JP6014606B2

JP6014606B2 - アモルファス皮膜の形成装置および形成方法

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Publication number: JP6014606B2
Application number: JP2013553311A
Authority: JP
Inventors: 倉橋　隆郎; 隆郎倉橋; 松本　宏; 宏松本; 潤治竹原; 尚寿福留
Original assignee: NAKAYAMA AMORPHOUS CO., LTD.
Current assignee: NAKAYAMA AMORPHOUS CO., LTD.
Priority date: 2012-01-13
Filing date: 2013-01-10
Publication date: 2016-10-25
Anticipated expiration: 2033-01-10
Also published as: US20140335283A1; CN104040015B; HUE041637T2; EP2803752B1; CN104040015A; JPWO2013105613A1; EP2803752A4; US10773267B2; EP2803752A1; WO2013105613A1

Description

本発明は、基材（母材）の表面に噴射によってアモルファス（非晶質。金属ガラスを含む）の皮膜を形成するアモルファス皮膜の形成装置および形成方法、とくに、大面積のアモルファス皮膜を形成できる大型の形成装置とそれを用いる形成方法とに関するものである。

基材の表面に溶射によってアモルファス皮膜を形成する手段として、下記の特許文献１に示す装置がある。その装置は、概ね、図11に示す構成のものである。すなわち、
・材料粒子（粉末）を含む火炎を基材に向けて溶射ガンより噴射させ、当該材料粒子を火炎によって溶融させたうえ、材料粒子および火炎を、それらが基材に達する前から冷却ガスにて冷却する装置である。
・溶射ガンによる火炎の噴射経路のうち材料粒子を溶融させる領域（火炎の概ね前半部分）に、火炎と外気とを隔てる筒状体を設け、その筒状体に沿って筒状体と一体的に上記冷却ガスの流路を形成している。
・溶射ガンとしては、粉末式フレーム溶射用と同様のものを使用し、冷却ガスとしては、窒素や不活性ガス、空気、液体ミスト混合気体、その他の気体のうちいずれか一種を使用する。

図11に示す従来のアモルファス皮膜形成装置には、つぎのような作用効果がある。
・基材に達するよりも前に冷却ガスにて火炎を冷却するため、材料粒子をアモルファス化することが容易で、高融点であって過冷却温度領域がせまい金属についても、アモルファス皮膜として基材上に形成することができる。
・高速フレーム溶射の方式を採用するものではないので、材料粒子がフレーム中に滞在する時間が長くて材料粒子が完全溶融しやすく、その点からも、高融点であって過冷却温度領域がせまい、金属ガラス以外のアモルファス合金についても皮膜形成可能である。
・装置がコンパクトに構成されているために、その取り扱いが容易であり、現場でのアモルファス皮膜の形成を円滑に行える。

特許第４５７９３１７号公報

上記した従来の装置は、金属ガラス等に限定されない各種の合金について高品質のアモルファス皮膜を形成できるという利点を有するものの、大面積のアモルファス皮膜を形成するうえでは効率的なものでない。一般に火炎の直径が３０ｍｍ程度で、作製できる幅は７mm程度にすぎないため、基材上の近接領域で装置を何度も往復させるなどしないと、大面積の皮膜形成ができないからである。
装置を往復等させて基材上の近接領域に多数回の溶射を行うと、基材の温度上昇を招くため、装置の移動速度や往復の時間間隔、基材の冷却等を適切に制御せねばならず、アモルファス皮膜が必ずしも円滑には形成されなくなる。また、火炎を大きくしてその横断面を広げると、大面積の溶射は可能になるが、当該横断面内において火炎温度等の不均一性が増すこと等から、工業用材料として高生産で高品質かつ均一なアモルファス皮膜の形成は困難となる。

本発明は、以上のような観点から、大面積のアモルファス皮膜を形成するうえで有利な大型の形成装置等を提供するものである。

発明によるアモルファス皮膜の形成装置は、材料粒子を含む火炎を基材に向けて噴射機より噴射し、当該材料粒子を火炎によって溶融させたうえ、当該材料粒子および火炎を基材に達する前から冷却ガスにて冷却するアモルファス皮膜の形成装置であって、つぎの点を特徴とする。その装置は、概ね、図１に示す構成のものである。すなわち、
a) 材料粒子を含む上記火炎の横断面を横長のもの（つまり、一方向の寸法に比してそれと直角方向の寸法が大きなもの。したがって、見る向きが異なる縦長のものを含む）にするよう、噴射機の前面に、材料粒子噴射口および火炎噴射口が直線に沿って連続的に設けられている（「連続的に設けられている」とは、複数個の噴射口がそれぞれ密接し狭い間隔で並べて配置され、またはスリット状に延びた開口として噴射口が設けられていることをいう。以下同様）。
b) それら材料粒子噴射口および火炎噴射口をはさむ両側の位置に、火炎（材料粒子を含む火炎）を整流し冷却するための不活性ガス（窒素を含む）の噴射口が、上記直線に沿って連続的に設けられている。
c) 上記の材料粒子噴射口、火炎噴射口および不活性ガスの噴射口をはさむ両側の位置に、火炎（材料粒子を含む火炎）を冷却するためのミスト（液体ミスト、たとえば水ミスト）の噴射口が、上記直線に沿って連続的に設けられている。

こうした装置にはつぎのような作用効果がある。
・図11（前記特許文献１）に示す従来の装置と同様、基材に達するよりも前に冷却ガスにて火炎を冷却するため、材料粒子をアモルファス化することができ、高融点であって過冷却温度領域がせまい金属についても基材上にアモルファス皮膜として形成できる。金属ガラス皮膜の形成も可能である。
・材料粒子を含む上記火炎の横断面を横長のものにした大型の装置であるため、その長手方向と直角の方向に装置（または基材）を１回または少数回だけ移動させることにより、基材上に大面積のアモルファス皮膜を形成できる。火炎の横断面は一方向の寸法のみを大きくしていることから、直径等を大きくする場合とは違って横断面内において温度等の分布が生じにくく、したがって均一な皮膜形成を実現しやすい。
・材料粒子を含む火炎の両外側に、整流および冷却用の不活性ガスの噴射流れが形成され、さらにその両外側に、冷却用のミストの噴射流れが形成される。一般に、火炎が整流されなければ、材料粒子の流れが乱れて基材上に適切には届かなくなるほか、火炎中に外気が巻き込まれるためアモルファス皮膜の品質が低下する。また、火炎が十分に冷却されなければ、材料粒子の冷却速度が不十分となってアモルファス化させることができなくなる。上記のように不活性ガスおよびミストの噴射流れが形成されると、そのような整流および冷却を適切かつ十分に行うことができる。
・ただし、火炎の整流および冷却を適切かつ十分に行えるのは、上記のように不活性ガスとミストとの双方を使用しているからであり、不活性ガスのみ、またはミストのみを流すことによっては、整流と冷却とを好ましく行うことはできない。すなわち、火炎の外側に不活性ガスを流すのみでは、横断面が横長になるよう大型化したことにともなって従来よりも火力が増大した火炎を、十分に冷却することは不活性ガス量が増大して冷却効率を悪化して困難である。その一方、ミストを流すのみでは、当該ミストが相変化したり化学変化したりするのにともなって整流がなされず火炎が乱れることになる。火炎のすぐ外側に不活性ガスを流してその整流化と部分的な冷却とを行い、そのさらに外側と内部にミストを流して火炎の冷却を強力に補う行うことによって初めて、火炎の整流および冷却を適切かつ十分に行えるのである。

発明の装置において、ミストの噴射口は、噴射するミストが上記火炎に接近する（つまり、両側の位置から噴射されるミストが前方で交差する）ように角度を定められ、かつその角度が自由に変更できるように構成されるのが好ましい。
ミストの噴射口の角度が上記のように定められていて、ミストが、材料粒子を含む火炎をはさむ両側の位置から上記火炎に接近するように噴射されるなら、ミストと火炎とが確実に接触し、したがって、上記した十分な冷却が実現する。
また、ミストの噴射口の上記角度が変更できるなら、火炎に対する冷却の強さを調整することができる。発明の装置については、材料粒子の化学成分を変更することによって種々の合金のアモルファス皮膜等を基材上に形成できることが望まれる。そのような種々の合金の中には、とくに高速冷却が必要なものもあれば、金属ガラス等のように比較的緩い冷却によって非晶質化するものもある。ミストの噴射口の角度が変更できて上記のように冷却強さを調整できるなら、こうした種々の合金についてアモルファス皮膜の形成が可能になる。当該角度を変更することによって、火炎の横断面（の短辺寸法）を変更することも可能であり、それによって、形成するアモルファス皮膜の厚さや性状（アモルファス化の割合を含む）を制御することもできる。

上記の不活性ガスおよびミストについて、それぞれ噴射の圧力が変更できるようにすると、さらに好ましい。
これらの各噴射圧力を変更できるなら、火炎に対する整流の強さと冷却の強さとを調整することができ、したがって、種々の合金のアモルファス皮膜を基材上に適切に形成するうえでさらに有利である。たとえば、不活性ガスの圧力を高くしてミストの圧力を低くすれば冷却強さが弱まり、不活性ガスの圧力を低くしてミストの圧力を高くすれば冷却強さが増す。後者の場合、ミストの角度を火炎寄りに傾ければ、火炎に対するミストの接触が顕著になり、火炎の冷却をさらに強めることになる。

発明の装置は、上記のミストとして水ミストを噴射するもので、その噴射の際、上記の火炎噴射口に供給されそこから噴射される酸素が、完全燃焼に必要な酸素量の５０〜８０％とされるものであれば、とくに好ましい。
ミストとしては水ミストを使用するのが最も低コストであり冷却効果にも優れる。しかし、水ミストを使用すると、火炎との接触によってミストが酸素と水素とに分解し、火炎中の酸素量を過剰気味にする場合がある。
発明の装置は、大型化にともなって一般の溶射ガンよりも火力が強くなっているため、水ミストが分解して酸素を発生し、火炎中の酸素量を過剰にしてアモルファス皮膜中に酸化物を作りやすい。そのため、上記のとおり、火炎噴射口から噴射される酸素の量を減らし、完全燃焼に必要な酸素量の５０〜８０％とする（たとえばプロパンガスで実行して、還元炎とする）。そのようにすれば、火炎中の酸素量が過剰になることが避けられ、火炎と材料とが反応した酸化物を含まない（または少ない）アモルファス皮膜を基材上に形成することが可能になる。更にもともと材料に在った酸化物も還元してしまいより酸化物の少ないアモルファス皮膜を形成する。なお、火炎噴射口から噴射する酸素の量は、使用する水ミストの量や火炎の温度等に応じて上記５０〜８０％の範囲内で適宜設定する。

発明の装置については、上記の不活性ガスおよびミストが、材料粒子を含む火炎を４０万〜１００万℃／秒の速度で冷却できるように、不活性ガスおよびミストの各噴射を行えるのがよい。
材料粒子を含む火炎をそのような速度で冷却することによって、火炎中で溶融した材料粒子をアモルファス化して基材の皮膜にすることが可能だからである。ただし、上記の速度で冷却しない場合であっても、金属ガラス等の皮膜を基材上に形成することは可能である。

発明の装置における材料粒子の噴射口は、上記した「直線」と直角で噴射機の中央（すなわち材料粒子噴射口の配置の中央）に位置する仮想平面に関して対称に、複数個が連続的に配置されたものであり、それら噴射口へ至る材料粒子の供給は、材料粒子の供給量と輸送ガスの流量とをそれぞれ調整可能にした複数の供給管（各供給管において上記供給量とガス流量とがそれぞれ調整できる）から、上記仮想平面に関し対称に形成されていて上記供給管（の下流端）から各噴射口までの通路長さを同一にした分岐通路を通じて行われるのが好ましい。
火炎の横断面が横長になるようにしたこの発明の装置では、火炎の横断面の各部において材料粒子の噴射量に偏りやばらつきがないよう、均一に材料粒子を供給し噴射しなければならない。上記の構成は、イ)材料粒子噴射口が、噴射機の中央部分をはさんで左右対称に複数配置されたものであり、ロ)それら噴射口へ至る材料粒子の供給通路も、上記中央部分をはさんで対称に形成され長さを等しくされた分岐通路であって、ハ)材料粒子の供給は、粒子供給量と輸送ガス流量とをそれぞれ調整可能にした複数の供給管から上記の供給通路を経て噴射口に至るようになっている。こうした構成によると、横長にされた火炎に対し、長手方向の一方（つまり左右いずれか）に偏ることなく対称的に材料粒子を噴射でき、しかも複数ある上記供給管の各管ごとに材料供給量（すなわち噴射量）を調整することができる。そのため、火炎の横断面の各部において材料粒子の均一な噴射を実現することができる。なお、さらに均一な噴射のためには、各噴射口の大きさに差を付けたり、上記分岐通路の一部の内径を細く絞ったりするのがよい場合もある。たとえばその装置は、概ね図２に示す構成のものである。

上記ミストの噴射口は、上記直線（材料粒子噴射口や火炎噴射口が沿って設けられている直線）に沿って延びたスリット状の開口として設けられているのが好ましい。
ミストの噴射口も、上記した材料粒子の噴射口と同様に複数個が連続的に配置されたものとすることが可能である。しかし、スリット状に延びた開口として設けられると、ミストが噴射口の内壁に衝突する機会が少ないため、粒子が微小のままミストが噴射されやすく、したがって火炎との接触面積が実質的に広くなり、火炎に対する冷却効果が高くなる、という利点がある。

発明の装置が、上記の材料粒子噴射口、火炎噴射口および不活性ガスの噴射口を囲んでそれらの前方に延びた筒状体を、たとえば着脱可能に有しているのも好ましい。
装置から噴射された材料、火炎、不活性ガスは、空気との接触によって圧力・流速の低下を起こすため、形成する皮膜の幅が狭くなり（幅狭化）、または膜厚の偏差が増大しやすい（図10（ａ）参照）。しかし、上記のように筒状体を有する場合には、材料や火炎、不活性ガスが空気と接触する面積が少なくなるため、皮膜の幅狭化・膜厚の偏差増大が抑制され（図10（ｂ）参照）、幅の広い均一なアモルファス皮膜を形成するうえで有利である。
ただし、皮膜の幅狭化や膜厚の偏差増大は、装置に使用する燃焼ガスの量や形成する皮膜の幅寸法等に応じて異なるため、上記の筒状体は、皮膜の形成条件に応じて取り付けたり取り外したりできるものであるのが好ましい。

発明の装置は、材料粒子を含む上記火炎の横断面における長手寸法が１５０ｍｍ以上（たとえば約３００ｍｍ。当該横断面における短辺寸法はたとえば約３０ｍｍ）であり、上記直線に沿って形成された不活性ガスの噴射口および上記ミストの噴射口の連続する長さ寸法（複数個の噴射口が密接して連続的に存在する場合の両端間の長さを含む）も１５０ｍｍ以上（たとえば約３００ｍｍ）のものとして構成できる。
火炎の横断面がそのように横長である大型の装置であれば、基材上に大面積のアモルファス皮膜を効率的に形成することができる。また、そのような大型の装置の場合、前記したように火炎のすぐ外側に不活性ガスを流して火炎の整流と部分的な冷却とを行い、そのさらに外側にミストを流して火炎の冷却を強力に補うことが、アモルファス皮膜の形成にとって不可欠となり、本件発明の意義が顕著になる。

発明によるアモルファス皮膜の形成方法は、上記したアモルファス皮膜の形成装置を用い、材料粒子の（したがって形成するアモルファス皮膜の）化学成分に応じて、上記ミストの噴射口の角度、ならびに上記不活性ガスおよびミストの噴射圧力を変更することを特徴とする。
そのようにすることによって、化学成分等の異なる各種アモルファス合金の皮膜を適切に形成することができる。上記ミストの噴射口の角度や、上記不活性ガスおよびミストの噴射圧力を変更することにより、材料粒子を含む火炎を整流し、その冷却強さを適宜に調整できるからである。

本発明によれば、大面積であって均一かつ高品質のアモルファス皮膜を効率的に形成することができる。高融点であって過冷却温度領域がせまい金属や金属ガラスを含めて、各種合金のアモルファス皮膜を形成できる。

発明によるアモルファス皮膜形成装置１を示す図である。図（ａ）は装置1の正面図（図（ｂ）におけるａ−ａ断面図）、図（ｂ）は側面図（皮膜形成中の火炎等を併せて示している）、また図（ｃ）は底面図である。発明の装置における材料粒子の供給管の分岐通路を示す模式図、および各噴射口（吐出口）からの噴射量の分布を示すグラフである。発明の装置が噴射する火炎の温度測定結果を示す写真およびグラフである。噴射機の前面から噴射対象物に至るまでの火炎の温度分布を示すグラフである。噴射機の前面から噴射対象物に至るまでの火炎の温度分布を示すグラフと、噴射中の火炎等の外観写真である。不活性ガスを用いたときの火炎の温度分布を示すである。水ミストを用いたときの噴射対象物の温度分布を示すグラフである。製造試験により得られたアモルファス合金薄板の外観写真である。アモルファス合金薄板の断面顕微鏡写真と、その薄板についてのＸ線回折分析結果とを示す。噴射機の前面に筒状体を取り付けない場合（図（ａ））と取り付けた場合（図（ｂ））とについて皮膜の幅・膜厚偏差の違いを示す図である。従来のアモルファス皮膜形成装置を示す図である。

図１に、発明によるアモルファス皮膜の形成装置１を示す。この装置１は、約３００ｍｍの幅で火炎ａを噴射し、相当する幅を有する大面積のアモルファス皮膜の工業的形成を可能にするものである。原理的には、図11に示す従来の装置と同様、粉末式フレーム溶射法にしたがい、材料粒子を含む火炎ａを基材（図示省略。図１（ａ）の下方に設置して移動させる）に向けて噴射機２より噴射し、当該材料粒子を火炎ａによって溶融させたうえ、基材に達する前から冷却して非晶質の皮膜とする。
装置１の具体的な構成は以下のとおりである。

材料粒子を含む上記火炎ａの横断面を幅約３００ｍｍの横長のものにするよう、噴射機２の前面に、材料粒子噴射口１１および火炎噴射口１２が、噴射機２の幅方向に延びる共通の直線に沿ってそれぞれ複数個、せまい間隔で連続的に配置されている。
それら材料粒子噴射口１１および火炎噴射口１２をはさむ両側の位置に、材料粒子を含む火炎ａを整流し冷却するための不活性ガス（窒素ガス）噴射口１３が、やはり上記直線に沿ってせまい間隔で複数個連続的に配置されている。
上記の材料粒子噴射口１１、火炎噴射口１２および不活性ガス噴射口１３を含む噴射機２をはさむ両側の位置に、火炎冷却のためのミスト（水ミスト）の噴射ノズル３が配置されている。噴射ノズル３は、下向きにミスト噴射口１４を有しており、当該噴射口１４は、上記直線に沿って開口の連続するスリットとして設けられている。

図１（ｂ）に示すように、ミスト噴射ノズル３は、噴射機２と連結された支持具３ａを介して噴射機２に組み付けられている。当該噴射ノズル３は、噴射するミストが上記火炎ａに接近して前方で交差するよう内向きに角度を定められ、かつその角度が自由に変更できるよう支持具３ａに取り付けられている。不活性ガス噴射口１３も、噴射する不活性ガスｂが火炎ａに接近するよう内向きに角度を定められているが、通常は、冷却効果を強めるべく、ミストｃの噴射の方により大きな角度を付けてミストｃが火炎ａに入り込むようにしている。

図１中の符号２１は、搬送ガス（窒素ガス等）とともに材料粒子を供給するための供給管（計３本）である。材料粒子は、供給管２１から、噴射機２の内部に形成された分岐経路２６を通って分配され、材料噴射口１１のそれぞれから噴射される。符号２２、符号２３は、火炎ａの燃料であるプロパンガスおよび酸素等の供給管、また符号２４は、火炎の冷却および整流をなす不活性ガスｂの供給管である（上記ミストのための供給管については図示を省略している）。これらによる供給は、それぞれ時間あたりの量を変更可能であり、また、不活性ガスｂおよびミストｃの噴射圧力も変更可能である。
火炎ａが幅広で火力が強いため、噴射するミストが分解されて酸素を発生することから、火炎ａの酸素が過剰になるのを避けるべく、供給管２２へ送る酸素は、燃料ガスの完全燃焼に必要な量の５０〜８０％に抑えている。

それぞれのガスや材料粒子等について上記のように流量、圧力、および上記したミストｃの噴射角度を変更できることから、この装置１においては、火炎ａの冷却速度を適宜に調整することができる。その調整は、噴射する合金の化学成分（したがって材料粒子の化学成分）等に応じて行い、金属ガラス等を噴射する場合には冷却を緩くし、高融点で過冷却温度領域がせまい金属の場合には、４０万〜１００万℃／秒の程度にまで冷却速度を高める。

装置１によって基材表面にアモルファス皮膜を形成するには、たとえば、帯状の薄板基材を水平の一定方向に送り、その表面上に、数百ｍｍの間隔をおいて上方に配置した装置１から噴射を行う。装置１の幅（長辺）方向を当該基材の送り方向と直角にしておけば、幅が約３００ｍｍの大面積アモルファス皮膜を効率的に形成することができる。

図２は、装置１における材料粒子の供給管２１とそれに通じる分岐通路２６を、３本ある供給管の１本に関して示す模式図である。グラフは、上流から材料粒子と輸送ガスを流した場合の、各噴射口における材料粒子の回収重量を示している。上流から噴射口へ至る供給管の構成は、噴射口が、噴射機の中央部分をはさんで左右対称に複数配置されたものであり、それら噴射口へ至る材料粒子の供給通路も、上記中央部分をはさんで対称に形成され長さを等しくされた分岐通路となっている。このため、グラフでは、長手方向の一方（つまり左右いずれか）に偏ることなく対称的に材料粒子を噴射できていることがわかる。さらに均一な噴射のために、上記分岐通路の図中部分ａ，部分ｂの内径を細く絞った対策を施すことにより、グラフの対策後のような結果が得られ、噴射量のばらつきが解消されたことがわかる。

以下、発明によるアモルファス皮膜形成装置（図1の装置１）に関して種々の測定結果を紹介する。
図３は、発明の装置が噴射する火炎の温度測定結果を示す。図中の写真は、噴射した火炎であり、テスト２，３は上記ミスト（火炎を冷却するための水ミスト）を火炎とともに噴射している。グラフの横軸は、噴射機の前面からの噴射距離を示し、火炎の温度測定は、テスト１では噴射距離750mm、テスト２では150mm，250mm，350mm、テスト３では350mm，450mmで行い比較した。グラフはその温度測定結果による噴射ガス温度分布を示す。噴射ガスの温度が1200℃を超えたのは、テスト１では噴射距離750mm、テスト２では150mm、テスト３では350mmであった。テスト２，３では冷却の結果100℃まで噴射ガス温度が低下した。ただし、上記水ミストの噴射圧力や噴射するミストの角度を変えているため、その噴射ガスの形態、ならびに温度分布は様相を異にしていることがわかる。なお、1200℃から100℃に至る噴射長さは、テスト３では100mmであった。噴射ガスの速度は30〜100ｍ/秒であるので、この場合、噴射ガスの冷却速度は３０万〜１００万℃／秒であったことがわかる。

図４は、噴射機の前面から噴射対象物に至るまでの火炎の温度分布を示す。グラフは、噴射機の前面からの噴射距離が300mm，350mm，400mm，450mm，500mm，550mm，600mmの場合の比較をした。噴射条件は酸素流量を50 Nm³/ｈと68Nm³/ｈに変化させた。グラフは前面と平行な直線上の噴射ガス温度分布を示す。酸素流量50 Nm³/ｈの場合、噴射距離が300mmでは中央付近の温度は1000℃程度であったが、酸素流量68 Nm³/ｈの場合、噴射距離が350mmの中央で噴射対象物が溶損するほどの温度（1200℃以上）、400mmで700℃程度であった。また距離に従い噴射ガス温度が次第に低下する様子が明確にわかる。

図５は、噴射機の前面から噴射対象物に至るまでの火炎の温度分布と火炎の外観写真を示す。写真中の噴射距離０mmは噴射機の前面である。グラフは前面からの噴射距離が550mm，600mm，650mm，700mm，750mm，800mmの場合の比較をした。グラフは噴射機の前面と平行な直線上の噴射ガス温度分布を示す。550mmでは550〜600℃の範囲でありほぼ一様な温度分布であるが、距離に従い噴射ガス温度が低下かつ温度範囲が大きくなっていることがわかる。

図６は、上記不活性ガス（火炎を整流し冷却するための不活性ガス）に窒素ガスを用いたときの、噴射距離500mmにおける火炎の温度分布を示す。噴射条件はある一定のもと、不活性ガスの噴射圧力を変更した場合の比較をした。不活性ガスの圧力変更の結果、流量が360Nm³/ｈと180Nm³/ｈの場合であり、グラフは噴射機の前面と平行な直線上の噴射ガス温度分布を示す。不活性ガスの噴射圧力を変更することにより冷却強さが調整され、ここでは噴射ガス温度分布で50〜100℃差の影響が生じていることがわかる。

図７は、上記ミスト（火炎を冷却するためのミスト）に水ミストを用いたときの、噴射距離400mmにおける噴射対象物の温度分布を示す。噴射条件はある一定のもと、水ミストの噴射圧力を変更した場合の比較をした。噴射対象物としては薄板基材上、粉末材料は80Ni-20Crを用いた。水ミストの圧力変更の結果、上流側水ミスト流量のみ４リットル/分，６リットル/分，８リットル/分と変更した場合、あるいは下流側水ミスト流量のみ８リットル/分，10リットル/分，12リットル/分と変更した場合であり、グラフは噴射ガスが薄板基材に衝突した部分の温度を示す。水ミストの噴射圧力を変更することにより冷却強さが調整され、薄板基材温度は、最大で２リットル/分あたり30〜60℃差の影響が生じていることがわかる。
なお、上に言う「上流側」「下流側」とは、発明の装置による噴射の対象とする基材を送る（発明の装置に対して基材を相対的に移動させる）うえでの、送りに沿った上流側・下流側をさす。

図１に示す装置を用いて行ったアモルファス合金薄板の製造試験につき、以下に紹介する。この試験では、以下に示すように圧延機等をも併せて使用した。

(1)試験方法
超急冷遷移制御噴射機（図１に示すアモルファス皮膜形成装置）を使用し厚み300μm、幅300mmのアモルファス合金薄板を製造することする。試験圧延機に超急冷遷移制御噴射機を設置して、製造試験を行った。その超急冷遷移制御噴射機の試験条件を表１に示す。アモルファス合金噴射前の薄板基材表面温度を400℃まで加熱し、64.5Ni-10Cr-7.5Mo-18B
の粉末を溶融させ超急冷遷移制御噴射機から噴射しアモルファス合金皮膜形成して、その皮膜を塑性流動性のある温度域（300〜520℃）に保った状態で、内部の空孔をなくし表面を平滑化するように圧延し、その後に基材から剥がしたものである。

(2)試験結果
上記製造試験により得られたアモルファス合金薄板の外観を図８に示す。厚さ400μｍ・幅300ｍｍの長さ4000mmの帯状に連続したアモルファス合金薄板を得ることができた。また、そうして得たアモルファス合金薄板の断面とそのＸ線回折分析結果とを図９に示す。

上に説明した超急冷遷移制御噴射機（図１のアモルファス皮膜形成装置１）では、燃焼ガスの流速や形成する皮膜の幅寸法等によっては、火炎ａや不活性ガスｂが空気に触れる接触面積を少なくする方が好ましい。すなわち、図１に示す材料粒子噴射口１１、火炎噴射口１２および不活性ガスの噴射口１３を一体的に囲んでそれらの前方に延びる筒状体を、長方形の中空断面のものとして図10（ｂ）の符号６のとおり噴射機２の前部に取り付けるのがよい。
そのような筒状体６を噴射機２の前部に取り付けて、火炎ａや不活性ガスｂのすぐ外側を囲むと、火炎ａ等と空気との接触面積が少なくなり、筒状体６を取り付けない場合（図10（ａ））に比べて形成皮膜の幅狭化や膜厚の偏差増大が抑制される。(表２参照)

１アモルファス皮膜形成装置
２噴射機
３ミスト噴射ノズル
６筒状体
１１材料噴射口
１２火炎噴射口
１３不活性ガス噴射口
１４ミスト噴射口

Claims

材料粒子を含む火炎を基材に向けて噴射機より噴射し、当該材料粒子を火炎によって溶融させたうえ、当該材料粒子および火炎を基材に達する前から冷却するアモルファス皮膜の形成装置であって、
材料粒子を含む上記火炎の横断面を横長のものにするよう、噴射機の前面に、材料粒子噴射口および火炎噴射口が直線に沿って連続的に設けられ、それら材料粒子噴射口および火炎噴射口をはさむ両側の位置に、火炎を整流し冷却するための不活性ガスの噴射口が、上記直線に沿って連続的に設けられているとともに、上記材料粒子噴射口、火炎噴射口および不活性ガスの噴射口をはさむ両側の位置に、火炎を冷却するためのミストの噴射口が、上記直線に沿って連続的に設けられていること、
および、上記のミストとして水ミストを噴射し、その噴射の際、上記の火炎噴射口から噴射される酸素が、完全燃焼に必要な酸素量の５０〜８０％とされること
を特徴とするアモルファス皮膜の形成装置。
材料粒子を含む火炎を基材に向けて噴射機より噴射し、当該材料粒子を火炎によって溶融させたうえ、当該材料粒子および火炎を基材に達する前から冷却するアモルファス皮膜の形成装置であって、
材料粒子を含む上記火炎の横断面を横長のものにするよう、噴射機の前面に、材料粒子噴射口および火炎噴射口が直線に沿って連続的に設けられ、それら材料粒子噴射口および火炎噴射口をはさむ両側の位置に、火炎を整流し冷却するための不活性ガスの噴射口が、上記直線に沿って連続的に設けられているとともに、上記材料粒子噴射口、火炎噴射口および不活性ガスの噴射口をはさむ両側の位置に、火炎を冷却するためのミストの噴射口が、上記直線に沿って連続的に設けられていること、
および、材料粒子の噴射口は、上記直線と直角で噴射機の中央に位置する仮想平面に関して対称に、複数個が連続的に配置されたものであり、それら噴射口へ至る材料粒子の供給が、材料粒子の供給量と輸送ガスの流量とをそれぞれ調整可能にした複数の供給管から、上記仮想平面に関し対称に形成されていて上記供給管から各噴射口までの通路長さを同一にした分岐通路を通じて行われること
を特徴とするアモルファス皮膜の形成装置。
ミストの噴射口は、噴射するミストが上記火炎に接近するように角度を定められ、かつその角度が変更できることを特徴とする請求項１または２に記載したアモルファス皮膜の形成装置。
上記の不活性ガスおよびミストについて、それぞれ噴射の圧力が変更できることを特徴とする請求項３に記載したアモルファス皮膜の形成装置。
上記の不活性ガスおよびミストが、材料粒子を含む火炎を４０万〜１００万℃／秒の速度で冷却できるように噴射され得ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載したアモルファス皮膜の形成装置。
ミストの噴射口が、上記直線に沿って延びたスリット状の開口として設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載したアモルファス皮膜の形成装置。
上記材料粒子噴射口、火炎噴射口および不活性ガスの噴射口を囲んでそれらの前方に延びた筒状体を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載したアモルファス皮膜の形成装置。
材料粒子を含む上記火炎の横断面における長手寸法が１５０ｍｍ以上であり、上記直線に沿って形成された不活性ガスの噴射口および上記ミストの噴射口の連続する長さ寸法も１５０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載したアモルファス皮膜の形成装置。
請求項１〜８のいずれかに記載したアモルファス皮膜の形成装置を用い、基材の表面にアモルファス皮膜を形成することを特徴とするアモルファス皮膜の形成方法。
材料粒子の化学成分に応じて、上記ミストの噴射口の角度、ならびに上記不活性ガスおよびミストの噴射圧力を変更することを特徴とする請求項９に記載したアモルファス皮膜の形成方法。