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HVAFによるアモルファス合金粉末溶射技術の開発

H21年度ものづくり研究開発


当社では従来のボイラーチューブへの耐エロージョン対策として、アモルファス合金アーク溶射材料を使用してアーク溶射で行っていましたが、非常に高い材料コストやスパッタ等の欠陥の問題がありました。

それらの問題を解決する為に、平成18年頃にHVOFで、鉄基アモルファス合金粉末溶射ができないかと試行錯誤しましたが、ノズル内に溶けた金属が付着して、ノズルが閉塞する現象が発生して欠陥のある皮膜になったり、酸素を大量に使用するという非常に高い運転コストの問題により、しばらくの間研究が止まっていたところ、平成21年に、『ものづくり中小企業試作開発等支援事業』が国会で採択された事を知り、安い運転コストであるHVAFで、かつ、地元企業の生産するアモルファス合金粉末の溶射ができれば、耐エロージョン効果も高いとの予測と、材料・運転コストも大幅に下げられるとの思いで申請し、採択されて試作開発を開始しました。

様々な検討・設計製作や試行錯誤の結果、平成22年8月に、HVAFでノズルを閉塞させずに、アモルファス合金粉末の溶射が出来るまでになり、テストピースへ溶射した皮膜の評価試験を実施しました。

アモルファス合金粉末溶射の様子






ノズル出口の粒子の速度は、約マッハ3にまでなり、材料を基材に衝突させ、非常に緻密で硬度のある皮膜になります。

断面の顕微鏡写真



積層された皮膜には気孔が少なく、非常に緻密な皮膜になっています。


X線解析試験



この様な波形から、一部ではありますが、アモルファス(非晶質)であることがわかります。

  マイクロビッカーズ試験 ブラストエロージョン試験
   

上記皮膜評価試験結果から、X線回析では一部ではありますが、アモルファス化している事が証明され、マイクロビッカースをHVAF溶射被膜とSSで比較すると、HVAF溶射被膜の硬度がSSの約5.3倍のHv800にもなります。

また、ボイラーチューブの耐エロージョン対策で問題とされるブラストエロージョン試験でもSSと比較してHVAFの皮膜が良好な結果が確認されました。

上記結果により、ボイラーチューブへHVAFでアモルファス合金粉末の溶射を行う事で耐エロージョン効果がある事が皮膜評価試験で証明されました。

これからの予定としては、実際にボイラーチューブへHVAFでアモルファス合金粉末の溶射を行い、実際のボイラー施設で試験をする予定です。

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