溶射を中心とした各種表面改質の総合メーカー

トーカロ株式会社

技術情報 Technical

技術一覧

機能例

PTAプロセス

PTAプロセス

溶接肉盛加工による表面改質技術のひとつで、高エネルギーを持つ移行性プラズマアークを利用しています。肉盛材料として粉末を用いるので、これまでワイヤーや棒に加工できなかった難加工材である高硬度材料やセラミックスを肉盛材料とした肉盛溶接ができます。

各種の金属合金粉とセラミックス粉を組み合わせたり、その配合比をコントロールすることにより、目的に応じた皮膜を形成させることができ、また肉盛後の皮膜をサーメットにすることも可能です。

母材との接合機構は金属学的な結合であるため、耐剥離性に優れています。

肉盛溶接であるため、他のコーティング法に比べて、厚めの皮膜形成が容易です。

以上のような特徴を具備したPTA皮膜は高温下でも高硬度を維持し、優れた耐摩耗性、耐焼付性、耐食性を発揮しますので、第一級の品質管理が求められる石油、船舶、航空機、輸送機、原子力発電など、その応用範囲は無限に広がろうとしています。

PTAによる肉盛溶接

■PTAの原理

図1にPTAによる肉盛溶接状況を模式化して示します。まず、パイロット電源によって、アルゴンガスが流れているタングステン電極と水冷ノズル間にアークをとばし、アルゴンガスをプラズマ化させます。この高温のプラズマガスを水冷ノズルによるサーマルピンチ効果を利用して絞り、エネルギー密度の高いプラズマアークとして母材に到達させます。アークが母材に達すると、この状態を持続させるためにメイン電源が作動し、アーク電流が母材中を流れるようになり、母材表面に溶融池が形成されます。一方、肉盛材料となる粉末はヘリウム又はアルゴンガスなどのキャリアガスに圧送されてプラズマアーク中に送り込まれ、溶融した状態で母材上の溶融池に投入され肉盛層を形成します。
図2は、プラズマアークの収束性をTIGアークとの温度分布の違いで比較したものです。図から明らかなように、プラズマアークは水冷ノズルによって細く絞られているため、高いエネルギー密度が得られています。これが高融点の粉末でも肉盛材料として利用できる所以といえます。

PTAの原理(図1) PTAの原理(図2)

使用する主な合金粉末

ステンレス系 SUS309, SUS316, SUS316L, SUS410, etc.
ニッケル合金系 インコネル625, 50Ni-50Cr, ハステロイC, コルモノイ#5, etc.
ステライト系 #1, #6, #12, #20, #21, etc.
その他 高速度鋼, トリバロイ, 特殊耐熱合金, etc.

使用する主な合金粉末

炭化物/性質 融点(K) 密度(Mg/m3 硬さ
マイクロビッカース
熱膨張係数
(10-6K-1)
295〜1273K
電気比抵抗
(10-6Ω・m)
TiC 3453〜3523 4.85〜4.93 2900〜3473 7.95 0.70〜1.73
VC 3083〜3138 5.36〜5.77 2800 7.25 1.5〜1.6
NbC 3773〜4073 7.82 2400 7.21 0.74〜2.54
Cr3C2 2168 6.68 1800 11.7(293〜1373K) 0.70〜0.80
W2C 3123 17.2 3000 6.0 0.80
WC 2900〜3173 15.6〜15.7 2400 3.84 0.53

各種炭化物粒子を分散させた肉盛合金の断面マクロ組織

各種炭化物粒子を分散させた肉盛合金の断面マクロ組織

各種炭化物粒子を分散させた肉盛合金のSEM組織

各種炭化物粒子を分散させた肉盛合金のSEM組織

PTA溶接肉盛加工プロセス概念図

PTA溶接肉盛加工プロセス概念図

ページのトップへ