JP2002167679A - セラミック基材表面の溶射皮膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】温度サイクルに繰り返し曝されると、銅合金や
ステンレススチールから成る溶射層とセラミック基材と
の接合強度が弱くなり、溶射層がセラミック基材から容
易に剥離するという問題があった。 【解決手段】セラミック基材１表面に厚み12〜25μｍの
モリブデン−マンガン合金から成るメタライズ層２と、
ニッケルから成るめっき層３と、ニッケル−アルミニウ
ム合金からなる第１溶射層４と、銅合金またはステンレ
ススチールから成る第２溶射層５とが順次被着されて成
る溶射皮膜である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック基材の
表面にメタライズ層を介して溶射法による金属層を被着
させて成るセラミックス器材表面の溶射皮膜に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】アルミナセラミックスから成るセラミッ
ク基材は、剛性に優れ、軽量かつ低熱膨張性である等、
構造材料としての優れた特性を有していることから、例
えば半導体製造装置等に使用される精密部材への適用が
試みられている。

【０００３】しかしながら、セラミック基材は一般に焼
成時に不均一な焼成収縮を伴うことから、その寸法ばら
つきが大きいという問題点を有している。

【０００４】この問題点を解決するために、セラミック
基材を研削加工等により精密加工して所定寸法の精密部
材を得ることも考えられるが、セラミック基材は、極め
て固いことから、加工に長時間を要するとともに加工工
具の摩耗も著しいため加工の効率が極めて悪いものとな
ってしまう。また、セラミック基材は脆い性質を有して
いることから、加工時に精密部材に欠けやクラック、割
れ等が発生し易い。

【０００５】そこで、アルミナセラミックス等のセラミ
ック基材の表面に、例えば銅合金やステンレススチール
から成る金属層を溶射技術により被着させ、この銅合金
やステンレススチールから成る溶射皮膜を研削加工等に
より精密に加工することにより、セラミック基材を主体
とした所定寸法の精密部材を得る方法が特開2000−7473
号において提案されている。

【０００６】この従来技術について図１にて説明する。
図１は、セラミック基材１の表面上に2000μｍ以上の金
属の溶射皮膜であり、厚みが5〜25μｍのモリブデン−
マンガン合金から成るメタライズ層２と、ニッケルから
成るめっき層３と、ニッケル−アルミニウム合金から成
る第１溶射層４と、銅合金またはステンレススチールか
ら成る第２溶射層５とが順次被着されて成り、セラミッ
ク基材１の熱応力を緩和することで各界面を密着させ
る、セラミック基材表面の溶射皮膜である。

【０００７】ここで、溶射技術を簡単に説明する。金
属、セラミックス、プラスチック等の材料をプラズマ、
ガス燃焼熱、アーク熱、レーザ加熱、誘導加熱等の方法
により、高温で溶融し、空気圧や急激な温度変化による
大気の体積膨張で生じる圧力を利用して、溶滴として母
材に吹き付け溶射材料を被着する方法である。

【０００８】溶射の製膜メカニズムは、上述した溶滴が
母材に衝突し偏平化し、瞬間的に溶滴から母材に熱が移
動して溶滴が固まる際に熱収縮を引き起こし、母材表面
の凹凸に食い込みアンカー効果で接合するものである。
そのような溶滴の粒子が次から次へと積み重なり、上述
した衝突、変形、熱移動を繰り返して被着される。この
溶射技術を利用して、金属の溶射皮膜をセラミック基材
表面にモリブデン−マンガン合金から成るメタライズ層
を介して被着させる方法が特開2000−7473号に記載され
ている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術においては以下のような問題があった。例え
ば、温度サイクルの繰り返しの熱応力により劣化し易
い、筒状のセラミック基材の内面などに、金属の溶射皮
膜を被着する場合において、−40〜80℃の温度サイクル
が繰り返し加わる使用環境では、溶射皮膜の線膨張係数
とセラミック基材の線膨張係数の違いにより各層の界面
密着強度のバラツキにより、セラミック基材表面で溶射
皮膜が界面剥離を起こすといった問題点を有していた。

【００１０】それは、各種の異種部材を高温処理で被着
させる溶射技術による金属の溶射皮膜の場合、熱膨張係
数の差による内部残留応力が筒状のセラミック基材内面
の各層の界面部に引っ張り応力が残存していると考えら
れ、内部残留応力を有するセラミック基材表面の溶射皮
膜に温度サイクルの熱応力が加わると、セラミック基材
表面より容易に界面剥離を起こすからであると推測でき
る。

【００１１】例えば、アルミナセラミックス等のセラミ
ック基材１の熱膨張係数は約7.5×10^{‐ 6}／℃（室温〜80
0℃）で、セラミック基材１の表面に被着されたモリブ
デン−マンガン合金から成るメタライズ層２は約7.5×1
0^{‐ 6}／℃（室温〜800℃）で、ニッケルから成るめっき
層３は約13ラ10^{‐ 6}／℃（室温〜800℃）で、ニッケル−
アルミニウム合金から成る第１溶射層４は約15ラ10^{‐ 6}〜
18ラ10^{‐ 6}／℃（室温〜800℃）で、銅合金やステンレス
スチールから成る第２溶射層５は約15ラ10^{‐ 6}〜20ラ10^{‐ 6}
／℃（室温〜800℃）と相違している。

【００１２】従って、それぞれの層には、各種の異種部
材を高温処理の溶射技術で金属膜を被着した際の熱膨張
係数差に起因する大きな応力が発生する。この大きな熱
膨張係数差による残留応力は、筒状のセラミック基材内
面において、線膨張係数差の最も大きい、モリブデン
（Ｍｏ）−マンガン（Ｍｎ）から成るメタライズ層とニ
ッケルから成るめっき層との間の界面で、外部からの温
度サイクルに基く熱応力が加わると、この層間の界面で
剥離を起こすおそれがある。

【００１３】そこで、本発明は、例えば筒状のセラミッ
ク基材１内面の表面と溶射皮膜の密着強度向上に着目し
て、密着強度の一番弱い界面である、めっき層３とセラ
ミック基材１表面との間にあるモリブデン−マンガン合
金から成るメタライズ層２について改良を施し、より強
固なメタライズ層２とすることで、セラミック基材１表
面の密着強度を顕著に向上させ、外部から加えられる温
度サイクルに基く熱応力による界面剥離を防止するもの
である。

【００１４】従って、本発明は従来技術における問題点
に鑑みてなされたものであり、その目的は、セラミック
基材１の表面により強固で密着強度の安定したモリブデ
ン−マンガン合金から成るメタライズ層を被着させ、そ
の結果外部から加えられる温度サイクルに基く熱応力に
よる界面剥離の発生を抑制し、例えば筒状のセラミック
基材内面の表面に、容易に剥離等を起こさない安定した
溶射皮膜を被着することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明のセラミック基材
表面の溶射皮膜は、セラミック基材の表面に、厚み12〜
25μｍのモリブデン−マンガンから成るメタライズ層
と、ニッケルから成るめっき層と、ニッケル−アルミニ
ウム合金から成る第１溶射層と、銅合金またはステンレ
ススチールから成る第２溶射層とが順次被着されて成る
ことを特徴とする。

【００１６】本発明は、上記の構成により、−40〜80℃
の温度サイクルといった熱応力によりセラミック基材表
面から容易に界面剥離を起こさない安定した溶射皮膜を
形成できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明のセラミック基材表面の溶
射皮膜について以下に詳細に説明する。図２は、本発明
のセラミック基材表面の金属の溶射皮膜について一実施
形態を示す部分拡大断面図であり、１はセラミック基
材、２はモリブデン−マンガン合金から成るメタライズ
層、３はニッケルから成るめっき層、４はニッケル−ア
ルミニウム合金から成る第１溶射層、５は銅合金または
ステンレススチールから成る第２溶射層である。なお、
モリブデン−マンガン合金から成るメタライズ層２は、
モリブデンおよびマンガンを主成分とするものであり、
他の成分を少量含んでいてもよい。同様に、ニッケル−
アルミニウム合金から成る第１溶射層４は、ニッケルお
よびアルミニウムを主成分とするものであり、他の成分
を少量含んでいてもよい。

【００１８】セラミック基材１は、たとえばアルミナ
（Ａｌ₂Ｏ₃）セラミックス等からなり、アルミナ，シリ
カ，マグネシア，カルシア等の原料粉末に適当な有機バ
インダ，溶剤等を添加混合するとともに、これを例えば
従来周知のプレス成形法により所定形状の生セラミック
成形体とし、この生セラミック成形体を約1600℃の高温
で焼成することによって製作される。

【００１９】そして、セラミック基材１の表面にはメタ
ライズ層２が被着される。メタライズ層２は、モリブデ
ン粉末とマンガン粉末と若干のシリカを含有する金属ペ
ーストを、セラミック基材の表面に塗布するとともにこ
れを高温で焼成することによって、セラミック基材表面
に焼き付け被着されるものである。

【００２０】この場合、モリブデン−マンガン合金中の
マンガンおよびシリカ成分がセラミックス中の例えばア
ルミナ質焼結体と化合し、セラミック基材１の表面とメ
タライズ層２との界面にアルミナとマンガンとガラスの
複合酸化物を形成することで強固に被着するものと考え
られる。

【００２１】このメタライズ層２は、銅合金またはステ
ンレススチールからなる第２溶射層５を、ニッケルから
成るめっき層３およびニッケル−アルミニウム合金から
成る第１溶射層４を介してセラミック基材１に接合させ
るための下地金属皮膜として機能し、またメタライズ層
２はセラミック基材１に強固に被着する。また、メタラ
イズ層２の表面にはニッケルからなるめっき層３が強固
に被着される。そして、メタライズ層２の熱膨張係数は
約7.5×10^{‐ 6}／℃（室温〜800℃）である。

【００２２】この場合、メタライズ層２は熱膨張係数が
約7.5×10^{‐ 6}／℃（室温〜800℃）であり、セラミック
基材１の熱膨張係数に近似することから、従来セラミッ
ク基材１とメタライズ層２との間に大きな熱応力が発生
することはないとされ、セラミック基材１表面の溶射皮
膜に例えば−40〜80℃の温度サイクルが繰り返し加わっ
ても、メタライズ層２とセラミック基材１との結合力が
低下することはないとされていた。

【００２３】しかし、メタライズ層２は厚みが5μｍ未
満の場合には上述した複合酸化物層の形成が起こり難く
くなる。これは、厚みが薄いと接合面積当たりのマンガ
ンおよびシリカの量が少ない傾向にあるからだ考えられ
る。

【００２４】一方、メタライズ層２の厚みが5μｍを超
えると、マンガンおよびシリカの量が多くかつ安定した
複合酸化物層が形成され始め、厚み12μｍで、マンガン
およびシリカの量が多くかつ安定した複合酸化物層の形
成が充分となり、このような複合酸化物層により密着強
度が向上する傾向にある。

【００２５】これは、セラミック基材１の例えばアルミ
ナと複合酸化物を形成できるマンガンおよびシリカの量
は、モリブデン−マンガン合金から成るメタライズ層２
を焼き付ける時間に依存しており、焼き付ける時間を一
定として、メタライズ層２の厚みが適切な厚みに達する
と、反応に寄与しないマンガンおよびシリカはメタライ
ズ層２の内部に残留する傾向にあるからだと考えられ
る。

【００２６】また、メタライズ層２の厚みが25μｍを超
えると、セラミック基材１表面に溶射皮膜を形成した後
にメタライズ層２の中に割れが発生する危険が大きいも
のとなる。

【００２７】これは、反応に寄与しないマンガンおよび
シリカが、メタライズ層２の強度を低下させる傾向にあ
るからだと考えられるが、実際には溶射皮膜形成後セラ
ミック基材１とメタライズ層２の界面がクラック等によ
り割れる傾向にある。従って、セラミック基材１の表面
に被着されたメタライズ層２は、その厚みを12〜25μｍ
の範囲とすると、その被着強度が最も大きくかつ安定し
たものとなるため、本発明ではメタライズ層２の厚みを
12〜25μｍの範囲とする。

【００２８】メタライズ層２の表面には、ニッケルから
成るめっき層３が従来周知の電解めっき法や無電解めっ
き法等により被着されている。このめっき層３は、メタ
ライズ層２にニッケル−アルミニウム合金から成る第１
溶射層４を被着させるための下地金属皮膜として機能
し、まためっき層３はメタライズ層２に強固に被着す
る。そして、めっき層３の熱膨張係数は約13ラ10^{‐ 6}／℃
（室温〜800℃）である。

【００２９】この場合、めっき層３は熱膨張係数が約13
ラ10^{‐ 6}／℃（室温〜800℃）であり、メタライズ層２の
熱膨張係数とニッケル−アルミニウム合金から成る第１
溶射層４の熱膨張係数との中間の熱膨張係数を有してい
る。従って、めっき層３は、メタライズ層２と第１溶射
層４との間に両者の熱膨張係数の相違に起因して発生す
る熱応力を良好に吸収緩和することができる。

【００３０】また、めっき層３は、第１溶射層４との接
合をいわゆるアンカー効果により強固とするために、例
えばショットブラスト法によりその表面が算術平均粗さ
Ｒａで約0.5〜3μｍとなるように粗面化されているのが
よい。Ｒａが0.5μｍ未満の場合、第１溶射層４をアン
カー効果により強固に被着させることが困難となり、Ｒ
ａが3μｍを超えると、下地のメタライズ層２が露出し
やすく、そのため第１溶射層４を強固に被着させること
ができなくなる場合がある。

【００３１】なお、めっき層３は厚みが0.5μｍ未満で
あると、めっき層３上にニッケル−アルミニウム合金か
ら成る第１溶射層４を強固に被着させることが困難とな
り、厚みが15μｍを超えると、めっき層３を形成する際
にめっき層３に発生する応力が大きなものとなり、メッ
キ層３をメタライズ層２に強固に被着させることが困難
となる。従って、めっき層３は厚みを0.5〜15μｍの範
囲としておくことが好ましい。

【００３２】めっき層３の表面には、ニッケル−アルミ
ニウム合金から成る第１溶射層４が被着される。第１溶
射層４は、めっき層３に銅合金やステンレススチールか
ら成る第２溶射層５を被着させるための下地金属皮膜と
して機能し、また第１溶射層４はめっき層３に強固に被
着する。また、その表面に銅合金やステンレススチール
から成る第２溶射層５が強固に被着される。そして、第
１溶射層４の熱膨張係数は約15ラ10^{‐ 6}〜18ラ10^{‐ 6}／℃
（室温〜800℃）である。

【００３３】この場合、第１溶射層４は熱膨張係数が約
15ラ10^{‐ 6}〜18ラ10^{‐ 6}／℃（室温〜800℃）であり、銅合
金やステンレススチールから成る第２溶射層５の熱膨張
係数に近似することから、第２溶射層５との間に大きな
熱応力が発生することはない。従って、本発明のセラミ
ックス表面の溶射皮膜が例えば−40〜80℃の温度サイク
ルに繰り返し曝されたとしても、第１溶射層４と第２溶
射層５との接合力が劣化することはない。

【００３４】なお、第１溶射層４は厚みが5μｍ未満で
あるとめっき層３に強固に接合することが困難となり、
厚みが1500μｍを超えると、第１溶射層４を形成する際
に第１溶射層４内に発生する応力が大きなものとなり、
めっき層３に強固に被着させることが困難となる。従っ
て、第１溶射層４は厚みを5〜1500μｍの範囲とするこ
とが好ましい。

【００３５】さらに、第１溶射層４は、ニッケルの含有
率が８０重量％未満でアルミニウムの含有率が20重量％
を超えると、あるいはニッケルの含有率が95重量％を超
えアルミニウムの含有率が5重量％未満であると、この
第１溶射層４をめっき層３に強固に被着させることが困
難となる。従って、第１溶射層４は、ニッケルの含有率
が80〜95重量％で、アルミニウムの含有率が5〜20重量
％の範囲であることが好ましい。

【００３６】また、第１溶射層４の表面には、銅合金や
ステンレススチールから成る第２溶射層５が0.5〜2000
μｍの厚みに被着されている。第２溶射層５は、表面に
溶射皮膜が被着されたセラミック基材１を高精度の寸法
を有する部材となすための被加工層として機能し、第２
溶射層５を例えば研削加工することにより所定寸法の部
材を容易に得ることができる。

【００３７】なお、第２溶射層５は厚みが0.5μｍ未満
では研削により所定寸法に加工するのが困難となり、厚
みが2000μｍを超えると第２溶射層５を形成する際に第
２溶射層５内に発生する応力が大きなものとなり、第２
溶射層５を第１溶射層４に強固に被着させることが困難
となる。従って、第１溶射層５は厚みを0.5〜2000μｍ
の範囲とすることが好ましい。

【００３８】この第２溶射層５は熱膨張係数が15ラ10^{‐ 6}
〜20ラ10^{‐ 6}／℃程度であり、セラミック基材１の熱膨張
係数7×10^-6／℃（室温〜800℃）と大きく異なる。しか
しながら、セラミック基材１と第２溶射層５との間に
は、セラミック基材１側から熱膨張係数が７．５×10^‐
6／℃（室温〜800℃）の強固で密着強度的に安定した厚
み12〜25μｍのメタライズ層２、熱膨張係数が13ラ10^{‐ 6}
／℃（室温〜800℃）のめっき層３、熱膨張係数が15ラ10
^{‐ 6}〜18ラ10^{‐ 6}／℃（室温〜800℃）の第１溶射層４が順
次被着されていることから、本発明の溶射皮膜を例えば
−40〜80℃の温度サイクルに繰り返し曝したとしても、
セラミック基材１と第２溶射層５との間に両者の熱膨張
係数の相違により発生する熱応力は、メタライズ層２、
めっき層３、第１溶射層４により良好に吸収緩和され
る。その結果、第２溶射層５がセラミック基材１から容
易に剥離するようなことはない。

【００３９】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において
種々の変更を行うことは何等差し支えない。

【００４０】

【実施例】本発明の実施例について以下に説明する。

【００４１】（実施例１）純度99％アルミナ質焼結体か
ら成る、直径40ｍｍ×長さ40ｍｍのセラミック円柱を多
数準備した。なお、セラミックス円柱表面の溶射皮膜の
層構成は図２と同様である。

【００４２】セラミック円柱の片方の端面に、モリブデ
ン（Ｍｏ）とマンガン（Ｍｎ）とシリカとをそれぞれ89
重量％、６重量％、５重量％の割合で含有する金属ペー
ストを、厚みが6.25〜31.25μｍとなるように印刷塗布
し、これを乾燥させた後、加湿したフォーミングガス中
で1400℃の温度で焼成した。これにより、セラミックス
円柱の片方の端面に、種々の厚みのモリブデン−マンガ
ン合金から成るメタライズ層２を被着させた。

【００４３】次に、メタライズ層２上にニッケル（Ｎ
ｉ）から成るめっき層３を電解めっき法により3μｍの
厚みで被着させた後、めっき層３の表面に170〜340μｍ
のアルミナボールを49ＭＰａ（メガパスカル）の圧力で
噴射することにより、めっき層３の表面を算術平均粗さ
Ｒａが約1.5μｍ程度になるように粗面化した。

【００４４】次に、めっき層３の表面に95重量％Ｎｉ−
5重量％Ａｌの第１溶射層４を、アーク溶射法を採用し
て、溶射ガン電流30Ａ、電圧150Ｖ、吐出圧力49ＭＰａ
で50μｍの厚みに被着させた。

【００４５】次に、第１溶射層４上に、59重量％Ｃｕ−
38重量％Ｚｎ−3重量％Ｐｄの銅合金または74重量％Ｆ
ｅ−18重量％Ｃｒ−8重量％Ｎｉのステンレススチール
から成る第２溶射層５を、フレームワイヤ溶射法を採用
して、溶射ガン電流30Ａ、電圧150Ｖ、吐出圧力49ＭＰ
ａで200μｍの厚みに被着させて、本発明の溶射皮膜の
試料とした。

【００４６】これらを、ＪＩＳ Ｈ8664に規定の付着力
試験に準じて、59重量％Ｃｕ−38重量％Ｚｎ−3重量％
Ｐｄの銅合金または74重量％Ｆｅ−18重量％Ｃｒ−８重
量％Ｎｉのステンレススチールから成る第２の溶射層５
のセラミック基材１に対する密着強度を測定した。その
結果を表１に示す。

【００４７】

【表１】

【００４８】表１より、メタライズ層２の厚みが5〜11
μｍの試料番号１〜５では、第２溶射層５が59重量％Ｃ
ｕ−38重量％Ｚｎ−３重量％Ｐｄ（59Ｃｕ−38Ｚｎ−３
Ｐｄ）の銅合金の場合、10.976〜13.23ＭＰａと密着強
度はメタライズ層２の厚みと比例して徐々に大きくなっ
た。また、第２溶射層５が74重量％Ｆｅ−18重量％Ｃｒ
−8重量％Ｎｉ（74Ｆｅ−18Ｃｒ−8Ｎｉ）のステンレス
スチールの場合、9.8000〜12.936ＭＰａとなり、銅合金
と同様に密着強度はメタライズ層２の厚みに比例して徐
々に大きくなることがわかった。

【００４９】メタライズ層２の厚みが12〜25μｍである
試料番号６〜１４では、第２溶射層５が59Ｃｕ−38Ｚｎ
−３Ｐｄの銅合金の場合、14.210〜15.288ＭＰａとな
り、密着強度はメタライズ層２の厚みとは相関のないほ
ぼ均一な値で最大値となった。これは、第２溶射層５が
74Ｆｅ−18Ｃｒ−8Ｎｉのステンレススチールの場合も
同様であり、14.504〜15.386ＭＰａとメタライズ層２の
厚みとは相関のないほぼ均一な値で最大値となった。

【００５０】そして、図３にメタライズ層２の厚みに関
する第２溶射層５の密着強度のグラフ化したデータを示
す。

【００５１】メタライズ層２の厚み5μｍと12〜25μｍ
とで密着強度を比較すると、59Ｃｕ−38Ｚｎ−３Ｐｄの
銅合金の場合は、厚みが12〜25μｍの方が５μｍよりも
約1.37倍と密着強度が増大しており、74Ｆｅ−18Ｃｒ−
8Ｎｉのステンレススチールの場合も、厚みが12〜25μ
ｍの方が５μｍよりも約1.56倍と密着強度が増大した。

【００５２】なお、メタライズ層２の厚み12〜25μｍを
被着させた密着試験の際の剥離面は、第２溶射層５が59
Ｃｕ−38Ｚｎ−３Ｐｄの銅合金と74Ｆｅ−18Ｃｒ−8Ｎ
ｉのステンレススチールの両方場合で、第１溶射層４と
第２溶射層５層との間であった。

【００５３】また、メタライズ層２の厚みが25μｍを超
えると、セラミック基材１に割れおよびクラック等が発
生し測定が不可能となった。

【００５４】（実施例２）外径300ｍｍ、内径270ｍｍ、
高さ25ｍｍの円筒状であり、純度99％アルミナ質焼結体
から成るセラミック基材１を多数準備した。なお、セラ
ミックス基材１の内面に形成した溶射皮膜の層構成は図
２と同様である。

【００５５】このセラミック基材１の内面全面に、Ｍｏ
とＭｎとシリカとをそれぞれ89重量％、6重量％、5重量
％の割合で含有する金属ペーストを、厚みが6.25〜31.2
5μｍとなるように印刷塗布し、乾燥させた後、加湿し
たフォーミングガス中で1400℃の温度で焼成した。これ
により、セラミック基材１表面に種々の厚みのメタライ
ズ層２を被着させた。

【００５６】次に、メタライズ層２上にＮｉから成るめ
っき層３を電解めっき法により3μｍの厚みに被着させ
た後、めっき層３の表面に170〜340μｍのアルミナボー
ルを４９ＭＰａの圧力で噴射することにより、めっき層
３の表面を算術平均粗さＲａが約1.5μｍ程度になるよ
うに粗面化した。

【００５７】次に、めっき層３の表面に95重量％Ｎｉ−
５重量％Ａｌの第１溶射層４を、アーク溶射法を採用し
て、溶射ガン電流30Ａ、電圧150Ｖ、吐出圧力49ＭＰａ
で50μｍの厚みに被着させた。

【００５８】次に、第１溶射層４上に、59Ｃｕ−38Ｚｎ
−3Ｐｄの銅合金または74Ｆｅ−18Ｃｒ−8Ｎｉのステン
レススチールから成る第２溶射層５を、フレームワイヤ
溶射法を採用して、溶射ガン電流30Ａ、電圧150Ｖ、吐
出圧力49ＭＰａで2000μｍの厚みに被着させて、本発明
の溶射皮膜の試料とした。

【００５９】これらについて、実施例１と同様に、ＪＩ
Ｓ Ｈ8664に規定の付着力試験に準じて、59Ｃｕ−38Ｚ
ｎ−3Ｐｄの銅合金または74Ｆｅ−18Ｃｒ−８Ｎｉのス
テンレススチールから成る第２の溶射層５のセラミック
基材１に対する密着強度を測定した。その結果を表2に
示す。

【００６０】

【表２】

【００６１】表２より、メタライズ層２の厚みが5μｍ
の試料番号１の場合、第2溶射層５が59Ｃｕ−38Ｚｎ−3
Ｐｄの銅合金である場合と74Ｆｅ−18Ｃｒ−8Ｎｉのス
テンレススチールである場合の両方で、第2溶射層５の
溶射中に1000〜1300μｍを被着させた時点でセラミック
基材１とメタライズ層２の界面で剥離が発生した。

【００６２】また、メタライズ層２の厚みが8μｍの試
料番号２の場合、第2溶射層５が59Ｃｕ−38Ｚｎ−3Ｐｄ
の銅合金である場合と74Ｆｅ−18Ｃｒ−8Ｎｉのステン
レススチールである場合の両方で、2000μｍを被着後、
−40〜80℃の温度サイクルに１０回曝した後に常温にて
検査をした際、セラミック基材１とメタライズ層２間で
剥離していた。

【００６３】また、メタライズ層２の厚みが９〜11μｍ
の試料番号３〜５の場合、第２溶射層５が59Ｃｕ−38Ｚ
ｎ−3Ｐｄの銅合金である場合と74Ｆｅ−18Ｃｒ−8Ｎｉ
のステンレススチールである場合の両方で、2000μｍ被
着後、−40〜80℃の温度サイクルに150サイクル曝した
後常温で検査をした際に、セラミック基材１とメタライ
ズ層２間で剥離していた。

【００６４】メタライズ層２の厚みが12〜25μｍの試料
番号６〜１４の場合、第2溶射層５が59Ｃｕ−38Ｚｎ−3
Ｐｄの銅合金である場合と74Ｆｅ−18Ｃｒ−8Ｎｉのス
テンレススチールである場合の両方で、2000μｍ被着
後、−40〜80℃の温度サイクルに300回曝しても剥離は
なかった。

【００６５】メタライズ層２の厚みが25μｍを超える試
料番号１５〜１７の場合、第2溶射層５が59Ｃｕ−38Ｚ
ｎ−3Ｐｄの銅合金である場合と74Ｆｅ−18Ｃｒ−8Ｎｉ
のステンレススチールである場合の両方で、2000μｍ被
着直後に、セラミック基材１に割れが発生したものと、
セラミック基材１とメタライズ層２との間が剥離したも
のがあった。

【００６６】なお、本発明は上記の実施例に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の
変更、改良を施すことは何ら差し支えない。

【００６７】

【発明の効果】本発明は、セラミック基材の表面に、厚
み12〜25μｍのモリブデン−マンガン合金から成るメタ
ライズ層と、ニッケルから成るめっき層と、ニッケル−
アルミニウム合金から成る第１溶射層と、銅合金または
ステンレススチールから成る第２溶射層とが順次被着さ
れて成ることにより、従来、例えば筒状のセラミック基
材の内面に溶射皮膜を形成した場合に、−40〜80℃の温
度サイクルが繰り返し加わって熱応力により容易に劣化
していたものが、溶射皮膜の各層の界面の剥離等が解消
され、信頼性の高い安定した特性のセラミック部品を提
供をすることが可能となった。

【００６８】また、重切削条件で加工しても剥離の起こ
らないセラミック基材表面の溶射皮膜を得ることがで
き、その結果金属溶射皮膜を形成したセラミック構造物
の形状、用途に多様性を付与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のセラミック基材表面の溶射皮膜の部分拡
大断面図である。

【図２】本発明のセラミック基材表面の溶射皮膜の一実
施形態を示す部分拡大断面図である。

【図３】メタライズ層の厚みに関する第２溶射層の密着
強度のグラフである。

【符号の説明】

１：セラミック基材 ２：モリブデン−マンガン合金から成るメタライズ層 ３：ニッケルから成るめっき層 ４：ニッケル−アルミニウム合金から成る第１溶射層 ５：銅合金またはステンレススチールから成る第２溶射
層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K031 AA01 AB03 AB08 BA05 CB08 CB22 CB26 CB35 DA03 FA04 4K044 AA13 AB03 BA02 BA06 BA10 BB05 BC05 BC11 CA11 CA18 CA53 CA62

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミック基材の表面に、厚み12〜25μｍ
   のモリブデン−マンガン合金から成るメタライズ層と、
   ニッケルから成るめっき層と、ニッケル−アルミニウム
   合金から成る第１溶射層と、銅合金またはステンレスス
   チールから成る第２溶射層とが順次被着されて成ること
   を特徴とするセラミック基材表面の溶射皮膜。