JP2745326B2 - 溶射被膜構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は溶射被膜構造に関する。すなわち、母材の表
面に溶射されてこれを被覆する溶射被膜を備えた。溶射
被膜構造に関するものである。

「従来の技術」 従来のこの種溶射被膜構造は、母材の表面全体に対
し、何らの介在・補強手段を置くことなく、単に溶射被
膜のみが全体的に溶射形成されていた。つまり母材の表
面に対し、耐摩耗性，耐腐食性，その他の諸特性を備え
た金属，セラミックス等の溶射材が、全体的に単に溶射
されることにより、溶射被膜が形成されていた。

又このような溶射被膜構造にあっては、溶射被膜の厚
さをより厚く形成することへの要請が強い。すなわち、
耐摩耗性，耐腐食性，その他の諸特性のより一層の向上
を図るため、溶射被膜の肉厚をより厚く形成する必要が
生じることが多い。そしてこのように厚い溶射被膜は、
一度の溶射で形成できる厚さに限界があるため、溶射を
何回も繰り返すことにより形成されていた。つまりこの
ように厚い溶射被膜は、溶射層の上に溶射層を順次積層
した多層構造よりなっていた。

「発明が解決しようとする課題」 ところでこのような従来の溶射被膜構造にあっては、
次の諸問題が指摘されていた。

第１に、母材に例えばセラミックス等の溶射材が溶射
された場合、形成された溶射被膜のヤング率が高く、母
材と溶射被膜との伸縮率が異なっている。そこで特に、
容赦被膜の厚さを厚くすると、事後何らかの理由で母材
に曲げ変形等が生じた場合、溶射被膜の伸縮がこれに伴
わず破壊応力が発生し、溶射被膜が破壊しやすいという
問題があった。

第２に、母材と溶射被膜とは熱膨張収縮率が異なって
いる。そこで特に、溶射被膜の厚さを厚くすると、事後
急激な温度変化があった場合、熱伸縮が異なることによ
り溶射被膜に熱破壊応力が発生し、溶射被膜が破壊しや
すいという問題もあった。

第３に、形成された溶射被膜は溶射材の粒子間に気孔
が存した構造よりなり、各粒子は気孔が介在するためそ
の周辺で部分的に接合されているに過ぎない、そこで多
層構造の厚い溶射被膜において、その各溶射層間は、こ
のように気孔が介在する溶射材の各粒子が溶けて潰れて
積層された状態となっている。従って形成された溶射被
膜が脆く、特に層間剥離が生じやすいという問題があっ
た。

第４に、溶射された溶射被膜は、形成後その熱が母材
に拡散されて急冷され収縮するが、母材に支持されて一
体となっているため完全には収縮できず熱応力が残存す
ることになる。そこで多層構造の厚い溶射被膜にあって
は、溶射が繰り返されるので、このような熱応力がその
都度各溶射層に蓄積され、この面からも層間剥離が生じ
やすいという問題があった。そしてこの問題は、肉厚が
厚いだけではなく溶射被膜の面積が広い場合において、
特に顕著となっていた。

第５に、このように各種破壊および層間剥離等の問題
が存するので、溶射被膜を厚くすることには限度があっ
た。つまり前述のごとく、耐摩耗性，耐腐食性，その他
の諸特性のより一層の向上を図るべく、溶射被膜を厚く
することへの要請は強いものの、実際に溶射被膜を厚く
することには限界があり困難が多く問題があった。

従来例ではこのような点が指摘されていた。

本発明は、このような実情に鑑み上記従来例の問題点
を解決すべくなされたものであって、母材上に隔壁を設
けてなることにより、各種破壊および層間剥離等が生じ
にくく厚い溶射被膜の形成が可能となる、溶射被膜構造
を提案することを目的とする。

「課題を解決するための手段」 この目的を達成する本発明の技術的手段は、次のとお
りである。

すなわちこの溶射被膜構造は、母材と、該母材上に立
設され該母材上の空間を区画する多数の隔壁と、該隔壁
間に溶射されて該母材を被覆する溶射被膜と、を有して
なる。

「作用」 本発明は、このような手段よりなるので次のごとく作
用する。

この溶射被膜構造において、母材を被覆する溶射被膜
は各隔壁により区画されてなり、その各々の周側端が隔
壁に接合固定されるとともに、その各々の面積は小さな
ものとなっている。そこで次の第1,第2,第3,第4,第５の
ごとくなる。

第１に、溶射被膜のヤング率が高く母材と溶射被膜と
の伸縮率が異なっていても、溶射被膜に発生する破壊応
力は緩和されたものとなる。すなわち、事後母材に曲げ
変形等が生じた場合、これに溶射被膜の伸縮が伴わない
ことによる破壊応力の発生は緩和される。

第２に、母材と溶射被膜との熱膨張収縮率が異なって
いても、溶射被膜に発生する熱破壊応力は緩和されたも
のとする。すなわち、事後急激な温度変化があった場
合、母材と熱伸縮が異なることによる熱破壊応力の発生
は緩和される。

第３に、多層構造の溶射被膜の各溶射層間は、気孔が
存する溶射材の各粒子が溶けて潰れて積層された状態と
なっているが、層間剥離等は生じにくくなる。すなわ
ち、この溶射被膜は構造的な脆さが全体的に減少し、積
層された各溶射層間の層間剥離は生じにくい。

第４に、多層構造の溶射被膜の各溶射層は、それぞれ
形成後その熱が母材に拡散されて急冷され収縮するが、
母材に支持され一体となっているのでそれぞれ完全には
収縮できない。しかしながらこの溶射被膜では、これに
よる熱応力の残存・蓄積が少なく、この面からも層間剥
離は生じにくい。

第５に、このように各種破壊および層間剥離が防止さ
れるので、厚い溶射被膜の形成が可能となる。

「実 施 例」 以下本発明を、図面に示すその実施例に基づいて詳細
に説明する。

まずその構成等について、溶射被膜構造の概要、その
隔壁、溶射被膜とその製造方法の順に説明する。

まず、溶射被膜構造の概要について述べる。

第１図は、本発明の実施例の正断面図である。そして
その（１）図は溶射被膜の溶射段階を全体的に示し、
（２）図はその要部を示し、（３）図はその後加熱され
る段階の要部を示し、（４）図は隔壁が溶融した段階の
要部を示す。

この溶射被膜構造は、母材１と、母材１上に立設され
母材１上の空間を区画する多数の隔壁２と、隔壁２間に
溶射されて母材１を被覆する溶射被膜３と、を有してな
る。

溶射被膜構造の概要は、このようになっている。

次に隔壁２について述べる。

隔壁２は、金属板等よりなる母材１の上面に垂直に多
数立設され、母材１上の空間を多数かつ同じ大きさで区
画する金属補強壁よりなる。このような隔壁２として
は、各種形状のものが可能であるが、例えば第３図の斜
視図に示すごとく、その（１）図の各々平行をなし間隔
を置いて並設された直線板状の隔壁２、又その（２）図
のハニカム構造状の隔壁２等が用いられる。

この隔壁２は、少なくとも溶射被膜３に接する面部分
が、母材１および溶射被膜３より低融点となっている。
第２図は隔壁２等の要部の正断面図であり、その（１）
図は隔壁２が単層材よりなる例を、（２）図は隔壁２が
多層材よりなる１例を、（３）図は隔壁２が多層材より
なる他の例をそれぞれ示している。

まず第２図の（１）図の隔壁２は、アルミニウムや銅
−ニッケル，銅−チタンの箔等の低融点軟質金属４が単
層材として用いられている。第２図の（２）図の隔壁２
は、芯材としてチタン等の高融点硬質金属５が用いら
れ、この高融点硬質金属５の外側にアルミニウムや銅−
ニッケル，銅−チタン等の低融点軟質金属６がコーティ
ング又はラミネートされた、多層材よりなっている。又
第２図の（３）図の隔壁２は、芯材としてニッケル等の
高融点軟質金属７が用いられ、この高融点軟質金属７の
外側にニッケル−アルミ等の低融点軟質金属８がコーテ
ィング又はラミネートされた、多層材よりなっている。
そして（２）図や（３）図のごとく多層材よりなる隔壁
２は、（１）図の単層材よりなる隔壁２に比し、強度面
に優れるという利点がある。

隔壁２は、このようになっている。

次に溶射被膜３とその製造方法について述べる。

溶射被膜３は、このように母材１上に立設された隔壁
２間に溶射され、母材１を被覆している。

すなわち、まず第１図の（１）図，（２）図に示すご
とく、上方から溶射ガン９により金属，セラミックス等
の溶射材が溶射されて、溶射被膜３が隔壁２間の母材１
上を各々被覆する。なおこのように形成された溶射被膜
３は、溶射材の特性に基づき耐摩耗性，耐腐食性等々の
特性が知られ、特にセラミックスの溶射材が用いられた
場合にはこれらの特性に加え断熱性に優れてなる。とこ
ろで、溶射被膜３は一度の溶射で形成できる厚さに限界
があるため、このような溶射を何回も繰り返すことによ
り溶射層の上に溶射層を順次積層して形成され、もって
多層構造の厚い溶射被膜３となる。

次に第１図の（３）図に示すごとく、上方から加熱す
ることにより、隔壁２の溶射被膜３に接する面部分が溶
融する。つまり第２図の（１）図の例ではその低融点軟
質金属４の面部分が、第２図の（２）図の例ではその低
融点軟質金属６が、第２図の（３）図の例ではその低融
点軟質金属８がそれぞれ溶融する。もってこの溶融によ
り第１図の（４）図に示すごとく、各隔壁２にて区画さ
れた溶射被膜３の各々の周側端が隔壁２に対し、架橋状
態に密に接合固定されるに至る。

溶射被膜３とその製造方法は、このようになってい
る。

以上が構成等の説明である。

以下その作動等について説明する。

この溶射被膜構造において、母材１を被覆する溶射被
膜３は、補強壁たる各隔壁２により細かく分断され区画
されている。そしてこのような溶射被膜３の各々の周側
端が隔壁２に接合固定され、いわば架橋されたごとくな
るとともに、その各々の面積が極めて小さなものとなっ
ている。

そこで次の第1,第2,第3,第4,第５のごとくなる。

第１に、例えばセラミックス等の溶射材が用いられ溶
射被膜３のヤング率が高く、母材２と溶射被膜３との伸
縮率が異なっていても、溶射被膜３に発生する母材１の
上面に沿った方向への破壊応力は、緩和されたものとな
る。すなわちこの溶射被膜３は、細かく区画されて各々
隔壁２に接合固定されているので、事後母材１に何らか
の理由で曲げ変形等が生じても、溶射被膜３においてこ
れに伸縮が伴わないことによる破壊応力の発生は緩和さ
れる。

第２に、母材１と溶射被膜３との熱膨張収縮率が異な
っていても、溶射被膜３に発生する熱破壊応力は緩和さ
れたものとなる。すなわち溶射被膜３は、細かく区画さ
れて各々隔壁２に接合固定されているので、事後急激な
温度変化があった場合、母材１と熱伸縮が異なることに
よる熱破壊応力の発生は緩和される。

第３に、多層構造の溶射被膜３の各溶射層間は、気孔
が存する溶射材の各粒子が溶けて潰れて積層された状態
となっているが、層間剥離等は生じにくい。すなわち溶
射被膜３の各溶射層はそれぞれ細かく区画されて各々隔
壁２に接合固定されかつその各々の面積も小さい。そこ
でこの多層構造の溶射被膜３においては、構造的な脆さ
が全体的に減少し、積層された各溶射層間の層間剥離は
生じにくい。

第４に、多層構造の溶射被膜３の各溶射層は、それぞ
れ形成後その熱が母材１に拡散されて急冷され収縮する
が、母材１に支持され一体となっているのでそれぞれ完
全には収縮できない。しかしながらこの溶射被膜３の各
溶射層は、それぞれ細かく区画され各々隔壁２に接合固
定されかつその各々の面積も小さい。そこでこの多層構
造の溶射被膜３においては、上述の完全に収縮できない
ことによる熱応力の残存・蓄積が少なく、この面からも
層間剥離は生じにくい。

第５に、このように各種破壊および層間剥離が防止さ
れるので、厚い溶射被膜３の形成が可能となる。すなわ
ち、溶射を繰り返し溶射層を順次積層した多層構造によ
り、厚い溶射被膜３を確実に得ることができることにな
る。

以上が作動等の説明である。

「発明の効果」 本発明に係る溶射被膜構造は、以上説明したごとく、
母材上に隔壁を設けてなることにより次の効果を発揮す
る。

第１に、事後何らかの理由で母材に曲げ変形等が生じ
ても、溶射被膜に発生する破壊応力は緩和される。もっ
てこの溶射被膜は破壊されにくい。

第２に、事後急激な温度変化があった場合でも、溶射
被膜に発生する熱破壊応力は緩和される。もって溶射被
膜はこの面からも破壊されにくい。

第３に、多層構造の溶射被膜であっても構造的な脆さ
が減少する。もって特に、積層された各溶射層間におけ
る層間剥離が生じにくくなる。

第４に、多層構造の溶射被膜であっても、溶射，急
冷，収縮に伴う熱応力が各溶射層に残存，蓄積されにく
くなる。もってこの面からも層間剥離が生じにくくな
る。

第５に、このように各種破壊および層間剥離等が防止
されるので、厚い溶射被膜の形成が可能となる。もって
このような厚い溶射被膜を用いることにより、耐摩耗
性，耐腐食性，その他の諸特性のより一層の向上を図る
ことができるようになる。

このようにこの種従来例に存した問題点が一掃される
等、本発明の発揮する効果は、顕著にして大なるものが
ある。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明に係る溶射被膜構造の実施例の正断面
図である。そしてその（１）図は溶射被膜の溶射段階を
全体的に示し、（２）図はその要部を示し、（３）図は
その後加熱される段階の要部を示し、（４）図は隔壁が
溶融した段階の要部を示す。 第２図は、その隔壁等の要部の正断面図である。そして
その（１）図は隔壁が単層材よりなる例を、（２）図は
隔壁が多層材よりなる１例を、（３）図は隔壁が多層材
よりなる他の例をそれぞれ示している。 第３図は、隔壁等の全体的な斜視図である。そしてその
（１）図は並設された直線板状の隔壁を、（２）図はハ
ニカム構造状の隔壁をそれぞれ示している。 １……母材 ２……隔壁 ３……溶射被膜 ４……低融点軟質金属 ５……高融点硬質金属 ６……低融点軟質金属 ７……高融点軟質金属 ８……低融点軟質金属 ９……溶射ガン

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】母材と、該母材上に立設され該母材上の空
   間を区画する多数の隔壁と、該隔壁間に溶射されて該母
   材を被覆する溶射被膜と、 を有してなることを特徴とする溶射被膜構造。