超音波噴霧によるニッケル-クロム-クロムカーバイド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、それを基材表面に高速で堆積させることで高性能コーティングを形成する高度な表面エンジニアリング技術です。中でも、超音速フレーム溶射法によって得られるニッケルクロム／炭化クロムコーティングは、工業用途で特に広く利用されています。

I. 技術原理 超音速フレーム溶射技術は、燃焼室内で燃料（灯油、プロパン、水素など）と高圧酸素を激しく燃焼させ、高温高圧のガス流を発生させます。このガス流は、特殊設計の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。溶射工程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がこのジェットに注入され、急速に溶融または半溶融状態まで加熱され、前処理（サンドブラスト処理など）された基材表面に非常に高速（通常600m/秒を超える）で衝突します。溶融粒子は基材上で平坦化し、急速に冷却されて積層・固化し、最終的に緻密で強固に結合した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使用して製造されたニッケルクロム/クロムカーバイドコーティングは、次のような優れた特性を備えています。

優れた機械的特性：コーティングは高い硬度と優れた靭性を兼ね備えています。マイクロ硬度は通常760HVから995HVの範囲です。バインダー相として機能するニッケル-クロム合金は優れた靭性と接合強度を提供し、分散した炭化クロム硬質相は耐摩耗性の主要な支持層となります。コーティングと基材間の平均接合強度は60MPaを超えます。

緻密な微細構造：噴霧粒子の速度が非常に速いため、衝突時に完全に変形し、緻密な重ね合わせを実現。その結果、コーティングの気孔率は1～2%という極めて低いレベルに抑えられます。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、長期にわたって安定した性能を維持します。高温硬度の維持率が高く、酸化およびガス侵食に対する優れた耐性を備えています。研究によると、620℃の高温環境下において、固体粒子に対する耐性は、一般的な耐熱鋼基板と比較して数倍から10倍優れています。

優れた耐環境性：ニッケル-クロム合金バインダー相自体は優れた耐酸化性と耐腐食性を有しています。炭化クロムと組み合わせることで、コーティングは高温酸化、硫黄腐食、そして様々な塩水噴霧や化学媒体による侵食に効果的に耐性します。

III. 主な応用分野

航空宇宙: 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の耐摩耗性および耐摩擦性シールとして使用されます。

エネルギーと電力: 石炭火力発電所やガス火力発電所のボイラー管、蒸気タービンブレード、ガスタービン遷移部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. 超音速噴霧に適したニッケル-クロム-クロムカーバイド材料。