JPH0657396A - 断熱溶射層の形成方法 - Google Patents
断熱溶射層の形成方法Info
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- JPH0657396A JPH0657396A JP4233066A JP23306692A JPH0657396A JP H0657396 A JPH0657396 A JP H0657396A JP 4233066 A JP4233066 A JP 4233066A JP 23306692 A JP23306692 A JP 23306692A JP H0657396 A JPH0657396 A JP H0657396A
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- layer
- thermally sprayed
- heat insulating
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 均一で高い気孔率を持ち断熱性能に優れた断
熱溶射層を容易に得ること。さらに、下地層と断熱溶射
層の界面の密着性及び耐酸化性を改善すること。 【構成】 基材１０上に下地層１１を形成し、この上に
断熱性に優れたセラミック粉末の緻密な溶射層１２を形
成し、さらに断熱性に優れたセラミック粉末と所定量の
Ｓｉ3Ｎ4粉末の混合粉末を溶射し、気孔率の高い溶射層
１３を形成する。混合粉末中のＳｉ3Ｎ4粉末がプラズマ
溶射過程で高温加熱され、ガス化するため、形成された
溶射層１３中には多数の気孔が残留し、気孔率が高く断
熱性に優れた溶射層となる。一方、溶射層１２は緻密で
あるため、下地層１１との密着性がよく、耐酸化性も優
れる。
熱溶射層を容易に得ること。さらに、下地層と断熱溶射
層の界面の密着性及び耐酸化性を改善すること。 【構成】 基材１０上に下地層１１を形成し、この上に
断熱性に優れたセラミック粉末の緻密な溶射層１２を形
成し、さらに断熱性に優れたセラミック粉末と所定量の
Ｓｉ3Ｎ4粉末の混合粉末を溶射し、気孔率の高い溶射層
１３を形成する。混合粉末中のＳｉ3Ｎ4粉末がプラズマ
溶射過程で高温加熱され、ガス化するため、形成された
溶射層１３中には多数の気孔が残留し、気孔率が高く断
熱性に優れた溶射層となる。一方、溶射層１２は緻密で
あるため、下地層１１との密着性がよく、耐酸化性も優
れる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、基材の表面に断熱性
の優れたセラミック粉末を溶射して、断熱溶射層を形成
する方法に関し、特に、エンジンのピストン頂部や排気
系部材の内部を断熱するに適した断熱溶射層の形成方法
に関するものである。
の優れたセラミック粉末を溶射して、断熱溶射層を形成
する方法に関し、特に、エンジンのピストン頂部や排気
系部材の内部を断熱するに適した断熱溶射層の形成方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】エンジン始動時の燃焼室の温度を早期に
上昇させるため、ピストン頂部に断熱溶射層を形成した
り、同じくエンジン始動時の排気ガス温度の低下を防止
し触媒の浄化効率を向上させるため、排気系の部材内面
に断熱溶射層を形成することが従来より知られている。
上昇させるため、ピストン頂部に断熱溶射層を形成した
り、同じくエンジン始動時の排気ガス温度の低下を防止
し触媒の浄化効率を向上させるため、排気系の部材内面
に断熱溶射層を形成することが従来より知られている。
【０００３】かかる断熱溶射層を形成するときは、ま
ず、基材表面に密着性向上のための下地層（たとえば、
Ｎｉ−Ｃｒ層）を形成し、次いで、断熱性に優れるＺｒ
Ｏ2等の粉末をプラズマ溶射する。このようにして形成
された溶射層は、周知の通り内部に微細な気孔を有し、
その断熱性能は気孔率が高いほど優れている。
ず、基材表面に密着性向上のための下地層（たとえば、
Ｎｉ−Ｃｒ層）を形成し、次いで、断熱性に優れるＺｒ
Ｏ2等の粉末をプラズマ溶射する。このようにして形成
された溶射層は、周知の通り内部に微細な気孔を有し、
その断熱性能は気孔率が高いほど優れている。
【０００４】そして、溶射層の気孔率は、溶射粉末の粒
度により調整されており、微細粉末を使用したときは気
孔率が低く断熱性に比較的劣る溶射層が形成され、逆
に、粗粒の粉末を使用したときは気孔率が高く断熱性に
優れた溶射層が形成される。しかし、粗粒の粉末を使用
したときは、溶射層内に均一に気孔を分散させることが
難しく、しかも、通常１０％を越える高い気孔率の溶射
層を得ることは困難であった。
度により調整されており、微細粉末を使用したときは気
孔率が低く断熱性に比較的劣る溶射層が形成され、逆
に、粗粒の粉末を使用したときは気孔率が高く断熱性に
優れた溶射層が形成される。しかし、粗粒の粉末を使用
したときは、溶射層内に均一に気孔を分散させることが
難しく、しかも、通常１０％を越える高い気孔率の溶射
層を得ることは困難であった。
【０００５】また、特開昭６３−１６１１５０号公報に
は、微細粉末と粗粒の粉末を一定割合で混合し、この混
合粉末を粗粒の粉末が完全には溶融しない条件で基材上
にプラズマ溶射し、高い気孔率の断熱溶射層を得る方法
が記載されている。しかし、この方法は、セラミック粉
末の粒度の選定や溶射条件の設定が難しいほか、粗粒の
粉末の大部分が溶融しないため粒子同士の密着性が不十
分になりやすいという難点がある。
は、微細粉末と粗粒の粉末を一定割合で混合し、この混
合粉末を粗粒の粉末が完全には溶融しない条件で基材上
にプラズマ溶射し、高い気孔率の断熱溶射層を得る方法
が記載されている。しかし、この方法は、セラミック粉
末の粒度の選定や溶射条件の設定が難しいほか、粗粒の
粉末の大部分が溶融しないため粒子同士の密着性が不十
分になりやすいという難点がある。
【０００６】さらに、従来の断熱溶射層においては、断
熱性能を高めようとして気孔率を高くするときは、一般
的に下地層−断熱溶射層界面の密着性及び耐酸化性の悪
化が避けられないという問題点もあった。
熱性能を高めようとして気孔率を高くするときは、一般
的に下地層−断熱溶射層界面の密着性及び耐酸化性の悪
化が避けられないという問題点もあった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の問題点
に鑑み、本発明は、均一で高い気孔率を持ち断熱性能に
優れた断熱溶射層を容易に得ることを１つの目的とし、
さらに、下地層−断熱溶射層界面の密着性及び耐酸化性
を改善することを別の目的とするものである。
に鑑み、本発明は、均一で高い気孔率を持ち断熱性能に
優れた断熱溶射層を容易に得ることを１つの目的とし、
さらに、下地層−断熱溶射層界面の密着性及び耐酸化性
を改善することを別の目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明に関わる
断熱溶射層の形成方法は、基材上に断熱性に優れたセラ
ミック粉末と所定量のＳｉ3Ｎ4粉末の混合粉末を溶射
し、気孔率の高い溶射層を形成することを特徴とし、好
ましくは、基材上に断熱性に優れたセラミック粉末の緻
密な溶射層を形成したうえで、上記気孔率の高い溶射層
を形成することを特徴とする。また、本発明において
は、断熱性に優れたセラミック粉末と所定量のＳｉ3Ｎ4
粉末を造粒粉とし、これを溶射することが好ましい。
断熱溶射層の形成方法は、基材上に断熱性に優れたセラ
ミック粉末と所定量のＳｉ3Ｎ4粉末の混合粉末を溶射
し、気孔率の高い溶射層を形成することを特徴とし、好
ましくは、基材上に断熱性に優れたセラミック粉末の緻
密な溶射層を形成したうえで、上記気孔率の高い溶射層
を形成することを特徴とする。また、本発明において
は、断熱性に優れたセラミック粉末と所定量のＳｉ3Ｎ4
粉末を造粒粉とし、これを溶射することが好ましい。
【０００９】本発明の対象となる断熱性に優れたセラミ
ックとしては、ＺｒＯ2又はＺｒＯ2を主体とし助剤とし
てＹ2Ｏ3を含有するセラミックが好適であるが、Ａｌ2
Ｏ3等、溶射材料として使用される他のセラミックも使
用することができる。なお、本発明の方法において、気
孔率の高い溶射層又は緻密な溶射層は、基材上に直接形
成することもでき、また、たとえばＮｉ−Ｃｒ層等の下
地層を介して形成することもできる。
ックとしては、ＺｒＯ2又はＺｒＯ2を主体とし助剤とし
てＹ2Ｏ3を含有するセラミックが好適であるが、Ａｌ2
Ｏ3等、溶射材料として使用される他のセラミックも使
用することができる。なお、本発明の方法において、気
孔率の高い溶射層又は緻密な溶射層は、基材上に直接形
成することもでき、また、たとえばＮｉ−Ｃｒ層等の下
地層を介して形成することもできる。
【００１０】
【作用】まず、本発明は、混合粉末中のＳｉ3Ｎ4粉末が
プラズマ溶射等による溶射過程で高温加熱され、ガス化
する現象を利用したものである。Ｓｉ3Ｎ4粉末がガス化
するため、基材上に形成された溶射層中には多数の気孔
が残留し、気孔率が高く断熱性に優れた溶射層を容易に
形成することができる。
プラズマ溶射等による溶射過程で高温加熱され、ガス化
する現象を利用したものである。Ｓｉ3Ｎ4粉末がガス化
するため、基材上に形成された溶射層中には多数の気孔
が残留し、気孔率が高く断熱性に優れた溶射層を容易に
形成することができる。
【００１１】ところで、気孔が均一に分布する溶射層を
得るためには、供給される混合粉末の流れの中で均一に
Ｓｉ3Ｎ4粉末を分布させる必要があるが、混合粉末の粒
度が大きく異なるときなどは、それが困難な場合が多
い。また、供給される粉末の粒度が余りに小さいとき
も、粉末の流れが安定せず、気孔が均一に分布する溶射
層を得ることが困難な場合がある。そこで、本発明にお
いては、より均一な気孔分布を得るため混合粉末を造粒
粉とし、造粒粉中に均一にＳｉ3Ｎ4粉末を分散させるこ
ととした。この場合、断熱性に優れたセラミック粉末と
Ｓｉ3Ｎ4粉末の粒度には特に制限がなく、たとえば微細
なＳｉ3Ｎ4粉末を使用したときは、微細な気孔が均一に
分布した溶射層を得ることができる。
得るためには、供給される混合粉末の流れの中で均一に
Ｓｉ3Ｎ4粉末を分布させる必要があるが、混合粉末の粒
度が大きく異なるときなどは、それが困難な場合が多
い。また、供給される粉末の粒度が余りに小さいとき
も、粉末の流れが安定せず、気孔が均一に分布する溶射
層を得ることが困難な場合がある。そこで、本発明にお
いては、より均一な気孔分布を得るため混合粉末を造粒
粉とし、造粒粉中に均一にＳｉ3Ｎ4粉末を分散させるこ
ととした。この場合、断熱性に優れたセラミック粉末と
Ｓｉ3Ｎ4粉末の粒度には特に制限がなく、たとえば微細
なＳｉ3Ｎ4粉末を使用したときは、微細な気孔が均一に
分布した溶射層を得ることができる。
【００１２】本発明においては、溶射層の気孔率は、混
合粉末におけるＳｉ3Ｎ4粉末の添加量で調整し、その好
ましい添加量範囲は５〜１５重量％である。すなわち、
５％未満では気孔形成に十分な効果がなく、１５％を越
えると気孔が粗大化するとともに連続化しやすくなり、
下地層あるいは緻密な溶射層との界面の密着性が悪化す
るためである。
合粉末におけるＳｉ3Ｎ4粉末の添加量で調整し、その好
ましい添加量範囲は５〜１５重量％である。すなわち、
５％未満では気孔形成に十分な効果がなく、１５％を越
えると気孔が粗大化するとともに連続化しやすくなり、
下地層あるいは緻密な溶射層との界面の密着性が悪化す
るためである。
【００１３】Ｓｉ3Ｎ4粉末を上記範囲内で添加すること
により、溶射層の気孔率を約１０〜２５％とすることが
でき、高い断熱性能を持つ気孔率の高い溶射層を得るこ
とができる。なお、Ｓｉ3Ｎ4粉末を添加しないときの溶
射層の気孔率は、高くても５〜１０％程度に過ぎない。
図２に、１例として、８％Ｙ2Ｏ3−９２％ＺｒＯ2の熱
伝導率と気孔率のグラフを示すが、本発明で得られる気
孔率範囲では熱伝導率が一層小さく、断熱性が優れてい
ることが分かる。
により、溶射層の気孔率を約１０〜２５％とすることが
でき、高い断熱性能を持つ気孔率の高い溶射層を得るこ
とができる。なお、Ｓｉ3Ｎ4粉末を添加しないときの溶
射層の気孔率は、高くても５〜１０％程度に過ぎない。
図２に、１例として、８％Ｙ2Ｏ3−９２％ＺｒＯ2の熱
伝導率と気孔率のグラフを示すが、本発明で得られる気
孔率範囲では熱伝導率が一層小さく、断熱性が優れてい
ることが分かる。
【００１４】さらに、本発明において、基材上に断熱性
に優れたセラミック粉末の緻密な溶射層を形成したうえ
で、上記気孔率の高い溶射層を形成するときは、該緻密
な溶射層は基材（又は下地層）と界面の密着性に優れ、
耐酸化性にも優れているため、全体として、両者の優れ
た特質を兼ね備えた断熱溶射層を得ることができる。
に優れたセラミック粉末の緻密な溶射層を形成したうえ
で、上記気孔率の高い溶射層を形成するときは、該緻密
な溶射層は基材（又は下地層）と界面の密着性に優れ、
耐酸化性にも優れているため、全体として、両者の優れ
た特質を兼ね備えた断熱溶射層を得ることができる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の方法を利用して基材上に断熱
溶射層を形成する際の、製造工程の１例を図３に示すブ
ロック図を参照して説明する。（１）まず、基材とし
て、鋳鉄（ＦＣＤ５００）を用い、（２）アセトン等の
溶剤を使用して洗浄、脱脂、（３）基材表面をショット
ブラスト。ブラスト材は粒度４０〜５０メッシュのアル
ミナ粒子で、ブラスト圧４ｋｇ／ｃｍ2。（４）プラズ
マ溶射により基材上に３０μｍ厚の下地層を形成。溶射
材料は、粒径１０〜４５μｍの８０Ｎｉ−２０Ｃｒ合金
粉末。（５）プラズマ溶射により下地層上に２００μｍ
厚の緻密な溶射層を形成。溶射材料は、粒径５〜３５μ
ｍの８％Ｙ2Ｏ3−９２％ＺｒＯ2粉末。（６）プラズマ
溶射により３００μｍ厚の気孔率の高い溶射層を形成。
溶射材料は、粒径５μｍ以下の８％Ｙ2Ｏ3−９２％Ｚｒ
Ｏ2粉末に、粒径２μｍ以下のＳｉ3Ｎ4粉末を１０％配
合し、混合造粒した粒径１０〜４５μｍの造粒粉（図４
参照）。
溶射層を形成する際の、製造工程の１例を図３に示すブ
ロック図を参照して説明する。（１）まず、基材とし
て、鋳鉄（ＦＣＤ５００）を用い、（２）アセトン等の
溶剤を使用して洗浄、脱脂、（３）基材表面をショット
ブラスト。ブラスト材は粒度４０〜５０メッシュのアル
ミナ粒子で、ブラスト圧４ｋｇ／ｃｍ2。（４）プラズ
マ溶射により基材上に３０μｍ厚の下地層を形成。溶射
材料は、粒径１０〜４５μｍの８０Ｎｉ−２０Ｃｒ合金
粉末。（５）プラズマ溶射により下地層上に２００μｍ
厚の緻密な溶射層を形成。溶射材料は、粒径５〜３５μ
ｍの８％Ｙ2Ｏ3−９２％ＺｒＯ2粉末。（６）プラズマ
溶射により３００μｍ厚の気孔率の高い溶射層を形成。
溶射材料は、粒径５μｍ以下の８％Ｙ2Ｏ3−９２％Ｚｒ
Ｏ2粉末に、粒径２μｍ以下のＳｉ3Ｎ4粉末を１０％配
合し、混合造粒した粒径１０〜４５μｍの造粒粉（図４
参照）。
【００１６】上記工程により形成された断熱溶射層の断
面模式図を図１に示す。図１によれば、基材１０上に下
地層１１が形成され、その上に緻密な溶射層１２、さら
にその上に気孔率の高い溶射層１３が形成されている。
ｐで示すのが気孔である。ここに示すように、溶射層１
２の気孔率は小さく、溶射層１３の気孔率はＳｉ3Ｎ4が
ガス化して飛散したため高くなっている。本実施例にお
ける断熱溶射層１４は、緻密な溶射層１２と気孔率の高
い溶射層１３の２層からなるため、断熱効果が高いと同
時に、下地層２との密着性がよく、耐酸化性も高いとい
う特性がある。
面模式図を図１に示す。図１によれば、基材１０上に下
地層１１が形成され、その上に緻密な溶射層１２、さら
にその上に気孔率の高い溶射層１３が形成されている。
ｐで示すのが気孔である。ここに示すように、溶射層１
２の気孔率は小さく、溶射層１３の気孔率はＳｉ3Ｎ4が
ガス化して飛散したため高くなっている。本実施例にお
ける断熱溶射層１４は、緻密な溶射層１２と気孔率の高
い溶射層１３の２層からなるため、断熱効果が高いと同
時に、下地層２との密着性がよく、耐酸化性も高いとい
う特性がある。
【００１７】比較のため、従来工程の１例を同じブロッ
ク図３を参照して説明する。上記実施例と異なる点は、
上記（５）及び（６）の工程の代わりに、（７）プラズ
マ溶射により下地層上に約５００μｍの溶射層を形成し
た点である。使用した８％Ｙ2Ｏ3−９２％ＺｒＯ2粉末
の粒度も、４５〜１００μｍと大きくなっている。この
従来工程により形成された断熱溶射層の断面模式図を図
５に示す。下地層１１上に断熱溶射層１５が形成されて
いるが、その気孔率は上記実施例の溶射層１３に比べ十
分ではないので断熱性に劣り、逆に上記実施例の溶射層
１２に比べると気孔率が大きいので、下地層１１との密
着性及び耐酸化性に劣る。
ク図３を参照して説明する。上記実施例と異なる点は、
上記（５）及び（６）の工程の代わりに、（７）プラズ
マ溶射により下地層上に約５００μｍの溶射層を形成し
た点である。使用した８％Ｙ2Ｏ3−９２％ＺｒＯ2粉末
の粒度も、４５〜１００μｍと大きくなっている。この
従来工程により形成された断熱溶射層の断面模式図を図
５に示す。下地層１１上に断熱溶射層１５が形成されて
いるが、その気孔率は上記実施例の溶射層１３に比べ十
分ではないので断熱性に劣り、逆に上記実施例の溶射層
１２に比べると気孔率が大きいので、下地層１１との密
着性及び耐酸化性に劣る。
【００１８】
【発明の効果】本発明によれば、基体上に均一で高い気
孔率を持ち断熱性能に優れた断熱溶射層を容易に得るこ
とができ、さらに、緻密な溶射層を形成したうえで高い
気孔率の溶射層を形成したときは、基体又は下地層との
密着性及び耐酸化性についても改善された断熱溶射層を
得ることができる。
孔率を持ち断熱性能に優れた断熱溶射層を容易に得るこ
とができ、さらに、緻密な溶射層を形成したうえで高い
気孔率の溶射層を形成したときは、基体又は下地層との
密着性及び耐酸化性についても改善された断熱溶射層を
得ることができる。
【図１】実施例の工程により形成された断熱溶射層の断
面模式図である。
面模式図である。
【図２】８％Ｙ2Ｏ3−９２％ＺｒＯ2の熱伝導率と気孔
率の関係を示す図である。
率の関係を示す図である。
【図３】基材上に断熱溶射層を形成する工程を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図４】Ｙ2Ｏ3−９２％ＺｒＯ2粉末とＳｉ3Ｎ4粉末か
らなる造粒粉の模式図である。
らなる造粒粉の模式図である。
【図５】従来例の工程により形成された断熱溶射層の断
面模式図である。
面模式図である。
１０ 基材 １１ 下地層 １２ 緻密な溶射層 １３ 気孔率の高い溶射層 １４ 本発明の断熱溶射層 １５ 従来の断熱溶射層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 魚崎 靖夫 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】 基材上に断熱性に優れたセラミック粉末
と所定量のＳｉ3Ｎ4粉末の混合粉末を溶射し、気孔率の
高い溶射層を形成することを特徴とする断熱溶射層の形
成方法。 - 【請求項２】 基材上に断熱性に優れたセラミック粉末
の緻密な溶射層を形成し、この上に断熱性に優れたセラ
ミック粉末と所定量のＳｉ3Ｎ4粉末の混合粉末を溶射
し、気孔率の高い溶射層を形成することを特徴とする断
熱溶射層の形成方法。 - 【請求項３】 断熱性に優れたセラミック粉末と所定量
のＳｉ3Ｎ4粉末の混合粉末が造粒粉であることを特徴と
する請求項１又は２に記載の断熱溶射層の形成方法。 - 【請求項４】 断熱性に優れたセラミック粉末は、Ｚｒ
Ｏ2とＹ2Ｏ3からなることを特徴とする請求項１ないし
３のいずれかに記載の断熱溶射層の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4233066A JPH0657396A (ja) | 1992-08-07 | 1992-08-07 | 断熱溶射層の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4233066A JPH0657396A (ja) | 1992-08-07 | 1992-08-07 | 断熱溶射層の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0657396A true JPH0657396A (ja) | 1994-03-01 |
Family
ID=16949272
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4233066A Pending JPH0657396A (ja) | 1992-08-07 | 1992-08-07 | 断熱溶射層の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0657396A (ja) |
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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1992
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