JP2007175881A - スーパーエンプラ積層膜及び複合による溶射成膜法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ＰＥＥＫ単体材料、ＰＥＥＫ複合材料、ＰＰＳ樹脂またはＰＥＫ樹脂のいずれかを基材にフレーム溶射してＰＥＥＫ単体材料またはＰＥＥＫ複合材料及びＰＰＳ樹脂、ＰＥＫ樹脂の被膜を形成する方法およびそれにより得られた単体材料層及び複合材料層に関する。
【解決手段】この発明は、基材に所定のプライマーをコーティングしてプライマー薄膜層を形成し、基材にプライマーを塗布して焼成してプライマー薄膜層を形成し、該プライマー薄膜層に前記プライマーの焼成による成膜後にＰＥＥＫ、ＰＰＳ、ＰＥＫの単体材料またはＰＥＥＫ、ＰＰＳ、ＰＥＫの複合材料に粉末式フレーム溶射によって付着することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＰＥＥＫ、ＰＰＳまたはＰＥＫの単体材料もしくは複合材料を基材にフレーム溶射して上記複合材料の被膜を形成する方法およびそれにより得られたスーパーエンプラ積層膜に関するものである。

従来、ＰＥＥＫ複合材料の溶射適用方法として、例えば特開２０００−９６２０３に、ＨＶＯＦプロセスを用いた方法が開示されている。
この方法では、基材としてのステンレス鋼に、前処理としてクリーニング及びグリットブラストする。
次に、約７０％のＰＥＥＫを約２０％のＰＴＦＥ及び約１０％のカーボンと混合して、ＰＥＥＫ複合材料を調整する。この際に最適の粒径は、ＰＥＥＫについては約７０μｍ、ＰＴＦＥについては約５３μｍ、カーボン粒子については約６μｍとする。
そして、前記ステンレス鋼には、ニッケル−アルミニウム合金等の一層の金属材料をアーク噴霧して基材上に結合層を一体に形成する。
次に、ＨＶＯＦプロセスを使用し、ＰＥＥＫ複合材料混合物を基材及び結合層に適用し、ＰＥＥＫ複合材料層を形成させる。
付着後、焼鈍プロセスによりＰＥＥＫ複合材料層を含む全体を約４００℃まで加熱し、その温度に約３０分間に亘って保持し、約２７０℃に冷却して１０分間保持し、その後約６０℃以下に冷却しコーティングを完了する。
特開２０００−９６２０３号公報 図１参照

前記従来構成では、溶射の前に結合層を設ける必要があり、また溶射の後にも高温での長時間の加熱が必要となり、工程数が多く繁雑であると共に、高温によってＰＥＥＫ複合樹脂層の密着性が劣化し、厚みの範囲で３５０〜４６０μｍに限られる欠点があった。
この発明は上記問題点を解決するものであって、その主たる課題は、プライマーを基材に塗って焼成し、成膜後にＰＥＥＫ単体材料もしくは複合材料、ＰＰＳ単体材料もしくは複合材料、ＰＥＫ単体材料もしくは複合材料のいずれか１つを粉末式フレーム溶射によって生成されるスーパーエンプラ積層膜及びその溶射成膜法を提供することにある。
これは、基材の素材が限定されることなく、フレーム溶射によって簡単にＰＥＥＫ、ＰＰＳまたはＰＥＫの単体材料もしくは複合材料を成膜することができ、且つ密着性が高まるので、被膜の厚みを薄くも厚くも設計することができ、滑性、耐久性、耐摩耗性に優れたスーパーエンプラ積層膜およびその溶射成膜法を提供することにある。

この発明は、上記課題を解決するために、請求項１のスーパーエンプラ積層膜の発明では、
基材に所定のプライマーを塗布して焼成し、成膜後にＰＥＥＫ複合材料、あるいはＰＰＳ複合材料、またはＰＥＫ複合材料を粉末式フレーム溶射によって付着することを特徴とする。
また、請求項２の発明では、
前記プライマーが、粉末式フレーム溶射に用いる母材樹脂と同じＰＥＥＫ樹脂、ＰＰＳ樹脂またはＰＥＫ樹脂からなり、基材に前記プライマーをコーティングしてプライマー薄膜層を形成し、該プライマー薄膜層にＰＥＥＫ、ＰＰＳ、またはＰＥＫの単体材料もしくは複合材料を粉末式フレーム溶射によって付着して積層膜を形成してなる特徴とする。

請求項３の発明では、
基材が、ステンレス、鉄、アルミニウムなどの金属またはセラミックからなることを特徴とする。

請求項４の溶射成膜法の発明では、
基材が、ステンレス、鉄、アルミニウムなどの金属またはセラミックからなり、
プライマーがＰＥＥＫ樹脂、ＰＰＳ樹脂、またはＰＥＫ樹脂からなっており、
前記基材に上記プライマーをコーティングしてプライマー薄膜層を形成し、
該プライマー薄膜層にＰＥＥＫ、ＰＰＳ、またはＰＥＫの単体材料もしくは複合材料を粉末式フレーム溶射によって付着して単体材料層または複合材料層を形成してなることを特徴とする。
請求項５の発明では、
前記単体材料層または複合材料層の厚みが１００μｍ〜３ｍｍの範囲内で設定されることを特徴とする。

この発明は、プライマー層を設けることで金属酸化防止及び密着強度の強化が得られ、簡単に処理でき、更にコストパフォーマンスを高めることができる。
また、基材に溶射されたＰＥＥＫ複合材料層は炭化せず、酸化度が低いので緻密性、密着性が高く、滑性、耐久性、耐摩耗性にすぐれる。
また、溶射方法として粉末式フレーム溶射を用いることができる。
さらに、複合材料として、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＰＳ樹脂、またはＰＥＫ樹脂のいずれか１つにセラミックを添加することで、硬度や滑りなどの性能的付加価値を有することができる。
単体材料層および複合材料層を形成した積層膜の膜厚を３ｍｍまで成形することができる。

以下に、この発明を、ＰＥＥＫ樹脂を用いた場合の単体材料または複合材料の溶射方法およびＰＥＥＫ単体材料層及び複合材料層についての好適実施例について説明する。

本実施例では、以下の基材にＰＥＥＫ単体材料またはＰＥＥＫ複合材料を溶射する方法からなる。
ここで基材１は、ＰＥＥＫ樹脂の溶融温度（約３５０℃）に耐えられる素材であれば特に限定されるものではないが、例えばステンレス、鉄、アルミニウムなどの金属や、セラミックなどであってもよい。

実施例１は、図１に示すように、まず第１工程として基材１に前処理を施す工程からなる。
この工程中、好ましくは、コーティングが施されるべき表面から塵埃、水分、オイル、及び他の汚染物を除去することによって基材をクリーニングする。
更に、付着性を向上させるため、コーティングが施されるべき表面を公知のブラスト処理により粗くすることが望ましい。

次に、第２工程として、上記基材１に、プライマーとして、溶射の母材樹脂と同じ樹脂としてのＰＥＥＫ樹脂からなるディスパ−ジョンポリマーをスプレーでコーティングし、１０〜５０μｍ程度の厚みのＰＥＥＫ薄膜層２を形成する。
本実施例では、塗布したＰＥＥＫ樹脂を公知の方法で塗装及び焼成を行った。
ここでプライマーの焼成温度は上記実施例に限定されるものではない。

そして、第３工程では、上記プライマーの焼成による成膜後に、前記粉体状のＰＥＥＫ複合材料を前記基材１のＰＥＥＫ薄膜層２上に溶射によって適用する。
これにより成膜されたＰＥＥＫ単体材料層およびＰＥＥＫ複合材料層３は基材との密着性が極めて高いので、１００μｍ〜３ｍｍの厚みの範囲内で設定することができる。

ここで溶射は、アセチレン（プロパン）炎を熱源とし、ＰＥＥＫ単体材料またはＰＥＥＫ複合材料の粉末材を溶融噴射し基材のＰＥＥＫ薄膜層２上に前記ＰＥＥＫ単体材料またはＰＥＥＫ複合材料の皮膜を形成する粉末式フレーム溶射を用いることを特徴としている。

この粉末式フレーム溶射法では、前記ＰＥＥＫ単体材料またはＰＥＥＫ複合材料を所定の設計厚みまで溶射した後、フュージング（溶融）処理によって開孔気孔を無くし、緻密性を高めることができる。

従来構成では、ＨＶＯＦシステムの処理後に、付着後焼鈍プロセスとして４００℃で３０分程度維持し、約２７０℃に冷却して１０分間保持し、その後約６０℃以下に冷却する必要があるが、本発明ではそのような加熱をしなくとも成膜することができる。
必要に応じて、加熱をする場合であっても、溶射後に３８０℃以上加熱すればよい。

溶射に際して、基材１のコーティングとして使用するためのポリマー材料として粉体形態のＰＥＥＫ複合材料を調製する（この調製は、第３工程の溶射の前であればよく、第１工程や第２工程の前に予め行ってもよい）。
本実施例では、ＰＥＥＫ樹脂単体またはＰＥＥＫ樹脂とセラミックの混合物からなっている。

この発明では、セラミックと共に、あるいはセラミックに替えてアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、バナジウム（ＢＮ）、ジルコニア（Ｚｒ）、タングステン、トルマリンなどのいずれか１または複数を用いることができる。
ＰＥＥＫ樹脂に対するこれらの混合割合は１〜５０％の範囲内であって、混合物と用途に応じて適宜に混合割合を変更することができる。

上記実施例１で成膜されたＰＥＥＫ単体材料層またはＰＥＥＫ複合材料層３は、溶射温度が低く高温に長時間さらされることがないので、炭化せず、酸化度が低くなり、緻密性を高めることができる。
これにより、極めて低有孔度のコーティングをおこなうことができると共に、摩擦係数が低く、耐蝕性、耐摩耗性に優れる。

また、後加工として、表面平滑性を出すために、電気炉または真空炉にて焼き戻しを行うことが効果的であることが確認された。
更に、製品を５％の希硫酸の溶液中に浸漬し、８時間加熱して７０〜９０℃とし、１６時間保温するサイクル試験を行った結果、１ヶ月以上異常は見られなかった。これにより耐蝕性があることも確認された。

上記実施例では、ＰＥＥＫ単体材料またはＰＥＥＫ複合材料を溶射する場合を例示したが、この発明では、ＰＰＳ単体材料あるいはＰＰＳ複合材料、またはＰＥＫ単体材料あるいはＰＥＫ複合材料のいずれかであってもほぼ同様の効果を奏することができる。
その場合のプライマーとしては、前記溶射の基材（母材）と同じ樹脂を用いることが好ましく、ＰＰＳ単体材料あるいはＰＰＳ複合材料の場合はＰＰＳ樹脂、ＰＥＫ単体材料あるいはＰＥＫ複合材料の場合はＰＥＫ樹脂をそれぞれ用いることが好ましいが、その他のプライマーを適宜選択して用いても良い。
その他の構成は、前記実施例に準じるので、その説明を省略する。

この発明では、プライマーとして、粉末式フレーム溶射に用いる熱可塑性樹脂複合材料の母材樹脂と同じ樹脂を用いることが好ましいが、基材と溶射する熱可塑性樹脂複合材料との密着性を有するものであれば他の樹脂を用いてもよい。
その他、この発明は上記各実施例に限定されるものではなく、要するにこの発明の要旨を変更しない範囲で種々設計変更しうる。

（ａ）ＰＥＥＫ複合材料を基材に溶射するための手順を示す実施例のフローチャート、（ｂ）同溶射で付けたＰＥＥＫコーティングを持つ基材の断面図である。

符号の説明

１ 基材
２ ＰＥＥＫ薄膜層
３ ＰＥＥＫ複合材料層

Claims (5)

1. 基材に所定のプライマーを塗布して焼成し、成膜後にＰＥＥＫ、ＰＰＳ、またはＰＥＫの単体材料もしくは複合材料を粉末式フレーム溶射によって付着することを特徴とするスーパーエンプラ積層膜。
2. プライマーが、粉末式フレーム溶射に用いる母材樹脂と同じＰＥＥＫ樹脂、ＰＰＳ樹脂またはＰＥＫ樹脂からなり、基材に前記プライマーをコーティングしてプライマー薄膜層を形成し、該プライマー薄膜層にＰＥＥＫ、ＰＰＳ、またはＰＥＫの単体材料もしくは複合材料を粉末式フレーム溶射によって付着して積層膜を形成してなる特徴とする請求項１に記載のスーパーエンプラ積層膜。
3. 基材が、ステンレス、鉄、アルミニウムなどの金属またはセラミックからなることを特徴とする請求項１または２に記載のスーパーエンプラ積層膜。
4. 基材が、ステンレス、鉄、アルミニウムなどの金属またはセラミックからなり、
   プライマーがＰＥＥＫ樹脂、ＰＰＳ樹脂、またはＰＥＫ樹脂からなっており、
   前記基材に上記プライマーをコーティングしてプライマー薄膜層を形成し、
   該プライマー薄膜層にＰＥＥＫ、ＰＰＳ、またはＰＥＫの単体材料もしくは複合材料を粉末式フレーム溶射によって付着して単体材料層または複合材料層を形成してなることを特徴とする溶射成膜法。
5. 単体材料層または複合材料層の厚みが１００μｍ〜３ｍｍの範囲内で設定されることを特徴とする請求項４に記載の溶射成膜法。
   

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