JP5105349B2 - コーティング方法。 - Google Patents

Description

本発明は、被処理物の表面に、粒子を付着させるコーティング方法に関する。

被処理物の表面に各種の機能を持つ酸化物結晶体を付着する方法としては、接着剤を介在したり、ペイント状にして塗布するなどが行われていたが、これらは、結果的には接着剤などに結晶体が覆われ、その表面での機能を阻害する結果と招いていた。
特に、触媒などは、結晶体の粒子をより小さくすることがその機能を効率よく発揮させることになるが、上記のような従来方法では、接着剤中に多くが埋没して機能不全を生じる問題があった。
さらに、酸化物結晶体のみでは、その機能を十分に発揮できなかったり、その機能をさらに別の機能に添加する為には、結晶周辺に金属を配置することがの望まれるが、従来のコーティング方法では、両者を重ねて配置する事は可能であったが、両者を混在させて配置することが不可能であった。

本発明は、このような実情に鑑み、微小な酸化物結晶体とその機能を補助する金属とを混在させた層を形成するコーティング方を提供することを目的とする。

発明１のコーティング方法は、結晶粒径が８０ｎｍ以下の無機酸化物微細結晶の微粒子を、前記無機酸化物微細結晶の相転移温度未満の温度に加熱して超音速で被処理物に吹き付け付着させるコーティング方法であって、前記無機酸化物微細結晶の微粒子を、粒径が１０μｍ未満の金属粒子と混合集合して混合粒子を造粒する工程と、
前記無機酸化物微細結晶の微粒子と共に金属粒子及び前記混合粒子を吹き付ける工程と、を有することを特徴とする。

発明２は、発明１のコーティング方法において、前記混合粒子が、有機化合物からなる糊剤により前記無機酸化物微細結晶の微粒子及び前記金属粒子を相互に集合固化されたものであり、吹き付け時の加熱温度がこの糊剤の昇華又は気化温度以上であることを特徴とするコーティング方法。

発明１の方法は、ウオームスプレー法に属するものであり、この方法では、吹き付け可能な粒子の粒径の最小値が限定されており、その最小値を超えると超音速での吹き付けは不可能とされていた。
しかし、本発明によりその最小限度の限界を超えてサブミクロン以下の微小粒子も被処理物に吹き付け付着させることができるようになった。
さらに、この微小粒子が無機酸化物微細結晶であるので、それが発揮する蛍光、触媒などの様々な機能を損なうことなくコーティングすることができた。
また、同時に金属粒子もふきつけることができるので、前記結晶の機能発現や発現した機能を補助する目的で結晶近くに金属を配置することが同時に行えるようになった。
つまり、本発明によって、非処理物表面に無機酸化物微細結晶が有する機能とその機能の発現やその利用に有効な金属の配置を同時に達成できるコーティング法が実現できたことになる。
特に、金属と微細結晶とがナノレベルで混在しながらも、その純度を吹き付け前と同様に維持している点は、今後の機能性無機材料層の設計を容易にする利点がある。

図１は、本発明の実施に使用したウオームスプレー用ガンの概要であって、燃料と酸素とを燃焼室（１）に圧入する燃料供給口（２）と酸素供給口（３）を有し、その燃焼室（１）の出口であるノズル（４）近くには、前記燃焼室（１）に不活性ガスを供給する口（５）を設けてある。このようにして、前記不活性ガスの圧入の増減に反比例して、前記酸素と燃料の供給量を増減し、前記ノズル（４）からのガス噴出スピードを余り変動しないようにしながら、その温度を４×１０^２〜２５×１０^２℃の範囲で調整できるようにしてある。
また、前記ノズル（４）の出口には筒状のバレル（６）が同心状に連結してあり、このノズル側端部近くに、粒子を投入する投入口（７）が設けてある。

上記装置を用いて各種材料をコーティングした例を表１、表２に示す。
図２は、実験Ｎｏ．２に関する拡大写真である。
他の実験例においても同様な外観を呈するので、それを示す写真は省略した。
なお、糊剤としては、ＰＶＡに限らず、アクリル系、ポリエステル系、ポリウレタン系などの従来一般に知られた糊剤を使用することが出来る。また、デンプン質からなる天然又は半合成の糊剤の使用も可能である。
また、微細結晶と金属との組み合わせは、何ら制限がない。

下表は、結晶粒径２０ｎｍのＴｉＯ_２と結晶粒径８０ｎｍのＦｅ_２Ｏ_３と粒径１０μｍ未満のＺｎとを質量比にて５：５：４として混合し造粒して、同比５：５：２の比率となった粒子径２５μｍ〜９０μｍを抽出し、ＳＵＳ３１６Ｌ基材に図１に示す装置にて、温度、速度、距離を変えて吹き付けた実験例を示す。

原料粉末はＺｎ主体、酸化物とＺｎの混合物、酸化物主体の３種類からなる造粒粉となった（図２）。
堆積した粒子は、これらの３種類の粒子がそれぞれに衝突して堆積したものであった（図３〜７）。酸化物についてはジェット温度が低下するにつれ、そのまま堆積（図３）、一部脱落（図４）、飛散（図５）へと堆積挙動が変化していく傾向が観察された。また、Ｚｎについては、温度が低いと円盤状（図６）、高いと飛沫状（図７）になる様子が観察された。なお、これらの現象は、それぞれに傾向的なものであり、他の吹き付け温度においても微視的には生じている可能性を否定するものではない。
酸化物については、どれも機能的には変わらないが、堆積効率の観点からは図３に示すものが、脱落や飛散せずに堆積するので、粒子１個当たりの堆積量が増加し、結果としてコーティングを作製した際の堆積効率が向上する。
また、Ｚｎについては基材への衝突に際し飛沫状になり、酸化物の間に分散することとなるので、酸化物とより均質に混ざると考えられる。

コーティングの物理的・化学的性質
同じＳｐｒａｙ条件において作製した酸化物のみのコーティングに比べて、Ｚｎを添加した場合にはその膜厚が増加した。元素マッピングの結果から、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｚｎが均一に分布していることが分かる（図８〜１１）。Ｚｎは塑性変形するために、酸化物が堆積しやすくなり、堆積効率が向上したものと考えられる。また、反射電子像中に輝度の高い部分が点在しており（図１１）、Ｚｎのマッピングにおける高濃度な位置と一致していることから、原料粉末中のＺｎ主体の部分が残存したものと推測される。
ＸＲＤパターン上では、ＴｉＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３に加え、金属Ｚｎに帰属する回折線が観測された。

上記のことより、Ｚｎは導電率の向上、Ｚｎは仕事関数が低いためオーミックコンタクトの成立、及びＺｎは犠牲陽極作用を有してカソード防食作用の補佐として有効である。
なお、カソード防食の面からは、Ｚｎが主で酸化物がそれを補佐することになる可能性も否定できない。

本発明のコーティング方法は、構造用鋼防食（鋼製橋脚、原子力用炉心格納容器内壁など）、太陽エネルギー変換・備蓄デバイス（ソーラーパネルなど）、大気汚染物質浄化（高速道路ガードレールなど）等において機能性材料の被処理物へのコーティングに有効に用いられるものである。

本方法に用いスプレー装置の構造を示す概略図 実験Ｎｏ．２で使用した粒子の顕微鏡写真 ジェット温度１０６７℃にて多く観察される堆積粒子の光学顕微鏡写真 ジェット温度９１７℃にて多く観察される堆積粒子の光学顕微鏡写真 ジェット温度５１７℃にて多く観察される堆積粒子の光学顕微鏡写真 ジェット温度５１７℃にて多く観察されるＺｎの堆積状態を示す光学顕微鏡写真 ジェット温度９１７℃以上にて多く観察されるＺｎの堆積状態を示す光学顕微鏡写真 コーティング表面のＴｉのＥＤＳマッピング コーティング表面のＦｅのＥＤＳマッピング コーティング表面のＺｎのＥＤＳマッピング コーティング表面の反射電子像

符号の説明

（１）燃焼室
（２）燃料供給口
（３）酸素供給口
（４）ノズル
（５）不活性ガス供給口
（６）バレル
（７）粒子投入口
（８）被処理物

Claims (2)

1. 結晶粒径が８０ｎｍ以下の無機酸化物微細結晶の微粒子を、前記無機酸化物微細結晶の相転移温度未満の温度に加熱して超音速で被処理物に吹き付け付着させるコーティング方法であって、
   前記無機酸化物微細結晶の微粒子を、粒径が１０μｍ未満の金属粒子と混合集合して混合粒子を造粒する工程と、
   前記無機酸化物微細結晶の微粒子と共に金属粒子及び前記混合粒子を吹き付ける工程と、を有することを特徴とするコーティング方法。
2. 請求項１に記載のコーティング方法において、前記混合粒子が、有機化合物からなる糊剤により前記無機酸化物微細結晶の微粒子及び前記金属粒子を相互に集合固化されたものであり、吹き付け時の加熱温度がこの糊剤の昇華又は気化温度以上であることを特徴とするコーティング方法。