃ
，５０％−Ｎｉ−Ｃｒ （２０％）２０％皮膜３０を順
次形成させ、熱応力を緩和できるようにした積層溶射皮
膜である。(Example 5) In this example, as shown in FIG. 5, three stages of coating layers were provided in order to improve the peeling resistance of the chromium carbide sprayed coating formed on the rod. Since the linear expansion coefficients of the rod base material (Inconel 713C) 29, tungsten carbide, chromium carbide and NiCr are Inconel 713C'' = NiCr > chromium carbide > tungsten carbide, the NiCr content is 70% and 50%. %,
20%, while at the same time increasing tungsten carbide, which has a small coefficient of thermal expansion, by 10%, 20%, and 30%.
CIO%-Cr, C22Q%-NiCr (20%)7
0% film 32, WC20%-Cr3C230%-NiC
r (20%) 50% film 31, WC30%-Cr, C
, 50%-Ni-Cr (20%) 20% coating 30 is sequentially formed to alleviate thermal stress.
上述した、溶射皮膜を形成する溶射方法は、適切な硬度
が得られれば、特にその手法を限定するものではない。The above-described thermal spraying method for forming a thermal spray coating is not particularly limited as long as an appropriate hardness can be obtained.
（実施例６〜９）
第６図は、本実施において用いた溶射材料の組成を示す
模式図であって、Ｃｒ、Ｃ，を４０ｗｔ％とＮｉ−２０
％Ｃｒ合金２０％とＷＣ４０ｗｔ％（Ｃｒ、Ｃ，の容積
率＞ＷＣの容積率）を混合した後、１１００℃の水素雰
囲気中で２時間焼結したのち粉砕して作製した溶射材料
である。第３表に、従来例５〜７と本発明の実施例６〜
９による溶射材料を用いて、炭素鋼上に爆発溶射法で約
１００−の厚さに溶射した場合の溶射皮膜の断面硬度（
室温と８００℃）および相対摩耗比などの測定結果を示
す。(Examples 6 to 9) FIG. 6 is a schematic diagram showing the composition of the thermal spraying material used in this example, with 40 wt% of Cr and 40 wt% of Ni-20.
This is a thermal spray material prepared by mixing 20% Cr alloy and 40 wt% WC (volume ratio of Cr, C, > volume ratio of WC), sintering in a hydrogen atmosphere at 1100°C for 2 hours, and then pulverizing. Table 3 shows conventional examples 5 to 7 and embodiments 6 to 7 of the present invention.
The cross-sectional hardness (
Measurement results such as room temperature and 800°C) and relative wear ratio are shown.
第
表
第３表から明らかなごとく、室温での硬度（Ｈｖ ）が
従来例５〜６で示される溶射材料と比較して改善されて
いるだけでなく、高温硬度（Ｈｖ ）も大幅に改善され
たことが分かる。特に、従来例６〜７で示すＷＣの含有
量の多い溶射材料では８００℃の環境では耐熱性が不十
分であり、かつ割れが発生した。As is clear from Table 3, not only the hardness at room temperature (Hv) is improved compared to the thermal sprayed materials shown in Conventional Examples 5 and 6, but also the hardness at high temperature (Hv) is significantly improved. I understand that In particular, the thermal spray materials with a high WC content shown in Conventional Examples 6 and 7 had insufficient heat resistance in an environment of 800° C., and cracks occurred.
これらの溶射皮膜に、平均粒径７０−のシリカを平均流
速３０ｍ／ｓとし、９０度の角度で衝突させた場合の単
位面積当たりの摩耗量を、従来の溶射皮膜であるＣｒ、
Ｃ２７５％／Ｎ１Ｃｒ（２０％）２５％を１として比較
した結果を、第３表の相対摩耗比として示す。この結果
からも、本実施例６〜９はいずれも優れた耐摩性を有す
る溶射皮膜が得られることが分かる。The amount of wear per unit area when silica with an average particle size of 70 mm is collided with silica with an average flow rate of 30 m/s at an angle of 90 degrees is compared to that of conventional thermal sprayed coatings such as Cr,
The results of the comparison are shown as relative wear ratios in Table 3, with 25% of C275%/N1Cr (20%) being 1. This result also shows that in Examples 6 to 9, thermal sprayed coatings having excellent wear resistance were obtained.
さらに、実施例６と同一条件で作製した試験片を、６ｏ
ｏ℃×１時間の熱処理を施した実施例７は、室温におけ
る硬度が向上する。また、酸素を従来例６よりも過剰に
供給する条件で溶射した実施例８では、熱処理を施さな
くても硬度向上の効果が得られる。これは、母材にマル
テンサイト焼入処理等の熱処理が施されて、２００℃以
上の温度に加熱できない場合に有効である。Furthermore, a test piece prepared under the same conditions as Example 6 was
In Example 7, which was subjected to heat treatment at 0° C. for 1 hour, the hardness at room temperature is improved. Further, in Example 8, in which the thermal spraying was carried out under conditions in which oxygen was supplied in excess of that in Conventional Example 6, the effect of improving hardness could be obtained even without heat treatment. This is effective when the base material has been subjected to heat treatment such as martensitic quenching treatment and cannot be heated to a temperature of 200° C. or higher.
炭化クロムおよび炭化タングステンに１０１Ｍ以下の細
かい粒子を使用する実施例９は、溶射時に均一に分散さ
れ、不安定なＷＣがＷ２Ｃ等の安定な結晶構造に変化し
やすくなると同時に、バインダとの均一分散が可能とな
り、第３表に示すように常温の硬度は大差ないが、高温
硬度および上記シリカを衝突させた場合の耐摩耗性は著
しく向上することが分かる。In Example 9, which uses fine particles of 101M or less for chromium carbide and tungsten carbide, they are uniformly dispersed during thermal spraying, making it easier for unstable WC to change into a stable crystal structure such as W2C, and at the same time, it is possible to achieve uniform dispersion with the binder. As shown in Table 3, although the hardness at room temperature is not much different, the high temperature hardness and the wear resistance when collided with the silica are significantly improved.
以上詳細に説明したごとく、本発明による摺動部材は、
特に使用温度が８００℃以上の高温、高荷重下において
、従来技術と比較して数段価れた耐熱性、耐焼付性、耐
摩耗性および耐酸化性を示す摺動部材が得られるので、
この摺動部材をエンジン部品、ボイラ部品、原子力機器
の部品などの耐熱、耐摩耗性機器製品に適用した場合に
は、その耐用年数を飛躍的に向上させることができると
共に、高温、高荷重の新しい使用環境下における摺動部
材の使用が可能となり、産業上の利用価値は極めて高い
。As explained in detail above, the sliding member according to the present invention is
In particular, at high temperatures of 800°C or higher and under heavy loads, a sliding member can be obtained that exhibits heat resistance, seizure resistance, wear resistance, and oxidation resistance that are several steps higher than those of conventional techniques.
When this sliding member is applied to heat-resistant and wear-resistant equipment products such as engine parts, boiler parts, and nuclear equipment parts, the service life can be dramatically improved, and it can also be used at high temperatures and high loads. The sliding member can now be used in a new usage environment, and its industrial value is extremely high.
さらに、本発明の溶射材料を使用すると耐熱性、耐摩耗
性、特に高温、高荷重下での耐摩耗性などの特性を著し
く改善した優れた性能を有する溶射皮膜を得ることがで
きる。Furthermore, when the thermal spraying material of the present invention is used, it is possible to obtain a thermal sprayed coating with excellent performance and significantly improved properties such as heat resistance and abrasion resistance, especially abrasion resistance under high temperature and high load.
第１図および第２図は本発明の実施例１〜４で例示した
摺動部材の構成を示す模式図、第３図は第１図および第
２図のＡ−ＡおよびＢ−Ｂ矢視図、第４図は摺動部材の
摺動特性の評価に用いた試験装置の構成を示す模式図、
第５図は本発明の実施例５において例示した積層皮膜の
構成を示す模式図、第６図は本発明の実施例６〜９にお
いて用いた溶射材料の組成を示す模式図、第７図は従来
の摺動部材の構成を示す模式図、第８図および第９図は
従来の溶射材料の組成を示す模式図である。
１・・・翼 ２・・・ロッド３・・・駆
動力伝達部 ４・・・断熱壁５・・・溶射皮膜
６・・・セラミック製ブツシュ
７・・・摺動部 ８・・・保護カバー９・・
・回転方向 １０・・・止め具１１・・・セラ
ミック製ブツシュ
１２・・・スリーブ １３・・・止め具１４・・
・ロッド
１５・・・セラミック製ブツシュ
１６・・・溶射皮膜 １７・・・保護カバー１８
・・・トルク計 １９・・・モータ２０・・・
レコーダ ２１・・・断熱壁２２・・・荷重方向
２３・・・電気炉２４・・・インコネル７１３
Ｃ製ロツド２５・・・ステンレス製ブツシュ
２６−Ｃｒ、Ｃ２粒子 ２７− Ｎ ｉ −Ｃｒ粒子
２８・・・ＷＣ粒子
２９・・・ロッド母材（インコネル７１３Ｃ）３０−Ｗ
Ｃ３０％−ＣｒａＣ２５０％−ＮｉＣｒ （２０％）２
０％皮膜
３１−ＷＣ２０％−Ｃｒ、Ｃ，３０％−１Ｃｒ
（２０％）
５０％皮膜
３２−ＷＣＩＯ％−Ｃｒ、Ｃ，２０％−１Ｃｒ
（２０％）
７０％皮膜1 and 2 are schematic diagrams showing the configurations of sliding members exemplified in Examples 1 to 4 of the present invention, and FIG. 3 is a view taken along arrows A-A and B-B in FIGS. 1 and 2. Figure 4 is a schematic diagram showing the configuration of the test equipment used to evaluate the sliding characteristics of sliding members.
FIG. 5 is a schematic diagram showing the structure of the laminated film exemplified in Example 5 of the present invention, FIG. 6 is a schematic diagram showing the composition of the thermal spray material used in Examples 6 to 9 of the present invention, and FIG. A schematic diagram showing the structure of a conventional sliding member, and FIGS. 8 and 9 are schematic diagrams showing the composition of a conventional thermal spray material. 1...Blade 2...Rod 3...Driving force transmission part 4...Insulating wall 5...Thermal spray coating 6...Ceramic bushing 7...Sliding part 8...Protective cover 9...
・Rotation direction 10... Stopper 11... Ceramic bushing 12... Sleeve 13... Stopper 14...
・Rod 15... Ceramic bushing 16... Thermal spray coating 17... Protective cover 18
...Torque meter 19...Motor 20...
Recorder 21...Insulating wall 22...Load direction 23...Electric furnace 24...Inconel 713
C rod 25...Stainless steel bushing 26-Cr, C2 particles 27-Ni-Cr particles 28...WC particles 29...Rod base material (Inconel 713C) 30-W
C30%-CraC250%-NiCr (20%)2
0% film 31-WC20%-Cr, C, 30%-1Cr (20%) 50% film 32-WCIO%-Cr, C, 20%-1Cr (20%) 70% film
Claims (18)
するセラミックスもしくは部分安定化ジルコニアの焼結
体からなり、他方、軸材が、該軸材を構成する母材の表
面に、炭化タングステンまたは元素の周期表Ｖａに属す
る元素の炭化物２〜４０容積％と、上記炭化物の含有容
積率以上の炭化クロムを、３０〜７５容積％の範囲で含
み、残部が実質的にニッケルを基調としたクロム含有率
が５〜５０重量％の合金からなる皮膜を、２０μｍ以上
の厚さに設けたことを特徴とする摺動部材。1. The bearing material is made of a ceramic whose main component is silicon nitride or silicon carbide, or a sintered body of partially stabilized zirconia. A chromium content containing 2 to 40 volume % of carbides of elements belonging to the periodic table Va and 30 to 75 volume % of chromium carbide in an amount equal to or higher than the volume ratio of the carbides, with the remainder being substantially nickel-based. 1. A sliding member comprising a coating made of an alloy containing 5 to 50% by weight and having a thickness of 20 μm or more.
するセラミックスもしくは部分安定化ジルコニアの焼結
体からなり、他方、軸材が、該軸材を構成する母材の表
面に、炭化タングステン２〜４０容積％と、該タングス
テン炭化物の含有容積率以上の炭化クロムを、３０〜７
５容積％の範囲で含み、残部が実質的にニッケルを基調
としたクロム含有率が５〜５０重量％の合金からなる皮
膜を、２０μｍ以上の厚さに設けたことを特徴とする摺
動部材。2. The bearing material is made of a sintered body of ceramics or partially stabilized zirconia whose main component is silicon nitride or silicon carbide, and the shaft material has 2 to 40% tungsten carbide on the surface of the base material constituting the shaft material. The volume percentage of chromium carbide is equal to or higher than the content volume percentage of the tungsten carbide, from 30 to 7.
A sliding member having a thickness of 20 μm or more and comprising an alloy having a chromium content of 5% by volume and 5% to 50% by weight, the remainder being essentially nickel. .
ニッケルを主成分とする合金からなり、ニッケルを基調
とした皮膜の合金成分を２段階以上に変化させ、かつ合
金成分の多いものから順次積層して構成した積層皮膜を
設けた軸材であることを特徴とする摺動部材。3. In claim 1, the base material constituting the shaft material is made of an alloy containing nickel as a main component, and the alloy composition of the coating based on nickel is changed in two or more stages, and the base material is made from a material with a large alloy composition. A sliding member characterized in that it is a shaft member provided with a laminated film formed by sequentially laminating layers.
成する母材の表面に形成する皮膜は、クロム含有率が５
〜５０重量％で、残部が実質的にニッケルを基調とした
合金に、モリブデンを３〜３０重量％添加したものであ
ることを特徴とする摺動部材。4. In claim 1 or 2, the coating formed on the surface of the base material constituting the shaft material has a chromium content of 5.
50% by weight, the balance being essentially nickel based alloy, to which 3 to 30% by weight of molybdenum is added.
表面に形成する皮膜は、プラズマ溶射法もしくは爆発溶
射法で代表される高密度エネルギーガス溶射法によるも
のであることを特徴とする摺動部材。5. In claim 1, the coating formed on the surface of the base material constituting the shaft material is formed by a high-density energy gas spraying method such as a plasma spraying method or an explosive spraying method. moving parts.
軸材を構成する母材の表面に形成する皮膜は、爆発溶射
法により２００μｍ以下の膜厚に形成したことを特徴と
する摺動部材。6. In claim 1, 2 or 3,
A sliding member characterized in that a film formed on the surface of a base material constituting the shaft member is formed to a film thickness of 200 μm or less by an explosive thermal spraying method.
焼結体からなり、他方、軸材が、該軸材を構成する母材
の表面に、炭化タングステン２〜４０容積％と、該炭化
タングステンの含有容積率以上の炭化クロムを、３０〜
７５容積％の範囲で含み、残部が実質的にニッケルを基
調としたクロム含有率が５〜５０重量％、モリブデン含
有率が３〜３０重量％の合金からなる皮膜を、高密度エ
ネルギーガス溶射法によって５０μｍ以上の膜厚に形成
した後、所定の寸法に仕上げ加工を施したことを特徴と
する摺動部材。7. The bearing material is made of a ceramic sintered body containing silicon carbide as a main component, and the shaft material contains 2 to 40% by volume of tungsten carbide on the surface of the base material constituting the shaft material. Chromium carbide with a volume ratio of 30~
A film made of an alloy containing 5 to 50% by weight of chromium and 3 to 30% by weight of molybdenum, with the remainder being essentially nickel, is coated using a high-density energy gas spraying method. 1. A sliding member characterized in that the sliding member is formed to a thickness of 50 μm or more using the above method, and then finished to a predetermined size.
いて、軸材を構成する母材の表面に皮膜を形成した後、
４００℃以上の酸化性雰囲気中で熱処理を施したことを
特徴とする摺動部材。8. In any one of claims 1 to 7, after forming a film on the surface of the base material constituting the shaft material,
A sliding member characterized by being heat-treated in an oxidizing atmosphere at 400°C or higher.
いて、軸材を構成する母材の表面に形成した皮膜中に、
フッ化カルシウムもしくはフッ化バリウムに代表される
固形フッ化物を０．２〜２．０重量％含有することを特
徴とする摺動部材。9. In any one of claims 1 to 7, in the coating formed on the surface of the base material constituting the shaft material,
A sliding member characterized by containing 0.2 to 2.0% by weight of a solid fluoride represented by calcium fluoride or barium fluoride.
載の軸受材と軸材を用いて耐熱、耐摩耗性機器の軸受け
部を構成したことを特徴とする耐熱、耐摩耗性機器製品
。10. A heat-resistant and wear-resistant equipment product, characterized in that a bearing portion of a heat-resistant and wear-resistant equipment is constructed using the bearing material and shaft material according to any one of claims 1 to 9.
器がガスタービンエンジンの静翼であることを特徴とす
る耐熱、耐摩耗性機器製品。11. 11. The heat-resistant and wear-resistant equipment product according to claim 10, wherein the heat-resistant and wear-resistant equipment is a stationary blade of a gas turbine engine.
グステンの含有容積率以上の炭化クロムを、３０〜７５
容積％の範囲で含み、残部がＮｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ａｌお
よびＳｉのうちから選ばれる少なくとも１種の元素から
なる合金もしくは混合物によって構成されることを特徴
とする溶射材料。12. 2 to 40% by volume of tungsten carbide and 30 to 75% of chromium carbide at a volume percentage higher than that of the tungsten carbide.
1. A thermal spray material comprising an alloy or a mixture of at least one element selected from Ni, Cr, Fe, Al and Si.
グステンの含有容積率以上の炭化クロムを３０〜７５容
積％の範囲で含み、残部がＮｉを基調としたＣｒ含有率
が５〜５０重量％の合金からなることを特徴とする溶射
材料。13. From an alloy containing 2 to 40 volume % of tungsten carbide and 30 to 75 volume % of chromium carbide in a volume ratio higher than that of the tungsten carbide, with the balance being Ni and having a Cr content of 5 to 50 weight %. A thermal spray material characterized by:
おいて、炭化タングステン、炭化クロムおよび合金成分
が粒子によって構成されることを特徴とする溶射材料。14. The thermal spray material according to claim 12, 13 or 14, characterized in that tungsten carbide, chromium carbide and alloy components are constituted by particles.
、炭化クロムおよび合金成分からなる粒子を、１０００
℃以上の温度の非酸化性雰囲気中で焼結し粉砕したもの
であることを特徴とする溶射材料。15. In claim 14, particles consisting of tungsten carbide, chromium carbide, and alloy components are
A thermal spray material characterized by being sintered and pulverized in a non-oxidizing atmosphere at a temperature of ℃ or higher.
化タングステンおよび炭化クロムの初期粒径が１０μｍ
以下の粒子を９０容積％以上含有するものであることを
特徴とする溶射材料。16. In claim 14 or 15, the initial particle size of tungsten carbide and chromium carbide is 10 μm.
A thermal spray material characterized by containing 90% by volume or more of the following particles:
項に記載の溶射材料を用いて、高密度エネルギーガス溶
射法により皮膜を形成したことを特徴とする溶射皮膜。17. Any one of claims 12 to 16
A thermal spray coating formed by a high-density energy gas spraying method using the thermal spray material described in Item 1.
ガス溶射時の高温ガス雰囲気を酸化性の雰囲気となし、
形成される被膜中に酸化物が２〜５重量％含有すること
を特徴とする溶射皮膜。18. In claim 17, the high-temperature gas atmosphere during high-density energy gas spraying is an oxidizing atmosphere,
A thermal spray coating characterized in that the formed coating contains 2 to 5% by weight of an oxide.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26837990A JPH04147956A (en) | 1990-10-08 | 1990-10-08 | Sliding member and its product and thermal spraying material used therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26837990A JPH04147956A (en) | 1990-10-08 | 1990-10-08 | Sliding member and its product and thermal spraying material used therefor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04147956A true JPH04147956A (en) | 1992-05-21 |
Family
ID=17457673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26837990A Pending JPH04147956A (en) | 1990-10-08 | 1990-10-08 | Sliding member and its product and thermal spraying material used therefor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04147956A (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0632040A (en) * | 1992-05-19 | 1994-02-08 | Ricoh Co Ltd | Photoengraving device of stencil printing machine |
| JPH0680896U (en) * | 1993-04-23 | 1994-11-15 | 日本カーター株式会社 | Bearing device for multi-stage submerged motor pump |
| JPH09144689A (en) * | 1995-09-20 | 1997-06-03 | Hitachi Ltd | Pump and manufacture thereof |
| JP2013535574A (en) * | 2010-07-22 | 2013-09-12 | フェデラル−モーグル ブルシェイド ゲーエムベーハー | Piston ring having thermal spray coating and method for manufacturing the same |
| CN104233161A (en) * | 2014-09-11 | 2014-12-24 | 芜湖鼎瀚再制造技术有限公司 | Ni60A-ZrO2 nano-coating and preparation method thereof |
| JP2018504521A (en) * | 2014-12-10 | 2018-02-15 | フェストアルピーネ プレジション ストリップ アーベーＶｏｅｓｔａｌｐｉｎｅ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｓｔｒｉｐ Ａｂ | Long-life cermet coated creping blade |
| EP3892828A1 (en) * | 2020-04-07 | 2021-10-13 | Roller Bearing Company of America, Inc. | Bushing for a variable stator vane assembly |
-
1990
- 1990-10-08 JP JP26837990A patent/JPH04147956A/en active Pending
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