JP4677050B1 - Film forming method and composite material formed by the method - Google Patents

Film forming method and composite material formed by the method Download PDF

Info

Publication number
JP4677050B1
JP4677050B1 JP2010163419A JP2010163419A JP4677050B1 JP 4677050 B1 JP4677050 B1 JP 4677050B1 JP 2010163419 A JP2010163419 A JP 2010163419A JP 2010163419 A JP2010163419 A JP 2010163419A JP 4677050 B1 JP4677050 B1 JP 4677050B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
working gas
substrate
forming
base material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2010163419A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2012025983A (en
Inventor
章 成田
Original Assignee
スタータック株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by スタータック株式会社 filed Critical スタータック株式会社
Priority to JP2010163419A priority Critical patent/JP4677050B1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4677050B1 publication Critical patent/JP4677050B1/en
Publication of JP2012025983A publication Critical patent/JP2012025983A/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

【課題】従来コールドスプレー法による被膜形成が困難であった、基材と被膜形成用の粒体の組合せであっても、良好な密着強度を有する被膜の形成を可能にするコールドスプレー法による被膜形成方法及びその方法により得られる複合材の提供。
【解決手段】基材X表面にコールドスプレー法により被膜を形成する被膜形成方法であって、基材表面を加熱する加熱工程と、加熱工程後又は同時に基材の表面に作動ガスと共に粗化処理用粒体を超音速で噴き付け、基材表面の粗化処理を行う前処理工程と、前処理工程後、基材表面にコールドスプレー法により200℃以上900℃以下の作動ガスと共に被膜形成用粒体を噴き付け、基材表面に被膜を形成する被膜形成工程とを有することを特徴とする。
【選択図】図1
The present invention relates to a coating by a cold spray method, which makes it possible to form a coating having good adhesion strength, even if it is a combination of a substrate and particles for forming the coating, which has conventionally been difficult to form by a cold spray method. A forming method and a composite material obtained by the method.
A film forming method for forming a film on a surface of a substrate X by a cold spray method, the heating step for heating the surface of the substrate, and a roughening treatment with a working gas on the surface of the substrate after or simultaneously with the heating step. A pretreatment process for spraying the particles at supersonic speed to roughen the surface of the base material, and after the pretreatment process, the base material surface is coated with a working gas of 200 ° C. or higher and 900 ° C. or lower by a cold spray method. And a film forming step of spraying particles to form a film on the substrate surface.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、コールドスプレー法により基材表面に被膜を形成する方法及びその方法により形成された被膜を備える複合材に関する。   The present invention relates to a method for forming a film on a substrate surface by a cold spray method and a composite material including the film formed by the method.

今日、金属やセラミック、有機素材の基材表面に被膜を形成し、基材自体の機能に被膜の機能を付加した複合材料が各種分野で実用化され、その用途を広げている。このような被膜を形成するために、めっき処理、スパッタリング法、蒸着、溶射等の各種方法が用いられているが、中でも設備が簡素であり、低温で粒子を溶射するため被膜の酸化が少ないコールドスプレー法が注目されている。   Today, composite materials in which a film is formed on the surface of a metal, ceramic, or organic base material and the function of the base film is added to the function of the base material have been put into practical use in various fields, and its applications are expanding. In order to form such a coating, various methods such as plating, sputtering, vapor deposition, and thermal spraying are used. Among them, the equipment is simple, and the coating is cold at low temperatures because the particles are sprayed at low temperature. The spray method is attracting attention.

このようなコールドスプレー法においては、基材と溶射する粒体との組合せに応じ、作動ガスの種類や温度、圧力等の条件を適宜変更して施工が行われる。しかし、基材と溶射する粒体の組合せによっては、これらの作動ガス条件を工夫しても、充分な密着強度を有する被膜を形成することが出来ない場合も多い。   In such a cold spray method, construction is performed by appropriately changing conditions such as the type, temperature, and pressure of the working gas according to the combination of the base material and the particles to be sprayed. However, depending on the combination of the base material and the particles to be sprayed, it is often impossible to form a film having sufficient adhesion strength even if these working gas conditions are devised.

そこで、被膜の密着強度を向上すべく、例えば、基材表面にショットブラストにより粒体を噴射して表面粗化処理を行ってから被膜形成を行う方法(特開2007―246967号公報参照)が提案されている。しかし、この方法ではセラミック等の硬質基材は充分に表面粗化処理できないという不都合がある。また材料基材をヒーターにより背後から加熱しながら溶射を行う方法(特開2008―302317号公報参照)が提案されているが、未だ充分な密着強度を得るには至っていない。   Therefore, in order to improve the adhesion strength of the coating, for example, there is a method of forming a coating after spraying particles onto the surface of the substrate by shot blasting and then performing surface roughening (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-246967). Proposed. However, this method has a disadvantage in that a hard substrate such as ceramic cannot be sufficiently roughened. Also, although a method of performing thermal spraying while heating the material substrate from behind with a heater (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-302317) has been proposed, sufficient adhesion strength has not yet been obtained.

特開2007―246967号公報JP 2007-246967 A 特開2008―302317号公報JP 2008-302317 A

本発明はこれらの不都合に鑑みてなされたものであり、従来コールドスプレー法による被膜形成が困難であった、基材と被膜形成用粒体の組合せであっても、良好な密着強度を有する被膜を形成可能な被膜形成方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of these disadvantages, and it is difficult to form a film by a conventional cold spray method, and a film having good adhesion strength even in a combination of a base material and particles for film formation. An object of the present invention is to provide a film forming method capable of forming a film.

上記課題を解決するためになされた発明は、
基材表面にコールドスプレー法により被膜を形成する被膜形成方法であって、
基材表面を加熱する加熱工程と、
加熱工程後又は同時に、基材の表面に作動ガスと共に粗化処理用粒体を超音速で噴き付け、基材表面の粗化処理を行う前処理工程と、
前処理工程後、基材表面にコールドスプレー法により作動ガスと共に被膜形成用粒体を噴き付け、基材表面に被膜を形成する被膜形成工程と
を有し、
上記基材がセラミックであり、上記被膜形成用粒体が金属粒体であり、
上記被膜形成工程における作動ガスの温度が400℃以上900℃以下、流量が8L/(分・mm)以上30L/(分・mm)以下、圧力が0.4MPa以上1MPa以下であることを特徴とする。
The invention made to solve the above problems is
A film forming method for forming a film on a substrate surface by a cold spray method,
A heating step for heating the substrate surface;
After or simultaneously with the heating step, a pretreatment step in which the roughening treatment particles are sprayed onto the surface of the base material together with the working gas at a supersonic speed to roughen the surface of the base material;
After the pretreatment step, sprayed a film-forming granules with by Ri work dynamic gas in the cold spray method on the surface of the substrate, and a film formation step of forming a film on the substrate surface,
The base material is ceramic, the film-forming granules are metal granules,
The working gas temperature in the film forming step is 400 ° C. or higher and 900 ° C. or lower, the flow rate is 8 L / (min · mm 2 ) or higher and 30 L / (min · mm 2 ) or lower, and the pressure is 0.4 MPa or higher and 1 MPa or lower. Features.

このように、基材表面を加熱する加熱工程後又はこの加熱工程と同時に、基材表面に作動ガス及び粗化処理用粒体を超音速で噴き付けて基材表面の粗化処理を行うことで、粗化処理が困難であった基材の表面にも充分な粗化処理を行うことができる。このようにして粗化処理された基材表面に、作動ガス温度を400℃以上900℃以下として、コールドスプレー法による被膜形成を行うことにより、従来被膜形成が困難であった、基材と被膜形成用粒体の組合せであっても、良好な密着強度を有する被膜の形成が可能となる。   In this way, after the heating step of heating the substrate surface or simultaneously with this heating step, the working gas and the roughening treatment particles are sprayed onto the substrate surface at supersonic speed to perform the roughening treatment of the substrate surface. Thus, sufficient roughening treatment can be performed on the surface of the base material, which has been difficult to roughen. The base material and the coating film that have been difficult to form conventionally by forming the film by the cold spray method with the working gas temperature set to 400 ° C. or more and 900 ° C. or less on the roughened base material surface in this way. Even with the combination of forming granules, it is possible to form a film having good adhesion strength.

上記加熱工程を、上記前処理工程における高温の作動ガスの噴き付け、又は上記前処理工程における高温の作動ガスによる粗化処理用粒体の噴き付けにより行うとよい。高温の作動ガスが有する熱又は高温の作動ガスと粗化処理用粒体とが有する熱により基材表面を加熱することで、より簡便に基材の温度を高めることができる。   The heating step may be performed by spraying a high temperature working gas in the pretreatment step or by spraying a roughening granule with a high temperature working gas in the pretreatment step. By heating the base material surface with the heat of the high temperature working gas or the heat of the high temperature working gas and the roughening treatment granules, the temperature of the base material can be more easily increased.

上記加熱工程を、加熱装置を用いた直接加熱により行うとよい。基材を直接加熱することで、基材の温度をより効率よく高めることができる。   The heating step may be performed by direct heating using a heating device. By directly heating the substrate, the temperature of the substrate can be increased more efficiently.

当該被膜形成方法においては、上記前処理工程における作動ガスの温度が500℃以上900℃以下であるとよい。この温度範囲の作動ガスと共に表面粗化処理用粒体を基材表面に噴き付けることにより、より硬質な基材にまで表面の粗化処理を施すことができ、密着強度が高い被膜形成が可能となる。   In the film forming method, the temperature of the working gas in the pretreatment step is preferably 500 ° C. or higher and 900 ° C. or lower. By spraying particles for surface roughening treatment on the surface of the substrate together with working gas in this temperature range, surface roughening treatment can be applied to harder substrates, and film formation with high adhesion strength is possible It becomes.

当該被膜形成方法においては、上記基材としてセラミックを用い、上記被膜形成用粒体として金属粒体を用いる。当該被膜形成方法によれば、セラミック基材上に良好な密着強度を有する金属被膜を形成することができる。   In the film forming method, ceramic is used as the substrate, and metal particles are used as the film forming particles. According to the film forming method, a metal film having good adhesion strength can be formed on the ceramic substrate.

当該被膜形成方法においては、上記被膜形成工程における作動ガスの温度が400℃以上900℃以下、流量が8L/(分・mm)以上30L/(分・mm)以下、圧力が0.4MPa以上1MPa以下である。作動ガスの温度が450℃以上550℃以下、流量が10L/(分・mm)以上20L/(分・mm)以下、圧力が0.5MPa以上0.7MPa以下であるとさらによい。このような温度、流量、圧力の作動ガスを用いてコールドスプレー法による被膜形成を行うことにより、セラミック基材表面に、より高い密着強度を有する金属被膜を形成することができる。 In the film forming method, the temperature of the working gas in the film forming step is 400 ° C. or more and 900 ° C. or less, the flow rate is 8 L / (min · mm 2 ) or more and 30 L / (min · mm 2 ) or less, and the pressure is 0.4 MPa. The above is 1 MPa or less. More preferably, the temperature of the working gas is 450 ° C. or more and 550 ° C. or less, the flow rate is 10 L / (min · mm 2 ) or more and 20 L / (min · mm 2 ) or less, and the pressure is 0.5 MPa or more and 0.7 MPa or less. By forming a film by a cold spray method using a working gas having such temperature, flow rate, and pressure, a metal film having higher adhesion strength can be formed on the surface of the ceramic substrate.

上記前処理工程において、粗化処理用粒体と共に金属粒体を噴き付け、基材表面にボンド層を形成するとよい。このようにして基材表面にボンド層を形成し、その上にコールドスプレー法により被膜形成を行うことにより、基材と被膜形成用粒体との組合せが、基材表面の粗化処理だけでは被膜形成が困難な場合であっても、密着強度が良好な被膜を形成することができる。   In the pretreatment step, metal particles may be sprayed together with the roughening treatment particles to form a bond layer on the substrate surface. By forming a bond layer on the surface of the substrate in this way and forming a film thereon by a cold spray method, the combination of the substrate and the particles for forming the film can be achieved only by roughening the surface of the substrate. Even when it is difficult to form a film, it is possible to form a film with good adhesion strength.

当該被膜形成方法においては、上記前処理工程及び被膜形成工程を同一の噴射手段を用いて行うとよい。こうすることで、表面の粗化処理から被膜形成までの一連の作業を簡便に行うことができる。また、前処理工程に続けて間断なく被膜形成工程を行うことができるため、前処理工程で被膜形成工程のための予熱を効率的に行うこともでき、より密着強度の高い被膜を形成することができる。   In the film forming method, the pretreatment process and the film forming process may be performed using the same spraying means. By carrying out like this, a series of operation | work from the roughening process of a surface to film formation can be performed simply. In addition, since the film formation process can be performed without interruption after the pretreatment process, preheating for the film formation process can be efficiently performed in the pretreatment process, and a film with higher adhesion strength can be formed. Can do.

従って、基材と、当該被膜形成方法により基材表面に形成される被膜とを備える複合材は、被膜が高い密着強度を有する。   Therefore, a composite material including a base material and a film formed on the surface of the base material by the film forming method has high adhesion strength.

ここで、「基材表面に被膜を形成する」とは、基材表面に直接被膜を形成する場合のみならず、他の層を介して被膜を形成する場合も含む。「粗化処理用粒体」とは、前処理工程において基材表面に噴き付けて基材表面を粗化処理する粒体をいい、ボンド層を形成する前処理工程においては、金属粒体と共に基材表面に被着してボンド層を形成する粒体をいう。「超音速」とは350m/s以上の速度をいう。また、「ボンド層」とは、基材と被膜に挟まれる中間層であって、被膜を形成するための下地となる層をいう。   Here, “forming a film on the substrate surface” includes not only forming a film directly on the substrate surface but also forming a film via another layer. “Roughening particles” refers to particles that are sprayed onto the surface of the substrate in the pretreatment step to roughen the surface of the substrate, and in the pretreatment step of forming the bond layer, together with metal particles It refers to granules that adhere to the surface of a substrate to form a bond layer. “Supersonic speed” means a speed of 350 m / s or more. The “bond layer” is an intermediate layer sandwiched between a base material and a film, and is a layer serving as a base for forming the film.

以上説明したように、本発明の被膜形成方法によれば、従来被膜を形成することが困難な、基材と被膜形成用粒体の組合せであっても、良好な密着強度を有する被膜を形成することが可能となる。   As described above, according to the method for forming a film of the present invention, it is possible to form a film having good adhesion strength even with a combination of a base material and particles for film formation, which is difficult to form a conventional film. It becomes possible to do.

本発明の第1実施形態及び第2実施形態に係る被膜形成方法に用いるコールドスプレー装置のシステム概要図である。1 is a system schematic diagram of a cold spray device used in a film forming method according to a first embodiment and a second embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態に係る被膜形成方法により得られるボンド層及び金属被膜を備える複合材の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the composite material provided with the bond layer and metal film which are obtained by the film formation method which concerns on 2nd Embodiment of this invention.

以下適宜図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。当該被膜形成方法は、基材表面を加熱する加熱工程と、加熱工程後又は同時に、基材の表面に作動ガスと共に粗化処理用粒体を超音速で噴き付け、基材表面の粗化処理を行う前処理工程と、前処理工程後、基材表面にコールドスプレー法により200℃以上900℃以下の作動ガスと共に被膜形成用粒体を噴き付け、基材表面に被膜を形成する被膜形成工程とを有する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings as appropriate. The film forming method includes a heating step for heating the substrate surface, and after or simultaneously with the heating step, the roughening treatment particles are sprayed on the surface of the substrate together with the working gas at a supersonic speed. And a film forming process for forming a film on the surface of the base material by spraying particles for forming the film together with a working gas of 200 ° C. or higher and 900 ° C. or lower on the surface of the base material by a cold spray method. And have.

この被膜形成方法は、図1に示すようなコールドスプレー装置を用いて好適に実施できる。このコールドスプレー装置を用いて、加熱工程と、前処理工程と、被膜形成工程とを同一の構成によって行うことができる。   This film forming method can be suitably carried out using a cold spray apparatus as shown in FIG. By using this cold spray apparatus, the heating process, the pretreatment process, and the film forming process can be performed with the same configuration.

図1のコールドスプレー装置は、作動ガスを加熱するヒーター1と、加熱した作動ガスと共に粒体を超音速で噴出するスプレーガン2と、スプレーガン2から噴出する各種粒体を供給する第1粒体フィーダー3及び第2粒体フィーダー4と、ヒーター1に作動ガスを供給するガスホース7と、粒体フィーダー3、4からスプレーガンに粒体を供給するパウダーホース5、6と、粒体フィーダー3、4に作動ガスを供給するガスライン8、9と、ガスホース7、ガスライン8、9に作動ガスを供給するメインガスライン10と、メインガスライン10に作動ガスを供給する圧力ガス供給装置11と、作動ガスの流量や温度、粒体の移送をコントロールする制御用コンピューター12と、スプレーガン2を用いて作業を行うスプレーブース13とを備えている。Xは、被膜を形成する基材である。以下に示す二つの実施形態においては、上述する加熱、前処理、被膜形成の各工程が、すべてこの構成によりスプレーガン2から加熱した作動ガスと共に超音速の粒体を噴出することで行われる。   The cold spray device of FIG. 1 includes a heater 1 that heats a working gas, a spray gun 2 that ejects particles at a supersonic speed together with the heated working gas, and a first particle that supplies various particles ejected from the spray gun 2. A body feeder 3 and a second grain feeder 4, a gas hose 7 for supplying a working gas to the heater 1, powder hoses 5 and 6 for feeding granules from the grain feeders 3 and 4 to the spray gun, and a grain feeder 3 4, gas lines 8 and 9 for supplying the working gas, a gas hose 7, a main gas line 10 for supplying the working gas to the gas lines 8 and 9, and a pressure gas supply device 11 for supplying the working gas to the main gas line 10. A control computer 12 for controlling the flow rate and temperature of the working gas, and the transfer of particles, and a spray booth 13 for performing work using the spray gun 2 It is provided. X is a base material which forms a film. In the two embodiments described below, the heating, pretreatment, and film formation steps described above are all performed by ejecting supersonic particles together with the working gas heated from the spray gun 2 by this configuration.

次に、スプレーガン2から作動ガスと共に粒体を噴出する仕組みを詳説する。粒体フィーダー3、4には、予め、基材及び形成する被膜の種類に応じて各種の表面粗化処理用粒体や被膜形成用粒体、後述するボンド層を形成する場合には金属粒体が充填される。作動ガスは、スプレーガン2に内蔵されるヒーター1により加熱される。この作動ガスは、圧力ガス供給装置11からメインガスライン10及びガスホース7を通じてヒーター1に供給される。一方、圧力ガス供給装置11からメインガスライン10及びガスライン8、9を通じて粒体フィーダー3,4にも作動ガスが供給される。この作動ガスにより粒体がパウダーホース5、6を通じてスプレーガン2に供給される。スプレーガン2に供給された粒体は、スプレーガン2内部で上記作動ガスと合流して加熱され、かつ超音速に加速されて、作動ガスとともにスプレーガン2から噴射される。なおスプレーガン2は、内部に作動ガスを超音速に加速するための狭さく部分を有するが、パウダーホース5、6からスプレーガン2へ供給される粒体は、このノズルの狭さく部分の前後いずれに供給されてもよい。(図1はノズルの狭さく部分の後に粒体を供給する場合を図示している。)   Next, a mechanism for ejecting particles together with the working gas from the spray gun 2 will be described in detail. The granular feeders 3 and 4 are preliminarily provided with various types of surface roughening treatment granules and coating formation granules according to the type of the base material and the coating film, and metal grains when forming a bond layer described later. The body is filled. The working gas is heated by a heater 1 built in the spray gun 2. This working gas is supplied from the pressure gas supply device 11 to the heater 1 through the main gas line 10 and the gas hose 7. On the other hand, the working gas is also supplied from the pressure gas supply device 11 to the granule feeders 3 and 4 through the main gas line 10 and the gas lines 8 and 9. Granules are supplied to the spray gun 2 through the powder hoses 5 and 6 by this working gas. The granular material supplied to the spray gun 2 is heated by joining the working gas inside the spray gun 2 and accelerated at supersonic speed, and is sprayed from the spray gun 2 together with the working gas. The spray gun 2 has a narrowed portion for accelerating the working gas at supersonic speed inside, but the particles supplied from the powder hoses 5 and 6 to the spray gun 2 are either before or after the narrowed portion of the nozzle. It may be supplied. (FIG. 1 illustrates the case where the particles are supplied after the narrowed portion of the nozzle.)

また、このコールドスプレー装置は、各粒体フィーダー3、4からスプレーガン2への粒体の移送及びスプレーガン2による粒体の噴出を制御し、さらに作動ガスの流量や温度の制御をするための制御用コンピューター12を有している。この制御用コンピューター12によって、スプレーガン2からの上記粒体の噴出が制御されている。スプレーガン2は、粒体を基材表面に噴き付けながら、基材表面と垂直な方向に走行する。スプレーガン2にはロボット(図示せず)が取り付けられ、スプレーガン2の走行は、このロボットによりコントロールされる。   In addition, this cold spray device controls the transfer of particles from each of the particle feeders 3 and 4 to the spray gun 2 and the ejection of the particles by the spray gun 2, and further controls the flow rate and temperature of the working gas. The computer 12 for control is provided. The control computer 12 controls the ejection of the particles from the spray gun 2. The spray gun 2 travels in a direction perpendicular to the substrate surface while spraying particles on the substrate surface. A robot (not shown) is attached to the spray gun 2, and the traveling of the spray gun 2 is controlled by this robot.

<第1実施形態>
まず、本発明の第1実施形態に係る被膜形成方法について説明する。第1実施形態に係る被膜形成方法は、基材表面を加熱する加熱工程と、加熱工程と同時に基材表面の粗化処理を行う前処理工程と、基材表面に被膜を形成する被膜形成工程とからなる。第1実施形態においては、加熱工程と前処理工程とを同時に行うため、これを第1工程とし、被膜形成工程を第2工程として、以下の説明を行う。
<First Embodiment>
First, the film forming method according to the first embodiment of the present invention will be described. The film forming method according to the first embodiment includes a heating process for heating the substrate surface, a pretreatment process for roughening the substrate surface simultaneously with the heating process, and a film forming process for forming a film on the substrate surface. It consists of. In the first embodiment, since the heating process and the pretreatment process are performed simultaneously, this is the first process, and the film forming process is the second process.

(第1工程)
第1工程は、基材を加熱する加熱工程と、基材の表面に作動ガスと共に粗化処理用粒体を超音速で噴き付け基材表面の粗化処理を行う前処理工程とを、同時に行う工程である。以下、具体的に説明する。
(First step)
The first step includes a heating step for heating the substrate and a pretreatment step for spraying the roughening particles together with the working gas onto the surface of the substrate at a supersonic speed to roughen the surface of the substrate. It is a process to be performed. This will be specifically described below.

図1に示したコールドスプレー装置において、第1粒体フィーダー3に、粗化処理用粒体(以下「粒体A」ともいう。)を充填する。次にヒーター1で作動ガスを加熱し、上述した手順により粒体Aと共に超音速に加速してスプレーガン2から噴射させる。スプレーガン2から超音速で噴射した高温の作動ガスと、この作動ガスにより超音速に加速され、かつ加熱された粒体Aとが、基材X表面に衝突し基材Xの表面を加熱すると同時に粗化処理を行う。   In the cold spray apparatus shown in FIG. 1, the first granular feeder 3 is filled with a roughening treatment granule (hereinafter also referred to as “granule A”). Next, the working gas is heated by the heater 1, and is accelerated from the spray gun 2 by being accelerated at supersonic speed together with the particles A by the above-described procedure. When the high-temperature working gas injected from the spray gun 2 at supersonic speed and the heated granule A accelerated and supersonic by the working gas collide with the surface of the base material X to heat the surface of the base material X At the same time, roughening is performed.

(基材X)
基材Xとして用いる材質は、特に限定されないが、金属、ガラス、セラミック等が挙げられ、ステンレス、鉄、銅、アルミニウム等の金属やアルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ジルコニア等のセラミックが好ましく、その中でもアルミニウム、窒化アルミニウム、アルミナが、特に好ましい。また、基材Xとしてセラミックを用いる場合の板厚は、特に限定されないが、0.7mm以上が好ましく、0.9mm以上が特に好ましい。板厚の上限は用途に応じて決めることができる。
(Substrate X)
The material used as the substrate X is not particularly limited, and examples thereof include metals, glass, ceramics, etc., and metals such as stainless steel, iron, copper, and aluminum, and ceramics such as alumina, aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide, and zirconia. Of these, aluminum, aluminum nitride, and alumina are particularly preferable. Moreover, the plate thickness in the case of using ceramic as the substrate X is not particularly limited, but is preferably 0.7 mm or more, and particularly preferably 0.9 mm or more. The upper limit of the plate thickness can be determined according to the application.

(表面粗化処理用粒体A)
基材表面の粗化処理に使用する粒体Aの材質としては特に限定されないが、例えば、金属、ガラス、セラミック等が挙げられ、クロム等の硬質の金属、及びアルミナ、炭化ケイ素、ジルコニア等のセラミックが好ましく、その中でもアルミナが特に好ましい。
(Grain A for surface roughening treatment)
Although it does not specifically limit as a material of the granule A used for the roughening process of the base-material surface, For example, a metal, glass, a ceramic, etc. are mentioned, Hard metals, such as chromium, Alumina, silicon carbide, zirconia, etc. Ceramic is preferable, and alumina is particularly preferable among them.

粒体Aの平均粒径は特に限定されないが、45μm以上200μm以下が好ましく、60μm以上100μm以下が特に好ましい。粒体Aの平均粒径が200μmを超えると、基材表面を粗化しすぎるおそれがある。また平均粒径が100μmを超えると、基材がセラミックの薄板である場合、基材が割れる場合がある。また、粒体Aの平均粒径が45μm未満だと基材表面を充分に粗化処理することができないおそれがある。   The average particle size of the granules A is not particularly limited, but is preferably 45 μm or more and 200 μm or less, and particularly preferably 60 μm or more and 100 μm or less. If the average particle size of the granules A exceeds 200 μm, the surface of the substrate may be too rough. On the other hand, if the average particle size exceeds 100 μm, the substrate may crack when the substrate is a ceramic thin plate. Further, if the average particle size of the granules A is less than 45 μm, the surface of the substrate may not be sufficiently roughened.

粒体Aの供給量は、特に限定されないが、より高い密着強度を有する被膜を形成する観点から、20g/分以上50g/分以下が好ましく、30g/分以上40g/分以下が特に好ましい。   The supply amount of the granule A is not particularly limited, but is preferably 20 g / min or more and 50 g / min or less, and particularly preferably 30 g / min or more and 40 g / min or less from the viewpoint of forming a film having higher adhesion strength.

第1工程における粒体Aの飛翔速度は特に限定されないが、表面粗化処理を充分に行う観点から、350m/s以上450m/s以下が好ましい。   The flying speed of the granules A in the first step is not particularly limited, but is preferably 350 m / s or more and 450 m / s or less from the viewpoint of sufficiently performing the surface roughening treatment.

(作動ガス)
作動ガス温度は特に限定されないが、500℃以上900℃以下が好ましい。作動ガス温度が500℃未満であると、表面粗化処理が不充分となるおそれがある。また作動ガスを900℃を超える温度とすることは、基材Xの酸化や熱傷を発生するので、好ましくない。ただし、基材Xの材質や粒体Aの材質、平均粒径又は形状により、この範囲以外の温度でも好適に採用できる。
(Working gas)
The working gas temperature is not particularly limited, but is preferably 500 ° C. or higher and 900 ° C. or lower. If the working gas temperature is less than 500 ° C., the surface roughening treatment may be insufficient. In addition, it is not preferable to set the working gas to a temperature exceeding 900 ° C., because the base material X is oxidized or burned. However, depending on the material of the substrate X, the material of the granules A, the average particle diameter, or the shape, it can be suitably employed even at a temperature outside this range.

作動ガス流量は特に限定されないが、表面粗化処理を充分に行う観点から、8L/(分・mm)以上30L/(分・mm)以下が好ましい。薄いセラミック基材を表面粗化処理する場合には、充分に表面粗化処理を行う観点から10L/(分・mm)以上が好ましく、基材が割れないようにする観点から、20L/(分・mm)以下が好ましい。 The working gas flow rate is not particularly limited, but is preferably 8 L / (min · mm 2 ) or more and 30 L / (min · mm 2 ) or less from the viewpoint of sufficiently performing the surface roughening treatment. In the case of subjecting a thin ceramic substrate to surface roughening treatment, 10 L / (min · mm 2 ) or more is preferable from the viewpoint of sufficiently performing surface roughening treatment, and from the viewpoint of preventing the substrate from cracking, 20 L / ( Min · mm 2 ) or less is preferable.

作動ガス圧力は特に限定されないが、表面粗化処理を充分に行う観点から、0.4MPa以上1MPa以下が好ましく、薄いセラミック基材を表面粗化処理する場合には充分に表面粗化処理を行う観点から、0.5MPa以上が好ましく、基材が割れないようにする観点から、0.7MPa以下が好ましい。   The working gas pressure is not particularly limited, but from the viewpoint of sufficiently performing the surface roughening treatment, it is preferably 0.4 MPa or more and 1 MPa or less. When the thin ceramic substrate is subjected to the surface roughening treatment, the surface roughening treatment is sufficiently performed. From the viewpoint, 0.5 MPa or more is preferable, and from the viewpoint of preventing the base material from cracking, 0.7 MPa or less is preferable.

基材の加熱及び表面粗化処理の作動ガスとして用いる気体は、特に限定されないが、例えば、空気、窒素、ヘリウム又はこれらの混合ガスを用いることができ、空気が経済性、操作性に優れるため、特に好ましい。   The gas used as the working gas for heating the substrate and roughening the surface is not particularly limited. For example, air, nitrogen, helium, or a mixed gas thereof can be used, and air is excellent in economic efficiency and operability. Is particularly preferred.

(スプレーガンと基材との距離)
スプレーガンと基材との距離は特に限定されないが、より密着強度の高い被膜を形成する観点から7mm以上20mm以下が好ましく、10mm以上15mm以下が特に好ましい。
(Distance between spray gun and substrate)
The distance between the spray gun and the substrate is not particularly limited, but is preferably 7 mm or more and 20 mm or less, and particularly preferably 10 mm or more and 15 mm or less from the viewpoint of forming a film having higher adhesion strength.

(スプレーガンスピード)
第1工程におけるスプレーガンの移動スピードは、特に限定されないが、充分な密着強度を有する被膜を形成するために、適切に基材表面の粗化処理を行う観点から、1mm/s以上100mm/s以下が好ましく、20mm/s以上40mm/s以下が好ましい。
(Spray gun speed)
The moving speed of the spray gun in the first step is not particularly limited, but from the viewpoint of appropriately roughening the surface of the substrate in order to form a film having sufficient adhesion strength, it is 1 mm / s or more and 100 mm / s. The following are preferable, and 20 mm / s or more and 40 mm / s or less are preferable.

(第2工程)
第2工程は、第1工程後、基材表面にコールドスプレー法により作動ガスと共に被膜形成用粒体Bを噴き付け、基材表面に被膜を形成する被膜形成工程である。以下具体的に説明する。
(Second step)
The second process is a film forming process in which, after the first process, the film forming granules B are sprayed onto the surface of the base material together with the working gas by a cold spray method to form a film on the surface of the base material. This will be specifically described below.

図1に示したコールドスプレー装置において、第2粒体フィーダー4に、被膜形成用粒体(以下、「粒体B」ともいう。)を充填する。上述した手順によりヒーター1で作動ガスを加熱し、粒体Bと共に超音速に加速してスプレーガン2から噴射させる。スプレーガン2から超音速で噴射した高温の作動ガスと、この作動ガスにより超音速に加速され、かつ加熱された粒体Bとが、表面の粗化処理を終えた基材X表面に衝突する。こうして粒体Bが基材Xの表面に密着して積層し、基材Xの表面に被膜を形成する。   In the cold spray apparatus shown in FIG. 1, the second particle feeder 4 is filled with particles for forming a film (hereinafter also referred to as “particles B”). The working gas is heated by the heater 1 according to the above-described procedure, and is accelerated at supersonic speed together with the granular material B and sprayed from the spray gun 2. The high-temperature working gas injected from the spray gun 2 at supersonic speed and the heated granule B accelerated to supersonic speed by this working gas collide with the surface of the base material X after the surface roughening treatment. . In this way, the granule B adheres to the surface of the substrate X and is laminated, and a film is formed on the surface of the substrate X.

第1工程及び第2工程は同一の噴射手段すなわちスプレーガン2を用いて行うとよい。
具体的には、第1工程前に、第2粒体フィーダー4に粒体Bを充填しておく。こうすることにより、第1工程の後、連続して第2工程を行うことができるため、第1工程により基材Xが適温となった状態で第2工程を行うことができ、第2工程で基材Xの予熱を必要とする場合に、効率よく基材Xの予熱を行うことができる。
The first step and the second step may be performed using the same injection means, that is, the spray gun 2.
Specifically, the granular material B is filled in the second granular material feeder 4 before the first step. By carrying out like this, since a 2nd process can be performed continuously after a 1st process, a 2nd process can be performed in the state by which the base material X became suitable temperature by the 1st process, and a 2nd process When the substrate X needs to be preheated, the substrate X can be efficiently preheated.

(被膜形成用粒体B)
被膜形成用粒体Bの材質としては、特に限定されないが、例えば、各種金属及び各種セラミックが挙げられ、金属としては、銅、アルミニウム、チタン、金、銀、ニッケル、亜鉛、鉄、タンタル、ニオブ等の純金属;ニッケルクロム合金、ニッケル基超合金、ステンレス鋼、亜鉛合金、アルミニウム合金、銅合金等の合金が挙げられる。セラミック基材と導電性材料との複合材を形成する場合には、銅、アルミニウム、金、銀、ニッケル、亜鉛又はこれらの二種類以上の合金が好ましく、銅、銀、アルミニウム及びこれらの合金が特に好ましい。
また、セラミック粒体としては凝集粒体が好ましく、凝集酸化チタンが特に好ましい。
(Granule B for Film Formation)
The material of the film forming granule B is not particularly limited, and examples thereof include various metals and various ceramics. Examples of the metal include copper, aluminum, titanium, gold, silver, nickel, zinc, iron, tantalum, and niobium. Pure metals such as nickel chrome alloys, nickel-base superalloys, stainless steels, zinc alloys, aluminum alloys, copper alloys and the like. When forming a composite of a ceramic substrate and a conductive material, copper, aluminum, gold, silver, nickel, zinc or an alloy of two or more of these is preferable, and copper, silver, aluminum and an alloy of these are Particularly preferred.
Further, as the ceramic particles, agglomerated particles are preferable, and agglomerated titanium oxide is particularly preferable.

被膜形成用粒体Bの平均粒径は特に限定されないが、被膜形成用粒体Bの凝集現象を抑制して、粒体フィーダーからスプレーガン2への粒体Bの供給を安定させる観点から、粒体Bの平均粒径は、5μm以上が好ましく10μm以上が特に好ましい。また、粒体Bの基材表面への衝突の衝撃で基材表面が削られることを抑制する観点から、100μm以下が好ましく、65μm以下が特に好ましい。粒体Bがセラミックの凝集酸化チタンの場合は、凝集粒体の平均粒径は、5μm以上30μm以下が好ましい。   The average particle diameter of the film forming granules B is not particularly limited, but from the viewpoint of suppressing the aggregation phenomenon of the film forming granules B and stabilizing the supply of the granules B from the particle feeder to the spray gun 2, The average particle diameter of the granule B is preferably 5 μm or more, particularly preferably 10 μm or more. Further, from the viewpoint of suppressing the surface of the base material from being scraped by the impact of the collision of the granules B with the base material surface, 100 μm or less is preferable, and 65 μm or less is particularly preferable. When the grain B is a ceramic aggregated titanium oxide, the average grain size of the aggregated grain is preferably 5 μm or more and 30 μm or less.

粒体Bの供給量は特に限定されないが、5g/分以上9g/分以下が好ましく、6g/分以上8g/分以下が特に好ましい。   The supply amount of the granules B is not particularly limited, but is preferably 5 g / min or more and 9 g / min or less, and particularly preferably 6 g / min or more and 8 g / min or less.

第2工程における作動ガス中の粒体Bの飛翔速度は、特に限定されないが、基材がセラミックの場合で、粒体Bが金属である場合は、400m/s以上500m/s以下が好ましい。   The flying speed of the granules B in the working gas in the second step is not particularly limited, but is preferably 400 m / s or more and 500 m / s or less when the base material is ceramic and the granules B are metal.

(作動ガス)
作動ガス温度は、200℃以上900℃以下であることが重要である。作動ガス温度をこの範囲の温度とすることで、良好な密着強度を有する被膜を形成できるという本発明の効果が得られる。基材がセラミックで、粒体Bが金属である場合は400℃以上900℃以下が好ましく、粒体Bが銅の場合は450℃以上550℃以下が特に好ましい。作動ガスの温度が、450℃未満だと、銅被膜の場合は密着強度が低下するおそれがある。作動ガス温度が550℃を超えると銅被膜が酸化を起こすおそれがある。特に作動ガス温度が600℃を超えると銅被膜が酸化して着色するため600℃以下が好ましい。ただし、基材の材質や、粒体Bの材質、平均粒径又は形状によりこの範囲以外の温度でも好適に採用することができる。
(Working gas)
It is important that the working gas temperature is 200 ° C. or higher and 900 ° C. or lower. By setting the working gas temperature to a temperature in this range, the effect of the present invention that a film having good adhesion strength can be formed can be obtained. When the substrate is ceramic and the particle B is a metal, the temperature is preferably 400 ° C. or more and 900 ° C. or less, and when the particle B is copper, the temperature is particularly preferably 450 ° C. or more and 550 ° C. or less. If the temperature of the working gas is less than 450 ° C., the adhesion strength may decrease in the case of a copper coating. If the working gas temperature exceeds 550 ° C, the copper coating may be oxidized. In particular, when the working gas temperature exceeds 600 ° C., the copper film is oxidized and colored, so that the temperature is preferably 600 ° C. or less. However, depending on the material of the base material, the material of the granule B, the average particle diameter or the shape, it can be suitably employed even at a temperature outside this range.

作動ガス流量は、特に限定されないが、基材がセラミックの場合で、被膜形成用粒体が金属である場合は8L/(分・mm)以上30L/(分・mm)以下が好ましく、10L/(分・mm)以上20L/(分・mm)以下が特に好ましい。 The working gas flow rate is not particularly limited, but is preferably 8 L / (min · mm 2 ) or more and 30 L / (min · mm 2 ) or less when the base material is ceramic and the film forming particles are metal, 10 L / (min · mm 2 ) or more and 20 L / (min · mm 2 ) or less is particularly preferable.

作動ガス圧力は、特に限定されないが、基材がセラミックで、粒体Bが金属である場合は0.4MPa以上1MPa以下が好ましく、0.5MPa以上0.7MPa以下が特に好ましい。   The working gas pressure is not particularly limited, but is preferably 0.4 MPa or more and 1 MPa or less, and particularly preferably 0.5 MPa or more and 0.7 MPa or less when the base material is ceramic and the granule B is metal.

作動ガスとして用いる気体は、特に限定されないが、例えば、空気、窒素、ヘリウム、又はこれらの混合ガスを用いることができ、空気が経済性、操作性に優れるため、特に好ましい。ただし、形成される金属被膜の酸化を抑制する観点からは、窒素やヘリウム等の不活性ガスが好ましく、スプレーガン2から、より高速で粒体を噴出させる観点からは、ヘリウム及びヘリウムと窒素の混合ガスが好ましい。   The gas used as the working gas is not particularly limited. For example, air, nitrogen, helium, or a mixed gas thereof can be used, and air is particularly preferable because it is excellent in economy and operability. However, from the viewpoint of suppressing the oxidation of the formed metal film, an inert gas such as nitrogen or helium is preferable. From the viewpoint of ejecting particles from the spray gun 2 at a higher speed, helium, helium, and nitrogen are used. A mixed gas is preferred.

(スプレーガンと基材との距離)
第2工程におけるスプレーガンと基材との距離は、特に限定されないが、上記第1工程における距離を好適に用いることができる。
(Distance between spray gun and substrate)
The distance between the spray gun and the base material in the second step is not particularly limited, but the distance in the first step can be suitably used.

(スプレーガンスピード)
第2工程におけるスプレーガンの移動スピードは、特に限定されないが、充分な密着強度を有する被膜を形成する観点から、1mm/s以上120mm/s以下が好ましく、40mm/s以上80mm/s以下が、特に好ましい。
(Spray gun speed)
The movement speed of the spray gun in the second step is not particularly limited, but from the viewpoint of forming a film having sufficient adhesion strength, it is preferably 1 mm / s or more and 120 mm / s or less, and 40 mm / s or more and 80 mm / s or less. Particularly preferred.

(被膜)
第2工程で形成する被膜の厚さの下限は、特に限定されないが、空隙率を下げる観点からは5μm以上が好ましく、10μm以上が特に好ましい。
(Coating)
Although the minimum of the thickness of the film formed at a 2nd process is not specifically limited, From a viewpoint of reducing the porosity, 5 micrometers or more are preferable and 10 micrometers or more are especially preferable.

被膜の密着強度は特に限定されないが、セラミック基材上に形成される金属被膜である場合は、0.1MPa以上が好ましく、1.0MPa以上が特に好ましい。   The adhesion strength of the coating is not particularly limited, but in the case of a metal coating formed on a ceramic substrate, 0.1 MPa or more is preferable, and 1.0 MPa or more is particularly preferable.

(複合材)
第1実施形態により形成される複合材は、良好な密着強度を有するため、工業製品の材料として好適に用いられる。第1実施形態により形成される複合材は、特に限定されないが、セラミック基材に銅、銀、金又はアルミニウムの被膜を形成したものや、アルミニウム、鉄、ステンレス又は銅の基材に酸化チタンや銅、銀、金、アルミニウム、チタン、タンタル、ニオブ、インコネル、ニッケル系合金又はコバルト系合金の被膜を形成したものが挙げられる。
(Composite material)
Since the composite material formed by 1st Embodiment has favorable adhesive strength, it is used suitably as a material of an industrial product. Although the composite material formed by 1st Embodiment is not specifically limited, The thing which formed the film of copper, silver, gold | metal | money, or aluminum on the ceramic base material, Titanium oxide on the base material of aluminum, iron, stainless steel, or copper, Examples include those in which a coating of copper, silver, gold, aluminum, titanium, tantalum, niobium, inconel, nickel-based alloy or cobalt-based alloy is formed.

<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係る被膜形成方法について説明する。第2実施形態に係る被膜形成方法は、基材表面を加熱する加熱工程と、加熱工程と同時に、基材表面に粗化処理用粒体と共に金属粒体(以下「粒体C」ともいう。)を噴き付け、この基材表面に粗化処理を施すと共に、図2に示すようなボンド層を形成する前処理工程と、このボンド層表面に被膜を形成する被膜形成工程とを有する。具体的には、第2実施形態においては、加熱工程と前処理工程を同時に行うため、これを第1工程とし、被膜形成工程を第2工程として以下説明を行う。
<Second Embodiment>
Next, a film forming method according to the second embodiment of the present invention will be described. The coating film forming method according to the second embodiment is also referred to as a metal particle (hereinafter referred to as “particle C”) together with a roughening treatment particle on the substrate surface simultaneously with a heating step for heating the substrate surface and the heating step. ) And a roughening process is performed on the surface of the base material, and a pretreatment process for forming a bond layer as shown in FIG. 2 and a film formation process for forming a film on the surface of the bond layer are included. Specifically, in the second embodiment, since the heating step and the pretreatment step are performed at the same time, this will be described as the first step, and the film forming step will be described as the second step.

ここでボンド層Yとは、図2の複合材において、基材Xと被膜Zとに挟まれる中間層であり、基材Xに対する被膜の密着性をより高めるために形成されるものである。第2実施形態における第1工程では、表面粗化処理用粒体Aは、基材表面の加熱及び粗化処理を行うと共に基材X表面に密着して積層する。すなわち、ボンド層Yは、粒体Aと金属粒体Cとが共に基材に積層することで形成される。   Here, the bond layer Y is an intermediate layer sandwiched between the substrate X and the coating Z in the composite material of FIG. 2 and is formed to further improve the adhesion of the coating to the substrate X. In the first step in the second embodiment, the surface roughening treatment granules A are heated and roughened on the surface of the base material, and are adhered to the surface of the base material X and laminated. That is, the bond layer Y is formed by laminating both the particles A and the metal particles C on the base material.

(第1工程)
第2実施形態における第1工程は、基材を加熱する加熱工程と、基材の表面に作動ガスと共に粒体A及び粒体Cを超音速で噴き付けて基材表面にボンド層を形成する前処理工程とを同時に行う工程である。以下具体的に説明する。
(First step)
The first step in the second embodiment is a heating step of heating the base material, and sprays particles A and particles C together with the working gas onto the surface of the base material at a supersonic speed to form a bond layer on the surface of the base material. This is a step of simultaneously performing the pretreatment step. This will be specifically described below.

図1のコールドスプレー装置において、第1粒体フィーダー3に粒体A及び粒体Cを混合して充填し、第2粒体フィーダー4に粒体Bを充填する。上述した手順によりヒーター1で作動ガスを加熱し、粒体A及び粒体Cと共に超音速に加速してスプレーガン2から噴射させる。スプレーガン2から超音速で噴射した高温の作動ガスと、この作動ガスにより超音速に加速され、かつ加熱された粒体A及び粒体Cとが、基材X表面に衝突する。こうして粒体Aと粒体Cとが基材Xの表面に密着して積層し、基材Xの表面にボンド層を形成する。   In the cold spray device of FIG. 1, the first granule feeder 3 is mixed and filled with the granule A and the granule C, and the second granule feeder 4 is filled with the granule B. The working gas is heated by the heater 1 according to the above-described procedure, and is accelerated together with the particles A and C at a supersonic speed and sprayed from the spray gun 2. The high-temperature working gas injected from the spray gun 2 at supersonic speed, and the heated granule A and granule C that are accelerated to supersonic speed by this working gas collide with the surface of the substrate X. In this way, the granules A and the granules C are adhered and stacked on the surface of the substrate X, and a bond layer is formed on the surface of the substrate X.

このボンド層形成用の粒体Aと粒体Cとを混合する方法は、特に限定されないが、上記のように粒体フィーダー3、4に充填する前に混合してもよいし、第1粒体フィーダー3に粒体A及び粒体Cのうち一の粒体を充填し、第2粒体フィーダー4に他の粒体を充填しておいて、これらを別々にスプレーガン2に供給してスプレーガン2内部で混合することもできる。このように、粒体A及び粒体Cを別々にスプレーガン2に供給することで、より簡便に粒体の混合を行うことができる。   The method of mixing the particles A and the particles C for forming the bond layer is not particularly limited, but may be mixed before filling the particle feeders 3 and 4 as described above, or the first particles The body feeder 3 is filled with one of the granules A and C, and the second grain feeder 4 is filled with other granules, and these are separately supplied to the spray gun 2. It is also possible to mix inside the spray gun 2. Thus, by supplying the granule A and the granule C separately to the spray gun 2, the granule can be mixed more easily.

(基材X)
第2実施形態で用いる基材Xは、第1実施形態で例示した基材Xを好適に用いることができる。
(Substrate X)
As the substrate X used in the second embodiment, the substrate X exemplified in the first embodiment can be suitably used.

(粒体A)
第1工程のボンド層を形成する粒体Aの材質としては、特に限定されないが、第1実施形態における粒体Aを好適に用いることができる。金属ではクロムが好ましく、セラミックでは、アルミナ、炭化ケイ素、ジルコニア等が好ましく、充分な表面粗化処理を行う観点及び入手の容易さや経済性の観点からアルミナが特に好ましい。
(Granule A)
Although it does not specifically limit as a material of the granule A which forms the bond layer of a 1st process, The granule A in 1st Embodiment can be used suitably. As the metal, chromium is preferable, and as the ceramic, alumina, silicon carbide, zirconia and the like are preferable, and alumina is particularly preferable from the viewpoint of sufficient surface roughening treatment, availability, and economical efficiency.

粒体Aの平均粒径は特に限定されないが、15μm以上65μm以下が好ましい。平均粒径が15μm未満だと、充分に基材表面を粗化処理できず、ボンド層を形成できないおそれがあり、平均粒径が65μmを超えると、基材表面への衝突の衝撃で基材表面や新しく形成されたボンド層を削るおそれがある。また、基材がセラミックの薄板である場合、粒体Aの平均粒径は15μm以上50μm以下が好ましい。その平均粒径が50μmを超えると、セラミック基材が割れるおそれがある。   Although the average particle diameter of the granule A is not specifically limited, 15 micrometers or more and 65 micrometers or less are preferable. If the average particle size is less than 15 μm, the surface of the substrate cannot be sufficiently roughened and a bond layer may not be formed. If the average particle size exceeds 65 μm, the substrate may be impacted by a collision with the substrate surface. There is a risk of scraping the surface or the newly formed bond layer. When the substrate is a ceramic thin plate, the average particle size of the granules A is preferably 15 μm or more and 50 μm or less. If the average particle size exceeds 50 μm, the ceramic substrate may be cracked.

(金属粒体C)
第1工程に用いる金属粒体Cの材質としては特に限定されないが、銅、アルミニウム、銀、ニッケル又はボンド層の表面に形成される被膜に用いる金属粒子と同じ金属が好ましい。
(Metal Granule C)
Although it does not specifically limit as a material of the metal granule C used for a 1st process, The same metal as the metal particle used for the film formed in the surface of copper, aluminum, silver, nickel, or a bond layer is preferable.

粒体Cの平均粒径は特に限定されないが、10μm以上65μm以下が好ましく、15μm以上50μm以下が特に好ましい。10μm未満では粒体Cが凝集現象を起こし粒体フィーダーからの供給が難しくなるおそれがあり、また65μmを超えるとが粒体Cが基材表面への衝突の衝撃で基材表面や新しく形成されたボンド層を削るおそれがある。   Although the average particle diameter of the granule C is not specifically limited, 10 micrometers or more and 65 micrometers or less are preferable, and 15 micrometers or more and 50 micrometers or less are especially preferable. If the particle size is less than 10 μm, there is a possibility that the particles C may agglomerate and it is difficult to supply from the particle feeder, and if the particle size exceeds 65 μm, the particle C is newly formed on the substrate surface due to the impact of the collision with the substrate surface. There is a risk of scraping the bonded layer.

ボンド層を形成する粒体A及び粒体Cの合計供給量は特に限定されず、6g/分以上10g/分以下が好ましく、7g/分以上9g/分以下が特に好ましい。   The total supply amount of the granule A and the granule C forming the bond layer is not particularly limited, and is preferably 6 g / min or more and 10 g / min or less, and particularly preferably 7 g / min or more and 9 g / min or less.

ボンド層を形成する際の作動ガス中の粒体A及び粒体Cの飛翔速度は、特に限定されないが、350m/s以上400m/s以下が好ましい。   The flying speed of the granules A and C in the working gas when forming the bond layer is not particularly limited, but is preferably 350 m / s or more and 400 m / s or less.

(作動ガス)
第1工程における作動ガス温度は特に限定されないが、基材Xがセラミックである場合は、400℃以上550℃以下が好ましい。400℃未満だと、セラミックとの間に充分な密着強度を有するボンド層を形成することが困難となるおそれがある。また作動ガス温度が550℃を超えると、ボンド層を形成する金属の酸化が顕著になる場合がある。粒体Cが銅の場合、作動ガス温度が600℃以上になるとボンド層被膜が酸化してコーヒー色になる。ただし、基材Xの材質や粒体Cの材質、平均粒径又は形状により、この範囲以外の温度を好適に採用することができる。
(Working gas)
The working gas temperature in the first step is not particularly limited, but is preferably 400 ° C. or higher and 550 ° C. or lower when the substrate X is ceramic. If it is lower than 400 ° C., it may be difficult to form a bond layer having sufficient adhesion strength with the ceramic. When the working gas temperature exceeds 550 ° C., oxidation of the metal forming the bond layer may become remarkable. When the granule C is copper, when the working gas temperature is 600 ° C. or higher, the bond layer film is oxidized and becomes a coffee color. However, temperatures outside this range can be suitably employed depending on the material of the substrate X, the material of the granules C, the average particle diameter, or the shape.

作動ガスとして用いる気体は、特に限定されないが、例えば、空気、窒素、ヘリウム、又はこれらの混合ガスを用いることができ、空気が経済性、操作性に優れるため、特に好ましい。ただし、形成されるボンド層中の金属の酸化を抑制する観点からは、窒素やヘリウム等の不活性ガスが好ましく、スプレーガン2から、より高速で粒体を噴出させる観点からは、ヘリウム及びヘリウムと窒素の混合ガスが好ましい。   The gas used as the working gas is not particularly limited. For example, air, nitrogen, helium, or a mixed gas thereof can be used, and air is particularly preferable because it is excellent in economy and operability. However, an inert gas such as nitrogen or helium is preferable from the viewpoint of suppressing oxidation of the metal in the formed bond layer, and helium and helium from the viewpoint of ejecting particles from the spray gun 2 at a higher speed. A mixed gas of nitrogen and nitrogen is preferred.

(スプレーガンと基材との距離)
スプレーガン2と基材Xとの距離は、特に限定されず、第1実施形態の第1工程におけるスプレーガンと基材との距離を、好適に用いることができる。
(Distance between spray gun and substrate)
The distance between the spray gun 2 and the substrate X is not particularly limited, and the distance between the spray gun and the substrate in the first step of the first embodiment can be suitably used.

(スプレーガンスピード)
第1工程におけるスプレーガンの移動スピードは、特に限定されないが、充分な密着強度を有する被膜を形成するために適切なボンド層を形成する観点から、5mm/s以上100mm/s以下が好ましく、20mm/s以上50mm/s以下が特に好ましい。
(Spray gun speed)
The moving speed of the spray gun in the first step is not particularly limited, but is preferably 5 mm / s or more and 100 mm / s or less from the viewpoint of forming an appropriate bond layer for forming a film having sufficient adhesion strength. / S to 50 mm / s is particularly preferable.

このボンド層Y全体の体積に対する粒体Aの体積比は特に限定されないが、基材X及び被膜Zとの密着強度を高める観点及び被膜形成後の粒体Aの流出を防止する観点から、50%以下が好ましく、30%以下が特に好ましい。粒体Aは粒体Cに比べ、噴射した粒体がボンド層に残留しにくいので、基材Xに噴射する粒体Aの体積の、噴射する粒体全体(粒体Aと粒体Cとの体積の合計)に対する割合は、40%以上50%以下が好ましい。   The volume ratio of the granules A to the entire volume of the bond layer Y is not particularly limited, but from the viewpoint of increasing the adhesion strength between the base X and the coating Z and preventing the granules A from flowing out after the coating is formed, 50 % Or less is preferable, and 30% or less is particularly preferable. Since the granule A is less likely to remain in the bond layer than the granule C, the entire granule to be ejected (the granule A and the granule C and the volume of the granule A to be ejected onto the substrate X) The ratio of the total volume) is preferably 40% or more and 50% or less.

(第2工程)
第1工程でボンド層を形成した基材Xに被膜を形成する第2工程においては、作動ガス温度は200℃以上900℃以下である。それ以外の条件としては、第1実施形態の第2工程における各種条件を好適に採用することができる。
(Second step)
In the second step of forming a film on the substrate X on which the bond layer has been formed in the first step, the working gas temperature is 200 ° C. or higher and 900 ° C. or lower. As other conditions, various conditions in the second step of the first embodiment can be suitably employed.

(粒体B)
第2工程で使用する粒体Bの材質としては、特に限定されず、第1実施形態の第2工程で用いる粒体Bにおいて例示したものを用いることができる。その中でも、金属粒体を好適に用いることができ、ボンド層形成に用いた金属粒体Cと同じ金属が特に好ましい。
(Granule B)
It does not specifically limit as a material of the granule B used at a 2nd process, What was illustrated in the granule B used at the 2nd process of 1st Embodiment can be used. Among these, a metal particle can be used suitably and the same metal as the metal particle C used for bond layer formation is especially preferable.

また、第2工程で使用する粒体Bの平均粒径としては、第1実施形態の第2工程における粒体Bの平均粒径を好適に用いることができる。   Moreover, as an average particle diameter of the granule B used at a 2nd process, the average particle diameter of the granule B in the 2nd process of 1st Embodiment can be used suitably.

以下に実施例を示し、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例及びその比較例として得られた被膜は、下記の各試験を以下の手順で行い評価をした。   EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. The coatings obtained as examples and comparative examples were evaluated by performing the following tests according to the following procedures.

<評価方法>
(テープ剥離試験)
セロハンテープを基材上に形成した被膜面に貼付して剥がし、被膜が剥がれないかを目視で確認した。剥がれが全くないものを「○」とし、わずかでも剥がれがあるものを「×」とした。
<Evaluation method>
(Tape peeling test)
The cellophane tape was applied to the surface of the coating formed on the substrate and peeled off, and it was visually confirmed whether or not the coating was peeled off. The case where there was no peeling was marked with “◯”, and the case where there was slight peeling was marked with “X”.

(密着強度試験)
基材上に形成した直径25mmの被膜面に、直径25mmの鉄製丸棒の断面をエポキシ系接着剤にて貼り付けて試験片を作成した。底部中央に直径28mmの貫通孔が設けられた内寸65mm×65mm×70mmの升状の治具を用い、試験片の丸棒部分を下向きにしてこの治具の内側から治具底部の貫通孔に挿通し、基材の丸棒側の表面が治具の底部内面に当接するよう、試験片をセットした。引っ張り試験機(インストロン社製「5583型」)を用い、この治具を介して被膜面に接着させた丸棒を下向きに引いて被膜が剥がれる強度を測定し、この強度を密着強度とした。
(目視試験)
形成されたボンド層及び被膜を目視により観察し、酸化の程度を調べた。コーヒー色となったものを「×」、コーヒー色ではないが、変色しているものを「△」、変色が認められないもの「○」をとした。
(Adhesion strength test)
A test piece was prepared by pasting a cross section of an iron round bar having a diameter of 25 mm on the coating surface having a diameter of 25 mm formed on the substrate with an epoxy adhesive. Using a bowl-shaped jig with an inner dimension of 65 mm x 65 mm x 70 mm with a through hole with a diameter of 28 mm in the center of the bottom, with the round bar portion of the test piece facing downward, the through hole in the jig bottom from the inside of this jig The test piece was set so that the surface on the round bar side of the base material was in contact with the inner surface of the bottom of the jig. Using a tensile tester (Instron "5583 type"), the strength at which the coating peeled off was measured by pulling the round bar adhered to the coating surface downward through this jig, and this strength was defined as the adhesion strength. .
(Visual test)
The formed bond layer and film were visually observed to examine the degree of oxidation. “X” indicates a coffee color, “Δ” indicates a discoloration that is not coffee color, but “◯” indicates no discoloration.

<被膜形成1>
表面粗化処理時の作動ガス温度と被膜の密着強度との関係、及び表面粗化処理用粒体の平均粒径と被膜の密着強度との関係を調べるため、上記実施形態1に示した方法に従って被膜を形成し、実施例1〜9及び比較例1〜3の複合材を得て、テープ剥離試験及び密着強度試験を行い評価した。
<Film formation 1>
In order to investigate the relationship between the working gas temperature during the surface roughening treatment and the adhesion strength of the coating, and the relationship between the average particle size of the particles for surface roughening treatment and the adhesion strength of the coating, the method described in the first embodiment is used. According to the above, a film was formed, and composite materials of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 3 were obtained and evaluated by performing a tape peeling test and an adhesion strength test.

(実施例1)
基材上に円形の開口を有するマスキングをして、以下の条件により直径25mmの円形状の金属被膜を形成した。なお、作動ガスの温度はスプレーガン出口に設置された熱電対により測定されるものである。
〔実施条件〕
・基材材質:アルミニウム(A5051)
・基材寸法:50mm×50mm×5mm
〈表面粗化処理条件〉
・表面粗化処理用粒体:アルミナ(粒度;#220)
・作動ガス:空気
・作動ガス温度:580℃
・作動ガス流量:16.7L/(分・mm
・作動ガス圧力:0.63MPa
・スプレーガンスピード:30mm/s
・スプレーガンと基材との距離:10mm
・粒体供給量:35g/分
〈被膜形成条件〉
・被膜形成用粒体:銅粉末 (平均粒子径;40μm)
・作動ガス:空気
・作動ガス温度:550℃
・作動ガス流量:16.7L/(分・mm
・作動ガス圧力:0.60MPa
・スプレーガンスピード:60mm/s
・スプレーガンと基材の距離:10mm
・粒体供給量:7g/分
Example 1
Masking having a circular opening was performed on the substrate to form a circular metal film having a diameter of 25 mm under the following conditions. The temperature of the working gas is measured by a thermocouple installed at the spray gun outlet.
[Conditions for implementation]
・ Base material: Aluminum (A5051)
・ Base material dimensions: 50mm x 50mm x 5mm
<Surface roughening conditions>
-Surface roughening particles: Alumina (particle size; # 220)
-Working gas: Air-Working gas temperature: 580 ° C
・ Working gas flow rate: 16.7 L / (min · mm 2 )
-Working gas pressure: 0.63 MPa
・ Spray gun speed: 30mm / s
・ Distance between spray gun and substrate: 10mm
・ Granule supply rate: 35 g / min <film formation conditions>
-Particles for film formation: copper powder (average particle size: 40 μm)
-Working gas: Air-Working gas temperature: 550 ° C
・ Working gas flow rate: 16.7 L / (min · mm 2 )
-Working gas pressure: 0.60 MPa
・ Spray gun speed: 60mm / s
・ Distance between spray gun and substrate: 10mm
・ Granule supply: 7 g / min

(実施例2〜9及び比較例1〜3)
基材材質、表面粗化処理に用いた方法、表面粗化処理時の作動ガス温度、表面粗化処理用アルミナの粒度を表1及び表2の記載の通りとした以外は、実施例1と同様にして基材上に金属被膜を形成し、実施例2〜9及び比較例1〜3の複合材を得、上記試験を行い評価した。ただし、ショットブラストで表面粗化処理を行った際のガス圧力は0.6MPaである。またアルミナ基材は50mm×50mm×1.2mmのものを用いた。実施条件及び得られた被膜の評価結果を表1及び表2に示す。
(Examples 2-9 and Comparative Examples 1-3)
Example 1 except that the material of the substrate, the method used for the surface roughening treatment, the working gas temperature during the surface roughening treatment, and the particle size of the alumina for surface roughening treatment were as described in Table 1 and Table 2. In the same manner, a metal film was formed on the base material to obtain composite materials of Examples 2 to 9 and Comparative Examples 1 to 3, and evaluated by performing the above test. However, the gas pressure when the surface roughening treatment is performed by shot blasting is 0.6 MPa. The alumina substrate used was 50 mm × 50 mm × 1.2 mm. Tables 1 and 2 show the execution conditions and the evaluation results of the coatings obtained.

Figure 0004677050
Figure 0004677050
Figure 0004677050
Figure 0004677050

表1及び表2の結果から明らかなように、実施例1〜9で得られた被膜はいずれも良好な密着強度を有していることが分かる。コールドスプレー装置のスプレーガンを用いて表面粗化処理を行った場合、作動ガスを高温にして表面粗化処理を行った方が、常温で表面粗化処理を行った場合より、金属被膜の密着強度が高まることが分かった。また表2の結果から明らかなように、薄いセラミック基材の場合は、ショットブラストを用いて、粒度の粗い表面粗化処理用粒体により表面粗化処理を行うと、基材が割れてしまうことが分かった。   As is clear from the results of Tables 1 and 2, it can be seen that the coatings obtained in Examples 1 to 9 all have good adhesion strength. When surface roughening treatment is performed using a spray gun of a cold spray device, the surface roughening treatment is performed at a higher temperature than the case where the surface roughening treatment is performed at room temperature. It was found that the strength increased. Further, as is apparent from the results in Table 2, in the case of a thin ceramic substrate, if the surface roughening treatment is performed with a coarse particle for surface roughening treatment using shot blasting, the substrate is cracked. I understood that.

<被膜形成2>
(実施例10〜15)
被膜形成時作動ガス温度と、被膜の密着強度との関係を調べるため、表3に示す実施条件とした以外は、実施例8と同様にして被膜を形成し、実施例10〜15の複合材を得、テープ剥離試験、密着強度試験及び被膜の目視試験を行い評価した。実施条件及び得られた被膜の評価結果を表3に示す。
<Film formation 2>
(Examples 10 to 15)
In order to investigate the relationship between the working gas temperature during film formation and the adhesion strength of the film, a film was formed in the same manner as in Example 8 except that the working conditions shown in Table 3 were used. A tape peeling test, an adhesion strength test, and a visual test of the coating were evaluated. The execution conditions and the evaluation results of the obtained coating film are shown in Table 3.

Figure 0004677050
Figure 0004677050

表3の結果から明らかなように、セラミック基材に金属被膜を形成する場合は、被膜形成時作動ガス温度が400℃以上、より好ましくは450℃以上とすることによりさらに高い密着強度を得ることができることが分かった。また、銅被膜の場合550℃を超えると酸化が顕著となり、600℃を超えるとその色が大きく変わることが分かった。   As is apparent from the results in Table 3, when a metal film is formed on the ceramic substrate, a higher adhesion strength can be obtained by setting the working gas temperature at the time of film formation to 400 ° C or higher, more preferably 450 ° C or higher. I found out that Moreover, in the case of a copper film, when it exceeded 550 degreeC, oxidation became remarkable, and when it exceeded 600 degreeC, it turned out that the color changes a lot.

<被膜形成3>
(実施例16〜19)
被膜形成時作動ガス圧力及び被膜形成時作動ガス流量と、被膜の密着強度との関係を調べるため、表4に示す実施条件とした以外は、実施例8と同様にして被膜を形成し、実施例16〜19の複合材を得、テープ剥離試験及び密着強度試験を実施して評価した。評価結果を表4に示す。
<Film formation 3>
(Examples 16 to 19)
In order to investigate the relationship between the working gas pressure during film formation, the working gas flow rate during film formation, and the adhesion strength of the film, a film was formed in the same manner as in Example 8 except that the working conditions shown in Table 4 were used. The composite materials of Examples 16 to 19 were obtained and evaluated by performing a tape peeling test and an adhesion strength test. The evaluation results are shown in Table 4.

Figure 0004677050
Figure 0004677050

表4の結果から明らかなように、セラミック基材に金属被膜を形成する場合は、被膜形成時作動ガス圧を0.4MPa以上、スプレーガン出口におけるガス流量を8L/(分・mm)以上とすることにより、良好な密着強度を有する被膜を形成できることが分かった。また、セラミック基材に金属被膜を形成する場合、被膜形成時作動ガス圧を0.5MPa以上とすることにより、より高い密着強度が得られることが分かった。さらに、薄いセラミック基材の場合においては、被膜形成時作動ガス圧を0.7MPa以下とし、スプレーガン出口におけるガス流量を20L/(分・mm)以下とすることによって基材が割れないようできることが分かった。 As is apparent from the results in Table 4, when a metal film is formed on the ceramic substrate, the working gas pressure during film formation is 0.4 MPa or more, and the gas flow rate at the spray gun outlet is 8 L / (min · mm 2 ) or more. It was found that a film having good adhesion strength can be formed. Moreover, when forming a metal film on a ceramic base material, it turned out that higher adhesion strength is obtained by making the working gas pressure at the time of film formation into 0.5 MPa or more. Furthermore, in the case of a thin ceramic substrate, the substrate does not crack by setting the working gas pressure at the time of coating formation to 0.7 MPa or less and the gas flow rate at the spray gun outlet to 20 L / (min · mm 2 ) or less. I understood that I could do it.

<被膜形成4>
基材上にまずボンド層を形成してから被膜を形成する場合において、ボンド層形成時の作動ガス温度と、被膜の密着強度との関係を調べるため、以下のような条件で金属被膜を形成し、実施例20〜24の複合材を得、テープ剥離試験、密着強度試験及びボンド層の目視試験を実施して評価した。
<Film formation 4>
In the case of forming a film after first forming a bond layer on the substrate, a metal film is formed under the following conditions in order to investigate the relationship between the working gas temperature at the time of bond layer formation and the adhesion strength of the film And the composite material of Examples 20-24 was obtained, and the tape peeling test, the adhesive strength test, and the visual test of the bond layer were implemented and evaluated.

(実施例20)
上記第2実施形態に示した方法に従って、以下の条件で実施した。金属被膜を形成する基材中央部分を、直径25mmの円形状に残し、他の部分をマスキングしてボンド層形成及び金属被膜形成を行った。
〔実施条件〕
・基材材質:アルミナ
・基材寸法:50mm×50mm×1.2mm
〈ボンド層形成条件〉
・表面粗化処理用粒体:アルミナ(粒度;#220)
・金属粒体:銅粉末(平均粒子径;40μm)
・作動ガス:空気
・作動ガス温度:400℃
・作動ガス流量:16.7L/(分・mm
・作動ガス圧力:0.60MPa
・スプレーガンスピード:60mm/s
・スプレーガンと基材の距離:10mm
・粒体供給量:8g/分
〈被膜形成条件〉
・被膜形成用粒体:銅粉末(平均粒子径;40μm)
・作動ガス:空気
・作動ガス温度:500℃
・作動ガス流量:16.7L/(分・mm
・作動ガス圧力:0.60MPa
・スプレーガンスピード:60mm/s
・スプレーガンと基材の距離:10mm
・粒体供給量:7g/分
(Example 20)
According to the method shown in the second embodiment, the test was performed under the following conditions. The center part of the base material on which the metal film was formed was left in a circular shape with a diameter of 25 mm, and the other part was masked to form a bond layer and a metal film.
[Conditions for implementation]
-Base material: Alumina-Base material dimensions: 50mm x 50mm x 1.2mm
<Bond layer formation conditions>
-Surface roughening particles: Alumina (particle size; # 220)
Metal particles: copper powder (average particle size: 40 μm)
-Working gas: Air-Working gas temperature: 400 ° C
・ Working gas flow rate: 16.7 L / (min · mm 2 )
-Working gas pressure: 0.60 MPa
・ Spray gun speed: 60mm / s
・ Distance between spray gun and substrate: 10mm
・ Granule supply rate: 8 g / min <film formation conditions>
-Particles for film formation: copper powder (average particle size; 40 μm)
・ Working gas: Air ・ Working gas temperature: 500 ℃
・ Working gas flow rate: 16.7 L / (min · mm 2 )
-Working gas pressure: 0.60 MPa
・ Spray gun speed: 60mm / s
・ Distance between spray gun and substrate: 10mm
・ Granule supply: 7 g / min

(実施例21〜実施例24)
ボンド層形成時作動ガス温度を表5の記載の通りとした他は、実施例20と同様にして金属被膜の形成を行った。結果を表5に示す。
(Example 21 to Example 24)
A metal film was formed in the same manner as in Example 20 except that the working gas temperature during bond layer formation was as described in Table 5. The results are shown in Table 5.

Figure 0004677050
Figure 0004677050

表5の結果から明らかなように、セラミック基材にボンド層を形成した上で、金属被膜を形成する場合、ボンド層形成時作動ガス温度を400℃以上550℃以下とすると、高い密着強度を得られることが分かった。また、ボンド層形成時作動ガス温度を、550℃以下とすると、ボンド層を形成する金属被膜の酸化を抑制することができ、600℃以下とすると銅がコーヒー色になることを抑制できることが分かった。   As is apparent from the results in Table 5, when a metal film is formed after forming a bond layer on a ceramic substrate, a high adhesion strength is obtained when the working gas temperature is 400 ° C. or higher and 550 ° C. or lower when forming the bond layer. It turns out that it is obtained. Moreover, when the working gas temperature at the time of bond layer formation is set to 550 ° C. or lower, oxidation of the metal film forming the bond layer can be suppressed, and when it is set to 600 ° C. or lower, copper can be suppressed from becoming a coffee color. It was.

なお、本発明の被膜形成方法は、上記第1、第2実施形態に限定されるものではない。例えば、加熱工程後に前処理工程を行うことで、前処理工程の開始から基材を高温状態にすることができ、基材表面の粗化処理を効率よく行うことができる。また、加熱工程を赤外線ヒーターや電熱ヒーター等の加熱装置により直接基材を加熱することにより行うこともできる。前処理工程における表面粗化処理をショットブラスト等の装置を用いて行うことも可能である。また、レーザー装置により加熱を行いながら前処理工程の表面粗化処理を行うこともできる。また、加熱工程と前処理工程の表面粗化処理をレーザー装置によって行うこともできる。   The film forming method of the present invention is not limited to the first and second embodiments. For example, by performing the pretreatment step after the heating step, the substrate can be brought into a high temperature state from the start of the pretreatment step, and the roughening treatment of the substrate surface can be performed efficiently. Moreover, a heating process can also be performed by heating a base material directly with heating apparatuses, such as an infrared heater and an electric heater. It is also possible to perform the surface roughening treatment in the pretreatment step using an apparatus such as shot blasting. Moreover, the surface roughening process of a pre-processing process can also be performed, heating with a laser apparatus. Moreover, the surface roughening process of a heating process and a pre-processing process can also be performed with a laser apparatus.

本発明の被膜形成方法によれば、上述のように表面粗化処理が従来困難であった基材にも表面粗化処理を行うことができるので、各種分野における複合材をコールドスプレー法で製造する場合に好適に用いることができる。   According to the film forming method of the present invention, since the surface roughening treatment can be performed even on the base material, which has been difficult in the past, as described above, composite materials in various fields are manufactured by the cold spray method. In this case, it can be suitably used.

1 ヒーター
2 スプレーガン
3 第1粒体フィーダー
4 第2粒体フィーダー
5 パウダーホース
6 パウダーホース
7 ガスホース
8 ガスライン
9 ガスライン
10 メインガスライン
11 圧力ガス供給装置
12 制御用コンピューター
13 スプレーブース
X 基材
Y ボンド層
Z 被膜
1 Heater 2 Spray gun
3 First Granule Feeder 4 Second Granule Feeder 5 Powder Hose 6 Powder Hose
7 Gas hose
8 Gas line
9 Gas line 10 Main gas line 11 Pressure gas supply device 12 Computer for control 13 Spray booth X Base material Y Bond layer Z Coating

Claims (8)

基材表面にコールドスプレー法により被膜を形成する被膜形成方法であって、
基材表面を加熱する加熱工程と、
加熱工程後又は同時に、基材の表面に作動ガスと共に粗化処理用粒体を超音速で噴き付け、基材表面の粗化処理を行う前処理工程と、
前処理工程後、基材表面にコールドスプレー法により作動ガスと共に被膜形成用粒体を噴き付け、基材表面に被膜を形成する被膜形成工程と
を有し、
上記基材がセラミックであり、上記被膜形成用粒体が金属粒体であり、
上記被膜形成工程における作動ガスの温度が400℃以上900℃以下、流量が8L/(分・mm )以上30L/(分・mm )以下、圧力が0.4MPa以上1MPa以下であることを特徴とする被膜形成方法。
A film forming method for forming a film on a substrate surface by a cold spray method,
A heating step for heating the substrate surface;
After or simultaneously with the heating step, a pretreatment step in which the roughening treatment particles are sprayed onto the surface of the base material together with the working gas at a supersonic speed to roughen the surface of the base material;
After the pretreatment step, sprayed a film-forming granules with by Ri work dynamic gas in the cold spray method to the substrate surface, and a film formation step of forming a film on the substrate surface possess,
The base material is ceramic, the film-forming granules are metal granules,
The working gas temperature in the film forming step is 400 ° C. or higher and 900 ° C. or lower, the flow rate is 8 L / (min · mm 2 ) or higher and 30 L / (min · mm 2 ) or lower, and the pressure is 0.4 MPa or higher and 1 MPa or lower. A method for forming a film.
上記加熱工程を、上記前処理工程における高温の作動ガスの噴き付け、又は上記前処理工程における高温の作動ガスによる粗化処理用粒体の噴き付けにより行う請求項1に記載の被膜形成方法。   The film forming method according to claim 1, wherein the heating step is performed by spraying a high-temperature working gas in the pretreatment step or by spraying a roughening granule with a high-temperature working gas in the pretreatment step. 上記加熱工程を、加熱装置を用いた直接加熱により行う請求項1に記載の被膜形成方法。 The heating step, the film forming method of the serial placement in claim 1 carried out by direct heating using a heating device. 上記前処理工程における作動ガスの温度が500℃以上900℃以下である請求項1、請求項2又は請求項3に記載の被膜形成方法。   The film forming method according to claim 1, 2, or 3, wherein the temperature of the working gas in the pretreatment step is 500 ° C or higher and 900 ° C or lower. 上記被膜形成工程における作動ガスの温度が450℃以上550℃以下、流量が10L/(分・mm)以上20L/(分・mm)以下、圧力が0.5MPa以上0.7MPa以下である請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の被膜形成方法。 The temperature of the working gas in the film forming step is 450 ° C. or more and 550 ° C. or less, the flow rate is 10 L / (min · mm 2 ) or more and 20 L / (min · mm 2 ) or less, and the pressure is 0.5 MPa or more and 0.7 MPa or less. The method for forming a film according to claim 1 . 上記前処理工程において、粗化処理用粒体と共に金属粒体を噴き付け、基材と被膜に挟まれる中間層であるボンド層を基材表面に形成する請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の被膜形成方法。 In the said pre-processing process, a metal particle is sprayed with the grain for roughening process, and the bond layer which is an intermediate | middle layer pinched | interposed into a base material and a film is formed in the base material surface . 2. The method for forming a film according to item 1. 上記前処理工程及び被膜形成工程を同一の噴射手段を用いて行う請求項1から請求項のいずれか1項に記載の被膜形成方法。 The film forming method according to any one of claims 1 to 6 , wherein the pretreatment step and the film forming step are performed using the same spraying means. 基材と、
請求項1から請求項のいずれか1項に記載の被膜形成方法により基材表面に形成される被膜と
を備える複合材。
A substrate;
A composite material comprising: a coating film formed on the substrate surface by the coating film forming method according to any one of claims 1 to 7 .
JP2010163419A 2010-07-20 2010-07-20 Film forming method and composite material formed by the method Expired - Fee Related JP4677050B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010163419A JP4677050B1 (en) 2010-07-20 2010-07-20 Film forming method and composite material formed by the method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010163419A JP4677050B1 (en) 2010-07-20 2010-07-20 Film forming method and composite material formed by the method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP4677050B1 true JP4677050B1 (en) 2011-04-27
JP2012025983A JP2012025983A (en) 2012-02-09

Family

ID=44080075

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010163419A Expired - Fee Related JP4677050B1 (en) 2010-07-20 2010-07-20 Film forming method and composite material formed by the method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4677050B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3613873A1 (en) * 2018-08-23 2020-02-26 Taichi Metal Material Technology Co., Ltd. Dynamically impacting method for simultaneously peening and film-forming on substrate as bombarded by metallic glass particles

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012001361A1 (en) * 2012-01-24 2013-07-25 Linde Aktiengesellschaft Method for cold gas spraying
JP5975325B2 (en) 2012-02-09 2016-08-23 Necスペーステクノロジー株式会社 Deployable antenna reflector
JP2013188780A (en) * 2012-03-14 2013-09-26 Taiyo Nippon Sanso Corp Dissimilar metal joining method
CN105073434B (en) 2012-12-27 2017-12-26 科迪华公司 For pad-ink fixing fabric structure with the method and system of the deposits fluid in precision tolerance
US11673155B2 (en) 2012-12-27 2023-06-13 Kateeva, Inc. Techniques for arrayed printing of a permanent layer with improved speed and accuracy
KR102221640B1 (en) 2013-12-12 2021-03-03 카티바, 인크. Ink-based layer fabrication using halftoning to control thickness
JP6321407B2 (en) * 2014-03-07 2018-05-09 日本発條株式会社 Deposition equipment
JP6109281B1 (en) * 2015-11-26 2017-04-05 日本発條株式会社 Manufacturing method of laminate
JP6404532B1 (en) * 2018-04-20 2018-10-10 株式会社特殊金属エクセル Nozzle for cold spray and cold spray device

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003089883A (en) * 2001-09-18 2003-03-28 Toshiba Corp Functional element and method of manufacturing the same
JP2004058268A (en) * 2002-06-04 2004-02-26 Kazuichi Seki Air blast device
JP2007246967A (en) * 2006-03-15 2007-09-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Method for imparting electric conductivity to surface of molding and molding having electrically conductive surface
JP2008174786A (en) * 2007-01-18 2008-07-31 Tocalo Co Ltd Method for forming thermal spray coating, and device for high speed thermal flame spraying
JP2009215574A (en) * 2008-03-07 2009-09-24 Honda Motor Co Ltd Method for producing laminate
JP2010047825A (en) * 2008-08-25 2010-03-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Metal film forming method and aerospace structural member

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003089883A (en) * 2001-09-18 2003-03-28 Toshiba Corp Functional element and method of manufacturing the same
JP2004058268A (en) * 2002-06-04 2004-02-26 Kazuichi Seki Air blast device
JP2007246967A (en) * 2006-03-15 2007-09-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Method for imparting electric conductivity to surface of molding and molding having electrically conductive surface
JP2008174786A (en) * 2007-01-18 2008-07-31 Tocalo Co Ltd Method for forming thermal spray coating, and device for high speed thermal flame spraying
JP2009215574A (en) * 2008-03-07 2009-09-24 Honda Motor Co Ltd Method for producing laminate
JP2010047825A (en) * 2008-08-25 2010-03-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Metal film forming method and aerospace structural member

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3613873A1 (en) * 2018-08-23 2020-02-26 Taichi Metal Material Technology Co., Ltd. Dynamically impacting method for simultaneously peening and film-forming on substrate as bombarded by metallic glass particles
TWI801646B (en) * 2018-08-23 2023-05-11 態金材料科技股份有限公司 Kinetic energy impact method and product thereof by bombarding metal glass particles on substrate and forming thin film at the same time

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012025983A (en) 2012-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4677050B1 (en) Film forming method and composite material formed by the method
Grigoriev et al. Cold spraying: From process fundamentals towards advanced applications
EP1916318B1 (en) Braze pre-placement using cold spray deposition
JP5809901B2 (en) Laminate and method for producing laminate
CN103459671A (en) Laminate, and method for producing laminate
EP1674596A1 (en) Laser enhancements of cold sprayed deposits
EP1666636A1 (en) Vacuum cold spray process
US9938624B2 (en) Method for enhancing bond strength through in-situ peening
TW200907087A (en) Sputtering target and method for production thereof
CN107709613B (en) Composite pipe and method for manufacturing composite pipe
KR102095138B1 (en) Laminate and method of manufacturing the laminate
JP2013139634A (en) Applying bond coat using cold spraying process and articles thereof
JP2006334563A (en) Coating method and coating apparatus
JP6744259B2 (en) Metal-ceramic substrate, metal-ceramic bonding structure, method for producing metal-ceramic bonding structure, and mixed powder material
JP2012153581A (en) Joining method of ceramic and aluminum
JP5905265B2 (en) High production efficiency amorphous sheet manufacturing method and manufacturing equipment
JP2013144832A (en) Amorphous sheet and method for producing the same
JP6014199B2 (en) Manufacturing method of laminate
Zhao et al. Feasibility Study of Brazing Aluminium Alloys Through Pre‐Deposition of a Braze Alloy by Cold Spray Process
JP2014136828A (en) Coating production method and coating
JP2013047359A (en) Method for forming film of metal product
US20140377469A1 (en) Method of surface coating by spraying particles using a cryogenic carrier fluid

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110125

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140204

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 4677050

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees