JP2018199856A - Manufacturing method of thermal spray material, thermal spray material, thermal spray method and thermal spray product - Google Patents

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Abstract

To provide a thermal spray material capable of forming a dense coating.SOLUTION: A mixture is obtained by mixing a fine particle and a liquid state thermoset resin, the mixture having the fine particle dispersed evenly (step S11). The fine particle is formed by a base fine particle formed by a base material of ceramic or metal and an auxiliary material for densification of a thermal spray coating, the auxiliary material being different from the base material. The fine particle includes an auxiliary fine particle of which volume ratio is smaller than that of the base fine particle in the mixture. The mixture is hardened by heating (step S12), and a hardened material is crushed into a particle with a particle size larger than that of the fine particle (step S13). This provides a thermal spray material capable of forming a dense coating in a plasma spray, a flame spray, or a laser spray.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、溶射に関する。   The present invention relates to thermal spraying.

プラズマ溶射やフレーム溶射、レーザ溶射では、金属やセラミックス等の粉末材料を高温のプラズマ流や火炎流、集光したレーザビーム中に導入し、溶融した材料粒子を基材表面に吹き付けて堆積させることによって被膜を形成する。これらの溶射法は、工業的な製造技術として確立しており、対象物を密閉空間内に配置する必要がなく、また、大面積、長尺物への適用が可能である。   In plasma spraying, flame spraying, and laser spraying, powder materials such as metals and ceramics are introduced into a high-temperature plasma flow, flame flow, or focused laser beam, and molten material particles are sprayed onto the substrate surface to deposit them. To form a coating. These thermal spraying methods have been established as industrial manufacturing techniques, and it is not necessary to arrange an object in a sealed space, and can be applied to large areas and long objects.

また、特許文献1では、セラミックスまたは金属の微粒子が、当該微粒子よりも粒径が大きい樹脂の粒子中に分散している溶射材料が提案されている。当該溶射材料は、プラズマ溶射、フレーム溶射またはレーザ溶射に用いられる。   Patent Document 1 proposes a thermal spray material in which ceramic or metal fine particles are dispersed in resin particles having a particle size larger than that of the fine particles. The thermal spray material is used for plasma spraying, flame spraying, or laser spraying.

特開2015−45068号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-45068

ところで、特許文献1のように、微粒子および樹脂を含む溶射材料を利用する場合、エア搬送にて取り扱いが困難であったナノサイズの微粒子を用いて溶射を行うことが可能であるが、緻密な被膜を形成することが容易ではない場合がある。また、上記溶射材料では、微粒子の比率を増大して、溶射時における成膜速度を大きくすることが困難となる場合もある。したがって、緻密な被膜を形成することが可能な溶射材料、および、溶射時における成膜速度を大きくすることが可能な溶射材料が求められている。   By the way, as in Patent Document 1, when a thermal spray material containing fine particles and a resin is used, it is possible to perform thermal spraying using nano-sized fine particles that are difficult to handle by air conveyance. It may not be easy to form a film. In addition, in the above-mentioned thermal spray material, it may be difficult to increase the rate of fine particles and increase the deposition rate during thermal spraying. Accordingly, there is a need for a thermal spray material capable of forming a dense coating and a thermal spray material capable of increasing the deposition rate during thermal spraying.

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、緻密な被膜を形成することが可能な溶射材料、および、溶射時における成膜速度を大きくすることが可能な溶射材料を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above problems, and aims to provide a thermal spray material capable of forming a dense coating and a thermal spray material capable of increasing the deposition rate during thermal spraying. Yes.

請求項1に記載の発明は、プラズマ溶射、フレーム溶射またはレーザ溶射に用いられる溶射材料の製造方法であって、a)微粒子を液状の樹脂中に分散させる工程と、b)前記a)工程で得られた混合物を硬化させる工程と、c)前記b)工程で得られた硬化物を、前記微粒子よりも粒径が大きい粒子に粉砕して溶射材料を得る工程とを備え、前記微粒子が、セラミックスまたは金属であるベース材料により形成されたベース微粒子と、前記ベース材料とは異なる、溶射被膜を緻密化するための補助材料により形成され、前記混合物における体積比率が前記ベース微粒子よりも小さい補助微粒子とを含む。   The invention described in claim 1 is a method for producing a thermal spray material used for plasma spraying, flame spraying, or laser spraying, in which a) a step of dispersing fine particles in a liquid resin, and b) the step a). A step of curing the obtained mixture, and c) a step of pulverizing the cured product obtained in the step b) into particles having a larger particle diameter than the fine particles to obtain a thermal spray material, the fine particles comprising: Base fine particles formed of a base material that is ceramic or metal, and auxiliary fine particles that are different from the base material and are made of an auxiliary material for densifying the thermal spray coating, and whose volume ratio in the mixture is smaller than the base fine particles Including.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の溶射材料の製造方法であって、前記補助材料がガラスである。   Invention of Claim 2 is a manufacturing method of the thermal spray material of Claim 1, Comprising: The said auxiliary material is glass.

請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の溶射材料の製造方法であって、前記補助材料が金属であり、かつ、前記補助材料の融点が前記ベース材料の融点よりも低い。   Invention of Claim 3 is a manufacturing method of the thermal spray material of Claim 1, Comprising: The said auxiliary material is a metal, and melting | fusing point of the said auxiliary material is lower than melting | fusing point of the said base material.

請求項4に記載の発明は、請求項1ないし3のいずれか1つに記載の溶射材料の製造方法であって、前記ベース微粒子の平均粒径が、前記補助微粒子の平均粒径よりも大きい。   Invention of Claim 4 is a manufacturing method of the thermal spray material as described in any one of Claim 1 thru | or 3, Comprising: The average particle diameter of the said base microparticle is larger than the average particle diameter of the said auxiliary | assistant microparticle .

請求項5に記載の発明は、プラズマ溶射、フレーム溶射またはレーザ溶射に用いられる溶射材料であって、微粒子と、前記微粒子間に存在する樹脂とにより形成された粒子であり、前記微粒子が、セラミックスまたは金属であるベース材料により形成されたベース微粒子と、前記ベース材料とは異なる、溶射被膜を緻密化するための補助材料により形成され、体積比率が前記ベース微粒子よりも小さい補助微粒子とを含む。   The invention according to claim 5 is a thermal spray material used for plasma spraying, flame spraying or laser spraying, and is a particle formed by fine particles and a resin existing between the fine particles, and the fine particles are ceramics. Alternatively, it includes base fine particles formed of a base material that is a metal, and auxiliary fine particles that are different from the base material and are formed of an auxiliary material for densifying the sprayed coating and have a volume ratio smaller than that of the base fine particles.

請求項6に記載の発明は、プラズマ溶射、フレーム溶射またはレーザ溶射に用いられる溶射材料の製造方法であって、a)セラミックスまたは金属の微粒子を液状の樹脂中に分散させる工程と、b)前記a)工程で得られた混合物を硬化させる工程と、c)前記b)工程で得られた硬化物を、前記微粒子よりも粒径が大きい粒子に粉砕して溶射材料を得る工程とを備え、前記微粒子が、第1微粒子と、前記第1微粒子よりも平均粒径が小さい第2微粒子とを含む。   The invention according to claim 6 is a method for producing a thermal spray material used for plasma spraying, flame spraying or laser spraying, comprising a) dispersing ceramic or metal fine particles in a liquid resin; and b) a) curing the mixture obtained in step c), c) crushing the cured product obtained in step b) into particles having a particle size larger than the fine particles to obtain a thermal spray material, The fine particles include first fine particles and second fine particles having an average particle size smaller than that of the first fine particles.

請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の溶射材料の製造方法であって、前記第1微粒子の平均粒径が、前記第2微粒子の平均粒径の10倍以上である。   The invention according to claim 7 is the method for producing a thermal spray material according to claim 6, wherein the average particle diameter of the first fine particles is 10 times or more the average particle diameter of the second fine particles.

請求項8に記載の発明は、請求項6または7に記載の溶射材料の製造方法であって、前記第1微粒子の平均粒径が、1μmよりも大きい。   The invention according to claim 8 is the method for producing a thermal spray material according to claim 6 or 7, wherein the average particle diameter of the first fine particles is larger than 1 μm.

請求項9に記載の発明は、請求項6ないし8のいずれか1つに記載の溶射材料の製造方法であって、前記混合物における前記微粒子の体積比率が、52%以上である。   The invention according to claim 9 is the method for producing a thermal spray material according to any one of claims 6 to 8, wherein a volume ratio of the fine particles in the mixture is 52% or more.

請求項10に記載の発明は、プラズマ溶射、フレーム溶射またはレーザ溶射に用いられる溶射材料であって、セラミックスまたは金属の微粒子と、前記微粒子間に存在する樹脂とにより形成された粒子であり、前記微粒子が、第1微粒子と、前記第1微粒子よりも平均粒径が小さい第2微粒子とを含む。   The invention according to claim 10 is a thermal spray material used for plasma spraying, flame spraying or laser spraying, and is a particle formed by ceramic or metal fine particles and a resin existing between the fine particles, The fine particles include first fine particles and second fine particles having an average particle size smaller than that of the first fine particles.

請求項11に記載の発明は、溶射方法であって、d)請求項1ないし4、並びに、請求項6ないし9のいずれか1つに記載の製造方法にて製造された溶射材料を準備する工程と、e)前記溶射材料を用いてプラズマ溶射、フレーム溶射またはレーザ溶射を行うことにより、加熱された前記微粒子を基材上にて結合させて被膜を形成する工程とを備える。   Invention of Claim 11 is a thermal spraying method, Comprising: d) The thermal spray material manufactured with the manufacturing method as described in any one of Claim 1 thru | or 4 and Claim 6 thru | or 9 is prepared. And e) performing a plasma spray, a flame spray, or a laser spray using the thermal spray material to bond the heated fine particles on the substrate to form a coating.

請求項12に記載の発明は、請求項11に記載の溶射方法により、基材上に被膜が形成されたものである。   According to a twelfth aspect of the present invention, a coating film is formed on a substrate by the thermal spraying method according to the eleventh aspect.

請求項1ないし5の発明では、緻密な被膜を形成することが可能な溶射材料を提供することができ、請求項6ないし10の発明では、溶射時における成膜速度を大きくすることが可能な溶射材料を提供することができる。   According to the first to fifth aspects of the present invention, it is possible to provide a thermal spray material capable of forming a dense film. According to the sixth to tenth aspects of the present invention, it is possible to increase the deposition rate during thermal spraying. Thermal spray material can be provided.

溶射装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a thermal spraying apparatus. 溶射材料の製造の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of manufacture of a thermal spray material. 溶射材料を示す図である。It is a figure which shows a thermal spray material. 溶射材料を示す図である。It is a figure which shows a thermal spray material. 溶射装置による溶射の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of the thermal spraying by a thermal spraying apparatus. 被膜の断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of a film. 被膜の断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of a film. 溶射材料を示す図である。It is a figure which shows a thermal spray material. 溶射材料を示す図である。It is a figure which shows a thermal spray material. 被膜の断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of a film. 被膜の断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of a film. 溶射材料を示す図である。It is a figure which shows a thermal spray material. 溶射材料を示す図である。It is a figure which shows a thermal spray material. 溶射材料を示す図である。It is a figure which shows a thermal spray material. 溶射材料を示す図である。It is a figure which shows a thermal spray material. 溶射材料を示す図である。It is a figure which shows a thermal spray material. 溶射材料を示す図である。It is a figure which shows a thermal spray material. 溶射装置の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of a thermal spraying apparatus. 被膜の断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of a film. 被膜の断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of a film. 被膜の断面における成分分析結果を示す図である。It is a figure which shows the component analysis result in the cross section of a film.

図1は、溶射装置1の構成を示す図である。溶射装置1は、基材9上にプラズマ溶射を行う装置である。溶射装置1は、溶射ガン11と、プラズマガス供給部12と、材料貯溜部13と、搬送ガス供給部14と、材料搬送部15とを備える。溶射ガン11は、プラズマフレア8を発生する。プラズマガス供給部12は、プラズマガスを溶射ガン11に供給する。プラズマガスは、例えばアルゴンガスおよび水素ガスである。プラズマガスは、ヘリウムガスや他のガスであってもよい。材料貯溜部13は、溶射に用いられる溶射材料を貯溜する。搬送ガス供給部14は、材料搬送部15に搬送ガスを供給する。搬送ガスは、例えばアルゴンガスである。搬送ガスは、アルゴンガス以外のガスであってもよい。材料搬送部15は、搬送ガス供給部14からの搬送ガスを利用して溶射材料をプラズマフレア8内へと供給する。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of the thermal spraying apparatus 1. The thermal spraying apparatus 1 is an apparatus that performs plasma spraying on the base material 9. The thermal spraying apparatus 1 includes a thermal spray gun 11, a plasma gas supply unit 12, a material storage unit 13, a transport gas supply unit 14, and a material transport unit 15. The thermal spray gun 11 generates a plasma flare 8. The plasma gas supply unit 12 supplies plasma gas to the thermal spray gun 11. The plasma gas is, for example, argon gas and hydrogen gas. The plasma gas may be helium gas or other gas. The material storage unit 13 stores a thermal spray material used for thermal spraying. The carrier gas supply unit 14 supplies a carrier gas to the material carrier unit 15. The carrier gas is, for example, argon gas. The carrier gas may be a gas other than argon gas. The material transfer unit 15 supplies the thermal spray material into the plasma flare 8 using the transfer gas from the transfer gas supply unit 14.

溶射ガン11は、溶射を行う噴出ノズルである。溶射ガン11内には、プラズマガスの流路21が設けられる。流路21の中央に陰極22が配置され、陰極22の下流側に流路を囲うように陽極23が配置される。陰極22と陽極23との間の放電により、噴出口24からプラズマフレア8が噴出される。   The thermal spray gun 11 is an ejection nozzle that performs thermal spraying. A plasma gas flow path 21 is provided in the thermal spray gun 11. A cathode 22 is disposed at the center of the channel 21, and an anode 23 is disposed on the downstream side of the cathode 22 so as to surround the channel. The plasma flare 8 is ejected from the ejection port 24 by the discharge between the cathode 22 and the anode 23.

材料搬送部15は、定量供給部31と、搬送管32とを備える。定量供給部31は、材料貯溜部13から単位時間当たり一定の量の溶射材料を取り出し、搬送ガスに合流させる。搬送管32の端部は噴出口33となっており、噴出口33から溶射材料が搬送ガスと共に噴出される。溶射材料は、プラズマフレア8の進行方向側方からプラズマフレア8の中央に向かって垂直に導入される。   The material transport unit 15 includes a fixed amount supply unit 31 and a transport pipe 32. The fixed amount supply unit 31 takes out a certain amount of thermal spray material per unit time from the material storage unit 13 and merges it with the carrier gas. An end portion of the transfer pipe 32 serves as a jet port 33, and the thermal spray material is jetted together with the carrier gas from the jet port 33. The thermal spray material is introduced vertically from the side in the traveling direction of the plasma flare 8 toward the center of the plasma flare 8.

溶射材料は粉体であり、各粒子(以下、「溶射用粒子」という。)は搬送管32を詰まらせない大きさを有する。後述するように、各溶射用粒子は、さらに微細な微粒子を含む樹脂の粒子である。溶射用粒子に含まれる微粒子は、セラミック粒子または金属粒子である。プラズマフレア8により溶射材料(溶射用粒子)の樹脂が焼失し、溶融状態または半溶融状態の微粒子が基材9に向かってプラズマフレア8と共に流れる。その結果、基材9上に微粒子が堆積し、被膜(すなわち、溶射被膜)が形成される。   The thermal spray material is powder, and each particle (hereinafter referred to as “thermal spraying particle”) has a size that does not clog the conveying tube 32. As will be described later, each thermal spraying particle is a resin particle containing finer fine particles. The fine particles contained in the particles for thermal spraying are ceramic particles or metal particles. The resin of the thermal spray material (spraying particles) is burned out by the plasma flare 8, and fine particles in a molten state or a semi-molten state flow together with the plasma flare 8 toward the substrate 9. As a result, fine particles are deposited on the substrate 9, and a coating (that is, a thermal spray coating) is formed.

次に、実際に溶射材料を製造した例(以下、「製造例」という。)を参照しつつ溶射材料の製造について説明する。図2は、溶射材料の製造の流れを示す図である。まず、セラミックスまたは金属の微粒子が準備され、さらに、熱硬化性を有する液状の樹脂が準備される。ここでは、同じ材料で形成され、かつ、平均粒径が異なる第1微粒子および第2微粒子が、当該微粒子として利用される。第1微粒子の平均粒径は、第2微粒子の平均粒径よりも大きい。製造例にて使用された第1微粒子は、平均粒径が3.6μm(マイクロメートル)の安定化ジルコニア微粒子(第一希元素化学工業株式会社製、品番「UZY−8H」)であり、第2微粒子は、平均粒径が200nm(ナノメートル)の安定化ジルコニア微粒子(共立マテリアル株式会社製、品番「KZ−8YF」)である。   Next, manufacture of a thermal spray material is demonstrated, referring the example (henceforth "manufacturing example") which actually manufactured the thermal spray material. FIG. 2 is a diagram showing a flow of manufacturing a thermal spray material. First, ceramic or metal fine particles are prepared, and further a liquid resin having thermosetting properties is prepared. Here, the first fine particles and the second fine particles that are formed of the same material and have different average particle diameters are used as the fine particles. The average particle size of the first fine particles is larger than the average particle size of the second fine particles. The first fine particles used in the production examples are stabilized zirconia fine particles having an average particle diameter of 3.6 μm (micrometer) (manufactured by Daiichi Kagaku Kagaku Kogyo Co., Ltd., product number “UZY-8H”). The fine particles are stabilized zirconia fine particles (manufactured by Kyoritsu Material Co., Ltd., product number “KZ-8YF”) having an average particle diameter of 200 nm (nanometers).

ここで、第1および第2微粒子の平均粒径は、例えば、レーザ回折・散乱法により求めた粒度分布から算出される。典型的には、第1微粒子として準備される粒子群の粒度分布から算出されるメジアン径(d50)が、第1微粒子の平均粒径である。第2微粒子の平均粒径も同様である。また、第1および第2微粒子が混在した状態で微粒子が準備されてもよい。この場合に、当該微粒子の粒度分布において、例えば、有意な2つのピークが確認されるときには、粒度が大きい方のピークが属する区間(粒度)の中央の値が第1微粒子の平均粒径として扱われ、粒度が小さい方のピークが属する区間の中央の値が第2微粒子の平均粒径として扱われてもよい。第1および第2微粒子が混在する微粒子の粒度分布では、統計学的手法により、第1微粒子の平均粒径と、第2微粒子の平均粒径とが求められてもよい。第1微粒子の平均粒径は、第1微粒子の粒度分布における代表的な粒径を示すものであればよく、第2微粒子の平均粒径も同様である。なお、微粒子の平均粒径についてレーザ回折・散乱法による測定が困難な場合は、動的光散乱法により測定が行われてもよい。第1微粒子の製造メーカが示す平均粒径と、第2微粒子の製造メーカが示す平均粒径とが十分に相違する(例えば、一方が他方の10倍以上である)場合等には、製造メーカが示す平均粒径がそのまま採用されてもよい。   Here, the average particle diameter of the first and second fine particles is calculated from, for example, a particle size distribution obtained by a laser diffraction / scattering method. Typically, the median diameter (d50) calculated from the particle size distribution of the particle group prepared as the first fine particles is the average particle size of the first fine particles. The same applies to the average particle diameter of the second fine particles. The fine particles may be prepared in a state where the first and second fine particles are mixed. In this case, for example, when two significant peaks are confirmed in the particle size distribution of the fine particles, the center value of the section (particle size) to which the larger particle size belongs is treated as the average particle size of the first fine particles. In other words, the center value of the section to which the peak having the smaller particle size belongs may be treated as the average particle size of the second fine particles. In the particle size distribution of the fine particles in which the first and second fine particles are mixed, the average particle size of the first fine particles and the average particle size of the second fine particles may be obtained by a statistical method. The average particle diameter of the first fine particles only needs to be a representative particle size in the particle size distribution of the first fine particles, and the average particle diameter of the second fine particles is the same. In addition, when it is difficult to measure the average particle diameter of the fine particles by the laser diffraction / scattering method, the measurement may be performed by the dynamic light scattering method. When the average particle size indicated by the manufacturer of the first fine particles is sufficiently different from the average particle size indicated by the manufacturer of the second fine particles (for example, one is 10 times or more of the other), the manufacturer The average particle size indicated by may be adopted as it is.

第1微粒子の平均粒径は、例えば1μmよりも大きく、好ましくは2μm以上であり、より好ましくは2.5μm以上である。第1微粒子の平均粒径は、溶射用粒子の平均粒径よりも小さい。第2微粒子の平均粒径は、好ましくは、25nm以上1000nm以下である。換言すれば、第2微粒子は、いわゆるナノ粒子であることが好ましい。さらに好ましくは、第2微粒子の平均粒径は、製造メーカからの入手が容易な50nm以上500nm以下である。また、第1微粒子の平均粒径は、第2微粒子の平均粒径の10倍以上であることが好ましい。上記の理由については後述する。   The average particle diameter of the first fine particles is, for example, larger than 1 μm, preferably 2 μm or more, and more preferably 2.5 μm or more. The average particle size of the first fine particles is smaller than the average particle size of the particles for thermal spraying. The average particle diameter of the second fine particles is preferably 25 nm or more and 1000 nm or less. In other words, the second fine particles are preferably so-called nanoparticles. More preferably, the average particle diameter of the second fine particles is not less than 50 nm and not more than 500 nm, which is easily available from the manufacturer. Moreover, it is preferable that the average particle diameter of 1st microparticles is 10 times or more of the average particle diameter of 2nd microparticles. The reason will be described later.

微粒子の材料は、上述のジルコニア(ZrO)には限定されず、様々に変更されてよい。例えば、微粒子のセラミックス材料としては、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、ムライト(Al・SiO)、酸化ジルコニウム、ジルコン(ZrO・SiO)、フォルステライト(2MgO・SiO)、ステアタイト(MgO・SiO)、チタン酸バリウム(BaTiO)、チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O)、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化クロム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化銅、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化銀、酸化コバルト、酸化タングステン、酸化バナジウム、酸化バリウム、等を含む酸化物および複合酸化物群;窒化アルミニウム、窒化ケイ素、等を含む窒化物群;炭化ケイ素等を含む炭化物群;WC/C、WC/Ni、WC/CrC/Ni、WC/Cr/Co、CrC/NiCr、サイアロン(SiN・Al)等を含むサーメット群が利用可能である。金属の場合の微粒子の材料としては、アルミニウム、銅等の様々な金属が利用可能である。 The material of the fine particles is not limited to the above-described zirconia (ZrO 2 ), and may be variously changed. For example, as the ceramic material of fine particles, aluminum oxide, silicon oxide, mullite (Al 2 O 3 · SiO 2 ), zirconium oxide, zircon (ZrO 2 · SiO 2 ), forsterite (2MgO · SiO 2 ), steatite ( MgO · SiO 2 ), barium titanate (BaTiO 3 ), lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O 3 ), titanium oxide, zinc oxide, calcium oxide, magnesium oxide, chromium oxide, manganese oxide, iron oxide Oxides and composite oxides including nickel oxide, copper oxide, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, silver oxide, cobalt oxide, tungsten oxide, vanadium oxide, barium oxide, etc .; aluminum nitride, silicon nitride, etc. Nitride group including: Carbide group including silicon carbide, etc .; W A cermet group including C / C, WC / Ni, WC / CrC / Ni, WC / Cr / Co, CrC / NiCr, sialon (SiN 4 · Al 2 O 3 ), and the like can be used. Various materials such as aluminum and copper can be used as the material for the fine particles in the case of metal.

製造例にて使用された液状の熱硬化性樹脂は、アクリル系の樹脂(JSR株式会社製、品番「KC1280」)である。液状の樹脂は、有機物を主体とするものであれば様々なものが採用されてよく、光硬化性であってもよい。もちろん、他の硬化性樹脂でもよい。硬化性樹脂としては様々なものが利用可能である。例えば、フェノール、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂、ケイ素樹脂、アルキド樹脂、ポリイミド、ポリアミノビスマレイミド、カゼイン樹脂、フラン樹脂、ウレタン樹脂等を含む熱硬化性プラスチック群の中から選択された一種または複数種が利用可能である。   The liquid thermosetting resin used in the production example is an acrylic resin (manufactured by JSR Corporation, product number “KC1280”). Various liquid resins may be employed as long as they are mainly composed of organic substances, and may be photocurable. Of course, other curable resins may be used. Various curable resins can be used. For example, thermosetting plastics including phenol, urea resin, melamine resin, unsaturated polyester resin, diallyl phthalate resin, epoxy resin, silicon resin, alkyd resin, polyimide, polyaminobismaleimide, casein resin, furan resin, urethane resin, etc. One kind or plural kinds selected from the above can be used.

微粒子および熱硬化性樹脂が準備されると、これらの混合が行われる(ステップS11)。製造例では、まず、平均粒径が200nmの第2微粒子および液状の樹脂が150cmの密閉容器内に入れられる。密閉容器内の材料全体の体積に対する第2微粒子の体積比率は、42vol%(質量比率は78.1wt%)である。そして、自転および公転を伴う攪拌・脱泡装置(株式会社写真化学製、品番「SK−350T」)により、第2微粒子を均一に単分散させたペースト状の混合物が得られる。攪拌・脱泡の条件としては、例えば、自転および公転は共に1340rpmであり、運転時間は840秒である。 When the fine particles and the thermosetting resin are prepared, they are mixed (step S11). In the production example, first, second fine particles having an average particle diameter of 200 nm and a liquid resin are placed in a sealed container of 150 cm 3 . The volume ratio of the second fine particles to the volume of the entire material in the sealed container is 42 vol% (mass ratio is 78.1 wt%). Then, a paste-like mixture in which the second fine particles are uniformly monodispersed is obtained by an agitation / defoaming device (product number “SK-350T”, manufactured by Photochemical Co., Ltd.) accompanied with rotation and revolution. As conditions for stirring and defoaming, for example, both rotation and revolution are 1340 rpm, and the operation time is 840 seconds.

続いて、平均粒径が3.6μmの第1微粒子が、複数回に分けて混合物に追加される。このとき、所定量の第1微粒子を混合ペーストに追加する毎に、攪拌・脱泡が行われる。混合物における第1微粒子の最終的な体積比率(混合物の全体に対する体積比率)は、48.3vol%であり、第2微粒子の最終的な体積比率は、21.7vol%である。第1および第2微粒子を含む微粒子全体の体積比率は、70vol%である。これにより、混合物は、液状の樹脂中において微粒子がある程度密に充填された状態、換言すると、微粒子が均一に分散した状態となる。なお、混合物における第1微粒子の質量比率は63.4wt%であり、第2微粒子の質量比率は28.5wt%であり、微粒子全体の質量比率は92.0wt%である。   Subsequently, first fine particles having an average particle size of 3.6 μm are added to the mixture in a plurality of times. At this time, every time a predetermined amount of the first fine particles is added to the mixed paste, stirring and defoaming are performed. The final volume ratio of the first fine particles in the mixture (volume ratio with respect to the entire mixture) is 48.3 vol%, and the final volume ratio of the second fine particles is 21.7 vol%. The volume ratio of the entire fine particles including the first and second fine particles is 70 vol%. As a result, the mixture is in a state in which the fine particles are packed to some extent in the liquid resin, in other words, the fine particles are uniformly dispersed. The mass ratio of the first fine particles in the mixture is 63.4 wt%, the mass ratio of the second fine particles is 28.5 wt%, and the mass ratio of the entire fine particles is 92.0 wt%.

後述する混合物の硬化では、混合物において微粒子の分散状態がある程度保持されることが好ましい。ここで、微粒子が一定の粒径の理想的な球体であり、かつ、混合物において微粒子が単純立方構造をとると仮定する。この場合、単純立方構造の充填率は約52.4%となるため、第1および第2微粒子を含む微粒子全体の体積比率が52vol%以上であれば、混合物において微粒子の分散状態が適切に保持されるといえる。実際には、微粒子は、平均粒径が互いに異なる第1微粒子と第2微粒子とを含む。したがって、微粒子の分散状態をより確実に保持するには、微粒子の体積比率は、60vol%以上であることが好ましく、65vol%以上であることがより好ましい。溶射材料の溶射では、微粒子の体積比率が高いほど成膜速度が大きくなり、成膜効率(生産性)が向上する。混合物における微粒子の体積比率は、例えば90vol%以下であり、微粒子間に入り込む樹脂の量をある程度多くする場合には、微粒子の体積比率は、85vol%以下であることが好ましい。   In the curing of the mixture described later, it is preferable that the dispersion state of the fine particles is maintained to some extent in the mixture. Here, it is assumed that the fine particles are ideal spheres having a constant particle diameter, and that the fine particles have a simple cubic structure in the mixture. In this case, since the filling rate of the simple cubic structure is about 52.4%, if the volume ratio of the entire fine particles including the first and second fine particles is 52 vol% or more, the dispersion state of the fine particles is appropriately maintained in the mixture. It can be said that. Actually, the fine particles include first fine particles and second fine particles having different average particle diameters. Therefore, in order to more reliably maintain the dispersed state of the fine particles, the volume ratio of the fine particles is preferably 60 vol% or more, and more preferably 65 vol% or more. In the thermal spraying of the thermal spray material, the higher the volume ratio of the fine particles, the higher the deposition rate, and the deposition efficiency (productivity) is improved. The volume ratio of the fine particles in the mixture is, for example, 90 vol% or less. When the amount of the resin entering between the fine particles is increased to some extent, the volume ratio of the fine particles is preferably 85 vol% or less.

既述のように、第1微粒子の平均粒径は、第2微粒子の平均粒径の10倍以上であることが好ましい。ここで、直径が1である大球が充填された空間において、大球間の隙間に内接することが可能な小球の直径について考える。3個の大球を正三角形の頂点に配置する場合に、これらの大球に内接する小球の直径は0.155となり、4個の大球を正四面体の頂点に配置する場合に、これらの大球に内接する小球の直径は0.225となる。また、6個の大球を正八面体の頂点に配置する場合に、これらの大球に内接する小球の直径は0.414となり、8個の大球を正六面体の頂点に配置する場合に、これらの大球に内接する小球の直径は0.732となる。したがって、大球の直径と小球の直径との比の値は、1.37〜6.45となる。   As described above, the average particle diameter of the first fine particles is preferably 10 times or more the average particle diameter of the second fine particles. Here, the diameter of a small sphere that can be inscribed in a gap between the large spheres in a space filled with large spheres having a diameter of 1 will be considered. When three large spheres are arranged at the vertices of an equilateral triangle, the diameter of the small sphere inscribed in these large spheres is 0.155, and when four large spheres are arranged at the vertices of a regular tetrahedron, The diameter of the small sphere inscribed in these large spheres is 0.225. When six large spheres are arranged at the vertices of the regular octahedron, the diameter of the small sphere inscribed in these large spheres is 0.414, and when eight large spheres are arranged at the vertices of the regular hexahedron. The diameter of the small sphere inscribed in these large spheres is 0.732. Therefore, the value of the ratio between the diameter of the large sphere and the diameter of the small sphere is 1.37 to 6.45.

大球および小球は、それぞれ第1微粒子および第2微粒子に相当すると考えることができ、第1微粒子の粒径が第2微粒子の粒径の6.45倍以上であれば、第2微粒子は、第1微粒子間の隙間に内接可能となる。実際には、混合物における流動性を確保するために、第2微粒子と第1微粒子との間に樹脂が介在する、ある程度の隙間が必要となる。したがって、第1微粒子の平均粒径は、第2微粒子の平均粒径の10倍以上であることが好ましいといえる。上記隙間をさらに大きくするには、第1微粒子の平均粒径は、第2微粒子の平均粒径の15倍以上であることが好ましい。第1微粒子間の隙間に第2微粒子を充填するという観点では、混合物における第1微粒子の体積比率は、第2微粒子の体積比率よりも大きいことが好ましい。   The large sphere and the small sphere can be considered to correspond to the first fine particle and the second fine particle, respectively, and if the particle size of the first fine particle is 6.45 times the particle size of the second fine particle, the second fine particle is It is possible to inscribe the gap between the first fine particles. Actually, in order to ensure fluidity in the mixture, a certain amount of gap is required between which the resin is interposed between the second fine particles and the first fine particles. Therefore, it can be said that the average particle size of the first fine particles is preferably 10 times or more the average particle size of the second fine particles. In order to further increase the gap, the average particle size of the first fine particles is preferably 15 times or more than the average particle size of the second fine particles. From the viewpoint of filling the gaps between the first fine particles with the second fine particles, the volume ratio of the first fine particles in the mixture is preferably larger than the volume ratio of the second fine particles.

続いて、微粒子および液状の樹脂の混合物は、ホットプレート等により加熱される。これにより、微粒子の分散状態を保ったまま、当該混合物が硬化し、硬化物が得られる(ステップS12)。製造例では、ペースト状の混合物が約150℃で30分間加熱される。当該硬化物は、室温まで自然冷却される。液状の樹脂として光硬化性の樹脂が使用される場合は、混合物に紫外線等の光を照射することにより、硬化物が得られる。液状の樹脂は、硬化性を有すればよく、例えば、放置することにより自然に硬化する樹脂であってもよい。   Subsequently, the mixture of the fine particles and the liquid resin is heated by a hot plate or the like. Thereby, the said mixture hardens | cures, maintaining the dispersion state of microparticles | fine-particles, and hardened | cured material is obtained (step S12). In the production example, the pasty mixture is heated at about 150 ° C. for 30 minutes. The cured product is naturally cooled to room temperature. When a photocurable resin is used as the liquid resin, a cured product is obtained by irradiating the mixture with light such as ultraviolet rays. The liquid resin only needs to have curability, and may be, for example, a resin that is naturally cured when left standing.

その後、硬化物は、振動式のミル(いわゆる、高速振動試料粉砕機)を用いて粉砕される(ステップS13)。粉砕後の硬化物は、篩を用いて分画される。これにより、微粒子よりも粒径が大きい粒子(すなわち、溶射用粒子)である溶射材料が得られる。製造例では、粉砕後の硬化物は、45μm以上106μm以下の粒度範囲で分画される。なお、篩上に残留した粒子(すなわち、上記粒度範囲よりも粒径が大きい粗大粒子)は、例えば、上述のミルに戻されて再度粉砕されてもよい。また、当該粒度範囲よりも粒径が小さい過粉砕粒子は、例えば、ステップS11において微粒子と共に液状の樹脂に混合されてもよい。   Thereafter, the cured product is pulverized using a vibration mill (so-called high-speed vibration sample pulverizer) (step S13). The cured product after pulverization is fractionated using a sieve. Thereby, the thermal spray material which is a particle | grain (namely, particle | grains for thermal spraying) larger than a microparticle is obtained. In the production example, the pulverized cured product is fractionated in a particle size range of 45 μm to 106 μm. The particles remaining on the sieve (that is, coarse particles having a particle size larger than the particle size range) may be returned to the above mill and pulverized again, for example. Moreover, the over-pulverized particles having a particle size smaller than the particle size range may be mixed with the liquid resin together with the fine particles in step S11, for example.

図3Aおよび図3Bは、製造例の溶射材料を示す図であり、走査型電子顕微鏡を用いて撮像した写真である(後述の図5A、図5B、図6A、図6B、図7A、図7B、図8A、図8B、図9Aおよび図9Bにおいて同様である。)。図3Aおよび図3Bの溶射材料では、平均粒径が3.6μmの第1微粒子と、平均粒径が200nmの第2微粒子とを含む微粒子が、微粒子間に存在する樹脂により互いに結合されて溶射用粒子が形成されている。このように、各溶射用粒子は、複数の微粒子と、これらの微粒子を保持する樹脂部とを備える。溶射用粒子は、各微粒子(第1微粒子または第2微粒子)よりも粒径が大きい樹脂の粒子であると捉えることもでき、この場合、微粒子は、当該樹脂の粒子の内部に分散して存在しているといえる。溶射用粒子における微粒子の体積比率(平均的な体積比率)は、上記混合物における体積比率とほぼ同じである。   3A and 3B are diagrams showing a thermal spray material of a manufacturing example, and are photographs taken using a scanning electron microscope (FIGS. 5A, 5B, 6A, 6B, 7A, and 7B described later). The same applies to FIGS. 8A, 8B, 9A, and 9B.) In the thermal spray material shown in FIGS. 3A and 3B, fine particles including first fine particles having an average particle diameter of 3.6 μm and second fine particles having an average particle diameter of 200 nm are bonded to each other by a resin existing between the fine particles and sprayed. Particles are formed. Thus, each thermal spraying particle includes a plurality of fine particles and a resin portion that holds these fine particles. The particles for thermal spraying can also be regarded as resin particles having a larger particle size than the respective fine particles (first fine particles or second fine particles). In this case, the fine particles are dispersed inside the resin particles. It can be said that. The volume ratio (average volume ratio) of the fine particles in the particles for thermal spraying is substantially the same as the volume ratio in the mixture.

溶射用粒子の粒度範囲は、溶射装置1にて利用可能であれば様々に変更されてよい。粒度範囲は、分級に使用する篩の目開きにより定義可能である。硬化物の粉砕により得られる溶射用粒子の粒径は、含有する微粒子よりも大きいのであれば様々に決定されてよい。ここで、10μm以下の粒径を有する粉末については、通常の粉末供給装置においてガス搬送を安定して行うことが容易ではなく、搬送管を詰まらせることがある。したがって、溶射装置1にて容易にガス搬送を行うには、溶射用粒子の粒径は、10μmよりも大きいことが好ましい。また、各溶射用粒子において、ある程度の個数の第1微粒子を含ませるという観点では、溶射用粒子の粒径は、第1微粒子の平均粒径の5倍以上であることが好ましい。溶射装置1の搬送管32において、溶射用粒子が詰まることを防止するには、溶射用粒子の粒径は、搬送管32の内径未満であり、例えば1500μm以下である。好ましくは、溶射用粒子の粒径は、350μm以下である。   The particle size range of the particles for thermal spraying may be variously changed as long as it can be used in the thermal spraying apparatus 1. The particle size range can be defined by the opening of the sieve used for classification. The particle diameter of the thermal spray particles obtained by pulverizing the cured product may be variously determined as long as it is larger than the contained fine particles. Here, about the powder which has a particle size of 10 micrometers or less, it is not easy to perform gas conveyance stably in a normal powder supply apparatus, and it may clog a conveyance pipe | tube. Therefore, in order to carry the gas easily with the thermal spraying apparatus 1, the particle size of the thermal spraying particles is preferably larger than 10 μm. Further, from the viewpoint of including a certain number of the first fine particles in each thermal spraying particle, the particle size of the thermal spraying particle is preferably not less than 5 times the average particle size of the first fine particles. In order to prevent the particles for thermal spraying from being clogged in the conveying pipe 32 of the thermal spraying apparatus 1, the particle size of the particles for thermal spraying is less than the inner diameter of the conveying pipe 32, for example, 1500 μm or less. Preferably, the particle size of the particles for thermal spraying is 350 μm or less.

図4は、溶射装置1による溶射の流れを示す図である。上述のステップS11〜S13の製造方法にて製造された溶射材料(溶射用粒子の集合)が準備されると(ステップS21)、当該溶射材料が材料貯溜部13に充填される(ステップS22)。その後、当該溶射材料を用いてプラズマ溶射が行われる(ステップS23)。これにより、加熱された微粒子が基材9上で結合し、基材9上に被膜が形成される。実際には、基材9上への被膜の形成により、溶射製品が製造される。   FIG. 4 is a diagram showing a flow of thermal spraying by the thermal spraying apparatus 1. When the thermal spray material (aggregate of thermal spray particles) manufactured by the manufacturing method of steps S11 to S13 described above is prepared (step S21), the thermal spray material is filled in the material reservoir 13 (step S22). Thereafter, plasma spraying is performed using the thermal spray material (step S23). Thereby, the heated fine particles are bonded on the base material 9, and a film is formed on the base material 9. Actually, a thermal spray product is manufactured by forming a film on the substrate 9.

図5Aおよび図5Bは、上記製造例の溶射材料を用いて溶射装置1により基材9上に形成された被膜の断面を拡大して示す図である。ここでは、基材9として、50mm×50mm×6mmのステンレス鋼(SUS316)の板を用い、当該板の表面に予めブラスト処理を施した。また、溶射ガン11として、スルザーメテコ社製の溶射ガン(商品名「F4 Spray Gun」)を用い、材料搬送部15として、スルザーメテコ社製の粉末供給装置(商品名「TWIN−120」)を用いた。溶射ガン11への印加電力は33.6kWとした。プラズマガスとして、アルゴンガスおよび水素ガスを用い、搬送ガスとして、アルゴンガスを用いた。溶射ガン11と基材9との間の距離を50mmに設定し、基材9の表面に沿う方向への溶射ガン11の相対移動(トラバース)を、速度9.9m/minで11回繰り返すことにより、基材9上に被膜を形成した。被膜の厚さは340μmであり、溶射ガン11の1回の相対移動により形成される被膜の厚さ、すなわち、成膜速度は、30.9μmであった。当該成膜速度は、一般的なサスペンション溶射における成膜速度よりも十分に大きい。   5A and 5B are views showing an enlarged cross section of a coating formed on the base material 9 by the thermal spraying apparatus 1 using the thermal spray material of the above manufacturing example. Here, a 50 mm × 50 mm × 6 mm stainless steel (SUS316) plate was used as the substrate 9, and the surface of the plate was preliminarily blasted. In addition, a spray gun manufactured by Sulzer Metco (trade name “F4 Spray Gun”) was used as the thermal spray gun 11, and a powder feeder (trade name “TWIN-120”) manufactured by Sulzer Metco was used as the material transport unit 15. . The applied power to the spray gun 11 was 33.6 kW. Argon gas and hydrogen gas were used as the plasma gas, and argon gas was used as the carrier gas. The distance between the spray gun 11 and the substrate 9 is set to 50 mm, and the relative movement (traverse) of the spray gun 11 in the direction along the surface of the substrate 9 is repeated 11 times at a speed of 9.9 m / min. Thus, a film was formed on the substrate 9. The thickness of the coating was 340 μm, and the thickness of the coating formed by one relative movement of the thermal spray gun 11, that is, the deposition rate was 30.9 μm. The film formation rate is sufficiently higher than the film formation rate in general suspension spraying.

図5Aおよび図5Bでは、密な部分と粗な部分とを含む被膜が形成されている。密な部分では、微粒子が溶融結合しており、ジルコニア粒子を用いた焼結体の硬度(1100〜1300HV)と同等の硬度であると想定される。また、粗な部分では、平均粒径が200nmの第2微粒子が未溶融の状態で存在している。このように、上記製造例の溶射材料を用いることにより、粗密を有する被膜が得られる。粗密が形成される理由は明確ではないが、平均粒径が200nmの第2微粒子では、平均粒径が3.6μmの第1微粒子と比較して、溶射において基材9に衝突する際の運動エネルギーが低く、緻密な組織を形成しにくいことが一因と考えられる。換言すると、微粒子が、粒径が比較的小さい第2微粒子を含むことにより、被膜において粗な部分が形成される。同様に、微粒子が、粒径が比較的大きい第1微粒子を含むことにより、被膜において密な部分が形成される。このように、被膜において密な部分を形成するという観点では、第1微粒子の平均粒径は、1μmよりも大きいことが好ましい。当該密な部分をより確実に形成するには、第1微粒子の平均粒径は、2μm以上であることが好ましく、2.5μm以上であることがより好ましい。   5A and 5B, a film including a dense portion and a rough portion is formed. In the dense portion, the fine particles are melt-bonded, and it is assumed that the hardness is equivalent to the hardness (1100 to 1300 HV) of the sintered body using zirconia particles. In the rough portion, the second fine particles having an average particle diameter of 200 nm are present in an unmelted state. In this way, a coating film having a rough density can be obtained by using the thermal spray material of the above production example. The reason why the density is formed is not clear, but in the second fine particles having an average particle diameter of 200 nm, the movement when colliding with the base material 9 in the thermal spraying is compared with the first fine particles having an average particle diameter of 3.6 μm. This is thought to be due to the low energy and difficulty in forming a dense structure. In other words, when the fine particles include the second fine particles having a relatively small particle size, a coarse portion is formed in the coating. Similarly, when the fine particles include the first fine particles having a relatively large particle size, a dense portion is formed in the coating. Thus, from the viewpoint of forming a dense portion in the coating, the average particle diameter of the first fine particles is preferably larger than 1 μm. In order to more reliably form the dense portion, the average particle size of the first fine particles is preferably 2 μm or more, and more preferably 2.5 μm or more.

上記のように、粗密を有する構造は、バイモーダル微細構造と呼ばれ、粗密の割合を制御することにより、被膜の機械的特性を調整することが可能である。例えば、被膜において密な部分を多く設ける場合、基材9と被膜との間の付着力(界面靱性、ボンド強さ)が向上する。クラックの拡がりも抑制されるため、高い靱性および耐摩耗性が得られる。また、被膜において粗な部分を多く設ける場合、削られやすい特性を有する被膜、すなわち、アブレイダブル被膜が得られる。さらに、粗密の割合によっては、熱拡散性が低く、熱膨張性が高い遮熱コーティング(Thermal Barrier Coating)を実現することもできる。   As described above, the structure having a density is called a bimodal microstructure, and the mechanical properties of the film can be adjusted by controlling the ratio of the density. For example, when many dense portions are provided in the coating, the adhesion force (interface toughness, bond strength) between the substrate 9 and the coating is improved. Since the spread of cracks is also suppressed, high toughness and wear resistance can be obtained. Moreover, when many rough parts are provided in the coating, a coating having a characteristic that is easily scraped, that is, an abradable coating can be obtained. Furthermore, depending on the ratio of density, it is possible to realize a thermal barrier coating with low thermal diffusivity and high thermal expansion.

次に、溶射材料の他の製造例について述べる。当該他の製造例では、平均粒径が26.4μmの安定化ジルコニア微粒子(昭和電工株式会社製、品番「SHOCOAT K−90」)が、第1微粒子として用いられる。当該安定化ジルコニア微粒子の粒度分布では、約90%の粒子が10〜45μmの粒径範囲に含まれる。第2微粒子および液状の樹脂は、上記製造例と同じである。   Next, another example of the thermal spray material will be described. In the other production example, stabilized zirconia fine particles (manufactured by Showa Denko KK, product number “SHOCOAT K-90”) having an average particle diameter of 26.4 μm are used as the first fine particles. In the particle size distribution of the stabilized zirconia fine particles, about 90% of the particles are included in the particle size range of 10 to 45 μm. The second fine particles and the liquid resin are the same as in the above production example.

図2のステップS11では、上記製造例と同じ体積比率にて第2微粒子と液状の樹脂とを混合し、同様の処理にて第2微粒子を均一に単分散させたペースト状の混合物が得られる。続いて、平均粒径が26.4μmの第1微粒子が、複数回に分けて混合物に追加される。このとき、所定量の第1微粒子を混合ペーストに追加する毎に、攪拌・脱泡が行われる。混合物における第1微粒子の最終的な体積比率は、65.6vol%(質量比率は77.9wt%)であり、第2微粒子の最終的な体積比率は、14.5vol%(質量比率は17.2wt%)である。第1および第2微粒子を含む微粒子全体の体積比率は、80vol%(質量比率は95.2wt%)である。これにより、混合物は、液状の樹脂中において微粒子がある程度密に充填された状態、換言すると、微粒子が均一に分散した状態となる。混合物の硬化および硬化物の粉砕(ステップS12,S13)は、上記製造例と同様である。   In step S11 of FIG. 2, the second fine particles and the liquid resin are mixed at the same volume ratio as in the above production example, and a paste-like mixture is obtained in which the second fine particles are uniformly monodispersed by the same treatment. . Subsequently, the first fine particles having an average particle diameter of 26.4 μm are added to the mixture in a plurality of times. At this time, every time a predetermined amount of the first fine particles is added to the mixed paste, stirring and defoaming are performed. The final volume ratio of the first fine particles in the mixture is 65.6 vol% (mass ratio is 77.9 wt%), and the final volume ratio of the second fine particles is 14.5 vol% (mass ratio is 17.5%). 2 wt%). The volume ratio of the entire fine particles including the first and second fine particles is 80 vol% (mass ratio is 95.2 wt%). As a result, the mixture is in a state in which the fine particles are packed to some extent in the liquid resin, in other words, the fine particles are uniformly dispersed. Curing of the mixture and pulverization of the cured product (Steps S12 and S13) are the same as in the above production example.

図6Aおよび図6Bは、上記他の製造例の溶射材料を示す図である。図6Aおよび図6Bの溶射材料では、平均粒径が26.4μmの第1微粒子と、平均粒径が200nmの第2微粒子とを含む微粒子が、樹脂により互いに結合されて溶射用粒子が形成されている。   6A and 6B are diagrams showing the thermal spray material of the other production example. 6A and 6B, fine particles including first fine particles having an average particle diameter of 26.4 μm and second fine particles having an average particle diameter of 200 nm are bonded to each other by a resin to form particles for thermal spraying. ing.

図7Aおよび図7Bは、上記他の製造例の溶射材料を用いて溶射装置1により基材9上に形成された被膜の断面を拡大して示す図である。溶射における条件は、図5Aおよび図5Bの被膜の形成と同様である。被膜の厚さは305μmであり、溶射ガン11の1回の相対移動により形成される被膜の厚さ、すなわち、成膜速度は、27.7μmであった。   7A and 7B are views showing an enlarged cross section of the coating formed on the base material 9 by the thermal spraying apparatus 1 using the thermal spray material of the other production example. The conditions for thermal spraying are the same as the formation of the coating film in FIGS. 5A and 5B. The thickness of the coating was 305 μm, and the thickness of the coating formed by one relative movement of the thermal spray gun 11, that is, the deposition rate was 27.7 μm.

図7Aおよび図7Bにおいても、図5Aおよび図5Bと同様に、密な部分と粗な部分とを含む被膜が形成されている。密な部分では、微粒子が溶融結合している。また、粗な部分では、平均粒径が200nmの第2微粒子が未溶融の状態で存在している。このように、上記他の製造例の溶射材料を用いることにより、粗密を有する被膜が得られる。   7A and 7B, as in FIGS. 5A and 5B, a film including a dense portion and a rough portion is formed. In the dense part, the fine particles are melt-bonded. In the rough portion, the second fine particles having an average particle diameter of 200 nm are present in an unmelted state. As described above, a coating film having a rough density can be obtained by using the thermal spray material of the other production example.

ここで、比較例の溶射材料の製造について述べる。比較例の溶射材料の製造では、上記製造例における第1微粒子または第2微粒子の一方のみを微粒子として用いて、図2と同様の処理を行った。詳細には、第1ないし第4比較例の溶射材料を製造した。第1比較例では、平均粒径が3.6μmの第1微粒子のみを用い、かつ、混合物における第1微粒子の体積比率を60vol%として溶射材料(以下、「3.6μm−60vol%の溶射材料」という。以下同様である。)を製造した。同様に、第2ないし第4比較例では、3.6μm−65vol%の溶射材料、200nm−57vol%の溶射材料、および、200nm−60vol%の溶射材料を製造した。第1ないし第4比較例の溶射材料を用いて、上記の例と同様の条件で被膜を形成したところ、成膜速度は、それぞれ11.8μm、15.5μm、13μm、20.9μmであった。   Here, manufacture of the thermal spray material of a comparative example is described. In the production of the thermal spray material of the comparative example, the same treatment as that in FIG. 2 was performed using only one of the first fine particles and the second fine particles in the production example as fine particles. In detail, the thermal spray material of the 1st thru | or 4th comparative example was manufactured. In the first comparative example, only the first fine particles having an average particle diameter of 3.6 μm are used, and the volume ratio of the first fine particles in the mixture is set to 60 vol% (hereinafter referred to as “3.6 μm-60 vol% sprayed material”). The same applies hereinafter.). Similarly, in the second to fourth comparative examples, 3.6 μm-65 vol% sprayed material, 200 nm-57 vol% sprayed material, and 200 nm-60 vol% sprayed material were manufactured. When a coating was formed under the same conditions as in the above examples using the thermal spray materials of the first to fourth comparative examples, the deposition rates were 11.8 μm, 15.5 μm, 13 μm, and 20.9 μm, respectively. .

ここで、3.6μm−65vol%の溶射材料を製造する第2比較例では、第1微粒子と液状の樹脂とを混合した混合物においてダイラタンシーが発現する(第1比較例において同様)。これにより、混合物を速くかき混ぜることができなくなり、混合物における第1微粒子の体積比率をさらに大きくすることが容易ではない。200nm−60vol%の溶射材料を製造する第4比較例においても、混合物における第2微粒子の体積比率をさらに大きくすると、第2微粒子の塊が発生し、第2微粒子を分散させることが容易ではない。   Here, in the 2nd comparative example which manufactures a 3.6-65 volume% thermal spray material, dilatancy develops in the mixture which mixed the 1st fine particle and liquid resin (same in the 1st comparative example). Thereby, it becomes impossible to stir the mixture quickly, and it is not easy to further increase the volume ratio of the first fine particles in the mixture. Also in the fourth comparative example for producing a sprayed material of 200 nm-60 vol%, if the volume ratio of the second fine particles in the mixture is further increased, a lump of second fine particles is generated and it is not easy to disperse the second fine particles. .

これに対し、図2の溶射材料の製造では、第1微粒子と、第1微粒子よりも平均粒径が小さい第2微粒子とを含む微粒子が利用される。これにより、微粒子と液状の樹脂との混合物において、粗粒である第1微粒子間の隙間に、細粒である第2微粒子を入り込ませることができ、混合物における微粒子の体積比率を容易に大きくすることができる。その結果、図2の処理により製造される溶射材料では、溶射時における成膜速度を大きくすることが可能となる。なお、異なる溶射方法を採用する等により、上記溶射材料を用いて緻密な被膜が形成されてもよい。この場合、第2微粒子の平均粒径は、1μmよりも大きくてもよく、例えば、25nm以上10μm以下である。   On the other hand, in the production of the thermal spray material of FIG. 2, fine particles including the first fine particles and the second fine particles having an average particle size smaller than the first fine particles are used. Accordingly, in the mixture of the fine particles and the liquid resin, the second fine particles that are fine particles can be introduced into the gaps between the first fine particles that are coarse particles, and the volume ratio of the fine particles in the mixture is easily increased. be able to. As a result, with the thermal spray material manufactured by the process of FIG. 2, it is possible to increase the deposition rate during thermal spraying. It should be noted that a dense coating may be formed using the above-mentioned sprayed material, for example, by employing a different spraying method. In this case, the average particle diameter of the second fine particles may be larger than 1 μm, for example, 25 nm or more and 10 μm or less.

上記溶射材料では、第1および第2微粒子が同じ材料であるが、第1および第2微粒子が異なる材料であってもよい。次に、第1および第2微粒子が異なる材料である溶射材料の製造について、製造例を参照しつつ説明する。以下の説明では、第1および第2微粒子が同じ材料である上述の溶射材料を、「単一材料型の溶射材料」という。   In the thermal spray material, the first and second fine particles are the same material, but the first and second fine particles may be different materials. Next, the production of a thermal spray material, which is a material in which the first and second fine particles are different, will be described with reference to production examples. In the following description, the above-mentioned sprayed material in which the first and second fine particles are the same material is referred to as a “single material type sprayed material”.

まず、第1および第2微粒子を含む微粒子と、熱硬化性を有する液状の樹脂が準備される。以下の処理により製造される溶射材料では、溶射が行われた際に、第1微粒子により溶射被膜のベース部分が形成されるため、以下、第1微粒子を「ベース微粒子」という。ベース微粒子は、セラミックスまたは金属であるベース材料により形成される。また、第2微粒子は、溶射の際に、ベース材料による被膜の形成を補助するため、以下、第2微粒子を「補助微粒子」という。後述するように、補助微粒子は、ベース材料を主成分とする溶射被膜の緻密化に寄与する。補助微粒子は、ベース材料とは異なる補助材料により形成される。製造例にて使用されたベース微粒子は、平均粒径が26.4μmの安定化ジルコニア微粒子(昭和電工株式会社製、品番「SHOCOAT K−90」)であり、補助微粒子は、平均粒径が0.6μmであり、Bi・ZnO・Bを主成分とするガラスフリット(旭硝子株式会社製、品番「ASF−4001B」)である。 First, fine particles including first and second fine particles and a thermosetting liquid resin are prepared. In the thermal spray material manufactured by the following treatment, when the thermal spraying is performed, the base portion of the thermal spray coating is formed by the first microparticles. Therefore, the first microparticles are hereinafter referred to as “base microparticles”. The base fine particles are formed of a base material that is ceramic or metal. Further, the second fine particles are hereinafter referred to as “auxiliary fine particles” in order to assist the formation of the film with the base material during the thermal spraying. As will be described later, the auxiliary fine particles contribute to densification of the thermal spray coating mainly composed of the base material. The auxiliary fine particles are formed of an auxiliary material different from the base material. The base fine particles used in the production examples are stabilized zirconia fine particles having an average particle size of 26.4 μm (manufactured by Showa Denko KK, product number “SHOCOAT K-90”), and the auxiliary fine particles have an average particle size of 0. is a .6μm, glass frit mainly composed of Bi 2 O 3 · ZnO · B 2 O 3 ( manufactured by Asahi glass Co., Ltd., part number "ASF-4001B") is.

単一材料型の溶射材料の場合と同様に、ベース微粒子(第1微粒子)の平均粒径は、例えば1μmよりも大きく、好ましくは2μm以上であり、より好ましくは2.5μm以上である。ベース微粒子の平均粒径は、溶射用粒子の粒径よりも小さい。補助微粒子(第2微粒子)の平均粒径は、好ましくは、25nm以上10μm以下である。典型的には、補助微粒子の平均粒径は、ベース微粒子の平均粒径よりも小さい、すなわち、ベース微粒子の平均粒径は、補助微粒子の平均粒径よりも大きい。溶射時における成膜速度を大きくするには、ベース微粒子の平均粒径は、補助微粒子の平均粒径の10倍以上であることが好ましく、15倍以上であることがより好ましい。   As in the case of the single material type thermal spray material, the average particle diameter of the base fine particles (first fine particles) is, for example, larger than 1 μm, preferably 2 μm or more, and more preferably 2.5 μm or more. The average particle size of the base fine particles is smaller than the particle size of the particles for thermal spraying. The average particle size of the auxiliary fine particles (second fine particles) is preferably 25 nm or more and 10 μm or less. Typically, the average particle size of the auxiliary fine particles is smaller than the average particle size of the base fine particles, that is, the average particle size of the base fine particles is larger than the average particle size of the auxiliary fine particles. In order to increase the deposition rate during thermal spraying, the average particle size of the base particles is preferably 10 times or more, more preferably 15 times or more the average particle size of the auxiliary particles.

ベース材料であるジルコニア(ZrO)は、例えば、CaO、MgO、Y等を固溶させた安定化ジルコニア、または、部分安定化ジルコニア(PSZ)であり、好ましくは、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)である。ベース材料としては、単一材料型の溶射材料における微粒子と同様に、様々なセラミックスまたは金属が利用可能である。ベース材料として、複数種類のセラミックスまたは複数種類の金属が混合されてもよい。一例では、ZrOおよびAlの組合せにより、ジルコニア強化アルミナまたはアルミナ強化ジルコニアの靱性に優れた被膜が形成可能となる。さらに、ベース材料として、セラミックスと金属とが混合されてもよい。 The base material zirconia (ZrO 2 ) is, for example, stabilized zirconia in which CaO, MgO, Y 2 O 3 or the like is dissolved, or partially stabilized zirconia (PSZ), and preferably yttria stabilized zirconia. (YSZ). As the base material, various ceramics or metals can be used as well as the fine particles in the single-material type thermal spray material. As the base material, a plurality of types of ceramics or a plurality of types of metals may be mixed. In one example, a combination of ZrO 2 and Al 2 O 3 can form a coating having excellent toughness of zirconia reinforced alumina or alumina reinforced zirconia. Further, ceramic and metal may be mixed as the base material.

補助材料としては、SiO、B、Bi、Al、ZnO、PbO、BaO、CaO、MgO、SrO、LiO、NaO、KO、V等から選択された一種または複数種を含むガラスが利用可能である。また、補助材料として金属等が利用されてもよい。金属の場合の補助材料としては、Mn、Zn、Mg、Al、Cu、Ni、Co、Fe、Cr、Mo、W等から選択された一種または複数種が利用可能である。補助材料は、MCrAlY(M:Co、Co−Ni、Ni−Co、Ni、Fe)等の合金であってもよい。 The auxiliary material, SiO 2, B 2 O 3 , Bi 2 O 3, Al 2 O 3, ZnO, PbO, BaO, CaO, MgO, SrO, Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, V 2 O Glass containing one kind or plural kinds selected from 5 grades can be used. A metal or the like may be used as an auxiliary material. As the auxiliary material in the case of a metal, one or more selected from Mn, Zn, Mg, Al, Cu, Ni, Co, Fe, Cr, Mo, W, and the like can be used. The auxiliary material may be an alloy such as MCrAlY (M: Co, Co—Ni, Ni—Co, Ni, Fe).

製造例にて使用された液状の熱硬化性樹脂は、アクリル系の樹脂(JSR株式会社製、品番「KC1280」)である。単一材料型の溶射材料の製造と同様に、液状の樹脂は、有機物を主体とするものであれば様々なものが採用されてよく、他の硬化性樹脂でもよい。   The liquid thermosetting resin used in the production example is an acrylic resin (manufactured by JSR Corporation, product number “KC1280”). Similar to the production of the single material type thermal spray material, various liquid resins may be adopted as long as they are mainly composed of organic substances, and other curable resins may be used.

ベース微粒子、補助微粒子および熱硬化性樹脂が準備されると、単一材料型の溶射材料の製造と同様に、これらの混合が行われる(図2:ステップS11)。製造例では、まず、補助微粒子および液状の樹脂が混合され、補助微粒子を均一に分散させたペースト状の混合物が得られる。そして、ベース微粒子が、複数回に分けて混合物に追加される。混合物におけるベース微粒子の最終的な体積比率は、63.0vol%であり、補助微粒子の最終的な体積比率は、7.0vol%である。すなわち、ベース微粒子と補助微粒子の体積比は、90:10である。また、ベース微粒子および補助微粒子を含む微粒子全体の体積比率は、70vol%である。これにより、混合物は、液状の樹脂中において微粒子がある程度密に充填された状態、換言すると、微粒子が均一に分散した状態となる。   When the base fine particles, the auxiliary fine particles, and the thermosetting resin are prepared, they are mixed in the same manner as in the production of the single material type thermal spray material (FIG. 2: Step S11). In the production example, first, auxiliary fine particles and a liquid resin are mixed to obtain a paste-like mixture in which auxiliary fine particles are uniformly dispersed. Then, the base fine particles are added to the mixture in a plurality of times. The final volume ratio of the base fine particles in the mixture is 63.0 vol%, and the final volume ratio of the auxiliary fine particles is 7.0 vol%. That is, the volume ratio of the base fine particles to the auxiliary fine particles is 90:10. Further, the volume ratio of the entire fine particles including the base fine particles and the auxiliary fine particles is 70 vol%. As a result, the mixture is in a state in which the fine particles are packed to some extent in the liquid resin, in other words, the fine particles are uniformly dispersed.

単一材料型の溶射材料の製造と同様に、混合物において、ベース微粒子および補助微粒子を含む微粒子の体積比率は、52vol%以上であることが好ましく、60vol%以上であることがより好ましい。また、ベース微粒子間の隙間に補助微粒子を充填するという観点では、混合物におけるベース微粒子の体積比率は補助微粒子の体積比率よりも大きい、すなわち、補助微粒子の体積比率はベース微粒子の体積比率よりも小さいことが好ましい。   Similarly to the production of the single material type thermal spray material, the volume ratio of the fine particles including the base fine particles and the auxiliary fine particles in the mixture is preferably 52 vol% or more, and more preferably 60 vol% or more. Further, from the viewpoint of filling the gaps between the base fine particles with the auxiliary fine particles, the volume ratio of the base fine particles in the mixture is larger than the volume ratio of the auxiliary fine particles, that is, the volume ratio of the auxiliary fine particles is smaller than the volume ratio of the base fine particles. It is preferable.

続いて、混合物が加熱されることにより、微粒子の分散状態を保ったまま、当該混合物が硬化し、硬化物が得られる(ステップS12)。製造例では、補助材料の軟化温度(472℃)よりも低い温度で混合物が加熱される。その後、硬化物が、振動式のミルを用いて粉砕される(ステップS13)。粉砕後の硬化物は、篩を用いて分画される。これにより、ベース微粒子および補助微粒子よりも粒径が大きい粒子(すなわち、溶射用粒子)である溶射材料が得られる。当該溶射材料は、ベース材料により形成されるベース微粒子、および、補助材料により形成される補助微粒子を微粒子として含むため、以下、当該溶射材料を「複合材料型の溶射材料」という。製造例では、粉砕後の硬化物は、45μm以上106μm以下の粒度範囲で分画される。溶射用粒子の粒度範囲は、溶射装置1にて利用可能であれば様々に変更されてよい。   Subsequently, the mixture is heated to cure the mixture while maintaining the dispersed state of the fine particles, thereby obtaining a cured product (step S12). In the production example, the mixture is heated at a temperature lower than the softening temperature of the auxiliary material (472 ° C.). Thereafter, the cured product is pulverized using a vibration mill (step S13). The cured product after pulverization is fractionated using a sieve. Thereby, the thermal spray material which is a particle | grain (namely, particle | grains for thermal spraying) larger than a base microparticle and an auxiliary | assistant microparticle is obtained. Since the thermal spray material includes base fine particles formed of the base material and auxiliary fine particles formed of the auxiliary material as fine particles, the thermal spray material is hereinafter referred to as a “composite material type thermal spray material”. In the production example, the pulverized cured product is fractionated in a particle size range of 45 μm to 106 μm. The particle size range of the particles for thermal spraying may be variously changed as long as it can be used in the thermal spraying apparatus 1.

図8Aおよび図8Bは、製造例の溶射材料を示す図である。図8Aおよび図8Bの溶射材料では、平均粒径が26.4μmのベース微粒子と、平均粒径が0.6μmの補助微粒子とを含む微粒子が、微粒子間に存在する樹脂により互いに結合されて溶射用粒子が形成されている。溶射用粒子は、各微粒子(ベース微粒子または補助微粒子)よりも粒径が大きい樹脂の粒子であると捉えることもでき、この場合、微粒子は、当該樹脂の粒子の内部に分散して存在しているといえる。溶射用粒子における微粒子の体積比率(平均的な体積比率)は、上記混合物における体積比率とほぼ同じである。   8A and 8B are diagrams showing a thermal spray material of a manufacturing example. 8A and 8B, fine particles including base fine particles having an average particle diameter of 26.4 μm and auxiliary fine particles having an average particle diameter of 0.6 μm are bonded to each other by a resin existing between the fine particles and sprayed. Particles are formed. The particles for thermal spraying can also be regarded as resin particles having a larger particle size than the respective fine particles (base fine particles or auxiliary fine particles). In this case, the fine particles are dispersed inside the resin particles. It can be said that. The volume ratio (average volume ratio) of the fine particles in the particles for thermal spraying is substantially the same as the volume ratio in the mixture.

上記製造例の溶射材料を用いて溶射装置1により基材9上に溶射を行うと、ベース微粒子が溶融結合することにより、ベース材料を主成分とする被膜が形成される。このとき、平均粒径が大きく、基材9に衝突する際の運動エネルギーが高いベース微粒子により、被膜において密な部分が形成される。また、ベース微粒子の融点よりも、軟化温度が十分に低い補助微粒子は、プラズマフレア8により容易に溶融状態となり、溶融した補助材料により、ベース材料(密な部分)間の隙間が充填される。これにより、緻密な被膜が得られる。被膜が形成された基材9(溶射製品)は、例えば、焼却炉の炉壁等に利用される部材であり、この場合における被膜は、例えば防食コートである。   When thermal spraying is performed on the base material 9 by the thermal spraying apparatus 1 using the thermal spray material of the above production example, the base fine particles are melt-bonded to form a coating mainly composed of the base material. At this time, a dense portion is formed in the coating film by the base fine particles having a large average particle diameter and high kinetic energy when colliding with the base material 9. Further, the auxiliary fine particles whose softening temperature is sufficiently lower than the melting point of the base fine particles are easily melted by the plasma flare 8 and the gap between the base materials (dense portions) is filled with the molten auxiliary material. Thereby, a dense film is obtained. The base material 9 (sprayed product) on which the coating is formed is a member used for, for example, a furnace wall of an incinerator, and the coating in this case is, for example, an anticorrosion coating.

次に、複合材料型の溶射材料の他の製造例について述べる。当該他の製造例では、平均粒径が0.9μmであり、SiO・Al・RO(R:Mg、Ca、Sr、Ba)を主成分とするガラスフリット(岡本硝子株式会社製、品番「CAS9」)が、補助微粒子として用いられる。ベース微粒子および液状の樹脂は、上記製造例と同じである。 Next, another production example of the composite material type thermal spray material will be described. In this other production example, the average particle size is 0.9 μm, and glass frit (manufactured by Okamoto Glass Co., Ltd.) containing SiO 2 .Al 2 O 3 .RO (R: Mg, Ca, Sr, Ba) as a main component is used. , Product number “CAS9”) is used as auxiliary fine particles. The base fine particles and the liquid resin are the same as in the above production example.

図2のステップS11では、上記製造例と同様に、補助微粒子および液状の樹脂が混合され、その後、ベース微粒子が、複数回に分けて混合物に追加される。混合物におけるベース微粒子の最終的な体積比率は、63.0vol%であり、補助微粒子の最終的な体積比率は、7.0vol%である。すなわち、ベース微粒子と補助微粒子の体積比は、90:10である。また、ベース微粒子および補助微粒子を含む微粒子全体の体積比率は、70vol%である。これにより、混合物は、液状の樹脂中において微粒子がある程度密に充填された状態、換言すると、微粒子が均一に分散した状態となる。混合物の硬化および硬化物の粉砕(ステップS12,S13)は、上記製造例と同様である。なお、本補助材料の軟化温度は、855℃であり、硬化時における混合物の加熱温度よりも十分に高い。   In step S11 of FIG. 2, the auxiliary fine particles and the liquid resin are mixed as in the above production example, and then the base fine particles are added to the mixture in a plurality of times. The final volume ratio of the base fine particles in the mixture is 63.0 vol%, and the final volume ratio of the auxiliary fine particles is 7.0 vol%. That is, the volume ratio of the base fine particles to the auxiliary fine particles is 90:10. Further, the volume ratio of the entire fine particles including the base fine particles and the auxiliary fine particles is 70 vol%. As a result, the mixture is in a state in which the fine particles are packed to some extent in the liquid resin, in other words, the fine particles are uniformly dispersed. Curing of the mixture and pulverization of the cured product (Steps S12 and S13) are the same as in the above production example. In addition, the softening temperature of this auxiliary material is 855 degreeC, and is sufficiently higher than the heating temperature of the mixture at the time of hardening.

図9Aおよび図9Bは、他の製造例の溶射材料を示す図である。図9Aおよび図9Bの溶射材料では、平均粒径が26.4μmのベース微粒子と、平均粒径が0.9μmの補助微粒子とを含む微粒子が、微粒子間に存在する樹脂により互いに結合されて溶射用粒子が形成されている。本溶射材料を用いて基材9上に溶射を行う場合も、ベース材料を主成分とする被膜が形成されるとともに、ベース材料間の隙間が、溶融した補助材料により充填される。これにより、緻密な被膜が得られる。   9A and 9B are diagrams showing a thermal spray material of another manufacturing example. 9A and 9B, fine particles including base fine particles having an average particle diameter of 26.4 μm and auxiliary fine particles having an average particle diameter of 0.9 μm are bonded to each other by a resin existing between the fine particles and sprayed. Particles are formed. Even when the thermal spraying is performed on the base material 9 using the present thermal spray material, a film mainly composed of the base material is formed, and the gap between the base materials is filled with the molten auxiliary material. Thereby, a dense film is obtained.

次に、複合材料型の溶射材料のさらに他の製造例について述べる。ここでは、平均粒径が3.6μmの安定化ジルコニア微粒子(第一希元素化学工業株式会社製、品番「UZY−8H」)が、ベース微粒子として用いられる。補助微粒子および液状の樹脂は、図9Aおよび図9Bの製造例と同じである。   Next, still another production example of the composite material type thermal spray material will be described. Here, stabilized zirconia fine particles having an average particle size of 3.6 μm (manufactured by Daiichi Elemental Chemical Co., Ltd., product number “UZY-8H”) are used as the base fine particles. The auxiliary fine particles and the liquid resin are the same as those in the manufacturing examples of FIGS. 9A and 9B.

図2のステップS11では、上記製造例と同様に、補助微粒子および液状の樹脂が混合され、その後、ベース微粒子が、複数回に分けて混合物に追加される。混合物におけるベース微粒子の最終的な体積比率は、54.0vol%であり、補助微粒子の最終的な体積比率は、6.0vol%である。すなわち、ベース微粒子と補助微粒子の体積比は、90:10である。また、ベース微粒子および補助微粒子を含む微粒子全体の体積比率は、60vol%である。これにより、混合物は、液状の樹脂中において微粒子がある程度密に充填された状態となる。混合物の硬化および硬化物の粉砕(ステップS12,S13)は、上記製造例と同様である。   In step S11 of FIG. 2, the auxiliary fine particles and the liquid resin are mixed as in the above production example, and then the base fine particles are added to the mixture in a plurality of times. The final volume ratio of the base fine particles in the mixture is 54.0 vol%, and the final volume ratio of the auxiliary fine particles is 6.0 vol%. That is, the volume ratio of the base fine particles to the auxiliary fine particles is 90:10. Further, the volume ratio of the whole fine particles including the base fine particles and the auxiliary fine particles is 60 vol%. As a result, the mixture is in a state in which the fine particles are packed to some extent in the liquid resin. Curing of the mixture and pulverization of the cured product (Steps S12 and S13) are the same as in the above production example.

図10Aおよび図10Bは、本製造例の溶射材料を示す図である。図10Aおよび図10Bの溶射材料では、平均粒径が3.6μmのベース微粒子と、平均粒径が0.9μmの補助微粒子とを含む微粒子が、微粒子間に存在する樹脂により互いに結合されて溶射用粒子が形成されている。本溶射材料を用いて基材9上に溶射を行う場合も、ベース材料を主成分とする被膜が形成されるとともに、ベース材料間の隙間が、溶融した補助材料により充填される。これにより、緻密な被膜が得られる。なお、図10Aおよび図10Bの溶射材料を用いて基材9上に形成された被膜については後述する。   10A and 10B are diagrams showing a thermal spray material of this production example. 10A and 10B, fine particles including base fine particles having an average particle diameter of 3.6 μm and auxiliary fine particles having an average particle diameter of 0.9 μm are bonded to each other by a resin existing between the fine particles and sprayed. Particles are formed. Even when the thermal spraying is performed on the base material 9 using the present thermal spray material, a film mainly composed of the base material is formed, and the gap between the base materials is filled with the molten auxiliary material. Thereby, a dense film is obtained. In addition, the film formed on the base material 9 using the thermal spray material of FIG. 10A and FIG. 10B is mentioned later.

ところで、通常の溶射で扱われる原材料の粉末は、粒径10〜100μm程度と粗大であり、形成された被膜には気孔や亀裂等の欠陥が必然的に生じる。したがって、被膜の機械的特性の低下や、被膜による外部環境の遮断が不完全なことによる基材の防食性の低下等が問題となる。通常行われる対策は、溶射による被膜の形成後にさらなる処理を施すものであり、例えば被膜へのMn等の金属融体の浸透・焼結処理による緻密化や、封孔処理が挙げられる。封孔処理については、溶射被膜が高温下で使用される場合には有機系封孔剤では耐用できないため、ガラス系成分を含む液状の封孔剤を塗布・浸透させた後、溶剤を蒸発させてガラス系成分を固化させる手法が一般的である。しかしながら、これらの緻密化の手法は溶射施工後にさらなる処理工程が必要となり、焼結処理を行う場合には専用の加熱設備も必要となる。   By the way, the raw material powder handled by normal thermal spraying is coarse with a particle size of about 10 to 100 μm, and defects such as pores and cracks inevitably occur in the formed coating. Accordingly, there are problems such as a decrease in the mechanical properties of the coating and a decrease in the corrosion resistance of the substrate due to incomplete blocking of the external environment by the coating. A measure usually taken is to perform further treatment after the coating is formed by thermal spraying. Examples thereof include densification by permeation and sintering of a metal melt such as Mn into the coating and sealing treatment. Regarding the sealing treatment, when a sprayed coating is used at high temperatures, it cannot be used with an organic sealing agent. Therefore, after applying and infiltrating a liquid sealing agent containing a glass component, the solvent is evaporated. Generally, a technique for solidifying glass-based components is used. However, these densification techniques require additional processing steps after thermal spraying, and special heating equipment is also required when performing the sintering process.

これに対し、複合材料型の溶射材料の製造では、利用される微粒子が、ベース材料により形成されるベース微粒子と、溶射被膜を緻密化するための補助材料により形成される補助微粒子とを含む。すなわち、溶射被膜のベースとなる粒子に加えて、金属粒子やガラス質粒子をも分散させた溶射材料が製造される。そして、当該溶射材料を溶射することにより、溶射被膜の欠陥部分に金属成分やガラス成分が充填された緻密な被膜が形成され、溶射施工工程のみで被膜の緻密化を達成することができる。   On the other hand, in the manufacture of a composite material type thermal spray material, the fine particles used include base fine particles formed of a base material and auxiliary fine particles formed of an auxiliary material for densifying the spray coating. That is, a thermal spray material in which metal particles and glassy particles are dispersed in addition to the particles serving as the base of the thermal spray coating is manufactured. And by spraying the said thermal spray material, the precise | minute film | membrane with which the metal component and the glass component were filled in the defective part of a thermal spray coating is formed, and densification of a coating film can be achieved only by a thermal spraying construction process.

溶射材料におけるベース微粒子と補助微粒子の体積比は、単一材料の場合に形成される被膜の気孔率を参考にして決定することが好ましい。通常の原材料を用いる場合、溶射被膜の気孔率は、数%〜十数%である。遮熱コーティングのトップコートとなるYSZ被膜では、最大40%程度の気孔率もあり得る。したがって、複合材料型の溶射材料を用いて緻密な被膜を形成する場合には、被膜のベース成分(YSZ粒子等のベース微粒子)と、被膜の欠陥部を充填する成分(ガラス粒子や金属粒子である補助微粒子)の体積比は、例えば(60±10):(40±10)、(80±10):(20±10)、(95±5):(5±5)等となる。   The volume ratio between the base fine particles and the auxiliary fine particles in the thermal spray material is preferably determined with reference to the porosity of the coating formed in the case of a single material. When ordinary raw materials are used, the thermal spray coating has a porosity of several% to several tens%. The YSZ film that is the top coat of the thermal barrier coating may have a porosity of up to about 40%. Therefore, when a dense coating is formed using a composite material type thermal spray material, a coating base component (base fine particles such as YSZ particles) and a component filling glass defects (glass particles or metal particles) are used. The volume ratio of a certain auxiliary fine particle is, for example, (60 ± 10) :( 40 ± 10), (80 ± 10) :( 20 ± 10), (95 ± 5) :( 5 ± 5), and the like.

また、ベース微粒子および補助微粒子のサイズは任意に選択可能である。ベース微粒子の平均粒径と補助微粒子の平均粒径の組合せを、例えば10〜100μmと1〜10μm、10〜100μmと25〜1000nm、1〜10μmと25〜1000nmとして、両者に粒径差を設ける場合には、被膜においてベース材料の隙間を補助材料が埋める組織となりやすい。したがって、緻密な被膜を形成する場合、ベース微粒子の平均粒径は、補助微粒子の平均粒径よりも大きいことが好ましい。この場合、単一材料型の溶射材料と同様に、混合物における微粒子の体積比率を容易に大きくすることもでき、溶射時における成膜速度を向上することができる。   Further, the sizes of the base fine particles and the auxiliary fine particles can be arbitrarily selected. The combination of the average particle diameter of the base fine particles and the average particle diameter of the auxiliary fine particles is, for example, 10 to 100 μm and 1 to 10 μm, 10 to 100 μm and 25 to 1000 nm, and 1 to 10 μm and 25 to 1000 nm. In some cases, the coating tends to form a structure in which the auxiliary material fills the gaps in the base material. Therefore, when forming a dense film, it is preferable that the average particle diameter of the base fine particles is larger than the average particle diameter of the auxiliary fine particles. In this case, similarly to the single material type thermal spray material, the volume ratio of the fine particles in the mixture can be easily increased, and the film formation rate during thermal spraying can be improved.

複合材料型の溶射材料では、補助材料がガラスであることにより、緻密な被膜をより確実に形成することが可能となるが、既述のように、補助材料は、金属であってもよい。この場合に、当該補助材料の融点がベース材料の融点よりも低いことにより、溶射の際に、ベース材料間の隙間が、溶融した補助材料により充填されやすくなる。その結果、緻密な被膜をより確実に形成することができる。   In the composite material type thermal spray material, the auxiliary material is glass, so that a dense coating can be more reliably formed. However, as described above, the auxiliary material may be a metal. In this case, since the melting point of the auxiliary material is lower than the melting point of the base material, the gap between the base materials is easily filled with the molten auxiliary material during spraying. As a result, a dense coating can be more reliably formed.

上記単一材料型の溶射材料、および、複合材料型の溶射材料は、プラズマ溶射以外の溶射に用いられてもよい。図11は、溶射装置の他の例を示す図である。図11の溶射装置1aは、基材9上にガスフレーム溶射を行う装置である。溶射装置1aは、溶射ガン16と、燃料ガス供給部17と、圧縮空気供給部18と、材料搬送部15とを備える。溶射ガン16は、材料搬送路25と、燃料ガス流路26と、圧縮空気流路27とを備える。材料搬送路25は、所定の中心軸J1に沿って延びる。燃料ガス流路26は、中心軸J1に沿って延びる筒状の流路であり、材料搬送路25の周囲を囲む。圧縮空気流路27は、中心軸J1に沿って延びる筒状の流路であり、燃料ガス流路26の周囲を囲む。   The single material type thermal spray material and the composite material type thermal spray material may be used for thermal spraying other than plasma thermal spraying. FIG. 11 is a view showing another example of the thermal spraying apparatus. The thermal spraying apparatus 1a of FIG. 11 is an apparatus that performs gas flame spraying on the substrate 9. The thermal spraying device 1 a includes a thermal spray gun 16, a fuel gas supply unit 17, a compressed air supply unit 18, and a material conveyance unit 15. The thermal spray gun 16 includes a material conveyance path 25, a fuel gas flow path 26, and a compressed air flow path 27. The material conveyance path 25 extends along a predetermined central axis J1. The fuel gas channel 26 is a cylindrical channel extending along the central axis J1 and surrounds the periphery of the material conveyance path 25. The compressed air channel 27 is a cylindrical channel extending along the central axis J <b> 1 and surrounds the periphery of the fuel gas channel 26.

燃料ガス供給部17は、燃料ガスを燃料ガス流路26に供給する。燃料ガスは、例えば酸素およびアセチレンの混合ガスである。燃料ガスは、プロパン等の他のガスであってもよい。燃料ガス流路26の先端から噴出される燃料ガスにより、燃焼フレーム8aが発生する。材料搬送部15は、図1の溶射装置1と同様の構造であり、搬送ガス供給部14(図1参照)からの搬送ガスを利用して溶射材料を燃焼フレーム8a内へと供給する。溶射装置1aでは、溶射材料が、燃焼フレーム8aの中心に向かって、燃焼フレーム8aの噴射方向と同じ方向に導入される。燃焼フレーム8aにより溶射材料の樹脂が焼失し、微粒子が溶融状態または半溶融状態となる。圧縮空気供給部18は、圧縮空気を圧縮空気流路27に供給する。圧縮空気流路27の先端から噴出される圧縮空気により、溶融状態または半溶融状態の微粒子が基材9に向かって流れる。その結果、基材9上に微粒子が堆積し、被膜が形成される。以上のように、図11の溶射装置1aにおいても、単一材料型の溶射材料、および、複合材料型の溶射材料を用いて、基材9上に適切な被膜を形成することが可能である。   The fuel gas supply unit 17 supplies the fuel gas to the fuel gas channel 26. The fuel gas is, for example, a mixed gas of oxygen and acetylene. The fuel gas may be other gas such as propane. The combustion flame 8 a is generated by the fuel gas ejected from the tip of the fuel gas flow path 26. The material transport unit 15 has the same structure as that of the thermal spraying apparatus 1 of FIG. 1 and supplies the thermal spray material into the combustion frame 8a using the transport gas from the transport gas supply unit 14 (see FIG. 1). In the thermal spraying device 1a, the thermal spray material is introduced in the same direction as the injection direction of the combustion frame 8a toward the center of the combustion frame 8a. The resin of the thermal spray material is burned out by the combustion frame 8a, and the fine particles are in a molten state or a semi-molten state. The compressed air supply unit 18 supplies compressed air to the compressed air channel 27. The fine particles in a molten state or a semi-molten state flow toward the base material 9 by the compressed air ejected from the tip of the compressed air flow path 27. As a result, fine particles are deposited on the substrate 9, and a film is formed. As described above, also in the thermal spraying apparatus 1a of FIG. 11, it is possible to form an appropriate coating on the base material 9 by using a single material type thermal spray material and a composite material type thermal spray material. .

図12Aおよび図12Bは、図10Aおよび図10Bの溶射材料を用いて溶射装置1aにより基材9上に形成された被膜の断面を拡大して示す図である。図12Aおよび図12Bでは、緻密な被膜が得られていることが判る。図13は、被膜の断面における成分分析結果を示す図である。図13中の右上の画像は、ベース材料に含まれるZrの分布を示し、図13中の左下の画像は、補助材料に含まれるAlの分布を示し、図13中の右下の画像は、補助材料に含まれるSiの分布を示す。これらの画像では、Zrが少ない領域(黒い領域)が、AlおよびSiが多い領域(白い領域)となっており、ベース材料間の隙間が、補助材料により充填されていることが判る。   12A and 12B are views showing an enlarged cross section of a coating formed on the substrate 9 by the thermal spraying apparatus 1a using the thermal spray material of FIGS. 10A and 10B. 12A and 12B show that a dense film is obtained. FIG. 13 is a diagram showing a component analysis result in the cross section of the coating. The upper right image in FIG. 13 shows the distribution of Zr contained in the base material, the lower left image in FIG. 13 shows the distribution of Al contained in the auxiliary material, and the lower right image in FIG. The distribution of Si contained in the auxiliary material is shown. In these images, it can be seen that the region where Zr is small (black region) is the region where Al and Si are large (white region), and the gap between the base materials is filled with the auxiliary material.

上述の溶射材料の製造および溶射装置1,1aでは、様々な変更が可能である。   Various modifications can be made in the above-described thermal spray material manufacturing and thermal spraying apparatuses 1 and 1a.

単一材料型の溶射材料として説明した溶射材料において、第1および第2微粒子が、複数種類の材料により形成されてもよい。また、第1微粒子の材料と第2微粒子の材料とが相違してもよい。複合材料型の溶射材料では、ベース微粒子の平均粒径が、補助微粒子の平均粒径以下であってもよい。   In the thermal spray material described as the single material type thermal spray material, the first and second fine particles may be formed of a plurality of types of materials. The material of the first fine particles may be different from the material of the second fine particles. In the composite material type thermal spray material, the average particle size of the base particles may be equal to or less than the average particle size of the auxiliary particles.

溶射装置1,1aでは、互いに異なる溶射材料を貯溜する複数の材料貯溜部13を設け、溶射ガン11,16に供給する溶射材料を順次変更することにより、2種類以上の被膜が積層されてもよい。もちろん、2種類以上の被膜を繰り返し積層してもよい。   In the thermal spraying apparatuses 1 and 1a, even if two or more kinds of coatings are laminated by providing a plurality of material storage portions 13 for storing different thermal spraying materials and sequentially changing the thermal spraying materials supplied to the thermal spraying guns 11 and 16, respectively. Good. Of course, two or more kinds of coatings may be repeatedly laminated.

上記実施の形態における溶射は、基材上に被膜が形成された様々な溶射製品の製造に利用することができる。さらには、被膜部分のみを製品として利用することも可能である。粗密構造を形成する場合、溶射は、触媒の担体、各種電池電極、フィルタ、遮熱コーティング、断熱カバー等の製造に利用することができる。緻密な構造を形成する場合、溶射は、例えば、防食コーティング、機械加工部品(カッター等)、耐熱部品(るつぼやボイラ管等)の製造に利用することができる。   The thermal spraying in the above embodiment can be used for manufacturing various thermal sprayed products in which a coating is formed on a substrate. Furthermore, it is also possible to use only the coating portion as a product. When forming a dense structure, thermal spraying can be used for the production of catalyst carriers, various battery electrodes, filters, thermal barrier coatings, thermal insulation covers, and the like. When forming a dense structure, thermal spraying can be used, for example, for the production of anticorrosion coatings, machined parts (such as cutters), and heat resistant parts (such as crucibles and boiler tubes).

溶射装置は、レーザ溶射を行う装置であってもよい。上述の製造方法にて製造された溶射材料は、プラズマ溶射、フレーム溶射またはレーザ溶射に用いることが可能である。いずれの溶射方法であっても、既存の装置をほとんど変更することなく、または、全く変更することなく、溶射被膜を形成することができる。   The thermal spraying device may be a device that performs laser spraying. The thermal spray material manufactured by the above-described manufacturing method can be used for plasma spraying, flame spraying, or laser spraying. In any of the thermal spraying methods, the thermal spray coating can be formed with little or no change to existing apparatuses.

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。   The configurations in the above-described embodiments and modifications may be combined as appropriate as long as they do not contradict each other.

1,1a 溶射装置
9 基材
S11〜S13,S21〜S23 ステップ
1,1a Thermal spraying device 9 Base material S11-S13, S21-S23 Step

Claims (12)

プラズマ溶射、フレーム溶射またはレーザ溶射に用いられる溶射材料の製造方法であって、
a)微粒子を液状の樹脂中に分散させる工程と、
b)前記a)工程で得られた混合物を硬化させる工程と、
c)前記b)工程で得られた硬化物を、前記微粒子よりも粒径が大きい粒子に粉砕して溶射材料を得る工程と、
を備え、
前記微粒子が、
セラミックスまたは金属であるベース材料により形成されたベース微粒子と、
前記ベース材料とは異なる、溶射被膜を緻密化するための補助材料により形成され、前記混合物における体積比率が前記ベース微粒子よりも小さい補助微粒子と、
を含むことを特徴とする溶射材料の製造方法。
A method for producing a thermal spray material used for plasma spraying, flame spraying or laser spraying,
a) dispersing fine particles in a liquid resin;
b) curing the mixture obtained in step a);
c) crushing the cured product obtained in the step b) into particles having a particle size larger than the fine particles to obtain a thermal spray material;
With
The fine particles are
Base fine particles formed of a base material that is ceramic or metal;
Auxiliary fine particles formed of an auxiliary material for densifying the thermal spray coating different from the base material, and having a volume ratio in the mixture smaller than that of the base fine particles,
The manufacturing method of the thermal spray material characterized by including.
請求項1に記載の溶射材料の製造方法であって、
前記補助材料がガラスであることを特徴とする溶射材料の製造方法。
It is a manufacturing method of the thermal spray material of Claim 1,
The method for producing a thermal spray material, wherein the auxiliary material is glass.
請求項1に記載の溶射材料の製造方法であって、
前記補助材料が金属であり、かつ、前記補助材料の融点が前記ベース材料の融点よりも低いことを特徴とする溶射材料の製造方法。
It is a manufacturing method of the thermal spray material of Claim 1,
The method for producing a thermal spray material, wherein the auxiliary material is a metal, and the melting point of the auxiliary material is lower than the melting point of the base material.
請求項1ないし3のいずれか1つに記載の溶射材料の製造方法であって、
前記ベース微粒子の平均粒径が、前記補助微粒子の平均粒径よりも大きいことを特徴とする溶射材料の製造方法。
A method for producing a thermal spray material according to any one of claims 1 to 3,
The method for producing a thermal spray material, wherein an average particle size of the base fine particles is larger than an average particle size of the auxiliary fine particles.
プラズマ溶射、フレーム溶射またはレーザ溶射に用いられる溶射材料であって、
微粒子と、前記微粒子間に存在する樹脂とにより形成された粒子であり、
前記微粒子が、
セラミックスまたは金属であるベース材料により形成されたベース微粒子と、
前記ベース材料とは異なる、溶射被膜を緻密化するための補助材料により形成され、体積比率が前記ベース微粒子よりも小さい補助微粒子と、
を含むことを特徴とする溶射材料。
A thermal spray material used for plasma spraying, flame spraying or laser spraying,
A particle formed by fine particles and a resin existing between the fine particles,
The fine particles are
Base fine particles formed of a base material that is ceramic or metal;
Auxiliary fine particles formed of an auxiliary material for densifying the thermal spray coating different from the base material, and having a volume ratio smaller than the base fine particles,
A thermal spray material characterized by containing.
プラズマ溶射、フレーム溶射またはレーザ溶射に用いられる溶射材料の製造方法であって、
a)セラミックスまたは金属の微粒子を液状の樹脂中に分散させる工程と、
b)前記a)工程で得られた混合物を硬化させる工程と、
c)前記b)工程で得られた硬化物を、前記微粒子よりも粒径が大きい粒子に粉砕して溶射材料を得る工程と、
を備え、
前記微粒子が、
第1微粒子と、
前記第1微粒子よりも平均粒径が小さい第2微粒子と、
を含むことを特徴とする溶射材料の製造方法。
A method for producing a thermal spray material used for plasma spraying, flame spraying or laser spraying,
a) dispersing ceramic or metal particles in a liquid resin;
b) curing the mixture obtained in step a);
c) crushing the cured product obtained in the step b) into particles having a particle size larger than the fine particles to obtain a thermal spray material;
With
The fine particles are
First particulates;
Second fine particles having an average particle size smaller than that of the first fine particles;
The manufacturing method of the thermal spray material characterized by including.
請求項6に記載の溶射材料の製造方法であって、
前記第1微粒子の平均粒径が、前記第2微粒子の平均粒径の10倍以上であることを特徴とする溶射材料の製造方法。
It is a manufacturing method of the thermal spray material according to claim 6,
The method for producing a thermal spray material, wherein an average particle size of the first fine particles is 10 times or more an average particle size of the second fine particles.
請求項6または7に記載の溶射材料の製造方法であって、
前記第1微粒子の平均粒径が、1μmよりも大きいことを特徴とする溶射材料の製造方法。
A method for producing a thermal spray material according to claim 6 or 7,
The average particle diameter of said 1st microparticles | fine-particles is larger than 1 micrometer, The manufacturing method of the thermal spray material characterized by the above-mentioned.
請求項6ないし8のいずれか1つに記載の溶射材料の製造方法であって、
前記混合物における前記微粒子の体積比率が、52%以上であることを特徴とする溶射材料の製造方法。
A method for producing a thermal spray material according to any one of claims 6 to 8,
The method for producing a thermal spray material, wherein a volume ratio of the fine particles in the mixture is 52% or more.
プラズマ溶射、フレーム溶射またはレーザ溶射に用いられる溶射材料であって、
セラミックスまたは金属の微粒子と、前記微粒子間に存在する樹脂とにより形成された粒子であり、
前記微粒子が、
第1微粒子と、
前記第1微粒子よりも平均粒径が小さい第2微粒子と、
を含むことを特徴とする溶射材料。
A thermal spray material used for plasma spraying, flame spraying or laser spraying,
It is a particle formed of ceramic or metal fine particles and a resin existing between the fine particles,
The fine particles are
First particulates;
Second fine particles having an average particle size smaller than that of the first fine particles;
A thermal spray material characterized by containing.
溶射方法であって、
d)請求項1ないし4、並びに、請求項6ないし9のいずれか1つに記載の製造方法にて製造された溶射材料を準備する工程と、
e)前記溶射材料を用いてプラズマ溶射、フレーム溶射またはレーザ溶射を行うことにより、加熱された前記微粒子を基材上にて結合させて被膜を形成する工程と、
を備えることを特徴とする溶射方法。
A thermal spraying method,
d) preparing a thermal spray material manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 4 and claims 6 to 9;
e) forming a film by bonding the heated fine particles on a substrate by performing plasma spraying, flame spraying or laser spraying using the thermal spray material;
A thermal spraying method comprising:
請求項11に記載の溶射方法により、基材上に被膜が形成されたことを特徴とする溶射製品。   A thermal spray product, wherein a coating is formed on a substrate by the thermal spraying method according to claim 11.
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