JP6125888B2 - Method for forming sprayed coating by plasma spraying method and method for manufacturing member for heat exchanger - Google Patents

Method for forming sprayed coating by plasma spraying method and method for manufacturing member for heat exchanger Download PDF

Info

Publication number
JP6125888B2
JP6125888B2 JP2013095246A JP2013095246A JP6125888B2 JP 6125888 B2 JP6125888 B2 JP 6125888B2 JP 2013095246 A JP2013095246 A JP 2013095246A JP 2013095246 A JP2013095246 A JP 2013095246A JP 6125888 B2 JP6125888 B2 JP 6125888B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thermal spray
plasma
sprayed
coating
spray coating
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.)
Active
Application number
JP2013095246A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2014214372A (en
Inventor
剛 高畠
剛 高畠
典之 安尾
典之 安尾
原田 諭
諭 原田
勝 藤原
勝 藤原
省三 村上
省三 村上
大和 柿添
大和 柿添
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tocalo Co Ltd
Original Assignee
Tocalo Co Ltd
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 Tocalo Co Ltd filed Critical Tocalo Co Ltd
Priority to JP2013095246A priority Critical patent/JP6125888B2/en
Publication of JP2014214372A publication Critical patent/JP2014214372A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6125888B2 publication Critical patent/JP6125888B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)

Description

本発明は、短い工期で密着性の高い溶射皮膜を得ることができるプラズマ溶射法による溶射皮膜の形成方法と、熱交換器用部材の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for forming a thermal spray coating by a plasma spraying method capable of obtaining a thermal spray coating with high adhesion in a short construction period, and a method for manufacturing a member for a heat exchanger.

溶射法は金属、セラミックスなどの粉末材料やワイヤー材料を燃焼フレームやプラズマジェットに供給して、これらを軟化又は溶融した状態にし、基材の表面に高速で吹き付けることによって、その表面に溶射皮膜を形成する表面処理技術である。このような溶射法として、大気プラズマ溶射法、減圧プラズマ溶射法、高速フレーム溶射法、ガスフレーム溶射法、アーク溶射法などが知られおり、これら各種の溶射法を用いることによって耐久性に優れ、高品質の皮膜を得ることができる。   In the thermal spraying method, powder materials such as metals and ceramics and wire materials are supplied to a combustion frame or plasma jet, and these are softened or melted, and sprayed onto the surface of the substrate at a high speed to form a thermal spray coating on the surface. This is a surface treatment technology to be formed. As such a thermal spraying method, atmospheric plasma spraying method, low-pressure plasma spraying method, high-speed flame spraying method, gas flame spraying method, arc spraying method, etc. are known, and by using these various spraying methods, it has excellent durability, A high quality film can be obtained.

各種の溶射法の中でもプラズマ溶射法は、ワイヤー材料を用いるフレーム溶射やアーク溶射で形成した皮膜よりも緻密な皮膜を得たい場合に適している。さらにプラズマ溶射法は、例えば高速フレーム溶射法で必要とされる燃焼ガス及び酸素ガスを不要とするため、安全性が高いといった特徴を有している。皮膜を形成させる被施工物が建造体のような大型の構造体である場合、又は移動させにくい場所に設置されている場合には、溶射機材を持ち込んで施工を行う必要がある。持ち込みによる現地施工が必要とされ、高品質の皮膜が要求される際にはプラズマ溶射法が最適である。   Among various thermal spraying methods, the plasma spraying method is suitable when it is desired to obtain a finer coating than a coating formed by flame spraying or arc spraying using a wire material. Further, the plasma spraying method is characterized by high safety because it eliminates the need for the combustion gas and oxygen gas required for the high-speed flame spraying method, for example. When the work to be coated is a large structure such as a building, or when it is installed in a place that is difficult to move, it is necessary to carry out construction by bringing thermal spray equipment. Plasma spraying is the best method when on-site construction is required and high quality coatings are required.

現地施工では、被施工物が組み込まれたプラント又は装置などを停止させて溶射皮膜の形成を行うため、短時間での成膜作業が望まれており、成膜速度を向上させることが重要である。成膜速度を高めるには、一定の時間により多くの材料を被成膜面に付着させればよい。図5(a)及び(b)は従来の溶射方法を説明する模式図である。   In local construction, the plant or equipment in which the work is built is stopped to form the sprayed coating, so a short film-forming operation is desired, and it is important to improve the film-forming speed. is there. In order to increase the deposition rate, more material may be attached to the deposition surface in a certain time. 5A and 5B are schematic views for explaining a conventional thermal spraying method.

図5(a)はノズル100から噴出されるプラズマジェット101に、キャリアガスと共に溶射材料102を供給して、プラズマジェット101で溶融・加速された溶射材料の流れである材料フレーム103を生成し、基材120の被成膜面104に溶射皮膜105を形成している状態を表している。図5(b)は溶射材料102の供給量を2倍にした状態を表している。なおこれらの図は、溶射材料が標準と2倍量で同じ厚みの溶射皮膜105、106を形成したとき状態を比較するための一例を表す模式図である。溶射材料が標準量のときの溶射皮膜105は(図5(a))、4層の溶射ビード101で形成されており、溶射材料が2倍量のときの溶射皮膜106は(図5(b))、2層の溶射ビード111で形成されている。   In FIG. 5A, a thermal spray material 102 is supplied together with a carrier gas to a plasma jet 101 ejected from a nozzle 100 to generate a material frame 103 which is a flow of the thermal spray material melted and accelerated by the plasma jet 101. A state in which the thermal spray coating 105 is formed on the film formation surface 104 of the substrate 120 is shown. FIG. 5B shows a state where the supply amount of the thermal spray material 102 is doubled. These drawings are schematic views showing an example for comparing the states when the thermal spray coatings 105 and 106 having the same thickness and the same thickness as the thermal spray material are formed. The thermal spray coating 105 when the thermal spray material is a standard amount (FIG. 5A) is formed of four layers of thermal spray beads 101, and the thermal spray coating 106 when the thermal spray material is twice the amount (FIG. 5B). )) It is formed of two layers of sprayed beads 111.

一般に溶射材料にCrが多量に含まれていると、ヒュームの発生量が多くなることが経験上知られている。ヒュームとは、プラズマジェット101で加熱された溶射材料の一部が蒸発し、冷却されて再凝固したナノサイズの粒子がスス状に凝集体したものである。積層された溶射ビード101、111の層間、又は溶射皮膜105、106と基材120との界面である被成膜面104にヒュームが堆積すると、溶射皮膜105、106の密着性を低下させる。標準量の溶射材料102で一定の厚みの溶射皮膜105を得る場合(図5(a))、溶射ビード101の層間が多くなり、それだけヒュームが分散するため密着性への影響は小さい。   In general, it is known from experience that when the thermal spray material contains a large amount of Cr, the amount of generated fumes increases. The fume is obtained by agglomerating a part of the thermal spray material heated by the plasma jet 101, so that nano-sized particles that have been cooled and re-solidified in a soot shape. When fumes accumulate on the deposition surface 104 that is the layer between the sprayed beads 101 and 111 or the interface between the sprayed coatings 105 and 106 and the substrate 120, the adhesion of the sprayed coatings 105 and 106 is reduced. When the sprayed coating 105 having a constant thickness is obtained with the standard amount of the sprayed material 102 (FIG. 5A), the number of layers of the sprayed bead 101 is increased, and the amount of fumes is dispersed.

2倍量の溶射材料102で短時間に一定の厚みの溶射皮膜106を得る場合(図5(b))、各溶射ビード111の厚みが大きくなる。溶射ビード111の厚みが大きくなると、溶射皮膜106中の残留応力が増大し、この残留応力の一部が皮膜を剥離させる剪断応力として働く。それに加えて、積層された溶射ビード111の層間に堆積するヒュームが多くなる。これらの現象は溶射皮膜106の密着性へ大きく影響を及ぼし、剥離を生じさせる方へ作用する。   When the sprayed coating 106 having a constant thickness is obtained in a short time with twice the amount of the sprayed material 102 (FIG. 5B), the thickness of each sprayed bead 111 is increased. When the thickness of the thermal spray bead 111 increases, the residual stress in the thermal spray coating 106 increases, and a part of the residual stress works as a shear stress that peels off the coating. In addition, more fumes accumulate between the layers of the laminated spray beads 111. These phenomena have a great influence on the adhesion of the thermal spray coating 106 and act to cause peeling.

標準量の溶射材料の吹き付けで短時間に一定の厚みの溶射皮膜を得るには、プラズマ溶射ガンをロボットでハンドリングして、基材上での走査速度を上げればよい。しかし現地施工においては一般的に大型となるロボットの設置は困難であり、また小型のトラバーサでは効果的な走査速度は得られない。   In order to obtain a sprayed film having a constant thickness in a short time by spraying a standard amount of sprayed material, the plasma spray gun can be handled by a robot to increase the scanning speed on the substrate. However, it is difficult to install a large robot in field construction, and an effective scanning speed cannot be obtained with a small traverser.

溶射皮膜の高い密着性を得る方法として次の技術が知られている。例えば特許文献1では溶射ガンと被成膜間の空間を不活性雰囲気としている。特許文献2にはヒュームを被成膜面に到達させる前に吸引する方法が記載されている。   The following techniques are known as methods for obtaining high adhesion of the thermal spray coating. For example, in Patent Document 1, the space between the spray gun and the film formation is an inert atmosphere. Patent Document 2 describes a method of sucking fume before reaching the film formation surface.

特開平2−225653号公報JP-A-2-225653 特開平5−202463号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-202463

特許文献1の不活性雰囲気を用いる方法では、多量の不活性ガスが必要となり現地施工は現実的ではない。さらに厚膜の溶射皮膜を形成したときの残留応力が大きくなり、皮膜の剥離現象を解消することはできない。特に大面積の部材に溶射皮膜を形成すると残留応力の影響が大きくなり、より剥離し易くなると考えられる。ヒューム対策を講じている特許文献2に記載の方法に関して、金属の微粉と高温のガスを吸引することになるため、発火の危険性が高く、現地での安全確保が難しい。吸引のための装置を要し、溶射ガンと吸引装置を同時に走査させなければならず、限られたスペースでの手作業が困難となり、現地での施工時間が長引くことにもなる。   In the method using the inert atmosphere of Patent Document 1, a large amount of inert gas is required, and field construction is not realistic. Furthermore, the residual stress increases when a thick sprayed coating is formed, and the peeling phenomenon of the coating cannot be eliminated. In particular, when a thermal spray coating is formed on a member having a large area, it is considered that the influence of the residual stress is increased and the separation becomes easier. With respect to the method described in Patent Document 2 in which countermeasures against fume are taken, metal fine powder and high-temperature gas are sucked, so there is a high risk of ignition and it is difficult to ensure safety on site. A device for suction is required, and the spray gun and the suction device must be scanned at the same time, which makes manual work in a limited space difficult and prolongs the construction time in the field.

そこで本発明は従来技術の問題点に鑑み、限られたスペースで短時間による現地施工を可能とし、施工の際の安全が高く、かつ高い密着性を得ることができるプラズマ溶射法による溶射皮膜の形成方法、及び熱交換器用部材の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the problems of the prior art, the present invention enables on-site construction in a limited space in a short time, is highly safe during construction, and can be obtained with a thermal spray coating by plasma spraying that can obtain high adhesion. forming method, and an object thereof is to provide a method of manufacturingbeauty heat exchanger member.

上記目的を達成するため次の技術的手段を講じた。即ち本発明の溶射皮膜の形成方法は、プラズマジェットを噴出させるノズルの先端外側に設けられた材料ポートから溶射材料をプラズマジェット中へ供給し、溶融させた溶射材料を被成膜面に吹き付けて溶射皮膜を形成するプラズマ溶射法による溶射皮膜の形成方法において、前記材料ポートは複数の供給ポートからなり、これら複数の供給ポートによって前記溶射材料を異なる方向から前記プラズマジェット中へ供給する溶射皮膜の形成方法であって、各供給ポートから供給する溶射材料のメジアン径(D50粒径)が35μm〜100μmであり、かつ当該溶射材料のD10粒径がメジアン径(D50粒径)の1/3以上であり、当該各供給ポート中に流れるキャリアガス流量を、ポート内の最小断面積の1平方mm当たりで1NLPM〜12NLPMとし、当該複数の供給ポートの溶射材料の合計供給量を80g/min以上として、複数の材料フレームを生成し、これら複数の材料フレームを被成膜面へ吹き付けることを特徴とする方法である。 In order to achieve the above objective, the following technical measures were taken. That is, in the method for forming a thermal spray coating according to the present invention, a thermal spray material is supplied into a plasma jet from a material port provided outside the tip of a nozzle for ejecting the plasma jet, and the molten thermal spray material is sprayed onto the deposition surface. In the method of forming a thermal spray coating by a plasma spraying method for forming a thermal spray coating, the material port includes a plurality of supply ports, and the thermal spray coating of the thermal spray coating that supplies the thermal spray material into the plasma jet from different directions by the plurality of supply ports. In the forming method, the median diameter (D50 particle size) of the thermal spray material supplied from each supply port is 35 μm to 100 μm, and the D10 particle size of the thermal spray material is 1/3 or more of the median diameter (D50 particle size). The carrier gas flow rate flowing through each supply port is 1 NLPM to 1 mm 2 of the minimum cross-sectional area in the port. 12NLPM, the total supply amount of the spray material of the plurality of supply ports is set to 80 g / min or more, a plurality of material frames are generated, and the plurality of material frames are sprayed onto the film formation surface. .

本発明によれば、複数の供給ポートによって溶射材料を異なる方向からプラズマジェットへ供給する際に、各供給ポート中に流れるキャリアガスを所定の流速で流すと共に、複数の供給ポートから溶射材料を供給して、複数の材料フレームを生成しているため、1回の走査で吹き付けられる走査範囲を広くすることができる。そのため手作業による短時間での施工が可能となり、しかも溶射ビードを薄くできる。   According to the present invention, when supplying the thermal spray material to the plasma jet from different directions by a plurality of supply ports, the carrier gas flowing in each supply port is caused to flow at a predetermined flow rate, and the thermal spray material is supplied from the plurality of supply ports. Since a plurality of material frames are generated, the scanning range sprayed by one scan can be widened. For this reason, manual work can be performed in a short time, and the thermal spray bead can be thinned.

手作業による短時間での施工が可能となるためロボットを必要とせず、限られたスペースでの現地施工が可能となる。大気中で施工でき、ガス雰囲気を作り出す必要もないので安全性が高い。単一の供給ポートで成膜したときと同じ層構造の溶射皮膜を得ることができ、溶射ビードが厚くならないので残留応力の発生が抑えられ、発生するヒュームも分散させることができる。従って、剥離現象が抑制され、溶射皮膜の密着性を向上させることができる。   Construction in a short time by manual work is possible, so a robot is not required and construction in a limited space is possible. It can be installed in the atmosphere, and there is no need to create a gas atmosphere, so safety is high. A thermal spray coating having the same layer structure as that formed when a single supply port is formed can be obtained. Since the thermal spray bead does not become thick, generation of residual stress can be suppressed and generated fumes can be dispersed. Therefore, the peeling phenomenon is suppressed and the adhesion of the thermal spray coating can be improved.

前記複数の供給ポートが2つの材料フレームを生成する2本の供給ポートからなる時、当該各供給ポート内の最小断面積が0.8mm〜16.0mmであり、当該各供給ポートによる前記溶射材料の供給角度を前記ノズルの軸心に対して65°〜115°とすることが好ましい。この場合、2つの材料フレームを精度よく制御でき、高効率で良好な溶射皮膜を得ることができる。 When the plurality of supply ports include two supply ports that generate two material frames, the minimum cross-sectional area in each supply port is 0.8 mm 2 to 16.0 mm 2 , and the supply port It is preferable that the spraying material supply angle is 65 ° to 115 ° with respect to the axis of the nozzle. In this case, the two material frames can be accurately controlled, and a high-efficiency and good thermal spray coating can be obtained.

前記溶射材料に関し、前記各供給ポートから供給する溶射材料のメジアン径(D50粒径)が3μm〜100μmであり、かつ当該溶射材料のD10粒径がメジアン径(D50粒径)の1/3以上である。短時間に加熱されて蒸発しやすい小粒径の粉末が減少するため、ヒュームの発生を抑制することができ、密着性をさらに向上させることができる。 It relates the spray material, the median diameter of the spray material supplied from the supply port (D50 particle diameter) of 3 5 μm~100μm, and D10 particle size median diameter of the spray material of (D50 particle diameter) 1 / 3 Ru der more. Since the powder of the heated with evaporable small particle size in a short time is reduced, it is possible to suppress the occurrence of fume, it is possible to further improve the adhesion.

本発明の方法で使用できる溶射材料は限定されず、例えばヒュームの発生が多くなるCrを15%以上含む溶射皮膜を成形する場合に特に有効である。   The thermal spray material that can be used in the method of the present invention is not limited, and is particularly effective when, for example, a thermal spray coating containing 15% or more of Cr in which generation of fume increases is formed.

前記プラズマジェットを生成するためのプラズマ出力は30kW〜180kWとすればよい。プラズマ出力が30kW以下では、粉末である溶射材料を十分に溶融・加速することができず、成膜速度が小さくなり皮膜の緻密さが低下する。プラズマ出力が180kW以上の場合には、プラズマ溶射トーチ、電源及び冷却装置が大きくなりすぎるため、現地工事には不適である。なお、プラズマ出力とは、プラズマジェットを生成するために消費する電力のことである。   The plasma output for generating the plasma jet may be 30 kW to 180 kW. When the plasma output is 30 kW or less, the thermal spray material that is a powder cannot be sufficiently melted and accelerated, the film formation rate is reduced, and the film density is reduced. When the plasma output is 180 kW or more, the plasma spraying torch, the power source, and the cooling device become too large, which is unsuitable for on-site construction. The plasma output is the power consumed to generate the plasma jet.

本発明は燃焼エネルギーによって水を加熱する熱交換器における、燃焼エネルギーを受ける構造部材の表面に、プラズマ溶射法による溶射皮膜を形成した熱交換器用部材の製造方法であって、前記溶射皮膜が上記の溶射皮膜の形成方法によって得られた皮膜であることを特徴とする熱交換器用部材の製造方法である。 The present invention is a method for producing a heat exchanger member in which a thermal spray coating is formed by a plasma spraying method on the surface of a structural member that receives combustion energy in a heat exchanger that heats water by combustion energy, wherein the thermal spray coating is the above-mentioned A method for producing a member for a heat exchanger, which is a coating obtained by the method for forming a thermal spray coating.

本発明によれば、熱交換器用の構造部材の表面に溶射皮膜を形成する際に、1回の走査で吹き付けられる走査範囲が広くなるため短時間での作業が可能となり、しかも溶射ビードを薄くできる。手作業による短時間での施工が可能となるためロボットを必要とせず、限られたスペースでの現地施工が可能となる。大気中で施工でき、ガス雰囲気を作り出す必要もないので安全性が高い。単一の供給ポートで成膜したときと同じ層構造の溶射皮膜を得ることができ、溶射ビードが厚くならないので残留応力の発生が抑えられ、発生するヒュームも分散させることができる。従って、熱交換器用部材に形成した溶射皮膜の剥離現象が抑制され、密着性を向上させることができる。   According to the present invention, when the thermal spray coating is formed on the surface of the structural member for the heat exchanger, the scanning range sprayed by one scan is widened, so that the work can be performed in a short time, and the thermal spray bead is thinned. it can. Construction in a short time by manual work is possible, so a robot is not required and construction in a limited space is possible. It can be installed in the atmosphere, and there is no need to create a gas atmosphere, so safety is high. A thermal spray coating having the same layer structure as that formed when a single supply port is formed can be obtained. Since the thermal spray bead does not become thick, generation of residual stress can be suppressed and generated fumes can be dispersed. Therefore, the peeling phenomenon of the thermal spray coating formed on the heat exchanger member is suppressed, and the adhesion can be improved.

本発明によれば、大気中で施工でき、ガス雰囲気を作り出す必要がないので安全性が高い。1回の走査で吹き付けられる走査範囲が広くなるため、手作業による短時間での施工が可能となる。ロボットを必要とせず限られたスペースでの現地施工が可能となる。溶射ビードを薄くでき、残留応力の発生が抑えられ、発生するヒュームも分散するため、溶射皮膜の高い密着性を得ることができる。   According to the present invention, the construction can be performed in the air, and it is not necessary to create a gas atmosphere, so the safety is high. Since the scanning range sprayed by one scan becomes wide, construction in a short time by manual work becomes possible. It enables local construction in a limited space without the need for a robot. The thermal spray bead can be made thin, the occurrence of residual stress is suppressed, and the generated fumes are also dispersed, so that high adhesion of the thermal spray coating can be obtained.

本発明の一実施形態に係るプラズマ溶射法による溶射皮膜の形成方法を実施するための溶射装置の一部概略図である。It is a partial schematic diagram of a thermal spraying apparatus for carrying out a method for forming a thermal spray coating by a plasma spraying method according to an embodiment of the present invention. 溶射材料の粒度分布の一例を表すグラフである。It is a graph showing an example of the particle size distribution of a thermal spray material. 試験片の斜視図である。It is a perspective view of a test piece. (a)は実施例3の試験片の表層断面のSEM写真であり、(b)は比較例6の試験片の表層断面のSEM写真である。(A) is the SEM photograph of the surface layer cross section of the test piece of Example 3, (b) is the SEM photograph of the surface layer cross section of the test piece of Comparative Example 6. (a)及び(b)は従来の溶射方法を説明する模式図である。(A) And (b) is a schematic diagram explaining the conventional thermal spraying method.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施形態に係るプラズマ溶射法による溶射皮膜の形成方法を実施するための溶射装置1の一部概略図である。本実施形態のプラズマ溶射装置1は、金属製の溶射材料をプラズマで加熱し、溶融させて液状粒子とし、この液状粒子をプラズマジェット10で被成膜面20に高速で衝突させ、溶射皮膜30を形成させるための装置である。電気エネルギーを熱源とするプラズマ溶射法は、プラズマの発生源としてアルゴン、水素及び窒素などを利用して成膜するものであり、熱源温度が高く、フレーム速度が速いことから特に高融点の材料を緻密に成膜することが可能である。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a partial schematic view of a thermal spraying apparatus 1 for carrying out a method for forming a thermal spray coating by a plasma spraying method according to an embodiment of the present invention. The plasma spraying apparatus 1 according to the present embodiment heats and melts a metal thermal spray material with plasma to form liquid particles, and the liquid particles are caused to collide with the deposition surface 20 at high speed by the plasma jet 10. It is an apparatus for forming. The plasma spraying method using electric energy as a heat source is a method of forming a film using argon, hydrogen, nitrogen, etc. as a plasma generation source. Since the heat source temperature is high and the frame speed is high, a material having a high melting point is used. It is possible to form a dense film.

プラズマ溶射装置1は、溶射材料を供給する材料供給部2、プラズマジェットを噴出させるプラズマ溶射トーチ3、プラズマ溶射トーチ3へ作動ガスである一次ガス及び二次ガスを供給するガス供給部、プラズマ溶射トーチ3へ動作電力を供給するプラズマ電源部、実際に印加される電圧値を検出する電圧モニタ部、電圧モニタ部で検出された電圧値に基づいて電源部に対してプラズマ溶射トーチ3へ供給する電流値を指示する電源制御部などを備えている。材料供給部2の一部の構成及びプラズマ溶射トーチ3以外の図示は省略する。材料供給部2は、材料を貯留する粉末貯留部、粉末貯留部から搬出される粉末を気流搬送する搬送部、搬送されてきた粉末を溶射材料26としてプラズマジェット10中へ供給するための材料ポート4、材料ポート4に送り込むキャリアガス用のガスボンベなどを備えている。プラズマ溶射トーチ3の形態は限定されず、本実施形態では現場施工用としてプラズマ溶射ガン3を採用している。   The plasma spraying apparatus 1 includes a material supply unit 2 that supplies a sprayed material, a plasma spraying torch 3 that ejects a plasma jet, a gas supply unit that supplies a primary gas and a secondary gas that are working gases to the plasma spraying torch 3, and plasma spraying A plasma power supply unit that supplies operating power to the torch 3, a voltage monitor unit that detects a voltage value that is actually applied, and a power supply unit that supplies the plasma spraying torch 3 based on the voltage value detected by the voltage monitor unit A power supply control unit that indicates a current value is provided. A part of the configuration of the material supply unit 2 and illustrations other than the plasma spraying torch 3 are omitted. The material supply unit 2 includes a powder storage unit that stores the material, a transport unit that transports the powder transported from the powder storage unit, and a material port that supplies the transported powder into the plasma jet 10 as the thermal spray material 26. 4. A gas cylinder for carrier gas fed into the material port 4 is provided. The form of the plasma spraying torch 3 is not limited. In this embodiment, the plasma spraying gun 3 is used for on-site construction.

プラズマ溶射ガン3は、ガンの軸線の周りに配置された放電電極部を備えており、放電電極部はカソードとアノードからなる。カソードは軸中心に突起状の電極を備えており、カソードの外周に絶縁体を介してアノードが配されている。カソードは陽極端子を備えるとともに、その一部がプラズマジェット10を噴出させるためのノズル5を形成している。プラズマジェットを生成するためのプラズマ電源出力は30kW〜180kWに調節されている。本実施形態では、プラズマジェット10を生成するためのプラズマ出力は30kW〜180kWに調節されている。プラズマ出力が30kW以下では、粉末である溶射材料26を十分に溶融・加速することができず、成膜速度が小さくなり皮膜の緻密さが低下する。プラズマ出力が180kW以上の場合には、プラズマ溶射トーチ3、電源及び冷却装置が大きくなりすぎるため、現地工事には不適である。なお、プラズマ出力とは、プラズマジェットを生成するために消費する電力のことである。   The plasma spray gun 3 includes a discharge electrode portion arranged around the gun axis, and the discharge electrode portion is composed of a cathode and an anode. The cathode is provided with a protruding electrode at the center of the axis, and an anode is disposed on the outer periphery of the cathode via an insulator. The cathode includes an anode terminal, and a part of the cathode forms a nozzle 5 for ejecting the plasma jet 10. The plasma power output for generating the plasma jet is adjusted to 30 kW to 180 kW. In the present embodiment, the plasma output for generating the plasma jet 10 is adjusted to 30 kW to 180 kW. When the plasma output is 30 kW or less, the thermal spray material 26 which is a powder cannot be sufficiently melted / accelerated, the film forming speed is reduced, and the film density is lowered. When the plasma output is 180 kW or more, the plasma spraying torch 3, the power source, and the cooling device become too large, which is unsuitable for on-site construction. The plasma output is the power consumed to generate the plasma jet.

ノズル5は溶射すべき方向に延びる軸線に沿って構成されており、このノズル5の先端外側には、溶射材料を供給する材料ポート4が配置されている。材料ポート4は中空状であり、キャリアガス25と共に溶射材料26を吹き出すことができるようになっている。その他、プラズマ溶射ガン3にはガス供給部からの供給ホース、電源からの電力を供給する電源ケーブルなどが接続されている。   The nozzle 5 is configured along an axis extending in the direction to be sprayed, and a material port 4 for supplying a spray material is disposed outside the tip of the nozzle 5. The material port 4 is hollow and can spray the spray material 26 together with the carrier gas 25. In addition, the plasma spray gun 3 is connected to a supply hose from the gas supply unit, a power cable for supplying power from the power source, and the like.

プラズマ溶射ガン3の一対の放電電極間にアークを発生させ、ガス供給部から供給された作動ガスをアークへ導入してプラズマ状態とし、ノズル5からプラズマジェット10を噴出させる。噴出させたプラズマジェット10内へ、材料ポート4を通じて溶射材料26を供給し材料フレーム11A、11Bを生成する。溶射材料26は溶融されつつ高速で飛行する材料フレーム11となって被成膜面20に衝突する。溶融した溶射材料27は、被成膜面20上に順次に堆積していき、溶射皮膜30が形成される。   An arc is generated between the pair of discharge electrodes of the plasma spray gun 3, the working gas supplied from the gas supply unit is introduced into the arc to form a plasma state, and the plasma jet 10 is ejected from the nozzle 5. The thermal spray material 26 is supplied through the material port 4 into the jetted plasma jet 10 to generate the material frames 11A and 11B. The thermal spray material 26 becomes a material frame 11 that flies at high speed while being melted, and collides with the deposition surface 20. The melted thermal spray material 27 is sequentially deposited on the deposition surface 20 to form the thermal spray coating 30.

本発明の方法で使用できる基材21の素材は限定されず、例えばFe、Al、Ti、Mg、Niの金属単体、ステンレス鋼を含む各種の合金鋼、炭素鋼などである。特に燃焼エネルギーによって水を加熱する熱交換器における、燃焼エネルギーを受ける構造部材へ本発明の方法を適用することができ、このような構造用部材の材質には炭素鋼鋼管やCrを含む合金鋼鋼管が用いられる。   The material of the base material 21 that can be used in the method of the present invention is not limited, and examples thereof include simple metals such as Fe, Al, Ti, Mg, and Ni, various alloy steels including stainless steel, and carbon steel. In particular, the method of the present invention can be applied to a structural member that receives combustion energy in a heat exchanger that heats water using the combustion energy, and the material of such a structural member is a carbon steel pipe or an alloy steel containing Cr. A steel pipe is used.

本発明の方法を適用できる溶射材料は限定されず、例えばCr、Al、Ta、Fe、Y、W、Nb、V、Ni、Co、Ti、Ta、B、Si、Mo、Zr、Feの群から選択される1種以上の元素の炭化物、硼化物、又はこれらの組み合わせからなる材料などが挙げられる。特にCr成分を多く含む溶射材料で被覆すると、良好な耐高温酸化性、耐硫化腐食性が得られるといった利点がある。その反面、Crを15%以上含む組成を有する溶射材料のようにCrを多く含ませると一般にヒュームの発生が多くなるため、ヒュームの抑制効果が得られる本発明の方法を有効に作用させることができる。   The thermal spray material to which the method of the present invention can be applied is not limited, for example, a group of Cr, Al, Ta, Fe, Y, W, Nb, V, Ni, Co, Ti, Ta, B, Si, Mo, Zr, Fe A material composed of carbide, boride, or a combination of one or more elements selected from In particular, coating with a thermal spray material containing a large amount of Cr component has an advantage that good high-temperature oxidation resistance and sulfidation corrosion resistance can be obtained. On the other hand, when a large amount of Cr is contained like a thermal spray material having a composition containing 15% or more of Cr, generation of fumes generally increases. Therefore, the method of the present invention capable of suppressing fume can be effectively operated. it can.

図1に示すように材料ポート4は、ノズル5の先端外側に配置された2本の供給ポート6で構成されている。本実施形態では供給ポート6を2本としているが、3本以上の供給ポートを設けてもよい。各供給ポート6の形態は図示のものに限定されず、溶射材料を吹き出す構造であればどのような形態であってもよい。   As shown in FIG. 1, the material port 4 is composed of two supply ports 6 arranged outside the tip of the nozzle 5. In this embodiment, two supply ports 6 are provided, but three or more supply ports may be provided. The form of each supply port 6 is not limited to that shown in the figure, and any form may be used as long as the sprayed material is blown out.

各供給ポート6はノズル5の先端に近いところで当該ノズル5の軸心に対して90°の角度θで配置されている。各供給ポート6の先端口6aは、ノズル5から噴出されるプラズマジェット10の側方近傍に位置しており、溶射材料26は各供給ポート6から吹き出された直後にプラズマジェット10中へ導入される。2本の供給ポート6、6の軸心は同一直線上にあり、互いに先端口6a、6aを対向させている。このような各供給ポート6の配置によって、溶射材料26はプラズマジェット10の噴出方向と直行する異なる2方向からプラズマジェット10中へ導入される。   Each supply port 6 is disposed at an angle θ of 90 ° with respect to the axis of the nozzle 5 near the tip of the nozzle 5. The front end 6 a of each supply port 6 is located in the vicinity of the side of the plasma jet 10 ejected from the nozzle 5, and the spray material 26 is introduced into the plasma jet 10 immediately after being blown from each supply port 6. The The axes of the two supply ports 6 and 6 are on the same straight line, and the front end ports 6a and 6a are opposed to each other. With such an arrangement of the supply ports 6, the thermal spray material 26 is introduced into the plasma jet 10 from two different directions orthogonal to the jet direction of the plasma jet 10.

キャリアガス25にのせられた溶射材料26を異なる2方向からプラズマジェット10中へ供給し、図示のように第1及び第2の2つの材料フレーム11A、11Bを生成し、これら2つの材料フレーム11A、11Bを被成膜面20へ吹き付けて成膜する。本実施形態では、供給ポートを2本としているため、生成する材料フレームは2つであるが、供給ポートをそれ以上の例えば4本とした場合には、材料フレームは例えば4つとなる。供給ポートの本数を材料フレームと同数にする必要はなく、供給ポートの本数を材料フレーム数よりも多くしてもよい。例えば供給ポートの本数を4本として、材料フレーム数を2つなどとしてもよい。要は複数の供給ポートを用いることによって、互いに独立した複数の材料フレームを生成すればよい。   The thermal spray material 26 placed on the carrier gas 25 is supplied into the plasma jet 10 from two different directions to generate the first and second material frames 11A and 11B as shown in the figure. These two material frames 11A , 11B is sprayed onto the deposition surface 20 to form a film. In this embodiment, since there are two supply ports, two material frames are generated. However, when the number of supply ports is four, for example, four, the number of material frames is four. The number of supply ports does not have to be the same as the number of material frames, and the number of supply ports may be larger than the number of material frames. For example, the number of supply ports may be four and the number of material frames may be two. In short, a plurality of material frames independent of each other may be generated by using a plurality of supply ports.

各供給ポート6内の好ましい最小断面積は0.8mm〜16.0mmであり、より好ましくは1.5mm〜7.0mmである。最小断面積が小さすぎると十分な供給量で送ることができず、16.0mmを超えるとポート内部で粉末の密度が不均一となり、キャリアガス25で粉末を均一に加速することができない。各供給ポート6の断面形状は円形が好ましいが、例えば楕円形又は方形状としてもよく、各供給ポート6の中途部を絞って断面積を小さくし、そこから広げるようにしてもよい。供給ポート6の先端出口を広げた形状としてもよい。本実施形態では各供給ポート6による溶射材料26の供給角度θは、プラズマジェット10の噴出方向であるノズル5の軸心に対して90°としているが、当該供給角度θは65°〜115°とすることが好ましい。溶射材料26の供給角度θが65°よりも小さければ、材料フレーム11が複数に分かれない状態となり、115°よりも大きければ、溶融した粉末がノズル5に付着・堆積しやすいため安定した溶射施工が困難となる。各供給ポート6の角度調節機構は従来の構成を用いて据付型又は可変型とすればよい。 Preferred minimum cross-sectional area of the supply port 6 is 0.8mm 2 ~16.0mm 2, more preferably 1.5mm 2 ~7.0mm 2. If the minimum cross-sectional area is too small, it cannot be fed in a sufficient supply amount, and if it exceeds 16.0 mm 2 , the density of the powder becomes non-uniform inside the port, and the powder cannot be accelerated uniformly by the carrier gas 25. The cross-sectional shape of each supply port 6 is preferably circular, but may be, for example, an ellipse or a rectangle, and the cross-sectional area may be reduced by narrowing the middle part of each supply port 6 and then widened from there. It is good also as the shape which extended the front-end | tip exit of the supply port 6. FIG. In the present embodiment, the supply angle θ of the thermal spray material 26 by each supply port 6 is 90 ° with respect to the axis of the nozzle 5 that is the jet direction of the plasma jet 10, but the supply angle θ is 65 ° to 115 °. It is preferable that If the supply angle θ of the thermal spray material 26 is smaller than 65 °, the material frame 11 is not divided into a plurality of parts, and if it is larger than 115 °, the molten powder easily adheres to and accumulates on the nozzle 5 so that stable thermal spraying is performed. It becomes difficult. The angle adjustment mechanism of each supply port 6 may be a stationary type or a variable type using a conventional configuration.

各供給ポート6中に流れるキャリアガス25の流量はポート内の最小断面積の1平方mm当たりで1NLPM〜12NLPMが好ましく、より好ましくは3NLPM〜8NLPMである。キャリアガス25の流量と溶射材料26の吹き出し速度との間には相関関係が存在する。従ってキャリアガス25の流量は、プラズマ出力及び粉末粒径に応じた調整を必要とする。例えば、高いプラズマ出力でプラズマジェット10の流速を大きくした場合、複数の材料フレームを得るためには、溶射材料に関わらずキャリアガス25の流量を大きくする必要がある。キャリアガス25の流量が1NLPMよりも小さいと、プラズマジェットに導入した溶射材料を軸心から離れた位置まで移送する作用が弱くなり、互いに独立した材料フレームとならない。キャリアガス25の流量が12NLPMよりも大きいと、一部の粉末がプラズマジェット10を横切るように抜け出してしまい、粉末に適切な加熱と加速を与えることができないため、健全な皮膜形成が困難となる。   The flow rate of the carrier gas 25 flowing into each supply port 6 is preferably 1 NLPM to 12 NLPM, more preferably 3 NLPM to 8 NLPM, per square mm of the minimum cross-sectional area in the port. There is a correlation between the flow rate of the carrier gas 25 and the blowing speed of the thermal spray material 26. Therefore, the flow rate of the carrier gas 25 needs to be adjusted according to the plasma output and the powder particle size. For example, when the flow velocity of the plasma jet 10 is increased with a high plasma output, in order to obtain a plurality of material frames, it is necessary to increase the flow rate of the carrier gas 25 regardless of the thermal spray material. When the flow rate of the carrier gas 25 is smaller than 1 NLPM, the action of transferring the thermal spray material introduced into the plasma jet to a position away from the axis becomes weak, and the material frames are not independent from each other. When the flow rate of the carrier gas 25 is larger than 12 NLPM, some of the powder escapes across the plasma jet 10, and appropriate heating and acceleration cannot be applied to the powder, making it difficult to form a sound film. .

プラズマジェット10へ導入する溶射材料26の供給量は80g/min〜500g/minであり、より好ましくは150g/min〜300g/minである。ここでいう供給量とは、複数の供給ポートで供給する溶射材料の合計量である。溶射材料26の供給量が80g/minよりも小さいと、短時間で成膜するという効果を達成できず、500g/minよりも大きいと溶射ビード31が厚くなり易く、残留応力及びヒュームの影響で密着性が低下する。   The supply amount of the thermal spray material 26 introduced into the plasma jet 10 is 80 g / min to 500 g / min, more preferably 150 g / min to 300 g / min. The supply amount here is the total amount of the thermal spray material supplied through a plurality of supply ports. If the supply amount of the thermal spray material 26 is less than 80 g / min, the effect of forming a film in a short time cannot be achieved, and if it exceeds 500 g / min, the thermal spray bead 31 tends to be thick, which is influenced by residual stress and fume. Adhesion decreases.

プラズマ電源出力を30kW〜180kWに調節して形成したプラズマジェット10をノズル5から噴出させ、そこへ供給する溶射材料26の供給角度θ、溶射材料26の吹き出し速度、及び溶射材料26の供給量を以上の条件を満たす値に調節することによって、複数の良好な材料フレーム11A、11Bを得ることができる。   The plasma jet 10 formed by adjusting the plasma power supply output to 30 kW to 180 kW is ejected from the nozzle 5, and the supply angle θ of the thermal spray material 26 supplied thereto, the blowing speed of the thermal spray material 26, and the supply amount of the thermal spray material 26 are set. By adjusting to a value satisfying the above conditions, a plurality of good material frames 11A and 11B can be obtained.

複数の材料フレーム11A、11Bを得るため、外側へ噴射されたプラズマジェット10に溶射材料26を吹き付けなければならない。そのため溶射材料26を供給する位置をノズル5の外側に存在させることが必須となり、従って各供給ポート6は被成膜面20へ向けられたノズル5の先端外側の近傍となる。各供給ポート6の先端出口6aとプラズマジェット10との距離nは4mm〜9mmが好ましい。3つ以上の供給ポートを配置する場合、ノズルの軸心を中心として供給ポートの出口が同一円周上に存在すればよい。   In order to obtain a plurality of material frames 11A and 11B, the thermal spray material 26 must be sprayed to the plasma jet 10 sprayed outward. Therefore, it is indispensable that the position for supplying the thermal spray material 26 exists outside the nozzle 5, so that each supply port 6 is in the vicinity of the outside of the tip of the nozzle 5 directed toward the film formation surface 20. The distance n between the tip outlet 6a of each supply port 6 and the plasma jet 10 is preferably 4 mm to 9 mm. When three or more supply ports are arranged, the outlets of the supply ports need only exist on the same circumference with the axis of the nozzle as the center.

複数の良好な材料フレームとは、各材料フレーム11A、11Bに含まれる溶融した溶射材料27の量が十分で、かつ隣り合う材料フレーム11A、11B同士が重なり合うことなく離間しており、被成膜面20へ向けて適切な広がりを有する材料フレームである。隣り合う材料フレーム11A、11B同士が重なり合うことなく離間するとは、それぞれの材料フレーム11A、11Bに含まれる溶射材料27が全く混入し合わない状態をいうのではなく、多少の混入があっても、それぞれ個別の溶射ビード31を形成できる状態まで離れることをいう。   With a plurality of good material frames, the amount of the molten sprayed material 27 contained in each material frame 11A, 11B is sufficient, and the adjacent material frames 11A, 11B are spaced apart from each other without being overlapped. It is a material frame that has an appropriate extent toward the surface 20. Adjacent material frames 11A and 11B are not separated from each other without overlapping each other, but it does not mean that the thermal spray materials 27 included in the respective material frames 11A and 11B are not mixed at all. This means that the individual sprayed beads 31 are separated to a state where they can be formed.

被成膜面20における各材料フレーム11A、11Bの最も近接する縁同士の距離wは3mm〜20mm程度である。各材料フレーム11A、11B間の距離が近すぎると溶射ビード31の厚みの大きい部分ができてしまい、遠すぎると1回の溶射範囲が大きくなり施工作業がしにくくなる。被成膜面20上における各材料フレーム11A、11Bが広がる面積は2cm〜8cm程度である。薄い溶射ビード31を何層も重ねて溶射皮膜30を形成するため、プラズマ溶射ガン3を手作業で往復させる操作を繰り返し行う。例えば、走査速度は3m/min〜50m/min程度にし、1回の走査で形成する溶射ビード31の厚みは70μm〜150μm程度とする。 The distance w between the closest edges of the material frames 11A and 11B on the deposition surface 20 is about 3 mm to 20 mm. If the distance between the material frames 11A and 11B is too close, a portion having a large thickness of the sprayed bead 31 is formed, and if it is too far, the one-time spraying range becomes large and the construction work becomes difficult. Each material frame 11A in the deposition surface 20 on the area where 11B spreads is 2cm 2 ~8cm 2 about. In order to form the thermal spray coating 30 by stacking a number of thin thermal spray beads 31, the operation of manually reciprocating the plasma thermal spray gun 3 is repeatedly performed. For example, the scanning speed is about 3 m / min to 50 m / min, and the thickness of the thermal spray bead 31 formed by one scanning is about 70 μm to 150 μm.

一定の膜厚を得るために薄い溶射ビードを何層も重ねればよいが、1回の走査で形成する溶射ビード31の厚みが50μmよりも小さいと、施工に長時間を要してしまう。溶射ビード31の厚みが300μmよりも大きいと、残留応力及びヒュームの影響により剥離が生じやすくなる。   In order to obtain a constant film thickness, a number of thin sprayed beads may be stacked, but if the thickness of the sprayed bead 31 formed by one scan is less than 50 μm, a long time is required for the construction. When the thickness of the thermal spray bead 31 is larger than 300 μm, peeling easily occurs due to the influence of residual stress and fume.

プラズマ溶射法では溶射条件であるプラズマ出力とプラズマガス量を変更することで色々な粒径の溶射材料に対応できる。例えば、粒径が大きい場合には加熱能力の高い溶射条件にして溶射材料を溶融させ、粒径が小さい場合には加熱能力を下げて過熱によるヒュームの発生を抑制する。   In the plasma spraying method, it is possible to cope with spray materials having various particle diameters by changing the plasma output and the amount of plasma gas which are the spraying conditions. For example, when the particle size is large, the thermal spray material is melted under a spraying condition with high heating capability, and when the particle size is small, the heating capability is lowered to suppress generation of fumes due to overheating.

本発明では複数の材料フレームを生成したうえで、粒度分布を所定の値に調整した溶射材料を用いる点が重要となる。特にCrの含有量が多い溶射材料でヒュームの発生を抑えるためには、蒸発し易い小粒径の粉体を減少させればよい。しかし小粒径の粉体を完全に無くした溶射材料の採用は現実的ではなく、溶射材料には粒度分布が存在し、小粒径から大粒径までの粉末が混在している。粒度が最も多い中心粒径の粉末に合わせて溶射条件を選定することになるが、小粒径の粉末には高すぎる加熱条件となってヒュームが生じやすくなる。   In the present invention, it is important to use a thermal spray material having a particle size distribution adjusted to a predetermined value after generating a plurality of material frames. In particular, in order to suppress the generation of fume with a thermal spray material having a high Cr content, it is only necessary to reduce the powder having a small particle diameter that is easily evaporated. However, it is not practical to use a thermal spray material that completely eliminates a powder having a small particle size, and there is a particle size distribution in the thermal spray material, and powders of small to large particles are mixed. Thermal spraying conditions are selected in accordance with the powder having the largest particle size and the center particle size, but fume is likely to be generated because the heating conditions are too high for powders having a small particle size.

ヒュームを抑制するために大粒径の粉末を多く含む溶射材料を選定すればよいが、緻密で良好な品質の溶射皮膜を得るには、中程度の粒径の粉末も含まれる溶射材料の選定が必要である。本発明では粉末の体積累積量と粒径の関係を表すメジアン径の指標を用いて溶射材料を選定することで、小粒径の粉末の割合を減少させてヒュームの発生を抑えた。体積累積量とは、特定の粒子径以下の粒子量が全体の何%であるかを表わしたものであり、例えばD10粒径は小さい粒径から積算して累積体積量が10%となる粒子径を表している。   In order to suppress fume, it is only necessary to select a thermal spray material that contains a large amount of powder with a large particle size. To obtain a dense and good quality thermal spray coating, select a thermal spray material that also includes a medium particle size powder. is necessary. In the present invention, the spray material is selected using a median diameter index representing the relationship between the cumulative volume of powder and the particle size, thereby reducing the proportion of powder having a small particle size and suppressing the generation of fumes. The volume cumulative amount represents what percentage of the total amount of particles equal to or less than a specific particle size. For example, D10 particle size is a particle that accumulates from a small particle size to a cumulative volume amount of 10%. It represents the diameter.

メジアン径(D50粒径)が30μm〜100μmであり、かつD10粒径がメジアン径(D50粒径)の1/3以上となる溶射材料を選定すればよい。より好ましくはメジアン径(D50粒径)の範囲が35μm〜80μmであり、かつD10粒径がメジアン径(D50粒径)の1/2以上である。その中でもD10粒径を15μm以下とすることが好ましく、15μm以下の微粒子が存在していない溶射材料がより好ましい。図2にメジアン径(D50粒径)が77μmであり、かつD10粒径がメジアン径(D50粒径)の1/2以上である溶射材料の粒度分布を示す。   A thermal spray material having a median diameter (D50 particle size) of 30 μm to 100 μm and a D10 particle size of 1/3 or more of the median diameter (D50 particle size) may be selected. More preferably, the median diameter (D50 particle diameter) is in the range of 35 μm to 80 μm, and the D10 particle diameter is ½ or more of the median diameter (D50 particle diameter). Among them, the D10 particle size is preferably 15 μm or less, and more preferably a thermal spray material in which fine particles of 15 μm or less are not present. FIG. 2 shows the particle size distribution of a thermal spray material having a median diameter (D50 particle size) of 77 μm and a D10 particle size of ½ or more of the median diameter (D50 particle size).

メジアン径(D50粒径)が30μmよりも小さければ小粒径の粉末が多くなりすぎてヒュームの発生を抑えることが困難となり、100μmを超えれば緻密な皮膜形成が困難となり皮膜品質が低下する。上記の条件を満たす溶射材料を用いれば、プラズマジェット10中で短時間に過熱状態となる小粒径の粉末の混在割合が減少し蒸発量が格段に減少する。蒸発量を減らすことができればヒュームの発生を抑制することができる。   If the median diameter (D50 particle size) is smaller than 30 μm, it will be difficult to suppress the generation of fume because of excessively small powder, and if it exceeds 100 μm, it will be difficult to form a dense film and the film quality will deteriorate. If a thermal spray material that satisfies the above conditions is used, the mixing ratio of small-diameter powder that becomes superheated in the plasma jet 10 in a short time is reduced, and the evaporation amount is remarkably reduced. If the amount of evaporation can be reduced, the generation of fumes can be suppressed.

なお、溶射材料を構成する粉体の真比重は6g/cm〜12g/cmとすればよく、7g/cm〜9g/cmがより好ましい。同範囲の真比重を有する粉体を用いることで、明瞭に分けられた複数の材料フレームを得ることができる。粉体の真比重が6g/cmよりも小さければ、例えば個別の材料フレームにならず重なり合ってしまい、12g/cmよりも大きければ、材料フレームから一部の粉体がプラズマジェット10を突き抜けてしまいプラズマジェット10による適切な溶融と加速が困難となる。 Incidentally, the true specific gravity of the powder constituting the spray material is 6g / cm 3 ~12g / cm 3 Tosureba well, and more preferably 7g / cm 3 ~9g / cm 3 . By using powder having the true specific gravity in the same range, a plurality of clearly divided material frames can be obtained. If the true specific gravity of the powder is less than 6 g / cm 3 , for example, the material frames overlap each other, and if it is greater than 12 g / cm 3, some powder penetrates the plasma jet 10 from the material frame. As a result, proper melting and acceleration by the plasma jet 10 become difficult.

以上説明したとおり、本実施形態の溶射皮膜の形成方法を用いれば、生成した2つの材料フレーム11A、11Bを被成膜面20へ吹き付けて成膜できる。従って被成膜面20に対するプラズマ溶射ガン3の相対速度を高くすることなく、1回の走査でより広範囲への溶射ビード31の形成が可能となる。そのため、プラズマ溶射ガン3の走査を被成膜面20上で従来方法の半分の回数を、繰り返すだけで溶射皮膜30の施工が完了する。得られる溶射皮膜30は薄い溶射ビード31のみが積層されたものとなり、短時間の施工で薄膜構造の溶射皮膜30が得られる。例えば、単一の供給ポートを用いる図5(a)に示す溶射方法の2倍の供給量で、同図に示す溶射皮膜と同じ皮膜構造が得られる。溶射ビード31が厚くならないので、残留応力の発生が抑えられ、発生するヒュームも分散させることができる。そのうえ、粒度分布を適切に調整しているため溶射の際の蒸発量が格段に減少し、ヒュームを減らすことができる。   As described above, by using the thermal spray coating forming method of the present embodiment, the generated two material frames 11A and 11B can be sprayed onto the film forming surface 20 to form a film. Therefore, it is possible to form the sprayed beads 31 in a wider range by one scan without increasing the relative speed of the plasma spray gun 3 with respect to the film formation surface 20. Therefore, the application of the thermal spray coating 30 is completed only by repeating the scanning of the plasma spray gun 3 on the film formation surface 20 by half the number of times of the conventional method. The obtained thermal spray coating 30 is obtained by laminating only the thin thermal spray beads 31, and the thermal spray coating 30 having a thin film structure can be obtained in a short time. For example, the same coating structure as that of the thermal spray coating shown in FIG. 5 can be obtained with a supply amount twice that of the thermal spraying method shown in FIG. 5A using a single supply port. Since the thermal spray bead 31 does not become thick, the generation of residual stress can be suppressed and the generated fumes can be dispersed. In addition, since the particle size distribution is appropriately adjusted, the amount of evaporation at the time of thermal spraying can be remarkably reduced, and fume can be reduced.

従って剥離現象を効果的に抑制することができ、溶射皮膜30の密着性を向上させることができる。また手作業による短時間での施工が可能となるためロボットを必要とせず、限られたスペースで施工できる。大気中で施工でき、ガス雰囲気を作り出す必要もない。これらにより、限られたスペースで短時間による現地施工を可能とし、施工の際の安全が高く、かつ溶射皮膜30の高い密着性を得ることができる。   Therefore, the peeling phenomenon can be effectively suppressed, and the adhesion of the thermal spray coating 30 can be improved. In addition, since it can be constructed manually in a short time, it does not require a robot and can be constructed in a limited space. It can be installed in the air and there is no need to create a gas atmosphere. As a result, it is possible to perform on-site construction in a short time in a limited space, the safety during construction is high, and high adhesion of the thermal spray coating 30 can be obtained.

本発明の溶射皮膜の形成方法が適用される代表例として、燃焼エネルギーによって水を加熱する熱交換器における、燃焼エネルギーを受ける構造部材の表面に、溶射皮膜を形成した熱交換器用部材が挙げられる。より具体的には石炭焚きボイラーであり、そのボイラー管などへの溶射皮膜による表面コーティングの施工に特に有効である。ボイラー管表面を補修するためにコーティングする場合には、現地での施工が必須であり、狭い足場での高所作業となる。そのため、大型となるロボットを使用できず手作業で溶射することになるが、足場が小さく設置場所に限りがあるため、使用できる溶射装置の台数が限られる。本発明の溶射皮膜の形成方法を用いることで、少ない溶射装置で短時間に広い範囲の施工が可能となり、工期を従来に比べて大幅に短縮できる。しかも施工した溶射皮膜は剥離しにくく密着性が高いので、高温の火炎に曝されるボイラーの耐久性を格段に向上させることができる。   As a typical example to which the method for forming a thermal spray coating of the present invention is applied, there is a heat exchanger member in which a thermal spray coating is formed on the surface of a structural member that receives combustion energy in a heat exchanger that heats water by combustion energy. . More specifically, it is a coal fired boiler, and is particularly effective for the construction of a surface coating with a sprayed coating on the boiler tube or the like. In the case of coating to repair the boiler tube surface, construction on site is essential, and it is a work at a high place with a narrow scaffold. For this reason, a large robot cannot be used and spraying is performed manually. However, since the scaffolding is small and the installation place is limited, the number of spraying apparatuses that can be used is limited. By using the thermal spray coating forming method of the present invention, it is possible to perform a wide range of construction in a short time with a small number of thermal spraying apparatuses, and the construction period can be significantly shortened compared to the conventional method. Moreover, since the applied sprayed coating is difficult to peel off and has high adhesion, the durability of the boiler exposed to a high-temperature flame can be significantly improved.

以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明する。なお本発明は実施例に限定されるものではない。複数の材料フレームで成膜する本発明の方法、及び単一の材料フレームで成膜する従来の方法を用いて、溶射皮膜を形成した試験片を調整し、熱衝撃試験を実施した。試験片の基材は2つの短尺パイプの側面同士を連結させたボイラー製品を模擬して製作した一般構造用SS400鋼である。ヒュームは、基材が凹形状となっている部分に優先して堆積しやすいため、試験片は実機を模擬した図3に示す凹凸を有する形状とした。基材の片面に溶射皮膜を形成して試験片を製作した。図3に示す試験片の各部の寸法は次のとおりである。パイプ内径φa:40mm、パイプ外径φb:50mm、連結部分の幅c:15mm、パイプの側面の板状部分の幅d:50mm、板状部分の厚みe:5mm。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. The present invention is not limited to the examples. Using the method of the present invention for forming a film with a plurality of material frames and the conventional method for forming a film with a single material frame, a test piece on which a thermal spray coating was formed was prepared and a thermal shock test was performed. The base material of the test piece is SS400 steel for general structure manufactured by simulating a boiler product in which the side surfaces of two short pipes are connected to each other. Since the fumes are likely to be deposited in preference to the concave portion of the base material, the test piece has a shape having irregularities shown in FIG. A test piece was produced by forming a sprayed coating on one side of the substrate. The dimensions of each part of the test piece shown in FIG. 3 are as follows. Pipe inner diameter φa: 40 mm, pipe outer diameter φb: 50 mm, connecting portion width c: 15 mm, plate-side portion width d: 50 mm, and plate-like portion thickness e: 5 mm.

溶射前処理として基材を有機溶剤にて脱脂した後、粒度がF60のアルミナグリットでブラストにより粗面化処理し、実施例1〜6及び比較例1〜8に示す条件で膜厚1mmとなるように溶射施工した。実施例1〜6及び比較例1〜8の溶射材料は、Ni−50wt%Cr、Ni−20wt%Crとした。   After the substrate is degreased with an organic solvent as a pre-spraying treatment, it is roughened by blasting with alumina grit having a particle size of F60, resulting in a film thickness of 1 mm under the conditions shown in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 8. Thermal spraying was applied. The thermal spray materials of Examples 1-6 and Comparative Examples 1-8 were Ni-50 wt% Cr and Ni-20 wt% Cr.

熱衝撃試験:溶射皮膜を形成した試験片を電気炉中で700℃×30分間加熱した後、これを炉外に取り出し、水冷によって80℃以下の温度に冷却させる操作を1サイクルとし、この操作を10サイクル繰り返した。1サイクルごとに溶射皮膜の表面を拡大鏡によって観察し、ひび割れ又は剥離の有無などを目視で観察した。   Thermal shock test: A test piece on which a sprayed coating is formed is heated in an electric furnace at 700 ° C. for 30 minutes, then taken out of the furnace, and cooled to a temperature of 80 ° C. or less by water cooling as one cycle. Was repeated 10 cycles. The surface of the sprayed coating was observed with a magnifying glass every cycle, and the presence or absence of cracks or peeling was visually observed.

実施例1〜6及び比較例1〜8のプラズマ出力、供給ポート数(材料フレームの数)、各供給ポート内の最小断面積、溶射材料のCr濃度、溶射材料のメジアン径(D50粒径)及びD10粒径、全ての供給ポートからの溶射材料の供給量、各供給ポートにおけるキャリアガス流量、及び試験結果を表1に示す。粉末の体積累積量と粒径の関係は、レーザ散乱・回折式粒度分布測定装置で測定した。試験結果の○印は熱衝撃試験で剥離無し、×印は溶射中又は熱衝撃試験で剥離有りを表す。図4(a)は実施例3の試験片の表層断面のSEM写真であり、ヒュームが分散しているため基材と皮膜の界面および皮膜層間に皮膜の特性を劣化させるような欠陥は認められない。図4(b)は比較例6の試験片の表層断面のSEM写真である。比較例6の溶射皮膜には層間が少なく、基材と皮膜界面及び層間に多量のヒュームが堆積して皮膜欠陥を形成していることが認められる。   Plasma output of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 8, number of supply ports (number of material frames), minimum cross-sectional area in each supply port, Cr concentration of sprayed material, median diameter of sprayed material (D50 particle size) Table 1 shows the D10 particle size, the amount of sprayed material supplied from all supply ports, the carrier gas flow rate at each supply port, and the test results. The relationship between the cumulative volume of the powder and the particle size was measured with a laser scattering / diffraction particle size distribution analyzer. The ○ mark in the test results indicates no peeling in the thermal shock test, and the X mark indicates that there is peeling during thermal spraying or in the thermal shock test. FIG. 4A is a SEM photograph of the cross section of the surface of the test piece of Example 3. Since fume is dispersed, defects that deteriorate the characteristics of the film between the interface between the substrate and the film and between the film layers are recognized. Absent. FIG. 4B is a SEM photograph of the surface layer cross section of the test piece of Comparative Example 6. It can be seen that the thermal spray coating of Comparative Example 6 has few layers, and a large amount of fumes are deposited on the substrate and coating interface and between layers to form coating defects.

開示した実施形態及び実施例は例示であり制限的なものではない。例えば必要に応じて本発明の溶射皮膜の形成方法を実施する成膜装置に他の構成を設けてもよい。   The disclosed embodiments and examples are illustrative and not restrictive. For example, another configuration may be provided in the film forming apparatus for carrying out the method for forming a thermal spray coating of the present invention as necessary.

1 プラズマ溶射装置
2 材料供給部
3 プラズマ溶射ガン
4 供給ポート(材料ポート)
5 ノズル
10 プラズマジェット
11A、11B 材料フレーム
20 被成膜面
21 基材
25 キャリアガス
26 溶射材料
27 溶融した溶射材料
30 溶射皮膜
31 溶射ビード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma spray apparatus 2 Material supply part 3 Plasma spray gun 4 Supply port (material port)
5 Nozzle 10 Plasma jet 11A, 11B Material frame 20 Deposition surface 21 Base material 25 Carrier gas 26 Thermal spray material 27 Molten thermal spray material 30 Thermal spray coating 31 Thermal spray bead

Claims (5)

プラズマジェットを噴出させるノズルの先端外側に設けられた材料ポートから溶射材料をプラズマジェット中へ供給し、溶融させた溶射材料を被成膜面に吹き付けて溶射皮膜を形成するプラズマ溶射法による溶射皮膜の形成方法において、
前記材料ポートは複数の供給ポートからなり、これら複数の供給ポートによって前記溶射材料を異なる方向から前記プラズマジェット中へ供給する溶射皮膜の形成方法であって、各供給ポートから供給する溶射材料のメジアン径(D50粒径)が35μm〜100μmであり、かつ当該溶射材料のD10粒径がメジアン径(D50粒径)の1/3以上であり、当該各供給ポート中に流れるキャリアガス流量を、ポート内の最小断面積の1平方mm当たりで1NLPM〜12NLPMとし、当該複数の供給ポートの溶射材料の合計供給量を80g/min以上として、複数の材料フレームを生成し、これら複数の材料フレームを被成膜面へ吹き付けることを特徴とするプラズマ溶射法による溶射皮膜の形成方法。
Thermal spray coating by plasma spraying method in which a thermal spray material is supplied into the plasma jet from a material port provided outside the tip of the nozzle that ejects the plasma jet, and the molten thermal spray material is sprayed onto the deposition surface to form a thermal spray coating In the formation method of
The material port is composed of a plurality of supply ports, and a method for forming a sprayed coating in which the sprayed material is supplied into the plasma jet from different directions by the plurality of supply ports, and the median of the sprayed material supplied from each supply port The diameter (D50 particle size) is 35 μm to 100 μm, and the D10 particle size of the thermal spray material is 1/3 or more of the median diameter (D50 particle size). A plurality of material frames are generated by setting the number of sprayed materials of the plurality of supply ports to 1 NLPM to 12 NLPM per square mm of the minimum cross-sectional area, and a total supply amount of the sprayed material of the plurality of supply ports being 80 g / min or more. A method for forming a sprayed coating by a plasma spraying method, characterized by spraying on a film forming surface.
前記各供給ポート内の最小断面積が0.8mm〜16.0mmであり、当該各供給ポートによる前記溶射材料の供給角度を前記ノズルの軸心に対して65°〜115°とすることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ溶射法による溶射皮膜の形成方法。 Wherein a minimum cross-sectional area of 0.8mm 2 ~16.0mm 2 in the supply port, be 65 ° to 115 ° with respect to the feed angle of the spray material according to the respective supply ports axis of the nozzle A method for forming a thermal spray coating by plasma spraying according to claim 1. 前記溶射材料はCrを15%以上含むことを特徴とする請求項1又は2に記載のプラズマ溶射法による溶射皮膜の形成方法。 The method of forming a thermal spray coating by plasma spraying according to claim 1 or 2, wherein the thermal spray material contains 15% or more of Cr . 前記プラズマジェットを生成するためのプラズマ出力が30kW〜180kWであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のプラズマ溶射法による溶射皮膜の形成方法。 The plasma output for generating the said plasma jet is 30 kW-180 kW, The formation method of the sprayed coating by the plasma spraying method in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. 燃焼エネルギーによって水を加熱する熱交換器における、燃焼エネルギーを受ける構造部材の表面に、プラズマ溶射法による溶射皮膜を形成した熱交換器用部材の製造方法であって
前記溶射皮膜が請求項1〜4のいずれかに記載の溶射皮膜の形成方法によって得られた皮膜であることを特徴とする熱交換器用部材の製造方法
In a heat exchanger for heating water by combustion energy, a method for producing a heat exchanger member in which a thermal spray coating is formed by a plasma spraying method on the surface of a structural member that receives combustion energy ,
The method for producing a member for a heat exchanger, wherein the thermal spray coating is a coating obtained by the method for forming a thermal spray coating according to any one of claims 1 to 4 .
JP2013095246A 2013-04-30 2013-04-30 Method for forming sprayed coating by plasma spraying method and method for manufacturing member for heat exchanger Active JP6125888B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013095246A JP6125888B2 (en) 2013-04-30 2013-04-30 Method for forming sprayed coating by plasma spraying method and method for manufacturing member for heat exchanger

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013095246A JP6125888B2 (en) 2013-04-30 2013-04-30 Method for forming sprayed coating by plasma spraying method and method for manufacturing member for heat exchanger

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014214372A JP2014214372A (en) 2014-11-17
JP6125888B2 true JP6125888B2 (en) 2017-05-10

Family

ID=51940430

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013095246A Active JP6125888B2 (en) 2013-04-30 2013-04-30 Method for forming sprayed coating by plasma spraying method and method for manufacturing member for heat exchanger

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6125888B2 (en)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54103752A (en) * 1978-02-02 1979-08-15 Toyota Motor Corp Production of aluminum-lead base alloy bearing
JPH08965B2 (en) * 1986-02-17 1996-01-10 住友金属工業株式会社 Method of supplying thermal spray material
JPH07138727A (en) * 1993-11-11 1995-05-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Method for coating of wear resistant film

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014214372A (en) 2014-11-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6610959B2 (en) Single-wire arc spray apparatus and methods of using same
JP4795157B2 (en) Cold spray equipment
US9376740B2 (en) Plasma systems and methods including high enthalpy and high stability plasmas
JP5039043B2 (en) Plasma torch having corrosion-resistant collimator nozzle and method for manufacturing the nozzle
KR920005786B1 (en) Thermal spray coating having improved addherence low residual stress and improved resistance to spalling and method for producing same
JP2007000933A (en) Tig welding or braze welding with metal transfer via liquid bridge
JP2009001891A (en) Nozzle for cold spray, and cold spray device using nozzle for cold spray
JP2006130503A (en) Apparatus for plasma spray coating
US20120223057A1 (en) Gas tungsten arc welding using flux coated electrodes
JPS5852023B2 (en) Thermospray method for the production of aluminum porous boiling surfaces
US20070259126A1 (en) Method for the Production of Thin Dense Ceramic Layers
Talib et al. Thermal spray coating technology: A review
JP6125888B2 (en) Method for forming sprayed coating by plasma spraying method and method for manufacturing member for heat exchanger
US20120251885A1 (en) High power, wide-temperature range electrode materials, electrodes, related devices and methods of manufacture
KR102207933B1 (en) Suspension plasma spray device and method for controlling the same
CN108715989A (en) A kind of preparation method of plasma spraying insulating coating
JP2015193872A (en) Member coated with ceramic spray coating film, and member for semiconductor manufacturing apparatus
CN107267907B (en) A kind of deformation-compensated method of supersonic flame spraying plate-shaped part
JP5647608B2 (en) Melt-resistant metal member and method for producing molten metal member
Caliari et al. New kind of plasma torch for supersonic coatings at atmospheric pressure
RU2792246C1 (en) Method and system of consumable electrode plasma welding
JP2007500792A (en) Shield ceramic spray coating
JP6715694B2 (en) Plasma spraying equipment
Kushram et al. Design of Spray Guns 5
US20150060413A1 (en) Wire alloy for plasma transferred wire arc coating processes

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160318

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20161215

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170104

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20170227

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170324

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: 20170404

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170406

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6125888

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