溶射材料 セラミック

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サーメット

 

 サーメット(Cermet)はセラミックス(Ceramics)と金属(Metal)を複合させた材料のことをいいます。組成割合からいうと、セラミック粒子の体積が15〜85%程度です。金属に少量のセラミックスが分散複合されたODS合金がありますが、サーメットには分類されません。
形態はセラミックスと金属のブレンドしたもの、セラミックスと金属材料を固溶化させ粉砕したもの、セラミックスと金属材料を造粒して複合体にしたもの、セラミックスを金属成分で被覆したものがあります。

WC系サーメット
WC/Co
代表的な組成はWC/12%Co、WC/17%Coがあります。
Coは各種炭化物に対する固溶度が大きく、濡れ性にも優れ、Niよりも耐磨耗性に優れていることから、WCの結合金属として多用されています。
WC/Coの溶射皮膜の特徴は500℃以下の環境で、高硬度、高靭性、耐磨耗性に優れています。
溶射皮膜の硬度はWC/12Coで約1300(Hv)、WC/17Coで約1100(Hv)あります。
ただ、Coの耐食性が劣るため、腐食雰囲気・酸化雰囲気での使用には適しません。
用途は高圧プランジャー、ファンブレード、ガイドロール、スクリューなどがあります。

WC/Ni
Coの耐食性を改良するために開発されたサーメットで、WC/10%Ni、WC/12%Niなどがあります。機械特性はWC/Coに劣りますが、550℃以下の環境で耐摩耗性、耐食性に優れ、溶射皮膜の硬度は約1100(Hv)あります。
用途はセメント用スクリュー、ポンプローターなどがあります。

WC/20%CrC/7%Ni
WC/Ni同様、Coの耐食性の弱さを改善したサーメットですが、WC/Niよりも耐食性をあげるためにCrCを加えたものです。特徴は650℃以下の環境で耐摩耗性、耐食性に優れ、溶射皮膜の硬度は約1100(Hv)あります。WC系サーメットの中では最も高温の環境下で使用ができます。
ただし、比較的スピッティングがおきやすい点と靭性、耐衝撃性が低い点が短所としてあります。
用途は石油化学プラント、製紙用ロール、フィルムロール、軸受などがあります。

WC/10%Co/4%Cr
欧米において需要の高い耐食性・耐摩耗性を目的としたサーメットです。
WC/20%CrC/7%Niと比較をしますと、450℃以下の環境では、乾式の耐磨耗性、基材への密着強度、皮膜の靭性、耐衝撃性、緻密さが優っています。溶射皮膜の硬度は約1300(Hv)あります。
用途はポンプ部品、タービンブレード、製紙用部品、ロール、シャフトなどがあります。

WC/耐食合金
耐高温酸化性を求められる場合に使用されるサーメットで、WC/ハステロイとWC/インコネルがあります。WC/ハステロイは600℃以下の環境で耐摩耗、耐食性に優れており、用途はコンダクターロール、酸洗ラインロールなどがあります。
WC/インコネルは650℃以下の環境で耐摩耗、耐食性に優れ、用途は製紙塗工ロールなどがあります。

WC/12Co+Ni自溶合金
WC/12%CoにNi自溶合金をブレンドしたもので、溶射したのちにフュージングを行います。基材との密着性と低い気孔率が期待でき、硬度・耐摩耗性はWC/12%CoとNi自溶合金の中間付近になります。
用途はガラス成形用プランジャー、水車羽根などがあります。

耐衝撃WCサーメット
従来のWCサーメットの耐摩耗性、耐食性に加えて靭性、耐衝撃性を向上させたサーメットです。組成はWC/20%CrC/10%Ni+Ni(Cr)で、Ni(Cr)がラメラにならないように皮膜を製作することが重要です。膜厚化も可能なサーメットです。溶射皮膜の硬度は約1000(Hv)あります。
用途はパワーショベル部品、ライナー、ロールなどがあります。

CrC系サーメット
CrC/NiCr
通常550℃以下の環境ではWC系サーメットが主流ですが、550〜850℃の温度域で使用されるサーメットです。特徴は高温下での耐すべり磨耗性がよく、最も多く使用されている組成はCrC/25%NiCrです。溶射皮膜の硬度は約1000(Hv)あります。
用途はボイラーチューブ、高温バルブシート、炉内ロール、原子力部品、ジェットエンジン関連などがあります。

CrC/インコネル、CrC/MCrAlY
CrC/NiCrの金属をインコネル、MCrAlYに替えることによって、耐食性・耐摩耗性をさらに向上させたサーメットです。CrC/インコネルは850℃以下の環境で耐摩耗性、耐食性に優れ、ジェットエンジン、ガスタービンに使用されています。また、CrC/MCrAlYは900℃以下の環境で耐摩耗性に優れ、炉内のブラインドロールなどに使用されています。

その他のサーメット
代表されるWC系、CrC系以外にも数多くの種類のサーメットがあります。
例えばホウ化物サーメットではAlを含む溶融Znや溶融Alに対して耐溶損性が優れたMoB/CoCr、MoB/NiCrがありますし、炉内ロール用として耐酸化性、耐摩耗性、耐ビルドアップ性に優れるCrB/MCrAlY/Y2O3などもあります。
また、ガスタービンやエンジン内部に酸化物系のサーメット(ZrO2-Y2O3+NiCrなど)や、ガスタービンにおけるアブレイダブル溶射皮膜(削られやすい特性を有する被膜を作る目的で行われる溶射皮膜)としてグラファイト系サーメット(グラファイト/Niなど)があります。

 
 
 
 
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