JP5576540B2 - Fine powder ceramics impact sintering coating method - Google Patents

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本発明は耐熱性、伝熱性、電気的絶縁性、耐食性などの機能を有するセラミックス皮膜と微粉末を用いた衝撃焼結被覆法に関するものである。   The present invention relates to an impact sintering coating method using a ceramic film and fine powder having functions such as heat resistance, heat transfer, electrical insulation, and corrosion resistance.

金属・合金、セラミックスは温度が変化することにより変態し特性が変わる。処理温度が高い表面改質プロセスにおいて、常温での材料特性が高温処理によって変態し別の特性に変わる。特に従来の溶射プロセスでは電気式溶射法のプラズマ溶射では4000℃から30000℃、ガス式溶射法2200℃から3400℃でその温度以下で制御して溶射することは困難である。材料が変態しない低温度で精度良く制御して、皮膜構成を変化させて被覆する方法が強く望まれている。また、溶射用粉末10μm以下、特に5μm以下では、通常の粉末供給装置では、間欠的に供給されたり、ブリッジを起こし、通路に詰まったりして、安定して供給ができない。   Metals / alloys and ceramics change their properties due to changes in temperature. In a surface modification process where the treatment temperature is high, the material properties at room temperature are transformed by the high temperature treatment and changed to other properties. In particular, in the conventional thermal spraying process, it is difficult to perform thermal spraying at a temperature below 4000 ° C to 30000 ° C and gas thermal spraying method 2200 ° C to 3400 ° C in plasma spraying by electric spraying. There is a strong demand for a method in which coating is performed by changing the coating composition by controlling accurately at a low temperature at which the material does not transform. In addition, when the thermal spraying powder is 10 μm or less, particularly 5 μm or less, a normal powder supply apparatus cannot be stably supplied because it is intermittently supplied or causes a bridge and clogs the passage.

特開平10−60617 フレーム温度2200から3400℃、内部から粉末を供給Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-60617 Flame temperature 2200 to 3400 ° C, powder supplied from inside 特開2006−108178 Al2O3粒子プラズマ溶射未溶融のままJP 2006-108178 Al2O3 particle plasma sprayed unmelted 特開2006−104496 プラズマ溶射法、超高速フレーム溶射法による皮膜における溶融粒子の扁平比率Flat ratio of molten particles in coating by plasma spraying method and ultra-high speed flame spraying method 特開2005−2446 スラリー状微粉末供給方法及び装置Patent application title: Method and apparatus for supplying slurry fine powder

被覆プロセス
Ar+水素、Ar+窒素、He+水素などの作動ガスを用いる従来のプラズマ溶射はフレーム中心温度が5000℃から30000℃にもなる。一方燃料と酸素を用いる従来のフレーム溶射において、酸素/灯油、空気/灯油、酸素/水素、酸素/プロピレン、酸素/プロパン、酸素/エチレン、酸素/アセチレン、酸素/天然ガスのいずれかの混合ガスを用いて燃焼させ熱を発生させる。フレーム溶射温度は2200℃から3400℃になり、連続燃焼反応であるので、それ以下の温度に制御するのは非常に困難である。
Coating process
Conventional plasma spraying using working gases such as Ar + hydrogen, Ar + nitrogen, and He + hydrogen has a flame center temperature of 5000 ° C to 30000 ° C. On the other hand, in conventional flame spraying using fuel and oxygen, oxygen / kerosene, air / kerosene, oxygen / hydrogen, oxygen / propylene, oxygen / propane, oxygen / ethylene, oxygen / acetylene, oxygen / natural gas mixed gas To generate heat. The flame spraying temperature is 2200 ° C to 3400 ° C, and is a continuous combustion reaction, so it is very difficult to control the temperature below this.

粉末供給装置
セラミックスのような熱伝導性の低い材料を瞬間的に加熱し、溶融する場合は粉末の粒度が細かい方が優れている。また被覆粉末が細かいと皮膜の面粗さは細かく、後の表面の仕上げ工程は省略できる利点がある。しかし粒径0.1μmから5μmの微粉末は凝集し易く、間欠的に流れ、安定した送給は困難である。
Powder supply device When a material with low thermal conductivity such as ceramics is instantaneously heated and melted, the finer the powder particle size, the better. Further, when the coating powder is fine, the surface roughness of the film is fine, and there is an advantage that the subsequent surface finishing step can be omitted. However, fine powder with a particle size of 0.1 μm to 5 μm tends to agglomerate, flows intermittently, and is difficult to stably feed.

被覆材料
酸化物のαAl2O3は1000℃以上でγAl2O3に変態し、2030℃で溶解する。アナターゼTiO2は700℃から800℃でルチルTiO2に変態する。スピネルMgO・Al2O3は2135℃で溶解する。SiO2は1710℃で溶解する。Hf2O3は2812℃で溶解する。Y2O3は2460℃で溶解する。CeO2は2600℃で溶解する。ZnOは1975℃で溶解する。Gd2O3は2310℃で溶解する。Cr2O3は2435℃で溶解する。Sm2O3は2350℃で溶解する。Yb2O3は2410℃で溶解する。
Alpha Al 2 O 3 coating material oxide is transformed into γAl 2 O 3 at 1000 ° C. or more is dissolved at 2030 ° C.. Anatase TiO 2 transforms to rutile TiO 2 at 700 to 800 ° C. Spinel MgO.Al 2 O 3 dissolves at 2135 ° C. SiO 2 dissolves at 1710 ° C. Hf 2 O 3 dissolves at 2812 ° C. Y 2 O 3 dissolves at 2460 ° C. CeO 2 dissolves at 2600 ° C. ZnO dissolves at 1975 ° C. Gd 2 O 3 dissolves at 2310 ° C. Cr 2 O 3 dissolves at 2435 ° C. Sm 2 O 3 dissolves at 2350 ° C. Yb 2 O 3 dissolves at 2410 ° C.

窒化物のAlNは2450℃で昇華分解し、Si3N4は1900℃で昇華する。BNは3000℃で昇華分解する。NbNは2050℃で分解する。CrNは1500℃で分解する。VNは2050℃で溶解する。TiNは2930℃で溶解する。ZrNは2980℃で溶解する。 The nitride AlN undergoes sublimation decomposition at 2450 ° C, and Si 3 N 4 sublimates at 1900 ° C. BN sublimes at 3000 ℃. NbN decomposes at 2050 ° C. CrN decomposes at 1500 ° C. VN dissolves at 2050 ° C. TiN dissolves at 2930 ° C. ZrN dissolves at 2980 ° C.

炭化物のαSiCは2100℃で変態し2830℃で分解する。Cr3C2は1800℃で溶解する。WCは2730℃で溶解する。VCは2830℃で溶解する。TiCは3180℃で溶解する。 The carbide αSiC transforms at 2100 ℃ and decomposes at 2830 ℃. Cr 3 C 2 dissolves at 1800 ° C. WC dissolves at 2730 ° C. VC dissolves at 2830 ° C. TiC dissolves at 3180 ° C.

ホウ化物のMoBは2180℃で溶解する。CrB2は2760℃で溶解する。TiB2は2980℃で溶解する。ZrB2は3040℃で溶解する。TaB2は3000℃で溶解する。 The boride MoB dissolves at 2180 ° C. CrB 2 dissolves at 2760 ° C. TiB 2 dissolves at 2980 ° C. ZrB 2 dissolves at 3040 ° C. TaB 2 dissolves at 3000 ° C.

従来のプラズマ溶射の場合、30000℃にもなることがあり、酸化物Al2O3、SiO2の微粉末を投入した場合、容易に変態し、或いは溶融し、分解してしまい、基材に被覆することは非常に困難である。また、比較的融点の低い昇華分解しやすい窒化物AlN、Si3N4、BNや結合エネルギーの低い炭化物SiCは分解してしまい、同様に基材に被覆することは非常に困難である。ZrN、Hf2O3、TaC、TiB2は高融点であり、ガス溶射法の温度限界が約3400℃なので被覆は厳しい。 In the case of conventional plasma spraying, it may be as high as 30000 ° C. When a fine powder of oxide Al 2 O 3 or SiO 2 is introduced, it easily transforms or melts and decomposes, resulting in a base material. It is very difficult to coat. Further, nitrides AlN, Si 3 N 4 , BN, and carbide SiC having a low binding energy, which have a relatively low melting point and are susceptible to sublimation decomposition, are decomposed, and it is also very difficult to coat the substrate. ZrN, Hf 2 O 3 , TaC, and TiB 2 have high melting points, and the temperature limit of gas spraying is about 3400 ° C, so the coating is severe.

皮膜構成
粉末を溶融と半溶融の混合状態にした状態で基材に被覆する以外に、未溶融+粉末のごく薄い表面の一部が溶けている混合状態、或いは全て未溶融状態での粉末を衝撃で基材に噴射して焼結状の皮膜を形成することが望まれる。機能性を持たせる皮膜構成において、電気的絶縁性については緻密な皮膜が良く、断熱性を持たせるには適度な気孔がある皮膜が良く、耐熱衝撃性については、孤立した球形の気孔がある方が良く、高温耐食性とガス透過性については通気孔のある気孔が要求される。
Coating composition In addition to coating the base material in a mixed state of molten and semi-molten powder, the mixed state in which a part of the very thin surface of the unmelted + powder is melted, or all unmelted powder It is desired to form a sintered film by spraying onto a substrate by impact. In the film structure to provide functionality, a dense film is good for electrical insulation, a film with moderate pores is good for heat insulation, and there are isolated spherical pores for thermal shock resistance It is better, and high-temperature corrosion resistance and gas permeability require pores with vents.

従来の高温フレーム溶射において、フレーム温度を安定して2200℃以下に下げたり、セラミックスの微粉末がフレームに投入された部位での雰囲気温度を細かく制御したりして、緻密、気孔、ラメラー、或いは球状未溶融粒子+溶融混合皮膜を被覆することは困難である。   In conventional high-temperature flame spraying, the flame temperature is stably lowered to 2200 ° C or less, or the atmosphere temperature at the site where the ceramic fine powder is put into the frame is finely controlled, so that the fine, pore, lamellar, or It is difficult to coat spherical unmelted particles + melt mixed coating.

本発明に係わる、衝撃焼結被覆方法は酸素/灯油、空気/灯油、酸素/水素、酸素/プロピレン、酸素/プロパン、酸素/エチレン、酸素/アセチレン、酸素/天然ガスを用いる燃焼室で燃焼させ、フレームを発生させる。燃焼室においてガン先端筒をガン先端に取り付け、先端筒の円筒軸に向かって180°対象の位置2箇所、或いは90°の位置に4箇所に粉末供給ノズルをガン軸に対して傾斜をつけて設置する。燃焼室で燃焼し、断面が絞られたガンにフレームが形成されて加速される。後方の圧縮空気噴射ノズルから導入される空気と、粉末供給ノズルからの燃焼ガスにより温度調節された粉末はこの加速されたフレームに乗って基材に噴射される。所要の温度になった粉末は基材に衝突し衝撃エネルギーにより発熱し、焼結状態になり、基材上に被覆される。勿論、粉末が溶融温度、半溶融温度以上に保持されれば、溶融状態、半溶融状態での被覆も可能である。   The impact sintered coating method according to the present invention is burned in a combustion chamber using oxygen / kerosene, air / kerosene, oxygen / hydrogen, oxygen / propylene, oxygen / propane, oxygen / ethylene, oxygen / acetylene, oxygen / natural gas. , Generate a frame. In the combustion chamber, attach a gun tip tube to the gun tip, and incline the powder supply nozzle at two positions 180 ° toward the cylinder axis of the tip cylinder or four positions 90 ° with respect to the gun axis. Install. It burns in the combustion chamber, and a frame is formed on the gun with a narrowed cross section, and is accelerated. The air introduced from the rear compressed air injection nozzle and the powder whose temperature is adjusted by the combustion gas from the powder supply nozzle are injected onto the substrate on this accelerated frame. The powder that has reached the required temperature collides with the base material, generates heat due to impact energy, becomes a sintered state, and is coated on the base material. Of course, if the powder is maintained at a melting temperature or a semi-melting temperature or higher, coating in a molten state or a semi-molten state is possible.

微粉末は狭い搬送チューブの中でブリッジを造り、安定した供給はできないので、微粉末をスラリー状にして搬送する。セラミックスの微粉末粒径0.1μmから5μmの微粉末を用いてエチルアルコール、メチルアルコールや灯油を溶媒にして攪拌し混ぜスラリー状にする。なお、粒径10μm以上の粉末が存在してもスラリー状化可能である。ポンプでチューブに送り、チューブのY字ユニオンからアセチレンガス、メタン、エタン、ブタン、プロパン、或いはプロピレンを送付し混合する。スラリー状粉末とアセチレンガス、メタン、エタン、ブタン、プロパン、或いはプロピレンガスの混合物が粉末供給ノズルに搬送される。   Since the fine powder forms a bridge in a narrow conveyance tube and cannot be stably supplied, the fine powder is conveyed in the form of a slurry. A ceramic fine powder with a particle size of 0.1 μm to 5 μm is stirred in ethyl alcohol, methyl alcohol or kerosene as a solvent to form a slurry. Even if powder having a particle size of 10 μm or more is present, it can be made into a slurry. It is sent to the tube by a pump, and acetylene gas, methane, ethane, butane, propane, or propylene is sent from the Y-shaped union of the tube and mixed. A mixture of the slurry powder and acetylene gas, methane, ethane, butane, propane, or propylene gas is conveyed to the powder supply nozzle.

微粉末をスラリー状にする溶媒としてエチルアルコール、メチルアルコール、灯油を用い、また可燃ガスとしてアセチレン、メタン、エタン、ブタン、プロパン、或いはプロピレンからなるガスを用いて混合物とすることにより、いずれも酸素量が多い時は燃焼して発熱し、少ない時は燃焼しないで冷却する特徴があり、このバランスにより微粉末を溶かしたり、加熱したりして温度を調整する。微粉末スラリーが均一に分散させるために粉末ホッパーは超音波発生器による超音波振動子に接している。   By using ethyl alcohol, methyl alcohol, or kerosene as the solvent for making the fine powder into a slurry, and using a gas composed of acetylene, methane, ethane, butane, propane, or propylene as the combustible gas, oxygen can be used. When the amount is large, it burns and generates heat, and when the amount is small, it cools without burning. By this balance, the temperature is adjusted by melting fine powder or heating. In order to disperse the fine powder slurry uniformly, the powder hopper is in contact with an ultrasonic vibrator by an ultrasonic generator.

被覆用セラミックス材料として、酸化物セラミックス、 IIa族のBeO、MgO、CaO、SrO、BaO、IIb族のZnO、CdO、IIIa族のAl2O3、Ga2O3、In2O3、IIIb族のSc2O3、Y2O3、La2O3、IVa族のSiO2、GeO2、SnO2、IVb族のTiO2、ZrO2、Hf2O3、ThO2、Vb族のV2O3、Nb2O3、Ta2O3、VIb族のCr2O3、MoO3、WO3、UO3、VIII鉄族のFe2O3、Fe3O4、NiO及び希土類La2O3、CeO2、Ce2O3、Nd2O3、Sm2O3、Eu2O3、Gd2O3、Dy2O3、Yb2O3、などが望ましい。 As ceramic materials for coating, oxide ceramics, group IIa BeO, MgO, CaO, SrO, BaO, group IIb ZnO, CdO, group IIIa Al 2 O 3 , Ga 2 O 3 , In 2 O 3 , group IIIb Sc 2 O 3 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 , Group IVa SiO 2 , GeO 2 , SnO 2 , Group IVb TiO 2 , ZrO 2 , Hf 2 O 3 , ThO 2 , Group Vb V 2 O 3 , Nb 2 O 3 , Ta 2 O 3 , VIb group Cr 2 O 3 , MoO 3 , WO 3 , UO 3 , VIII iron group Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , NiO and rare earth La 2 O 3, CeO 2, Ce 2 O 3, Nd 2 O 3, Sm 2 O 3, Eu 2 O 3, Gd 2 O 3, Dy 2 O 3, Yb 2 O 3, etc. is preferable.

窒化物セラミックスとしてIIIa族のBN、AlN、GaN、InN、IIIb族のScN、YN、LaN、IVa族のSi3N4、Ge3N4、Sn3N4、IVb族のTiN、ZrN、HfN、Th3N4、Vb族のVN、NbN、TaN、VIb族のCrN、Mo2N、WN、VIII鉄族のFe4N、希土類のLaN CeN、GdNなどが望ましい。 Group IIIa BN, AlN, GaN, InN, Group IIIb ScN, YN, LaN, Group IVa Si 3 N 4 , Ge 3 N 4 , Sn 3 N 4 , Group IVb TiN, ZrN, HfN Th 3 N 4 , Vb group VN, NbN, TaN, VIb group CrN, Mo 2 N, WN, VIII iron group Fe 4 N, rare earth LaN CeN, GdN, and the like are desirable.

炭化物セラミックスとして、IIIa族のB4C、IVa族のSiC、IVb族のTiC、ZrC、HfC、ThC、Vb族のVC、NbC、TaC、VIb族のCr3C2、MoC、WC、UC、VIII鉄族のFe3C及び希土類YCなどが望ましい。 As carbide ceramics, Group IIIa B 4 C, Group IVa SiC, Group IVb TiC, ZrC, HfC, ThC, Group Vb VC, NbC, TaC, Group VIb Cr 3 C 2 , MoC, WC, UC, VIII iron group Fe 3 C and rare earth YC are desirable.

ホウ化物セラミックスとして、IVb族のTiB2、ZrB2、HfB2、ThB6、Vb族のTaB2、VIb族のMoB2、WB2、CrB2、NbB2、UB2、VIII鉄族のNiB、FeB、CoB、などが望ましい。 As boride ceramics, TiB 2 of Group IVb, ZrB 2, HfB 2, ThB 6, MoB 2 of Group Vb TaB 2, VIb Group, WB 2, CrB 2, NbB 2, UB 2, VIII iron group of NiB, FeB, CoB, etc. are desirable.

燃料に対して酸素が理論酸素量より多いと、燃焼ガスは酸素を含み、上記粉末供給ノズルから搬送されるアセチレン、メタン、エタン、ブタン、プロパン、或いはプロピレンやアルコールと反応して発熱する。他方、燃料に対して酸素量が理論酸素量より少ないと、燃えない燃料が含まれ温度を下げる。また上記粉末供給ノズルから搬送されるてくるアセチレン、メタン、エタン、ブタン、プロパン、或いはプロピレンやアルコール類も燃焼しないで、フレームを冷却する。従って、酸素量が理論酸素量以上は溶射材料を高温で加熱し、逆に酸素量が理論酸素量以下の場合は溶射材料を低温で加熱する。アルコール類は燃焼しないで気化すると周りから気化熱を奪い、冷却効果を発揮する。
参考:C12H26+37/2O2→12CO2+13H2O
If the amount of oxygen in the fuel is greater than the theoretical oxygen amount, the combustion gas contains oxygen and reacts with acetylene, methane, ethane, butane, propane, propylene, or alcohol that is transported from the powder supply nozzle to generate heat. On the other hand, if the amount of oxygen relative to the fuel is less than the theoretical amount of oxygen, non-combustible fuel is contained and the temperature is lowered. Further, the flame is cooled without burning acetylene, methane, ethane, butane, propane, propylene or alcohols conveyed from the powder supply nozzle. Accordingly, when the oxygen amount is equal to or higher than the theoretical oxygen amount, the thermal spray material is heated at a high temperature. Conversely, when the oxygen amount is equal to or lower than the theoretical oxygen amount, the thermal spray material is heated at a low temperature. When alcohol is vaporized without burning, it takes heat of vaporization from the surroundings and exhibits a cooling effect.
Reference: C 12 H 26 + 37 / 2O 2 → 12CO 2 + 13H 2 O

衝撃焼結被覆条件因子として灯油或いは燃焼ガスと酸素の比率、その全体量、先端筒における粉末供給ノズルのガンからの距離、アセチレン、メタン、エタン、ブタン、プロパン、或いはプロピレン供給量、スラリー供給量があり、それらのバランスで加熱粒子或いは溶融粒子のフレームの雰囲気温度や加熱粒子或いは溶融粒子の速度を制御し、目標にあった皮膜構成に造り込む。   The ratio of kerosene or combustion gas to oxygen, the total amount, the distance from the gun of the powder supply nozzle in the tip tube, the supply amount of acetylene, methane, ethane, butane, propane, or propylene, the slurry supply amount The atmospheric temperature of the frame of the heated particles or molten particles and the speed of the heated particles or molten particles are controlled by the balance between them, and the film structure that meets the target is built.

例えば、燃料として灯油/酸素の混合体を使用する場合の衝撃焼結被覆条件は、酸素ガスを圧力0.5〜1.5MPa、流量400〜1900リットル/分に、灯油圧力0.4〜1.4MPa、流量0.2〜0.5リットル/分、圧縮空気を圧力0.2〜1.5MPa、250〜2000リットル/分に、スラリー状粉末供給量100〜900グラム/分、C2H2(アセチレン)圧力0.1〜1.5MPa、20〜600リットル/分にする。ワークまでの距離は先端筒先から70mm〜400mmにする。 For example, when using a kerosene / oxygen mixture as fuel, the shock sintering coating conditions are as follows: oxygen gas pressure 0.5-1.5 MPa, flow rate 400-1900 liters / min, kerosene pressure 0.4-1.4 MPa, flow rate 0.2- 0.5 liter / min, compressed air pressure 0.2-1.5 MPa, 250-2000 liter / min, slurry powder supply rate 100-900 g / min, C 2 H 2 (acetylene) pressure 0.1-1.5 MPa, 20-600 Use liters / minute. The distance to the workpiece should be 70mm to 400mm from the tip tube tip.

燃料としてアセチレン/酸素の混合体を使用する場合の衝撃焼結被覆条件は、酸素ガスを圧力0.15〜0.3MPa、流量30〜70リットル/分にアセチレン圧力0.10〜0.24MPa、流量15〜55リットル/分、圧縮空気を圧力0.2〜1.5MPa、100〜1500リットル/分に、スラリー状粉末供給量100〜900グラム/分、C2H2(アセチレン)圧力0.3〜1.5MPa、60〜600リットル/分にする。ワークまでの距離は先端筒先から50mm〜300mmにする。 The impact sintering coating conditions when using an acetylene / oxygen mixture as the fuel are as follows: oxygen gas pressure 0.15-0.3 MPa, flow rate 30-70 liters / minute, acetylene pressure 0.10-0.24 MPa, flow rate 15-55 liters / minute min, the compressed air pressure 0.2 to 1.5 MPa, in 100 to 1500 liters / min, the slurry powder supply amount from 100 to 900 g / min, C 2 H 2 (acetylene) pressure 0.3~1.5MPa, 60 to 600 liters / min To. The distance to the workpiece should be 50mm to 300mm from the tip tube tip.

衝撃焼結被覆において昇華、分解し易い酸化物、窒化物、炭化物やホウ化物において、フレーム温度を下げて、温度を精度良く制御し、衝撃焼結被覆が可能となった。また、高融点の酸化物、窒化物、炭化物やホウ化物では、フレーム温度を上げて同様に衝撃焼結被覆が可能となった。   In the case of oxides, nitrides, carbides and borides that are easily sublimated and decomposed in the impact sintered coating, the flame temperature is lowered and the temperature is controlled with high precision, enabling the impact sintered coating. In addition, high-melting oxides, nitrides, carbides and borides can be similarly subjected to impact-sintering coating by raising the frame temperature.

簡素な粉末供給システムと使用溶媒とガスにより微粉末の供給が可能となった。微粉末を用いた衝撃焼結被覆皮膜ができ表面粗さを細かくして表面仕上げ工程を省略できるようになった。そのためコスト増加を抑えることが可能となった。   A simple powder supply system, solvent and gas used enable fine powder supply. An impact-sintered coating film using fine powder was made, and the surface finishing process could be omitted by reducing the surface roughness. Therefore, it was possible to suppress the increase in cost.

フレーム温度を下げて、温度を精度良く制御し、衝撃焼結被覆皮膜構成を溶融しない焼結状の皮膜、また緻密なラメラー皮膜、未通気気孔を含むラメラー皮膜、或いは通気気孔を含むラメラー皮膜、球状未溶融粒子+溶融合皮膜の形成を可能にし、今まで不可能であった機能性を有する皮膜が得られるようになった。   Sintered film that lowers the frame temperature, controls the temperature accurately, and does not melt the impact-sintered coating film configuration, a dense lamellar film, a lamellar film containing unvented pores, or a lamellar film containing vented pores, It became possible to form spherical unmelted particles + melted composite film, and a film having a function that was impossible until now has been obtained.

本発明の衝撃焼結被覆法を実施するための衝撃焼結被覆ガンの模式図Schematic diagram of impact sintered coating gun for implementing the impact sintered coating method of the present invention 本発明の衝撃焼結被覆法を実施するためのスラリー粉末と燃焼ガス供給装置の模式図Schematic diagram of slurry powder and combustion gas supply device for carrying out the impact sintering coating method of the present invention

図1の模式図に示すように衝撃焼結被覆装置は燃焼室1を有し、酸素通路2から酸素ガスを導入し、燃料通路3から灯油、アセチレン、プロピレン、プロパン、エチレン、天然ガスなどの燃焼ガスや燃料液を導入する。バーナ4で燃料と酸素は混合され、燃焼室に導かれ、点火されると燃焼する。フレームは面積を絞られたガンノズル5を通る。ガンノズル5の先端に取り付けられた先端筒6に至る。ガンノズル5にはその内部に圧縮空気通路7を有し、圧縮空気が圧縮空気噴射リング8により先端筒6の内面を層流に流れ、粉末が先端筒6内面に凝着しないように構成されている。また、圧縮空気噴射リング8から出る空気は粉末供給ノズル10から出る燃焼ガスとの燃焼反応に供される。   As shown in the schematic diagram of FIG. 1, the impact sintering coating apparatus has a combustion chamber 1, introduces oxygen gas from an oxygen passage 2, and uses kerosene, acetylene, propylene, propane, ethylene, natural gas, etc. from a fuel passage 3. Introduce combustion gas and fuel liquid. Fuel and oxygen are mixed in the burner 4, introduced into the combustion chamber, and burned when ignited. The frame passes through a gun nozzle 5 with a reduced area. It reaches the tip tube 6 attached to the tip of the gun nozzle 5. The gun nozzle 5 has a compressed air passage 7 therein, and is configured so that the compressed air flows in a laminar flow on the inner surface of the tip tube 6 by the compressed air injection ring 8 and powder does not adhere to the inner surface of the tip tube 6. Yes. Further, the air exiting from the compressed air injection ring 8 is subjected to a combustion reaction with the combustion gas exiting from the powder supply nozzle 10.

先端筒6にはスラリー状粉末とアセチレン、メタン、エタン、ブタン、プロパン、或いはプロピレンガスとの混合物がスラリー状粉末と燃焼ガス通路9から導入され、粉末供給ノズル10が先端筒6の軸に向かって傾斜して設置されている。その粉末供給ノズル10からスラリー状粉末と燃焼ガスが燃焼室1において燃焼し、生成したフレームの内部に噴射される。   A mixture of the slurry powder and acetylene, methane, ethane, butane, propane, or propylene gas is introduced into the tip tube 6 from the slurry powder and the combustion gas passage 9, and the powder supply nozzle 10 faces the axis of the tip tube 6. It is installed with an inclination. Slurry powder and combustion gas are combusted in the combustion chamber 1 from the powder supply nozzle 10 and injected into the generated flame.

均一なスラリー状微粉末と燃焼ガスの供給装置について図2の模式図で説明する。円筒状のスラリー容器11には超音波発生器12を有する超音波振動子13がスラリー中に挿入される。微粉末の材質、粒径及び溶媒により周波数を変えて最適な条件に設定し、スラリー状微粉末を均一に分散させる。このスラリー状微粉末をスラリーポンプ14に導入しY字ユニオン15に搬送する。ポンプの回転数で流量を調整する。スラリー流量計16で流量を確認する。一方燃焼ガスボンベ17に蓄えられた燃焼ガスは燃料ガス調整バルブで調整し、ガス流量計18で確認する。これらの混合体はスラリー状粉末と燃焼ガス通路9に導入される。   A uniform slurry-like fine powder and combustion gas supply device will be described with reference to the schematic view of FIG. An ultrasonic vibrator 13 having an ultrasonic generator 12 is inserted into the slurry container 11 in the cylindrical shape. The frequency is changed according to the material, particle size and solvent of the fine powder and the optimum conditions are set, and the slurry fine powder is uniformly dispersed. The slurry fine powder is introduced into the slurry pump 14 and conveyed to the Y-shaped union 15. Adjust the flow rate with the number of rotations of the pump. The flow rate is confirmed with the slurry flow meter 16. On the other hand, the combustion gas stored in the combustion gas cylinder 17 is adjusted by a fuel gas adjustment valve and confirmed by a gas flow meter 18. These mixtures are introduced into the slurry powder and the combustion gas passage 9.

燃料に対して理論酸素量が多いと、燃焼ガスは酸素を含み、また圧縮空気噴射ノズルからの空気により先端筒6の内面において、粉末供給ノズル10から導入されるアセチレン、メタン、エタン、ブタン、プロパン、或いはプロピレンガスやスラリー状にするアルコール類と燃焼反応しフレーム温度が上がり、粉末が高温に加熱される。燃料に対して理論酸素量が少ないと、先端筒9部の内面において、アセチレン、メタン、エタン、ブタン、プロパン、或いはプロピレンガスが燃焼せずに冷却され、粉末が低温で加熱される。ガンノズル5と先端筒6の内径が狭くなっているので、燃焼ガスの速度が速くなり、加熱粒子或いは溶融粒子は加速されて基材に衝突し、皮膜を形成する。   When the theoretical oxygen amount is large relative to the fuel, the combustion gas contains oxygen, and acetylene, methane, ethane, butane introduced from the powder supply nozzle 10 on the inner surface of the tip tube 6 by the air from the compressed air injection nozzle, Combustion reaction with propane or propylene gas or alcohol in slurry form raises the flame temperature and heats the powder to a high temperature. When the theoretical oxygen amount is small relative to the fuel, acetylene, methane, ethane, butane, propane, or propylene gas is cooled without burning on the inner surface of the tip tube 9 portion, and the powder is heated at a low temperature. Since the inner diameters of the gun nozzle 5 and the tip tube 6 are narrow, the speed of the combustion gas is increased, and the heated particles or molten particles are accelerated and collide with the base material to form a film.

放熱特性と熱伝導性を必要とする電気的絶縁基板については、Si3N4、AlN、SiC微粉末を用いたラメラー層からなる緻密な皮膜構成を造る必要がある。Si3N4は分解する温度2000℃以下で、AlNは昇華分解する温度2450℃以下で、フレーム温度を保持し、加速して被覆する必要がある。分解しやすい材料については焼結皮膜が望ましい。 For an electrically insulating substrate that requires heat dissipation characteristics and thermal conductivity, it is necessary to create a dense film structure composed of a lamellar layer using Si 3 N 4 , AlN, and SiC fine powder. Si 3 N 4 has a decomposition temperature of 2000 ° C. or lower, and AlN has a sublimation decomposition temperature of 2450 ° C. or lower. The flame temperature must be maintained and accelerated to be coated. For materials that are easily decomposed, a sintered film is desirable.

電気的絶縁性を必要とするSiO2皮膜などはラメラー層からなる緻密な皮膜構成を造る必要がある。 For SiO 2 films that require electrical insulation, it is necessary to create a dense film structure consisting of lamellar layers.

耐熱衝撃性については、孤立した球形の気孔があるほうが良く、10%から25%の気孔を有する皮膜を造る必要がある。SiCなどは分解する2830℃以下で加速して被覆する必要がある。   For thermal shock resistance, it is better to have isolated spherical pores, and it is necessary to create a film with 10% to 25% pores. SiC and other materials must be accelerated and coated at temperatures below 2830 ° C.

通気してガスに対する触媒性については通気気孔を含むラメラー層が良い。   A lamellar layer containing vent holes is preferable for aeration and gas catalytic properties.

スパッターリング時の耐アーク性を向上させるためには皮膜の表面が滑らかになり、スパッター膜を保持するための凹凸面、即ち面粗さが必要になる。そのためには球状未溶融粒子+溶融混合皮膜が良い。αAl2O3の大きい粒径の粒子を芯まで溶解しないようにして、小さな粒径の粒子を少量溶解するようにする。そのため、2030℃より極端に過熱しないようにフレーム温度を調整する。
本発明を実施例で詳しく説明する。
In order to improve the arc resistance at the time of sputtering, the surface of the film becomes smooth, and an uneven surface, that is, a surface roughness for holding the sputtered film is required. For that purpose, spherical unmelted particles + melt mixed film is preferable. The particles of αAl 2 O 3 having a large particle size are not dissolved to the core, and a small amount of particles having a small particle size are dissolved. For this reason, the frame temperature is adjusted so that it does not overheat more than 2030 ° C.
The present invention will be described in detail with reference to examples.

50mm×50mm×板厚さ2mmのSUS304の試験片を使用した。皮膜を形成する前に予め洗浄し粗面化処理としてグリットブラスト処理をおこなう。アルミナグリット80メッシュを用いて0.5Mpa程度の圧力で試験片基材に吹き付ける。ブラスト後の表面粗さRa10〜15μmであった。   A SUS304 specimen having a size of 50 mm × 50 mm × plate thickness 2 mm was used. Before forming the film, it is washed in advance and a grit blast treatment is performed as a roughening treatment. Alumina grit 80 mesh is used and sprayed onto the test specimen substrate at a pressure of about 0.5 Mpa. The surface roughness after blasting was Ra10-15 μm.

図1に示す衝撃焼結被覆ガンを用いて粉末とアセチレンガスを止めて、燃焼させ、試験片を50℃から150℃に加熱して予熱処理を行った。この処理により湿気、水、水蒸気を除去した。   The powder and acetylene gas were stopped using the impact sintered coating gun shown in FIG. 1 and burned, and the test piece was heated from 50 ° C. to 150 ° C. for pre-heat treatment. This treatment removed moisture, water, and water vapor.

CeO2-15%CaO微粉末粒径1μmから3μmを用いてエチルアルコールと混ぜる。CeO2-15%CaO嵩容量1に対して、エチルアルコールの容量1.5をスラリー容器11に入れて超音波をかけてスラリー状にする。これらの混合物はスラリー搬送チューブを通じて、スラリーポンプ14により搬送され、Y字ユニオン15を通じてアセチレンと混合させ、スラリー状粉末と燃焼ガス通路9に導入される。先端筒先6から試験片基材の距離を150mmに保ち、ガンの軸と試験片面を垂直に保持する。即ち、ワークまでの距離は150mmにする。下記にまとめて衝撃焼結被覆条件を示す。
[衝撃焼結被覆施工条件]
Mix with ethyl alcohol using CeO 2 -15% CaO fine powder particle size 1μm-3μm. For a CeO 2 -15% CaO bulk volume of 1, a volume of ethyl alcohol of 1.5 is placed in a slurry vessel 11 and is ultrasonicated to form a slurry. These mixtures are conveyed by a slurry pump 14 through a slurry conveying tube, mixed with acetylene through a Y-shaped union 15, and introduced into the slurry powder and the combustion gas passage 9. The distance from the tip tube tip 6 to the specimen base is kept at 150 mm, and the gun axis and specimen surface are held vertically. That is, the distance to the workpiece is 150 mm. The impact sintering coating conditions are summarized below.
[Conditions for impact-sintering coating]

燃料灯油:圧力0.8MPa、流量0.5リットル/分
酸素ガス:圧力1.0MPa、流量750リットル/分
圧縮空気:圧力0.5MPa、流量600リットル/分
粉末供給量CeO2-15%CaO+エチルアルコール:450g/分
アセチレン:圧力0.3MPa、流量70リットル/分
Fuel kerosene: Pressure 0.8MPa, Flow rate 0.5L / min Oxygen gas: Pressure 1.0MPa, Flow rate 750L / min Compressed air: Pressure 0.5MPa, Flow rate 600L / min Powder supply rate CeO 2 -15% CaO + ethyl alcohol: 450g / Minute Acetylene: Pressure 0.3MPa, Flow rate 70L / min

このようにして得られた試験片基材への衝撃焼結被覆皮膜の厚さは50μmであり、表面粗さはRa1〜2μmであった。この皮膜断面を光学顕微鏡で観察した結果、若干気孔を含んだ焼結層を有する組織である。またこの皮膜をX線回折装置で調べた結果はCeO2とCaOが検出された。上記CeO2-15%CaO皮膜のイオン伝導度は1000℃においてCeO2-15%CaO焼結体の70%の値を示した。 The thickness of the impact-sintered coating film on the test piece substrate thus obtained was 50 μm, and the surface roughness was Ra1 to 2 μm. As a result of observing this film cross section with an optical microscope, it is a structure having a sintered layer containing some pores. As a result of examining this film with an X-ray diffractometer, CeO 2 and CaO were detected. The ionic conductivity of the CeO 2 -15% CaO film was 70% of that of the CeO 2 -15% CaO sintered body at 1000 ° C.

30mm×100mmの円柱からなるSUS304の試験片を使用した。皮膜を形成する前に予め洗浄し粗面化処理としてグリットブラスト処理をおこなう。アルミナグリット60メッシュを用いて0.5Mpa程度の圧力で試験片基材に吹き付ける。ブラスト後の表面粗さRa10〜15μmであった。   A SUS304 specimen consisting of a 30 mm × 100 mm cylinder was used. Before forming the film, it is washed in advance and a grit blast treatment is performed as a roughening treatment. Alumina grit 60 mesh is used and sprayed onto the specimen substrate at a pressure of about 0.5 Mpa. The surface roughness after blasting was Ra10-15 μm.

図1に示す衝撃焼結被覆ガンを用いて粉末とアセチレンガスを止めて、試験片を50℃から150℃加熱して予熱処理を行った。この処理により湿気、水、水蒸気を除去した。   The powder and acetylene gas were stopped using the impact sintered coating gun shown in FIG. 1, and the test piece was heated from 50 ° C. to 150 ° C. for pre-heat treatment. This treatment removed moisture, water, and water vapor.

Si3N4粉末1μmから2μmを用いてエチルアルコールと混ぜる。Si3N41嵩容量に対して、エチルアルコールの容量2をスラリー容器11に入れて超音波をかけてスラリー状にする。これらの混合物はスラリー搬送チューブを通じて、スラリーポンプ14により搬送され、Y字ユニオン15を通じてアセチレンと混合させ、スラリー状粉末と燃焼ガス通路9に導入される。先端筒6先から試験片基材の距離を150mmに保ち、ガンの軸と試験片面を垂直に保持する。下記にまとめて衝撃焼結被覆条件を示す。
[衝撃焼結被覆施工条件]
Si 3 N 4 powder is mixed with ethyl alcohol using 1 μm to 2 μm. A volume 2 of ethyl alcohol is put into a slurry container 11 with respect to 1 bulk capacity of Si 3 N 4 and is made into a slurry by applying ultrasonic waves. These mixtures are conveyed by a slurry pump 14 through a slurry conveying tube, mixed with acetylene through a Y-shaped union 15, and introduced into the slurry powder and the combustion gas passage 9. The distance from the tip of the tip tube 6 to the specimen base is maintained at 150 mm, and the gun axis and specimen surface are held vertically. The impact sintering coating conditions are summarized below.
[Shock-sintering coating conditions]

燃料灯油:圧力0.9MPa、流量0.45リットル/分
酸素ガス:圧力1.0MPa、流量600リットル/分
圧縮空気:圧力0.4MPa、流量500リットル/分
粉末供給量Si3N4+エチルアルコール:500g/分
アセチレン:圧力0.4MPa、流量60リットル/分
Fuel kerosene: Pressure 0.9MPa, Flow rate 0.45L / min Oxygen gas: Pressure 1.0MPa, Flow rate 600L / min Compressed air: Pressure 0.4MPa, Flow rate 500L / min Powder supply rate Si 3 N 4 + Ethyl alcohol: 500g / min Acetylene: pressure 0.4MPa, flow rate 60l / min

このようにして得られた試験片基材への衝撃焼結被覆皮膜の厚さは40μmであり、表面粗さはRa3〜4μmであった。この皮膜断面の組織は光学顕微鏡で観察した結果は気孔率15〜25%を含んだ焼結層からなる組織であった。またこの皮膜をX線回折装置で調べた結果はSi3N4が検出された。上記Si3N4皮膜を用いて、700℃から急速冷却する高温熱衝撃試験を施した。境界面では大きな熱応力が発生する厳しい耐熱衝撃性評価試験条件の繰り返し試験においても良好な結果を得た。また、熱伝導率はSi3N4焼結体の50%の値を示した。 The thickness of the impact-sintered coating film on the test piece substrate thus obtained was 40 μm, and the surface roughness was Ra 3 to 4 μm. The cross-sectional structure of the film was observed with an optical microscope. The result was a structure composed of a sintered layer having a porosity of 15 to 25%. As a result of examining this film with an X-ray diffractometer, Si 3 N 4 was detected. Using the Si 3 N 4 film, a high-temperature thermal shock test was performed in which the film was rapidly cooled from 700 ° C. Good results were also obtained in repeated tests under severe thermal shock evaluation test conditions where large thermal stresses were generated at the interface. The thermal conductivity was 50% of that of the Si 3 N 4 sintered body.

20mm×150mm×厚さ5mmのSUS304の試験片を使用した。皮膜を形成する前に予め洗浄し粗面化処理としてグリットブラスト処理をおこなう。アルミナグリット60メッシュを用いて0.5Mpa程度の圧力で試験片基材に吹き付ける。ブラスト後の表面粗さRa10〜15μmであった。   A SUS304 test piece of 20 mm × 150 mm × thickness 5 mm was used. Before forming the film, it is washed in advance and a grit blast treatment is performed as a roughening treatment. Alumina grit 60 mesh is used and sprayed onto the specimen substrate at a pressure of about 0.5 Mpa. The surface roughness after blasting was Ra10-15 μm.

図1に示す衝撃焼結被覆装置を用いて粉末とアセチレンガスを止めて、試験片を50℃から150℃に加熱して予熱処理を行った。この処理により湿気、水、水蒸気を除去した。   The powder and acetylene gas were stopped using the impact sintered coating apparatus shown in FIG. 1, and the test piece was heated from 50 ° C. to 150 ° C. for pre-heat treatment. This treatment removed moisture, water, and water vapor.

TaC粒径1μmから3μmを用いてメチルアルコールと混ぜる。TaC嵩容量1に対して、メチルアルコールの容量1.5をスラリー容器11に入れて超音波をかけてスラリー状にする。これらの混合物はスラリー搬送チューブを通じて、スラリーポンプ14により搬送され、Y字ユニオン15を通じてアセチレンと混合させ、スラリー状粉末と燃焼ガス通路9に導入される。先端筒6先から試験片基材の距離を130mmに保ち、ガンの軸と試験片面を垂直に保持する。下記にまとめて衝撃焼結被覆条件を示す。   Mix with methyl alcohol using TaC particle size 1μm to 3μm. For a TaC bulk capacity of 1, a volume of methyl alcohol of 1.5 is placed in a slurry vessel 11 and subjected to ultrasound to form a slurry. These mixtures are conveyed by a slurry pump 14 through a slurry conveying tube, mixed with acetylene through a Y-shaped union 15, and introduced into the slurry powder and the combustion gas passage 9. The distance from the tip of the tip tube 6 to the specimen base is maintained at 130 mm, and the gun axis and specimen surface are held vertically. The impact sintering coating conditions are summarized below.

[衝撃焼結被覆施工条件]
燃料灯油:圧力0.7MPa、流量0.35リットル/分
酸素ガス:圧力0.8MPa、流量600リットル/分
圧縮空気:圧力0.4MPa、流量550リットル/分
粉末供給量TaC+メチルアルコール:300g/分
アセチレン:圧力0.3MPa、流量80リットル/分
[Conditions for impact-sintering coating]
Fuel kerosene: Pressure 0.7MPa, Flow rate 0.35L / min Oxygen gas: Pressure 0.8MPa, Flow rate 600L / min Compressed air: Pressure 0.4MPa, Flow rate 550L / min Powder supply rate TaC + Methyl alcohol: 300g / min Acetylene: Pressure 0.3 MPa, flow rate 80 l / min

このようにして得られた試験片基材への衝撃焼結被覆皮膜の厚さは60μmであり、表面粗さはRa2〜3μmであった。この皮膜断面の組織は光学顕微鏡で観察した結果は若干気孔を含んだラメラー層を有する組織である。またこの皮膜をX線回折装置で調べた結果TaCが検出された。上記TaC皮膜のエミッター特性は焼結体と同等の値を示し良好であった。   The thickness of the impact-sintered coating film on the test piece substrate thus obtained was 60 μm, and the surface roughness was Ra2 to 3 μm. The cross-sectional structure of this film was observed with an optical microscope, and the result was a structure having a lamellar layer containing a few pores. As a result of examining this film with an X-ray diffractometer, TaC was detected. The emitter characteristics of the TaC film were good, showing the same value as the sintered body.

φ50mm×厚さ10mmのSUS304の試験片を使用した。皮膜を形成する前に予め洗浄し粗面化処理としてグリットブラスト処理をおこなう。アルミナグリット60メッシュを用いて0.5Mpa程度の圧力で試験片基材に吹き付ける。ブラスト後の表面粗さRa10〜15μmであった。   A specimen of SUS304 having a diameter of 50 mm and a thickness of 10 mm was used. Before forming the film, it is washed in advance and a grit blast treatment is performed as a roughening treatment. Alumina grit 60 mesh is used and sprayed onto the specimen substrate at a pressure of about 0.5 Mpa. The surface roughness after blasting was Ra10-15 μm.

図1に示す衝撃焼結被覆ガンを用いて粉末とアセチレンガスを止めて、試験片を50℃から150℃加熱して予熱処理を行った。この処理により湿気、水、水蒸気を除去した。   The powder and acetylene gas were stopped using the impact sintered coating gun shown in FIG. 1, and the test piece was heated from 50 ° C. to 150 ° C. for pre-heat treatment. This treatment removed moisture, water, and water vapor.

TiB2粒径1μmから5μmを用いてメチルアルコールと混ぜる。TiB2嵩容量1に対して、メチルアルコールの容量1を容器に入れて超音波をかけてスラリー状にする。これらの混合物はスラリー搬送チューブを通じて、スラリーポンプ14により搬送され、Y字ユニオン15を通じてアセチレンと混合させ、スラリー状粉末と燃焼ガス通路9に導入される。先端筒先6から試験片基材の距離を120mmに保ち、ガンの軸と試験片面を垂直に保持する。即ち、ワークまでの距離は120mmにする。下記にまとめて衝撃焼結被覆条件を示す。 Mix with methyl alcohol using TiB 2 particle size 1μm to 5μm. Against TiB 2 bulk volume 1, to form a slurry with applying ultrasonic waves put capacity 1 methyl alcohol in a container. These mixtures are conveyed by a slurry pump 14 through a slurry conveying tube, mixed with acetylene through a Y-shaped union 15, and introduced into the slurry powder and the combustion gas passage 9. The distance from the tip tube tip 6 to the test piece base is kept at 120 mm, and the gun axis and the test piece surface are held vertically. That is, the distance to the workpiece is 120 mm. The impact sintering coating conditions are summarized below.

[衝撃焼結被覆施工条件]
燃料アセチレンガス:圧力0.1MPa、流量25リットル/分
酸素ガス:圧力0.2MPa、流量40リットル/分
圧縮空気:圧力0.2MPa、流量100リットル/分
粉末供給量TiB2+メチルアルコール:50g/分
アセチレン:圧力0.35MPa、流量70リットル/分
[Shock-sintering coating conditions]
Fuel acetylene gas: pressure 0.1 MPa, flow rate 25 liters / min oxygen gas: pressure 0.2 MPa, flow rate 40 l / min Compressed air: pressure 0.2 MPa, flow rate of 100 l / min powder feed amount TiB 2 + methyl alcohol: 50 g / min of acetylene : Pressure 0.35MPa, Flow rate 70L / min

このようにして得られた試験片基材への衝撃焼結被覆皮膜の厚さは110μmであり、表面粗さはRa4〜5μmであった。この皮膜断面の組織は光学顕微鏡で観察した結果は若干気孔を含んだラメラー層を有する組織である。またこの皮膜をX線回折装置で調べた結果TiB2が検出された。上記TiB2皮膜のディスクに対してSUJ2軸受合金φ6mmボールを用いて、エンジン油5W-30の潤滑液中100℃で、湿式ボールオンディスク試験を実施した。SUJ2軸受合金同士の焼付き試験と比べて3倍の高い耐焼付き荷重を示した。 The thickness of the impact-sintered coating film on the test piece base material thus obtained was 110 μm, and the surface roughness was Ra 4 to 5 μm. The cross-sectional structure of this film was observed with an optical microscope, and the result was a structure having a lamellar layer containing a few pores. Further, TiB 2 was detected as a result of examining this film with an X-ray diffractometer. A wet ball-on-disk test was conducted at 100 ° C. in a lubricating fluid of engine oil 5W-30 using SUJ2 bearing alloy φ6 mm balls on the TiB 2 coating disk. The seizure load was three times higher than the seizure test between SUJ2 bearing alloys.

1 燃焼室
2 酸素通路
3 燃料通路
4 バーナ
5 ガンノズル
6 先端筒
7 圧縮空気通路
8 圧縮空気噴射リング
9 スラリー状粉末+燃焼ガス通路
10 粉末供給ノズル
11 スラリー容器
12 超音波発生器
13 超音波振動子
14 スラリーポンプ
15 Y字ユニオン
16 スラリー流量計
17 燃焼ガスボンベ
18 燃料ガス調整バルブ
19 ガス流量計
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Combustion chamber 2 Oxygen passage 3 Fuel passage 4 Burner 5 Gun nozzle 6 Tip cylinder 7 Compressed air passage 8 Compressed air injection ring 9 Slurry powder + combustion gas passage 10 Powder supply nozzle 11 Slurry container 12 Ultrasonic generator 13 Ultrasonic vibrator 13 14 Slurry pump 15 Y-shaped union 16 Slurry flow meter 17 Combustion gas cylinder 18 Fuel gas adjustment valve 19 Gas flow meter

Claims (2)

溶射によって基材の表面にセラミックス被膜を形成する、セラミック被膜の形成方法であって、
混合ガスを構成する燃料が灯油であり、前記混合ガスを燃焼室で燃焼してフレームを発生させる工程と、
溶媒としてアルコール類を用意し、この溶媒に平均粒径が0.1〜5μmのセラミックス粉末を分散させてスラリーを得る工程と、
燃焼ガスとして、アセチレン、メタン、エタン、ブタン、プロパンまたはプロピレンを用意し、この燃焼ガスと前記スラリーとを前記フレームの内部に噴射する工程と、
を備え、
前記セラミックス粉末がBeO、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、CdO、Al23、Ga23、In23、Sc23、Y23、La23、SiO2、GeO2、SnO2、TiO2、ZrO2、Hf23、ThO2、V23、Nb23、Ta23、Cr23、MoO3、WO3、UO3、Fe23、Fe34、NiOおよび希土類La23、CeO2、Ce23、Nd23、Sm23、Eu23、Gd23、Dy23、Yb23のいずれかであり、
前記混合ガスを構成する酸素の圧力が0.5〜1.5MPa、流量が400〜1900リットル/分であり、
前記混合ガスを構成する前記灯油の圧力が0.4〜1.4MPa、流量が0.2〜0.5リットル/分であり、
筒先の先端から基材までの距離を70〜400mmとし、
燃料に対する酸素量を理論酸素量よりも多くし、混合ガス中の燃料を燃焼させ、さらに前記溶媒および前記燃焼ガスを燃焼させることによって前記フレームを高温にして前記セラミックス粉末を加熱し、このセラミックス粉末を噴射して前記基材の表面にセラミックス被膜を形成する、セラミックス被膜の形成方法。
A method of forming a ceramic coating, wherein a ceramic coating is formed on the surface of a substrate by thermal spraying,
A fuel constituting the mixed gas is kerosene, and a step of burning the mixed gas in a combustion chamber to generate a flame;
Preparing alcohols as a solvent, and dispersing ceramic powder having an average particle size of 0.1 to 5 μm in the solvent to obtain a slurry;
Preparing acetylene, methane, ethane, butane, propane or propylene as the combustion gas, and injecting the combustion gas and the slurry into the flame;
With
The ceramic powder is BeO, MgO, CaO, SrO, BaO, ZnO, CdO, Al 2 O 3 , Ga 2 O 3 , In 2 O 3 , Sc 2 O 3 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 , SiO 2. , GeO 2, SnO 2, TiO 2, ZrO 2, Hf 2 O 3, ThO 2, V 2 O 3, Nb 2 O 3, Ta 2 O 3, Cr 2 O 3, MoO 3, WO 3, UO 3, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , NiO and rare earth La 2 O 3 , CeO 2 , Ce 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Sm 2 O 3 , Eu 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Yb 2 O 3 ,
The pressure of oxygen constituting the mixed gas is 0.5 to 1.5 MPa, the flow rate is 400 to 1900 liters / minute,
The kerosene constituting the mixed gas has a pressure of 0.4 to 1.4 MPa, a flow rate of 0.2 to 0.5 liter / min,
The distance from the tip of the tube tip to the base material is 70 to 400 mm,
The amount of oxygen with respect to the fuel is made larger than the theoretical amount of oxygen, the fuel in the mixed gas is burned, and the ceramic powder is heated by raising the flame to a high temperature by burning the solvent and the combustion gas. A method for forming a ceramic coating, wherein a ceramic coating is formed on the surface of the base material by spraying.
溶射によって基材の表面にセラミックス被膜を形成する、セラミック被膜の形成方法であって、A method of forming a ceramic coating, wherein a ceramic coating is formed on the surface of a substrate by thermal spraying,
混合ガスを構成する燃料が水素、プロピレン、プロパン、エチレン、アセチレンまたは天然ガスであり、前記混合ガスを燃焼室で燃焼してフレームを発生させる工程と、The fuel constituting the mixed gas is hydrogen, propylene, propane, ethylene, acetylene or natural gas, and the flame is generated by burning the mixed gas in a combustion chamber;
溶媒としてアルコール類を用意し、この溶媒に平均粒径が0.1〜5μmのセラミックス粉末を分散させてスラリーを得る工程と、Preparing alcohols as a solvent, and dispersing ceramic powder having an average particle size of 0.1 to 5 μm in the solvent to obtain a slurry;
燃焼ガスとして、アセチレン、メタン、エタン、ブタン、プロパンまたはプロピレンを用意し、この燃焼ガスと前記スラリーとを前記フレームの内部に噴射する工程と、Preparing acetylene, methane, ethane, butane, propane or propylene as the combustion gas, and injecting the combustion gas and the slurry into the flame;
を備え、With
前記セラミックス粉末がBeO、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、CdO、AlThe ceramic powder is BeO, MgO, CaO, SrO, BaO, ZnO, CdO, Al 22 O 3Three 、Ga, Ga 22 O 3Three 、In, In 22 O 3Three 、Sc, Sc 22 O 3Three 、Y, Y 22 O 3Three 、La, La 22 O 3Three 、SiO, SiO 22 、GeO, GeO 22 、SnO, SnO 22 、TiOTiO 22 、ZrO, ZrO 22 、Hf, Hf 22 O 3Three 、ThO, ThO 22 、V, V 22 O 3Three 、Nb, Nb 22 O 3Three 、Ta, Ta 22 O 3Three 、Cr, Cr 22 O 3Three 、MoO, MoO 3Three 、WO, WO 3Three 、UO, UO 3Three 、Fe, Fe 22 O 3Three 、Fe, Fe 3Three O 4Four 、NiOおよび希土類La, NiO and rare earth La 22 O 3Three 、CeO, CeO 22 、Ce, Ce 22 O 3Three 、Nd, Nd 22 O 3Three 、Sm, Sm 22 O 3Three 、Eu, Eu 22 O 3Three 、Gd, Gd 22 O 3Three 、Dy, Dy 22 O 3Three 、Yb, Yb 22 O 3Three のいずれかであり、Either
燃料と酸素量との比率、その合計流量、それらに対する溶媒および燃焼ガスの流量、ならびに筒先の先端から基材までの距離をバランスさせて前記溶媒および前記燃焼ガスを完全燃焼させるために、燃料に対する酸素量を理論酸素量よりも多くし、混合ガス中の燃料を燃焼させ、さらに前記溶媒および前記燃焼ガスを燃焼させることによって前記フレームを高温にして前記セラミックス粉末を加熱し、このセラミックス粉末を噴射して前記基材の表面にセラミックス被膜を形成する、セラミックス被膜の形成方法。In order to completely burn the solvent and the combustion gas by balancing the ratio of the fuel and the oxygen amount, the total flow rate thereof, the flow rate of the solvent and the combustion gas with respect to them, and the distance from the tip of the cylinder tip to the base material The amount of oxygen is made larger than the theoretical amount of oxygen, the fuel in the mixed gas is combusted, and the ceramic powder is heated by heating the ceramic powder by burning the solvent and the combustion gas to inject the ceramic powder. And forming a ceramic coating on the surface of the substrate.
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