JP2000199045A

JP2000199045A - 溶射物および溶射方法

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Publication number: JP2000199045A
Application number: JP11236746A
Authority: JP
Inventors: Hideo Tachikawa; 英男太刀川; Hideoki Fukushima; 英沖福島; Kazuyuki Nakanishi; 和之中西; Hiroyuki Mori; 広行森; Kouta Kodama; 幸多児玉; Kazuhiko Mori; 和彦森; Ikuro Marumoto; 幾郎丸本; Mitsuru Minami; 充南; Yoshiaki Kajikawa; 義明梶川
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1998-11-04
Filing date: 1999-08-24
Publication date: 2000-07-18
Anticipated expiration: 2019-08-24
Also published as: JP3460968B2

Abstract

(57)【要約】【課題】基材と溶射膜との密着強度を高めるのに有利な
溶射物、および、その溶射物を製造するのに適した溶射
方法を提供する。【解決手段】溶射物は、基材と、基材に積層された溶射
膜とで構成され、基材と溶射膜との界面には、基材成分
および溶射膜成分に基づいて形成された界面層が生成し
ており、その厚みが２〜１０００ｎｍである。鉄系の溶
射材料を溶射処理して基材の表出面に鉄系の溶射膜を積
層するにあたり、鉄系の溶射材料の平均溶射粒子温度を
２２００Ｋ以上に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶射膜を基材に溶
射した溶射物、および、溶射膜を基材に溶射する溶射方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、基材に溶射膜を積層する技術
が知られている。溶射膜の密着強度を高めるため、溶射
処理に先だって、基材の表出面にブラスト処理する等の
方策が種々採用されている。しかしブラスト処理だけで
は、密着強度の向上は必ずしも充分ではない。

【０００３】基材と溶射膜との境界に形成される界面層
について言及した従来技術として、特開平８−１３１１
８号公報には、基材と溶射膜との界面において比較的厚
めの溶融凝固層を積極的に生成し、溶射膜の密着強度を
高める技術が開示されている。

【０００４】この公報技術によれば、アルミニウム系の
基材の表出面に、銅系の溶射粉末及び鉄系粉末を混合し
た混合粉末を溶射処理により溶射して溶射膜を積層す
る。そして溶射膜が積層された状態の基材を加熱炉に収
容し、加熱炉により５３０℃で２時間加熱保持する。こ
れにより基材の融点及び溶射膜自体の融点以下に溶射膜
及び基材を加熱保持する。この結果、基材と溶射膜との
境界である界面においては、基材成分と溶射膜成分とが
拡散して共晶組成近傍の組成が生じる。共晶組成近傍に
おいては融点が低下するため、５３０℃程度の加熱であ
っても、溶射膜と基材との界面において溶融液層が生成
する。その後、溶射膜を積層した基材を加熱炉から取り
出して冷却すると、溶融液層が凝固するため、界面層を
形成する溶融凝固層が基材と溶射膜との界面で生成す
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記した公報技術によ
れば、界面層を形成する溶融凝固層により基材と溶射膜
との界面における冶金的結合性が一層高まるため、溶射
膜の密着強度が高まる。上記した公報技術によれば、溶
射膜を積層した基材を加熱炉に保持するため、界面層を
形成する溶融凝固層の厚みは前述したように比較的厚め
であり、５μｍ〜５００μｍ程度とされている。このよ
うな厚みでは、溶射膜の密着強度はある程度は改善され
ているものの、近年の産業界における使用条件の苛酷化
に対処する養成や一層の長寿命化を図る要請等を考慮す
ると、必ずしも満足できるものではない。すなわち産業
界では、使用条件の苛酷化や長寿命化の要請等に鑑み、
溶射膜の密着強度を更に増加させることが要請されてい
る。

【０００６】請求項１に係る本発明は、この実情に鑑み
なされたものであり、上記した公報技術よりも厚みが極
めて薄い界面層を基材と溶射膜との間に生成することに
より、溶射膜の密着強度を一層向上させ得る溶射物を提
供することを課題とする。

【０００７】更に請求項２、請求項３に係る本発明は、
この実情に鑑みなされたものであり、上記したように厚
みが極めて薄い界面層をもち溶射膜の密着強度を向上さ
せた溶射物を製造するのに適した溶射方法を提供するこ
とを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は溶射膜と基材
との密着強度の向上について鋭意開発をすすめている。
そして、数多くの試験から、基材成分および溶射膜成分
を主体とする界面層（合金化層）を、基材と溶射膜との
界面において積極的に生成させるものの、界面層の厚み
が１０００ｎｍよりも厚いと溶射膜の密着強度の増加効
果が低減し、また、界面層の厚みが２ｎｍよりも薄いと
溶射膜の密着強度の増加効果が同様に低減することを知
見し、試験で確認し、本発明（請求項１）に係る溶射物
を完成した。

【０００９】通常の溶射では、溶射膜は基材に機械的係
合力により接合しているものであり、上記溶射膜と基材
との間には上記界面層は生成されておらず、高い密着強
度が得られない。

【００１０】更に本発明者は、アルミニウム系の基材と
鉄系の溶射材料との組み合わせにおいて、溶射膜の密着
強度を高め得る効果をもつ界面層をアルミニウム系の基
材と鉄系の溶射膜との界面に良好に生成するためには、
鉄系の溶射材料の平均溶射粒子温度を２２００Ｋ以上に
設定すれば、アルミニウム系の基材に対する鉄系の溶射
膜の密着強度を向上させる効果が臨界的意義をもって得
られることを知見し、試験で確認し、本発明（請求項
２）に係る溶射方法を完成した。

【００１１】上記した形態は基材がアルミニウム系、溶
射材料が鉄系である組み合わせのときに、溶射材料の平
均溶射粒子温度を２２００Ｋ以上に設定すれば、殊に２
４００Ｋ以上に設定すれば、鉄系の溶射膜の密着強度を
増加できる。しかし、アルミニウム系の基材と鉄系の溶
射材との組み合わせ以外の組み合わせの場合には、その
まま適用することができないことが多い。そこで本発明
者は、基材の材質及び溶射材料の材質等の溶射条件が種
々異なった組み合わせに変更された場合においても、溶
射膜の密着強度を増加できる臨界的意義が得られるよう
に、開発を進めた結果、ある一般的規則性を知見した。

【００１２】即ち、基材に向けて飛翔中の平均溶射粒子
温度をＴ_P（Ｋ）、溶射の際の基材の表面の初期温度を
Ｔ_S（Ｋ）、溶射粒子の熱伝導率をλ_P（Ｗ／ｍ・Ｋ）、
基材の熱伝導率をλ_S（Ｗ／ｍ・Ｋ）、溶射粒子の比重
をρ_P（ｋｇ／ｍ³）、基材の比重をρ_S（ｋｇ／ｍ³）、
溶射粒子の比熱をＣ_P（ＫＪ／（ｋｇ・Ｋ））、基材の
比熱をＣ_S（ＫＪ／（ｋｇ・Ｋ））とし、溶射粒子の熱
侵透係数をＫ_P、基材の熱侵透係数をＫ_Sとしたとき、溶
射に関する溶射パラメータ温度Ｔ_Cを下記式により求
め、溶射パラメータ温度Ｔ_Cが基材の融点Ｔ_mに対して１
００Ｋ未満でかつ７００Ｋ以下の領域においては溶射を
行わず、溶射パラメータ温度Ｔ_Cが基材の融点Ｔ_mに対し
て１００Ｋ以上で７００Ｋ以下の領域において溶射を行
うようにすれば、溶射材料が鉄系で基材の材質がアルミ
ニウム系である組み合わせのときには勿論のこと、溶射
材料が鉄系以外で基材の材質がアルミニウム系以外の組
み合わせに変更されたときであっても、溶射膜の密着強
度を飛躍的に高め得る界面層が基材と溶射膜との界面に
良好に生成でき、溶射膜の密着強度を臨界的に増加させ
ることができることを知見し、試験で確認し、本発明に
係る溶射方法を完成した。

【００１３】すなわち、請求項１の本発明に係る溶射物
は、基材と、基材に積層された溶射膜とで構成され、基
材と溶射膜との界面には、基材成分および溶射膜成分に
基づいて形成された界面層が生成しており、その厚みが
２〜１０００ｎｍであることを特徴とするものである。

【００１４】請求項２の本発明に係る溶射方法は、アル
ミニウム系の基材および鉄系の溶射材料を用意する工程
と、鉄系の溶射材料を溶射処理してアルミニウム系の基
材の表出面に鉄系の溶射膜を積層する溶射工程とを実施
する溶射方法において、鉄系の溶射材料の平均溶射粒子
温度を２２００Ｋ以上に設定することを特徴とするもの
である。

【００１５】また請求項３の本発明に係る溶射方法は、
基材（たとえばアルミニウム系、鉄系、銅系、マグネシ
ウム系、ニッケル系、チタン系など）および溶射材料
（たとえば鉄系、銅系、アルミニウム系、ニッケル系、
モリブデン系など）を用意する工程と、溶射材料を溶射
処理して基材の表出面に溶射膜を積層する溶射工程とを
実施する溶射方法において、基材に向けて飛翔中の平均
溶射粒子温度をＴ_P（Ｋ）、溶射の際の基材の表面の初
期温度をＴ_S（Ｋ）、溶射粒子の熱伝導率をλ_P（Ｗ／ｍ
・Ｋ）、基材の熱伝導率をλ_S（Ｗ／ｍ・Ｋ）、溶射粒
子の比重をρ_P（ｋｇ／ｍ³）、基材の比重をρ_S（ｋｇ
／ｍ³）、溶射粒子の比熱をＣ_P（ＫＪ／（ｋｇ・
Ｋ））、基材の比熱をＣ_S（ＫＪ／（ｋｇ・Ｋ））と
し、溶射粒子の熱侵透係数をＫ_P、基材の熱侵透係数を
Ｋ_Sとしたとき、溶射パラメータ温度Ｔ_Cを下記式により
求め、溶射パラメータ温度Ｔ_Cが基材の融点Ｔ_m以上で基
材の沸点未満の領域において溶射を行うようにしたこと
を特徴とするものである。

【００１６】Ｔ_C=（Ｋ_P・Ｔ_P＋Ｋ_S・Ｔ_S）／（Ｋ_P＋Ｋ_S） …（１）Ｋ_P＝（λ_P・Ｃ_P・ρ_P）^1/2…（２）Ｋ_S=（λ_S・Ｃ_S・ρ_S）^1/2…（３）なお、溶射粒子の熱伝導率λ_P、溶射粒子の比重ρ_P、溶
射粒子の比熱Ｃ_Pは、溶射の際の平均溶射粒子温度にお
ける物性値を意味する。基材の熱伝導率λ_S、基材の比
重ρ_S、基材の比熱Ｃ_Sは、溶射の際の基材の初期温度に
おける物性値を意味する。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明に係る基材は、溶射膜が積
層される土台となるものである。代表的な基材の材質は
アルミニウム系、マグネシウム系、鉄系、銅系、ニッケ
ル系、チタン系がある。アルミニウム系は、高純度アル
ミニウムのほかに、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇ,鉄,亜鉛の少なく
とも１種を含有するアルミニウム合金を含む。たとえ
ば、基材としては、アルミニウム−シリコン系、アルミ
ニウム−銅系、アルミニウム−亜鉛系等を採用できる。
基材は摺動部材、機能部材に適用できる。基材は鋳造
品、鍛造品、切削加工品などを問わない。溶射膜は溶射
処理により基材に積層されたものである。代表的な溶射
膜の材質は、鉄系、銅系、アルミニウム系、ニッケル
系、モリブデン系などがある。溶射膜自体の厚みは特に
限定されるものではないが、産業界で使用される用途を
考慮すると、例えば１０μｍ〜１０ｍｍ程度にできる。

【００１８】本発明に係る溶射物では、基材と溶射膜と
の界面には、基材成分および溶射膜成分の拡散に基づい
て形成され溶射膜の密着強度を高め得る効果をもつ厚み
が２〜１０００ｎｍの界面層が形成されている。界面層
は、基材と溶射膜との界面において基材成分と溶射膜成
分とが拡散して混在して生成された拡散層の意味であ
る。界面層を構成する構成物質としては、基材成分と溶
射膜成分との金属間化合物、あるいは、固溶体が考えら
れる。基材がアルミニウム金属またはアルミニウム系合
金であり、溶射膜が鉄系合金である場合には、一般的に
は、界面層はＦｅ−Ａｌ合金化層となる。

【００１９】本発明に係る溶射物では、界面層の厚みは
２〜１０００ｎｍである。界面層の厚みは、界面層の平
均厚みの意味である。

【００２０】界面層の厚みの判定にあたり、基材や溶射
膜と電子顕微鏡観察などにおいて界面層が明確に判別で
きるときには、その界面層の厚みを電子顕微鏡観察など
によりそのまま測定すればよい。また判別しにくい場合
には、界面層の厚み開始点、厚み終了点は、それぞれ相
手側の元素を５ａｔ％以上含有している点を基準として
採用できる。

【００２１】本発明者が行った図４の試験結果に基づけ
ば、界面層の厚みが２ｎｍ未満であると、溶射膜の密着
強度を向上させる効果は認められない。界面層の厚みが
２ｎｍ付近から、溶射膜の密着強度は臨界的に急激に向
上する。しかし界面層の厚みが厚くなり１０００ｎｍ
（１μｍ）を越えると、溶射膜の密着強度が大幅に低下
する。

【００２２】要請される密着強度、基材や溶射膜の材質
等によっても相違するものの、溶射膜の密着強度の確保
を考慮すれば、一般的には、界面層の厚みの上限値は８
００ｎｍ、５００ｎｍ、２００ｎｍ、１００ｎｍ、ある
いは、５０ｎｍ、２０ｎｍのいずれかを採用でき、界面
層の厚みの下限値は３ｎｍ、５ｎｍ、あるいは、１０ｎ
ｍ、２０ｎｍのいずれかを採用できる。従って界面層の
厚みは１５〜１０００ｎｍ、５０〜５００ｎｍ、また
は、５００〜１０００ｎｍを採用することができる。但
しこれらに限定されるものではない。なお界面層は、こ
れの全域にわたり同じ程度の均厚となるようにすること
が好ましい。界面層の厚みがｎｍオーダーのように極薄
となると、界面層の面積率は低下する傾向となる。

【００２３】溶射膜面積に占める界面層の面積率は、溶
射膜の密着強度を高めるためには高いほうが好ましい。
従って溶射膜と基材との界面全体にわたって界面層を生
成することが好ましい。平均溶射粒子温度などによって
も相違するものの、溶射膜の単位面積を１００％とした
とき、溶射膜面積に占める界面層の面積率の上限値は１
００％、９５％、９０％にでき、下限値は５０％、６０
％、７０％にできる。溶射膜面積に占める界面層の面積
率は５５〜１００％、７０〜９５％にすることができ
る。但しこれらに限定されるものではない。なお界面層
の面積率は、せん断破壊後の界面のＥＰＭＡ分析に基づ
いて把握できる。

【００２４】上記した溶射膜の密着強度を高め得る極薄
の厚み（２〜１０００ｎｍ）をもつ界面層は、通常の溶
射では生成するものではない。

【００２５】基材がアルミニウム合金、溶射材料が鉄系
である組み合わせの場合には、次の溶射方法を採用する
ことにより、上記した厚みをもつ界面層を実現すること
ができる。即ち、アルミニウム系の基材および鉄系の溶
射材料を用意する工程と、鉄系の溶射材料を溶射処理し
てアルミニウム系の基材の表出面に鉄系の溶射膜を積層
する溶射工程とを実施する。溶射工程では、鉄系の溶射
材料の平均溶射粒子温度を２２００Ｋ以上に設定する。

【００２６】本発明に係る溶射方法によれば、溶射材料
の平均溶射粒子温度を２２００Ｋ以上に設定しているた
め、基材成分と溶射膜成分との合金化が良好に行われ、
上記した効果をもつ極薄の界面層の厚み（２〜１０００
ｎｍ）を形成することができる。

【００２７】請求項１の本発明に係る溶射物では、界面
層の厚みは２〜１０００ｎｍに規定されている。請求項
２，請求項３の本発明に係る溶射方法は、基材と溶射膜
との間に生成する界面層の厚みを極薄にするのに適する
ものであり、従って界面層の厚みは２〜１０００ｎｍの
範囲が好ましいものの、この範囲に限定されるものでは
なく、基材の材質、溶射材料などの種類の如何によって
は、１０００ｎｍ以上の厚みをもつ界面層が生成される
形態であっても良い。

【００２８】溶射処理の際には、溶射材料は、半溶融状
態または溶融状態の微細な粒子状となって基材に向けて
飛翔する。平均溶射粒子温度は、溶射の際のプラズマ火
炎などの火炎自体の温度ではなく、基材に衝突する手前
において、少なくとも一部が融液化した粒子として溶射
材料が飛翔している平均温度を意味する。

【００２９】溶射粒子温度の上限値は溶射材料の材質に
よって異なるものの、３４００Ｋ、３２００ｋ、３００
０Ｋ、２９００ｋ、２８００Ｋのいずれかにでき、溶射
を効果的に行うには溶射材料の沸点を越えないようにす
ることが好ましい。従って炭素鋼系等の鉄系（炭素鋼、
合金鋼を含む）の溶射材料の場合には、平均溶射粒子温
度は２１００〜３０００Ｋが好ましい。殊に、平均溶射
粒子温度は２４００〜３０００Ｋ、２６００〜３０００
Ｋが好ましい。なお、飛翔している溶射材料の平均溶射
粒子温度は、放射温度計を利用して測定できる。

【００３０】溶射前の溶射材料の形態は粉末でも良い
し、線材でも良い。鉄系の溶射材料としては、炭素鋼系
の粉末、合金鋼系の粉末を採用できる。炭素鋼系の炭素
含有量は特に限定されないが、一般的には、０．００１
〜４重量％の範囲内、０．０１〜２重量％の範囲内を採
用できる。

【００３１】請求項３の発明は、基材の材質がアルミニ
ウム系で、溶射材料の材質が鉄という組み合わせ以外の
組み合わせに変化したときであっても、対応することが
できるようにするものである。基材に向けて飛翔中の平
均溶射粒子温度Ｔ_P（Ｋ）は、前述したように、炎自体
の温度ではなく、基材に向けて飛翔中の溶射粒子自体の
温度であり、前記したように放射温度計で測定すること
ができる。

【００３２】溶射材料についての平均溶射粒子温度Ｔ_P
（Ｋ）は、溶射材料の沸点未満にすることが好ましい。
溶射の際の基材の表面の初期温度Ｔ_S（Ｋ）は、基材や
溶射材料の種類等に応じて異なるものの、例えば２７３
Ｋ〜７７３Ｋにすることができる。本明細書ではＫは絶
対温度を意味する。

【００３３】請求項３の発明の態様としては、次の
（Ａ）〜（Ｄ）に示す組合わせの態様が例示される。

【００３４】（Ａ）の態様この態様は、溶射材料の材質が鉄系（炭素鋼、合金鋼を
含む）であり、基材の材質がアルミニウム合金のときの
組み合わせである。この場合には、平均溶射粒子温度Ｔ
_Pが２４５０Ｋと仮定すると、溶射粒子の熱伝導率λ_Pは
約４０（Ｗ／ｍ・Ｋ）とされ、溶射粒子の比重ρ_Pは約
７０００（ｋｇ／ｍ³）とされ、溶射粒子の比熱Ｃ_Pは約
０．８（ＫＪ／（ｋｇ・Ｋ））とされる。この物性値は
平均溶射粒子温度Ｔ_Pが２４５０Ｋのときの物性値（文
献値）である。

【００３５】また基材の材質はアルミニウム合金である
ため、基材の熱伝導率λ_Sは約２４０（Ｗ／ｍ・Ｋ）と
され、基材の比重ρ_Sは約２７００（ｋｇ／ｍ³）とさ
れ、基材の比熱Ｃ_Sは約１．１（ＫＪ／（ｋｇ・Ｋ））
とされる。この物性値は基材の温度が４００Ｋのときの
物性値（文献値）である。

【００３６】（Ｂ）の態様この態様は、溶射材料の材質が銅系で、基材の材質が鉄
系（炭素鋼、合金鋼を含む）の組み合わせである。この
場合には、平均溶射粒子温度Ｔ_Pが２０００Ｋと仮定す
ると、溶射粒子の熱伝導率λ_Pは約１８０（Ｗ／ｍ・
Ｋ）とされ、溶射粒子の比重ρ_Pは約７５００（ｋｇ／
ｍ³）とされ、溶射粒子の比熱Ｃ_Pは約０．５（ＫＪ／
（ｋｇ・Ｋ））とされる。上記物性値は２０００Ｋのと
きの物性値（文献値）である。

【００３７】また基材の材質が鉄系（炭素鋼、合金鋼を
含む）であるため、基材の熱伝導率λ_Sは約６５（Ｗ／
ｍ・Ｋ）とされ、基材の比重ρ_Sは約７８００（ｋｇ／
ｍ³）とされ、基材の比熱Ｃ_Sは約０．５（ＫＪ／（ｋｇ
・Ｋ））とされる。上記物性値は基材の温度が４００Ｋ
のときの物性値（文献値）である。

【００３８】（Ｃ）の態様この態様は、溶射材料の材質がアルミニウム合金であ
り、基材の材質が鉄系（炭素鋼、合金鋼を含む）の組み
合わせである。この場合には、平均溶射粒子温度Ｔ_Pが
１０００Ｋと仮定すると、溶射粒子の熱伝導率λ_Pは約
１００（Ｗ／ｍ・Ｋ）とされ、溶射粒子の比重ρ_Pは約
２４００（ｋｇ／ｍ³）とされ、溶射粒子の比熱Ｃ_Pは約
１．１（ＫＪ／（ｋｇ・Ｋ））とされる。上記物性値は
１０００Ｋのときの物性値（文献値）である。

【００３９】また基材の材質が鉄系（炭素鋼、合金鋼を
含む）であるため、基材の熱伝導率λ_Sは６０（Ｗ／ｍ
・Ｋ）とされ、基材の比重ρ_Sは約７８００（ｋｇ／
ｍ³）とされ、基材の比熱Ｃ_Sは約０．５（ＫＪ／（ｋｇ
・Ｋ））とされる。鉄系の基材に関する上記物性値は、
４００Ｋのときの物性値（文献値）である。

【００４０】（Ｄ）の態様この態様は、溶射材料の材質がアルミニウム合金であ
り、基材の材質が銅系である組み合わせである。この場
合には、平均溶射粒子温度Ｔ_Pが１０００Ｋと仮定する
と、溶射粒子の熱伝導率λ_Pは約１００（Ｗ／ｍ・Ｋ）
とされ、溶射粒子の比重ρ_Pは約２４００（ｋｇ／ｍ³）
とされ、溶射粒子の比熱Ｃ_Pは約１．１（ＫＪ／（ｋｇ
・Ｋ））とされる。上記物性値は１０００Ｋのときの物
性値（文献値）である。

【００４１】また基材の材質が銅系であるため、基材の
熱伝導率λ_Sは約４００（Ｗ／ｍ・Ｋ）とされ、基材の
比重ρ_Sは約８９００（ｋｇ／ｍ³）とされ、基材の比熱
Ｃ_Sは約０．４（ＫＪ／（ｋｇ・Ｋ））とされる。上記
物性値は４００Ｋのときの物性値（文献値）である。

【００４２】溶射に関する溶射パラメータ温度Ｔ_Cを上
記式により求め、溶射パラメータ温度Ｔ_Cが基材の融点
Ｔ_mに対して１００Ｋ以上で７００Ｋ以下の領域となる
ように溶射を行う。７００Ｋを越えると溶射材料の沸点
以上となることがある。ここで、溶射パラメータ温度Ｔ
_Cとしては、基材及び溶射材料の材質、溶射条件等に応
じて、基材の融点Ｔ_mに対して２００Ｋ以上、または３
００Ｋ以上、または４００Ｋ以上、または５００Ｋ以上
に設定することができる。従って、溶射パラメータ温度
Ｔ_Cは、基材の融点Ｔ_m以上で溶射材料（または基材）の
沸点未満の領域であることが好ましい。

【００４３】求めた溶射パラメータ温度Ｔ_Cが基材の融
点Ｔ_mに対して１００Ｋ未満である領域においては、溶
射を行わない。なお、溶射パラメータ温度Ｔ_Cが基材の
沸点を超える温度域であると、溶射膜の密着強度が低下
して望ましくない。なお基材の融点Ｔ_mとは、液相・固
相共存領域を区画する液相線及び固相線をもつ場合に
は、固相線を意味する。

【００４４】

【実施例】以下、試験例に基づいて実施例１を説明す
る。

【００４５】まず、鉄系の溶射材料およびアルミニウム
系の基材を用意する。溶射材料は炭素鋼系の粉末であ
り、４５μｍのメッシュ穴をパスした４５μｍアンダー
である。基材１のサイズは４０ｍｍ×４０ｍｍ×１０ｍ
ｍである。基材１の材質はＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系（ＪＩＳ
−ＡＣ８Ａ,Ｔ_m=５０５℃、Ｓｉの目標含有量：１２wt.
％）である。溶射前に、基材１の表出面に対してブラス
ト処理つまり粗面化処理が行われている。

【００４６】本実施例では、プラズマ溶射用の溶射ガン
２を用い、界面層の厚みが０〜２０００ｎｍの領域とな
るように、プラズマ溶射処理を基材１の表出面（予熱：
１２５℃=３９８Ｋ）に行ない、これにより図２、図３
に示すようにアルミニウム系の基材１の表出面に、鉄系
の溶射膜３（目標平均厚み：０．３ｍｍ）を積層した試
験片を得た。

【００４７】本実施例では、溶射処理における平均溶射
粒子温度の測定にあたり、２色法を採用し、溶射ガン２
から基材１に向けて飛翔している高温状態の粒子群から
の放射光を用い、放射光の２波長の放射強度比に基づい
て平均溶射粒子温度を算出した。

【００４８】そして各試験片について、基材１と溶射膜
３との境界である界面で生成していた界面層の厚みを電
子顕微鏡（ＴＥＭ）を利用して求めた。なお平均溶射粒
子温度を２２００Ｋ以上に設定した本実施例に係る製造
方法によれば、前記した特開平８−１３１１８号公報に
係る技術とは異なり、溶射後に基材を共晶温度付近に長
時間加熱せずとも、上記した密着強度改善効果をもつ界
面層が生成する。

【００４９】本発明者は、界面層の厚みと溶射膜３との
せん断密着強度をせん断試験により測定した。せん断密
着強度試験の試験結果を図４に示す。図４に示すよう
に、界面層の厚みを横軸とすると共にせん断密着強度を
縦軸としたとき、界面層の厚みとせん断密着強度との関
係においては、厚み５００〜１０００ｎｍを頂領域とす
る山型の特性が得られた。

【００５０】即ち図４に示すように、界面層の厚みが０
ｎｍ（平均溶射粒子温度：１７００Ｋ,界面層の面積
率：０％）のときには、せん断密着強度は約１７ＭＰａ
であり低かった。しかし、界面層の厚みが２ｎｍ（平均
溶射粒子温度：２２１０Ｋ．界面層の面積率：６０％）
のときには、せん断密着強度は約６０ＭＰａであった。
界面層の厚みが２５ｎｍ（平均溶射粒子温度：２３００
Ｋ,界面層の面積率：８０％）のときには、せん断密着
強度は約８０ＭＰａであった。界面層の厚みが５００ｎ
ｍ（平均溶射粒子温度：２５５０Ｋ,界面層の面積率：
９０％のときには）、せん断密着強度は約１００ＭＰａ
であった。界面層の厚みが１０００ｎｍ（平均溶射粒子
温度：２７３０Ｋ,界面層の面積率：９５％）のときに
は、せん断密着強度は約１００ＭＰａであった。しかし
界面層の厚みが厚くなりすぎたときには、つまり２００
０ｎｍ（平均溶射粒子温度：２９５０Ｋ）のときには、
せん断密着強度は約３０ＭＰａと大幅に低下した。更に
界面層の厚みが２０００ｎｍをこえたときには、せん断
密着強度は同様に低下していた。

【００５１】上記したせん断試験は次のようにして行っ
た。即ち、図５に示すように、試験治具２００の保持孔
２０２に、基材１と溶射膜３とからなる試験片をセット
し、その状態で、溶射膜２０２を突出させた状態におい
てポンチ２０４を矢印Ａ方向に移動させることにより溶
射膜２０２を基材２００から剥離させ、そのときの荷重
に基づいてせん断密着強度を求めた。

【００５２】次に、平均溶射粒子温度（Ｋ）を変化させ
て、溶射膜３のせん断密着強度と平均溶射粒子温度との
関係を求めた。平均溶射粒子温度は、プラズマ溶射用の
溶射ガン２に供給する電流量を調整することにより行っ
た。

【００５３】試験結果を図６に示す。図６から理解でき
るように、平均溶射粒子温度が２０００Ｋ未満,２２０
０Ｋ未満では、溶射膜のせん断密着強度は低い。しか
し、飛翔している溶射材料の平均溶射粒子温度が２１０
０Ｋ、２２００Ｋを超えるあたりから、溶射膜のせん断
密着強度は急激に増加する。すなわち本発明者が行った
試験条件によれば、飛翔している溶射材料の平均溶射粒
子温度が２２００Ｋ未満であれば、溶射膜のせん断密着
強度は２０ＭＰａに到達しなかった。しかし飛翔してい
る溶射材料の平均溶射粒子温度が２２００Ｋ以上であれ
ば、殊に２４００Ｋ以上であれば、溶射膜のせん断密着
強度は急激に高くなり、５０ＭＰａ、６０ＭＰａ、７０
ＭＰａ、８０ＭＰａを超えた。つまり、密着強度向上効
果において平均溶射粒子温度２２００Ｋが敷居値として
機能する。

【００５４】即ち、図６に示すように、平均溶射粒子温
度が２２００Ｋであれば、溶射膜のせん断密着強度は約
５８ＭＰａであった。平均溶射粒子温度が２４００Ｋ以
上であれば、溶射膜のせん断密着強度は６０ＭＰａを超
えた。平均溶射粒子温度が２７００Ｋであれば、溶射膜
のせん断密着強度は大きく増加して約７０ＭＰａであっ
た。平均溶射粒子温度か３０００Ｋであれば、溶射膜の
せん断密着強度は更に大きく増加して８０ＭＰａを超え
た。

【００５５】各試験片を用い、基材と溶射膜との境界付
近を電子顕微鏡（ＴＥＭ）で調べたところ、平均溶射粒
子温度が２２００Ｋ以上であれば、ＦｅとＡｌとが拡散
して混在した厚みが２〜１００ｎｍのＦｅ−Ａｌ合金化
層が界面層として生成されていた。平均溶射粒子温度が
２２００Ｋ未満であれば、この界面層は生成されない
か、実質的に生成されない。

【００５６】図７は上記した試験例において平均溶射粒
子温度が２２００Ｋ以上、つまり３０００Ｋのときにお
ける界面層を示す写真である。図８は比較例を示し、上
記した試験例において溶射粒子温度が２２００Ｋ未満、
つまり１９００Ｋのときにおける溶射膜と基材との界面
付近を示す写真である。なお図７、図８に係る写真にお
いて上側がＦｅ、下側がＡｌである。

【００５７】図７から理解できるように、この試験例で
は平均溶射粒子温度が２２００Ｋ以上であるため、溶射
膜であるＦｅと基材であるＡｌとの境界において、厚み
が約５０ｎｍ程度の界面層（白色の層）が生成している
のがはっきりと認められる。しかしながら比較例を示す
図８では、平均溶射粒子温度が２２００Ｋ未満であるた
め、基材と溶射膜との界面において界面層が全く認めら
れない。この図７および図８の比較から理解できるよう
に、溶射の際における平均溶射粒子温度は、極薄の厚み
をもつ界面層の生成に大きな影響を与える。

【００５８】上記した試験片について界面の組成分析を
行った。その結果を図９に示す。図９は、平均溶射粒子
温度を２２００Ｋ未満とした場合（つまり図８に係る試
験片）のＡｌ％とＦｅ％の分析結果を示すとともに、平
均溶射粒子温度を２２００Ｋ以上とした場合（つまり図
７に係る試験片）のＡｌ％とＦｅ％の分析結果を示す。

【００５９】図９に示す試験結果から判断すれば、平均
溶射粒子温度が２２００Ｋ以上のときには、界面付近の
約５０ｎｍ〜６０ｎｍ程度の距離範囲において、Ａｌの
緩やかな濃度勾配が認められ,また、Ｆｅの緩やかな濃
度勾配も認められる。すなわち、Ａｌ,Ｆｅが互いに混
在するように拡散して生成された厚みが約５０ｎｍ〜６
０ｎｍ程度の界面層、つまり、Ｆｅ−Ａｌ合金化層が生
成しているのがわかる。

【００６０】これに対して図９の破線に示すように、平
均溶射粒子温度が２２００Ｋ未満のときには、Ａｌの濃
度、Ｆｅの濃度は共に境界において急激に変化してお
り、Ａｌの濃度勾配,Ｆｅの濃度勾配がほとんど認めら
れず、従って、Ａｌ,Ｆｅの双方が拡散して生成された
界面層であるＦｅ−Ａｌ合金化層が実質的に生成されて
いないことがわかる。

【００６１】なお図９の破線に示す勾配は、距離におけ
るプロット点の関係上、ある勾配角が認められるが、実
際にはもっと急激であると推察される。

【００６２】更に、他の試験片について界面層付近の濃
度変化を調べた。その結果を図１０〜図１３に示す。図
１０はアルミニウム系の基材を１２５℃（=３９８Ｋ）
に予熱した状態において、鉄系の溶射粉末を溶射した場
合の境界付近の濃度変化を示す。図１１はアルミニウム
系の基材を２７５℃（=５４８Ｋ）に予熱した状態にお
いて、鉄系の溶射粉末を溶射した場合の境界付近の濃度
変化を示す。図１０および図１１において×印はＦｅ濃
度を示し、＋印はＡｌ濃度を示す。

【００６３】図１２は、図１０に係る試験片において、
基材と溶射膜との界面付近を電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観
察した写真を示す。図１３は、図１１に係る試験片にお
いて、基材と溶射膜との界面付近を同様の電子顕微鏡で
観察した写真を示す。なお図１２、図１３に係る写真に
おいて上側がＦｅ系溶射膜、下側がＡｌ系基材である。
図１２の写真によれば、基材と溶射膜との界面において
界面層（部位によって異なるものの、厚み：１０〜１５
ｎｍ程度）が生成しているのがはっきりと認められる。
また図１３の写真によっても、基材と溶射膜との界面に
おいて界面層（部位によって異なるものの、厚み：１０
〜１５ｎｍ程度）が生成しているのがはっきりと認めら
れる。

【００６４】この界面層について電子線回折した結果に
よれば、界面層においては結晶質と非結晶質とが混在し
ていると考えられる。結晶質は次の化合物が該当すると
推察される。Ａｌ₅Ｆｅ₂、Ａｌ₈₆Ｆｅ₁₄、Ａｌ₈₂Ｆ
ｅ₁₈、Ａｌ₇₅Ｆｅ₂₅、Ａｌ₃Ｆｅ等である（実施例２）本発明に係る実施例２を説明する。鉄合金
で構成されている溶射粉末の平均溶射粒子温度を２２０
０Ｋ以上（殊に２４００Ｋ以上）とするには、一般的に
は、プラズマフレームないしガスフレームの温度を高め
ることにより行う。しかしながら他の溶射条件にもよる
が、溶射粉末の粒子をより小さいものにすることでも、
溶射粉末の平均溶射粒子温度を２２００Ｋ以上とするこ
とを、より達成し易い場合がある。

【００６５】そこで本実施例では、溶射処理により鉄系
の溶射膜を積層するに際して、アルミニウム系基材の表
出面に直接触れる粉末群を、細かい粒径の鉄系の溶射粉
末を用い、その後の粉末群を、それよりも大きい粒径を
もつ、つまり通常の粒径をもつ鉄系の溶射粉末を用いて
溶射する。なお、溶射粉末の組成、基材１の組成は実施
例１と同様にした。

【００６６】すなわち本実施例によれば、溶射初期にお
いては、前者として１０〜４５μｍの粒径の鉄系の溶射
粉末を用い、溶射中期移行においては、後者として４６
〜６５μｍの粒径の鉄系の溶射粉末を用いる。前者の溶
射粉末を用いて溶射するときには、平均溶射粒子温度は
２２００Ｋ以上（殊に２４００Ｋ以上）となるように、
溶射条件（電流値、ガス流量等）を調整し、後者の溶射
粉末を用いて溶射するときには、平均溶射粒子温度は２
２００Ｋ未満となるように溶射条件を調整する。なお、
溶射粉末の粒径は平均粒径を意味する。粒径はサイズは
上記に限定されるものではなく、適宜変更できるもので
ある。さらに比較例として、４６〜６５μｍの粒径をも
つ鉄系の溶射粉末を用い、平均溶射粒子温度が２２００
Ｋ未満となるように、同一種類の基材に溶射した。この
比較例では、電子顕微鏡で観察したところ、溶射膜と基
材との界面に生成する界面層は生成していなかった。こ
れに対して実施例２では界面層の厚みは２０ｎｍ程度で
あった。溶射膜のせん断密着強度を調べたところ、比較
例に係る溶射膜のせん断密着強度は２０ＭＰａと少なか
った。しかし、実施例２に係る溶射膜のせん断密着強度
は３倍を越えており、７５ＭＰａとかなり高かった。平
均溶射粒子温度が２２００Ｋ以上（殊に２４００Ｋ以
上）であり、良好な界面層が生成されたものと推察され
る。

【００６７】（実施例３）実施例３では、Ａｌ−Ｓｉ−
Ｍｇ系のアルミニウム合金を基材１として用いると共
に、溶射粉末として、鉄系である炭素鋼系の溶射粉末
（４５μアンダー）を溶射材料として用いた。アンダ−
とは４５μの網目を通過した意味である。基材１及び溶
射材料は実施例１,２と異なる組成とした。

【００６８】そしてブラスト処理により粗面化処理した
基材１を３９３Ｋ（１２０℃）に予熱した状態で、溶射
ガン２を用いプラズマ溶射を行ない、溶射膜３を被覆し
た。基材１と溶射ガン２の先端との距離は約１００ｍｍ
とした。溶射条件も実施例２に対して若干変更した。

【００６９】本実施例では、基材１に向けて飛翔中の平
均溶射粒子温度をＴ_P（Ｋ）とし、溶射の際の基材１の
表面の初期温度をＴ_S（Ｋ）、平均溶射粒子温度におけ
る溶射粒子の熱伝導率をλ_P（Ｗ／ｍ・Ｋ）、基材の初
期温度における基材の熱伝導率をλ_S（Ｗ／ｍ・Ｋ）、
平均溶射粒子温度における溶射粒子の比重をρ_P（ｋｇ
／ｍ³）、基材の初期温度における基材１の比重をρ
_S（ｋｇ／ｍ³）、平均溶射粒子温度における溶射粒子の
比熱をＣ_P（ＫＪ／（ｋｇ・Ｋ））、基材の初期温度に
おける基材１の比熱をＣ_S（ＫＪ／（ｋｇ・Ｋ））とす
る。

【００７０】また、溶射粒子の熱侵透係数をＫ_Pとし、
基材１の熱侵透係数をＫ_Sとする。

【００７１】この場合、溶射粒子の熱侵透係数Ｋ_Pを下
記の式（２）に基づいて定める。基材１の熱侵透係数Ｋ
_Sを下記の式（３）に基づいて定める。そして、溶射に
関する溶射パラメータ温度Ｔ_Cを下記の式（１）により
求める。

【００７２】Ｔ_C＝（Ｋ_P・Ｔ_P＋Ｋ_S・Ｔ_S）／（Ｋ_P＋Ｋ_S） …（１）Ｋ_P＝（λ_P・Ｃ_P・ρ_P）^1/2…（２）Ｋ_S＝（λ_S・Ｃ_S・ρ_S）^1/2 …（３）ここで、基材１に向けて飛翔中の鉄粉末粒子の平均溶射
粒子温度Ｔ_P（Ｋ）を変化させて、溶射の際のアルミニ
ウム合金製の基材１の表面の初期温度Ｔ_Sを３９３
（Ｋ）とする。従って鉄溶射粒子の熱伝導率λ_Pを４０
（Ｗ／ｍ・Ｋ）とし、基材１の熱伝導率λ_Sを２３７
（Ｗ／ｍ・Ｋ）とし、溶射粒子の比重ρ_Pを７０００
（ｋｇ／ｍ³）とし、基材１の比重ρ_Sを２６８８（ｋｇ
／ｍ³）とし、溶射粒子の比熱をＣ_P０．７９５（ＫＪ／
（ｋｇ・Ｋ））とし、基材１の比熱Ｃ_Sを１．１（ＫＪ
／（ｋｇ・Ｋ））とする。

【００７３】（２）に代入すれば、Ｋ_P＝（λ_P・Ｃ_P・ρ_P）^1/2…（２）＝（４０×０．７９５×７０００）^1/2 ＝４７１．８（３）に代入すれば、Ｋ_S＝（λ_S・Ｃ_S・ρ_S）^1/2…（３）＝（２３７×１．１×２６８８）^1/2 ＝８３７．１本発明者は、飛翔中の鉄粉末粒子の平均溶射粒子温度Ｔ
_P（Ｋ）と基材の初期温度Ｔｓ（Ｋ）等とを適宜変更す
ることにより、式（１）に基づいて求めた溶射パラメー
タ温度Ｔ_Cを適宜変化させた。このように溶射パラメー
タ温度Ｔ_Cを適宜変化させた条件で溶射を行ない、製造
された溶射膜３のせん断密着強度を前述同様に測定し、
溶射パラメータ温度Ｔ_Cと溶射膜３のせん断密着強度と
の関係を調べた。試験結果を図１４に示す。

【００７４】図１４の特性線Ｍから理解できるように、
溶射パラメータ温度Ｔ_Cが基材１の融点Ｔ_m（９００Ｋ）
以下のときには、溶射膜３のせん断密着強度は低かっ
た。しかし溶射パラメータ温度Ｔ_Cが基材１の融点Ｔ
_m（９００Ｋ）を越えたあたりから、溶射膜３のせん断
密着強度を急激に増加させる特性が得られた。図１４の
特性線Ｍから理解できるように最高域では、９０Ｍa以
上,１００Ｍa以上のせん断密着強度が得られた。

【００７５】従って図１４の特性線Ｍによれば、上記し
た溶射パラメータ温度Ｔ_Cが基材１の融点Ｔ_m（９００
Ｋ）に対して１００Ｋ以上で７００Ｋ以下の領域におい
て、溶射を行うようにすれば、せん断密着強度の向上効
果が得られる。

【００７６】換言すると、図１４に示す特性線Ｍに基づ
けば、溶射パラメータ温度Ｔ_Cが１３００Ｋ〜１６００
Ｋのとき、密着強度６０ＭＰa以上が得られる。更に１
４００〜１５５０Ｋのとき、１４５０〜１５００Ｋのと
き、また１５００〜１６００Ｋのとき、溶射膜３のせん
断密着強度が一層増加することがわかる。

【００７７】即ち、基材１の融点Ｔ_m（=９００Ｋ）に対
して、溶射パラメータ温度Ｔ_Cが３７０Ｋ以上（１３０
０Ｋ−９００Ｋ=４００Ｋ）以上で、且つ、７００Ｋ以
下（１６００Ｋ−９００Ｋ=７００Ｋ）のときに、高い
せん断密着強度が得られることがわかる。特に、基材１
の融点Ｔ_m（=９００Ｋ）に対して、溶射パラメータ温度
Ｔ_Cが５００Ｋ以上（１４００Ｋ−９００Ｋ=５００Ｋ）
以上で、且つ、６５０Ｋ以下（１５５０Ｋ−９００Ｋ=
６５０Ｋ）のときに、溶射膜３のせん断密着強度が増加
することがわかる。更に、基材１の融点Ｔ_m（=９００
Ｋ）に対して、溶射パラメータ温度Ｔ_Cが５５０Ｋ以上
（１４５０Ｋ−９００Ｋ=５５０Ｋ）以上で、且つ、６
００Ｋ以下（１５００Ｋ−９００Ｋ=６００Ｋ）のとき
に、溶射膜３のせん断密着強度が増加することがわか
る。

【００７８】また上記したように溶射パラメータ温度Ｔ
_Cを変化させた場合において、界面層の面積率と密着強
度との関係を図１５に示した。図１５に示すように、界
面層の面積率と溶射膜の密着強度とは、比例関係にある
ことがわかる。

【００７９】なお、本実施例はアルミニウム系の基材に
炭素鋼系の溶射膜を被覆する場合であるが、基材として
鉄系を用いると共に溶射材料としてアルミニウム系を用
いた場合においても、また、基材として銅系を用いると
共に溶射材料としてアルミニウム系を用いた場合におい
ても、また、基材としてニッケル系を用いると共に溶射
材料としてモリブデン系を用いた場合においても、基本
的には同様の溶射膜の密着強度改善効果が得られるもの
である。

【００８０】（適用例）図１６は、内燃機関を構成する
アルミニウム系合金で形成したシリンダブロック５０を
基材として用い、シリンダブロック５０のシリンダボア
５２の内周面に鉄系つまり炭素鋼系の溶射膜３を積層し
た場合を示す。

【００８１】図１７は、アルミニウム系合金で形成した
ピストン６０を基材として用い、ピストン６０のリング
溝６２に鉄系つまり炭素鋼系の溶射膜３を積層し、その
後に、ピストンリングが嵌まる加工溝３ｆを切削加工で
形成した場合を示す。

【００８２】上記した適用例においても、請求項２のよ
うに平均溶射粒子温度を２２００Ｋ以上、殊に２４００
Ｋ以上としており、基材としてのシリンダブロック５０
及びピストン６０と溶射膜３との界面には、上記した極
薄の界面層が生成している。界面層の厚みは請求項１の
範囲に納めた。

【００８３】更に請求項３に示すように、基材であるシ
リンダブロック５０やピストン６０を構成する母材合金
の融点Ｔ_mに対して溶射パラメータ温度Ｔ_Cが１００Ｋ以
上で７００Ｋ以下の領域において溶射する。具体的には
融点Ｔ_mに対して溶射パラメータ温度Ｔ_Cが３００Ｋ以上
（４００Ｋ以上）で７００Ｋ以下の領域において溶射す
る。これにより上記した極薄の界面層を生成させた。

【００８４】基材としては上記したシリンダブロックや
ピストンに限らず、各種の産業で用いられる機器や部品
に適用でき、例えばバルブシート、ローラに適用でき
る。

【００８５】（付記）上記した記載から次の技術的思想
も把握できる。・基材および溶射材料を用意する工程と、溶射材料を溶
射処理して基材の表出面に鉄系の溶射膜を積層する溶射
工程とを実施する溶射方法において、基材の表出面に直
接接触する溶射工程の初期においては、初期以降よりも
細かい粒径の溶射粉末を用い、初期以降においては、初
期に用いた溶射粉末よりも粒径が大きい溶射粉末を用い
る溶射方法。・アルミニウム系の基材および鉄系の溶射材料を用意す
る工程と、鉄系の溶射材料を溶射処理して基材の表出面
に鉄系の溶射膜を積層する溶射工程とを実施する溶射方
法において、アルミニウム系の基材の表出面に直接接触
する溶射工程の初期においては、初期以降よりも細かい
平均粒径の溶射粉末を用い、アルミニウム系の基材に向
けて飛翔中の鉄系の溶射材料の平均溶射粒子温度を２２
００Ｋ以上（例えば２４００Ｋ以上で３３００Ｋ以下）
に設定するとともに、初期以降においては、初期に用い
る溶射粉末よりも平均粒径が大きい溶射粉末を用いる溶
射方法。・アルミニウム系の基材および鉄系の溶射材料を用意す
る工程と、鉄系の溶射材料を溶射処理してアルミニウム
系の基材の表出面に鉄系の溶射膜を積層する溶射工程と
を実施する溶射方法において、基材に向けて飛翔中の鉄
系の溶射材料の平均溶射粒子温度を２２００Ｋ以上（例
えば２４００Ｋ以上で３３００Ｋ以下）に設定し、基材
と溶射膜との界面に、基材成分および溶射膜成分に基づ
いて形成された厚みが２〜１０００ｎｍの界面層を生成
することを特徴とする溶射方法。・基材および溶射材料を用意する工程と、溶射材料を溶
射処理して基材の表出面に溶射膜を積層する溶射工程と
を実施する溶射方法において、基材に向けて飛翔中の平
均溶射粒子温度をＴ_P（Ｋ）、溶射の際の基材の表面の
初期温度をＴ_S（Ｋ）、溶射粒子の熱伝導率をλ_P（Ｗ／
ｍ・Ｋ）、基材の熱伝導率をλ_S（Ｗ／ｍ・Ｋ）、溶射
粒子の比重をρ_P（ｋｇ／ｍ³）、基材の比重をρ_S（ｋ
ｇ／ｍ³）、溶射粒子の比熱をＣ_P（ＫＪ／（ｋｇ・
Ｋ））、基材の比熱をＣ_S（ＫＪ／（ｋｇ・Ｋ））と
し、溶射粒子の熱侵透係数をＫ_P、基材の熱侵透係数を
Ｋ_Sとしたとき、溶射パラメータ温度Ｔ_Cを下記式（１）
〜（３）により求め、溶射パラメータ温度Ｔ_Cが基材の
融点Ｔ_mに対して１００Ｋ以上で７００Ｋ以下の領域に
おいて溶射を行ない、基材と溶射膜との界面に、基材成
分および溶射膜成分に基づいて形成された厚みが２〜１
０００ｎｍの界面層を生成することを特徴とする溶射方
法。・図１４に示すように、密着強度測定結果を示すグラフ
の横軸を溶射パラメータ（Ｋ）とし、グラフの縦軸を溶
射膜の密着強度（ＭＰa）としたとき、溶射膜の密着強
度の最高域が溶射パラメータ１４００〜１６５０Ｋ,１
５００〜１６５０Ｋで得られる山形の密着強度改善特性
が発現され、溶射パラメータ（Ｋ）がこの最高域の温度
域から降下するにつれて、また、溶射パラメータ（Ｋ）
がこの最高域の温度域から上昇するにつれて、溶射膜の
密着強度が低下する特性が得られることを特徴とする請
求項３に係る溶射方法。・溶射膜の密着強度は６０ＭＰa,７０ＭＰa,８０ＭＰa,
８５ＭＰa,９０ＭＰa,９５ＭＰa,１００ＭＰaのいずれ
か１つのレベルを越えることを特徴とする各請求項また
は付記に記載の溶射物及び溶射方法。

【００８６】

【発明の効果】本発明に係る溶射物によれば、界面層の
厚みを極薄に設定しているため、図４から理解できるよ
うに、基材と溶射膜との密着強度を大きく増加させるこ
とができる。

【００８７】請求項２に係る溶射方法によれば、アルミ
ニウム系の基材に向けて飛翔中の鉄系の溶射材料の平均
溶射粒子温度を２２００Ｋ以上に設定することにしてい
るため、図６から理解できるように、溶射膜の密着強度
の増加における臨界的意義が得られ、基材と鉄系の溶射
膜との密着強度を増加させ得る溶射物を提供することが
できる。

【００８８】請求項３に係る溶射方法によれば、溶射パ
ラメータ温度Ｔ_Cが基材の融点Ｔ_mに対して１００Ｋ以上
で７００Ｋ以下の領域において溶射を行うようにしてい
る。このため、基材がアルミニウムで溶射材料が鉄系の
組み合わせ以外の組み合わせのときであっても、図１４
から理解できるように、溶射膜の密着強度の増加におけ
る臨界的意義が得られ、基材と溶射膜との密着強度を増
加させ得る溶射物を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】基材に溶射する形態を示す模式図である。

【図２】基材に溶射膜を積層した試験片の正面図であ
る。

【図３】基材に溶射膜を積層した試験片の側面図であ
る。

【図４】界面層の厚みとせん断密着強度との関係を示す
グラフである。

【図５】試験治具によりせん断密着強度を測定する形態
を示す模式図である。

【図６】平均溶射粒子温度とせん断密着強度との関係を
示すグラフである。

【図７】平均溶射粒子温度を２２００Ｋ以上とした場合
における試験片に係る基材と溶射膜との界面付近を示す
電子顕微鏡写真である。

【図８】平均溶射粒子温度を２２００Ｋ未満とした場合
における試験片に係る基材と溶射膜との界面付近を示す
電子顕微鏡写真である。

【図９】界面層付近における濃度変化を示すグラフであ
る。

【図１０】別の試験片に係る界面層付近におけるＡｌ、
Ｆｅの濃度変化を示すグラフである。

【図１１】更に別の試験片に係る界面層付近におけるＡ
ｌ、Ｆｅの濃度変化を示すグラフである。

【図１２】図１０に示す試験片に係る界面付近を示す電
子顕微鏡写真である。

【図１３】図１１に示す試験片に係る界面付近を示す電
子顕微鏡写真である。

【図１４】溶射パラメータ温度と溶射膜のせん断密着強
度との関係を示すグラフである。

【図１５】界面層の面積率と溶射膜のせん断密着強度と
の関係を示すグラフである。

【図１６】内燃機関のシリンダブロックのシリンダボア
に適用した適用例を示す概略断面図である。

【図１７】内燃機関のピストンのリング溝に適用した適
用例を示す概略断面図である。

【符号の説明】

図中、１は基材、３は溶射膜を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者福島英沖愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者中西和之愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者森広行愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者児玉幸多愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者森和彦愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者丸本幾郎愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者南充愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者梶川義明愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基材と、基材に積層された溶射膜とで構成
され、基材と溶射膜との界面には、基材成分および溶射膜成分
に基づいて形成された界面層が生成しており、その厚み
が２〜１０００ｎｍであることを特徴とする溶射物。
【請求項２】アルミニウム系の基材および鉄系の溶射材
料を用意する工程と、鉄系の溶射材料を溶射処理してア
ルミニウム系の基材の表出面に鉄系の溶射膜を積層する
溶射工程とを実施する溶射方法において、基材に向けて飛翔中の鉄系の溶射材料の平均溶射粒子温
度を２２００Ｋ以上に設定することを特徴とする溶射方
法。
【請求項３】基材および溶射材料を用意する工程と、溶
射材料を溶射処理して基材の表出面に溶射膜を積層する
溶射工程とを実施する溶射方法において、基材に向けて飛翔中の平均溶射粒子温度をＴ_P（Ｋ）、
溶射の際の基材の表面の初期温度をＴ_S（Ｋ）、溶射粒
子の熱伝導率をλ_P（Ｗ／ｍ・Ｋ）、基材の熱伝導率を
λ_S（Ｗ／ｍ・Ｋ）、溶射粒子の比重をρ_P（ｋｇ／
ｍ³）、基材の比重をρ_S（ｋｇ／ｍ³）、溶射粒子の比
熱をＣ_P（ＫＪ／（ｋｇ・Ｋ））、基材の比熱をＣ_S（Ｋ
Ｊ／（ｋｇ・Ｋ））とし、溶射粒子の熱侵透係数をＫ_P、基材の熱侵透係数をＫ_Sと
したとき、溶射パラメータ温度Ｔ_Cを下記式（１）〜（３）により
求め、溶射パラメータ温度Ｔ_Cが基材の融点Ｔ_mに対して１００
Ｋ以上で７００Ｋ以下の領域において溶射を行うように
したことを特徴とする溶射方法。Ｔ_C=（Ｋ_P・Ｔ_P＋Ｋ_S・Ｔ_S）／（Ｋ_P＋Ｋ_S） …（１）Ｋ_P＝（λ_P・Ｃ_P・ρ_P）^1/2…（２）Ｋ_S＝（λ_S・Ｃ_S・ρ_S）^1/2…（３）