JP2000054105A - Method for pretreatment and coating of surface - Google Patents

Method for pretreatment and coating of surface

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JP2000054105A
JP2000054105A JP10201788A JP20178898A JP2000054105A JP 2000054105 A JP2000054105 A JP 2000054105A JP 10201788 A JP10201788 A JP 10201788A JP 20178898 A JP20178898 A JP 20178898A JP 2000054105 A JP2000054105 A JP 2000054105A
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JP
Japan
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substrate
laser beam
coating
pretreatment
thermal spraying
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Japanese (ja)
Inventor
Michel Coder Christian
ミシェル コデ クリスティヤン
Marsion Thierry
マルシオン ティエリ
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Oerlikon Metco AG
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Sulzer Metco AG
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method treatment and coating of a substrate surface in which the layer of pollutants produced on the surface of the substrate is effectively removed, and the formation of a coating layer is executed, and to provide a device therefor. SOLUTION: This is the method and device for the pretreatment and forming coating by thermal spraying of the surface of a substrate 1, in which the surface of the substrate is progressively exposed to laser irradiation 2, there by, a thin film by pollutants on the surface of the substrate is at least partially removed. Moreover, directly after this pretreatment, a depositing material is deposited on the pretreated substrate surface by thermal spraying. The substrate surface is continuously exposed to the laser irradiation and thermal spraying, there by, many layers of the depositing material are laminated on the substrate surface. The substrate can be made to have a cylindrical shape, and furthermore, in the process of the continuous laser irradiation and thermal spraying, it can be rotated around the axis. The substrate is rotated in the direction in which the substrate surface is first subjected to laser irradiation and is next subjected to thermal spraying. As the laser, a pulse laser is used.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、表面処理、より詳
細には表面への堆積による表面処理の分野に関するもの
であり、表面への前処理および被覆の方法と、これを実
現する装置を目的とするものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the field of surface treatment, and more particularly to the field of surface treatment by deposition on a surface, and a method of pretreating and coating a surface and an apparatus for realizing the method. It is assumed that.

【0002】[0002]

【従来の技術】堆積物により基板を被覆処理する場合に
おいて、基板の表面特性や前記基板表面と堆積材料との
間の界面の質が、前記堆積物の機械的強度や接着性に対
して本質的な役割を果たす。
2. Description of the Related Art In coating a substrate with a deposit, the surface characteristics of the substrate and the quality of the interface between the substrate surface and the deposition material are essential to the mechanical strength and adhesion of the deposit. Role.

【0003】このことは、例えばプラズマアークまたは
トーチによる溶射によって堆積を行う場合に特に顕著で
ある。
[0003] This is particularly noticeable when the deposition is performed, for example, by thermal spraying with a plasma arc or a torch.

【0004】現在、堆積を行う表面の前処理には主に二
つのものがある。すなわち、連続的な前処理工程および
表面の幾何学的形状の改良の工程である。これら二つの
形式の前処理は、溶射による被覆の骨格に用いられる。
At present, there are mainly two types of pretreatment of the surface to be deposited. A continuous pretreatment step and a step of improving the surface geometry. These two types of pretreatment are used in the framework of thermal spray coatings.

【0005】表面の前処理の通常の範囲は一般に、一つ
には、第一番目に表面粗さの除去であり、もう一つは、
工具または、吊り下げて(揺動、振動するように)支持
された研磨材料(ポリッシャー)、または投射(サンド
ブラスト、ショットブラスト)による機械的な前処理
で、最終的に第二番目の補完的な除去を行うものであ
る。
[0005] The usual range of surface pretreatments is generally, firstly, removal of surface roughness and secondly,
Mechanical pretreatment with a tool or suspended (oscillating, oscillating) supported abrasive material (polisher) or projection (sandblasting, shotblasting) and finally a second complementary The removal is performed.

【0006】それにもかかわらず、これらの異なる作業
は、それぞれに対応する特別な装置を必要とし、表面粗
さを除去し、所望の表面特性を得るための基板の条件に
対して、各装置の適応が可能でなければならない。
[0006] Nevertheless, these different operations require special equipment corresponding to each, and each equipment has to be adjusted to the conditions of the substrate to remove surface roughness and obtain desired surface characteristics. Adaptation must be possible.

【0007】また、表面の前処理の機械的な作業は、表
面にある種の物質を侵入させることとなり、これは基板
上の堆積物の最終的な特性に有害なものである。また基
板が薄い場合にはその変形をももたらす。
[0007] Also, the mechanical work of surface pretreatment results in the penetration of certain materials into the surface, which is detrimental to the ultimate properties of the deposit on the substrate. Also, when the substrate is thin, it also causes its deformation.

【0008】さらに、ある種の材料、例えばチタン、ア
ルミニウムまたはこれらの合金は、酸素との非常に高い
親和性を有し、機械的な前処理後、非常に急速に再び酸
化される。したがって、前処理を行った基板の設置に要
する時間は、機械的前処理装置から基板を取り外すのに
必要な時間および溶射装置への移送の時間を考慮せずと
も、周囲の大気中で酸化物の層が形成されるのには十分
な時間となる。この酸化物の層は、薄いものであって
も、しかしながら、それにもかかわらず、その後に形成
される堆積層の機械的強度や接着性に有害なものであ
る。
In addition, certain materials, such as titanium, aluminum or their alloys, have a very high affinity for oxygen and are reoxidized very quickly after mechanical pretreatment. Therefore, the time required to install the preprocessed substrate can be reduced in the surrounding atmosphere without considering the time required to remove the substrate from the mechanical pretreatment device and the time required to transfer the substrate to the thermal spraying device. It takes a sufficient time for the layer to be formed. This oxide layer, even though thin, is nevertheless detrimental to the mechanical strength and adhesion of the subsequently formed deposited layer.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、特に上記の
問題点を克服することを目的とし、さらに、被覆工程に
おけるこうしたアプローチの遂行を許可しうるものであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention aims, inter alia, to overcome the above-mentioned problems, and furthermore allows to carry out such an approach in the coating process.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この目的のため、本発明
は基板表面への前処理および被覆工程を目的とするもの
であり、被覆工程は溶射により通常の、または制御され
た大気の下で行われ、この工程は、基板表面を表面処理
するためのレーザ照射に晒し、それによって表面の汚染
物質の薄膜を全体的または部分的に除去し、その下の層
の形態を改善する工程と、溶射装置によって前記前処理
後直ちに表面領域に堆積材料を溶射する工程とからな
り、前処理と溶射とを同期させて行い、それによって堆
積層の溶射の間に連続的なレーザ操作を行い、各層の表
面への連続的な前処理により、堆積物の性質の改善を可
能とすることを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION To this end, the present invention is directed to a pretreatment and coating process for a substrate surface, wherein the coating process is performed under normal or controlled atmosphere by thermal spraying. Exposing the substrate surface to laser radiation to treat the surface, thereby removing, in whole or in part, a thin film of contaminants on the surface and improving the morphology of the underlying layer; Spraying the deposited material on the surface area immediately after the pretreatment by the thermal spraying device, performing the pretreatment and the spraying in synchronization, thereby performing a continuous laser operation during the spraying of the deposited layer, and It is characterized in that it is possible to improve the properties of the sediment by continuous pretreatment of the surface.

【0011】本発明はまた、上述した発明を実現する、
表面の前処理および被覆のための装置をも目的とする。
本装置は基本的に、第一に、例えばプラズマトーチであ
る溶射装置、第二に、パルスレーザビームの発生装置、
さらに第三に、処理する基板の制御された支持および移
動を行う装置からなり、基板上のレーザビーム照射領域
は堆積させる材料の射出流が衝突する領域と重なる、あ
るいは基板の移動する方向と反対方向にある、前記衝突
領域に隣接することを特徴とする。
The present invention also implements the above-described invention.
It is also directed to an apparatus for surface pretreatment and coating.
This device is basically, first, a spraying device, for example, a plasma torch, second, a pulse laser beam generator,
Thirdly, the apparatus comprises a device for controlled support and movement of the substrate to be processed, and the laser beam irradiation area on the substrate overlaps with the area where the injection flow of the material to be deposited collides or is opposite to the direction of movement of the substrate. In the direction, adjacent to the collision area.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明は、非限定的な例示および
添付の概略図面を参照した説明により与えられる好適な
実施形態に関する以下の記述から、より良い理解が得ら
れるであろう。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS A better understanding of the invention may be had from the following description of a preferred embodiment, given by way of non-limiting example and with reference to the accompanying schematic drawings, in which: FIG.

【0013】本発明によれば、表面の前処理および被覆
工程は、本質的に、基板表面を処理するためにレーザ照
射2に累進的に晒し、それによって表面の汚染物質の薄
膜3を基板全体又は部分的に除去し、また基板1の下表
面4の形態(morphology)を改良する工程と、前記前処理
操作の後に、かつ前処理と同期させて、溶射装置(a the
rmal projection device) 9により、前処理した表面6
上に堆積材料5を直接射出する被覆工程とからなるもの
である。
According to the invention, the surface pre-treatment and coating step essentially consists in progressively exposing the substrate surface to laser radiation 2 to treat it, thereby causing a thin film 3 of surface contaminants to cover the entire substrate. Or partially removing and improving the morphology of the lower surface 4 of the substrate 1, after the pre-treatment operation and in synchronism with the pre-treatment,
rmal projection device 9, pre-treated surface 6
And a coating step of directly injecting the deposited material 5 thereon.

【0014】基板1の表面を覆う汚染物質の薄膜3上に
照射するレーザビーム2の作用とは、三つの異なる現象
を生じさせることである。すなわち、第一には単純な熱
的作用であり、第二には汚染物質の薄膜3の少なくとも
部分的な蒸発が、高速で飛び出す蒸発物質のプラズマを
生成することであり、第三にはプラズマの部分的な膨張
により衝撃波が誘起されることである。
The action of the laser beam 2 irradiating the contaminant thin film 3 covering the surface of the substrate 1 is to cause three different phenomena. The first is a simple thermal effect, the second is that at least partial evaporation of the contaminant thin film 3 generates a plasma of the evaporating substance that jumps out at a high speed, and the third is a plasma. The shock wave is induced by the partial expansion of.

【0015】また、物質の蒸気のプラズマは、汚染物質
の薄膜の残留部分から基板1内部へと向かう圧縮衝撃波
を誘起し、この圧縮波は汚染物質の薄膜と基板1の表面
4との界面で反射し、それによって前記汚染物質の薄膜
の残留部分が分解、破壊かつ除去されることとなる(図
2参照)。
Further, the plasma of the substance vapor induces a compression shock wave from the remaining portion of the contaminant thin film toward the inside of the substrate 1, and this compression wave is generated at the interface between the contaminant thin film and the surface 4 of the substrate 1. The reflection causes the remaining portion of the thin film of the contaminant to be decomposed, destroyed and removed (see FIG. 2).

【0016】結果として、基板の表面は一回の処理操作
において堆積物を許容するのに完全に適応したものとな
る。
As a result, the surface of the substrate is perfectly adapted to accept deposits in a single processing operation.

【0017】さらに、レーザビーム2による前処理の後
に堆積材料5の堆積が直ちに行われ、それによって新た
な汚染物質、特に基板1の表面における基板材料の酸化
または凝縮による汚染物質の薄膜のいかなる形成をも避
けられる。
Furthermore, the deposition of the deposition material 5 takes place immediately after the pretreatment with the laser beam 2, whereby any formation of a new contaminant, in particular a thin film of the contaminant by oxidation or condensation of the substrate material on the surface of the substrate 1. Can also be avoided.

【0018】本発明による表面の前処理は、連続的なレ
ーザパルスによって行われることが望ましく、これは隣
接する領域8の汚染物質を除去することとなる。各領域
8は複数回の連続的な衝撃に晒されることに適応してい
るものである。
The pretreatment of the surface according to the invention is preferably carried out by means of a continuous laser pulse, which will remove contaminants in the adjacent area 8. Each region 8 is adapted to be subjected to a plurality of successive impacts.

【0019】本発明の特徴によれば、衝撃の周期の値お
よびレーザ照射領域8の表面の値は、基板1の表面に対
する溶射装置9の変位の速度に、望ましくは最適に適合
したものであり、それによってレーザビーム2と装置9
の動作の正確な同期を許容し、それによって、基板表面
の所定の領域に対して両者をできる限り近接させること
となり、表面の前処理および溶射による堆積材料5の堆
積を即時に行えることとなる。
According to a feature of the invention, the value of the period of the impact and the value of the surface of the laser irradiation area 8 are preferably optimally adapted to the speed of displacement of the thermal spraying device 9 relative to the surface of the substrate 1. The laser beam 2 and the device 9
Allows precise synchronization of the operations of the two, so that they are as close as possible to a given area of the substrate surface, so that the surface pre-treatment and the deposition of the deposition material 5 by thermal spraying can be performed immediately. .

【0020】さらに、レーザパルスの出力は、望ましく
は汚染物質の薄膜3の除去のみならず、前記レーザビー
ムの照射領域8での基板1の材料の融合および/または
変形を達成するように適合させることができる。出力の
値は、こうした結果を得るのに必要なものであり、この
値は汚染物質の薄膜の厚さおよび処理する基板1の材料
の性質に依存する。その結果、レーザ照射後には基板、
特にレーザ照射領域8の中心には不規則な表面4が生
じ、この表面は、連続的な溶射により堆積させた堆積材
料5の付着および強固なアンカリングを促進する、増加
した表面荒さを有するものである。
Furthermore, the output of the laser pulse is preferably adapted to achieve not only the removal of the contaminant thin film 3 but also the fusion and / or deformation of the material of the substrate 1 in the irradiation area 8 of said laser beam. be able to. The value of the output is necessary to obtain such a result, which depends on the thickness of the contaminant thin film and the nature of the material of the substrate 1 to be treated. As a result, after laser irradiation, the substrate,
In particular, an irregular surface 4 is formed at the center of the laser-irradiated area 8, which has an increased surface roughness, which promotes the adhesion and firm anchoring of the deposited material 5 deposited by continuous spraying. It is.

【0021】本発明によれば、レーザビームの照射領域
および被覆材料(堆積材料)の射出流(the projected s
tream of coating material)の衝突領域は、互いに隣接
して位置する(図3参照)。このことは、レーザビーム
の作用の後、材料の射出流が直ちに堆積することを意味
する。これらの領域は重なっていることが望ましい(図
4参照)。すなわち、材料の射出流の堆積は、レーザビ
ームによる作用と並行して行われる。
According to the present invention, the projected area of the laser beam irradiation area and the coating material (deposition material) are used.
The collision areas of the stream of coating material) are located adjacent to each other (see FIG. 3). This means that after the action of the laser beam, the jet of material is deposited immediately. It is desirable that these areas overlap (see FIG. 4). That is, the deposition of the injection flow of the material is performed in parallel with the action by the laser beam.

【0022】実際には、レーザビームと材料の射出流が
同じ領域を覆う時、レーザビームの作用は被覆材料の射
出流に先んじる。なぜならば、光子は光の速度で移動
し、この速度では被覆材料の粒子は移動しないからであ
る。
In practice, when the laser beam and the material jet flow cover the same area, the action of the laser beam precedes the coating material jet flow. This is because photons move at the speed of light, at which speed particles of the coating material do not move.

【0023】このような配置は、レーザビームの行路と
堆積させる被覆材料の射出流との間での何らかの表面の
酸化を、基板材料が数msecで容易に酸化されるものであ
っても、あらゆる粒子から防護する雰囲気を必要とする
こと無しに避けることとなる。
Such an arrangement will prevent any surface oxidation between the path of the laser beam and the injection stream of the coating material to be deposited, even if the substrate material is easily oxidized in a few milliseconds. An atmosphere that protects against particles will be avoided without the need.

【0024】また、この重ね合わせ、またはレーザ照射
領域と被覆材料の衝突領域が少なくとも部分的に重なる
ことにより、レーザビームは、基板上への被覆材料の堆
積の間、または堆積直後に被覆材料の粒子に作用しうる
こととなる。
In addition, the laser beam can be applied during or immediately after the deposition of the coating material on the substrate due to at least partially overlapping the overlap or the collision region of the coating material with the laser irradiation area. It can act on the particles.

【0025】その結果、レーザビームは基板に強固に固
定されていない粒子の一部を取り出す、またはこうした
粒子が射出されている間に形成されうる酸化物薄膜を除
去することができるようになる。結果として、被覆の接
着特性が向上し、また堆積材料の多孔度が適切に減少す
る。
As a result, the laser beam can extract some of the particles that are not firmly fixed to the substrate, or remove oxide thin films that may be formed while these particles are being emitted. As a result, the adhesive properties of the coating are improved and the porosity of the deposited material is appropriately reduced.

【0026】さらに、レーザビームと被覆材料の射出流
を空間的に近接させることは、溶射装置とレーザビーム
発生装置を同じ作業台に配置する、または同じロボット
アームに取り付けることを伴う。
Furthermore, bringing the laser beam and the injection flow of the coating material into spatial proximity involves placing the thermal spraying device and the laser beam generating device on the same workbench or attaching them to the same robot arm.

【0027】本発明の他の特徴によれば、表面の前処理
と被覆は、連続的な堆積による堆積材料5の複数の重な
った層7(図3および4参照)への適用と、各々の新し
い層7の堆積前に直接所定の領域を設けるに際しての平
坦化した堆積層7のレーザビーム2による前処理と改良
からなる。
According to another feature of the invention, the pretreatment and coating of the surface is effected by applying the deposited material 5 to a plurality of overlapping layers 7 (see FIGS. 3 and 4) by successive depositions, It consists of a pretreatment and an improvement of the planarized deposited layer 7 with the laser beam 2 in providing a predetermined area directly before the deposition of the new layer 7.

【0028】本発明によれば、レーザビームによる本発
明の目的は、基板表面の汚れを除去するのみならず、被
覆の強固なアンカリングを達成するために不規則かつ粗
い表面を得ることであり、また複数回の連続した工程で
の厚い被覆を堆積させることである。実際、各工程の
後、プラズマトーチは、レーザビームによる前の下層の
清浄化と圧縮の後、被覆材料の不連続な下層を堆積させ
る。
According to the invention, the object of the invention by means of a laser beam is not only to remove dirt on the substrate surface, but also to obtain an irregular and rough surface in order to achieve a firm anchoring of the coating. And depositing a thick coating in multiple successive steps. In fact, after each step, the plasma torch deposits a discontinuous underlayer of coating material after cleaning and compacting the previous underlayer with a laser beam.

【0029】したがって、基板1の所定の領域に対し
て、パルスレーザビーム2の連続的な作用により汚染物
質3、装置9からの前の射出により堆積した被覆材料5
の直近の層7上にある固化物および接着性の低い粒子は
除去され、また同時に前の層圧縮がもたらされ、それに
よって多孔度が実質的に減少し、同様に被覆を適用した
組立体全体、すなわち基板およびその上の被覆層の機械
的強度が強化される。
Thus, for a given area of the substrate 1, the contaminant 3, the coating material 5 deposited by previous injection from the device 9, by the continuous action of the pulsed laser beam 2
The solidified and low-adhesive particles on the immediate layer 7 are removed and at the same time the previous layer compaction is effected, whereby the porosity is substantially reduced and likewise the assembly to which the coating has been applied The mechanical strength of the whole, that is, the substrate and the coating layer thereon is enhanced.

【0030】本発明はまた、表面の前処理および被覆を
行う装置をも目的としており、本装置は、第一には溶射
装置9、第二にはパルスレーザビーム2を生成する装置
11、第三には処理を行う基板1を支持かつ制御可能に変
位させる装置からなる。基板1上のレーザビーム2の照
射領域8は装置9からの射出流12の衝突領域と重なる、
または基板1の移動方向とは逆方向の衝突領域に隣接す
る。
The present invention is also directed to an apparatus for pre-treating and coating a surface, the apparatus comprising firstly a thermal spraying device 9 and secondly a device for generating a pulsed laser beam 2.
Eleventh and third are devices that support and controllably displace the substrate 1 to be processed. The irradiation area 8 of the laser beam 2 on the substrate 1 overlaps with the collision area of the ejection flow 12 from the apparatus 9.
Alternatively, it is adjacent to a collision area in a direction opposite to the moving direction of the substrate 1.

【0031】本発明の特別な実施形態および添付の図1
に示すように、基板1を処理するためにこれを支持かつ
変位させる装置は対称軸を有し、この対称軸周りに前記
基板が回転する。溶射装置9およびレーザビーム2の発
生装置11は、レーザビーム2の伝達方向と、堆積材料5
の射出流12の方向が基板1の表面に対して垂直に近くな
るように前記基板上に配置される。レーザビーム2と射
出流12とのなす角度は、基板の形状や大きさに合わせて
できるだけ小さいことが望ましい。
A special embodiment of the invention and the accompanying FIG.
As shown, the device for supporting and displacing the substrate 1 for processing has an axis of symmetry around which the substrate rotates. The thermal spraying device 9 and the generator 11 for the laser beam 2 are arranged so that the direction of transmission of the laser beam 2
Are arranged on the substrate 1 such that the direction of the injection flow 12 is nearly perpendicular to the surface of the substrate 1. It is desirable that the angle between the laser beam 2 and the emission stream 12 be as small as possible in accordance with the shape and size of the substrate.

【0032】実際の構成例によって、本装置の実例を以
下に述べる。表面の前処理および被覆のためのパラメー
タの調整は、堆積材料5の堆積により得られる結果と同
様である。被覆材料はAl2 O3 60%、TiO2 40重量%か
らなり、基板はアルミ合金、例えばAU4Gからなる。
An actual example of the present apparatus will be described below using an actual configuration example. Adjustment of the parameters for surface preparation and coating is similar to the result obtained by deposition of the deposition material 5. The coating material is composed of 60% Al2 O3 and 40% by weight TiO2, and the substrate is composed of an aluminum alloy, for example, AU4G.

【0033】レーザパルス発生装置11はYAG-Ndレーザで
トリガされるもので、BMI Company製の502 DNS と称さ
れる公知のものである。レーザの波長は1.06μm、パル
ス幅12ns、パルス出力 700mJ以上、スポット径8mmであ
り、例えば厚さ0.25μm以上の汚染物質の薄膜(酸化チ
タン)を除去することが可能である。
The laser pulse generator 11 is triggered by a YAG-Nd laser, and is a known device called 502 DNS manufactured by BMI Company. The laser has a wavelength of 1.06 μm, a pulse width of 12 ns, a pulse output of 700 mJ or more, and a spot diameter of 8 mm. For example, a thin film of a contaminant (titanium oxide) having a thickness of 0.25 μm or more can be removed.

【0034】溶射装置9は従来の大気圧プラズマ溶射装
置から構成することができ、基板1に対するトーチ10の
最適な相対変位速度は75m/mmであり、平均射出距離は0.
13m、工程毎の堆積材料5の堆積層7の厚さは約10μm
である。
The thermal spraying device 9 can be composed of a conventional atmospheric pressure plasma spraying device. The optimum relative displacement speed of the torch 10 with respect to the substrate 1 is 75 m / mm, and the average injection distance is 0.
13 m, thickness of deposited layer 7 of deposited material 5 for each process is about 10 μm
It is.

【0035】堆積材料5の複数の層7を、溶射前に表面
にレーザを連続的に作用させて堆積させた後の比較試験
を示す。実際の場合を述べると、レーザビーム2を作用
させずに堆積させた堆積層と比較して、堆積層の多孔度
の実質的な減少(70%のオーダー)および基板1への堆
積層の接着性の著しい向上(400 %のオーダー)が見ら
れた。
A comparative test is shown after depositing a plurality of layers 7 of the deposition material 5 with a continuous laser on the surface before thermal spraying. In the actual case, the porosity of the deposited layer is substantially reduced (on the order of 70%) and the adhesion of the deposited layer to the substrate 1 compared to a deposited layer deposited without the action of the laser beam 2 Significant improvements in quality (on the order of 400%) were seen.

【0036】もちろん、本発明は前述および添付図面で
示した実施形態に限定されるものではない。特に種々の
要素による構成や等価な技術への置き換えにより、本発
明の保護の範囲を離れること無しに改良を行う余地があ
る。
Of course, the invention is not limited to the embodiments described above and shown in the accompanying drawings. In particular, there is room for improvement without departing from the scope of protection of the present invention, by means of various components and replacement with equivalent technology.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による表面の前処理および被覆装置を概
略示す図である。
FIG. 1 is a schematic view of a surface pretreatment and coating apparatus according to the present invention.

【図2】本発明による前処理が行われている基板の断面
図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a substrate that has been subjected to a pretreatment according to the present invention.

【図3】本発明による表面被覆工程を図2と同様に示す
図であり、レーザビーム照射領域が材料の射出流が当た
っている領域に隣接していることを示す。
FIG. 3 is a view similar to FIG. 2 showing a surface coating step according to the present invention, and shows that a laser beam irradiation area is adjacent to an area where a material jet flows.

【図4】本発明の他の実施形態による表面被覆工程を図
2と同様に示す図であり、レーザビーム照射領域が材料
の射出流が当たる領域と重なっていることを示す。
FIG. 4 is a view showing a surface coating step according to another embodiment of the present invention, similarly to FIG. 2, showing that a laser beam irradiation area overlaps with an area where a material jet flows.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 レーザビーム 3 汚染物質 4 基板1の不規則面 5 堆積材料 6 基板1の処理した表面 7 堆積材料5の堆積層 8 レーザビーム2の照射領域 9 溶射装置 10 プラズマトーチ 11 レーザビーム発生装置 12 堆積材料の射出流 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Laser beam 3 Contaminant 4 Irregular surface of substrate 1 5 Deposition material 6 Treated surface of substrate 1 7 Deposition layer of deposition material 5 8 Irradiation area of laser beam 2 9 Thermal spray device 10 Plasma torch 11 Laser beam generator 12 Deposition material injection flow

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Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板表面の前処理および溶射による被覆
を行う方法であって、 基板表面を累進的にレーザ照射に晒し、それによって前
記基板表面上の汚染物質の薄膜を少なくとも部分的に除
去し、かつ表面粗さを増加させる前処理工程と、 溶射装置により前記基板表面に堆積材料を溶射する工程
であって、レーザビームの照射領域と溶射領域とを重ね
合わせるために、前記前処理後直ちに溶射を行う溶射工
程と、を具え、 前記堆積材料の同様な多数の堆積層を形成するように前
記基板表面にレーザ照射と溶射を連続的に行い、それに
よって前記堆積層の多孔度を減少させ、かつ前に形成し
た層と、その上に形成する層との接着性を向上させる、
表面の前処理および被覆方法。
A method for pre-treating and spray coating a substrate surface, wherein the substrate surface is progressively exposed to laser radiation, thereby at least partially removing a thin film of contaminants on the substrate surface. And a pretreatment step of increasing the surface roughness, and a step of spraying the deposited material on the substrate surface by a spraying device, in order to overlap the laser beam irradiation area and the sprayed area, immediately after the pretreatment. Thermal spraying step of performing thermal spraying, comprising continuously performing laser irradiation and thermal spraying on the substrate surface so as to form a similar number of deposited layers of the deposited material, thereby reducing the porosity of the deposited layer. And improve the adhesion between the previously formed layer and the layer formed thereon,
Surface pretreatment and coating methods.
【請求項2】 請求項1記載の方法において、 前記基板が円筒形で、かつ該基板へのレーザビーム照射
と溶射を連続的に行う際に該基板をその軸線周りに回転
させ、 前記回転させる基板に、最初にレーザビームを照射し、
次いで溶射を行う、表面の前処理および被覆方法。
2. The method according to claim 1, wherein the substrate is cylindrical, and the substrate is rotated around its axis when continuously performing laser beam irradiation and thermal spraying on the substrate, and rotating the substrate. The substrate is first irradiated with a laser beam,
A pretreatment and coating method for the surface, which is followed by thermal spraying.
【請求項3】 請求項2記載の方法において、 前記レーザビーム照射および溶射を前記基板表面に対し
てほぼ垂直に行い、かつ前記レーザビームの方向と溶射
の方向とのなす角を小さくする、表面の前処理および被
覆方法。
3. The method according to claim 2, wherein the laser beam irradiation and the thermal spraying are performed substantially perpendicular to the substrate surface, and the angle between the laser beam direction and the thermal spray direction is reduced. Pretreatment and coating method.
【請求項4】 請求項1記載の方法において、 前記堆積材料が金属酸化物である、表面の前処理および
被覆方法。
4. The method of claim 1, wherein the deposition material is a metal oxide.
【請求項5】 請求項4記載の方法において、 前記金属酸化物が酸化アルミニウムおよび酸化チタンで
ある、表面の前処理および被覆方法。
5. The method according to claim 4, wherein the metal oxide is aluminum oxide and titanium oxide.
【請求項6】 請求項1記載の方法において、 前記基板がアルミニウム合金である、表面の前処理およ
び被覆方法。
6. The method of claim 1, wherein the substrate is an aluminum alloy.
【請求項7】 基板表面の前処理および溶射による被覆
を行う方法であって、 基板表面を累進的にレーザパルスを具えるレーザ照射に
晒し、それによって前記基板表面上の汚染物質の薄膜を
少なくとも部分的に除去し、また前記汚染物質の薄膜の
下の基板表面の表面粗さを増加させるため、該表面の形
態を改良する前処理工程と、 前記前処理後直ちに行う、溶射装置により前記基板表面
に堆積材料を溶射する工程であって、レーザビームの照
射領域と溶射領域とを重ね合わせるように前記前処理と
同期させて行う溶射工程と、を具え、 連続的な堆積により、複数の重なった堆積材料の層を被
覆した被覆層を得るに際し、新たな被覆層を各々堆積さ
せる前に、所定の領域に対して前に形成した被覆層にレ
ーザビームにより前記前処理および前記改良を行い、溶
射の間にレーザを連続的に作用させることにより該被覆
層を得て、前記各被覆層表面の堆積物の改良と、前に形
成した被覆層の圧縮を行う、表面の前処理および被覆方
法。
7. A method for pretreating and spray coating a substrate surface, wherein the substrate surface is progressively exposed to laser radiation comprising a laser pulse, whereby at least a contaminant thin film on the substrate surface is exposed. A pre-treatment step of partially removing and increasing the surface roughness of the substrate surface under the contaminant thin film and improving the surface morphology; and A step of spraying the deposited material on the surface, wherein the spraying step is performed in synchronization with the pretreatment so that the irradiation area of the laser beam and the sprayed area are overlapped with each other. In obtaining a coating layer coated with a layer of the deposited material, before each new coating layer is deposited, the pre-treatment and the laser beam are applied to the coating layer previously formed for a predetermined region. The coating layer is obtained by making improvements and by continuously applying a laser during thermal spraying to improve the deposit on each of the coating layers surface and to compress the previously formed coating layer. Processing and coating methods.
【請求項8】 請求項7記載の方法において、 前記基板が円筒形で、かつ該基板へのレーザビーム照射
と溶射とを連続的に行う際に該基板をその軸線の周りに
回転させ、 前記回転させる基板に、最初にレーザビームを照射し、
次いで溶射を行う、表面の前処理および被覆方法。
8. The method according to claim 7, wherein the substrate is cylindrical, and rotating the substrate around its axis when continuously performing laser beam irradiation and thermal spraying on the substrate; The substrate to be rotated is first irradiated with a laser beam,
A pretreatment and coating method for the surface, which is followed by thermal spraying.
【請求項9】 請求項8記載の方法において、 前記レーザビーム照射および溶射を前記基板表面に対し
てほぼ垂直に行い、かつ前記レーザビームの方向と溶射
の方向とのなす角を小さくする、表面の前処理および被
覆方法。
9. The method according to claim 8, wherein the laser beam irradiation and the thermal spraying are performed substantially perpendicular to the substrate surface, and the angle between the laser beam direction and the thermal spray direction is reduced. Pretreatment and coating method.
【請求項10】 請求項9記載の方法において、 前記堆積材料が金属酸化物である、表面の前処理および
被覆方法。
10. The method according to claim 9, wherein the deposition material is a metal oxide.
【請求項11】 請求項10記載の方法において、 前記金属酸化物が酸化アルミニウムおよび酸化チタンで
ある、表面の前処理および被覆方法。
11. The method according to claim 10, wherein the metal oxide is aluminum oxide and titanium oxide.
【請求項12】 請求項7記載の方法において、 前記基板がアルミニウム合金である、表面の前処理およ
び被覆方法。
12. The method of claim 7, wherein the substrate is an aluminum alloy.
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