JP2009293061A - 微粉末セラミックス衝撃焼結被覆法 - Google Patents
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- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
【解決手段】 従来のフレーム溶射と異なり、ガンの燃焼室の後に、粉末と燃焼ガスを供給ノズルからフレームの軸に向けて燃焼ガスとスラリー状微粉末を噴射し、燃焼室に導入の酸素量と供給ノズルから導入する燃焼ガスとの容量を調整してフレーム中に存在するセラミックス微粉末の温度を制御し、また燃焼生成ガスにより加速して、衝撃焼結被覆をし、要求機能特性と密着性を有する皮膜を形成したことを特徴とする。
【選択図】 なし
Description
Ar+水素、Ar+窒素、He+水素などの作動ガスを用いる従来のプラズマ溶射はフレーム中心温度が5000℃から30000℃にもなる。一方燃料と酸素を用いる従来のフレーム溶射において、酸素/灯油、空気/灯油、酸素/水素、酸素/プロピレン、酸素/プロパン、酸素/エチレン、酸素/アセチレン、酸素/天然ガスのいずれかの混合ガスを用いて燃焼させ熱を発生させる。フレーム溶射温度は2200℃から3400℃になり、連続燃焼反応であるので、それ以下の温度に制御するのは非常に困難である。
セラミックスのような熱伝導性の低い材料を瞬間的に加熱し、溶融する場合は粉末の粒度が細かい方が優れている。また被覆粉末が細かいと皮膜の面粗さは細かく、後の表面の仕上げ工程は省略できる利点がある。しかし粒径0.1μmから5μmの微粉末は凝集し易く、間欠的に流れ、安定した送給は困難である。
酸化物のαAl2O3は1000℃以上でγAl2O3に変態し、2030℃で溶解する。アナターゼTiO2は700℃から800℃でルチルTiO2に変態する。スピネルMgO・Al2O3は2135℃で溶解する。SiO2は1710℃で溶解する。Hf2O3は2812℃で溶解する。Y2O32は2460℃で溶解する。CeO2は2600℃で溶解する。ZnOは1975℃で溶解する。Gd2O3は2310℃で溶解する。Cr2O3は2435℃で溶解する。Sm2O3は2350℃で溶解する。Yb2O3は2410℃で溶解する。
する。NbNは2050℃で分解する。CrNは1500℃で分解する。VNは2050℃で溶解する。TiNは2930℃で溶解する。ZrNは2980℃で溶解する。
皮膜構成
から搬送されるアセチレン、メタン、エタン、ブタン、プロパン、或いはプロピレンやアルコールと反応して発熱する。他方、燃料に対して酸素量が理論酸素量より少ないと、燃えない燃料が含まれ温度を下げる。また上記粉末供給ノズルから搬送されるてくるアセチレン、メタン、エタン、ブタン、プロパン、或いはプロピレンやアルコール類も燃焼しないで、フレームを冷却する。従って、酸素量が理論酸素量以上は溶射材料を高温で加熱し、逆に酸素量が理論酸素量以下の場合は溶射材料を低温で加熱する。アルコール類は燃焼しないで気化すると周りから気化熱を奪い、冷却効果を発揮する。
参考:C12H26+37/2O2→12CO2+13H2O
たラメラー層からなる緻密な皮膜構成を造る必要がある。Si3N4は分解する温度2000℃以下で、AlNは昇華分解する温度2450℃以下で、フレーム温度を保持し、加速して被覆する必要がある。分解しやすい材料については焼結皮膜が望ましい。
本発明を実施例で詳しく説明する。
[衝撃焼結被覆施工条件]
酸素ガス:圧力1.0MPa, 流量 750 リットル/分
圧縮空気:圧力0.5MPa, 流量 600 リットル/分
粉末供給量CeO2-15%CaO +エチルアルコール:450g/分
アセチレン:圧力0.3MPa, 流量 70 リットル/分
[衝撃焼結被覆施工条件]
酸素ガス:圧力1.0MPa, 流量 600リットル/分
圧縮空気:圧力0.4MPa, 流量 500リットル/分
粉末供給量Si3N4+エチルアルコール:500g/分
アセチレン:圧力0.4MPa, 流量 60リットル/分
燃料灯油:圧力0.7 MPa, 流量 0.35リットル/分
酸素ガス:圧力0.8 MPa, 流量 600リットル/分
圧縮空気:圧力0.4 MPa, 流量 550リットル/分
粉末供給量TaC+メチルアルコール:300 g/分
アセチレン:圧力0.3 MPa, 流量 80 リットル/分
燃料アセチレンガス:圧力0.1 MPa, 流量 25リットル/分
酸素ガス:圧力0.2 MPa, 流量 40リットル/分
圧縮空気:圧力 0.2 MPa , 流量 100リットル/分
粉末供給量TiB2+メチルアルコール:50 g/分
アセチレン:圧力0.35 MPa, 流量 70リットル/分
2 酸素通路
3 燃料通路
4 バーナ
5 ガンノズル
6 先端筒
7 圧縮空気通路
8 圧縮空気噴射リング
9 スラリー状粉末+燃焼ガス通路
10 粉末供給ノズル
11 スラリー容器
12 超音波発生器
13 超音波振動子
14 スラリーポンプ
15 Y字ユニオン
16 スラリー流量計
17 燃焼ガスボンベ
18 燃料ガス調整バルブ
19 ガス流量計
Claims (6)
- 燃料と酸素を用いる衝撃焼結被覆装置において、酸素/灯油、空気/灯油、酸素/水素、酸素/プロピレン、酸素/プロパン、酸素/エチレン、酸素/アセチレン、酸素/天然ガスのいずれかの混合ガスを用いてバーナに点火し燃焼させてフレームを発生させる。フレームの後方に粉末供給用ノズルを設置する。そのノズルから微粉末からなる粉末や或いはそれらをスラリー状にした粉末と燃焼ガスとしてアセチレン、メタン、エタン、ブタン、プロパン、プロピレンからなる混合物を噴射する。その際、燃焼室の酸素量、粉末供給圧縮空気粉末ノズルからのアセチレン、灯油、水素、プロピレン、プロパン、エチレンを圧縮空気噴射ノズルからくる空気により温度調整して粉末の温度を制御して衝撃により瞬時焼結させて被覆する方法。
- 上記請求項の微粉末をスラリー状にする媒体として、エチルアルコール、メチルアル
コール、灯油を用い、容器に導入する。その容器中の微粉末と溶媒は超音波発生器から発生する超音波を超音波振動子に伝え、これを容器に挿入して、溶媒と粉末が均一に分散することを特徴とする粉末供給方法。 - 上記請求項の被覆材料としてIIa族、IIb族(水銀を除く)、IIIa族(ホウ素を除く)、IIIb族、IVa族(炭素を除く)、IVb族、Va族、Vb族、VIb族及び希土類からなる酸化物セラミックス。IIIa族、IIIb族、IVa族、IVb族、Vb族、VIa族、VIb族、VIII族及び希土類からなる窒化物セラミックス。VIa族、Vb族、VIb族、VIII鉄族及び希土類からなる炭化物セラミックス。IVb族、Vb族、VIb族、VIII族及び希土類ホウ化物からなるセラミックス。これらのセラミックスの粉末は微粒粉末の平均粒径は0.1〜5μmを使用する。
- 上記請求項の酸化物、窒化物、炭化物、ホウ化物2から3種の混合物、或いは複合化合物。
これらのセラミックスの粉末は微粒粉末の平均粒径は0.1〜5μmを使用する。 - 上記請求項により形成された皮膜は酸化物セラミックス、窒化物セラミックス、炭化物セラミックス、ホウ化物 からなり、緻密、ラメラー、気孔、或いは球状+溶融混合などを有し、その単体、複合構造からなる。またその構造は単層や組み合わせられる2層構造を特徴とする皮膜。
- 上記請求項の形成された皮膜は耐熱性、断熱性、伝熱性、放熱性、電気的絶縁性、耐食性
、触媒性、抗菌性、耐摩耗性、圧電性機能を有することを特徴とする皮膜。
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