CN108291310B - 层叠体以及层叠体的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种层叠体以及层叠体的制造方法,其是以冷喷涂法将非金属粉末喷射到高硬度的基材表面对基材表面进行喷砂之后,以冷喷涂法形成被膜,从而制造出基材与被膜之间的附着性优越的层叠体。层叠体1的特征在于,具备:基材10,其由维氏硬度120HV以上的金属或合金制成,在表面上具有凹凸;被膜11,其形成在基材10的表面上,由金属或合金制成,被膜11与基材10形成金属键结合。
Description
技术领域
本发明涉及层叠体以及层叠体的制造方法。
背景技术
近年来,作为一种金属喷涂方法,冷喷涂法受到关注,冷喷涂法是通过将材料粉末变为高温、高速喷涂到基材,从而使该材料粉末在基材上堆积/涂覆。在冷喷涂法中,通过将被膜的材料与加热到材料粉末的熔点或软化点以下的不活泼气体一起从渐缩渐扩(拉法尔)喷嘴喷射,保持固相状态地撞击到基材而在基材的表面上形成被膜,因此能够获得既不发生相变又能抑制氧化的金属被膜。
以冷喷涂法在由金属制成的基材上形成金属被膜时,金属被膜的材料粉末撞击到基材时粉末和基材之间产生塑性变形,能够获得以两者互相进入的方式附着的锚固效应,并且,由于彼此的氧化被膜被破坏,新生面彼此间产生金属键结合,因此能够形成附着强度高的被膜。但是,在将高硬度的金属材料作为基材使用的情况下,可能是由塑性变形带来的锚固效应不足的原因,有时不能形成金属被膜,或即使成膜也只能获得基材和金属被膜之间的界面强度低的层叠体。
与此相对的,提出有一种技术,在以冷喷涂法进行被膜形成的前工序中,与被膜形成的条件相比降低粉末速度,例如降低气体压力来将粉末喷射到基材从而使基材的表面活性化(例如参照专利文献1)。此外,还提出有一种技术,将混合了粒径为5~50μm的被膜原料粉末和粒径为100~1000μm的喷丸(peening)粉末的粉末材料从一个喷嘴喷射,或被膜原料粉末和喷丸粉末分别从不同的喷嘴喷射而形成被膜(例如参照专利文献2)。
专利文献1:日本特开2009-215574号公报
专利文献2:日本特开2006-52449号公报
发明内容
在专利文献1中,由于使用与形成被膜的粉末材料相同材料的粉末材料,并且与冷喷涂法的被膜形成条件相比降低粉末速度而使基材的表面活性化,因此对于高硬度的基材,不能获得足够的因基材的表面变得粗糙所带来的锚固效应。
另一方面,专利文献2的目的在于,通过将被膜原料粉末和喷丸粉末同时喷射到基材表面而获得细致的被膜,既没有记载也没有暗示关于通过喷丸粉末使基材表面变得粗糙,以及粗糙化所带来的被膜对基材的附着性。此外,喷丸粉末残留于被膜内部,因此难以仅由被膜原料形成被膜。
本发明鉴于上述问题而完成,其目的在于提供一种在高硬度的基材上形成有高附着性的被膜的层叠体以及层叠体的制造方法。
为了解决上述问题并达成目的,本发明所涉及的层叠体的特征在于,具备:基材,其由维氏硬度120HV以上的金属或合金制成,在表面上具有凹凸;以及被膜,其形成在上述基材的表面上,由金属或合金制成,上述被膜与上述基材形成金属键结合。
此外,本发明所涉及的层叠体的制造方法,其是在由维氏硬度120HV以上的金属或合金制成的基材表面上形成由金属或合金制成的被膜的层叠体的制造方法,其特征在于,包括:喷砂(blast)工序,将非金属粉末与被加热到比该非金属的熔点低的温度的气体一起加速,以保持固相的状态喷射到上述基材的表面,对上述基材的表面进行喷砂;以及被膜形成工序,将金属或合金的粉末与被加热到比该金属或合金的熔点低的温度的气体一起加速,以保持固相的状态喷涂到在上述喷砂工序经喷砂的上述基材的表面,使其堆积而形成被膜。
此外,本发明所涉及的层叠体的制造方法的特征在于,在上述发明中,上述非金属为陶瓷、金刚石或玻璃。
根据本发明,通过以冷喷涂法将非金属粉末喷射到高硬度的基材对基材的表面进行喷砂,被膜容易地锚固(anchoring)到基材,此外,从基材的表面去除了氧化被膜,因此能够在基材与被膜之间产生金属键结合,从而能够制作基材与被膜之间的附着性优越的层叠体。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式所涉及的层叠体的构造的剖视图。
图2是表示在形成本发明的实施方式所涉及的层叠体的金属被膜时使用的冷喷涂装置的概要的示意图。
图3是用于说明本发明的实施方式所涉及的层叠体的金属被膜形成的示意图。
图4是用于说明本发明的实施方式的变形示例所涉及的层叠体的金属被膜形成的示意图。
图5是表示在形成本发明的实施方式所涉及的层叠体的金属被膜时使用的其他冷喷涂装置的概要的示意图。
图6是実施例1的层叠体的截面的SEM图像。
图7是比较例1的层叠体的截面的SEM图像。
图8是实施例5的层叠体的截面的SEM图像。
图9是比较例9的层叠体的截面的SEM图像。
具体实施方式
下面,参照附图来详细地说明用于实施本发明的方式。另外,下面的实施方式并不限定本发明。此外,在以下的说明中参照的各附图只是以可理解本发明内容的程度示意性示出形状、大小以及位置关系。即,本发明并不仅限于在各附图中例示的形状、大小以及位置关系。
图1是表示本发明的实施方式所涉及的层叠体的构造的剖视图。图1所示的层叠体1具备:基材10,其由维氏硬度120HV以上的金属或合金制成;以及被膜11,其形成在基材10的表面上,通过后面所述的冷喷涂法层叠,由金属或合金制成。层叠体1并不仅限于图1那样的矩形平板状,还可以为圆柱状、多角柱状等。
基材10只要是由维氏硬度120HV以上的金属或合金制成的即可,并不限定材料,例示有,例如,SS400等的轧制钢材、S45C等的碳钢、SCr435等的铬钢材、SMn443等的锰钢、SMnC等的锰铬钢、SCM882等的铬钼钢、SNC815等的镍铬钼钢、SUS304等的不锈钢、钛或钛合金、铬镍铁合金600等的镍基超合金、铸铁、以及超超杜拉铝(7000系列)等的铝合金等。此外,即使在由维氏硬度小于120HV的金属或合金制成的基材10上以冷喷涂法制作被膜11的情况下,通过以冷喷涂法进行非金属的喷砂工序,氧化被膜被去除而容易形成金属键结合,并且在基材10的表面上形成凹凸,被膜11进入该凹凸而产生锚固效应,由此能够提高基材10与被膜11的附着性。
制成被膜11的金属或合金材料不作限定。本实施方式所使用的被膜11的材料的金属或合金粉末的平均粒径为20μm~150μm。在平均粒径为20μm~150μm的情况下,流动性好,并且容易到手。
接着,对本实施方式所涉及的层叠体1的制造方法进行说明。为制造层叠体1,进行将非金属粉末与被加热到比该非金属的熔点低的温度的气体一起加速、以保持固相的状态喷射到基材10表面、对基材10的表面进行喷砂的喷砂工序之后,将金属或合金的粉末与被加热到比该金属或合金的熔点低的温度的气体一起加速,以保持固相的状态喷涂到在喷砂工序经喷砂的基材10的表面,使其堆积而形成被膜11。
作为在喷砂工序中使用的非金属粉末,优选平均粒径(D50)为15~500μm。在非金属粉末的平均粒径(D50)小于15μm的情况下,基材10的喷砂效果变差。另一方面,在非金属粉末的平均粒径(D50)大于500μm的情况下,后面所述的冷喷涂装置的气体喷嘴容易发生堵塞。特别优选非金属粉末的平均粒径(D50)为100~200μm。此外,为了减少在喷砂工序中残留在基材10表面的非金属的残留量,优选非金属粉末呈球状。
本实施方式所使用的非金属粉末,从对基材10的表面进行喷砂、形成凹凸、使新生面露出的观点出发,优选其具有规定的硬度。例如,优选非金属粉末的硬度为500Hv以上。
从对基材10形成凹凸、露出新生面的观点,使用具有规定硬度的金属或合金粉末代替非金属粉末也能够获得相同的效果,但是,在作为喷砂材料使用金属或合金粉末的情况下,根据冷喷涂条件会使基材10与喷砂材料产生金属键结合的可能性增大,因此使用非金属粉末。
作为本实施方式所使用的非金属粉末,只要是具有上述平均粒径以及硬度的材料即可并不作限定,能够使用钠钙玻璃和石英玻璃等的玻璃,锆石、氧化铝、氧化锆和氮化铝等的陶瓷,以及金刚石等。
对基材10的表面的使用非金属粉末的喷砂工序通过冷喷涂法来进行。关于喷砂工序,参照图2进行说明。图2是表示在本实施方式所涉及的层叠体1的喷砂工序中使用的冷喷涂装置20的概要的示意图。
冷喷涂装置20具备,加热工作气体的气体加热器21,收纳要喷射到基材10的非金属的粉末材料并提供给喷枪22的供粉装置23,以及将与在喷枪22中被加热的工作气体混合了的非金属粉末材料喷射到基材10的气体喷嘴24。
作为工作气体,使用氦、氮、空气等。所提供的工作气体通过阀25和26分别被提供给气体加热器21和供粉装置23。提供给气体加热器21的工作气体被加热到例如100℃以上并且非金属材料的熔点以下的温度之后,提供给喷枪22。
被提供给供粉装置23的工作气体将供粉装置23内的非金属粉末材料以成为规定排出量的方式提供给喷枪22。经加热的工作气体通过渐缩渐扩形状的气体喷嘴24成为超音速流(约为340m/s以上)。此外,优选工作气体的气体压力为1MPa~5MPa左右,更优选为2MPa~5MPa左右。通过使工作气体的压力为2MPa~5MPa左右,能够对基材10的表面进行喷砂来形成凹凸。被提供给喷枪22的非金属粉末材料被投入到该工作气体的超音速流中而被加速,以保持固相的状态高速撞击到基材10对基材10的表面进行喷砂。作为金属等的喷砂法,也可以考虑鼓风式清理或喷丸清理等的方法,为了在由高硬度金属等制成的基材10的表面上在短时间内可靠地形成凹凸,优选以冷喷涂法进行喷砂处理。
在以如上的方式用非金属粉末对基材10的表面进行喷砂之后,使用与在喷砂工序中所使用的装置具有相同结构的冷喷涂装置20,来形成被膜11。被膜11是将作为材料的金属或合金粉末与被加热到低于该金属或合金的熔点的温度的气体一起加速,以保持固相的状态喷涂到基材10的经喷砂的表面来使其堆积而形成的。
作为工作气体,使用在喷砂工序中使用的氦、氮、空气等。工作气体被加热到例如100℃以上并且在用来形成被膜11的粉末材料的金属或合金的熔点以下的温度之后,被提供给喷枪22。
被提供给供粉装置23的工作气体将供粉装置23内的粉末材料以成为规定排出量的方式提供给喷枪22,经加热的工作气体通过渐缩渐扩形状的气体喷嘴24成为超音速流(约为340m/s以上)。此外,优选工作气体的气体压力为1MPa~5MPa左右,更优选为2MPa~5MPa左右。通过使工作气体的压力为2MPa~5MPa左右,能够实现基材10与被膜11之间的附着强度的提高。被提供给喷枪22的粉末材料被投入到该工作气体的超音速流中而被加速,以保持固相的状态高速撞击到基材10而形成被膜11。如果仅使用冷喷涂装置20喷涂被膜11的材料粉末,则不可能在高硬度的基材10的表面形成凹凸并使新生面露出。但是,在本实施方式中,由于在喷砂工序对基材10表面进行喷砂,产生凹凸的同时露出了新生面,因此容易产生金属键结合,而且基于锚固效应能够获得高附着性的层叠体1。
此外,为了促进新生面彼此间的金属键结合,优选在喷砂工序之后尽快进行被膜形成。通过在喷砂工序之后,例如3时间以内,优选1时间以内进行被膜形成工序,能够获得高附着性的层叠体1。
在使用2台冷喷涂装置20成膜的情况下,优选的是,如图3所示,在冷喷涂装置20-1中,将收纳在供粉装置23-1内的非金属粉末材料提供给喷枪22-1,通过从气体加热器21-1提供的工作气体而在气体喷嘴24-1处成为超音速流,喷射到基材10的表面而进行喷砂之后,在冷喷涂装置20-2中,将收纳在供粉装置23-2内的粉末材料提供给喷枪22-2,通过从气体加热器21-2提供的工作气体而在气体喷嘴24-2处成为超音速流,喷涂到经喷砂的基材10的表面形成被膜11。
此外,在呈圆柱状的基材10'的侧面形成被膜11的情况下,也可以,如图4所示,在冷喷涂装置20-1中,将收纳在供粉装置23-1内的非金属粉末材料提供给喷枪22-1,通过从气体加热器21-1提供的工作气体而在气体喷嘴24-1处成为超音速流,喷射到旋转的基材10'的侧面而进行喷砂之后,在冷喷涂装置20-2中,将收纳在供粉装置23-2内的粉末材料提供给喷枪22-2,通过从气体加热器21-2提供的工作气体而在气体喷嘴24-2处成为超音速流,喷涂到旋转的基材10'的侧面(喷砂面)形成被膜11。
此外,在上述的制造方法中,使用了2台冷喷涂装置20进行喷砂工序和被膜形成工序,也可以使用例如具有2套供粉线的冷喷涂装置来进行制造。
图5是表示在形成本发明的实施方式所涉及的层叠体的金属被膜时使用的冷喷涂装置20A的概要的示意图。冷喷涂装置20A具有2套由供粉装置23、喷枪22以及气体喷嘴24构成的供粉线。在供粉装置23A中,收纳有非金属的粉末,经由阀26A提供的工作气体将非金属的粉末材料以成为规定排出量的方式提供给喷枪22A。此外,经加热的工作气体从气体加热器21经由阀27A提供给喷枪22A,在气体喷嘴24A处成为超音速流。在供粉装置23B中,收纳有作为被膜的材料的金属或合金的粉末,经由阀26B提供的工作气体将金属或合金的粉末材料以成为规定排出量的方式提供给喷枪22B,经加热的工作气体从气体加热器21经由阀27B提供给喷枪22B,在气体喷嘴24B处成为超音速流。在进行喷砂工序时,阀26A及27A被打开,阀26B及27B被关闭。在进行被膜形成工序时,阀26A及27A被关闭、阀26B及27B被打开即可。
根据上述实施方式,能够在由高硬度、难以获得附着性优越的被膜的金属或合金制成的基材10的表面上通过非金属粉末进行喷砂而形成凹凸、露出新生面,因此能够在被膜与基材之间产生金属键结合的同时,被膜进入基材的表面的凹凸内部而被锚固,从而能够获得附着性优越的层叠体。
实施例
实施例1
通过冷喷涂装置20,以工作气体为氮、工作气体温度为650℃、工作气体压力为5MPa、工作距离(WD)为25mm、移动速度为200mm/s将锆石粉末(ZrSiO4,粒径小于63μm)向基材10(SS400,维氏硬度120HV)喷射一遍来对基材10表面进行喷砂。通过冷喷涂装置20,以工作气体为氮、工作气体温度为650℃、工作气体压力为5MPa、工作距离(WD)为25mm、移动速度为200mm/s将铜(Cu)粉末(D50=40μm)喷涂到喷砂过的基材10表面形成被膜11而制作层叠体1。对于制作出的层叠体1,截取出50mm×50mm的高度(全高)为16mm(高度方向的6mm是被膜11)的长方体的试验片,通过剪断试验装置(在从上下方向抓持住层叠体1的基材10的一部分的状态下,从上方向下方加载负荷到被膜11来测定剪断力)测量基材10与被膜11的交界面的附着强度。结果表示在表1中。此外,图6示出了在实施例1制作出的层叠体1的截面的SEM图像。图6的(a)是500倍、图6的(b)是1500倍倍率的SEM图像。
比较例1
除不进行喷砂工序之外,与实施例1同样地,通过冷喷涂装置20,将铜粉末(D50=40μm)喷涂到基材10(SS400,维氏硬度120HV)形成被膜11而制作层叠体1。对于制作出的层叠体1,与实施例1同样地,测量基材10与被膜11的附着强度。结果表示在表1中。此外,图7中示出了在比较例1制作出的层叠体1的截面的SEM图像。图7的(a)是500倍、图7的(b)是1500倍的倍率的SEM图像。
比较例2
通过吸入式干喷砂装置,以气体压力为0.4MPa、工作距离(WD)为25mm、移动速度为200mm/s将钠钙玻璃粉末(粒径为53~63μm)向基材10(SS400,维氏硬度120HV)喷射一遍来对基材10表面进行喷砂。通过冷喷涂装置20,以工作气体为氮、工作气体温度为650℃、工作气体压力为5MPa、工作距离(WD)为25mm、移动速度为200mm/s将铜粉末(D50=40μm)喷涂到喷砂过的基材10表面形成被膜11而制作层叠体1。对于制作出的层叠体1,与实施例1同样地,测量基材10与被膜11的附着强度。结果表示在表1中。
比较例3
与实施例1同样地,通过冷喷涂装置20,将铜粉末(D50=40μm)喷涂到铣削加工过的基材10(SS400,维氏硬度120HV)形成被膜11而制作层叠体1。对于制作出的层叠体1,与实施例1同样地,测量基材10与被膜11的附着强度。结果表示在表1中。
比较例4~6
除不进行喷砂工序之外,与实施例1同样地,通过冷喷涂装置20,以工作气体为氮、工作气体温度为650℃、工作气体压力为5MPa、工作距离(WD)为25mm、移动速度为200mm/s将铜粉末(D50=40μm)与锆石粉末(ZrSiO4,粒径小于63μm)的混合粉末(比较例4为Cu:ZrSiO4=7:3(体积比),比较例5为Cu:ZrSiO4=5:5(体积比),比较例6为Cu:ZrSiO4=2:8(体积比))喷涂到基材10(SS400,维氏硬度120HV)形成被膜11而制作层叠体1。对于制作出的层叠体1,与实施例1同样地,测量基材10与被膜11的附着强度。结果表示在表1中。
比较例7
通过冷喷涂装置20,以工作气体为氮、工作气体温度为200℃、工作气体压力为0.5MPa、工作距离(WD)为25mm、移动速度为200mm/s将铜粉末(D50=40μm)向基材10(SS400,维氏硬度120HV)喷射一遍来对基材10表面进行喷砂。通过冷喷涂装置20,以工作气体为氮、工作气体温度为650℃、工作气体压力为5MPa、工作距离(WD)为25mm、移动速度为200mm/s将铜粉末(D50=40μm)喷涂到喷砂过的基材10表面形成被膜11而制作层叠体1。对于制作出的层叠体1,与实施例1同样地,测量基材10与被膜11的附着强度。结果表示在表1中。
实施例2
通过冷喷涂装置20,以工作气体为氮、工作气体温度为650℃、工作气体压力为5MPa、工作距离(WD)为25mm、移动速度为200mm/s将锆石粉末(ZrSiO4,粒径小于63μm)向基材10(SUS304,维氏硬度150HV)喷射一遍来对基材10表面进行喷砂。通过冷喷涂装置20,以工作气体为氮、工作气体温度为650℃、工作气体压力为5MPa、工作距离(WD)为25mm、移动速度为200mm/s将铜粉末(D50=40μm)喷涂到喷砂过的基材10表面形成被膜11而制作层叠体1。对于制作出的层叠体1,与实施例1同样地,测量基材10与被膜11的附着强度。结果表示在表1中。
实施例3
除将喷砂材料变为氧化铝粉末(Al2O3,粒径为73.5~87.5μm)之外与实施例2同样地,通过冷喷涂装置20,将铜粉末(D50=40μm)喷涂到基材10(SUS304,维氏硬度150HV)形成被膜11而制作层叠体1。对于制作出的层叠体1,与实施例1同样地,测量基材10与被膜11的附着强度。结果表示在表1中。
实施例4
除将喷砂材料变为钠钙玻璃粉末(粒径为53~63μm)之外与实施例2同样地,通过冷喷涂装置20,将铜粉末(D50=40μm)喷涂到基材10(SUS304,维氏硬度150HV)形成被膜11而制作层叠体1。对于制作出的层叠体1,与实施例1同样地,测量基材10与被膜11的附着强度。结果表示在表1中。
比较例8
除未经喷砂工序之外,与实施例2同样地,通过冷喷涂装置20,将铜粉末(D50=40μm)喷涂到基材10(SUS304,维氏硬度150HV)形成被膜11而制作层叠体1。对于制作出的层叠体1,与实施例1同样地,测量基材10与被膜11的附着强度。结果表示在表1中。
实施例5
通过冷喷涂装置20,以工作气体为氮、工作气体温度为250℃、工作气体压力为3MPa、工作距离(WD)为25mm、移动速度为200mm/s将钠钙玻璃粉末(粒径为53~63μm)向基材10(SUS304,维氏硬度150HV)喷射一遍来对基材10表面进行喷砂。通过冷喷涂装置20,以工作气体为氮、工作气体温度为250℃、工作气体压力为3MPa、工作距离(WD)为25mm、移动速度为200mm/s将铝(Al)粉末(D50=30μm)喷涂到喷砂过的基材10表面形成被膜11而制作层叠体1。对于制作出的层叠体1,与实施例1同样地,测量基材10与被膜11的附着强度。结果表示在表1中。此外,在测量实施例5的附着强度时,被膜11与基材10的交界面没有被剥离,而被膜11被破坏。此外,图8中示出了在实施例5制作出的层叠体1的截面的SEM图像。图8的(a)是200倍、图8的(b)是500倍的倍率的SEM图像。
比较例9
除未经喷砂工序之外,与实施例5同样地,通过冷喷涂装置20,将铝粉末(D50=30μm)喷涂到基材10(SUS304,维氏硬度150HV)形成被膜11而制作层叠体1。对于制作出的层叠体1,与实施例1同样地,测量基材10与被膜11的附着强度。结果表示在表1中。此外,图9中示出了在比较例9制作出的层叠体1的截面的SEM图像。图9的(a)是500倍、图9的(b)是1500倍的倍率的SEM图像。
比较例10
通过冷喷涂装置20,以工作气体为氮、工作气体温度为200℃、工作气体压力为0.5MPa、工作距离(WD)为25mm、移动速度为200mm/s将铝粉末(D50=30μm)向基材10(SUS304,维氏硬度150HV)喷射一遍来对基材10表面进行喷砂。通过冷喷涂装置20,以工作气体为氮、工作气体温度为250℃、工作气体压力为3MPa、工作距离(WD)为25mm、移动速度为200mm/s将铝粉末(D50=30μm)喷涂到喷砂过的基材10表面形成被膜11而制作层叠体1。对于制作出的层叠体1,与实施例1同样地,测量基材10与被膜11的附着强度。结果表示在表1中。
实施例6
通过冷喷涂装置20,以工作气体为氮、工作气体温度为650℃、工作气体压力为5MPa、工作距离(WD)为25mm、移动速度为200mm/s将钠钙玻璃粉末(粒径为53~63μm)向基材10(SUS304,维氏硬度150HV)喷射一遍来对基材10表面进行喷砂。通过冷喷涂装置20,以工作气体为氮、工作气体温度为650℃、工作气体压力为5MPa、工作距离(WD)为25mm、移动速度为200mm/s将钛(Ti)粉末(D50=25μm)喷涂到喷砂过的基材10表面形成被膜11而制作层叠体1。对于制作出的层叠体1,与实施例1同样地,测量基材10与被膜11的附着强度。结果表示在表1中。
比较例11
除不进行喷砂工序之外,与实施例6同样地,通过冷喷涂装置20,将钛粉末(D50=25μm)喷涂到基材10(SUS304,维氏硬度150HV)形成被膜11而制作层叠体1。对于制作出的层叠体1,通过与实施例1同样的剪断试验装置,测量基材10与被膜11的附着强度。结果表示在表1中。
实施例7
通过冷喷涂装置20,以工作气体为氮、工作气体温度为650℃、工作气体压力为5MPa、工作距离(WD)为25mm、移动速度为200mm/s将钠钙玻璃粉末(粒径为53~63μm)向基材10(SUS304,维氏硬度150HV)喷射一遍来对基材10表面进行喷砂。通过冷喷涂装置20,以工作气体为氮、工作气体温度为650℃、工作气体压力为5MPa、工作距离(WD)为25mm、移动速度为200mm/s将SUS316L粉末(45μm)喷涂到喷砂过的基材10表面形成被膜11而制作层叠体1。对于制作出的层叠体1,与实施例1同样地,测量基材10与被膜11的附着强度。结果表示在表1中。
比较例12
除不进行喷砂工序之外,与实施例7同样地,通过冷喷涂装置20,将SUS316L粉末(45μm)喷涂到基材10(SUS304,维氏硬度150HV)形成被膜11而制作层叠体1。对于制作出的层叠体1,与实施例1同样地,测量基材10与被膜11的附着强度。结果表示在表1中。
实施例8
通过冷喷涂装置20,以工作气体为氮、工作气体温度为650℃、工作气体压力为5MPa、工作距离(WD)为25mm、移动速度为200mm/s将钠钙玻璃粉末(粒径为53~63μm)向基材10(钛,维氏硬度120HV)喷射一遍来对基材10表面进行喷砂。通过冷喷涂装置20,以工作气体为氮、工作气体温度为650℃、工作气体压力为5MPa、工作距离(WD)为25mm、移动速度为200mm/s将铜粉末(D50=40μm)喷涂到喷砂过的基材10表面形成被膜11而制作层叠体1。对于制作出的层叠体1,与实施例1同样地,测量基材10与被膜11的附着强度。结果表示在表1中。
比较例13
除不进行喷砂工序之外,与实施例8同样地,通过冷喷涂装置20,将铜粉末(D50=40μm)喷涂到基材10(钛,维氏硬度120HV)形成被膜11而制作层叠体1。对于制作出的层叠体1,与实施例1同样地,测量基材10与被膜11的附着强度。结果表示在表1中。
实施例9
通过冷喷涂装置20,以工作气体为氮、工作气体温度为650℃、工作气体压力为5MPa、工作距离(WD)为25mm、移动速度为200mm/s将钠钙玻璃粉末(粒径为53~63μm)向基材10(铬镍铁合金600,维氏硬度130~300HV)喷射一遍来对基材10表面进行喷砂。通过冷喷涂装置20,以工作气体为氮、工作气体温度为650℃、工作气体压力为5MPa、工作距离(WD)为25mm、移动速度为200mm/s将铜粉末(D50=40μm)喷涂到喷砂过的基材10表面形成被膜11而制作层叠体1。对于制作出的层叠体1,与实施例1同样地,测量基材10与被膜11的附着强度。结果表示在表1中。
比较例14
除不进行喷砂工序之外,与实施例9同样地,通过冷喷涂装置20,将铜粉末(D50=40μm)喷涂到基材10(铬镍铁合金600,维氏硬度130~300HV)形成被膜11而制作层叠体1。对于制作出的层叠体1,与实施例1同样地,测量基材10与被膜11的附着强度。结果表示在表1中。
实施例10
通过冷喷涂装置20,以工作气体为氮、工作气体温度为650℃、工作气体压力为5MPa、工作距离(WD)为25mm、移动速度为200mm/s将钠钙玻璃粉末(D50=53~63μm)向基材10(铜C1020,维氏硬度75HV)喷射一遍来对基材10表面进行喷砂。通过冷喷涂装置20、以工作气体为氮、工作气体温度为650℃、工作气体压力为5MPa、工作距离(WD)为25mm、移动速度为200mm/s将铜粉末(D50=40μm)喷涂到喷砂过的基材10表面形成被膜11而制作层叠体1。对于制作出的层叠体1,与实施例1同样地,测量基材10与被膜11的附着强度。结果表示在表1中。
比较例15
除不进行喷砂工序之外,与实施例10同样地,通过冷喷涂装置20,将铜粉末(D50=40μm)喷涂到基材10(铜C1020,维氏硬度75HV)形成被膜11而制作层叠体1。对于制作出的层叠体1,与实施例1同样地,测量基材10与被膜11的附着强度。结果表示在表1中。
表1
如表1所示,使用锆石、氧化铝、或钠钙玻璃通过冷喷涂装置20对基材10的表面进行喷砂形成被膜11的实施例1~9与不进行喷砂处理形成被膜11的比较例1、8、9、11~14相比附着强度提高。不进行喷砂处理形成被膜11的比较例1、8、9、11~14的被膜11虽然堆积在基材10上,在剪断试验装置上没有加载负荷被膜11就已经剥离。此外,如图6-9所示,经喷砂处理的实施例1和实施例5与不进行喷砂处理的比较例1和比较例9相比,可以看出在基材10的表面上形成凹凸,被膜11进入凹凸内部。通过该锚固,提高了基材10与被膜11之间的附着强度。
符号说明
1 层叠体
10 基材
11 被膜
20、20-1、20-2、20A 冷喷涂装置
21、21-1、21-2 气体加热器
22、22-1、22-2、22A、22B 喷枪
23、23-1、23-2、23A、23B 供粉装置
24、24-1、24-2、24A、24B 气体喷嘴
25、25-1、25-2、26、26-1、26-2、26A、26B、27A、27B 阀
Claims (1)
1.一种层叠体的制造方法,其是在由维氏硬度120HV以上的金属或合金制成的基材的表面上形成由金属或合金制成的被膜的层叠体的制造方法,其特征在于,包括:
喷砂工序,将非金属粉末与被加热到比该非金属的熔点低的温度的气体一起加速,以保持固相的状态喷射到所述基材的表面,对所述基材的表面进行喷砂;以及
被膜形成工序,将金属或合金的粉末与被加热到比该金属或合金的熔点低的温度的气体一起加速,以保持固相的状态喷涂到在所述喷砂工序经喷砂的所述基材的表面,使其堆积而形成被膜,
所述非金属为陶瓷、金刚石或玻璃,
所述非金属粉末的平均粒径为15~500μm,
所述非金属粉末的维氏硬度为500HV以上,
所述金属或合金的粉末的平均粒径为20~150μm,
所述喷砂工序以及所述被膜形成工序的工作气体的气体压力为2MPa~5MPa。
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