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本研究では、電子ビーム溶射法の可能性を実証するために、溶接用高エネルギー密度電子ビーム熱源を用いた表面改質法を開発し、従来の溶射技術では困難であったWC-Co系耐摩耗皮膜の緻密な厚膜を高速成膜することを目的とした。
熱源には溶接用30kW電子ビーム熱源装置を用い、成膜材料には粒径を揃えた40μm、30μm、及び20μmのWC-12%Co焼結粉末、及びNi-Cr自溶合金粉末を種々の割合で混合した粉末を用いた。
まず3mm厚軟鋼基板上に粉末静置法によるWC-Co系皮膜の成膜を試みた。その結果、電子ビームのエネルギー密度を適切に制御することでNi-Cr自溶合金をマトリックスとし極めて緻密にWC-Co粒子が分散したWC-Co系皮膜を800μm以上の厚さで高速成膜することができた。得られた皮膜をX線回折、EPMA、ビッカース硬さ試験、すべり摩耗試験、及び浸漬腐食試験で評価し、皮膜特性について検討した結果、耐摩耗性、耐腐食性ともに十分な特性を有する皮膜が緻密に成膜されていることがわかった。さらに、成膜時における高エネルギー密度電子ビームによる成膜メカニズムについても検討を行った。
次いで真空中で作動可能な粉末供給装置を試作開発し、真空中で粉末を連続供給して成膜を行う電子ビーム溶射法の開発を行った。その結果、粉末静置法によって得られた皮膜と同等の緻密なWC-Co系厚膜の真空中での高速連続成膜が可能となった。
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