JP2005060842A - グラファイトディスクまたはグラファイトブロックの金属コーティング法ならびに当該金属コートされたグラファイトディスクまたはグラファイトブロック - Google Patents
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Abstract
【課題】 グラファイト層と高金属含有層との間の境界層を除いてグラファイトディスクないしグラファイトブロック材料と高金属含有層材料との良好な材料分離を保証すると同時に高金属含有層をグラファイト層に確実に被着させかつ本製造方法の実施時の環境負荷を低く抑制することを実現するグラファイトディスクまたはグラファイトブロックの金属コーティング法を創作する。
【解決手段】 特に銅およびスズから成るグループの少なくとも１種類の金属によるグラファイトディスクまたはグラファイトブロック特に電機炭素ブラシの金属コーティングは高金属含有層がグラファイトディスクに確実に固着するようにして環境を損なわないように実施される。このため金属はグラファイトディスクまたはグラファイトブロックの表面に溶射によってコーティングされる。
【解決手段】 特に銅およびスズから成るグループの少なくとも１種類の金属によるグラファイトディスクまたはグラファイトブロック特に電機炭素ブラシの金属コーティングは高金属含有層がグラファイトディスクに確実に固着するようにして環境を損なわないように実施される。このため金属はグラファイトディスクまたはグラファイトブロックの表面に溶射によってコーティングされる。
Description
本発明は請求項１の上位概念に記載の、グラファイトディスクまたはグラファイトブロック特に電機炭素ブラシの金属コーティング法に関する。
したがって本発明は特に電機炭素ブラシ用の金属コートされたグラファイトディスクまたは同様にコートされたグラファイトブロックにも関する。グラファイトディスクないしグラファイトブロックを金属基材と結合させて導電性ないし伝熱性を向上させることは頻繁に要望されている。この種の結合または固着は従来の技術によれば通例半田付けによって行われる。しかしながら、グラファイト材に半田を定着させるためにはグラファイト表面にコスト高な前処理が施されなければならない。
前記技法を改善するため、金属基材と容易かつ確実に半田接着可能な金属層をグラファイトディスクまたはグラファイトブロックに被着することはすでに知られている。
前記目的のため、硬化可能な熱硬化性プラスチックまたは熱可塑性プラスチックを結合剤として含む高グラファイト含有材料のいわゆる圧粉体を高金属含有層と圧着させることが知られている（特許文献１参照）。通例、高金属含有層が金属基材下に被着されている圧粉体がこの金属基材とともに焼結される。これによって固体中の熱硬化性プラスチック成分が硬化しあるいは熱可塑性プラスチックが粘結し、こうして機械的抵抗力を有する緊結した固体が、従来のはんだ付けなしで、融着によって金属基材と緊密に結合する。
製造を簡易化するには前記方法の変法が特に好適であり、該変法において、固体は、金属基材なしで、高金属含有材料層と共に成形、焼結されている。この方法によれば、高グラファイト含有材料中の結合剤としての熱可塑性プラスチックが焼結時に粘結し、あるいは高グラファイト含有材料中の熱硬化性プラスチックが硬化し、こうして、金属基材なしの、機械的抵抗力を有する形状の安定した圧粉体が形成される。この場合、高金属含有材料は基本的に銅および／または亜鉛を含有しているが、純金属あるいはこれらの金属の合金も使用することが可能である。亜鉛のほかに、アンチモン、銀およびビスマスの添加も好適である。
前記方法によれば良好な結果を達成することができるとはいえ、高金属含有材料層をグラファイト粒子層上に被着する際に相当量の金属成分ないし金属粒子がグラファイト粒子と混じり合う結果、焼結された圧粉体の特性に不適な影響がもたらされることとなり、これを回避するために必要とされる費用は長期的に見てかなりの額となる。
またさらに、グラファイトディスクまたはグラファイトブロックをはんだ付け可能とするため、これらの素材に銅またはスズの電気化学めっきを施すことも知られている。ただしこの場合には、高金属含有層がグラファイトに固着しないという危険が除去されなければならず、それゆえ電気化学めっき法は相対的にコスト高である。これに加えてさらに、この方法を環境に適合したものとするため、特に、環境中に放出される浴液を前以て中和することを含む諸対策が必要である。
ドイツ特許第１９８ ５６ ５０３号公報明細書
そこで本発明の目的は、公知の方法の短所を回避し、グラファイト層と高金属含有層との間の境界層を除いてグラファイトディスクないしグラファイトブロック材料と高金属含有層材料との良好な材料分離を保証すると同時に高金属含有層をグラファイト層に確実に被着させかつ本製造方法の実施時の環境負荷を低く抑制することを実現するグラファイトディスクまたはグラファイトブロックの金属コーティング法を創作することである。
前記課題は請求項１に記載の方法によって解決される。
当該金属コートされたグラファイトディスクまたは同様にコートされたグラファイトブロックは請求項８に記載の特徴によって卓越している。
本発明による方法において、高金属含有層には特に銅およびスズを使用することができ、またこれらの合金を使用することも可能である。グラファイトディスクまたはグラファイトブロックに溶射された金属層はこれらの素材に固着し、したがってこうしたグラファイトディスクまたはグラファイトブロックは問題なく半田接着が可能である。
この点で、金属をプラズマ溶射によってグラファイトディスクまたはグラファイトブロックに吹付けるのが特に好適であることが判明した。
この種のプラズマ溶射は特にプロテーゼ材料を製造するための医療技術において、特に、一般にセラミックスに属するプロテーゼ材料にチタンを溶射するために知られている（ HYPERLINK "http://www.medicoat.ch/deutsch/plasmaspritzen.html" ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｅｄｉｃｏａｔ．ｃｈ／ｄｅｕｔｓｃｈ／ｐｌａｓｍａｓｐｒｉｔｚｅｎ．ｈｔｍｌ）。
グラファイトディスクまたはグラファイトブロックを金属コートするためのプラズマ溶射法としては大気圧下プラズマ溶射も泡封入のない特に密な金属コーティングを実現するために真空プラズマ溶射も共に適している。
一般にプラズマ溶射は、棒状の陰極とノズルとして成形された陽極との間にアークが点弧され、このアークが中空陽極中に流入するプラズマガスを加熱、励起、解離、イオン化するようにして実施される。本例において粉末状の金属溶射材はプラズマ噴流に陽極外で供給することができるが、陽極内でも供給することが可能であり、その際、粒子はプラズマ噴流中で加熱、溶融されて、グラファイトディスクまたはグラファイトブロックの形の被溶射材に向けて加速され、これらの被溶射材上に層を成して堆積する。層形成に際しては溶射層に特有の層状組織が生ずる。
グラファイトディスクないしグラファイトブロックの表面に溶射された金属層の被着性を向上させるため、これら素材の表面は請求項７に記載のようにコランダムでのサンドブラスチングによって前以て粗面化される。この対策は別法として使用される他の溶射法にも好適な効果をもたらす。
グラファイトディスクないしグラファイトブロックへの金属吹付けのための別途溶射法としてはフレーム溶射、特に溶線式フレーム溶射を使用することができる。この場合、フレーム溶射される金属はフレーム中であるいは電気ヒータによって溶融され、圧縮ガスまたは保護ガスによって噴霧され、グラファイトディスクないしグラファイトブロック上に吹き付けられて層を形成する。
さらなる別法として、アークによる単一の金属または複数の金属の溶融と、コーティングさるべき素材表面に溶融粒子を供給するガス流による噴霧とによって金属コートを生成することも可能である。
前記請求項に基づいて好適に製造された、金属コートが溶射層から成る、金属コートされたグラファイトディスクまたは同様にコートされたグラファイトブロックは請求項８〜１５に記載されている。このコーティング法の重要な利点もまた、好ましくは粗面化されたグラファイトディスクまたはグラファイトブロックの表面への金属層の確実な固着、グラファイトディスクまたはグラファイトブロックの母材と金属層との間の良好な材料分離、ならびに製造上から見て好適であると共に環境保護の点からしても好適な製造方法が同時に実現されることである。
Claims (15)
- グラファイトディスクまたはグラファイトブロック特に電機の炭素ブラシを銅およびスズから成るグループの少なくとも１種類の金属で金属コーティングする方法において、
前記金属は前記のグラファイトディスクまたはグラファイトブロックの表面に溶射されることを特徴とする方法。 - 前記金属はプラズマ溶射によって吹き付けられることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記金属は真空プラズマ溶射によって吹き付けられることを特徴とする請求項２記載の方法。
- 前記金属はフレーム溶射によって吹き付けられることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記金属は溶線式フレーム溶射によって吹き付けられることを特徴とする請求項４記載の方法。
- 前記金属はアーク溶射によって吹き付けられることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記のグラファイトディスクないしグラファイトブロックの表面は前記金属層が吹き付けられる前にコランダムによるサンドブラスチングによって粗面化されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
- 金属層は基本的に銅および／またはスズから成り、該金属層は溶射層であることを特徴とする、特に電機炭素ブラシ用の金属コートされたグラファイトディスクまたは同様にコートされたグラファイトブロック。
- 前記金属層はプラズマ溶射によって吹き付けられた層であることを特徴とする請求項８記載の金属コートされたグラファイトディスクまたは同様にコートされたグラファイトブロック。
- 前記金属層は真空プラズマ溶射によって被着された層であることを特徴とする請求項９記載の金属コートされたグラファイトディスクまたは同様にコートされたグラファイトブロック。
- 前記金属層はフレーム溶射によって吹き付けられた層であることを特徴とする請求項８記載の金属コートされたグラファイトディスクまたは同様にコートされたグラファイトブロック。
- 前記金属層は溶線式フレーム溶射によって吹き付けられた層であることを特徴とする請求項１１記載の金属コートされたグラファイトディスクまたは同様にコートされたグラファイトブロック。
- 前記金属層はアーク溶射によって吹き付けられた層であることを特徴とする請求項８記載の金属コートされたグラファイトディスクまたは同様にコートされたグラファイトブロック。
- 前記金属層は前記のグラファイトディスクないしグラファイトブロックの粗面化された表面に吹き付けられていることを特徴とする請求項８〜１３の何れかに記載の金属コートされたグラファイトディスクまたは同様にコートされたグラファイトブロック。
- 前記金属層は層状組織を有することを特徴とする金属コートされた請求項８〜１４の何れかに記載のグラファイトディスクまたは同様にコートされたグラファイトブロック。
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