JPH0515781B2 - - Google Patents
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- JPH0515781B2 JPH0515781B2 JP60047400A JP4740085A JPH0515781B2 JP H0515781 B2 JPH0515781 B2 JP H0515781B2 JP 60047400 A JP60047400 A JP 60047400A JP 4740085 A JP4740085 A JP 4740085A JP H0515781 B2 JPH0515781 B2 JP H0515781B2
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Landscapes
- 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
層との熱膨張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張係数を測定すれば第１表
のような結果が得られ、各材質の熱膨張係数の差
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
層との熱膨張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張係数を測定すれば第１表
のような結果が得られ、各材質の熱膨張係数の差
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合
金を溶射し更にZrO2溶射したものは各層間にお
いて、ほぼ（２〜８）×10-6／℃の熱膨張率差が
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250〜400℃に加熱したAlまたはAl合
金基材にまずCr15〜25重量％を含むNi−Cr合金
またはAl4〜22重量％を含むNi−Al合金あるいは
前記Ni−Cr合金にAl4〜22重量％を添加したNi
−Cr−Al合金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、Ni
−Al合金またはNi−Cr−Al合金はそれぞれの粒
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合金に
おいてはAl品位が４〜22重量％、Ni−Cr−Al合
金においては、Al品位が４〜22重量％、クロム
品位が15〜25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。 なおここにいうNi−Al号き、Ni−Cr−Al合金
とは、Ni又はNi−Cr合金に被覆された複合粉末
であるいはNi、Cr、Alの微粉造粒粉末、又は各
成分の金属結合合金粉末のいずれであつても良
い。 本発明の特徴の一つは前記した通りAlまたは
Al合金基材を温度250〜400℃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250℃以下に
おいては加熱の効果は比較的弱く、また400℃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
400℃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。なお基材の加熱に際して
は、特に350℃以上の高温加熱の場合は、基材の
変質をさける為、短時間の加熱で所定温度とし、
すみやかに下地溶射することが望ましい。下地溶
射の厚さは、0.05〜0.2mmの範囲が適しており、
0.05mm以下では熱応力緩和の効果が弱く、一方
0.2mmを超えると溶射加工費がかさむのみで効果
の向上は期待できない。 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、更に熱膨張係
数は可能な限り基材金属ならびに下地材金属の熱
膨張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、酸化物セラミツク材を溶射することによ
つて得られる溶射加工体は熱サイクル環境下にお
いて長時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
して膨張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、この下地層に熱膨張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
コニア層の熱膨張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張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 純Al、Al−13％Si合金およびAl−1.5％Mg合
金基材にNi−Cr合金、Ni−Al合金またはNi−Cr
−Al合金を250〜400℃に加熱された基材上に溶
射し、次いで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0.1mm
（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。
金を溶射し更にZrO2溶射したものは各層間にお
いて、ほぼ（２〜８）×10-6／℃の熱膨張率差が
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250〜400℃に加熱したAlまたはAl合
金基材にまずCr15〜25重量％を含むNi−Cr合金
またはAl4〜22重量％を含むNi−Al合金あるいは
前記Ni−Cr合金にAl4〜22重量％を添加したNi
−Cr−Al合金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、Ni
−Al合金またはNi−Cr−Al合金はそれぞれの粒
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合金に
おいてはAl品位が４〜22重量％、Ni−Cr−Al合
金においては、Al品位が４〜22重量％、クロム
品位が15〜25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。 なおここにいうNi−Al号き、Ni−Cr−Al合金
とは、Ni又はNi−Cr合金に被覆された複合粉末
であるいはNi、Cr、Alの微粉造粒粉末、又は各
成分の金属結合合金粉末のいずれであつても良
い。 本発明の特徴の一つは前記した通りAlまたは
Al合金基材を温度250〜400℃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250℃以下に
おいては加熱の効果は比較的弱く、また400℃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
400℃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。なお基材の加熱に際して
は、特に350℃以上の高温加熱の場合は、基材の
変質をさける為、短時間の加熱で所定温度とし、
すみやかに下地溶射することが望ましい。下地溶
射の厚さは、0.05〜0.2mmの範囲が適しており、
0.05mm以下では熱応力緩和の効果が弱く、一方
0.2mmを超えると溶射加工費がかさむのみで効果
の向上は期待できない。 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、更に熱膨張係
数は可能な限り基材金属ならびに下地材金属の熱
膨張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、酸化物セラミツク材を溶射することによ
つて得られる溶射加工体は熱サイクル環境下にお
いて長時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
して膨張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、この下地層に熱膨張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
コニア層の熱膨張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張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 純Al、Al−13％Si合金およびAl−1.5％Mg合
金基材にNi−Cr合金、Ni−Al合金またはNi−Cr
−Al合金を250〜400℃に加熱された基材上に溶
射し、次いで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0.1mm
（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各種酸
化物を用い、基材を加熱せず、または250℃以下
もしくは400℃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。
化物を用い、基材を加熱せず、または250℃以下
もしくは400℃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.４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10時間運転１時間停
止の間けつ運転でエンジンテストを実施した結
果、前者は20サイクルの運転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２サイクル目の運転後エ
ンジン内を調べたところ、ピストン頂部溶射皮膜
の約30％に欠落が観察された。 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.４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10時間運転１時間停
止の間けつ運転でエンジンテストを実施した結
果、前者は20サイクルの運転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２サイクル目の運転後エ
ンジン内を調べたところ、ピストン頂部溶射皮膜
の約30％に欠落が観察された。 以上の結果から本発明方法によつて形成された
溶射皮膜の耐剥離性は極めて良好であることは明
らかである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 温度250℃ないし400℃に加熱したアルミニウ
ムまたはアルミニウム合金基材に、下地層として
アルミニウム４〜22重量％を含有するニツケル−
アルミニウム合金、またはクロム15〜25重量％を
含有するニツケル−クロム合金、あるいはクロム
15〜25重量％とアルミニウム４〜22重量％を含有
するニツケル−クロム−アルミニウム合金のうち
いずれが１種を溶射し、次いで該下地層の上にセ
ラミツク材料を溶射することを特徴とするセラミ
ツク溶射皮膜形成方法。 ２ セラミツク材料が安定化ジルコニア系材料で
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項の方
法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60047400A JPS61207566A (ja) | 1985-03-12 | 1985-03-12 | セラミツク溶射皮膜形成方法 |
| US07/408,951 US5204189A (en) | 1985-03-12 | 1989-09-18 | Heat-sensitive transferring recording medium |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60047400A JPS61207566A (ja) | 1985-03-12 | 1985-03-12 | セラミツク溶射皮膜形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61207566A JPS61207566A (ja) | 1986-09-13 |
| JPH0515781B2 true JPH0515781B2 (ja) | 1993-03-02 |
Family
ID=12774059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60047400A Granted JPS61207566A (ja) | 1985-03-12 | 1985-03-12 | セラミツク溶射皮膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61207566A (ja) |
Families Citing this family (11)
| 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 |
| JPS63274751A (ja) * | 1987-05-01 | 1988-11-11 | Toyota Motor Corp | セラミック溶射部材 |
| US5204302A (en) * | 1991-09-05 | 1993-04-20 | Technalum Research, Inc. | Catalyst composition and a method for its preparation |
| US5520516A (en) * | 1994-09-16 | 1996-05-28 | Praxair S.T. Technology, Inc. | Zirconia-based tipped blades having macrocracked structure |
| FR2763259A1 (fr) * | 1997-05-16 | 1998-11-20 | Ecia Equip Composants Ind Auto | Catalyseur en materiau composite, convertisseur muni d'un tel catalyseur et procede pour sa fabrication |
| JP3510993B2 (ja) | 1999-12-10 | 2004-03-29 | トーカロ株式会社 | プラズマ処理容器内部材およびその製造方法 |
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| JP4607530B2 (ja) | 2004-09-28 | 2011-01-05 | 株式会社日立製作所 | 遮熱被覆を有する耐熱部材およびガスタービン |
| JP4889271B2 (ja) * | 2005-09-26 | 2012-03-07 | 国立大学法人東北大学 | 金属ガラス複合材料およびそれを使用した電子電気機器用部材 |
| JP6246666B2 (ja) * | 2014-06-11 | 2017-12-13 | 日本発條株式会社 | 積層体の製造方法 |
| JP6599950B2 (ja) * | 2017-09-20 | 2019-10-30 | 日本発條株式会社 | 積層体及び積層体の製造方法 |
-
1985
- 1985-03-12 JP JP60047400A patent/JPS61207566A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61207566A (ja) | 1986-09-13 |
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