JPS6038466B2 - Coating method - Google Patents

Coating method

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JPS6038466B2
JPS6038466B2 JP2563377A JP2563377A JPS6038466B2 JP S6038466 B2 JPS6038466 B2 JP S6038466B2 JP 2563377 A JP2563377 A JP 2563377A JP 2563377 A JP2563377 A JP 2563377A JP S6038466 B2 JPS6038466 B2 JP S6038466B2
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JP
Japan
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coated
coating
laser beam
coating method
coating material
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JP2563377A
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隆 高岡
誠一 大越
俊雄 佐藤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/04Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C23C16/047Coating on selected surface areas, e.g. using masks using irradiation by energy or particles

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はしーザビームを用いて金属やセラミックなど
に被膜層を形成するコーティング方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a coating method for forming a coating layer on metal, ceramic, etc. using a laser beam.

一般に、金属やセラミックなど種々の部材に被膜を形成
する手段としてはメッキが多用されている。
In general, plating is often used as a means for forming coatings on various members such as metals and ceramics.

このメッキとしては電気メッキ、化学メッキ、置換メッ
キ、機械メッキなど溶解液中に部材を浸す方法、金属や
金属塩化物中に熱した部材を入れてその表面に被膜を形
成する蒸気メッキあるいは真空中で被膜を形成する金属
を加熱蒸着する真空メッキなどが知られている。だが、
従来の上記各メッキ方法においては、いずれの場合も都
材に形成することのできる被膜の材料が大きく制限され
、多種類の材料の被膜形式に適用することが不可能であ
った。
This plating includes methods such as electroplating, chemical plating, displacement plating, and mechanical plating in which the component is immersed in a solution, steam plating in which a heated component is placed in metal or metal chloride, and a film is formed on the surface, or vacuum plating. Vacuum plating, which heats and evaporates metal to form a film, is known. However,
In each of the conventional plating methods described above, the material of the coating that can be formed on the backing material is greatly limited, and it is impossible to apply the coating to a wide variety of materials.

また、溶液中や溶解液中に部材を浸す方法や真空メッキ
などでは、所定の容器中でメッキを行なわなければなら
ないから、処理することのできる部材の大きさに限界が
生じるとともにそのメッキ作業を連続して行なえないと
いう欠点が生じる。さらに、電気メッキ化学メッキなど
では有害な廃液により公害問題を招く虜れがある。しか
も、上託した全てのメッキ方法に共通して言えることは
部材の表面の所望する個所にだけ正確に被膜を形成する
ことが極めて困難であるという欠点がある。
In addition, methods such as immersing parts in solutions or solutions and vacuum plating require plating to be carried out in a designated container, which limits the size of parts that can be processed and makes it difficult to perform the plating process. The disadvantage is that it cannot be performed continuously. Furthermore, electroplating and chemical plating tend to cause pollution problems due to harmful waste fluids. Moreover, a common drawback of all the plating methods entrusted to us is that it is extremely difficult to accurately form a coating only on desired locations on the surface of a member.

この発明は上記事情にもとづきなされたもので、その目
的とするところは、被膜材料および被膜が形成される部
村の大きさに制限を受けることなく、しかも都材の所望
の個所にだけ確実に被膜を形成することのできる上記諸
欠点を除去したコーティング方法を提供することにある
This invention was made based on the above circumstances, and its purpose is to ensure that the coating material is not limited to the coating material and the size of the area where the coating is formed, and moreover, it can be applied only to desired areas of the coating material. The object of the present invention is to provide a coating method that can form a film and eliminates the above-mentioned drawbacks.

以下この発明の一実施例を第1図と第2図にもとづいて
説明する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2.

まず、第1図中1はしーザ発振器で、この発振器1から
出力されたレーザビームLは反射鏡2で反射して被コー
ティング部材3を照射する。この被コーティング部材3
はたとえば軸受部材で、この軸受部村のボス部4端面を
上記レーザビームLが照射する。また、図中5は散布器
で、この散布器5の散布口を上記ボス部4機面に対向さ
せて配設され、この散布器5からは種々の金属あるいは
セラミックなどの粉末などのコーティング材料6が適時
に適量だけ散布されるようになっている。
First, reference numeral 1 in FIG. 1 is a laser oscillator, and a laser beam L outputted from this oscillator 1 is reflected by a reflecting mirror 2 and irradiates a member 3 to be coated. This member to be coated 3
is, for example, a bearing member, and the laser beam L irradiates the end face of the boss portion 4 of the bearing member. In addition, 5 in the figure is a sprayer, and the sprayer 5 is disposed with its spraying port facing the surface of the boss section 4, and coating materials such as powders of various metals or ceramics are sprayed from the sprayer 5. 6 is sprayed at the right time and in the right amount.

つぎに、上記購成の作用について第2図にもとづき説明
する。
Next, the effect of the above purchase will be explained based on FIG. 2.

まず、第2図aに示すように時間ら〜t2にかけて強度
変化をもたせたレーザビームLを被コーティング部村3
のポス部4端面に照射する。そして、このボス部4端面
が上記しーザビ−ムLを吸収し、第2図bに示すように
時間t2後に温度8,まで上昇したときに、第2図cに
示すように散布器5を作動させてコーティング材料6を
上記ボス部4端面に散布量m,で時間t2〜t3までの
間散布する。すると、時間ら後に温度82の高温となっ
たボス部4端面と上記コーティング材料6とが反応して
、第3図dに示すように上記ボス部4端面に時間t3経
過後厚さ1,の被膜を形成することができる。ついで、
上記被コーティング部材3とコーティング材料6との反
応が完了する時庵郭4からしーザピームLの強度を徐々
に低下させることにより被コーティング部材3を徐袷し
、時惜別5でレーザビームLの照射を停止すれば、上記
ボス部4端面にだけ所望する種類、たとえば耐摩耗性や
不廉‘性などに優れたコーティング材料6を所望する厚
さでコーティングすることができる。
First, as shown in FIG.
irradiate the end face of the post section 4. When the end face of the boss portion 4 absorbs the laser beam L and the temperature rises to 8 after time t2 as shown in Fig. 2b, the sprayer 5 is activated as shown in Fig. 2c. The coating material 6 is sprayed onto the end surface of the boss portion 4 at a spraying amount m between times t2 and t3. Then, after a period of time t3, the end surface of the boss portion 4, which has reached a high temperature of 82, reacts with the coating material 6, and as shown in FIG. A film can be formed. Then,
When the reaction between the member 3 to be coated and the coating material 6 is completed, the member 3 to be coated is gradually reduced by gradually reducing the intensity of the laser beam L from the enclosure 4, and the member 3 to be coated is irradiated with the laser beam L at the time 5. By stopping the process, it is possible to coat only the end face of the boss portion 4 with a desired type of coating material 6, such as a coating material 6 having excellent wear resistance and low cost, to a desired thickness.

つぎに、この発明の他の実施例を第3図乃至第6図にも
とづき説明する。
Next, another embodiment of the present invention will be described based on FIGS. 3 to 6.

なお、同一部分には同一記号を付して説明を省略する。
まず、第3図に示す第1の他の実施例は、被コーティン
グ部材3を回転テーブル7に敦暦するとともに、レーザ
ビームLを集光レンズ8で集東して上記被コーティング
部村3を照射するようにしたものである。
Note that the same parts are given the same symbols and the explanation will be omitted.
First, in the first other embodiment shown in FIG. 3, the member to be coated 3 is mounted on a rotary table 7, and the laser beam L is focused on the east by a condensing lens 8 to focus the member to be coated 3. It is designed to irradiate.

さらに、この照射部分に先端を対向させてガス送風管9
を配置する。このガス送風管9からはたとえば不活性ガ
スなどを噴出させて、被コーティング部材3の高温反応
を特定雰囲気中で行なうようにしたものである。しかし
て、上記構成によれば、被コーティング部材3のボス部
4端面に極めて細い環状のコープィングを行なうことが
可能であり、かつレーザピームLの照射を上記ボス部4
の怪方向に移動すれば渦巻状にコーティングを施すこと
もできるなどコーティングパターンを任意に設定するこ
とがでる。
Furthermore, the gas blowing pipe 9 is placed so that its tip faces this irradiated part.
Place. For example, an inert gas or the like is blown out from the gas blowing pipe 9 to cause a high-temperature reaction of the member 3 to be coated in a specific atmosphere. According to the above configuration, it is possible to form an extremely thin annular coping on the end face of the boss portion 4 of the member to be coated 3, and the laser beam L can be irradiated with the boss portion 4.
If you move in the opposite direction, you can set the coating pattern as you like, such as applying a spiral coating.

そして、レーザビームL照射時に上言己ガス送風管9か
ら低温ガスを噴出さ・せれは、コーティンクー層を急速
に凝固させることも可能である。また、第4図はこの発
明の第2の他の実施例を示すもので、この実施例は板状
の被コーティング部材3′にその幅方向に所定幅のコー
ティングを行なえるようにしたものである。すなわち、
レーザビームLを断面ほぼ翼形状に形成され上記被コー
ティング部村3′の幅方向に移動可能に設けられた集光
レンズ8′で集東することにより、このレーザビームL
の強度分布を図中破線で示すようにその走査方向に対し
ては正規分布とし、走査方向と直交する方向は幅広いほ
ぼ一様分布とする。さらに、散布器5のノズル形状は上
記しーザビームLの幅と対応するスリット状とすること
が望ましく、また上記散布器5は集光レンズ8′と一体
的に移動可能に設ける。しかして、上記構成によれば、
集光レンズ8′を図中びの方向に移動することにより、
被コープィング部材3′の幅方向を所定幅でコーティン
グすることができ、しかも被コーティング部材3′を図
中x方向に間欠的に送ることにより、この被コーティン
グ部材3′の長手方向に帯状のコーナイングを所定間隔
で行なうことができる。
Furthermore, by ejecting low-temperature gas from the gas blow pipe 9 during irradiation with the laser beam L, it is also possible to rapidly solidify the coating layer. Further, FIG. 4 shows a second other embodiment of the present invention, in which a plate-shaped member 3' to be coated can be coated with a predetermined width in the width direction thereof. be. That is,
By concentrating the laser beam L with a condensing lens 8' which is formed into a substantially wing-shaped cross section and is movable in the width direction of the coating target village 3', the laser beam L is
As shown by the broken line in the figure, the intensity distribution is a normal distribution in the scanning direction, and a wide, almost uniform distribution in the direction perpendicular to the scanning direction. Furthermore, it is desirable that the nozzle shape of the scatterer 5 is a slit shape corresponding to the width of the laser beam L, and the scatterer 5 is provided so as to be movable integrally with the condenser lens 8'. However, according to the above configuration,
By moving the condensing lens 8' in the direction shown in the figure,
The member to be coated 3' can be coated with a predetermined width in the width direction, and by intermittently feeding the member to be coated 3' in the x direction in the figure, a strip-like coating can be formed in the longitudinal direction of the member to be coated 3'. Cornering can be performed at predetermined intervals.

もちろん、この場合被コーティング部材3′のx方向の
送りをレーザビームLの幅寸法と一致させれば、被コー
ティング部材3′の全面にコーナイングを施すことがで
きる。さらに、集光レンズ8′の走査方向を適宜変える
ことにより所望するコーティングパターンを得られるこ
とも無論である。また、第5図はこの発明の第3の他の
実施例を示すもので、被コーティング部村3のコーティ
ングをコンベア10と近接して設けられたコーティング
ヘッド11で行ない、コーティングが完了した被コーテ
ィング部材3を上記コンベア10で搬送することにより
、作業の連続化を計るようにしたものである。
Of course, in this case, if the feed of the member to be coated 3' in the x direction is made to match the width dimension of the laser beam L, cornering can be applied to the entire surface of the member to be coated 3'. Furthermore, it goes without saying that a desired coating pattern can be obtained by appropriately changing the scanning direction of the condenser lens 8'. Further, FIG. 5 shows a third other embodiment of the present invention, in which the coating of the coated part 3 is carried out by a coating head 11 provided in close proximity to the conveyor 10, and the coated part 3 is coated after the coating is completed. By conveying the member 3 by the conveyor 10, the work is made continuous.

そして、このコンベア10には焼成炉11を節設して、
コーティングが完了した被コーティング部材3を徐冷す
るようにした。すなわち、上述した一実施例においては
第2図aに示す時間t4〜t5で被コーティング部村3
を徐冷するようにしたが、コーティング部村6の性質に
よっては上述一実施例と異なる冷却曲線(すなわち時間
と温度との関係)を必要とする場合がある。このような
ときに、上記焼成炉11にて適宜の冷却曲線を得ること
ができる。さらに、第6図はこの発明の第4の他の実施
例を示すもので、この実施例はコーティング材料として
若干有害なものを用いる等の場合の方法である。
A firing furnace 11 is installed on this conveyor 10,
The coated member 3 that has been coated is slowly cooled. That is, in the above-described embodiment, the coated portion village 3 is
However, depending on the properties of the coating portion 6, a cooling curve (that is, a relationship between time and temperature) different from that of the above embodiment may be required. In such a case, an appropriate cooling curve can be obtained in the firing furnace 11. Furthermore, FIG. 6 shows a fourth alternative embodiment of the present invention, and this embodiment is a method for cases where a slightly harmful coating material is used.

すなわち、コンベアなどの移動作業台12に多数の被コ
ーティング部材3・・・・・・を所定間隔で載暦する。
また、上記移動作業台12の搬送路上には冷却コーティ
ングヘッド13を配置する。この冷却コーティングヘッ
ド13はほぼドーム形に形成され、その外周面には冷却
パイプ14が巻装されている。また、冷却コーティング
ヘッド13の移動作業台12の走行方向と対応する一側
には開閉自在な扉15が設けられた送入口16、他側に
は同じく扉が設けられた送出口(いずれも図示せず)が
形成されているとともに、移動作業台12の下面側と対
応する部分は着脱自在な回収槽16に形成されている。
さらに、コーティングヘッド13の頂部には集光レンズ
8が気密に設けられ、この頂部近傍から内部には散布器
5が気密に挿通して設けられている。
That is, a large number of members to be coated 3 are placed on a movable workbench 12 such as a conveyor at predetermined intervals.
Further, a cooling coating head 13 is arranged on the conveyance path of the movable workbench 12. The cooling coating head 13 is formed into a substantially dome shape, and a cooling pipe 14 is wound around the outer peripheral surface of the cooling coating head 13. In addition, an inlet 16 is provided with a door 15 that can be opened and closed on one side corresponding to the traveling direction of the movable workbench 12 of the cooling coating head 13, and an outlet is also provided with a door on the other side (both are shown in the figure). (not shown) is formed, and a portion corresponding to the lower surface side of the movable workbench 12 is formed into a removable collection tank 16.
Further, a condensing lens 8 is airtightly provided at the top of the coating head 13, and a sprayer 5 is airtightly inserted into the interior from near the top.

しかして、上記横成によれば、コーティングの際にレー
ザビームLの熱によって蒸発するコープィング材料6が
冷却パイプ14によって冷却されたコーティングヘッド
13の内面に衝突して冷却されることにより、液化して
回収槽16に集積するから、有害なコーティング材料6
を外部に飛散させることなく処理することができる。
According to the above-mentioned Yokinari, the coping material 6 evaporated by the heat of the laser beam L during coating collides with the inner surface of the coating head 13 cooled by the cooling pipe 14 and is cooled, thereby being liquefied. harmful coating material 6 because it accumulates in the collection tank 16.
can be processed without scattering to the outside.

なお、コーティングの特殊な例として金属表面に炭素被
膜を形成する、いわゆる浸炭焼入れなどや窒素を浸透さ
せる窒化法もこの発明の範囲であることは無、論である
It goes without saying that, as special examples of coating, so-called carburizing and quenching, which forms a carbon film on a metal surface, and nitriding, which permeates nitrogen, are also within the scope of the present invention.

また、上記各実施例ではコーティング材料を散布器で散
布したが、被コーティング部材のコープィングする部分
に予めコーティング材料を塗布しておいてもよい。
Further, in each of the above embodiments, the coating material was sprayed using a sprayer, but the coating material may be applied in advance to the portion of the member to be coated that is to be coated.

以上述べたようにこの発明は、被コーティング部材のコ
ーティングする部分にレーザビームを照射してコーティ
ング部分を加熱し、このコーティング部分が所定の温度
まで上昇したのち、レーザビームの照射中に散布器によ
ってコーティング材料を散布し、高温のコーティング部
分とコーティング材料とを反応させてコーティング部分
に被膜を形成することにより、従来のメッキ方法のよう
に被膜材料の種類が制限されたり、被コーティング部材
の大きさが制限されることがない。
As described above, the present invention heats the coating part by irradiating the part of the member to be coated with a laser beam, and after the coating part has risen to a predetermined temperature, a sprayer is used during irradiation with the laser beam to heat the coating part. By spraying the coating material and causing the high-temperature coating part to react with the coating material to form a film on the coating part, unlike conventional plating methods, the type of coating material is limited and the size of the part to be coated is limited. is not restricted.

しかも、被コーティング部材の所望する個所にだけ所望
するコーティングパタ−ンを施すことができるという従
来のメッキ方法では全く不可能であった被膜形式を行う
ことができるという実用上の利用価値は極めて大きい。
Furthermore, the practical value of this method is extremely high, as it allows a desired coating pattern to be applied only to the desired location of the member to be coated, which is completely impossible with conventional plating methods. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の一実施例を示す概略的構成図、第2
図は同じく動作を示す線図、第3図はこの発明の第1の
他の実施例を示す斜視図、第4図はこの発明の第2の他
の実施例を示す斜視図、第5図はこの発明の第3の他の
実施例を示す斜視図、第6図はこの発明の第4の他の実
施例を示す一部断面した側面図である。 1・・・・・・レーザ発振器、3,3′・・・・・・被
コーティング部材、5・・・・・・散布器、6・・・・
・・コーティング材料、7・・・・・・回転テーフル、
8,8′・・・・・・集光レンズ、9・・・・・・ガス
送風管、10・・・・・・コンベア、12・・・・・・
移動作業台、13・・…・冷却コーティングヘッド、1
6・・・・・・回収槽。 第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing one embodiment of the present invention, and FIG.
3 is a perspective view showing the first other embodiment of the invention, FIG. 4 is a perspective view showing the second other embodiment of the invention, and FIG. 5 is a diagram showing the same operation. 6 is a perspective view showing a third alternative embodiment of the invention, and FIG. 6 is a partially sectional side view showing a fourth alternative embodiment of the invention. 1... Laser oscillator, 3, 3'... Member to be coated, 5... Spreader, 6...
...Coating material, 7...Rotating table,
8, 8'...Condensing lens, 9...Gas blow pipe, 10...Conveyor, 12...
Mobile workbench, 13... Cooling coating head, 1
6...Recovery tank. Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5 Figure 6

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 被コーテイング部材のコーテイング部分にレーザビ
ームを照射して上記コーテイング部分を加熱し、上記コ
ーテイング部分が所定の温度まで上昇したのち上記レー
ザビーム照射中に散布器によつて粉末からなるコーテイ
ング材料をコーテイング部分に所定時間散布し、高温の
コーテイング部分とコーテイング材料とを反応させてコ
ーテイング部分に被膜を形成することを特徴とするコー
テイング方法。 2 上記レーザビームは、コーテイング材料と被コーテ
イング部材との特性に応じてその強度を時間的に制御す
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のコーテ
イング方法。 3 上記被コーテイング部材とレーザビームとを相対的
に移動させることを特徴とする特許請求の範囲第1項ま
たは第2項記載のコーテイング方法。 4 上記被コーテイング部材に間欠的あるいは連続的に
コーテイングすることを特徴とする特許請求の範囲第3
項記載のコーテイング方法。 5 上記レーザビームの強度分布を走査方向に対しては
ほぼ正規分布とし走査方向と直交する方向は幅広いほぼ
一様分布としたことを特徴とする特許請求の範囲第3項
または第4項記載のコーテイング方法。 6 上記被コーテイング部材を冷却装置内に設置してコ
ーテイングし、蒸発飛散するコーテイング材料を冷却液
化または固化させることを特徴とする特許請求の範囲第
1項ないし第5項のいずれかに記載のコーテイング方法
。 7 上記被コーテイング部材のコーテイングを所望する
ガス雰囲気中で行うことを特徴とする特許請求の範囲第
1項ないし第6項のいずれかに記載のコーテイング方法
。 8 上記被コーテイング部材を冷却しながらレーザビー
ムを照射してコーテイングすることを特徴とする特許請
求の範囲第1項ないし第7項のいずれかに記載のコーテ
イング方法。 9 上記被コーテイング部材にコーテイングをしたのち
、この被コーテイング部材を所定時間加熱することを特
徴とする特許請求の範囲第1項ないし第9項のいずれか
に記載のコーテイング方法。
[Scope of Claims] 1. A laser beam is irradiated onto a coated part of a member to be coated to heat the coated part, and after the coated part has risen to a predetermined temperature, a powder is dispersed by a scatterer during the laser beam irradiation. 1. A coating method comprising: spraying a coating material consisting of the following over a predetermined period of time over a coated area, causing the high-temperature coating area to react with the coating material to form a film on the coating area. 2. The coating method according to claim 1, wherein the intensity of the laser beam is temporally controlled depending on the characteristics of the coating material and the member to be coated. 3. The coating method according to claim 1 or 2, characterized in that the member to be coated and the laser beam are moved relative to each other. 4 Claim 3, characterized in that the member to be coated is coated intermittently or continuously.
Coating method described in section. 5. The laser beam according to claim 3 or 4, characterized in that the intensity distribution of the laser beam is a substantially normal distribution in the scanning direction and a wide substantially uniform distribution in a direction perpendicular to the scanning direction. Coating method. 6. Coating according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the member to be coated is placed in a cooling device and coated, and the coating material that evaporates and scatters is cooled and liquefied or solidified. Method. 7. The coating method according to any one of claims 1 to 6, wherein the coating of the member to be coated is performed in a desired gas atmosphere. 8. The coating method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the coating is performed by irradiating the member with a laser beam while cooling the member to be coated. 9. The coating method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that after coating the member to be coated, the member to be coated is heated for a predetermined period of time.
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