JPH11302819A - 耐摩耗性皮膜の形成方法及び形成装置 - Google Patents
耐摩耗性皮膜の形成方法及び形成装置Info
- Publication number
- JPH11302819A JPH11302819A JP10106532A JP10653298A JPH11302819A JP H11302819 A JPH11302819 A JP H11302819A JP 10106532 A JP10106532 A JP 10106532A JP 10653298 A JP10653298 A JP 10653298A JP H11302819 A JPH11302819 A JP H11302819A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- spraying
- wear
- film
- plasma
- laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 28
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 66
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 64
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 58
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 56
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims abstract description 44
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 35
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 35
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 claims abstract description 26
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 31
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 claims description 28
- 239000011195 cermet Substances 0.000 claims description 21
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 13
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 9
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 abstract 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 abstract 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 21
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 11
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 5
- 230000006837 decompression Effects 0.000 description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 231100000241 scar Toxicity 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 2
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 229910009043 WC-Co Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006061 abrasive grain Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000004581 coalescence Methods 0.000 description 1
- 239000010960 cold rolled steel Substances 0.000 description 1
- 239000013065 commercial product Substances 0.000 description 1
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000010285 flame spraying Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007749 high velocity oxygen fuel spraying Methods 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 102200082816 rs34868397 Human genes 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/346—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding
- B23K26/348—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding in combination with arc heating, e.g. TIG [tungsten inert gas], MIG [metal inert gas] or plasma welding
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 硬質粒子含有金属のプラズマ溶射によって形
成する耐摩耗性皮膜として、緻密な連続層で皮膜自体の
強度と基材に対する密着強度に優れ、高い耐摩耗性を具
備するものを形成する手段を提供する。 【解決手段】 基材Ｗ表面に硬質粒子含有金属をプラズ
マ溶射Ｐにより吹き付けて耐摩耗性皮膜Ｍを形成するに
当たり、同時に基材Ｗ表面の吹付け位置Ｚにレーザービ
ームＬを照射する。
成する耐摩耗性皮膜として、緻密な連続層で皮膜自体の
強度と基材に対する密着強度に優れ、高い耐摩耗性を具
備するものを形成する手段を提供する。 【解決手段】 基材Ｗ表面に硬質粒子含有金属をプラズ
マ溶射Ｐにより吹き付けて耐摩耗性皮膜Ｍを形成するに
当たり、同時に基材Ｗ表面の吹付け位置Ｚにレーザービ
ームＬを照射する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、広汎な産業分野で
使用される様々な器材の耐摩耗性を必要とする表面に、
プラズマ溶射を利用して高緻密な耐摩耗性皮膜を形成す
る方法と、該皮膜の形成装置に関する。
使用される様々な器材の耐摩耗性を必要とする表面に、
プラズマ溶射を利用して高緻密な耐摩耗性皮膜を形成す
る方法と、該皮膜の形成装置に関する。
【０００２】
【従来技術とその課題】一般に、プラズマ溶射による皮
膜形成技術は、放電アークにアルゴン等のキャリヤーガ
スを供給してプラズマアークの高温噴流を発生させ、こ
の高温噴流中に硬質粒子含有金属の粉末を供給すること
により、該材料を溶融又は半溶融状態として基材表面に
吹き付け、堆積させて皮膜を形成するものである。
膜形成技術は、放電アークにアルゴン等のキャリヤーガ
スを供給してプラズマアークの高温噴流を発生させ、こ
の高温噴流中に硬質粒子含有金属の粉末を供給すること
により、該材料を溶融又は半溶融状態として基材表面に
吹き付け、堆積させて皮膜を形成するものである。
【０００３】このようなプラズマ溶射方法は、他の溶射
方法に比較して、高融点材料の溶射も可能であって材料
選択の自由度が大きい上、密着強度及び密度の高い皮膜
を形成できると共に熱源に起因した溶射材料の汚染がな
く、また高出力化によって時間当たりの溶射量を多くし
て皮膜形成能率を高め得るといった利点があるため、例
えば製鋼分野における連続焼鈍炉用ハースロール、溶融
アルミメッキ用ポットロール、マッドガン・ノズル、製
紙分野におけるヤンキードライヤーロール、ワインダド
ラムドローロール、発電分野や航空・宇宙分野における
タービン翼、圧縮機翼、燃焼器、多くの産業分野で使用
する各種ガイドロール、スリーブやカラーの如き摺接用
部品等、多様な器材の表面に耐摩耗性や耐腐食性等を付
与するのに利用されている。
方法に比較して、高融点材料の溶射も可能であって材料
選択の自由度が大きい上、密着強度及び密度の高い皮膜
を形成できると共に熱源に起因した溶射材料の汚染がな
く、また高出力化によって時間当たりの溶射量を多くし
て皮膜形成能率を高め得るといった利点があるため、例
えば製鋼分野における連続焼鈍炉用ハースロール、溶融
アルミメッキ用ポットロール、マッドガン・ノズル、製
紙分野におけるヤンキードライヤーロール、ワインダド
ラムドローロール、発電分野や航空・宇宙分野における
タービン翼、圧縮機翼、燃焼器、多くの産業分野で使用
する各種ガイドロール、スリーブやカラーの如き摺接用
部品等、多様な器材の表面に耐摩耗性や耐腐食性等を付
与するのに利用されている。
【０００４】しかしながら、従来のプラズマ溶射による
皮膜は、他の溶射方法によるものと比べれば密着強度及
び密度は高いが、皮膜断面で見ると材料粒子の偏平な溶
滴粒子が積み重なった状態にあり、溶滴粒子間に明瞭な
界面を生じている上、通常１０％程度の気孔を含み、緻
密な連続層ではなく言わば多孔質に近い構造となってお
り、しかも膜厚によっては上記気孔の一部が皮膜表面か
ら基材表面に達する貫通気孔となるため、皮膜強度を充
分に高められないという難点があった。
皮膜は、他の溶射方法によるものと比べれば密着強度及
び密度は高いが、皮膜断面で見ると材料粒子の偏平な溶
滴粒子が積み重なった状態にあり、溶滴粒子間に明瞭な
界面を生じている上、通常１０％程度の気孔を含み、緻
密な連続層ではなく言わば多孔質に近い構造となってお
り、しかも膜厚によっては上記気孔の一部が皮膜表面か
ら基材表面に達する貫通気孔となるため、皮膜強度を充
分に高められないという難点があった。
【０００５】特に、耐摩耗性皮膜を形成するために溶射
材料としてサーメット系材料を用いる場合、その皮膜は
溶融したマトリックス金属中に不溶の硬質粒子が高密度
で分散した形になるが、その皮膜形成に際して高速フレ
ーム溶射（ＨＶＯＦ）によって硬質粒子を高速で基材表
面に衝突させ、この硬質粒子によるアンカー効果と基材
表面の圧縮残留応力によって物理的に皮膜を基材に対し
て被着させている。従って、基材と皮膜間の結合力が不
足して界面剥離を生じ易い上、マトリックス金属による
硬質粒子の結合も充分ではなく、硬質粒子単位での脱落
による摩耗現象が発生し、前記の多孔質に近い皮膜構造
と相まって充分な耐摩耗性を発揮できないという問題が
あった。
材料としてサーメット系材料を用いる場合、その皮膜は
溶融したマトリックス金属中に不溶の硬質粒子が高密度
で分散した形になるが、その皮膜形成に際して高速フレ
ーム溶射（ＨＶＯＦ）によって硬質粒子を高速で基材表
面に衝突させ、この硬質粒子によるアンカー効果と基材
表面の圧縮残留応力によって物理的に皮膜を基材に対し
て被着させている。従って、基材と皮膜間の結合力が不
足して界面剥離を生じ易い上、マトリックス金属による
硬質粒子の結合も充分ではなく、硬質粒子単位での脱落
による摩耗現象が発生し、前記の多孔質に近い皮膜構造
と相まって充分な耐摩耗性を発揮できないという問題が
あった。
【０００６】なお、従来より、プラズマ溶射皮膜の皮膜
特性を改善する手段として、形成された皮膜表面の気孔
部分に金属や樹脂等を化学的又は物理的操作によって充
填する方法や、溶射皮膜にレーザビームを照射すること
によってマトリックス金属を再溶融させる方法が提案さ
れている。しかるに、前者の充填方法では、煩雑な操作
を要する工程が加わってコスト上昇を招く上、気孔率は
低下するものの皮膜強度や基材に対する密着強度はさほ
ど向上しなかった。また後者の方法では、皮膜の緻密性
を高めて皮膜強度及び基材との密着強度を向上できる反
面、マトリックス金属の再溶融に伴う入熱によって基材
が劣化したり、基材表面部の溶融によって表面性等の皮
膜自体の品質も悪化する欠点があった。
特性を改善する手段として、形成された皮膜表面の気孔
部分に金属や樹脂等を化学的又は物理的操作によって充
填する方法や、溶射皮膜にレーザビームを照射すること
によってマトリックス金属を再溶融させる方法が提案さ
れている。しかるに、前者の充填方法では、煩雑な操作
を要する工程が加わってコスト上昇を招く上、気孔率は
低下するものの皮膜強度や基材に対する密着強度はさほ
ど向上しなかった。また後者の方法では、皮膜の緻密性
を高めて皮膜強度及び基材との密着強度を向上できる反
面、マトリックス金属の再溶融に伴う入熱によって基材
が劣化したり、基材表面部の溶融によって表面性等の皮
膜自体の品質も悪化する欠点があった。
【０００７】本発明は、上述の事情に鑑みて、サーメッ
ト材料の如き硬質粒子含有金属のプラズマ溶射による耐
摩耗性皮膜の形成において、溶滴粒子相互の融合性を高
めて皮膜中への気孔の混入を抑制すると共に、マトリッ
クス金属と硬質粒子との結合ならびに皮膜と基材表面と
の密着性を向上させ、もって緻密な連続層で皮膜自体の
強度と基材に対する密着強度に優れた耐摩耗性皮膜を形
成し得る手段を提供することを目的としている。
ト材料の如き硬質粒子含有金属のプラズマ溶射による耐
摩耗性皮膜の形成において、溶滴粒子相互の融合性を高
めて皮膜中への気孔の混入を抑制すると共に、マトリッ
クス金属と硬質粒子との結合ならびに皮膜と基材表面と
の密着性を向上させ、もって緻密な連続層で皮膜自体の
強度と基材に対する密着強度に優れた耐摩耗性皮膜を形
成し得る手段を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するために、まず従来のプラズマ溶射法による皮
膜の問題点について検討した結果、溶射された溶滴粒子
の表面部に飛散中の冷却や酸化によって固化膜を生じる
ため、溶滴粒子が相互に融合せずに気孔を巻き込んだ状
態で基材表面に積み重なって緻密性に欠ける皮膜構造と
なり、しかも溶滴粒子が低温の基材表面に着床した際に
も冷却が更に進行するため、皮膜の密着性が不充分にな
り、またサーメット系材料では溶滴粒子中の溶融金属と
不溶の硬質粒子との界面にも気孔が入り込むことが判明
した。なお、上記の酸化は不活性ガスの減圧雰囲気中で
溶射することで防止できるが、冷却については雰囲気全
体を超高温に設定しない限りは不可避である。
を達成するために、まず従来のプラズマ溶射法による皮
膜の問題点について検討した結果、溶射された溶滴粒子
の表面部に飛散中の冷却や酸化によって固化膜を生じる
ため、溶滴粒子が相互に融合せずに気孔を巻き込んだ状
態で基材表面に積み重なって緻密性に欠ける皮膜構造と
なり、しかも溶滴粒子が低温の基材表面に着床した際に
も冷却が更に進行するため、皮膜の密着性が不充分にな
り、またサーメット系材料では溶滴粒子中の溶融金属と
不溶の硬質粒子との界面にも気孔が入り込むことが判明
した。なお、上記の酸化は不活性ガスの減圧雰囲気中で
溶射することで防止できるが、冷却については雰囲気全
体を超高温に設定しない限りは不可避である。
【０００９】そこで、本発明者らは、プラズマ溶射され
た溶滴粒子の相互間、溶滴粒子と基材表面との間、マト
リックス金属と硬質粒子との間、の各々の結合力を高め
る手段について鋭意検討を重ねた結果、プラズマ溶射を
行う際、その溶射領域に同時にレーザビームを照射する
方法、つまりプラズマ・レーザ複合溶射が非常に有効な
手段になり得ることを見出し、本発明をなすに至った。
た溶滴粒子の相互間、溶滴粒子と基材表面との間、マト
リックス金属と硬質粒子との間、の各々の結合力を高め
る手段について鋭意検討を重ねた結果、プラズマ溶射を
行う際、その溶射領域に同時にレーザビームを照射する
方法、つまりプラズマ・レーザ複合溶射が非常に有効な
手段になり得ることを見出し、本発明をなすに至った。
【００１０】本発明の請求項１に係る耐摩耗性皮膜の成
形方法は、基材表面に硬質粒子含有金属をプラズマ溶射
により吹き付けて耐摩耗性皮膜を形成するに当たり、こ
の吹き付けと同時に基材表面の吹付け位置にレーザービ
ームを照射することを特徴とするものである。すなわ
ち、既述した従来のレーザ照射による改善手段では後処
理として形成皮膜全体を再溶融させるために問題を生じ
ることになるが、本発明のように溶滴粒子が基材表面に
着床する領域にレーザビームを照射すれば、着床直前に
溶滴粒子を瞬時に加熱して表面部の固化膜を溶解させる
から、溶滴粒子相互が融合して連続した溶融層を形成
し、この溶融層中に硬質粒子が均一に分散した状態とな
る上、気体の巻き込みを生じにくく、巻き込まれた気体
もレーザビームの照射域から外れるまでの間に溶融層か
ら抜け出し易く、もって溶滴粒子と基材表面あるいは先
に形成されている皮膜表面が完全に密着し、マトリック
ス金属と硬質粒子も完全に密着することになる。しか
も、レーザビームは、上記の固化膜を溶解できる程度の
低いエネルギー密度でよいから、基材表面や先行皮膜の
溶融を回避できる。
形方法は、基材表面に硬質粒子含有金属をプラズマ溶射
により吹き付けて耐摩耗性皮膜を形成するに当たり、こ
の吹き付けと同時に基材表面の吹付け位置にレーザービ
ームを照射することを特徴とするものである。すなわ
ち、既述した従来のレーザ照射による改善手段では後処
理として形成皮膜全体を再溶融させるために問題を生じ
ることになるが、本発明のように溶滴粒子が基材表面に
着床する領域にレーザビームを照射すれば、着床直前に
溶滴粒子を瞬時に加熱して表面部の固化膜を溶解させる
から、溶滴粒子相互が融合して連続した溶融層を形成
し、この溶融層中に硬質粒子が均一に分散した状態とな
る上、気体の巻き込みを生じにくく、巻き込まれた気体
もレーザビームの照射域から外れるまでの間に溶融層か
ら抜け出し易く、もって溶滴粒子と基材表面あるいは先
に形成されている皮膜表面が完全に密着し、マトリック
ス金属と硬質粒子も完全に密着することになる。しか
も、レーザビームは、上記の固化膜を溶解できる程度の
低いエネルギー密度でよいから、基材表面や先行皮膜の
溶融を回避できる。
【００１１】しかして、請求項２の発明では、上記請求
項１の耐摩耗性皮膜の成形方法における硬質粒子含有金
属がサーメット材料である構成としているから、特に高
い耐摩耗性を有する皮膜を入手容易な材料を用いて形成
できる。また、請求項３の発明では、上記請求項１又は
２の耐摩耗性皮膜の成形方法において、１．６％以下の
気孔率とビッカース硬度でＨｖ１２００以上の皮膜硬さ
を有する耐摩耗性皮膜を形成するようにしているから、
この形成皮膜は、皮膜損傷を生じにくく耐久性に優れ、
条件的に苛酷な用途にも充分に供し得るものとなる。
項１の耐摩耗性皮膜の成形方法における硬質粒子含有金
属がサーメット材料である構成としているから、特に高
い耐摩耗性を有する皮膜を入手容易な材料を用いて形成
できる。また、請求項３の発明では、上記請求項１又は
２の耐摩耗性皮膜の成形方法において、１．６％以下の
気孔率とビッカース硬度でＨｖ１２００以上の皮膜硬さ
を有する耐摩耗性皮膜を形成するようにしているから、
この形成皮膜は、皮膜損傷を生じにくく耐久性に優れ、
条件的に苛酷な用途にも充分に供し得るものとなる。
【００１２】一方、本発明の請求項４に係る耐摩耗性皮
膜の成形装置は、硬質粒子含有金属を溶射するプラズマ
溶射手段と、レーザービームを照射するレーザ照射手段
と、これら両手段による溶射及び照射を基材表面の同じ
領域に対して同時に行わせる制御手段と、この溶射及び
照射の位置を基材表面上で移動させる変位手段とを具備
してなるから、上記請求項１〜３の皮膜形成方法を支障
なく適用して、既述の優れた耐摩耗性皮膜を容易に形成
可能である。
膜の成形装置は、硬質粒子含有金属を溶射するプラズマ
溶射手段と、レーザービームを照射するレーザ照射手段
と、これら両手段による溶射及び照射を基材表面の同じ
領域に対して同時に行わせる制御手段と、この溶射及び
照射の位置を基材表面上で移動させる変位手段とを具備
してなるから、上記請求項１〜３の皮膜形成方法を支障
なく適用して、既述の優れた耐摩耗性皮膜を容易に形成
可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係る耐摩耗性皮膜
の成形方法を示す模式図である。図において、Ｗはステ
ンレス鋼板等よりなる基材であり、この基材Ｗを図示矢
印Ａのように移動させつつ、その表面に硬質粒子含有金
属をプラズマ溶射Ｐによって連続的に溶射することによ
り、硬質粒子含有金属層からなる耐摩耗性皮膜Ｍが形成
されてゆくが、この溶射領域ＺにはレーザビームＬを同
時照射している。この耐摩耗性皮膜Ｍは、上記のプラズ
マ・レーザ複合溶射を複数回にわたって重ねて行うこと
により、所要の膜厚に設定する。なお、プラズマ溶射Ｐ
とレーザビームＬは溶射領域Ｚで重ねるために軸線が垂
直線ｓに対して角度α，βだけ傾かせているが、これら
傾き角は任意に設定できる。
の成形方法を示す模式図である。図において、Ｗはステ
ンレス鋼板等よりなる基材であり、この基材Ｗを図示矢
印Ａのように移動させつつ、その表面に硬質粒子含有金
属をプラズマ溶射Ｐによって連続的に溶射することによ
り、硬質粒子含有金属層からなる耐摩耗性皮膜Ｍが形成
されてゆくが、この溶射領域ＺにはレーザビームＬを同
時照射している。この耐摩耗性皮膜Ｍは、上記のプラズ
マ・レーザ複合溶射を複数回にわたって重ねて行うこと
により、所要の膜厚に設定する。なお、プラズマ溶射Ｐ
とレーザビームＬは溶射領域Ｚで重ねるために軸線が垂
直線ｓに対して角度α，βだけ傾かせているが、これら
傾き角は任意に設定できる。
【００１４】上記の方法によれば、溶射される硬質粒子
含有金属の溶滴粒子は、飛散中の冷却や酸化（大気中で
の溶射の場合）によって表面部に固化膜を生じるが、こ
の固化膜が溶射領域Ｚに照射されるレーザビームＬによ
って基材Ｗへの着床直前に瞬時に融解するため、着床し
た溶滴粒子は相互に融合して連続した溶融層を形成し、
この溶融層中に硬質粒子が均一に分散した状態になると
共に、気体の巻き込みが少なくなり、巻き込んだ気体も
溶射領域ＺつまりレーザビームＬの照射域から外れるま
での間に溶融層から容易に抜け出すから、溶滴粒子と基
材表面あるいは先に形成されている皮膜表面とが完全に
密着する。
含有金属の溶滴粒子は、飛散中の冷却や酸化（大気中で
の溶射の場合）によって表面部に固化膜を生じるが、こ
の固化膜が溶射領域Ｚに照射されるレーザビームＬによ
って基材Ｗへの着床直前に瞬時に融解するため、着床し
た溶滴粒子は相互に融合して連続した溶融層を形成し、
この溶融層中に硬質粒子が均一に分散した状態になると
共に、気体の巻き込みが少なくなり、巻き込んだ気体も
溶射領域ＺつまりレーザビームＬの照射域から外れるま
での間に溶融層から容易に抜け出すから、溶滴粒子と基
材表面あるいは先に形成されている皮膜表面とが完全に
密着する。
【００１５】従って、形成された耐久性皮膜Ｍは、気孔
率が非常に低い緻密な連続層をなし、皮膜強度及び基材
に対する密着強度が大きく、しかも硬質粒子が均一な分
散状態にあることにより、優れた耐摩耗性を発揮するも
のとなる。しかして、レーザビームＬは上記の溶滴粒子
の固化膜を溶解できる程度の低いエネルギー密度に設定
すればよく、これによって基材Ｗの表面の溶融や先に形
成されている皮膜Ｍの再溶融を回避できるから、表面性
等の皮膜品質も良好なものとなし得る。
率が非常に低い緻密な連続層をなし、皮膜強度及び基材
に対する密着強度が大きく、しかも硬質粒子が均一な分
散状態にあることにより、優れた耐摩耗性を発揮するも
のとなる。しかして、レーザビームＬは上記の溶滴粒子
の固化膜を溶解できる程度の低いエネルギー密度に設定
すればよく、これによって基材Ｗの表面の溶融や先に形
成されている皮膜Ｍの再溶融を回避できるから、表面性
等の皮膜品質も良好なものとなし得る。
【００１６】本発明において溶射材料として使用する硬
質粒子含有金属の種類は、特に制約はないが、とりわけ
サーメット材料は市販品として入手容易で且つ良好な耐
摩耗性皮膜を形成できることから特に好適である。な
お、このサーメット材料としては、例えばＷＣ−Ｃｏ
系、ＷＣ−Ｓ６（自溶合金）系、Ｃｒ3 Ｃ2 −ＮｉＣｒ
系、ＴｉＣ−Ｎｉ系等、高硬度の炭化物粒子と比較的少
量の金属とからなるものが特に推奨される。
質粒子含有金属の種類は、特に制約はないが、とりわけ
サーメット材料は市販品として入手容易で且つ良好な耐
摩耗性皮膜を形成できることから特に好適である。な
お、このサーメット材料としては、例えばＷＣ−Ｃｏ
系、ＷＣ−Ｓ６（自溶合金）系、Ｃｒ3 Ｃ2 −ＮｉＣｒ
系、ＴｉＣ−Ｎｉ系等、高硬度の炭化物粒子と比較的少
量の金属とからなるものが特に推奨される。
【００１７】なお、このプラズマ・レーザ複合溶射で
は、例えば上記の炭化物粒子の如き硬質粒子の熱分解の
問題に対し、溶射入熱の低減によって該熱分解を抑制
し、基材Ｍ表面への着床時のレーザビーム照射によって
皮膜形成を健全化することができ、これも本発明の大き
な利点である。
は、例えば上記の炭化物粒子の如き硬質粒子の熱分解の
問題に対し、溶射入熱の低減によって該熱分解を抑制
し、基材Ｍ表面への着床時のレーザビーム照射によって
皮膜形成を健全化することができ、これも本発明の大き
な利点である。
【００１８】本発明においてはプラズマ溶射を大気中で
行うことも可能であるが、より好ましくはアルゴン、窒
素、ヘリウム等の不活性（非酸化性）ガスで置換した減
圧雰囲気中で行うのがよい。このプラズマ溶射のための
装置構成、レーザビームＬを発生させるレーザ発振器の
種類や発振方式等については、特に制約はない。また、
基材Ｗの表面上での溶射領域Ｚの更新移動は、上記のよ
うに基材Ｗ側を移動させる代わりに、プラズマ溶射Ｐ及
びレーザビームＬの出射装置側を移動させたり、この出
射装置側の移動と基材Ｗ側の移動との組合せによって行
うようにしてもよい。なお、この更新移動速度と照射面
でのレーザエネルギー密度は、硬質粒子含有金属の種類
と溶射量、基材Ｗの材質等に応じた適性範囲、つまり溶
滴粒子の前記固化膜を溶解でき、且つ基材Ｗに対する熱
的悪影響や溶融ならびに先行形成されている下地の耐摩
耗性皮膜Ｍの再溶融を生じない範囲に設定される。
行うことも可能であるが、より好ましくはアルゴン、窒
素、ヘリウム等の不活性（非酸化性）ガスで置換した減
圧雰囲気中で行うのがよい。このプラズマ溶射のための
装置構成、レーザビームＬを発生させるレーザ発振器の
種類や発振方式等については、特に制約はない。また、
基材Ｗの表面上での溶射領域Ｚの更新移動は、上記のよ
うに基材Ｗ側を移動させる代わりに、プラズマ溶射Ｐ及
びレーザビームＬの出射装置側を移動させたり、この出
射装置側の移動と基材Ｗ側の移動との組合せによって行
うようにしてもよい。なお、この更新移動速度と照射面
でのレーザエネルギー密度は、硬質粒子含有金属の種類
と溶射量、基材Ｗの材質等に応じた適性範囲、つまり溶
滴粒子の前記固化膜を溶解でき、且つ基材Ｗに対する熱
的悪影響や溶融ならびに先行形成されている下地の耐摩
耗性皮膜Ｍの再溶融を生じない範囲に設定される。
【００１９】図２は、本発明の耐摩耗性皮膜の形成方法
を適用するプラズマ・レーザ複合溶射装置の構成例を示
す。この図２において、１は減圧チャンバーであり、密
閉状態として内部の雰囲気を前記不活性（非酸化性）ガ
スで置換し、外部に付設された真空ポンプ２によって所
要の真空度に設定できるようになっている。そして、こ
の減圧チャンバー１内には、台車３上に多関節ロボット
４とワーク支持台５とを搭載した溶射装置ユニット６が
収容されている。
を適用するプラズマ・レーザ複合溶射装置の構成例を示
す。この図２において、１は減圧チャンバーであり、密
閉状態として内部の雰囲気を前記不活性（非酸化性）ガ
スで置換し、外部に付設された真空ポンプ２によって所
要の真空度に設定できるようになっている。そして、こ
の減圧チャンバー１内には、台車３上に多関節ロボット
４とワーク支持台５とを搭載した溶射装置ユニット６が
収容されている。
【００２０】この溶射装置ユニット６の多関節ロボット
４は、台車３に固定された摺動基台７上に水平摺動自在
に載置されると共に、その垂直面内揺動自在なアーム４
ａの先端部にプラズマガン８とレーザガン９とが取付け
られており、レーザガン９には外部に設置されたＹＡＧ
レーザ装置１０より出射されるレーザ光が光ファイバー
１１を介して伝送されるようになっている。また、ワー
ク支持台５は、下部の回転テーブル５ａ上に加工テーブ
ル５ｂが設置され、この加工テーブル５ｂの前面に被加
工物である基材Ｗを取り付けるようになっている。そし
て、プラズマガン８とレーザガン９の向きは、プラズマ
溶射領域とレーザビーム照射領域とが基材Ｗの表面で重
なるように設定されている。１２は制御装置であり、多
関節ロボット４の水平移動及びアーム４ａの垂直面内揺
動、レーザ装置１０のオン・オフ及び出力調整、プラズ
マガン８によるプラズマ溶射Ｐの出射・停止、レーザガ
ン９によるレーザビームＬの出射・停止、真空ポンプ２
のオン・オフ等、プラズマ・レーザ複合溶射に必要な各
部の作動制御を司る。
４は、台車３に固定された摺動基台７上に水平摺動自在
に載置されると共に、その垂直面内揺動自在なアーム４
ａの先端部にプラズマガン８とレーザガン９とが取付け
られており、レーザガン９には外部に設置されたＹＡＧ
レーザ装置１０より出射されるレーザ光が光ファイバー
１１を介して伝送されるようになっている。また、ワー
ク支持台５は、下部の回転テーブル５ａ上に加工テーブ
ル５ｂが設置され、この加工テーブル５ｂの前面に被加
工物である基材Ｗを取り付けるようになっている。そし
て、プラズマガン８とレーザガン９の向きは、プラズマ
溶射領域とレーザビーム照射領域とが基材Ｗの表面で重
なるように設定されている。１２は制御装置であり、多
関節ロボット４の水平移動及びアーム４ａの垂直面内揺
動、レーザ装置１０のオン・オフ及び出力調整、プラズ
マガン８によるプラズマ溶射Ｐの出射・停止、レーザガ
ン９によるレーザビームＬの出射・停止、真空ポンプ２
のオン・オフ等、プラズマ・レーザ複合溶射に必要な各
部の作動制御を司る。
【００２１】上記構成のプラズマ・レーザ複合溶射装置
においては、前記不活性ガスで置換した減圧チャンバー
２内を所定の真空度に減圧した状態で、多関節ロボット
４の水平移動とアーム４ａの垂直面内揺動とによって溶
射領域を更新移動させつつ、基材Ｗの表面にプラズマガ
ン８より硬質粒子含有金属のプラズマ溶射Ｐを行うと同
時に、その溶射領域にレーザガン９よりレーザビームＬ
を適性なエネルギー密度で照射することにより、基材Ｗ
の表面に硬質粒子含有金属層からなる耐摩耗性皮膜を形
成する。かくして形成された耐摩耗性皮膜は、既述のよ
うに、気孔率が非常に低い緻密な連続層をなし、皮膜強
度及び基材に対する被着強度が大きく、且つ硬質粒子が
マトリックス金属に密着した状態で均一に分散してお
り、優れた耐摩耗性を発揮し得るものとなる。
においては、前記不活性ガスで置換した減圧チャンバー
２内を所定の真空度に減圧した状態で、多関節ロボット
４の水平移動とアーム４ａの垂直面内揺動とによって溶
射領域を更新移動させつつ、基材Ｗの表面にプラズマガ
ン８より硬質粒子含有金属のプラズマ溶射Ｐを行うと同
時に、その溶射領域にレーザガン９よりレーザビームＬ
を適性なエネルギー密度で照射することにより、基材Ｗ
の表面に硬質粒子含有金属層からなる耐摩耗性皮膜を形
成する。かくして形成された耐摩耗性皮膜は、既述のよ
うに、気孔率が非常に低い緻密な連続層をなし、皮膜強
度及び基材に対する被着強度が大きく、且つ硬質粒子が
マトリックス金属に密着した状態で均一に分散してお
り、優れた耐摩耗性を発揮し得るものとなる。
【００２２】なお、このようなプラズマ・レーザ複合溶
射による作用効果は、耐摩耗性以外に耐食性、耐熱性、
電気伝導特性等を付与する場合にも活用でき、また材料
的観点からも硬質粒子含有金属に留まらず金属、合金、
セラミック等を溶射材料とした皮膜形成にも適用可能で
あることを示唆している。
射による作用効果は、耐摩耗性以外に耐食性、耐熱性、
電気伝導特性等を付与する場合にも活用でき、また材料
的観点からも硬質粒子含有金属に留まらず金属、合金、
セラミック等を溶射材料とした皮膜形成にも適用可能で
あることを示唆している。
【００２３】
サーメット材料Ａ…ＷＣ−１２Ｃｏ（ＷＣ／Ｃｏの重量
比８８／１２） サーメット材料Ｂ…ＷＣ−１２Ｓ６（ＷＣ／Ｓ６の重量
比８８／１２、Ｓ６＝重量百分率でＣ0.97、Ｓｉ4.48、
Ｃｒ16.81 、Ｆｅ3.87、Ｂ3.35、残余Ｎｉの自溶合金） 〔基 材〕冷延鋼板ＳＰＣＣ（５０×６０×１０t ｍ
ｍ）を脱脂後、皮膜形成表面をアルミナ（＃２４）でブ
ラスト処理したもの。
比８８／１２） サーメット材料Ｂ…ＷＣ−１２Ｓ６（ＷＣ／Ｓ６の重量
比８８／１２、Ｓ６＝重量百分率でＣ0.97、Ｓｉ4.48、
Ｃｒ16.81 、Ｆｅ3.87、Ｂ3.35、残余Ｎｉの自溶合金） 〔基 材〕冷延鋼板ＳＰＣＣ（５０×６０×１０t ｍ
ｍ）を脱脂後、皮膜形成表面をアルミナ（＃２４）でブ
ラスト処理したもの。
【００２４】実施例１ 図２の構成のプラズマ・レーザ複合溶射装置を用い、そ
の減圧チャンバー１内を１００ＴｏｒｒのＡｒガス減圧
雰囲気とし、多関節ロボット４の水平移動とアーム４ａ
の垂直面内揺動とによって溶射領域を速度５０ｍｍ／
秒、ピッチ４ｍｍで更新移動させつつ、下記のプラズマ
溶射条件及びレーザビーム照射条件において、ワーク支
持台５に取り付けた基材Ｗの表面に、プラズマガン８に
よるサーメット材料Ａのプラズマ溶射Ｐとレーザガン９
によるレーザビームＬの照射とを同時に行うことより、
厚さ１８０μｍの耐摩耗性皮膜Ｍ１を形成した。なお、
この皮膜形成は、レーザ出力が１．０〜４．０ＫＷの範
囲で異なる各条件において、同様にして複数の基材に対
して行った。
の減圧チャンバー１内を１００ＴｏｒｒのＡｒガス減圧
雰囲気とし、多関節ロボット４の水平移動とアーム４ａ
の垂直面内揺動とによって溶射領域を速度５０ｍｍ／
秒、ピッチ４ｍｍで更新移動させつつ、下記のプラズマ
溶射条件及びレーザビーム照射条件において、ワーク支
持台５に取り付けた基材Ｗの表面に、プラズマガン８に
よるサーメット材料Ａのプラズマ溶射Ｐとレーザガン９
によるレーザビームＬの照射とを同時に行うことより、
厚さ１８０μｍの耐摩耗性皮膜Ｍ１を形成した。なお、
この皮膜形成は、レーザ出力が１．０〜４．０ＫＷの範
囲で異なる各条件において、同様にして複数の基材に対
して行った。
【００２５】 〔プラズマ溶射条件〕 プラズマ出力（電流−電圧）・・・・・６００Ａ−５２Ｖ メインガス（Ａｒ）送給量 ・・・・・６０リットル／分 アシストガス（Ｎ2 ）送給量・・・・・・５リットル／分 溶射距離 ・・・・・・・・１５０ｍｍ 粉末送給ガス量 ・・・・・・５リットル／分 粉末供給量（円盤回転数） ・・・・・・・１．０ｒｐｍ 〔レーザビーム照射条件〕 レーザ波形 ・・・・・・・・・連続波形 レーザ出力 ・・・・１．０〜４．０ＫＷ 焦点外し量 ・・・・・・・・・±０ｍｍ コリメータレンズ移動量 ＋８〜＋２０ｍｍ
【００２６】比較例１ レーザビームＬの照射を行わず、プラズマ溶射Ｐのみで
溶射領域の移動速度を２５０ｍｍ／秒とした以外は、実
施例１と同様にして耐摩耗性皮膜Ｃ１を形成した。
溶射領域の移動速度を２５０ｍｍ／秒とした以外は、実
施例１と同様にして耐摩耗性皮膜Ｃ１を形成した。
【００２７】実施例２ 硬質粒子含有金属としてサーメット材料Ｂを使用すると
共に、形成皮膜厚を１４０μｍとした以外は、実施例１
と同様にして耐摩耗性皮膜Ｍ２を形成した。
共に、形成皮膜厚を１４０μｍとした以外は、実施例１
と同様にして耐摩耗性皮膜Ｍ２を形成した。
【００２８】比較例２ 溶射材料としてサーメット材料Ｂを使用すると共に、形
成皮膜厚を１４０μｍとした以外は、比較例１と同様に
して耐摩耗性皮膜Ｃ２を形成した。
成皮膜厚を１４０μｍとした以外は、比較例１と同様に
して耐摩耗性皮膜Ｃ２を形成した。
【００２９】〔気孔率と硬さ〕前記実施例１，２で形成
した耐摩耗性皮膜Ｍ１，Ｍ２の気孔率とビッカース硬度
を測定した。その結果について、気孔率とレーザ出力と
の関係を皮膜Ｍ１については図３に、同じく皮膜Ｍ２に
ついては図４にそれぞれ示すと共に、ビッカース硬度と
レーザ出力との関係を皮膜Ｍ１については図５に、同じ
く皮膜Ｍ２については図６にそれぞれ示す。なお、これ
ら図には、比較のために同じサーメット材料を用いた比
較例の耐摩耗性皮膜Ｃ１，Ｃ２の測定値についても付記
した。
した耐摩耗性皮膜Ｍ１，Ｍ２の気孔率とビッカース硬度
を測定した。その結果について、気孔率とレーザ出力と
の関係を皮膜Ｍ１については図３に、同じく皮膜Ｍ２に
ついては図４にそれぞれ示すと共に、ビッカース硬度と
レーザ出力との関係を皮膜Ｍ１については図５に、同じ
く皮膜Ｍ２については図６にそれぞれ示す。なお、これ
ら図には、比較のために同じサーメット材料を用いた比
較例の耐摩耗性皮膜Ｃ１，Ｃ２の測定値についても付記
した。
【００３０】図３及び図５より、溶射材料としてサーメ
ット材料Ａ（ＷＣ−１２Ｃｏ）を用いてプラズマ・レー
ザ複合溶射により形成した耐摩耗性皮膜Ｍ１では、気孔
率がレーザ出力の増大に伴って０．１％にまで低下して
おり、また皮膜硬さはレーザ出力３ＫＷで最高Ｈｖ１３
４０となり、４ＫＷでは低下に転じている。この皮膜硬
さの低下は、皮膜の断面組織の観察によると、基材金属
による希釈等でＷＣの共析比率が低下することに起因し
ている。一方、図４及び図６より、サーメット材料Ｂ
（ＷＣ−１２Ｓ６）を用いて同様の複合溶射により形成
した耐摩耗性皮膜Ｍ２では、気孔率はレーザ出力２ＫＷ
で０．４％まで低下するが、これよりレーザ出力が増大
するに伴って上昇する傾向が見られ、皮膜硬さもレーザ
出力２〜３ＫＷでＨｖ１４００以上に達し、４ＫＷでは
低下しているが、断面組織の観察では皮膜Ｍ１で見られ
たＷＣの共析組織は認められなかった。
ット材料Ａ（ＷＣ−１２Ｃｏ）を用いてプラズマ・レー
ザ複合溶射により形成した耐摩耗性皮膜Ｍ１では、気孔
率がレーザ出力の増大に伴って０．１％にまで低下して
おり、また皮膜硬さはレーザ出力３ＫＷで最高Ｈｖ１３
４０となり、４ＫＷでは低下に転じている。この皮膜硬
さの低下は、皮膜の断面組織の観察によると、基材金属
による希釈等でＷＣの共析比率が低下することに起因し
ている。一方、図４及び図６より、サーメット材料Ｂ
（ＷＣ−１２Ｓ６）を用いて同様の複合溶射により形成
した耐摩耗性皮膜Ｍ２では、気孔率はレーザ出力２ＫＷ
で０．４％まで低下するが、これよりレーザ出力が増大
するに伴って上昇する傾向が見られ、皮膜硬さもレーザ
出力２〜３ＫＷでＨｖ１４００以上に達し、４ＫＷでは
低下しているが、断面組織の観察では皮膜Ｍ１で見られ
たＷＣの共析組織は認められなかった。
【００３１】このように、レーザ出力の変化による皮膜
の緻密化挙動や硬さの変動傾向が溶射材料の種類によっ
て異なるため、レーザ出力等の施工条件による耐摩耗性
の良否判断は難しいが、皮膜の緻密性と硬さは耐摩耗性
に直結する因子であるため、気孔率と皮膜硬さを耐摩耗
性評価の指標として用いることができる。因に、図３〜
図６より、プラズマ・レーザ複合溶射による形成皮膜Ｍ
１，Ｍ２の気孔率と硬さは、プラズマ溶射のみによる皮
膜Ｃ１，Ｃ２よりも格段に向上しているから、皮膜Ｍ
１，Ｍ２は皮膜Ｃ１，Ｃ２に比較して耐摩耗性に非常に
優れることが明らかにある。
の緻密化挙動や硬さの変動傾向が溶射材料の種類によっ
て異なるため、レーザ出力等の施工条件による耐摩耗性
の良否判断は難しいが、皮膜の緻密性と硬さは耐摩耗性
に直結する因子であるため、気孔率と皮膜硬さを耐摩耗
性評価の指標として用いることができる。因に、図３〜
図６より、プラズマ・レーザ複合溶射による形成皮膜Ｍ
１，Ｍ２の気孔率と硬さは、プラズマ溶射のみによる皮
膜Ｃ１，Ｃ２よりも格段に向上しているから、皮膜Ｍ
１，Ｍ２は皮膜Ｃ１，Ｃ２に比較して耐摩耗性に非常に
優れることが明らかにある。
【００３２】〔往復摩耗試験〕前記実施例１，２で形成
した耐摩耗性皮膜Ｍ１，Ｍ２について、往復摩耗試験を
行った。この試験は、スガ式摩耗試験機（ＮＵＳ−ＩＳ
Ｏ−３型…室温用）を用い、図７に示すように、ＳｉＣ
砥粒を塗着した摩耗紙（粗さ＃３２０）を周面（幅６ｍ
ｍ）に張りつけた回転輪２１に、往復台（図示省略）に
取り付けた試験片２２（皮膜形成基材）を上から１５０
０ｇｆの圧力で接触させて速度４０ｄｓ／分，ストロー
ク１０ｍｍで往復させると共に、その一往復の間に回転
輪２１が角度０．９ｄｅｇ／ｄｓだけ回転するように設
定し、４８００往復させたのち、試験片表面の摩耗痕深
さを測定するようにした。この測定された摩耗深さとレ
ーザ出力との関係を実施例１の皮膜形成基材については
図８に、同じく実施例２の皮膜形成基材については図９
にそれぞれ示す。なお、これら図には、比較例１，２の
耐摩耗性皮膜Ｃ１，Ｃ２の測定値を付記すると共に、従
来の溶射皮膜の耐摩耗レベル（摩耗痕深さ１０．０μ
ｍ）を横方向の直線で示した。
した耐摩耗性皮膜Ｍ１，Ｍ２について、往復摩耗試験を
行った。この試験は、スガ式摩耗試験機（ＮＵＳ−ＩＳ
Ｏ−３型…室温用）を用い、図７に示すように、ＳｉＣ
砥粒を塗着した摩耗紙（粗さ＃３２０）を周面（幅６ｍ
ｍ）に張りつけた回転輪２１に、往復台（図示省略）に
取り付けた試験片２２（皮膜形成基材）を上から１５０
０ｇｆの圧力で接触させて速度４０ｄｓ／分，ストロー
ク１０ｍｍで往復させると共に、その一往復の間に回転
輪２１が角度０．９ｄｅｇ／ｄｓだけ回転するように設
定し、４８００往復させたのち、試験片表面の摩耗痕深
さを測定するようにした。この測定された摩耗深さとレ
ーザ出力との関係を実施例１の皮膜形成基材については
図８に、同じく実施例２の皮膜形成基材については図９
にそれぞれ示す。なお、これら図には、比較例１，２の
耐摩耗性皮膜Ｃ１，Ｃ２の測定値を付記すると共に、従
来の溶射皮膜の耐摩耗レベル（摩耗痕深さ１０．０μ
ｍ）を横方向の直線で示した。
【００３３】このような往復摩耗試験では、ある一定硬
さを有する硬質粒子（ここではＳｉＣ）に対する耐摩耗
性皮膜の相対的な耐摩耗性を比較検討できる。しかし
て、図８によれば、サーメット材料Ａを用いてプラズマ
・レーザ複合溶射により形成される耐摩耗性皮膜Ｍ１の
耐摩耗性は、レーザ出力の増大に伴って向上し、３ＫＷ
で最大となり、それ以上の出力では低下する傾向を示す
が、該出力が３ＫＷ近辺での溶射によれば従来の溶射皮
膜の耐摩耗レベルを大きく上回ることが判る。また図９
より、サーメット材料Ｂを用いて同様の複合溶射により
形成される耐摩耗性皮膜Ｍ２では、レーザ出力が１〜４
ＫＷにわたる全ての領域での溶射により、従来の溶射皮
膜の耐摩耗レベルを越える耐摩耗性を具備するものとな
ることが明らかである。
さを有する硬質粒子（ここではＳｉＣ）に対する耐摩耗
性皮膜の相対的な耐摩耗性を比較検討できる。しかし
て、図８によれば、サーメット材料Ａを用いてプラズマ
・レーザ複合溶射により形成される耐摩耗性皮膜Ｍ１の
耐摩耗性は、レーザ出力の増大に伴って向上し、３ＫＷ
で最大となり、それ以上の出力では低下する傾向を示す
が、該出力が３ＫＷ近辺での溶射によれば従来の溶射皮
膜の耐摩耗レベルを大きく上回ることが判る。また図９
より、サーメット材料Ｂを用いて同様の複合溶射により
形成される耐摩耗性皮膜Ｍ２では、レーザ出力が１〜４
ＫＷにわたる全ての領域での溶射により、従来の溶射皮
膜の耐摩耗レベルを越える耐摩耗性を具備するものとな
ることが明らかである。
【００３４】〔回転摩耗試験〕前記実施例１，２でレー
ザ出力が異なる条件で形成した各々の耐摩耗性皮膜Ｍ
１，Ｍ２、比較例１，２で形成した耐摩耗性皮膜Ｃ１，
Ｃ２、従来の溶射皮膜について、それぞれ回転摩耗試験
を行った。この試験は、大越式摩耗試験機（ＯＡＴ−Ｕ
型…室温用）を用い、図１０に示すように、Ｓ４５Ｃ製
の回転円盤２３（直径３０ｍｍ、幅３ｍｍ）に試験片２
２を６．２８ｋｇｆの摩擦荷重で押し当て、摩耗輪速度
（周速）０．２０９〜１．６５０ｍ／秒の範囲におい
て、摩擦距離（摩耗輪の円周長×回転数）２００ｍの摺
接を行った際の試験片２２の摩耗痕幅を測定するように
した。この測定された摩耗深さと摩耗輪速度との関係
を、サーメット材料Ａによる耐摩耗性皮膜Ｍ１，Ｃ１に
ついては図１１に、サーメット材料Ｂによる耐摩耗性皮
膜Ｍ２，Ｃ２については図１２に、それぞれ示す。な
お、これら図１１，１２中の曲線Ｍ１，Ｍ２に付記した
（１）〜（４）は、耐摩耗性皮膜Ｍ１，Ｍ２の複合溶射
による形成時のレーザ出力のＫＷ数を示す。また曲線Ｕ
は従来の溶射皮膜の耐摩耗性を示す。
ザ出力が異なる条件で形成した各々の耐摩耗性皮膜Ｍ
１，Ｍ２、比較例１，２で形成した耐摩耗性皮膜Ｃ１，
Ｃ２、従来の溶射皮膜について、それぞれ回転摩耗試験
を行った。この試験は、大越式摩耗試験機（ＯＡＴ−Ｕ
型…室温用）を用い、図１０に示すように、Ｓ４５Ｃ製
の回転円盤２３（直径３０ｍｍ、幅３ｍｍ）に試験片２
２を６．２８ｋｇｆの摩擦荷重で押し当て、摩耗輪速度
（周速）０．２０９〜１．６５０ｍ／秒の範囲におい
て、摩擦距離（摩耗輪の円周長×回転数）２００ｍの摺
接を行った際の試験片２２の摩耗痕幅を測定するように
した。この測定された摩耗深さと摩耗輪速度との関係
を、サーメット材料Ａによる耐摩耗性皮膜Ｍ１，Ｃ１に
ついては図１１に、サーメット材料Ｂによる耐摩耗性皮
膜Ｍ２，Ｃ２については図１２に、それぞれ示す。な
お、これら図１１，１２中の曲線Ｍ１，Ｍ２に付記した
（１）〜（４）は、耐摩耗性皮膜Ｍ１，Ｍ２の複合溶射
による形成時のレーザ出力のＫＷ数を示す。また曲線Ｕ
は従来の溶射皮膜の耐摩耗性を示す。
【００３５】このような回転摩耗試験では、前記の往復
摩耗とは異なった摩耗形態である摺動摩耗に対する耐摩
耗性について、摩耗痕幅つまり摩耗減量によって評価で
きる。しかして、図１１によれば、サーメット材料Ａを
用いてプラズマ・レーザ複合溶射により形成される耐摩
耗性皮膜Ｍ１の摩耗減量は、溶射時のレーザ出力の増大
に伴って減少し、特に該出力が２ＫＷを越える場合に著
しく減少する傾向を示す。そして、この出力が２ＫＷ以
上での複合溶射によれば、摺動摩耗に対する耐摩耗性が
従来の溶射皮膜に比較して格段に向上することが判る。
また図１２より、サーメット材料Ｂを用いた同様の複合
溶射による耐摩耗性皮膜Ｍ２は、溶射時のレーザ出力が
１ＫＷでは従来の溶射皮膜と同程度の摩耗減量である
が、同出力が２ＫＷ以上では著しく減少し、摩耗痕幅と
して従来の溶射皮膜の最高３割減となっている。
摩耗とは異なった摩耗形態である摺動摩耗に対する耐摩
耗性について、摩耗痕幅つまり摩耗減量によって評価で
きる。しかして、図１１によれば、サーメット材料Ａを
用いてプラズマ・レーザ複合溶射により形成される耐摩
耗性皮膜Ｍ１の摩耗減量は、溶射時のレーザ出力の増大
に伴って減少し、特に該出力が２ＫＷを越える場合に著
しく減少する傾向を示す。そして、この出力が２ＫＷ以
上での複合溶射によれば、摺動摩耗に対する耐摩耗性が
従来の溶射皮膜に比較して格段に向上することが判る。
また図１２より、サーメット材料Ｂを用いた同様の複合
溶射による耐摩耗性皮膜Ｍ２は、溶射時のレーザ出力が
１ＫＷでは従来の溶射皮膜と同程度の摩耗減量である
が、同出力が２ＫＷ以上では著しく減少し、摩耗痕幅と
して従来の溶射皮膜の最高３割減となっている。
【００３６】〔摩耗試験結果と皮膜の気孔率及び皮膜硬
さとの関係〕前記実施例１，２で形成した耐摩耗性皮膜
Ｍ１，Ｍ２（各４例）のそれぞれの気孔率と皮膜硬さと
の間には図１３に示すような関係が認められる。しかし
て、これらの皮膜Ｍ１，Ｍ２の内、既述の往復摩耗試験
及び回転摩耗試験にて従来の溶射皮膜よりも優れた耐摩
耗性を示したものは、図１３の斜線を施した領域、つま
り気孔率が１．６％以下で皮膜硬さがＨｖ１２００以上
を満足する領域に含まれていることから、優れた耐摩耗
性を発揮する上で、ある程度以上の皮膜の緻密性と硬さ
を必要とすることが判る。従って、本発明の耐摩耗性皮
膜の形成方法では、プラズマ・レーザ複合溶射に際し、
形成皮膜の気孔率が１．６％以下で皮膜硬さがＨｖ１２
００以上となるように、使用する硬質粒子含有金属の種
類に応じてレーザビーム照射条件を設定することが肝要
である。
さとの関係〕前記実施例１，２で形成した耐摩耗性皮膜
Ｍ１，Ｍ２（各４例）のそれぞれの気孔率と皮膜硬さと
の間には図１３に示すような関係が認められる。しかし
て、これらの皮膜Ｍ１，Ｍ２の内、既述の往復摩耗試験
及び回転摩耗試験にて従来の溶射皮膜よりも優れた耐摩
耗性を示したものは、図１３の斜線を施した領域、つま
り気孔率が１．６％以下で皮膜硬さがＨｖ１２００以上
を満足する領域に含まれていることから、優れた耐摩耗
性を発揮する上で、ある程度以上の皮膜の緻密性と硬さ
を必要とすることが判る。従って、本発明の耐摩耗性皮
膜の形成方法では、プラズマ・レーザ複合溶射に際し、
形成皮膜の気孔率が１．６％以下で皮膜硬さがＨｖ１２
００以上となるように、使用する硬質粒子含有金属の種
類に応じてレーザビーム照射条件を設定することが肝要
である。
【００３７】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、サーメット材
料の如き硬質粒子含有金属のプラズマ溶射による耐摩耗
性皮膜の形成において、基材表面のプラズマ溶射による
吹付け位置に同時にレーザービームを照射するプラズマ
・レーザ複合溶射を行うことから、緻密な連続層で皮膜
自体の強度と基材に対する密着強度に優れ、もって非常
に高い耐摩耗性を発揮し得る耐摩耗性皮膜を提供でき
る。
料の如き硬質粒子含有金属のプラズマ溶射による耐摩耗
性皮膜の形成において、基材表面のプラズマ溶射による
吹付け位置に同時にレーザービームを照射するプラズマ
・レーザ複合溶射を行うことから、緻密な連続層で皮膜
自体の強度と基材に対する密着強度に優れ、もって非常
に高い耐摩耗性を発揮し得る耐摩耗性皮膜を提供でき
る。
【００３８】請求項２の発明によれば、特に高い耐摩耗
性を有する上記の耐摩耗性皮膜を入手容易な材料を用い
て形成できるという利点がある。
性を有する上記の耐摩耗性皮膜を入手容易な材料を用い
て形成できるという利点がある。
【００３９】請求項３の発明によれば、上記の耐摩耗性
皮膜として、特に皮膜損傷を生じにくく耐久性に優れ、
条件的に苛酷な用途にも充分に供し得るものを形成でき
るという利点がある。
皮膜として、特に皮膜損傷を生じにくく耐久性に優れ、
条件的に苛酷な用途にも充分に供し得るものを形成でき
るという利点がある。
【００４０】請求項４の発明によれば、上記の耐摩耗性
皮膜の形成方法を支障なく適用して、既述の優れた耐摩
耗性皮膜を容易に形成可能とする装置が提供される。
皮膜の形成方法を支障なく適用して、既述の優れた耐摩
耗性皮膜を容易に形成可能とする装置が提供される。
【図１】 本発明に係る耐摩耗性皮膜の形成方法を示す
模式図である。
模式図である。
【図２】 同形成方法を適用するプラズマ・レーザ複合
溶射装置の構成例を示す概略縦断正面図である。
溶射装置の構成例を示す概略縦断正面図である。
【図３】 本発明の実施例１で形成した耐摩耗性皮膜の
気孔率と溶射時のレーザ出力との相関特性図である。
気孔率と溶射時のレーザ出力との相関特性図である。
【図４】 同実施例２で形成した耐摩耗性皮膜の気孔率
と溶射時のレーザ出力との相関特性図である。
と溶射時のレーザ出力との相関特性図である。
【図５】 同実施例１で形成した耐摩耗性皮膜のビッカ
ース硬度と溶射時のレーザ出力との相関特性図である。
ース硬度と溶射時のレーザ出力との相関特性図である。
【図６】 同実施例２で形成した耐摩耗性皮膜のビッカ
ース硬度と溶射時のレーザ出力との相関特性図である。
ース硬度と溶射時のレーザ出力との相関特性図である。
【図７】 往復摩耗試験方法を示す模式図である。
【図８】 前記実施例１で形成した耐摩耗性皮膜の往復
摩耗試験による摩耗痕深さと溶射時のレーザ出力との相
関特性図である。
摩耗試験による摩耗痕深さと溶射時のレーザ出力との相
関特性図である。
【図９】 前記実施例２で形成した耐摩耗性皮膜の往復
摩耗試験による摩耗痕深さと溶射時のレーザ出力との相
関特性図である。
摩耗試験による摩耗痕深さと溶射時のレーザ出力との相
関特性図である。
【図１０】 回転摩耗試験方法を示す模式図である。
【図１１】 前記実施例１及び比較例１で形成した耐摩
耗性皮膜の回転摩耗試験による摩耗痕深さと溶射時のレ
ーザ出力との相関特性図である。
耗性皮膜の回転摩耗試験による摩耗痕深さと溶射時のレ
ーザ出力との相関特性図である。
【図１２】 同実施例２及び比較例２で形成した耐摩耗
性皮膜の回転摩耗試験による摩耗痕深さと溶射時のレー
ザ出力との相関特性図である。
性皮膜の回転摩耗試験による摩耗痕深さと溶射時のレー
ザ出力との相関特性図である。
【図１３】 同実施例１及び実施例２で形成した耐摩耗
性皮膜の気孔率とビッカース硬度との相関特性図であ
る。
性皮膜の気孔率とビッカース硬度との相関特性図であ
る。
Ａ 移動方向 Ｌ レーザビーム Ｍ 耐摩耗性皮膜 Ｐ プラズマ溶射 Ｗ 基材 Ｚ 溶射領域（吹き付け位置） １ 減圧チャンバー ２ 真空ポンプ ４ 多関節ロボット ５ ワーク支持台 ６ 溶射装置ユニット ８ プラズマガン ９ レーザガン １０ レーザ装置 １１ 光ファイバー １２ 制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ２３Ｃ 4/06 Ｃ２３Ｃ 4/06 (72)発明者 大森 明 兵庫県尼崎市道意町７丁目１番８ 財団法 人近畿高エネルギー加工技術研究所内
Claims (4)
- 【請求項１】 基材表面に硬質粒子含有金属をプラズマ
溶射により吹き付けて耐摩耗性皮膜を形成するに当た
り、この吹き付けと同時に基材表面の吹付け位置にレー
ザービームを照射することを特徴とする耐摩耗性皮膜の
形成方法。 - 【請求項２】 硬質粒子含有金属がサーメット材料であ
る請求項１記載の耐摩耗性皮膜の形成方法。 - 【請求項３】 １．６％以下の気孔率とビッカース硬度
でＨｖ１２００以上の皮膜硬さを有する耐摩耗性皮膜を
形成する請求項１又は２に記載の耐摩耗性皮膜の形成方
法。 - 【請求項４】 硬質粒子含有金属を溶射するプラズマ溶
射手段と、レーザービームを照射するレーザ照射手段
と、これら両手段による溶射及び照射を基材表面の同じ
領域に対して同時に行わせる制御手段と、この溶射及び
照射の位置を基材表面上で移動させる変位手段とを具備
してなる耐摩耗性皮膜の形成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10106532A JPH11302819A (ja) | 1998-04-16 | 1998-04-16 | 耐摩耗性皮膜の形成方法及び形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10106532A JPH11302819A (ja) | 1998-04-16 | 1998-04-16 | 耐摩耗性皮膜の形成方法及び形成装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11302819A true JPH11302819A (ja) | 1999-11-02 |
Family
ID=14436013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10106532A Pending JPH11302819A (ja) | 1998-04-16 | 1998-04-16 | 耐摩耗性皮膜の形成方法及び形成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11302819A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020083418A (ko) * | 2001-04-27 | 2002-11-02 | 가부시기가이샤쯔바기모도체인 | 초내마모 체인 |
| JP2009090349A (ja) * | 2007-10-10 | 2009-04-30 | Hitachi Plant Technologies Ltd | 羽根車の溶接方法及び溶接装置 |
| US8119950B2 (en) | 2005-09-23 | 2012-02-21 | Fraunhofer Usa | Laser apparatus for hard surface coatings |
| JP2012233539A (ja) * | 2011-05-02 | 2012-11-29 | Nissan Motor Co Ltd | 転動体、転動体の製造方法及び動力伝達装置 |
| US10088236B2 (en) | 2014-10-02 | 2018-10-02 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Hearth roll and manufacturing method therefor |
| CN108950541A (zh) * | 2018-07-27 | 2018-12-07 | 南京工程学院 | 一种基于同步渐进剪切变形的激光熔覆耐磨板制备方法 |
-
1998
- 1998-04-16 JP JP10106532A patent/JPH11302819A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020083418A (ko) * | 2001-04-27 | 2002-11-02 | 가부시기가이샤쯔바기모도체인 | 초내마모 체인 |
| US8119950B2 (en) | 2005-09-23 | 2012-02-21 | Fraunhofer Usa | Laser apparatus for hard surface coatings |
| JP2009090349A (ja) * | 2007-10-10 | 2009-04-30 | Hitachi Plant Technologies Ltd | 羽根車の溶接方法及び溶接装置 |
| US8426766B2 (en) | 2007-10-10 | 2013-04-23 | Hitachi Plant Technologies, Ltd. | Welding method and welding apparatus for an impeller |
| JP2012233539A (ja) * | 2011-05-02 | 2012-11-29 | Nissan Motor Co Ltd | 転動体、転動体の製造方法及び動力伝達装置 |
| US10088236B2 (en) | 2014-10-02 | 2018-10-02 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Hearth roll and manufacturing method therefor |
| CN108950541A (zh) * | 2018-07-27 | 2018-12-07 | 南京工程学院 | 一种基于同步渐进剪切变形的激光熔覆耐磨板制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2601754B2 (ja) | 基板の耐食耐摩耗性の改善法 | |
| Amin et al. | A review on thermal spray coating processes | |
| US6497922B2 (en) | Method of applying corrosion, oxidation and/or wear-resistant coatings | |
| JP5377319B2 (ja) | 基材のコーティング方法及びコーティング製品 | |
| US5043548A (en) | Axial flow laser plasma spraying | |
| CA2482287C (en) | An apparatus and process for solid-state deposition and consolidation of high velocity powder particles using thermal plastic deformation | |
| US5208431A (en) | Method for producing object by laser spraying and apparatus for conducting the method | |
| JP2008546909A (ja) | 耐熱性の小さい基板へのレーザ被覆 | |
| RU2503740C2 (ru) | Способ получения композиционных покрытий методом коаксиальной лазерной оплавки | |
| KR100540461B1 (ko) | 내마모성 표면을 갖는 소결된 기계적 부품 및 그 제조방법 | |
| US20040256504A1 (en) | Process of selectively removing layers of a thermal barrier coating system | |
| Tucker Jr | Introduction to coating design and processing | |
| US20110229665A1 (en) | Thermal spray coating for track roller frame | |
| JPH11302819A (ja) | 耐摩耗性皮膜の形成方法及び形成装置 | |
| KR101606423B1 (ko) | 해양용 부품 표면에 분말을 하이브리드 코팅하는 방법 | |
| TWI677589B (zh) | 一種濺射靶材的製備方法 | |
| JP2583580B2 (ja) | 溶融金属浴用部材の製造方法 | |
| JP2002542391A (ja) | 液晶ポリマーコーティングの方法 | |
| JPH04301057A (ja) | めっき浴用ロール | |
| Alonso et al. | Erosion protection of carbon—epoxy composites by plasma-sprayed coatings | |
| JPH11350107A (ja) | 高温耐摩耗性皮膜の形成方法 | |
| JPH10195625A (ja) | 耐摩耗コーティング部品およびその製造方法 | |
| KR100599552B1 (ko) | 연사기용 스핀들 디스크 표면의 내마모성 향상을 위한 코팅방법 | |
| JP4027153B2 (ja) | 連続鋳造鋳型の被覆方法 | |
| KR102084841B1 (ko) | 탄소 소재의 표면조도 제어를 위한 표면처리방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050112 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050524 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050713 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050912 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20051012 |