超音速スプレー法によるニッケル・クロム・クロム炭化物コーティングの作製

超音速溶射は、高温・高速のジェットを用いてコーティング材料を溶融または部分的に溶融させ、それを高速で基材表面に堆積させて高性能コーティングを形成する先進的な表面処理技術です。中でも、超音速溶射法で作製されたニッケルクロム／炭化クロムコーティングは、産業用途において特に広く利用されています。

I. 技術原理 超音速火炎溶射技術は、燃焼室で燃料（灯油、プロパン、水素など）を高圧酸素と激しく燃焼させて高温高圧のガス流を生成します。このガス流は、特別に設計されたラバルノズルを通過する際に超音速まで加速され、安定した高速ジェットを形成します。溶射プロセスで使用されるニッケルクロム合金と炭化クロムの複合粉末は、このジェットに供給され、溶融または半溶融状態に急速に加熱され、前処理（例えば、サンドブラスト処理）された基材表面に非常に高速（通常600m/s以上）で衝突します。溶融した粒子は基材上で平坦化し、急速に冷却されて積み重なり、固化して、最終的に緻密で密着性の高いサーメットコーティングを形成します。

II．コアコーティングの特性　このプロセスを用いて作製されたニッケルクロム／クロム炭化物コーティングは、以下の優れた特性を有しています。

優れた機械的特性：このコーティングは、高い硬度と良好な靭性を兼ね備えています。その微小硬度は通常760 HVから995 HVの範囲です。結合相として機能するニッケルクロム合金は、優れた靭性と結合強度を提供し、分散した炭化クロム硬質相は、主要な耐摩耗性支持体として機能します。コーティングと基材間の平均結合強度は60 MPaを超えます。

緻密な微細構造：噴霧された粒子は極めて高速で飛散するため、衝突時に完全に変形し、密着した重なり合いを形成します。これにより、コーティングの気孔率を1～2％という極めて低いレベルに抑えることができます。この低気孔率は、コーティングの優れた耐食性と耐酸化性の鍵となります。

優れた高温性能：このコーティングは、538℃～900℃の動作温度範囲において、長期間にわたり安定した性能を維持します。高い高温硬度保持性と、酸化およびガス侵食に対する優れた耐性を示します。研究によると、620℃の高温環境下における固体粒子侵食に対する耐性は、通常の耐熱鋼基材の数倍から10倍にも達します。

優れた耐環境性：ニッケルクロム合金バインダー相自体が優れた耐酸化性と耐腐食性を有しています。クロム炭化物と組み合わせることで、高温酸化、硫黄腐食、各種塩水噴霧や化学媒体による浸食に対して効果的に耐性を発揮します。

III．主な応用分野

航空宇宙分野：エンジンコンプレッサーブレードやタービンケーシングなどの高温部品における、耐摩耗性および耐擦傷性シール材として使用されます。

エネルギー・電力分野：石炭火力発電所やガス火力発電所のボイラー配管、蒸気タービンブレード、ガスタービン移行部などの高温保護および寿命延長に広く使用されています。

工業製造：冶金ロール、高温バルブ、焼結炉ガイド、石油化学ポンプシャフト、メカニカルシールリングなどの主要部品に適用されます。

IV．超音速溶射に適したニッケル・クロム・クロム炭化物材料