(57)【要約】      （修正有）【課題】大気中プラズマ溶射及び溶線式アーク溶射において、溶射皮膜への酸化物の影響をなくすため、改良された合金粒子及び線材の原料を提供する。【解決手段】溶射雰囲気の高温度下で発揮性の高い酸化物を形成する合金元素を原料に添加し、溶射中にこれらの元素が雰囲気中の酸素と優先的に反応して蒸発することによって達成される。添加する元素の条件として、酸素との親和性が皮膜構成元素よりも高く、酸化物の沸点が低く蒸発し易いことが挙げられる。これらの元素はB、Si、Cである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
合金粒子をその溶融点以上に加熱して基材に吹き付け、前記基材表面に前記粒子、線材から構成される合金の被膜を生成するアーク放電や熱プラズマを熱源とする大気中溶射法、例えば大気中プラズマ溶射、溶線式アーク溶射に使用される合金粒子であって、前記吹き付けによる飛翔中に粒子表面にて酸化蒸散する元素が添加されていることを特徴とする合金粒子及び線材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
合金粒子及び線材をその溶融点以上に加熱して基材に吹き付け、前記基材表面に前記粒子から構成される合金の被膜を生成する大気中プラズマ溶射及び溶線式アーク溶射に使用される合金粒子に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶射は高温熱源によって原料粉末粒子、また線材を溶融させ、基材に吹き付けて成膜する技術である。
大気中プラズマ（APS）溶射は高融点材料も溶射できるために広く実用されている。溶線式アーク溶射は金属線を原料として効率良く皮膜を形成するので金属系の材料の溶射にはよく使用されているが、プラズマ溶射に比較して粒子の速度が低いので気孔率が高くなる傾向がある。金属材料のAPS溶射及び溶線式アーク溶射の問題点として溶射中に金属粒子が空気による酸化反応を受け、成膜中に酸化物が混入することが挙げられる。  
その結果、皮膜の組成が変化し、化学的に不均一な組織になる。また酸化物も金属粒子と一緒に積層するため、皮膜は多気質になって密着性、耐食性が原材料に比較して劣化する。
そのために溶射皮膜の酸化を抑制する方法が種々研究されてきた。
まず、溶射中の雰囲気を制御する方法として不活性ガス雰囲気チャンバーで大気の遮断を行って溶射する方法があり減圧プラズマ溶射法として実用されているが、工業的に非効率で高コストであるため限られた用途しか用いられていない。また溶射粒子の温度を低下させて溶融させず成膜する低温溶射方法、例えば、コールドスプレー法があるが、成膜が容易な材料は銅、アルミニウムなどの軟質金属に限られる。また、成膜ができても粒子の偏平度が十分でないために緻密性、密着力に劣る場合が多い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は大気中プラズマ溶射及び溶線式アーク溶射において、溶射皮膜への酸化物の影響をなくすことを課題とし、原料として用いる合金粉末粒子、線材の改良に関するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
発明1の合金粒子及び線材は、吹き付けによる飛翔中に粒子表面にて酸化蒸散する元素が添加されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
発明１とすることにより、主体となる被膜生成用の元素に対する酸化は、添加元素の酸化とその蒸散により防止されると共に、被膜中に酸化物が混入される事態をも防ぐことができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明は、溶射雰囲気の高温度下で発揮性の高い酸化物を形成する合金元素を原料に添加し、溶射中にこれらの元素が雰囲気中の酸素と優先的に反応して蒸発することによって、皮膜中の酸素含有量を抑制するという原理を見出し、この原理を利用して達成したものである。
具体的には、添加する元素（以下、酸化蒸散元素ときす。）の条件として、１）酸素との親和性が皮膜構成元素よりも高い、２）酸化物の沸点が低く蒸発し易いことが挙げられる。
これまでの実験で効果を確認した元素はB, Si, Cである。
これら酸化蒸散元素の含有量は０．５≦(B)≦３．０、１．０ ≦(Si)≦５．０、１．０ ≦ (C) ≦ ２．３とする。
【０００７】
前記下限未満である場合は、酸化蒸散元素による作用が不十分で、緻密な皮膜を得るのが困難になる。
また、上限を超えると、炭化物、ホウ化物になり、皮膜は脆くなる欠点が生じる。
また、被膜の主要元素としては、大気中プラズマ溶射法による被膜形成平成元素として一般に使用されているFe、Ni、Co、Mo、Cuを用いることが可能である。
さらに、従来は、酸化が激しく、大気中プラズマ溶射法では、適切な皮膜を生成することが困難とされていた（Fe-Cr、Ni-Cr、Fe-Cr-Ni-Mo）による合金被膜を生成することも可能になる。
【実施例】
【０００８】
本発明の大気中プラズマ溶射法及び溶線式アーク溶射は、図8、図９に示す溶射装置を用いた。この装置については公知のものであるから詳細な説明は省略する。
大気中プラズマ溶射装置（図８）により、下表に示す合金粒子を、同表に示す条件で、基材（炭素鋼ＳＳ４００）に溶射した。
その結果を下表に示す。
通常のプラズマ溶射条件では、溶射距離１００ｍｍが適切であるが、添加元素と酸化の変化をよく理解するために高温、低酸化の溶射領域（距離５０ｍｍ）、また酸化が多い領域（距離１５０、  ２００ｍｍ）にて実験を行った。
なお、合金粒子の組成、生成被膜の元素含有量は、酸分解-ICP発光法で特定した。
また、酸素含有量は不活性ガス融解赤外線吸収法（LECO TC600型）法によって測定した結果である。
【０００９】
【表１】
2010070836.tif 000002
（米：Fe蒸発も可能、測定しなかった）
線材の寸法は直径１．６ｍｍ、また３．２ｍｍである。
【００１０】
実験No.１  〜３の基づく考察（図1参照）
Si添加の効果：横軸は溶射距離（通常は100mm前後）  鉄にSiを添加した合金皮膜中の酸素含有量を示す。
溶射距離の増加と共に皮膜中の酸素量が増える。
純鉄に比べSiを添加したFe1Si、Fe4Siの溶射皮膜は酸素含有量が低下した。  Si含有量4wt%の皮膜は含有量1wt%の皮膜より酸化低化が多い。
【００１１】
実験No.１〜３の基づく考察（図2参照）
図１に示す皮膜中のSi含有量の溶射距離による変化を示す。溶射距離の増加により皮膜中のSiが減少すること、また原料粉末にSi含有量は多い場合、Siの減少も多い。図１の結果と合わせて、Si添加量多い場合、Siの低減も多い、その結果、皮膜の酸化が低減したことが分かった。
【００１２】
実験No.１、４、５の基づく考察（図3参照）
B添加の効果：横軸は溶射距離（通常は100mm前後）
鉄にBを添加した皮膜中の酸素含有量を示す。溶射距離の増加と共に皮膜中の酸素量は増える。
純鉄に比べBを添加した皮膜の酸素含有量は低下した。 B含有量3％wtの皮膜は1wt%の皮膜より酸化低減の効果は大きい。
【００１３】
実験No.１、４、５の基づく考察（図4参照）
図３に示す皮膜中のB含有量を示す。溶射距離の増加と共に皮膜中のB含有量Bは低減する。
原材料粉末に3 wt% B含有量の皮膜は1 wt% B の皮膜よりBの低減量は僅かに多いが、図３の酸素含有量の結果から、皮膜の酸化低減量は大きいことが分かった。  
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実験No.１〜３の被膜の酸素量を示すグラフ
【図２】実験No.１〜３の被膜のＳｉ量を示すグラフ
【図３】実験No.１、４、５の被膜の酸素量を示すグラフ
【図４】実験No.１、４、５の被膜のＢ量を示すグラフ
【図５】実験No.１の純鉄皮膜断面写真。組織中に灰色の酸化物は多く含まれている。
【図６】実験2、3のFe-Si皮膜の断面写真。皮膜中の灰色酸化物の含有量は純鉄の図５に比べ少ない。Fe-１Siの皮膜に比べFe-4Siの皮膜中に灰色酸化物の領域は少ない、気孔が存在する。
【図７】実験4,5のFe-B皮膜の断面写真。皮膜中の灰色酸化物の含有量は純鉄の図５に比べ少ない。Fe-１Bの皮膜に比べFe-３Bの皮膜中に灰色の酸化物が少ない。
【図８】本発明の適用なプラズマ溶射装置の模式図（実施例）
【図９】本発明に適用な溶線式アーク溶射装置の模式図
【図１】
2010070836.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年9月26日(2008.9.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
前記下限未満である場合は、酸化蒸散元素による作用が不十分で、緻密な皮膜を得るのが困難になる。
また、上限を超えると、炭化物、ホウ化物になり、皮膜は脆くなる欠点が生じる。
また、被膜の主要元素としては、大気中プラズマ溶射法による被膜形成元素として一般に使用されているFe、Ni、Co、Mo、Cuを用いることが可能である。
さらに、従来は、酸化が激しく、大気中プラズマ溶射法では、適切な皮膜を生成することが困難とされていた（Fe-Cr、Ni-Cr、Fe-Cr-Ni-Mo）による合金被膜を生成することも可能になる。