MO.NiB.系サーメット溶射材の特性
および組織に及ぽす熱処理の影響
平田浩郎、・矢永裕記兜・田代博文、
Innuence of Heal Treatme川 on the Mechanical properties and struclure 01、 M02NiB2 BaseCenηets produced by the spray coaⅡn号 Method
κ0゛・O HIHATA, Hiroki YANAUA, Hhη力1Ⅱli TA、Ⅱ1Ⅱ0

Synopsis

M02FeB2 and M02NiB2 boride bese ccl'mcls,、vhich consiSι or 小e boride phase and Fc or Ni basebindel' phasc, havc had good mechanical pn)perⅡes, exceⅡenl corl'osion and we田'!'esislancc andhave becn apl)1ied lo plaSⅡC inieclion molding machine pans likc cylin(1el's and scl'CWS. At l"'csenl,

howevet',1hosc pl'oduct sizes arc limiled by lheil'1)arlicular mそln11racturing process such as a liquid
Phasc sinlcnna process and by theil'10、v machinabilily. Thel'er01"e, we have devcl01)ed a lhennal
SPI'ay coaⅡng method ror lhcse ccmlels,、vhich makcs possible to form lhe cel'me11ayer eaSⅡy on
Iarge・size or c01川〕1icaled・shaped 乳山S1Πltes.

In lhis l)ιIper, in ordⅢ' to inveS1惜atC 小e S11i1ι山10 condilions o「小C SPI'ay coaling method lbl'小C
SC!'eYv pal'ts, SI)ccimen A, B and c spl'ay・coalcd by Ⅱlree lypes of cennC11)owder A, B and c ,respeclivcly, wel'e l"'cpal'ed and lheil' mechιlniCι11 PI'01)CI'ties such as torsion and hιU'dness, andIheir micl'oslruclul'e" WCI'e 、1Udied. Tho chcnlicel coml〕osilion 01' 1〕0、vder A 、vas Ni・5. OWI゜OB
51、V196MO‑17.5Wtooct' and Ⅱ10SC OI PO、vder B and povvdcl' c wel'e Ni・3.小Ⅵ%B・26.6、ν190MO

17.5、Vド%cr、2.0、ν10osi o.3、VI0OC. The po、vdcr A and B 、vel'e m細111factured by lhe 号ran111alion
Si川引'i1唱 mC山od while lhc po、vdcr c wa9 by the 号as alomizaⅡon me{hod.

In coml〕そU'ison or lhC Ⅱ11'ee specimon6,小C I01'que value of specime11 C showed ⅡW hi目hcsl valuc
Or 260N ・ m. The t01'que Vを11UCS I01' each specimen bcgan lo decl'ease whcn healcd abovC 300゜c andS110、ved 小e minimum value around 40O C .1Π Conlt'a吼,山e hal'dncss i"creιIscd wilh an incrcasc in

山e lcmpe】'alure and showcd lhe maxjmU1Π Va1Ⅱes al'ound 400゜C . Althe healinR mΠ目e l'roln 20O C
t040O C ,1he lorque vt11Ues of each sl)ecimon (11'01〕ped 、、,ilh a di仔剖'enl slan{ and lhe slanl dl'OP
bcC田ne lal'甘CI' in lhe 01'der or spccimen A, B and c. This con"esl)onded weⅡ to a de武ree 01'
am01'phous l〕hase included in lhe Ni bをIse bindel' 1〕11ιIse, Thel'eR"'e, il 、vas considered lhι11 111C
dccrease 01'torque value by hclH tl'eatlnent althese lemperalurc rangcs ¥vas h1ⅡUenced by a degrce
01'1he そ11n01"ph011S phase in 小e bindel'.11 、vas elso assumed 小al slnlCⅡlra11'claxalion of am01'pholb
Phase in 11祀 Nn〕asc bindel' resU11ed iΠ小e decl'easing onhc lorquc va111e 01'1he cennets.
Keywords : M02NiB2 boride base cermels; 1hel'mal sl)1'ay;1)1aslic hljeCⅡon m01(1i1唱 SCI'ews; HVOF

ライト粒f,シリカ粒f・などの芥極フィラーを添加した樹脂が使川されてぃる.樹脂製品の人半は射川成形機を用い

1.緒言て成形加]:され,柚川旨と接触するホッハー,スクリュ,先n動Ⅲ,電f・・延機,粘籍機器などの幅広い分野にて使端部品といった部材には,フィラーに対する耐摩粍性およ打1されている樹脂製品は,小型化,怪11t化,恕肉化,さらび樹脂の溶融時に発生する分解.ガスに対する耐食作が求めには而謄剣電,,拓強嘘化などの崗件能化が図られ,スーハー

られる.このような門条のもと,優れた耐摩耗性および耐エンジニアリングフラスチック,ならびにガラス繊緋,フェ食竹を有するM02MB2 (M : FeまたはNi)系サーメットは*技術研究所材料削発グルーフ*2 技術研究所材料1Ⅲ発グルーフ*:{技術研究所材料開兆グルーフ

削
チームリーダー

東i羊鋼鈑

V01.38

枯釧論成形機部材への適用が進んできた1・2)
MO.FeB.系サーメットは, M02FeB.型の工允系剛化物

2.実験方法よりなる硬質柑と, Fe基合金の結合桐の2相から構成される材料で,超硬合金に近い機械的特性と,ステンレス並み

2.1 供試材の耐食性とをヨE備した耐食耐摩耗材料である0.また, Fe

供試粉末として, Table 1に小す紲成および製造ノj法がをNiに圃き換えたM02N旧.系サーメットは, M伽FeB.系

異なる3種類の溶射粉太を用いた.溶射に使用する粉末は,サーメットと同等の機械的特性に加え,耐食超介金のハス

HVOFが大気プロセスであるため,粉太酸化の影粋の少な

テロイに匹敵する耐食性を有しているの.これらサーメッ

いNiベースのM02NiB2系サーメット粉末を用いた.溶射ト製スクリュの製造は,まず真空焼結炉での焼結、程にお粉末AとBは,冊化物量の割合が異なるように組成を変えいて,サーメット"体の焼結と,芯材となる鋼材との拡散ており,粉末作製については同じ造粒・焼結法ノj式を接介が同時に行われ,その後,サーメット舸をスクリュ形用いた.溶射紛末Cは粉ポBと同じ組成にし,粉末Bとは異状に機械加上什上げするといった工程で行われる'.このなる「アトマイズ法によって粉■ミ作製を行った.

ため,製品は焼結炉に投人できる大きさの範囲に1川製があ「造粒・焼結法方式にて作製Lた1奔射紛末AおよびBは,る.また,便質なサーメットj"を後加工するため負何が人

MOBやCrBといった研Hヒ物粉ポとMO, cr, NiおよびSiの

きい 1二に,取り代も多く,これまで甘肌旨成形機スクリュと金属粉末を配令し,振動ボールミルにて溶媒にアセトンをしての適用範囲が隈定されてきた用いた2伽寺1州の湿式混介紛砕を行った後,スプレードライ

そこで笹者らは,これらの問題を解決するため,めっき,

ヤーにより造粒した.その後,粉ポAはⅡ50C,粉永Bは物理蒸着法(PVD),化学蒸貯法(CVD)といった表面処鮖0゜Cにてln剖胡の奥梨熱処則を実施し,ハワーミルによう則技術の小でも,人物や複雑形状品への適用が可能で,材て粉末を解砕した後,超竒波娠動儒い機を用いて分級を行料の"山度が1音K,成膜速度も怜段に速く,厚膜化も口j能い,粒度範剛32 郭μmの溶射粉末を得た.次に,アトと,多くの特長をイ」する溶射技術卦に着剰した. Fi三.1にボすように,溶射技術は紛太や作状の怯1体に熱をりぇ,溶マイズ法」方式の溶射紛末Cは,ガスアトマイズにて球状

融または・半溶融の徴粒fをJ,ミ材表而に商速度(数 1・ 数アi

施し,ハワーミルによって粉ポを解砕し,超許波振動筋いm/sec)で衝突させ, h1平微粒fの磯胴により皮膜を形成機を川いて20 53μmの粒度絶囲に分級した溶射粉ポを得の粉太を作製した後,950Cにて11侍剛の真空熱処郡を突し,材料表血の改質を行う技術である.従来,サーメット

た.なお,粉ボの適切な熱処即渦度は組成によって熨なりの溶射にはプラズマ溶射が用いられていたが,紛末の温度

i品座が商過ぎると粉太の焼鮎が進行して解砕が困難とな

が袖K なるため,組成の変動や紛ボ喪愉の酸化が発乍し,り,低過ぎるとM伽N帽2型研Hヒ物が形成されないため,良質な皮雌が得られないというⅢ1題があった.しかし近年,

解砕が"1能な温度範囲内の1二隈近くの撮庶にて熱処理を'r溶融の粒fを1拓速で吹き付ける速麼靈視型の溶射プロセ

行ったスである"商速フレーム溶射法(HVOF; H鳩h velocily

上記の溶射粉永を川いて, Table2にボす溶射条件にてOxy目en FⅡel)"が1"1発され,VVC・C0を始めとするサーメツ

0.3mmの皮膜1,,しみになるように溶射施工を行い,?ト柧,.式験

ト材料の皮膜岬,質が人幅に向上し,工業化が進んできた0,片を作製した.溶射条件については,粉末の組成,スプレー

そこで本報では,サーメット材料の溶射に好適なHVOF

ドライヤー造粒粉末やアトマイズ紛永といった製迭力'式のを用いたM02Ni&系サーメット溶射材の開発を1Ⅱ内とし遂いにより址適な溶射条件が異なり,耐トルク性や皮膜硬て,樹脂成形機スクリュへの適用を想定し,溶射粉末紲成度といった特竹1を基に最適化した条件を用い九.なお,」轟および紛末製造力法を変え力各溶射材の皮膜特性,特にス

材には,スクリュの標難的な材質である合金〔貝.鋼

クリュとして電要な耐トルク特性の熱処脛による影糾につ(SKDⅡ,硬度:58 60HRC)を用いた.

いて検討し九,溶射後の.貳料に加えて,枯"旨成形機スクリュへの適用を戀定し,射111成形小の温度と想定される如0゜Cまでの耐熱

Them1丑Ispraym丑terials coatinglayer(powders,、vire)'、
＼

五

0

区一■

ノノノ浮 Heatingand゜
Ener客y supply(Gas, Kcroscnc, Electricity)

acceleralion

Substrale

Ofp0訊,ders

性を訓査するため,各溶射材を大気炉にてそれぞれ
200゜C,30OCおよび40O Cで24時闇保持後,炉冷した試料を供試材とした.
2.2 評価方法
2.2.1 耐トルク性評価
溶射材の耐トルク性評価は,射川成形におけるスクリュ

向転時のトルク負荷を憇定して,ねじり試験機仏3沌製作
Fig.1 Schenlalic dia武ram 01'1hernlal sl"'ny

所製UET・300)を川い,ねじり速麼6 /min.の条件にて供M仇NiB2系サーメット溶射材の特性および乳胤に及ぼす熱処則の影押Table lChemicalcom Osltlons
MO

5 3 3

A B C

B

C

Cr

51.0 17.5
17.5

0.3

26.6 17.5

0.3

26,6

(mess%)
Si

Ni

Method for ptoducin8 theΠηal
Spray powders

22

PowderChemical composition501、 sprιly powdcrs and mothoas ror pl'oducing lho powdcrs.

bal.

Granuletion ' sinterin

b会1.

Granulation " sinterinbal.

Gas atomization

Table 2 Thor訂lalspray co"dⅡions ror specimeⅡ A、 B and c.

Specimen

PowderA

A

B

B

Oxygen flow

Kerosene "OW(mm)rate (scfh)

rate (gph)

300

】850

6

300

2100

6

300

2100

6

C

C

Spray diS仏nce

試材のねじり試験を災施し,皮膜剥雌または皮膜にクラックを生じた時のトルク値を溶射材の耐トルク性の指標とし2.2.3 X線川折測定

た.試験片形状は, Fig2に水すようなストレート形状おX線回折測定装鑁恨iaakU製RINT2000,ターゲツト
CU)を用いて,管1Ⅱ圧:40kv,管電流:20omAの条件によびスクリュ形状のものを川いた試験時の環境について
ターを酉占πし,皮膜のクラックや剥雌が分かり難いため,て2θ/θ測定を11い,溶射材の形成相の同定を行った.試料は, 10"川脚(厚み5mm)の平板形状のSKDU』'材に0.3

今1"1は室温にて試験を火施し大:.なお,350 Cの大気,・1,で加の厚みの辯射皮膜を形成した後,皮膜女師を#2000の研ねじり,;式験を行った場介では,トルク値が宗淘'り1000札1

磨紙にて研磨した.また,それぞれの皮1摸について, Ni

座低下することを硫認している」'介金の(ⅡD,(200)の同折ヒーク強度から結品化度をは一高流野囲気小でのねじり試験では試験片の周鬮にヒー

算1̲1̲1した. Fi琴 3に小すように,結品化度はNリ'介金の結例,質部分のヒーケ旗座と,非晶質部分のハロー強座とを分

2.2.2 硬膽測定硬喚はマイクロビッカース硬度託(1川イi製作所製

籬 L, nbや)より求めた.

件にて測定した.なお試験片は,上記ねじり試験片のφ

XC=ⅡC/(1C+1a) 1^100 ・・・(1)
ここで, XCは結吊,化唾, 1Cはネ品'鳥質Ⅷ")のヒークの柚分

20吻の部分を切断し,ψ20叩"5則の形状に機械加τした

強度,1aは非耐,質部分のハローの村杉卜識度を小す.

MVKC2)を用いて溶射材断lmの皮膜硬度を荷重2Nの条

後,断面を鏡而研磨加τした.

150mm

φ

a

(a)strai8hlc0η6guration

0

φ20mm

20rnm

0

令一互.ε3ゐ一磐0一三

:゛ーー号

0

奥

N

φ10mm

1

1
(

奥

)
1

團: CI},sta11ine phase
圀: Non・crystaⅡine phase

140mm

(20の
0

mm

'

:◆^1

φ20mm
^

P 20mm(b)scrcw confi三Uralio"
Fi92 Base Π11"el'ial ror 【orsion lesl.

30

40

坊タ,
50

2θ(゜)
Fig3

X I'ay di11rac{ion patlel'n or Ni bnsc a110y.

60

東洋鋼鈑

2.2 4 皮膜組織観察および寸ージェ分析

ν01.38料から、皮膜のみを切り出した後に5Ⅲ冊5叩河肌に加工

オージェ屯f分光裴IFt uE01"製'1UMP・950OF)により,したものを用いた,

溶射皮膜の組織観察および弁分析点における兀案分析を行った.試料は,硬度測定に使川したものと同様の試験片を刑いた.

2.2.8 皮膜密座測定
SKD11基材に厚み1.2m程度て溶射した試料から,溶射皮膜のみを切り111して10脚ゞ20肌"1mmに加 1二した,式験片を2.2.5 痢.[織の定111化

H1いて,各i品度で熱処郡をhつた後に皮膜籟皮を測定した

溶射材の釧織について,1二紀紕織観察にて得たSEM写

熱処理は, 1"10*'rorr以 Fの真牢■;囲気にて20O Cから真を1仰像解析し,次のフルマンの式勘を用いて,朋化物と700゜Cまで10OC1瑚隔で変化させて行い,各温度にて51時1打

結合村1の体雛率,弸化物の乎均粒径および結介棚の'1ι均1'1

保持後,炉冷Lた.皮膜の密度はアルキメデス法により算11.1行程を求めた.

鵬した.

dm (4/π)"(N,/NO ・・・(2)
ここで, dmは平均粒径, N'.は矧織リi真 1二任意の1貞線によっ

3.実験結果てヒットされる中位長さ汽りの砺化物数,喩は任愆の中位而秡内に含まれる側化物の数である.なお,体桜5名1'は,3.1 機械的特性の変化

1'(83 π)ゞ(N N ・・・(3)Fig.4に,溶射後およひ行温度て24時問保持,炉冷後のてツ」1される.織1、札1の'1ι均111111f程入は,

溶射材の而圷ルク竹を小すなお,」'材にはストレートj'λ(1・1')/N'・・・ 4

材を川いた.溶射後で熱処郡なしの,貳料では、溶射材Bおでボされる.

よびCのトルク伯はそれそれ250,260N ・ mに対し,溶射材Aでは約220N mを小し,剛化物耻が少ない溶射材Bお2,2.6 TEM観察および雌 f線1川折

よびCの方が!拓いトルク仙を水し九.次に,熱処則を行う,

透過j刷1琶 f顕微鏡(TEM, HITAC田製H・900ONAR)と,いずれの溶射材も200゜Cまではトルク値に人きな変化

による矧織観察および結合棚の笵f線1川折測定(ビーム径は認められないものの,300゜C以 1:でトルク仙力H氏ドするhml)を災施した.試料は, FIBにて削漠化した溶射皮膜

ことが確,認された.なお,熱処理なしと40OC熱処則材をを川いた.

比較して,最もトルク価の変化耻が人きかったのは溶射材Aであった.

2.2.7 溶射皮膜の熱膨帳・収綸挙動の剖代Fi8.5に,溶射皮1侠の艇度を測定した結果を小す.溶射溶射皮峽の熱膨恨・収縮挙動の測竃として,熱機械分析

後で熱処肌なしでは、溶射材Aが雌も1証い約10ooeVの硬裴1汽(TMA ; The町no mcC11anical analysis, RiaalくU 製、1'herm01)1US TMA8310)をj11いた庇縮荷爪法により,室座をポし,溶射材BおよびCの梗喫はそれぞれ綿OHV,
82叶Ⅳでほぼ祠等の破度を水した.また,熱処煕を行った

il',1から 1000゜Cまで 61.il,1速度:10゜C /min.)の測定を11つ場合,トルク仙(F喰,4)と同様,いずれも2(川Cまては変た.試験J・詫よ, SKD1 リ'^材に1,'み1.2肌畍'.!度で溶射した試化が認、められないものの,30OC以 1二では仙が変化し,皮

︑

、
、
、

口

150

︑

、、0

100

一

︑

(>工)誘0毛為工

︑

︑

^

.゛

︑

︑

、

、

400

RC1111ion bcl、VCC" 101'{1"c valuC ι1"d hC11111'eιHmC111
Icm11CⅡlturcs.

●ニニニニ喜ゴ、

800

Ospecimen A●Specimen B■Specimen c
0

600

200

400

Heattreatmentt引ηPerature ( C)Heat 廿eatmenttemperature ( C)
Fi9.4

ー,ー.

,、き
゛ー

600

0
200

,,0

900

700

●SpecimenB■Specimen c0

ーー00・・・・・・・・σ1000

Ospecimen A

50

^
^

i
^

︑

︑

200

1100
ヂ

︑

(E.Z)U弓﹄0↑

員︑●

︑︑︑

︑一︑

智●口︑

250

1200

二
一
二一
一
二

吾0

300

Flg.5

RCI(11i01】 1)CI、vecn h111'd"css and bC111 11'calmcnl

1臼npcl'ι1Ⅱ11'es.

600

M02NiB2系サーメット溶射材の特性および組織に及ぽす熱処即の影腎同様にM0およびC1を固溶したNi」選介金であることが確認

膜が硬くなる傾向を水すことが確認された.

された.

Table 3に,溶射後および40OCで熱処理した後の各熔
射材につぃてオージェ元素分析から算出した化学組成を尓

3.2 X線回折測定

Fia.6に,各溶射材の皮膜表面のX線回折測定結果を水彈!(M:Metal)の複瑚化物とM基合金の回折ハターンか認す.なお,標準物質を用いた定鍬化ではないため,数値の絶対値というよりは,材料問および熱処理前後での相対比められた.溶射材AのNi基合金はハローハターンを水した

較を主Π的に化学紲成の算ι1」を行った.冊化物については,のに対して,溶射材BおよびCではハローハターンに加えいずれの溶射材も瑚素量は約30%であり, X線同折結果かてシャープな回折線が認、められ,材料間にてM基合金のら確認された(MO, M, cr)3B2型の弸化物に近い組成

織晶化度に差異が認められた.山式を用いて結晶化度を算であることが分かる.溶射材Aの結令棚は溶射材BやCと出すると,溶射材A :000,溶射材B :4300,溶射材C

比べてM0が多く, cr址はほぼ同程度の1,!であることが分

72%てあった.次に,40OCの熱処理を行うた溶射材は,かった.溶射材BとCを比べると,棚化物および結合相といずれの,貳料とも熱処理なしの場合と1"」様の回折ハターン

もに人きな違いは認められなかった.また,冬溶島井オの溶を小し,熱処理による顕薯な変化は.忍められなかった.

射後と40OC熱処理材を比較した結果,化学組成に顕薯なす.熱処理なしの全ての溶射材において,正方晶のM3B2変化は認められなかった.

Fi宮.8に,溶射後および40OCで熱処理した後の将溶射

3.3 組織観察および各相の元素分析

Fig.7に,各溶射材の組織写゛:および弁分析点のオージェ尤素分析結巣を不す.溶射材Aの粒f (pointD から材について,棚化物と結介相の体槌率(a),棚化物の'F均

は, B, MO, crおよびNiのノ0索が検出され,(MO, Ni,

結果を小す.冊化物の体鞁率は溶射材Aが約40%と最も多粒径(b)および結合計1の平均門山行程(C)を測定した

C0 心がWの複砺化物であることが雛認された.また,結く,溶射材BとCは25%程座でほぽ同じであった.朋化物

令紺(poin12)は, M0およびC「を圃溶したNリ'の介金での平均粒径は溶射材AおよびBが1μm程座なのに対して,あることが分かった.組織中に認められる匹色部分

溶射材Cは0.3μmと微細1な粒fであった.そして, i奔射(point3)では, C『および0が検出されることからC1酸化材Cは,結介朴1の、F均1'1由i1程が0.6μmであることから物であると考えられる.次に,溶射材BおよびCのM.B2型

も,棚化物が徴細かつ均に分散した釧織を杲しているこ

複砥1化物印oint4,6)では,溶射材Aと例様にB, MO,とが分かる.また,将溶射材の溶射後と40OC熱処理材をCI・およびNi力1検Ⅱ1され,§占令側(poiⅡ15,フ)についても比岐した結果,矧織状態に顕杵な違いは認められなかった.

厩: cwsta11ine phasc
巨: Non・crysta11ine phase
Specimen A

Speclmen B

Specimen c00● Te訂a80nal・ M02NiB2O Ni base a110y
..

.
.

.

◆

0
.

.

30

50

2θ(゜)

0
.

.
.
.

R.T.

',,^..,h,

〆゛

40

400ヤ

.

R.T.

R.T.

,,力多.'.

400て.

倉仁コ.e巴ゐ一妥田三.

^一三=.e吋^ゐ一m長一三^一石=,e四^ゐ易仁曾三

400て

.

60

30

40

50

2θ(゜)

^ノ,

60

30

40

50

60

2θ(゜)

Fig,6 ×.ray diⅡ'「壯C{ion l}aⅡ0訂Is or sl)ccimen A, B and c 、、,ilhuul hC11111'CHtm引11(R.'「.) and 、、'ilh henltrcalmcnl a140O C
朽

東郡鋼鈑

Specimen A

V01.38Specimen cSpecimen B
nt l

Point 6

Point 4

Point 2

聖Point 3

Ni

Cr
Point 2

、ーーー^

Ni

Cr

MO

Point 4/Ni、̲̲̲̲1B、̲̲^Cr
Point 5MO、ーーーーーJ、ーーーーJMO

CT、ーーーーー^Ni

Point 3
0

500

MO
0

0

倉言.e巴習之勺

一一仁二.e邸山でZで

倉暑.e巴山で弓

L︺

Poind

、ーーー^

AES

Poi爪 7

Point 5

Point 6Cr
Point 7MO、ーーーーーJ

、ーーー^

MO

Cr

、̲̲̲̲̲y

Ni
1000

0

500

Ener筈y (ev)CrNi、ーーーーJ

B
、̲̲ノ

1000

En引gy (ev)

1000

500

Energy (ev)Fig.フ

SEM i1口a冒es and AU習Cr "1eclra al scven Ⅲlalysis l)oin凶 of sl〕ccimen A, B and c 、YⅡh()ul hcat Ⅱ'ealmcnl(R.T.) nnd 、V酬h helH
Ⅱ'ea耻ηel" a140O C

Table 3

ChclniCι11 Composili0ⅡS cslin1ιlted l'1'om AU武el' SPCC11'11m a11ι11yses or "]ccilnen
A, B and c wilh011t hca111"calmCⅡt(R.'1'.) and WⅡh hea【吐'caⅡⅡC"1 at 40O C.

Specimen A
Mo

M02NiB2
boride

a110y

Ni

B

Mo

cr

Ni

Specimen c
B

Mo

cr

Ni

B

RT

51.5 159 4,4 283 42.8 2】9 5.2 30.1 422 20.0 72

30.6

400゜C

51.4 16.6 5,8 262 41.1 22.0 5,5 31.4 432 21,4 5.4

30.1

Mo
Ni basecr

Specimen B(at.゜ 0)

cr

Ni

Mo

cr

Ni

Mo

cr

Ni

RT

542 21.3 24.6

212 247 542

209 25.1 54,1

400゜C

542 22.5 23.4

212 25.6 533

21.5 25.6 52.4

M伽Nilh系サーメット溶射材の特性および細雛に及ぽす熱処則の影郷(安己省吾ε0禽刷U‑U三こ仁司UΣ(a) volume fraction ofborides(.0)U又﹂0●︑0偏0一でE︑0三三0>

Without heattreatment■ With hcattreatment at 400て
40

20

2.0

化) Mean particle size ofborides、vith0Ⅱt heattreatment■ With heattreatme爪 a1400て

1.5

1.0

0、5

0
A

B

B

C

SpecimerlSpecimen
3.0(C) Mean free peth ofNi base binder(Eユ)﹄U勺仁ぞ0ε区UE︑仁零Σ

2.5

WHhout healt『eatment

焼結材料の機械的特作は,硬質相である砺化物の',粒径■ Wlth hea1訂eatmcntat 400゜Cや分敬性といった紕織に影粋されることが知られている

20

川.特に,本研究のように冊化物雄と結介相の削介を大きく変更した場介では,研1化物{1tが多くなるとともに硬座は1.5高くなるものの,抗折ノ1といった材才刊剣聖は低卜する傾向

を水す.本溶射材においても,研1化物量の少ない溶射材B

1.0

およびCの方が溶射材Aよりも1搭いトルク値を水したのに0.5

対して,皮膜硬麼は低い値を小し九.刷化物上{の師」じ溶射材BとCにおいては,溶射材Cの側化物村1が微細な紲織で

0.0
B

C

あることから,溶射材Bよりも1テ干"いトルク仙をポした.

Spcclmen

皮膜硬座については,溶射材Cの力'が溶射材Bよりも側化物扣が微細であるにも関わらず、"下低い伽を水した

Fig.8

ReS11160f "n11目C a!1a1γ!,cb,(a)ν01111"e frl】ction 01
bo"dcs,(b) Mcan pal'ⅡClc sizo or bondcs and (C) m01111
frcc path or Nil〕ase bhldcr

これは,溶射材Bの粘合村"こおいては,結1乳質より似!いアモルファス村1が溶射材Cよりも多いため,結介札1臼体の硬座が高く,皮膜令体の硬座が淋射材Cよりも茗n菁い偵を尓したと挑察される

溶射では,溶融状態の溶射紛末が基材表血またはすでに

3.4 TEM観察および電子線回折
熱処理によるトルク偵の変化か大きかった溶射材Aにつ成膜された皮朕挺尚で急冷凝囲される.その冷却速度は,いて,結介樹であるNリ'介金のTEM観察および心f線1"1

金属材料では100入i' C/S 1億 C/S,セラミックスでは10折を行った結果をFig.9に尓す.200ガ倍にてTEM観察を

刀C/S 100ガC/Sに達し,皮膜には非平衡状態が発乍し行ったところ,400゜C熱処理による熱処鯉前巴の明硫な組雛変化は認められず,また,屯イ・線川折ハターンにおいても顕茗な差拠は確認できなかった. 1nmのビーム径による磁 f線印1折では,第レ、ローの位繩に1川折スポットが現われるものの,明1略な鈷晶性ハターンは認、められなかったことから,巾範囲の秩序は行・在しているものの,長範囲の欣斤;拙造を持たないアモルファスであった田.

4.考察

10nm

4.1 各溶射材と溶射粉末の関係
Fig.9

まず,熱処理なしの溶射材の機械的特竹および組織と溶射粉末の1到係について号察する.複剛化物系サーメットのTEM micr0琴1'aph5 and olectl'0Ⅱ di11'raclion l)111【enls or

Spccimen A 、¥ithoul hca11re社lmC川(R.T.)趾"d 、vilh hα11
IrcalmC11【川 400゜C

47

ていると,'われており,,今1川の材料と組成は異なるもの

くなったと留えられる.以 1二のことから,粉■U制走およびの,同じMONi・Bのノ6系介令において溶射法によるアモ

溶射条件の遊いによって,溶射塒の粉ポi品崖に差與を乍じ

ルファス合金皮膜の作製が報告されている②.今"1の溶射たものと推察される,材においても, X線回折測定や電f・線川折測定から結合相4.2 溶射材特性に及ぽす熱処理の影であるNi基合金はアモルファスを形成する傾向があり,
材料惜1でM基合金の結晶化度に差異が認められた.

ここでは,溶射材を熱処理することによる特性変化につ金属や合金のアモルファスの形成は,モの細成により火いて考察する.いずれの溶射材も30OC以 1二の熱処理をh

きく異なり,3d遷移金属の合金では10" 10'C Sの冷却速

うことによって機械的特性が変化をしているものの,棚化度が必要であり,定性的ではあるが,原f半径が薯しく異物粒fの粒径や分散性といった組織,各棚の化学組成やXなる允楽の紲み合わせでアモルファス介金が形成され易い

線回折ハターンに顕薯な変化は認められなかっ九.

と言われているUI.突際に,溶射状況解析装枇(oseir社

トルク値について,熱処理なしと400゜C熱処理材での低製Spraywalch)を川いて溶射粉太が基材へ衝突する痕前ド,矧( 40OC熱処理!材のトルク値÷熱処理なし材のトルの温度(溶射紛朱温麼)を測定し,冷却時問を長尾らの報

ク値)漣001を比較すると,溶射材C 溶射材Bく溶射材Aの皆・叫を参冴に約lmSと↓ι杣り,将溶射材の冷却速度の算

顯に大きくなっており,材料Ⅲ1で差異が認められた.そこ出を試みた.その結果,溶射紛末i品座は粉末A:】920C, B

で,?ト誹射材のNi基合金の§占晶化度とトルク仙の変化率

17即 C, C:1440゜Cであり,冷却迷度は,溶射粉」ミA:郵」1 9の関係について喪したものをFi目.11に水す. Ni基介金の結

doo c s, B :約1.8灯06 C S, C:約1.4灯0O C S となっ

品化座が酔K なるとともに,トルク偵の変化率は小さくなた従って,雌も冷却速座が速く, Niと原f半径の異なる傾向をボし,゛1‑11對があると冴えられる.

るM0をく介む溶射材AのNi基介金は,結介相が100%ア

熱処理によるトルク値の変化の人きかった溶射材Aにつ

モルファス化したと推察される.ま九, Ni基介金の荊1成いて,皮峽のTMA測定をhつ九結米をFig.12に小す溶がほぼ1',1じ溶射材BおよびCにおいては,冷却速座の述い

射皮膜は撮度の lt外とともに殉OC付近までは1此線的に膨によりアモルファス樹の削介に莱異を乍じたと留えられる.

張した後,膨張の傾きが緩やかになり,640Cては・1.収

溶射時の粉来洲度の差異は,粉末形態と溶射条件の述いに締に転し,舗OC付近から再度膨娘を始めることが分か

越囚するものと考えられる. Fi菖.10の溶射粉ボのSEM写た.また100OCまで加熱した本"式料を宰音,はで力i冷後、冉

真に水すように,「造粒・焼粘法にて作製した溶射粉太A座ケ゛話1'(1刈小の21"11 D したところ,皮 1奥は溢座 1'ケ1・ととおよびBは,数μmの1次粒fが凝染して数10μmの顎粒

もに単闘に膨張した. 11川Πの外温塒,30OC付近から膨を形成しており,その内部には多くの空隙が存在すること

張の傾きが緩やかになり始めたのは,アモルファスめっきから,擇陽卯寺に燃焼フレームと接触するlm札1が大きいため,

皮峽や金嵐ガラスで桜告されている,アモルファス村1の柚i肌麼か上がり易く,溶融し易い,・ノゴ,アトマイズ粉末

造緩和過郡とぢぇられ,これによりNi基介金の脆化を小Cは緻僻な数10μm径の粒f・である九め,溶射時の温度はじたと推察されるⅢ、,また,660 C付近からの人きな収

1二がり慰fくなる.ま大:,誹射粉ボBはAと比べて酸楽 ltの縮の1削始は,アモルファス相の織品化が始まっ九ためと野多い条什にて溶射を行っており,そのため粉末の温座が低えられる.

MC小odor

Produci"g the口"且1
S ra

Owdcrs

SEM lmagcs
Surlhcc

60

Cr05S‑Sι:chon(0゛)0コ三0‑︑OU一安抑三器U﹂U0でく

Granulation ,引nterlng

Gtanulation ・
51nterlr1宮Specimen A

50

40

Specimen B.

30.

Specimen c
20
0GasotomlzaⅡon

20

40

60

80

A degrce ofcrysta11inity ofNi basc a110ys (゜0)20μm

Fig.11
F殉,10 SEM "naacs orthet'1ηal spl'aγ 1)0、vdcr A, B ι1"d c.
48

RC胎Ⅱon bonvccn n dccl'casin武 1'ミHC 01'10Π"1C a"d a
dC目1'cc or crysla11il】i",01' Nil)ase ι1110y

M仇NiB2系サーメット誹射材の特竹!および創幟に及ぼ寸熱処理の影僻

一'

'
'

'

.一

゛

.

'

ノ

ーーーーーーーー冒

、
、

Ⅲ

Ⅱ

、

Ⅱ

Ⅲ

8
0

0
0
8

0
0
6

0
0
4

0
0
2

0

Temperature cc)

400

200

600

800

Heeltreatmenttemperature (先コ)1000

Shrinkage

'

,
1

、

゛一

、

8.1

ノ.

、

.

'1■晶■1,ーー、

82([Eり司)

子︑'ノ

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〆

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1
0.2

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Second

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0.8

83

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FiNt heatina

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゛︑︑

↑,・0

﹂U詩一如三苗OUで顕巴身︑0倉m岳0〆expanslon

Fig.M

Fi9,12 Dlme"sional C11a11ge or sprayed coaling layel' of sl)ecim引1
A.{Rcaion l ,Ⅱ, 1Ⅱ indicale no・change, S{TUC1Ⅱr01
1'C1ιⅨati0Π, crysla11iZ社lion l}1'ocess, rcsl)CCⅡVely.)● Tet玲客onal・ M0ユN田2

Re1日Ⅱon b01、veen dcnsi1γ or spn",ed coati口号 laycr andheat 11'catmC11t tempel'a1111'c for sl)eci1羽en A.{Re卑on
1 ,Ⅱ, 1Ⅱ i11diCι11e no・chιln写e, slruC1Ⅱra11'eねXalion,
CI],S1ι1小蹴11jon pl'OCCSS, rcspeclivcly.)

500

O NibaseaⅡ0γ
︑

、
弔

ノ'●
゛

,

.

.

.

、

、."゛ー.
200

1000(a) RT.

0
50

40

60

X"ray dirl'1'aclio" pa11Cnls 01' SI)ccimc" A (a)、viⅡ10UIhclH 11'caUれe111(R.T.),(b) aftel'11C丑111'eι11menl at 30O C ,(C) 660゜c an〔Ⅱd) 850゜C

Fig.13に,各温度にて熱処卵した溶射材AのX線川折結

200

400

600

800

Hcattrcatmcnttcmperaturc (゜C)2θ(゜)Fig.13

.

300

.

.

30

︑

.(b)30OC

︑

.
.

︑

..

.

400

︑

島一.(C)660で.

.
.

.

.

0三二.e巴倉物仁巴三.

(E.弓豊ず﹂0↑

5

0

.

.

(

.

Fig.15

Rclation bet、Yeo" 10rque Value and hCιH 11'ea""ent
Iempel'atul'cs ror specimeⅡ C.

込まれることが推測される

米を小す.660゜Cの熱処理まではN逃ま合金の1川折ヒークに突際に,スクリュとしてのイi効性を硫認するため,スク

人きな変化は認められないものの,舗0゜CではNi基介金のリュ形状基材に溶射した溶射材Cについて,各温度にて結品,化が硴認された.また, Fi套14に示す皮峽谿座と熱処100時問の熱処理を行った後の耐トルク性評価を行った結理温皮の関係からも,耐トルク特性の変化が始まる30OC

巣をF喰.15に小す.熱処瑠!1呈度の上昇・とともにトルク値は

以 1・.では緩やかに密皮が諦K なり,700゜Cでは大きく 1:プι

低 Fし,50OCでは240N ・ mで極小偵を取り,その後熱処することが分かった.これらの結果は, Fig.12のTMA測

剛温座の上外とともにトルク値は高くなる二とが確認され定で得られた内容を裏付けているもの巴考えられる.

た.この結果は,300゜C以上にてNi基合金のアモルファス

以上の結果から,溶射材を熱処理することによるトルク

相の槌造緩和によりトルク仙が減少し,60OC以 1:で結品

値の低下は,織合相であるNi基介金のアモルファスの構化が進むことでトルク仙が上舛したと挑察され,上述の内造緩和過程に起因した脆化が原因と推察される.また,熱奔と・政することが分かる.なお,牙"Ⅱ成形機では,スク処理によるトルク値の低ドを抑えるには,溶射後のNi基

リュを祠転するモーターの響嶽を超えるようなトルクが負介金のアモルファス化を抑えることができるアトマイズ粉

倩され九場介,機械力1停」上するように没計されており,末の仙用が有効であると考えられ,また,アモルファス劇1

般的に外径がφ20叩のスクリュではトルクの似界は196N・の結品化が始まる温度以上での熱処瑠!もトルクの收善が見mと,われている.溶射材Cは,51川 Cまで1品度をしげても196N ・ m以上のトルク値を小すことから,スクリュとして 1'分な耐トルク作を村しているとぢえられる.

(1992),670.

2) M. Yonelsu, Y. Yamasaki, and K. Takaaj
Proceedings or 200O PO、vder MetaⅡUrgy vvoed
Congl'ess,(2000),127フ.

5.結言3 )高木研・:まてりあ,36 a羽7), 1139.
高速フレーム溶射法を用いたM02N旧2系サーメッド溶射材の開発を目的として,溶射材の特性に及ぽす溶射粉末

4)平田浩郎,岩永健吾, 1"崎裕訂」,高木研・:粉体および粉太冶行Z,53 (2006),447の紲成および形態の影粋,各溶射材の耐熱性を調査した総

5)溶射技術人門,Π本溶射協会,(2006), 1.

果,以下の結論を得た

田原U,1良犬:セラミックス,43 (2008),396.

a)溶射材の而圷ルク牲は結合相の多い釧成が高い値を小フ) X線回折ハンドブック,株式会ネ1:りガク,(2006),貌.

し,皮膜硬度については剛化物が多い力が高いことが8)鈴ネ;3:超硬介金と焼結硬質材料,丸善,(1986),分かった.また,漆射材を30げC以」.:で熱処理すると,

67

トルク強度が低Fし,皮膜硬度が上界する伽向を尓す

9)弘津袖彦,平川秋彦:顕微鏡,妬(2010),250.

ことが硴認された

10) 1瑚水研',駒井正雄:熱処理,32 (1992), 185,

②溶射材を熱処郡することによるトルク偵の低下は,結川溶射技術人門, n本溶射恊会,(200の,フ.

介村1であるNiJ'介金のアモルファス相の榊造緩和現12)甲厶女康典,網芥健児:東北人学金属材料研究所付属象による脆化に起因していると推察され,この低下の研究施'没関ljqセンター NCWS I"ctlcr, 17 (20ID,3

抑制には溶射後のNij'合令札1'・いのアモルファス形成

13)鈴木謙爾,藤森畔安,橋本功.:アモルファス金属のを抑えることが爪要であり,その 1つの下法としてアトマイズ粉ボの利川が打効であると冴えられる.
3 アトマイズ粉ボを川いて,スクリュ形状での耐トルク

基礎,オーム,(1982),23.
14)長尾心f,小牧lf1博,倉橋院郎,針原保典:Π本分繍
学会誌,71 (2007),742

性を剖代した結巣,トルクリミット以[:の良好な耐ト15)溶射1:学使覧,Π本溶射恊会,(2010), 101.

ルク性を水し,樹脂成形機スクリュへの適川が翔待で

16)鈴木謙爾,膝森麻女,橋本功τ:アモルファス金艇のきると冴えられる.

基礎,オーム, a982),83
1"安Ⅷ'1i仰,所敏火:滋賀",、東北部」:業技術センター、ド引
D 駒井11{雄, 1Uiポ研

用文献,

渡辺忠雄:Π本余属学会誌,56

成19年度研究轍告リ,(2008),4