JPH02225598A - 改良摩耗性被覆体、ならびにその製造方法 - 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〕 本発明は、−船釣に、タービンエンジンにおける摩耗性
シールを形成させるために用いる被覆体のような、易摩
耗性の材料物質及び被覆体に関するものである。さらに
詳しくは、本発明は、改良された摩耗性物質、及ａその
製造方法、に関するものである。

〔従来の技術〕

制御された様式のもとて容易に摩耗する物質が、摩耗性
シールを含めた多数の応用面で用いられている。当業者
に認識されるであろうように、回転部と固定摩耗性シー
ルとの接触によって、摩耗性物質は、その接触面領域で
可動部分となじみ合った形状に損耗される。すなわち、
可動部分が摩耗性シールの一部分を削り取って、そのた
めにそのシールは可動部分に正確に適合した幾何構造を
とるに至る。これによって、極めて厳密な許容差を有す
るシールが効果的に形成される。

摩耗性シールの一つの特別な適用面は、タービンエンジ
ンにこれを用いるものである。代表的な例として、ター
ビンの囲い板（シュラウンド）の内表面は、噴射ガン（
銃）を用いて、摩耗性物質によって、ある定められた厚
さに被覆される。運転中に、タービン翼が回転するにつ
れて、発生する熱によって翼が多少膨張する。そのとき
、回転翼の先端が摩耗性物質に接触して、囲い板自体に
接触することなく、被覆面に正確な形状の溝を刻む。こ
のような溝が、翼を回転させるに必要なぴったりの遊隙
を提供し、従って、本質的に注文通りに適合したシール
状態を与えることは理解されよう。

タービン翼が摩耗性被覆面に溝を刻むようにするには、
被覆面を形成する材料物質が、翼の先端を摩損すること
なく、容易に摩耗するものでなければならない。それに
は、被覆体中の諸素材物質の注意深いバランスを達成す
ることが要件となる。

このような特定の環境のもとで、摩耗性被覆体は、粒子
侵食や、その他の高温での劣化に対して良好な抵抗性を
発揮することも必要である。しかし、当業者にも知られ
ているように、摩耗性被覆体を形成させる従来知られた
方法を用いて、これらの望ましい特性を得ることは容易
ではない。

さらに詳しく述べれば、充填剤と粉末状金属成分とをプ
ラズマ噴射することによって、多くの従来の摩耗性被覆
体が形成されたが、これには、数多くの媒介変数（パラ
メター）を注意深く監視することが要件となる。これら
の媒介変数には、原料粉末の組成上の特性、粉末の粒度
、噴射ガンの各種操作条件、が含まれる。しかし、これ
らの要因を厳密に監視した場合でも、従来の装置と技術
をもってしては、高品質の摩耗性被覆体を生成させるこ
とに一貫して成功するとはいえなかったのである。

さらに詳細に説明すれば、従来知られている複合体系摩
耗性被覆体は、二つの一般的な種類から選定された供給
原料を熱噴射して形成されている。

これらのうちで最も簡単なものは、金属粉末と、通常は
非金属粉末である充填剤との混合物を含む。

すなわち、各成分の個別の粒子の配合物を調製し、次い
で、プラズマ噴射ガンを用いてこれを噴射する。しかし
、このような粉末混合物は、貯蔵中のみならず、粒子噴
射流自体の中でも、しばしば成分の分離を起こし、いず
れの場合も、得られた被覆体の微細構造に悪影響を及ぼ
す。粒子の分離が起こると、被覆体の中に、主として一
つの粉末成分からなる周域が生じることは知られている
。

方これは、組成と硬度が不均一な被覆体を生じて、耐用
期間が劣る。均一性の欠如は、粉末状成分の内の一つが
差別的に蒸発やその他の熱変化を受けることによっても
生じる。特に、−成分としてプラスチックを用いる場合
に生じる。その上、混合粉末または配合粉末を用いると
、被覆体の各層ごとに供給原料の配合を変える必要のあ
る階層被覆体を形成させるために成分比率を調節するこ
とも困難となる。

その他の一般的な噴射用粉末の種類として、第１の物質
を粉末形体で第２の物質にクラッド法で接着するなど、
あるいは、二種の粉末を適当な結合剤で単に結合させる
ことによる、数多くの接着技術が知られている。しかし
、二つの異質の物質の分離を防ぐという点で、結合剤が
効果的とはいえない。さらに、クラッド技術は高価につ
くばかりでなく、クラッド法による被覆層の差別的蒸発
が起こることもあり、これによって被覆体の組成バラン
スが失われる。また、単一粉末組成物は、被覆の深度に
応じて異る特性を有するような被覆体を形成させるのに
用いることはできない。

多くの物質について、満足すべき摩耗性被覆体を形成さ
せるには、従来の燃焼火炎噴射ガンを使って達成できな
いような、極めて高い速度を用いる必要がある。プラズ
マ噴射ガンは高速を与えるが、その操作温度が高いため
に、プラスチック成分の蒸発や粉末成分の酸化などの、
蒸発や熱劣化が起こる可能性がある。前記の粉末成分の
酸化は、噴射流の乱流によって加速される。

〔発明が解決しようとする課題〕

従って、粒子分離の問題が軽減または排除された摩耗性
物質の形成方法を提供することは望ましいであろう。ま
た、供給原料の目立った劣化を生じることなく、高品質
の摩耗性被覆体の特色がさらに加味されたこの種の方法
を提供することは望ましいであろう。さらに、複雑な粉
末計量供給システムを用いることなしに、供給原料成分
を個別に制御できることによって、また、プラズマ噴射
における急激な温度や速度の変化に頼ることなしに、被
覆層における組成の階層的変化を達成することができる
ような方法を提供することは望ましいであろう。本発明
は、これらの目標を達成する摩耗性物質の形成方法を提
供するものであり、また、本発明方法によって形成され
る新規な摩耗性物質を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

一面から見れば、本発明は、充填剤、好ましくはプラス
チックのような粉末状非金属を、高温燃焼ガス流中へ導
入し、それによって充填剤をそのガス流中に伴走させる
ことによって、摩耗性物質を製造する方法を提供するも
のである。充填剤は、好ましくは軸方向に燃焼ガス流中
へ供給され、それによって、その粒子が高速のガス流に
入る際に、制御されない外側への分散が回避される。充
填剤は、燃焼ガスによって加熱され、軸方向に極めて高
い速度で推進される。この軸を溶融金属が横切っている
。充填剤を搬送する高温燃焼ガス流は、溶融金属を霧状
に微粉化し、それによって、その溶融金属は、充填剤と
共にガス流中を伴走する。

このようにして、充填剤及び霧状溶融金属の雨音を含ん
だ複合体流が形成される。次に、この複合体流または複
合体噴射物は目的物の方向に向けられ、この加熱充填剤
及び溶融金属が高速で目的物の表面に衝突して、摩耗性
物質の層または被覆体を形成する。衝突に際して、溶融
金属は実質的に連続した金属基質を形成し、その「すき
ま（ｉｎｔｅｒｓｔｉｃｅ）　Ｊに充填剤が侵入してい
る。得られる被覆体は易摩純性で、摩耗性シールを形成
させるのに用いるのに良く適している。

好ましい一面として、本発明方法は、米国において本「
部分継続出願」の原出願である米国特許出願第２４７．
０２４号（出願日１９８８年９月２０日）明細書に記述
した高速火炎噴射装置を使用して実施される。その明細
書及び図面に示されている火炎噴射装置は、供給原料を
受は入れるに適した入口と、収れん形「のど」部に連絡
する出口とを備えた原料供給孔を有する本体部を含む。

収れん形「のど」部は、好ましくは原料供給孔と同軸に
配置されている。この本体部には、燃料費は入れ用人口
と、原料供給孔を取り囲んで、収れん形のど部に連絡す
る出口と、を備えた給油路が含まれる。

ガスの本体部にはさらに、酸化性物質ガスを受は入れる
に適した人口と、「のど」部に連絡する出口とを備えた
酸化性物質通路が設けられている。

従って、「のど」部は、燃料及び酸化性物質を、それら
の通路出口から、この燃料が供給原料充填剤と混合する
に先立って、別々に受は入れる。「のど」部には円錐壁
が含まれ、「のど」部の中で燃料と酸化性物質とを混合
させ、部分燃焼させるに十分な程度に、燃料及び酸化性
物質の出口から間隔を置いて位置している。この燃料及
び酸化性物質に点火してこれを燃焼させると、「のど１
部内に火炎前面が形成され、それが入ってくる燃料を急
速に加熱し、生じる化学反応によってエネルギーを放出
し、連続高速拡散反応を維持する駆動力を与える。この
ようにして、供給原料は、円錐の頂部にある出口を通っ
て加速される。円錐壁の頂部は原料供給孔と同一直線上
にあり、これによって、加速された供給原料は、ガンの
シリンダー部（銃身部）を通って、直線状の銃腔ノズル
中の先端開口の方へ向かう。一つの実施態様では、供給
原料を搬送する加熱燃焼ガスは、金属の線形材の先端を
溶融させるに十分な温度であり、この金属線形材は高速
ガス流によって霧状に微粉化される。別の実施態様では
、好ましい噴射装置が２線電弧アセンブリーを含んでお
り、この線形材の電弧加熱によって線の先端が溶融し、
溶融金属は霧状に微粉化されて、銃口から出る流れに伴
走して複合体噴射物を形成する。

さらにもう一つの面として、本発明は、すぐれた均一性
を示し、かつ、多くの従来法による噴射物質よりも金属
酸化物の含有量の低い摩耗性物質を提供するものである
。この摩耗性物質は、金属基質中に充填剤、好ましくは
軟質で粉末となし得る非金属、が均一に分散しているも
のを含む。

つの実施態様では、本発明の摩耗性物質は、タービンエ
ンジン用摩耗性シールのような利用分野に用いるための
摩耗性シールを包含する。本発明の摩耗性物質及び摩耗
性シールは、本発明方法を用いて形成される。ある好ま
しい実施態様では、本発明の摩耗性物質は、金属基質の
「すきま」にプラスチックが均一に分布しているものを
含む。

〔作　用〕

本発明を好ましい実施態様によって以下に説明する。

本発明は、新規な摩耗性物質、ならびに、そのような摩
耗性物質を製造する方法を提供するものである。好まし
い実施態様では、本発明物質は、ある部品の表面に摩耗
性被覆体として形成される。

最も好ましい実施態様では、本発明の摩耗性被覆体は、
摩耗性シールを含む。

本発明方法では、燃焼火炎噴射装置を用いて、高温高速
燃焼ガス流が形成されるが、この噴射装置の最も好まし
い構造物は、米国において本「部分継続出願」の原出願
である米国特許出願第２４７゜０２４号明細書に示され
ている。しかし、当業者に理解されるだろうように、充
填剤の加速には、その他の好ましい高速噴射システムを
利用することもできる。

さて、図面の第１図によって説明すれば、ここには火炎
噴射装置１０が一般的に図示されており、これは、チュ
ーブ状のシリンダ一部（銃身部）　１４が一体となって
結合しているバーナーハウジング１２を備えている。バ
ーナーハウジング１２の円錐壁１６によって収れん形「
のど」部が構成されており、この中で連続爆燃反応が実
施される。

原料供給管２２によって原料供給孔２０の形状が定まり
、この供給管２２は原料供給用ハウジング２４の内部に
密にはめ込まれている。図示した態様における原料供給
用ハウジングは、ねじ切り端部２６を備え、これがバー
ナーハウジング１２のタップ部にはめ込まれている。原
料供給用ハウジング２４を正しく据えつけるように、カ
ラー２８が設けられている。原料供給用ハウジング２４
及び原料供給管２２は、燃料供給ノズル３０の内側に位
置しており、そのため、環状の給油路３２の位置が決ま
ってくる。燃料ノズル３０の端部３４は、好ましくは先
細りになっていて、バーナーハウジング１２の中に圧力
ばめされている。

原料供給用ハウジング２４は、第２のカラーまたはフラ
ンジ部３６を備えており、これが燃料ノズル３０の中に
位置を占める。カラー３６は、原料供給孔２０の軸方向
に並んだ縦方向の溝を備えている。環状の通路３２を通
って矢印の方向に流れる燃料は、このために、操作中に
カラー３６によっていちじるしく妨げられることはない
。すなわち、カラー３６は、溝付きの外部表面を有する
ので、燃料ノズル３０についてはスペーサーとして働き
、なおかつ、環状給油路３２を通る燃料を実質的に妨げ
ないようにしている。同じ様に、燃料ノズル３０の端部
３８は、一連の実質的に平行な縦溝を備えている。また
、この溝構造によって、燃料ノズル３０の端部３８は、
円錐壁１６に接触しながら、酸化性物質が環状酸化性物
質通路４０を通って収れん形「のど」部中へ流れること
ができるようになっている。環状酸化性物質通路４０は
、バーナーハウジング１２の部分４２及び４４によって
位置の決まる環状体である。部分４４はまた、円錐壁１
６を備えているともいえよう。部分４４を部分４２にし
っかり固定するために、部分４２にはタップ部を設けて
、部分４２のねじ切り部を受は入れるようにしである。

環状燃料通路３２まで続く給油路４８が設けられ、これ
はバーナーハウジング１２の端部５０まで達して、環状
燃料通路３２に連絡している。この連続通路は、燃料を
収れん形「のど」部１８の中の火炎前面へ運ぶ経路とし
て働く。同様に、環状酸化性物質通路４０は、酸化性物
質通路人口５２に連絡している。端部５０は継手５４を
備え、この継手部は、本発明方法でさらに詳細に説明す
るように、原料供給ホースを結合させるためにねじ切り
構造としてもよい。供給原料充填剤は、継手５４を通っ
て原料供給孔２０へ導入される。

原料供給孔２０の断面積は、好ましくは、環状燃料通路
３２及び環状酸化性物質ガス通路４０の断面積より実質
的に小さく、粉末状供給原料は、収れん形「のど」部１
８を通り抜けるに十分な速度で「のど」部１８へ仕込ま
れる。原料供給孔２０は一般に、環状燃料通路３２また
は環状酸化性物質通路４０のいずれの断面積に対しても
約１５％以下である。また、供給孔２０の直径と噴射通
路５６の内径との比は、一般に約１対５であり、従って
、断面積の比は一般に約１対２５である。

チューブ状のまっすぐな銃腔ノズルであるシリンダ一部
１４は、中空の管状部４６を含み、これによって噴射通
路５６の形状が構成される。以下にもさらに詳しく述べ
るように、充填利用供給原料の高速粒子は、照準方向に
正しく向いた平行流として通路５６を通って推進される
。シリンダー壁４６の過度の温度上昇を阻止し、ここで
「熱ピンチ（ｔｈｅｒｍａｌ　ｐｉｎｃｈ）　Ｊと呼ぶ
効果、すなわち、粒子流の平行性を維持し、増強する現
象を生せしめるために、熱交換外套５８が設けられ、そ
の中に環状の熱交換室６０が位置する。熱交換室６０は
シリンダ一部１４だけに限られ、そのため、収れん形「
のど」部１８から熱が直接除去されることはない。使用
に際して、水などの熱交換媒体が、通路６２及び６４を
通って熱交換室６０の中を流れる。ホース（図示せず）
の末端が継手６６及び６８に結合されて、熱交換媒体を
熱交換室６０に循環させる。

図面の第２図について説明すれば、ここでは、火炎噴射
装置１０が溶融金属供給手段を含んでおり、２線電弧ア
センブリーとして示されている。

（第１図では、簡単にするために示されていない。）電
弧アセンブリー７０は架台７２を含み、その中に線誘導
装置７４及び７６が入っている。線誘導装置７４及び７
６は、線７８及び８０を、予め定められた速度で電弧域
８２の方へ送るように設けられている。線７８及び８０
の夾角は、多くの実用面で一般に約６０度未満であるこ
とが好ましい。

この場合の好ましい方法では、予め定めた強度の電弧を
着火させ、線状電極の端部の間に連続的に維持させる。

もう一つの実施態様では、燃焼ガスの平行流の熱が線７
８及び８０の先端を溶融する。

ある応用面では、１本の線７８を用いて、燃焼ガスの熱
がこの線形材を溶融するようにするめが適当なことがあ
る。ここに図示した実施態様では、線７８及び８０が、
溶融して、霧状の溶融金属として消耗するにつれて、電
弧域８２の中の交差点の方向に連続的に供給される。こ
の電弧域８２のシリンダ一部１８末端からの距離は重要
ではなく、噴射操作中に形成される被覆体または塗装物
の各種特性を調整するよう調節できるが、好ましくは、
線７８及び８０の端部が、シリンダ一部１４の端部から
約４ないし１０センチメートルのところに位置している
ことが、多（の利用面で好ましい。

電弧及び溶融金属線端部は、シリンダ一部１４から出て
くる平行粒子流の中に、すなわち、シリンダ一部１４の
縦軸に沿って位置していなければならない。

本発明では、多くの燃料源及び酸化性物質源を用いるこ
とができる。前述の合衆国特許出願明細書にも記述され
ているように、燃料または酸化性物質として、ガス状、
液状、または粒子状のものが適当なことがある。酸化性
物質としては、はとんどの酸素含有ガスが適当である。

実質的に純粋な酸素が、ここで用いるには特に好ましい
。本発明において噴射物質の高速推力を達成させるに適
した燃料ガスは、炭化水素ガス、好ましくは高純度プロ
パンまたはプロピレンであり、これらが高慣性力の酸化
反応を生起する。ある利用面では、水素、及びその他の
液状、気体状の燃料が適する場合がある。本発明では、
火炎温度、従って供給原料充填剤の温度は、燃料を適切
に選ぶことによって、また、ガス圧ならびに、収れん形
「のど」部１８及び銃腔５６における供給原料粒子の滞
留または残留時間を調節することによって制御できる。

また、燃料組成とガス圧を調節することによって、広範
囲の粒子速度が得られる。好ましい燃料ガス圧は、約２
０ないし約１（１４）ポンド／平方インチ（ｐｓｉｇ）
　、さらに好ましくは約４０ないし約７０ポンド／平方
インチである。酸化性物質ガス圧は、約２０ないし約１
（１４）ポンド／平方インチ、好ましくは約４０ないし
約８０ボンド／平方インチが、はとんどの利用面で代表
的な範囲である。

このような範囲内で操作するときは、シリンダー部１４
から出る燃焼生成物の速度は超音速となり、同様の操作
条件における他の従来市販されている火炎噴射ガンの速
度よりもいちじるしく大き（なるだろう。燃料ガスの性
質と、その質量流れ特性とが、厳密に速度を支配するも
のであることが明らかであろう。

図面の第３図について述べれば、ここには火炎噴射装置
１０が模式的に図示されており、充填剤用供給原料１１
０が原料供給孔２０を通って注入される。この実施態様
では、充填剤１１０は、粒子状または粉末形体で、搬送
ガス、好ましくは噴射される物質に関して不活性なもの
、の中を伴走する。「のど」部１８中に、火炎前面１１
２及び低圧領域１１４が示されている。線７８及び８０
の溶融金属端を霧化した後、複合体流が形成され、これ
が目的物１１６に衝突して、本発明による摩耗性１１８
０層を形成する。

本発明の摩耗性物質を形成させるために用いるには、多
くの充填剤が適している。ここで用いる最も好ましい充
填剤はプラスチックである。ここで用いる「充よ剤」な
る用語は、一般に次のように定義される。すなわち、こ
の物質を噴射する以前に、また、本発明に従って噴射す
る際に、また、最ａ摩耗性物質としての役目を果たす環
境のもとで、実質的に物理的に、また化学的に熱安定的
な物質である。さらに、好ましい充填剤は、この摩耗性
物質を摩耗させるのに用いられるべき素材の硬度よりも
低い硬度を有している。すなわち、この摩耗性物質に接
触する可動部分を構成する材質より軟かいものである。

最後に、好ましい充填剤は、本発明に従って噴射される
際に、また、摩耗性被覆体として使用されている間に、
基質金属に対して化学的に安定でなければならない。ま
た、この充填剤は、粉末状態で供給される際に、流動性
でなければならない。また、本発明に用いる好ましい充
填剤は、摩耗性物質を製造する方法において、目立つほ
ど熱的に劣化しない。この充填剤は、粉末などの微細粒
子状で提供されるのが好ましいが、棒状でもかまわない
。

従って、ここでは一般に、軟質で粉末化し得る充填剤が
好ましく、それは存機質でも無機質でもかまわない。特
に好ましい充填剤は、プラスチック（可塑性物質）、繊
維、または弾性体として用いられる種類の合成重合物質
である。望ましい特性を備えた天然重合物質も適してい
ることがある。

好ましい合成重合体または共重合体には、アクリル酸、
メタクリル酸、これらの酸のエステル類、及びアクリロ
ニトリルの重合体または共重合体などの、アクリル系樹
脂が含まれる。また、ここで用いることの好ましいもの
には、ジアミンとマレイン酸無水物との縮合、例えばメ
チレンジアニリンとマレイン酸無水物との縮合によって
生成されるビスマレイミド：ポリテトラフルオロエチレ
ン及びポリビニルフルオライドのような、含フツ素プラ
スチック；液晶重合体のような、全芳香性コポリエステ
ル、例えば、アモコ・ケミカル社（＾ｍｏｃｏ　Ｃｈｅ
ｍｉｃａｌｓ　Ｃｏｒｐ、）がＸｙｄａｒ■という商標
で、またヘキスト・セラニーズ社（）ｌｏｅｃｈｓｔ　
Ｃｅ１ａｎｅｓｅ）がＶｅｃｔｒａ■という商標で販売
しているもの；熱可塑性及び熱硬化性のポリイミド類：
ポリスルホン、ポリアリルスルホン、及びポリエーテル
スルホンを含んだスルホン系重合体；芳香族ポリエステ
ルなどの熱可塑性ポリニスデル、好ましくは、ビスフェ
ノールのイソフタレートマたはテレフタレートであるボ
リアリレート、ポリブチレン・テレフタレート、ポリエ
チレン・テレフタレートなどの芳香族ホモボリエステノ
ペ全芳香性コポリエステル；シリコーン樹脂；エポキシ
樹脂；ポリエーテルエーテルケトン及びポリフェニレン
サルファイド：が含まれる。一般に、先に述べた特性を
有するほとんどの熱可塑性物質及び熱硬化性物質が、充
填剤成分として本発明で用いるに適している。

本発明に用いられる熱可塑性物質及び熱硬化性物質は、
広範囲の分子量、例えば約２（１４）０ないし１，５（
１４）、（１４）０の範囲のものを包含する。この範囲
をはずれた値、及びモノマー、プレポリマーも適当な場
合がある。

以上述べたように、損耗物質となるための充填剤は、希
望の特性を有する摩耗性物質を形成するためには軟質で
粉末化し得るものでなければならない。重合体のほかに
、本発明の充填成分として好ましく使用されるその他の
非金属類には、窒化ホウ素、フッ化カルシウム、硫化モ
リブデン、フッ累代炭素（非グラファイト系）、フッ素
化グラファイト、非グラファイト系炭素、グラファイト
、及びこれらの組み合わせなど、固体潤滑物質が含まれ
る。

一部の軟質セラミック系物質も、充填剤として適当であ
る。それには、炭酸カルシウム：カオリンやペントナイ
トなどの粘土類；リン酸カルシウム：珪灰石：ビロフィ
ライト；パーライト；石こう；重晶石；アルミナ水和物
；シリカ；及び、珪藻土（暇焼物を含む）：ならびこれ
らの組み合わせが含まれる。一般に、火炎噴射工程中に
過度に硬化しないような、はとんどの非研摩性物質が使
用可能である。加えて、ある種の軟質金属も、本発明の
充填成分として用いて適当な場合がある。

本発明の好ましい実施態様における充填剤は、好ましく
は約５ミクロンないし約１（１４）ミクロンの粒度の粉
末である。ただし、この範囲外の粒径のものも、ある利
用面では適当なことがある。最も好ましい充填剤粉末は
、約１５ないし７０ミクロンの粒径を持つ。充填剤粉末
は、噴射装置の必要条件の範囲内で流動性であるべきで
あり、細か過ぎたり、大き過ぎたりする粒子が存在しな
いように、かなり狭い粒度分布のものであることが必要
である。このような粉末を生産するのに用いる技術は、
当業者によく知られている。

本発明の摩耗性物質における金属基質の金属は、好まし
くは線状形体で供給され、その一端が燃焼ガス流の通過
路中に位置し、このガス流には充填剤が伴走しており、
これらは図面の第３図に示した通りである。−本の線形
材を用いて、燃焼ガスの熱によって先端の溶融が達成さ
れるようにしてもよい。別法として、第３図に示したよ
うに、２本の線形材を、その先端の間に電弧を着火させ
て、あるいは着火させないで、用いてもよい。電弧を着
火させた場合は、２線電弧の電気熱が線端を溶融して溶
融金属の供給源となり、次いでガス流によって霧化され
る。２本の線を用いる場合、これらは同一の金属でも、
異る金属でもよい。従って、線は、このような手段の一
つについて消耗性でなければならない。

本発明の摩耗性物質の金属基質成分を形成させる上で、
本発明に用いるに適した金属は、線状形体で供給される
のが好ましい。好ましい金属には、アルミニウム及びそ
の合金、すなわち、アルミニウム１１（１４）．１３５
０、及びその他（１））Ｉ　ＸＸＸ系の合金、２ＸＸＸ
系のアルミニウム−銅合金；４０４３．４０４７、及び
その他４ＸＸＸ系のアルミニウム−珪素合金；５３５６
及びその他５ＸＸＸ系のアルミニウム−マグネシウム合
金；６ＸＸＸ系のアルミニウム−マグネシウム−珪素合
金；アルミニウム−チタニウム合金、などが含まれる。

また、適切なものに、銅及び、銅ＵＮＳ　Ｃｌ（１１（
１４）Ｏ−Ｃ１５７３５を含む銅合金；ＵＮＳ　Ｃ６０
６（１４）〜Ｃ６４４（１４）（アルミニウムブロンズ
）のような銅−アルミニウム合金；ＵＮＳ　Ｃ７（１１
（１４）〜Ｃ７２５（１４）のような銅−ニツケル；が
ある。また、適当なものに、ニッケル及び、ニッケルＩ
ＮＳ　Ｎ０２２（１４）、ＵＮＳ　Ｎ０２２（１１、及
びＵＮＳ　Ｎ０２２０５を含ｂ＝　−／　ケル合金；　
ＵＮＳ　ＮＯ４４（１４）、［ＩＮＳ　ＮＯ４４０４、
及びＵＮＳ　ＮＯ４４０５を含ム二”／　ケル−銅合金
；　及ヒ、ＵＮＳＮＯ６（１４）３のようなニッケル−
クロム金属：がある。

本発明の摩耗性被覆体の金属基質を形成させるのに用い
るに適した他の金属は、ニッケル系及び−またはコバル
ト系の超合金、及び、高温耐食性合金である。好ましい
ものとして、ＭＣｒＡ　Ｉ　Ｘ合金がある。ここに、Ｍ
は、Ｆｅ、　Ｎｉ、　Ｃｏまたはこれらの組み合わせ；
Ｘは、希土類金属で、Ｌａ５Ｃｅ、　Ｐｒ。

ＮｄＳ　Ｐｍ、Ｓｍ、ＢｕＳ　ＧｄＳ　Ｔｂ、　　ロｙ
Ｓ　ＨｏＳ　Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ。

Ｌｕ、Ｈｆ、及びこれらの組み合わせを含む。あるいは
、Ｘは、Ｚｒ５Ｓｉ、及びこれらの組み合わせである。

また、ここで用いるに好ましいものに、Ｎｌ、Ｔｉ１そ
の他のアルミナイドを含む、金属間化合物がある。また
、低炭素鋼、合金、ステンレス鋼を含んだ鋼鉄類も適当
である。また、ニッケル、コバルト、鉄、銅、アルミニ
ウム、及びその他、線状に成形し得る純粋な金属も用い
得る。

線の太さは重要ではないが、一般には、直径約０．０３
ないし約０．２５インチの範囲であろう。この範囲外の
値のものも適当な場合がある。金属線の端部が溶融して
、霧状に微粉化されるにつれて、霧化溶融金属を一定量
供給するような速度で、線形材（１本または複数本）は
ガス流の方向に進められる。

火炎噴射装置ＩＯが与える多くの利点の一つは、粒子状
充填剤を火炎前面中に注入する速度を調節できることで
ある。多くの他の装置と違って、火炎噴射装置ＩＯでは
、粒子注入速度、燃料ガス流速、及び酸化性物質ガス流
速などをそれぞれ別個に調節できる。供給原料粒子は、
独立した不活性搬送ガス流によって火炎前面中に注入さ
れる。流速を独立して調節できることから、搬送ガス圧
を燃料ガス圧より高い値に維持することによって、粒子
速度は増し、収れん形「のど」部１８内の乱流は実質的
に減少する。搬送ガス圧は、好ましくは約４０ないし約
７０ポンド／平方インチ（ｐｓｉｇ）、さらに好ましく
は、約５０ないし約６０ボンド／平方インチ、最も好ま
しくは、常に燃料ガス圧より高く保つことである。また
、第３図に示した出口３３及び４１の相対的寸法は、大
幅に変更し得るが、先にも述べたように、原料供給管２
２の内径は、一般に、環状燃料通路３２または環状酸化
性物質通路４０の断面よりもかなり小さい。原料供給孔
２０と、シリンダ一部１４の噴射通路５６との断面積の
比は一般に約１対２５で、充填剤粒子が噴射中にシリン
ダ一部１４の内側表面に接触して付着する可能性を減じ
ている。燃料ガス圧が約４５ないし６５ボンド／平方イ
ンチ、酸化性物質ガス圧が約７０ないし９０ボンド／平
方インチの場合に、搬送ガス圧を約５０ポンド／平方イ
ンチ（ｐｓｉｇ）以上に保つことによって、低搬送ガス
圧の場合に生じる「スピッティング」と呼ばれる現象が
阻止される。スピッティングは、粒子の放射方向への運
動によって生じるもので、円錐壁１６への粒子の付着で
あり、搬送ガス圧が低い場合に、乱流が増して起こるも
のと信じられている。

すなわち、搬送ガス圧を高速に保てば乱流が減少するの
である。

充填剤粒子が収れん形「のど」部に入ると、発熱反応に
よって粒子の熱的、動的エネルギーは実質的に増大する
。エネルギーを受けた充填剤粒子は、収れん形「のど」
部１８を通って高エネルギー粒子の平行流を形成し、こ
れがシリンダ一部１４の通路５６を通って、実質的に直
線方向に推進される。先にも述べたように、ここでも、
噴射粒子の乱流放射運動の減少がある。非乱流ガス流が
収れん形「のど」部１８へ供給され、収れん形「のど」
部１８内に限って連続高速拡散反応が維持されることに
よって、燃焼ガスと充填剤粒子との軸方向の実質的に非
乱流状体の流れが達成され、これが高速平行粒子流を生
起する。また、粒子流がシリンダ一部１４を通過する際
、熱交換外套５８によってシリンダー壁４６から熱を除
去することによって、流れの拡散が減じられる。このよ
うな方式でシリンダ一部１４を冷却することで、熱ピン
チ（ｔｈｅｒｍａｌ　ｐｉｎｃｈ）が起こり、これによ
って、エネルギーを与えられた粒子の、シリンダ一部１
４の側壁への放射運動が減少する。

平行粒子流は、シリンダ一部１４から出ると、電弧域８
２を通過する。通過に際して、最も好ましい実施態様で
は、線７８及び８０は電気的にエネルギーを与えられて
、線の端部間で継続的電弧を発生している。線７８及び
８０の端部間に電弧を維持するに十分な電圧が、適当な
電力供給によって保たれている。それには、約１５ない
し約３０ボルトの電圧で一般に十分である。線の端部に
溶融金属が形成されるにつれて、粒子流がこの溶融金属
を霧状に微粉化する。先にも述べたように、電弧を維持
し、噴射流に連続的な溶融金属の供給を行うために、線
７８及び８０は、予め定められた速度で前進させられる
。溶融金属が霧化されるにつれて、混合粒子流または複
合体粒子流１１５が形成される。これは、充填剤及び霧
化溶融金属の両者を含む。線７８及び８０の存在によっ
て多少の乱流が生起するも、この複合体粒子流は、良く
照準線の定った平行流を保っている。次いで、この複合
体流は、目的物１１６の方向に進み、そこで、本発明の
摩耗性物質１１８を形成する。

普通に好まれる商業用摩耗性シールとして得られる被覆
体における金属基質は、摩耗性被覆に対して約４０ない
し約９５容量パーセント含まれているのが好ましく、充
填剤の方は、摩耗性物質に対して約５ないし約６０容量
パーセントとなる。

ある特定の利用面では、本発明方法は、部品の表面に摩
耗性被覆体を形成させるために用いられる。

最も好ましい実施態様では、本発明は、タービンエンジ
ンのための摩耗性シールのような、可動部分に対する摩
耗性シールを形成させることを含む。

この面では、本発明方法は、タービンエンジンの囲い板
（シニラウド）の内面に摩耗性被覆体を形成させるのに
利用される。被覆体が−たん固化すれば、タービンエン
ジン翼が回転して、被覆体内に溝を刻み、よく適合した
摩耗性シールが形成される。

〔実施例〕

本発明をさらに詳細に説明するために、以下に実施例を
示すが、これは本発明の範囲を何ら限定する意図のもの
ではない。

図面の第１〜３図に実質的に示した噴射ガンを用いて、
摩耗性物質を以下のようにして形成させた。すなわち、
直径ｌ／１６インチのアルミニウム１１（１４）の２本
の線形材を、３４，５グラ１．７分の速度で噴射中へ供
給した。充填剤成分は熱可塑性ポリイミドで、これを先
に述べた方式で、約１５グラム／分の速度で、燃焼ガス
流中へ軸方向に仕込んだ。この熱可塑性樹脂粉末の粒度
は、実質的に一１４０＋３２５メツシュであった。酸化
性ガスは、２２５リットル／分の流速の、実質的に純粋
の酸素であった。燃料として、４６リツトル／分の流速
でプロピレンを用いた。２種類の搬送ガスを試験した。

すなわち、８５リットル／分の窒素と、６７リツトル／
分の二酸化炭素である。

電弧域から測定した目的物とガンとの距離は、大よそ１
１．５インチであった。燃焼ガス速度はほぼ音速であっ
た。得られた摩耗性物の断面の顕微鏡写真を第４図に示
す。

本明細書及び図面には、本発明の特定の実施態様が示さ
れているが、いうまでもなく、本発明がこれらに限定さ
れるものでないことは理解されよう。なぜならば、本明
細書の記述ならびに図面に照して、特に当業者によって
、幾多の改変を行うことができるからである。従って、
冒頭に述べた特許請求の範囲は、本発明の真の精神と範
囲の内に入るものとして、このような改変を保護範囲に
含むものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法を実施するために用いる好ましい
火炎噴射装置の断面図であり、簡単にするために、線状
物及び線供給機構は図示されていない。 第２図は、本発明に用いる好ましい火炎噴射装置の平面
図であり、ここには、２線電弧アセンブリーが示されて
いる。 第３図は、噴射ガンの収れん形「のど」部と、本発明の
摩耗性物質を形成させる複合体平行粒子流の生成とを示
す模式図、 第４図は、本発明方法によって造られる摩耗性物質の断
面の顕微鏡写真である。 手 続 ネ１１ｉ 正 書 （ノテデ（） 補正の内容（特願平１ ２４２３６７号） 平成 ２年 幌午庁長官吉田文庫受殿 １、　１９生の耘 平成　１年特許願第２４２３６７号 ２、　　発明の名称 改良摩耗性被覆体、ならびにその製造方法３、　　補正
をする者 事件との関係　　　　特許出願人 １月２５日 １、　明細書第３９頁第１９行の「物質の・・・である
。」を「金属基質の断面組織を示す顕微鏡写真である。 Ｊと補正する。 ２、第４図を別紙の通り補正する。 ４゜ 名　称　　サルザー

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. （１）充填剤を、高温燃焼ガス流中へ供給することによ
   って、この充填剤をこの燃焼ガス中で伴走させ； 前記の伴走充填剤を含む高温燃焼ガス流によって溶融金
   属を霧状に微粉化させて、この霧状溶融金属を、前記の
   粉末状充填剤とともに前記のガス流中で伴走させ； この伴走充填剤及び伴走霧化溶融金属を含む前記の高温
   燃焼ガス流を、目的物の方向へ向かわせ； この高温燃焼ガス流中を伴走する充填剤及び霧化金属に
   よって、目的物上に、この充填剤が金属基質中に侵入し
   ているものである摩耗性物質を含む沈着物を形成させる
   ； という行程を包含する摩耗性物質の製造方法。
2. （２）前記の燃焼ガス流が、超音速の燃焼噴射ガン中で
   形成されたものである、請求項第（１）項に記載の製造
   方法。
3. （３）前記の粉末状充填剤が微粒状形態のものである、
   請求項第（１）項に記載の製造方法。
4. （４）少くとも１つの金属線形材の先端を、前記の伴走
   充填剤を含む高温燃焼ガス流中に置くことによって、こ
   の金属線形材の先端をこの燃焼ガスによって溶融させる
   ようにして前記の溶融金属を供給する、請求項第（１）
   項に記載の製造方法。
5. （５）２本の金属線形材と、これに電流を供給する手段
   とを備え、この線形材の先端間に、その先端を溶融させ
   るに十分な電弧を生起させることによって、前記の溶融
   金属を供給する、請求項第（１）項に記載の製造方法。
6. （６）前記の粉末状充填剤が、熱可塑性重合体、熱硬化
   性重合体、及びそれらの組み合わせからなる群から選択
   した合成重合体の粉末である、請求項第（１）項に記載
   の製造方法。
7. （７）前記の粉末状充填剤が、窒化ホウ素、フッ化カル
   シウム、硫化モリブデン、フッ素化非グラファイト系炭
   素、フッ素化グラファイト、非グラファイト系炭素、グ
   ラファイト、及びこれらの組み合わせからなる群から選
   択された固体状潤滑性物質の粉末である、請求項第（１
   ）項に記載の製造方法。
8. （８）前記の充填剤が、炭酸カルシウム、カオリン、ペ
   ントナイト、リン酸カルシウム、珪灰石、ピロファイラ
   イト、パーライト、石ころ、重晶石、アルミナ水和物、
   シリカ、珪藻土、■焼珪藻土、及びこれらの組み合わせ
   からなる群から選択されたセラミック粉末である、請求
   項第（１）項記載の製造方法。
9. （９）前記の充填剤を、棒状形体で供給する、請求項第
   （１）項記載の製造方法。
10. （１０）前記の溶融金属を、アルミニウム、アルミニウ
    ム−珪素合金、アルミニウム−マグネシウム合金、アル
    ミニウム−マグネシウム−珪素合金、アルミニウム−チ
    タニウム合金、銅、銅−アルミニウム合金、銅−ニッケ
    ル合金、ニッケル、ニッケル−銅合金、ニッケル−クロ
    ム合金、コバルト系超合金、及びこれらの組み合わせか
    らなる群から選択する、請求項第（１）項に記載の製造
    方法。
11. （１１）前記の溶融金属がＭＣｒＡｌＸ系合金の一つで
    あり、この場合は、Ｘは、希土類金属、Ｙ、Ｈｆ、Ｚｒ
    、及びＳｉからなる群から選ばれ、Ｍは、Ｆｅ、Ｎｉ、
    Ｃｏ、及びこれらの組み合わせから選ばれる、請求項第
    （１）項に記載の製造方法。
12. （１２）前記の溶融金属が、ニッケル・アルミナイド及
    びチタニウム・アルミナイドからなる群から選ばれた、
    請求項第（１）項に記載の製造方法。
13. （１３）前記の溶融金属が、低炭素鋼、鋼合金、及びス
    テンレス鋼からなる鋼鉄の群から選ばれる、請求項第（
    １）項に記載の製造方法。
14. （１４）前記の溶融金属が、ニッケル、コバルト、鉄、
    銅、アルミニウム、及びこれらの組み合わせからなる群
    から選ばれる、請求項第（１）項に記載の製造方法。
15. （１５）粒子状充填剤用供給原料を、噴射ガンを通り抜
    ける高温燃焼ガス流中へ実質的に軸方向に注入して、こ
    の粒子状充填剤用供給原料をこの高温燃焼ガス流中で伴
    走させ； 少くとも一つの溶融金属線形材の一端を、前記の高温燃
    焼ガス流の通過路中に置くことによって、その線形材の
    一端を霧状に微粉化させて、その溶融金属を、前記の粒
    子状充填剤用供給原料とともに、前記のガス流中に伴走
    させ； 前記の粒子状充填剤用供給原料及び霧化金属が伴走する
    前記のガス流を、被覆されるべき表面の方向に向かわせ
    ； 前記のガス流からの粒子状充填剤用供給原料及び溶融金
    属を用いて前記の表面を被覆して、実質的に連続した金
    属基質と、前記の粒子状充填剤用供給原料がこの基質を
    満たす金属間化合物とを含む摩耗性被覆体を、前記の表
    面に形成させる； という行程を包含する、摩耗性被覆体の形成方法。
16. （１６）粉末状充填剤用供給原料を、噴射ガン中の急激
    に膨張する高温高速燃焼ガス流中に、実質的に軸方向に
    導入することによって、この粉末状充填剤用供給原料を
    噴出させ； この粉末状充填剤用供給原料を搬送する高温燃焼ガス流
    を、少くとも一つの金属線型材の先端に向かわせること
    によって、溶融金属を霧状に微粉化させて、この粉末状
    充填剤用供給原料及び溶融金属が伴走する高温高速燃焼
    ガスの複合体流を形成させ； この複合体流を、ある表面に向わせて、前記の充填剤及
    び前記の溶融金属をこの表面に高速で衝突させることに
    よって、この充填剤と溶融金属とをこの表面上に沈着さ
    せて、摩耗性の複合体被覆体を形成させ、摩耗性シール
    として役立たせる； という行程を包含する、摩耗性シールとして用いるため
    の摩耗性の金属基質複合体の形成方法。
17. （１７）充填剤を高温燃焼ガス流中に供給して、この充
    填剤をこのガス流中に伴走させ； この伴走充填剤を含む高温燃焼ガス流によって溶融金属
    を霧状に微粉化させて、この霧状溶融金属を、前記の粉
    末状充填剤とともに前記のガス流中に伴走させ； この伴走充填剤及び伴走霧状溶融金属を含む高温燃焼ガ
    ス流を、目的物の方向に向かわせ；この高温燃焼ガス流
    中を伴走する前記の充填剤及び霧状金属によって、金属
    基質中にこの充填剤が侵入している材料物質を含む沈着
    物を前記の目的物上に形成させる； という行程を包含する、材料物質の製造方法。
18. （１８）請求項第（１７）項に記載の方法に従って製造
    した材料物質。
19. （１９）前記の充填剤がプラスチックで、前記の金属が
    、銅及び銅合金からなる群から選ばれた、請求項第（１
    ７）項に記載の材料物質の製造方法。