(57)【要約】  耐摩耗被膜を備えた摺動部品（１０）は、摺動部品（１２）と、摺動部品（１２）の摺動面（１２ａ）に設けられ、クロムと、珪素とを含有するコバルト合金で形成される耐摩耗被膜（１４）と、を備え、耐摩耗被膜中に、クロム及び珪素を含有する酸化物を含み、耐摩耗被膜（１４）の断面を光学顕微鏡により倍率１００倍で観察したときの粒径が１００μｍ以下の酸化物粒子（１６）が分散している。
2017094292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐摩耗被膜を備えた摺動部品であって、
摺動部品と、
前記摺動部品の摺動面に設けられ、クロムと、珪素とを含有するコバルト合金で形成される耐摩耗被膜と、
を備え、
耐摩耗被膜中に、クロム及び珪素を含有する酸化物を含み、前記耐摩耗被膜の断面を光学顕微鏡により倍率１００倍で観察したときの粒径が１００μｍ以下の酸化物粒子が分散している、耐摩耗被膜を備えた摺動部品。
【請求項２】
請求項１に記載の耐摩耗被膜を備えた摺動部品であって、
前記耐摩耗被膜の断面を、光学顕微鏡により倍率１００倍で３００μｍ×３００μｍの領域について観察したとき、粒径が１０μｍ以下の前記酸化物粒子が１０個以上ある、耐摩耗被膜を備えた摺動部品。
【請求項３】
請求項１または２に記載の耐摩耗被膜を備えた摺動部品であって、
前記耐摩耗被膜は、ビッカース硬さでＨＶ２８０以上である、耐摩耗被膜を備えた摺動部品。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の耐摩耗被膜を備えた摺動部品であって、
前記コバルト合金は、８．５質量％以上３２．５質量％以下のクロムを含有する、耐摩耗被膜を備えた摺動部品。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１つに記載の耐摩耗被膜を備えた摺動部品であって、
前記摺動部品は、ガスタービン部品である、耐摩耗被膜を備えた摺動部品。
【請求項６】
耐摩耗被膜の形成方法であって、
摺動部品の摺動面に、シールドガスを供給しながら肉盛材をレーザ肉盛して耐摩耗被膜を形成する工程を備え、
前記肉盛材は、クロムと、珪素とを含有し、１５０メッシュアンダのコバルト合金粉末である、耐摩耗被膜の形成方法。
【請求項７】
請求項６に記載の耐摩耗被膜の形成方法であって、
前記肉盛材は、４２５メッシュアンダのコバルト合金粉末である、耐摩耗被膜の形成方法。
【請求項８】
請求項７に記載の耐摩耗被膜の形成方法であって、
前記肉盛材は、更に、クロムと、珪素とを含有し、レーザ回折散乱法で測定した平均粒径が１．５μｍ以下であるコバルト合金粉末を造粒した造粒粉末を含む、耐摩耗被膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、耐摩耗被膜を備えた摺動部品及び耐摩耗被膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、タービン翼等の摺動部品における摺動面に設けられる耐摩耗被膜は、コバルト（Ｃｏ）系合金をＴＩＧ溶接等により肉盛して形成されている。特許文献１には、蒸気タービン長翼は、Ｃｏ系合金のステライトをＴＩＧ溶接によって翼先端部に接合することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ステライト合金等のコバルト合金をＴＩＧ溶接により肉盛して形成される耐摩耗被膜では、コバルト合金に含まれるクロム等が選択酸化した潤滑性の良い酸化物が被膜表面に形成されることにより耐摩耗性を向上させている。しかし、摺動部品が約６００℃以下の温度域に曝される場合には、ステライト合金等のコバルト合金に含有されているクロム等の選択酸化がほとんど生じないので、被膜表面に潤滑性の良い酸化物が形成されず、摺動部品の摩耗量が増大する可能性がある。【０００５】
そこで本開示の目的は、約６００℃以下の温度域においても、耐摩耗性を向上させることが可能な耐摩耗被膜を備えた摺動部品及び耐摩耗被膜の形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態に係る耐摩耗被膜を備えた摺動部品は、摺動部品と、前記摺動部品の摺動面に設けられ、クロムと、珪素とを含有するコバルト合金で形成される耐摩耗被膜と、を備え、耐摩耗被膜中に、クロム及び珪素を含有する酸化物を含み、前記耐摩耗被膜の断面を光学顕微鏡により倍率１００倍で観察したときの粒径が１００μｍ以下の酸化物粒子が分散している。【０００７】
本発明の実施形態に係る耐摩耗被膜を備えた摺動部品は、前記耐摩耗被膜の断面を、光学顕微鏡により倍率１００倍で３００μｍ×３００μｍの領域について観察したとき、粒径が１０μｍ以下の前記酸化物粒子が１０個以上ある。【０００８】
本発明の実施形態に係る耐摩耗被膜を備えた摺動部品において、前記耐摩耗被膜は、ビッカース硬さでＨＶ２８０以上である。【０００９】
本発明の実施形態に係る耐摩耗被膜を備えた摺動部品において、前記コバルト合金は、８．５質量％以上３２．５質量％以下のクロムを含有する。【００１０】
本発明の実施形態に係る耐摩耗被膜を備えた摺動部品において、前記摺動部品は、ガスタービン部品である。【００１１】
本発明の実施形態に係る耐摩耗被膜の形成方法は、摺動部品の摺動面に、シールドガスを供給しながら肉盛材をレーザ肉盛して耐摩耗被膜を形成する工程を備え、前記肉盛材は、クロムと、珪素とを含有し、１５０メッシュアンダのコバルト合金粉末である。【００１２】
本発明の実施形態に係る耐摩耗被膜の形成方法において、前記肉盛材は、４２５メッシュアンダのコバルト合金粉末である。【００１３】
本発明の実施形態に係る耐摩耗被膜の形成方法において、前記肉盛材は、更に、クロムと、珪素とを含有し、レーザ回折散乱法で測定した平均粒径が１．５μｍ以下であるコバルト合金粉末を造粒した造粒粉末を含む。
【発明の効果】
【００１４】
上記構成によれば、耐摩耗被膜中に、クロム及び珪素を含有する酸化物を含み、粒径が１００μｍ以下の酸化物粒子が分散しているので、約６００℃以下の温度域においても、耐摩耗性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態において、耐摩耗被膜を備えた摺動部品の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態において、耐摩耗被膜の形成方法を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態において、実施例１の形成方法で形成した耐摩耗被膜の断面観察結果を示す写真である。
【図４】本発明の実施の形態において、実施例１の形成方法で形成した耐摩耗被膜の断面観察結果を示す拡大写真である。
【図５】本発明の実施の形態において、実施例１の形成方法で形成した耐摩耗被膜における酸化物粒子を含む領域の断面観察結果を示す拡大写真である。
【図６】本発明の実施の形態において、実施例１の形成方法で形成した耐摩耗被膜の定性分析結果を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態において、実施例２の形成方法で形成した耐摩耗被膜の断面観察結果を示す写真である。
【図８】本発明の実施の形態において、実施例３の形成方法で形成した耐摩耗被膜の断面観察結果を示す写真である。
【図９】本発明の実施の形態において、実施例３の形成方法で形成した耐摩耗被膜の断面観察結果を示す拡大写真である。
【図１０】本発明の実施の形態において、フレッティング摩耗試験を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態において、フレッティング摩耗試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、耐摩耗被膜を備えた摺動部品１０の構成を示す断面図である。耐摩耗被膜を備えた摺動部品１０は、摺動部品１２と、摺動部品１２の摺動面１２ａに設けられる耐摩耗被膜１４と、を備えている。
【００１７】
摺動部品１２は、ガスタービン部品であり、例えば、航空機用のジェットエンジン部品、車両用の過給機（ターボチャージャ、スーパチャージャ）部品、産業用のガスタービン部品等の高温で使用される部品である。航空機用のジェットエンジン部品としては、例えば、シュラウドと摺動するタービン翼がある。摺動部品１２は、例えば、Ｎｉ基合金等で形成されている。摺動部品１２の摺動面１２ａには、例えば、面圧が負荷されて微小な繰り返し摺動を繰り返すフレッティング摩耗や、周期的な圧力と摺動とを繰り返すインパクト摩耗等が発生する。
【００１８】
耐摩耗被膜１４は、摺動部品１２の摺動面１２ａに設けられている。耐摩耗被膜１４は、コバルト（Ｃｏ）を主成分とし、クロム（Ｃｒ）と、珪素（Ｓｉ）と、を含有するコバルト合金で形成されている。合金中の主成分とは、合金中で最も多い割合を占める合金成分である。耐摩耗被膜１４は、コバルトを主成分とするコバルト合金で形成されているので耐熱性を有している。コバルト合金は、クロムと、珪素とを含有しているので、耐摩耗被膜１４が約６００℃より高温の酸化雰囲気に曝された場合には、耐摩耗被膜１４の表面に、クロムや珪素が選択酸化されて、酸化クロムや酸化珪素を形成する。約６００℃より高温域では、これらの潤滑性の良い酸化物が耐摩耗被膜１４の表面に形成されることで、耐摩耗性が向上する。耐摩耗被膜１４の膜厚については、例えば、１００μｍから１０００μｍである。
【００１９】
コバルト合金は、耐熱性、耐酸化性及び耐摩耗性を高めるために、８．５質量％以上３２．５質量％以下のクロムを含有しているとよい。このようなコバルト合金には、ステライト（Ｓｔｅｌｌｉｔｅ）合金やトリバロイ（Ｔｒｉｂａｌｏｙ）合金を用いることができる。ステライト合金は、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｗ、Ｃ等を含有し、残部がＣｏと不可避的不純物とからなるコバルト合金である。ステライト合金は、例えば、コバルトを主成分とし、２０質量％以上３２．５質量％以下のクロムと、２．０質量％以下の珪素とを含有しており、耐熱性、耐酸化性に優れている。ステライト合金は、ＷＣ等の微細な炭化物が分散されていることから、硬質であり、耐摩耗性に優れている。ステライト合金には、例えば、ステライト３１合金等を用いることができる。トリバロイ合金は、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｍｏ等を含有し、残部がＣｏと不可避的不純物とからなるコバルト合金である。トリバロイ合金は、例えば、コバルトを主成分とし、８．５質量％以上１８質量％以下のクロムと、１．３質量％以上３．７質量％以下の珪素と、を含有しており、耐熱性、耐酸化性に優れている。トリバロイ合金は、ＭｏとＳｉとの微細な金属間化合物が分散されていることから、硬質であり、耐摩耗性に優れている。トリバロイ合金には、トリバロイＴ−４００合金、Ｔ−８００合金等を用いることができる。
【００２０】
耐摩耗被膜１４は、耐摩耗被膜中に、クロム及び珪素を含有する酸化物を含み、耐摩耗被膜１４の断面を光学顕微鏡により倍率１００倍で観察したときの粒径が１００μｍ以下の酸化物粒子１６が分散されて構成されている。酸化物粒子１６は、クロム及び珪素を主成分とする酸化物（酸化クロムと酸化珪素との複酸化物等）で形成されており、潤滑性に優れている。酸化物中の主成分とは、酸化物に多く含まれる成分のことである。また、酸化物粒子１６は、耐摩耗被膜１４の表面や、耐摩耗被膜１４の厚み方向に分散して形成されている。耐摩耗被膜内に、クロム及び珪素を含有する酸化物を含む酸化物粒子１６が分散しているので、クロムや珪素の選択酸化による酸化物が形成され難くなる約６００℃以下の温度域においても、耐摩耗性を向上させることが可能となる。
【００２１】
酸化物粒子１６は、耐摩耗被膜１４の断面を光学顕微鏡により倍率１００倍で観察したときの粒径が１００μｍ以下の粒子で形成されている。酸化物粒子１６は、粒径が１００μｍより大きい粒子を含まず、耐摩耗被膜１４の断面を光学顕微鏡により倍率１００倍で観察したときの粒径が１００μｍ以下の粒子のみで形成されているとよい。また、酸化物粒子１６の形状は、略球状である。酸化物粒子１６の粒径が１００μｍ以下であるのは、粒径が１００μｍより大きいと、耐摩耗被膜中の酸化物粒子１６の数が少なくなることから、摺動面１２ａに供給される酸化物粒子１６が減るからである。また、コバルト合金にステライト合金を用いる場合には、珪素の含有量が少ないので、酸化物粒子１６の粒径が１００μｍより大きくなると、後述するレーザ肉盛でコバルト合金に含まれるクロムや珪素を選択酸化させて酸化物粒子１６を形成するときに、酸化物粒子１６中の珪素濃度が低下する可能性があるからである。酸化物粒子１６の粒径を１００μｍ以下とすることにより、耐摩耗被膜中に酸化物粒子１６をより多く分散させることができるので、摺動部品１２の摺動面１２ａにより多くの酸化物粒子１６を供給することが可能となる。
【００２２】
耐摩耗被膜１４の断面を、光学顕微鏡により倍率１００倍で３００μｍ×３００μｍの領域を観察したとき、粒径が１０μｍ以下の酸化物粒子１６が１０個以上あるとよい。耐摩耗被膜中に粒径が１０μｍ以下の微小な酸化物粒子１６が多く分散されていることにより、摺動部品１２の摺動面１２ａにより多くの酸化物粒子１６を供給することができる。
【００２３】
耐摩耗被膜１４の硬さは、ビッカース硬さでＨＶ２８０以上であることが好ましい。耐摩耗被膜１４がビッカース硬さでＨＶ２８０以上の硬質膜からなることにより、耐摩耗被膜１４の耐摩耗性を向上させることができる。耐摩耗被膜１４の硬さは、ビッカース硬さでＨＶ２８０以上ＨＶ１１００以下とするとよい。
【００２４】
次に、耐摩耗被膜１４の形成方法について説明する。
【００２５】
図２は、耐摩耗被膜１４の形成方法を説明するための図である。耐摩耗被膜１４の形成方法は、摺動部品１２の摺動面１２ａに、シールドガス２０を供給しながらレーザ光２２を照射し、肉盛材２４をレーザ肉盛して耐摩耗被膜１４を形成する工程を備えている。
【００２６】
肉盛材２４には、クロムと、珪素とを含有し、１５０メッシュアンダのコバルト合金粉末を用いることができる。コバルト合金粉末は、ＴＩＧ溶接で使用される溶接棒よりも比表面積が大きいので、粉末表面に酸素がより多く吸着する。１５０メッシュアンダのコバルト合金粉末は、例えば、レーザ回折散乱法で測定したときの累積粒度分布（体積基準）の９０％累積径（Ｄ９０）が１００μｍ以下と小さく、粉末表面の酸素の吸着量が多くなる。コバルト合金粉末の表面に吸着している酸素は、レーザ肉盛中に、コバルト合金粉末に含まれるクロムや珪素を選択酸化して、クロム及び珪素を含有する酸化物を含む酸化物粒子１６を形成する。また、１５０メッシュアンダの粒径が小さいコバルト合金粉末を用いることにより、耐摩耗被膜中に、耐摩耗被膜１４の断面を光学顕微鏡により倍率１００倍で観察したときの粒径が１００μｍ以下の酸化物粒子１６を形成して分散させることができる。
【００２７】
肉盛材２４には、ステライト合金やトリバロイ合金からなるコバルト合金粉末を用いることが可能である。肉盛材２４には、例えば、ガスアトマイズ法や水アトマイズ法で形成されたコバルト合金粉末を用いることができる。肉盛材２４は、コバルト合金粉末を１５０メッシュ（目開き１０６μｍ）の篩で篩分け等して形成される。
【００２８】
肉盛材２４には、クロムと、珪素とを含有し、４２５メッシュアンダのコバルト合金粉末を用いてもよい。４２５メッシュアンダのコバルト合金粉末は、例えば、レーザ回折散乱法で測定したときの累積粒度分布（体積基準）の９０％累積径（Ｄ９０）が３２μｍ以下である。粒径が更に小さいコバルト合金粉末を用いることにより、表面積が大きくなり、粉末表面の酸素の吸着量がより多くなるので、レーザ肉盛中に酸素をより多く供給して、酸化物粒子１６を形成することが可能となる。肉盛材２４は、コバルト合金粉末を４２５メッシュ（目開き３２μｍ）の篩で篩分け等して形成される。
【００２９】
肉盛材２４は、クロムと、珪素とを含有し、４２５メッシュアンダのコバルト合金粉末に加えて、更に、クロムと、珪素とを含有し、レーザ回折散乱法で測定した平均粒径が１．５μｍ以下のコバルト合金粉末を造粒した造粒粉末を含むようにしてもよい。平均粒径が１．５μｍ以下の微小のコバルト合金粉末を造粒した造粒粉末を用いることにより、粉末表面の酸素の吸着量をより多くして、レーザ肉盛中に酸素をより多く供給することができる。また、コバルト合金粉末の粒径が小さくなり過ぎると、レーザ肉盛時にコバルト合金粉末の流動性が悪くなり、コバルト合金粉末を安定して供給することが難しくなるが、造粒粉末を用いることによりレーザ肉盛中にコバルト合金粉末を安定して供給することができる。
【００３０】
造粒粉末については、例えば、次のようにして形成することが可能である。まず、粗粒のコバルト合金粉末をジェットミル等で粉砕し、平均粒径が１．５μｍ以下の鱗片状等のコバルト合金粉末を捕集する。ジェットミルには、旋回流式ジェットミル等を用いることができる。平均粒径が１．５μｍ以下のコバルト合金粉末と、バインダと、溶媒とを攪拌混合し、スラリを作製する。このスラリをスプレードライアで造粒し、造粒粉末を形成する。造粒粉末の粒径は、例えば、３０μｍから４０μｍである。４２５メッシュアンダのコバルト合金粉末と、造粒粉末との混合比率については、体積比率で６：１とするとよい。これらの粉末の混合方法については、予めレーザ肉盛前に混合してもよいし、レーザ肉盛中に混ざるようにしてもよい。
【００３１】
次に、レーザ肉盛方法について説明する。摺動部品１２の摺動面１２ａに、シールドガス２０を供給しながらレーザ光２２を照射し、レーザ光２２の照射領域に肉盛材２４を供給して溶解させることによりレーザ肉盛する。これにより、摺動部品１２の摺動面１２ａに、クロムと、珪素とを含有するコバルト合金からなる耐摩耗被膜１４が形成される。肉盛材２４であるコバルト合金粉末の表面には酸素が吸着しているので、レーザ肉盛中に、コバルト合金に含まれているクロム、珪素が選択酸化されてクロム及び珪素を含有する酸化物を含む酸化物粒子１６が耐摩耗被膜中に分散して形成される。また、シールドガス２０を供給しながらレーザ肉盛するので、摺動部品１２の摺動面１２ａ等の酸化が抑制される。シールドガス２０には、アルゴンガス等を用いることができる。更に、レーザ肉盛では、入熱量が少ないので、摺動部品１２への熱影響を抑制することができる。レーザ肉盛装置には、例えば、トルンプ（ＴＲＵＭＰＦ）製レーザ肉盛システム等の公知のレーザ肉盛装置を用いることが可能である。
【００３２】
以上、上記構成の耐摩耗被膜を備えた摺動部品によれば、耐摩耗被膜は、クロムと、珪素とを含有するコバルト合金で形成されており、耐摩耗被膜中に、クロム及び珪素を含有する酸化物を含み、耐摩耗被膜の断面を光学顕微鏡により倍率１００倍で観察したときの粒径が１００μｍ以下の酸化物粒子が分散しているので、約６００℃以下の温度域でも、耐摩耗性を向上させることができる。
【００３３】
上記構成の耐摩耗被膜の形成方法によれば、肉盛材として、クロムと、珪素とを含有し、１５０メッシュアンダ等のコバルト合金粉末を用いてレーザ肉盛により耐摩耗被膜を形成することから、耐摩耗被膜中に、クロム及び珪素を含有する酸化物を含み、耐摩耗被膜の断面を光学顕微鏡により倍率１００倍で観察したときの粒径が１００μｍ以下の酸化物粒子を容易に形成して分散させることが可能となる。
【実施例】
【００３４】
実施例１から３の形成方法で耐摩耗被膜を形成し、耐摩耗被膜の評価を行った。まず、耐摩耗被膜の形成方法について説明する。【００３５】
実施例１から３の形成方法では、基材の表面に、肉盛材としてのステライト３１合金粉末をレーザ肉盛して耐摩耗被膜を形成した。ステライト３１合金の組成は、質量比で、１０．５％のＮｉと、２％以下のＦｅと、０．５％のＣと、２５．５％のＣｒと、１％のＭｎと、１．０％のＳｉと、７．５％のＷと、を含み、残部がＣｏと不可避的不純物とから構成されている。基材には、Ｎｉ基合金であるＩｎｃｏｎｅｌ７１８を使用した。【００３６】
実施例１の形成方法の肉盛材には、１５０メッシュアンダのステライト３１合金粉末を使用した。この肉盛材については、レーザ回折散乱法で測定したときの累積粒度分布（体積基準）の９０％累積径（Ｄ９０）が１００μｍであった。【００３７】
実施例２の形成方法の肉盛材には、４２５メッシュアンダのステライト３１合金粉末を使用した。この肉盛材については、レーザ回折散乱法で測定したときの累積粒度分布（体積基準）の９０％累積径（Ｄ９０）が３２μｍであった。【００３８】
実施例３の形成方法の肉盛材には、４２５メッシュアンダのステライト３１合金粉末と、レーザ回折散乱法で測定した平均粒径が１．５μｍ以下のステライト３１合金粉末を造粒した造粒粉末と、を使用した。造粒粉末については、次のようにして形成した。まず、粗粒のステライト３１合金粉末を旋回流式ジェットミルで粉砕し、平均粒径が１．５μｍ以下の鱗片状のステライト３１合金粉末を捕集した。平均粒径が１．５μｍ以下のステライト３１合金粉末と、バインダと、水とを攪拌混合し、スラリを作製した。このスラリを用いてスプレードライアで造粒し、造粒粉末を形成した。レーザ肉盛では、体積比率で、４２５メッシュアンダのステライト３１合金粉末：造粒粉末＝６：１として混合して供給した。【００３９】
レーザ肉盛には、トルンプ（ＴＲＵＭＰＦ）製レーザ肉盛システムを使用した。このレーザ肉盛システムは、レーザ出力が２ｋＷのＹＡＧレーザ発振器と、粉末供給装置と、を備えている。レーザ肉盛条件については、レーザ出力が０．４５ｋＷ、粉末供給速度が約６ｇ／分、スポット径が３ｍｍ、溶接速度が１０００ｍｍ／分とした。シールドガスには、アルゴンガスを使用した。【００４０】
基材に各肉盛材をレーザ肉盛した後に、耐摩耗被膜の断面観察と定性分析とを行った。図３は、実施例１の形成方法で形成した耐摩耗被膜の断面観察結果を示す写真である。図４は、実施例１の形成方法で形成した耐摩耗被膜の断面観察結果を示す拡大写真である。なお、図４の中の矢印は、酸化物粒子（黒い粒子）を示している。図５は、実施例１の形成方法で形成した耐摩耗被膜における酸化物粒子を含む領域の断面観察結果を示す拡大写真である。なお、図３から図５については、光学顕微鏡による観察結果である。図３については、倍率５０倍の観察結果であり、図４については倍率１００倍の観察結果であり、図５については、倍率５００倍の観察結果である。【００４１】
図３の写真から、基材の表面に、耐摩耗被膜が形成されているのが認められた。耐摩耗被膜の膜厚は、約５００μｍであった。耐摩耗被膜や、基材表面と耐摩耗被膜との界面には、割れや剥離等は認められなかった。【００４２】
図４の拡大写真から、耐摩耗被膜中に、耐摩耗被膜の断面を光学顕微鏡により倍率１００倍で観察したときの粒径が１００μｍ以下の酸化物粒子（矢印で示した黒い粒子）が分散しているのが認められた。酸化物粒子は、粒径が１００μｍより大きい粒子を含まず、粒径が１００μｍ以下の粒子のみで形成されていた。酸化物粒子の粒径は、大部分が１０μｍ以下であった。また、耐摩耗被膜の断面を、光学顕微鏡により倍率１００倍で３００μｍ×３００μｍの領域について観察したとき、粒径が１０μｍ以下の酸化物粒子が１０個以上認められた。なお、粒径が１０μｍより大きい酸化物粒子は、基材表面の近傍で認められた。【００４３】
図５の拡大写真から、耐摩耗被膜の断面を光学顕微鏡により観察したときの酸化物粒子の形状は、略円形状であった。このことから、酸化物粒子の形状は、略球状であると考えられる。【００４４】
図６は、実施例１の形成方法で形成した耐摩耗被膜の定性分析結果を示すグラフであり、図６（ａ）は、耐摩耗被膜中の酸化物粒子を含まない領域の定性分析結果を示すグラフであり、図６（ｂ）は、耐摩耗被膜中の酸化物粒子の定性分析結果を示すグラフである。定性分析については、エネルギ分散型蛍光Ｘ線分析（ＥＤＸ）により行った。【００４５】
図６（ａ）のグラフに示すように、酸化物粒子を含まない領域では、主に、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｗ、Ｎｉ等のステライト３１合金の成分のピークが認められた。また、酸化物粒子を含まない領域では、Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８の成分のピークも若干認められた。【００４６】
図６（ｂ）のグラフに示すように、酸化物粒子では、主に、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｏのピークが認められた。このことから、酸化物粒子は、ステライト３１合金の成分であるＣｒ、Ｓｉが選択酸化されて形成されたクロム及び珪素を含有する酸化物を主体としていることがわかった。また、Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８に含まれるＴｉのピークも若干認められた。このことから、酸化物粒子は、Ｔｉが選択酸化されて形成されたチタン酸化物を含んでいることがわかった。【００４７】
図７は、実施例２の形成方法で形成した耐摩耗被膜の断面観察結果を示す写真である。図８は、実施例３の形成方法で形成した耐摩耗被膜の断面観察結果を示す写真である。図９は、実施例３の形成方法で形成した耐摩耗被膜の断面観察結果を示す拡大写真である。なお、図７から図９については、光学顕微鏡による観察結果である。図７については倍率５０倍の観察結果であり、図８については倍率５０倍の観察結果であり、図９については倍率２００倍の観察結果である。【００４８】
図７、８の写真から、基材表面に、耐摩耗被膜が形成されているのが認められた。耐摩耗被膜の膜厚は、約５００μｍであった。耐摩耗被膜や、基材表面と耐摩耗被膜との界面には、割れや剥離等は認められなかった。【００４９】
実施例２、３の形成方法で形成した耐摩耗被膜は、実施例１の形成方法で形成した耐摩耗被膜と同様に、耐摩耗被膜中に、耐摩耗被膜の断面を光学顕微鏡により倍率１００倍で観察したときの粒径が１００μｍ以下の酸化物粒子が分散しているのが認められた。酸化物粒子は、粒径が１００μｍより大きい粒子を含まず、粒径が１００μｍ以下の粒子のみで形成されていた。酸化物粒子の粒径は、大部分が１０μｍ以下であった。また、耐摩耗被膜の断面を光学顕微鏡により倍率１００倍で３００μｍ×３００μｍの領域について観察したとき、粒径が１０μｍ以下の酸化物粒子が１０個以上認められた。【００５０】
実施例３の形成方法で形成した耐摩耗被膜では、図９の写真に示すように、耐摩耗被膜中に微細なボイドが認められた。また、ボイドの内部に充填された酸化物粒子が観察された。このボイドは、ステライト３１合金粉末に吸着している酸素と、ステライト３１合金粉末の成分である炭素とが反応して生成した炭酸ガス等に起因して形成されたと考えられる。【００５１】
次に、実施例１から３の形成方法で形成した耐摩耗被膜についてビッカース硬さ試験方法により硬さを測定した。ビッカース硬さ試験については、室温にて耐摩耗被膜における横断面の中央部を荷重１ｋｇで５箇所を測定し、これらの測定値を平均して求めた。実施例１、２の形成方法で形成した耐摩耗被膜の平均硬さは、ＨＶ３５０以上であった。実施例３の形成方法で形成した耐摩耗被膜の平均硬さは、ＨＶ２８０以上ＨＶ３１０以下であった。実施例１、２の形成方法で形成した耐摩耗被膜の平均硬さは、実施例３の形成方法で形成した耐摩耗被膜の平均硬さよりも高くなった。【００５２】
ステライト３１合金は、微細な炭化物の分散により硬度を高めている。実施例３の形成方法では、実施例１、２の形成方法よりもレーザ肉盛の雰囲気中に酸素がより多く供給されるので、酸素と、ステライト３１合金の成分である炭素とが反応することにより、炭素が消費される。これにより、実施例３の形成方法で形成した耐摩耗被膜の平均硬さは、実施例１、２の形成方法で形成した耐摩耗被膜の平均硬さよりも若干低下したと考えられる。【００５３】
次に、実施例１から３の形成方法で形成した耐摩耗被膜についてフレッティング摩耗試験を行い、耐摩耗特性を評価した。図１０は、フレッティング摩耗試験を説明するための図である。フレッティング摩耗試験では、上側治具Ａの摺動面に肉盛層を形成し、下側治具Ｂの摺動面に耐摩耗被膜を形成し、上側治具Ａと下側治具Ｂとの摺動面を対向させて面圧を負荷し、矢印で示す方向に振幅させて摩耗量を評価した。試験条件については、面圧を３ＭＰａから７ＭＰａ、摺動量（振幅）を±０．５ｍｍ、摺動面を直径３ｍｍφ、摺動回数を１００万回（６時間）とした。【００５４】
上側治具Ａの摺動面には、ＴＩＧ溶接によりシールドガス中でトリバロイＴ８００合金を肉盛して肉盛層を形成した。肉盛材にはトリバロイＴ８００合金からなる溶接棒を使用し、シールドガスにはアルゴンガスを使用した。下側治具Ｂの摺動面には、実施例１から３の形成方法によりステライト３１合金からなる耐摩耗被膜を形成した。また、比較例１の形成方法として、下側治具Ｂの摺動面に、ＴＩＧ溶接でステライト３１合金を肉盛して被膜を形成した。比較例１の形成方法の肉盛材にはステライト３１合金からなる溶接棒を使用し、シールドガスにはアルゴンガスを使用した。各被膜の膜厚については、略同じ膜厚とした。【００５５】
試験温度については、実施例１の形成方法で形成した耐摩耗被膜については２００℃、４８０℃及び６００℃、実施例２の形成方法で形成した耐摩耗被膜については４８０℃、実施例３の形成方法で形成した耐摩耗被膜については４８０℃及び６００℃、比較例１の形成方法で形成した被膜については室温、３００℃、４８０℃、７００℃、９００℃とした。なお、摩耗試験は、大気雰囲気中で行った。【００５６】
図１１は、フレッティング摩耗試験の結果を示すグラフである。図１１のグラフでは、横軸に試験温度を取り、縦軸に摩耗量を取り、実施例１を白四角形で示し、実施例２を黒四角形で示し、実施例３を白丸で示し、比較例１を黒菱形で示した。【００５７】
図１１のグラフに示す各摩耗量については、摩耗試験前後の膜厚から摩耗量を算出し、比較例１の形成方法で形成した被膜における４８０℃の摩耗量を１００としたときの相対値で示した。例えば、実施例１の形成方法で形成した耐摩耗被膜における４８０℃、６００℃の摩耗量は、比較例１の形成方法で形成した被膜における４８０℃の摩耗量を１００としたとき、５から１０である。【００５８】
比較例１の形成方法で形成した被膜は、約６００℃以下の温度域において摩耗量が大きくなり、４８０℃で最も摩耗量が大きくなった。これに対して実施例１から３の形成方法で形成した耐摩耗被膜は、約６００℃以下の温度域においても摩耗量が小さくなった。【００５９】
比較例１の形成方法では、肉盛材にステライト３１合金からなる溶接棒を用いていることから、粉末よりも比表面積が小さくなるので、溶接棒の表面における酸素の吸着が僅かである。このため、ＴＩＧ溶接中に、雰囲気中への酸素の供給がほとんどないので、被膜中に酸化物粒子を形成することができない。また、約６００℃以下の温度域では、ステライト３１合金に含まれるクロム、珪素の選択酸化による酸化物もほとんど形成されない。この結果、比較例１の形成方法で形成した被膜は、約６００℃以下の温度域で摩耗量が大きくなったと考えられる。【００６０】
これに対して、実施例１から３の形成方法では、肉盛材に、１５０メッシュアンダ等のステライト３１合金粉末を使用しているので、溶接棒よりも比表面積が大きく、酸素の吸着が多くなる。このため、レーザ肉盛中に雰囲気中への酸素の供給が多くなり、耐摩耗被膜中に、クロム及び珪素を含有する酸化物を主体とする酸化物粒子が分散されて形成される。これにより、約６００℃以下の温度域で摩耗量が小さくなったと考えられる。【００６１】
また、実施例１、２の形成方法で形成した耐摩耗被膜は、実施例３の形成方法で形成した耐摩耗被膜よりも摩耗量が小さくなった。この理由については、実施例３の形成方法で形成した耐摩耗被膜の平均硬さが、実施例１、２の形成方法で形成した耐摩耗被膜の平均硬さよりも若干低下したことによるものと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本開示は、約６００℃以下の温度域においても耐摩耗性を向上させることが可能となることから、ガスタービン部品等に有用なものである。
【図１】
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【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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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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