JP3170269B2 - スプレイデポジション - Google Patents
スプレイデポジションInfo
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- JP3170269B2 JP3170269B2 JP50655389A JP50655389A JP3170269B2 JP 3170269 B2 JP3170269 B2 JP 3170269B2 JP 50655389 A JP50655389 A JP 50655389A JP 50655389 A JP50655389 A JP 50655389A JP 3170269 B2 JP3170269 B2 JP 3170269B2
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- Japan
- Prior art keywords
- collector
- spray
- deposit
- metal
- alloy
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
- C23C4/123—Spraying molten metal
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 (発明の属する技術分野) 本発明はスプレイデポジション方法に関し、さらに詳
しくは該方法によりコレクタ上に溶融金属または合金の
アトマイズ小滴をスプレイし、デポジットを形成するた
めの方法に関するものである。
しくは該方法によりコレクタ上に溶融金属または合金の
アトマイズ小滴をスプレイし、デポジットを形成するた
めの方法に関するものである。
(従来の技術) スプレイデポジットにより成形された予備成形品(プ
レフォーム)を生産するには、溶融金属または合金を適
切なコレクタ上にスプレイする。すなわちこのような方
法は、本質的には溶融金属をガスアトマイジング法乃至
はスプレイデポジション法によって速やかにデポジット
(堆積物)に変える急速凝固技術である。この技術は、
同様に堆積物を形成する容射技術に比べて、生産性よく
堆積物の形成を行い得る上に堆積層の厚さを適当に制御
し得るという利点を有する。スプレイデポジションで
は、溶融金属流をガスアトマイジング装置に制御しなが
ら注入し、その溶融金属流に、通常窒素またはアルゴン
などの高速のガスジェット流を噴射する。これにより生
じた溶融金属の小滴からなるアトマイズスプレイがコレ
クタ上に噴霧され、該コレクタ上において高温の小滴は
急速に再結合して高密度なデポジットが形成される。前
記コレクタは、スプレイ内でプログラムに従った一連の
動きをするようにされた制御移動機構に固定されてお
り、これによってコレクタ上に所望の形状のデポジット
を形成することができる。このようにして得られたデポ
ジットはそのまま、またはコレクタから分離して予備成
形品としてさらに熱間加工などの加工処理をして半完成
品または完成品とすることができる。
レフォーム)を生産するには、溶融金属または合金を適
切なコレクタ上にスプレイする。すなわちこのような方
法は、本質的には溶融金属をガスアトマイジング法乃至
はスプレイデポジション法によって速やかにデポジット
(堆積物)に変える急速凝固技術である。この技術は、
同様に堆積物を形成する容射技術に比べて、生産性よく
堆積物の形成を行い得る上に堆積層の厚さを適当に制御
し得るという利点を有する。スプレイデポジションで
は、溶融金属流をガスアトマイジング装置に制御しなが
ら注入し、その溶融金属流に、通常窒素またはアルゴン
などの高速のガスジェット流を噴射する。これにより生
じた溶融金属の小滴からなるアトマイズスプレイがコレ
クタ上に噴霧され、該コレクタ上において高温の小滴は
急速に再結合して高密度なデポジットが形成される。前
記コレクタは、スプレイ内でプログラムに従った一連の
動きをするようにされた制御移動機構に固定されてお
り、これによってコレクタ上に所望の形状のデポジット
を形成することができる。このようにして得られたデポ
ジットはそのまま、またはコレクタから分離して予備成
形品としてさらに熱間加工などの加工処理をして半完成
品または完成品とすることができる。
上記方法の詳細は、本出願人によるヨーロッパ特許第
200349号、第198613号、第225080号、第244454号、第22
5732号中に開示されている。
200349号、第198613号、第225080号、第244454号、第22
5732号中に開示されている。
アトマイズガスを使用して高密度のスプレイデポジッ
トを形成するためのデポジション条件は、デポジション
操作中を通して、アトマイズガスでアトマイズされた小
滴がスプレイデポジットの表面に維持されている半凝固
/半溶融層上にデポジットされるように制御することが
肝要である。しかし、通常ではコレクタ上にデポジット
される最初の金属デポジット層において、これを実現す
ることは極めて困難であり、また殆ど実現不可能であ
る。これは、アトマイズされた金属小滴はすでに比較的
低温のアトマイズガスにより冷却されている上に、最初
にデポジットした金属は、コレクタ表面への熱伝導によ
り急速に冷却され、その結果続いて到達するデポジット
すべき小滴のための半凝固/半溶融表面層の形成が直ぐ
には間に合わないためである。このためにアトマイズ小
滴相互間の結合が弱くなり、かつまた最初にデポジット
した金属層には、被堆積物表面にすでに存在する大気中
の酸素が、その中にしばしばポロシティ(気孔)として
含まれているので、そのデポジット内に個々にデポジッ
トされる小滴のデポジットに対する結合も弱くなる。そ
の状況はスプレイの中心帯域よりもデポジット速度の低
いスプレイの外縁部において顕著である。しかしなが
ら、デポジション条件の制御、すなわち被堆積物の温度
を注意深く制御してデポジットの厚みを適切な割合に増
加させるようにすると、デポジットの表面には半凝固/
半溶融層が急速に生成し、高密度の非粒子微細組織が保
持されるようになる。
トを形成するためのデポジション条件は、デポジション
操作中を通して、アトマイズガスでアトマイズされた小
滴がスプレイデポジットの表面に維持されている半凝固
/半溶融層上にデポジットされるように制御することが
肝要である。しかし、通常ではコレクタ上にデポジット
される最初の金属デポジット層において、これを実現す
ることは極めて困難であり、また殆ど実現不可能であ
る。これは、アトマイズされた金属小滴はすでに比較的
低温のアトマイズガスにより冷却されている上に、最初
にデポジットした金属は、コレクタ表面への熱伝導によ
り急速に冷却され、その結果続いて到達するデポジット
すべき小滴のための半凝固/半溶融表面層の形成が直ぐ
には間に合わないためである。このためにアトマイズ小
滴相互間の結合が弱くなり、かつまた最初にデポジット
した金属層には、被堆積物表面にすでに存在する大気中
の酸素が、その中にしばしばポロシティ(気孔)として
含まれているので、そのデポジット内に個々にデポジッ
トされる小滴のデポジットに対する結合も弱くなる。そ
の状況はスプレイの中心帯域よりもデポジット速度の低
いスプレイの外縁部において顕著である。しかしなが
ら、デポジション条件の制御、すなわち被堆積物の温度
を注意深く制御してデポジットの厚みを適切な割合に増
加させるようにすると、デポジットの表面には半凝固/
半溶融層が急速に生成し、高密度の非粒子微細組織が保
持されるようになる。
コレクタとデポジット間の界面には、大気中から酸素
が、デポジットが冷却する間または大気中において引き
続き加工処理を施している間に侵入し、さらに多くのポ
ロシティが含まれるようになる。例えば薄肉の軟鋼の管
状コレクタをステンレススチールのアトマイズスプレイ
中を移動させながらステンレススチールの管状予備成形
品を製造する場合に、前記界面に内在するポロシティは
デポジット厚さの10〜20%を占める。したがって従来の
操作法では軟鋼のコレクタとステンレススチールの予備
成形品とを分離加工するに当たっては、その界面に生じ
ているポロシティ含有層を多量に切削除去しなければな
らなくなるので好ましくない。この問題はコレクタを予
熱することである程度緩和することができる筈である
が、スプレイ噴霧前に既に比較的温度の低いアトマイズ
ガスが予熱されたコレクタ上を流れるのでコレクタ表面
はこれにより冷却され、その予熱効果は減殺されるため
にそのポロシティ発生の緩和は実際には非常に困難であ
る。これを避けるために、デポジットされる金属の固相
線以上の非常に高温に予熱することが考えられるが、こ
のようにするとコレクタに熱歪みが生ずるので、加工に
よるコレクタの除去およびデポジット金属の基底部分の
加工費用が非常に高くなりこれまた実用的でない。
が、デポジットが冷却する間または大気中において引き
続き加工処理を施している間に侵入し、さらに多くのポ
ロシティが含まれるようになる。例えば薄肉の軟鋼の管
状コレクタをステンレススチールのアトマイズスプレイ
中を移動させながらステンレススチールの管状予備成形
品を製造する場合に、前記界面に内在するポロシティは
デポジット厚さの10〜20%を占める。したがって従来の
操作法では軟鋼のコレクタとステンレススチールの予備
成形品とを分離加工するに当たっては、その界面に生じ
ているポロシティ含有層を多量に切削除去しなければな
らなくなるので好ましくない。この問題はコレクタを予
熱することである程度緩和することができる筈である
が、スプレイ噴霧前に既に比較的温度の低いアトマイズ
ガスが予熱されたコレクタ上を流れるのでコレクタ表面
はこれにより冷却され、その予熱効果は減殺されるため
にそのポロシティ発生の緩和は実際には非常に困難であ
る。これを避けるために、デポジットされる金属の固相
線以上の非常に高温に予熱することが考えられるが、こ
のようにするとコレクタに熱歪みが生ずるので、加工に
よるコレクタの除去およびデポジット金属の基底部分の
加工費用が非常に高くなりこれまた実用的でない。
これに代わる方法として、コレクタとして耐火物また
はセラミック製絶縁コレクタを使用する方法が考えら
れ、この場合には当初にデポジットした金属の急冷を緩
和し界面のポロシティを低下させることができるが、特
にコレクタが管状耐火物である場合に、金属との熱収縮
率差が大きいのでデポジットした予備成形品をコレクタ
から引き抜くことが困難である上に、なお若干のポロシ
ティが残存するので好ましくない。またスプレイデポジ
ション室内に耐火物材料が存在すると、しばしば耐火物
粒子がデポジット中に混入するために、得られた予備成
形品の冶金学的特性が低下するという問題もあった。
はセラミック製絶縁コレクタを使用する方法が考えら
れ、この場合には当初にデポジットした金属の急冷を緩
和し界面のポロシティを低下させることができるが、特
にコレクタが管状耐火物である場合に、金属との熱収縮
率差が大きいのでデポジットした予備成形品をコレクタ
から引き抜くことが困難である上に、なお若干のポロシ
ティが残存するので好ましくない。またスプレイデポジ
ション室内に耐火物材料が存在すると、しばしば耐火物
粒子がデポジット中に混入するために、得られた予備成
形品の冶金学的特性が低下するという問題もあった。
(発明が解決しようとする課題) 本発明はアトマイズガスを使用したスプレデポジショ
ン方法における上記の問題点を解決するため、コレクタ
を適切な温度に予熱して、初期に到達するデポジットが
速やかに凝固せずに当面は半溶融/半凝固の状態を保持
するようにすることで、前記コレクタとデポジットとの
界面からの酸素の逃避を容易にするとともに、初期デポ
ジットとコレクタとの間に可及的に冶金学的な結合を形
成させて、その後の酸素の流入を可及的に防止するよう
にしたスプレイデポジション方法を提供することを目的
とするものである。
ン方法における上記の問題点を解決するため、コレクタ
を適切な温度に予熱して、初期に到達するデポジットが
速やかに凝固せずに当面は半溶融/半凝固の状態を保持
するようにすることで、前記コレクタとデポジットとの
界面からの酸素の逃避を容易にするとともに、初期デポ
ジットとコレクタとの間に可及的に冶金学的な結合を形
成させて、その後の酸素の流入を可及的に防止するよう
にしたスプレイデポジション方法を提供することを目的
とするものである。
(課題を解決するための手段) すなわち上記目的を達成するため本発明は、スプレイ
室を提供する工程と、所定の組成を有する溶融金属また
は合金流を軸線を持ったアトマイズ小滴からなるスプレ
イが形成されるようにスプレイ室の内方にアトマイズす
る工程と、前記スプレイの軸線を横断する回転軸の回り
に回転可能に支持された金属または合金製コレクタを提
供する工程と、前記コレクタ表面を清浄化し、該表面か
ら酸化物などの不純物を除去する工程と、前記コレクタ
表面にデポジットするアトマイズ小滴に、デポジット界
面への酸素が浸透するのを防止するのに十分な程度の部
分的に冶金学的な結合を得させるように前記コレクタを
予熱する工程と、前記コレクタを前記回転軸の回りに回
転させる工程と、前記コレクタの回りに形成される初期
のデポジットの表面に半凝固/半溶融層が形成、維持さ
れ、該半凝固/半溶融層中に引き続きアトマイズ小滴を
デポジットされ、これにより前記デポジットと前記コレ
クタの間にポロシティが実質的に内在しない結合界面が
形成されるように、前記コレクタの回りにアトマイズ小
滴のスプレイを施す工程と、前記デポジットをコレクタ
の全体に亘り施す工程と、デポジットおよびコレクタ表
面の全体を加工して結合界面に残留するポロシティを除
去する工程とからなるスプレイデポジション方法を特徴
とするものである。
室を提供する工程と、所定の組成を有する溶融金属また
は合金流を軸線を持ったアトマイズ小滴からなるスプレ
イが形成されるようにスプレイ室の内方にアトマイズす
る工程と、前記スプレイの軸線を横断する回転軸の回り
に回転可能に支持された金属または合金製コレクタを提
供する工程と、前記コレクタ表面を清浄化し、該表面か
ら酸化物などの不純物を除去する工程と、前記コレクタ
表面にデポジットするアトマイズ小滴に、デポジット界
面への酸素が浸透するのを防止するのに十分な程度の部
分的に冶金学的な結合を得させるように前記コレクタを
予熱する工程と、前記コレクタを前記回転軸の回りに回
転させる工程と、前記コレクタの回りに形成される初期
のデポジットの表面に半凝固/半溶融層が形成、維持さ
れ、該半凝固/半溶融層中に引き続きアトマイズ小滴を
デポジットされ、これにより前記デポジットと前記コレ
クタの間にポロシティが実質的に内在しない結合界面が
形成されるように、前記コレクタの回りにアトマイズ小
滴のスプレイを施す工程と、前記デポジットをコレクタ
の全体に亘り施す工程と、デポジットおよびコレクタ表
面の全体を加工して結合界面に残留するポロシティを除
去する工程とからなるスプレイデポジション方法を特徴
とするものである。
このように、初期のデポジット面に半凝固/半溶融層
を形成した本発明の方法によるときは、コレクタとデポ
ジットとの界面でのアトマイズ小滴の結合は機械的な結
合または冶金学的な結合またはその両者であり、緊密か
つ高密度にデポジットが行われる結果、酸素は界面に沿
って浸透することがなく、また最初にデポジットされた
金属層に侵入することがない。すなわちこの方法による
ときは、コレクタとデポジットは結合されて一体化され
て大気に対して不浸透となるのでコレクタの維持による
界面のポロシティは完全な大気から遮断される。
を形成した本発明の方法によるときは、コレクタとデポ
ジットとの界面でのアトマイズ小滴の結合は機械的な結
合または冶金学的な結合またはその両者であり、緊密か
つ高密度にデポジットが行われる結果、酸素は界面に沿
って浸透することがなく、また最初にデポジットされた
金属層に侵入することがない。すなわちこの方法による
ときは、コレクタとデポジットは結合されて一体化され
て大気に対して不浸透となるのでコレクタの維持による
界面のポロシティは完全な大気から遮断される。
本発明において、コレクタはスプレイされる金属また
は合金と同一であっても、異なるものであってもよい。
は合金と同一であっても、異なるものであってもよい。
得られた予備成形品のその後の加工は、静水圧プレス
加工または熱間加工(例えば、押出、鍛造または圧延)
のいずれかにより行われるが、界面に生じているポロシ
ティは引き続き大気から遮断された状態で加工され、該
加工により取り除かれる。
加工または熱間加工(例えば、押出、鍛造または圧延)
のいずれかにより行われるが、界面に生じているポロシ
ティは引き続き大気から遮断された状態で加工され、該
加工により取り除かれる。
また、スプレイデポジションにおいてコレクタとデポ
ジットの結合が十分に行われていなくても、前記後加工
により十分に冶金学的な結合を得ることができる。
ジットの結合が十分に行われていなくても、前記後加工
により十分に冶金学的な結合を得ることができる。
このような後加工を施した後、コレクタを製品から除
去する。この場合に、例えば全てのポロシティが除去さ
れているので、多量のデポジットを除去せずに分離のた
めの加工をすることができる。または複合製品として2
つの材料(例えば、デポジットとコレクタの一部)から
なる製品を残し、コレクタの残部を切削除去することが
できるし、またさらに半完成品または完成品の一部とし
てコレクタ全部を残し複合製品(多層製品)とすること
もできる。
去する。この場合に、例えば全てのポロシティが除去さ
れているので、多量のデポジットを除去せずに分離のた
めの加工をすることができる。または複合製品として2
つの材料(例えば、デポジットとコレクタの一部)から
なる製品を残し、コレクタの残部を切削除去することが
できるし、またさらに半完成品または完成品の一部とし
てコレクタ全部を残し複合製品(多層製品)とすること
もできる。
本発明において、コレクタは、管、中空円錐体、丸
棒、角棒等を含む種々の形状のものが使用でき、またそ
の材質組成は、デポジットと同一でも異なるものでもよ
い。
棒、角棒等を含む種々の形状のものが使用でき、またそ
の材質組成は、デポジットと同一でも異なるものでもよ
い。
また本発明では、コレクタを予熱することが望まれる
が、予熱をしてもアトマイズ用ガスがスプレイを生ずる
前にコレクタ上を流れるのでその冷却効果によりそれほ
どコレクタの温度は高温になることは期待できない。し
たがってポロシティの除去効果はそれ程顕著ではない場
合も起こり得るが、それにも拘らず予熱は好ましいこと
である。それはコレクタ金属が高温に維持されているこ
とにより、デポジットとコレクタの冶金学的な結合が促
進される上に、デポジット金属の収縮ストレスが減少
し、該ストレスによりデポジット金属に亀裂が発生する
のを防止し得るからである。
が、予熱をしてもアトマイズ用ガスがスプレイを生ずる
前にコレクタ上を流れるのでその冷却効果によりそれほ
どコレクタの温度は高温になることは期待できない。し
たがってポロシティの除去効果はそれ程顕著ではない場
合も起こり得るが、それにも拘らず予熱は好ましいこと
である。それはコレクタ金属が高温に維持されているこ
とにより、デポジットとコレクタの冶金学的な結合が促
進される上に、デポジット金属の収縮ストレスが減少
し、該ストレスによりデポジット金属に亀裂が発生する
のを防止し得るからである。
またコレクタの予熱は、コレクタ上に侵入流通する酸
素による最初にデポジットされた溶融金属の小滴の浮き
上がりを防止し、デポジット金属とコレクタ間の接触を
より緊密にさせ、これ以上の酸素の侵入を防止すること
ができるという効果もある。該予熱操作は、スプレイ室
内でスプレイ操作を行う前に不活性または減圧下で実施
される。
素による最初にデポジットされた溶融金属の小滴の浮き
上がりを防止し、デポジット金属とコレクタ間の接触を
より緊密にさせ、これ以上の酸素の侵入を防止すること
ができるという効果もある。該予熱操作は、スプレイ室
内でスプレイ操作を行う前に不活性または減圧下で実施
される。
コレクタの予熱は、室温とコレクタの固相線温度の間
の範囲、特に固相線温度直下の温度で行うのが好まし
く、これによりスプレイされた金属小滴間、または小滴
とコレクタ間の冶金学的な結合が容易となる。スプレイ
操作開始前または予熱処理時に適切な清浄化技術を用い
てコレクタ表面に存在する酸化物または酸化被膜を除去
しておくことが好ましい。これはコレクタ表面の不純物
または酸化被膜の存在は、スプレイデポジション操作ま
たは後加工時におけるコレクタに対するデポジット金属
の機械的な結合または冶金学的な結合を阻害するからで
ある。コレクタの清浄化処理を行うことで、最初にデポ
ジットしたアトマイズ金属の小滴はコレクタと緊密に接
触することができるし、さらに清浄化処理をサンドブラ
ストにより行えば、コレクタ表面が粗面化されて、デポ
ジット金属のコレクタ表面への機械的な結合を助けるく
さび孔を生ずるので好ましい。
の範囲、特に固相線温度直下の温度で行うのが好まし
く、これによりスプレイされた金属小滴間、または小滴
とコレクタ間の冶金学的な結合が容易となる。スプレイ
操作開始前または予熱処理時に適切な清浄化技術を用い
てコレクタ表面に存在する酸化物または酸化被膜を除去
しておくことが好ましい。これはコレクタ表面の不純物
または酸化被膜の存在は、スプレイデポジション操作ま
たは後加工時におけるコレクタに対するデポジット金属
の機械的な結合または冶金学的な結合を阻害するからで
ある。コレクタの清浄化処理を行うことで、最初にデポ
ジットしたアトマイズ金属の小滴はコレクタと緊密に接
触することができるし、さらに清浄化処理をサンドブラ
ストにより行えば、コレクタ表面が粗面化されて、デポ
ジット金属のコレクタ表面への機械的な結合を助けるく
さび孔を生ずるので好ましい。
一般に、コレクタの厚さより厚いデポジットを行う場
合には、コレクタにはデポジット金属よりも融点の高い
金属材料が選ばれる。しかし、ある場合には、より低い
融点のコレクタを選ぶこともでき、このときにはデポジ
ットからコレクタへの熱伝導によりデポジット金属のコ
レクタへの冶金学的な結合が助長される。
合には、コレクタにはデポジット金属よりも融点の高い
金属材料が選ばれる。しかし、ある場合には、より低い
融点のコレクタを選ぶこともでき、このときにはデポジ
ットからコレクタへの熱伝導によりデポジット金属のコ
レクタへの冶金学的な結合が助長される。
一方デポジットは急速凝固するのでコレクタの融解の
恐れはない。
恐れはない。
コレクタの予熱処理には、高周波誘導加熱、抵抗加
熱、ガス加熱、プラズマ加熱が用いられるが、このうち
プラズマ加熱は、プラズマトーチをデポジッション帯域
の至近距離に配置することができ、特にデポジション金
属の界面方向に配置することができて、該界面でのデポ
ジット金属の強い結合を助長することができるので好ま
しい。またプラズマ加熱は、プラズマからのイオン化ガ
スの噴射によりコレクタ表面を急速加熱することがで
き、またコレクタ表面への急速ガスの噴射は、コレクタ
上の残留酸化物被膜の除去を行い得る利点もある。
熱、ガス加熱、プラズマ加熱が用いられるが、このうち
プラズマ加熱は、プラズマトーチをデポジッション帯域
の至近距離に配置することができ、特にデポジション金
属の界面方向に配置することができて、該界面でのデポ
ジット金属の強い結合を助長することができるので好ま
しい。またプラズマ加熱は、プラズマからのイオン化ガ
スの噴射によりコレクタ表面を急速加熱することがで
き、またコレクタ表面への急速ガスの噴射は、コレクタ
上の残留酸化物被膜の除去を行い得る利点もある。
本発明の方法は、全ての実質的に軸対称的なスプレイ
デポジット、例えばインゴット、丸棒、管、押出、鍛造
ブランクなどの完成品、複合製品、被覆製品などの製造
に適用できる。例えばアルミニウム−シリコン合金を純
アルミニウム、アルミニウム合金、または同一合金組成
のアルミニウム−シリコン合金による薄肉の管状コレク
タ上にデポジットすることができ、これをコレクタを除
去することなく(またときとしてはコレクタを除去した
後に)押出加工にかけて自動車用シリンダーライナーに
押出すことができる。また必要であれば、セラミック粒
子などの固体粒子をスプレイ流に付加してアトマイズす
ることにより、高温強度にすぐれ、耐摩耗性を有するデ
ポジットを得ることもできる。
デポジット、例えばインゴット、丸棒、管、押出、鍛造
ブランクなどの完成品、複合製品、被覆製品などの製造
に適用できる。例えばアルミニウム−シリコン合金を純
アルミニウム、アルミニウム合金、または同一合金組成
のアルミニウム−シリコン合金による薄肉の管状コレク
タ上にデポジットすることができ、これをコレクタを除
去することなく(またときとしてはコレクタを除去した
後に)押出加工にかけて自動車用シリンダーライナーに
押出すことができる。また必要であれば、セラミック粒
子などの固体粒子をスプレイ流に付加してアトマイズす
ることにより、高温強度にすぐれ、耐摩耗性を有するデ
ポジットを得ることもできる。
コレクタに要求される特性は、例えば耐腐食性、耐摩
耗性などであり、これは例えば廉価な材料上にスプレイ
特殊被覆をする単純な方法で提供される。本発明はま
た、1つまたは2つのスプレイに粒子を導入することを
含む同一または異なる組成の1つまたはそれ以上のスプ
レイを結合させて使用することができる。
耗性などであり、これは例えば廉価な材料上にスプレイ
特殊被覆をする単純な方法で提供される。本発明はま
た、1つまたは2つのスプレイに粒子を導入することを
含む同一または異なる組成の1つまたはそれ以上のスプ
レイを結合させて使用することができる。
本発明の方法を実施するための装置は、不活性または
減圧雰囲気を供給したスプレイ室、該スプレイ室内に設
けられた金属または合金製コレクタ、スプレイ室内への
制御された溶融金属または合金流の供給手段、前記溶融
金属流からアトマイズ小滴からなるスプレイを形成し、
該スプレイをコレクタ上に噴射してデポジットを形成す
るためのガスアトマイズ手段、スプレイに対してコレク
タを移動させる手段、コレクタの表面を調整し該表面の
酸化被膜を除去すると同時にコレクタがアトマイズ小滴
の噴射進路に移動するに際してこれを予熱し、デポジッ
ト金属または合金とコレクタ間の冶金学的な結合を促進
し、スプレイ初期のデポジットにおける半凝固/半溶融
デポジット層を形成し、一体製品として結合界面のポロ
シティを減少させるために設けられるコレクタ加熱手段
とからなる。
減圧雰囲気を供給したスプレイ室、該スプレイ室内に設
けられた金属または合金製コレクタ、スプレイ室内への
制御された溶融金属または合金流の供給手段、前記溶融
金属流からアトマイズ小滴からなるスプレイを形成し、
該スプレイをコレクタ上に噴射してデポジットを形成す
るためのガスアトマイズ手段、スプレイに対してコレク
タを移動させる手段、コレクタの表面を調整し該表面の
酸化被膜を除去すると同時にコレクタがアトマイズ小滴
の噴射進路に移動するに際してこれを予熱し、デポジッ
ト金属または合金とコレクタ間の冶金学的な結合を促進
し、スプレイ初期のデポジットにおける半凝固/半溶融
デポジット層を形成し、一体製品として結合界面のポロ
シティを減少させるために設けられるコレクタ加熱手段
とからなる。
本出願人が提案したヨーロッパ特許第225732号では、
回転円盤状コレクタの表面を横切る金属スプレイを振動
させ、スプレイデポジットが長手方向に増加するように
してコレクタを同一速度で回転軸に沿って後退させるこ
とによりスプレイデポジットした丸棒またはビレットを
製造する方法について開示している。
回転円盤状コレクタの表面を横切る金属スプレイを振動
させ、スプレイデポジットが長手方向に増加するように
してコレクタを同一速度で回転軸に沿って後退させるこ
とによりスプレイデポジットした丸棒またはビレットを
製造する方法について開示している。
しかしながらこの方法は直径300mmまでのビレットに
ついては受容可能な結果が得られているが、それよりも
大きい直径を有するビレットでは、中心帯域に生ずる過
剰な熱のために、熱亀裂(ホットティアリング)などの
冶金学的な欠陥を生ずるので製造が困難となる。本発明
の方法を適用してビレットの製造を行うことができる
が、その場合にコレクタとしては比較的小径の丸棒が用
いられ、またスプレイ金属にはコレクタと同一組成の金
属または合金が使用される。そしてこの場合には、コレ
クタは表面処理され、回転下でスプレイデポジットされ
る金属の固相線以下の温度に予熱されてスプレイ下を通
過させる。その後熱間加工により界面のポロシティを除
去して単一合金の丸棒が得られる。大直径の丸棒(例え
ば、直径300〜600mmの丸棒)を得ようとする場合には、
連続して数回のアトマイズスプレイ操作を実施すればよ
い。この技術の利点は、コレクタがスプレイデポジット
したビレットの芯部において1種のヒートシンクとして
作用して、前述した過剰熱による冶金学的な欠陥の発生
を防止し得ることである。
ついては受容可能な結果が得られているが、それよりも
大きい直径を有するビレットでは、中心帯域に生ずる過
剰な熱のために、熱亀裂(ホットティアリング)などの
冶金学的な欠陥を生ずるので製造が困難となる。本発明
の方法を適用してビレットの製造を行うことができる
が、その場合にコレクタとしては比較的小径の丸棒が用
いられ、またスプレイ金属にはコレクタと同一組成の金
属または合金が使用される。そしてこの場合には、コレ
クタは表面処理され、回転下でスプレイデポジットされ
る金属の固相線以下の温度に予熱されてスプレイ下を通
過させる。その後熱間加工により界面のポロシティを除
去して単一合金の丸棒が得られる。大直径の丸棒(例え
ば、直径300〜600mmの丸棒)を得ようとする場合には、
連続して数回のアトマイズスプレイ操作を実施すればよ
い。この技術の利点は、コレクタがスプレイデポジット
したビレットの芯部において1種のヒートシンクとして
作用して、前述した過剰熱による冶金学的な欠陥の発生
を防止し得ることである。
したがって本発明の別の実施態様によれば、スプレイ
室で溶融金属または合金をアトマイズして、アトマイズ
小滴からなるスプレイを形成すること、スプレイされる
金属または合金と同一な組成の金属または合金のコレク
タを提供すること、スプレイの噴射軸線に対し横断的な
回転軸を中心にコレクタを回転させること、コレクタに
アトマイズ小滴からなるスプレイを噴射して、該コレク
タ上に金属または合金のデポジットを形成すること、デ
ポジットされた金属または合金が全体的に均質組成で一
体化されるようにコレクタとデポジットとの界面に存在
するポロシティを封じ込めるためにコレクタとデポジッ
トとを合体化することからなる溶融金属または合金のス
プレイデポジション方法を提供するものである。
室で溶融金属または合金をアトマイズして、アトマイズ
小滴からなるスプレイを形成すること、スプレイされる
金属または合金と同一な組成の金属または合金のコレク
タを提供すること、スプレイの噴射軸線に対し横断的な
回転軸を中心にコレクタを回転させること、コレクタに
アトマイズ小滴からなるスプレイを噴射して、該コレク
タ上に金属または合金のデポジットを形成すること、デ
ポジットされた金属または合金が全体的に均質組成で一
体化されるようにコレクタとデポジットとの界面に存在
するポロシティを封じ込めるためにコレクタとデポジッ
トとを合体化することからなる溶融金属または合金のス
プレイデポジション方法を提供するものである。
本発明の他の実施態様では、スプレイデポジットされ
たコレクタにさらに引き続いてスプレイデポジットを施
す。この場合での1つの可能性としては、好ましくは共
通のタンディッシュから、同一合金による2つ以上のス
プレイを使用することである。しかしながら、全てのス
プレイではなく1つまたはそれ以上のスプレイに噴射粒
子を導入し、スプレイからデポジットされた1つまたは
それ以上の層が複合金属マトリックスを形成するように
することができる。その一例として、最初にデポジット
される低合金鋼の層(スプレイを横切るようにして回転
するコレクタ上にデポジットされる)中にアルミナ粒子
を噴射して複合管を形成する。
たコレクタにさらに引き続いてスプレイデポジットを施
す。この場合での1つの可能性としては、好ましくは共
通のタンディッシュから、同一合金による2つ以上のス
プレイを使用することである。しかしながら、全てのス
プレイではなく1つまたはそれ以上のスプレイに噴射粒
子を導入し、スプレイからデポジットされた1つまたは
それ以上の層が複合金属マトリックスを形成するように
することができる。その一例として、最初にデポジット
される低合金鋼の層(スプレイを横切るようにして回転
するコレクタ上にデポジットされる)中にアルミナ粒子
を噴射して複合管を形成する。
最初にデポジットされた、低合金鋼/アルミナの複合
層は、次いでその上に第2層として低合金鋼層のみから
なるデポジットを得るためのコレクタとして作用する。
このようにして得られた製品は内層が耐摩耗性を有し、
外層が強靭性を有する。この方法により2層以上の層か
らなる複合棒も製造することができる。
層は、次いでその上に第2層として低合金鋼層のみから
なるデポジットを得るためのコレクタとして作用する。
このようにして得られた製品は内層が耐摩耗性を有し、
外層が強靭性を有する。この方法により2層以上の層か
らなる複合棒も製造することができる。
(発明の実施の形態) 以下本発明を添付図面に基づいて説明する。
第1(a)図において、金属または合金(1)は、予
熱されかつ好ましくはグリットブラストされた管状コレ
クタ上にスプレイデポジットされて示してある。コレク
タ(2)は、それが冷却するにつれてデポジットの収縮
ストレスとそれが加熱されるにつれて管状コレクタの膨
脹力により、コレクタとしっかりと係合するデポジット
を形成するために回転される。しかしながら、デポジッ
ト金属(1)とコレクタ(2)間の温度差によりポロシ
ティ(3)の層は界面に存在することになる。
熱されかつ好ましくはグリットブラストされた管状コレ
クタ上にスプレイデポジットされて示してある。コレク
タ(2)は、それが冷却するにつれてデポジットの収縮
ストレスとそれが加熱されるにつれて管状コレクタの膨
脹力により、コレクタとしっかりと係合するデポジット
を形成するために回転される。しかしながら、デポジッ
ト金属(1)とコレクタ(2)間の温度差によりポロシ
ティ(3)の層は界面に存在することになる。
ポロシティはコレクタによって密封されているが、デ
ポジットとコレクタ間の結合および収縮と膨脹の相互ス
トレスのためにポロシティは除去される必要が未だにあ
る。したがってコレクタ(2)とデポジット(1)はス
プレイ室から取り出され、過去にしたようにコレクタと
ポロシティ(3)とを機械的に取り除く代わりに、コレ
クタ(2)とデポジット(1)を一体的製品として保持
し、さらに熱間加工(形状が変化する第1(b)図のよ
うな押出または圧延)、もしくは形状変化を伴わない第
1(c)図に示すような静水圧プレス加工の何れかによ
りポロシティを除去するために処理される。一旦ポロシ
ティが除去される(ポロシティがさらなる加工の間大気
から遮断されているので酸化なしに)と、コレクタは機
械的に切り離す(デポジットの消耗なしに)ことがで
き、あるいはコレクタは第1(b)図および第1(c)
図に点線(4)により示されるようにリングとして最終
製品の一部に保持することができる。、 第2(a)図において、スプレイデポジット(5)は
スプレイ(7)により固体の回転コレクタ(6)上に形
成される。デポジットの厚みを増すために、コレクタ
(6)はさらなるスプレイ(8)を同時に横方向に横断
して通過して、スプレイ(8)はさらに、複合体(9)
が第2(b)図に示されるように生産されるまで金属デ
ポジット材料が施される。しかしながら、第1(a)図
のようにポロシティ(10)は界面に存在し、これが上述
の理由でデポジット(5)内に密封されるが、ポロシテ
ィ(10)は除去されねばならない。したがって複合体
(9)は、界面での冶金学的結合が完成するまで加工さ
れ、第2(c)図に示されるように何らのポロシティも
残らなくなる。コレクタ(6)はスプレイされる金属と
同一でも異なる組成でもよい。第3(a)図および第3
(b)図において、コレクタ(11)はスプレイされる金
属または合金(12)と同一であり、事実コレクタ(11)
自体はスプレイ(13)からのスプレイデポジションによ
って形成されている。したがって第3(a)図におい
て、コレクタ(11)は本出願人が提案したヨーロッパ特
許第225,732号に開示したように形成され、次いで回転
コレクタは、デポジットの寸法を増すために同じタンデ
ィッシュ(図示せず)から供給された同じ金属または合
金の第2のスプレイ(14)下を通過させられる。
ポジットとコレクタ間の結合および収縮と膨脹の相互ス
トレスのためにポロシティは除去される必要が未だにあ
る。したがってコレクタ(2)とデポジット(1)はス
プレイ室から取り出され、過去にしたようにコレクタと
ポロシティ(3)とを機械的に取り除く代わりに、コレ
クタ(2)とデポジット(1)を一体的製品として保持
し、さらに熱間加工(形状が変化する第1(b)図のよ
うな押出または圧延)、もしくは形状変化を伴わない第
1(c)図に示すような静水圧プレス加工の何れかによ
りポロシティを除去するために処理される。一旦ポロシ
ティが除去される(ポロシティがさらなる加工の間大気
から遮断されているので酸化なしに)と、コレクタは機
械的に切り離す(デポジットの消耗なしに)ことがで
き、あるいはコレクタは第1(b)図および第1(c)
図に点線(4)により示されるようにリングとして最終
製品の一部に保持することができる。、 第2(a)図において、スプレイデポジット(5)は
スプレイ(7)により固体の回転コレクタ(6)上に形
成される。デポジットの厚みを増すために、コレクタ
(6)はさらなるスプレイ(8)を同時に横方向に横断
して通過して、スプレイ(8)はさらに、複合体(9)
が第2(b)図に示されるように生産されるまで金属デ
ポジット材料が施される。しかしながら、第1(a)図
のようにポロシティ(10)は界面に存在し、これが上述
の理由でデポジット(5)内に密封されるが、ポロシテ
ィ(10)は除去されねばならない。したがって複合体
(9)は、界面での冶金学的結合が完成するまで加工さ
れ、第2(c)図に示されるように何らのポロシティも
残らなくなる。コレクタ(6)はスプレイされる金属と
同一でも異なる組成でもよい。第3(a)図および第3
(b)図において、コレクタ(11)はスプレイされる金
属または合金(12)と同一であり、事実コレクタ(11)
自体はスプレイ(13)からのスプレイデポジションによ
って形成されている。したがって第3(a)図におい
て、コレクタ(11)は本出願人が提案したヨーロッパ特
許第225,732号に開示したように形成され、次いで回転
コレクタは、デポジットの寸法を増すために同じタンデ
ィッシュ(図示せず)から供給された同じ金属または合
金の第2のスプレイ(14)下を通過させられる。
他の実施例として、第3(b)図に示すように、1個
のスプレイ(15)は第1の方向に動かしてコレクタ(1
6)にデポジットを作るために使用され、次いで反対の
方向に動かしてデポジット(17)の厚みを増大する。な
おコレクタ(16)の移動方向は矢印18で示されている。
のスプレイ(15)は第1の方向に動かしてコレクタ(1
6)にデポジットを作るために使用され、次いで反対の
方向に動かしてデポジット(17)の厚みを増大する。な
おコレクタ(16)の移動方向は矢印18で示されている。
第4図は管状デポジットを作るための好ましい装置
(20)を示す。この装置(20)は入口ノズル(22)を有
する囲繞されたアトマイズ室(21)を含み、該入口ノズ
ルを介してタンディッシュ(25)から溶融金属または合
金(23)を流出させ、かつ消費したアトマイズガスと余
剰のスプレイ粉体をリサイクルさせるための排出出口
(26)を有する。アトマイズ室(21)内に管状コレクタ
(27)を配設し、該管状コレクタ(27)は可動トロリー
(29)上の絶縁チャック(28)間に支持される。可動ト
ロリー(29)は矢印の方向に軸方向にコレクタ(27)を
動かすために動作し、該コレクタはその軸を中心に回転
するように配置される。
(20)を示す。この装置(20)は入口ノズル(22)を有
する囲繞されたアトマイズ室(21)を含み、該入口ノズ
ルを介してタンディッシュ(25)から溶融金属または合
金(23)を流出させ、かつ消費したアトマイズガスと余
剰のスプレイ粉体をリサイクルさせるための排出出口
(26)を有する。アトマイズ室(21)内に管状コレクタ
(27)を配設し、該管状コレクタ(27)は可動トロリー
(29)上の絶縁チャック(28)間に支持される。可動ト
ロリー(29)は矢印の方向に軸方向にコレクタ(27)を
動かすために動作し、該コレクタはその軸を中心に回転
するように配置される。
デポジット表面の直ぐ上流側にプラズマ加熱手段(3
0)を配設し、該加熱手段(30)はデポジション前にコ
レクタ(27)の表面を予熱し、かつ清掃する。コレクタ
はスプレイされる金属の融点より20%高い温度に加熱さ
れる。
0)を配設し、該加熱手段(30)はデポジション前にコ
レクタ(27)の表面を予熱し、かつ清掃する。コレクタ
はスプレイされる金属の融点より20%高い温度に加熱さ
れる。
使用するに際して溶融金属は、本出願人の提案にかか
るヨーロッパ特許第225,080号に開示したように、アト
マイズ装置によって、入口ノズル(22)でアトマイズさ
れる。アトマイズ小滴はついで、プラズマ加熱手段(3
0)により予熱されたコレクタの表面上にデポジットさ
れる。最適デポジション条件による予熱は、デポジット
がコレクタとしっかりとした冶金学的結合を形成するこ
とを保証する。デポジション条件は比較的冷たいアトマ
イズガスにより飛散中に冷却されたアトマイズ小滴が、
半凝固/半溶融金属の表面膜内にデポジットされること
を保証するような十分な熱抽出により制御される。一旦
デポジション操作が完了すると、コレクタ(27)は要求
されるつぎの作業のためにチャック(28)から取り外さ
れる。所望に応じてプラズマ加熱手段はコレクタ自体の
材料からコレクタの表面上に薄い液体層、例えば100ミ
クロン厚の層を生ずるように配置することができる。局
部的加熱によっても、コレクタの表面の溶融温度にはな
らないためコレクタの構造に何らの悪影響も及ばさな
い。
るヨーロッパ特許第225,080号に開示したように、アト
マイズ装置によって、入口ノズル(22)でアトマイズさ
れる。アトマイズ小滴はついで、プラズマ加熱手段(3
0)により予熱されたコレクタの表面上にデポジットさ
れる。最適デポジション条件による予熱は、デポジット
がコレクタとしっかりとした冶金学的結合を形成するこ
とを保証する。デポジション条件は比較的冷たいアトマ
イズガスにより飛散中に冷却されたアトマイズ小滴が、
半凝固/半溶融金属の表面膜内にデポジットされること
を保証するような十分な熱抽出により制御される。一旦
デポジション操作が完了すると、コレクタ(27)は要求
されるつぎの作業のためにチャック(28)から取り外さ
れる。所望に応じてプラズマ加熱手段はコレクタ自体の
材料からコレクタの表面上に薄い液体層、例えば100ミ
クロン厚の層を生ずるように配置することができる。局
部的加熱によっても、コレクタの表面の溶融温度にはな
らないためコレクタの構造に何らの悪影響も及ばさな
い。
スプレイ室内にプラズマヘッドを組み込むことにより
誘導加熱するには幾つかの利点がある。即ち、 (i)大量のエネルギーの急速な放出により、コレクタ
の表面のみが迅速に加熱される。
誘導加熱するには幾つかの利点がある。即ち、 (i)大量のエネルギーの急速な放出により、コレクタ
の表面のみが迅速に加熱される。
(ii)先ずスプレイ室内で加熱され、つぎにプラズマが
工作片の表面を清掃する効果を有するので、加熱時に工
作片を清潔に保つことが非常に容易である。
工作片の表面を清掃する効果を有するので、加熱時に工
作片を清潔に保つことが非常に容易である。
(iii)プラズマヘッドは容易に方向付けでき、したが
って上述したように取り外し自在に装着できる。したが
ってコレクタを予熱するのに加えて、さらにプラズマヘ
ッドは、従来は冷却しがちであり、したがって冷却係数
を減じるデポジット帯域内で、さらなる加熱を加えるた
めに使用できる。このことはスプレイコーン端部、ある
いはデポジット表面がある時間だけスプレイ外にあると
いう場合にその通りである。
って上述したように取り外し自在に装着できる。したが
ってコレクタを予熱するのに加えて、さらにプラズマヘ
ッドは、従来は冷却しがちであり、したがって冷却係数
を減じるデポジット帯域内で、さらなる加熱を加えるた
めに使用できる。このことはスプレイコーン端部、ある
いはデポジット表面がある時間だけスプレイ外にあると
いう場合にその通りである。
(iv)スプレイにできる限り近くに加熱帯域を設けるこ
とができる。他の殆どの加熱方法において、熱い基材の
表面は、アトマイズガスへの伝達損失により結合温度以
下に冷却できる。プラズマアークはスプレイ帯域にオー
バーラップするよう配置でき、したがってスプレイ帯域
内にて表面を熱く保てる。
とができる。他の殆どの加熱方法において、熱い基材の
表面は、アトマイズガスへの伝達損失により結合温度以
下に冷却できる。プラズマアークはスプレイ帯域にオー
バーラップするよう配置でき、したがってスプレイ帯域
内にて表面を熱く保てる。
(v)プラズマの使用は加熱される製品の各形状と寸法
のために、例えば管用の円形コイルのために特別の誘導
コイルを必要としない。さらに表面加熱のみのために、
加熱深さのために特別な周波数を選ぶことが必要とな
り、このために複雑で高価な誘導発生機を必要とする。
のために、例えば管用の円形コイルのために特別の誘導
コイルを必要としない。さらに表面加熱のみのために、
加熱深さのために特別な周波数を選ぶことが必要とな
り、このために複雑で高価な誘導発生機を必要とする。
(vi)誘導コイルを使用すると、過剰なスプレイはコイ
ル箱に付着する。その理由は誘導コイルをスプレイ帯域
近くに保持する必要があるからであり、これによりコレ
クタに施されるコーティングに局部的崩壊を来す。プラ
ズマ加熱トーチの使用はスプレイ帯域を清潔に保つこと
を可能にする。その理由はプラズマトーチはアトマイズ
帯域より上方に、かつ過剰なスプレイ粉体から離れた所
に配置することができるからである。さらに上述に示し
たが、デポジションの点の下方及び同列にも配置でき
る。
ル箱に付着する。その理由は誘導コイルをスプレイ帯域
近くに保持する必要があるからであり、これによりコレ
クタに施されるコーティングに局部的崩壊を来す。プラ
ズマ加熱トーチの使用はスプレイ帯域を清潔に保つこと
を可能にする。その理由はプラズマトーチはアトマイズ
帯域より上方に、かつ過剰なスプレイ粉体から離れた所
に配置することができるからである。さらに上述に示し
たが、デポジションの点の下方及び同列にも配置でき
る。
(vii)本発明を用いると、プラズマアークは非常に大
きな表面帯域をカバーするため機械的方法により容易に
動かし得る。他の実施例として、プラズマアークは間欠
的な磁界(Pulsed magnetic field)を使用して高い周
波数で走査できる。これは従来の技術では実現できな
い。
きな表面帯域をカバーするため機械的方法により容易に
動かし得る。他の実施例として、プラズマアークは間欠
的な磁界(Pulsed magnetic field)を使用して高い周
波数で走査できる。これは従来の技術では実現できな
い。
(viii)例えばヨーロッパ特許第198,613号に開示した
噴射粒体はプラズマトーチを介して添加できる。プラズ
マ中への粒体の添加は、デポジットに入る前に粒体を予
熱できる。ある場合には、噴射された粒体と共にデポジ
ットされたマトリックス間の改善された濡れ性(wettin
g)を促進し、特に薄い層用の複数の複合コーティング
を改善できる。
噴射粒体はプラズマトーチを介して添加できる。プラズ
マ中への粒体の添加は、デポジットに入る前に粒体を予
熱できる。ある場合には、噴射された粒体と共にデポジ
ットされたマトリックス間の改善された濡れ性(wettin
g)を促進し、特に薄い層用の複数の複合コーティング
を改善できる。
(実施例) 2つの異なる材料のコンパウンドビレットの典型的な
実施例は下記の通りである。コンパウンドビレット 例
I コレクタ材 Al−4%Cu丸棒 デポジット材 Al−20%Si 金属注入温度 810℃ スプレイ高さ 580mm 金属流直径 4.5mm コレクタ予熱温度 400℃(スプレイ室内に設けた誘
導コイル使用) 金属流量 6kg/分 アトマイズガス 窒素 ガス:金属比 3.8CuM/kg コレクタ回転 200rpm. コレクタ寸法 300mm長、180mm直径 準備 室内をワイヤブラシした デポジット厚み 28〜30mm デポジット長さ 270mm 横行速度 スプレイ下の1回の通過で0.88mm
/秒 スプレイデポジション操作中に、部分的な冶金学的結
合が、コレクタ/デポジットの結合界面に形成され、ま
た少量のポロシティも存在することが分かった。
実施例は下記の通りである。コンパウンドビレット 例
I コレクタ材 Al−4%Cu丸棒 デポジット材 Al−20%Si 金属注入温度 810℃ スプレイ高さ 580mm 金属流直径 4.5mm コレクタ予熱温度 400℃(スプレイ室内に設けた誘
導コイル使用) 金属流量 6kg/分 アトマイズガス 窒素 ガス:金属比 3.8CuM/kg コレクタ回転 200rpm. コレクタ寸法 300mm長、180mm直径 準備 室内をワイヤブラシした デポジット厚み 28〜30mm デポジット長さ 270mm 横行速度 スプレイ下の1回の通過で0.88mm
/秒 スプレイデポジション操作中に、部分的な冶金学的結
合が、コレクタ/デポジットの結合界面に形成され、ま
た少量のポロシティも存在することが分かった。
しかしながら、全てのポロシティは引き続いて除去さ
れ、また完全な冶金学的結合が100mm直径の丸棒を370℃
で順次熱間押出することにより2つの合金間に形成され
た。
れ、また完全な冶金学的結合が100mm直径の丸棒を370℃
で順次熱間押出することにより2つの合金間に形成され
た。
同じ材料のコンパウンドビレットの実施例は下記の通
りである。
りである。
コンパウンドビレット 例II コレクタ材 Al−20%Si デポジット材 Al−20%Si 液体金属温度 810℃ スプレイ高さ 620mm 金属流直径 4.5mm 金属流量 6kg/分 コレクタ予熱温度 410℃(スプレイ室内の誘導コイ
ルにより) アトマイズガス 窒素 ガス:金属比 3.7 コレクタ回転 220rpm コレクタ寸法 80mm直径、300mm長さ 準備 室内をワイヤブラシした デポジット厚み 38mm デポジット長さ 280mm コレクタの往復 周波数 1Hz スプレイデポジション操作の間、部分的な冶金学的結
合のみがコレクタ/デポジットの結合界面に形成され、
少量のポロシティも存在することが分かった。
ルにより) アトマイズガス 窒素 ガス:金属比 3.7 コレクタ回転 220rpm コレクタ寸法 80mm直径、300mm長さ 準備 室内をワイヤブラシした デポジット厚み 38mm デポジット長さ 280mm コレクタの往復 周波数 1Hz スプレイデポジション操作の間、部分的な冶金学的結
合のみがコレクタ/デポジットの結合界面に形成され、
少量のポロシティも存在することが分かった。
しかしながら全てのポロシティは引き続いて除去さ
れ、50mm直径の丸棒を製造するために370℃で熱間押出
することにより完全な冶金学的結合が形成された。
れ、50mm直径の丸棒を製造するために370℃で熱間押出
することにより完全な冶金学的結合が形成された。
同一の合金からなるコレクタとデポジットは当初の界
面の痕跡が全て熱間押出中に消失した。
面の痕跡が全て熱間押出中に消失した。
本発明の別の実施例は下記の通りである。
コンパウンドビレッド 例III(2つの異なる材料) コレクタ材 0.2%C鋼の丸棒 デポジット材 高速鋼第M−2級 金属注入温度 1530℃ スプレイ高さ 520mm 金属流直径 6.5mm コレクタ予熱温度 450℃(スプレイ室内に配したプ
ラズマトーチ使用) 金属流量 33kg/分 アトマイズガス 窒素 ガス:金属比 0.68CuM/kg コレクタ回転 180rpm コレクタ寸法 3000mm長、75mm直径 準備 グリットブラストした デポジット厚み 48mm デポジット長さ 650mm 横行速度 スプレイ下方の1回通過において
2.9mm/秒 スプレイデポジション操作中に、部分的な冶金学的結
合のみが、コレクタ/デポジットの結合界面に形成さ
れ、少量のポロシティの存在が分かった。
ラズマトーチ使用) 金属流量 33kg/分 アトマイズガス 窒素 ガス:金属比 0.68CuM/kg コレクタ回転 180rpm コレクタ寸法 3000mm長、75mm直径 準備 グリットブラストした デポジット厚み 48mm デポジット長さ 650mm 横行速度 スプレイ下方の1回通過において
2.9mm/秒 スプレイデポジション操作中に、部分的な冶金学的結
合のみが、コレクタ/デポジットの結合界面に形成さ
れ、少量のポロシティの存在が分かった。
しかしながら、全てのポロシティは次いで除去され、
完全な冶金学的結合が続いて熱間鍛造により2つの合金
間に形成され、76mm直径の丸棒が1113℃にてGFM機械内
にできた。
完全な冶金学的結合が続いて熱間鍛造により2つの合金
間に形成され、76mm直径の丸棒が1113℃にてGFM機械内
にできた。
コンパウンドビレット 例IV(同一合金) コレクタ材 高速鋼T15級 デポジット材 高速鋼T15級 金属注入温度 1515℃ スプレイ高さ 520mm 金属流直径 6.5mm 金属流量 36.5kg/分 コレクタ予熱温度 560℃(スプレイ室内の誘導コイ
ルによる) アトマイズガス 窒素 ガス:金属比 0.57CuM/kg コレクタ回転 180rpm. コレクタ寸法 70mm直径×750mm長 準備 グリットブラスト デポジット厚み 42mm デポジット長さ 600mm 横行速度 スプレイの下方の1回走行にて3.
2mm/秒 スプレイデポジション操作中に、部分的な冶金学的結
合がコレクタ/デポジットの結合界面に形成され、少量
のポロシティも存在することが分かった。
ルによる) アトマイズガス 窒素 ガス:金属比 0.57CuM/kg コレクタ回転 180rpm. コレクタ寸法 70mm直径×750mm長 準備 グリットブラスト デポジット厚み 42mm デポジット長さ 600mm 横行速度 スプレイの下方の1回走行にて3.
2mm/秒 スプレイデポジション操作中に、部分的な冶金学的結
合がコレクタ/デポジットの結合界面に形成され、少量
のポロシティも存在することが分かった。
しかしながら、全てのポロシティは引き続いて除去さ
れ、完全な冶金学的結合は熱間鍛造により1140℃で形成
され、78mm直径の丸棒をGFM機械内にて生産した。
れ、完全な冶金学的結合は熱間鍛造により1140℃で形成
され、78mm直径の丸棒をGFM機械内にて生産した。
コレクタとデポジットは実質的に同一金属であるの
で、当初の界面の痕跡の全ては熱間加工中に消失した。
で、当初の界面の痕跡の全ては熱間加工中に消失した。
(発明の効果) 以上述べた通り本発明によれば、コレクタを適切な温
度に予熱して、初期に到達するデポジットが速やかに凝
固せずに当面は半溶融/半凝固の状態を保持するように
することにより、前記コレクタとデポジットとの界面か
らの酸素の逃避を容易にするとともに、初期デポジット
とコレクタとの間に可及的に冶金学的な結合を形成させ
て、その後の酸素の流入を可及的に防止するようにした
スプレイデポジション方法を提供することが可能となる
ものである。
度に予熱して、初期に到達するデポジットが速やかに凝
固せずに当面は半溶融/半凝固の状態を保持するように
することにより、前記コレクタとデポジットとの界面か
らの酸素の逃避を容易にするとともに、初期デポジット
とコレクタとの間に可及的に冶金学的な結合を形成させ
て、その後の酸素の流入を可及的に防止するようにした
スプレイデポジション方法を提供することが可能となる
ものである。
図面の簡単な説明 第1(a)図〜第1(c)図は本発明に係る管状デポ
ジットの形成を概略的に示す断面説明図である。
ジットの形成を概略的に示す断面説明図である。
第2(a)図〜第2(c)図は本発明に係る固体の丸
棒デポジットの形成を概略的に示す断面説明図である。
棒デポジットの形成を概略的に示す断面説明図である。
第3(a)図および第3(b)図はその厚み全体に亘
って均質の組成の固体の丸棒デポジットを示す断面説明
図である。
って均質の組成の固体の丸棒デポジットを示す断面説明
図である。
第4図は本発明の製品を形成するための装置を示す一
部破断された斜視図である。
部破断された斜視図である。
1…金属または合金、2…コレクタ、3…ポロシティ、
5…スプレイデポジット、6…コレクタ、7、8…スプ
レイ、9…複合体、10…ポロシティ、11、16…コレク
タ、12、13、14、15…スプレイ、17…デポジット、20…
装置、21…アトマイズ室、22…入口ノズル、23……金属
または合金、25…タンディッシュ、26…排出出口、27…
コレクタ、28…チャック、29…可動トロリー、30…加熱
手段
5…スプレイデポジット、6…コレクタ、7、8…スプ
レイ、9…複合体、10…ポロシティ、11、16…コレク
タ、12、13、14、15…スプレイ、17…デポジット、20…
装置、21…アトマイズ室、22…入口ノズル、23……金属
または合金、25…タンディッシュ、26…排出出口、27…
コレクタ、28…チャック、29…可動トロリー、30…加熱
手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チェスニー.ピーター.フランク イギリス国スワンシー.エスエー.3. 4.キューエフ.ラングランド.グロー ブス.アベニュー.ウエスト.チャレッ ト (番地なし) (72)発明者 プレット.チャールス.ロバート イギリス国ウエスト.グラモーガン.エ スエー.10.7.ティーディー.ニー ス.ブラインコック.エリアス.ドライ ブ.4 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 26/00
Claims (10)
- 【請求項1】スプレイ室を提供する工程と、 所定の組成を有する溶融金属または合金流を、軸線を持
ったアトマイズ小滴からなるスプレイが形成されるよう
に前記スプレイ室の内方にアトマイズする工程と、 前記スプレイの軸線を横断する回転軸の回りに回転可能
に支持された金属または合金製コレクタを提供する工程
と、 該コレクタ表面を清浄化し該表面から不純物を除去する
工程と、 前記コレクタ表面にデポジットするアトマイズ小滴にデ
ポジット界面への酸素の浸透を防止するのに十分な程度
の部分的に冶金学的な結合を得させるように前記コレク
タを予熱する工程と、 前記コレクタを前記回転軸の回りに回転させる工程と、 前記コレクタの回りに形成される初期のデポジットの表
面に半凝固/半溶融層を形成、維持させ、該半凝固/半
溶融層中に引き続きアトマイズ小滴をデポジットして、
前記デポジットと前記コレクタの間にポロシティが実質
的に内在しない結合界面を形成するように前記コレクタ
の回りにアトマイズ小滴のスプレイを施す工程と、 前記デポジットをコレクタの全体に亘り施す工程と、 デポジットおよびコレクタの全体を加工して結合界面に
残留するポロシティを除去する工程と、 からなることを特徴とするスプレイデポジション方法。 - 【請求項2】前記コレクタの予熱工程は、誘導加熱、抵
抗加熱、ガス加熱またはプラズマ加熱の加熱方法で行う
ことを特徴とする請求項1記載のスプレイデポジション
方法。 - 【請求項3】前記コレクタを前記スプレイに対し横方向
に移動させることを特徴とする請求項1記載のスプレイ
デポジション方法。 - 【請求項4】前記アトマイズ小滴からなるスプレイに粒
子状物質を加えることを特徴とする請求項1記載のスプ
レイデポジション方法。 - 【請求項5】前記デポジットを製品として残留させるた
めにコレクタ全体または一部を除去することを特徴とす
る請求項1記載のスプレイデポジション方法。 - 【請求項6】スプレイされる金属または合金材料と実質
的に同様の組成を有する金属または合金材料からなるコ
レクタを提供することを特徴とする請求項1記載のスプ
レイデポジション方法。 - 【請求項7】前記アトマイズ小滴からなるスプレイが前
記コレクタ表面に機械的な結合するためのくさび孔を設
けるためにコレクタ表面を予め粗面化処理しておくこと
を特徴とする請求項1記載のスプレイデポジション方
法。 - 【請求項8】溶融金属または溶融合金をスプレイ室中に
アトマイズして、アトマイズ小滴からなるスプレイを形
成する工程と、 スプレイする金属または合金と実質的に同様の組成の金
属または合金からなるコレクタを提供する工程と、 デポジットするアトマイズ小滴が前記コレクタ表面に機
械的な結合をするためのくさび孔を提供するためにコレ
クタ表面を粗面化する工程と、 該コレクタ表面を予熱して、前記コレクタ表面にデポジ
ットするアトマイズ小滴とコレクタ表面とを部分的に冶
金学的な結合させる工程と、 前記コレクタをスプレイ軸線を横断する回転軸の回りに
回転させる工程と、 前記コレクタに向けて前記アトマイズ小滴をスプレイ
し、前記コレクタの上に前記金属または合金をデポジッ
トさせて、機械的および/または冶金学的な結合をさせ
る工程と、 前記コレクタとデポジット間の界面にあるポロシティを
塞ぐためにコレクタおよびデポジットを全体が実質的に
均質な組成の一体化製品となるように調整処理する工程
と、 からなることを特徴とするスプレイデポジション方法。 - 【請求項9】予熱工程をプラズマ加熱により行うことを
特徴とする請求項8記載のスプレイデポジション方法。 - 【請求項10】前記コレクタの形状が、管、中空円錐
体、丸棒または角棒からなることを特徴とする請求項1
乃至9のいずれか1項記載のスプレイデポジション方
法。
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GB898902722A GB8902722D0 (en) | 1989-02-07 | 1989-02-07 | Spray deposition |
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