ボール・オン・プレート往復式摩耗試験機で測定した各皮膜の摩耗距離と摩耗量の関係を図2に示した。同図からもわかるように各皮膜の中で、耐摩耗性が最も優れているのはWC/Cr3C2/Niと硬質クロムめっきで10,000mの試験後の試験片の摩耗量は最も少なく、差もほとんど認められない。測定値にややばらつきはあるものの、WC/CoCrとグレーアルミナが続き、クロミアの摩耗量はやや多い。クロミアは6,000mから、グレーアルミナは10,000mで摩耗量が急激に多くなっているが、これは摩擦面の変化によるのではと考えられる。耐摩耗材料ではないハステロイC276では、摩耗量が最も多くなっている。これは無潤滑下で行った結果と同じである。
一方、相手材の鋼球の摩耗量はWC系の2種類の溶射皮膜と硬質クロムめっきは異なり、WC系溶射皮膜とハステロイC276皮膜は相手材である鋼球をほとんど摩耗させない。硬質クロムめっき皮膜は相手材をやや摩耗させ、アルミナとクロミアの2種類の酸化物皮膜は相手材をかなり摩耗させる。これらの原因については、摩耗面の拡大鏡による観察結果から後に考察する。
摩擦係数の測定結果を図3に示した。一般に、潤滑下での金属同士の摩擦係数は約0.1と言われているが、そのとおりとなっている。摩擦係数は、試験開始直後の図と、8,000mの試験後の図を示しているが、いずれの皮膜でも8,000m試験後のほうが摩擦係数はやや低い。皮膜の種類によって摩擦係数のわずかな差は認められる。最も摩擦係数が低いのはハステロイC276皮膜で、拡大鏡下では表面がかなり荒れているにもかかわらず、摩擦係数は低い。その次に低いのは2種類のWC系で、その次が硬質クロムめっき、2種類の酸化物セラミックスの摩擦係数は最も高い。
摩耗試験前後の試験片表面の拡大鏡写真を図4、図5に示した。図4は450倍、図5は35倍である。図4 [6]-a）、b）は硬質クロムめっき皮膜である。試験前でも、研削方向と直角なき裂が認められる。試験後の表面は450倍で観察する限りやや黒ずんでいるほかは大きな変化は認められないが、き裂密度が増加しているように見受けられる。図5
[6]-b）は低倍率で観察した写真であるが、摩擦面が黒ずんでいるのは明瞭に分かる。硬質クロムめっき皮膜は相手材の鋼球をやや摩耗させたが、き裂が原因の可能性がある。図4
[4]-a）、b）は450倍で撮影したクロミアである。試験前後で著しい差は認められないが、試験後では白い部分が増えている。これは図5
[4]-b）からも分かるとおり、相手材の鋼球によって研磨され、光沢を持った部分と考えられる。図4 [5]-a），b）はハステロイC276である。試験前後で大きな変化が認められる。試験後は皮膜の部分的な脱落、深い摩耗痕が認められ、図2で示した摩耗量の多さと符合する。グレーアルミナも高倍率で観察する限り（図4
[3]-a）、b））、試験後にも試験による影響は認められないが、低倍率で観察すると、硬質クロムめっきのようにやや摩擦面が黒ずんでいる。これはクロミアとの相違点である。高倍率、低倍率の両方で観察しても、試験前後で表面の状態が全く変わらなかったのは2種類のWCで、試験後も研削加工痕が変化なく残っている。耐摩耗性の高さが、拡大鏡写真からも実証できる。 |
