(57)【要約】  本発明は、冶金学的に結合され、そして溶射され、そして再溶融されたコーティング（３）を備える部材（１）に関する。部材（１）中に力が加えられ、そしてさらなる表面負荷がかかる際に、連続して起こる摩耗現象を回避するために、本発明は、コーティング（３）に溶射層（４）が設けられる。
2015518085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冶金学的に結合、溶射及び再溶融されたコーティング（３）を備えた部材（１）であって、
該コーティング（３）に、少なくとも一つの溶射層（４）が設けられることを特徴とする、上記の部材。
【請求項２】
前記層（４）が再溶融されたことを特徴とする、請求項１に記載の部材。
【請求項３】
前記層（４）の厚さが５〜５００μｍであることを特徴とする、請求項２に記載の部材。
【請求項４】
前記層（４）の厚さが５〜１５０μｍであることを特徴とする、請求項２又は３に記載の部材。
【請求項５】
前記層（４）の厚さが５〜３０μｍであることを特徴とする、請求項３又は４に記載の部材。
【請求項６】
前記層（４）が、酸化物セラミック材料からのプラズマ層であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載の部材。
【請求項７】
前記層（４）が、金属結合した炭化物、特に、ＷＣ−ＣｒＣ−ＮｉからなるＨＶＯＦ層であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載の部材。
【請求項８】
前記コーティング（３）が、高温ガスの酸化に抵抗性の材料からなる、請求項１〜７のいずれか一つに記載の部材。
【請求項９】
前記コーティング（３）が耐食性であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つに記載の部材。
【請求項１０】
前記コーティング（３）が、表面（２）上及び／又は前記部材（１）の内側表面上にあることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一つに記載の部材。
【請求項１１】
部材（１）の表面（２）上に溶射され、そしてレーザーを用いて再溶融された、冶金学的に結合されたコーティング（３）を製造する方法であって、
該コーティング（３）上に、少なくとも一つのさらなる層（４）が溶射されることを特徴とする、上記の方法。
【請求項１２】
前記層（４）が再溶融されることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記層（４）が、レーザーを用いて再溶融されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記層（４）が、プラズマ溶射を用いて施用されることを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１５】
前記層（４）が、高速フレーム溶射を用いて施用されることを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれか一つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冶金学的に結合され、溶射されそして再溶融されたコーティングに関する。
【０００２】
さらに、本発明は、部材の表面上に溶射されそして再溶融された、冶金学的に結合されたコーティングの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
上述の種類の部材は当業者に知られていて周知であり、近年では、レーザー技術を用いて溶射された被膜を再溶融することが、広範な科学的研究においてますます議論されている。
【０００４】
冶金学的に結合されたコーティングは、その製造時に溶射の利点がレーザー溶融の利点と組み合わされて、高い耐摩耗特性及び耐腐食特性を有する。
【０００５】
例えば、ＩＮ  ６２５  ＨＶＯＦ層の形で存在するコーティングを、タービン翼のような部材の表面上に施用後、いくつかの溶融ラインが、集中的な円及びほぼ円形状の移動によって、矩形又は楕円状の光点を生じるように、産業的な処理が行われる。そのために必要な移動手段は、高い正確さでのビームガイドであり、これは、溶融箇所の幾何学的形状、溶融ラインの重なりの必要性、並びに溶融ラインの製造の要求される再現性に依存する。
【０００６】
最初に述べた種類の冶金学的に結合されたコーティングは、例えば、英国特許出願第１０３９６３３号明細書（特許文献１）に開示されており、そこではレーザー装置を用いて溶射された層の再溶融が行われ、該レーザー装置は、溶射層にわたって点状の光点を案内してそれらを溶融する。この場合、それぞれの溶射箇所も層全体も、レーザーを使って再溶融される。この結果、コーティングの改善された機械的特性が得られ、特に、溶射層の機械的粘着性が溶融によって改善される。
【０００７】
上述の種類の冶金学的に結合されたコーティングはまた、最近開示された論文でも論じられており、レーザーを使って再溶融された、鋼及びＴＩ６Ａ４Ｖ上に塗工されたＩＮ  ６２５  ＨＶＯＦ層の残留応力が議論されている。この論文では、再溶融されたＩＮ  ６２５層中に残留引張応力が確認されている。その開示論文は、レーザーによる再溶融を利用して達成する上での困難、危機的でない応力の状態、すなわち、あたりさわりのない残留引張応力、及び残留圧縮応力を示している。円形状のレーザー箇所にＣＯ２−レーザーを使用した場合、該レーザーは、２００Ｈｚの周波数で、１２６ｍｍの長さにわたり、部材表面の上に案内された（Ａｒｉｆ，  Ａ．Ｆ．Ｍ，  Ｙｉｌｂａｓ，  Ｂ．Ｓ．，  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，  Ｖｏｌｕｍｅ  ２５，  Ｎｏ．  ３，  Ａｐｒｉｌ  ２００９，  ｐｐ  ２４９−２５６（非特許文献１））。
【０００８】
同様に、最近開示された論文では、２８０μｍの厚さのＨＶＯＦ  ＷＣ−ＣｒＣ−Ｎｉ−層が、レーザーを使って熱処理され、そして圧縮された。この場合、多孔率、硬度及び耐摩耗性という特性が改善された。レーザー箇所は、４００ワットのレーザー出力の場合、４００ｍｍ／分の移動速度で３０％の重なり度でもって５ｍｍ×４ｍｍの楕円形状が選択された（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｋｏｒｅａｎ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ，  Ｖｏｌｕｍｅ  ５４，  Ｎｏ．  ３；  Ｍａｒｃｈ  ２００９（非特許文献２））。
【０００９】
この従来技術から知られる、部材の表面上に溶射され、そしてレーザー技術を使って再溶融された冶金学的に結合されたコーティングは、部材中に力が加えられ（Ｋｒａｆｔａｕｆｓｃｈｌａｇｕｎｇ）そしてさらに表面に負荷が加えられた場合に、摩耗現象が起こるという欠点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】英国特許出願第１０３９６３３号明細書
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ａｒｉｆ，  Ａ．Ｆ．Ｍ，  Ｙｉｌｂａｓ，  Ｂ．Ｓ．，  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，  Ｖｏｌｕｍｅ  ２５，  Ｎｏ．  ３，  Ａｐｒｉｌ  ２００９，  ｐｐ  ２４９−２５６
【非特許文献２】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｋｏｒｅａｎ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ，  Ｖｏｌｕｍｅ  ５４，  Ｎｏ．  ３；  Ｍａｒｃｈ  ２００９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
それ故、本発明の課題はこれらの欠点を回避することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この課題は、請求項１に記載の特徴によって解決される。本発明の有利な実施形態は従属の請求項に与えられている。
【００１４】
本発明は、冶金学的に結合されたコーティングに少なくとも１つの溶射層を設けることを提供する。
【００１５】
本発明の主題の中核は、冶金学的に結合されたコーティングに、溶射された上張り層を設けることである。驚くことに、部材にコーティングが冶金学的に結合され、その部材の拡張時に、その上張り層の許容値のために、その上張り層だけがクラッキング（ひび割れ）を生ずることが見出された。それゆえ、本発明のコーティングの場合、再溶融されたコーティングではクラック（ひび割れ）が継続しない。そのため、密な腐食保護層が与えられ、基本材料、すなわち部材の材料が腐食攻撃からその後も保護される。
【００１６】
請求項１〜１０のいずれか一つの具体的な部材は、ツインバレル及びスクリューであり、これらは、プラスチック処理用押出機で使用される。ツインバレルでは、２つのスクリューが、とりわけ熱可塑性プラスチック材料、例えば、ＰＶＣを、高圧及び高温下で送り出して圧縮する。プラスチック材料には、ガラス繊維、木粉及び着色料のような摩耗性の追加材料が追加される。摩耗作用性の追加材料の割合は、５０体積％超であってよい。ツインバレル及びスクリューは強い摩耗に曝され、さらに、スクリューはバレルの内側表面で支持されており、これは、高い表面圧力及び曲げ応力（Ｗａｌｋｂｅｌａｓｔｕｎｇ）を表面にもたらす。ＰＶＣの処理の間、ＰＶＣの分解が起こる可能性があり、そして、バレル及びスクリューに腐食を引き起こす塩酸が発生する場合がある。
【００１７】
コーティングとしては、ＨＶＯＦ法を使って施用される、金属結合性の炭化タングステン、例えば、ＷＣ−ＣｏＣｒ又はＷＣ−ＣｒＣ−Ｎｉをベースとする硬質金属層が、摩損に抵抗するのに適している。
【００１８】
ＷＣをベースとするＨＶＯＦ層は冶金学的に結合を有さないが、機械的な粘着機構に基づいて粘着性である。機械的な粘着は、主として、粒子の運動エネルギー及び基材の硬度の影響を受ける。４０〜４５ＨＲｃの中硬度の基本材料上にＨＶＯＦ層を施用した場合、２５０〜３５０ＭＰａのせん断強度が得られ、そして、５５〜５７ＨＲｃの硬度の基材の場合には、より低い、５０〜１５０ＭＰａのせん断強度が得られる。
【００１９】
ツイン押出バレルには、より高い粘着性及び２５０ＭＰａのせん断強度を有するコーティングを基材上に施用しなければならず、それにより、コーティングは機械的応力に耐えられることが判明した。さらに、コーティングの５５ＨＲｃ未満の硬度中に、少なくとも０．５ｍｍの深さの支持領域が存在しなくてはならず、それにより、高い表面圧力及び曲げ作用によって基材中へ金属結合性のＷＣ層が押し込まれることがない。
【００２０】
提案されるコーティング系により、基材において、５５ＨＲｃの硬度の支持層上の、＞２５０ＭＰａのせん断応力の硬質金属コーティングが可能となる。この場合、前者の、Ｎｉベースの合金からなる中硬度の薄層を施用し、そして、レーザーを用いて再溶融し、次いでＷＣ−ＨＶＯＦコーティングを施用する。冶金学的に結合された層は、本発明によれば、中硬度、Ｎｉベースの合金、例えば、ホウ素、ケイ素及び炭素の部分を有する、ＮｉＣｒＭｏの種類の合金からなる、４０〜４５ＨＲｃの硬度のコーティングである。
【００２１】
より硬度の高いバレル材料、例えば、４２ＣｒＭｏ４又はＸ４０Ｃｒ１７Ｍｏ、の場合、前者の溶射により被覆されたＮｉベース層のレーザー再溶融によって、冶金学的に結合され、密でかつ腐食保護性のＮｉＣｒＭｏ−ＢＳｉＣコーティングがもたらされる。レーザー再溶融により、ＮｉＣｒＭｏ−ＢＳｉＣ合金からなる前者の層の下方にある基材が硬化する。上述のバレル及びスクリュー材料の場合、５５〜５７ＨＲｃの硬度を有する硬質領域は、約０．５〜２ｍｍの深さに生じる。前者の再溶融された層は、５〜３０μｍと薄く、そして４０〜４５ＨＲｃの平均高度を有する。その薄くて、中程度の硬度の冶金学的に結合されたＮｉベースの層に対する高いせん断力及び表面圧力は、硬質なＷＣコーティングの深刻なプラスチックの変形及び陥没痕を生じさせることなく、基材の硬化された領域中で発現できることが判明した。
【００２２】
本発明のコーティングにより、ツインバレルの内面及びスクリューのバレル面の上に施用される、２５０ＭＰａのせん断強度を有する硬質な金属のＨＶＯＦコーティングが可能となり、これは、前者の溶射により被覆されたコーティングのレーザー再溶融によって基材を硬化させ、そしてそのコーティングの十分な支持を可能にする。そのコーティングは、ＨＶＯＦ  ＷＣコーティング中に高い機械応力によるクラックが生じた場合に、レーザーで再溶融されたＮｉＣｒＭｏ−ＢＳｉＣ合金によって、塩酸による下方部の腐食に対する保護を可能にする。
【００２３】
さらに、本発明のコーティングは、耐食性、耐衝撃性及びクラッキング耐性だけでなく、高い歪み許容性も有することが判明した。
【００２４】
例えば、タービン翼、ボール弁、スクリューローター又はバレルなどの管の内面のような複雑な寸法形状を有する部材に適用できる。
【００２５】
本発明のコーティングの製造は、次の３つの工程、すなわち、
１．部材の表面上に、溶射を使って、薄いコーティング、つまり、好ましくは５〜３００μｍの厚さを有するコーティングを形成する工程。その表面の材料として、特に、耐酸化性及び／又は耐食性の材料が利用される。
２．該溶射により施用されたコーティングを再溶融する工程。ここで、その再溶融は、好ましくはレーザー技術を使って行う。
３．該再溶融したコーティング上に、少なくとも１つの別の層を噴霧する工程。ここで、その層は、好ましくは、酸化物セラミック材料からなるプラズマ層か、又は金属結合性炭化物からなるＨＶＯＦ層である。
によって特徴付けられる。
【００２６】
溶射の変法としては、特に、プラズマ溶射及び高速フレーム溶射が適している。
【００２７】
好ましくは、溶射層は再溶融される。再溶融のための信頼できる器機としては、ここでもレーザー技術が適している。再溶融された層の利点とは、下方にある、冶金学的に結合され、溶射され、そして再溶融されたコーティング中で合金が形成されることである。
【００２８】
本発明のさらなる有利な実施形態は、層が、酸化物セラミック材料からなるプラズマ層を提供する。この層は、高い硬度及び低い熱伝導率を有するため、この層は、断熱部材に特に適していることによって有利に特徴づけられる。
【００２９】
本発明の実用的な変更例は、金属結合性炭化物からなる層、特に、ＷＣ−ＣｒＣ−ＮｉからなるＨＶＯＦ層を提供する。これにより、高い硬度及び堅牢度を有する層が与えられる。さらに、該層は、電気電導性であり、そして高い熱伝導率を有する。
【００３０】
さらに、押出ツインバレル中での請求項１〜１０のいずれか一つに記載の層順序の使用が提供される。
【００３１】
以下で、図面に基づいて本発明をより詳細に説明する。図面は次の略図を示す。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】冶金学的に結合され、そして溶射され、かつ再溶融されたコーティングが設けられた慣用的な部材。
【図２ａ】図２ａは、クラックを有する、本発明による部材を示している。
【図２ｂ】図２ｂは、クラックのない、本発明による部材を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、コーティング３が設けられた慣用的な部材を示している。
【００３４】
コーティング３は、部材１の表面２に冶金学的に結合され、そして再溶融される。コーティング３は、予め、部材１の表面２上に溶射されている。図１に示した部材はスクリューローターである。コーティング２の厚さは５μｍ〜３００μｍである。
【００３５】
本発明の本質的な方法では、冶金学的に結合されたコーティング３には、図２ａからさらに明らかなように、溶射層４がさらに設けられる。図２ａ、図２ｂでは、図示する目的で、図１に示された部材１を完全には示していない。層４の場合、その厚さは約３０μｍであり、該層は、冶金学的に結合されたコーティング３の上に溶射された層である。層４は、酸化物セラミック材料からなるプラズマ層である。あるいはまた、該層は、ＷＣ−ＣｒＣ−ＮｉからなるＨＶＯＦ層であることもできる。
【００３６】
図２ａの層構造の利点は、図２ｂに示されている。部材の高められた応力に起因してクラッキングが引き起こされる場合、そのクラッキングは層４でのみ起こる。図１ｂから明らかなように、クラック５は層４でのみ広がっており、冶金学的に結合されたコーティング３中で継続するクラックは見られない。
【００３７】
本発明は、上述の実施形態にそれらの形態が限定されない。むしろ、多数の変更が考えられ、それらは、その他の変更された実施形態の場合にも、示された解法を利用している。
【００３８】
例えば、層４は、５μｍ〜３００μｍ、好ましくは５μｍ〜１５０μｍの厚さを有することもでき、費用を削減する理由から、特に好ましくは５μｍ〜３０μｍの厚さを有することもできる。
【００３９】
さらに、コーティング３は、ＭＧＡｌＹのような高温ガス耐酸化性材料又はＮｉＧＭｏのような耐食性材料からなることができる。
【００４０】
さらに、本発明の範囲内で次の点を企図することができる。
−硬化された表面の上の層４、部材１の内側コーティングに限定され、ツインバレルの幾何学形状に限定され、回転バーナーを備えた噴射に限定され、
−硬化された表面上の、再溶融された層４が＜５μｍを有する、請求項１に記載の層順序、
−ＲＭＴＵを有する回転式内側コーティングバーナー、
−小さい内径のための、及びそのための粉末のためのＨＶＯＦ内側コーティングバーナー、ツイン燃焼室、水素霧化、灯油、ラムダ＜１、短い噴霧距離、活性ガスによる保護作用、粉末プラズマ球状化、＜１５μｍ、好ましくは０．５〜６μｍ、２〜９μｍ、
−金属結合性炭化タングステン及びモリブデンからなる部材１の内側コーティング、
−微小粒子のための粉末供給装置、バイブレーション、ボール、球体の床、振動装置、デリバリチャンネル、溝、ホッパー又はバレル、コンベヤーディスク、
−内側及び外側コーティングを有する管、コンビネーションレーザーＨＶＯＦ及びＨＶＯＦ、及びレーザーＨＶＯＦ、ソフトレーザーＨＶＯＦハード、腐食耐性硬質金属ＨＶＯＦ層、例えば、該層中に少量の金属バインダーを含有する粉末ＷＣ−ＣｒＣ−Ｎｉからなる。
【００４１】
ここに提案されるのは、層及び本体を製造するための炭化タングステン粉末が、球状、プラズマ球状化された、タングステン、クロム、炭素、及びＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉのようなバインダーからなり、クロムを有するＷＣ、例えば、低い金属バインダー含有量のＷＣ−ＣｒＣ−Ｎｉ、微小化ＷＣ及び微小化ＣｒＣ、構造ＷＣ、Ｗ２Ｃ、（ＷＣｒ）２Ｃ、Ｃｒ３Ｃ２、Ｃｒ７Ｃ３、Ｗ分を有するＣｒ２３Ｃ６（（ＣｒＷ）２３Ｃ６）、（ＷＣｒ）３ＮｉＣ、（ＷＣｒ）４Ｎｉ２Ｃ、（ＷＣ）６Ｎｉ６Ｃからなる、炭化クロムは、炭素供給物質である。この場合、炭素は過剰に存在し、グラファイトのように遊離している。これは、脆性のｎ−カーバイドを抑制するのに有利である。
【符号の説明】
【００４２】
１    部材
２    表面
３    コーティング
４    溶射層
５    クラック
【図１】
2015518085.tif 000003
【図２ａ】
2015518085.tif 000004
【図２ｂ】
2015518085.tif 000005
【国際調査報告】
2015518085.tif 000006
2015518085.tif 000007
2015518085.tif 000008
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