JP2001207252A - アーク溶射成形品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 成形品における製造時間の短縮化及び製造コ
ストの低減化を図ることを目的とする。 【解決手段】 所定材料のアーク溶射により基材１の表
面に所定厚さの被膜３が形成された準成形体４から、基
材１を除去することにより被膜３を残して成形品１３を
設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、所定材料のアー
ク溶射を用いて形成される成形品及びその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】アーク溶射は、アーク放電による電極の
局部的な発熱を利用して電極材料を蒸発させ、この電極
材料をエア等のキャリアガスを用いて対象物に付着させ
る技術である。従って、一般には、アーク溶射は、ある
製品の表面に被膜を施すといった表面処理の用途に用い
られており、例えば耐熱性の低い製品表面に耐熱性の高
い金属材料を被覆させる場合など、製品表面の一部また
は全部に製品と異なる性状の金属材料を被覆させるとき
に主として用いられる。

【０００３】ところで、金属製の成形品は従来より各種
公知の方法により作製され、例えば、メッキを利用した
電鋳や、金型を用いた粉末冶金などの技術がある。そし
て、いずれの技術を用いるかは製造する成形品の形状や
用途、製造コストに依存し、例えば成形品が最終製品の
製造に用いられるもの（例えば治具や金型、マスキング
材など）の場合では、製造時間の短縮化及び製造コスト
の低減化は極めて重要である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電鋳で
は単位時間当たりの成膜速度が遅い上に内部応力の関係
から厚さ２ｍｍ以上の膜（コーティング）を形成するの
に非常に時間がかかるため、製造時間が長くなりひいて
は製造コストが高くなるといった問題点を有している。
また、粉末冶金では、金型を必要とするためこの金型の
作製にかかる費用が高く、また成形品の製造工程も金型
に粉体及びバインダを入れてから押圧状態で加熱し、冷
却後に金型から取り出すといった複雑な工程を要し、製
造コストが高くなる。

【０００５】本発明は、以上の課題を解決するものであ
り、アーク溶射が厚い膜を形成できることに着目し、こ
れを利用することで製造時間の短縮化及び製造コストの
低減化を図ることができるアーク溶射成形品及びその製
造方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、請求項１に係るアーク溶射成形品は、所定材料の
アーク溶射により基材の表面に所定厚さの被膜が形成さ
れた準成形体から、基材を除去することにより設けられ
る技術が採用される。また、請求項２に係るアーク溶射
成形品の製造方法は、所定材料のアーク溶射により基材
の表面に所定厚さの被膜を形成して準成形体を作製する
工程と、準成形体から基材を除去する工程とを有する技
術が採用される。このアーク溶射成形品及びその製造方
法では、アーク溶射を施した基材を除去することによ
り、アーク溶射により形成された成膜部分が残り、これ
を成形品とするものであるから、基材の表面に所望の形
状を形成しておくことで成形品の表面に基材表面形状が
転写され、短時間で成形品の製造が可能であり、製造コ
ストを低減可能となる。

【０００７】また、請求項３に係る発明では、請求項２
のアーク溶射成形品の製造方法において、準成形体から
基材を溶解させて基材を除去する技術が適用される。こ
のアーク溶射成形品の製造方法では、基材を溶解させて
除去するため、基材の除去を容易かつ確実に行うことが
可能となり、さらには基材除去時における成形品への影
響を小さくすることが可能となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図１及び図２
を参照して説明する。本実施形態として製造される成形
品は、高速フレーム溶射において用いられるマスキング
材であり、ニッケル（Ｎｉ）系合金や鉄（Ｆｅ）系合金
で形成されたものである。

【０００９】ところで、溶射にはアーク溶射の他に高速
フレーム溶射があり、これはキャリアガスの流速を超音
速に設定して高速フレームを形成し、この高速フレーム
内に溶融材料を投入することで溶融材料を対象物に付着
させる技術である。この高速フレーム溶射では、対象物
において溶射領域とそうでない領域とに区画するためマ
スキングを施す必要があるが、アーク溶射やプラズマ溶
射に用いるマスキングテープ等を用いたのでは高速フレ
ームが当たることにより容易に破損し、改めてマスキン
グを施す必要があり、効率が悪い。

【００１０】従って、このような高速フレーム溶射に用
いるマスキング材としては耐熱性及び耐磨耗性を備える
とともに厚さがある程度薄い金属部材を用いることが最
適である一方、このマスキング材自体が高価であると最
終製品（高速フレーム溶射によりコーティングされた製
品）の製造コストに影響を与えるため、マスキング材を
より安価かつ短時間で提供することが必要となる。この
マスキング材は、非溶射領域に溶射物が付着するのを防
止するものであって高精度に作製されることを要求され
ず、表面に多少の凹凸があっても機能上問題とされな
い。その一方、金属製のマスキング材はその形状を容易
に変更できないため溶射領域に合わせて適宜製造しなけ
ればならず、多数用意されるマスキング材が高価になる
ことを避ける必要がある。

【００１１】本発明に係るアーク溶射成形品は、前記し
たマスキング材のような安価であることを必要とする金
属部材の製造に特に有用であり、その製造工程を図１及
び図２に基づいて説明する。

【００１２】図１（ａ）は、基材１の表面に向けてアー
ク溶射ガン２からニッケル（Ｎｉ）系合金や鉄（Ｆｅ）
系合金を溶射して、基材１の表面に厚さ２ｍｍ〜１ｃｍ
の被膜３が形成された準成形体４を製造する工程を示し
ている。基材１は、除去工程を考慮した材料のものが用
いられ、本実施形態ではアルカリ性溶液に容易に溶解す
るアルミニウム（Ａｌ）系合金により形成されたものが
用いられる。また、基材１の形状は、製造する成形品に
応じて予め形成されており、本形態では板状の成形品を
製造する目的で溶射領域が平面の板状の基材１を用いて
いる。なお、溶射前に予め基板１の表面を処理すること
（例えばサンドブラストなど）は任意である。

【００１３】図２は、アーク溶射ガン２の概略構成を示
している。このアーク溶射ガン２は、図２に示すよう
に、エア供給用の通路５を挟んで、電極となる一対のワ
イヤ６，６ａが配置されるとともに、通路５の前方にノ
ズル７が設けられる。ワイヤ６，６ａは、溶射する材料
で形成されたものであり、両者間にアーク放電を生じさ
せるための所定電圧が印加されるとともに、不図示の送
り機構によりそれぞれが端部方向に向けて送り出される
構成となっている。なお、ノズル７にはエア吹出口８が
設けられている。

【００１４】そして、アーク放電を生じさせることによ
りワイヤ６，６ａの両先端部を溶融させ、キャリアガス
であるエアにより溶融物をノズル９から放出してフレー
ム９を形成し、目標である溶射領域に溶融物を当てて付
着させることで溶射領域に成膜させる。なお、溶融した
ワイヤ６，６ａ先端は送り機構により順次送られるため
両者間隔を略一定に維持でき、これにより連続してワイ
ヤ６，６ａを溶融して連続溶射を可能にしている。ま
た、エア吹出口８からのエアは、溶融物がフレーム９か
ら飛散するのを抑制する。

【００１５】図１（ａ）に戻り、アーク溶射ガン２から
の溶射により基材１に厚さ２ｍｍ〜１ｃｍの被膜３を形
成しているが、このような厚さ２ｍｍ〜１ｃｍの被膜の
形成はアーク溶射を用いることで可能にしている。すな
わち、アーク溶射ではフレーム９の温度が約３０００〜
６０００℃であり、この温度で膜厚を厚くしても内部応
力の影響が少なく、基材１からの剥離も生じにくいから
である。これに対し、プラズマ溶射では、フレーム温度
が約２００００〜３００００℃と高温であり、この温度
で膜厚を厚くすると冷却とともに内部応力が増大し、そ
の結果、膜に反りを生じさせて基材から剥離してしまう
ことになる。

【００１６】なお、アーク溶射について、その溶射条件
は任意であり、基材１表面に適切に成膜可能な各種条件
が採用される。例えば、膜厚が２ｍｍ程度であれば溶射
を連続して厚さ２ｍｍまで成膜することも可能である。
ただし、膜厚を１ｃｍ程度に形成する場合、溶射を連続
して１ｃｍまで成膜したのではアーク溶射といっても熱
による内部応力の影響が大きくなるので、このように厚
く成膜するときは、例えば厚さ２ｍｍごとに一旦被膜３
を冷却してから再度溶射を開始するといった溶射と冷却
とを繰り返して成膜するのが好ましい。

【００１７】図１（ｂ）は、準成形体４から基材１を除
去する工程を示している。図１（ｂ）に示すように、容
器１０にはアルカリ性の溶液１１（例えばＮａＯＨ）が
入っており、これに準成形体４を浸漬する。その結果、
基材１はアルミニウム系合金であるから溶液１１により
溶解し、準成形体４から除去される。なお、浸漬時間や
溶液１１の種類，濃度，温度は、基材１の溶解に必要な
所定の値にそれぞれ設定され、基材１の材質に応じて任
意に設定される。ただし、溶液１１は、被膜３に影響
（溶解等）を与えないものが用いられるのは勿論であ
る。

【００１８】図１（ｃ）は、基材１が除去された状態す
なわち被膜３が残った状態で、最終製品とするための後
処理１２を施して成形品１３を得る工程を示している。
ただし、被膜３に後処理１２を施すか否かは任意であ
る。後処理１２としては、切削，研磨など最終製品の使
用目的により相違するが、例えばマスキング材として用
いるものであれば必ずしも後処理を要しない。

【００１９】すなわち、マスキング材は、溶射領域と非
溶射領域とを区画するものであり、被膜３の外縁形状が
基材１の除去段階で適切に形成されていれば機能上後処
理１２の必要はないからである。ただし、外縁形状が複
雑な場合や外縁形状をより高精度に形成したい場合など
では、適宜被膜３を切削，研磨して所望の外縁形状を形
成してもよい。

【００２０】なお、成形品１３として所望のものが所定
寸法の板材であるときは、所定寸法たとえば所定の縦横
寸法及び板厚に合わせるようにサイジングする。また、
基材１に付着していた面は、基材１の表面形状が転写さ
れるため、ある程度の平滑面を得ることができるが、溶
射された面は粗い状態となっている。従って、かかる溶
射面が所望の平滑面になるように表面を研磨してもよ
い。

【００２１】このような手順により成形品１３を得るこ
とができ、マスキング材のような短時間かつ低コストで
製造することを必要とするものに対応できる。なお、前
記実施の形態において示した各構成部材の諸形状や組み
合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない
範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、前記実施形態では基材１を溶液１１で溶解する
ことにより準成形体４から基材１を除去しているが、こ
れに代えて、準成形体４から基材１を引き剥がすこと
（または準成形体４から被膜３を引き剥がすこと）によ
り被膜３から基材１を除去してもよい。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１及び請求
項２のアーク溶射成形品及びその製造方法では、アーク
溶射を施した基材を除去することにより、アーク溶射に
より形成された成膜部分が残り、これを成形品とするも
のであるから、基材の表面に所望の形状を形成しておく
ことで成形品の表面に基材表面形状が転写され、容易か
つ短時間で成形品の製造が可能であり、製造コストを低
減することができる。また、請求項３のアーク溶射成形
品の製造方法では、基材を溶解させて除去するため、基
材の除去を容易かつ確実に行うことができ、さらには基
材除去時における成形品への影響（変形や破損等）を小
さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るアーク溶射成形品及びその製造
方法の実施形態であって、（ａ）は溶射時、（ｂ）は基
材除去時、（ｃ）は後処理時を示している。

【図２】 アーク溶射ガンの要部の概要を説明する断面
図である。

【符号の説明】

１ 基材 ２ アーク溶射ガン ３ 被膜 ４ 準成形体 １０ 容器 １１ 溶液 １３ 成形品

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アーク溶射により基材の表面に被膜が形
   成された準成形体から、前記基材を除去することにより
   設けられることを特徴とするアーク溶射成形品。
2. 【請求項２】 アーク溶射により基材の表面に被膜を形
   成して準成形体を作製する工程と、前記準成形体から前
   記基材を除去する工程とを有することを特徴とするアー
   ク溶射成形品の製造方法。
3. 【請求項３】 前記準成形体から前記基材を溶解させて
   該基材を除去することを特徴とする請求項２記載のアー
   ク溶射成形品の製造方法。