JPS5822543B2 - 炭化ケイ素被覆基材の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 基材表面の耐摩耗性や耐熱性を改善するために、表面に
炭化ケイ素のような物質を適用することが提案されてき
た。

炭化ケイ素をプラズマ噴霧法で基材表面に適用し、保護
膜を形成する方法が従来法として提案されている。

しかし、基材表面に炭化ケイ素をプラズマ噴霧法で吹付
けると、その溶着物は炭化ケイ素、二酸化ケイ素および
数ｐｐｍ以下の極微量のケイ素を含む０そのようにして
適用された膜は基材表面へ強固に接着していないため、
ぬぐったりこすったりすることにより容易に剥離してし
まう。

我々の研究により、炭化ケイ素は基材表面へ成功裡にプ
ラズマ噴霧できないことがわかった０また、他の人々も
見出しているように、炭化ケイ素のアーク噴霧法は基材
に強固に接着した被膜を与えることはできないことがわ
かった。

むしろ、そのようなアーク噴霧法は、ぬぐったりこすっ
たりすることによって容易に剥離する被覆を基材上に生
ずる。

従って、基材へ炭化ケイ素をアークプラズマ噴霧するこ
とは、基材に耐摩耗性や耐熱性の表面を与えるのに用い
ることができる製法とはならない。

米国特許第３．４ ！ ９，４１５号は、耐火性炭化物
と、炎噴霧温度で該炭化物の金属と反応して炭化物を生
成できる形であって前記炭化物中の分子結合炭素を基準
にして少なくとも５（重量）係の過剰炭素とを含む混合
物をプラズマ噴霧することを開示している。

この特許は過剰炭素は分子結合炭素の１０〜１００重量
係の量であるのが望ましいことを示している。

この特許は炭化ケイ素は出発の炭化物材料の１つにでき
ることを述べている。

我々は米国特許第３，４１９，４１５号に開示の方法を
、アーク噴霧する混合物の成分の１つとして炭化ケイ素
を使用し乍らその特許の教示に従って再現してみた。

混合物のもう１つの成分は炭素であった。

炭化ケイ素と炭素の混合物について行なった２つの別々
の実験で我々の得た結果は、その特許に記載されている
ものに従わなかった。

両実験共、基体に溶着した被膜は炭化ケイ素、酸化ケイ
素及び数ｐｐｍの微量ケイ素を含有していた。

この被膜の基体への接着性は全くないか或いは極めて低
いものであった。

その付着した被膜は基体表面からぬぐったり、こするこ
とによってほとんど或いは全く困難なく剥離した、従っ
て耐摩耗性や耐熱性の被膜は表面に得られなかった。

炭化ケイ素と炭素との混合物を噴霧することによって得
られた結果は、我々の意見では炭化ケイ素を単独で噴霧
した時に得られる結果と同一であった。

前述の如く、米国特許第３，４１９，４１５号に開示の
被覆法を再現するために我々は次のような２つの実験を
行なった。

第１の実験では、４０匡のβ炭化ケイ素粉末を１２ＣＣ
の黒鉛、４ ｃｆ：、、のフルフラールおよび５０匡の
アルコールと混合して被覆配合物を形成し、この場合個
々の炭化ケイ素粉は前記特許の教示に従って薄い炭素膜
で被覆した。

この混合物を乾燥して粉末にし、それをいくつかの別々
の基材にプラズマ噴霧した。

溶着被膜の接着性を試験した所、ぬぐったり、こすった
りすることにより基材から容易に剥離することがわかっ
た。

前述の如く、いくつかの被膜のＸ−線回折の結果、その
被膜は炭化ケイ素、二酸化ケイ素、および微量（数ｐｐ
ｍ ）のケイ素からなることがわかった。

第２の実験では、商業的品位の黒鉛をケイ素金属粉末と
混合し、その混合物を異なった基材にプラズマ噴霧した
。

この混合体は３３（体積）％の黒鉛と６６．６（体積）
係のケイ素金属粉末を含有していた。

溶着被膜の接着性を試験した所、ぬぐったり、こすった
りすることによって基材から容易に剥離した。

被覆のＸ−線回折の特徴は、その被膜が炭化ケイ素、二
酸化ケイ素および微量（数ｐｐｍ ）のケイ素からなる
ことを示していた。

従って、米国特許第３，４１９，４１５号は炎噴霧した
時に基材へ強固には接着しない炭化ケイ素−炭素被膜を
開示していることになる。

米国特許第３，２７４，０７７号は耐熱性で自然復元性
の被膜およびその被覆方法を開示している。

一般に、その方法は耐火酸化物とこれに混合したケイ素
からなる被膜のアーク・プラズマ噴霧被覆法に関するも
のである。

この場合、アーク・プラズマ噴霧される材料は基材−ト
に被覆を形成し、その被膜内のケイ素は耐火酸化物上お
よびそれらの間を被覆している。

耐火酸化物とそれに付随しているケイ素の間には相互作
用は全くない。

本発明の目的は、本質的にβ一炭化ケイ素とケイ素から
なり、耐摩耗性と耐熱性をもった被膜が表面に強固に接
着された基材を新しい製品として提供することである。

さらに、本発明の目的は、本質的に、微砕ケイ素と混合
した微砕炭化ケイ素からなるアーク・プラズマ噴霧用の
新規被覆組成物を提供することである。

さらに、本発明の目的は、微砕炭化ケイ素と微砕ケイ素
の混合物をプラズマ・スプレー・ガンに供給し、基材の
露出表面を本質的にβ一炭化ケイ素とケイ素からなる被
膜で被覆するように基材の露出表面へ向けてプラズマス
プレーすることからなる基材被覆法を提供することであ
る○ この発明はアークプラズマ噴霧用の新しい被覆組成物、
該組成物の適用法、およびそれによって得られる製品に
関し、特に、適用された被膜が基材に耐摩耗性および耐
熱性を与えるような組成物、方法および製品に関する。

その被膜は、ある場合には被覆した基材表面に耐薬品性
も与える。

その外、その被膜は、放射線保護表面、優れた耐摩耗性
表面および腐食性環境に長い間曝しても悪影響を受けな
い表面を与えるような基材表面に被覆を適用する他の機
能を果すのにも役立つであろう。

本発明の教示によると、プラズマ・アーク噴霧用被覆組
成物は、本質的に微砕ケイ素を混合した微砕炭化ケイ素
からなる○本発明の望ましい実施態様によると、プラズ
マ噴霧用微粉混合物は本質的に炭化ケイ素とケイ素から
なり、その個々の炭化ケイ素の粒径は１００〜３２５メ
ツシユ（１４９〜４４μ）そして個々のケイ素の粒径は
１８０〜３２５メツシユ（８５〜４４μ）である。

別の好ましい実施態様によると、本質的に炭化ケイ素と
ケイ素からなる微砕混合物は、５〜１２０μの範囲の直
径を有するβ一炭化ケイ素微小球状の炭化ケイ素と、１
８０〜３２５メツシユ（８５〜４４μ）の範囲の粒径を
有するケイ木粒から形成される。

さらに、本発明の被覆組成物の望ましい実施態様の教示
によると、炭化ケイ素は炭化ケイ素とケイ素の微粉状混
合物の少なくとも７０〜９０体積％、望ましくは８０〜
８５体積係を構成する０また、本発明は基材に被覆を形
成する方法を教示する。

この方法は本質的にプラズマ・スプレーを発生する工程
を含む。

微粉炭化ケイ素とケイ素の混合物をプラズマ・スプレー
に供給し、そのプラズマ・スプレーを基材の露出表面に
向けることによって、その露出表面を本質的にβ型炭化
ケイ素とケイ素からなる被覆で被覆する。

本法の好ましい実施態様によると、プラズマ噴霧用微粉
混合物は１００〜３２５メツシユ（１４９〜４４μ）の
範囲の粒径を有する個々の炭化ケイ素粒子と１８０〜３
２５メツシユ（８５〜４４μ）の粒径を有する個々のケ
イ素粒子から形成される０本発明の方法の別の好ましい
実施態様では、プラズマスプレーされる微粉混合物は、
本質的に５〜１２０μの範囲の直径を有する微小球状の
β型炭化ケイ素粒子と１８０〜３２０メツシユ（８５〜
４４μ）の粒径を有するケイ素粒子からなる０本発明法
の別の好ましい教示によると、炭化ケイ素は、炭化ケイ
素とケイ素とから本質になる微粉混合体の少なくとも７
０〜９０％、好ましくは８０〜８５体積係を構成する。

さらに、本発明の教示により基材上に被膜を形成する方
法も教示される。

この方法は、基材の露出した表面−ヒヘ炭化ケイ素とケ
イ素をプラズマ・スプレー・ガンによって噴射すること
からなる。

炭化ケイ素はプラズマ・スプレー・ガンによってガス状
に昇華され、ケイ素と炭素に分解される。

ケイ素はプラズマ・スプレーの高温で気化してガス状に
なる。

そのガス状物質の一部が基材上に凝縮する。

炭素は飛んでいる間或いは基材上に凝縮する際に基材上
に凝縮するケイ素と反応してβ一炭化ケイ素を生成し、
それによって基材に付着するβ−炭化ケイ素−ケイ素相
の被膜を形成する。

この方法の特定の具体例によると、噴霧混合物の炭化ケ
イ木粒は、１００〜３２５メツシユ（１４９〜４４μ）
の範囲の粒径を有する個々の炭化ケイ素粒子と、１８０
〜３２５メツシユ（８５〜４４μ）の範囲の粒径を有す
るケイ素粒子から形成される。

別の好ましい実施態様として、炭化ケイ素は、５〜１２
０μの範囲の直径を有するβ一炭化ケイ素微小球粒と、
１８０〜３２５メツシユ（８５〜４４μ）の粒径を有す
るケイ素粒子の形になっている。

さらに本法の好ましい教示によると、炭化ケイ素は炭化
ケイ素とケイ素の微粉混合物の少なくとも７０〜９０係
、好ましくは８０〜８５体積係を構成する。

また、本明細書は新規製造品として、基材と、β一炭化
ケイ素とケイ素からなる前記基材上の被覆を開示する。

その被覆は、本質的に炭化ケイ素とケイ素からなる微粉
混合物のプラズマ噴霧によって基材に施される。

好ましい実施態様によると、プラズマ噴霧用微粉混合物
は本質的にｉｏｏ〜３２５メツシュ（１−４９〜４４μ
）の範囲粒径を有する個々の炭化ケイ素粒子と１８０〜
３２５メツシユ（８５〜４４μ）の範囲の粒径を有する
個個のケイ素粒子からなる。

新規製品の別の好ましい実施態様によると、プラズマ噴
霧用微粉混合物は本質的に５〜１２０μの範囲の直径を
有するβ一炭化ケイ素微小球状の炭化ケイ素と１８０〜
３２５メツシユ（８５〜４４μ）の範囲の粒径を有する
ケイ素粒子からなる。

さらに、この新規製品に関する別の好ましい教示による
と、プラズマ噴霧用の炭化ケイ素とケイ素の微粉混合物
は、その微粉混合物の少なくとも７０〜９０体積係、好
ましくは８０〜８５体積係が炭化ケイ素からなる。

また、本明細書は新規製品としてβ一炭化ケイ素とケイ
素から本質的になり強固に接着した被膜を有する基材を
開示する。

本明細書の好ましい教示によると、この新規製品は、気
密に接着した被覆が１５〜７０体積係、好ましくは３０
〜６０体積係のβ一炭化ケイ素を含むところのものであ
る。

本明細書に開示する噴霧組成物およびその適用方法は、
基材上に保護被覆を与えるために種々の金属基材および
非金属基材に使用できる方法である。

その保護被覆は熱保護被覆、摩耗保護被覆、環境からの
保護被覆、或いは所望の用途のための保護被覆になる。

例えば、もしその被覆が機械加工工具として使用される
材料に施されると、その被覆は耐摩耗表面を与え、機械
加工工具の有効寿命を長くする。

好ましい実施態様の説明 時々の融点をもつ材料をプラズマ噴霧した被覆はもう長
年用いられてきている（ Ｍ、Ｌ、 Ｔ ｈｏ ｒ ｐ
ｅ 。

”Ｔｈｅ Ｐｌａｓｍａ Ｊｅｔ ａｎｄ ｉｔｓ Ｕ
ｓｅｓ、Ｒｃｓｅａ−ｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐ
ｍｅｎｔ”、 Ｖｏｌ、 １１．４１（１９６０）を参
照されたい〕。

プラズマ噴霧セラミックー酸化物被覆は、金属構造材料
上の熱障壁層として使用されている（Ｊ、Ａ、Ｍｏｃｈ
、 ”Ｃｅｒ−ａｍｉｃｓ ａｎｄ ′Ｒｅｆｒａｃｔ
ｏｒｙ Ｃｏａｔｉｎｇｓ ” 、Ｍａｔ−ｅｒｉａｌ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ］、 １ 、 ｐａｇｅ
１０１〜１０８（１９７４）を参照されたい〕。

多くのロケットおよび宇宙開発では基材を保護するため
にプラズマ噴霧した超合金、炭化物或いはケイ化物の如
きものを併用している（Ｃ，Ｊ、Ｎｅ５ｓｌｅｒ ａｎ
ｄ Ｊ、Ｒ，ＰＰａｌｅｔｍｏ、 ”Ｐｌａｓｍａ Ａ
ｒｃ Ｃｏａｔ ｉｎｇｓ”、Ｍａｔｅ−ｒｉａｌｓ
ｉｎ Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、ｐ、
１０９〜１１３ 、Ｊｕｎｅ 、１９６２を参照された
い〕。

プラズマ噴霧被膜の目的は表面硬度、耐摩耗性、耐摩擦
性、耐酸化性および（または）耐食性を改善することで
ある。

特に有用な被覆材料は、もしそれが基材表面に成功裡に
適用でさるならば、炭化ケイ素である。

炭化ケイ素の物理的および機械的特性は被覆として極め
て魅力的なものである。

特に、炭化ケイ素材料を魅力的なものにする特性は高温
における強度、硬度、耐摩耗性、耐酸化性および高温で
の中性子放射損傷に対する耐性が優れていることである
。

また、この材料は導電性が良い。しかし、プラズマ噴霧
した他の材料と異なり、炭化ケイ素は２６００℃で融解
せずに昇華する。

化学蒸着法を用いて選択した基材に炭化ケイ素を被覆す
ることが可能となった（Ｅ、ＦｉｔｚｅｒａｎｄＤ、Ｋ
ｅｈｒ、 ”Ｃａｒｂｏｎ 、 Ｃａｒｂｉｄｅ ａｎ
ｄ Ｓｉ ｌ ｉｃｉｄｅＣｏａｔｉｎｇ” 、Ｔｈ１
ｎ ５ｏｌｉｄ Ｆｉ １ｍｓ、 ３９ 、 ｐ５５〜
６７、（１９７６）を参照されたい〕Ｏ炭化ケイ素層は
メチルクロロシランから誘導したケイ素と炭素の同時蒸
着によって形成されるが、シランまたはクロロシランと
炭化水素との混合物を使用することもできる。

別の場合として、炭化ケイ素はメチルトリクロロシラン
の熱分解法によって核燃料粒子上に付着された。

これらのケイ素−炭化物被覆燃料粒子は二酸化炭素ガス
で冷却した原子炉に使用された（Ｃ，Ｗ、 Ｆｏｒｅｓ
ｔ、Ｐ、Ｋｅｎｎｅｄｙａｎｄ １．Ｖ、 Ｓｈｅｒｍ
ａｎ 、 ＵＫＡＥＡ Ｒｅａｃｔｏｒ Ｇｒａ−ｕｐ
Ｒｅｐｏｒｔ、 ＴＩ’（、ＧＴ（、ｅｐｏｒｔ２０
５３（Ｓ）、 １９７０を参照されたい〕。

我々は純粋の炭化ケイ素をプラズマ・スプレー被覆しよ
うと試みたが成功しなかった。

純粋炭化ケイ素を基材上に噴霧すると、実際に基材上に
付着した物質は、本質的にβ一炭化ケイ素、二酸化ケイ
素および数贈の微量ケイ素からなっていた。

その適用された物質は基材へ測定できる程の接着性をも
たないので、基材から容易に除去された。

その被覆は基材から拭ったりこすることにより容易に除
かれた。

我々は基材を炭化ケイ素とケイ素の混合物でプラズマ・
スプレー被覆する方法を開発した。

この方法により基材上にβ−炭化ケイ素−ケイ素の強固
に付着した被覆が得られる。

これらの被覆は高温強度、硬度、耐摩耗性、耐酸化性、
および高温での中性子照射に対する耐久性が極めて優れ
る。

本発明の被覆材料は、本発明の方法に従って金属でも非
金属でも適当な基材に適用して本発明の物品をつくるこ
とができる。

一般に、保護せんとする表面はプラズマ噴霧被覆をする
前に先ず脱脂し、そして表面を粗くする。

表面が汚れている場合には、当分野でよく知られている
ように一般にベンゼン、アセトン、四塩化炭素のような
有機物質を含む超音波浴槽を使用することによって表面
を脱脂する。

表面を粗くするのはサンドブラストやガラスブラストで
行なうことができる。

別の場合、例えばアルミニウム表面のような場合には化
学腐食によって表面を粗くすることができる。

表面は気密に付着した被覆を置けるのに充分な程度進相
くしさえすればよい。

アーク・プラズマ噴霧は基材へ被覆を適用するためのも
のとして知られている。

種々の型のアーク・プラズマ装置が市販されているが、
我々が使用した装置はプラズマダイン（Ｐｌａｓｍａｄ
ｙｎｅ）粉末供給装置を備えたアブコ（Ａｖｃｏ）プラ
ズマ噴霧装置である。

この噴霧装置に使用したガスはアルゴンでプラズマ・ス
プレーの温度は５００アンペアに設定した電流で調節し
た。

その電流は４００〜６００アンペアの範囲内で変えるこ
とができる。

プラズマ炎の温度は数人の研究者によって測定した所、
１４，９ Ｘ １０”０Ｃ（３０，０００下）の高温で
あった。

我々によって行われた試験で、アルゴンガスの導入圧力
を監視し、約２．８ｋｇ／ｉ （４０ｐｓｉ）より高く
維持した。

ノズルから基材への噴霧距離は一般に約１０〜１５ＣＩ
ｒＬ（４〜６１ｎ）の範囲にあった。

発明の特定の実施態様による噴霧材料は、本質的に炭化
ケイ素−ケイ素粉末混合物からなっていた。

好ましい一実施態様として炭化ケイ素粉末はα相または
β相のもので、微粉混合物の少なくとも７０〜９０体積
係、好ましくは８０〜８５体積係を占める。

その炭化ケイ素粒子は一般に１００〜３２５メツシユ（
１４９〜４４μ）の範囲の粒径を有し、一方ケイ素粒子
は１８０〜３２５メツシユ（８５〜４４μ）の範囲の粒
径を右側る。

本発明の最も好ましい教示によると、プラズマ噴霧する
混合物の炭化ケイ素は５〜１２０μの範囲の直径を有す
るβ一炭化ケイ素微小球の形をしていて、ケイ素粒子は
１８０〜３２５メツシユ（８５〜４４μ）の範囲の粒径
を有する。

この場合の炭化ケイ素はやはり炭化ケイ素とケイ素から
なる微粉混合体の少なくとも７０〜９０体積係を占める
のが好ましく、最も好ましくは８０〜８５体積係を占め
る。

β炭化珪素微小球の構造のものを作る方法は、純粋β炭
化ケイ素の製法と題する米国特許第４，１６６，８４１
号に記載されている。

我々の使用したプラズマ噴霧装置では、プラズマ噴霧す
る材料に関して成る好ましい粒径範囲が発見された。

例えば、もしプラズマ噴霧用微粉混合物が炭化ケイ素粒
子とケイ素粒子からなる場合には、個々の炭化ケイ素粒
子は１００〜３２５メツシユ（１４９〜４４μ）の範囲
の粒径をもち、そして個々のケイ素粒子は１８０〜３２
５メツシユ（８５〜４４μ）の範囲の粒径をもつのが好
ましかった。

混合物の炭化ケイ素がβ一炭化ケイ素微小球の形をして
いる場合には、噴霧すべき混合物中の材料として５〜１
２０μの範囲の直径の微小球を使用するのが好ましかっ
た。

当業者には知られているように、噴霧装置や供給装置の
型が変われば、噴霧材料の粒径範囲もわずかに変わるか
も知れない。

前述の如く、被覆と基材間の接着を良くするために一般
に基材表面を少し和くする必要がある。

これは、プラズマ溶着中に得られる被覆と基材の結合が
主として機械的結合によるためである。

しかし、成る基材は被覆と化学結合形成する。

例えば、被覆が鋼に適用された時である。

そのような化学結合は後の熱処理で強くすることができ
る。

第１表に示す結果から、微小球粒子からつくつた立方晶
系の炭化ケイ素を含む噴霧粉末が最良であることが結論
づけられる。

その流動性および接着性は優れ、そして極めて均一な殻
の厚さをもつと共に中空であることが広範囲の粒径を使
用できるようにしている。

最終の付着被覆中に存在する炭化ケイ素およびその接着
性に対する出発噴霧粉末中のケイ素含量の関係を決める
ために、微小球粒子からつくったβ一炭化ケイ素を用い
て一連の実１験を行なった。

その結果を第２表に示す。

註＊：前もって混合した標準試料との比較によ：すＸ−
線回折法で測定。

＊＊二三二酸化ケイ素ＳｉＯ２）が存在。

それぞれの基材に付着した全ての被覆についてＸ−線回
折像をとった。

これらのＸ−線回折像から、被膜がケイ素とβ一炭化ケ
イ素を含有しているものと同定された。

新たに生成したβ一炭化ケイ素の濃度は出発粉末と噴霧
パラメーター、特に粒径、５ｉＣ−８ｉ比、使用炭化ケ
イ素の種類、噴霧距離およびその他のいくつかの噴霧に
関係した変数に依存する。

炭化ケイ素粒子は超高温のプラズマ炎を通過する間に、
それらは約２６００°Ｃ（４７００下）で昇華してケイ
素および炭素の蒸気を生成する。

添加したケイ素粉末は低温で完全に気化する。

ケイ素に富む蒸気は冷たい基材で固化して５ｉＣ−８１
の被覆を形成する。

新しく形成された炭化ケイ素は、たとえ出発の炭化ケイ
素が六方晶（ψ型であっても常にβ型であることがイつ
かった。

我々の実、験から、噴霧用粉末混合物「円こ余分のケイ
素（結合剤の作用をする）が存在しないと新しく生成し
たβ一炭化ケイ素は基材に結合しないことがわかった。

良好な被膜の形成は、中空で微小球状の炭化ケイ木粒（
これは流動性が良くプラズマ・ジェットに容易に乗せる
ことができる）の使用によってさらに促進される。

金属上の被覆 ５ｉＣ−８ｉ粉末混合物を用いて成功裡に被覆した各種
金属基材を第３表に示す。

それら金属基材は全て付着した５ｉＣ−８ｉと優れた結
合を示していたＯ セラミックスおよび炭化物上の被膜 ５ｉＣ−８ｉ粉末混合物を用いて成功裡にプラズマ噴霧
被覆した各種セラミック基材を第４表に示す。

それらの被覆の厚さは測定しなかった。こすり、研削お
よび研磨によって、殆んどの基材と付着被膜間の付着が
室温で強固であることがわかった。

高温での接着性に対する影響をみるために、試料に温度
サイクルを与えた。

４１１８ ＳＡＥ鋼（０，１７〜０，２３％Ｃ、０，６
０〜１．００％Ｍｎ 、 ０．３０〜０．７０％Ｃｒ
、 ０．０８〜０、１５ ％Ｍｏ１残りＦｅ）およびア
ルミナ（Ａ１２０３）の基材から切り取った試料に炭化
ケイ素−ケイ素をプラズマ噴霧被覆した。

これらの被覆試料に抵抗炉内で空気中で熱サイクルにか
けた。

炉温は所定の温度に設定し、その温度になったら試料を
高＊温域に被覆表面を上にして入れた。

その試料は設定温度に５分間保持した後、室温に空冷し
た。

このサイクルを各温度で１０回くり返した。

１０サイクルの間および後に、光学顕微鏡で試料の損傷
或はその他の変化を観察した。

次に、その試験を次の一層高い温度で続けた。

結果を第５表に示す。

被覆と基材間の熱膨張の差にもかかわらず、広範囲の使
用温度に亘って分離や割れが全くなかった。

線膨張係数は炭化ケイ素（ＳｉＣ）が４．４×１０−６
／°Ｃ１アルミナ（Ａ１２０３）が８．０Ｘ１０−６／
°Ｃ１ケイ素（Ｓｉ）が４Ｘ１０’／℃、そじて４１１
８ＳＡ、Ｅ鋼が１１．７Ｘ １０−６／”Ｃであること
を注目されたい。

８００°Ｃの温度サイクルの後で４１１８ＳＡＥ鋼にみ
られる点食は、この種の鋼が約７５０°Ｃの温度で受け
る相変態の結果であろう。

以上説明したように、結合剤としてのケイ素金属粉末と
混合した六方晶系（φまたは立方晶系（βの炭化ケイ素
粉末は、金属、セラミック、炭化物、および他の適当な
基材に成功裡にプラズマ噴霧することができる。

付着被覆の組成はＸ−線回折法で定性的に同定した。

付着物の微細構造は光学および走査電子顕微鏡を用いで
調べた。

被覆の基材への付着性の検査にはこすり、研削および研
磨法を用いてた。

被覆中に新しく形成された炭化ケイ素は常にβであって
ケイ素に富む表面に強固に結合する。

付着被覆中の炭化ケイ素含有量は、炭化ケイ素とケイ素
の混合比、出発粉末の粒径、噴霧距離および他の噴霧パ
ラメーターの選択によって変えることができる。

ケイ素含有量は出発粉末中よりも被覆中の方が常に太き
い。

用途 本発明の被覆組成物は本発明で教示された方法に従って
、被覆基材の製造のために適用することができる。

被覆基材は前述の如く多くの用途を有する。

被覆基材の用途を示すために、被覆した金属加工工具の
いくつかの例を以下に記載する。

例１ ２種類のＴ−１５高速度鋼切削工具を相互に比較する。

−力は本明細書に記載の如き炭化ケイ素−ケイ素被膜を
有するもθ入他方はその被膜のないものである。

その工具は両方共旋盤に使用して１０４５鋼を表面速度
約５５ｍ／分（１８５ｆｔ／分）、切削深さ約０．１５
ｍ （０，０６０ｉｎ）、１回転当りの送り速度的０．
０２８ｍ（０，０１１ｉｎ）で切削した。

被切削材を冷却するために冷却剤として５８９Ｂを使用
した。

非被覆の切削工具は先端の過剰な摩耗のために２５．１
分で駄目になった。

被覆切削ｌテ具は６５．０分の使用で破損のため駄目に
なった。

例２ 例１と同一の２種類の工具を冷却剤を用いずに比較した
。

非被覆の切削工具は４．０分の使用で破損により駄目に
なったが、被覆切削工具は１６．３分後に実験を１トめ
たため駄目にならなかった。

被覆工具の先端摩耗は約０．００２５ＣＷＬ（０，００
１ｉｎ）であった。

先端摩耗の許容値は約０．０２５Ｃ７ｒＬ（０，０１０
ｉｎ）であるので、被覆工具は末だ摩耗しつくされてい
なかった。

例３ 例１の試験に類似する第２の試験において、非被覆工具
は３１．７分の使用で過剰の先端摩耗のために駄目にな
ったが、被覆工具は８１．５分の使用で破損のため駄目
になった。

以上の例は、金属切削工具の保護に使用した場合の本発
明の被覆の有用性を示している。

この被覆は例示した他の２，３の分野でも同様の有用性
を有する。

以上、本発明の特定の実施態様を例示し記述してきたが
、本発明の範囲内で種々の変化および改良を行うことが
できることは当業者には明白であろう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基材にプラズマアーク噴霧用被覆組成物をプラズマ
   スプレーすることにより炭化ケイ素被覆基材を製造する
   方法において、該組成物が、本質的に炭化ケイ素とケイ
   素との混合物からなり、該炭化ケイ素は粒径が１４９〜
   ４４μ微粉砕粒子であるか又は５〜１２０μの微小球状
   炭化ケイ素であり、該ケイ素の粒径は８５〜４４μ微粉
   砕粒子であり、炭化ケイ素は該混合物の７０〜９０体積
   係を占めることを特徴とする、炭化ケイ素被覆基材の製
   造方法。 ２ 炭化ケイ素が混合物の８０〜８５体積係を占める前
   記第１項に記載の方法。 ３ 炭化ケイ素がβ型炭化ケイ素からなる前記第１項に
   記載の方法。 ４ 組成物中の炭化ケイ素がα型炭化ケイ素である前記
   第１項に記載の方法。