JPH02145758A - 間隙制御用溶射材料 - Google Patents

間隙制御用溶射材料

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JPH02145758A
JPH02145758A JP29734588A JP29734588A JPH02145758A JP H02145758 A JPH02145758 A JP H02145758A JP 29734588 A JP29734588 A JP 29734588A JP 29734588 A JP29734588 A JP 29734588A JP H02145758 A JPH02145758 A JP H02145758A
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隆司 友田
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仲川 政宏
Noritaka Miyamoto
典孝 宮本
Susumu Yamamoto
進 山本
Nozomi Kawabe
望 河部
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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、例えばガスタービンエンジンのタービンケ
ーシングにおけるタービンブレードと対向する部位の如
く、相手材により容易に切削されて相手材との間隙を可
及的に零に近くなるように調整するための溶剤皮膜を、
アーク溶射法イブしくはガス溶射法によって形成するた
めの溶射材料に関するものである。
従来の技術 ガスタービンエンジンにおいては、例えば特公昭60−
18746号公報に示されているように、パワーロスを
最小限に抑えることを目的として、タービンケーシング
におけるタービングレードと対向する部位に被削性の優
れた溶射皮膜を多め形成しておき、ブレードをタービン
ハウジングに組込んでブレードの回転により前記溶射皮
膜の表面を切削させることによりクービンブレード先端
とタービンハウジングとの隙間を調整する技術が適用さ
れている。
このような間隙制御用溶射皮膜は、被削性が極めて良好
であることが必要であり、そこで一般にはANやAl合
金等の比較的軟質な金属を7トワツクスどし、樹脂や黒
鉛等の非金属軟質粒子を分散させた複合溶射皮膜とする
のが通常であり、またこのような間隙I!IIJlII
用溶射皮膜を形成するための溶射方法としては、一般に
はプラズマ溶射法が適用されている。
そして上述のようにプラズマ溶射法により間隙調整用溶
射皮膜を形成するための溶射材料としては、最近では例
えば特公昭52−4494号に示されているようにAl
2やA2合金とポリバラオキシベンゾイル樹脂等の高温
用耐熱樹脂との混合粉末を用いることが多い。
発明が解決しようとする課題 間隙調整用溶射皮膜の形成の1こめに従来用いられてい
るプラズマ溶射法を適用した場合、その設mコストやラ
ンニングコスト等のコストが高い問題があり、そこて゛
低コスト溶射法であるアーク溶射法やガス溶射法を適用
することが望まれている。
しかるにアーク溶q1法の場合、一般には溶射材料を連
続供給するためにワイヤ状とし、かつそのワイヤに通電
させてワイヤ先端間でアークを発生させるために、ワイ
ヤの少なくとも表面を導電性と1−る必要がある。した
がって前述のような間隙制御用溶射材料をアーク溶射に
適したワイヤ状とするだめには、A2やA2合金からな
るパイプ中に樹脂を充填した構成とすることが考えられ
る。
しかしながら、上述のようにAlもしくはA2合金から
なるパイプ中に樹脂を充填したワイヤを用いてアーク溶
射した場合には、既に述べたA2もしくはAl合金の粉
末と樹脂粉末との混合粉末をプラズマ溶射した場合のよ
うな組織の溶射皮膜が得られず、良好な被削性が得られ
なかったのが実情である。
すなわち、AlやAl合金の粉末と樹脂粉末との混合粉
末、例えばA l −10vt%81合金粉末と熱可塑
性ポリエステル樹脂粉末との混合粉末をプラズマ溶射法
により溶射した場合は、合金粉末と樹脂粉末とが同時に
溶融して被溶射物(基材)上に衝突するため、得られた
溶射皮膜は第12図に示すようにAl−5;合金と樹脂
とが均一に混合、分散しかつ樹脂粒子が偏平となってA
l−81合金に包み込まれた状態となり、このような溶
射皮膜では優れた被剛性が得られる。これに対し第10
図示すようなA I −10wt%3i合金からなるパ
イプ1中に熱可塑性ポリエステル樹脂2を充填してなる
ワイヤを溶射材料として用いてアーク溶射した場合は、
アーク通電時に外側のAf−8+合金パイプが瞬間的に
かつ優先的に溶融し、内部の樹脂はほとんど溶融せずに
固まったまま落下する結果、基材上の溶)1皮膜中に樹
脂が含まれない状態となることが多い。また一部の樹脂
は基材上の溶射皮膜中に含まれることもあるが、その場
合も第11図に示すように樹脂は粗大に固まったままの
状態でAi>−8i合金層に囲まれてしまう。したがっ
て第12図に示したようなAl2−5r合金と樹脂とが
均一に混合、分散しかつ樹脂相が偏平どなった溶射組織
は得られず、そのため良好な被削性も得られないから、
間隙制御用溶射皮膜としては使用することはできなかっ
たのが実情である。
この発明は以上の事情を背瑣としてなされたもので、ア
ーク溶射法を適用した場合でも被削性に優れた間隙制御
用溶射皮膜が得られるようにした溶射材料を提供するこ
とを目的とするものである。
課題を解決するための手段 本願の請求項1の発明の間隙制御用溶射材料は、八2も
しくはA2合金からなるパイプ内に、1本または2本以
上のAl2もしくはA2合金からなる線材が挿入されか
つその線材とパイプ内面との間および線材相互間に高温
用耐熱樹脂が充填されていることを特徴とするものであ
る。
また請求項2の発明の間隙制御用溶射材料は、Alもし
くはAl合金からなるパイプ内に、AlもしくはA6合
金の粉末と高温用耐熱樹脂との混合材料が充填されてい
ることを特徴とするものである。
作   用 請求項1の発明の間隙制御用溶射材料にJ3いては、A
lもしくはAl合金からなるパイプ内の高温用耐熱樹脂
層が、パイプ内に挿入したAl2もしくはA2合金から
なる線材によって分断されているため、その溶射材料を
アーク溶射した際に41)1詣が粗大に凝集してしまう
ことが防止され、しかもその溶射材料中の樹脂がパイプ
および線材のAlもしくはA2合金の間の狭い間隙にサ
ンドイツチ状に挟まれているため、その溶射材料をアー
ク溶射した際には、樹脂がAlもしくはAl合金に包み
込まれた状態となり、したがって樹脂と八2もしくはA
2合金とが均一に混合・分散した組織の溶射皮膜が得ら
れ、その被削性も良好となる。
また請求項2の発明の間隙制罪用溶射材料に83いては
、八2もしくはA4合金からなるパイプ内に、高温用耐
熱樹脂が八2もしくはへ2合金粉末と混合された状態で
配されて、その樹脂がAl2もしくtよA2合金粉末に
よって分断された状態となっているから、その溶射材料
をアーク溶射した場合には、’1g@が粗大に凝集する
ことが防止され、しかもその溶射材料中の樹脂は八2も
しくはへβ合金粉末と混じり合っていることからアーク
溶射時には樹脂とAlもしくはAl合金粉末とが溶は合
って、溶射後もAlもしくはA2合金が樹脂を包み込む
ような状態となり、その結末、樹脂とAlもしくはA2
合金とが均一に混合・分散した組織を有する溶射皮膜が
得られ、その被削性も良好となる。
なおここで本願各光明の溶射材料は、アーク溶射に最適
であるが、それに限らずガス溶射の場合にも適用して同
様の作用を得ることができる。
発明の実施のための具体的態様 請求項1の発明の溶射材料において、外側の八!もしく
はA2合金からなるパイプ、およびそのパイプの内側に
挿入される1本または1本以上の八2もしくはA2合金
としては、純A2もしくはS1含有吊が20vt%以下
のAl−3i合金を用いることが望ましい。5iffl
が20wt%を越えるAl−3i合金はパイプやワイヤ
の製造が困難となる。
なおパイプと線材は、必ずしも同じ成分組成とでる必要
はなく、必要に応じて異なる成分組成のものを用いても
良い。例えばパイプにAl−8i合金を用い、ワイヤに
1IIi八2を用いれば、パイプとワイヤとの両者にへ
β−3i合金を用いた場合よりも軟質な溶射皮膜を青る
ことができる。
また、挿入される八2もしくは八で合金からなる線材の
本数、太さは特に限定されるものではないが、これらを
調整することによって溶射皮膜中のA2と樹脂との組成
比、硬さ等を容易に制御することができる。
一方、パイプ内に充填される高温用耐熱樹脂として(よ
、使用温度が180’C以上のものが好ましく、このよ
うな8I脂としては熱可塑性ポリエステル(例えば商品
名゛′エコノール゛’)、ETFE(ffチレン四フッ
化エヂレン共重合体)、PP5(ポリフェニレンサルフ
ァイド>、PEEK(ポリエーテルエーテルケ1ヘン>
、PE5(ポリエーテルサルホン)などがある。
また請求項2の発明の溶射材料において、外側の八2も
しくはA2合金からなるパイプ、およびパイプ内に高温
用耐熱VA脂と混合して充填されるA!!もしくはAl
合金の粉末としては、請求項1の発明の溶射材料の場合
と同様に純Alもしくは5iffiが20wt%以下の
AZ−S*金合金好適に用いることができる。
また請求項2の発明における八!もしくはA2合金の粉
末としては、その形状が球形もしくは球形に近い形状で
あって、その粒径がJIS 100メツシユ(149,
)以下のものを用いることが好ましい。100メツシユ
を越える粗い粉末では、溶射中に澄融しない未溶融粒子
が多くなって基材に対するFJQA皮膜の密着性が低下
するおそれがあり、また球形でない場合、例えば鱗片状
の場合には、その粉末が凝集しやすく、また静電気によ
り樹脂と結び付きやすくなるため、パイプへの充填が難
しくなり、パイプ内に局所的に充填不充分な箇所が生じ
、そのため溶射中に異常スパークが生じて気孔が著しく
多くなり、ガサガザの溶射皮膜となってしまうおそれが
ある。
さらに請求項2の発明における高温用耐熱樹脂としては
請求項1の発明の場合と同様な使用温度180℃以上の
ものを用いることが好ましい。またその樹脂の粒径は、
JIS 100メツシユ(149顯)〜350メツシュ
(44珈)の範囲内のものを用いることが望ましい。1
00メツシユより粗ければ、溶鋼中に溶融しない未溶融
粒子の割合が増加して、基材に対する溶射皮膜の密着性
が低下するおそれがあり、一方350メツシュより細か
ければ、Ai!もしくは/l’合金粉末との混粉の際に
樹脂粉末が凝集して粉末流動性が悪くなり、パイプへの
充填が困難となるとともに、Alもしくはへ2合金粉末
との混合状態が不均一となって溶射皮膜の組織も不均一
となるおそれがある。
さらに、請求項2の発明の溶射材料における八2もしく
はへ2合金製パイプの内側に充填される混合材料の配合
比は、(lもしくはへ2合金粉末]:[樹脂1の体積比
で8:2〜2:8となるように定めることが望ましい。
八2もしくはへ2合金の割合が上記範囲より多ければ、
溶射皮膜の被削性が悪くなって間隙制御用溶射皮膜とし
て不適切となり、一方樹脂の割合が上記範囲より多けれ
ば溶射材料としてのワイヤの強度が低下し。
溶q4時にワイヤが折れるおそれが生じる。
実施例 先ず請求項1の発明の実施例およびそれに対する比較例
と、性能評価試験を記す。
[実施例1] 外径251fi、内径20市のA I −1(hvt%
Si合金からなるパイプ中に、外径2.5土o、six
のA 1−10wt%31合金の線材を7本挿入し、か
つその周囲に商品名“′エフノール”として知られる熱
可塑性ポリエステル81脂を充填した後、ダイス伸線に
より外径1.6rfilに加工した。このようにして得
られたワイヤ状溶射材料の横断面を第1図に示す。第1
図において1はA I −10wt%3iからなるパイ
プ、2は熱可塑性ポリエステル樹脂、3はA l −1
(hvt%81合金製線材である。
このようなワイヤ状溶射材料を2巻用意し、アルミニウ
ム合金(JIS AC2B>からなる基材」二に、アー
ク溶射ガンを用いて電流150A、電圧30V、−次側
エア圧80psi 、二次側エア圧60ps iにて溶
射した。得られた溶射皮膜の断面till!写真を第2
図に示す。第2図において、溶射皮膜は白いA281合
金相中に黒灰色のポリエステル樹脂が均一に混合・分散
されたill織となっていることが明らかである。すな
わち、この第2図示される溶射皮g!を、第11図に示
した溶射皮膜の組織、すなわち第10図に示すようにA
 I −10wt%Si合金パイプ1中に熱可塑性ポリ
エステル樹脂2のみを充填した溶射材料を用いてアーク
溶射した場合の溶射皮膜のIInと比較すれば、第11
図の1111よりもポリエステル樹脂の均一分散性が格
段に優れており、第12図に示したプラズマ溶射の場合
の溶射皮膜の組織に近いことが判る。
(実施例2] 実施例1で用いたものと同じワイヤ状溶射材料を用い、
実施例1と同じ条件で、第3図に示すような寸法、形状
のアルミニウム合金(JIS AC2B)からなる板状
デスl−ピース4の表面5にアーク溶射を溶射厚さが2
1WIffとなるまで行ない、その後溶射皮製の表面を
溶射皮腰厚みが1市となるまで研摩加工した。
[比較例11 A l−10wt%Si合金粉末60wt%と熱可塑性
ボlノエステル樹脂粉末40wt%との混合粉末を溶射
材料として用い、プラズマ溶射法にで実施例1で用いた
と同様なテストピース4の表面5に厚さ2inで溶射し
、溶射皮摸厚みが1/Mとなるまて・胡[?シた。この
ときのプラズマ溶射条件は、電流500A 1電圧70
V、溶射距離130+11111. A rガス流量1
00SCFH,ト12ガス流量505CFHとした。
[比較例21 外径25rA#I、内径18711111のA I −
10w1%Si合金からなるパイプに、熱可塑性ポリエ
ステル樹脂を充填し、ダイス伸線により外径1.6.、
に加工しで、ワイヤ状溶射材料とした。
このワイヤ状溶射材料を用いて、実施例2と同じ条件で
テストピース4の表面5にアーク溶射を2舖厚て施し、
さらに厚さ1rl#Iに研摩加工した。
[性能評価試験1] 実施例2、比較例1および比較例2により溶射皮膜を形
成した各テストピース2に対し、第4図に示すように全
体として円筒状をなしかつ下面に凸歯6を配設したJI
S AC4Dからなる相手部材7を用意し、第5図に示
づ−ようにテストピース4の溶射皮膜9に相手部材7の
下面を押し付けながらテストピース4を回転させる摩耗
試験を行なった。
このときの摩耗試験条件は、面圧46.7gf/II+
#1、回転数2000rpI、摩擦時間60secとし
た。
この摩耗試験後の溶射皮膜の切削深さおよび相手部材I
I耗吊を調べたところ、第6図に示す結果が得られた。
第6図から明らかなように、A&−8i合金パイプにポ
リ1ステル樹局のみを充填した溶射材料を用いてアーク
溶射した比較例2の場合は、溶射皮接自体がほとんど削
られず、相手部材を摩耗させ、また一部焼さ付き跡も生
じていた。これは、比較例2の溶射皮膜ではポリエステ
ル樹脂が皮腰中にほとんどはいらず、はぼAf−8i合
金のみの組、*となって、相手攻撃性が高くなってしま
ったためである。これに対しこの発明の溶射材料を用い
てアーク溶射した実施例2の場合は、プラズマ溶射を適
用した比較例1の場合とほぼ同等の良好な被削性を示し
ていることが判明した。
次に請求項2の発明の実施例と性能評価試験を記す。
[実施例31 外+’l=25mm、内径20〜16.、のA (l 
−、10wt%3i合金からなるパイプ中に、A !!
−20wt%3i合金粉末と商品名“エコノール”で知
られる熱可塑性ポリニスデル粉末80wt%とを混合し
た混合粉末を充填した後、グーイス伸線により外径1.
611#lに加工した。ここで、A R−10wt%S
i合金粉末としては粒径が10〜45mであってかつ粒
子形状がほぼ球形のものを用い、ポリニスデル樹脂粉末
としては粒径が45〜90翔のものを用いた。このよう
にして得られたワイヤ状溶射材料の横断面を第7図に示
す。
第7図において1は1〜10W1%Si合金パイプ、8
はA I −10wt%3i合金粉末とポリエステル樹
Iff粉末との混合粉末である。
このようなワイヤ状溶剤材料を2巻用意し、実施例1と
同じ条件で基材上にアーク溶射を施した。
得られた溶射皮膜の断面組織写真を第8図に示す。
第8図において、溶射皮膜は白い△1−8i合金相中に
黒灰色のポリエステル樹脂が均一に分散していることが
判る。このような溶射皮膜の組織は、第10図の溶射材
料を用いてアーク溶射した第11図の組織と比較して、
ポリ1ステル樹脂の均一分散性が格段に優れており、第
12図に示したプラズマ溶射の場合のl′1mと近い組
織となっている。
[実施例41 実施例3て用いたものと同じワイヤ状溶射材料を用い、
実施例3と同じ条件で第3図に示すテストピース4の表
面にアーク溶射を溶射厚さが2Mとなるように行ない、
その後溶射皮腰の表面を溶射皮膜厚みが1m#?どなる
まで研摩した。
[実施例51 実施例3で用いた。A、 i −10wt%Si合金粉
末と同一粒径であるが形状が鱗片状であるA I −1
0wt%3i合金の粉砕粉を用いた点以外は、実施例3
と同様にしてワイヤ状溶射材料を作製した。このワイヤ
状溶射材料を用いて、実施例4と同様に第3図に示すテ
ストピース4の表面に2inF”で7−り溶射し、その
後1鎖厚に研摩加工した。
この実施例5の場合は、ワイヤ状溶射材料の作製時にお
いて、混合粉末のパイプ内への充填が難しく、パイプ内
の局所に充填不充分な箇所が数箇所発生した。そのため
、その溶射材料を用いてアーク溶射した際に、異常スパ
ークが発生して、粗大な気孔の多いガサガサの溶射皮膜
となっでしょっlζ。
[実施例61 A I −10wt%3i合金扮末として、粒径が14
0〜70翔の球形パウダーを用いた点以外は実施例3と
同様にしてワイヤ状溶射材料を作製した。このワイヤ状
溶射材料を用いて、実施例4と同様に第3図に示すテス
トピースに2II+n厚でアーク溶射し、研摩して1顛
厚の溶射皮膜とした。
[実施例71 A l−10wt%Si合金粉末として、粒径が150
〜200翔の球形パウダーを用いた点以外は実施例3と
同様にしてワイヤ状溶剤材料を作製した。このワイヤ状
溶射材料を用いて、実施例4と同様に第3図に示すテス
トピースに2闇厚rアーク溶射し、その後1市厚に研摩
加工した。
この場合は溶射時に/1−8i合金粉末が充分に溶融せ
ず、そのため粗大な気孔の多いガザガサな溶射皮膜とな
ってしまった。
[実施例8] 熱可塑性ポリエステル粉末として粒径が150〜200
珈のものを用いた点以外は実施例3と同様にじてワイヤ
状溶射材料を作製した。このワイヤ状溶射材料を用いて
、実施例4と同様に第3図に示すテストピースに2闇厚
でアーク溶射し、その後1朋厚に研摩加工した。
この場合はポリエステル粉末が充分に溶融せず、そのた
め実施例7と同様に粗大な気孔の多いガザガ4ノな溶射
皮膜となってしまった。
[実施例91 熱可塑性ポリ1スアル粉末として、粒径が40〜10伽
のものを用いた点以外は、実施例3と同様にしてワイヤ
状溶射材料を作製した。このワイヤ状溶射材料を用いて
、実施例4と同様に第3図に示すテストピースに2制厚
でアーク溶射し、その後1闇厚に研摩加工した。
この場合、ポリエステル粉末凝集してワイヤ状溶射材料
の作製のための粉末の充填時におけるパイプへの充填性
が悪く、そのため実施例5の場合と同様にパイプ内の局
所に充填不充分な箇所が生じ、溶射時に異常スパークが
発生して粗大な気孔の多いガサガサの溶射皮膜となって
しまった。
[性能評価試験2] 実施例4〜実施例9によりアーク溶射された溶射皮膜を
有するテストピース、および先に述べた比較例1により
アーク溶射された溶射皮膜を有するテストピース、比較
例2によりプラズマ溶射された溶射皮膜を有するデス1
〜ピースについて、性能評価試験1に示したと同じ条件
で摩耗試験を行なった。
その結果第9図に示すように、実施例4および実施例6
の場合は、プラズマ溶射を適用した比較例1の場合と同
等以上の優れた被削性を示し、また相手攻撃性も少ない
ことが判明した。
なお実施例5、実施例7〜9の場合は、いずれも溶射皮
膜に粗大な気孔が存在してガサガサとなっているため被
削性は良好であるが、基材に対する密着性が悪く、その
ため試験開始後10〜30気で溶射皮膜の剥離が生じた
ので、その時点て゛試験を中断した。
発明の効梁 以上の実施例からも明らかなように、この発明の間隙制
御用溶射皮膜によれば、従来適用されていたプラズマ溶
射法よりも低コストの溶射法であるアーク溶射法もしく
はガス溶射法を適用して、プラズマ溶射法による溶射皮
膜と同等以上に被削性の優れた間隙制御用溶射皮膜を形
成゛することが可能となり、したがって間隙制御用に適
した優れた被削性を有する溶射皮膜を低コストで得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は請求項1の発明の一実施例のワイヤ状溶射材料
を示す横断面図、第2図は請求項1の弁明の溶射材料を
用いてアーク溶射した溶射皮膜の一例の組織断面写真(
倍率100倍)、第3図は実施例における溶射対蒙とし
てのテストピースを小す斜視図、第4図は実施例の性能
評価試験における摩耗試験に用いた相手部材を示す斜視
図、第5図は上記摩耗試験の実施状況を承り斜視図、第
6図は請求項1の発明の実施例における摩耗試験結果を
示すグラフ、第7図は請求項2の光明の一実施例のワイ
ヤ状溶射材料を示す横断面図、第8図は請求項2の発明
の溶射材料を用いてアーク溶射\l した溶射皮膜の一例の断面組織写真(倍率100倍)、
第9図番よ請求項2の発明の実施例にJ5ける摩耗試験
結果を示すグラフ、第10図は従来考えられていたアー
ク訂射向けの間隙制御用溶射材料の横断面図、第11図
は第10図の溶射材料を用いてアーク溶射した溶射皮膜
の断面組織写真((g率20@)、第12図はプラズマ
溶射法により形成した従来の間隙制御用溶射皮膜の断面
組織写真(倍率50倍)である。 1・・・A I −10vt%Si合金製パイプ、 2
・・・熱可塑性ポリエステル、 3・・・A l −1
0wt%3i合金製線材、 8・・・混合粉末。 第1図 第2図 第3図 第7図 第8閃 第4図 第6図 (m9) 第9図 第10図 第11図 手 続 補 正 書 (方式) %式% 2、発明の名称 間隙制御用溶射材料 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所  愛知県豊田市トヨタ町1番地名 称  <3
20) トヨタ自動車株式会社4、代理人 住 所  東京都港区芝4丁目7番6号(ほか1名) 5、補正命令の日付 平成1年3月7日(発送口) 7、補正の内容 (1)明細書第21頁第17行目に記載された「組織断
面写真」を「断面の金属組織を示す写真」と訂正する。 (2)同第22頁第6行目、同頁第11行目、および同
頁第13行目に記載された「断面組織写真1を、それぞ
れ「断面の金属組織を示す写真」と訂正する。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)AlもしくはAl合金からなるパイプ内に、1本
    または2本以上のAlもしくはAl合金からなる線材が
    挿入されかつその線材とパイプ内面との間および線材相
    互間に高温用耐熱樹脂が充填されていることを特徴とす
    る間隙制御用溶射材料。
  2. (2)AlもしくはAl合金からなるパイプ内に、Al
    もしくはAl合金の粉末と高温用耐熱樹脂との混合材料
    が充填されていることを特徴とする間隙制御用溶射材料
JP29734588A 1988-11-25 1988-11-25 間隙制御用溶射材料 Expired - Lifetime JPH0645857B2 (ja)

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JP29734588A JPH0645857B2 (ja) 1988-11-25 1988-11-25 間隙制御用溶射材料

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0520031A (ja) * 1991-07-09 1993-01-29 Fujitsu Ltd 演算制御方式

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