JPH0660385B2 - 溶射用酸化クロムロッドの製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、酸化クロムロッドの製造法に関するものであ
り、詳述すると、金属やセラミックス等の表面改質のた
めの溶射皮膜に用いられる溶射用材料として好適な酸化
クロムロッドを提供することに関するものである。

＜従来の技術＞ 従来より、溶射用材料として酸化クロムを用いることは
公知であるがいずれも焼結製品を粉砕し粒度調整して用
いられていた。

＜発明が解決しようとする問題点＞ 近時、各種金属やセラミックス等の表面に耐摩耗性、耐
腐蝕性、耐熱性等を付与する目的で各種の高性能の溶射
用材料を瞬間的に溶融・噴射、例えばプラズマジェット
により溶射皮膜を施す方法が採用されているが、酸化ク
ロムもその溶射用材料の一つとして、耐摩耗性や高温耐
酸化性等の付与のために使用されている。

このような目的に使用される溶射用酸化クロムとしては
次の要件を満たすことが重要であるとされている。

(1) 基材の表面に所望の性能の酸化クロム皮膜が得られ
ること (2) 粉体としての流動性が良く、使用に際して粉末供給
装置からプラズマガンノズルに至るまでの細管を閉塞す
ることなく、一定速度でスムーズに供給可能であるこ
と。

(3) 溶射に際してプラズマガスに投入される酸化クロム
粉体のうち、飛散、損失することなく目的とする基材の
表面に到達し有効に皮膜を成形する割合、すなわち溶射
の歩留が高いこと。

一般に、これらの要件特に上記の(2),(3) を満たすに
は、酸化クロムの粒子形状がなるべく球形に近く、しか
も粒度分布が狭いことが必要と考えられる。就中、粒径
約５μｍ以下の微細粒子は慣性が小さく噴射に際して飛
散、損失し易いからである。

しかしながら、従来の溶射用酸化クロムは、酸化クロム
の粉末を電融後得られた電融物を粉砕し、更に篩分けし
て所望の粒度部分を回収するという方法によって製造さ
れたものであるため、粉砕工程が必須のものとなり、し
たがって分級後の所望粒度部分の歩留まりが非常に悪く
なるという欠点があるばかりでなく、得られたものの粒
子状態はいずれも角ばった不定形の破片状多結晶、表面
は不規則で粗雑な破砕面を呈しており、粉体として流動
性が必ずしも充分でなく、また溶射に際しては飛散し易
く溶射の歩留まりも低下し易い等の欠点があった。ま
た、酸化クロムの飛散等による作業環境の悪化も非常に
大きな欠点となっていた。

本発明者は叙上の問題に鑑み鋭意研究を行なった結果、
粒子径が２μｍ以下の酸化クロム微粉末を原料とし、粒
成長促進剤共存下で加熱処理することにより得られる粗
大単結晶酸化クロムを主組成物として構成される特異な
性状の酸化クロムロッドが得られることを知見し本発明
を完成した。

＜問題を解決するための手段＞及び＜作用＞ 平均粒子径が２μｍ以下の酸化クロム粉末の主材に、焼
結剤および該粉末の粒成長促進剤とを混合し、次いで該
混合物をロッド状に成形した後、加熱焼成処理すること
を特徴とする溶射用酸化クロムロッドの製造法に係るも
のである。

通常の酸化クロムは研磨剤、顔料として用いられている
が、その平均粒子径は０．５〜１．５μｍの範囲にあ
り、このような微粉末酸化クロムは、粉末であれロッド
である溶射材料としては不適である。該材料に適した酸
化クロムは、平均粒子径が少なくとも２μｍ以上の粗大
な粒子よりなっており、好ましくは５〜５０μｍの範囲
にある。この理由は２μｍ未満では高温で蒸発しやすく
溶射面への歩留まりが悪くなる等、溶射材料として性能
に基本的に欠けるからであり、他方５０μｍではロッド
製造製造条件の点で困難であると共に溶射時に溶解しが
たく、完全で均一な溶射面が形成しなくなる傾向にある
からである。

しかるに、本発明は、前記の如き、通常の微粉酸化クロ
ムを原料として、溶射用酸化クロムロッドを製造するこ
とにその特徴がある。

すなわち、本発明は、前記の如き、微粉酸化クロムを主
材として、これに焼結剤、粒成長促進剤を必要な出発原
料として混合したものを混練、成形、乾燥および焼成工
程によって製造する。

従って、微粉酸化クロムを原料としてロッド状焼結体と
する際に、粒成長を伴わせることにより、結果的に粗粒
酸化クロムによるロッドを形成することができるので、
微粉末酸化クロムの原料の使用を可能としたものであ
る。

次に、焼結剤としては、前記の如き酸化クロム粉末がそ
れ自体焼結性を有していないためこれを主材とする成形
体ロッド、焼成物に機械的強度を付与させるものであ
る。

焼結剤としては、例えば、粘土（木節、蛙目粘土等）、
アルミニウムシリケート、アルミナ等々であるがとくに
その種類は問わない。また、添加量は、原料酸化クロム
１００重量部に対し２〜３０ｗｔ％望ましくは２〜２０
ｗｔ％が適当である。焼結剤添加量が２ｗｔ％未満であ
ると焼成物は機械的強度が不足し非常に脆く実用に耐え
ず、３０ｗｔ％以上であると酸化クロム溶射の本来の効
果であるところの耐摩擦耗性、高温耐酸化性等々が損な
われる。

また、更に、本発明では主原料として平均粒子系が２μ
ｍ以下の微細酸化クロムを用いるため加熱焼成中に酸化
クロム粒子の粒成長を促進させる粒成長促進剤の添加が
必要である。

かかる、粒成長促進剤としては、例えば酸化チタン、ア
ルカリ金属塩類、アルカリ金属、珪酸塩、アルカリ土類
金属塩類等があげられるが、特にその種類は問わない。

これらの添加量は、原料酸化クロム１００重量部に対し
０．５〜１５ｗｔ％、望ましくは１〜１０ｗｔ％が適当
である。粒成長促進剤が１ｗｔ％未満であると酸化クロ
ムは５μｍ以上に粒成長せず、溶射時の歩留まりが低下
するばかりでなく、安定した溶射性能が得られない。ま
た、１５ｗｔ％以上では焼成炉壁を侵したり、あるいは
焼成物たる酸化クロムロッドの溶射効果が損なわれたり
して不適当である。

本発明は、上記の諸原料をもってロッドに成形、焼成す
るものであるが、通常成形工程において得られるロッド
成形体強度をもたせるため初期結合剤を必要とする。

本発明で使用される初期結合剤として、酸化クロムをロ
ッド状に成形する際、原料混合物に可塑性、成形性およ
び形状保守性を付与しし、成形物の機械的強度を増加さ
せるものであり、例えば具体的には一般的によく知られ
ているメチルセルロース、エチルセルロース、カルボキ
シメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、デ
ンプン、ポリビニルエーテル、ポリビニルアルコール、
ポリエチレンオキシド、アクリル酸系ポリマー、ポリア
クリルアミド、ゼラチン等々の焼成で発揮してしまうも
のならばいずれも使用可能のものである。また、添加量
は原料酸化クロム１００重量部に対し特に制限はなく作
業性、経済性でその量を決めれば良い。

原料酸化クロムに初期結合剤、焼結剤等の結合剤、粒成
長促進剤を添加する方法は、従来行なわれている一般の
混合装置により粗混合後、調湿し２軸式混練機等を用い
て混練することにより行なう。

ロッド状への形成は真空押出し成形機を用い行なうが、
所望の形状が得られる方法ならば特に手段は問わない。

成形物を乾燥後、電気炉、ガス窯等にて焼成するわけだ
が、本発明における溶射用酸化クロムロッドの製法は、
特に一般のロッド状製品の製法と変わるところはない。

しかして、その特徴とするところは平均粒子径が２μｍ
以下の微粉末酸化クロム粒子を出発原料とし、加熱工程
中にロッド形状を損なうことなく酸化クロム微粉末を粗
大単結晶化と同時に焼結するところにある。

即ち、一般に、原料の混練、成形、乾燥、焼成という工
程において製造される緻密質焼成品の場合には、粒度分
布を調製した微細粒子を原料として用いるが、本発明に
おいては、元来焼結性のない微細酸化クロムに適当な焼
結剤、粒成長促進剤を添加した混合物をロッド状に成形
したものを焼成することにより微細酸化クロムが粒成長
し粗大単結晶化し、他方、粒界の焼結も併行して行わ
れ、結果的に粗粒酸化クロムを原料としてロッドと同等
以上の好適な溶射用酸化クロムロッドを製造することが
できる。

焼成条件としては、約４００℃にて脱結合剤を行なった
後、１２００〜１８００℃にて焼成を行なう。焼成温度
は１２００℃以下では、ロッドに強度が発現されないば
かりでなく酸化クロムの粒成長が十分に行われず、所望
の５μｍ以上の粒子径を有する溶射用酸化クロムロッド
を得ることが出来ない。また、１８００℃を超えると酸
化クロムの蒸発・凝縮による構成粒子の微細化が進み、
目的とするロッドを得ることが出来ない。多くの場合、
好ましくは１３００〜１８００℃の範囲が良いが最適焼
成温度は焼結剤、粒成長促進剤の種類が応じて定める必
要がある。

かくして、得られる本発明の溶射用酸化クロムロッド
は、前記のような粗大な各粒子が結合剤により相互に結
合はしているものの実質的に独立した単粒子によって構
成されたものになっている。

すなわち、主原料酸化クロム微粉末が加熱焼成中に粒成
長し結果としてロッドは粗大単結晶酸化クロムによって
構成されるようになると言うことができる。

このように、本発明にかかる溶射用酸化クロムロッドが
平均粒子径５〜５０μｍの粗大単結晶で構成されている
ためプラズマガスに投入された場合、これらの構成粒子
はそのこの特徴を生かし大きな慣性力で目的基材に到達
し、飛散・損失等の少なく歩留まりの良い良好な酸化ク
ロム皮膜が得られる。

したがって、かかる溶射用ロッドは従来にない好ましい
性状を有しているものである。

実施例１ 平均粒子系０．２〜２μｍの範囲にある微粒未酸化クロ
ムを主材として、表−１にあるような原料配合割合にて
なる原料１００部に対し、メチルセルロース３部を少量
の水と共に混練し、成形機にてロッド状に成形した後、
電気炉にて所定強度において各２時間焼成してロッド
（４．８mmφ×６００mmＬ）を製造した。

得られた各ロッド中の酸化クロムの粒成長を顕微鏡で観
察し、また、そのロッドの抗析強度を２つの支点距離５
９mmの中点に負荷を与えて木産式硬度計で測定した。そ
れらの結果について表２にまとめて表わす。

実施例２ 実施例１の◎印の条件にて焼成して得られた酸化クロム
ロッドでプラズマガンを用いた溶射を行なった。粉末溶
射に比べ酸化クロムの飛散、損失等々が少なく、溶射歩
留まりが改善されると共に、溶射作業環境も大幅に改善
された。

また、本法により得られた溶射皮膜粉末溶射と比べ遜色
なく良好な状態であった。

＜発明の効果＞ 本発明に係る方法によれば、溶射用酸化クロムとして粗
粒酸化クロムを別の方法で調製することなく、通常の微
粉末酸化クロムを直接に原料として用い、溶射用酸化ク
ロムロッドを工業的に有利に製造することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−119012（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−117265（ＪＰ，Ａ) 特公 昭36−23640（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平均粒子径が２μｍ以下の酸化クロム粉末
   の主材に、焼結剤および該粉末の粒成長促進剤とを混合
   し、次いで該混合物をロッド状に成形した後、加熱焼成
   処理することを特徴とする溶射用酸化クロムロッドの製
   造法。
2. 【請求項２】粒成長促進剤が酸化チタン、アルカリ金属
   塩、アルカリ土類金属塩から選ばれた少なくとも１種又
   は２種である特許請求の範囲第１項記載の溶射用酸化ク
   ロムロッドの製造法。
3. 【請求項３】加熱焼成温度が１２００〜１８００℃の範
   囲にある特許請求の範囲第１項記載の溶射用酸化クロム
   ロッドの製造法。