JPH0465143B2 - - Google Patents
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- JPH0465143B2 JPH0465143B2 JP59207046A JP20704684A JPH0465143B2 JP H0465143 B2 JPH0465143 B2 JP H0465143B2 JP 59207046 A JP59207046 A JP 59207046A JP 20704684 A JP20704684 A JP 20704684A JP H0465143 B2 JPH0465143 B2 JP H0465143B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/10—Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
- C23C4/11—Oxides
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- Organic Chemistry (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Description
（発明の対象）
本発明は溶射皮膜を形成する方法に関するもの
である。 （従来技術） 内燃機関用部材は長期にわたり高温状態で連続
運転に耐え、しかも熱サイクルを受けるため耐熱
耐食性と共に機械的強度を要求され、とくに内燃
機関のピストンおよびピストンヘツド材等はそれ
が溶射材である場合には溶射皮膜の耐剥離性に対
して高度な要求がある。 たとえばガスタービンにおいてはNi基合金基
材上にまづNi−Cr合金を溶射し更にその上に
ZrO2系セラミツクを溶射したものがあるが斯様
な皮膜はタービン使用中に溶射皮膜の剥離を生じ
やすい欠点がある。 また、鋳鋼製ピストン材の表面にNi−Cr合金
を溶射し更にその上にZrO2を溶射したものを実
用試験した結果はやはり溶射皮膜の剥離が生起し
易く、したがつて剥離を防ぐにはZrO2の溶射厚
さを薄くしなければ使用出来ないがこれによつて
耐熱性および耐摩耗性を犠牲にしなければならな
い。 さらに、Al合金製ピストンに対し、その表面
にNi−Cr合金またはNi−Al材を下地溶射したの
ちZrO2を溶射して断熱する方法を試みた結果は
実用エンジン試験によつて比較的短時間内に溶射
層の剥離を生じ使用に堪えなくなることが知られ
ている。 斯様な剥離原因は基材と溶射仕上げ層の酸化物
層との熱膨脹係数の差異が大なるためである。す
なわち上記各材の熱膨脹係数を測定すれば第１表
のような結果が得られ、各材質の熱膨脹係数の差
異は顕著である。
である。 （従来技術） 内燃機関用部材は長期にわたり高温状態で連続
運転に耐え、しかも熱サイクルを受けるため耐熱
耐食性と共に機械的強度を要求され、とくに内燃
機関のピストンおよびピストンヘツド材等はそれ
が溶射材である場合には溶射皮膜の耐剥離性に対
して高度な要求がある。 たとえばガスタービンにおいてはNi基合金基
材上にまづNi−Cr合金を溶射し更にその上に
ZrO2系セラミツクを溶射したものがあるが斯様
な皮膜はタービン使用中に溶射皮膜の剥離を生じ
やすい欠点がある。 また、鋳鋼製ピストン材の表面にNi−Cr合金
を溶射し更にその上にZrO2を溶射したものを実
用試験した結果はやはり溶射皮膜の剥離が生起し
易く、したがつて剥離を防ぐにはZrO2の溶射厚
さを薄くしなければ使用出来ないがこれによつて
耐熱性および耐摩耗性を犠牲にしなければならな
い。 さらに、Al合金製ピストンに対し、その表面
にNi−Cr合金またはNi−Al材を下地溶射したの
ちZrO2を溶射して断熱する方法を試みた結果は
実用エンジン試験によつて比較的短時間内に溶射
層の剥離を生じ使用に堪えなくなることが知られ
ている。 斯様な剥離原因は基材と溶射仕上げ層の酸化物
層との熱膨脹係数の差異が大なるためである。す
なわち上記各材の熱膨脹係数を測定すれば第１表
のような結果が得られ、各材質の熱膨脹係数の差
異は顕著である。
【表】
表から明らかな通りAl合金基材上にNi−Cr溶
射し更にZrO2溶射したものは各層間において、
ほぼ（２〜８）×10-6／℃の熱膨脹率差があり皮
膜剥離の原因をなすことは明白である。斯様な剥
離部分をしらべると、しばしば基材と下地層との
境域面において剥離を認めることができるのであ
る。 （発明の目的） 本発明の目的は上記従来技術の欠点を改良し耐
剥離性にすぐれたセラミツク溶射皮膜の形成方法
を提供することにある。 （発明の構成） 本発明は130−250℃に加熱したAlまたはAl合
金基材にまづCr15〜25重量％を含むNi−Cr合金
またはAl4〜22重量％を含むNi−Al材を溶射して
下地層を形成し、次いでこの下地層の表面に安定
化ZrO2系セラミツク材を溶射することを特徴と
する溶射皮膜形成方法にある。 本発明に謂うAlまたはAl合金とは純Alまたは
Al−Mg系、Al−Si系、Al−Mg−Si系、Al−Si
−Ca系、Al−Si−Fe系を含むものである。 また下地材として使用されるNi−Cr合金また
はNi−Al材はそれぞれの粒度105〜20μｍの範囲
の比較的粗粒の粉末であり斯様な粉末の使用によ
りセラミツク溶射皮膜との接合強度向上のために
好ましい。Ni−Cr合金においてはCr品位が15〜
25重量％、Ni−Al材においてはAl品位が４〜22
重量％であることを要する。しかし実験結果によ
ればAl−20％Si合金等も下地材として溶射皮膜
の接合力向上効果は大であることが確認されてい
る。 本発明の特徴の一は前記した通りAlまたはAl
合金基材を温度130〜250℃に加熱した状態におい
て上記下地材を溶射する点にある。本発明者は多
数の実験の結果、基材加熱温度130℃以下におい
ては加熱の効果はほとんど認められず、また250
℃を超えるときは基材の軟化変形を生じ易いのみ
ならず溶射皮膜の接合力向上効果も飽和に達する
ため250℃以上の加熱は本発明達成のため好まし
くないことが確認された。 また本発明にいうセラミツク溶射材は高温安定
性良好で、しかも熱伝導率が低く、更に熱膨脹係
数は可能な限り基材金属ならびに下地材金属の熱
膨脹係数に近いものが良い。斯様な性質を有する
セラミツク材としてはアルミナ、ムライト、安定
化ジルコニア、カルシア、イツトリア、マグネシ
ア等があげられるが、特に安定化ジルコニアが好
適である。 セラミツク材の溶射厚さは0.2〜1.0mmの範囲が
最適である。0.2mm以下の薄い皮膜は断熱効果に
乏しい欠点があり、また1.0mm以上の厚い皮膜は
耐剥離性低下はまぬがれない。 本発明の方法により加熱された基材に下地材を
溶射後、安定化ジルコニアを溶射することによつ
て得られる溶射皮膜形成材は熱サイクル環境下に
おいて長期間使用しても溶射皮膜の剥離、亀裂等
を生起しないものとなる。その理由は加熱基材と
下地溶射層の密着性は基材を加熱しない場合に比
較して膨脹状態の基材に下地層が喰い込むごとく
溶射されるため密着性をいちじるしく向上するの
に加え、この下地層に熱膨脹係数の低いジルコニ
アが溶射されるため結局、基材、下地材およびジ
ルコニア層の熱膨脹係数の差異を実質的に接近せ
しめる効果が発揮されるためと考えられる。 本発明において安定化ジルコニアを使用する理
由は次の通りである。 安定化ジルコニアとは、加熱・冷却において特
定温度で変態しその際急激な体積変化を起す純ジ
ルコニアに対しY2O3、CaO、MgO等が数％以上
添加され、常温から高温まで変態による急激な体
積変化を起さない構造をしたジルコニアである。
又ジルコニアの熱膨脹係数が金属に近く高いこと
から熱サイクルを受ける部材のコーテイングに対
しクラツク等が生じにくく最適である。 実施例 １ Al−13％Si合金およびAl−1.5％Mg合金基材
にNi−Cr合金、Ni−Al材を130〜250℃に基材を
加熱して溶射し、次いで表２に示す各種酸化物粉
末を仕上げ溶射した試片について熱サイクル処理
後、溶射皮膜の引張り試験を行い皮膜の耐剥離性
をしらべた。溶射条件、熱サイクル試験条件およ
び引張り試験条件は次に示す通りであり、試験結
果を第２表に示す。 下地層溶射条件：アークガスとしてArガス使用
量38／min.、補助ガスとしてHeガス使用量
７／min.溶射距離110mm、溶射皮膜厚さ0.1
mm・（プラズマダイン社SG−100プラズマ溶射
ガン使用） 仕上げ層溶射条件：Arガス38／min、Heガス
15／min、溶射距離90mm、溶射皮膜厚さ0.4
mm．（プラズマダイン社SG−100プラズマ溶射
ガン使用） 熱サイクル試験条件：溶射後の試片を400℃の炉
内に20分間保持後空冷する過程を10回繰り返
す。 引張り試験条件：熱サイクル試験後の試片の端面
溶射皮膜部と相手材純アルミニウムを接着剤ア
ラルダイトAT−１にて接着後引張り試験に供
す。 試験結果：各試験とも５試料の実測値または平均
値。
射し更にZrO2溶射したものは各層間において、
ほぼ（２〜８）×10-6／℃の熱膨脹率差があり皮
膜剥離の原因をなすことは明白である。斯様な剥
離部分をしらべると、しばしば基材と下地層との
境域面において剥離を認めることができるのであ
る。 （発明の目的） 本発明の目的は上記従来技術の欠点を改良し耐
剥離性にすぐれたセラミツク溶射皮膜の形成方法
を提供することにある。 （発明の構成） 本発明は130−250℃に加熱したAlまたはAl合
金基材にまづCr15〜25重量％を含むNi−Cr合金
またはAl4〜22重量％を含むNi−Al材を溶射して
下地層を形成し、次いでこの下地層の表面に安定
化ZrO2系セラミツク材を溶射することを特徴と
する溶射皮膜形成方法にある。 本発明に謂うAlまたはAl合金とは純Alまたは
Al−Mg系、Al−Si系、Al−Mg−Si系、Al−Si
−Ca系、Al−Si−Fe系を含むものである。 また下地材として使用されるNi−Cr合金また
はNi−Al材はそれぞれの粒度105〜20μｍの範囲
の比較的粗粒の粉末であり斯様な粉末の使用によ
りセラミツク溶射皮膜との接合強度向上のために
好ましい。Ni−Cr合金においてはCr品位が15〜
25重量％、Ni−Al材においてはAl品位が４〜22
重量％であることを要する。しかし実験結果によ
ればAl−20％Si合金等も下地材として溶射皮膜
の接合力向上効果は大であることが確認されてい
る。 本発明の特徴の一は前記した通りAlまたはAl
合金基材を温度130〜250℃に加熱した状態におい
て上記下地材を溶射する点にある。本発明者は多
数の実験の結果、基材加熱温度130℃以下におい
ては加熱の効果はほとんど認められず、また250
℃を超えるときは基材の軟化変形を生じ易いのみ
ならず溶射皮膜の接合力向上効果も飽和に達する
ため250℃以上の加熱は本発明達成のため好まし
くないことが確認された。 また本発明にいうセラミツク溶射材は高温安定
性良好で、しかも熱伝導率が低く、更に熱膨脹係
数は可能な限り基材金属ならびに下地材金属の熱
膨脹係数に近いものが良い。斯様な性質を有する
セラミツク材としてはアルミナ、ムライト、安定
化ジルコニア、カルシア、イツトリア、マグネシ
ア等があげられるが、特に安定化ジルコニアが好
適である。 セラミツク材の溶射厚さは0.2〜1.0mmの範囲が
最適である。0.2mm以下の薄い皮膜は断熱効果に
乏しい欠点があり、また1.0mm以上の厚い皮膜は
耐剥離性低下はまぬがれない。 本発明の方法により加熱された基材に下地材を
溶射後、安定化ジルコニアを溶射することによつ
て得られる溶射皮膜形成材は熱サイクル環境下に
おいて長期間使用しても溶射皮膜の剥離、亀裂等
を生起しないものとなる。その理由は加熱基材と
下地溶射層の密着性は基材を加熱しない場合に比
較して膨脹状態の基材に下地層が喰い込むごとく
溶射されるため密着性をいちじるしく向上するの
に加え、この下地層に熱膨脹係数の低いジルコニ
アが溶射されるため結局、基材、下地材およびジ
ルコニア層の熱膨脹係数の差異を実質的に接近せ
しめる効果が発揮されるためと考えられる。 本発明において安定化ジルコニアを使用する理
由は次の通りである。 安定化ジルコニアとは、加熱・冷却において特
定温度で変態しその際急激な体積変化を起す純ジ
ルコニアに対しY2O3、CaO、MgO等が数％以上
添加され、常温から高温まで変態による急激な体
積変化を起さない構造をしたジルコニアである。
又ジルコニアの熱膨脹係数が金属に近く高いこと
から熱サイクルを受ける部材のコーテイングに対
しクラツク等が生じにくく最適である。 実施例 １ Al−13％Si合金およびAl−1.5％Mg合金基材
にNi−Cr合金、Ni−Al材を130〜250℃に基材を
加熱して溶射し、次いで表２に示す各種酸化物粉
末を仕上げ溶射した試片について熱サイクル処理
後、溶射皮膜の引張り試験を行い皮膜の耐剥離性
をしらべた。溶射条件、熱サイクル試験条件およ
び引張り試験条件は次に示す通りであり、試験結
果を第２表に示す。 下地層溶射条件：アークガスとしてArガス使用
量38／min.、補助ガスとしてHeガス使用量
７／min.溶射距離110mm、溶射皮膜厚さ0.1
mm・（プラズマダイン社SG−100プラズマ溶射
ガン使用） 仕上げ層溶射条件：Arガス38／min、Heガス
15／min、溶射距離90mm、溶射皮膜厚さ0.4
mm．（プラズマダイン社SG−100プラズマ溶射
ガン使用） 熱サイクル試験条件：溶射後の試片を400℃の炉
内に20分間保持後空冷する過程を10回繰り返
す。 引張り試験条件：熱サイクル試験後の試片の端面
溶射皮膜部と相手材純アルミニウムを接着剤ア
ラルダイトAT−１にて接着後引張り試験に供
す。 試験結果：各試験とも５試料の実測値または平均
値。
【表】
（比較例）
実施例１と同一基材と各種下地材および安定化
ジルコニアを使用して、基材を加熱せず、または
130℃以下もしくは250℃以上の加熱状態において
実施例１と同様の方法により溶射および試験を行
なつた結果、第３表に示す結果を得た。
ジルコニアを使用して、基材を加熱せず、または
130℃以下もしくは250℃以上の加熱状態において
実施例１と同様の方法により溶射および試験を行
なつた結果、第３表に示す結果を得た。
【表】
以上、実施例１および比較例を見るに、加熱せ
ず、または本発明の加熱温度範囲を逸脱する温度
に加熱した基材に下地溶射を施したものは引張り
強度が低いのみならず強度のばらつきが大である
のに対し本発明方法によれば引張強度は高く、引
張り特性にばらつきが少く、母材−下地間での剥
離も見られず、仕上層内で安定して破断している
ことから判断して本発明方法により耐剥離性の改
善は顕著であることが知られる。 実施例 ２ 径50mmφのローエツクスAl合金製ピストンの
頂部に実施例１、No.２および比較例No.２と同様の
溶射を行なつた後125c.c.、5000サイクル／分のガ
ソリンエンジン実機において連続10時間のエンジ
ンテストを実施した結果、前者は10時間テスト後
においても溶射皮膜に剥離、亀裂等の異常は全く
観察されなかつた。しかるに後者は運転後37分に
てエンジン異常を生じたため停止してピストンを
分解観察したところ、溶射皮膜の欠落が溶射面の
約10％において観察され、これがピストンスカー
ト部に噛み込まれ、ピストン摺動部において焼き
付きを生じていた。 以上の結果から本発明方法によつて形成された
溶射皮膜の耐剥離特性は極めて良好であることは
明らかである。
ず、または本発明の加熱温度範囲を逸脱する温度
に加熱した基材に下地溶射を施したものは引張り
強度が低いのみならず強度のばらつきが大である
のに対し本発明方法によれば引張強度は高く、引
張り特性にばらつきが少く、母材−下地間での剥
離も見られず、仕上層内で安定して破断している
ことから判断して本発明方法により耐剥離性の改
善は顕著であることが知られる。 実施例 ２ 径50mmφのローエツクスAl合金製ピストンの
頂部に実施例１、No.２および比較例No.２と同様の
溶射を行なつた後125c.c.、5000サイクル／分のガ
ソリンエンジン実機において連続10時間のエンジ
ンテストを実施した結果、前者は10時間テスト後
においても溶射皮膜に剥離、亀裂等の異常は全く
観察されなかつた。しかるに後者は運転後37分に
てエンジン異常を生じたため停止してピストンを
分解観察したところ、溶射皮膜の欠落が溶射面の
約10％において観察され、これがピストンスカー
ト部に噛み込まれ、ピストン摺動部において焼き
付きを生じていた。 以上の結果から本発明方法によつて形成された
溶射皮膜の耐剥離特性は極めて良好であることは
明らかである。
Claims (1)
- １ 温度130〜250℃に加熱したアルミニウム合金
基材に、下地層としてCrを15ないし20重量％含
むNi−Cr合金またはアルミニウムを４ないし22
重量％含むNi−Al合金を溶射し、次いで該下地
溶射層上に安定化ジルコニアを溶射することを特
徴とする溶射皮膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59207046A JPS6187859A (ja) | 1984-10-04 | 1984-10-04 | 溶射皮膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59207046A JPS6187859A (ja) | 1984-10-04 | 1984-10-04 | 溶射皮膜形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6187859A JPS6187859A (ja) | 1986-05-06 |
| JPH0465143B2 true JPH0465143B2 (ja) | 1992-10-19 |
Family
ID=16533306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59207046A Granted JPS6187859A (ja) | 1984-10-04 | 1984-10-04 | 溶射皮膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6187859A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63118058A (ja) * | 1986-11-05 | 1988-05-23 | Toyota Motor Corp | セラミツク溶射部材およびその製造方法 |
| JPS63242408A (ja) * | 1987-03-30 | 1988-10-07 | Hitachi Ltd | 圧延用複合ロ−ル |
| JPH0257672A (ja) * | 1988-08-23 | 1990-02-27 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | 溶射方式による摩擦材料および摺動材料の製造法 |
| JP5651922B2 (ja) | 2009-03-04 | 2015-01-14 | 日産自動車株式会社 | シリンダブロック及び溶射皮膜形成方法 |
| JP6246666B2 (ja) * | 2014-06-11 | 2017-12-13 | 日本発條株式会社 | 積層体の製造方法 |
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| CN113444996A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-09-28 | 潍柴动力股份有限公司 | 热障涂层的制备方法、热障涂层和发动机活塞 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS545417A (en) * | 1977-06-14 | 1979-01-16 | Tdk Corp | Magnetic head |
| JPS565301A (en) * | 1979-06-20 | 1981-01-20 | Us Government | Production of hydrogen and carbon monoxide |
-
1984
- 1984-10-04 JP JP59207046A patent/JPS6187859A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS545417A (en) * | 1977-06-14 | 1979-01-16 | Tdk Corp | Magnetic head |
| JPS565301A (en) * | 1979-06-20 | 1981-01-20 | Us Government | Production of hydrogen and carbon monoxide |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6187859A (ja) | 1986-05-06 |
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