JP2022022255A - 耐久性があり大面積の疎水性及び超疎水性/疎氷性コーティング用の溶射 - Google Patents
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Abstract
Description
本開示の方法を用いて、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)等の熱可塑性ポリマー粉末から疎水性コーティングを生成した。具体的には、HVOF溶射機器を用いて、図3~図4の方法に従って、50マイクロメートルの粒径を有するPEEK粉末を堆積させた。典型的なHVOF溶射プロセスは、1000℃を超える温度に粒子を加熱するので、HVOF溶射トーチを、低い燃料対酸素比(略0.65)及び大きなスタンドオフ距離(d)に設定して、PEEK粒子への全入熱を減らして、ポリマー粒子の完全な溶融及び/又は燃焼を防止した。表1は、多様なスタンドオフ距離(d)においてHVOF溶射によって生成したPEEKコーティングの平均粗さ深さ(mean roughness depth)(Rz)、平均粗さ(average roughness)(Ra)、相対的酸化物含有量を示す。表から見て取れるように、大きなスタンドオフ距離(d)ではPEEK粒子の加熱/溶融が低減するので、PEEKコーティングの粗さは、スタンドオフ距離(d)が増大するのと共に増大する。対照的に、堆積膜の加熱の増大が酸化物含有量を高めるので、小さなスタンドオフ距離(d)は高い酸化物含有量(つまり、低い表面エネルギー)をもたらす。従って、PEEKコーティングの粗さ、酸化物含有量、最終的な疎水性の程度を制御するように、溶射パラメータを変更し得る。
溶射堆積プロセスによって基体の上に疎水性コーティングを形成するための方法であって、初期粒子形態を有する複数の粒子を含むコーティング前駆体を溶射装置に供給するステップと、溶射装置を用いて粒子を加熱して、粒子を少なくとも部分的に溶融させるステップと、溶射装置を用いて基体に向けて粒子を加速させるステップと、少なくともいくつかの粒子の初期粒子形態の一部が保たれている部分溶融状態において粒子を基体に衝突させることによって、基体の上に疎水性コーティングを形成するステップとを備えた方法。
疎水性コーティングが略1ナノメートルと略100マイクロメートルとの間の平均粗さを示す、前記方法。
コーティング前駆体が、略10ナノメートルと略100マイクロメートルとの間の平均粒径を有する粉末を備える、前記方法。
溶射装置を用いて粒子を加熱して、粒子を少なくとも部分的に溶融させるステップが、溶射装置の酸素供給量及び燃料供給量を調整することによって、溶射装置のガス流の温度を制御することを備える、前記方法。
部分溶融状態において粒子を基体に衝突させることによって、基体の上に疎水性コーティングを形成するステップが、溶射装置と基体との間のスタンドオフ距離を調整することを備える、前記方法。
疎水性コーティングを加熱して、疎水性コーティングの酸化物含有量を高めるステップを更に備えた前記方法。
コーティング前駆体が、単一の化学的同一性と、単一の粒径と、単一の粒子形態とを有する単一の成分から成る、前記方法。
コーティング前駆体が、主成分と、主成分よりも小さな熱質量を有する二次成分とから成り、主成分及び二次成分が同じ化学的同一性と、異なる粒径と、異なる粒子形態とを有し、コーティング前駆体が50重量パーセントよりも多い主成分から成る、前記方法。
コーティング前駆体が主成分と二次成分とから成り、主成分及び二次成分が、異なる化学的同一性と、同じ粒径と、同じ粒子形態とを有し、コーティング前駆体が50重量パーセントよりも多い主成分から成る、前記方法。
コーティング前駆体が主成分と二次成分とから成り、主成分及び二次成分が、異なる化学的同一性と、異なる粒径と、異なる粒子形態とを有し、コーティング前駆体が50重量パーセントよりも多い主成分から成る、前記方法。
溶射堆積プロセスによって疎水性コーティングの上に追加層を塗布するステップを更に備え、追加層を塗布するステップが、初期粒子形態を有する複数の二次粒子(その二次粒子は、コーティング前駆体の粒子よりも低い表面エネルギー及び小さな粒径のうち少なくとも一方を有する)を溶射装置に供給するステップと、溶射装置を用いて二次粒子を加熱して、二次粒子を少なくとも部分的に溶融させるステップと、溶射装置を用いて基体に向けて二次粒子を加速させるステップと、少なくともいくつかの二次粒子の初期粒子形態の一部が保たれている部分溶融状態において二次粒子を基体に衝突させることによって、疎水性コーティングの上に追加層を形成するステップとを備える、前記方法。
追加層が、疎水性コーティングの表面の略70%から略150%を覆う単分子層である、前記方法。
二次粒子が、コーティング前駆体の粒子よりも少なくとも一桁小さな粒径を有する、前記方法。
追加層を含む疎水性コーティングが、多重長さスケール表面粗さを示す、前記方法。
基体と、基体の表面に塗布された疎水性コーティングとを含む物品であって、疎水性コーティングが溶射堆積プロセスによって基体の表面に塗布されていて、溶射堆積プロセスが、初期粒子形態を有する粒子を含むコーティング前駆体を溶射装置に供給するステップと、溶射装置を用いて粒子を加熱して、粒子を少なくとも部分的に溶融させるステップと、溶射装置を用いて基体に向けて粒子を加速させるステップと、少なくともいくつかの粒子の初期粒子形態の一部が保たれている部分溶融状態において粒子を基体に衝突させることによって、基体の上に疎水性コーティングを形成するステップとを備える、物品。
疎水性コーティングが略1ナノメートルと略100マイクロメートルとの間の平均粗さを示す、前記物品。
コーティング前駆体が、略10ナノメートルと略100マイクロメートルとの間の平均粒径を有する粉末を備える、前記物品。
粉末がポリマー粉末である、前記物品。
溶射堆積プロセスによって疎水性コーティングの上に塗布された追加層を更に備え、溶射堆積プロセスが、初期粒子形態を有する複数の二次粒子(その二次粒子は、コーティング前駆体の粒子よりも低い表面エネルギー及び小さな粒径のうち少なくとも一方を有する)を溶射装置に供給するステップと、溶射装置を用いて二次粒子を加熱して、二次粒子を少なくとも部分的に溶融させるステップと、溶射装置を用いて基体に向けて二次粒子を加速させるステップと、少なくともいくつかの二次粒子の初期粒子形態の一部が保たれている部分溶融状態において二次粒子を基体に衝突させることによって、疎水性コーティングの上に追加層を形成するステップとを備える、前記物品。
表面を有する基体と、基体の表面に塗布された疎水性コーティングとを備えた物品であって、疎水性コーティングが略1ナノメートルと略100マイクロメートルとの間の平均粗さを有し、疎水性コーティングが、溶射堆積プロセスによって基体の表面の上に部分的に溶融した粒子を堆積させることによって生成されている、物品。
12 基体
14 基体表面
16 疎水性コーティング
17 水滴
18 山
20 谷
32 溶射装置
34 溶射トーチ
38 コーティング前駆体
40 注入部
42 供給ライン
46 ガス流
48 燃焼室
50 燃料供給ライン
54 噴流
56 ノズル
70 追加層
72 二次粒子
Claims (15)
- 溶射堆積プロセスによって基体(12)の上に疎水性コーティング(16)を形成するための方法であって、
初期粒子形態を有する複数の粒子を含むコーティング前駆体(38)を溶射装置(32)に供給するステップ(36)と、
前記溶射装置(32)を用いて前記粒子を加熱して、前記粒子を少なくとも部分的に溶融させるステップ(44)と、
前記溶射装置(32)を用いて前記基体(12)に向けて前記粒子を加速させるステップ(52)と、
少なくともいくつかの前記粒子の初期粒子形態の一部が保たれている部分溶融状態において前記粒子を前記基体(12)に衝突させることによって、前記基体(12)の上に前記疎水性コーティング(16)を形成するステップ(58)とを備えた方法。 - 前記疎水性コーティング(16)が略1ナノメートルと略100マイクロメートルとの間の平均粗さを示す、請求項1に記載の方法。
- 前記コーティング前駆体(38)が、略10ナノメートルと略100マイクロメートルとの間の平均粒径を有する粉末を備える、請求項1に記載の方法。
- 前記溶射装置(32)を用いて前記粒子を加熱して、前記粒子を少なくとも部分的に溶融させるステップが、前記溶射装置(32)の酸素供給量及び燃料供給量を調整することによって、前記溶射装置のガス流の温度を制御することを備える、請求項1に記載の方法。
- 前記部分溶融状態において前記粒子を前記基体(12)に衝突させることによって、前記基体(12)の上に前記疎水性コーティング(16)を形成するステップが、前記溶射装置(32)と前記基体(12)との間のスタンドオフ距離(d)を調整することを備える、請求項1に記載の方法。
- 前記疎水性コーティング(16)を加熱して、前記疎水性コーティングの酸化物含有量を高めるステップ(28)を更に備えた請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記コーティング前駆体が、単一の化学的同一性と、単一の粒径と、単一の粒子形態とを有する単一の成分(62)から成る、請求項1に記載の方法。
- 前記コーティング前駆体が、主成分(64)と、前記主成分よりも小さな熱質量を有する二次成分(65)とから成り、前記主成分及び前記二次成分が、同じ化学的同一性(63)と、異なる粒径と、異なる粒子形態とを有し、前記コーティング前駆体(38)が、50重量パーセントよりも多い前記主成分(64)から成る、請求項1に記載の方法。
- 前記コーティング前駆体(38)が主成分(66)と二次成分(67)とから成り、前記主成分及び前記二次成分(67)が、異なる化学的同一性と、同じ粒径と、同じ粒子形態とを有し、前記コーティング前駆体(38)が、50重量パーセントよりも多い前記主成分(66)から成る、請求項1に記載の方法。
- 前記コーティング前駆体が主成分(68)と二次成分(69)とから成り、前記主成分(68)及び前記二次成分(69)が、異なる化学的同一性と、異なる粒径と、異なる粒子形態とを有し、前記コーティング前駆体(38)が、50重量パーセントよりも多い前記主成分(68)から成る、請求項1に記載の方法。
- 溶射堆積プロセスによって前記疎水性コーティングの上に追加層(70)を塗布するステップを更に備え、前記追加層を塗布するステップが、
初期粒子形態を有する複数の二次粒子(72)であって、前記コーティング前駆体(38)の粒子よりも低い表面エネルギー及び小さな粒径のうち少なくとも一方を有する二次粒子(72)を前記溶射装置(32)に供給することステップ(74)と、
前記溶射装置(32)を用いて前記二次粒子を加熱して、前記二次粒子(72)を少なくとも部分的に溶融させるステップ(76)と、
前記溶射装置を用いて前記基体に向けて前記二次粒子(72)を加速させるステップ(78)と、
少なくともいくつかの前記二次粒子(72)の初期粒子形態の一部が保持されている部分溶融状態において前記二次粒子(72)を前記基体に衝突させることによって、前記疎水性コーティング(16)の上に前記追加層を形成するステップとを備える、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。 - 前記追加層が、前記疎水性コーティング(16)の表面の略70%から略150%を覆う単分子層である、請求項11に記載の方法。
- 前記二次粒子が、前記コーティング前駆体(38)の粒子よりも少なくとも一桁小さな粒径(65、69)を有する、請求項11に記載の方法。
- 前記追加層(70)を含む前記疎水性コーティング(16)が、多重長さスケール表面粗さを示す、請求項11に記載の方法。
- 表面(14)を有する基体(12)と、
前記基体(12)の表面(14)に塗布された疎水性コーティング(16)とを備えた物品であって、
前記疎水性コーティング(16)が略1ナノメートルと略100マイクロメートルとの間の平均粗さを有し、前記疎水性コーティング(16)が、溶射堆積プロセスによって前記基体(12)の表面の上に部分的に溶融した粒子を堆積させることによって生成されている、物品。
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