(57)【要約】本発明は、基材上に被覆を形成できる鉄基合金に関する。この被覆は、高硬度、耐食性、および基材への結合強度を有する。鉄基合金は、重量で、１６．００〜２０．００％のＣｒ、０．２０〜２．００％のＢ、０．２０〜４．００％のＮｉ、０．１０〜０．３５％のＣ、０．１０〜４．００％のＭｏ、任意で１．５０％以下のＳｉ、任意で１．００％以下のＭｎ、任意で３．９０％以下のＮｂ、任意で３．９０％以下のＶ、任意で３．９０％以下のＷ、及び任意で３．９０％以下のＴｉを含み、残部がＦｅ及び不可避の不純物であり、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ及びＴｉの合計は、鉄基合金の０．１〜４．０重量％である。本発明はさらに、基材およびその表面上に形成された鉄基合金の被覆を含む物品、ならびに被覆された物品を形成する方法にも関する。この方法は、ＨＶＯＦ、ＨＶＡＦ、コールドスプレー、プラズマ溶射、レーザークラッディングまたはプラズマ移行アーククラッディングを使用することが好ましい。【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄基合金であって、
１６．００〜２０．００重量％のＣｒ、
０．２０〜２．００重量％のＢ、
０．２０〜４．００重量％のＮｉ、
０．１０〜０．３５重量％のＣ、
０．１０〜４．００重量％のＭｏ、
任意で１．５０重量％以下のＳｉ、
任意で１．００重量％以下のＭｎ、
任意で３．９０重量％以下のＮｂ、
任意で３．９０重量％以下のＶ、
任意で３．９０重量％以下のＷ及び
任意で３．９０重量％以下のＴｉ
を含み、残部がＦｅ及び不可避の不純物であり、
Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ及びＴｉの合計は、前記鉄基合金の０．１〜４．０重量％である、鉄基合金。
【請求項２】
Ｃｒの含有量が１６．５０〜１９．５０重量％である、請求項１に記載された鉄基合金。
【請求項３】
Ｂの含有量が０．２０〜１．２０重量％である、請求項１または請求項２に記載された鉄基合金。
【請求項４】
Ｎｉの含有量が０．２０〜３．００重量％である、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された鉄基合金。
【請求項５】
Ｎｂの含有量が０．２０〜３．００重量％である、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された鉄基合金。
【請求項６】
任意成分であるＮｂ、Ｖ、ＷおよびＴｉの含有量が、それぞれ１．５０重量％以下である、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された鉄基合金。
【請求項７】
粉末形態である、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載された鉄基合金。
【請求項８】
前記粉末は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４−１６によるふるい分析により測定して２５０μｍを超える粒径の粒子を含まないか、該粒子の含有量が２重量％未満である、請求項７に記載された鉄基合金。
【請求項９】
前記粉末は、ＡＳＴＭ Ｂ２１４−１６によるふるい分析により測定して５〜２００μｍまたは２０〜２００μｍの粒径の粒子からなる、請求項７または請求項８に記載された鉄基合金。
【請求項１０】
基材および被覆を有する物品であって、該被覆が、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載された鉄基合金から形成されている、物品。
【請求項１１】
鉱業または鉄鋼業で使用される油圧シリンダーまたはローラーである、請求項１０に記載された物品。
【請求項１２】
前記被覆が、ＳＳ−ＥＮ  ＩＳＯ  ６５０８−１：２０１６により測定した硬さが５３ＨＲＣ以上、および ＩＳＯ  ９２２７：２０１７に従う３５℃での中性塩水噴霧試験（５％ＮａＣｌ）で５０００時間（３０週間）以上の耐食性のうちの１つまたは両方を有する、請求項１０または請求項１１に記載された物品。
【請求項１３】
前記被覆が、前記基材に金属学的に結合されている、請求項１０から請求項１２までのいずれか１項に記載された物品。
【請求項１４】
前記基材が、金属または合金、好ましくは鋼、工具鋼またはステンレス鋼でできている、請求項１０から請求項１３までのいずれか１項に記載された物品。
【請求項１５】
前記被覆は、請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載された鉄基合金を、レーザークラッディング、プラズマ溶射、ＨＶＯＦ、ＨＶＡＦ、コールドスプレー、またはプラズマ移行アークによって形成された被覆である、請求項１０から請求項１４までのいずれか１項された記載された物品。
【請求項１６】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載された鉄基合金または請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載された鉄基合金粉末の、基材上に被覆を形成するための使用。
【請求項１７】
被覆された物品を形成する方法であって、
基材を提供する段階および、
前記基材上に被覆を形成する段階
を含み、
前記被覆は、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載された鉄基合金からなり、
前記基材上に被覆を形成する段階は、請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載された鉄基合金粉末を使用する、被覆された物品を形成する方法。
【請求項１８】
前記基材上に被覆を形成する段階は、レーザークラッディング、プラズマ溶射、プラズマ移行アーク、ＨＶＡＦ、コールドスプレー、またはＨＶＯＦを行うステップである、請求項１８に記載された被覆された物品を形成する方法。
【請求項１９】
前記物品が請求項１０から請求項１５までのいずれか１項に記載された物品である、請求項１７または請求項１８に記載された被覆された物品を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広く言えば鉄基合金、とりわけ高硬度および耐食性を有する鉄基合金の分野に属するものである。さらに、本発明は、鉄基合金からできた高硬度および耐食性を有する被覆を施された物品の分野、並びに本発明の鉄基合金を使用するその物品の製造方法にも属する。
【背景技術】
【０００２】
さまざまな種類の鋼などの鉄基合金が多くの用途で使用されているが、必要な特性に欠けている場合がある。一例として、鋼材は、例えば掘削および採掘機械に見られるような過酷な使用状況に耐えるには硬さおよび耐食性が十分ではない。
【０００３】
硬質クロムめっきが、この目的のために鉱業および鋼鉄用途またはトンネル掘削機などの過酷な条件および摩耗に曝される機械への保護被覆を提供するために使用されてきた。クロム被覆は、明るい外観、優れた耐摩耗性および耐食性を有する被覆を得るために一般的に使用されてきた。航空宇宙、石油およびガス、鉱業用機器などの重工業機器がこの被覆の主要な最終用途産業である。
【０００４】
通常、硬質クロム被覆は、クロムイオンを含む水溶液からのクロムの電着によって、導電性の基板（通常は金属）の表面に形成される。しかし、その工程で使用される、またはその工程から生じる廃棄物に含まれる六価クロムＣｒＶＩに対する厳しい環境規制のために、硬質クロム被覆の用途は減少している。
【０００５】
電着により形成するために、この方法では、硬質クロムめっきは導電性基板表面にのみしか形成できない。さらに、電着による被覆はエネルギー集約的であり、複雑な構造体に形成すべき場合に問題を引き起こす可能性がある。さらに、電着工程は、通常は、電解被覆に曝される基板のすべての部分に均一な厚さの被覆層を形成することしかできないため、さまざまな厚さの被覆および/または基板の選択された部分にのみ被覆を形成することができない。
【０００６】
一般的なクロム被覆（またはメッキ）の他の欠点は、被覆と支持材との間の結合強度が比較的小さいことである。理論に拘束されることを望まないが、特に支持材が鉄系の場合（すなわち、鉄または鋼などの鉄基合金である場合）、鉄系材料とクロムとの結晶構造に整合性がなく、鉄系材料とクロム被覆との間に急激な遷移が存在する。したがって、クロム層と鉄系材料の表面との間に金属学的結合はないと考えられる。本明細書において、「金属学的結合」は、一方の側の基板と他方の側の被覆層との間に遷移を形成する中間の金属学的相が存在することを意味する。そのような金属学的中間相は、一般に、基材の組成および被覆の組成の両方とは異なる組成を有し、基材の結晶構造および結晶構造の両方とは異なる結晶構造を有することができる。
【０００７】
これらの問題および制限を考慮して、硬質クロムめっきの代替品の探索が約３０年前から行われている。ＨＶＯＦ（高速度酸素燃料溶射）などの溶射法は、航空機の着陸装置や油圧シリンダーなどで幾らかの硬質クロムめっき用途を代替している。
【０００８】
硬質クロムめっきに代替する被覆に求められる特性は、優れた耐食性、耐摩耗性、改善された結合強度がある。後者は、基材の材料と被覆との金属学的結合が必要であう。これは、基材および/または被覆の劣化を避けるために、最小限の熱入力で形成されることが最適である。
【０００９】
レーザークラッディングは、広くこれらの特性を満たすように設定された確立された処理方法である。レーザークラッディングは、基材材料への影響を最小限に抑えながら、耐食性および耐摩耗性の薄い被着物を付着させることができるため、多くの用途で硬質クロムめっきに代わるものである。基材上のレーザー照射領域は高温であるため、レーザークラッディングは電着と比較して金属学的接合を達成するのにより適している。金属学的接合を提供する能力により、レーザークラッディングは、硬質クロムめっきおよびＨＶＯＦとは差があることが分かっている。
【００１０】
レーザークラッディング処理では、ＳＵＳ  ４３１などのマルテンサイト系ステンレス鋼が被覆材料としてよく使用される。しかし、従来使用された材料は、高硬度と優れた耐食性を同時に達成できなかった。現在使用される合金は、硬さが５３ＨＲＣ未満で耐食性を有するか、硬さが５３ＨＲＣを超えるが耐食性が不十分なものである。
【００１１】
高硬度および十分な耐食性の両方の特性を達成する特定の場合があるが、このような場合、例えば基板への接着に関して品質要求を満たさない不安定な被覆特性しか得られないものであった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
レーザークラッディング処理に使用される粉末は、高硬度と良好な耐食性を実現できることに加えて、良好な溶接性も備える必要があり、例えば基材が希釈されてもなお被着物は化学的特性が均質である必要がある。
【００１３】
本発明は、高硬度、十分な耐食性、および被覆の施される基材への十分な接合を同時に達成する保護被覆を形成できる材料を提供することを目的とする。この被覆材料は、妥当なコストで入手可能であり、レーザークラッディング、ＨＶＯＦ、ＨＶＡＦ、プラズマ溶射、プラズマ移行アーク処理などの既存の処理方法に使用可能でなければならない。
本発明によって解決されるべき他の課題は、以下の説明により明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は上記課題を以下により解決した。
１．  鉄基合金であって、
１６．００〜２０．００重量％のＣｒ、
０．２０〜２．００重量％のＢ、
０．２０〜４．００重量％のＮｉ、
０．１０〜０．３５重量％のＣ、
０．１０〜４．００重量％のＭｏ、
任意で１．５０重量％以下のＳｉ、
任意で１．００重量％以下のＭｎ、
任意で３．９０重量％以下のＮｂ、
任意で３．９０重量％以下のＶ、
任意で３．９０重量％以下のＷ及び
任意で３．９０重量％以下のＴｉ
を含み、残部がＦｅ及び不可避の不純物であり、
Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ及びＴｉの合計は、鉄基合金の０．１〜４．０重量％である、鉄基合金。
【００１５】
２．  Ｃｒの含有量が１６．５０〜１９．５０重量％である、項目１に記載された鉄基合金。
【００１６】
３．  Ｂの含有量が０．２０〜１．２０重量％である、項目１または項目２に記載された鉄基合金。
【００１７】
４．  Ｎｉの含有量が０．２０〜３．００重量％である、項目１から項目３までのいずれか１項に記載された鉄基合金。
【００１８】
５．  Ｎｂの含有量が０．２０〜３．００重量％である、項目１から項目４までのいずれか１項に記載された鉄基合金。
【００１９】
６．  任意成分であるＮｂ、Ｖ、ＷおよびＴｉの含有量が、それぞれ１．５０重量％以下である、項目１から項目５までのいずれか１項に記載された鉄基合金。
【００２０】
７．  粉末形態である、項目１から項目６までのいずれか１項に記載された鉄基合金。
【００２１】
８．  上記粉末は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４−１６によるふるい分析により測定して２５０μｍを超える粒径の粒子を含まないか、この粒子の含有量が２重量％未満である、項目７に記載された鉄基合金。
【００２２】
９．  上記粉末は、ＡＳＴＭ Ｂ２１４−１６によるふるい分析により測定して５〜２００μｍまたは２０〜２００μｍの粒径の粒子からなる、項目７または項目８に記載された鉄基合金。
【００２３】
１０．  基材および被覆を有する物品であって、この被覆が、項目１から項目９までのいずれか１項に記載された鉄基合金から形成されている、物品。
【００２４】
１１．  鉱業または鉄鋼業で使用される油圧シリンダーまたはローラーである、項目１０に記載された物品。
【００２５】
１２．  上記被覆が、ＳＳ−ＥＮ  ＩＳＯ  ６５０８−１：２０１６により測定した硬さが５３ＨＲＣ以上、およびＩＳＯ  ９２２７：２０１７に従う３５℃での中性塩水噴霧試験（５％ＮａＣｌ）で５０００時間（３０週間）以上の耐食性のうちの１つまたは両方を有する、項目１０または項目１１に記載された物品。
【００２６】
１３．  上記被覆が、基材に金属学的に結合されている、項目１０から項目１２までのいずれか１項に記載された物品。
【００２７】
１４．  上記基材が、金属または合金、好ましくは鋼、工具鋼またはステンレス鋼でできている、項目１０から項目１３までのいずれか１項に記載された物品。
【００２８】
１５．  上記被覆は、項目７から項目９までのいずれか１項に記載された鉄基合金を、レーザークラッディング、プラズマ溶射、ＨＶＯＦ、ＨＶＡＦ、コールドスプレー、またはプラズマ移行アークによって形成された被覆である、項目１０から項目１４までのいずれか１項された記載された物品。
【００２９】
１６．  項目１から項目６までのいずれか１項に記載された鉄基合金または項目７から項目９までのいずれか１項に記載された鉄基合金粉末の、基材上に被覆を形成するための使用。
【００３０】
１７．  被覆された物品を形成する方法であって、
基材を提供する段階および、
基材上に被覆を形成する段階
を含み、
被覆は、項目１から項目６までのいずれか１項に記載された鉄基合金からなり、
基材上に被覆を形成する段階は、項目７から項目９までのいずれか１項に記載された鉄基合金粉末を使用する、被覆された物品を形成する方法。
【００３１】
１８．  基材上に被覆を形成する段階は、レーザークラッディング、プラズマ溶射、プラズマ移行アーク、ＨＶＡＦ、コールドスプレー、またはＨＶＯＦを行うステップである、項目１８に記載された被覆された物品を形成する方法。
【００３２】
１９．  上記物品が項目１０から項目１５までのいずれか１項に記載された物品である、項目１７または項目１８に記載された被覆された物品を形成する方法。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明においては、すべてのパラメーターおよび製品特性は、特に明記しない限り、標準条件（２５℃、１０５Ｐａ）下で測定された値である。
【００３４】
「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、開放型として使用され、追加の要素またはステップが存在してもよい。しかし、「本質的にからなる」および「からなる」というより制限的な意味も含む。
【００３５】
範囲について、「ｘからｙ」または同義表現「ｘ〜ｙ」として表される場合は常に、範囲の終点（すなわち、値ｘおよび値ｙ）が含まれる。したがって、範囲は「ｘ以上、ｙ以下」という表現と同義である。
【００３６】
本発明は、上記で定義され、請求項１に記載された鉄基合金に関する。本明細書において、用語「鉄基」とは、鉄がすべての合金元素の中で（全合金の重量％で）最大含有量を有することを示す。鉄の含有量は、重量で６５％を超える。典型的には、合金の総重量の７０％を超える。
【００３７】
本発明の合金は、１６．００〜２０．００重量％のＣｒ、０．２０〜２．００重量％のＢ、０．２０〜４．００重量％のＮｉ、０．１０〜０．３５重量％のＣ、０．１０〜４．００重量％のＭｏ、任意で１．５０重量％以下のＳｉ、任意で１．００重量％以下のＭｎ、任意で３．９０重量％以下のＮｂ、任意で３．９０重量％以下のＶ、任意で３．９０重量％以下のＷ、及び任意で３．９０重量％以下のＴｉを含み、残部が、Ｆｅ及び不可避の不純物であり、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ及びＴｉの合計は、鉄基合金の０．１〜４．０重量％である。
【００３８】
ここで、「不可避不純物」とは、合金の製造工程に由来する成分が出発原料に不純物として含まれていることを意味する。不可避的不純物の量は、通常０．１０重量％以下、好ましくは０．０５重量％以下、さらに好ましくは０．０２重量％以下、最も好ましくは０．０１重量％以下である。典型的な不純物には、Ｐ、Ｓおよび当業者に周知の他の不純物が含まれる。請求項１に記載されている元素の一部は他の合金では不純物と見なすことがあるが、本発明の合金では、上記および特許請求の範囲に記載された元素は、意図的に添加されているため、「不可避不純物」には含まれない。
【００３９】
本発明の合金は、当業者に周知の従来方法により製造が可能である。例えば、金属元素の粉末を適切な割合で混合し、混合物を溶融し、続いて適切に冷却することにより、本発明の合金を作製することができる。
【００４０】
請求項１に記載されている組成は、原子吸光分析（ＡＡＳ）によって決定される各合金元素の含有量（重量％）に関連する。特に、最終被覆に存在する合金の組成は、請求項１で定義された合金組成とはわずかに異なる場合がある。最終被覆は、本発明の合金の被覆を形成するためのレーザークラッディングなどの処理を適切に使用した後の基板上に存在する被覆であり、請求項１で定義された合金組成は、被覆形成ステップに使用される原料粉末の組成である。例えば、レーザークラッディングまたはプラズマ溶射処理中に、環境に起因するもの（たとえば、レーザークラッディングによる空気中の窒素または酸素、または炭化水素ガスを燃料として使用するプラズマクラッディングによる炭素または酸素または窒素）が被覆に入り込むことがある。さらに、被覆の組成は、基材の希釈により粉末とは異なる場合もある。
【００４１】
以下、合金の元素を、それらの考えられる機能および好ましい含有量について説明する。
クロム（Ｃｒ）       
クロム（Ｃｒ）は、合金の１６．００〜２０．００重量％存在する。クロムは、得られた被覆に十分な硬さおよび耐食性を付与する。Ｃｒ含有量の下限は１６．００重量％であるが、１６．５０重量％以上または１７．００重量％以上など、１６．００重量％よりも多くてもよい。上限は２０．００重量％であり、１９．５０重量％または１９．００重量％など、２０．００重量％未満にすることもできる。これらの上限と下限とは自由に組み合わせることができるため、Ｃｒ含有量は１６．５０〜１９．５０重量％または１６．００〜１９．００重量％の範囲にできる。
【００４２】
固溶体中のＣｒ量が１２％を超えると十分な耐食性が得られると考えられる。理論に縛られることを望まないが、ＣやＢのような元素との合金化は、炭化物やホウ化物を形成することによりＣｒの固溶濃度を低下させるので、Ｃｒ含有量は１２重量％を超えるように設定する。すなわち、炭化物およびホウ化物の形成による損失を補償するために十分に大きくする。
【００４３】
他方、固溶体中のＣｒ量が大きすぎるとデルタフェライト量が増加し被着物の硬さが低下するため、固溶体中のＣｒ量が多すぎてはならない。Ｃｒ含有量の上記範囲内で、硬さおよび耐食性に関して最適な結果が実現できることがわかった。
【００４４】
ホウ素（Ｂ）
ホウ素は、０．２０〜２．００重量％で存在する。下限は０．２０重量％であり、０．２５重量％または０．３０重量％など、０．２０重量％よりも大きくすることもできる。上限は２．００重量％であり、２．００重量％未満、たとえば１．８０重量％以下、または１．５０重量％以下にすることもできる。Ｂの含有量の上限は１．２０重量％以下であることが好ましい。
【００４５】
Ｂの存在により、Ｂを含まない類似の合金と比較して、液相線温度が通常約１００℃低下する。融点が低いと、被覆処理に使用される合金粉末をその表面で溶融させるためのエネルギー消費量が減少し、ＨＡＺ（熱影響部）を減少させ、製品の品質に役立ち、基材と合金の劣化を大幅に回避できる。Ｂは、合金の溶接性も向上させる。
【００４６】
その結果、ホウ素を特定量内で含有することにより、得られる被覆処理は被着した被覆の化学組成の変動が少なく、より強固になり、エネルギー効率のよい方法で被覆を形成できる。さらに、凝固中に形成されるホウ化物は、被覆の硬さを維持するための本発明の重要な部分である。
【００４７】
ニッケル（Ｎｉ）
ニッケルは主に耐食性を改善し、０．２０〜４．００重量％存在する。Ｎｉ含有量の下限は０．２０重量％であるが、０．３０重量％、０．４０重量％または０．５０重量％であることもできる。Ｎｉ含有量の下限は０．７５重量％以上が好ましく、１．００重量％がさらに好ましい。
Ｎｉ含有量の上限は４．００重量％以上であり、３．５０重量％であってもよい。Ｎｉの量は３．００重量％以下が好ましくは、２．８０重量％以下でもよい。
【００４８】
炭素（Ｃ）
炭素は、マルテンサイトの適切な硬さを与え、硬質粒子を形成し、それにより、本発明の合金から得られる被覆の硬さを増加させるために添加される。
炭素の含有量は０．１０〜０．３５重量％である。その下限は０．１０重量％であり、０．１２重量％以上、または０．１４重量％以上にすることもできる。
理論に束縛されることを望まないが、下限が０．１０重量％である理由は、その炭素含有量でマルテンサイトが硬さを増加させるためであると考えられる。炭素含有量の上限は０．３５重量％であるが、０．３０重量％以下であることもでき、０．２５重量％以下または０．２０重量％以下であることが好ましい。
【００４９】
モリブデン（Ｍｏ）
理論に拘束されることを望まないが、Ｍｏの合金化は耐孔食性、いわゆるＰＲＥ値を高めると考えられている。
本発明の合金において、Ｍｏは０．１０〜４．００重量％含有される。その下限は０．１０重量％以上であるが、０．１５重量％以上であってもよく、０．２０重量％以上が好ましい。
上限は４．００重量％以下であるが、３．５０重量％以下であってもよい。３．００重量％以下が好ましくは、２．５０重量％以下または２．００重量％以下がさらに好ましい。
【００５０】
任意元素
本合金は、任意選択で以下の成分を1つまたはそれ以上含有できる。
１.  １．５０重量％以下のＳｉ、
２.  １．００重量％以下のＭｎ、
３.  ３．９０重量％以下のＮｂ、
４.  ３．９０重量％以下のＶ、
５.  ３．９０重量％以下のＷ、
６.  ３．９０重量％以下のＴｉ。
【００５１】
これらの構成要素は完全になくてもよいが、本発明は、それらのうちの１つ、２つ、３つ、４つ、５つまたは６つ全てが存在する実施形態も包含する。例えば、ＳｉおよびＭｎが存在し、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ及びＴｉが存在しない場合がある。他の例として、Ｓｉ、ＭｎおよびＮｂが存在するが、Ｖ、ＷおよびＴｉが存在しない。他の例としては、Ｍｎ、Ｎｂ及びＴｉが存在し、Ｓｉ、Ｖ及びＷが存在しない合金である。
【００５２】
理論に拘束されることを望まないが、Ｎｂ、Ｖ、ＷおよびＴｉからなる群から選択された１つ、２つ、３つ又は４つ全てとの合金化は、固溶体中のＣｒを高く維持し、硬質粒子を形成し、被覆の硬さを高める。これにより、最終被覆の耐食性が向上すると考えられる。
【００５３】
１．ケイ素（Ｓｉ）
ケイ素が存在する場合、その含有量は１．５０重量％以下であり、１．２５重量％以下が好ましく、１．００重量％以下がより好ましい。
Ｓｉは任意元素であるため、下限は特定されない。しかし、Ｓｉが存在する場合、その含有量は０．０１重量％以上、または０．０５重量％以上、例えば０．１０重量％以上でよい。
Ｓｉは、Ｆｅやその他の合金金属の酸化物の形成を避けるために主に添加される。Ｓｉは、酸素との親和性が大きいためである。したがって、合金の出発材料が酸素または酸化物を含む場合、または合金の製造が酸素含有条件下で行われる場合、Ｓｉの添加が好ましい。
【００５４】
２．マンガン（Ｍｎ）
Ｍｎが存在する場合、その含有量は１．００重量％以下であり、０．８０重量％以下が好ましく、０．６０重量％以下、例えば０．５０重量％以下がより好ましい。
Ｍｎは任意元素であるため、下限は特定されない。しかし、Ｍｎが存在する場合、その含有量は０．０１重量％以上、または０．０５重量％以上、例えば０．１０重量％以上でよい。
【００５５】
３．ニオブ（Ｎｂ）
Ｎｂが存在する場合、その含有量は３．９０重量％以下、例えば３．００重量％以下である。その含有量は、２．５０重量％以下でもよく、一実施形態では、２．００重量％以下である。Ｎｂの量（存在する場合）は１．５重量％以下であることが好ましい。
Ｎｂは任意元素であるため、下限は特定されない。しかし、Ｎｂが存在する場合、その含有量は０．０１重量％以上、または０．０５重量％以上、例えば０．１０重量％以上でよい。
【００５６】
４．バナジウム（Ｖ）
Ｖが存在する場合、その含有量は３．９０重量％以下、例えば３．００重量％以下である。その量は、２．５０重量％以下でもよく、一実施形態では、２．００重量％以下である。好ましくは、Ｖの量（存在する場合）は１．５重量％以下である。
Ｖは任意元素であるため、下限は特定されない。しかし、Ｖが存在する場合、その含有量は０．０１重量％以上、または０．０５重量％以上、例えば０．１０重量％以上でよい。
【００５７】
５．タングステン（Ｗ）
Ｗが存在する場合、その含有量は３．９０重量％以下、例えば３．００重量％以下である。その量は、２．５０重量％以下でもよく、一実施形態では、２．００重量％以下である。Ｗの含有量（存在する場合）は１．５重量％以下が好ましい。
Ｗは任意元素であるため、下限は特定されない。しかし、Ｗが存在する場合、その含有量は０．０１重量％以上、または０．０５重量％以上、例えば０．１０重量％以上でよい。
【００５８】
６．チタン（Ｔｉ）
Ｔｉが存在する場合、その含有量は３．９０重量％以下、例えば３．００重量％以下である。その含有量は、２．５０重量％以下でもよく、一実施形態では、２．００重量％以下である。Ｔｉの含有量（存在する場合）は１．５重量％以下であることが好ましい。
Ｔｉは任意元素であるため、下限は特定されない。しかし、Ｔｉが存在する場合、その含有量は０．０１重量％以上、または０．０５重量％以上、例えば０．１０重量％以上でよい。
【００５９】
Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、ＷおよびＴｉの制限
本発明の合金において、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、ＷおよびＴｉの合計量は、合金の０．１０〜４．００重量％の範囲である。もちろん、存在しない元素はこの量には寄与しない。
【００６０】
再び理論に縛られることを望まないが、これらの任意成分の含有量の制限の理由は、合計量が多いと、合金および最終被覆の結晶構造の歪みにつながるためであると考えられる。その場合、靭性および強度を低下させ、耐食性も低下させる可能性がある。しかし、硬質粒子を得るため、およびそれにより被覆の硬さを向上させるためには、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、ＷおよびＴｉの合計量が少なくとも０．１０重量％必要である。また、これらの元素の存在は、固溶体中のＣｒを高く保つため、最終被覆の耐食性が向上すると考えられる。
【００６１】
換言すれば、Ｍｏは最大４．００重量％まで存在することができ、０．１０重量％以上存在する必要がある。０．１０重量％を超えるＭｏの一部は、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、およびＴｉのうちの１つ、２つ、３つ、または４つで置換できる。
【００６２】
Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、ＷおよびＴｉの合計量は、合金の重量の０．１０〜４．００％の範囲である。任意成分Ｎｂ、Ｖ、Ｗ及びＴｉが存在しない場合、この量はＭｏのみで形成される。Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、ＷおよびＴｉの合計量の下限は０．１０重量％以上であるが、０．５０重量％以上または１．００重量％以上でもよい。
【００６３】
Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、ＷおよびＴｉの合計量の上限は、Ｍｏ単独の場合と同様に制限され、４．０重量％以下であり、３．００重量％以下が好ましく、２．５０重量％以下または２．００重量％以下がさらに好ましい。
【００６４】
粉末および粉末製造
レーザークラッディングやプラズマ移行アーククラッディングなどの方法による被覆形成に使用するには、合金は粉末状である必要がある。
粉末の製造方法は特に限定しない。適切な方法は当業者に周知である。その方法には、アトマイジング、例えば水アトマイジングまたはガスアトマイジングの使用がある。
【００６５】
粉末製造された粉末粒子はそのまま使用できるが、大きすぎるか又は小さすぎる粒子を除去するためにふるい分けなどの適切な操作によって分類することができ、例えば、それらの粒子の量を２重量％以下に減らすか、完全に除去することができる。
粒子は、粒径が２５０μmを超える粒子および５μmよりも小さい粒子の含有量を減らすためにふるい分けすることが好ましい。そのような粒子の有無は、例えばＡＳＴＭ  Ｂ２１４−１６のふるい分析によって決定することができる。
【００６６】
あるいは、当業者は、粒径分布を決定するための他の手段を使用してもよい。例えば、ＩＳＯ  １３３２０：２００９で規定され、たとえばＭａｌｖｅｒｎから入手可能なＭａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ  ３０００で採用されているレーザー散乱技術を使用できる。ここで、平均直径Ｄｗ９０は、５〜２５０μｍが好ましく、１０〜１００μｍがより好ましく、１０〜８０μｍがさらに好ましい。ふるい分析によって得られた粒径とレーザー散乱によって得られた粒径との間に不一致がある場合、レーザー散乱技術が通常使用される。
【００６７】
耐食性および硬さ
本発明の合金から得られる被覆は、従来技術の合金から得られる被覆とは異なり、耐食性および高硬度を有し、同時に基材への大きな結合強度を得ることができる。
【００６８】
本発明において、耐食性は、ＩＳＯ  ９２２７：２０１７に従って、３５℃で５重量％塩化ナトリウムの中性水溶液を使用する塩水噴霧試験により決定することができる。被覆の耐食性は、５０００時間以上が好ましく、８０００時間以上がより好ましく、１００００時間以上がさらに好ましい。
【００６９】
硬さは、ＳＳ  ＩＳＯ  ６５０８−１：２０１６に従って決定されるＨＲＣ（ロックウェル硬度）を指す。被覆の硬さは、５３ＨＲＣ以上が好ましくは、５６ＨＲＣ以上がより好ましい。
【００７０】
基材および基材結合
本発明の被覆の施される基材は、特に限定されないが、いずれの場合でも、例えば基板表面で２５０℃以上の高温の被着処理が可能になるために耐熱性無機材料である。基板は通常、セラミック材料、サーメット材料および金属材料から選択される。好ましいのは金属材料であり、金属または合金から選択されることが好ましい。合金は、鉄基合金が好ましく、特に好ましい例には、ステンレス鋼および工具鋼を含む鋼が含まれる。
【００７１】
一実施形態では、基材は、本発明の合金のように低融点を有する金属材料からできている。これは、本発明の合金からなる被覆と基材との間の金属学的結合の形成を促進すると考えられる。基材に当たる合金粉末粒子は基材を部分的に溶融させ、本発明の合金が基材へ拡散することを可能にし、基材と被覆との間に金属学的遷移相の形成を可能にする可能性がある。
【００７２】
基材との金属学的結合の存在は、被覆された物品の断面における被覆と基材との間の遷移領域を調べることにより評価できる。この観察は、適切な顕微鏡で行うことができる。基板と被覆の間の遷移領域に存在する金属学的結合は、好ましくは、純粋な基板および純粋な合金および/または被覆とは異なるＸ線回折パターンを生じさせ、それにより遷移相の形成が示される。
【００７３】
被覆処理
被覆物品は、物品上に合金の被覆を設けることにより形成でき、その製造方法は特に限定されない。好ましい方法には、レーザークラッディング、プラズマ溶射、またはプラズマ移行アーク（ＰＴＡ）のいずれかを使用する被覆形成工程が含まれる。しかし、原則として、ＨＶＯＦまたはＨＶＡＦまたはコールドスプレーを含む、あらゆる溶射処理方法が使用できる。
【実施例】
【００７４】
本発明者らは、４５〜１８０μｍの粒度分布および以下の組成（重量％）を有する粉末合金例を作製した。
【表１】
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【００７５】
合金粉末は、直径２００ｍｍ、長さ５００ｍｍの鋼製シリンダーにレーザークラッドされ、出力７．５ ｋＷのＬａｓｅｒｌｉｎｅファイバーレーザーを使用して７％に希釈された。
【００７６】
被覆硬さは５６ＨＲＣであった。シリンダーを塩水噴霧チャンバーに５０００時間置いたところ、腐食は発生しなかった。
【国際調査報告】
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