JP6955601B2 - Method for forming thermal spray slurry, thermal spray coating and thermal spray coating - Google Patents

Method for forming thermal spray slurry, thermal spray coating and thermal spray coating Download PDF

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Description

本発明は、溶射粒子を含んだ溶射用スラリー、溶射皮膜、および該溶射皮膜の形成方法に関する。 The present invention relates to a thermal spraying slurry containing thermal spray particles, a thermal spray coating, and a method for forming the thermal spray coating.

溶射皮膜は、溶射粒子を基材に溶射することで形成される。溶射皮膜は、溶射粒子を構成する材料の特性に応じて種々の用途で使用されている。例えば、酸化アルミニウム溶射皮膜は、酸化アルミニウムが高い電気絶縁性、耐摩耗性および耐食性を示すことから、各種部材の保護皮膜として使用されている(例えば、特許文献1参照)。また、酸化イットリウム溶射皮膜は、酸化イットリウムが高い耐プラズマエロージョン性(エッチング耐性、耐腐食性)を示すことから、半導体デバイス製造装置中の部材の保護皮膜として使用されている。このような溶射皮膜は、溶射粒子を粉末の形態のみならず、溶射粒子を含んだスラリーの形態で溶射することによっても形成することができる(例えば、特許文献2参照)。 The thermal spray coating is formed by spraying the thermal spray particles onto the substrate. The sprayed coating is used in various applications depending on the characteristics of the material constituting the sprayed particles. For example, the aluminum oxide sprayed coating is used as a protective coating for various members because aluminum oxide exhibits high electrical insulation, wear resistance and corrosion resistance (see, for example, Patent Document 1). Further, the yttrium oxide sprayed coating is used as a protective film for members in semiconductor device manufacturing equipment because yttrium oxide exhibits high plasma erosion resistance (etching resistance and corrosion resistance). Such a thermal spray coating can be formed not only by spraying the thermal spray particles in the form of powder but also in the form of a slurry containing the thermal spray particles (see, for example, Patent Document 2).

特開2014−240511号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-240511 特開2010−150617号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-150617

しかしながら、スラリーの溶射は、粉末の溶射に比べて溶射効率が低いという問題がある。スラリー溶射の溶射効率を向上させるためには、スラリー中に含まれる溶射粒子の量を増やすことが有効である。しかしながらこの場合、スラリーの流動性が低下し、その結果、溶射皮膜の形成が困難になるという背反があった。また、半導体デバイスの集積度の向上に伴い、パーティクル(異物)による汚染に対してはより精密な管理が要求されてきている。例えば、従来は問題にならなったより微細なパーティクルの抑制が求められ、溶射皮膜についても更なる耐プラズマエロージョン性が要求されている。 However, there is a problem that thermal spraying of slurry has lower thermal spraying efficiency than thermal spraying of powder. In order to improve the thermal spraying efficiency of slurry spraying, it is effective to increase the amount of thermal spray particles contained in the slurry. However, in this case, the fluidity of the slurry is lowered, and as a result, it becomes difficult to form a sprayed coating. Further, as the degree of integration of semiconductor devices is improved, more precise control is required for contamination by particles (foreign substances). For example, suppression of finer particles, which has not been a problem in the past, is required, and further plasma erosion resistance is required for the thermal spray coating.

そこで本発明の目的は、耐プラズマエロージョン性により優れた溶射皮膜を良好に形成することの可能な溶射用スラリーを提供することにある。また、本発明の別の目的は、その溶射用スラリーを用いた、耐プラズマエロージョン性により優れた溶射皮膜及びその溶射皮膜の形成方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a thermal spraying slurry capable of satisfactorily forming a thermal spraying film having better plasma erosion resistance. Another object of the present invention is to provide a thermal spray coating having excellent plasma erosion resistance and a method for forming the thermal spray coating, using the spraying slurry.

上記課題を解決するために、ここに開示される発明は、構成元素としてイットリウム(Y)およびハロゲン元素(X)を含む化合物からなる溶射粒子と、分散媒と、を含む溶射用スラリーを提供する。この溶射用スラリーは、上記溶射粒子の含有量は10質量%以上70質量%以下であり、該溶射用スラリーの粘度は300mPa・s以下である。
イットリウム(Y)およびハロゲン元素(X)を含む化合物は、酸化イットリウムに比べて格段に高い耐プラズマエロージョン特性を有する材料である。かかる構成によると、このイットリウムおよびハロゲン元素を含む化合物からなる溶射粒子を含む溶射用スラリーの流動性と、成膜性とを、好適に両立することができる。また、この溶射用スラリーを用いて形成される溶射皮膜の、ハロゲン系プラズマに対する耐エロージョン特性が高めることができるために好ましい。
In order to solve the above problems, the invention disclosed herein provides a thermal spraying slurry containing a thermal spray particle composed of a compound containing yttrium (Y) and a halogen element (X) as constituent elements, and a dispersion medium. .. The thermal spraying slurry has a content of the thermal spray particles of 10% by mass or more and 70% by mass or less, and the viscosity of the thermal spraying slurry is 300 mPa · s or less.
The compound containing yttrium (Y) and the halogen element (X) is a material having significantly higher plasma erosion resistance than yttrium oxide. According to such a configuration, the fluidity of the spraying slurry containing the sprayed particles composed of the yttrium and the compound containing a halogen element and the film forming property can be suitably compatible with each other. Further, it is preferable because the thermal spray coating formed by using this thermal spraying slurry can enhance the erosion resistance to halogen-based plasma.

なお、ここに開示される技術において、ハロゲン系プラズマとは、典型的には、ハロゲン系ガス(ハロゲン化合物ガス)を含むプラズマ発生ガスを用いて発生されるプラズマである。例えば、具体的には、半導体基板の製造に際しドライエッチング工程などで用いられる、SF、CF、CHF、ClF、HF等のフッ素系ガスや、Cl、BCl、HCl等の塩素系ガス、HBr等の臭素系ガス、HI等のヨウ素系ガスなどの1種を単独で、または2種以上を混合して用いて発生されるプラズマが典型的なものとして例示される。これらのガスは、アルゴン(Ar)等の不活性ガスとの混合ガスであってもよい。 In the technique disclosed herein, the halogen-based plasma is typically a plasma generated by using a plasma-generating gas containing a halogen-based gas (halogen compound gas). For example, specifically, fluorine-based gases such as SF 6 , CF 4 , CHF 3 , ClF 3 , and HF, which are used in a dry etching process in the production of a semiconductor substrate, and chlorine such as Cl 2 , BCl 3 , and HCl. A typical example is a plasma generated by using one kind such as a system gas, a bromine gas such as HBr, and an iodine gas such as HI alone or in combination of two or more. These gases may be a mixed gas with an inert gas such as argon (Ar).

ここに開示される溶射用スラリーの好ましい一態様において、上記ハロゲン元素(X)はフッ素であり、上記溶射粒子はフッ化イットリウムを含む。このような構成により、塩素系プラズマのみならず、例えばフッ素含有ガスを含むプラズマ発生ガスにより発生されたフッ素系プラズマに対する耐プラズマエロージョン性に優れた溶射皮膜を好適に形成することができる。 In a preferred embodiment of the thermal spraying slurry disclosed herein, the halogen element (X) is fluorine and the thermal sprayed particles include yttrium fluoride. With such a configuration, it is possible to suitably form a thermal spray coating having excellent plasma erosion resistance not only for chlorine-based plasma but also for fluorine-based plasma generated by, for example, a plasma generating gas containing a fluorine-containing gas.

ここに開示される溶射用スラリーの好ましい一態様において、上記溶射粒子は、構成元素としてさらに酸素(O)を含む化合物を含む。かかる構成とすることで、この溶射用スラリーを用いて形成される溶射皮膜のハロゲン系プラズマに対する耐プラズマエロージョン性をより一層高めることができる。 In a preferred embodiment of the thermal spraying slurry disclosed herein, the thermal sprayed particles further contain a compound containing oxygen (O) as a constituent element. With such a configuration, the plasma erosion resistance of the thermal spray coating formed by using this thermal spraying slurry to halogen-based plasma can be further enhanced.

ここに開示される溶射用スラリーの好ましい一態様において、上記ハロゲン元素(X)はフッ素であり、上記溶射粒子はオキシフッ化イットリウムを含む。溶射用スラリーがオキシフッ化イットリウムからなる溶射粒子を含むことで、フッ素含有ガスを含むプラズマ発生ガスにより発生されたフッ素系プラズマに対する耐プラズマエロージョン特性が高められるために好ましい。 In a preferred embodiment of the thermal spraying slurry disclosed herein, the halogen element (X) is fluorine and the thermal sprayed particles include yttrium oxyfluoride. It is preferable that the thermal spraying slurry contains the thermal spray particles made of yttrium oxyfluoride because the plasma erosion resistance to the fluorine-based plasma generated by the plasma generating gas containing the fluorine-containing gas is enhanced.

ここに開示される溶射用スラリーの好ましい一態様において、上記溶射粒子は、Y,Y,YおよびY171423からなる群から選択される少なくとも1種を95質量%以上の割合で含む。このような構成により、この溶射用スラリーから形成される溶射皮膜において、パーティクルの原因となり得る酸化イットリウム(Y)の割合を低減することができる。 In a preferred embodiment of the thermal spraying slurry disclosed herein, the thermal spray particles consist of the group consisting of Y 5 O 4 F 7 , Y 6 O 5 F 8 , Y 7 O 6 F 9 and Y 17 O 14 F 23. At least one selected is contained in a proportion of 95% by mass or more. With such a configuration, the thermal spray coating formed of the thermal spraying slurry, it is possible to reduce the proportion of yttrium oxide which can be a cause of particles (Y 2 O 3).

ここに開示される溶射用スラリーの好ましい一態様において、上記溶射用スラリーに含まれる上記溶射粒子の沈降速度は、30μm/秒以上である。このような構成とすることで、溶射用粒子の流動性を高く維持することができ、気孔率が小さく(例えば10%以下)緻密な溶射皮膜を好適に形成することができる。 In a preferred embodiment of the thermal spraying slurry disclosed herein, the thermal spraying particle contained in the thermal spraying slurry has a sedimentation rate of 30 μm / sec or more. With such a configuration, the fluidity of the sprayed particles can be maintained high, and a dense sprayed coating having a small porosity (for example, 10% or less) can be suitably formed.

ここに開示される溶射用スラリーの好ましい一態様では、分散剤をさらに含有する。このような構成によっても、溶射用スラリーの溶射効率を高めつつ、溶射用粒子の流動性を高く維持することができる。 In a preferred embodiment of the thermal spraying slurry disclosed herein, a dispersant is further contained. Even with such a configuration, it is possible to maintain high fluidity of the thermal spraying particles while increasing the thermal spraying efficiency of the thermal spraying slurry.

ここに開示される溶射用スラリーの好ましい一態様では、粘度調整剤をさらに含有することができる。これにより、固形分濃度の高い溶射用スラリーであっても、過度な粘度の上昇を抑制して、良好な流動性を維持することができる。 In a preferred embodiment of the thermal spraying slurry disclosed herein, a viscosity modifier can be further contained. As a result, even in the case of a spraying slurry having a high solid content concentration, it is possible to suppress an excessive increase in viscosity and maintain good fluidity.

ここに開示される溶射用スラリーの好ましい一態様では、凝集剤をさらに含有する。このような構成により、溶射用スラリー中の溶射粒子が沈殿しても、溶射粒子の凝結を防ぎ、溶射粒子の再分散性を高めることができる。 In a preferred embodiment of the thermal spraying slurry disclosed herein, it further contains a flocculant. With such a configuration, even if the sprayed particles in the sprayed slurry are precipitated, the condensation of the sprayed particles can be prevented and the redispersibility of the sprayed particles can be enhanced.

ここに開示される溶射用スラリーの好ましい一態様において、上記溶射粒子の平均粒子径は、1nm以上200nm未満である。このような構成により、溶射用スラリー中で溶射粒子を沈殿し難い構成とすることができる。 In a preferred embodiment of the thermal spraying slurry disclosed herein, the average particle size of the thermal sprayed particles is 1 nm or more and less than 200 nm. With such a structure, it is possible to make it difficult for the sprayed particles to settle in the sprayed slurry.

ここに開示される溶射用スラリーの好ましい一態様において、上記溶射粒子の平均粒子径は、200nm以上6μm以下である。このような構成により、この溶射用スラリーを溶射する際の溶射用粒子の変質を抑制することができる。 In a preferred embodiment of the thermal spraying slurry disclosed herein, the average particle size of the thermal sprayed particles is 200 nm or more and 6 μm or less. With such a configuration, it is possible to suppress the deterioration of the thermal spraying particles when the thermal spraying slurry is sprayed.

以上のここに開示される溶射用スラリーによると、イットリウムおよびハロゲン元素を含む化合物からなる溶射粒子を用いた場合であっても、スラリー中に含まれる溶射粒子の量(固形分濃度)を増大しつつ、スラリーの流動性を維持することができるため、溶射効率良く溶射を実施することができる。したがって、この溶射用スラリーの溶射物は、イットリウムおよびハロゲン元素を構成元素として含む溶射皮膜となり、膜質が均質でかつ緻密なものとして形成され得る。かかる溶射皮膜は、耐プラズマエロージョン性が高められているために特に好ましい。 According to the above-mentioned thermal spraying slurry disclosed here, the amount (solid content concentration) of the thermal sprayed particles contained in the slurry is increased even when the thermal sprayed particles composed of a compound containing yttrium and a halogen element are used. At the same time, since the fluidity of the slurry can be maintained, thermal spraying can be carried out with high thermal spraying efficiency. Therefore, the sprayed product of this thermal spraying slurry becomes a thermal spray coating containing yttrium and halogen elements as constituent elements, and can be formed as having a uniform and dense film quality. Such a thermal spray coating is particularly preferable because it has enhanced plasma erosion resistance.

他の側面において、ここに開示される技術は、上記いずれかに記載の溶射用スラリーを溶射して溶射皮膜を形成する溶射皮膜の形成方法を提供する。これにより、耐プラズマエロージョン性に優れる均質でかつ緻密な溶射皮膜を得ることができる。 In another aspect, the techniques disclosed herein provide a method of forming a thermal spray coating by spraying any of the above-mentioned thermal spraying slurries to form a thermal spray coating. As a result, a homogeneous and dense thermal spray coating having excellent plasma erosion resistance can be obtained.

ここに開示される溶射皮膜の形成方法の好ましい一態様において、上記分散媒として水を含む溶射用スラリーを高速フレーム溶射して溶射皮膜を形成する。これにより、溶射粒子の酸化を抑制しつつ、溶射粒子の組成に近い組成の溶射皮膜を形成することができる。延いては、耐プラズマエロージョン性に優れた溶射皮膜を形成することができる。 In a preferred embodiment of the method for forming a thermal spray coating disclosed herein, a thermal spraying slurry containing water as the dispersion medium is sprayed with a high-speed frame to form a thermal spray coating. As a result, it is possible to form a sprayed coating having a composition close to that of the sprayed particles while suppressing the oxidation of the sprayed particles. As a result, a thermal spray coating having excellent plasma erosion resistance can be formed.

ここに開示される溶射皮膜の形成方法の好ましい一態様において、上記分散媒として有機溶剤を含む溶射用スラリーをプラズマ溶射して溶射皮膜を形成する。これにより、比較的低温かつ高速での溶射が可能となり、溶射粒子の酸化および変質を抑制しつつ緻密な溶射皮膜を形成することができる。延いては、耐プラズマエロージョン性に優れた溶射皮膜を形成することができる。 In a preferred embodiment of the method for forming a thermal spray coating disclosed herein, a thermal spraying slurry containing an organic solvent as the dispersion medium is plasma-sprayed to form a thermal spray coating. As a result, thermal spraying at a relatively low temperature and high speed becomes possible, and a dense thermal spray coating can be formed while suppressing oxidation and alteration of the thermal spray particles. As a result, a thermal spray coating having excellent plasma erosion resistance can be formed.

ここに開示される溶射皮膜の形成方法の好ましい一態様において、上記溶射用スラリーをアクシャルフィード方式で溶射装置に供給する。これにより、スラリー中の溶射粒子を溶射熱源に軸方向で投入するため、より多くの溶射粒子を皮膜形成に寄与させることができ、高い溶射効率で溶射皮膜を形成することができる。
なお、「アクシャルフィード方式」とは、溶射熱源(例えば、プラズマアークや燃焼炎)の中心から、かかる溶射熱源の発生方向やトーチノズルの軸方向に溶射用スラリーを供給する手法である。
In a preferred embodiment of the method for forming a thermal spray coating disclosed herein, the thermal spraying slurry is supplied to a thermal spraying apparatus by an axial feed method. As a result, since the thermal sprayed particles in the slurry are charged into the thermal spraying heat source in the axial direction, more thermal sprayed particles can be contributed to the film formation, and the thermal sprayed film can be formed with high thermal spraying efficiency.
The "axial feed method" is a method of supplying a thermal spraying slurry from the center of a thermal spraying heat source (for example, a plasma arc or a combustion flame) in the generation direction of the thermal spraying heat source or the axial direction of the torch nozzle.

ここに開示される溶射皮膜の形成方法の好ましい一態様において、上記溶射用スラリーを、2つのフィーダを用いて、この2つのフィーダからの溶射用スラリーの供給量の変動周期が互いに逆位相となるようにして溶射装置に供給することを含む。これによると、比較的平均粒子径の大きい溶射粒子がスラリー中で凝集したり沈降したりするのをさらに抑制して、スラリーをムラなくほぼ一定の割合で供給することが可能となる。これによって、皮膜組織にバラつきの少ない溶射皮膜を形成できるために好ましい。 In a preferred embodiment of the method for forming a thermal spray coating disclosed herein, the thermal spraying slurry is used with two feeders, and the fluctuation periods of the supply amounts of the thermal spraying slurries from the two feeders are in opposite phases to each other. Including supplying to the thermal spraying device in this way. According to this, it is possible to further suppress the agglomeration and sedimentation of the sprayed particles having a relatively large average particle size in the slurry, and to supply the slurry at a substantially constant ratio evenly. This is preferable because a sprayed coating with little variation can be formed in the coating structure.

ここに開示される溶射皮膜の形成方法の好ましい一態様において、上記溶射用スラリーをフィーダから送り出して溶射装置の直前でタンクにいったん貯留し、自然落下を利用してそのタンク内の溶射用スラリーを溶射装置に供給することを含む。これによると、溶射装置直前のタンクにおいて溶射用スラリーの状態を整えることができ、比較的平均粒子径の大きい溶射粒子がスラリー中で凝集したり沈降したりするのを抑制して、溶射用スラリーをムラなくほぼ一定の割合で供給することが可能となる。これによっても、皮膜組織にバラつきの少ない溶射皮膜を形成することができるために好ましい。 In a preferred embodiment of the method for forming a thermal spray coating disclosed herein, the thermal spraying slurry is sent out from a feeder, temporarily stored in a tank immediately before the thermal spraying apparatus, and the thermal spraying slurry in the tank is stored by free fall. Includes feeding to thermal spraying equipment. According to this, the state of the thermal spraying slurry can be adjusted in the tank immediately before the thermal spraying apparatus, and it is possible to suppress the agglomeration and sedimentation of the thermal sprayed particles having a relatively large average particle size in the slurry, and the thermal spraying slurry. Can be supplied evenly at a substantially constant ratio. This is also preferable because it is possible to form a thermal sprayed film with little variation in the film structure.

ここに開示される溶射皮膜の形成方法の好ましい一態様において、導電性チューブを介して溶射装置へ溶射用スラリーを供給することを含む。これによると、導電性チューブ内を流動する溶射用スラリーについて静電気の発生が抑えられ、溶射粒子の供給量に変動が起こり難くなるために好ましい。 A preferred embodiment of the method for forming a thermal spray coating disclosed herein includes supplying a thermal spraying slurry to a thermal spraying apparatus via a conductive tube. According to this, the generation of static electricity is suppressed in the spraying slurry flowing in the conductive tube, and the supply amount of the sprayed particles is less likely to fluctuate, which is preferable.

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、本明細書に記載された発明の実施についての教示と当該分野における出願時の技術常識とに基づいて当業者に理解され、実施することができる。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Matters other than those specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention include teachings regarding the implementation of the invention described in the present specification and common general knowledge at the time of filing in the art. It can be understood and implemented by those skilled in the art based on the above.

(溶射用スラリー)
ここに開示される溶射用スラリーは、構成元素としてイットリウム(Y)およびハロゲン元素(X)を含む化合物からなる溶射粒子と、分散媒と、を含むことができる。この溶射用スラリーは、例えば、分散媒に溶射粒子を混合することで調製される。混合は、翼式撹拌機、ホモジナイザー又はミキサーを使用して行ってもよい。
(Slurry for thermal spraying)
The thermal spraying slurry disclosed herein can contain thermal spray particles composed of a compound containing yttrium (Y) and a halogen element (X) as constituent elements, and a dispersion medium. This thermal spraying slurry is prepared, for example, by mixing thermal spray particles with a dispersion medium. Mixing may be carried out using a vane stirrer, homogenizer or mixer.

溶射用スラリー中に含まれる溶射粒子は、構成元素として、イットリウム(Y)およびハロゲン元素(X)を含む化合物からなる。かかる化合物は、例えば、イットリウム(Y)のハロゲン化物であり得る。典型的には、イットリウムのフッ化物(例えば、フッ化イットリウム(YF))、塩化物(例えば、塩化イットリウム(YCl))、臭化物(例えば、臭化イットリウム(YBr))、ヨウ化物(例えば、ヨウ化イットリウム(YI))等が挙げられる。 The thermal spraying particles contained in the thermal spraying slurry are composed of a compound containing yttrium (Y) and a halogen element (X) as constituent elements. Such a compound can be, for example, a halide of yttrium (Y). Typically, yttrium fluoride (eg, yttrium fluoride (YF 3 )), chloride (eg, yttrium chloride (YCl 3 )), bromide (eg, yttrium bromide (YBr 3 )), yttrium (eg, yttrium iodide). For example, yttrium iodide (YI 3 )) and the like can be mentioned.

また、イットリウム(Y)およびハロゲン元素(X)を含む化合物は、二元系の化合物に限定されず、他の任意の元素を含む三元系以上の化合物であっても良い。三元系以上の化合物としては、例えば、構成元素として酸素(O)を含む、イットリウムのオキシハロゲン化物であることが好ましい。イットリウムのオキシハロゲン化物としては、イットリウムオキシフッ化物、イットリウムオキシ塩化物、イットリウムオキシ臭化物、イットリウムオキシヨウ化物等が例示される。もちろん、イットリウム(Y)およびハロゲン元素(X)を含む化合物は、酸素(O)以外の任意の元素を含むことができる。このようなイットリウムオキシハロゲン化物は、いずれか1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Further, the compound containing yttrium (Y) and a halogen element (X) is not limited to a binary compound, and may be a ternary or higher compound containing any other element. The ternary or higher compound is preferably an oxyhalide of yttrium containing oxygen (O) as a constituent element, for example. Examples of the yttrium oxyhalide include yttrium oxyfluoride, yttrium oxychloride, yttrium oxy bromide, and yttrium oxyiodide. Of course, the compound containing yttrium (Y) and the halogen element (X) can contain any element other than oxygen (O). Any one of such yttrium oxyhalides may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.

イットリウムオキシハロゲン化物を構成するイットリウム(Y)と酸素(O)とハロゲン元素(X)との割合は特に制限されない。例えば、イットリウムに対するハロゲン元素のモル比(X/Y)は特に制限されない。好適な一例として、モル比(X/Y)は、例えば1であっても良く、1より大きいことが好ましい。具体的には、例えば、1.1以上であるのがより好ましく、例えば1.2以上、さらには1.3以上であることが望ましい。モル比(X/Y)の上限については特に制限されず、例えば、3以下とすることができる。なかでも、イットリウムに対するハロゲン元素のモル比(X/Y)は、より好ましくは2以下であり、さらには1.4以下(1.4未満)であるのがより一層好ましい。モル比(X/Y)のより好適な一例として、1.3以上1.39以下(例えば1.32以上1.36以下)とすることが例示される。このように、イットリウムに対するハロゲン元素の割合が高いことで、ハロゲン系プラズマに対する耐性が高くなるために好ましい。 The ratio of yttrium (Y), oxygen (O) and halogen element (X) constituting the yttrium oxyhalide is not particularly limited. For example, the molar ratio (X / Y) of the halogen element to yttrium is not particularly limited. As a preferred example, the molar ratio (X / Y) may be, for example, 1 and is preferably greater than 1. Specifically, for example, it is more preferably 1.1 or more, and for example, 1.2 or more, and further preferably 1.3 or more. The upper limit of the molar ratio (X / Y) is not particularly limited and may be, for example, 3 or less. Among them, the molar ratio (X / Y) of the halogen element to yttrium is more preferably 2 or less, and further preferably 1.4 or less (less than 1.4). As a more preferable example of the molar ratio (X / Y), it is exemplified that the molar ratio is 1.3 or more and 1.39 or less (for example, 1.32 or more and 1.36 or less). As described above, a high ratio of the halogen element to yttrium is preferable because the resistance to the halogen-based plasma is high.

また、イットリウムに対する酸素元素のモル比(O/Y)は特に制限されない。好適な一例として、モル比(O/Y)は1であってもよく、1より小さいことが好ましい。具体的には、例えば、0.9以下であるのがより好ましく、例えば0.88以下、さらには0.86以下であることが望ましい。モル比(O/Y)の下限についても特に制限されず、例えば、0.1以上とすることができる。なかでも、イットリウムに対する酸素元素のモル比(O/Y)のより好適な一例として、0.8を超えて0.85未満(好ましくは0.81以上0.84以下)であるのが好ましい。このように、イットリウムに対する酸素元素の割合が小さいことで、溶射中の酸化による溶射皮膜中でのイットリウムの酸化物(例えばY)の形成が抑制されるために好ましい。 Further, the molar ratio (O / Y) of the oxygen element to yttrium is not particularly limited. As a preferred example, the molar ratio (O / Y) may be 1, preferably less than 1. Specifically, for example, it is more preferably 0.9 or less, and more preferably 0.88 or less, and further preferably 0.86 or less. The lower limit of the molar ratio (O / Y) is also not particularly limited, and may be, for example, 0.1 or more. Among them, as a more preferable example of the molar ratio (O / Y) of the oxygen element to yttrium, it is preferably more than 0.8 and less than 0.85 (preferably 0.81 or more and 0.84 or less). In this way, the ratio of oxygen element to yttrium is less preferred for formation of oxide of yttrium in the thermal spray coating in the oxidation in the thermal spray (e.g., Y 2 O 3) is suppressed.

すなわち、イットリウムオキシハロゲン化物は、例えば、一般式;Ym1m2(例えば、0.1≦m1≦1.2,0.1≦m2≦3)等で表される、YとOとXとの割合が任意の化合物であってよい。このようなイットリウムオキシハロゲン化物としては、0.81<m1<1であるのが好ましく、より好ましくは0.81<m1<0.85、例えば0.84≦m1≦0.82)である。また、1<m2<1.4であるのが好ましく、より好ましくは1.29<m2<1.4、例えば1.3≦m2≦1.38である。 That is, the yttrium oxyhalide is represented by, for example, the general formula; Y 1 O m1 X m2 (for example, 0.1 ≦ m1 ≦ 1.2, 0.1 ≦ m2 ≦ 3), and Y and O. The ratio with X may be any compound. The yttrium oxyhalide is preferably 0.81 <m1 <1, more preferably 0.81 <m1 <0.85, for example 0.84 ≦ m1 ≦ 0.82). Further, 1 <m2 <1.4 is preferable, and 1.29 <m2 <1.4, for example, 1.3 ≦ m2 ≦ 1.38.

好適な一形態として、ハロゲン元素がフッ素(F)であり、イットリウムオキシハロゲン化物がイットリウムオキシフッ化物(Y−O−F)である場合について説明する。イットリウムオキシフッ化物としては、例えば、熱力学的に比較的安定で、イットリウムと酸素とハロゲン元素との比が1:1:1の化学組成がYOFとして表される化合物であってよい。また、一般式;Y1−n1+2n(式中、nは、例えば、0.12≦n≦0.22を満たす。)で表されるY,Y,Y,Y171423等であってよい。とくに、モル比(O/Y)および(X/Y)が上記のより好適な範囲にあるY,Y171423等は、耐プラズマエロージョン特性に優れ、より緻密で高硬度な溶射皮膜を形成し得るために好ましい。このようなイットリウムオキシハロゲン化物は、いずれか1種の化合物の単一相から構成されていても良いし、いずれか2種以上の化合物が組み合わされた混相,固溶体,化合物のいずれか又はこれらの混合等により構成されていてもよい。 As a preferred embodiment, a case where the halogen element is fluorine (F) and the yttrium oxyhalide is yttrium oxyfluoride (YOF) will be described. The yttrium oxyfluoride may be, for example, a compound that is thermodynamically relatively stable and has a chemical composition of 1: 1: 1 in the ratio of yttrium, oxygen, and halogen element expressed as YOF. Further, the general formula; Y 1 O 1-n F 1 + 2n (in the formula, n satisfies, for example, 0.12 ≦ n ≦ 0.22), Y 5 O 4 F 7 , Y 6 O 5 It may be F 8 , Y 7 O 6 F 9 , Y 17 O 14 F 23, or the like. In particular, Y 6 O 5 F 8 , Y 17 O 14 F 23, etc., whose molar ratios (O / Y) and (X / Y) are in the above-mentioned more preferable ranges, have excellent plasma erosion resistance and are more precise. It is preferable because it can form a high-hardness sprayed coating. Such an yttrium oxyhalide may be composed of a single phase of any one compound, or a mixed phase in which any two or more compounds are combined, a solid solution, any one of the compounds, or any of these. It may be composed of a mixture or the like.

なお、イットリウムハロゲン化物およびイットリウムオキシハロゲン化物について、ハロゲン元素がフッ素の場合を例に説明をした。しかしながら、これらの化合物はハロゲン元素がフッ素以外の場合も、同一または類似の結晶構造をとり得てその特性も類似していることから、当業者であれば、上記説明のフッ素(F)の一部または全部を任意のハロゲン元素に置き換えた化合物についても、同様の作用が得られることを理解することができる。
溶射粒子に含まれるイットリウムハロゲン化物および/またはイットリウムオキシハロゲン化物の詳細な組成およびその割合は特に制限されない。例えば、溶射粒子の全てがイットリウムハロゲン化物であっても良いし、全てがイットリウムオキシハロゲン化物であっても良いし、これらの任意の割合の混合物であっても良い。
The yttrium halide and the yttrium oxyhalide have been described by taking the case where the halogen element is fluorine as an example. However, even when the halogen element is other than fluorine, these compounds can have the same or similar crystal structure and have similar characteristics. Therefore, those skilled in the art can use one of the fluorine (F) described above. It can be understood that the same action can be obtained for a compound in which a part or all of the compound is replaced with an arbitrary halogen element.
The detailed composition of the yttrium halide and / or the yttrium oxyhalide contained in the sprayed particles and the ratio thereof are not particularly limited. For example, all of the sprayed particles may be yttrium halides, all may be yttrium oxyhalides, or a mixture thereof in any proportion.

耐プラズマエロージョン特性に優れた溶射皮膜を形成し得るとの観点からは、溶射粒子は、イットリウムオキシハロゲン化物を含むことが好ましい。このようなイットリウムオキシハロゲン化物は、溶射粒子中に77質量%以上という高い割合で含まれていることが好ましい。イットリウムオキシハロゲン化物は、耐プラズマエロージョン性が高い材料として知られているイットリア(Y)よりも、さらに耐プラズマエロージョン性に優れる。このようなイットリウムオキシハロゲン化物は、少量含まれるだけでも耐プラズマエロージョン性の向上に大きく寄与するが、上記のように多量に含まれることで、極めて良好なプラズマ耐性を示し得るために好ましい。イットリウムオキシハロゲン化物の割合は、80質量%以上(80質量%超過)であるのがより好ましく、85質量%以上(85質量%超過)であるのが更に好ましく、90質量%以上(90質量%超過)であるのがより一層好ましく、95質量%以上(95質量%超過)であるのがより一層好適である。例えば、実質的に、100質量%(不可避的不純物を除いて全て)であるのが特に好適である。なお、溶射粒子は、このようにイットリウムオキシハロゲン化物を高い割合で含むことにより、よりパーティクル源となり易い他の物質を含むことが許容される。 From the viewpoint that a thermal spray coating having excellent plasma erosion resistance can be formed, the thermal spray particles preferably contain an yttrium oxyhalide. Such yttrium oxyhalide is preferably contained in the sprayed particles in a high proportion of 77% by mass or more. Yttrium oxyhalide is more excellent in plasma erosion resistance than yttria (Y 2 O 3 ), which is known as a material having high plasma erosion resistance. Such an yttrium oxyhalide greatly contributes to the improvement of plasma erosion resistance even if it is contained in a small amount, but it is preferable that it is contained in a large amount as described above because it can exhibit extremely good plasma resistance. The ratio of the yttrium oxyhalide is more preferably 80% by mass or more (exceeding 80% by mass), further preferably 85% by mass or more (exceeding 85% by mass), and 90% by mass or more (90% by mass). (Excess) is even more preferable, and 95% by mass or more (95% by mass or more) is even more preferable. For example, substantially 100% by weight (all except unavoidable impurities) is particularly preferred. By containing the yttrium oxyhalide in a high proportion as described above, the sprayed particles are allowed to contain other substances that are more likely to be a particle source.

また、溶射粒子にイットリウムオキシハロゲン化物が含まれる場合、溶射粒子の全てがイットリウムオキシハロゲン化物であることが好適であり得る。しかしながら、比較的酸化されやすい組成のイットリウムオキシハロゲン化物(例えばY)については、例えば、イットリウムのハロゲン化物が23質量%以下の割合で含まれることが好ましい。溶射粒子に含まれるイットリウムのハロゲン化物は、溶射によって酸化されて、溶射皮膜中に希土類元素の酸化物を形成し得る。例えば、フッ化イットリウムは、溶射によって酸化されて、溶射皮膜中に酸化イットリウムを形成し得る。また、イットリウムオキシハロゲン化物(例えばY)も、溶射によって酸化されて、溶射皮膜中に希土類元素の酸化物を形成し得る。しかしながら、イットリウムオキシハロゲン化物と少量のイットリウムのハロゲン化物とが共存するときに、イットリウムオキシハロゲン化物の酸化がイットリウムのハロゲン化物により抑制されることがあるために好適である。ただし、過剰なイットリウムハロゲン化物の含有は、上記のとおりパーティクル源を形成し得ることから、23質量%を超えて含まれると耐プラズマエロージョン性が低下されるために好ましくない。かかる観点から、イットリウムのハロゲン化物の含有割合は、20質量%以下であるのが好ましく、15質量%以下であるのがより好ましく、さらには10質量%以下、例えば5質量%以下であるのが好ましい。ここに開示される溶射用材料のより好ましい態様では、イットリウムのハロゲン化物(例えばフッ化イットリウム)についても実質的に含まないことであり得る。 When the sprayed particles contain a yttrium oxyhalide, it may be preferable that all the sprayed particles are yttrium oxyhalides. However, for the yttrium oxyhalide having a composition that is relatively easily oxidized (for example, Y 1 O 1 F 1 ), it is preferable that the yttrium halide is contained in a proportion of 23% by mass or less, for example. The yttrium halide contained in the thermal spray particles can be oxidized by thermal spraying to form an oxide of a rare earth element in the thermal spray coating. For example, yttrium fluoride can be oxidized by thermal spraying to form yttrium oxide in the thermal spray coating. Yttrium oxyhalides (eg, Y 1 O 1 F 1 ) can also be oxidized by thermal spraying to form oxides of rare earth elements in the thermal spray coating. However, when the yttrium oxyhalide and a small amount of the yttrium halide coexist, the oxidation of the yttrium oxyhalide may be suppressed by the yttrium halide, which is preferable. However, the excessive content of the yttrium halide is not preferable because it can form a particle source as described above, and if it is contained in excess of 23% by mass, the plasma erosion resistance is lowered. From this point of view, the content ratio of the halide of yttrium is preferably 20% by mass or less, more preferably 15% by mass or less, and further preferably 10% by mass or less, for example, 5% by mass or less. preferable. In a more preferred embodiment of the thermal spraying material disclosed herein, it may also be substantially free of yttrium halides (eg yttrium fluoride).

さらに、溶射粒子は、溶射皮膜を形成したときのプラズマ耐性をより高く発現させ得るために、イットリウムの酸化物(酸化イットリウム:Y)成分を実質的に含まないよう構成することが好ましい。溶射粒子に含まれる酸化イットリウムは、溶射によって溶射皮膜中にそのまま酸化イットリウムとして存在し得る。この酸化イットリウムは、上述のように、イットリウムハロゲン化物などに比べてプラズマ耐性が著しく低い。そのため、この酸化イットリウムが含まれた部分はプラズマ環境に晒されたときに脆い変質層を生じやすく、変質層はごく微細な粒子となって脱離しやすい。そして、この微細な粒子がパーティクルとして半導体基盤上に堆積する虞がある。したがって、ここに開示される溶射用スラリーにおいては、パーティクル源となり得る酸化イットリウムの含有を排除することが好ましい。 Furthermore, spray particles, to more capable high to express plasma resistance when forming the sprayed coating, an oxide of yttrium (yttrium oxide: Y 2 O 3) is preferably configured to substantially free of components .. Yttrium oxide contained in the sprayed particles can exist as yttrium oxide as it is in the sprayed coating by thermal spraying. As described above, this yttrium oxide has a significantly lower plasma resistance than the yttrium halide and the like. Therefore, the portion containing yttrium oxide tends to form a brittle altered layer when exposed to a plasma environment, and the altered layer becomes very fine particles and easily desorbs. Then, these fine particles may be deposited on the semiconductor substrate as particles. Therefore, it is preferable to eliminate the inclusion of yttrium oxide, which can be a particle source, in the thermal spraying slurry disclosed herein.

なお、本明細書において「実質的に含まない」とは、当該成分(ここでは酸化イットリウム)の含有割合が5質量%以下であり、好ましくは3質量%以下、例えば1質量%以下であること意味する。かかる構成は、例えば、この溶射用材料をX線回折分析したときに、当該成分に基づく回折ピークが検出されないことにより把握することもできる。 In the present specification, "substantially not contained" means that the content ratio of the component (yttrium oxide in this case) is 5% by mass or less, preferably 3% by mass or less, for example, 1% by mass or less. means. Such a configuration can also be grasped by, for example, when the thermal spraying material is subjected to X-ray diffraction analysis, a diffraction peak based on the component is not detected.

なお、溶射粒子に複数(例えばa;自然数としたとき、a≧2)の組成のイットリウムハロゲン化物および/またはイットリウムオキシハロゲン化物が含まれる場合は、各組成の化合物の含有割合を以下の方法で測定し算出することができる。まず、X線回折分析により、溶射粒子を構成する化合物の組成を特定する。このとき、イットリウムオキシハロゲン化物は、その価数(元素比)まで同定する。 When the sprayed particles contain a plurality of yttrium halides and / or yttrium oxyhalides having a composition of a plurality (for example, a; a ≧ 2 when a natural number is taken), the content ratio of the compound of each composition is adjusted by the following method. It can be measured and calculated. First, the composition of the compound constituting the sprayed particles is specified by X-ray diffraction analysis. At this time, the yttrium oxyhalide is identified up to its valence (elemental ratio).

そして、例えば、溶射用材料中にイットリウムオキシハロゲン化物が1種類存在し、かつ残りがYFの場合は、溶射用材料の酸素含有量を例えば酸素・窒素・水素分析装置(例えば、LECO社製,ONH836)によって測定し、得られた酸素濃度からイットリウムオキシハロゲン化物の含有量を定量することができる。
イットリウムオキシハロゲン化物が2種類以上存在したり、又は酸化イットリウム等の酸素を含む化合物が混在したりする場合は、例えば各化合物の割合を検量線法により定量することができる。具体的には、それぞれの化合物の含有割合を変化させたサンプルを数種類準備し、それぞれのサンプルについてX線回折分析を行い、メインピーク強度と各化合物の含有量との関係を示す検量線を作成する。そしてこの検量線を元に、測定したい溶射用材料のXRDのイットリウムオキシハロゲン化物のメインピーク強度から含有量を定量する。
Then, for example, when one type of yttrium oxyhalide is present in the thermal spraying material and the rest is YF 3 , the oxygen content of the thermal spraying material is, for example, an oxygen / nitrogen / hydrogen analyzer (for example, manufactured by LECO). , ONH836), and the content of yttrium oxyhalide can be quantified from the obtained oxygen concentration.
When two or more types of yttrium oxyhalides are present or compounds containing oxygen such as yttrium oxide are mixed, the ratio of each compound can be quantified by a calibration curve method, for example. Specifically, several types of samples with different content ratios of each compound are prepared, X-ray diffraction analysis is performed on each sample, and a calibration curve showing the relationship between the main peak intensity and the content of each compound is created. do. Then, based on this calibration curve, the content is quantified from the main peak intensity of the yttrium oxyhalide of XRD of the thermal spraying material to be measured.

また、上記のイットリウムオキシハロゲン化物におけるモル比(X/Y)およびモル比(O/Y)については、組成物ごとにモル比(Xa/Ya)およびモル比(Oa/Ya)を算出するとともに、そのモル比(Xa/Ya)およびモル比(Oa/Ya)に当該組成物の存在比をそれぞれ乗じて合計(加重和をとる)することで、溶射粒子におけるイットリウムオキシハロゲン化物全体としてのモル比(X/Y)およびモル比(O/Y)を得ることができる。 Regarding the molar ratio (X / Y) and the molar ratio (O / Y) of the above-mentioned yttrium oxyhalide, the molar ratio (Xa / Ya) and the molar ratio (Oa / Ya) are calculated for each composition. , The molar ratio (Xa / Ya) and the molar ratio (Oa / Ya) are multiplied by the abundance ratio of the composition and summed (weighted sum) to obtain the molar amount of the yttrium oxyhalide as a whole in the sprayed particles. Ratios (X / Y) and molar ratios (O / Y) can be obtained.

溶射粒子は、典型的には粉末の形態にて用意することができる。かかる粉末は、より微細な一次粒子が造粒されてなる造粒粒子で構成されていても良いし、主として一次粒子の集合(凝集の形態が含まれても良い。)から構成される粉末であっても良い。より好ましくは、一次粒子の集合から構成される粉末である。スラリーの形態にしたときに溶射効率が高められるとの観点から、例えば、溶射粒子の平均粒子径は、10μm程度以下であれば特に制限されず、平均粒子径の下限についても特に制限はない。溶射粒子の平均粒子径は、例えば、6μm以下とすることができ、好ましくは4μm以下、より好ましくは3μm以下程度とすることができる。平均粒子径の下限についても特に制限はなく、かかる溶射用材料の流動性を考慮した場合に、例えば、1nm以上とすることができ、好ましくは10nm以上とすることができる。 The sprayed particles can typically be prepared in the form of powder. Such a powder may be composed of granulated particles obtained by granulating finer primary particles, or may be composed mainly of aggregates of primary particles (may include a form of agglomeration). There may be. More preferably, it is a powder composed of an aggregate of primary particles. From the viewpoint that the spraying efficiency is enhanced when the slurry is formed, for example, the average particle size of the sprayed particles is not particularly limited as long as it is about 10 μm or less, and the lower limit of the average particle size is not particularly limited. The average particle size of the sprayed particles can be, for example, 6 μm or less, preferably 4 μm or less, and more preferably about 3 μm or less. The lower limit of the average particle size is also not particularly limited, and when the fluidity of the thermal spraying material is taken into consideration, it can be, for example, 1 nm or more, preferably 10 nm or more.

なお、通常、例えば平均粒子径が10μm以下程度の微細な溶射粒子を粉末の形態で溶射に用いると、比表面積の増大に伴いその流動性が低下する。すると、溶射粒子の溶射装置への供給性が劣り、溶射粒子が供給経路に付着する等して溶射装置に供給され難く、溶射皮膜の形成能が低下することがある。そしてさらに、このような溶射粒子は、その質量の小ささから溶射フレームやジェット気流に弾かれ、基材まで好適に飛行させることが困難となり得る。これに対し、ここに開示される溶射用スラリーにおいては、例えば平均粒子径が10μm以下の溶射粒子であっても、溶射装置への供給性を考慮してスラリーとして調製されていることから、供給経路等への付着が抑制されて、皮膜形成能を高く維持することができる。また、スラリーの状態でフレームやジェット気流に供給されることから、かかるフレームやジェットに弾かれることなく流れに乗ることができ、かつ、飛行中に分散媒が除去されることから、溶射効率をさらに高く維持して溶射皮膜を形成することができる。 Normally, for example, when fine sprayed particles having an average particle size of about 10 μm or less are used for spraying in the form of powder, the fluidity decreases as the specific surface area increases. Then, the supply of the sprayed particles to the sprayed device is inferior, and the sprayed particles adhere to the supply path and are difficult to be supplied to the sprayed device, which may reduce the ability to form the thermal spray coating. Further, such sprayed particles are repelled by the sprayed frame or the jet stream due to their small mass, and it may be difficult to fly them to the base material properly. On the other hand, in the spraying slurry disclosed here, for example, even if the sprayed particles have an average particle diameter of 10 μm or less, they are prepared as a slurry in consideration of the supplyability to the spraying apparatus, so that the slurry is supplied. Adhesion to the route or the like is suppressed, and the film forming ability can be maintained high. In addition, since it is supplied to the frame or jet stream in the state of slurry, it is possible to ride on the flow without being repelled by the frame or jet, and the dispersion medium is removed during flight, so thermal spraying efficiency is improved. It can be maintained higher to form a sprayed coating.

溶射粒子の平均粒子径は、平均粒子径がおおよそ1μm以上の粒子については、レーザ回折・散乱式の粒度分布測定装置((株)堀場製作所製、LA−950)を用いて測定された、体積基準の粒度分布における積算50%粒径(D50)を採用することができる。また、平均粒子径の測定と同時に、溶射粒子の体積基準の粒度分布における小粒径側から3%目の粒子の粒子径である積算3%粒径(D)と小粒径側から97%目の粒子の粒子径である積算97%粒径(D97)とを算出することができる。
なお、平均粒子径がおおよそ1μm未満の粒子については、比表面積に基づき算出される球相当径を採用することができる。比表面積は、例えば、比表面積測定装置(マイクロメリティックス社製、FlowSorbII 2300、)を用い、連続流動法により測定されたN等のガス吸着量から、BET1点法により算出した値とすることができる。なお、上記で各測定方法を適用する平均粒子径の臨界値は厳密に規定されるものではなく、使用する分析器の精度等に応じて変更することもできる。
The average particle size of the sprayed particles is the volume measured using a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device (LA-950, manufactured by Horiba Seisakusho Co., Ltd.) for particles having an average particle size of about 1 μm or more. An integrated 50% particle size (D 50 ) in the standard particle size distribution can be adopted. At the same time as the measurement of the average particle size, the integrated 3% particle size (D 3 ), which is the particle size of the particles 3% from the small particle size side in the volume-based particle size distribution of the sprayed particles, and 97 from the small particle size side. The cumulative 97% particle size (D 97 ), which is the particle size of the% particle, can be calculated.
For particles having an average particle diameter of less than about 1 μm, a sphere-equivalent diameter calculated based on the specific surface area can be adopted. The specific surface area, for example, a specific surface area measuring apparatus (Micromeritics Inc., FlowSorbII 2300,) used, the gas adsorption amount of N 2 or the like which is measured by the continuous flow method, a value calculated by BET1 point method be able to. The critical value of the average particle size to which each measurement method is applied is not strictly defined, and can be changed according to the accuracy of the analyzer used.

(分散媒)
分散媒としては、水系分散媒または非水系分散媒のいずれをも採用することができる。
水系分散媒としては、水または、水と水溶性の有機溶媒との混合物(混合水溶液)を使用することができる。水としては、水道水、イオン交換水(脱イオン水)、蒸留水、純水等を用いることができる。この混合水溶液を構成する水以外の有機溶媒としては、水と均質に混合し得る有機溶剤(例えば、炭素数が1〜4の低級アルコールまたは低級ケトン等)の1種または2種以上を適宜選択して用いることができる。例えば、メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコールなどの有機溶媒が好適な例として挙げられる。水系溶媒としては、例えば、該水系溶媒の80質量%以上(より好ましくは90質量%以上、さらに好ましくは95質量%以上)が水である混合水溶液の使用が好ましい。特に好ましい例は、実質的に水からなる水系溶媒(例えば、水道水、蒸留水、純水、精製水)であり得る。
(Dispersion medium)
As the dispersion medium, either an aqueous dispersion medium or a non-aqueous dispersion medium can be adopted.
As the aqueous dispersion medium, water or a mixture of water and a water-soluble organic solvent (mixed aqueous solution) can be used. As the water, tap water, ion-exchanged water (deionized water), distilled water, pure water and the like can be used. As the organic solvent other than water constituting this mixed aqueous solution, one or more organic solvents (for example, lower alcohols having 1 to 4 carbon atoms or lower ketones) that can be mixed uniformly with water are appropriately selected. Can be used. For example, organic solvents such as methanol, ethanol, n-propyl alcohol and isopropyl alcohol are suitable examples. As the aqueous solvent, for example, it is preferable to use a mixed aqueous solution in which 80% by mass or more (more preferably 90% by mass or more, still more preferably 95% by mass or more) of the aqueous solvent is water. A particularly preferred example may be an aqueous solvent that is substantially composed of water (eg, tap water, distilled water, pure water, purified water).

非水系溶媒としては、典型的には水を含まない有機溶媒が挙げられる。かかる有機溶媒としては特に制限はなく、例えば、メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコールなどのアルコール類、トルエン、ヘキサン、灯油等の有機溶媒の一種を単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることが挙げられる。
使用する分散媒の種類や組成は、例えば、溶射用スラリーの溶射方法に応じて適宜に選択することができる。すなわち、例えば、溶射用スラリーを高速フレーム溶射法により溶射する場合には、水系溶媒または非水系溶媒のいずれを用いても良い。水系分散媒を用いると、非水系分散媒を用いた場合と比べて、得られる溶射皮膜の表面粗さが向上する(滑らかとなる)点で有益である。非水系分散媒を用いると、水系分散媒を用いた場合と比べて、得られる溶射皮膜の気孔率が低下する点で有益である。
The non-aqueous solvent typically includes an organic solvent that does not contain water. The organic solvent is not particularly limited, and for example, alcohols such as methanol, ethanol, n-propyl alcohol and isopropyl alcohol, and one kind of organic solvent such as toluene, hexane and kerosene may be used alone or in combination of two or more. It can be used.
The type and composition of the dispersion medium to be used can be appropriately selected depending on, for example, the thermal spraying method of the thermal spraying slurry. That is, for example, when the thermal spraying slurry is sprayed by the high-speed flame spraying method, either an aqueous solvent or a non-aqueous solvent may be used. The use of an aqueous dispersion medium is advantageous in that the surface roughness of the obtained sprayed coating is improved (smoothened) as compared with the case of using a non-aqueous dispersion medium. The use of a non-aqueous dispersion medium is advantageous in that the porosity of the obtained sprayed coating is reduced as compared with the case of using an aqueous dispersion medium.

なお、使用する分散媒の種類は、溶射粒子の溶解性や、溶射用スラリーの溶射方法に応じて適宜に選択することができる。例えば、溶射用スラリーを高速フレーム溶射する場合には、水系分散媒を用いることが好ましい。溶射用スラリーをプラズマ溶射する場合には、非水系分散媒を用いることが好ましい。しかしながら、プラズマ溶射の場合は、水系分散媒を代わりに用いることも可能である。 The type of dispersion medium to be used can be appropriately selected according to the solubility of the sprayed particles and the spraying method of the spraying slurry. For example, when the spraying slurry is sprayed with a high-speed frame, it is preferable to use an aqueous dispersion medium. When the spraying slurry is plasma sprayed, it is preferable to use a non-aqueous dispersion medium. However, in the case of plasma spraying, an aqueous dispersion medium can be used instead.

溶射用スラリー中の溶射粒子の含有量、すなわち固形分濃度は、10質量%以上であることが好ましく、より好ましくは20質量%以上、さらに好ましくは30質量%以上である。この場合、溶射用スラリーから単位時間あたりに製造される溶射皮膜の厚さ、すなわち溶射効率を向上させることが容易となる。
溶射用スラリー中の溶射粒子の含有量はまた、70質量%以下(70質量%未満)であることが好ましく、より好ましくは60質量%以下、さらに好ましくは50質量%以下である。この場合、溶射装置への良好な供給に適した所要の流動性を有する溶射用スラリー、すなわち溶射皮膜の形成に十分な所要の流動性を有する溶射用スラリーを得ることが容易となる。
The content of the sprayed particles in the sprayed slurry, that is, the solid content concentration is preferably 10% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, and further preferably 30% by mass or more. In this case, it becomes easy to improve the thickness of the thermal spray coating produced from the thermal spraying slurry per unit time, that is, the thermal spraying efficiency.
The content of the sprayed particles in the sprayed slurry is also preferably 70% by mass or less (less than 70% by mass), more preferably 60% by mass or less, still more preferably 50% by mass or less. In this case, it becomes easy to obtain a thermal spraying slurry having a required fluidity suitable for good supply to the thermal spraying apparatus, that is, a thermal spraying slurry having a sufficient fluidity for forming a thermal spray coating.

溶射用スラリーの粘度は300mPa・s以下であることが好ましく、より好ましくは100mPa・s以下、さらに好ましくは50mPa・s以下、最も好ましくは30mPa・s以下である。溶射用スラリーの粘度が低くなるにつれて、溶射皮膜の形成に十分な所要の流動性を有する溶射用スラリーを得ることが容易になるために好ましい。
溶射用スラリーの粘度は、回転式粘度計を用いて測定される、室温(25℃)における粘度である。かかる粘度は、例えば、ブルックフィールド形回転粘度計(例えば、リオン株式会社製、ビスコテスタVT−03F)を用いて測定した値を採用することができる。
The viscosity of the spraying slurry is preferably 300 mPa · s or less, more preferably 100 mPa · s or less, still more preferably 50 mPa · s or less, and most preferably 30 mPa · s or less. As the viscosity of the thermal spraying slurry decreases, it becomes easier to obtain a thermal spraying slurry having sufficient fluidity for forming the thermal spray coating, which is preferable.
The viscosity of the spraying slurry is the viscosity at room temperature (25 ° C.) measured using a rotary viscometer. As the viscosity, for example, a value measured using a Brookfield type rotational viscometer (for example, Viscotester VT-03F manufactured by Rion Co., Ltd.) can be adopted.

なお、溶射用スラリーの流動性は、上記のとおり粘度によりその一側面を評価することができ、かかる粘度は射用スラリーの溶射粒子の密度(組成)、形態などにも依存し得る。したがって、ここに開示される溶射用スラリーは、溶射に用いる溶射粒子の組成や形態等に応じて、得られる溶射皮膜の耐プラズマエロージョン特性をさらに高め得るようその構成を調整することができる。 One aspect of the fluidity of the sprayed slurry can be evaluated by the viscosity as described above, and the viscosity may depend on the density (composition), morphology, etc. of the sprayed particles of the sprayed slurry. Therefore, the composition of the thermal spraying slurry disclosed herein can be adjusted so as to further enhance the plasma erosion resistance of the obtained thermal spray coating, depending on the composition and morphology of the thermal spray particles used for thermal spraying.

例えば、溶射粒子の平均粒子径が200nm未満程度となると、比表面積の増大により溶射粒子は溶射用スラリー中で沈降し難く、分散安定性が高められる。かかる観点から、溶射粒子の平均粒子径は、200nm未満であることが好ましい一態様であり、好ましくは150nm未満である。しかしながら、平均粒子径が小さすぎると溶射装置への溶射粒子の供給性が著しく低下してしまう。また、平均粒子径が小さいほど粘度が高まる傾向にある。したがって、溶射粒子の平均粒子径は、上述のとおり、1nm以上であることが好ましく、より好ましくは10nm以上である。そしてこのとき、固形分濃度は、50質量%以下、さらには30質量%以下、例えば25質量%以下とすることが好ましい。また、固形分濃度は、10質量%以上、さらには20質量%以上とするのが好ましい。 For example, when the average particle size of the sprayed particles is less than about 200 nm, the sprayed particles are less likely to settle in the sprayed slurry due to the increase in the specific surface area, and the dispersion stability is improved. From this point of view, the average particle size of the sprayed particles is preferably less than 200 nm, preferably less than 150 nm. However, if the average particle size is too small, the supply of the sprayed particles to the spraying device is significantly reduced. Further, the smaller the average particle size, the higher the viscosity tends to be. Therefore, as described above, the average particle size of the sprayed particles is preferably 1 nm or more, more preferably 10 nm or more. At this time, the solid content concentration is preferably 50% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, for example, 25% by mass or less. The solid content concentration is preferably 10% by mass or more, more preferably 20% by mass or more.

また、使用される溶射粒子の平均粒子径が200nm以上の場合、溶射粒子が溶射用スラリー中で重力により容易に沈降して沈殿を生じる。したがって、平均粒子径が200nm以上の溶射粒子は、使用に際して溶射用スラリー中で分散しやすいことが好ましい。かかる手段としては、(1)溶射用スラリー中で溶射粒子の分散安定性を高めること、(2)沈殿した溶射粒子を再分散させやすくすること、等が考慮される。 Further, when the average particle size of the sprayed particles used is 200 nm or more, the sprayed particles are easily settled by gravity in the sprayed slurry to cause precipitation. Therefore, it is preferable that the sprayed particles having an average particle size of 200 nm or more are easily dispersed in the sprayed slurry during use. As such means, (1) to improve the dispersion stability of the sprayed particles in the spraying slurry, (2) to facilitate the redispersion of the precipitated sprayed particles, and the like are considered.

(分散剤)
溶射用スラリーは、必要に応じて分散剤をさらに含有してもよい。ここで分散剤とは、溶射用スラリー中の溶射粒子の分散安定性を向上させることができる化合物をいう。かかる分散剤は、例えば、本質的に、溶射粒子に作用する化合物であっても良いし、分散媒に作用する化合物であっても良い。また、例えば、溶射粒子または分散媒への作用により、溶射粒子の表面の濡れ性を改善する化合物であっても良いし、溶射粒子を解こうさせる化合物であっても良いし、解こうされた溶射粒子の再凝集を抑制・阻害する化合物であっても良い。
(Dispersant)
The spraying slurry may further contain a dispersant, if necessary. Here, the dispersant refers to a compound capable of improving the dispersion stability of the sprayed particles in the sprayed slurry. Such a dispersant may be, for example, essentially a compound that acts on the sprayed particles or a compound that acts on the dispersion medium. Further, for example, it may be a compound that improves the wettability of the surface of the sprayed particles by acting on the sprayed particles or a dispersion medium, or it may be a compound that dissolves the sprayed particles, or it has been dissolved. It may be a compound that suppresses / inhibits the reaggregation of sprayed particles.

分散剤は、上記の分散媒に応じて水系分散剤と非水系分散剤とから適宜選択して用いることができる。また、かかる分散剤としては、高分子型分散剤、界面活性剤型分散剤(低分子型分散剤ともいう)または無機型分散剤のいずれであっても良く、また、これらはアニオン性、カチオン性または非イオン性のいずれであっても良い。すなわち、分散剤の分子構造中に、アニオン性基、カチオン性基およびノニオン性基の少なくとも1種の官能基を有するものであり得る。 The dispersant can be appropriately selected from an aqueous dispersant and a non-aqueous dispersant according to the above-mentioned dispersion medium. Further, the dispersant may be any of a high molecular weight dispersant, a surfactant type dispersant (also referred to as a low molecular weight dispersant) or an inorganic type dispersant, and these may be anionic or cationic. It may be either sex or nonionic. That is, it may have at least one functional group of an anionic group, a cationic group and a nonionic group in the molecular structure of the dispersant.

高分子型分散剤の例としては、水系分散剤として、ポリカルボン酸ナトリウム塩、ポリカルボン酸アンモニウム塩、ポリカルボン酸系高分子などのポリカルボン酸系化合物からなる分散剤、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩、ポリスチレンスルホン酸アンモニウム塩、ポリイソプレンスルホン酸ナトリウム塩、ポリイソプレンスルホン酸アンモニウム塩、ナフタレンスルホン酸ナトリウム塩、ナフタレンスルホン酸アンモニウム塩、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物のナトリウム塩、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物のアンモニウム塩、などのスルホン酸系化合物からなる分散剤、ポリエチレングリコール化合物からなる分散剤等を挙げることができる。また、非水系分散剤として、ポリアクリル酸塩、ポリメタアクリル酸塩、ポリアクリルアミド、ポリメタアクリルアミド、などのアクリル系化合物からなる分散剤、ポリカルボン酸の一部にアルキルエステル結合を有するポリカルボン酸部分アルキルエステル化合物からなる分散剤、ポリエーテル化合物からなる分散剤、ポリアルキレンポリアミン化合物からなる分散剤等を挙げることができる。 Examples of the polymer-type dispersant include a dispersant composed of a polycarboxylic acid-based compound such as a sodium polycarboxylic acid salt, an ammonium polycarboxylic acid salt, and a polycarboxylic acid-based polymer, and a sodium polystyrene sulfonate salt as an aqueous dispersant. , Polystyrene sulfonic acid ammonium salt, Polyisoprene sulfonic acid sodium salt, Polyisoprene sulfonic acid ammonium salt, Naphthalene sulfonic acid sodium salt, Naphthalene sulfonic acid ammonium salt, Naphthalene sulfonic acid formalin condensate sodium salt, Naphthalene sulfonic acid formalin condensate Examples thereof include a dispersant composed of a sulfonic acid-based compound such as an ammonium salt, a dispersant composed of a polyethylene glycol compound, and the like. Further, as a non-aqueous dispersant, a dispersant composed of an acrylic compound such as polyacrylic acid salt, polymethacrylic acid salt, polyacrylamide, polymethacrylamide, etc., and a polycarboxylic acid having an alkyl ester bond as part of the polycarboxylic acid. Examples thereof include a dispersant composed of an acid partial alkyl ester compound, a dispersant composed of a polyether compound, and a dispersant composed of a polyalkylene polyamine compound.

なお、この記載から明らかなように、例えば、本明細書でいう「ポリカルボン酸系化合物」の概念には、当該ポリカルボン酸系化合物およびその塩が包含される。他の化合物についても同様である。
また、便宜上、水系分散剤または非水系分散剤のいずれかに分類した化合物であっても、その詳細な化学構造や使用形態により、他方の非水系分散剤または水系分散剤として使用される化合物もあり得る。
As is clear from this description, for example, the concept of "polycarboxylic acid-based compound" as used herein includes the polycarboxylic acid-based compound and a salt thereof. The same applies to other compounds.
Further, for convenience, even if the compound is classified as either an aqueous dispersant or a non-aqueous dispersant, a compound used as the other non-aqueous dispersant or an aqueous dispersant may also be used depending on its detailed chemical structure and usage pattern. could be.

界面活性剤型分散剤(低分子型分散剤ともいう)の例としては、水系分散剤として、アルキルスルホン酸系化合物からなる分散剤、第四級アンモニウム化合物からなる分散剤、アルキレンオキサイド化合物からなる分散剤等を上げることができる。また、非水系分散剤として、多価アルコールエステル化合物からなる分散剤、アルキルポリアミン化合物からなる分散剤、アルキルイミダゾリン等のイミダゾリン化合物からなる分散剤などが挙げられる。 Examples of surfactant-type dispersants (also referred to as low-molecular-weight dispersants) include, as an aqueous dispersant, a dispersant composed of an alkylsulfonic acid-based compound, a dispersant composed of a quaternary ammonium compound, and an alkylene oxide compound. Dispersants and the like can be raised. Examples of the non-aqueous dispersant include a dispersant composed of a polyhydric alcohol ester compound, a dispersant composed of an alkyl polyamine compound, and a dispersant composed of an imidazoline compound such as alkyl imidazoline.

無機型分散剤の例としては、水系分散剤として、例えば、オルトリン酸塩、メタリン酸塩、ポリリン酸塩、ピロリン酸塩、トリポリリン酸塩、ヘキサメタリン酸塩、及び有機リン酸塩等のリン酸塩、硫酸第二鉄、硫酸第一鉄、塩化第二鉄、及び塩化第一鉄等の鉄塩、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、及びアルミン酸ナトリウム等のアルミニウム塩、硫酸カルシウム、水酸化カルシウム、及び第二リン酸カルシウム等のカルシウム塩などが挙げられる。 Examples of inorganic dispersants include aqueous dispersants such as orthophosphates, metaphosphates, polyphosphates, pyrophosphates, tripolyphosphates, hexametaphosphates, and organic phosphates. , Iron sulfates such as ferric sulfate, ferrous sulfate, ferrous chloride, and ferrous chloride, aluminum salts such as aluminum sulfate, polyaluminum chloride, and sodium aluminate, calcium sulfate, calcium hydroxide, and Calcium salts such as dicalcium phosphate and the like can be mentioned.

以上の分散剤は、いずれか1種を単独で用いても良く、2種以上を組み合わせて併用するようにしても良い。ここに開示される技術においては、具体的な一例として、アルキルイミダゾリン化合物系の分散剤と、ポリアクリル酸化合物からなる分散剤とを併用することを好ましい一態様としている。分散剤の含有量は、溶射粒子の組成(物性)等にもよるため必ずしも限定されるものではないが、典型的には、溶射粒子の質量を100質量%としたとき、0.01〜2質量%の範囲にすることをおおよその目安とすることができる。 Any one of the above dispersants may be used alone, or two or more of them may be used in combination. In the technique disclosed herein, as a specific example, it is preferable to use an alkylimidazoline compound-based dispersant and a dispersant composed of a polyacrylic acid compound in combination. The content of the dispersant is not necessarily limited because it depends on the composition (physical properties) of the sprayed particles, but is typically 0.01 to 2 when the mass of the sprayed particles is 100% by mass. The range of mass% can be used as a rough guide.

(凝集剤)
溶射用スラリーは、必要に応じて凝集剤をさらに含有してもよい。ここで凝集剤とは、溶射用スラリー中の溶射粒子を凝集(agglomeration)させることができる化合物をいう。典型的には、溶射用スラリー中の溶射粒子を軟凝集(flocculation)させることができる化合物をいう。溶射粒子の物性にもよるが、溶射用スラリー中に凝集剤(再分散性向上剤やケーキング防止剤等を含む)が含まれる場合、溶射粒子同士の間に凝集剤が介在した状態で溶射粒子の沈殿が生じることにより、沈殿した溶射粒子の凝結(aggregation)が抑制されて、再分散性が向上する。つまり、沈殿した溶射粒子は沈殿した場合であっても個々の粒子が密に凝集(凝結であり得る)すること(ケーキング、ハードケーキングともいう。)を防止することができる。この凝集剤は、平均粒子径が200nm以上の沈降しやすい溶射粒子を含む溶射用スラリーに含ませることが特に好ましい。つまり、沈殿した溶射粒子が撹拌などの操作によって容易に再分散するため、再分散のための操作が簡便になる。凝集剤は、アルミニウム系化合物、鉄系化合物、リン酸系化合物、有機化合物のいずれであってもよい。アルミニウム系化合物の例としては、硫酸アルミニウム(硫酸バンドともいう)、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム(PAC、PAClともいう)などが挙げられる。鉄系化合物の例としては、塩化第二鉄、ポリ硫酸第二鉄などが挙げられる。リン酸系化合物の例としては、ピロリン酸ナトリウムなどが挙げられる。有機化合物の例としては、リンゴ酸、コハク酸、クエン酸、マレイン酸、無水マレイン酸などの有機酸、ジアリルジメチルアンモニウムクロリド重合体、塩化ラウリルトリメチルアンモニウム、ナフタレンスルホン酸縮合物、トリイソプロピルナフタレンスルホン酸ナトリウム、及びポリスチレンスルホン酸ナトリウム、イソブチレン−マレイン酸共重合体、カルボキシビニルポリマー、などが挙げられる。
(Coagulant)
The spraying slurry may further contain a flocculant, if necessary. Here, the coagulant refers to a compound capable of agglomerating the sprayed particles in the sprayed slurry. Typically, it refers to a compound capable of softly flocculating sprayed particles in a sprayed slurry. Although it depends on the physical properties of the sprayed particles, when the spraying slurry contains a coagulant (including a redispersibility improver, an anti-caking agent, etc.), the sprayed particles have a coagulant interposed between the sprayed particles. By the precipitation of the precipitated particles, the aggregation of the precipitated sprayed particles is suppressed and the redispersibility is improved. That is, the precipitated sprayed particles can prevent individual particles from densely aggregating (possibly condensing) (also referred to as caking or hard caking) even when they are precipitated. It is particularly preferable to include this flocculant in a spraying slurry containing sprayed particles having an average particle size of 200 nm or more and easily settling. That is, since the precipitated sprayed particles are easily redispersed by an operation such as stirring, the operation for redispersion becomes simple. The flocculant may be any of an aluminum compound, an iron compound, a phosphoric acid compound, and an organic compound. Examples of aluminum-based compounds include aluminum sulfate (also referred to as aluminum sulfate band), aluminum chloride, and polyaluminum chloride (also referred to as PAC and PACl). Examples of iron-based compounds include ferric chloride, ferric polysulfate and the like. Examples of phosphoric acid compounds include sodium pyrophosphate and the like. Examples of organic compounds include organic acids such as malic acid, succinic acid, citric acid, maleic acid, maleic anhydride, diallyldimethylammonium chloride polymer, lauryltrimethylammonium chloride, naphthalenesulfonic acid condensate, triisopropylnaphthalenesulfonic acid. Examples thereof include sodium, sodium polystyrene sulfonate, isobutylene-maleic acid copolymer, carboxyvinyl polymer, and the like.

(粘度調整剤)
溶射用スラリーは、必要に応じて粘度調整剤をさらに含有してもよい。ここで粘度調整剤とは、溶射用スラリーの粘度を低下または増大させることができる化合物をいう。溶射用スラリーの粘度を適切に調整することにより、溶射用スラリー中の溶射粒子の含有量が比較的高い場合でも溶射用スラリーの流動性の低下を抑えることができる。粘度調整剤として使用することが可能な化合物の例としては、非イオン性ポリマー、例えばポリエチレングリコールなどのポリエーテルや、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)などのセルロース誘導体などが挙げられる。
(Viscosity adjuster)
The spraying slurry may further contain a viscosity modifier, if necessary. Here, the viscosity modifier refers to a compound capable of lowering or increasing the viscosity of the thermal spraying slurry. By appropriately adjusting the viscosity of the thermal spraying slurry, it is possible to suppress a decrease in the fluidity of the thermal spraying slurry even when the content of the thermal spraying particles in the thermal spraying slurry is relatively high. Examples of compounds that can be used as a viscosity modifier include nonionic polymers such as polyethers such as polyethylene glycol and cellulose derivatives such as carboxymethyl cellulose (CMC) and hydroxyethyl cellulose (HEC).

(消泡剤)
溶射用スラリーは、必要に応じて消泡剤をさらに含有してもよい。ここで消泡剤とは、溶射用スラリーの製造時や溶射時において溶射用スラリー中に泡が生じるのを防ぐことができる化合物、あるいは溶射用スラリー中に生じた泡を消すことができる化合物をいう。消泡剤の例としては、シリコーンオイル、シリコーンエマルション系消泡剤、ポリエーテル系消泡剤、脂肪酸エステル系消泡剤などが挙げられる。
(Defoamer)
The spraying slurry may further contain an antifoaming agent, if necessary. Here, the defoaming agent is a compound capable of preventing bubbles from being generated in the thermal spraying slurry during the production or spraying of the thermal spraying slurry, or a compound capable of eliminating bubbles generated in the thermal spraying slurry. say. Examples of the defoaming agent include silicone oil, silicone emulsion-based defoaming agent, polyether-based defoaming agent, fatty acid ester-based defoaming agent, and the like.

(防腐剤、防カビ剤)
溶射用スラリーは、必要に応じて防腐剤又は防カビ剤をさらに含有してもよい。防腐剤又は防カビ剤の例としては、イソチアゾリン系化合物、アゾール系化合物、プロピレングリコールなどが挙げられる。
(Preservatives, fungicides)
The spraying slurry may further contain a preservative or an antifungal agent, if necessary. Examples of preservatives or fungicides include isothiazolin-based compounds, azole-based compounds, propylene glycol and the like.

以上の分散剤、凝集剤、粘度調整剤、消泡剤、防腐剤および防カビ剤等の添加剤を使用する場合には、いずれか1種を単独で用いても良いし、2種以上を組み合わせて用いても良い。これら添加剤は、溶射用スラリーを調製する際に、溶射粒子と同じタイミングで分散媒に加えてもよいし、別のタイミングで加えてもよい。厳密に制限されるものではないが、これらの添加剤を添加する場合は、典型的には、添加剤の合計が、溶射粒子の質量を100質量%として0.01〜10質量%の範囲となるように添加することが例示される。
なお、上記に例示された各種添加剤としての化合物は、主たる添加剤用途としての作用の他に、他の添加剤としての機能を発現することもあり得る。換言すると、例えば、同一の種類または組成の化合物であっても、異なる2以上の添加剤としての作用を示す場合があり得る。
When the above additives such as dispersant, flocculant, viscosity modifier, defoamer, preservative and fungicide are used, any one of them may be used alone, or two or more thereof may be used. It may be used in combination. These additives may be added to the dispersion medium at the same timing as the thermal spray particles when preparing the thermal spraying slurry, or may be added at a different timing. Although not strictly limited, when these additives are added, the sum of the additives typically ranges from 0.01 to 10% by weight with the mass of the sprayed particles as 100% by weight. It is exemplified that the particles are added so as to become.
In addition, the compounds as various additives exemplified above may exhibit a function as another additive in addition to the action as the main additive use. In other words, for example, compounds of the same type or composition may act as two or more different additives.

溶射用スラリーのpHは、6以上であることが好ましく、より好ましくは7以上、さらに好ましくは8以上である。この場合、溶射用スラリーの保存安定性を向上させることが容易となる。溶射用スラリーのpHはまた、11以下であることが好ましく、より好ましくは10.5以下、さらに好ましくは10以下である。この場合、溶射用スラリー中の溶射粒子の分散安定性を向上させることが容易となる。溶射用スラリーは、pHを調整する目的で、公知の各種の酸、塩基、又はそれらの塩などのpH調整剤を含んでも良い。pH調整剤としては、例えば、具体的には、カルボン酸、有機ホスホン酸、有機スルホン酸などの有機酸や、燐酸、亜燐酸、硫酸、硝酸、塩酸、ホウ酸、炭酸などの無機酸、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、トリメタノールアミン、モノエタノールアミンなどの有機塩基、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、アンモニアなどの無機塩基、またはそれらの塩が好ましく用いられる。 The pH of the spraying slurry is preferably 6 or more, more preferably 7 or more, still more preferably 8 or more. In this case, it becomes easy to improve the storage stability of the spraying slurry. The pH of the spraying slurry is also preferably 11 or less, more preferably 10.5 or less, still more preferably 10 or less. In this case, it becomes easy to improve the dispersion stability of the sprayed particles in the sprayed slurry. The spraying slurry may contain a pH adjusting agent such as various known acids, bases, or salts thereof for the purpose of adjusting the pH. Specific examples of the pH adjuster include organic acids such as carboxylic acid, organic phosphonic acid and organic sulfonic acid, inorganic acids such as phosphoric acid, phosphite, sulfuric acid, nitrate, hydrochloric acid, boric acid and carbonic acid, and tetra. Organic bases such as methylammonium hydroxide, trimethanolamine and monoethanolamine, inorganic bases such as potassium hydroxide, sodium hydroxide and ammonia, or salts thereof are preferably used.

なお、溶射用スラリーのpHは、ガラス電極式のpHメータ(例えば、(株)堀場製作所製、卓上型pHメータF―72)を使用し、pH標準液(例えば、フタル酸塩pH標準液(pH:4.005/25℃)、中性リン酸塩pH標準液(pH:6.865/25℃)、炭酸塩pH標準液(pH:10.012/25℃)などを用い、JIS Z8802:2011に準拠して測定した値を採用することができる。 The pH of the spraying slurry is determined by using a glass electrode type pH meter (for example, a tabletop pH meter F-72 manufactured by Horiba Seisakusho Co., Ltd.) and a pH standard solution (for example, a phthalate pH standard solution (for example). Using JIS Z8802 using a pH standard solution (pH: 4.005 / 25 ° C.), a neutral phosphate pH standard solution (pH: 6.865 / 25 ° C.), a carbonate pH standard solution (pH: 10.12 / 25 ° C.), etc. : A value measured according to 2011 can be adopted.

溶射用スラリー中の溶射粒子の沈降速度は、溶射用スラリー中での溶射粒子の分散安定性の度合いを示す指標として用いることができる。かかる沈降速度は、30μm/秒以上であることが好ましく、より好ましくは35μm/秒以上、さらに好ましくは40μm/秒以上である。溶射用スラリー中の溶射粒子は、沈降せずに分散状態を保っていても良い。
溶射用スラリー中の溶射粒子の沈降速度は、全ての溶射粒子について、液相遠心沈降法(JIS Z8823−1:2001)に準拠して測定された値を採用することができる。沈降速度は、例えば、遠心沈降・光透過法による粒度分布・分散安定性分析装置(L.U.M. GmbH社製、LUMiSizer 610)を用い、回転数を920rpm(100G)として測定された値を採用することができる。
The sedimentation rate of the sprayed particles in the sprayed slurry can be used as an index showing the degree of dispersion stability of the sprayed particles in the sprayed slurry. The sedimentation rate is preferably 30 μm / sec or more, more preferably 35 μm / sec or more, and further preferably 40 μm / sec or more. The thermal spray particles in the thermal spray slurry may remain dispersed without settling.
As the settling rate of the sprayed particles in the spraying slurry, a value measured according to the liquid phase centrifugal settling method (JIS Z8823-1: 2001) can be adopted for all the sprayed particles. For the sedimentation speed, for example, a value measured at a rotation speed of 920 rpm (100 G) using a particle size distribution / dispersion stability analyzer (LUMiSizer 610 manufactured by LUM GmbH) by a centrifugal sedimentation / light transmission method can be adopted. can.

溶射用スラリー中の溶射粒子のゼータ電位は、絶対値が10mV以上であることが好ましく、より好ましくは25mV以上、さらに好ましくは40mV以上である。この場合、溶射粒子同士が電気的に強く反発し合うことにより、溶射用スラリー中の溶射粒子の分散安定性を向上させることが容易となる。ゼータ電位の絶対値の上限は特に制限されないが、例えば、150mV程度を目安とすることができる。
溶射用スラリー中の溶射粒子のゼータ電位の値は、溶射用スラリーをゼータ電位測定装置にそのまま(前処理等をせずに)供給し、スラリーを装置内で循環させながら計測した値である。本明細書におけるゼータ電位は、超音波方式粒度分布・ゼータ電位測定装置(ディスパージョンテクノロジー社製,DT−1200)を用いて得た値を採用している。
The zeta potential of the sprayed particles in the spraying slurry preferably has an absolute value of 10 mV or more, more preferably 25 mV or more, and further preferably 40 mV or more. In this case, since the sprayed particles strongly repel each other electrically, it becomes easy to improve the dispersion stability of the sprayed particles in the sprayed slurry. The upper limit of the absolute value of the zeta potential is not particularly limited, but for example, about 150 mV can be used as a guide.
The value of the zeta potential of the thermal spray particles in the thermal spraying slurry is a value measured by supplying the thermal spraying slurry to the zeta potential measuring device as it is (without pretreatment or the like) and circulating the slurry in the device. As the zeta potential in the present specification, the value obtained by using the ultrasonic particle size distribution / zeta potential measuring device (manufactured by Dispersion Technology Co., Ltd., DT-1200) is adopted.

なお、溶射用スラリー中で溶射粒子は凝集し、凝集粒子(ここでは、「二次粒子」と表現する。)を形成することがあり得る。ここに開示される溶射スラリーにおいて、溶射粒子は二次粒子の形成が抑制されていることが好ましい。溶射粒子が二次粒子を形成しているかどうかは、スラリー中の溶射粒子の平均粒子径を測定し、その値を、溶射用スラリーの作成のために用意した溶射粒子(乾粉状)の平均粒子径と比較することで把握することができる。例えば、スラリー調製前後で平均粒子径が1.5倍以上となれば、溶射粒子がほぼ全体に亘って二次粒子を形成していると判断することができる。これに対し、スラリー調製前後で平均粒子径が1.5倍未満(好ましくは1.3倍以下)でさほど変化がなければ、溶射粒子は二次粒子の形成が抑制されていると判断することができる。
スラリー中の溶射粒子の平均粒子径は、原料として用いる溶射粒子の平均粒子径と同様に、各種の粒度分布測定装置を用いて測定することができる。本明細書では、例えば、レーザ回折・散乱式粒子径分布測定装置((株)堀場製作所製、LA−950)を用いて測定した、体積基準の粒度分布における積算50%粒径(D50)を採用している。また、平均粒子径の測定と同時に、溶射粒子の体積基準の粒度分布における小粒径側から3%目の粒子の粒子径である積算3%粒径(D)と、小粒径側から97%目の粒子の粒子径である積算97%粒径(D97)とを算出することで、粒子径のばらつき(二次粒子の形成の様子)を把握することができる。
In addition, the thermal sprayed particles may aggregate in the thermal spraying slurry to form agglomerated particles (here, referred to as "secondary particles"). In the sprayed slurry disclosed herein, it is preferable that the sprayed particles suppress the formation of secondary particles. Whether or not the sprayed particles form secondary particles is determined by measuring the average particle size of the sprayed particles in the slurry and using that value as the average of the sprayed particles (dry powder) prepared for preparing the sprayed slurry. It can be grasped by comparing with the particle size. For example, if the average particle size becomes 1.5 times or more before and after the slurry preparation, it can be determined that the sprayed particles form secondary particles over almost the entire area. On the other hand, if the average particle size is less than 1.5 times (preferably 1.3 times or less) and there is not much change before and after the slurry preparation, it is judged that the formation of secondary particles is suppressed in the sprayed particles. Can be done.
The average particle size of the sprayed particles in the slurry can be measured by using various particle size distribution measuring devices in the same manner as the average particle size of the sprayed particles used as a raw material. In the present specification, for example, an integrated 50% particle size (D 50 ) in a volume-based particle size distribution measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device (LA-950, manufactured by HORIBA, Ltd.). Is adopted. At the same time as the measurement of the average particle size, the integrated 3% particle size (D 3 ), which is the particle size of the particles 3% from the small particle size side in the volume-based particle size distribution of the sprayed particles, and the small particle size side By calculating the integrated 97% particle size (D 97 ), which is the particle size of the 97th particle, the variation in particle size (state of formation of secondary particles) can be grasped.

なお、溶射粒子の再分散性が向上させるとの観点からは、スラリー中の溶射粒子の粒度(粒子径のばらつき具合)を調整することも有効であり得る。とくに、より小さい粒子の割合を増やすことが有効となり得る。したがって、例えば、スラリー中の溶射粒子の平均粒子径(D50)に対する積算3%粒径(D)の割合(D/D50)は、0.05以上であることが好ましく、0.1以上であることが好ましく、0.15以上であることがより好ましい。
なお、スラリー中の溶射粒子中に粗大な粒子(凝集粒子であり得る)が存在すると、この溶射粒子の周縁で溶射皮膜の耐プラズマエロージョン性が著しく低下され得る。したがって、例えば、スラリー中の溶射粒子の平均粒子径(D50)に対する積算97%粒径(D97)の割合(D97/D50)は、7以下であることが好ましく、6以下であることがより好ましく、5以下であることが特に好ましい。
From the viewpoint of improving the redispersibility of the sprayed particles, it may be effective to adjust the particle size (variation of particle size) of the sprayed particles in the slurry. In particular, increasing the proportion of smaller particles can be effective. Therefore, for example, the ratio (D 3 / D 50 ) of the integrated 3% particle size (D 3 ) to the average particle size (D 50 ) of the sprayed particles in the slurry is preferably 0.05 or more, and 0. It is preferably 1 or more, and more preferably 0.15 or more.
If coarse particles (which can be agglomerated particles) are present in the sprayed particles in the slurry, the plasma erosion resistance of the sprayed coating can be significantly reduced at the periphery of the sprayed particles. Therefore, for example, the ratio (D 97 / D 50 ) of the integrated 97% particle size (D 97 ) to the average particle size (D 50 ) of the sprayed particles in the slurry is preferably 7 or less, and is preferably 6 or less. It is more preferable, and it is particularly preferable that it is 5 or less.

以上の溶射用スラリーは、分散性が良好な溶射粒子を含んでいたり、再分散性が良好なスラリーとして調製され得る。したがって、例えば、この溶射用スラリーは、全体を2つ以上の構成に分包して提供し、溶射(実際の使用)に際して一体化して用いることができる。例えば、この溶射用スラリーは、溶射用粒子が沈殿した状態から、溶射用粒子が含まれない又はより含有量が少ない構成部分(典型的には、上澄み部分)と、溶射用粒子を全て含む又はより含有量が多い構成部分(典型的には、上澄み部分を取り除いた残部)と、に分割して提供することができる。そして実際の使用に際しては、分割された構成成分を適宜混合して振とう処理等を施すことにより、上記の溶射用スラリーとして用いることができる。あるいは、この溶射用スラリーは、分散媒以外の成分を分散媒とは別の1つ以上のパッケージに収容して提供することができる。この場合も、実際の使用に際しては、分散媒以外の成分を分散媒と混合させることにより溶射用スラリーを調製することができる。このようにすることで、溶射の直前でも溶射用スラリーを簡便に調製することができる。また溶射に使用するまでの保存が容易になるという利点がある。 The above-mentioned spraying slurry may contain sprayed particles having good dispersibility or may be prepared as a slurry having good redispersibility. Therefore, for example, this thermal spraying slurry can be provided as a whole packaged into two or more configurations, and can be integrally used for thermal spraying (actual use). For example, this thermal spraying slurry contains, from the state in which the thermal spraying particles are precipitated, a component portion (typically, a supernatant portion) that does not contain the thermal spraying particles or has a lower content, and all the thermal spraying particles. It can be divided into and provided as a component having a higher content (typically, the balance from which the supernatant portion has been removed). Then, in actual use, the divided components can be appropriately mixed and shaken to be used as the above-mentioned thermal spraying slurry. Alternatively, the thermal spraying slurry can be provided by accommodating components other than the dispersion medium in one or more packages separate from the dispersion medium. In this case as well, in actual use, a spraying slurry can be prepared by mixing a component other than the dispersion medium with the dispersion medium. By doing so, the spraying slurry can be easily prepared even immediately before the thermal spraying. It also has the advantage of being easy to store until it is used for thermal spraying.

(溶射皮膜の形成方法)
(基材)
ここに開示される溶射皮膜の形成方法において、溶射による溶射皮膜が形成される対象たる基材については特に限定されない。例えば、かかる溶射に供して所望の耐性を備え得る材料からなる基材であれば、各種の材料からなる基材を用いることができる。かかる材料としては、例えば、各種の金属または合金等が挙げられる。具体的には、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄鋼、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、金、銀、ビスマス、マンガン、亜鉛、亜鉛合金等が例示される。なかでも、汎用されている金属材料のうち比較的熱膨張係数の大きい、各種SUS材(いわゆるステンレス鋼であり得る。)等に代表される鉄鋼、インコネル等に代表される耐熱合金、インバー,コバール等に代表される低膨張合金、ハステロイ等に代表される耐食合金、軽量構造材等として有用な1000シリーズ〜7000シリーズアルミニウム合金等に代表されるアルミニウム合金等からなる基材が挙げられる。
(Method of forming a thermal spray coating)
(Base material)
In the method for forming a thermal spray coating disclosed herein, the target substrate on which the thermal spray coating is formed by thermal spraying is not particularly limited. For example, a base material made of various materials can be used as long as it is a base material made of a material capable of exhibiting desired resistance to such thermal spraying. Examples of such a material include various metals or alloys. Specifically, for example, aluminum, aluminum alloys, iron, steel, copper, copper alloys, nickel, nickel alloys, gold, silver, bismuth, manganese, zinc, zinc alloys and the like are exemplified. Among the widely used metal materials, steel represented by various SUS materials (which may be so-called stainless steel), heat-resistant alloys represented by Inconel, etc., Inver, and Coval, which have a relatively large coefficient of thermal expansion. Examples thereof include low expansion alloys typified by, etc., corrosion resistant alloys typified by hasteroi, and aluminum alloys typified by 1000 series to 7000 series aluminum alloys, which are useful as lightweight structural materials.

(皮膜形成方法)
なお、ここに開示される溶射用スラリーは、公知の溶射方法に基づく溶射装置に供することで、溶射皮膜を形成するための溶射用材料として用いることができる。溶射用スラリーを好適に溶射する溶射方法としては、例えば、プラズマ溶射法、高速フレーム溶射法等の溶射方法を採用することが例示される。
プラズマ溶射法とは、溶射材料を軟化または溶融するための溶射熱源としてプラズマ炎を利用する溶射方法である。電極間にアークを発生させ、かかるアークにより作動ガスをプラズマ化すると、かかるプラズマ流はノズルから高温高速のプラズマジェットとなって噴出する。プラズマ溶射法は、このプラズマジェットに溶射用材料を投入し、加熱、加速して基材に堆積させることで溶射皮膜を得るコーティング手法一般を包含する。なお、プラズマ溶射法は、大気中で行う大気プラズマ溶射(APS:atmospheric plasma spraying)や、大気圧よりも低い気圧で溶射を行う減圧プラズマ溶射(LPS:low pressure plasma spraying)、大気圧より高い加圧容器内でプラズマ溶射を行う加圧プラズマ溶射(high pressure plasma spraying)等の態様であり得る。かかるプラズマ溶射によると、例えば、一例として、溶射材料を5000℃〜10000℃程度のプラズマジェットにより溶融および加速させることで、溶射粒子を300m/s〜600m/s程度の速度にて基材へ衝突させて堆積させることができる。
(Film formation method)
The thermal spraying slurry disclosed herein can be used as a thermal spraying material for forming a thermal spray coating by being applied to a thermal spraying apparatus based on a known thermal spraying method. As a thermal spraying method for preferably spraying the thermal spraying slurry, for example, adopting a thermal spraying method such as a plasma spraying method or a high-speed frame thermal spraying method is exemplified.
The plasma spraying method is a thermal spraying method that uses a plasma flame as a thermal spraying heat source for softening or melting a thermal spray material. When an arc is generated between the electrodes and the working gas is turned into plasma by the arc, the plasma flow is ejected from the nozzle as a high-temperature and high-speed plasma jet. The plasma spraying method includes a general coating method for obtaining a thermal spray coating by charging a thermal spraying material into the plasma jet, heating and accelerating it, and depositing it on a substrate. The plasma spraying method includes atmospheric plasma spraying (APS) performed in the atmosphere, low pressure plasma spraying (LPS) performed at a pressure lower than atmospheric pressure, and application higher than atmospheric pressure. It may be an embodiment such as high pressure plasma spraying in which plasma spraying is performed in a pressure vessel. According to such plasma spraying, for example, by melting and accelerating the sprayed material with a plasma jet of about 5000 ° C. to 10000 ° C., the sprayed particles collide with the substrate at a speed of about 300 m / s to 600 m / s. Can be deposited.

また、高速フレーム溶射法としては、例えば、酸素支燃型高速フレーム(HVOF)溶射法、ウォームスプレー溶射法および空気支燃型(HVAF)高速フレーム溶射法等を考慮することができる。
HVOF溶射法とは、燃料と酸素とを混合して高圧で燃焼させた燃焼炎を溶射のための熱源として利用するフレーム溶射法の一種である。燃焼室の圧力を高めることにより、連続した燃焼炎でありながらノズルから高速(超音速であり得る。)の高温ガス流を噴出させる。HVOF溶射法は、このガス流中に溶射用材料を投入し、加熱、加速して基材に堆積させることで溶射皮膜を得るコーティング手法一般を包含する。HVOF溶射法によると、例えば、一例として、溶射用スラリーを2000℃〜3000℃の超音速燃焼炎のジェットに供給することで、このスラリーから分散媒を除去(燃焼または蒸発であり得る。以下同じ。)するとともに、溶射粒子を軟化または溶融させて、500m/s〜1000m/sという高速度にて基材へ衝突させて堆積させることができる。高速フレーム溶射で使用する燃料は、アセチレン、エチレン、プロパン、プロピレンなどの炭化水素のガス燃料であってもよいし、灯油やエタノールなどの液体燃料であってもよい。また、溶射材料の融点が高いほど超音速燃焼炎の温度が高い方が好ましく、この観点では、ガス燃料を用いることが好ましい。
Further, as the high-speed frame thermal spraying method, for example, an oxygen-supported high-speed frame (HVOF) thermal spraying method, a worm spray thermal spraying method, an air-supported (HVAF) high-speed frame thermal spraying method, and the like can be considered.
The HVOF thermal spraying method is a type of frame thermal spraying method in which a combustion flame obtained by mixing fuel and oxygen and burning them at high pressure is used as a heat source for thermal spraying. By increasing the pressure in the combustion chamber, a high-speed (possibly supersonic) high-temperature gas flow is ejected from the nozzle while being a continuous combustion flame. The HVOF thermal spraying method includes a general coating method for obtaining a thermal spray coating by putting a thermal spraying material into this gas stream, heating and accelerating it, and depositing it on a substrate. According to the HVOF thermal spraying method, for example, by supplying a thermal spraying slurry to a jet of a supersonic combustion flame at 2000 ° C. to 3000 ° C., the dispersion medium is removed from the slurry (combustion or evaporation may be performed. The same shall apply hereinafter. At the same time, the sprayed particles can be softened or melted and collided with the substrate at a high speed of 500 m / s to 1000 m / s for deposition. The fuel used for high-speed flame spraying may be a gas fuel of hydrocarbons such as acetylene, ethylene, propane and propylene, or a liquid fuel such as kerosene and ethanol. Further, it is preferable that the temperature of the supersonic combustion flame is higher as the melting point of the thermal spray material is higher, and from this viewpoint, it is preferable to use gas fuel.

また、上記のHVOF溶射法を応用した、いわゆるウォームスプレー溶射法と呼ばれている溶射法を採用することもできる。ウォームスプレー溶射法とは、典型的には、上記のHVOF溶射法において、燃焼炎に室温程度の温度の窒素等からなる冷却ガスを混合する等して燃焼炎の温度を低下させた状態で溶射することで、溶射皮膜を形成する手法である。溶射材料は、完全に溶融された状態に限定されず、例えば、一部が溶融された状態であったり、融点以下の軟化状態にあったりするものを溶射することができる。このウォームスプレー溶射法によると、例えば、一例として、溶射用スラリーを1000℃〜2000℃の超音速燃焼炎のジェットに供給することで、このスラリーから分散媒を除去(燃焼または蒸発であり得る。以下同じ。)するとともに、溶射粒子を軟化または溶融させて、500m/s〜1000m/sという高速度にて基材へ衝突させて堆積させることができる。 It is also possible to adopt a so-called warm spray thermal spraying method, which is an application of the above HVOF thermal spraying method. The warm spray spraying method is typically a thermal spraying method in which the temperature of the combustion flame is lowered by mixing a cooling gas composed of nitrogen or the like at a temperature of about room temperature with the combustion flame in the above HVOF thermal spraying method. This is a method of forming a thermal spray coating. The thermal spraying material is not limited to a completely melted state, and for example, a material that is partially melted or in a softened state below the melting point can be sprayed. According to this warm spray spraying method, for example, by supplying a spraying slurry to a jet of a supersonic combustion flame at 1000 ° C. to 2000 ° C., the dispersion medium can be removed (combustion or evaporation) from the slurry. The same applies hereinafter), and the sprayed particles can be softened or melted and collided with the substrate at a high speed of 500 m / s to 1000 m / s for deposition.

HVAF溶射法とは、上記のHVOF溶射法において、支燃ガスとしての酸素に代えて空気を用いるようにした溶射法である。HVAF溶射法によると、HVOF溶射法と比較して溶射温度を低温とすることができる。例えば、一例として、溶射用スラリーを1600℃〜2000℃の超音速燃焼炎のジェットに供給することにより、このスラリーから分散媒を除去(燃焼または蒸発であり得る。以下同じ。)するとともに、溶射粒子を軟化または溶融させて、溶射粒子を500m/s〜1000m/sという高速度にて基材へ衝突させて堆積させることができる。 The HVAF thermal spraying method is a thermal spraying method in which air is used instead of oxygen as a combustion support gas in the above HVOF thermal spraying method. According to the HVAF thermal spraying method, the thermal spraying temperature can be lowered as compared with the HVOF thermal spraying method. For example, by supplying a spraying slurry to a jet of a supersonic combustion flame at 1600 ° C. to 2000 ° C., the dispersion medium is removed from the slurry (combustion or evaporation; the same applies hereinafter) and thermal spraying is performed. The particles can be softened or melted so that the sprayed particles collide with the substrate at a high speed of 500 m / s to 1000 m / s and are deposited.

ここに開示される発明においては、上記の溶射用スラリーを高速フレーム溶射またはプラズマ溶射で溶射すると、耐プラズマエロージョン特性に優れた緻密な溶射皮膜を効率よく形成することができるために好ましい。なお、特に限定されるものではないが、溶射用スラリーが分散媒として水を含む場合には、高速フレーム溶射を用いることが好ましい。溶射用スラリー中に含まれる分散媒が有機溶剤である場合にはプラズマ溶射を用いることが好ましい。 In the invention disclosed herein, it is preferable to spray the above-mentioned spraying slurry by high-speed frame spraying or plasma spraying because a dense thermal spray coating having excellent plasma erosion resistance can be efficiently formed. Although not particularly limited, when the spraying slurry contains water as a dispersion medium, it is preferable to use high-speed flame spraying. When the dispersion medium contained in the spraying slurry is an organic solvent, it is preferable to use plasma spraying.

なお、溶射装置への溶射用スラリーの供給は、必ずしも限定されるものではないが、10mL/min以上200mL/min以下の流速とすることが好ましい。溶射用スラリーの供給速度を約10mL/min以上とすることで、溶射用スラリー供給装置(例えば、スラリー供給チューブ)内を流れるスラリーを乱流状態とすることができ、スラリーの押出力が増大され、また、溶射粒子の沈降が抑制されるために好ましい。かかる観点から、溶射用スラリーを供給する際の流速は、20mL/min以上であるのが好ましく、30mL/min以上であるのがより好ましい。一方で、供給速度が速すぎると、溶射装置で溶射し得るスラリー量を超過するおそれがあるために好ましくない。かかる観点から、溶射用スラリーを供給する際の流速は、200mL/min以下とするのが適切であり、好ましくは150mL/min以下、例えば100mL/min以下とするのがより適切である。 The supply of the thermal spraying slurry to the thermal spraying apparatus is not necessarily limited, but the flow rate is preferably 10 mL / min or more and 200 mL / min or less. By setting the supply rate of the thermal spraying slurry to about 10 mL / min or more, the slurry flowing in the thermal spraying slurry supply device (for example, the slurry supply tube) can be in a turbulent state, and the push output of the slurry is increased. Also, it is preferable because the precipitation of the sprayed particles is suppressed. From this point of view, the flow velocity when supplying the spraying slurry is preferably 20 mL / min or more, and more preferably 30 mL / min or more. On the other hand, if the supply rate is too fast, the amount of slurry that can be sprayed by the thermal spraying apparatus may be exceeded, which is not preferable. From this point of view, the flow velocity when supplying the spraying slurry is preferably 200 mL / min or less, preferably 150 mL / min or less, for example, 100 mL / min or less.

また、溶射装置への溶射用スラリーの供給はアクシャルフィード方式で行われること、すなわち溶射装置で生じるジェット流の軸と同じ方向に向けて溶射用スラリーの供給が行われることが好ましい。例えば、本発明のスラリー状の溶射用スラリーをアクシャルフィード方式で溶射装置に供給した場合、溶射用スラリーの流動性が良いために溶射用スラリー中の溶射材料が溶射装置内に付着しにくく、緻密な溶射皮膜を効率よく形成することができるため好ましい。 Further, it is preferable that the thermal spraying slurry is supplied to the thermal spraying apparatus by an axial feed method, that is, the thermal spraying slurry is supplied in the same direction as the axis of the jet flow generated in the thermal spraying apparatus. For example, when the slurry-like thermal spraying slurry of the present invention is supplied to the thermal spraying apparatus by the axial feed method, the thermal spraying material in the thermal spraying slurry is less likely to adhere to the inside of the thermal spraying apparatus due to the good fluidity of the thermal spraying slurry. It is preferable because a dense thermal spray coating can be efficiently formed.

さらに、一般的なフィーダを用いて溶射用スラリーを溶射装置に供給した場合、周期的に供給量の変動が起こるために安定供給が難しくなることが考えられる。この周期的な供給量の変動により、溶射用スラリーの供給量にムラが生じると、溶射装置内で溶射材料が均一に加熱されにくくなり、不均一な溶射皮膜が形成される場合があり得る。そのため、溶射用スラリーを溶射装置に安定して供給するために、2ストローク方式、すなわち2つのフィーダを用いて、両フィーダからの溶射用スラリーの供給量の変動周期が互いに逆位相となるようにしてもよい。具体的には、例えば、一方のフィーダからの供給量が増加するときに、他方のフィーダからの供給量が減少するような周期になるように供給方式を調整してもよい。本発明の溶射用スラリーを2ストローク方式で溶射装置に供給した場合、溶射用スラリーの流動性が良いため、緻密な溶射皮膜を効率よく形成することができる。 Further, when the thermal spraying slurry is supplied to the thermal spraying apparatus using a general feeder, it is considered that stable supply becomes difficult because the supply amount fluctuates periodically. If the supply amount of the thermal spraying slurry becomes uneven due to this periodic fluctuation of the supply amount, it becomes difficult to uniformly heat the thermal spray material in the thermal spraying apparatus, and a non-uniform thermal spray coating may be formed. Therefore, in order to stably supply the thermal spraying slurry to the thermal spraying apparatus, a two-stroke method, that is, two feeders are used so that the fluctuation periods of the supply amount of the thermal spraying slurry from both feeders are opposite to each other. You may. Specifically, for example, the supply method may be adjusted so that the cycle is such that when the supply amount from one feeder increases, the supply amount from the other feeder decreases. When the thermal spraying slurry of the present invention is supplied to the thermal spraying apparatus by a two-stroke method, the fluidity of the thermal spraying slurry is good, so that a dense thermal spray coating can be efficiently formed.

スラリー状の溶射用材料を溶射装置に安定して供給するための手段としては、フィーダから送り出されたスラリーを溶射装置の直前に設けられた貯留タンクにいったん貯留し、かかる貯留タンクから自然落下を利用してスラリーを溶射装置に供給するか、あるいはポンプなどの手段によりタンク内のスラリーを強制的に溶射装置に供給するようにしてもよい。ポンプなどの手段で強制的に供給した場合には、タンクと溶射装置との間をチューブでつないだとしても、スラリー中の溶射材料がチューブ内で付着しにくくなるために好ましい。タンク内の溶射用スラリー中の成分の分布状態を均一化するために、タンク内の溶射用スラリーを撹拌する手段を設けてもよい。 As a means for stably supplying the slurry-like thermal spraying material to the thermal spraying device, the slurry sent out from the feeder is temporarily stored in a storage tank provided immediately in front of the thermal spraying device, and naturally dropped from the storage tank. It may be used to supply the slurry to the thermal spraying device, or the slurry in the tank may be forcibly supplied to the thermal spraying device by means such as a pump. When it is forcibly supplied by a means such as a pump, even if the tank and the thermal spraying device are connected by a tube, the thermal spraying material in the slurry is less likely to adhere in the tube, which is preferable. In order to make the distribution state of the components in the thermal spraying slurry in the tank uniform, a means for stirring the thermal spraying slurry in the tank may be provided.

溶射装置への溶射用スラリーの供給は、例えば金属製の導電性チューブを介して行われることが好ましい。導電性チューブを使用した場合、静電気の発生が抑えられることにより、溶射用スラリーの供給量に変動が起こりにくくなる。導電性チューブの内面は、0.2μm以下の表面粗さRaを有していることが好ましい。 The supply of the thermal spraying slurry to the thermal spraying apparatus is preferably performed via, for example, a metal conductive tube. When the conductive tube is used, the generation of static electricity is suppressed, so that the supply amount of the spraying slurry is less likely to fluctuate. The inner surface of the conductive tube preferably has a surface roughness Ra of 0.2 μm or less.

なお、溶射距離は、溶射装置のノズル先端から基材までの距離が30mm以上となるように設定するのが好ましい。溶射距離が近すぎると、溶射用スラリー中の分散媒を除去したり、溶射粒子の軟化・溶融したりするための時間を十分に確保できなかったり、溶射熱源が基材に近接するため基材が変質したり変形を生じたりするおそれがあるために好ましくない。また、溶射距離は、200mm以下程度(好ましくは150mm以下、例えば、100mm以下)とすることが好ましい。かかる距離であると、十分に加熱された溶射粒子が当該温度を保ったまま基材に到達し得るため、より緻密な溶射皮膜を得ることができる。溶射に際しては、基材を被溶射面とは反対側の面から冷却することが好ましい。かかる冷却は、水冷の他、適切な冷媒による冷却とすることができる。 The thermal spraying distance is preferably set so that the distance from the tip of the nozzle of the thermal spraying device to the base material is 30 mm or more. If the thermal spraying distance is too close, it will not be possible to secure sufficient time to remove the dispersion medium in the thermal spraying slurry, soften and melt the thermal spray particles, or the thermal spray heat source will be close to the thermal spraying base material. Is not preferable because it may be altered or deformed. The thermal spraying distance is preferably about 200 mm or less (preferably 150 mm or less, for example, 100 mm or less). At such a distance, the sufficiently heated sprayed particles can reach the base material while maintaining the temperature, so that a more dense sprayed film can be obtained. At the time of thermal spraying, it is preferable to cool the base material from the surface opposite to the surface to be sprayed. Such cooling can be water cooling or cooling with an appropriate refrigerant.

(溶射皮膜)
以上のここに開示される技術により、溶射粒子と同一の組成の化合物および/またはその分解物からなる溶射皮膜が形成される。すなわち、かかる溶射皮膜は、イットリウム(Y)およびハロゲン元素(X)を含む化合物や、イットリウム,酸素,ハロゲン元素を含む化合物(Y−O−X)を構成成分として含み得る。したがって、上記の溶射粒子について説明したのと同様に、かかる溶射皮膜はハロゲン系プラズマに対する耐プラズマエロージョン特性に優れたものであり得る。この溶射皮膜は、例えば、XRD回折に基づく、酸化イットリウム(Y)のメインピーク強度の割合が、90%以下(好ましくは80%以下、より好ましくは70%以下、特に好ましくは60%以下、例えば40%以下)のものとして形成され得る。さらに、この溶射皮膜は、例えば、XRD回折に基づく、イットリウムオキシハロゲン化物のメインピーク強度の割合の合計が、10%以上(好ましくは20%以上、より好ましくは30%以上、特に好ましくは40%以上、例えば60%以上)のものとして形成され得る。
(Spray coating)
By the above-mentioned techniques disclosed herein, a thermal spray coating composed of a compound having the same composition as the thermal spray particles and / or a decomposition product thereof is formed. That is, the thermal spray coating may contain a compound containing yttrium (Y) and a halogen element (X) and a compound containing yttrium, oxygen and a halogen element (YOX) as constituent components. Therefore, as described above for the sprayed particles, the sprayed coating may have excellent plasma erosion resistance to halogen-based plasma. The thermal spray coating, for example, based on the XRD diffraction, the ratio of the main peak intensity of yttrium oxide (Y 2 O 3) is 90% or less (preferably 80% or less, 70% and more preferably less, particularly preferably 60% Hereinafter, it can be formed as, for example, 40% or less). Further, in this sprayed coating, for example, the total ratio of the main peak intensities of the yttrium oxyhalide based on XRD diffraction is 10% or more (preferably 20% or more, more preferably 30% or more, particularly preferably 40%). As described above, for example, 60% or more) can be formed.

また、この溶射皮膜は、上記のとおり、供給性の良好な溶射用スラリーを用いて形成され得る。したがって、溶射粒子は溶射用スラリー中で好適な分散状態および流動状態を維持し、溶射装置に安定して供給されて、均質な溶射皮膜が形成される。また、溶射粒子は、フレームやジェットに弾かれることなく熱源の中心付近に効率よく供給されて、十分に軟化または溶融され得る。したがって、軟化または溶融された溶射粒子は、基材に対して、また互いの粒子間で、緻密かつ密着性良く付着する。これにより、均質性および付着性の良好な溶射皮膜が形成される。 Further, as described above, this thermal spray coating can be formed by using a thermal spraying slurry having good supply. Therefore, the thermal sprayed particles maintain a suitable dispersed state and fluidized state in the thermal spraying slurry and are stably supplied to the thermal spraying apparatus to form a homogeneous thermal spray coating. In addition, the sprayed particles can be efficiently supplied to the vicinity of the center of the heat source without being repelled by the frame or jet, and can be sufficiently softened or melted. Therefore, the softened or melted sprayed particles adhere to the substrate and between the particles with good adhesion and adhesion. As a result, a sprayed coating having good homogeneity and adhesiveness is formed.

以下、本発明に関するいくつかの実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。 Hereinafter, some examples of the present invention will be described, but the present invention is not intended to be limited to those shown in such examples.

(実施例)
溶射粒子を分散媒と混合し、必要に応じて分散剤、粘度調整剤又は凝集剤をさらに混合することにより、サンプル1〜38の溶射用スラリーを調製した。各溶射用スラリーの詳細を表1に示す。
(Example)
The sprayed particles were mixed with a dispersion medium, and if necessary, a dispersant, a viscosity modifier or a flocculant was further mixed to prepare a spraying slurry of Samples 1-38. Details of each thermal spraying slurry are shown in Table 1.

表1中の“分散媒”欄には、各溶射用スラリーで使用した分散媒の種類を示す。同欄中の“EtOH”はエタノールを示し、“iso‐PrOH”はイソプロピルアルコールを示し、“n‐PrOH”はノルマルプロピルアルコールを示す。なお、当該欄に2種以上の分散媒が記されている場合は、各分散媒を次の割合比で混合した混合分散媒であることを示す。水とEtOHとの混合比は、質量比で50:50である。また、EtOHとiso-PrOHとn-PrOHとの混合比は、質量比で、順に85:5:10である。
表1中の“溶射粒子の種類”欄には、各溶射用スラリーで使用した溶射粒子の組成を示す。なお、2以上の組成が記されている場合は、各組成の溶射粒子を記載の割合(質量%)ずつ混合した混合粒子であることを示す。
The "dispersion medium" column in Table 1 indicates the type of dispersion medium used in each thermal spraying slurry. In the same column, "EtOH" indicates ethanol, "iso-PrOH" indicates isopropyl alcohol, and "n-PrOH" indicates normal propyl alcohol. When two or more kinds of dispersion media are described in the column, it indicates that the dispersion medium is a mixed dispersion medium in which each dispersion medium is mixed in the following ratio ratio. The mixing ratio of water and EtOH is 50:50 by mass ratio. The mixing ratio of EtOH, iso-PrOH and n-PrOH is 85: 5: 10 in order by mass ratio.
In the "Types of sprayed particles" column in Table 1, the composition of the sprayed particles used in each sprayed slurry is shown. When two or more compositions are described, it means that the sprayed particles of each composition are mixed particles in the stated ratio (mass%).

表1中の“溶射粒子の平均粒子径”欄には、各溶射用スラリーで使用した溶射粒子の平均粒子径を示す。平均粒子径は、平均粒子径が1μm以上の溶射粒子についてはレーザ回折・散乱式の粒度分布測定装置による測定値を、平均粒子径が1μm未満の溶射粒子については比表面積球相当径を採用している。 In the "Average particle size of sprayed particles" column in Table 1, the average particle size of the sprayed particles used in each sprayed slurry is shown. For the average particle size, the value measured by a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device is used for the sprayed particles with an average particle size of 1 μm or more, and the specific surface area sphere equivalent diameter is used for the sprayed particles with an average particle size of less than 1 μm. ing.

表1中の“溶射粒子の含有量”欄には、各溶射用スラリー中の溶射粒子の含有量を示す。
表1中の“分散剤”、“粘度調整剤”、“凝集剤”、“消泡剤”、“防かび剤”の各欄には、各溶射用スラリーで使用したこれら添加剤の種類を示す。
なお、分散剤としては、分散媒に水を含む水系分散媒を用いたサンプルについては、非イオン性界面活性剤型分散剤(第一工業製薬(株)製、ノイゲンXL−400)を、非水系分散媒を用いたサンプルについては、特殊ポリカルボン酸系界面活性剤型分散剤(花王(株)製、ホモゲノールL−18)を用いた。また、粘度調整剤としては、スルホン酸基を有するアニオン性の特殊変性ポリビニルアルコール(PVOH)系の粘度調整剤(日本合成化学製、ゴーセネックスL−3266)を用いた。凝集剤としては、イソブチレン−マレイン酸共重合体または硫酸アルミニウムを用いた。消泡剤としては、ポリエーテル型のノニオン系界面活性剤を使用した。また防かび剤としては、過酸化水素水、次亜塩素酸ナトリウム、混合Aとして示す防かび剤のいずれかを用いた。防かび剤の欄の“混合A”とは、「5−クロロ−2−メチル−4−イソチアゾリン−3−オン,2−メチル−4−イソチアゾリン−3−オンおよびマグネシウム塩の水溶液混合物と2−ブロモ−2−ニトロプロパン−1,3−ジオールとのブレンド」を表す。また、これらの欄中のハイフン(−)は、各添加剤を使用していないことを表す。
In the "Sprayed particle content" column in Table 1, the content of the sprayed particles in each sprayed slurry is shown.
In the "Dispersant", "Viscosity adjuster", "Coagulant", "Defoamer", and "Antifungal agent" columns in Table 1, the types of these additives used in each thermal spraying slurry are listed. show.
As the dispersant, the non-ionic surfactant type dispersant (Neugen XL-400, manufactured by Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) is not used for the sample using the aqueous dispersion medium containing water as the dispersion medium. For the sample using the aqueous dispersion medium, a special polycarboxylic acid-based surfactant type dispersant (Homogenol L-18 manufactured by Kao Co., Ltd.) was used. As the viscosity modifier, an anionic specially modified polyvinyl alcohol (PVOH) -based viscosity regulator having a sulfonic acid group (Gosenex L-3266, manufactured by Nippon Synthetic Chemical Co., Ltd.) was used. As the flocculant, an isobutylene-maleic acid copolymer or aluminum sulfate was used. As the defoaming agent, a polyether-type nonionic surfactant was used. As the fungicide, any of hydrogen peroxide solution, sodium hypochlorite, and the fungicide shown as Mixing A was used. "Mixed A" in the column of antifungal agent means "5-chloro-2-methyl-4-isothiazolin-3-one, 2-methyl-4-isothiazolin-3-one, and an aqueous mixture of magnesium salts and 2-. "Blend with bromo-2-nitropropane-1,3-diol". In addition, a hyphen (-) in these columns indicates that each additive is not used.

分散剤を使用する場合には、溶射用スラリー中の分散剤の含有量が2質量%になる量で使用した。粘度調整剤を使用する場合には、溶射用スラリー中の粘度調整剤の含有量が2質量%になる量で使用した。凝集剤を使用する場合には、溶射用スラリー中の凝集剤の含有量が2質量%になる量で使用した。消泡剤を使用する場合には、溶射用スラリー中の消泡剤の含有量が0.2質量%になる量で使用した。防カビ剤を使用する場合には、溶射用スラリー中の防カビ剤の含有量が(総量で)0.2質量%になる量で使用した。 When the dispersant was used, it was used in an amount such that the content of the dispersant in the spraying slurry was 2% by mass. When the viscosity modifier was used, it was used in an amount such that the content of the viscosity modifier in the spraying slurry was 2% by mass. When a coagulant was used, it was used in an amount such that the content of the coagulant in the spraying slurry was 2% by mass. When the defoaming agent was used, the content of the defoaming agent in the spraying slurry was 0.2% by mass. When the fungicide was used, it was used in an amount such that the content of the fungicide in the spraying slurry was 0.2% by mass (in total amount).

Figure 0006955601
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次いで、サンプル1〜38の溶射用スラリーについて物性を調べ、その結果を表2に示した。
表2中の“スラリー化”欄には、溶射用スラリーの調製が可能であったかどうかを評価した結果を示す。同欄中の「○」は、分散媒中に所定量の溶射用粒子を混合し、汎用の回転翼式撹拌装置を用いて400rpmで撹拌できたことを示し、「×」は400rpmでの撹拌ができなかったことを示す。
Next, the physical properties of the spraying slurries of Samples 1 to 38 were examined, and the results are shown in Table 2.
The "slurry" column in Table 2 shows the results of evaluating whether or not the thermal spraying slurry could be prepared. "○" in the same column indicates that a predetermined amount of spraying particles were mixed in the dispersion medium and agitated at 400 rpm using a general-purpose rotary blade agitator, and "x" indicates agitation at 400 rpm. Indicates that it could not be done.

表2中の“pH”、“粘度”、“沈降速度”、“ゼータ電位”、“D”、“D50”、“D97”欄には、溶射用スラリーまたはスラリー中の溶射粒子に係るそれぞれの物性の測定値を上述の手法で測定した結果を示す。また、表2中の“比重”の欄には、溶射用スラリーの比重を、JIS Z 8804:2012の6に規定される「比重瓶による密度及び比重測定方法」に準じて測定した結果を示した。なお、比重瓶は、JIS R 3503:2007に準拠したものを使用した。各欄中のハイフン(−)は、測定を実施していないことを表す。なお、溶射粒子の平均粒子径が0.012μmの溶射用スラリーについては、溶射粒子が沈降しなかったために沈降速度についての評価を行わなかった。 In the columns of "pH", "viscosity", "precipitation rate", "zeta potential", "D 3 ", "D 50 ", and "D 97 " in Table 2, the sprayed slurry or the sprayed particles in the slurry are listed. The results of measuring the measured values of each of the relevant physical properties by the above-mentioned method are shown. Further, in the column of "specific gravity" in Table 2, the result of measuring the specific gravity of the thermal spraying slurry according to the "density and specific gravity measuring method using a specific gravity bottle" specified in 6 of JIS Z 8804: 2012 is shown. rice field. The specific gravity bottle used was one conforming to JIS R 3503: 2007. A hyphen (-) in each column indicates that the measurement has not been performed. Regarding the sprayed slurry having an average particle size of 0.012 μm, the settling speed was not evaluated because the sprayed particles did not settle.

Figure 0006955601
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次いで、サンプル1〜38の溶射用スラリーを用いて溶射を行い、溶射性と、溶射により形成された溶射皮膜の特性について調べ、その結果を表4に示した。
表4中の“溶射用スラリー仕込み”欄には、表1の情報の一部を示した。
表4中の“成膜性”欄のうち、“HVOF溶射”の欄には、下記の条件で各溶射用スラリーをHVOF溶射したときに溶射皮膜を得ることができたか否かを評価した結果を示す。同欄中の“○(良好)”は、1パスあたりに形成される溶射皮膜の厚さが2μm以上であったことを表し、“×(不良)”はそれが2μm未満であったかあるいは溶射用スラリーの供給ができなかったことを表し、“−”は未試験を表す。
Next, thermal spraying was performed using the thermal spraying slurry of Samples 1 to 38, and the thermal spraying property and the characteristics of the thermal spray coating formed by the thermal spraying were investigated, and the results are shown in Table 4.
A part of the information in Table 1 is shown in the “Preparation of slurry for thermal spraying” column in Table 4.
Among the "film-forming properties" columns in Table 4, the "HVOF thermal spraying" column is the result of evaluating whether or not a thermal spray coating could be obtained when each thermal spraying slurry was HVOF sprayed under the following conditions. Is shown. "○ (good)" in the same column indicates that the thickness of the thermal spray coating formed per pass was 2 μm or more, and “× (bad)” means that it was less than 2 μm or for thermal spraying. "-" Indicates that the slurry could not be supplied, and "-" indicates that the test has not been performed.

<HVOF溶射条件>
溶射装置: GTV社製の“Top gun”
スラリー供給機: GTV社製
アセチレンガス流量 75L/min
酸素ガス流量 230L/min
溶射距離: 90mm
溶射機移動速度: 100m/min
溶射用スラリー供給量: 4.5L/hour
<HVOF thermal spraying conditions>
Thermal spraying device: "Top gun" manufactured by GTV
Slurry feeder: GTV acetylene gas flow rate 75L / min
Oxygen gas flow rate 230L / min
Thermal spraying distance: 90 mm
Thermal sprayer moving speed: 100m / min
Slurry supply for thermal spraying: 4.5L / hour

表4中の“成膜性”欄のうち、“APS溶射”の欄には、下記の条件で各溶射用スラリーを大気圧プラズマ(APS)溶射したときに溶射皮膜を得ることができたか否かを評価した結果を示す。同欄中の“○(良好)”は、1パスあたりに形成される溶射皮膜の厚さが0.5μm以上であったことを表し、“×(不良)”は形成される溶射皮膜の厚さが0.5μm未満であったか、あるいは溶射用スラリーの供給ができなかったことを表し、“−”は未試験を表す。なお、1パスとは、溶射装置(溶射ガン)が、溶射装置または溶射対象(基材)の運行方向(走査方向)に沿って行う1回の溶射操作のことをいう。 In the "APS thermal spraying" column of the "Film coating property" column in Table 4, whether or not a thermal spray coating could be obtained when each thermal spraying slurry was sprayed with atmospheric pressure plasma (APS) under the following conditions. The result of the evaluation is shown. “○ (Good)” in the same column indicates that the thickness of the sprayed coating formed per pass was 0.5 μm or more, and “× (Defective)” indicates the thickness of the sprayed coating formed. The value was less than 0.5 μm, or the spraying slurry could not be supplied, and “-” indicates that the test was not performed. Note that 1 pass means one thermal spraying operation performed by the thermal spraying device (thermal spraying gun) along the operating direction (scanning direction) of the thermal spraying device or the thermal spraying target (base material).

<APS溶射条件>
溶射装置: Northwest Mettech社製の“Axial III”
スラリー供給機: Northwest Mettech社製の“M650”
Arガス流量: 81L/min
窒素ガス流量: 81L/min
水素ガス流量: 18L/min
プラズマ電力: 88kW
溶射距離: 50mm
溶射機移動速度: 240m/min
溶射用スラリー供給量: 3L/hour
<APS thermal spraying conditions>
Thermal spraying device: Northwest Mettech “Axial III”
Slurry feeder: Northwest Mettech "M650"
Ar gas flow rate: 81 L / min
Nitrogen gas flow rate: 81 L / min
Hydrogen gas flow rate: 18 L / min
Plasma power: 88kW
Thermal spraying distance: 50 mm
Thermal sprayer moving speed: 240m / min
Slurry supply for thermal spraying: 3L / hour

なお、HVOF溶射およびAPS溶射のいずれにおいても、被溶射材である基材としては、アルミニウム合金(Al6061)からなる板材(70mm×50mm×2.3mm)を用意し、褐色アルミナ研削材(A#40)によるブラスト処理を施して用いた。
表4中の“溶射皮膜のX線回折ピーク相対強度”欄には、各溶射用スラリーから形成された溶射皮膜についてX線回折(XRD)分析した結果に基づき、検出された各結晶相のメインピークの強度が、検出された全ての結晶相のメインピーク強度の合計に占める割合(百分率)として算出されたものである。なお、HVOF溶射とAPS溶射との両方で溶射皮膜を形成できたサンプルについては、APS溶射にて形成した溶射皮膜について分析した結果を示した。“Y2O3”欄は酸化イットリウムからなる相の、“YF3”欄はフッ化イットリウムからなる相の、“YOF”欄は化学組成がYOF(Y)で表されるイットリウムオキシフッ化物からなる相の、“Y7O8F9”欄は化学組成がYで表されるイットリウムオキシフッ化物からなる相の、“Y6O5F8”欄は化学組成がYで表されるイットリウムオキシフッ化物からなる相の、“Y5O4F7”欄は化学組成がYで表されるイットリウムオキシフッ化物からなる相のメインピークの相対強度を示す。
In both HVOF spraying and APS spraying, a plate material (70 mm × 50 mm × 2.3 mm) made of aluminum alloy (Al6061) is prepared as a base material to be sprayed, and a brown alumina abrasive (A #) is prepared. It was used after being blasted according to 40).
In the column of "X-ray diffraction peak relative intensity of thermal spray coating" in Table 4, the main of each crystal phase detected based on the result of X-ray diffraction (XRD) analysis of the thermal spray coating formed from each thermal spraying slurry. The peak intensity is calculated as a ratio (percentage) of the total main peak intensities of all the detected crystal phases. For the samples in which the thermal spray coating could be formed by both HVOF thermal spraying and APS thermal spraying, the results of analysis of the thermal spray coating formed by APS thermal spraying were shown. The "Y2O3" column is a phase composed of yttrium oxide, the "YF3" column is a phase composed of yttrium fluoride, and the "YOF" column is an yttrium oxyfluoride having a chemical composition represented by YOF (Y 1 O 1 F 1). consisting essentially of the phase, "Y7O8F9" column of the phase consisting of yttrium oxy fluorides chemical composition is represented by Y 7 O 6 F 9, " Y6O5F8" column chemical composition is represented by Y 6 O 5 F 8 The "Y5O4F7" column of the yttrium oxyfluoride phase shows the relative intensity of the main peak of the yttrium oxyfluoride phase whose chemical composition is represented by Y 5 O 4 F 7.

なお、表4中の“溶射皮膜のX線回折ピーク相対強度”の(F/Y)欄と(O/Y)欄とには、上記4つの組成のイットリウムオキシフッ化物について、Y元素に対するF元素の割合(F/Y)と、Y元素に対するO元素の割合(O/Y)とを算出し、それらの加重和を算出した結果を示している。 In addition, in the (F / Y) column and the (O / Y) column of "X-ray diffraction peak relative intensity of the sprayed coating" in Table 4, the yttrium oxyfluorine having the above four compositions is F for the Y element. The result of calculating the ratio of the element (F / Y) and the ratio of the O element to the Y element (O / Y) and calculating the weighted sum of them is shown.

XRD分析には、X線回折分析装置(RIGAKU社製、Ultima IV)を用い、X線源としてCuKα線(電圧20kV、電流10mA)を用い、走査範囲を2θ=10°〜70°、スキャンスピード:10°/min、サンプリング幅:0.01°、発散スリット:1°、発散縦制限スリット:10mm、散乱スリット:1/6°、受光スリット:0.15mm、オフセット角度:0°として測定を行った。
なお、参考までに、各結晶相のメインピークは、Yについては29.157°付近に,YFについては27.881°付近に,YOFについては28.064°付近に,Yについては28.114°付近に検出される。
For XRD analysis, an X-ray diffraction analyzer (Ultima IV, manufactured by RIGAKU) is used, CuKα rays (voltage 20 kV, current 10 mA) are used as an X-ray source, the scanning range is 2θ = 10 ° to 70 °, and the scanning speed. Measurement: 10 ° / min, sampling width: 0.01 °, divergence slit: 1 °, divergence vertical restriction slit: 10 mm, scattering slit: 1/6 °, light receiving slit: 0.15 mm, offset angle: 0 ° went.
For reference, the main peak of each crystal phase is around 29.157 ° for Y 2 O 3 , around 27.881 ° for YF 3 , around 28.064 ° for YOF, and Y 5 O 4 F 7 is detected near 28.114 °.

表4中の“耐プラズマエロージョン特性”欄の“F系プラズマ”欄には、F系プラズマによるプラズマ暴露試験を実施したときの、溶射皮膜の厚みの減少量に基づき、耐プラズマエロージョン特性を評価した結果を示した。
表4中の“耐プラズマエロージョン特性”欄の“Cl系プラズマ”欄には、Cl系プラズマによるプラズマ暴露試験を実施したときの溶射皮膜の厚みの減少量に基づき、耐プラズマエロージョン特性を評価した結果を示した。
In the "F-based plasma" column of the "Plasma erosion resistance" column in Table 4, the plasma erosion resistance is evaluated based on the amount of decrease in the thickness of the sprayed coating when a plasma exposure test using F-based plasma is performed. The result was shown.
In the "Cl-based plasma" column of the "Plasma erosion resistance" column in Table 4, the plasma erosion resistance was evaluated based on the amount of decrease in the thickness of the sprayed coating when the plasma exposure test with Cl-based plasma was carried out. The results are shown.

<プラズマ暴露試験>
溶射皮膜のプラズマ暴露試験は、次のようにして行った。すなわち、まず、基材上に、上記の溶射条件で20mm×20mmの溶射皮膜を形成し、溶射皮膜の表面を皮膜厚さが2mmとなるまで鏡面研磨したのち、溶射皮膜の四隅をマスキングテープでマスキングすることで試験片を用意した。HVOF溶射とAPS溶射との両方で溶射皮膜を形成できたサンプルについては、APS溶射にて形成した溶射皮膜について試験を行った。そしてこの試験片を、平行平板型の半導体デバイス製造装置(ULVAC製、NLD−800)のチャンバー内のステージに設置された直径300mmのシリコンウエハ上に載置した。続いて、下記の表3に示す条件で、F系プラズマまたはCl系プラズマを、所定のサイクルで繰り返し発生させることで、シリコンウエハおよび溶射皮膜の中央部分をプラズマエッチングした。なお、F系プラズマは、下記表3に示すように、エッチングガスとしてCFとOとの混合ガス(体積比:53.2/5)を使用して発生させた。また、Cl系プラズマは、エッチングガスとして、CClとOとの混合ガス(体積比:53.2/5)を使用して発生させた。各プラズマによる暴露時間は、インターバル(クーリングサイクル時間)を含めて0.9時間とした。その後、各プラズマによる溶射皮膜のエッチング量(腐食量)を厚みの減少量として測定し、サンプル1の結果を1(指標)とした相対値として表4に示した。具体的には、耐プラズマエロージョン特性は、次式:(サンプル1の溶射皮膜の単位時間当たりの厚み減少量[μm/hr])÷(各サンプルの溶射皮膜の単位時間当たりの厚み減少量[μm/hr]);により算出された値を示している。
なお、溶射皮膜の厚みの減少量は、表面粗さ測定機(ミツトヨ製、SV−3000CNC)にて、マスキングした部分と、プラズマ暴露面との、段差を計測することで求めた。
<Plasma exposure test>
The plasma exposure test of the sprayed coating was carried out as follows. That is, first, a 20 mm × 20 mm thermal spray coating is formed on the base material under the above-mentioned thermal spraying conditions, the surface of the thermal spray coating is mirror-polished until the film thickness becomes 2 mm, and then the four corners of the thermal spray coating are covered with masking tape. A test piece was prepared by masking. For the samples in which the thermal spray coating could be formed by both HVOF thermal spraying and APS thermal spraying, the thermal spray coating formed by APS thermal spraying was tested. Then, this test piece was placed on a silicon wafer having a diameter of 300 mm installed on a stage in a chamber of a parallel plate type semiconductor device manufacturing apparatus (ULVAC, NLD-800). Subsequently, under the conditions shown in Table 3 below, F-based plasma or Cl-based plasma was repeatedly generated in a predetermined cycle to perform plasma etching of the central portion of the silicon wafer and the thermal spray coating. As shown in Table 3 below, the F-based plasma was generated using a mixed gas of CF 4 and O 2 (volume ratio: 53.2 / 5) as the etching gas. Further, the Cl-based plasma was generated by using a mixed gas of CCl 4 and O 2 (volume ratio: 53.2 / 5) as the etching gas. The exposure time by each plasma was 0.9 hours including the interval (cooling cycle time). Then, the amount of etching (corrosion amount) of the sprayed coating by each plasma was measured as the amount of decrease in thickness, and the result of sample 1 was shown in Table 4 as a relative value as 1 (index). Specifically, the plasma erosion resistance characteristics are as follows: (Thickness reduction amount per unit time of the sprayed coating of sample 1 [μm / hr]) ÷ (Thickness reduction amount of the sprayed coating of each sample per unit time [ The value calculated by μm / hr]); is shown.
The amount of decrease in the thickness of the sprayed coating was determined by measuring the step between the masked portion and the plasma exposed surface with a surface roughness measuring machine (manufactured by Mitutoyo, SV-3000CNC).

Figure 0006955601
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表4に示すように、本願の規定に適合する溶射用スラリーの場合、成膜性の評価がいずれも良好であった。また、表4中には示していないが、本願の規定に適合する溶射用スラリーは溶射粒子として平均粒径が10μm以下の比較的微細な粒子を用いているため、得られた溶射皮膜はいずれも、気孔率が10%以下と高い緻密度であった。 As shown in Table 4, in the case of the spraying slurry conforming to the provisions of the present application, the evaluation of the film forming property was good. Although not shown in Table 4, the thermal spraying slurry conforming to the provisions of the present application uses relatively fine particles having an average particle size of 10 μm or less as the thermal spraying particles. However, the porosity was as high as 10% or less.

これに対し、サンプル26の溶射用スラリーは、溶射粒子の含有量が5質量%と低いために溶射効率が低くなりすぎ、溶射用スラリーとして適していないと考えられる。また、サンプル5,6,9,28の溶射用スラリーは、溶射粒子の含有量が80質量%または90質量%と高すぎ、溶射用スラリーの調整が困難であると考えられる。さらに、サンプル27の溶射用スラリーは、粘度が885mPa・sと高すぎて流動性が低く、溶射用スラリーとして適していないと考えられる。 On the other hand, the thermal spraying slurry of the sample 26 is considered to be unsuitable as a thermal spraying slurry because the content of the thermal spraying particles is as low as 5% by mass and the thermal spraying efficiency is too low. Further, it is considered that the thermal spraying slurry of the samples 5, 6, 9, and 28 has an excessively high content of thermal spraying particles of 80% by mass or 90% by mass, and it is difficult to prepare the thermal spraying slurry. Further, the thermal spraying slurry of sample 27 has a viscosity of 885 mPa · s, which is too high and has low fluidity, and is considered to be unsuitable as a thermal spraying slurry.

なお、平均粒子径が同じ溶射粒子を用いた溶射用スラリーから得られた溶射皮膜の耐プラズマエロージョン特性の比較から、溶射用スラリーに含まれる溶射粒子の濃度は、高い方が、被膜成分の酸化分解を抑えることができ、高い耐プラズマエロージョン特性が得られる傾向にあることがわかった。しかしながら、溶射粒子の濃度が高すぎると、流動性の問題から、得られる皮膜の耐プラズマエロージョン特性が低下してしまうことがわかった。したがって、例えば、スラリーの固形分濃度は、30質量%以上60質量%以下程度がより好適であることがわかった。 From the comparison of the plasma erosion resistance of the thermal spray coating obtained from the thermal spraying slurry using the thermal spraying particles having the same average particle size, the higher the concentration of the thermal spraying particles contained in the thermal spraying slurry, the more the oxidation of the coating component. It was found that decomposition can be suppressed and high plasma erosion resistance tends to be obtained. However, it has been found that if the concentration of the sprayed particles is too high, the plasma erosion resistance of the obtained film deteriorates due to the problem of fluidity. Therefore, for example, it was found that the solid content concentration of the slurry is more preferably about 30% by mass or more and 60% by mass or less.

また、分散媒として、水のみ、エタノールのみ、水とエタノールとの混合溶液、を用いた溶射用スラリーから得られた溶射皮膜の耐プラズマエロージョン特性の比較から、混合溶液からなる溶射用スラリーの場合に溶射粒子の酸化分解が起こりやすい傾向にあることがわかった。分散媒は、水とエタノールとの混合溶液よりも、水のみ又はエタノールのみとした方が好ましいことがわかった。 Further, from the comparison of the plasma erosion resistance characteristics of the thermal spray coating obtained from the thermal spraying slurry using only water, only ethanol, and a mixed solution of water and ethanol as the dispersion medium, in the case of the thermal spraying slurry composed of the mixed solution. It was found that the sprayed particles tend to be oxidatively decomposed. It was found that the dispersion medium was preferably water alone or ethanol only, rather than a mixed solution of water and ethanol.

溶射用粒子の組成と、含有量とが同じ溶射用スラリーから得られた溶射皮膜の耐プラズマエロージョン特性の比較から、溶射用粒子の平均粒子径が大きい程、溶射皮膜成分の酸化分解が抑制される傾向にあることがわかった。溶射用粒子は、1μm以上6μm以下程度であるのがより好ましいことがわかった。 From the comparison of the composition of the sprayed particles and the plasma erosion resistance of the sprayed coating obtained from the sprayed slurry having the same content, the larger the average particle size of the sprayed particles, the more the oxidative decomposition of the sprayed coating component is suppressed. It turned out that there is a tendency to do so. It was found that the thermal spraying particles are more preferably about 1 μm or more and 6 μm or less.

また、サンプル32〜36の溶射用スラリーから得られた溶射皮膜の耐プラズマエロージョン特性の比較から、溶射用粒子としてYOFを用いる場合、ごく少量のYFを混合して用いることで、耐プラズマエロージョン特性が向上される傾向があることがわかった。 Further, from the comparison of the plasma erosion resistance characteristics of the thermal spray coatings obtained from the thermal spraying slurries of the samples 32 to 36, when YOF is used as the thermal spraying particles, a very small amount of YF 3 is mixed and used to obtain plasma erosion resistance. It was found that the properties tend to be improved.

また、溶射量粒子としてイットリウムオキシフッ化物を用いた場合、フッ素の割合が高い組成の溶射粒子を含む溶射用スラリーほど、溶射皮膜の耐プラズマエロージョン特性が高められることがわかった。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
Further, it was found that when ittrium oxyfluoride was used as the thermal spray amount particles, the plasma erosion resistance property of the thermal spray coating was enhanced as the thermal spraying slurry contained the thermal spray particles having a composition having a high proportion of fluorine.
Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above.

Claims (15)

構成元素としてイットリウム(Y)、酸素(O)およびフッ素(F)を含むイットリウムオキシフッ化物からなる溶射粒子と、分散媒と、を含む溶射用スラリーであって、
前記溶射粒子の含有量は10質量%以上70質量%以下であり、
該溶射用スラリーの粘度は300mPa・s以下であり、
ここで前記溶射粒子は、
一般式;Y1−n1+2n(但し、0.12≦n≦0.22を満たす)で表されるイットリウムオキシフッ化物を95質量%以上の割合で含む、溶射用スラリー。
A thermal spraying slurry containing a thermal spray particle composed of yttrium oxyfluoride containing yttrium (Y), oxygen (O) and fluorine (F) as a constituent element, and a dispersion medium.
The content of the sprayed particles is 10% by mass or more and 70% by mass or less.
The viscosity of the spraying slurry is 300 mPa · s or less.
Here, the sprayed particles are
General formula: A slurry for thermal spraying containing yttrium oxyfluoride represented by Y 1 O 1-n F 1 + 2n (provided that 0.12 ≦ n ≦ 0.22 is satisfied) in a proportion of 95% by mass or more.
前記溶射粒子は、Y,Y,YおよびY171423からなる群から選択される少なくとも1種を95質量%以上の割合で含む、請求項1に記載の溶射用スラリー。 The sprayed particles are at least one selected from the group consisting of Y 5 O 4 F 7 , Y 6 O 5 F 8 , Y 7 O 6 F 9, and Y 17 O 14 F 23 at a ratio of 95% by mass or more. The thermal spraying slurry according to claim 1. 前記溶射用スラリーに含まれる前記溶射粒子の沈降速度は、30μm/秒以上である、請求項1または2に記載の溶射用スラリー。 The spraying slurry according to claim 1 or 2, wherein the sprayed particles contained in the sprayed slurry have a sedimentation rate of 30 μm / sec or more. 分散剤をさらに含有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の溶射用スラリー。 The spraying slurry according to any one of claims 1 to 3, further containing a dispersant. 粘度調整剤をさらに含有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の溶射用スラリー。 The slurry for thermal spraying according to any one of claims 1 to 3, further containing a viscosity modifier. 凝集剤をさらに含有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の溶射用スラリー。 The spraying slurry according to any one of claims 1 to 5, further containing a flocculant. 前記溶射粒子の平均粒子径は、1nm以上200nm未満である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の溶射用スラリー。 The slurry for thermal spraying according to any one of claims 1 to 6, wherein the average particle size of the thermal sprayed particles is 1 nm or more and less than 200 nm. 前記溶射粒子の平均粒子径は、200nm以上6μm以下である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の溶射用スラリー。 The slurry for thermal spraying according to any one of claims 1 to 7, wherein the average particle size of the thermal sprayed particles is 200 nm or more and 6 μm or less. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の溶射用スラリーを溶射して溶射皮膜を形成する溶射皮膜の形成方法。 A method for forming a thermal spray coating, wherein the thermal spraying slurry according to any one of claims 1 to 8 is sprayed to form a thermal spray coating. 前記分散媒として水を含む前記溶射用スラリーを高速フレーム溶射して前記溶射皮膜を形成する、請求項に記載の溶射皮膜の形成方法。 The method for forming a thermal spray coating according to claim 9 , wherein the thermal spraying slurry containing water as a dispersion medium is sprayed with a high-speed frame to form the thermal spray coating. 前記分散媒として有機溶剤を含む前記溶射用スラリーをプラズマ溶射して前記溶射皮膜を形成する、請求項に記載の溶射皮膜の形成方法。 The method for forming a thermal spray coating according to claim 9 , wherein the thermal spraying slurry containing an organic solvent as the dispersion medium is plasma-sprayed to form the thermal spray coating. 前記溶射用スラリーをアクシャルフィード方式で溶射装置に供給することを含む、請求項11のいずれか1項に記載の溶射皮膜の形成方法。 The method for forming a thermal spray coating according to any one of claims 9 to 11 , which comprises supplying the thermal spraying slurry to the thermal spraying apparatus by an axial feed method. 前記溶射用スラリーを、2つのフィーダを用いて、前記2つのフィーダからの溶射用スラリーの供給量の変動周期が互いに逆位相となるようにして溶射装置に供給することを含む、請求項12のいずれか1項に記載の溶射皮膜の形成方法。 The spray slurry, with two feeders, the including the variation cycle of the supply amount of the sprayed slurry from the two feeders is fed to the spraying apparatus so as to become opposite in phase to each other, according to claim 9 to The method for forming a thermal spray coating according to any one of 12. 前記溶射用スラリーをフィーダから送り出して溶射装置の直前でタンクにいったん貯留し、自然落下を利用して前記タンク内の溶射用スラリーを溶射装置に供給することを含む、請求項13のいずれか1項に記載の溶射皮膜の形成方法。 The thermal spray slurry feed from the feeder temporarily stored in the tank immediately before the spraying device, comprising providing spraying device spraying slurry in the tank by utilizing free fall, more of claims 9-13 The method for forming a thermal spray coating according to item 1. 導電性チューブを介して前記溶射用スラリーを溶射装置へ供給することを含む、請求項14のいずれか1項に記載の溶射皮膜の形成方法。 The method for forming a thermal spray coating according to any one of claims 9 to 14 , which comprises supplying the thermal spraying slurry to the thermal spraying apparatus via a conductive tube.
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