JPH04147956A

JPH04147956A - 摺動部材とその製品およびそれに用いる溶射材料

Info

Publication number: JPH04147956A
Application number: JP26837990A
Authority: JP
Inventors: Masahito Kumon; 公文　将人; Yoshio Jisai; 持斉　美夫
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1990-10-08
Filing date: 1990-10-08
Publication date: 1992-05-21

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。

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。

〔従来の技術〕

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〔発明が解決しようとする課題〕

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。

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。

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。

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。

〔課題を解決するための手段〕

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〔作　　　用〕

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〔実施例〕

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

（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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

〔発明の効果〕

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
。

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。

【図面の簡単な説明】

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

Claims

【特許請求の範囲】

１．軸受材が、窒化ケイ素または炭化ケイ素を主成分と
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。
２．軸受材が、窒化ケイ素または炭化ケイ素を主成分と
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。
３．請求の範囲第１項において、軸材を構成する母材が
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。
４．請求の範囲第１項または第２項において、軸材を構
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。
５．請求の範囲第１項において、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も
のであることを特徴とする摺動部材。
６．請求の範囲第１項、第２項または第３項において、
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。
７．軸受材が、炭化ケイ素を主成分とするセラミックス
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。
８．請求の範囲第１項ないし第７項のいずれか１項にお
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。
９．請求の範囲第１項ないし第７項のいずれか１項にお
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。
１０．請求の範囲第１項ないし第９項のいずれか１項記
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
。
１１．請求の範囲第１０項において、耐熱、耐摩耗性機
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。
１２．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、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。
１３．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％の合金からなることを特徴とする溶射
材料。
１４．請求の範囲第１２項、第１３項または第１４項に
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。
１５．請求の範囲第１４項において、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粉砕したもの
であることを特徴とする溶射材料。
１６．請求の範囲第１４項または第１５項において、炭
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。
１７．請求の範囲第１２項ないし第１６項のいずれか１
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。
１８．請求の範囲第１７項において、高密度エネルギー
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。