(57)【要約】【課題】基材と、基材上に形成されたサーメット溶射層とを良好に密着させ、高温環境下での耐久性に優れたサーメット被覆材を提供すること。【解決手段】基材にサーメット溶射層を被覆してなるサーメット被覆材であって、基材の表面に化学エッチングを施した後、前記基材の前記化学エッチングが施された面に、サーメット溶射層を形成してなることを特徴とするサーメット被覆材を提供する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材にサーメット溶射層を被覆してなるサーメット被覆材であって、
基材の表面に化学エッチングを施した後、前記基材の前記化学エッチングが施された面に、サーメット溶射層を形成してなることを特徴とするサーメット被覆材。
【請求項２】
前記基材が、前記化学エッチングにより、その表面に実質的に異物が存在しない状態で粗面化されたものであることを特徴とする請求項１に記載のサーメット被覆材。
【請求項３】
前記基材のロックウェル硬さ（ＨＲＣ）が３５〜６２であることを特徴とする請求項１または２に記載のサーメット被覆材。
【請求項４】
前記サーメット溶射層が、Ｍ２Ｍ’Ｂ２型（Ｍ、Ｍ’は互いに異なる金属原子）の複硼化物を含む硬質相を３５〜９０重量％の割合で含み、残部が、Ｍ’を主成分として含有する合金を含む結合相からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のサーメット被覆材。
【請求項５】
前記硬質相に含まれる前記複硼化物が、Ｍｏ２（Ｎｉ，Ｃｒ）Ｂ２型の複硼化物であり、
前記結合相に含まれる前記合金が、Ｎｉ基合金であることを特徴とする請求項４に記載のサーメット被覆材。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のサーメット被覆材を用いて形成されることを特徴とする射出成型機用部材。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載のサーメット被覆材を用いて形成されることを特徴とする射出成型機用スクリュ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーメット被覆材および射出成型機用部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、基材の耐食性や耐摩耗性などの表面特性を向上させるための方法として、溶射法が広く用いられている。溶射法においては、基材の表面に金属、セラミックス、またはサーメットなどの粉末を溶射することにより、基材上に、耐食性および耐摩耗性に優れた溶射層を形成することができる。
【０００３】
このような溶射法として、たとえば、特許文献１では、Ｍｏ２（Ｎｉ，Ｃｒ）Ｂ２型の複硼化物を含有した合金粉末を用いて溶射を行うことにより、得られた溶射層の耐食性および耐摩耗性を向上させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−６８０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、上述した特許文献１の方法などにより形成される溶射層を有する部材については、その耐食性および耐摩耗性をより優れたものとするために、溶射層と基材との密着性を向上させることが求められている。これに対し、従来より、基材と溶射層との密着性を向上させるために、予め基材にブラスト処理を施すことにより基材表面を粗面化する方法が用いられている。
【０００６】
しかしながら、基材に対してブラスト処理を施す際には、メディアとして用いるアルミナなどの異物が基材の表面に残存してしまう場合があり、このような基材上に溶射層を形成すると、残存した異物により基材と溶射層との密着が阻害されてしまうという問題がある。また、表面に異物が残存した状態の基材に溶射層を形成してなる部材は、たとえば、射出成型機用のスクリュやスクリュヘッドなどの高温環境下で使用される機械の部品として用いた場合には、高温に晒された際に、異物の部分を起点として、基材と溶射層との界面にクラックが発生してしまうという問題もある。
【０００７】
特に、上述した特許文献１の方法では、溶射に用いる合金粉末は、ＷＣ（炭化タングステン）からなる超硬粉末などと比較して比重が小さく、また硬質粒子の含有割合も低いため、ブラスト処理を施した後に溶射を行った場合には、合金粉末がブラスト処理用のメディアなどの異物を弾き飛ばすような効果も得られず、依然として基材の表面に異物を残存させてしまうという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、基材と、基材上に形成されたサーメット溶射層とを良好に密着させ、高温環境下での耐久性に優れたサーメット被覆材を提供することを目的とする。また、本発明は、このようなサーメット被覆材を用いて形成される射出成型機用部材を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、基材の表面に化学エッチングを施した後、該基材上にサーメット溶射層を形成することにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１０】
すなわち、本発明によれば、基材にサーメット溶射層を被覆してなるサーメット被覆材であって、基材の表面に化学エッチングを施した後、前記基材の前記化学エッチングが施された面に、サーメット溶射層を形成してなることを特徴とするサーメット被覆材が提供される。
【００１１】
本発明のサーメット被覆材において、好ましくは、前記基材が、前記化学エッチングにより、その表面に実質的に異物が存在しない状態で粗面化されたものである。
【００１２】
本発明のサーメット被覆材において、好ましくは、前記基材のロックウェル硬さ（ＨＲＣ）が３５〜６２である。
【００１３】
本発明のサーメット被覆材において、好ましくは、前記サーメット溶射層が、Ｍ２Ｍ’Ｂ２型（Ｍ、Ｍ’は互いに異なる金属原子）の複硼化物を含む硬質相を３５〜９０重量％の割合で含み、残部が、Ｍ’を主成分として含有する合金を含む結合相からなる。
本発明のサーメット被覆材において、好ましくは、前記硬質相に含まれる前記複硼化物が、Ｍｏ２（Ｎｉ，Ｃｒ）Ｂ２型の複硼化物であり、前記結合相に含まれる前記合金が、Ｎｉ基合金である。
【００１４】
本発明によれば、上記いずれかのサーメット被覆材を用いて形成される射出成型機用部材が提供される。
【００１５】
また、本発明によれば、上記いずれかのサーメット被覆材を用いて形成される射出成型機用スクリュが提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、基材と、基材上に形成されたサーメット溶射層とを良好に密着させ、高温環境下での耐久性に優れたサーメット被覆材を提供することができる。また、本発明は、このようなサーメット被覆材を用いて形成される射出成型機用部材を提供することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施例および比較例のサーメット被覆材を切断した断面におけるＳＥＭ写真である。
【図２】図２は、実施例および比較例のサーメット被覆材について、鋼材とサーメット溶射層との界面における破壊靱性を測定する方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明のサーメット被覆材について説明する。
本発明のサーメット被覆材は、予め基材に化学エッチングを施し、該基材上にサーメット溶射層を被覆することにより形成されることを特徴とする。
【００１９】
＜基材＞
基材としては、サーメット溶射層を形成するための母材となるものであればよく、特に限定されず、各種金属材料を用いることができるが、材料強度に優れるという点より、ＳＣＭ鋼、ＳＫＤ鋼、ＳＫＨ鋼、炭素鋼、ステンレス鋼、および粉末ハイス鋼などの鋼板や、これらの焼入れ鋼などが挙げられ、なかでも、硬度が高く、得られるサーメット被覆材の耐久性を向上させることができるという点より、ＳＣＭ鋼、ＳＫＤ鋼、およびＳＫＨ鋼のいずれかの焼入れ鋼が好ましく用いられる。
【００２０】
基材の硬度としては、ロックウェル硬さ（ＨＲＣ）が、好ましくは３５〜６２、より好ましくは４５〜６０、さらに好ましくは５５〜６０である。基材のロックウェル硬さを上記範囲とすることにより、得られるサーメット被覆材を耐久性に優れたものとすることができ、たとえば、射出成型機用の部材であるスクリュやスクリュヘッドのように高トルク負荷が加わる部分に用いられる部材として好適に用いることができる。
【００２１】
また、基材としては、予めその表面に化学エッチングが施されたものを用いる。本発明によれば、基材の表面に化学エッチングを施すことにより、基材が清浄化され、基材の表面を、異物が存在しない状態で粗面化することができるため、基材上に形成するサーメット溶射層を、基材に対して良好に密着させることができ、得られるサーメット被覆材を耐久性に優れたものとすることができる。特に、本発明によれば、このような化学エッチングによる清浄化により、得られるサーメット被覆材を、基材とサーメット溶射層との界面に異物が存在しない状態とすることができ、その結果として、サーメット被覆材が高温に晒された場合においても、異物とサーメット被覆材との線膨張係数差に起因するサーメット被覆材のクラックの発生を有効に防止することができる。
【００２２】
なお、本発明においては、上記異物とは、基材を構成する材料やサーメット溶射層を構成する材料と実質的に異なる材料から構成されるものを意味し、たとえば、基材表面の粗面化をブラスト処理により行った場合に、基材の表面に混入してしまうメディアなどが挙げられる。なお、このような異物は、基材やサーメット溶射層を構成する材料とは実質的に異なる材料から構成されるものであるため、線膨張係数も異なることとなり、高温に晒された際に、基材やサーメット溶射層との線膨張係数差による、サーメット被覆材のクラックの発生原因となってしまうことが多い。特に、ブラスト処理用のメディア（たとえば、アルミナなど）は、基材やサーメット溶射層との線膨張係数差が大きく、サーメット被覆材のクラックが発生する蓋然性は顕著となる。
これに対し、本発明によれば、基材表面の粗面化を化学エッチングにより行うため、ブラスト処理用のメディアに由来する異物や、その他の異物が基材の表面に混入してしまうことを防止することができ、得られるサーメット被覆材において、このようなクラックの発生を有効に防止することができる。
【００２３】
一方、上記異物とは異なり、基材やサーメット溶射層との線膨張係数差が小さく、上述したクラックを発生させないような物質であれば、基材の表面に混入してもよい。このような物質としては、たとえば、基材が摩耗して発生した粒子や、サーメット溶射層を形成するための溶射用の合金粉末などが挙げられる。なお、これらの物質は、その粒径や体積が小さい方が好ましい。粒径や体積が大きすぎると、基材とサーメット溶射層との接触面積を減少させる原因となってしまい、基材とサーメット溶射層との密着性を低下させてしまうおそれがある。
【００２４】
化学エッチングの方法としては、特に限定されないが、たとえば、ディップ式、スプレー式、スピン式などのウェットエッチングによる方法を用いることができる。ウェットエッチングによる方法を用いる場合には、基材表面を部分的に粗面化する部分エッチング、および基材表面を全体的に粗面化する全面エッチングのいずれを採用してもよいが、基材表面を適度に粗面化できるという点より、部分エッチングが好ましい。なお、部分エッチングの方法としては、特に限定されず、基材表面をマスキングした後に化学エッチングを施す方法が挙げられるが、基材の表面に微細な加工パターンを形成することができ、基材表面における粗面化の程度を制御し易いという点より、フォトエッチングが好ましい。
【００２５】
基材にフォトエッチングを施す方法としては、たとえば、基材上にフォトレジストを塗布し、塗布したフォトレジスト上にマスク用のポジフィルムを密着させた後に露光し、露光した部分を有機溶剤などの現像液を用いて溶解した後、洗浄および乾燥を行い、スプレー式などの方法によりエッチングを行う方法を用いることができる。
【００２６】
なお、ウェットエッチングを行う場合におけるエッチング液としては、たとえば、塩酸や硫酸などの酸性水溶液、塩化第二鉄水溶液、水酸化カリウム水溶液などを用いることができる。エッチング液の濃度や液温については、特に限定されず、基材の種類によって適宜設定すればよい。
【００２７】
＜サーメット溶射層＞
基材を被覆するサーメット溶射層は、基材上に合金粉末を溶射することで形成される層であり、サーメット溶射層の硬度、すなわち耐摩耗性に寄与する硬質相と、硬質相を結合するためのマトリックスを形成する結合相とから構成される。
【００２８】
サーメット溶射層の硬質相は、耐摩耗性に寄与する硬質成分を含有したものであればよく、特に限定されないが、Ｍ２Ｍ’Ｂ２型の複硼化物を硬質成分として含有する相が好ましい。ここで、Ｍ２Ｍ’Ｂ２型の複硼化物において、Ｍ、Ｍ’は互いに異なる金属原子を示し、Ｍの具体例としては、Ｍｏ，Ｗなどのうち少なくとも１種の元素が挙げられ、Ｍ’の具体例としては、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｖ，Ｃｏなどのうち少なくとも１種の元素が挙げられる。これらのなかでも、サーメット溶射層をより耐摩耗性に優れるものとすることができるという観点より、ＭがＭｏであり、Ｍ’がＮｉおよびＣｒであるＭｏ２（Ｎｉ，Ｃｒ）Ｂ２型の複硼化物や、ＭがＭｏであり、Ｍ’がＦｅであるＭｏ２ＦｅＢ２型の複硼化物が好ましく、Ｍｏ２（Ｎｉ，Ｃｒ）Ｂ２型の複硼化物が特に好ましい。
【００２９】
なお、Ｍｏ２（Ｎｉ，Ｃｒ）Ｂ２型の複硼化物としては、Ｍｏの一部が、Ｗ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｈｆなどの他の元素で置換されたものであってよく、さらには、ＮｉまたはＣｒの一部が、Ｆｅ，Ｖ，Ｃｏなどの他の元素で置換されたものであってもよい。同様に、Ｍｏ２ＦｅＢ２型の硼化物としては、Ｍｏの一部が、Ｗ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｈｆなどの他の元素で置換されたものであってよく、さらには、Ｆｅの一部が、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｃｏなどの他の元素で置換されたものであってもよい。
【００３０】
サーメット溶射層における硬質相の含有割合は、好ましくは３５〜９０重量％、より好ましくは４０〜６８重量％、さらに好ましくは４５〜６５重量％である。硬質相の含有割合を上記範囲とすることにより、得られるサーメット被覆材の耐食性および耐摩耗性を向上させることができる。硬質相の含有割合が低すぎると、サーメット溶射層が柔らかくなり過ぎてしまい、耐摩耗性が低下する。一方、硬質相の含有割合が高すぎると、硬質相の分散性が悪くなり過ぎてしまい、強度が低下する。
【００３１】
サーメット溶射層の結合相は、硬質相を結合するためのマトリックスを形成するものであればよく、たとえば、上述した硬質相にＭ２Ｍ’Ｂ２型の複硼化物が含まれる場合には、結合相としては、Ｍ’合金を含む相とすることができる。具体的には、硬質相がＭｏ２（Ｎｉ，Ｃｒ）Ｂ２型の複硼化物を含有するものである場合には、Ｍ’がＮｉおよびＣｒであるため、結合相に含まれる合金としては、Ｎｉ基合金またはＣｒ基合金とすることができ、なかでもＮｉ基合金が好ましい。同様に、硬質相がＭｏ２ＦｅＢ２型の複硼化物を含有するものである場合には、Ｍ’がＦｅであるため、結合相に含まれる合金としては、Ｆｅ基合金とすることができる。
【００３２】
サーメット溶射層の結合相に含有させるＭ’合金のうち、Ｎｉ基合金としては、たとえば、Ｎｉと、Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｍｏ，Ｗから選択される少なくとも１種との合金が挙げられる。また、Ｃｒ基合金としては、たとえば、Ｃｒと、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｍｏ，Ｗから選択される少なくとも１種との合金が挙げられる。あるいは、Ｆｅ基合金としては、たとえば、Ｆｅと、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｍｏ，Ｗから選択される少なくとも１種との合金が挙げられる。
【００３３】
なお、このような硬質相および結合相から構成されるサーメット溶射層の組成は、特に限定されないが、硬質相がＭｏ２（Ｎｉ，Ｃｒ）Ｂ２型の複硼化物を含み、結合相がＮｉ基合金を含むものである場合には、Ｂ：３〜６．５重量％、Ｍｏ：２４〜６６重量％、Ｃｒ：７．５〜２０重量％であり、残部がＮｉおよび不可避的元素からなるものであることが好ましい。
【００３４】
Ｂ（ホウ素）は、硬質相となる複硼化物を形成するための元素である。Ｂの含有割合を上記範囲とすることにより、サーメット溶射層を、適度にＭ２Ｍ’Ｂ２型の複硼化物が形成され、耐摩耗性や強度に優れたものとすることができる。Ｂの含有割合が低すぎると、硬質相の含有割合が低くなってしまい、これにより耐摩耗性が低下するおそれがある。一方、Ｂの含有割合が高すぎると、硬質相同士の接触率が高くなってしまい、結果として、機械的強度が低下してしまう。
【００３５】
Ｍｏ（モリブデン）は、Ｂとともに、硬質相となる複硼化物を形成するための元素であるとともに、Ｍｏの一部は結合相に固溶し、これにより耐食性を向上させる効果を有する。Ｍｏの含有割合が低すぎると、耐摩耗性および耐食性が低下するおそれがある。一方、Ｍｏの含有割合が高すぎると、第三相を形成し、機械的強度が低下してしまう。
【００３６】
Ｎｉ（ニッケル）は、ＢおよびＭｏと同様に、複硼化物を形成するための元素である。また、結合相を構成する主な元素であり、優れた耐食性に寄与する。Ｎｉ含有量が１０重量％未満の場合は、十分な液相が出現せず緻密なサーメット溶射層が得られず、強度の低下を招いてしまうため、Ｎｉ含有量は１０重量％以上であることが好ましい。
【００３７】
Ｃｒ（クロム）は、複硼化物中のＮｉと置換固溶し、複硼化物の結晶構造を正方晶に安定化させる効果を有する。また添加したＣｒは、結合相中にも固溶し、サーメット溶射層の耐食性、耐摩耗性、高温特性、および機械的特性を大幅に向上させる。Ｃｒ含有量が多くなりすぎると、Ｃｒ5Ｂ3などの硼化物を形成し、強度が低下してしまう。
【００３８】
あるいは、サーメット溶射層を構成する硬質相がＭｏ２ＦｅＢ２型の複硼化物を含み、結合相がＦｅ基合金を含むものである場合には、サーメット溶射層の組成は、Ｂ：３〜６．５重量％、Ｍｏ：２４〜６６重量％、Ｃｒ：７．５〜２０重量％、Ｎｉ：０〜１０重量％、Ｆｅ：残部であることが好ましい。
【００３９】
Ｆｅ（鉄）は、Ｂ，Ｍｏとともに、硬質相粒子となる複硼化物を形成するための元素であるとともに、結合相の主成分を構成する。Ｆｅ含有割合が１０質量％未満の場合は、十分な液相が出現せず緻密なサーメット溶射層が得られず、強度の低下を招くおそれがある。一方、Ｆｅ含有割合が高すぎると、第三相を形成し、機械的強度が低下するおそれがある。
【００４０】
＜サーメット被覆材＞
本発明のサーメット被覆材は、上述した予め化学エッチングを施した基材上に、上述したサーメット溶射層を形成することにより得られる。
【００４１】
本発明においては、サーメット被覆材を構成することとなる基材に、予め化学エッチングを施すことにより、基材の表面を、異物が存在しない状態で粗面化することができるため、これにより、得られたサーメット被覆材を、基材とサーメット溶射層とが良好に密着した、耐久性に優れたものとすることができる。
【００４２】
＜サーメット被覆材の製造方法＞
次に、本発明におけるサーメット被覆材の製造方法について、説明する。
【００４３】
まず、サーメット被覆材を形成するための基材を準備し、上述したように、基材に化学エッチングを施すことにより、基材の表面を、異物が存在しない状態で粗面化する。
【００４４】
次いで、サーメット溶射層を形成するための合金粉末を製造する。合金粉末は、サーメット溶射層を構成することとなる各原料を合金化することで得ることができる。たとえば、合金粉末を製造する方法としては、サーメット溶射層を構成することとなる各原料を混合した原料粉末にバインダーおよび有機溶剤を添加し、これらをボールミルのような粉砕装置を用いて混合粉砕を行い、混合粉砕後の原料粉末をスプレードライヤーなどにより造粒し、造粒した粉末を焼結した後に分級する方法が挙げられる。
【００４５】
製造する溶射用の合金粉末としては、溶射を行い易いという点より、粒子径が１０〜１００μｍであることが好ましく、２０〜７５μｍであることがより好ましい。
【００４６】
次いで、製造した合金粉末を、溶射法により基材に溶射することでサーメット溶射層を形成する。溶射法としては、サーメット溶射層形成時の熱影響が小さいフレーム溶射、高速フレーム溶射のいずれを採用してもよいが、合金粉末の速度が速く緻密な膜が形成できるという点より、高速フレーム溶射が好ましい。
【００４７】
形成するサーメット溶射層の厚みは、好ましくは１００μｍ〜５００μｍであり、より好ましくは２００μｍ〜４００μｍである。形成するサーメット溶射層の厚みを上記範囲とすることにより、耐食性および耐摩耗性に優れたサーメット溶射層を形成することができる。なお、サーメット溶射層の厚みは、たとえば、電磁式膜厚計により測定することができる。
【００４８】
以上のようにして、本発明のサーメット被覆材は製造される。
【００４９】
本発明によれば、製造されたサーメット被覆材は、予め化学エッチングを施した基材を用いて形成されたものであるため、上述したように、基材とサーメット溶射層との密着性に優れ、耐久性に優れたものとなる。
【００５０】
なお、基材とサーメット溶射層との密着性の向上を図る方法としては、従来より、基材にブラスト処理を施し、基材の表面を粗面化する方法が用いられている。しかしながら、基材に対してブラスト処理を施す場合には、メディアとして用いるアルミナなどの異物が基材の表面に残存してしまう場合があり、このような基材上にサーメット溶射層を形成すると、残存した異物により基材とサーメット溶射層との密着が阻害されてしまうという問題がある。また、表面に異物が残存した状態の基材上にサーメット溶射層を形成して得られる部材は、高温環境下で使用される機械の部品として用いられた場合に、高温に晒されると、基材およびサーメット溶射層と異物との線膨張係数差により、クラックが発生してしまうという問題もある。
【００５１】
これに対し、本発明によれば、基材の表面を異物が存在しない状態で粗面化することができるため、得られたサーメット被覆材を、基材とサーメット溶射層とが良好に密着したものとすることができる。これにより、本発明のサーメット被覆材は、高温に晒された際においても、基材とサーメット溶射層との界面におけるクラックの発生を有効に防止することができ、高温環境下での耐久性が要求される用途、たとえば、３５０℃程度の高温環境下で使用される射出成型機用部材（射出成型機用のスクリュやスクリュヘッドなど）の用途として好適に用いることができる。
【実施例】
【００５２】
以下に、実施例を挙げて、本発明についてより具体的に説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
【００５３】
＜実施例１＞
Ｂ：５重量％、Ｍｏ：５１重量％、Ｃｒ：１７．５重量％、Ｎｉ：残部の比率で混合してなる原料粉末１００重量部に対して、５重量部のパラフィンを加え、これをアセトン中で、振動ボールミルにより２５時間湿式粉砕を行った。次いで、作製した粉砕粉を、窒素雰囲気下において１５０℃で１８時間乾燥した。そして、乾燥した粉砕粉を、アセトンと１：１の重量割合で混合した後に、スプレードライヤーによって造粒し、造粒した粉末を真空にて１１５０℃で１時間保持して焼結させ、これを分級することにより、溶射用の合金粉末を得た。
【００５４】
次いで、ビッカース硬さ（ＨＶ）が７３０（ロックウェル硬さ（ＨＲＣ）換算で６１）であり、ヤング率が２０６０００ＭＰａであるＳＫＤ１１鋼の鋼材を準備し、準備した鋼材のサーメット溶射層を形成することとなる面に、前処理としてフォトエッチングを施した。なお、フォトエッチングは、鋼材上にフォトレジストを塗布し、塗布したフォトレジスト上に、マスク用のポジフィルムを密着させた後に露光し、次いで、露光した部分を有機溶剤で溶解した後、洗浄および乾燥を行い、スプレー式により化学エッチングを施すことにより行った。これにより、表面が清浄化および粗面化され、表面の算術平均粗さＲａが６．７μｍである鋼材を得た。
【００５５】
そして、化学エッチングを施した鋼材に対し、高速フレーム溶射機（ＴＡＦＡ社製、ＪＰ−５０００）を用いて、上記にて調製した溶射用の合金粉末を溶射することで、鋼材上にサーメット溶射層を形成し、サーメット被覆材を得た。なお、サーメット溶射層の形成は、溶射距離（基材と溶射ガンの距離）：３００ｍｍ、灯油量：６ｇｐｈ、酸素流量：１８５０ｓｃｆｈの条件で行った。また、これにより形成されたサーメット溶射層のビッカース硬さ（ＨＶ）は１０５０であった。溶射層のヤング率については、測定が困難であったため、焼結体のヤング率を代用し３０００００ＭＰａとした。そして、形成されたサーメット溶射層は、Ｍｏ２（Ｎｉ，Ｃｒ）Ｂ２型の複硼化物を含む硬質相を６２重量％の割合で含み、残部がＮｉ基合金の結合相からなるものであった。
【００５６】
次いで、得られたサーメット被覆材を切断し、切断した面における鋼材とサーメット溶射層との界面部分を走査型電子顕微鏡（日本電子株式会社製、ＪＳＭ−８４０Ａ）により測定することで、図１（Ａ）に示すＳＥＭ写真を得た。その後、サーメット被覆材を、温度：３５０℃、時間：１００ｈｒの条件で熱処理し、再度、鋼材とサーメット溶射層との界面部分を走査型電子顕微鏡により測定することで、図１（Ｂ）に示すＳＥＭ写真を得た。
【００５７】
次いで、熱処理を施したサーメット被覆材について、鋼材とサーメット溶射層との界面における界面破壊靱性の測定を行った。すなわち、界面破壊靱性の測定は、サーメット被覆材を切断し、切断面をラッピングにより研磨した後、図２に示すように、鋼材とサーメット溶射層との界面に、ビッカース硬度計（ＡＫＡＳＨＩ社製、型番：ＭＶＫ−Ｇ２）を用いてダイヤモンド圧子を荷重４９Ｎで押し込み、界面にき裂が発生した際の荷重Ｐｃおよびき裂長さ２ａを測定し、下記式（１）および式（２）に示すＬｅｓａｇｅとＣｈｉｃｏｔの評価式にしたがい、界面破壊靱性Ｋｃを求めることで行った。ここで、界面破壊靱性Ｋｃは、界面に荷重を加えた際における、き裂伝播に対する耐性を示す値であり、界面破壊靱性Ｋｃが５ＭＰａ・ｍ１／２以上である場合には、鋼材とサーメット溶射層は、界面にき裂が入り難く、界面における密着性に優れているものと判断した。
【数１】
2014105388.tif 000002
【００５８】
なお、上記式（１）中、Ｅｓは鋼材のヤング率、Ｅｒはサーメット溶射層のヤング率、Ｈｓは鋼材のビッカース硬さ、Ｈｒはサーメット溶射層のビッカース硬さ（ＨＶ）である。結果を表１に示す。
【００５９】
【表１】
2014105388.tif 000003
【００６０】
＜比較例１＞
鋼材に対する前処理として、フォトエッチングに代えてブラスト処理を行った点以外は、実施例１と同様にサーメット被覆材を作製した。なお、ブラスト処理は、粒度＃２４のホワイトアルミナを、噴射圧力：５ｋｇ／ｃｍ２、噴射時間：１０ｍｉｎの条件にて鋼材に吹き付けることで行い、これにより、表面の算術平均粗さＲａが６．１μｍである鋼材を得た。そして、このようにして得られたサーメット被覆材について、実施例１と同様に、鋼材とサーメット溶射層との界面部分を走査型電子顕微鏡により測定し、界面破壊靱性Ｋｃの測定を行った。熱処理前の断面のＳＥＭ写真を図１（Ｃ）に、熱処理後の断面のＳＥＭ写真を図１（Ｄ）にそれぞれ示し、界面破壊靱性Ｋｃの測定結果を表１に示す。
【００６１】
図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、鋼材に対する前処理を化学エッチング（フォトエッチング）により行うことでサーメット被覆材を得た実施例１においては、化学エッチングにより鋼材の表面の清浄化および粗面化が適切に行われたため、鋼材とサーメット溶射層との界面に異物の存在は確認されず、サーメット被覆材を熱処理した後において、界面におけるクラックの発生は見られなかった。また、表１に示すように、実施例１のサーメット被覆材は、界面破壊靱性Ｋｃが５ＭＰａ・ｍ１／２以上であり、この結果より、鋼材とサーメット溶射層との密着性に優れるものと判断することができる。
【００６２】
一方、図１（Ｃ）および図１（Ｄ）に示すように、鋼材に対する前処理をブラスト処理により行うことでサーメット被覆材を得た比較例１においては、鋼材とサーメット溶射層との界面にブラスト処理で用いたホワイトアルミナが残存してしまい、サーメット被覆材を熱処理した後において、界面にクラックが発生してしまったことが確認された。また、表１に示すように、比較例１のサーメット被覆材は、界面破壊靱性Ｋｃが５ＭＰａ・ｍ１／２未満となってしまい、この結果より、鋼材とサーメット溶射層との密着性に劣るものであると判断することができる。
【図２】
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【図１】
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