JPH01298144A - アブレーダブル溶射用粉末 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、例えば自動車用ターボチャージャーのコン
プレッサーハウジングにおけるインペラーと対向する部
位の如く、相手材によって容易に切削されて相手材との
間の隙間を調整するための溶射皮膜、すなわちアブレー
ダブル溶射皮膜を形成するための溶射用粉末に関するも
のである。

従来の技術 自動車用ターボチャージャーのコンプレッサーハウジン
グにおいては、インペラーの先端とそれに対向するコン
プレッサーハウジング内壁面との間の隙間を可及的に小
さくすることが、ターボ効率（コンプレッサー効率）の
向上に有利なことが知られている。一般にコンプレッサ
ーハウジングにはアルミ合金鋳物が使用され、インペラ
ーには耐熱アルミ合金鋳物を焼入れ焼もどした材料が用
いられているが、上述のようなターボチャージャーにお
いてターボ効率を向上させるためにインペラーとそれに
対向するコンプレッサーハウジング内壁面との間を小さ
くし過ぎれば、インペラーの回転軸のわずかな偏心や振
動によってもインペラーの先端がハウジングに接触して
インペラーが破損してしまうおそれがある。したがって
従来の自動車用ターボチャージャーにお（１では上述の
隙間を小さくするにも限界があり、そのためターボ効率
の向上にも限界があったのが実情である。

そこで最近では、コンプレッサーハウジングの内壁面に
、予め切削容易な溶射皮膜、すなわちアブレーダブル溶
射皮膜を形成しておき、その溶射皮膜を相手材であるイ
ンペラーにより切削してハウジングとインペラーとの間
の隙間が実質的に零となるように調整し、ターボ効率を
向上させる技術を適用することが考えられるでいる。こ
のようなアブレーダブル溶射皮膜による隙間調整は、既
に航’２４１１エンジンのコンプレッサーハウジングで
は実用化されている。

ところで上述のようなアブレーダブル溶射皮膜としては
、潤滑性を有する樹脂と金属との複合溶射皮膜を用いる
のが一般的であり、そのための溶射用粉末の代表例とし
ては、特公昭５２−４４９４号公報に「高温プラスチッ
クフレームスプレー０末」として示されているような、
ポリエステル粉末とアルミニウム合金や、銅合金などの
金属粉末との混合粉末がある。このようなアブレーダブ
ル溶射皮膜形成用の溶射粉末のうちでも、特に隙間調整
用に適しているのは、ポリエステル粉末と８１含有ｆｉ
１２％程度のＡｆ−３ｉ合金粉末との混合粉末と考えら
れており、実際前述の特公昭５２−４４９４号公報にお
いてもその徂合せが代表的な実施例として記載されてい
る。

光間が解決すべき問題点 前述のようにＡｆ−８ｉ合金等のへ２合金粉末とポリエ
ステル粉末との混合粉末を用いて隙間調整用のアブレー
ダブル溶射皮膜を形成した場合、隙間調整のための切削
時においてインペラー等の相手材に皮膜中のＡ１合金が
凝着しやすく、その凝着した部分が構成刃先となって、
切削された皮膜の表面粗さが大きくなるとともに相手材
自体の表面粗さも大きくなる問題がある。このように溶
射皮袋および相手材の表面粗さが大きくなることは、両
者間に不規則に過大な隙間が生じて例えばターボチャー
ジセーのコンプレッサーにおいてはその部分で空気の洩
れが生じやすくなることを意味するから、ターボ効率面
上等のための隙間調整機能を充分に果たせなくなること
になる。

この光間は以上の事情を背景としてなされたもので、隙
間調整のための切削時において相手材に凝着することな
く、優れた隙間調整機能を発揮し得るようにしたアブレ
ータプル溶射皮膜の形成に最適な溶射用粉末を提供する
ことを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 この発明のアブレーダブル溶射用粉末は、アルミニウム
基のマトリックス中にアルミニウム系金属間化合物が断
面の面積率で５〜４０％分散したアルミニウム合金粉末
とポリエステル粉末との混合粉末からなることを特徴と
するものである。

作　　　用 この発明のアブレーダブル溶射用粉末を溶射して形成さ
れた皮ＷＡ＜アブレーダブル溶射皮膜）は、ポリエステ
ル粒子が分散しかつそのポリエステル粒子の周囲をアル
ミニウム合金が取囲んだ状態、すなわち各ポリエステル
粒子の間をアルミニウム合金が埋めた状態となる。そし
てアルミニウム合金の部分自体は、アルミニウム基のマ
トリックス中に微細なアルミニウム系金属間化合物（ア
ルミナイド）が分散した状態となっている。このような
アブレーダブル溶射皮膜を、例えば自動車用ターボチャ
ージャーのコンプレッサーハウジングにおけるインペラ
ーと対向する部位にインペラーとの間隙とほぼ同等かま
たはそれ以上の厚みで形成しておき、相手材であるイン
ペラーを組込んでそのインペラーを回転させれば、イン
ペラーの先端が溶射皮袋に接触しつつ回転する際に、接
触された厚みの部分だけ皮膜が切削され、インペラーど
の隙間が実質的に零となるように調整されることになる
。

このように相手材によりアブレーダブル溶射皮膜が切削
される際に、ポリエステル粒子を取囲んでいるアルミニ
ウム合金はマトリックス中にｙ！細なアルミニウム系金
属間化合物が分散しているため、その分散粒子が相手材
に対するアルミニウム合金の凝着を防止する機能を果た
し、その結果アルミニウム合金が相手材に凝着して構成
刃先を形成するおそれが少なくなる。そのため皮膜の表
面粗さが粗大となることが防止されると同時に、相手材
表面の粗さも粗大となることが防止され、相手材と皮膜
の間の気密性が良好となる。すなわち、隙間を可及的に
小さくするための隙間調整機能が充分に発揮されてるこ
とになる。

ここで、アルミニウム合金粉末粒子中に占めるアルミニ
ウム系金属間化合物の割合が断面の面積比で５％未満で
は、前述のような凝着防止効果を充分に得ることができ
ず、一方４０％を越えれば、皮膜が硬くて脆くなり、相
手材の摩耗が大きくなるとともに皮膜自体も破損し易く
なるから、アルミニウム系金属間化合物の割合は面積率
で５〜４０％の範囲内とする必要がある。

なおアルミニウム系金属間化合物の種類は特に限定しな
いが、Ａｆ−Ｎ　ｉ系、Ａ＆−Ｆｅ系、Ａｌ−Ｃｏ系、
Δβ−Ｖ系、へβ−ＴＩ系、Ａｌ−０ｒ糸、／ｌ−Ｍｎ
系などの１種または２種以上、もしくはそれらの複合金
属間化合物を用いることができる。さらに、アルミニウ
ム合金粉末粒子中における前記金属間化合物に対するマ
トリックスとなる部分は、要はアルミニウム基であれば
良く、純Ａ２でも、あるいは／ｌ’−８ｉ合金、その他
各秤の実用へ２含金でも良い。

また混合粉末である溶射粉末におけるポリエステル粉末
とアルミニウム合金粉末との混合比は特に限定しないが
、通常はポリエステル粉末が重量％で２０〜５０％を占
めるように定めることが望ましい。そしてまた各粉末粒
子の粒径は、通常はポリエステル粉末粒子が５０〜１０
０＃程度、アルミニウム合金粉末が１０〜５０＃程度と
することが望ましい。

実施例 ［実施例１１ 八！どの間で金属間化合物を形成する元素として、Ｃｒ
、Ｍｎ、ｌ”ｅ、Ｃｏ、Ｆｅ−ｅｏ％Ｖ。

Ｔｉ、Ｍｎを選び、これらをそれぞれ単独でＡｌ２−１
２ｖｔ％３ｉ合金に添加し、アトマイズ法により１００
〜３５０メツシユの粉末とした。このとき、Ａ　ｌ　−
１２１％Ｓｉ合金に対する各元素の添加量は、金属間化
合物が面積率で約１０％を占めるように定めた。この粉
末の粒子断面組織を模式的に第１図に示す。第１図にお
いて１はマトリックスのＡｌ−３ｉ合金、２は金属間化
合物相である。これらの金属間化合物を有するＡ１合金
粉末に、４ｏｗｔ％のポリエステル粉末（１００〜３５
０メツシユ）を混合し、溶射用粉末（本発明材）とした
。また比較のため、前記の元素を添加していないＡ　ｌ
　−１２ｗｔ％３ｉ合金についても同様にアトマイズ法
により粉末とし、前記同様にポリエステル粉末を混合し
て溶射用粉末（比較材）とした。

以上の各溶射用粉末を用いて、第３図（Ａ）。

＜８＞に示すようなＡ１合金からなる摩耗試験片３の表
面にプラズマ溶射を行ない、厚さ１．０ｍ、のアブレー
ダブル溶射皮膜４を形成した。このときのプラズマ溶射
条件は次の通りである。

電　　流：　　５ＯＯＡ 電　圧ニア０Ｖ 溶射距離：１３０αｍ ガス流ｆｆｌ　：　Ａ　ｒ　　１００ＳＣＦＨ，Ｈ２５
Ｏ８ＣＦＨ各溶射皮膜のうち、本発明材の溶射粉末を用
いて形成された溶射皮膜の断面組織を模式的に第２図に
示す。第２図において、ポリエステル粉末粒子５の周囲
はアルミニウム合金６によって取囲まれており、このア
ルミニウム合金６はＡ＆−８ｉ合金からなるマトリック
ス１中に＠細な金属間化合物相２が分散したものとなっ
ている。

上述のようにして得られた各溶射皮膜について、第４図
に示すような形状のＪＩＳ　　ＡＣ４Ｄ合金からなる相
手材７を用いて第５図に示すように切削・摩耗試験を行
なった。ここで相手材７は、全体として中空円筒状をな
し、かつ底部に半径方向に沿った多数の菌７ａを列設し
たものである。また試験時には、相手材７の歯７ａが溶
射皮膜４に接するようにして面圧４６．７Ｑｆ／−の荷
重で押圧しつつ、試験片３を２０００ｒｐＩで回転させ
、６０秒間試験を行なった。

試験後の溶射皮膜の切削深さおよび相手材の摩耗量を調
べた結果を第６図に、また試験後の溶射皮膜および相手
材の表面粗さ（１？ｚ）を調べた結果を第７図に示す。

第６図に示されるように、本発明材を用いた場合の溶射
皮膜の被剛性はいずれも従来材を用いた溶射皮膜と同等
以上であり、また相手材の摩耗量は従来材を用いた溶射
皮膜とほぼ同等であることが判明した。一方、試験後の
溶射皮膜および相手材の表面粗さは、いずれも本発明材
を用いた溶射皮膜では従来材を用いた溶射皮膜の半分程
度に減少していることが第７図から明らかである。

ここで、切削・摩耗試験後の相手材の摩擦面の状況を観
察したところ、従来材を用いた場合はＡ　ｌ−１２ｖｔ
％３ｉ合金が１１していたのに対し、本発明材を用いた
場合にはこのような凝着がないことが確認された。この
ことから、前述のように従来材を用いた場合の表面粗さ
が大きいのは凝着したＡ　Ｉ２−１２ｗｔ％Ｓｉ合金の
構成刃先作用によるものと考えられ、これに対し本発明
材を用いた場合は凝着による構成刃先作用がなく、その
ため表面粗さが小さくなったものと考えられる。

［実施例２］ 八ｌどの間で金属間化合物を形成する元素としてＣｒを
選択し、Ａ　ｌ　−１２ｗｔ％Ｓｉ合金にＯｒをへβ−
〇ｒ系金属間化合物が面積率で３．５％、１０％、２５
％、３８％、５０％となるように変化させて添加し、そ
れぞれアトマイズ法により　１００〜３５０メツシユの
へ２合金粉末とした。これらの各ＡＮ合金粉末にそれぞ
れ１００〜３５０メツシユのポリエステルを４０ｗｔ％
の割合で混合して溶射用粉末とした。

これらの溶射用粉末を用いて実施例１と同様な条件でプ
ラズマ溶射し、さらに実施例１と同様にして切削・摩耗
試験を行なった。試験後の溶射皮膜の表面粗さを調べた
結果を、へβ−Ｃｒ系金属間化合物の面積率と対応して
第８図に示す。また溶射粉末中のへ１合金粉末の硬さ、
および溶射皮膜の硬さも調べたので、その結果も併せて
第８図に示す。

第８図に示すように、金属間化合物の面積率が５％より
少ない場合は溶射皮膜の表面粗さの低下効果がほとんど
ないが、５％以上では表面粗さの低下効果が大きく、特
に１０％以上で表面粗さが顕著に小さくなることが判明
した。なお相手材の摩耗については、金属間化合物の面
積率が４０％程度までは金属間化合物のない従来材を用
いた場合とほぼ同等であったが、５０％を越えれば従来
材を用いた場合よりも明確に増大することが認められた
。

［実施例３１ Ａｌどの間で金属間化合物を作成する元素としてＣｒを
選び、Ａ　Ｉ　−１２ｗｔ％５ｉ合金にＣｒをＡｌ−Ｑ
ｒ系金金属間化合物実施例１の場合と同様に面積率で１
０％となるように添加し、実施例１と同様にアトマイズ
法により１００〜３５０メツシユの粉末とした。このＡ
１合金粉末に１００〜３５０メツシユのポリエステル粉
末を２０％混合し、溶射粉末（本発明材）とした。その
溶射粉末を用いて実施例１と同様な条件でプラズマ溶射
し、さらに実施例１と同様にして切削・摩耗試験を行な
った。

また比較のため、Ｏｒを添加していないＡｊ’−１２ｗ
ｔ％３ｉ合金粉末にポリエステル粉末を２０％混合した
溶射粉末（従来材）を用いてプラズマ溶射した場合につ
いても同様の試験を行なった。その結果を第９図、第１
０図に示す。

この実施例３は、本発明材、従来材の両者について、ポ
リエステル粉末の配合量を実施例１の場合（４０％）よ
りも減らして２０％としたものであるが、実施例１につ
いての第６図、第７図と、実施例３についての第９図、
第１０図を比較すれば明らかなように、ポリエステル配
合量を少なくすれば本発明材を用いた場合および従来材
を用いた場合のいずれにおいても切削深さは大きくなっ
て溶射皮膜の被剛性が良好となっている。一方、反映表
面粗さおよび相手材表面粗さについては、従来材を用い
た場合はポリエステル配合量を少なくすることによって
表面粗さが著しく大きくなってしまうのに対し、本発明
材を用いた場合は表面粗さの増加が極めて少ない。これ
は、本発明材を用いた場合の凝着防止効果が高いことを
示している。

発明の効果 この発明のアブレーダブル溶射用粉末は、ポリエステル
粉末と混合されるＡ１合金粉末として、マトリックス中
にＡｌ系金属間化合物が面積率で５〜４０％分散したも
のを用いているため、これを用いて隙間調整用のアブレ
ーダブル溶射皮膜を形成すれば、切削・連動時にＡＩ２
合金が相手材に凝着してしまうことが有効に防止され、
そのため溶射皮膜および相手材の表面粗さが大きくなっ
てしまうことを防止できるから、隙間調整ｎ能を充分に
発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のアブレーダブル溶剤用粉末に用いる
Ａ１合金粉末の粒子断面組織を模式的に示す断面図、第
２図はこの発明のアブレーダブル溶射用粉末を用いて形
成した溶射皮膜の組織を模式的に示す断面図、第３図＜
Ａ＞、（Ｂ）は各実施例における試験片の形状を示す図
でその（Ａ＞は平面図、（Ｂ）は縦断面図である。第４
図は切削・摩耗試験に用いた相手材の斜視図、第５図は
切削・摩耗試験を行なっている状況を示す斜視図、第６
図は実施例１における切削・摩耗試験による溶射皮膜切
削深さおよび相手材摩耗量を示すグラフ、第７図は同じ
〈実施例１における切削・摩耗試験後の溶剤皮膜表面粗
さおよび相手材表面粗さを示すグラフ、第８図は実施例
２における切削・摩耗試験後の溶射皮膜表面粗さ、溶剤
粉末中のＡ１２合金粉末の硬さおよび溶射皮膜硬さとへ
β合金粉末中のＡ！−Ｃｒ系金属間化合物面積率との関
係を示すグラフ、第９図は実施例３における切削・摩耗
試験による溶射皮膜切削深さと相手材摩耗量を示すグラ
フ、第１０図は同じ〈実施例３における切削・摩耗試験
後の溶射皮膜表面粗さおよび相手材表面粗さを示すグラ
フである。 １・・・マトリックス、　２・・・金属間化合物相、　
４・・・アブレーダブル溶射皮膜、　５・・・ポリエス
テル粒子、　６・・・Ａ１合金。 出願人　　トヨタ自動車株式会社 代理人　　弁理士　豊　１）武久 （ばか１名） 第１図 第２図 ３、試線甫 第４図 ■ 榎盟→く＠富ゲ・１　浮上に咋り町９．ヘイ・１％　／
旬・ふ亦陸鳶沙寿ρ葺二５

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　アルミニウム基のマトリックス中にアルミニウム系金
   属間化合物が断面の面積率で５〜４０％分散したアルミ
   ニウム合金粉末とポリエステル粉末との混合粉末からな
   ることを特徴とするアブレーダブル溶射用粉末。