平成ヰ年度 研究報告 大分県工業試験場−・・−∴∵

1 プラズマ溶射技術（セラミックス皮膜）の研究（

機械部 清 高 稔 勝て

B：2液混合型、主成分SlO2，Fe203、硬化条件

はじめに溶射は、電気又は燃焼のエネルギーを用いて、溶融又は半溶融した材料を基材に吹き付けて皮膜層を形成する方法である。この溶射法の中で、容易に高温が得られるプラズマ溶射法によってセラミックス

1200c 20m主n、耐熱温度6000c
C：白色液、主成分SiO2、硬化条件1000c 20min、耐熱温度13000c
樹脂（2種類）溶射が可能になった。前報では、代表的なセラミッ

D：フェノール系樹脂 引火点180c

クスであるアルミナ（グレイ）及びジルコニアにつ

E：パラフィン 引火点2740c

いて、溶射の前処理として行われる下地溶射条件を

Nlメッキ

中心に熱衝撃性、耐食性、組織等への影響を検討しF：組成 硫酸ニッケル250g／必 塩化ニッケ

た。その結果、耐食性については皮膜組織内にある

ル45g／ゼ ほう酸30g／ゼ サッカリ ン1

気孔が大きく影響を及ぼすことが判明した。

g／ゼ 電流密度4A／dm2

そこで今年度は、セラミックス皮膜の封孔処理を
蓑1 溶射条件

セラミックスコーティング剤や樹脂を用いて検討を行い耐食性への影響を検討した。更にアルミナ皮膜

溶射材料 アルミナ ジ ル コ NiCr NiAlを用いた溶接金属溶け落ち防止用溶接裏当て材への溶射条件（グレイ） ニ適用について検討した。

電 流 （A） 500 500

ア 合 金 複合体
400

500686068

喜プラズマガス流感 ≡ Arl／min 【8080100100

ヨ15

電圧 （Ⅴ）

702 実験方法

溶射材料は、前報と同様にアルミナとジルコニア、下地溶射材料にNi−Cr合金とNl−A巨陵合体を用いた。基材ほSS400で、形状は50LX35WX3mm「rとした。溶射前準備としての基材の粗面化は、＃20

アルミナグリッドを用いてブラスト処理した。

5i40
アシストガス流量 H2】／min …15

控 層 数

150

1〜2 1〜2

溶射ほ、最大出力40KⅥ7のプラズマ溶射装置を使用し、各材料の溶射条件は表iのとおりである。

溶射した試験片の一部は、前回と同様に真空熱処

皮膜の封孔処理方法の評価ほ、前回同様JISf柑661の亜鉛溶射製品試験方法を参考にした。すなわち溶理炉で熱処理（4時間で9508cまで昇温、i時間保射試験片は、皮膜以外は塗装によりマスキングをし、持、炉冷）を行った。皮膜厚さは、セラミックス皮200cの5％食塩水に試験片品手方向に半分浸セキし膜0．3mm、下地容射皮膜0．ユmmを目標とした。

た。そして十定時間経過毎の皮膜のフクレ、錆、剥溶射皮膜の封孔処理方法は、以下の6種類とした。
市販セラミックコーティング剤（3種類）
A：透明液、主成分SlO2、硬化条件i50℃ 20min、耐熱温度15000c
36Ⅳ

離等の状況観察と96時間経過後の浸セキ液中への鉄溶出量の測定を行った。
溶射皮膜の溶接用裏当て材への適用でほ、125L
X30WX9T SS400材に長子方向の中央にR3の溝平成4年度 研究報告 大分県工業試験場
0OU0を作り、それにアルミナ溶射（皮膜厚さ0．3mm）を00nUOOO

クロ試験及び衰曲げ試験を行い評価した。

仁U

厚3mmの‡形突合せ溶接を行った。溶接試験片はマ7

その満都を溶接裏波ビ岬ド形成及び溶け落ち防止用とした。溶接はCO2半自動溶接法を用いて、板︵∈︵−色朝露葛 早 着 頸 朝行った。

543 実額結果及び考察
アルミナ皮膜の食塩水に対する耐食性は、前報で3示したように下地溶射厚さに比例して良くなった。

無処理 A B C D E F
封孔処理方法しかし、ジルコニア皮膜及びアルミナ皮膜の熱処理
置2 アルミナ皮膜の封孔処理方法と鉄溶出量の関係
2材では、十分な耐食性を示さなかった。今回特に前016

記皮膜材を中心に封孔処理方法の検討を行った。

00020nU0O8

臣皆QP朝悪露頭群蟹関係を示したものである。封孔処撃方法によって非4図i〜2は、アルミナ皮膜の封孔処理方法と5％食塩水中における錆発生開始時間及び鉄溶出量との︵H︶2種類（アルミナ，ジルコニア）、熱処理の有無の計8種類とした。

0皮膜の樺類としては、前回同様にF地溶射2種類（Nl〟Cr合金，N卜∴射複合体）、セラミックス溶射熱処理材で下地溶射がNiCr合金の場合に幾分耐6食性が改善されているのが認められる。しかし熱処

無処理 A B C D E F
封孔処理方法・4理材ではその効果が認められなかった。
6nU屈3 ジルコニア皮膜の封孔処理方法と錆発生開始時

OO40∩∠

2O08000U0200ハリnUnO
仁U Aェ

無処理 A B C 工） E F
封孔処理方法賢堵 ジプ♭ヨニア皮膜の封孔処理方法と鏡溶出量の関係
2法と錆発生開始時間及び鉄溶出量との関係を示した

0

図3〜4は、ジルコニア皮膜における封孔処撃方42間の関係0バユ

詔て アルミナ蹟膜の封孔処理方法と錆発生開始時

060

封孔処理方法︵已d色瑚富壬各室肇朝

0

無処理 A B C D E F

60︵嵩︶提督QP桝斐証剖釈蟹間の関係ものである。ジルコニア皮膜はアルミナ乾膜に比較善が図られた。また、その効果のあった封孔処理のして耐熱衝撃性が良いが、全体的に耐食性は落ちて方法としては、アルミナ皮膜の訂部で効果が認めらいる。今回の実験でほ、非熱処理皮膜で耐食性の改れた樹脂とセラミックコ…ティング剤のノ∴郵であっ‑ :17平成卑年度 研究報告 衆分県三業試験場た。しかし、アルミナ皮膜同様に熱処理により耐熱衝撃性が増した皮膜では、封孔処理による酎食性改善がなかった。
また、竃気メッキ（ニッケル）を、皮膜内の気孔を充填する方法として検討した。メ ソヰの析出∈′ま、熱処理皮膜及び非熱処理皮瞭により異なっていた。
すなわち非熱処聾材ではメッキが基材より皮膜表面
鼠5 裏当て材の肇材への取材状態に析出し、その折出面は目視で観察できた。反面熱処理材は、皮膜表面からの析出であった。この事象より非熱処理皮膜の封孔処理は有効でほないかと患￣ 仙 i50A

われたが、今回の実験の範囲でほその効果が認めら【 −封孔処理は、今回Bの封乳剤について効果が認めら＼∠ゝ＝ 良好匹＼ ＼ 殴＼2

セラミック粒子の粒径等の条件により気孔の充填性＼8が異なるためと思われる。次に熱処理により熟衝撃︵弓＼り︶礁Yれた。このことは、コーティング剤のPH窃粘土め∵lL⑳底防 潮込み不足こ︶一×

れなかった。セラミックコ岬ティング剤を使踊した200」久

溶込み過剰

n ＼払＼＼、際＼、ゝ性を増した皮膜は気孔数が増加しているが、封孔処、→‥
4＼⑳

理が皮膜表面近傍でなされるため十分な耐食性が得られないと考えられる。今後さらに詳細な検討が必要である。
次に溶射皮膜の溶接用裏当て材への適用であるが、図5ほ、裏当て材の母材への取付状態を示したものである。図6は、i50Å〜250Aにおける溶接速度と1520：う（j溶接速度（cm／mln）

罵6 溶接Å熱とど…ド形状の関係

裏波溶接部状態の関係を示している。衰波ビードを形成するには最小入熱量が必要であるが、同一人熱量でもやはり裏波ピードを形成するための最小電流が存在する。
写真1は、溶接電流200A、溶接速度20cm／mユnで溶接したときのマクロ及び裏曲げ試験片を示している。裏曲げ試験ば良好であるが、裏波ビwド形状は溶接進行に伴ってオ岬バラップになっている。溶射皮膜の裏疲溶け落ち防止及び形成効牒は認められたが、適正溶接条件が狭いため均 ⊥な裏波ピードを得るためには、溶接条件の途中変更を考慮した溶接が必要と思われる。

，て も ∴1∴（1）樹脂による封孔処責削ま、非熱処理ジルコエア皮膜において良好な耐食性が得られた。
（2）使用Lたセラミックコ∴仙ティング別の中には、樹脂系封孔割と同様に非熱処‡堅ジルコエア皮膜において良好な耐食性を示すものがあった。
38〟W

40

写真瑠 ∇タ㍊及び纂曲Fプ読験片

50

平成毯年度 研究報告 太分県三業試験場（3）今実験での封孔処理方法では、皮膜内気孔数が多い熱処理皮膜（アルミナ、ジルコニア）に対して完全に気孔を充填する事が出来なかった。
棚 アルミナ皮膜を位相した溶接用簡易裏当て材は、溶接金属の溶け落ち防止及び裏波ビ叫ド形成で可能であるが、溶接条件範囲が狭く、裏波ビードがオ岬バラップになりやすい。

なお、本研究に使用したプラズマ溶射装置、真空さ草丈二和、
1）楢高稔勝：大分県工業試験場サ 平成3年度研究報告
2）完封吉明：セラミックス溶射と応梢夕「刊t二業

新聞社
3）溶射ハンドブック：［］塞溶射協会編9 新技術開発センター
4）溶射技術ニ＼70盲ノ．．9 No。i〜No．3き 産報出版

熱処理炉ほ日本自転車振興会から、競輪収益の一部である機械工業振興資金の補助を受けて設置したものである。

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