JPS6035988B2 - プラズマ溶射法 - Google Patents
プラズマ溶射法Info
- Publication number
- JPS6035988B2 JPS6035988B2 JP54002246A JP224679A JPS6035988B2 JP S6035988 B2 JPS6035988 B2 JP S6035988B2 JP 54002246 A JP54002246 A JP 54002246A JP 224679 A JP224679 A JP 224679A JP S6035988 B2 JPS6035988 B2 JP S6035988B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plasma
- base material
- coating
- plasma spraying
- metal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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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
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
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- Organic Chemistry (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は母材との接着強度が優れた被覆のプラズマ溶射
法に関する。
法に関する。
一般に、プラズマ溶射法は、金属材料表面に耐摩耗性、
耐熱性、耐食性を与えるための金属、合金あるいはセラ
ミックスの被覆方法として広く知られている。
耐熱性、耐食性を与えるための金属、合金あるいはセラ
ミックスの被覆方法として広く知られている。
このプラズマ溶射法は、通常、第１図に示す装置を用い
て後述するような態様で行なわれている。
て後述するような態様で行なわれている。
第１図において、１はプラズマガン本体で、主にタング
ステン電極２と水冷鋼電極３で構成され、電極は絶縁体
４により電気的に分離され、タングステン電極２は直流
電源５の負極に、水冷鋼電極３は正極にそれぞれ接続さ
れている。６はガスボンベ７から供給されるプラズマガ
ス（〜，ＨｅあるいはＡｒ十５％Ｈｅ等）出口、８は港
射粉末をためておく気密性のホッパー、９は該溶射粉末
を粉末出口１０へ送給するための不活性ガス（〜あるい
はＨｅ等）ボンベである。
ステン電極２と水冷鋼電極３で構成され、電極は絶縁体
４により電気的に分離され、タングステン電極２は直流
電源５の負極に、水冷鋼電極３は正極にそれぞれ接続さ
れている。６はガスボンベ７から供給されるプラズマガ
ス（〜，ＨｅあるいはＡｒ十５％Ｈｅ等）出口、８は港
射粉末をためておく気密性のホッパー、９は該溶射粉末
を粉末出口１０へ送給するための不活性ガス（〜あるい
はＨｅ等）ボンベである。
先ず、ガスボンベ７から出口６を通してプラズマガスを
供給し、タングステン電極２と水冷鋼電極３の間に直流
電源５によりプラズマアークを発生させる。
供給し、タングステン電極２と水冷鋼電極３の間に直流
電源５によりプラズマアークを発生させる。
このプラズマアークはその圧力によってプラズマジェッ
トとなってプラズマガン１より噴出する。金属母材１１
は予めその被綾射面をブラスト処理し、所定の位置に設
置する。その後、ホッパー８の溶射粉末を不活性ガスボ
ンベ９からの不活性ガスにより粉末出口１０を通して上
記のプラズマジェット中に供給し、金属母材１１に溶射
する。しかしながら、上記のプラズマ溶射法はその欠点
として、金属母材と被覆との接着強度が低いため、機械
的衝撃、熱的衝撃を受けた場合、あるいは被覆を厚くし
た場合、剥離を生ずることがあげられる。
トとなってプラズマガン１より噴出する。金属母材１１
は予めその被綾射面をブラスト処理し、所定の位置に設
置する。その後、ホッパー８の溶射粉末を不活性ガスボ
ンベ９からの不活性ガスにより粉末出口１０を通して上
記のプラズマジェット中に供給し、金属母材１１に溶射
する。しかしながら、上記のプラズマ溶射法はその欠点
として、金属母材と被覆との接着強度が低いため、機械
的衝撃、熱的衝撃を受けた場合、あるいは被覆を厚くし
た場合、剥離を生ずることがあげられる。
この金属母材と被覆との接着強度が低いのは、プラズマ
溶射が大気中で行なわれるため、溶射的あるし、は溶射
中に金属母材表面に酸化被覆が形成され、これが金属母
材と被覆との冶金的結合を阻害していることが大きな原
因となっている。
溶射が大気中で行なわれるため、溶射的あるし、は溶射
中に金属母材表面に酸化被覆が形成され、これが金属母
材と被覆との冶金的結合を阻害していることが大きな原
因となっている。
特に、活性なアルミニウム合金やチタン合金などは、大
気中でその表面に強固な酸化被覆を形成するため、これ
らの金属合金表面に金属、合金あるいはセラミックスを
プラズマ溶射しても、剥離が生ずるが、著しく低い接着
強度しか得られず、実用的でないという問題があった。
本発明は、接着強度が大きく、熱的および機械的衝撃に
対して優れた抵抗を有する金属、合金あるいはセラミッ
クス被覆が得られるプラズマ溶射法を提供するものであ
る。
気中でその表面に強固な酸化被覆を形成するため、これ
らの金属合金表面に金属、合金あるいはセラミックスを
プラズマ溶射しても、剥離が生ずるが、著しく低い接着
強度しか得られず、実用的でないという問題があった。
本発明は、接着強度が大きく、熱的および機械的衝撃に
対して優れた抵抗を有する金属、合金あるいはセラミッ
クス被覆が得られるプラズマ溶射法を提供するものであ
る。
すなわち本発明方法は、不活性ガス雰囲気中で母材金属
に負電圧を与えプラズマフレームによるクリーニング作
用を利用して母村金属表面の酸化被覆を除去した後、上
記母材金属材料への電圧を切り、金属、合金あるいはセ
ラミックスをプラズマ溶射することを特徴とするもので
ある。
に負電圧を与えプラズマフレームによるクリーニング作
用を利用して母村金属表面の酸化被覆を除去した後、上
記母材金属材料への電圧を切り、金属、合金あるいはセ
ラミックスをプラズマ溶射することを特徴とするもので
ある。
ところで、上言己プラズマフレームによるクリーニング
作用とは、母村金属に負電圧を与え、正電圧を与えた電
極との間に発生させたアーク中の正イオンを、母材金属
表面上に衝突させることにより母材金属表面上の酸化被
覆を除去する作用をいつｏ以下、添付図面を用いて本発
明方法を詳細に説明する。
作用とは、母村金属に負電圧を与え、正電圧を与えた電
極との間に発生させたアーク中の正イオンを、母材金属
表面上に衝突させることにより母材金属表面上の酸化被
覆を除去する作用をいつｏ以下、添付図面を用いて本発
明方法を詳細に説明する。
第２図は本発明方法の一実施態様を示す説明図で、第２
図中第１図と同一符号は第１図と同一機能品を示す。第
２図において、２１は不活性ガス雰囲気チャンバーで、
予め不活性ガス（ＡｒあるいはＨｅ等）が充満されてい
る。金属母材１１は直流電源５とは別の直流電線２２の
負極に接続され、その正極はスイッチ２３を介して水冷
鋼電極３に接続される。先ず、ガスボンベ７からガス出
口６を通してプラズマガス（〜，Ｈｅあるいは〜十５％
比等）を供給し、タングステン電極２と水冷鋼電極３の
間に直流電源５によりプラズマアークを発生させる。
図中第１図と同一符号は第１図と同一機能品を示す。第
２図において、２１は不活性ガス雰囲気チャンバーで、
予め不活性ガス（ＡｒあるいはＨｅ等）が充満されてい
る。金属母材１１は直流電源５とは別の直流電線２２の
負極に接続され、その正極はスイッチ２３を介して水冷
鋼電極３に接続される。先ず、ガスボンベ７からガス出
口６を通してプラズマガス（〜，Ｈｅあるいは〜十５％
比等）を供給し、タングステン電極２と水冷鋼電極３の
間に直流電源５によりプラズマアークを発生させる。
この場合、プラズマアーク電流は通常のプラズマ溶射時
の電流より低めに設定する。発生したプラズマアークは
その圧力によりプラズマジェットとなってプラズマガン
より噴出する。金属母材１１は該プラズマジェットの先
端に接する位置に設置し、スイッチ２３を閉として金属
母材１１と水冷鋼電極３の間に電流を流す。これにより
金属母材１１はァークのクリ−ニング作用を受け酸化被
膜が除去され、清浄な表面が現出される。その後、スイ
ッチ２３を開とし、金属母材１１を前記した通常のプラ
ズマ溶射における所定の位置までずらし、プラズマアー
クの電流を通常のプラズマ溶射における所定の電流まで
高める。次いで、気密性のホッパー８内の溶射粉末を不
活性ガスボンベ９から不活性ガス（ＡｒあるいはＨｅ等
）により粉末出口１０を通して上記のプラズマジェット
中に供給し、金属母材１１に溶射する。上述した本発明
方法は、回転翼、水車等の羽根、エンジンのシリンダラ
ィナ、ピストンリング、機械の摺動部分、化学プラント
等の耐摩耗、断熱、耐熱、耐食被覆に適用され、これ等
母村へプラズマ溶射する金属、合金としては、ＡＩ、Ａ
Ｉ一３Ｃｕ一Ｍｇ、ＡＩ−４Ｍｇ、ＡＩ−１．庇ｉ、Ｃ
ｕ、Ｃｕ一熱り、９０血一皿Ｎｉ、７０Ｃｕ−３■Ｎｉ
、Ｆｅ、１８Ｃｒ一鮒ｉ、鋼、１＊ｒ鋼、Ｍｏ、Ｔｉ、
Ｔｉ−弘ｌ、Ｔｉ−４ＡＩ‐＄Ｍｏ−ＩＶ、Ｎｉ、Ｎｉ
−３にｕ（モネル）、Ｎｉ−３皿Ｍｏ（ハステロイ）、
ＮｉーＩ鴇ｒ‐Ｆｅ（インコネル）、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｂ−
Ｓｉ（目溶性合金）、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｂ−Ｓｉ−ＷＣ（目
溶性合金）、Ｎｉ山、ＮｉＣｒ等があげられ、セラミッ
クスとしては、ＡＩ２０３、６山り２０３−４０Ｔｉ０
２、Ｚｒ０２、８の【〕２一２印ＮｉＡ１、Ｃｒ２〇３
、Ｔｉ〇２、ＴＩＣ、８０Ｔｉｃ一２加Ｎｉ、ＮｂＣ、
８０ＮＯＣ一２０Ｎｉ、Ｃｒ２Ｃ３、８０Ｃｒ２Ｃ３一
２加ＮｉＣｒ、７０Ｃｒ２Ｃ３−３０ＮｉＣｒ、ＷＣ、
９０ＷＣ−ＩＯＣｏ、８５ＷＣ−１的ｏ、８５ＷＣ−１
印ｅＣ省筆があげられる。
の電流より低めに設定する。発生したプラズマアークは
その圧力によりプラズマジェットとなってプラズマガン
より噴出する。金属母材１１は該プラズマジェットの先
端に接する位置に設置し、スイッチ２３を閉として金属
母材１１と水冷鋼電極３の間に電流を流す。これにより
金属母材１１はァークのクリ−ニング作用を受け酸化被
膜が除去され、清浄な表面が現出される。その後、スイ
ッチ２３を開とし、金属母材１１を前記した通常のプラ
ズマ溶射における所定の位置までずらし、プラズマアー
クの電流を通常のプラズマ溶射における所定の電流まで
高める。次いで、気密性のホッパー８内の溶射粉末を不
活性ガスボンベ９から不活性ガス（ＡｒあるいはＨｅ等
）により粉末出口１０を通して上記のプラズマジェット
中に供給し、金属母材１１に溶射する。上述した本発明
方法は、回転翼、水車等の羽根、エンジンのシリンダラ
ィナ、ピストンリング、機械の摺動部分、化学プラント
等の耐摩耗、断熱、耐熱、耐食被覆に適用され、これ等
母村へプラズマ溶射する金属、合金としては、ＡＩ、Ａ
Ｉ一３Ｃｕ一Ｍｇ、ＡＩ−４Ｍｇ、ＡＩ−１．庇ｉ、Ｃ
ｕ、Ｃｕ一熱り、９０血一皿Ｎｉ、７０Ｃｕ−３■Ｎｉ
、Ｆｅ、１８Ｃｒ一鮒ｉ、鋼、１＊ｒ鋼、Ｍｏ、Ｔｉ、
Ｔｉ−弘ｌ、Ｔｉ−４ＡＩ‐＄Ｍｏ−ＩＶ、Ｎｉ、Ｎｉ
−３にｕ（モネル）、Ｎｉ−３皿Ｍｏ（ハステロイ）、
ＮｉーＩ鴇ｒ‐Ｆｅ（インコネル）、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｂ−
Ｓｉ（目溶性合金）、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｂ−Ｓｉ−ＷＣ（目
溶性合金）、Ｎｉ山、ＮｉＣｒ等があげられ、セラミッ
クスとしては、ＡＩ２０３、６山り２０３−４０Ｔｉ０
２、Ｚｒ０２、８の【〕２一２印ＮｉＡ１、Ｃｒ２〇３
、Ｔｉ〇２、ＴＩＣ、８０Ｔｉｃ一２加Ｎｉ、ＮｂＣ、
８０ＮＯＣ一２０Ｎｉ、Ｃｒ２Ｃ３、８０Ｃｒ２Ｃ３一
２加ＮｉＣｒ、７０Ｃｒ２Ｃ３−３０ＮｉＣｒ、ＷＣ、
９０ＷＣ−ＩＯＣｏ、８５ＷＣ−１的ｏ、８５ＷＣ−１
印ｅＣ省筆があげられる。
次に、本発明の実施例をあげる。実施例
ＡＩ合金母材にＮｉＡＩを第１図に示す従来のプラズマ
溶射法と第２図に示す本発明方法とで被覆した。
溶射法と第２図に示す本発明方法とで被覆した。
従来法の場合は、プラズマアーク電流は５０Ｍとし、母
材の設置位置はプラズマガン先端より７０〜１０仇蚊の
ところとした。
材の設置位置はプラズマガン先端より７０〜１０仇蚊の
ところとした。
本発明法の場合は、プラズマレールによるクリーニング
時のプラズマアーク電流は５０〜１００Ａ、この時の母
材の設置位置はプラズマジェットの先端に接するところ
とし、プラズマ溶射時のプラズマァーク電流は４００〜
５０Ｍ、この時の母材の設置位置はプラズマガンの先端
より７０〜１００側のところとした。
時のプラズマアーク電流は５０〜１００Ａ、この時の母
材の設置位置はプラズマジェットの先端に接するところ
とし、プラズマ溶射時のプラズマァーク電流は４００〜
５０Ｍ、この時の母材の設置位置はプラズマガンの先端
より７０〜１００側のところとした。
従来法で得られた被膜の接着部断面の顕微鏡写真を第３
図に、本発明方法で得られたそれを第４図に示す。
図に、本発明方法で得られたそれを第４図に示す。
第３，４図中、Ｑは母村、８は被膜である。第３図の従
来法による場合は、母村金Ｑと被膜Ｂとの境界は不連続
で、一部接着していない部分があり、母村Ｑと被膜Ｂの
間には冶金的結合が殆んとなく、接着強度は著しく低い
。
来法による場合は、母村金Ｑと被膜Ｂとの境界は不連続
で、一部接着していない部分があり、母村Ｑと被膜Ｂの
間には冶金的結合が殆んとなく、接着強度は著しく低い
。
これに対し、第４図の本発明方法による場合は、母材Ｑ
と被膜８との境界は連続しており、母材Ｑと被膜８は冶
金的結合により接着しており、被模の接着強度は著しく
向上している。
と被膜８との境界は連続しており、母材Ｑと被膜８は冶
金的結合により接着しており、被模の接着強度は著しく
向上している。
次に、接着強度試験を行なうために、１００×３０？肌
の山合金棒を２本用意し、一方のＡＩ合金棒（母材）の
端面にＮｊＡＩを上言己の従来法と本発明方法とで０．
５肌の厚さに被覆した。
の山合金棒を２本用意し、一方のＡＩ合金棒（母材）の
端面にＮｊＡＩを上言己の従来法と本発明方法とで０．
５肌の厚さに被覆した。
このＡＩ合金榛のＮｉＮ被膜面と、被膜を形成しない他
方のＡＩ合金棒の端面とのェポキシ樹脂系接着剤で接着
し、両方のＡＩ合金榛に引張り力を与え、彼断時の荷重
（破断応力）の測定と破断位置の調査によって接着強度
試験を行なった。結果は下表に示す通りであった。上表
から明らかなように、従来法によう被膜の接着強度は平
均１．０ｋ９／桝で、被断位置は全て母村と被膜の境界
部であるに対し、本発明方法による被膜の接着強度は平
均３．０ｋ９／柵で破断位置は３本中２本が接着剤部で
あり、本発明方法が従来法に比べ格段に優れた方法であ
ることが判る。
方のＡＩ合金棒の端面とのェポキシ樹脂系接着剤で接着
し、両方のＡＩ合金榛に引張り力を与え、彼断時の荷重
（破断応力）の測定と破断位置の調査によって接着強度
試験を行なった。結果は下表に示す通りであった。上表
から明らかなように、従来法によう被膜の接着強度は平
均１．０ｋ９／桝で、被断位置は全て母村と被膜の境界
部であるに対し、本発明方法による被膜の接着強度は平
均３．０ｋ９／柵で破断位置は３本中２本が接着剤部で
あり、本発明方法が従来法に比べ格段に優れた方法であ
ることが判る。
第１図は従来法によるプラズマ溶射法の、第２図は本発
明法によるプラズマ溶射法の一実施態様例を示す説明図
、第３図は第１図の方法で、第４図は第２図の方法で得
らた被膜の接着部断面の顕微鏡写真である。 矛１図 矛２図 オ３図 ガム図
明法によるプラズマ溶射法の一実施態様例を示す説明図
、第３図は第１図の方法で、第４図は第２図の方法で得
らた被膜の接着部断面の顕微鏡写真である。 矛１図 矛２図 オ３図 ガム図
Claims (1)
- １ プラズマ溶射によつて金属材表面上に金属、合金あ
るいはセラミツクスを被覆する方法において、不活性ガ
ス雰囲気中で、母材金属材料に負電圧を与えプラズマフ
レームによるクリーニング作用を利用して該母材金属材
料表面上の酸化被膜を除去した後、前記母材金属材料へ
の電圧を切り、金属、合金あるいはセラミツクスをプラ
ズマ溶射により被覆することを特徴とするプラズマ溶射
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54002246A JPS6035988B2 (ja) | 1979-01-16 | 1979-01-16 | プラズマ溶射法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54002246A JPS6035988B2 (ja) | 1979-01-16 | 1979-01-16 | プラズマ溶射法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5597464A JPS5597464A (en) | 1980-07-24 |
| JPS6035988B2 true JPS6035988B2 (ja) | 1985-08-17 |
Family
ID=11523987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP54002246A Expired JPS6035988B2 (ja) | 1979-01-16 | 1979-01-16 | プラズマ溶射法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6035988B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE430389B (sv) * | 1981-09-10 | 1983-11-14 | Dentatus Ab | Redskap for notande bearbetning |
| US20160130691A1 (en) * | 2014-11-07 | 2016-05-12 | GM Global Technology Operations LLC | Surface activation by plasma jets for thermal spray coating on cylinder bores |
-
1979
- 1979-01-16 JP JP54002246A patent/JPS6035988B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5597464A (en) | 1980-07-24 |
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