JPS6131182B2

JPS6131182B2 -

Info

Publication number: JPS6131182B2
Application number: JP9700078A
Authority: JP
Inventors: Sumio Kamyama; Hiroshi Fukuda
Original assignee: Tokushu Denkyoku Co Ltd
Current assignee: Tokuden Co Ltd Hyogo
Priority date: 1978-08-08
Filing date: 1978-08-08
Publication date: 1986-07-18
Also published as: JPS5524946A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は主として耐摩耗用及び／又は耐腐食用
の溶射被膜を作るためのタングステンカーバイト
系の溶射材料に関するものである。従来タングステンカーバイト系溶射材料はタン
グステンカーバイト粉末とコバルト金属粉末等の
他の成分の粉末とをそのまま混合したもの、又は
タングステンカーバイトとコバルト金属粉末等の
他の成分の粉末とをそのまま造粒した粉末、タン
グステンカーバイト粉末の表面にコバルト金属粉
末等の他の成分の粉末等を単に接着剤で接着させ
しめた粉体又はコバルト金属粉等タングステンカ
ーバイト粉末以外の成分の粉体等の表面にタング
ステンカーバイト粉を単に接着剤で接着せしめた
粉末等を使用している。しかしながらこれら従来の溶射材料はすべてタ
ングステンカーバイト粒子の全表面又は１部分が
露出しているため次のような欠点がある。 (イ) 溶射時の粉末の飛行中に溶粉粉末のタングス
テンカーバイトが空気と接触して炭素が酸化除
去され、溶射被膜中の炭素品位が低下して溶射
被膜の性質が低下する。 (ロ) 溶射時に溶射面に衝突した溶射粉末の１部が
反射飛散して所謂溶射材料の歩留が低下する。 (ハ) 溶射時にコバルト等他の成分はもとよりタン
グステンカーバイトの１部も溶解して溶射被膜
中にタングステンカーバイトと他の成分との共
晶合金部分等が多量に生成され溶射被膜の物理
的、化学的性質を低下せしめる。 (ニ) 溶射時の溶射粒子の堆積現象において、タン
グステンカーバイトが露出したまま溶射体表面
に衝突するため溶射膜内でタングステンカーバ
イト同志の結合部分や溶射体とタングステンカ
ーバイトとの直接の結合部分が存在する。タン
グステンカーバイト同志の結合力や溶射体とタ
ングステンカーバイトとの直接の結合力は弱
く、溶射膜に亀裂や剥離の現象が発生しやすく
なり、溶射膜を厚くすることができない。 (ホ) タングステンカーバイト系自溶性合金を溶射
材料として使用する場合、タングステンカーバ
イトの全表面又は１部が露出しているため再溶
融中に炭素の燃焼によるガスが発生し、被膜表
面で発泡現象を生じ、ブローホールやミクロホ
ールが発生する等の欠点がある。 (ヘ) 従来のタングステン系溶射材料は普通プラズ
マ溶射のみで施工され、一般的で安価な設備で
行なう火炎による溶射では優れた溶射被膜を作
ることができない。本発明者等は上記に鑑み、溶射材料と溶射被膜
との間の炭素品位の差が少なく、溶射材料の歩留
が高く、溶射被膜にタングステンカーバイト系自
溶性合金として使用する場合ブローホールやミク
ロホールの少ない溶射被膜を作ることが可能で、
しかも火災による溶射で優れた溶射被膜を作るこ
とのできるタングステンカーバイト系溶射材料を
開発することを目的として鋭意研究した結果逐に
本発明に到達したもので、本発明は(イ)タングステ
ンカーバイト微細粉末又は(ロ)タングステンカーバ
イトを含む微細粉と略称するタングステンカーバ
イト微細粉と他の成分を１個の粒子に含むか又
は／及びタングステンンと炭素及び他の元素の１
種又は複数種の元素の化合物、又は(ハ)タングステ
ンカーバイト微細粉とタングステンカーバイトを
含む微細粉との混合物のそれぞれに金属及び／又
は他の成分をメツキ法によつて被覆した溶射材料
又は該メツキ法によつて被覆した溶射材料を主成
分とするタングステンカーバイト系溶射材料の微
細粉の粒度―15ミクロン＋３ミクロンの一次微細
粉粒子を造粒し、さらに該微細粉粒子を粒度−74
ミクロン＋５ミクロンの二次粒子の粉末に造粒し
てなるタングステンカーバイト系溶射材料を提供
するものである。本発明に使用されるタングステンカーバイトと
はタングステンと炭素との化合物であつてWC，
W₂C，W₃C等のタングステンと炭素とが化合し
たものの総てを含むものである。タングステンカーバイトを含む粉末とはタング
ステンカーバイトと他の成分例えば金属炭化物、
金属窒化物、金属酸化物などを１個の粒子に含む
か又は／及びタングステンと炭素、及び他の元素
の１種又は／及び複数種の元素の化合物例えば、
WTiC，Co₂W₄C，FeW₃C，（CrFeWMo）₂₃C₆等
を１個の粒子に含むものである。メツキ法とは化学気相メツキ法、真空蒸着法、
電解メツキ法、スパツターリング法等の全ての気
相メツキ法、電解メツキ法、加圧水素還元法等の
液相メツキ法を含むものである。金属又は／及び他の成分をメツキ法によつて被
覆するとは、前記の粉体の粒子にコバルト、ニツ
ケル、鉄、クロム、アルミニウム、ホウ素等の金
属又はこれらの金属の２種以上の合金及び／又は
タングステンカーバイト以外の金属炭化物、ホウ
素化合物、金属酸化物、金属窒化物又は合成樹脂
等の他の成分の単独又は２種以上で合金、化合物
の状態又は／及び積層の状態でメツキ法によつて
被覆することである。第１図はタングステンカーバイト微細粉にコバ
ルト金属をメツキ法によつて被覆した本発明のタ
ングステンカーバイト系溶射材料の一実施例の倍
率1000倍の顕微鏡写真で不定形のタングステンカ
ーバイトが完全にコバルトメタルによつてメツキ
されていることが分る。同様に第２図はタングステンカーバイト微細粉
にニツケル金属をメツキ法によつて完全に被電し
た本発明のタングステンカーバイト系溶射材料の
他の一実施例の倍率1000倍の顕微鏡写真で、第１
図の場合と同様に不定形のタングステンカーバイ
トが完全にニツケルメタルによつてメツキされて
いることが分る。第３図はタングステンカーバイトの微細粉にコ
バルト金属をメツキ法によつて被覆した後、造粒
した本発明の一実施例の倍率1000倍の顕微鏡写真
でそのためタングステンカーバイト微細粉の夫々
の粒子がコバルト金属でメツキされ、全体として
溶射に好適な粒度となつていることが分る。第４図は比較のために示した市販のタングステ
ンカーバイト―コバルト粉を使用して溶射した溶
射被膜の断面の倍率200倍の顕微鏡写真で、空孔
部分及び共晶合金部分が多いことを示している。更に第５図は本発明によるタングステンカーバ
イト―コバルト粉を使用して溶射した溶射被膜の
断面の倍率200倍の顕微鏡写真で第４図と比較し
て空孔部分及び共晶合金部分が少なく、溶射被膜
として耐食性及び耐摩耗性が大である。本発明の溶射材料は従来品と比較して次の利点
がある。 (i) 溶射材料が金属又は／及び他の成分でメツキ
法によつて被覆されているため溶射時の飛行中
に炭素が空気中の酸素によつて酸化除去される
ことが少ない。従つて溶射被膜中の炭素品位の低下による性
能劣化を抑えることができる。 (ii) 溶射面に衝突した溶射粉末のうち、反射する
粒子が少なく所謂溶射材料の歩留が高い。 (iii) 溶射材料が金属又は／及び他の成分でメツキ
法によつて被覆されているため溶射時に先づ金
属又は／及び他の成分が溶射解する、従つて金
属又は／及び他の成分を溶解させ、タングステ
ンカーバイトの溶解を抑えてタングステンカー
バイト―金属又は／及び他の成分との共晶部分
の少ない溶被膜を作ることができる。そのため
共晶部分によつて発生する溶射被膜の性能低下
を抑えることができる。 (iv) 溶射粒子の堆積現象において、タングステン
カーバイトは金属又は／及び他の成分で被覆さ
れているため溶射膜内でタングステンカーバイ
ト同志の結合やタングステンカーバイトと溶射
体との結合部分がなく、溶射膜中の粒子間結合
が強固となり溶射被膜を厚くしても亀裂を発生
することが少なく所謂溶射膜を厚くすることが
できる。 (v) タングステンカーバイト系の自溶性合金等を
使用する場合において、タングステンカーバイ
トの全表面が金属又は／及び他の成分で被覆さ
れているため再溶融処理時に炭素の燃焼による
ガスの発生量が少なく、被膜表面で発泡現象を
生ずることがなく、ブローホールやミクロホー
ルの少ない溶射被膜を作ることができる。 (vi) 微細粉にコーテイングした微細粉を造粒した
造粒粉末をＡ粉、粗粉にコーテイングした粉末
をＢ粉とすると、 (イ) Ａ粉は微細なタングステンカーバイト粉末
それぞれが、タングステンカーバイトの融点
よりも低い融点を有する金属で被覆されてお
り、粗粉のタングステンカーバイトを使用し
たＢ粉よりも化学成分偏析が少ない溶射被膜
を得ることができるので、溶射被膜の機械的
性能が安定し、かつ耐食、耐摩耗性が向上す
る。 (ロ) 粗粉のタングステンカーバイトを使用した
Ｂ粉は、溶射時被覆金属が溶けてもタングス
テンカーバイト自体はほとんど溶融しない粉
末も多く存在する。それらの溶融しなかつたタングステンカー
バイトの質量が大きいほどはね返る力が大き
く、結合剤の役目をする被覆金属だけではね
返りを防止することが困難となり、溶射面に
は被覆金属のみ溶着し溶融しなかつたタング
ステンカーバイトの多くは脱落する。ところ
がＡ粉は微細なタングステンカーバイト粉そ
れぞれが被覆金属で覆われており、溶射時に
溶けないタングステンカーバイトが存在して
いても、はね返る力は小さく被覆金属が結合
剤となつてはね返りを防止する。又Ａ粉とＢ
粉を１個の粉末として比較した場合、Ａ粉の
方がはるかに表面積が大きくなり、低融点金
属である被覆金属が溶けた時見掛け上融体が
多く発生し、溶射面に衝突した溶射粉末のう
ち、反射する粒子が少なくなる。以上よりＡ粉の方が所謂溶射材料の歩留が
高くなる。 (ハ) Ａ粉を使用した溶射被膜は微細なタングス
テンカーバイトの間を被覆金属が結合剤とし
て存在しＢ粉の溶射被膜よりもはるかに微細
な結晶組織となる。脆いタングステンカーバ
イトが微細結晶になるほど耐衝撃性に優れて
いる点から、Ａ粉の溶射被膜の方が耐衝撃性
に優れていることは明らかである。 (ニ) Ａ粉を形成する一次粒子のタングステンカ
ーバイトは微細粉末であり、粗粒のタングス
テンカーバイトを使用するＢ粉よりも溶射面
は、はるかに滑らかとなり、仕上げ加工が簡
単である。タングステンカーバイト微細粉、タングス
テンカーバイトを含む微細粉、及びこれらの
混合微細粉に金属又は／および他の成分を被
覆する方法には前記の如く気相メツキ法、液
相メツキ法等があり気相メツキ法には化学気
相メツキ法、真空蒸着法、スパツターリング
法等があり、液相メツキ法には電解メツキ
法、加圧水素還元法等の方法があるが、本発
明は何れを採用するも差支えない。実施例１タングステンカーバイト微細粉に化学気相メツ
キ法でコバルトを被覆した溶射材料でWC83％、
Co17％、粒度−74＋37ミクロンのものをプラズ
マ溶射機でSS41の溶射体に溶射した。又同一条
件で市販のWC―Co系溶射材料（品位、粒度等も
同等品のもの）を溶射した被膜夫々に４号珪砂を
圧力５Kg／cm²の圧縮空気で角度20゜で耐ブラスト
エロージヨン試験をした結果、市販の溶射被膜の
約1.5倍の耐ブラストエロジヨン性能が得られ
た。実施例２化学気相メツキ法で製造したNi、35％、Si、
2.5％、Ｂ、2.5％、Cr、３％、残WC―Coの本発
明の粉末及びNi33％、Si、2.0％、Ｂ、2.0％、
Cr、９％、WC―Co、50％の市販の自溶性合金
を同一条件で夫々２個のスラツジ搬送ポンプスリ
ーブにプラズマ溶射機で溶射したスラツジ搬送ポ
ンプを同一条件で稼動させた場合の両者の摩耗量
と時間との関係を第６図に示した。第６図より本
発明品の方が最大摩耗深さで測定した耐摩耗性が
優れていることが分る。実施例３タングステンカーバイト微細粉に化学気相メツ
キ法でニツケルを被覆した本発明の溶射材料をグ
ランド型式のスラリーポンプのシヤフトのグラン
ドパツキンと接触する部分に溶射した。搬送する液は５〜15％の硫酸溶液中に350ミク
ロン以下の硫安粉末を含む液である。従来はSUS316のシヤフトを使用し、連続使用
時間が２週間程度であつたものが上記の溶射処理
することによつて２ケ月以上の連続使用に耐え
た。実施例４タングステンカーバイトの微細粉それぞれに化
学気相メツキ法でコバルトを被膜したWC83％、
Co17％、粒度−15ミクロン＋３ミクロンの一次
微細粉粒子を造粒し、粒度−74ミクロン＋37ミク
ロンの二次粒子粉末を製造した。実施例４によつて得られた二次粒子の性能は下
記の通りである。 (1) 溶射被膜の耐摩耗性プラズマ溶射被膜の摩耗試験結果を第７図に示
す。摩耗試験はエメリー紙ロールにる摺動摩耗
量の測定によるもので、第７図のように市販品
の約1.5倍、粗粉にコーテイングした粉末の約
1.3倍の耐摩耗性を示した。粒度が５ミクロン
未満の粒はプラズマ溶射や火炎の噴流にのら
ず、飛散して溶射表面に密着することなく堆積
し、以後その面への健全な溶射被膜の形成をさ
またげる。即ち密着強度の低下を来す欠点があ
り、また粒度が74ミクロンを超過した粒は加熱
不足のため溶射面に密着せず、反射して粉末の
溶射歩留りを低下させる欠点がある。試験条件
は摩耗速度17.3ｍ／分、荷重2.0Kgcm²である。 (2) 溶射歩留溶射歩留試験の結果を表１に示す。歩留は材質SUS420、径60mm、長さ30mm、肉厚
３mmの円筒状母材表面中央に、かつ円周方向に
幅約10mm、被膜厚0.4mmにプラズマ溶射を施
し、溶射被膜重量と粉未使用重量から算出し
た。表１は各粉末材料につき10回の実験で測定し
た値の平均値である。

【表】 (3) 上記タングステンカーバイト溶射被膜の耐摩
耗試験結果を第７図に示した。即ち実施例４によつて製造され、造粒された
本発明の溶射材料は、 (A) 微細な一次粒子のタングステンカーバイト
がコバルトで被膜されている為、溶射時の飛行中に炭素が空気中の酸素に
よつて酸化除去されることが少ない、従つ
て溶射被膜中の炭素品位の低下にる性能劣
化を抑えることができる。粗粉にコーテイングした粉末よりも１個
の粉末としては表面積がかなり大きくな
り、低融点金属であるCoが溶けた時見掛
け上融体が多く発生し、溶射面に衝突した
溶射粉末のうち、反射する粒子が少なく、
所謂溶射材料の歩留が高くなる。溶射膜内でタングステンカーバイト同志
の結合やタングステンカーバイトと溶射体
との結合部分がなく、溶射膜中の粒子間結
合が強固となり溶射被膜を厚くしても亀裂
を発生することが少なく所謂溶射膜を厚く
することができる。 (B) 微細な一次粒子を粗粒化することによつて
粉末の送給性を向上するとともに、１個あた
りの粒の質量を大きく、かつタングステンカ
ーバイト粒そのものは微細化することにより
溶射面への衝突時に造粒粉１個あたりの力積
を大きくして圧潰させつつ堆積させ、微細粒
のタングステンカーバイトの堆積歩留が向上
する。 (C) 溶射被膜の使用環境が微細粉の摩耗を招来
するような場合には微細粉のタングステンカ
ーバイトが均一かつ密に分布する被膜が望ま
しく本発明はこの耐摩耗性に効果的である。の効果を奏することが判明した。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明のタングステンカーバ
イト系溶射材料の一実施例の倍率1000倍の図面代
用顕微鏡写真で、第１図は不定形のタングステン
カーバイトが完全にコバルトメタルによつてメツ
キされていることを示す。同様に第２図はタング
ステンカーバイトが完全にニツケルメタルによつ
てメツキされていることを示す。第３図は本発明
のタングステンカーバイト系微細粉の溶射材料を
造粒した場合の倍率1000倍の図面代用顕微鏡写
真。第４図は市販のタングステンカーバイトコバ
ルト粉を使用して溶射した溶射被膜の断面の倍率
200倍の図面代用顕微鏡写真。第５図は本発明の
溶射材料を使用して溶射した溶射被膜の断面の倍
率200倍の図面代用顕微鏡写真。第６図は本発明
品と市販品とのスラツジ搬送用ポンプのスリーブ
における使用時間による耐摩耗性の比較を示した
図である。第７図は実施例４によるタングステン
カーバイト溶射被膜の耐摩耗試験結果を示す。１……本発明品の耐摩耗性特性を示す直線、２
……従来品の耐摩耗性特性を示す直線、３……市
販品、４……粗粉にコーテイングした粉末、５…
…微細粉にコーテイングした粉末の造粒粉末。

Claims

【特許請求の範囲】

１ (イ)タングステンカーバイト微細粉、又は(ロ)タ
ングステンカーバイトを含む微細粉と略称するタ
ングステンカーバイト微細粉と他の成分を１個の
粒子に含むか又は／及びタングステンと炭素及び
他の元素の１種又は複数種の元素の化合物又は(ハ)
タングステンカーバイト微細粉とタングステンカ
ーバイトを含む微細粉との混合物のそれぞれに金
属及び／又は他の成分をメツキ法によつて被覆し
た溶射材料又は該メツキ法によつて被覆した溶射
材料を主成分とするタングステンカーバイト系溶
射材料の微細粉の粒度―15ミクロン＋３ミクロン
の一次微細粉粒子を造粒し、さらに該微細粉粒子
を粒度―74ミクロン＋５ミクロンの二次粒子の粉
末に造粒してなるタングステンカーバイト系溶射
材料。