JP2005512774A

JP2005512774A - 非溶融ポリマーをスプレーコーティングする高速酸素燃料（ｈｖｏｆ）方法および装置

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Publication number: JP2005512774A
Application number: JP2003552448A
Authority: JP
Inventors: ミラーエドワード; ダブリュ．レイモンドアーノルド; オーヴェクリストフ
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 2001-12-14
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2005-05-12
Also published as: DE60219670D1; ES2284978T3; AU2002365102A1; EP1450965A2; CN100384543C; EP1450965B1; ATE359871T1; WO2003051528A2; DE60219670T2; CN1604822A; CA2470043A1; KR20040061034A; AU2002365102A8; WO2003051528A3; US20030209610A1

Abstract

基材を非溶融ポリマーでスプレーコートする方法および装置。この方法および装置は、高速酸素燃料スプレーガンを用いて基材に非溶融ポリマーをコートするものである。

Description

本発明は、非溶融ポリマーを用いた表面コーティング方法および装置に関する。特に、本発明は高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）を用いて非溶融ポリマーをスプレーコーティングするプロセスに関する。

相互参照
本出願は、２００１年１２月１４日出願の米国特許仮出願第６０／３４０，４２０号の遡及の特典を請求するものである。

本出願の仮出願と同時に仮出願され、ここに参考文献として組み込まれる特許出願第６０／３４０，１５５号明細書「非溶融ポリマーでスプレーコートされた物品」が相互参照される。

高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）プロセスは、金属およびセラミック材料をスプレーコートするのに従来から用いられてきた。スプレーコーティングプロセスでは、スプレーコートできるよう少なくとも部分的に溶融性または熱軟化性の材料が用いられてきた。例えば、ヴァイドマン（Ｗｅｉｄｍａｎ）による米国特許公報（特許文献１）には、例えば、熱可塑性化合物、熱可塑性／金属複合体または熱可塑性／セラミック複合体の溶融粉末組成物を基材にスプレーしてコーティングを形成するための高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）溶射ガンが開示されている。溶射ガンには、ＨＶＯＦガスストリームを流体冷却ノズルに与えるためのＨＶＯＦ火炎生成器が含まれている。ガスストリームの一部を粉末の予熱のために切り替えて、ノズル内の下流の位置で予熱した粉末を主たるガスストリームへと注入する。強制空気および真空源をノズルに外接するシュラウドに与えて、基材に付着させる前に飛翔溶融粉末を冷却する。

他の例として、ロトリコ（Ｒｏｔｏｌｉｃｏ）による米国特許公報（特許文献２）には、ノズル部材およびガスキャップを含む溶射ガンにより濃く粘着性のコーティングを作成する方法が開示されている。この特許には、熱式でスプレーされた軟化性の溶融成分と、熱安定性の易融性ではない成分を有する粉末粒子が開示されている。

ポリマーは性能を改善したり、多くの用途において鋼やアルミニウムのような従来の材料と代替することもできる。特に、様々な用途を大幅に増加させるポリマー材料の開発によって、これらのポリマーが使われる。これらのポリマー材料の一例を挙げると、「ポリスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリテトラフロウルエチレン（ＰＴＦＥ）およびポリイミドのような高性能ポリマー」の開発がある。これらの材料は、高温性能、耐化学性、靭性、耐摩耗性および向上した機械特性のような改善された性能を示す。

特に、ポリイミドは、摩耗、摩擦および高温適用において優れた特性を示す。この材料は、ギア、ベアリング、シール、ピストンリング等をはじめとする様々な工業用途における耐摩耗性コンポーネントに用いられてきた。しかしながら、ポリイミドが高コストであるため使用が制限されている。従って、高価な完全にバルクのポリイミド材料から、上述したようなコンポーネントの製造の経済的な代替物を開発することが望まれている。ポリイミドおよび金属の複合材料は、金属が鋼やアルミニウムのような低コストのときに、ポリイミド材料のコストが削減されると考えられている。さらに、かかる複合体ブレンドを基材に適用する方法も望まれている。

ポリイミドのような非溶融ポリマーは、腐蝕性プラズマガスに対する抵抗性や高い材料純度が必要とされる半導体用途において良好な結果をもたらしてきた。しかしながら、これらのポリマー適用方法は、半導体の方法における熱鋳造またはこれらのポリマーコーティングを備えた部品の直接形成に限られている。これらの方法は実際的ではない場合がある。例えば、大きくかつ／または形状の複雑な表面の場合である。

このように、非溶融ポリマーを基材に適用して、抵抗性および高い材料純度を有する非溶融ポリマーを提供する方法が望まれている。かかるコーティングはまた、基材の寿命も伸ばすと考えられている。

米国特許第５，２８５，９６７号明細書米国特許第４，９９９，２２５号明細書Ｒ．Ｗ．スミス（Ｓｍｉｔｈ）、Ｒ．ナイト（Ｋｎｉｇｈｔ）、溶射Ｉ（ＴｈｅｒｍａｌＳｐｒａｙｉｎｇＩ）：「粉末圧密−コーティングから形成まで（ＰｏｗｄｅｒＣｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ−ＦｒｏｍＣｏａｔｉｎｇｔｏＦｏｒｍｉｎｇ）」材料ジャーナル（ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ）、４７−８巻（１９９５年８月）、３２−３９頁

短く述べると、本発明の一態様によれば、高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）を生成する工程と、少なくとも１種類の非溶融ポリマーを含有するＨＶＯＦストリームを、ＨＶＯＦの下流にあり、かつそれと流体連通している細長いノズルからスプレーする工程であって、細長いノズルは入口開口部と出口開口部とを備えた中央孔を有するバレルを含み、少なくとも１種類の非溶融ポリマーを、入口開口部より下流にある細長いノズル内の地点でＨＶＯＦストリームへ供給して、基材を少なくとも１種類の非溶融ポリマーでコートする工程と、冷却流体を細長いノズルのバレル外部周囲に循環させる工程とを含む、少なくとも１種類の非溶融ポリマーを基材にスプレーコーティングする方法が提供される。

前述の段落に加えて、本発明はさらに、基材の少なくとも１種類の非溶融ポリマーのスプレーコーティングを後硬化する工程をさらに含んでいる。後硬化工程は、基材にスプレーコートされた少なくとも１種類の非溶融ポリマーを焼結する工程を含み、焼結工程は、基材にスプレーコートされた少なくとも１種類の非溶融ポリマーを加熱する工程を含み、熱は不活性雰囲気を有する閉鎖容器中で４５０℃の最大温度を超えない。

本発明の他の態様によれば、高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）を生成する手段と、ＨＶＯＦを生成する手段から少なくとも１種類の非溶融ポリイミドを含有するＨＶＯＦストリームを受けるための、前記ＨＶＯＦを生成する手段の下流にあり、かつ手段と流体連通している細長いノズルであって、前記細長いノズルはその中に流体冷却バレルを含み、前記流体冷却バレルは、入口開口部と出口開口部で通ずる中央孔を有する細長いノズルと、入口開口部から下流のノズル内の地点でＨＶＯＦストリームへ供給基材を導入する手段と、ノズル外部周囲で冷却液体を循環する手段とを含む、基材をスプレーコートするための溶射装置が提供される。

添付の図面に関連した本発明の詳細な説明から本発明をより完全に理解できるであろう。

本発明を好ましい実施形態に関連して記載してきたが、本発明をその実施形態に限定することを意図するものではないと考えられる。逆に、添付の請求項により定義される本発明の技術思想および範囲内に含まれる全ての変形、修正および等価物が含まれるものとする。

上述した先行技術の制限は、様々な用途に望ましい所望の摩耗および摩擦および高温特性を有するバルクポリイミド材料のコスト妨害要素である。このコストは、複合体のバルクについて鋼やアルミニウムのような低コスト金属と組み合わせて少量の高コストポリイミドを機能性表面として用いて、ポリイミドと金属の複合体を用いることにより減少すると考えられる。これらの複合体を作成するプロセスは高速酸素燃料プロセスである。耐摩耗性および耐摩擦性および高温用途に用いられる能力に加えて、高純度の材料を必要とする用途では、コーティングとして非溶融ポリマーを基材へ塗布する必要がある。

この塗布についての「ポリイミド」は、芳香族環または複素環を含む鎖状高分子であり、密に充填されていて、ポリイミドの次の特性を有している。すなわち、耐高温性（−２４０〜３７０℃）、高靭性および硬さ、高熱安定性、非常に良好な寸法安定性（約５０μｍ／ｍ／°Ｋの熱膨張係数）、非常に良好な摩耗性能、高耐放射線性、高難燃性および真空での低ガス放出性（１０^-10ｇ／ｃｍ²／ｓ）を有している。

ポリイミド樹脂から作成された高性能部品としては、回転シールリング、スラストワッシャおよびディスク、ベアリング、プリンタプラテンバーおよびワイヤガイド、摩耗ストリップ、バルブシート、チェックバルブボール、熱絶縁および電気絶縁体が挙げられる。ポリイミド部品には様々な用途がある。これらの部品は全て、金属、その他プラスチックおよびセラミックスよりも優れた利点を与える組み合わせの特性を示す。金属に比べて、ポリイミド部品は、良好なシーリング特性、低重量、低い摩擦係数および改善された耐食性を示す。その他のプラスチック材料に比べて、ポリイミドは広い連続使用温度範囲を有し、融点または軟化点がなく、高い耐クリープ性を有している。ポリイミドは、酸素、大半の燃料、溶剤、潤滑剤および作動油と相容性がある。セラミックスに比べて、ポリイミド部品は良好にシールし、寸法安定性および熱安定性を示しながらもあまり脆性がない。

ポリイミド部品は、多くの用途において従来の材料から作成された部品と交換することができ、性能を高めることができる。低摩耗および自己潤滑性によって、直接形成片により組み立てた部品を交換することが可能となる。ＶＣＲのテープガイドおよびプリンタのベアリングが例示される。低摩擦係数および改善されたシール特性によって、鋼のピストンリングの代わりにポリイミドピストンリングを用いることが魅力的かつ妥当なものとなる。

上述した通り、ポリイミド部品による共通材料の交換の下側は高コストのポリイミドバルク材料である。他の解決策は、ポリマーの優れた特性を組み合わせ、コストを削減するためにバルク材料を用いることを制限する高性能ポリマー表面を備えた低コスト金属基材からなる複合体コンポーネントを用いることである。

溶射は多用途であり、様々なエンジニアリングおよびメンテナンス作業にとってコスト有効性のある解決策となることがある。これらには、耐食および耐摩耗性コーティングの生成および摩耗した機械部品の修理が挙げられる。

「溶射」という表現は、金属および非金属材料液滴を基材に付着させてコーティングを形成するために化学または電気エネルギーを用いるプロセスの集まりを定義するものである。溶融か少なくとも軟化した高温生成粒子と高速の組み合わせによって、液滴が表面の衝撃で薄い「スプラット」へと変形する。粒子が衝撃を受ければ受けるほど、液滴が即時にビルトアップして、冷却するとラメラ構造となってコーティングが形成される。付着物は通常、異なる粒子の加熱のレベルに応じて、多孔性の、非溶融または不完全溶融粒子および酸化物のような含有物を含む。エネルギー源（燃焼または電気）、供給原料（粒子または固体）および周囲環境のような特徴により異なるいくつかの異なる溶射方法がある。一般的に、溶射プロセスには、図３に示すように、燃焼スプレー、ワイヤアークおよびプラズマの３つのカテゴリが含まれる。（ここに参考文献として含まれる（非特許文献１）を参照のこと。）

燃焼カテゴリのプロセスの一つは、高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）プロセスとして知られており、本発明で用いたものである。ＨＶＯＦプロセスは、溶射プロセスの中で元も新しく早い成長のものである。ＨＶＯＦプロセスは、ジェット飛行機、地上設置ガスタービン、化学反応装置、金属細工鍛造、ミルおよびロール、テキスタイル、橋、ポンプ、コンプレッサ、医療用人工装具およびフライパンのような家事用品といった様々な用途に用いることができる。コーティングは、摩耗、腐食、熱劣化に対する保護を与え、改修および保守にも用いることができる。

図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は、溶融または熱軟化性ポリマーをスプレーコートするのに用いるスプレーガンの従来技術を示す。スプレーガンは、下部保持リング４０により本体の低部に取り付けられたサービス連結部を有するトーチ本体８０からなる。酸素は、酸素入口連結部１０によりガンに入り、フロー安定セクション５０を通過して、燃焼チャンバー７０に入る。燃料は、燃料入口連結部２０で入り、インジェクタ３０を通過して、燃焼チャンバー７０中の酸素と混合する。燃焼ガスは燃焼ヘッド９０へ移動し、そこで９０°回転し、ノズルホルダ１６０により支持され、上部保持リング１５０によりガンへ取り付けられたノズル１４０へと膨張する。コーティング粉末は、粉末入口１２０を通ってガンに入り、粉末バルブ１１０を通過し、トーチ本体８０に接続された粉末バルブアダプタ１３０を通る。粉末は、粉末を予熱するカーバイド挿入部１００を通して燃焼ヘッド９０を移動する。粉末はノズル１４０へと続き、そこで、燃焼ガスと混合され、粉末の融点より高い適切な温度まで加熱され、コートされる表面へ放出される。外部冷却は、ノズル１４０、燃焼ヘッド９０および燃焼チャンバー７０周囲を循環する冷却水入口１８０でガンに入る冷却水により行い、冷却水出口６０でガンから出る。

本発明において、高速酸素燃料を用いてポリイミドのような非溶融ポリマーをスプレーコーティングするプロセスの実施形態を図４に開示する。図４に概略を示す溶射ガンには、基本的なＨＶＯＦ特徴を示してあり、内部燃焼チャンバー、活性スプレーガン冷却、高圧燃焼ガスおよび燃焼ガスの超音波ノズル膨張により管への粒子注入が含まれる。ノズルのデザインはロケットモータとは異なる。燃焼チャンバーにおいて、プロピレン、水素、プロパンのような燃料、およびケロセンのような液体燃料と組み合わせた酸素を含むガスを、高圧（０．５〜３．５ＭＰａ）および高フローレートで供給し、連続燃焼した。得られた火炎を超音波膨張させ、比較的長いノズルを通して出す。これは、「ショックダイヤモンド」の特徴的な外観により示される。キャリアガスと共に粉末をノズルに注入し、そこで粒子は高圧燃焼ガスと混合される。高背圧のために、粉末をジェットに導くために、不活性キャリアガスと共に加圧粉末フィーダを用いる必要がある。衝撃に十分なスプラッティングを得て基材にコーティングを形成するために、熱および膨張ガスジェット中で粒子を加熱および加速させる。

図４に示す本発明の実施形態をさらに具体的に説明する。酸素は酸素入口２４０から燃焼チャンバー２７０に入り、そこで、燃料入口２５０を通して入った燃料と混合される。燃料および酸素は、スプレーガンの異なる領域で点火して、非溶融ポリマーを十分に加熱することができる。本発明の場合、燃焼はスプレーガンの水平部分で行った。燃焼ガスはノズル出口３００でガンを出る。非溶融ポリマーは粉末注入入口２９０でガンに入る。非溶融ポリマーは、予熱された燃焼チャンバー２７０を移動する。非溶融ポリマーは、ノズル出口３００で燃焼ガスストリームへ放出される。燃焼ガスフローは超音波であるため、衝撃に十分なスプラッティングを得て、基材３２５にコーティング３２０を形成するために、非溶融ポリマーがノズルから放出されるにつれてショックダイヤモンド３１０はノズル出口３００で目視される。本発明において、基材が、スプレーコーティング前に、２５０マイクロメートル以下の粗さを有する平滑表面を含むのが好ましい。基材表面の粗面化は、メディアブラスト処理をはじめとする様々な方法により行うことができる。外部冷却が必要であり、冷却水入口２８０で入る。冷却水はノズルおよび燃焼チャンバーの周囲を循環し、冷却水出口２６０から出る。

様々なＨＶＯＦシステム間の主な差異は、水対空気冷却、軸状または放射状の粉末注入、燃料フローおよび組成、燃焼チャンバー圧力および構成、粉末注入位置およびノズル設計および長さである。冷却様態は、必須構成要素の一つであることが分かった。大抵のシステムは、ノズルの溶解および劣化、および溶融／軟化粉末のノズル壁への付着を防ぐために水冷される。また、高ガスフローレートおよび燃焼燃料混合物の臨界には、正確なガスフロー制御システムが必要である。このように、これらのパラメータの制御は、一貫した付着品質を得るためには必須である。ＨＶＯＦの主要コンポーネントは、酸素燃料ガス混合物、粉末注入、水または空気冷却、ノズル冷却フローおよび制御および燃料ガスインジェクタである。

ステライト（Ｓｔｅｌｌｉｔｅ）ジェットコートＩＩ（登録商標）システムは他の溶射プロセスである。この設計において、燃料／酸素混合物はガンの「ハンドル」中で燃焼する。燃焼ガスの方向を９０度変え、４つのジェットへと分離して、粉末をこの領域の中心へ注入する。ノズルのショートパス後、粒子ガスストリームは出て大気へと膨張する。

ＨＶＯＦスプレーの一般的なガス速度は１３７０〜２９３０ｍ／ｓ（４５００〜９６００ｆｔ／ｓ）、粒子速度は４８０〜１０２０ｍ／ｓ（１５７０〜３３５０ｆｔ／ｓ）、ジェット温度は１６５０〜２７６０Ｃ（３０００〜５０００Ｆ）に及ぶ。他の溶射プロセスに比べて、ＨＶＯＦプロセスには利点と欠点の両方がある。利点としては、資本費が低い、現場で使い易い携帯性、高密度で粘着性のコーティング、およびスプレー中の相変化が少ないことが挙げられる。欠点としては、雑音レベルが高い（１３０ｄＢ（Ａ）まで、高ガスフローのために操作コストが高い、基材およびコーティングへの入熱が高く、分解、残留応力およびひびとなる恐れがあることである。しかしながら、本発明のプロセスによれば高操作コストは最小になり、安価な最終製品が得られる。

多くの熱可塑性ポリマーを溶射でき、ウレタン、エチレンビニルアルコール（ＥＶＡ）、ポリテトラフロウルエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ナイロン、ポリエチレン（ＰＥ）等が挙げられる。ポリマーの圧密プロセスは、完全な密度および凝集力を得るための十分な飛翔加熱および加速に応じて異なる。溶射プロセスは、溶融ポリマーを分解して、スプレー中に分子量を減じることも分かった。このため、スプレーされた溶融ポリマーは、従来の圧密された溶融ポリマーとは異なる特性を有する。本発明の非溶融ポリマーは、溶融ポリマーのこの分解の問題を排除するものと考えられる。

図４を参照すると、本発明の本実施形態は、Ｌ（すなわち、ノズルの長さ、好ましくは約２インチ（５０．８ｍｍ）〜３インチ（７６．２ｍｍ））が先行技術のノズル長さより減じて、ノズルから出される火炎の劣化を減じる。また、本発明において、スプレーの速い出口速度については、Ｄ（すなわち、ノズルの直径、好ましくは約３／１６インチ（４．８ｍｍ）〜９／１６インチ（１４．３ｍｍ））も減じる（先行技術のものよりも）。これらのパラメータは、基材を非溶融ポリマーでスプレーコートする補助となる。

以下の実施例は、下記の開発されたスプレーシステムパラメータによる本発明の実施形態である。

非溶融ポリマーコーティングは、図２に示す半導体エッチチャンバー反応器２３０内側のような腐食環境におけるコーティングとしてかなり価値のあるものである。エッチングチャンバーは、チャンバー内に高エネルギープラズマを作成する反応ガス２３５をイオン化するために用いられる上部および下部電極２１０、２２０を有している。エッチチャンバーコンポーネントは、一般的に、アルミニウムであり、腐蝕性プラズマガス環境からの保護を必要とする。例えば、エッチングチャンバーの壁は、図２に示すウェハステージ１９０の側壁および内壁２００である。一般的には、アルミニウムがエッチチャンバーに用いられるが、本発明のプロセスに用いることのできるその他の金属としては、鋼、アルミニウム、銅、チタン、青銅、金、鉛、ニッケル、タングステン、銀および金属合金が挙げられる。本発明は、セラミックおよび金属類に用いて、スプレーコートされたセラミックス（または金属）を腐食環境から保護することができる。セラミックスとしては、二酸化ケイ素、二酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化クロム、炭化クロム、炭化タングステン、炭化タングステン−コバルト、酸化ジルコニウム、酸化ジルコニウム−酸化イットリウム、アルミナ／チタニア複合体、炭化クロム−ニッケル−クロムおよび炭化ケイ素が挙げられる。

非溶融ポリマーコーティングは、腐食環境において金属およびセラミック部品を保護し、上述した通り高純度である。かかる保護用の非溶融ポリマーコーティングとしては、ポリフェニレン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリイミドチオエーテル、ポリオキサミド、ポリイミン、ポリスルホンアミド、ポリイミド、ポリスルホンイミド、ポリイミジン、ポリピラゾール、ポリイソキサゾール、ポリベンゾキサゾール、ポリベンズイミダゾール、ポリチアゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリオキサジアゾール、ポリトリアゾール、ポリトリアゾリン、ポリテトラゾール、ポリキノリン、ポリアントラゾリン、ポリピラジン、ポリキノキサリン、ポリキノキサロン、ポリキナゾロン、ポリトリアジン、ポリテトラジン、ポリチアゾン、ポリピロン、ポリフェナントロリン、ポリカルボシランおよびポリシロキサンが例示される。

実施した試験、および非溶融ポリマーに溶射コーティング方法を用いて得られた結果を以下の実施例に記載する。

以下の実験を実施した。まず、光学顕微鏡により調べた特性値およびモルホロジーより粉末組成物を特定した。その後、ポリマーを大幅に劣化させることなくコーティングを得るためのパラメータを明らかにした。実際のスプレーサイクルについての試料調製手順は次の通りである。標準的な金属技術を用いた微構造および多孔性によりコーティングを特定した。コーティングの凝集、接着および摩耗性能を調べる試験は、テープ試験、鉛筆試験、引っ掻き試験およびピン・オン・ディスク（ＰＯＤ）摩耗試験機による摩耗試験であった。これらの試験および得られたデータについては後述してある。

未充填ベース樹脂（本願特許出願人製ベスペル（Ｖｅｓｐｅｌ）（登録商標）ＳＰ−１）およびグラファイト充填樹脂（本願特許出願人製ベスペル（Ｖｅｓｐｅｌ）（登録商標）ＳＰ−２１）の２種類のポリイミド粉末を用いた。表１に、未充填樹脂（ベスペル（Ｖｅｓｐｅｌ）（登録商標）ＳＰ−１）および充填樹脂（ベスペル（Ｖｅｓｐｅｌ）（登録商標）ＳＰ−２１）についての特性値を示す。

基材のコーティングの品質は、主に、基材に衝撃を与える前の粒子の温度および速度に依存している。これらの２つのパラメータは、ＨＶＯＦプロセスのいくつかの変数に影響される。燃料対酸素比フローは、火炎温度を決める。粒子の速度は、酸素および燃料のフローレートおよび圧力により大量の燃焼ガスに影響を受ける。このように、速度は、ノズルの高圧により増加する。

異なる種類の試験について調製した試料は１×３のクーポン（厚さ０．１２インチ（３．１ｍｍ））および直径２．４インチ（６０ｍｍ）の摩耗ディスクであった。スプレーの前に、グリットブラストして、基材とコーティング間の接合を高めた。基材材料は１０４０鋼およびアルミニウムであり、コーティング材料は未充填および１５％グラファイト充填ポリイミドであった。全ての基材および全てのコーティングを備えた試料を以下の方法に従って焼結した。部品を１４０℃未満の温度のオーブンに入れた。酸素レベルが０．２％未満に達するまで、オーブンを４ｓｃｆｍのフローレートで窒素でパージした。１時間当たり９０Ｋの最大レートで、温度を１４０〜４００℃まで挙げた。温度が３９５〜４００℃の範囲になったとき上昇を止めた。３９５〜４００℃の温度を約３時間±１０分間保持した。オーブンのスイッチを切り、温度が５０℃に達したら部品を取り出した。このように、８つの異なる基材／コーティング／後付着処理の組み合わせについて調べた。コーティング評価のために、各組み合わせを、異なる試験方法により、異なる基材、フィラーおよび焼結がコーティング特性に与える影響について試験した。

（テープ試験）
テープ試験を用いてコーティングの接着力を測定した。試料の平均厚さは１２５μｍ（０．００５インチ）を超え、ＡＳＴＭＤ３３５９−９５（ここに参考文献として組み込まれる「テープ試験による接着力測定の標準試験方法（ＳｔａｎｄａｒｄＴｅｓｔＭｅｔｈｏｄｓｆｏｒＭｅａｓｕｒｉｎｇＡｄｈｅｓｉｏｎｂｙＴａｐｅＴｅｓｔ）」、アメリカ試験材料学会の出版物（ＰｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＳｏｃｉｅｔｙｆｏｒＴｅｓｔｉｎｇａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓ）、フィラデルフィア州（Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ）、１９９５年４月）に従った試験方法Ａを用いた。Ｘ切断を基材に対してフィルムに行い、感圧テープを切断部に適用してから剥し、接着力を以下の０〜５段階で定量する。

試験は、幅２５．４ｍｍ（１インチ）の３Ｍスコッチ６００テープを用いて行った。テープ試験結果を表３に示す。

この表から見られる傾向は、焼結プロセスによって、コーティングの基材への接着力を増大し、コーティング内の凝集も改善するものである。基材材料またはフィラーの影響はこの試験では明らかにならなかった。

（鉛筆試験）
鉛筆試験によって、試料の相対的な比較ができるが、コーティング硬さの絶対値は得られない。鉛筆試験はＡＳＴＭＤ３３６３−９２ａ（「鉛筆試験によるフィルム硬さの標準試験方法（ＳｔａｎｄａｒｄＴｅｓｔＭｅｔｈｏｄｓｆｏｒＦｉｌｍＨａｒｄｎｅｓｓｂｙＰｅｎｃｉｌＴｅｓｔ）」、アメリカ試験材料学会の出版物（ＰｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＳｏｃｉｅｔｙｆｏｒＴｅｓｔｉｎｇａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓ）、１９９３年１月）に従って次のようにして行わなければならない。コートした鉛筆をフィルム水平面に置く。鉛筆をフィルムに対して４５度（操作者から離れた点）で密着させて、操作者から６．５ｍｍ（１／４インチ）のストロークで押し離す。プロセスは、最も硬い鉛筆から始め、先端点が薄まる硬さに基準を下げながら続ける。一つは、フィルムを切ったり、圧こんを与えない鉛筆（鉛筆硬さ）、二つは、フィルムを引っ掻かない鉛筆（引っ掻き硬さ）である。この場合は鉛筆硬さを試験した。この試験に用いる鉛筆は以下の硬さ基準に適合するものである。

本発明の鉛筆試験結果を、上述の硬さ基準を用いて表４にまとめてある。

表４において、未充填材料の場合には、基材および焼結プロセスは、硬さには実際に影響を与えないようである（例えば、鋼については硬さがやや減少し、アルミニウムについては硬さはＦのままであった）。充填材料の場合には、試験によれば、焼結プロセスによってコーティング硬さが向上した。硬さ基準で約１／２ポイント改善された。鋼基材では、充填材料は、未充填のものより高い鉛筆硬さを示した。鉛筆硬さは、鋼基材の充填材料について、非焼結および焼結した場合の両方において、アルミニウム基材のものより高かった。

異なる特性のコーティングが異なる鉛筆硬さを示したにも関らず、鉛筆試験結果は、操作者に大きく依存している。このように、特に鉛筆の尖り、力および角度に関して、同じ条件下で試料を試験することが重要である。

（引っ掻き試験）
コーティング表面から牽引された固定荷重を鋭い針に与える単純な装置を用いて、引っ掻き試験を実施した。針トレーシング側面計を用いて得られた引っ掻き深さを測定し、異なるコーティングにおける同じ荷重による引っ掻きと比べる。引っ掻き試験は、コーティングの凝集を調べる簡便な方法である。側面計の読取における誤差を減じるために、試料表面を乾燥研磨紙で磨いた。試験にとって十分な厚さを与えるために、研磨を慎重に行って、研磨後コーティングの厚さが少なくとも１９０μｍとなるようにした。適正な側面計の読取が可能となるよう表面が平滑であることも重要である。引っ掻き試験の荷重範囲は２５０ｇ単位で５００ｇ〜２０００ｇであった。

本発明の引っ掻き試験の結果を図５〜１３のグラフに示す。各グラフは、試験試料の特性を表している（例えば、図５は、鋼、充填、非焼結対焼結...）。ある場合においては、深い引っ掻きのような２０００ｇの荷重は、側面計の範囲から外れていた。この場合、２０００ｇの引っ掻き深さの値は、図面に示す範囲より低い。各引っ掻き深さは、側面計による４回の測定の平均であった。

図５および６に、鋼の未充填および充填材料の引っ掻き試験結果を示す。焼結プロセスは、コーティング密度を増大し、凝集力を向上し、その結果、高い耐引っ掻き性が得られた。焼結した場合の引っ掻き深さは平均で６μｍ下がった。図７および８は、鋼の未充填対充填材料を比較している。僅かに偏差があるが、フィラーは耐引っ掻き性に影響しなかった。耐引っ掻き性は分子結合の量に依存しているにも関らず、予想されたフィラーによる結合減少効果はなかった。

アルミニウム、未充填、焼結を組み合わせた引っ掻き試験結果は得られなかった。図９は、アルミニウム基材の充填材料についての焼結プロセスの耐引っ掻き性向上効果を明らかに示している。引っ掻き深さは平均で９μｍ下がる。図１０は、アルミニウム基材上の非焼結状態の未充填対充填材料を比較している。鋼基材の結果と同様に、充填および未充填材料は、実験偏差範囲内で等しい耐引っ掻き性を示した。

図１１〜１３は、鋼およびアルミニウム基材における耐引っ掻き性を比較している。耐引っ掻き性は、鋼基材よりもアルミニウム基材の方が高いことが分かった。アルミニウム試料の耐引っ掻き性は、焼結または非焼結に関らず鋼試料より高かった。

両基材および未充填および充填材料について、図には明らかに焼結の影響が示されている。焼結材料は、基材およびフィラーとは係りなく低い引っ掻き深さを示した。焼結プロセスは、明らかにコーティングをより密にし、結合量を増大することにより凝集力を向上して、その結果、高い耐引っ掻き性が得られた。

（摩耗試験）
ＰＯＤ（ピン・オン・ディスク）摩耗試験機において、コーティングを備えた摩耗ディスクを回転ディスクにネジ留めし、摩耗試験機のモータにより回転させる。鋼ボールを備えたピンが試験荷重を摩耗ディスクに加えた。摩耗トラック半径を変えるために両側に動かすことができる。この摩耗トラック半径に従って、同じ滑り速度を得るために、回転ディスクの１分当たりの回転数を変更しなければならない。摩耗試験中の力を測定するために、ピンはまたセンサも含んでおり、制御コンピュータに接続された。

ＡＳＴＭＧ９９−９０規格に従って、ピン・オン・ディスク摩擦メータを用いて摩耗試験を実施した。全ての場合において、被接触体は直径１０ｍｍの５２１００鋼ボールであった。滑り速度は０．６５ｍ／ｓで一定に保った。１７および２１ｍｍの半径で各ディスクについて２つのトラックを試験した。滑り速度を一定に保つために、ディスクのＲＰＭを変えた。試験継続期間は１００００サイクルであり、コーティングと鋼ボール間の界面媒体は空気であった。８つの条件のそれぞれについて、２枚のディスクを利用した。一枚は１０Ｎの荷重で２つのトラックで試験し、もう一枚は２０Ｎの荷重で試験した。側面計の読取ノイズを減らすために、ディスクをまず乾燥研磨紙で磨いた。他に生じた問題は、スプレー中の異なる通過による摩耗ディスクの「波形」断面であった。滑り摩耗試験中、以下のパラメータを記録した。ａ）摩耗トラック断面領域を側面計を用いた４回の測定の平均として測定し、得られた断面での積分をコンピュータにより計算した。ｂ）摩擦係数をデータ収集システムを用いて摩擦計から記録した。（摩擦係数は、有用な期間の回転（平均６０００〜８０００サイクル）にわたって平均した。すなわち、最初の２０００回転までの慣らし運転の影響は考慮しなかった。摩擦曲線の突然の段差も有用な期間の回転について平均した。）

比較の目的で、従来の通り作成されたポリイミド部品でできた試料についても摩耗試験を実施した。用いたポリイミドは、未充填試料については本願特許出願人製ベスペル（Ｖｅｓｐｅｌ）（登録商標）ＳＰ−１、および１５％グラファイト充填試料については本願特許出願人製ベスペル（Ｖｅｓｐｅｌ）（登録商標）ＳＰ−２１であった。予想通り、これらの試料は、図１４〜２９に示すように、コートした試料より優れていた。しかしながら、ポリイミドのみで作成されているため、安価な金属基材と薄いポリイミドコーティングでできたコート試料より遥かに高価である。コートした試料は、かなり低い総コストでポリイミドの望ましい特性を示している。

２０Ｎの荷重で試験すべく支持されたＡｌ、充填、非焼結の組み合わせのディスクは、非常に薄いコーティングを有していた。コーティングは試験中に摩耗したため、摩耗トラック領域および幅の値は求められなかった。コーティングは約８０００サイクル後に摩耗したため、摩擦係数の値は用いることができた。以下の結果は全て、１７ｍｍおよび２１ｍｍの半径のトラックについての結果の平均であった。図１４および１５に、鋼基材で１０Ｎおよび２０Ｎの結果を示す。充填材料からスプレーしたコーティングは、未充填材料（１０Ｎ：４０７０μｍ²、２０Ｎ：７６５９μｍ²）よりも高い摩耗レート（１０Ｎ：４７８２μｍ²、２０Ｎ：１０６３６μｍ²）を示した。焼結状態においては、未充填と充填材料間に明らかな差はなかった。これは、密度を増大し、充填と未充填材料間の差を均一化した焼結プロセスの結果と考えられる。

図１６および１７に、アルミニウム基材のコーティングについての結果を示す。非焼結および焼結状態において、充填材料は、未充填のもの（１０Ｎ：３５３５μｍ²非焼結、４２５０μｍ²焼結）より高い摩耗トラック領域（１０Ｎ：７５３６μｍ²非焼結、６７７１μｍ²焼結）を示した。鋼基材の場合とは逆に、焼結は、充填材料の特性を向上させるだけであり、充填と未充填材料間の差を均一化しなかった。アルミニウム基板は、未充填、焼結コーティングは、未焼結のものより高い摩耗を示した。

図１８および１９に、鋼およびアルミニウム基材の非焼結コーティングについての結果を示す。未充填の場合の１０および２０Ｎについての結果を比較すると、異なる時間で、鋼およびアルミニウム基材が高い摩耗を示すのが分かる。このメカニズムによると、アルミニウムのコーティングの抵抗が少ない場合、充填した場合の鋼とアルミニウム間の差はより大きくなった。（鋼：４７８２μｍ²〜アルミニウム：７５３６μｍ²）。アルミニウム基材にスプレーされたコーティングが低密度であると、摩耗レートが高くなる。これは複数の要因の組み合わせによるものと考えられる。これらの要因としては、基材への熱の移動が増大したことによるコーティング内の凝集が減ること、スプレーおよび焼結中の密度の減少、および架橋度の変化が挙げられる。

図２０および２１は、鋼およびアルミニウム基材の焼結コーティングを比較するものである。焼結プロセスは、鋼とアルミニウム間の異なる等級の高密度化を均一化させるものと考えられるが、実験によれば意外な結果が得られた。充填および未充填材料について、アルミニウム基材のコーティングは、鋼のものよりも遥かに高い摩耗レートを示した。焼結プロセスは、鋼の未充填と充填材料間の摩耗性能の差を均一化するだけと考えられる。鋼とアルミニウム基材のコーティング間の差は均一化できなかった。これは、焼結中の凝集および応力条件に与える影響を有するアルミニウムの高い熱伝導度の結果と考えられる。これらの結果によれば、コーティング特性が基材の特性に依存していることが分かる。所望の摩擦および摩耗特性、ならびに全体のコストを最適化することは、充填または未充填非溶融ポリマーと組み合わせて適切な基材を選択することによって成される。

図２２および２３は、鋼の未充填および充填材料の摩擦係数（ＣＯＦ）を比較するものである。充填基材材料からスプレーされたコーティングは、未充填のもの（平均０．４１１）より低いＣＯＦ（平均０．３６６）を示した。未充填材料については、焼結プロセスは、密度を増大することによる摩擦係数の増大に関して実際に影響を及ぼさないものと考えられた。充填材料に関しては、実験で変更した範囲については、焼結と非焼結間に実際のところ差はなかった。

図２４および２５に、アルミニウム基材にスプレーされたコーティングの摩擦係数を示す。予想通り、充填材料は未充填のもの（０．４６３）より低いＣＯＦ（０．３６３）を示した。未充填材料に関して、１０Ｎおよび２０Ｎの荷重で結果が大幅に異なったため、傾向を判断するのは難しかったが、充填材料はまた、焼結の影響は示さなかった。

図２６および２７は、鋼およびアルミニウム基材に未充填および充填材料からスプレーされた非焼結コーティングについてのＣＯＦ間にこの理論による明らかな差を示していない。

図２８および２９は、鋼およびアルミニウム基材の焼結コーティングの摩擦係数を比較するものである。未充填材料の結果が大きく異なったため、傾向を評価するのがここでも難しかった。充填材料は、鋼（０．３４９〜０．３７８）よりもアルミニウムで低いＣＯＦを示した。ここでも、増大した熱移動による改善された凝集力および架橋度のような複数の要因の組み合わせによるものと説明することができる。アルミニウム基板で、焼結コーティングは、鋼よりも、抵抗が小さく、摩擦係数が低かった。これはまた、アルミニウム基板コーティングが高い摩耗レートを示した摩耗トラック領域についての結果によっても確認でき、このことは上述した低い程度の凝集力および要因と一致していた。焼結プロセスは、ここでも、鋼とアルミニウム基材間の凝集力の差を均一化しなかった。

実験によれば、ＨＶＯＦによりポリイミドがスプレーでき、粘着性のコーティングが生成できることが示された。摩耗試験によれば、焼結プロセスの有益な効果が示された。様々な試験を実施して、コーティングの接着力、凝集力、硬さおよび滑り摩耗性能を特定した。

テープ試験によれば、焼結は接着力および凝集力を向上させたが、基材およびフィラーには影響しなかった。コーティングの硬さについては、鉛筆試験によれば、焼結により硬さが増大する影響についての情報が与えられ、鋼のコーティングはアルミニウムのものよりも高い硬さを示した。引っ掻き試験によれば、焼結による凝集力向上の効果が示され、基材およびフィラーには関りなく低い引っ掻き深さが得られた。潜在的な摩耗メカニズムは、フィラーおよび基材のような異なる要因の影響についてのモデルで説明された。グラファイトフィラーは、潤滑および結合減少効果を有していて、その結果、低い摩擦係数および高い摩耗レートとなった。高い熱伝導度のために、アルミニウム基材のコーティングは、凝集力が小さく、摩耗中の抵抗性が少ないはずである。焼結によって、コーティング凝集力が増大し、充填と非充填材料間、および鋼とアルミニウム基材のコーティング間の差が均一化される。

摩耗トラック領域に関して、モデルのいくつかの点が確認できた。充填材料は、フィラーのために凝集力が小さいことから、高い摩耗レートを示した。アルミニウムのコーティングは、鋼のものよりも高い摩耗レートを示した。焼結は、鋼ではなくアルミニウムの充填と非充填材料間の摩耗性能の差を均一化した。モデルで仮定された通り、鋼とアルミニウムのコーティング間の差は均一化されなかった。

摩擦係数に関して、実験によれば、充填材料は未充填のものより低い摩擦係数を示した。摩耗レートに加えて、ＣＯＦの結果は、アルミニウムのコーティングは鋼のものより耐摩耗性が低く、凝集力が減じたことからＣＯＦも低いという仮定を支持した。ここでも鋼とアルミニウム基材のコーティング間の焼結による均一化の影響は示されなかった。

従って、本発明によれば、ここに規定した目的および利点を完全に満足する、保護される基材／表面の非溶融ポリマーをスプレーコーティングするプロセスが提供されることが明らかである。本発明を特定の実施形態について説明してきたが、多くの変形、修正および変更が当業者に明白であることは明らかである。従って、添付の請求項の技術思想および広い範囲内に含まれる全てのかかる変形、修正および変更が包含されるものとする。

コンポーネントを識別する高速酸素燃料を用いた従来技術のスプレーガンを示す。エッチングチャンバーを示す。溶射プロセスを分類するチャートを示す。本発明に用いることのできるＨＶＯＦ溶射ガンの概略を示す。鋼、未充填、非焼結対焼結したものの引っ掻き深さのグラフによる比較を示す。鋼、充填、非焼結対焼結したものの引っ掻き深さのグラフによる比較を示す。鋼、焼結、未充填対充填したものの引っ掻き深さのグラフによる比較を示す。鋼、非焼結、未充填対充填したものの引っ掻き深さのグラフによる比較を示す。アルミニウム、充填、非焼結対焼結したものの引っ掻き深さのグラフによる比較を示す。アルミニウム、非焼結、未充填対充填したものの引っ掻き深さのグラフによる比較を示す。未充填、非焼結、鋼対アルミニウムの引っ掻き深さのグラフによる比較を示す。充填、非焼結、鋼対アルミニウムの引っ掻き深さのグラフによる比較を示す。充填、焼結、鋼対アルミニウムの引っ掻き深さのグラフによる比較を示す。摩耗トラック領域、鋼、１０Ｎ、０．６５ｍ／ｓ、１００００サイクル、１７〜２１ｍｍで平均したものの摩耗試験結果の棒グラフを示す。摩耗トラック領域、鋼、２０Ｎ、０．６５ｍ／ｓ、１００００サイクル、１７〜２１ｍｍで平均したものの摩耗試験結果の棒グラフを示す。摩耗トラック領域、アルミニウム、１０Ｎ、０．６５ｍ／ｓ、１００００サイクル、１７〜２１ｍｍで平均したものの摩耗試験結果の棒グラフを示す。摩耗トラック領域、アルミニウム、２０Ｎ、０．６５ｍ／ｓ、１００００サイクル、１７〜２１ｍｍで平均したものの摩耗試験結果の棒グラフを示す。非焼結鋼−Ａｌ、摩耗トラック領域、１０Ｎ、０．６５ｍ／ｓ、１００００サイクル、１７〜２１ｍｍで平均したものの摩耗試験結果の棒グラフを示す。非焼結鋼−Ａｌ、摩耗トラック領域、２０Ｎ、０．６５ｍ／ｓ、１００００サイクル、１７〜２１ｍｍで平均したものの摩耗試験結果の棒グラフを示す。焼結鋼−Ａｌ、摩耗トラック領域、１０Ｎ、０．６５ｍ／ｓ、１００００サイクル、１７〜２１ｍｍで平均したものの摩耗試験結果の棒グラフを示す。焼結鋼−Ａｌ、摩耗トラック領域、２０Ｎ、０．６５ｍ／ｓ、１００００サイクル、１７〜２１ｍｍで平均したものの摩耗試験結果の棒グラフを示す。摩擦係数、鋼、１０Ｎ、０．６５ｍ／ｓ、１００００サイクル、１７〜２１ｍｍで平均したものの摩耗試験結果の棒グラフを示す。摩擦係数、鋼、２０Ｎ、０．６５ｍ／ｓ、１００００サイクル、１７〜２１ｍｍで平均したものの摩耗試験結果の棒グラフを示す。摩擦係数、アルミニウム、１０Ｎ、０．６５ｍ／ｓ、１００００サイクル、１７〜２１ｍｍで平均したものの摩耗試験結果の棒グラフを示す。摩擦係数、アルミニウム、２０Ｎ、０．６５ｍ／ｓ、１００００サイクル、１７〜２１ｍｍで平均したものの摩耗試験結果の棒グラフを示す。非焼結鋼−Ａｌ、摩耗トラック領域、１０Ｎ、０．６５ｍ／ｓ、１００００サイクル、１７〜２１ｍｍで平均したものの摩耗試験結果の棒グラフを示す。非焼結鋼−Ａｌ、摩擦係数、２０Ｎ、０．６５ｍ／ｓ、１００００サイクル、１７〜２１ｍｍで平均したものの摩耗試験結果の棒グラフを示す。焼結鋼−Ａｌ、摩擦係数、１０Ｎ、０．６５ｍ／ｓ、１００００サイクル、１７〜２１ｍｍで平均したものの摩耗試験結果の棒グラフを示す。焼結鋼−Ａｌ、摩擦係数、２０Ｎ、０．６５ｍ／ｓ、１００００サイクル、１７〜２１ｍｍで平均したものの摩耗試験結果の棒グラフを示す。

Claims

少なくとも１種類の非溶融ポリマーを基材にスプレーコーティングする方法であって、
高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）を生成する工程と、
少なくとも１種類の非溶融ポリマーを含有するＨＶＯＦストリームを、前記ＨＶＯＦの下流にあり、かつそれと流体連通している細長いノズルからスプレーする工程であって、該細長いノズルは入口開口部と出口開口部とを備えた中央孔を有するバレルを含み、前記少なくとも１種類の非溶融ポリマーを、前記入口開口部より下流にある前記細長いノズル内の地点で前記ＨＶＯＦストリームへ供給して、前記基材を前記少なくとも１種類の非溶融ポリマーでコートする工程と、
冷却流体を前記細長いノズルのバレル外部周囲に循環させる工程と
を含むことを特徴とする方法。
前記少なくとも１種類の非溶融ポリマーが、１種類以上のポリフェニレン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリイミドチオエーテル、ポリオキサミド、ポリイミン、ポリスルホンアミド、ポリイミド、ポリスルホンイミド、ポリイミジン、ポリピラゾール、ポリイソキサゾール、ポリベンゾキサゾール、ポリベンズイミダゾール、ポリチアゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリオキサジアゾール、ポリトリアゾール、ポリトリアゾリン、ポリテトラゾール、ポリキノリン、ポリアントラゾリン、ポリピラジン、ポリキノキサリン、ポリキノキサロン、ポリキナゾロン、ポリトリアジン、ポリテトラジン、ポリチアゾン、ポリピロン、ポリフェナントロリン、ポリカルボシランおよびポリシロキサンを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
前記基材が、スプレーコーティング前に、２５０マイクロメートル以下の粗さを有する平滑表面を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
前記基材をスプレーコーティングする工程の前に、前記平滑表面を粗面化する工程をさらに含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
前記粗面化工程が、前記基材の前記平滑表面にメディアブラスト処理を適用する工程を含むことを特徴とする請求項４記載の方法。
前記基材が有機材料または無機材料を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
前記有機材料が、カーボン、グラファイト、ポリマーおよびポリマー複合体のうち少なくとも１種類の材料を含むことを特徴とする請求項６記載の方法。
前記無機材料が金属およびセラミックスのうち少なくとも１種類の材料を含むことを特徴とする請求項６記載の方法。
前記ポリマーがポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、エポキシ、アラミド、ビスマレイミド、フェノール、フラン、ウレア、不飽和ポリエステル、エポキシアクリレート、ジアリルフタレート、ビニルエステル、メラミン、ナイロンポリマー、液体芳香族ポリアミドポリマー、ポリエステルポリマー、液体芳香族ポリエステルポリマー、ポリプロピレンポリマー、ポリエーテルスルホンポリマー、ポリフェニレンスルフィドポリマー、ポリエーテルエーテルケトンポリマー、ポリスルホンポリマー、ポリ塩化ビニルポリマー、ビニロンポリマー、ポリベンズイミダゾール、アラミドポリマーおよびフルオロポリマーからなる材料の群より選択されることを特徴とする請求項７記載の方法。
前記ポリマー複合体が、請求項９記載のポリマーと、少なくとも１種類の強化材料とを含み、前記少なくとも１種類の強化材料が有機強化材料および／または無機強化材料を含むことを特徴とする請求項７記載の方法。
前記強化材料が粒子、ホイスカー、チョップドファイバー、ファイバー、織物および編物のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
前記有機強化材料が、カーボン、アラミドポリマー、ポリ（パラフェニレンベンゾビサキサゾール）、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、フルオロポリマーおよび／またはグラファイトを含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
前記無機強化材料がガラス、クレイおよび／またはマイカを含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
前記金属が、鋼、アルミニウム、銅、チタン、青銅、金、鉛、ニッケル、タングステン、銀および金属合金からなる材料の群より選択されることを特徴とする請求項８記載の方法。
前記セラミックスが、二酸化ケイ素、二酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化クロム、炭化クロム、炭化タングステン、炭化タングステン−コバルト、酸化ジルコニウム、酸化ジルコニウム−酸化イットリウム、アルミナ／チタニア複合体、炭化クロム−ニッケル−クロムおよび炭化ケイ素からなる材料の群より選択されることを特徴とする請求項８記載の方法。
前記基材の少なくとも１種類の非溶融ポリマーの前記スプレーコーティングを後硬化する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１または４記載の方法。
前記後硬化工程が、前記基材にスプレーコートされた前記少なくとも１種類の非溶融ポリマーを焼結する工程を含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。
前記焼結工程が、前記基材にスプレーコートされた前記少なくとも１種類の非溶融ポリマーを加熱する工程を含み、前記加熱が、不活性雰囲気を有する閉鎖容器中で４５０℃の最大温度を超えないことを特徴とする請求項１７記載の方法。
高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）を生成する手段と、
前記ＨＶＯＦを生成する手段から少なくとも１種類の非溶融ポリイミドを含有するＨＶＯＦストリームを受けるための、前記ＨＶＯＦを生成する手段の下流にあり、かつ該手段と流体連通している細長いノズルであって、前記細長いノズルはその中に流体冷却バレルを含み、前記流体冷却バレルは、入口開口部と出口開口部で通ずる中央孔を有する細長いノズルと、
前記入口開口部から下流の前記ノズル内の地点で前記ＨＶＯＦストリームへ供給基材を導入する手段と、
前記ノズル外部周囲で冷却液体を循環する手段と
を含むことを特徴とする基材をスプレーコートするための溶射装置。
前記ノズル直径が約３／１６インチ（４．８ｍｍ）〜約９／１６インチ（１４．３ｍｍ）に及ぶことを特徴とする請求項１９記載の装置。
前記ノズルの長さが約２インチ（５０．８ｍｍ）〜約３インチ（７６．２ｍｍ）に及ぶことを特徴とする請求項１９記載の装置。