(57)【要約】【課題】高温において高い面圧を受けながら擦動しても摩耗が少なく、かつ熱収縮による凝固時の欠陥が発生しにくい肉盛溶接用の耐熱・耐摩耗金属棒を提供する。【解決手段】高温で酸化しない高温硬質粒子４と、高温で潤滑性を有する耐摩耗金属材６の粒子とを含有し、混合・焼結により成形される。高温硬質粒子４は、ｃＢＮ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＢ２、ＳｉＣ、Ｃｒ３Ｃ２、ＷＣ、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３のいずれか又はこれらの混合物である。耐摩耗金属材６は、クロムを含有する。【選択図】　　図１
2004066317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温で酸化しない高温硬質粒子（４）と、高温で潤滑性を有する耐摩耗金属材（６）の粒子とを含有し、混合・焼結により成形される、ことを特徴とする肉盛溶接用の耐熱・耐摩耗金属棒。
【請求項２】
前記高温硬質粒子（４）は、ｃＢＮ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＢ２、ＳｉＣ、Ｃｒ３Ｃ２、ＷＣ、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３のいずれか又はこれらの混合物である、ことを特徴とする請求項１に記載の肉盛溶接用の耐熱・耐摩耗金属棒。
【請求項３】
前記高温で潤滑性を有する耐摩耗金属材（６）は、クロムを含有する、ことを特徴とする請求項１に記載の肉盛溶接用の耐熱・耐摩耗金属棒。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高温部材の擦動部に肉盛溶接するための耐熱・耐摩耗金属棒に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、シュラウド付タービン翼をシュラウド側から見た模式図であり、図９はシュラウド部の別の斜視図である。
シュラウド付タービン翼は、翼部１、ダブテール部２及びシュラウド部３からなる。翼部１は、翼形断面を有し、燃焼ガスにより回転動力を発生する部分である。ダブテール部２は、翼部１の末端部に位置し、図示しないタービンディスクに固定され、回転動力をタービンディスクに伝達する部分である。シュラウド部３は、翼部先端に取付けられ、先端でのガス漏れを低減する機能を有する。
【０００３】
シュラウド部３は互いに連結されて一体の円環を形成する場合と、この図のように、１枚又は複数枚の翼部１と一体に形成され、互いに密着して組み立てられる場合とがある。また、後者の場合、密着面（接合面）が半径方向から見て単なる直線の場合と、この例のように中間に段付きを有する場合とがある。以下、中間に段付きを有する場合を「Ｚノッチ付き」と称する。
【０００４】
Ｚノッチ付きシュラウド部は、二点鎖線で示すように隣接するシュラウド部同士がＺノッチ３ａの側面Ａで互いに当接し、全体の位置を保持するようになっている。そのため、Ｚノッチ付きシュラウド部は、互いに連結することなく、高い位置保持能力を有する特徴がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した、タービン翼は、運転中高速回転し、周期的な変形及び振動を受けるばかりでなく、タービン翼を通過する高温の燃焼ガスに曝される。そのため、シュラウド部の側面Ａは、高温において高い面圧を受けながら擦動し摩耗が激しい問題点がある。
従来、この問題点を解決するために、タービン翼のＺノッチの隣と擦り合う面（側面Ａ、以下「擦動面Ａ」と呼ぶ）には、硬い耐熱・耐摩耗金属を肉盛溶接していた。
また、同様に、タービン翼以外の高温部材に対してもその擦動部に硬い耐熱・耐摩耗金属を肉盛溶接していた。
【０００６】
従来、かかる耐熱・耐摩耗金属としては、ＣｒとＣｏの含有量が高い肉盛材（例えばトリバロイＴ８００）やステライト系硬質材を使用している。
しかし、これらの耐熱耐摩耗金属材は、高温での硬度が低く、摩耗が早い問題点があった。また熱収縮が大きく、凝固時に欠陥が発生しやすい問題点もあった。そのため、タービン翼での表面のアルミナイズコーティングにクレイジングクラックと呼ぶ微細なクラックが発生しやすい問題点があった。
【０００７】
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、高温において高い面圧を受けながら擦動しても摩耗が少なく、かつ熱収縮による凝固時の欠陥が発生しにくい肉盛溶接用の耐熱・耐摩耗金属棒を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、高温で酸化しない高温硬質粒子（４）と、高温で潤滑性を有する耐摩耗金属材（６）の粒子とを含有し、混合・焼結により成形される、ことを特徴とする肉盛溶接用の耐熱・耐摩耗金属棒が提供される。
【０００９】
本発明の耐熱・耐摩耗金属棒をタービン翼等の高温部材に肉盛溶接することにより、溶接の際に溶けた耐摩耗金属材（６）に高温硬質粒子（４）が混入した耐熱・耐摩耗層を高温部材の擦動面に成膜することができる。
この耐熱・耐摩耗層は、高温硬質粒子（４）が、高温で酸化せず高温でも硬度が高いので耐磨耗性を向上させる。また、耐摩耗金属材（６）が高温で潤滑性を有するので、摩擦係数を低減する。更に、高温硬質粒子（４）は、肉盛溶接時の熱膨張・熱収縮が少ないので、セメント中の石のように作用し、耐熱・耐摩耗層の溶接後の熱収縮が小さくなり欠陥の発生（例えばクレイジングクラック）を抑制することができる。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記高温硬質粒子（４）は、ｃＢＮ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＢ２、ＳｉＣ、Ｃｒ３Ｃ２、ＷＣ、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３のいずれか又はこれらの混合物である。
これらの炭化物、酸化物、窒化物は、高温でほとんど酸化せず、高温でも非常に高い硬度を有しているため、高温部材の擦動面の耐磨耗性を大幅に高めることができる。
【００１１】
前記高温で潤滑性を有する耐摩耗金属材（６）は、クロムを含有する。
【００１２】
クロムは、高温で潤滑性を発揮する。従って、タービン高温部材の擦動面に、クロムを含有することにより高温での潤滑性を高め、耐摩耗性を従来以上に高めることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１４】
図１は、本発明の耐熱・耐摩耗金属棒の製造工程を示すフロー図である。この図に示すように、本発明の耐熱・耐摩耗金属棒は、高温で酸化しない高温硬質粒子４と、高温で潤滑性を有する耐摩耗金属材６の粒子と結合材を混合し、これを焼結することにより成形される細長い溶接棒である。焼結を容易にするために結合材を添加してもよい。
また、高温硬質粒子４、耐摩耗金属材６の粒子及び結合材を混合し圧縮成形した後に焼結してもよい。
【００１５】
本発明において、高温硬質粒子４は、ｃＢＮ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＢ２、ＳｉＣ、Ｃｒ３Ｃ２、ＷＣ、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３のいずれか又はこれらの混合物であるのがよい。また、耐摩耗金属材６は、クロムを含有する。この耐摩耗金属材６は、クロムを１０％以上含有するのがよく、ニッケルを３０％以上含有してはいけない。
【００１６】
表１は翼の母材（インコネル７１３ＬＣ）、肉盛材Ｔ（トリバロイＴ８００）、ステライト系硬質材の主成分表である。母材は、ＣｒとＣｏの含有量が少ないが、肉盛材Ｔとステライト系硬質材にはこれらの含有量が高いものを使用している。耐摩耗金属材６としては、例えば肉盛材Ｔ（トリバロイＴ８００）またはステライト系硬質材を用いる。
【００１７】
【表１】
2004066317.tif 000003
【００１８】
表２は、ｃＢＮおよび各種炭化物の常温でのビッカース硬さを示している。これらのｃＢＮおよび炭化物は、７００〜８００℃の高温でも硬さが大きくは低下しないと予測される。
これに対して、表１の母材、肉盛材Ｔ及びステライト系硬質材は、３００〜４００程度の低いビッカース硬度であり、しかも６００℃以上で急激に硬度が低下し、７００〜８００℃の高温では硬度が常温の１／２程度まで低下することが知られている。
【００１９】
【表２】
2004066317.tif 000004
【００２０】
従って、上述した高温硬質粒子４を用いることにより、非常に硬い粒子を肉盛溶接した耐熱・耐摩耗層内に分散させることができ、これら高温でもほとんど酸化せず、かつ高温でも非常に高い硬度を有しているため、高温部材の擦動面の耐磨耗性を大幅に高めることができる。
【００２１】
また、耐摩耗金属材６が高温で潤滑性を有するので、摩擦係数を低減する。更に、高温硬質粒子４は、肉盛溶接時の熱膨張・熱収縮が少ないので、セメント中の石のように作用し、耐熱・耐摩耗層の溶接後の熱収縮が小さくなり欠陥の発生（例えば硬い皮膜をもつタービン翼のクレイジングクラック）を抑制することができる。
【００２２】
以下、クロムを含有する耐摩耗金属材６を用いることにより、高温での潤滑性を高めることができる点を詳述する。
図２はクロムを含むＮｉ系とＣｏ系の摩耗量を比較した図である。この図から７００〜９００℃の高温域ではＮｉ系とＣｏ系の摩耗量が逆転し、Ｃｏ系の摩耗量が大幅に低下することがわかる。
図３は、高温におけるビッカース硬度を比較したものである。この図からＮｉ系のインコネル７１３ＬＣは高温でも相対的に硬度が高いことがわかる。しかし、Ｎｉ系のインコネル７１３ＬＣは硬いにもかかわらず後述するように、摩耗が激しいことがわかっている。
【００２３】
図４は高温酸化量の比較図である。インコネル材にはＣｒが含まれているが、ニッケルが多いため、高温においてあまり酸化せずＣｒ２Ｏ３ができないため低摩耗にならない。これに対して、Ｃｏ系合金では、Ｃｒが酸化してＣｒ２Ｏ３ができるため、低摩耗となると考えられる。
【００２４】
図５は、高温における酸化クロムのＸ線強度の比較図である。金属表面に生成した酸化クロム量において、Ｃｏ系は酸化物が７００℃の温度から急増加する。これに対して、Ｎｉ系は温度が上がっても酸化クロム量は少なく変化せず低い値である。このことから、酸化物の有無により図２に示したように摩耗量に大きな差が生じることがわかる。
【００２５】
図６は、Ｘ線回折結果である。この図において（Ａ）はＮｉ系のインコネル７１３ＬＣ、（Ｂ）はＣｏ系合金（Ｘ−４０）である。この比較からも、Ｃｏ系では明らかにＣｒ２Ｏ３ができることがわかる。
【００２６】
また、図７は、Ｃｒ２Ｏ３の高温での低摩擦係数を示す図である。この図から、Ｃｒ２Ｏ３は高温で低摩擦であり、特に３００℃前後から摩擦係数が低下し、８００℃前後で最小となることがわかる。
【００２７】
以上のＣｒ２Ｏ３の特性から、クロムを含有する耐摩耗金属材６を用いることにより、高温での潤滑性を高めることができることがわかる。また、同様にコバルトを含有する耐摩耗金属材６を用いることによっても、高温での潤滑性を高めることができる。
【００２８】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更できることは勿論である。例えば、上述した例では、タービン翼への適用を詳述したが、本発明はこれに限定せず、高温において高い面圧を受けるその他の高温部材に同様に適用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
上述したように、肉盛溶接用の耐熱・耐摩耗金属棒は、高温において高い面圧を受けながら擦動しても摩耗が少なく、かつ熱収縮による凝固時の欠陥が発生しにくい、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の耐熱・耐摩耗金属棒の製造工程を示すフロー図である。
【図２】クロムを含むＮｉ系とＣｏ系合金の摩耗量を比較した図である。
【図３】高温におけるビッカース硬度を比較したものである。
【図４】高温酸化量の比較図である。
【図５】高温における酸化クロムのＸ線強度の比較図である。
【図６】Ｘ線回折結果である。
【図７】Ｃｒ２Ｏ３の高温での低摩擦係数を示す図である。
【図８】シュラウド付タービン翼をシュラウド側から見た模式図である。
【図９】シュラウド部の斜視図である。
【符号の説明】
１　翼部、２　ダブテール部、３　シュラウド部、３ａ　Ｚノッチ、
４　耐熱・耐摩耗材、６　耐摩耗金属材
【図１】
2004066317.tif 000005
【図２】
2004066317.tif 000006
【図３】
2004066317.tif 000007
【図４】
2004066317.tif 000008
【図５】
2004066317.tif 000009
【図６】
2004066317.tif 000010
【図７】
2004066317.tif 000011
【図８】
2004066317.tif 000012
【図９】
2004066317.tif 000013