JPS6028903B2 - 金属材料の表面処理方法 - Google Patents
金属材料の表面処理方法Info
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- JPS6028903B2 JPS6028903B2 JP13936879A JP13936879A JPS6028903B2 JP S6028903 B2 JPS6028903 B2 JP S6028903B2 JP 13936879 A JP13936879 A JP 13936879A JP 13936879 A JP13936879 A JP 13936879A JP S6028903 B2 JPS6028903 B2 JP S6028903B2
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- diffusion
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、金属材料の表面処理方法に関し、特に高温の
酸化性、耐食性雰囲気あるいは摩耗環境等で使用する金
属材料の表面処理方法に関する。
酸化性、耐食性雰囲気あるいは摩耗環境等で使用する金
属材料の表面処理方法に関する。
従来、高温における酸化性雰囲気、腐食性雰囲気あるい
は摩耗環境等に使用される各種の部品、装置においては
、次のような材料や処理方法が採用されていた。‘１’
耐熱用高合金材料 ｛２ー 各種表面処理、特にセラミック系材料の熔射‘
３’ 拡散浸透処理■ 酸化物、窒化物、炭化物等によ
る一体成形しかし、‘１｝‘こおいては、■地金コスト
が高い、■加工、製造（例えば、溶接等）が困難、■長
時間の使用に耐えない、■所定寸法を下廻ると部品全体
を廃却しなければならない。
は摩耗環境等に使用される各種の部品、装置においては
、次のような材料や処理方法が採用されていた。‘１’
耐熱用高合金材料 ｛２ー 各種表面処理、特にセラミック系材料の熔射‘
３’ 拡散浸透処理■ 酸化物、窒化物、炭化物等によ
る一体成形しかし、‘１｝‘こおいては、■地金コスト
が高い、■加工、製造（例えば、溶接等）が困難、■長
時間の使用に耐えない、■所定寸法を下廻ると部品全体
を廃却しなければならない。
【２）においては、■高温雰囲気での使用においてベー
スメタルを表面処理材の熱膨脹差によりクラックや剥離
が生じ易い、■形状により制限を受け易い、■厚い被膜
を形成することができない、糊においては、■拡散浸透
処理層の厚さに限界があり、長時間の使用に耐えない、
■拡散浸透処理層の最表面にベースメタルの金属元素が
存在することがあり、各種の使用環境に対して完全では
ない、‘州こおいては、■形状により制限を受ける、■
衝撃に弱い、■コストが高い、■熱衝撃に弱い、■二次
的加工（例えば、機械加工、溶接等）が不可能である、
等の欠点がある。本発明は、以上のような欠点のない表
面処理方法を提供するものである。
スメタルを表面処理材の熱膨脹差によりクラックや剥離
が生じ易い、■形状により制限を受け易い、■厚い被膜
を形成することができない、糊においては、■拡散浸透
処理層の厚さに限界があり、長時間の使用に耐えない、
■拡散浸透処理層の最表面にベースメタルの金属元素が
存在することがあり、各種の使用環境に対して完全では
ない、‘州こおいては、■形状により制限を受ける、■
衝撃に弱い、■コストが高い、■熱衝撃に弱い、■二次
的加工（例えば、機械加工、溶接等）が不可能である、
等の欠点がある。本発明は、以上のような欠点のない表
面処理方法を提供するものである。
すなわち本発明は、被処理金属材料に、Ａそ，Ｃて，Ａ
クーＣｒ合金、Ｓｉ，Ｂ等を固体法、液体法あるいは気
体法等の通常の拡散浸透法により拡散浸透処理し、最表
層の前記拡散浸透材高濃度部を機械的、物理的あるいは
化学的な任意手段により除去し、次いでＮｊ−Ｃｒ合金
をガス式、電気式あるいはプラズマ法により溶射被覆し
、更にＮｉ−Ｃｒ合金と耐熱性、断熱性、耐摩耗性、耐
食性等を改善するセラミック系材料とを混合した材料を
表層になるに伴いセラミック系材料の濃度や大になるよ
うに溶射被覆し、最後に前記各種特性を有する純セラミ
ック系材料を溶射被覆することを特徴とする種々の優れ
た性能を与える金属材料の表面処理方法に関するもので
ある。
クーＣｒ合金、Ｓｉ，Ｂ等を固体法、液体法あるいは気
体法等の通常の拡散浸透法により拡散浸透処理し、最表
層の前記拡散浸透材高濃度部を機械的、物理的あるいは
化学的な任意手段により除去し、次いでＮｊ−Ｃｒ合金
をガス式、電気式あるいはプラズマ法により溶射被覆し
、更にＮｉ−Ｃｒ合金と耐熱性、断熱性、耐摩耗性、耐
食性等を改善するセラミック系材料とを混合した材料を
表層になるに伴いセラミック系材料の濃度や大になるよ
うに溶射被覆し、最後に前記各種特性を有する純セラミ
ック系材料を溶射被覆することを特徴とする種々の優れ
た性能を与える金属材料の表面処理方法に関するもので
ある。
以下、図面等を用いて本発明方法を詳細に説明する。
第１図は、本発明方法を工程順に示すもので、工程は矢
印方向に進行する。
印方向に進行する。
第１図において、耐熱、耐酸化、耐食性を付与せんとす
る金属材料１の所望部に、固体法、液体法あるいは気体
法等の通常の拡散浸透法により、Ａ〆，Ｃｒ，Ａ夕−Ｃ
ｒ合金、Ｓｉ，Ｂ等を拡散浸透させ、拡散浸透層２を形
成する。
る金属材料１の所望部に、固体法、液体法あるいは気体
法等の通常の拡散浸透法により、Ａ〆，Ｃｒ，Ａ夕−Ｃ
ｒ合金、Ｓｉ，Ｂ等を拡散浸透させ、拡散浸透層２を形
成する。
この時、最表層３は、浸透材の高濃度城で、非常に高い
脆性を示す。そこで、例えばプラスト処理等によって該
最表層３を除去し、拡散浸透層２のみの構成とし、引き
続き、下記に詳述する被膜４のガス式、電気式あるいは
プラスト法による溶射法にて形成する。この溶射被膜４
は、例えば第２図に示すように、第一層にＮｉ−Ｃｒ合
金層４−１を０．１〜０．２側、第二層に６０〜７仇×
％のＮｉ−Ｃｒ合金と３０〜４肌ｔ％のセラミック系材
料との混合層４−２を０．０１〜ｏ．５肌、第三層に３
０〜４肌ｔ％のＮｉ−Ｃｒ合金と６０〜７仇れ％のセラ
ミック系材料との混合層４一３を０．０１〜０．５肋、
第四層すなわち最表面に純セラミック系材料層４−４を
０．０５〜０．５側、それぞれ溶射被覆することによっ
て形成される。
脆性を示す。そこで、例えばプラスト処理等によって該
最表層３を除去し、拡散浸透層２のみの構成とし、引き
続き、下記に詳述する被膜４のガス式、電気式あるいは
プラスト法による溶射法にて形成する。この溶射被膜４
は、例えば第２図に示すように、第一層にＮｉ−Ｃｒ合
金層４−１を０．１〜０．２側、第二層に６０〜７仇×
％のＮｉ−Ｃｒ合金と３０〜４肌ｔ％のセラミック系材
料との混合層４−２を０．０１〜ｏ．５肌、第三層に３
０〜４肌ｔ％のＮｉ−Ｃｒ合金と６０〜７仇れ％のセラ
ミック系材料との混合層４一３を０．０１〜０．５肋、
第四層すなわち最表面に純セラミック系材料層４−４を
０．０５〜０．５側、それぞれ溶射被覆することによっ
て形成される。
第２図のものは、Ｎｉ−Ｃｒ合金とセラミック系材料と
の混合層を第二、三層の二層とする例であるが、該混合
層は、両者の混合比を表層に近い程セラミックの混合比
が大となるように何段階にでも任意に変えて形成するこ
とができる。上記第一層のＮｉ−Ｃｒ合金層４−１は、
Ｎｉ６０〜８仇れ％とＣｒ２０〜４肌ｔ％からなる合金
が使用されるが、これはＮｉが６仇れ％以下のものであ
るとＮｉ−Ｃｒ合金の鞠性および耐酸化性が減少し、８
肌ｔ％以上のものであると鞠性は上昇するが、熱膨脹率
が大となり、しかもＣｒ量の減少により強度低下が増大
するためである。
の混合層を第二、三層の二層とする例であるが、該混合
層は、両者の混合比を表層に近い程セラミックの混合比
が大となるように何段階にでも任意に変えて形成するこ
とができる。上記第一層のＮｉ−Ｃｒ合金層４−１は、
Ｎｉ６０〜８仇れ％とＣｒ２０〜４肌ｔ％からなる合金
が使用されるが、これはＮｉが６仇れ％以下のものであ
るとＮｉ−Ｃｒ合金の鞠性および耐酸化性が減少し、８
肌ｔ％以上のものであると鞠性は上昇するが、熱膨脹率
が大となり、しかもＣｒ量の減少により強度低下が増大
するためである。
また、上記第二、三、四層４−２，４−３，４−４に使
用されるセラミック系材料としては、アルミナ、ジルコ
ニア、アルミナジルコニア、マグネシウムジルコネート
、カルシウムジルコネート、酸化クロム、炭化クロム、
アルミナチタニア、チタニア、酸化シリコン等があげら
れる。
用されるセラミック系材料としては、アルミナ、ジルコ
ニア、アルミナジルコニア、マグネシウムジルコネート
、カルシウムジルコネート、酸化クロム、炭化クロム、
アルミナチタニア、チタニア、酸化シリコン等があげら
れる。
以上のようにして得られる各表面処理層の作用効果をま
とめると次の通りである。○｝ 拡散浸透層２ 母材と完全に拡散合金化しており、変形等による剥離の
問題がない。
とめると次の通りである。○｝ 拡散浸透層２ 母材と完全に拡散合金化しており、変形等による剥離の
問題がない。
また、溶射被膜４が万一剥離しても、この拡散浸透層２
により使用環境に耐えることができる。‘２） Ｎｉ−
Ｃｒ合金溶射層４一１ 第二層４−２２兆姿の溶射層の密着性を向上すると共に
、Ｎｉ−Ｃｒ合金が溶射される際の高温によって母材と
拡散現象を起こし密着性を向上する。
により使用環境に耐えることができる。‘２） Ｎｉ−
Ｃｒ合金溶射層４一１ 第二層４−２２兆姿の溶射層の密着性を向上すると共に
、Ｎｉ−Ｃｒ合金が溶射される際の高温によって母材と
拡散現象を起こし密着性を向上する。
‘３’ Ｎｉ−Ｃｒ合金とセラミック系材料との混合溶
射層４一２，４−３セラミック系材料により耐熱、断熱
効果が付与されるばかりでなく、Ｎｉ−Ｃｒ合金とセラ
ミック系材料との混合比を表層程大となるように調整し
て被覆するため、母材金属１と最表層の純セラミック系
材料層４一４との熱膨脹差を緩和し、剥離を防止する。
射層４一２，４−３セラミック系材料により耐熱、断熱
効果が付与されるばかりでなく、Ｎｉ−Ｃｒ合金とセラ
ミック系材料との混合比を表層程大となるように調整し
て被覆するため、母材金属１と最表層の純セラミック系
材料層４一４との熱膨脹差を緩和し、剥離を防止する。
■ 純セラミック系材料層４−４
耐熱、断熱性、耐食性を極めて向上させる。
以上説明したように、本発明方法によれば、高い断熱効
果が得られるため、高温雰囲気における耐酸化、耐食お
よび耐変形性に優れると共に、雰囲気と母村との温度勾
配においてもクラックや剥離を生じることがなく、また
セラミック系材料の選択により耐食、耐摩耗性を向上さ
せることができる等の効果を奏する。なお、従来、Ａ夕
，Ｃｒ等の金属を被処理金属材料に拡散浸透させて該被
処理金属材料を各種の使用環境から保護する方法が種々
知られていたが、いずれも断熱効果に乏しく、高温使用
時における酸化、腐食、変形等の問題が残っていた。
果が得られるため、高温雰囲気における耐酸化、耐食お
よび耐変形性に優れると共に、雰囲気と母村との温度勾
配においてもクラックや剥離を生じることがなく、また
セラミック系材料の選択により耐食、耐摩耗性を向上さ
せることができる等の効果を奏する。なお、従来、Ａ夕
，Ｃｒ等の金属を被処理金属材料に拡散浸透させて該被
処理金属材料を各種の使用環境から保護する方法が種々
知られていたが、いずれも断熱効果に乏しく、高温使用
時における酸化、腐食、変形等の問題が残っていた。
本発明方法は、以上説明したように、これらの問題を悉
く解消することができるものである。次に、本発明の実
施例をあげる。
く解消することができるものである。次に、本発明の実
施例をあげる。
実施例 １
第３図Ａに示すＪＩＳＧ４３１１ＳＵＨ３１０を母材と
するボイラー用空気コ−ン１の全面に、キャリアガスを
水素、ハロゲンガスを塩化水素ガス、拡散浸透材を純Ａ
〆粉末＋Ａ夕２０３粉末として、１０５０℃で１畑時間
の団体法によるＡそ拡散浸透処理を行ない、第３図Ａの
■部の拡大図である第３図Ｂに示すＦｅ−Ａそ拡散浸透
層２を０．２側形成した後、アランダムによりプラスト
処理して最表層のＡそ高濃度部を除去した。
するボイラー用空気コ−ン１の全面に、キャリアガスを
水素、ハロゲンガスを塩化水素ガス、拡散浸透材を純Ａ
〆粉末＋Ａ夕２０３粉末として、１０５０℃で１畑時間
の団体法によるＡそ拡散浸透処理を行ない、第３図Ａの
■部の拡大図である第３図Ｂに示すＦｅ−Ａそ拡散浸透
層２を０．２側形成した後、アランダムによりプラスト
処理して最表層のＡそ高濃度部を除去した。
次いで、所要部にプラスト港射法により０．１側のＮｉ
−Ｃｒ合金層３を溶射し、更に０．０５肌〜６５Ｍ％Ｎ
ｉ−Ｃｒ合金十３５ｗｔ％アルミナ基ジルコニア層４と
０．０５柳の３５Ｍ％Ｎｉ−Ｃｒ合金＋６５ｗｔ％アル
ミナ基ジルコニア層５をプラスト熔射法により港射し、
最後に同じくプラスト溶射法により０．２側のアルミナ
基ジルコニア層６を溶射した。この空気コーンを、ボイ
ラーバーナーノズルの先端に取付け、実装層による耐久
試験を行なった結果、未処理のものはコーン先端メタル
温度が１０５０ｏｏで、耐用期間が３ケ月であったのに
対し、本発明方法によるものはコーン先端メタル温度が
最高８１０ｑｏで、耐用期間は９ケ月時点でも全く変化
なく、優れた寿命延長が確認された。
−Ｃｒ合金層３を溶射し、更に０．０５肌〜６５Ｍ％Ｎ
ｉ−Ｃｒ合金十３５ｗｔ％アルミナ基ジルコニア層４と
０．０５柳の３５Ｍ％Ｎｉ−Ｃｒ合金＋６５ｗｔ％アル
ミナ基ジルコニア層５をプラスト熔射法により港射し、
最後に同じくプラスト溶射法により０．２側のアルミナ
基ジルコニア層６を溶射した。この空気コーンを、ボイ
ラーバーナーノズルの先端に取付け、実装層による耐久
試験を行なった結果、未処理のものはコーン先端メタル
温度が１０５０ｏｏで、耐用期間が３ケ月であったのに
対し、本発明方法によるものはコーン先端メタル温度が
最高８１０ｑｏで、耐用期間は９ケ月時点でも全く変化
なく、優れた寿命延長が確認された。
実施例 ２
第４図Ａに示すＪＩＳＧ４１０３ＳＣＭ ５を母材とす
るガス化プラント用反応ノズル１の全面に、キャリアガ
スを水素、拡散浸透材を６５Ｍ％Ｃｒとアルミナの粉末
に塩化アンモニウムを少量添加したものとして、１１０
０ｑ０で１０時間の固体法によるＣｒ拡散浸透処理を行
ない、第４図Ａの■部の拡大図である第４図Ｂに示すＦ
ｅ−Ｃｒ拡散浸透層２を０．１５伽形成した後、アラン
ダムを主成分とする材料でプラスト処理して最表層のＣ
ｒ高濃度部を除去した。
るガス化プラント用反応ノズル１の全面に、キャリアガ
スを水素、拡散浸透材を６５Ｍ％Ｃｒとアルミナの粉末
に塩化アンモニウムを少量添加したものとして、１１０
０ｑ０で１０時間の固体法によるＣｒ拡散浸透処理を行
ない、第４図Ａの■部の拡大図である第４図Ｂに示すＦ
ｅ−Ｃｒ拡散浸透層２を０．１５伽形成した後、アラン
ダムを主成分とする材料でプラスト処理して最表層のＣ
ｒ高濃度部を除去した。
次いで、所要部にブラスト溶射法によりＮｉ−Ｃｒ合金
層３を０．１側溶射し、更に７印Ｗ％Ｎｊ−Ｃｒ合金十
３肌ｔ％炭化クロム層４を０．０５側と３仇Ｗ％Ｎｉ−
Ｃｒ合金＋７仇れ％炭化クロム層５を０．０５柳プラズ
マ港射法により溶射し、最後に同じくプラズマ溶射法に
より炭化クロム層６を０．２５肋溶射し、グラインダー
仕上げを行なった。この反応ノズルを実機に取付け耐久
試験を行なった結果、未処理のものは３ケ月間でェロー
ジョン量が３．１側という激しいェロージョンを生じた
のに対し、本発明方法によるものは６ケ月でヱロージョ
ン量が僅か０．０３側という優れた性能を示した。
層３を０．１側溶射し、更に７印Ｗ％Ｎｊ−Ｃｒ合金十
３肌ｔ％炭化クロム層４を０．０５側と３仇Ｗ％Ｎｉ−
Ｃｒ合金＋７仇れ％炭化クロム層５を０．０５柳プラズ
マ港射法により溶射し、最後に同じくプラズマ溶射法に
より炭化クロム層６を０．２５肋溶射し、グラインダー
仕上げを行なった。この反応ノズルを実機に取付け耐久
試験を行なった結果、未処理のものは３ケ月間でェロー
ジョン量が３．１側という激しいェロージョンを生じた
のに対し、本発明方法によるものは６ケ月でヱロージョ
ン量が僅か０．０３側という優れた性能を示した。
第１図は本発明方法を工程順に示した図、第２図は本発
明方法によって得られる製品の一例を示す漠式断面図、
第３図Ａ，Ｂおよび第４図Ａ，Ｂは本発明の実施例で得
られたボイラー用バーナーコーンと反応ノズルの模式断
面図で、第３図Ｂ及び第４図Ｂは第３図Ａ及び第４図の
■部拡大図である。 オ１図 矛２図 オ３図 オム図
明方法によって得られる製品の一例を示す漠式断面図、
第３図Ａ，Ｂおよび第４図Ａ，Ｂは本発明の実施例で得
られたボイラー用バーナーコーンと反応ノズルの模式断
面図で、第３図Ｂ及び第４図Ｂは第３図Ａ及び第４図の
■部拡大図である。 オ１図 矛２図 オ３図 オム図
Claims (1)
- １ 被処理金属材料に、Ａｌ，Ｃｒ，Ａｌ−Ｃｒ合金、
Ｓｉ，Ｂ等を固体法、液体法あるいは気体法により拡散
浸透処理した後、最表層の前記拡散浸透材高濃度部を任
意手段で除去し、次いでＮｉ−Ｃｒ合金をガス式、電気
式あるいはプラズマ法により溶射被覆し、更にＮｉ−Ｃ
ｒ合金とセラミツク系材料を表層になるに伴いセラミツ
ク系材料の濃度や大になるように溶射被覆し、最後に純
セラミツク系材料を溶射被覆することを特徴とする金属
材料の表面処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13936879A JPS6028903B2 (ja) | 1979-10-30 | 1979-10-30 | 金属材料の表面処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13936879A JPS6028903B2 (ja) | 1979-10-30 | 1979-10-30 | 金属材料の表面処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5665982A JPS5665982A (en) | 1981-06-04 |
| JPS6028903B2 true JPS6028903B2 (ja) | 1985-07-08 |
Family
ID=15243691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13936879A Expired JPS6028903B2 (ja) | 1979-10-30 | 1979-10-30 | 金属材料の表面処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6028903B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4481237A (en) * | 1981-12-14 | 1984-11-06 | United Technologies Corporation | Method of applying ceramic coatings on a metallic substrate |
| DE3242543C2 (de) * | 1982-11-18 | 1985-09-19 | Glyco-Metall-Werke Daelen & Loos Gmbh, 6200 Wiesbaden | Schichtwerkstoff mit einer auf einer metallischen Trägerschicht aufgebrachten Funktionsschicht aus metallischer Suspensionslegierung und Verfahren zu seiner Herstellung |
| US4619865A (en) * | 1984-07-02 | 1986-10-28 | Energy Conversion Devices, Inc. | Multilayer coating and method |
| DE3513882A1 (de) * | 1985-04-17 | 1986-10-23 | Plasmainvent AG, Zug | Schutzschicht |
| DE3734768A1 (de) * | 1987-10-14 | 1989-05-03 | Battelle Institut E V | Armaturteil zum einsatz in einem schwefelsauren medium, das auch abrasiv wirkende feststoffteilchen enthaelt und verfahren zur herstellung eines solchen armaturteiles |
| CN105385987B (zh) * | 2015-10-15 | 2018-11-13 | 厦门理工学院 | 金属钨表面高温抗氧化层及其制备方法 |
-
1979
- 1979-10-30 JP JP13936879A patent/JPS6028903B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5665982A (en) | 1981-06-04 |
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