JP2924971B2 - 非溶融性材料を吹付けるための高速粉末熱吹付け法 - Google Patents

非溶融性材料を吹付けるための高速粉末熱吹付け法

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は熱吹付け、殊に粉末をきわめて高い速度で燃
焼熱吹付けするための方法に関する。
従来技術 フレームスプレーとしても知られる熱吹付けは加熱溶
融性の材料、例えば金属またはセラミックの溶融または
少なくとも加熱軟化および軟化した材料を粒状で塗布す
べき表面へ推進させることを包含する。加熱された粒子
は表面に当たり、ここで急冷され、かつこの表面へ結合
される。熱スプレーガンは粒子の加熱と推進の両方の目
的のために用いられる。熱スプレーガンの１つのタイプ
では加熱溶融性の材料は粉末状でガンへ供給される。こ
のような粉末は普通例えば100メッシュの米国標準篩寸
法（149ミクロン）〜約２ミクロンの小粒子から成って
いる。粉末を吹付けるための熱は普通燃焼フレームまた
はアーク発生プラズマフレームである。粉末を連行して
運ぶキャリヤガスは燃焼ガスの１つまたは窒素のような
不活性ガスでよく、あるいは単なる圧縮空気でよい。
きわめて高い速度で吹付けることにより熱吹付け材料
の特に高品質の被膜を形成することができる。プラズマ
溶射が高速を用いた場合多くの点で好結果を生むことが
証明されたが、一様ではない加熱および（または）僅か
な粒子連行の欠点を持つことがあり、これは粉末を高速
プラズマ流内へ横方向に供給することによって起される
ものと思われる。米国特許第2714563号、同第2964420号
明細書（いずれもプアマン（Poorman）他）には金属結
合カーバイドのような被膜を形成するために一連のデト
ネーションで粉末化物質を噴射するためのデトネーショ
ンガンが記載されている。被膜の高い緻密さおよび強靭
さは粉末粒子の高い衝撃により達成され、かつ加熱ゾー
ン内での短い滞留時間は高い吹付け温度における酸化を
最小にする。
ロケット形の粉末スプレーガンは金属および金属結合
カーバイド、特にタングステンカーバイドの優れた被膜
を形成することができ、米国特許第3741792号明細書
［ペック（Peck）他］、同第4416421号明細書［ブラウ
ニング（Browning）］に例示されている。このタイプの
ガンは内部燃焼室を備え、高圧燃焼流出物がノズル部材
を通って導かれる。粉末は横方向からフレーム内または
ノズル部材内へ供給され、燃焼流出物により加熱され、
かつ推進される。
高速吹付けについては短ノズル吹付け装置が仏国特許
第1041056号明細書および米国特許第2317173号明細書
［ブレークリー（Bleakley）］に記載されている。粉末
は燃焼ガスの環状流内で軸方向に溶融室内へ供給され
る。環状の空気流が燃焼ガスの外側で同軸的に室内に沿
って噴射される。吹付け流は加熱された粉末と一緒に燃
焼室の開放端部から出る。
熱吹付けは吹付け材料の溶融または少なくとも表面の
加熱軟化を含むので、非溶融性の粉末、例えば若干の炭
化物および窒化物はバインダーを材料中へ導入しなけれ
ば吹付けた際に好結果の被膜を得ることができない。例
えば粉末は金属を非溶融性材料のコアに被着するか［米
国特許第3254970号明細書、デイトリヒ（Dittrich）
他］またはこの逆［米国特許第3655425号明細書、ロン
ゴ（Longo）およびパーテル（Patel）］により形成され
る。しかしこのような製造物は常用の熱スプレーガン、
ビス・プラズマ（vis.plasma）または低速燃焼で高品質
の被膜および最適な付着効率を得るには完全には十分で
なかった。
熱可塑性ポリマー粉末、例えばポリエチレンは容易に
溶け、かつ多くは容易に熱吹付けすることができる。し
かし熱硬化性ポリマー粉末は一般に溶融しない、少なく
とも高い熱吹付け温度における初期分解および（また
は）酸化はない。これら熱硬化性ポリマー粉末［米国特
許第3723165号明細書参照、ロンゴ（Longo）およびデュ
アマン（Durman）］の若干には表面が加熱軟化性になる
ように各粒子のポリマー表面の表面上の化学的または物
理的な変性を行ってもよい。１例が米国特許第3784405
号明細書［エコノミ（Economy）他］に記載されたポリ
（パラオキシベンゾイル）エステル粉末である。更に上
記の米国特許第3723165号明細書の例１に説明されてい
るようにかかるポリエステルはアルミニウム合金粉末と
のブレンドで利用してもよい。このようなブレンドのプ
ラズマ溶射はガスタービンエンジンシール等のための抗
摩耗性の被膜を形成するにはきわめて結果が良かった。
しかしポリマーの基本的な非溶融性は依然として小さな
付着効率をもたらし、そのためにプラスマガンから高熱
が得られてもポリマー成分の著しい部分は失われる。こ
のポリマーはきわめて高価なので、ポリマー−アルミニ
ウムブレンドの熱吹付けを改善する必要がある。また被
膜の抗摩耗性および耐食性改善の目下の要求もある。
発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は、非溶融性の材料を熱吹付けするため
の改善された方法を提供すること、非溶融性成分および
加熱軟化可能な成分を含有した粒子を高速熱吹付けする
ための方法を提供すること、熱吹付けされた被膜内に経
済的な費用で非溶融性の粒子を含有するための改善され
た方法を提供すること、一定の非溶融性の炭化物および
窒化物の改善された被膜を熱吹付けするための方法を提
供すること、かつ一定の熱硬化性プラスチックの改善さ
れた被膜を形成するための方法を提供することである。
問題点を解決するための手段 上記および他の課題は、燃焼生成物を超音速で囲繞雰
囲気内へ推進するために開放端部を有する燃焼室を形成
する管部材を備えた熱スプレーガンを用いて被膜を形成
するための方法によって解決される。この方法は燃焼ガ
スと酸素の可燃性混合物を室内へ囲繞大気圧よりも少な
くとも２気圧高い定常室圧力で射出し、室内へ熱安定性
で非溶融性のポリマー成分と金属成分とを含有した粒子
から成る粉末を供給し、室内で可燃性混合物を燃焼さ
せ、これにより粉末を含有した超音速吹付け流を開放端
部から推進噴射させ、かつ基材上へ被膜を形成するため
に吹付け流を基材へ向けて導き、ポリマーが、吹き付け
流によって表面が加熱軟化することを特徴とする熱硬化
性のポリマーであることより成る。
粉末粒子はフレーム変性により表面が加熱軟化性であ
ることを特徴とする熱硬化性ポリマー粒体から成る。有
利にはポリマー粒体はポリ（パラオキシベンゾイル）エ
ステルを含有し、かつ粉末は更にアルミニウム粉末また
はアルミニウムベース合金の粉末を含有する。
本発明による方法では熱スプレーガンはノズル面と管
状のガスキャップとを有するノズル部材を備え、ガスキ
ャップはノズル部材から延びていて、しかも開放端部お
よび反対側にノズル面によって制限された端部を有する
燃焼室を形成する円筒形の壁内面を有している。この方
法は燃焼ガスと酸素の可燃性混合物の環状流をノズルか
ら同軸的に燃焼室内へ大気圧よりも少なくとも２バール
高い室圧力で噴射し、圧縮された不燃性ガスの外側環状
流を円筒形の壁に隣接して、半径方向でみて可燃性混合
物の環状流の外側に噴射し、キャリヤガス中の、熱安定
性で非溶融性のコアと加熱軟化性の表面を有する粒子か
ら成る粉末を軸方向にノズルから燃焼室内へ供給し、圧
縮ガスの内側環状流をノズル部材から燃焼室内へ同軸的
に可燃性の混合物と粉末−キャリヤガスとの間に噴射す
ることより成る。
実施例 本発明を実施するための優れた熱スプレー装置の例は
米国特許第4865252号明細書（出願整理番号第193030
号、1988年５月11日）に開示され、かつ詳述されてい
る。
第１図に装置が示され、かつ第２図にはその水平断面
図が示されている。熱スプレーガン10はガスキャップ14
の形の管状部材を取付けたガスヘッド12と、燃料、酸
素、空気をガスヘッドへ供給するための弁部分16と、ハ
ンドル17とを備えている。弁部分16は燃料ガス用のホー
ス接続部18と、酸素用のホース接続部19と、空気用のホ
ース接続部20とを有している。３つの接続部はそれぞれ
ホースによって燃料源21、酸素源22、空気源24へ接続さ
れている。円筒形の弁26内のオリフィス25が接続部から
ガン内への各ガスの流れを制御する。弁と所属の構成部
材は例えば米国特許第3530892号明細書に示されたタイ
プのものであり、かつ一対の弁レバー27と、各ガス流区
分のためのシール手段とを備えている。シール手段はプ
ランジャ28とばね29とＯ−リング30とを備えている。
円筒形のサイフォンプラグ31がガスヘッド12内の対応
する孔内へ嵌合せしめられ、かつこの上の複数のＯ−リ
ング32が気密シールを保持している。サイフォンプラグ
は中央通路34を有する管33を備えている。サイフォンプ
ラグは更に環状みぞ35と、複数の連絡通路38（２つが示
されている）を有するもう１つの環状みぞ36とを有して
いる。第２図に示されたような、円筒形の弁26の開放位
置では酸素はホース40を介して接続部19および弁26を通
って通路42内へ達し、ここから環状みぞ35内へ流入して
通路38を通る。同様の構成が設けられていて燃料ガスを
燃料源21からホース46を介して接続部18、弁26および通
路48を通って環状みぞ36内へ導き、酸素と混合し、かつ
可燃性の混合物として通路38に整列した通路50を取って
環状みぞ52内へ導く。環状みぞ52はこの混合物をノズル
部材54の後方部分内の複数の通路53内へ供給する。
詳細な第３図を見ると、ノズル部材54は有利には管形
の内側部分55および管形の外側部分56から構成されてい
る（明細書および特許請求の範囲で使用される“内”と
は軸線に近ずくことを示し、“外”とは軸線から離れる
ことを示す。また“前部”、または“前方へ”とはガン
の開放端部へ近ずくことを示し、“後の”、“後部”ま
たは“後方へ”とはその反対側を示す）。外側部分56は
可燃性の混合物の環状流を燃焼室内へ噴射するための外
側の環状オリフィス手段を形成する。オリフィス手段は
有利には前部の環状開口57を含んでおり、環状開口57は
半径方向でみて内側の面を内側部分の外面58によって制
限されている。通路53から環状開口へ達するオリフィス
系は角度間隔を置いた複数のオリフィスであってよい
が、有利には環状オリフィス59である。
整列した環状みぞ52から流れた可燃性の混合物はこの
ようにしてオリフィス（または複数のオリフィス）59を
通過して環状流を形成し、この環状流は環状の開口57内
で点火される。ノズルナット60がノズル部材54とサイフ
ォンプラグ28とをガスヘッド12上に保持している。更に
２つのＯ−リング61が気密シールのために普通ノズル54
とサイフォンプラグ31との間に設けられている。ノズル
部材54はガスキャップ14内へ延び、ガスキャップはリテ
ィナリング64によって所定の場所で保持され、かつノズ
ルから前方へ延びている。
ノズル部材54はまたキャリヤガス中の粉末のために軸
方向の孔62を有し、これは管の通路33から前方へ延びて
いる。あるいは粉末はオリフィスの小直径リング（図示
せず）を介してガンの軸線63近くで噴射してもよい。第
４図を見ると、斜めの通路64′が管33から後方へ粉末接
続部65まで延びている。キャリヤホース66およびしたが
って中央の孔62は圧縮ガス源68からキャリヤガス、例え
ば圧縮空気内で連行された粉末をキャリヤホース66によ
って粉末フィーダ67から受容する。粉末フィーダ67は通
常の、または所望のタイプのものであるが、粉末をガン
10内の燃焼室82内へ供給するのに十分に高い圧力でキャ
リヤガスを放出することができなければならない。
第２図、第３図を見ると空気または他の不燃性のガス
が供給源24からホース69を介して接続部20、円筒形の弁
26、通路70を通ってリティナリング64の内部の空間71ヘ
送られる。ノズルナット60の横開口72が空間71とガスキ
ャップ14内の円筒形の燃焼室82とを連通しており、その
ために空気は外側のシールとして空間71から横開口72を
通り、次いでノズル部材56の外面と燃焼室82を形成する
円筒形の壁の内面との間の環状のスロット84を通り、ス
ロット84出口の燃焼室内へ流れることができる。この流
れは環状の外側の流れとして引続き燃焼室82を通って内
側の流れと混合し、かつガスキャップ14内の開放端部88
から流出する。燃焼室82の開放端部の反対側の後端はノ
ズル部材54の面89によって制限されている。
有利には燃焼室82は軸線との間である角度、きわめて
有利には約２°〜10°の、例えば５°の角度を成してノ
ズルから前方へ収束している。スロット84もまた軸線と
の間である角度、きわめて有利には約12°〜16°の、例
えば14.5°の角度を成して前方へ収束している。更にス
ロット84は例えば燃焼室の長さ102に比較して環状の空
気流を発生させるのに十分な長さ、少なくとも長さ102
の1/2よりも大きな長さを持つべきである。更に燃焼室
はスロットの角度よりも小さな角度で、きわめて有利に
は約８°〜12°の小さな角度で、例えば10°の小さな角
度で収束すべきである。この構成は室に関して収束空気
流を与え、室壁への粉末の沈着を最小にする。
空気の流量はスロット84の上流で、例えば後方の狭い
オリフィス92内で、または別個の流作制御装置を用いて
制御すべきである。例えばスロットの長さは8mm、スロ
ットの幅は15cmの円において0.38mmであり、かつガンへ
の空気圧（空気源24）は燃焼室82内の圧力約4.2kg/cm2
（60psi）において総空気流425std l/分（900cfh標準条
件）を形成するためには約4.9kg/cm2（70psi）である。
また前掲の米国特許第3530892号明細書に記載されたよ
うに弁26が放出孔に整列する着火位置にあるときには弁
26内の空気90が着火位置用の空気の流通を許し、かつ上
記の角度と寸法とは戻り火なしにこのような着火を可能
にするのに重要である（弁26内の着火用の酸素と燃焼の
ための放出孔（空気孔90と同様のもの）は図示されてい
ない）。
ノズル部材54の内側部分55は円（例えば直径2.57mm）
状に複数の平行な内側のオリフィス91（例えば８つの直
径0.89mmのオリフィス）を有し、これらのオリフィスは
ノズルの孔62から出る中央の粉末供給の周囲にガス、有
利には空気の環状内側シース流を与える。この空気の内
側シースは粉末材料の壁86への沈着傾向を減少せしめる
のに著しく寄与する。シース空気は有利には通路70から
取出され、ダクト93（第２図）を介してサイフォンプラ
グ31の後方部分の周囲の環状みぞ94へ入り、かつ少なく
とも１つのオリフィス96を介して管33に隣接した環状空
間98内へ達する。十分な空気を供給し、かつ粉末を外側
へ燃焼室82の壁86に向けて不都合にも渦運動させること
のある渦流を最小にするためには有利には少なくとも３
個のこのようなオリフィス96が等角度間隔で配置されて
いる。内側シース空気流は外側シース流流量の１〜10
％、有利には約２〜５％、例えば約３％であるべきであ
る。あるいは内側シースはより良好な制御のためには外
側シース空気とは別個に制御することができる。
第２図、第３図に示されているように、ノズル部材の
内側部分55を燃焼室82内へ外側部分56の前方で突出させ
ることによって粉末沈着の機会が更に最小にされること
が判明した。燃焼室の長さ102はノズル面89から開放端
部88までの、すなわちノズル上の最先端ポイントから開
放端部までの最短距離として規定される。内側部分上の
最先端ポイントが外側部分56から前方へ燃焼室の長さ10
2の約10〜40％、例えば30％の距離だけ突出した位置に
あるべきである。
内側部分について優れた構成が第２図、第３図に示さ
れている。環状の開口57を形成する、ノズルの内側部分
55の外面58について述べると、この外面58は環状開口か
ら前方へ、軸線に向って内側へ湾曲して延びている。湾
曲は一様であるべきである。例えば図示のように湾曲は
内側部分上のほぼ半球形の面89を形成するようなもので
ある。これによって燃焼フレームが内側へ引かれて流れ
を燃焼室壁86から離して維持するものと思われる。
本発明を包含した熱スプレーガンの別の詳細な構成と
しては、サイフォンプラグ31は８つの、各1.51mmの酸素
通路38を有し、十分な酸素流を許し、かつサイフォンプ
ラグ38はガス混合物のための1.51mm直径の通路50を有し
ている。このガスヘッドでは中央孔62は直径3.6mmであ
り、かつガスキャップの開放端部88はノズル（長さ10
2）の面から0.95cmの所に位置する。したがって粉末を
連行もする燃焼室は比較的短く、かつ普通は開放端部88
の直径の約１〜２倍であるべきである。
円筒形の燃焼室への各ガスの供給は十分に高い圧力、
例えば大気圧よりも少なくとも30psi高い圧力で配慮さ
れ、かつ通常例えばスパーク装置を用いて、燃焼される
ガスと空気の混合物が開放端部から粉末を連行する超音
速流として出るように点火される。燃焼の熱は基材上へ
被膜を付着するために粉末材料を少なくとも加熱軟化し
よう。ショックダイヤモンドが観測できる筈である。環
状流構成であるために超音速流を達成するために伸長タ
イプのノズル出口は必要ではない。
燃焼ガスはプロパンまたは水素等であってよいが、プ
ロピレンガスまたはメチルアセチレン−プロパンガス
（“MPS"）であると有利である。これら後者のガスは戻
り火なしで比較的高い速度の吹付け流および優れた被膜
が得られるのを可能にする。例えばガンへのプロピレン
圧またはMPS圧を約7kg/cm2（ゲージ圧）（大気圧を上回
る）で、酸素を10kg/cm2で、かつ空気を5.6kg/cm2で用
いた場合少なくとも８つのショックダイヤモンドを粉末
流なしの吹付け流中で容易に見ることができる。吹付け
流110中に現れたこれらのショックダイヤモンド108が第
５図に示されている。被膜114を吹付けられる基材112の
位置は、有利には第６図に示されたように５番目のダイ
ヤモンドが完全に現れるあたり、例えば約9cmの吹付け
距離の所である。
本発明の方法によれば一定の粉末が超音速燃焼スプレ
ーガンを用いて熱吹付けされる。優れた装置は上述した
通りであるが、本方法は前出の米国特許第4416421号明
細書に記載されたような他の超音速ガンを利用してもよ
い。一定の粉末とは各粉末粒体中に熱安定性の、非溶融
性成分を含有したものである。明細書および特許請求の
範囲の中で使用される“熱安定性”なる用語は、当該成
分が熱スプレーガンのフレームの温度および時間条件の
下で実質的に分解または酸化しないことを意味する。同
様に“非溶融性”なる用語は、当該成分がフレーム中で
実質的に溶けないことを意味する。試験としては非溶融
性の成分をこれの吹付けに使うべき熱スプレーガンを介
して供給し、集め、かつ分解、酸化または溶融に関して
顕微鏡で、かつ（または）金属組織学的に検査してもよ
い。例えば基材上の粒子の普通の平滑化は溶融を示すで
あろう。したがって基材上の平滑化を許す固有の融点を
持たない、単に粘性的に軟化しただけの物質は本発明の
目的に適った非溶融性のものである。融点に関する刊行
ハンドブックは他の溶融性に関する情報源である。
熱安定性、非溶融性の材料の１群は非溶融性の鉱物で
ある。かかる材料の例はグラファイト；ダイヤモンド粉
末；非溶融性の炭化物、例えば炭化ケイ素および炭化ア
ルミニウム；非溶融性の窒化物、例えば窒化ケイ素、窒
化クロム、窒化硼素および窒化アルミニウムである。鉱
物は天然産である必要はない。炭化ケイ素および窒化硼
素が被膜へ導入される鉱物として特に有利である。非溶
融性材料は熱安定性の熱硬化性ポリマー、例えばポリイ
ミドであってよく、これは表面上の効果を除いて熱吹付
けフレームによる影響は実質的に受けない。
非溶融性の鉱物は溶融性の、または少なくとも加熱軟
化性の成分と複合される。一般にこの成分は常用の熱吹
付け金属、例えば鉄族元素、モリブデン、アルミニウ
ム、銅またはこれらの任意のものの合金であるか、また
は酸化物、例えばアルミナ、チタニア、ジルコニア、ま
たはクロミアまたは錯酸化物であってもよい。
複合粉末は公知の、または所望の方法によって製造さ
れる。例えば金属被着鉱物は前掲の米国特許第3254970
号明細書に開示されているように鉱物コアに金属を被着
させるか（例えばニッケルクラッドダイヤモンド）、ま
たは前掲の米国特許第3655425号明細書に開示されたよ
うに金属コアに鉱物の微粉末を被着させるか（例えば窒
化硼素クラッドニッケル合金）、または米国特許第3617
358号明細書［ディトリヒ（Dittrich）］に開示された
ように両成分の微粉末を凝集させるかまたは噴霧乾燥す
ることにより製造することができる。
本発明による方法で使用される熱安定性の、非金属材
料の群は熱硬化性ポリマーから成る。明細書および特許
請求の範囲で広く使われている熱硬化性ポリマーは普通
熱、触媒または反応によって重合された炭化水素（プラ
スチック）を包含し、この場合このポリマーは例えばフ
レームによる何らかの化学的な変性なしでは加熱によっ
ては通常軟化しない。不完全に重合された粉末の形であ
ってよいものを含む一定のエポキシおよびポリイミドの
ような他の物質と同様に前掲の米国特許第3723165号お
よび同第3784405号明細書のポリ（パラオキシベンゾイ
ル）エステルおよびそのコポリエステルはこの群に含ま
れる。選択されたこれらポリマーの特徴は表面部分のみ
がフレーム内で加熱軟化されることである。この表面軟
化は多分、熱いフレームに短時間暴露されている間に表
面層を熱硬化性から少なくとも部分的に熱可塑性プラス
チックへ変える化学的変性を受けたことによるものであ
ろう。このように本発明の目的のためには、表面層は効
果上加熱軟化性の部分であり、かつコアは熱安定性、非
溶融性の成分にとどまる（当初の粒子が均質であったに
しても）。また非溶融性の熱硬化性ポリマーは被着され
るかまたは溶融性のポリマー、例えばポリアミド、ポリ
エチレンまたは不完全に重合されたポリエステルまたは
エポキシ、または前掲の米国特許第3784405号に開示さ
れたタイプのコポリエステルと複合されていてもよい。
本発明による特徴的な粉末は清潔に噴霧してもよく、ま
たより一般的な熱吹付け材料、例えば金属と配合しても
よい。きわめて驚くべきことに、上記粉末の超音速燃焼
熱吹付けの方法は比較的高い付着効率で行われ、かつ緻
密な、高品質の被膜を形成する。高い付着効率は特に意
想外である、それというのも超音速のフレーム内におけ
る粒子の短時間の滞在時間は特に非溶融性の成分ではよ
り悪い付着効率をもたらすことが予想されたからであ
る。付着効率の改善は経費上の利益自体を与えるのみな
らず、具体化された被膜組成物を得るためのブレンドの
費用上有利な変性を可能にする。
優れた例は下記の例１に詳述されているように熱安定
性のポリエステルとアルミニウム合金のブレンドであ
る。通常のプラズマスプレーは高熱にもかかわらず合金
に対して相対的に著しい割合のポリエステルを失う。通
常の、低速燃焼吹付けはポリエステルを炭化するか、ま
たはより低い熱で貧弱な凝集付着を与える。超音速燃焼
フレームでの吹付けは高い付着効果を与え、これはもと
もと具体化された被膜中の割合を得るための当初のブレ
ンド内におけるポリエステルのより小さな割合を許し、
かつ優れた被膜を形成する。
例 １ 米国特許第3723165号明細書の例１−Ａに記載された
ように製造されたブレンドと同様にポリエステルプラス
チックとアルミニウム合金のブレンド、ただしプラスチ
ック粉末はブレンドの30重量％、合金は70重量％であ
る。プラスチックはカーバウンダリ・カンパニー（Carb
oundary Company）メトウリクス部門（Metaullics Divi
sion）［サンボーン（Sanborn）.N.Y.］によってエコノ
ール(TM)［EKONOL(TM)］の商標名で売られている高温芳
香族ポリ（パラオキシベンゾイル）エステルで、44〜88
ミクロンのものである。合金は寸法10〜44ミクロンの、
アルミニウムとケイ素12％である。
ブレンドは第１図〜第３図に関して記載された優れた
装置、特にメトコ・タイプDJ(TM)［Metco Type D
J(TM)］を用いて吹付けられる。ガンはパーキン−エル
マーコーポレーション（Perkin-Elmer Corporation）
［ウエストバリー（Westbury）.N.Y］市販のもので、＃
３インサート、＃３インジェクタ、“A"シェル、＃２サ
イフォンプラグ、＃２エアキャップを用いる。酸素は1
0.5kg/cm2（100psig）で212l/分（450scfh）、プロピレ
ンガスは7.0kg/cm2（100psig）で47l/分（100scfh）、
空気は5.3kg/cm2（75psig）で290l/分（615scfh）であ
る。高圧粉末フィーダは米国特許第4900199号明細書
（出願整理番号第260625号、1988年10月21日）に開示さ
れ、かつパーキン−エルマー社によって売られているメ
トコ・タイプDJP粉末フィーダ（Metco Type DJP powder
feeder）を用いて粉末ブレンドを窒素キャリヤ中23gm/
分（31b/時間）で8.8kg/cm2（125psig）で7l/分（15scf
h）供給する。吹付け距離は20cm、基材はグリットブラ
スト仕上げされたエッケル合金である。
比較のために40％−粉末を用いて米国特許第3723165
号明細書の例１−Ａにより吹付けた。40％−粉末はパー
キン−エルマー社からメトコ601 NS（Metco 601 NS）と
して売られており、プラスチック粉末40％を含む、すな
わち本実施例の30％よりも1/3多いプラスチック粉末を
含む。例１ーＡでは40％粉末を通常アルゴン／水素プラ
ズマガスを用いてプラズマ溶射した。超音速燃焼ガンで
吹付けられた30％−粉末ブレンドは付着効率85％を与え
た。40％−粉末プラズマスプレーの普通の付着効率は65
％である。より重要なのは被膜がほぼ同じ組成を持って
いることであり、これは超音速燃焼ガスを用いた30％−
粉末のプラスチック成分のより良好な付着効率を反映す
るものである。抗摩耗性および耐食性についてもほぼ同
一であった。高速被膜の気孔率は約１％であり、均一に
分散していたが、プラズマ溶射された40％−粉末につい
ては不均一で気孔率５％であった。高速被膜の硬度はR
15y 78〜83であり（65〜75に対して）、すなわちこの場
合もより均一であった。
例 ２ ニッケルクラッド炭化ケイ素粉末を５〜44ミクロンの
炭化ケイ素粉末から製造した。これは公知方法でコーテ
ィング触媒としてアントラキノンを用い、ニッケルと硫
酸アンモニウムのアンモニア溶液の水素還元によってニ
ッケルで被着される。コーティング工程の詳細は米国特
許第3254970号明細書に挙げられている。得られた、炭
化ケイ素29重量％、残りニッケルを含む粉末を篩分けし
て53ミクロンアンダーにする。
篩分けされた粉末を＃２インサート、＃２インジェク
タ、“A"シェル、＃２サイフォンプラグおよび＃３エア
キャップを備えた例１の装置を用いて吹付ける。酸素は
10.5kg/cm2（150psig）で286l/分（606scfh）、プロピ
レン7.0kg/cm2（100psig）で79l/分（168scfh）、空気
は5.3kg/cm2（75psig）で374l/分（793scfh）である。
粉末フィーダとキャリヤガスは例１と同じであり、供給
量は47gm/分（6lb/時間）である。吹付け距離は15cm
（６インチ）、基材はグリットブラスト仕上げされた軟
鋼である。
優れた、緻密な被膜は炭化ケイ素を高率で均一に分配
された状態で含有することにより得られた。ニッケル／
炭化ケイ素粒子界面では金属組織学的にみて識別し得
る、このような材料のより一般的な熱吹付け被膜で見ら
れる脆化は生じなかった、これは明らかにフレーム中の
滞在期間が短いことによる。
例 ３ パーキング−エルマー社によりメトコ301 NSとして売
られている。米国特許第3655425号明細書に記載された
タイプの、ニッケル−クロム−鉄合金コアをアルミニウ
ム（3.5％）と窒化硼素（5.5％）の微細粒子で被着した
粉末を例２と同一のガンを用い、同様のパラメータで吹
付ける。抗摩耗性と耐食性の優れた組合せを有する級密
で均一な被膜が得られる。
例 ４ パーキン−エルマー社からメトコ310 NSとして売られ
ている複合アルミニウム−グラファイト粉末を、例３の
粉末を製造するために使用された方法により有機バイン
ダ８％を用いて微アルミニウム12％、ケイ素（10〜45ミ
クロン）、グラファイト粉末23％を凝集させることによ
って製造する。この粉末は例２と同じガンおよび同様の
パラメータを用いて吹付けられる。抗摩耗性と耐食性の
優れた組合せを有する緻密な、均一な被膜が得られる。
例 ５ ポリエステルの代りにダルトコ・マニュファクチュア
リング・インコーポレーテッド（Dartco Manufacturing
Inco.［オーガスタ（Augusta）、ジョージア］からキ
シダール(TM)［Xydar(TM)］として売られており、米国
特許第3784405号明細書に開示されたように式Ｉ、III、
IVの繰返し単位のコポリエステルを用いて例１を繰返
す。同様の結果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明で使用される熱スプレーガンの側面図、
第２図は第１図の２−２線に沿った断面図、第３図は第
２図の断面図の前端部分の拡大図、第４図は第１図の４
−４線に沿った断面図、第５図は本発明による超音速吹
付け流を形成する第１図のガンの略示図、第６図は所定
位置に置かれた基材と一緒に示された第５図によるガン
の図である。 10……熱スプレーガン、12……ガスヘッド、14……ガス
キャップ、16……弁部分、17……ハンドル、18,19,20…
…ホース接続部、21……燃焼源、22……酸素源、24……
空気源、25…オリフィス、26……弁、27……弁レバー、
28……プランジャ、29……ばね、30,32,61……Ｏ−リン
グ、31……サイフォンプラグ、33……チューブ、34……
中央通路、35,36,52,94……環状みぞ、38……連絡通
路、40,46,69……ホース、42,48,50,53,70……通路、54
……ノズル部材、55……内側部分、56……外側部分、57
……環状開口、58……外面、59……環状オリフィス、60
……ノズルナット、62……孔、３……軸線、64……リテ
ィナリング、64′……通路、65……接続部、66……キャ
リヤホース、67……粉末フィーダ、68……圧縮ガス源、
71……空間、72……横開口、82,120……燃焼室、84……
スロット、86,116……壁、88,118……開放端部、89……
面、90……空気穴、91……内オリフィス、92,96……オ
リフィス、93……ダクト、98……環状空間、102……長
さ、108……ショックダイヤモンド、110……吹付け流、
112……基材、114……被膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アムル・アリー アメリカ合衆国ニユー・ヨーク・フオー レスト・ヒルズ・ワンハンドレツドアン ドエイトス・ストリート・ナンバー ４ ジー 68‐10 (56)参考文献 特開 平１−195287（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−156060（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−149364（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23C 4/00 - 4/16

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】燃焼室、および燃焼生成物を超音速で囲繞
    雰囲気内へ推進するための開放通路を備えた燃焼室手段
    を内部に備えた熱スプレーガンを用いて被膜を形成する
    ための方法において、開放通路を通して熱安定性で非溶
    融性のポリマーから成る粉末粒子を供給し、室内へ噴射
    し、かつこの室内で、開放通路を通って出る粉末を含有
    した超音速吹付け流を発生するのに十分な室圧力で燃焼
    ガスと酸素の可燃性混合物を燃焼させ、かつ吹付け流を
    基材へ向けてこの上に被膜を形成するために導き、ポリ
    マーが、吹き付け流によって表面が加熱軟化することを
    特徴とする熱硬化性のポリマーであることを特徴とする
    非溶融性材料を含有する被膜を形成するための方法。
  2. 【請求項２】燃焼生成物を超音速で囲繞雰囲気内へ推進
    するために開放端部を持つ燃焼室を形成する管部材を備
    えた熱スプレーガンを用いて被膜を形成するための方法
    において、燃焼ガスと酸素の可燃性混合物を囲繞大気圧
    よりも少なくとも２気圧高い定常室圧力で室内へ噴射
    し、熱安定性で非溶融性のポリマー成分と金属成分とを
    含有した粒子から成る粉末を室内へ供給し、室内で可燃
    性混合物を燃焼させてこれにより粉末を含有した超音速
    吹付け流を開放端部から推進噴射させ、かつ基材上へ被
    膜を形成するために吹付け流を基材へ向けて導き、ポリ
    マーが、吹き付け流によって表面が加熱軟化することを
    特徴とする熱硬化性のポリマーであることを特徴とす
    る、被膜を形成するための方法。
  3. 【請求項３】可燃性混合物を粉末−キャリヤガス供給の
    ない吹付け流において少なくとも８つの可視のショック
    ダイヤモンドを形成するのに十分な燃焼室圧力で発射す
    る、請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】燃焼ガスがプロピレンガスとメチルアセチ
    レン−プロパジエンガスとを含む群から選択される、請
    求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】ポリマー粒体がポリ（パラオキシベンゾイ
    ル）エステルから成る、請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】ポリマー粒体が主としてポリ（パラオキシ
    ベンゾイル）エステルから成る、請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】ポリマー粒体が主としてポリ（パラオキシ
    ベンゾイル）エステルのコポリエステルから成る、請求
    項５記載の方法。
  8. 【請求項８】金属成分が更にアルミニウム粉末またはア
    ルミニウムベースの合金の粉末を含有している、請求項
    ２記載の方法。
  9. 【請求項９】ノズル面を持つノズル部材と、ノズル部材
    から延びていて、しかも開放端部とその反対側にノズル
    面によって制限された端部とを有する燃焼室を形成する
    円筒形の壁内面を持つ管状のガスキャップとを備えた熱
    スプレーガンを用いて緻密で、強靭な被膜を形成するた
    めの方法をおいて、燃焼ガスと酸素の可燃性混合物の環
    状流をノズルから同軸的に燃焼室内へ大気圧よりも少な
    くとも２バール高い定常室圧力で噴射し、圧縮された不
    燃性ガスの環状外側流を円筒形の壁に隣接して、半径方
    向でみて可燃性混合物の環状流の外側で噴射し、キャリ
    ヤガス中の熱安定性で、非溶融性のコアと加熱軟化性の
    表面とを持つポリマー粒子から成る粉末をノズルから同
    軸的に燃焼室内へ供給し、圧縮されたガスの環状内側流
    をノズル部材から燃焼室内へ同軸的に可燃性混合物と粉
    末−キャリヤガスとの間で噴射し、可燃性混合物を燃焼
    させ、このようにして粉末を含有する超音速吹付け流が
    開放端部から推進せしめられ、かつ吹付け流を基材へ向
    けてこの上に被膜を形成するために導くことを特徴とす
    る、緻密で、強靭な被膜を形成するための方法。
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69125118T2 (de) * 1990-12-15 1997-06-19 Fujitsu Ltd Verfahren zur Herstellung eines Diamant-Überzuges
EP0622471A1 (en) * 1993-04-30 1994-11-02 EG&G SEALOL, INC. Composite material comprising chromium carbide and a solid lubricant for use as a high velocity oxy-fuel spray coating
FR2705040B1 (fr) * 1993-05-11 1995-06-23 Soudure Autogene Francaise Procédé de projection à la flamme d'un matériau polymère thermodurcissable et substrats portant un dépôt de polymère thermodurci obtenu par projection à la flamme.
EP0667810A1 (fr) * 1993-09-15 1995-08-23 Societe Europeenne De Propulsion Procede pour la realisation de materiaux ou revetements composites et installation pour sa mise en uvre
DE4413306C1 (de) * 1994-04-16 1995-10-19 Daimler Benz Aerospace Ag Verfahren zur Verstärkung eines Bauteils und Anwendung des Verfahrens
EP0688886B1 (en) * 1994-06-24 1999-03-31 Praxair S.T. Technology, Inc. A process for producing carbide particles dispersed in a MCrAIY-based coating
DE69514156T2 (de) * 1994-06-24 2000-06-29 Praxair S.T. Technology, Inc. Verfahren zur Herstellung eines Überzuges auf der Basis von MCrAlY mit feinverteilten Oxiden
JPH1060617A (ja) * 1996-08-22 1998-03-03 Suruzaa Meteko Japan Kk 高速フレーム溶射方法
US9328918B2 (en) 2010-05-28 2016-05-03 General Electric Company Combustion cold spray
WO2013169710A1 (en) * 2012-05-10 2013-11-14 Sulzer Metco (Us) Inc. Cathode interface for a plasma gun and method of making and using the same
CN106583079B (zh) * 2016-12-03 2019-10-11 天长市金陵电子有限责任公司 一种具有预热功能的喷塑枪
CN113909015B (zh) * 2021-11-02 2022-11-29 水利部杭州机械设计研究所 一种狭小空间超音速火焰热喷涂自动喷枪及其热喷涂装置
CN117587353B (zh) * 2024-01-18 2024-03-19 西安钛斗金属制品科技有限公司 一种热喷涂装置
CN117643979B (zh) * 2024-01-26 2024-04-16 山东硅瓷新材料有限公司 一种碳化硅喷嘴

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2659623A (en) * 1948-12-07 1953-11-17 Metallizing Engineering Co Inc Gun construction for gas blast spraying heat-fusible materials
LU31550A1 (ja) * 1955-03-28
FR1434948A (fr) * 1964-11-18 1966-04-15 Sfec Perfectionnement aux procédés de fabrication de pièces et revêtements renforcés de fibres
US3440079A (en) * 1965-02-10 1969-04-22 Avco Corp Spray coating
US3423338A (en) * 1965-04-30 1969-01-21 Scott Paper Co Catalyzed liquid reticulation of polyurethane foams
DE2044528A1 (en) * 1970-09-09 1972-03-16 Kolacek V Spraying of glass or basalt - onto surfaces
US3723165A (en) * 1971-10-04 1973-03-27 Metco Inc Mixed metal and high-temperature plastic flame spray powder and method of flame spraying same
US4416421A (en) * 1980-10-09 1983-11-22 Browning Engineering Corporation Highly concentrated supersonic liquified material flame spray method and apparatus
DE3467775D1 (en) * 1983-02-22 1988-01-07 Tateho Kagaku Kogyo Kk Spraying materials containing ceramic needle fiber and composite materials spray-coated with such spraying materials
DE3601502A1 (de) * 1986-01-20 1987-07-23 Castolin Gmbh Flammspritzbrenner
US4865252A (en) * 1988-05-11 1989-09-12 The Perkin-Elmer Corporation High velocity powder thermal spray gun and method

Also Published As

Publication number Publication date
JPH02221362A (ja) 1990-09-04
EP0375931B1 (en) 1996-01-10
CN1043641A (zh) 1990-07-11
DE68925414D1 (de) 1996-02-22
BR8906845A (pt) 1990-09-25
EP0375931A2 (en) 1990-07-04
DE68925414T2 (de) 1996-05-23
EP0375931A3 (en) 1991-10-30
CA2002497A1 (en) 1990-06-28

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