JPH0365430B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は溶射方法に関し、一層詳細には、熱源
としてガスを使用した場合においてもプラズマジ
エツト溶射・アーク溶射と同等の品質の高精度溶
射を行うことができ、しかもセラミツク微粉末を
も十分に溶射することのできる溶射方法に関す
る。 （従来の技術） 金属、セラミツク、サーメツト等の微粉末体溶
射材料を溶射トーチによつて溶融して素材上に被
膜を形成する、いわゆる溶射技術が普及してきて
いる。 この溶射方法によるときは素材の温度を200℃
以下に保つて行なえ、素材の熱変形を生じさせな
いなど多くの利点がある。 （発明が解決しようとする問題点） 従来は、主として溶射に使用されているのは重
装備の大型装置によるプラズマジエツト溶射、ア
ーク溶射であり、熱源としてガスを使用するガス
溶射は使用範囲が制限されている。このガス溶射
方法によるときは粉状体から成る溶射材料を溶か
すエネルギーが十分でないため溶射後溶融粒子の
積層によつて素材表面に形成されるガス溶射被膜
の状態が不良となり、ガス溶射被膜内に気孔や結
合不良の部分が存在し溶射被膜が不均一になりや
すいという欠点が特に大きくあらわれる。このた
め、ガス溶射においては精度が全く問題とされな
い金属肉盛り等が主となり、金属以上に高温を要
求するセラミツク溶剤材料を使用する場合におい
ては、ガス溶射では十分に溶射材が溶融しないた
めに生ずる各種欠点が一層大きくなり不都合が多
く、精度の良い溶射は行い難いためやむを得ずプ
ラズマジエツト溶射、アーク溶射が採用されてい
る。 しかしながらガス溶射方法は設備費が少なくて
済むなどの利点をも有することから、本発明者
は、ガス溶射における火力、温度を上げることに
よつてではなく、溶射材料の状態に注目して、上
記の問題を解決することができることを見出した
ものである。 ガス溶射によつて素材の変質なしに気孔や結合
不良のない均一な被膜を得るためには、熱源の弱
い状態で溶融する、できる限り細かい微粉体の溶
射材料を用いればよい。 しかしながら、これら溶射材料は、例えば結晶
質アルミナを破砕機によつて破砕して微粉体に形
成するため、微粉体表面には鋭角部が生じてい
る。このためガス溶射トーチに微粉体を供給する
場合に、微粉体同士が鋭角部によつてカミツキ結
合して大粒子となる、いわゆるブリツジ現象が生
じる。破砕機等によつて破砕して得られる微粉体
状の溶射材料は、通常微粉体の粒径がある幅をも
つて分布するものであるが、上記のブリツジ現象
は微粉体が細かい程顕著に生じ、溶射材料中に存
在するとくに細かい微粉体に起因して生じる。こ
のためせつかく微粉体を使用しても、上記のブリ
ツジ現象によつて大粒子化し、微粉末を用いる効
果が生じないばかりか、ブリツジ現象が生じた大
粒子とブリツジ現象が生じない粒子とが混在する
ため、ガス溶射トーチによつて噴射する際、噴射
に波打ち現象が生じ、得られた被膜厚さにバラツ
キが生じるという弊害がある。 このため従来におけるガス溶射法にいては、溶
射材料は粒径が5μｍのものが限界であり、これ
よりも粒径の小さいものは不可能とされていた。 発明者は、上記のように5μｍ以下の溶射材料
を用いることができないのは、溶射技術そのもの
に欠陥があるわけではなく、ガス溶射トーチに供
給する前段階である輸送段階での溶射材料のブリ
ツジ現象に問題があることに鑑み、ブリツジ現象
が生じない微粉体を使用するガス溶射方法につい
て検討を重ねた結果、本発明を完成するに至つた
ものである。 なお本発明方法は、ガス溶射法のみでなく、プ
ラズマジエツトおよびその他の熱源を利用した溶
射法によつても、溶射できるのはもちろんであ
る。 （問題点を解決するための手段） すなわち本発明の目的とするところは、例えば
破砕によつて形成された微粉体など、たとえ表面
に鋭角部がある微粉体であつても、微粉体同士の
鋭角部のカミツキによるブリツジ現象を生じさせ
ることなく輸送することのできる微粉体とし、し
かも、ガス熱源によつて十分に溶融する粒度に制
限してなる低融点の微粉体によつて、セラミツク
であつても十分に高精度で溶射することのできる
ガス溶射方法を提供するにあり、その特徴とする
ところは金属、セラミツクもしくはサーメツトの
微粉体から成り、全部が粒径5μｍ以下の微粉体
もしくは一部が粒径5μｍ以下の微粉体である溶
射材料を溶射トーチに供給して溶射する溶射方法
において、前記溶射材料に該溶射材料の微粉体の
粒径よりも小径の無定形微粉体を少なくとも0.％
添加し、溶射材料を溶射トーチに供給する際、前
記無定形微粉末のベアリング効果によつて、微粉
体同士のブリツジ現象を解消して溶射することに
ある。 （作用） 本発明においては、ガス溶射用の微粉体とし
て、通常は粘土状で流動性を失つている程度の微
粉体の流動性をも良好とし、ガス溶射トーチにブ
リツジ現象をおこすことなく安定した状態で供給
することが最も重要となる。 第１図は微粉体同士のカミツキによるブリツジ
現象を示す。図に示すように微粉体の鋭角部同士
のカミツキによつてブリツジ現象が生じる。この
ブリツジ現象は前記したように微粉体が5μｍ以
下の小粒で、径が小さくなればなる程顕著に生じ
る。なお従来、微粉体を界面活性剤で処理して、
微粉体表面に界面活性剤の被膜を形成し、微粉体
に疏水性を付与して、微粉体の滑りをよくする微
粉体供給方法があることを付記する。しかしなが
らこの方法によるも、粒子径が大なるときは有効
と言えるが、粒子径が5μｍ以下の細かいもので
あるときは、やはりカミツキによるブリツジ現象
の発生を抑えられない。 本発明において特徴的なことは、第２図に示す
ように微粉体１０に、微粉体１０よりも粒径の小
さなＸ線構造的に無定形（アモルフアス）の無定
形微粉末１２を混入させるところにある。なお、
上記微粉体は無定形微粉末１２が添加される溶射
材料であり、以下、微粉体は溶射材料の意味で用
いている。無定形微粉末はアモルフアス状シリ
カ、アモルフアス状アルミナなどがある。無定形
微粉末１２は図に示されるようにほぼ球状をな
し、、これが微粉体１０の間隙内に介在すること
から、まず微粉体１０同士を遠ざけ、物理的に微
粉末１０の鋭角同士のカミツキを少なくする。ま
たさらに微粉体１０がガス溶射トーチ内に供給さ
れる際無定形微粉末１２が転動する、いわゆるベ
アリング効果を生ずることから、微粉体１０の鋭
角部同士のカミツキを一層抑止するとともに、た
とえ一部にカミツキを生じてこれを引離す作用が
生じ、結局微粉体１０の鋭角部同士のカミツキを
極小にすることができ、ブリツジ現象の発生をほ
ぼ完全に抑止することができる。 なお無定形微粉末は、界面活性被膜による疏水
性処理を施すことによつて滑り効果を生じさせれ
ば一層好適である。さらに同時に微粉体にも界面
活性剤によつて表面にトリメチルシロキシル基等
の層を形成する疏水処理を施しておけば完璧であ
る。 無定形微粉末の混入量は特に限定されないが溶
射材である微粉体に対して１％以下の少量で十分
有効であり0.1％でも効果を有する。 無定形微粉末と微粉体との材質の関係も特に限
定されない。無定形微粉末と微粉体との物理的作
用によつて上述のブリツジ現像が抑止されるから
である。 しかしながら微粉体がガス溶射トーチ内に供給
されて最終的に使用される際に、異材質の無定形
微粉末が混入していると微粉体の加工物等の特性
上支障がある場合には、無定形微粉末は微粉末と
同質の無定形のものを用いるのが好適である。 前述したガス溶射技術においてはガス溶射材料
が例えばアルミナ（Al₂O₃）粉末であれば、無定
形微粉末は無定形のアルミナの微粉末を使用する
のが好ましい。 しかし本発明方法によれば、ガス溶射トーチか
らの噴射の際に微粉体中に混入されて無定形微粉
末は飛ばされてしまい、さらに高熱によつて気化
されてしまうのでガス溶射被膜中に無定形微粉末
は混入して来ず、理想的なガス溶射被膜が得られ
る。そして微粉体５がμｍのものであつてもブリ
ツジ現象が生じないから、微粉状のまま溶射さ
れ、極めて緻密な溶射被膜を得ることができる。 したがつてガス溶射の場合、微粉体と無定形微
粉末とは同材質系のものを使用するのが好ましい
が、必ずしも同材質系のものではなくともよい。 以下に微粉体の流動試験結果を示す。 流動特性は安息角を測定して判別した。表１は
各種材料（無定形微粉末は混入していない）の流
動特性を安息角を測定して、その再現性を検討し
た結果を示す。

【表】 安息角及び流動速度側定値の標準偏差（σ）か
ら再現性は十分であることが判断される。 流動特性の代表値として安息角のみを用いるこ
とを目的に実際に代表し得るか否か安息角と流動
特性の相関分析を行つてみた。 その結果危険率５％で有意であることが判つ
た。 次は無定形微粉末としてアモルフアスシリカを
添加した場合の流動試験結果である。 (1) Al₂O₃−TiO₂系粉末 53〜1μｍの粒径 入荷原料粉 安息角 ｎ＝５（くり返し） ＝49゜.32′σ＝0.39′ アモルフアスシリカ添加（添加量0.4％） ｎ＝５ ＝39゜.20′σ＝0.45′ (2) Al₂O₃分末 25〜5μｍの粒径 入荷原料粉 安息角 ｎ＝５（くり返し） ＝64゜.25′σ＝2゜.50′ アモルフアスシリカ添加（添加量1.5％） ｎ＝５ ＝38゜.07′σ＝0.49′ (3) Al₂O₃−TiO₂系粉末 25〜5μｍの粒径 入荷原料粉 安息角 ｎ＝５（くり返し） ＝56゜.05′σ＝0.42′ アモルフアスシリカ添加（添加量0.6％） ｎ＝５ ＝38゜.50′σ＝0.43′ 以上の通りかなり有効であることが確認され
た。 (4) Al₂O₃−TiO₂系粉末 5μｍダウンフリー 入荷原料粉 ｎ＝１ 90゜.00′ アモルフアスシリカ添加（添加量6.5％） ｎ＝５ 35゜.74′σ＝0.85′ (5) さらに5μｍダウンフリーの粉末について処
理を行つたが同様に効果の確認が出来た。これ
により超微粉の定量供給がほぼ可能になつた。 このことによりかなり硬度のある緻密なガス
溶射被膜が形成出来るようになつた。 上記の流動試験結果から明らかなように無定形
微粉末を混入することによつて微粉体の安息角が
転動によるベアリング効果によつて、さらに流動
性が向上する。これによつて微粉体が5μｍより
小径のものであつても前記したようなブリツジ現
象がほとんど生じない。 このため微粉体のすべてを5μｍダウンフリー
5μｍアツプカツトした場合においても2μｍ程度
あるいはそれ以下、例えば7μｍの真球形超微粉
末を混ぜることのみによつて第３図に示す通常の
軽便なガス溶射トーチ１４を使用してセラミツク
を高精度で溶射することができる。１６はガス溶
射材料供給孔、１８は酸素−燃料ガス供給孔であ
り、燃料としては、アセチレン、水素などを使用
するとができる。微粉体が金属等の低融点溶射材
料である場合においては5μｍ以上であつても何
等不都合を生じない。 （実施例） 実施例 １ 原料として、Al₂O₃（60％）、Tio₂（40％）の複
合粉末にアモルフアスシリカ0.6％添加したもの
を用いて、下地処理としてサンドブラストした
ABS樹脂母材（装飾用、化粧品用ケース）上に
ガス溶射した。溶射条件は表１に示す。Al₂O₃、
Tio₂の粒度分布は５〜25μｍであつたが、アモル
フアスシリカを0.6％添加したことにより、安息
度56゜から38゜に向上した。 厚さ0.3mmの緻密な溶射被膜が得られた。母材
の変形も生じなかつた。

【表】 Al₂O₃、Tio₂の粉末として、粒度5μｍ以下のも
のを用いたところ、上記と同様の結果が得られ
た。 （発明の効果） 本発明によるときは、ガス溶射の直接的には関
連していない、微粉体関係の技術とガス溶射とを
結びつけることによつて、次のような顕著な効果
を得ることができる。すなわち、ガス溶射によつ
てプラジマジエツト溶射、アーク溶射に匹敵する
品質の、精度の良い溶射被膜を形成することがで
き、セラミツク溶射被膜を軽便、可搬の設備費の
安価な従来型ガス溶射装置によつて容易に得るこ
とができる。又、ランニングコストが低くて済
み、作業性が優れている。このため、必要な場所
に持ち込んでの溶射作業が可能となり、溶射装置
がある場所まで被処理物を運搬する必要が無くな
り溶射技術の利用範囲が著しく拡大している。こ
れは、溶射の品質面での要因が、温度面のみでな
くいかに定常的に溶射材を供給するかに大きくか
かつていることを見出すこと、この面での改良に
よつて始めて可能となつたものであり、従来から
の単なる予想を越えた技術的効果を産み出すこと
となつたものである。 以上本発明につき好適な実施例を挙げて種々説
明したが、本発明はこの実施例に限定されるもの
ではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多く
の改変を施し得るのはもちろんのことである。

【図面の簡単な説明】

第１図は微粉体のブリツジ現象を示す説明図、
第２図は無定形微粉体の介在状態を示す説明図、
第３図はガス溶射トーチの断面図である。 １０……微粉体、１２……微粉末、１４……ガ
ス溶射トーチ、１６……ガス溶射材供給孔、１８
……酸素−燃料ガス供給孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属、セラミツクもしくはサーメツトの微粉
   体から成り、全部が粒径5μｍ以下の微粉体もし
   くは一部が粒径5μｍ以下の微粉体である溶射材
   料を溶射トーチに供給して溶射する溶射方法にお
   いて、 前記溶射材料に該溶射材料の微粉体の粒径より
   も小径の無定形微粉末を少なくとも0.1％添加し、
   溶射材料を溶射トーチに供給する際、前記無定形
   微粉末のベアリング効果によつて、微粉体同士の
   ブリツジ現象を解消して溶射することを特徴とす
   る溶射方法。