硬質フェーシング素材の紹介

はじめに

産業オペレーションとメンテナンスの領域では、耐久性は単に望ましい特性ではなく、必要不可欠なものである。この耐久性を達成するための重要な戦略のひとつが、機器表面の耐摩耗性を大幅に向上させるプロセスであるハードフェーシングである。

この記事では、ハードフェーシングの概念、利点、使用される一般的な材料、適用プロセス、およびさまざまな産業で広く使用されている方法について説明します。

ハードフェーシングとは？

ハードフェーシングは、金属部品または機器の表面に耐摩耗性材料の層を適用するために使用される溶接プロセスです。この技術は、部品が過酷な作業環境で遭遇する摩耗、衝撃、侵食、その他の劣化による摩耗から保護するように設計されています。

柔らかい母材に硬い層を蒸着することにより、このプロセスは重要な部品の耐用年数を延ばし、頻繁な交換やダウンタイムの必要性を低減します。

硬質フェーシング材とは、特定のタイプの耐摩耗合金または複合材を柔らかい母材の表面に塗布したものを指します。一般的なタイプには、炭化物（炭化タングステンや炭化クロムなど）、金属合金（ニッケル基合金、コバルト基合金、鉄基合金など）、金属と硬質粒子を混合した金属基複合材料（MMC）などがあります。

硬質フェーシング材料の選択は非常に重要であり、コンポーネントが直面する特定の摩耗の課題と動作条件によって決まります。

利点は？

硬質フェーシング材は、産業機器に多くの重要な利点をもたらし、耐久性と効率を高めます。主な利点は以下の通りです：

1. 部品の長寿命化：硬質フェーシングは、特に摩耗、衝撃、腐食などの磨耗が多い部品を長持ちさせます。つまり、部品を頻繁に交換したり修理したりする必要がなくなります。
2. お金の節約：部品が長持ちするため、新しいものを購入したり、修理のために作業を中断したりする必要がなくなります。これにより、部品代と人件費の両方を大幅に節約できます。
3. 性能の向上：硬い表面加工を施した部品は、より長持ちします。より効果的に摩耗に抵抗し、形状と滑らかさを保ちます。
4. オーダーメイドの保護：ハードフェーシングは、お客様の機器のニーズに合わせてカスタマイズすることができます。これには、傷、浸食、衝撃など、どのような摩耗に耐える必要があるか、また、どのような状況で使用されるかが含まれます。

産業で使用される主なハードフェーシング材料とは？

産業界で使用される主なハードフェーシング材料は、過酷な使用条件下での卓越した耐摩耗性と耐久性のために選択されます。これらの材料は、機器の寿命を延ばし、メンテナンスコストを削減する上で非常に重要です。最も一般的なタイプは以下の通りです：

1.炭化物：

- 炭化タングステンは非常に硬く、耐摩耗性に優れています。炭化タングステンは非常に硬く、耐摩耗性に優れ、採掘、穴あけ、切断によく使用される。

- 炭化クロムは、特に高温での摩耗によく耐える。腐食や酸化の多い場所に適している。

2.合金：

- ニッケル基合金は耐食性に優れている。高温の環境や腐食性物質がある場所でよく機能する。

- コバルト基合金（ステライト）は、高温でも硬度を保ちます。そのため、切削工具やエンジン部品に最適です。

- 鉄基合金は、より手頃な選択肢です。耐摩耗性に優れ、さまざまな摩耗に対応できます。

3.金属および金属基複合材料（MMC）：

- 青銅と黄銅は、摺動磨耗に対する耐性のために使用される。ブロンズと真鍮は、摺動摩耗に強いため、軸受表面やブッシングによく使用される。

- 金属マトリックス複合材料は、金属に炭化物のような硬い粒子を混ぜたものである。この混合により、靭性と耐摩耗性のバランスがよくなる。

これらの材料（表1参照）はそれぞれ、摩耗の種類（摩耗、衝撃、侵食など）、使用環境（温度、腐食性物質の存在）、必要とされる機械的特性など、用途の特定の要件に基づいて選択されます。Stanford Advanced Materials (SAM) は、この分野で信頼できるサプライヤーです。当社は、お客様の機器の耐用年数を延ばすためのカスタムソリューションとともに、高品質のハードフェーシング材料を提供しています。

表1.一般的なハードフェーシング材料

ハードフェーシング技術の適用方法

このプロセスは、さまざまな溶接技術を使用して実行できます。主な方法は以下の通りです：

1. 肉盛溶接：これは、被覆アーク溶接（SMAW）、ガスメタルアーク溶接（GMAW）、フラックス入りアーク溶接（FCAW）などのアーク溶接プロセスを使用して、硬質フェーシング材を溶着するものである。幅広い部品に適用できる汎用性の高い方法である。
2. 溶射： プラズマ溶射や高速酸素燃料（HVOF）溶射を含む溶射技術は、溶融または半溶融状態の材料を表面に塗布する。この方法は、基材への熱影響を最小限に抑えながらコーティングを施すのに適している。
3. レーザークラッディング： レーザークラッディングは、高強度レーザーを使用して材料を溶融させ、母材と結合させる。この方法は精密な制御が可能で、コーティングと基材間の希釈を最小限に抑えることができるため、高品質の仕上げに適しています。

ハードフェーシング材はどのように使用されるか？

硬質表面処理材は、広範な産業で使用されており、それぞれが耐久性の向上から恩恵を受けています：

1. 鉱業と建設： 鉱業と建設：ドリル、バケット、ブレードのような機器は、岩石、鉱物、建設材料からの磨耗や衝撃に耐えるためにハードフェーシングされています。
2. 石油とガス： ドリルビット、バルブ、ポンプインペラなどのコンポーネントは、摩耗や腐食から保護され、厳しい環境でも信頼性を確保します。
3. 農業： 鋤鍬や収穫機の刃などの農耕具は、土壌や作物からの磨耗に耐えるよう硬質フェーシングが施され、耐用年数が延びます。
4. 製造： 工具や金型は、寸法精度と表面品質を維持するため、頻繁にハードフェースが使用されます。

結論

ハードフェーシングは、装置の耐久性を最大化するための極めて重要な技術です。適切なハードフェーシング材料とプロセスを選択することで、産業界は部品の寿命を大幅に延ばし、メンテナンスコストを削減し、継続的な生産を確保することができます。材料科学と溶接技術の進歩が進化を続けるにつれ、産業の持続可能性と生産性に貢献するこれらの材料の可能性はますます大きくなっている。