JPH0730434B2 - TiB▲下2▼皮膜形成方法及びTiB▲下2▼皮膜 - Google Patents

TiB▲下2▼皮膜形成方法及びTiB▲下2▼皮膜

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JPH0730434B2
JPH0730434B2 JP2219497A JP21949790A JPH0730434B2 JP H0730434 B2 JPH0730434 B2 JP H0730434B2 JP 2219497 A JP2219497 A JP 2219497A JP 21949790 A JP21949790 A JP 21949790A JP H0730434 B2 JPH0730434 B2 JP H0730434B2
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tib
powder
film
substrate
aluminum
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文和 伊ケ崎
国男 神谷
周一郎 加藤
昭一 金気
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工業技術院長
株式会社日本アルミ
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、成型しにくかったTiB2(ホウ化チタン)を材
料として利用すべく皮膜として得るためのTiB2被覆形成
方法、及び特にアルミニウム又はアルミニウム合金(以
下、総称してアルミニウムと呼ぶ)からなる基体表面に
形成されたTiB2皮膜に関するものである。
(従来技術及びその問題点) 金属ホウ化物の一種であるTiB2は、高融点で電気伝導性
を有し、硬く、耐酸化性に優れている。そのため、耐摩
耗性材料、電極材料、耐食材料、耐熱材料等として利用
しようとする要望が強かった。
しかし、TiB2は焼結では緻密な成型体が得られにくく、
材料としては充分に利用されていなかった。また、TiB2
は現実的にはたいへん得にくいものであり、TiとBとを
混合して単に発熱反応を生じさせただけでは決して良好
に得られるものではない。
(発明の目的) 本発明は、TiB2を種々の機能材料として利用すべく皮膜
として良好且つ確実に得ることのできるTiB2皮膜形成方
法、及び特にアルミニウムからなる基体表面に形成され
たTiB2皮膜を提供することを目的とする。
(目的を達成するための手段) 本発明のTiB2皮膜形成方法は、Ti粉末1モルに対しB粉
末を1.1〜2モルの割合で用い、両粉末を、Ti粉末の凹
凸のある表面にB粉末を入り込ませると共にTi粉末をB
粉末で被覆するように混合し、不活性雰囲気中にて、上
記混合粉を、アルミニウム又はアルミニウム合金からな
る基体の表面にプラズマ溶射して基体表面にTiB2皮膜を
形成することを特徴とするものである。
また、本発明のTiB2皮膜は、アルミニウム又はアルミニ
ウム合金からなる基体表面に形成されたTiB2皮膜であっ
て、基体と皮膜との界面が混じり合っていることを特徴
とするものである。
第1図は本発明において用いるプラズマ溶射装置の一例
を示す概略図である。図において、10はプラズマ溶射を
行なう装置本体、20は排気装置、30は冷却装置、40は粉
末供給装置、50はガス制御装置、60は電源である。装置
本体10において、壁が二重構造となっているチャンバー
11内には、プラズマを発生するガン12と、基板13と、基
板13を保持するホルダー14とが設置されており、また、
チャンバー11には真空計15が取付けられている。排気装
置20は、チャンバー11に一端が連通し他端が大気に開放
された管21に、チャンバー11側から順に排気冷却装置2
2、ダストフィルタ23、ボールバルブ24、ピラニー真空
計25及びリーク弁26、油回転真空ポンプ27、オイルミス
トトラップ28が介設されて、構成されている。冷却装置
30において、冷却水を保持するタンク31には冷却水を送
給する通路が連結されており、その通路はガン12に冷却
水を送る第1通路32、チャンバー11の二重壁の間に冷却
水を送る第2通路33、基板13を冷却するためホルダー14
に冷却水を送る第3通路34、排気冷却装置22に冷却水を
送る第4通路35で構成されている。粉末供給装置40にお
いて、Ti粉末とB粉末とが貯められるタンク41には、タ
ンク41内を減圧するための小型真空ポンプ42と真空計43
とが連結されている。また、タンク41からは粉末供給通
路44が延びており、その先端はガン12のプラズマ発射部
近傍に位置している。ガス制御装置50は、タンク41内の
Ti及びBの粉末を通路44を通して供給するための不活性
ガスを送給する第1制御部51、プラズマガスとして用い
られる不活性ガスを送給する第2制御部52、及びチャン
バー11内を不活性雰囲気とするための不活性ガスを送給
する第3制御部53を備えている。電源60はガン12に接続
されている。
上記装置を用いた基板13表面へのTiB2皮膜の形成は次の
ように行なう。まず、Ti粉末とB粉末を、混合した後に
粉末供給装置40のタンク41内に投入する。この場合は、
第2図に示す写真及びその写真を模式的に示す第3図に
示すようにホソカワミクロン株式会社のメカノフュージ
ョン処理によって、Ti粉末1の凹凸のある表面1aにB粉
末2を入り込ませ、更にTi粉末をB粉末2で被覆させる
ように、行なっている。次に、排気装置20のポンプ27に
よりチャンバー11内を1torr以下とした後、第3制御部5
3によりチャンバー11内に不活性ガスを供給してチャン
バー11内をプラズマ溶射に適した圧に戻す。一般には10
0〜760torrとする。一方、粉末供給装置40においても、
タンク41内をポンプ42により減圧した後、第1制御部51
によりタンク41内に不活性ガスを供給して充満させる。
電源60をオンし且つ第2制御部52によりプラズマガスを
供給してガン12から基板13にプラズマを照射すると同時
に、タンク41から通路44を通してTiとBの混合粉末をプ
ラズマ内に供給する。
なお、不活性ガスとしては、例えばアルゴンガスを用い
ることができる。また、プラズマ照射の対象物として
は、基板13のような板に限らず、その他の形状のもので
もよく、対象物の材質としては、例えばアルミニウム、
鋼、チタン等を用いることができる。
(作用) プラズマ溶射される際、TiとBは次式に示すように自己
発熱反応を起してTiB2へと変化し、基体表面にはTiB2
膜が形成される。
Ti+B2→TiB2+539KJ 本発明では、TiとBの両粉末を、Ti粉末の凹凸のある表
面にB粉末を入り込ませると共にTi粉末をB粉末で被覆
するように混合しているので、Ti粉末とB粉末との接触
が粉末単位で緊密なものとなり、両粉末間の発熱反応が
良好に行なわれる。しかも、B粉末が、Ti粉末表面の凹
凸に入り込んでいるため、プラズマ溶射の際にTi粉末表
面から引き離されることはなく、両粉末間の発熱反応は
確実に行なわれる。
更に、本発明では、不活性雰囲気中にてプラズマ溶射す
るので、Ti粉末表面の酸化が確実に防止され、発熱反応
が阻止されることはなく、両粉末間の発熱反応は良好に
且つ確実に行なわれる。
また、本発明では、基体としてアルミニウムを用いたの
でプラズマ溶射の際に生じた熱によりアルミニウム表面
が溶ける。このため、形成されたTiB2皮膜とアルミニウ
ム基体との界面は混じり合うこととなり、TiB2皮膜はア
ルミニウム基体に対して大きな機械的強度でもって接合
する。
(発明の効果) 以上のように、本発明のTiB2皮膜形成方法によれば、基
体表面に良好且つ確実にTiB2皮膜を形成することができ
る。従って、TiB2を皮膜材料として用いることによって
TiB2の特質を生かした製品を得ることができる。特に、
TiB2は高強度材料としては比重が最も小さい部類に属す
るので、基体としてアルミニウムを用いることにより、
比強度の高い機能性複合材料を形成することができる。
このような材料は、周知の如く、航空機、自動車、ロボ
ット等の産業機械の分野で待望されているものである。
また、本発明のTiB2皮膜によれば、TiB2皮膜とアルミニ
ウム基体表面との界面が混じり合っているので、TiB2
膜はアルミニウム基体に大きな機械的強度でもって接合
している。
(実施例) 実施例 粒径38〜44μmのTi粉末1モルに対して平均粒径0.85μ
mのB粉末を1.14モルの割合で用い、ホソカワミクロン
株式会社のメカノフュージョン処理装置によって、両粉
末を第2図及び第3図に示すように混合した。この混合
粉末を、第1図に示すプラズマ溶射装置により、アルミ
ニウムからなる基板表面にプラズマ溶射した。プラズマ
溶射の条件としては、プラズマガスにアルガンを用い、
ガス流量35/min、電流800A、電圧28V、溶射距離70mm
とした。
これにより、第4図(写真)に示す断面のTiB2皮膜を得
た。第4図において、上層はTiB2皮膜、下層はアルミニ
ウムからなる基板であり、上側が皮膜表面である。第5
図はTiB2皮膜のX線回折図である。第5図において、a
はTiB2を示すピーク、bはTiを示すピークである。第5
図から明らかなように本実施例で得られた皮膜は、TiB2
を含有したTiB2皮膜である。また、第7図(写真)ない
し第9図(写真)は、第6図(第4図の一部拡大図(写
真))に示す部分のX線マイクロアナライザによる分析
図であり、第7図はBの分布を示し、第8図はTiの分布
を示し、第9図はAlの分布を示す。なお、各分布は白い
点で示されている。また、第6図においては、左上側が
皮膜表面であり、右下側が基板である。これからは、B
は皮膜表面側に多く存在し、Tiはその逆であることがわ
かる。従って、このTiB2皮膜は傾斜組成のものである。
第11図(写真)及び第12図(写真)は、第10図(第4図
の一部拡大図(写真))に示す部分を白線の部分でEP分
析した分布図である。第11図は、右側寄りの波形で示さ
れるTiと左側寄りの波形で示されるBとが界面(右半分
の略中央部)で混じり合っていることを示しており、こ
れから第12図において、中央寄りの波形で示されるTi及
び左側寄りの波形で示されるBの界面が(右半分の略中
央部)で右側寄りの波形で示されるAlと混じり合ってい
ることがわかる。なお、第10図においては、左側が皮膜
表面であり、右側が基板である。第13図(写真)は第10
図のTiB2皮膜(左側部分)とアルミニウム基板(右側部
分)表面との界面を拡大して示す図であり、第14図(写
真)ないし第16図(写真)は第13図に示す部分のX線マ
イクロアナライザによる分析図であり、第14図はBの分
布を示し、第15図はTiの分布を示し、第16図はAlの分布
を示す。なお、各分布は白い点で示されている。これか
らも、Ti及びBが界面でAlと混じり合っていることがわ
かる。
以上のように、本実施例によれば、Ti粉末とB粉末とを
第2図及び第3図のように混合してプラズマ溶射したの
で、気泡のない緻密な構造のTiB2皮膜を得ることができ
た。しかも、アルミニウムからなる基板13a表面に溶射
したので、基板13aと強く接合したTiB2皮膜を得ること
ができた。
比較例 粒径10〜44μmのTi粉末1モルに対して粒径5〜200μ
mのB粉末を2モルの割合で用い、両粉末を単に混ぜる
だけで混合した。この混合粉末を、第1図に示すプラズ
マ溶射装置により鋼製の基板表面にプラズマ溶射した。
プラズマ溶射の条件としては、プラズマガスにアルゴン
を用い、ガス流量35/min、電流600〜800A、電圧28V、
溶射距離70mmとした。
第17図(写真)は得られたTiB2皮膜の断面を示す。第17
図において、上層はTiB2皮膜、下層は鋼製の基板であ
る。第18図は第17図のTiB2皮膜のX線回折図である。第
18図において、aはTiB2を示すピーク、bはTiを示すピ
ークである。第18図から明らかなように、本比較例にお
けるTiB2を示すピークは上記実施例に比して不明瞭であ
る。即ち、本比較例では、TiB2は上記実施例ほど良好に
は得られていない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のTiB2皮膜形成方法で用いるプラズマ溶
射装置の一例を示す概略図、第2図は粒子構造を示す図
面に代わる写真であり、具体的にはTi粉末とB粉末との
混合状態を示している。第3図は第2図を模式的に示し
た図、第4図は結晶の構造を示す図面に代わる写真であ
り、具体的には実施例で得られたTiB2皮膜の断面構造を
示している。第5図は第4図のTiB2皮膜のX線回折図、
第6図は結晶の構造を示す図面に代わる写真であり、具
体的には第4図を一部拡大して示している。第7図ない
第9図は第6図に示す部分のX線マイクロアナライザに
よる分析図に代わる写真であり、第7図はBの分布、第
8図はTiの分布、第9図はAlの分布を示す。第10図は結
晶の構造を示す図面に代わる写真であり、具体的には第
4図を一部拡大して示している。第11図及び第12図はオ
シロ波形を示す図面に代わる写真であり、具体的には第
10図に示す部分を白線の部分でEP分析して得た分布を示
している。第13図は結晶の構造を示す図面に代わる写真
であり、具体的には第10図のTiB2皮膜とアルミニウム基
板との界面を拡大して示している。第14図ないし第16図
は第13図に示す部分のX線マイクロアナライザによる分
析図に代わる写真であり、第14図はBの分布、第15図は
Tiの分布、第16図はAlの分布を示す。第17図は結晶の構
造を示す図面に代わる写真であり、具体的には比較例で
得られたTiB2皮膜の断面を示している。第18図は第17図
のTiB2皮膜のX線回折図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 周一郎 大阪府大阪市淀川区三国本町3丁目9番39 号 日本アルミニウム工業株式会社内 (72)発明者 金気 昭一 大阪府大阪市淀川区三国本町3丁目9番39 号 日本アルミニウム工業株式会社内 審査官 木南 仁 (56)参考文献 特公 昭40−22363(JP,B1)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Ti粉末1モルに対しB粉末を1.1〜2モル
    の割合で用い、両粉末を、Ti粉末の凹凸のある表面にB
    粉末を入り込ませると共にTi粉末をB粉末で被覆するよ
    うに混合し、不活性雰囲気中にて、上記混合粉を、アル
    ミニウム又はアルミニウム合金からなる基体の表面にプ
    ラズマ溶射して基体表面にTiB2皮膜を形成することを特
    徴とするTiB2皮膜形成方法。
  2. 【請求項2】アルミニウム又はアルミニウム合金からな
    る基体表面に形成されたTiB2皮膜であって、基体と皮膜
    との界面が混じり合っていることを特徴とするTiBB2
    膜。
JP2219497A 1990-08-20 1990-08-20 TiB▲下2▼皮膜形成方法及びTiB▲下2▼皮膜 Expired - Lifetime JPH0730434B2 (ja)

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