JP4892722B2 - Coating apparatus and processing method thereof - Google Patents

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本発明は、超音波等の音波エネルギーを利用し、様々な形状を持つ金属材料の表面に金属、金属化合物、セラミックスのコーティング膜を短い処理時間で形成させるための、また金属あるいはセラミックスの複合皮膜を形成させるためのコーティング装置と及びその処理方法に関するものである。   The present invention uses ultrasonic energy such as ultrasonic waves to form a metal, metal compound, or ceramic coating film on the surface of a metal material having various shapes in a short processing time, or a metal or ceramic composite film. The present invention relates to a coating apparatus and a processing method therefor.

従来、金属材料のコーティング法としては、電気めっき、スプレーコーティング、蒸着等があるが、適用できる材料の種類に限界がある。その主要因は、基板材料とコーティング材料との相性である。例えば、低融点の金属基板表面に、高融点物質を主体とする材料をコーティングすることは極めて困難である。また従来法では、コーティングを行う際のガス雰囲気や温度等の条件の制限も多く、レーザー照射、アーク発生、高真空などコストの比較的高い装置が必要となる。   Conventionally, as a coating method of a metal material, there are electroplating, spray coating, vapor deposition, and the like, but there are limits to the types of materials that can be applied. The main factor is the compatibility between the substrate material and the coating material. For example, it is extremely difficult to coat a material mainly composed of a high melting point substance on the surface of a low melting point metal substrate. In the conventional method, there are many restrictions on conditions such as gas atmosphere and temperature at the time of coating, and relatively expensive equipment such as laser irradiation, arc generation, and high vacuum is required.

また、従来、金属材料表面に新しい機能を付与するメカニカルコーティング法が報告されている(例えば、特許文献1参照)。これは、超音波を発生させるトランスデューサーと、トランスデューサーの振動を振動板に伝達する振動子と、振動子に取り付けられた振動板と、振動板と対向する処理面との空間を、少なくとも振動板の外周を含んで、シールするホルダーと、シールされた空間内を移動して処理対象に衝撃を与えるショット粒とからなる超音波ショットピーニング処理機を用いることによって、処理対象箇所に合金形成用の金属粉を供給し、処理対象の金属材料(母材)とは異なる組成の合金表面層を形成するというものである。しかしながら、特許文献1は、振動子を金属材料表面の上方に配置することが前提となり、金属材料の上面のコーティングを対象としている。よって、カバー(チャンバー)を共鳴させて、超音波振動エネルギーをショットの運動エネルギーに効率的に変換する概念が欠如している。すなわち、金属材料表面上に存在するボールに運動エネルギーを与える機構が存在しないため、一旦エネルギーを失ったボールはコーティングには関与せず、他のボールと材料表面との衝突を阻害する可能性が大きい。   Conventionally, a mechanical coating method for imparting a new function to a metal material surface has been reported (for example, see Patent Document 1). This is because at least vibration occurs in a space between a transducer that generates ultrasonic waves, a vibrator that transmits the vibration of the transducer to the diaphragm, a diaphragm attached to the vibrator, and a processing surface that faces the diaphragm. By using an ultrasonic shot peening machine consisting of a holder for sealing, including the outer periphery of the plate, and shot grains that move within the sealed space and impact the processing target, it is used for alloy formation at the processing target In this case, an alloy surface layer having a composition different from that of the metal material (base material) to be processed is formed. However, Patent Document 1 is based on the premise that the vibrator is disposed above the surface of the metal material, and is directed to coating the upper surface of the metal material. Therefore, the concept of efficiently converting ultrasonic vibration energy into shot kinetic energy by resonating the cover (chamber) is lacking. In other words, there is no mechanism that gives kinetic energy to the ball existing on the surface of the metal material, so that once the energy is lost, the ball does not participate in the coating, and may interfere with the collision between another ball and the material surface. large.

その他にも、ステンレスボールと金属粉末と対象物をステンレスポット内に収納した後、同ステンレスポットをボールミル架台上で回転させ、対象物の表面に金属粉末を拡散させるメカニカルアロイング処理を行った後、熱処理を行って対象物の表面に金属粉末のコーティング層を形成することを特徴とするメカニカルアロイング法による金属粉末のコーティング方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。しかしながら、特許文献2では、対象物とボールがマクロ的に同じような運動をするために衝突速度の上昇が難しい、対象物がポット内部以下のサイズに限られるなどの制限がある。   In addition, after the stainless steel ball, metal powder, and the object are stored in the stainless steel pot, the stainless steel pot is rotated on the ball mill base and mechanical alloying treatment is performed to diffuse the metal powder on the surface of the object. There has been proposed a metal powder coating method by a mechanical alloying method, characterized in that a metal powder coating layer is formed on the surface of an object by heat treatment (see, for example, Patent Document 2). However, in Patent Document 2, there is a limitation that it is difficult to increase the collision speed because the object and the ball move in a macro manner, and the object is limited to a size within the pot.

特開2004−169100号公報JP 2004-169100 A 特開平5−345901号公報JP-A-5-345901

本発明の目的は、超音波等の音波エネルギーを利用し、様々な形状を持つ金属材料の表面に金属、金属化合物、セラミックスのコーティング膜を短い処理時間で形成させるための、また金属あるいはセラミックスの複合皮膜を形成させるためのコーティング装置とその処理方法を提供することにある。   An object of the present invention is to use ultrasonic energy such as ultrasonic waves to form a coating film of metal, a metal compound, or a ceramic on a surface of a metal material having various shapes in a short processing time. An object of the present invention is to provide a coating apparatus and a processing method for forming a composite film.

本発明によれば、周波数自動調整機能をもつ発振機と超音波を発生するトランスデューサーと、該トランスデューサーの振動を伝達する振動子と、筒状の共鳴チャンバーと、該共鳴チャンバーに対して蓋状に配置されるか共鳴チャンバー内に配置されるコーティング対象金属材料と、から構成され、前記共鳴チャンバー内には金属あるいはセラミックス製のボールと、金属あるいはセラミックスの粉体が装入され、少なくとも前記ボールと粉体とが装入された状態における負荷時の共鳴周波数に調整した高周波の音波あるいは超音波を作用させることにより共鳴チャンバーを振動させ、前記ボールと前記粉体が前記コーティング対象金属材料に衝突することによりコーティングが実施されるようになっており、前記負荷時の共鳴周波数fは、少なくとも前記ボールと粉体とが装入されていない状態における無負荷時の共鳴周波数fとの関係を表す近似式(1)式に基づいて計算される周波数であることを特徴とするコーティング装置。
ここで,Mは共鳴チャンバーの重量、Mは共鳴チャンバーに入れたボールと粉体の総重量、G振動子の総括剛性値(N/m)である。
According to the present invention, an oscillator having an automatic frequency adjustment function, a transducer for generating ultrasonic waves, a vibrator for transmitting the vibration of the transducer, a cylindrical resonance chamber, and a lid for the resonance chamber and be coated metallic material disposed or resonance chamber is arranged Jo, consists, a ball made of metal or ceramics in the resonance chamber, the powder of metal or ceramics is charged, at least the A resonance chamber is vibrated by applying a high-frequency sound wave or an ultrasonic wave adjusted to a resonance frequency f under load in a state where the ball and the powder are loaded, and the ball and the powder are the metal material to be coated. are adapted to the coating is carried out by impinging on, the resonance frequency f when the load Coating apparatus which is a frequency calculated based on at least the ball and approximation formula powder and representing the relationship between the resonance frequency f 0 at the time of no load in a state of not being charged (1) .
Here, M C is the weight of the resonance chamber, M B is the total weight of the ball and the powder was placed in a resonance chamber, G S is overall rigidity of the oscillator (N / m).

また、本発明によれば、前記共鳴チャンバーの高さh寸法が、次の式(2)を満足することを特徴とするコーティング装置が得られる。
ここで,Cは共鳴チャンバーを構成する材料中の音速(m/s)である。
In addition, according to the present invention, there is obtained a coating apparatus in which the height h dimension of the resonance chamber satisfies the following formula (2).
Here, C is the speed of sound (m / s) in the material constituting the resonance chamber.

また、本発明によれば、共鳴チャンバー内に金属あるいはセラミックス製のボールと金属あるいはセラミックスの粉体を装入するとともに、金属あるいはセラミックスの粉体を全面もしくはパターニングによりプレコートコーティングした対象金属材料を、前記共鳴チャンバー内または前記共鳴チャンバー内を臨むように配置し、少なくとも前記ボールと粉体とが装入された状態における負荷時の共鳴周波数に調整した高周波の音波あるいは超音波を作用させることにより共鳴チャンバーに振動を与え、前記ボールと前記粉体とを前記コーティング対象金属材料に衝突させることによりコーティングが実施されるようになっており、前記負荷時の共鳴周波数fは、少なくとも前記ボールと粉体とが装入されていない状態における無負荷時の共鳴周波数fとの関係を表す近似式(1)式に基づいて計算される周波数であることを特徴とするコーティング処理方法。
ここで,Mは共鳴チャンバーの重量、Mは共鳴チャンバーに入れたボールと粉体の総重量、G振動子の総括剛性値(N/m)である。
In addition, according to the present invention, a metal or ceramic ball and metal or ceramic powder are placed in the resonance chamber, and the target metal material precoated by coating the entire surface of the metal or ceramic powder or by patterning, By placing the resonance chamber or the resonance chamber so as to face the surface, by applying a high-frequency sound wave or an ultrasonic wave adjusted to the resonance frequency f at the time of loading in a state where at least the ball and the powder are loaded. Coating is performed by applying vibration to a resonance chamber and causing the ball and the powder to collide with the metal material to be coated. The resonance frequency f under load is at least the ball and the powder. body and is at no load in a state that has not been charged Coating treatment method which is a frequency calculated based on the approximate expression (1) representing the relationship between the frequency f 0 tinnitus.
Here, M C is the weight of the resonance chamber, M B is the total weight of the ball and the powder was placed in a resonance chamber, G S is overall rigidity of the oscillator (N / m).

また、本発明によれば、前記粉末として磁性体粉末、もしくは非磁性体粉末と磁性体粉末との混合粉末を利用してコーティング処理が実施されることを特徴とする請求項1に記載のコーティング装置が得られる。 Further, according to the present invention, as the powder, according to claim 1, characterized in that the coating process using a mixed powder of magnetic powder or nonmagnetic powder and the magnetic powder, is performed A coating device is obtained.

また、本発明によれば、前記粉末として磁性体粉末、もしくは非磁性体粉末と磁性体粉末との混合粉末を利用してコーティング処理が実施されることを特徴とする請求項3に記載のコーティング方法が得られる。 Further, according to the present invention, as the powder, according to claim 3, characterized in that magnetic powder or coating process using a mixed powder of non-magnetic powder and the magnetic powder is carried out A coating method is obtained.

本発明により、以下の効果が得られる。
1)常温、常圧での異種材料コーティング
2)短時間コーティング
3)パターン化コーティング
4)様々な形状の対象物コーティング
5)コーティング剤と材料表面との高い密着性、接着性
6)コーティング厚さの増加
7)材料表面への(圧縮)残留応力付加、加工効果
8)ナノ・ミクロ構造形成の容易化
According to the present invention, the following effects can be obtained.
1) Dissimilar material coating at normal temperature and normal pressure 2) Short-time coating 3) Patterned coating 4) Object coating of various shapes 5) High adhesion between coating agent and material surface, Adhesion 6) Coating thickness 7) Addition of (compressive) residual stress to material surface, processing effect 8) Facilitation of nano / micro structure formation

また、本発明は以下の具体的特徴を有するものである。
1.ボールと共鳴チャンバー内壁間の激しい衝突により,基板表面に金属あるいはセラミックス粉体が打ち込まれ、基板および粉体表面の酸化膜が破壊し、新表面間の拡散接合を促進する。よって、Al,Ti等のような酸化されやすい金属基板のコーティングや複合化が可能である。
2.ボールと共鳴チャンバー内壁間あるいはボール同士の激しい衝突により、粉体に瞬間的に大きな応力を与えることが可能であるため、粉体の破砕、変形が進行し、粉体の超微細化、非結晶化、歪エネルギー蓄積による活性化が進行する。よって、ナノあるいはミクロ構造を持つ極めて強固なコーティング層あるいは複合層の形成、金属間化合物、酸化物、炭化物、窒化物の生成等が促進される。
In addition, the present invention has the following specific features.
1. Due to the violent collision between the ball and the inner wall of the resonance chamber, metal or ceramic powder is driven into the substrate surface, and the oxide film on the substrate and the powder surface is destroyed, facilitating diffusion bonding between the new surfaces. Therefore, it is possible to coat or compound a metal substrate that is easily oxidized, such as Al and Ti.
2. Due to the intense collision between the ball and the inner wall of the resonance chamber or between the balls, it is possible to momentarily apply a large stress to the powder, which causes the powder to be crushed and deformed, resulting in ultra-fine and non-crystallized powder. And activation by strain energy accumulation proceeds. Therefore, formation of an extremely strong coating layer or composite layer having a nano or micro structure, generation of intermetallic compounds, oxides, carbides, nitrides, and the like are promoted.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図2には、本発明を実施した際に使用した装置の一例として、板状金属材料表面のパターンコーティング用装置の基本的構成を示す。100個のステンレスボール(1、直径3mm)とチタン粉末0.5 g(図中2)を,内径32mm,高さ56mm,肉厚1.5mmの円筒形チタン製共鳴チャンバー(3)に投入する。チャンバーはネジ込み継手により,磁歪式超音波振動子の振動ロッド先端に固定されている。多孔質の柔らかい材料(発泡ゴムなど)からなる保護リング(4)を,容器上部に取り付ける。このリングは,運転時に容器外にボールが排出されないようにし、また外部からのガス供給を可能にするためのものである。線状のあるパターンで有機接着剤をプレコートしたアルミ平板(5)を保護リング上に置き,図2に示すように負荷(6)を上からかける。共鳴チャンバーと平板は,アルゴンガスに満たされた箱型容器中に置かれている、あるいは図1に示すように共鳴チャンバー内へ吹き込む。振動子には発信器より電気入力1kW,周波数21750Hzの超音波を10分間照射する。この周波数は共鳴チャンバーの共鳴周波数の1つと一致している。コーティング処理後に得られた表面の拡大写真を図5に示す。本装置は、上述のように、磁場を適用した板状の金属材料の表面コーティングにも利用できるものである。その場合、たとえば、負荷(6)の代わりに、処理対象表面の上に永久磁石を置くか、あるいは処理途中に負荷と磁石を交換して処理を行う。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 shows a basic configuration of an apparatus for pattern coating on the surface of a plate-shaped metal material as an example of an apparatus used when the present invention is implemented. 100 stainless balls (1, 3 mm in diameter) and 0.5 g of titanium powder (2 in the figure) are put into a cylindrical titanium resonance chamber (3) with an inner diameter of 32 mm, a height of 56 mm, and a wall thickness of 1.5 mm. The chamber is fixed to the tip of the vibrating rod of the magnetostrictive ultrasonic transducer by a screwed joint. Attach a protective ring (4) made of porous soft material (foam rubber, etc.) to the top of the container. This ring is intended to prevent the balls from being discharged outside the container during operation and to allow gas supply from the outside. Place the aluminum flat plate (5) pre-coated with organic adhesive in a linear pattern on the protective ring and apply the load (6) from above as shown in Fig.2. The resonance chamber and the flat plate are placed in a box-shaped container filled with argon gas, or blown into the resonance chamber as shown in FIG. The transducer is irradiated with ultrasonic waves with an electrical input of 1kW and a frequency of 21750Hz for 10 minutes. This frequency coincides with one of the resonance frequencies of the resonance chamber. An enlarged photograph of the surface obtained after the coating treatment is shown in FIG. As described above, this apparatus can also be used for surface coating of a plate-like metal material to which a magnetic field is applied. In that case, for example, instead of the load (6), a permanent magnet is placed on the surface to be processed, or the load and the magnet are exchanged during the processing.

球形、棒状、直方体などのバルク形状を持つ材料の表面をコーティングするには、上述のとおり、共鳴チャンバーのサイズを材料形状に合わせたものとすると共に、図2と図3に示すように、上端を閉蓋し、蓋下端部(6)に固定した連結棒によってコーティング対象材料(5)を共鳴チャンバー内部に吊り下げて、チャンバーの共鳴振動が発生するように、周波数を調整し、コーティング処理を行う   In order to coat the surface of a material having a bulk shape such as a sphere, a rod, or a rectangular parallelepiped, the size of the resonance chamber is adjusted to the material shape as described above, and the upper end is formed as shown in FIGS. Close the lid, suspend the material to be coated (5) inside the resonance chamber with the connecting rod fixed to the lower end of the lid (6), adjust the frequency so that resonance vibration of the chamber occurs, and apply the coating treatment. Do

コーティング処理後の金属材料から試験片を切り出し、適切な条件でアニーリングを行った後、表面硬度、摩耗性、耐食性を評価すると共に、表面層の厚さとコーティング層の成分をSEM観察及びEPMA面分析により測定した。それらの結果を処理条件とともに、表1に示す。表1から分かるように、アルミニウム板をチタン粉末を使用して15分間、超音波コーティング処理したケース(実施例3、表面予備処理なし)では、34%の皮膜生成率にもかかわらず、比較例1に比べて3倍以上の表面硬度が得られた。これは、チタン皮膜の形成以外にステンレスボールが繰り返し衝突したことによる加工効果にも起因した結果である。   A specimen is cut out from the metal material after coating, annealed under appropriate conditions, and then evaluated for surface hardness, wear resistance, and corrosion resistance, as well as SEM observation and EPMA surface analysis of the surface layer thickness and coating layer components. It was measured by. The results are shown in Table 1 together with the processing conditions. As can be seen from Table 1, in the case where the aluminum plate was subjected to ultrasonic coating treatment using titanium powder for 15 minutes (Example 3, no surface pretreatment), the comparative example despite the film formation rate of 34% Compared to 1, a surface hardness of 3 times or more was obtained. This is a result attributed to the processing effect due to repeated collision of the stainless balls other than the formation of the titanium film.

また、アルミニウム板表面をエチルアセテートに懸濁させたチタン粉末でプレコーティングして10分間処理したケース(実施例4)では、皮膜生成率および厚さが顕著に増加した。これにより、表面硬度は7.5倍、摩耗性は40%、耐食性は80倍に向上した。   In the case where the aluminum plate surface was pre-coated with titanium powder suspended in ethyl acetate and treated for 10 minutes (Example 4), the film formation rate and the thickness were remarkably increased. As a result, the surface hardness was improved by 7.5 times, the wear resistance was improved by 40%, and the corrosion resistance was improved by 80 times.

また、チタン粉末によるアルミニウム板表面へのプレコーティングのパターン化(実施例5)は以下のように行った。アルミニウム板表面に縞状に穴をあけたプラスチックフィルムを置き、グリースを塗る。その後、プラスチックフィルムを取ると、アルミニウム板表面には縞状にグリースが塗られたパターンが残る。この状態で実施例3と同様に、チタン粉末による超音波コーティングを行う。これにより、図5に示すように、約70%の表面のみが縞状にチタン粉末でコーティングされた。この場合もチタン粉末でコーティングされた表面は母材に比較して5.6倍の硬度を示した。   Moreover, patterning of the pre-coating on the aluminum plate surface with titanium powder (Example 5) was performed as follows. Place a plastic film with holes on the surface of the aluminum plate and apply grease. Thereafter, when the plastic film is taken, a pattern in which grease is applied in stripes remains on the surface of the aluminum plate. In this state, as in Example 3, ultrasonic coating with titanium powder is performed. As a result, as shown in FIG. 5, only about 70% of the surface was coated with the titanium powder in a stripe pattern. Again, the surface coated with titanium powder was 5.6 times as hard as the base metal.

実施例6は、アルミニウム板を母材として、その上方より永久磁石にて磁場を印加しながらニッケルとタングステンの混合粉を超音波コーティング処理したケースである。この場合のボールの材質はジルコニアとした。コーティング処理は、強磁性体であるニッケル粉とタングステンの複合化を促進するため、まず磁場の印加なし2分間行い、その後、磁場を印加しながらさらに4分間コーティング処理を継続した。これにより、アルミニウム板表面のほぼ全体にニッケルとタングステンの複合皮膜が形成した。これにより、硬度および磨耗性が顕著に向上した。   Example 6 is a case where an aluminum plate is used as a base material and a mixed powder of nickel and tungsten is subjected to ultrasonic coating while applying a magnetic field from above with a permanent magnet. The ball material in this case was zirconia. The coating process was performed for 2 minutes without applying a magnetic field in order to promote the formation of a composite of ferromagnetic nickel powder and tungsten, and then the coating process was continued for another 4 minutes while applying the magnetic field. As a result, a composite film of nickel and tungsten was formed on almost the entire surface of the aluminum plate. As a result, the hardness and wear properties were significantly improved.

実施例7は、鋼材表面を実施例5と同様の方法でジルコニアカーバイド粉によりパターン化プレコーティングした後、20分間、超音波コーティングしたケースである。これにより、平均9μm厚のコーティング層が形成し、コーティングされた部分では、硬度が9倍、磨耗性が50%向上した。   Example 7 is a case in which the steel surface was subjected to ultrasonic precoating for 20 minutes after patterning pre-coating with zirconia carbide powder in the same manner as in Example 5. As a result, a coating layer having an average thickness of 9 μm was formed, and in the coated portion, the hardness was increased by 9 times and the wear resistance was improved by 50%.

実施例8は、1辺が2 cmの立方体鋼材を、実施例4と同様の方法でニッケル、クロム、アルミニウムの混合粉により全面プレコーティングした後、20分間の超音波コーティング処理を行ったケースである。コーティング処理装置は図3に示したものを用いた。平均層厚15μmのニッケル、クロム、アルミニウムの複合皮膜が90%の比率で形成し、硬度と耐食性はそれぞれ、2.8倍および27倍向上した。   Example 8 is a case in which a cubic steel material having a side of 2 cm is pre-coated with a mixed powder of nickel, chromium and aluminum in the same manner as in Example 4 and then subjected to ultrasonic coating treatment for 20 minutes. is there. The coating apparatus shown in FIG. 3 was used. A composite film of nickel, chromium, and aluminum with an average layer thickness of 15 μm was formed at a ratio of 90%, and the hardness and corrosion resistance were improved by 2.8 times and 27 times, respectively.

実施例9は、直径10 mm、高さ30 mmの円柱形鋼材を、実施例4と同様の方法でチタンカーバイド粉末により全面プレコーティングした後、10分間の超音波コーティング処理を行ったケースである。コーティング処理装置は図4に示したものを用いた。チタンカーバイドのコーティング層厚は平均7.4μmで、硬度と耐食性はそれぞれ、4.4倍および17倍向上した。   Example 9 is a case where a cylindrical steel material having a diameter of 10 mm and a height of 30 mm was pre-coated with titanium carbide powder in the same manner as in Example 4 and then subjected to ultrasonic coating treatment for 10 minutes. . The coating apparatus shown in FIG. 4 was used. The coating thickness of titanium carbide averaged 7.4μm, and the hardness and corrosion resistance were improved by 4.4 times and 17 times, respectively.

コーティング装置外観。Appearance of coating equipment. 板状材料用コーティング装置の共鳴チャンバー断面図。The resonance chamber sectional drawing of the coating apparatus for plate-shaped materials. バルク材料コーティング装置の共鳴チャンバー断面図。The resonance chamber sectional drawing of a bulk material coating apparatus. 棒状、長形材料コーティング装置の共鳴チャンバー断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of a resonance chamber of a rod-shaped and long material coating apparatus. パターンコーティングの実施例。Example of pattern coating.

符号の説明Explanation of symbols

1 トランスデューサー
2 振動子(磁歪式超音波振動子)
3 共鳴チャンバー
4 板状コーティング対象材料
5 負荷
11 金属あるいはセラミックスボール
12 コーティング粉体
13 共鳴チャンバー
14 保護リング
15 コーティング対象材料
16 負荷(カバー)
1 transducer 2 transducer (magnetostrictive ultrasonic transducer)
3 Resonant chamber 4 Plate-like material to be coated 5 Load 11 Metal or ceramic ball 12 Coating powder 13 Resonant chamber 14 Protective ring 15 Material to be coated 16 Load (cover)

Claims (5)

周波数自動調整機能をもつ発振機と超音波を発生するトランスデューサーと、該トランスデューサーの振動を伝達する振動子と、筒状の共鳴チャンバーと、該共鳴チャンバーに対して蓋状に配置されるか共鳴チャンバー内に配置されるコーティング対象金属材料と、から構成され、前記共鳴チャンバー内には金属あるいはセラミックス製のボールと、金属あるいはセラミックスの粉体が装入され、少なくとも前記ボールと粉体とが装入された状態における負荷時の共鳴周波数に調整した高周波の音波あるいは超音波を作用させることにより共鳴チャンバーを振動させ、前記ボールと前記粉体が前記コーティング対象金属材料に衝突することによりコーティングが実施されるようになっており、前記負荷時の共鳴周波数fは、少なくとも前記ボールと粉体とが装入されていない状態における無負荷時の共鳴周波数fとの関係を表す近似式(1)式に基づいて計算される周波数であることを特徴とするコーティング装置。
ここで,Mは共鳴チャンバーの重量、Mは共鳴チャンバーに入れたボールと粉体の総重量、G振動子の総括剛性値(N/m)である。
An oscillator having an automatic frequency adjustment function, a transducer that generates ultrasonic waves, a vibrator that transmits vibrations of the transducer, a cylindrical resonance chamber, and whether the resonator chamber is disposed in a lid shape A metal material to be coated disposed in a resonance chamber, and a metal or ceramic ball and a metal or ceramic powder are placed in the resonance chamber, and at least the ball and the powder are The resonant chamber is vibrated by applying a high-frequency sound wave or ultrasonic wave adjusted to the resonance frequency f when loaded in the loaded state , and the ball and the powder collide with the metal material to be coated. There is adapted to be performed, the resonance frequency f when the load is at least the Coating apparatus characterized by and a Lumpur and the powder is a frequency calculated based on the approximate expression (1) representing the relationship between the resonance frequency f 0 at the time of no load in a state of not being charged.
Here, M C is the weight of the resonance chamber, M B is the total weight of the ball and the powder was placed in a resonance chamber, G S is overall rigidity of the oscillator (N / m).
前記共鳴チャンバーの高さh寸法が、次の式(2)を満足することを特徴とする請求項1に記載のコーティング装置。
ここで,Cは共鳴チャンバーを構成する材料中の音速(m/s)である。
The coating apparatus according to claim 1, wherein a height h dimension of the resonance chamber satisfies the following formula (2).
Here, C is the speed of sound (m / s) in the material constituting the resonance chamber.
共鳴チャンバー内に金属あるいはセラミックス製のボールと金属あるいはセラミックスの粉体を装入するとともに、金属あるいはセラミックスの粉体を全面もしくはパターニングによりプレコートコーティングした対象金属材料を、前記共鳴チャンバー内または前記共鳴チャンバー内を臨むように配置し、少なくとも前記ボールと粉体とが装入された状態における負荷時の共鳴周波数に調整した高周波の音波あるいは超音波を作用させることにより共鳴チャンバーに振動を与え、前記ボールと前記粉体とを前記コーティング対象金属材料に衝突させることによりコーティングが実施されるようになっており、前記負荷時の共鳴周波数fは、少なくとも前記ボールと粉体とが装入されていない状態における無負荷時の共鳴周波数fとの関係を表す近似式(1)式に基づいて計算される周波数であることを特徴とするコーティング処理方法。
ここで,Mは共鳴チャンバーの重量、Mは共鳴チャンバーに入れたボールと粉体の総重量、G振動子の総括剛性値(N/m)である。
A metal or ceramic ball and metal or ceramic powder are placed in the resonance chamber, and the target metal material pre-coated with metal or ceramic powder by patterning is placed in the resonance chamber or the resonance chamber. The resonance chamber is vibrated by applying a high-frequency sound wave or an ultrasonic wave adjusted to the resonance frequency f at the time of loading in a state where at least the ball and the powder are loaded. Coating is performed by causing the ball and the powder to collide with the metal material to be coated, and the resonance frequency f at the time of loading is at least that the ball and the powder are not charged. the relationship between the resonance frequency f 0 at the time of no load in the state A coating processing method characterized in that the frequency is calculated based on the approximate expression (1) representing:
Here, M C is the weight of the resonance chamber, M B is the total weight of the ball and the powder was placed in a resonance chamber, G S is overall rigidity of the oscillator (N / m).
前記粉末として、磁性体粉末、もしくは非磁性体粉末と磁性体粉末との混合粉末を利用してコーティング処理が実施されることを特徴とする請求項1に記載のコーティング装置。   The coating apparatus according to claim 1, wherein the coating process is performed using a magnetic powder or a mixed powder of a non-magnetic powder and a magnetic powder as the powder. 前記粉末として、磁性体粉末、もしくは非磁性体粉末と磁性体粉末との混合粉末を利用してコーティング処理が実施されることを特徴とする請求項3に記載のコーティング処理方法。   The coating treatment method according to claim 3, wherein the coating treatment is performed using a magnetic powder or a mixed powder of a non-magnetic powder and a magnetic powder as the powder.
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