JPS61190061A - 金属のセラミツク溶射方法 - Google Patents
金属のセラミツク溶射方法Info
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- JPS61190061A JPS61190061A JP60028600A JP2860085A JPS61190061A JP S61190061 A JPS61190061 A JP S61190061A JP 60028600 A JP60028600 A JP 60028600A JP 2860085 A JP2860085 A JP 2860085A JP S61190061 A JPS61190061 A JP S61190061A
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Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
この発明は、素地金属へ素地金属と同質の金属から素地
金属と雰囲気ガスとの化合物たるセラミックへ連続的に
組成変化する溶射被膜層を形成する金属のセラミック溶
射方法に関する。
金属と雰囲気ガスとの化合物たるセラミックへ連続的に
組成変化する溶射被膜層を形成する金属のセラミック溶
射方法に関する。
〈従来の技術〉
一般に金属を表面硬化するため、素地金属へ他の硬質金
属とか、無機、非金属物質等のいわゆるセラミック材を
被覆加工する手段として、基本的には溶融めっき、蒸着
、化学メッキ、電着、吹き付け、溶接、合わせ仮性など
がある。
属とか、無機、非金属物質等のいわゆるセラミック材を
被覆加工する手段として、基本的には溶融めっき、蒸着
、化学メッキ、電着、吹き付け、溶接、合わせ仮性など
がある。
その中で、宇宙開発や原子カニ業、化学工業乃至電子工
学分野等の新材料の要望に対し、金属に欠けている耐摩
耗性、耐熱性等を向上させる新しい被覆技術として最近
注目されてきているものにプラズマ溶射によるセラミッ
クコーティング法がある。
学分野等の新材料の要望に対し、金属に欠けている耐摩
耗性、耐熱性等を向上させる新しい被覆技術として最近
注目されてきているものにプラズマ溶射によるセラミッ
クコーティング法がある。
このセラミックコーティング法において、従来は例えば
T+をベースにした例ではT+ Nセラミック系粉末を
用いる溶射及びN2ガス雰囲気を用いてT+ Nを生成
する溶射を行なっており、断熱性の向上や耐摩耗性の向
上を図っていた。(文献例アルドピア誌1983.9) 〈発明が解決しようとする問題点〉 上記従来のプラズマ溶射による方法では、溶射層の靭性
、耐剥離性等が不十分で、又、厚く溶射した場合熱応力
により容易にき裂が生じた。
T+をベースにした例ではT+ Nセラミック系粉末を
用いる溶射及びN2ガス雰囲気を用いてT+ Nを生成
する溶射を行なっており、断熱性の向上や耐摩耗性の向
上を図っていた。(文献例アルドピア誌1983.9) 〈発明が解決しようとする問題点〉 上記従来のプラズマ溶射による方法では、溶射層の靭性
、耐剥離性等が不十分で、又、厚く溶射した場合熱応力
により容易にき裂が生じた。
この理由としては、セラミックと金属が溶射層最下部を
境界に直接接触するため、金属及びセラミックの熱膨張
係数の差異により熱応力が生じ。
境界に直接接触するため、金属及びセラミックの熱膨張
係数の差異により熱応力が生じ。
その結果、靭性で劣るセラミック側にクラックが生ずる
ためと認められる。
ためと認められる。
尚、上述のプラズマ溶射法のほかにプラズマ蒸着法もあ
るが、この蒸着法では生成する皮膜が薄く(数ミクロン
)、又、コストも高い。
るが、この蒸着法では生成する皮膜が薄く(数ミクロン
)、又、コストも高い。
く問題点を解決するための手段〉
この発明は上記にかんがみてなされたものであって、そ
の要点は、溶射時に、母体となる素地金属と同質の金属
又は熱膨張係数が素地金属にほぼ同一で雰囲気ガスと反
応しうる金属と、雰囲気ガスを利用して、セラミック(
素地金属と雰囲気ガスとの化合物)と素地金属より構成
される剥離し難いセラミックー金属複合溶射皮膜を生成
させるもので、最初は不活性ガス雰囲気で、途中は不活
性ガスと反応性ガスとの混合ガス雰囲気で、最後は反応
性ガス雰囲気で、それぞれ素地金属と同質の金属又は熱
膨張係数が素地金属にほぼ同一で雰囲気ガスと反応しう
る金属を素地金属へプラズマ溶射することにより、最下
位が素地金属と同質の金属層、中間位が素地金属と同質
の金属および素地金属と雰囲気ガスとの化合物の混合層
、最上位が素地金属と雰囲気ガスとの化合物層からなる
溶射被膜層を形成する方法である。
の要点は、溶射時に、母体となる素地金属と同質の金属
又は熱膨張係数が素地金属にほぼ同一で雰囲気ガスと反
応しうる金属と、雰囲気ガスを利用して、セラミック(
素地金属と雰囲気ガスとの化合物)と素地金属より構成
される剥離し難いセラミックー金属複合溶射皮膜を生成
させるもので、最初は不活性ガス雰囲気で、途中は不活
性ガスと反応性ガスとの混合ガス雰囲気で、最後は反応
性ガス雰囲気で、それぞれ素地金属と同質の金属又は熱
膨張係数が素地金属にほぼ同一で雰囲気ガスと反応しう
る金属を素地金属へプラズマ溶射することにより、最下
位が素地金属と同質の金属層、中間位が素地金属と同質
の金属および素地金属と雰囲気ガスとの化合物の混合層
、最上位が素地金属と雰囲気ガスとの化合物層からなる
溶射被膜層を形成する方法である。
〈実施例〉
この発明を実施する装置例として素地金属をチタンとし
た窒化チタン溶射装置を示す第1図により説明すると、
1は同装置、2は溶射処理槽、3は溶射処理槽2の上部
中央へ装設したプラズマ電子銃で、溶射機としての純チ
タン粉末を内蔵している。4は溶射処理槽z内の下部中
央へ装設したターンテーブルで蔵置固定した素地金属板
M(陽極)への通電手段(図示しない)を備えている。
た窒化チタン溶射装置を示す第1図により説明すると、
1は同装置、2は溶射処理槽、3は溶射処理槽2の上部
中央へ装設したプラズマ電子銃で、溶射機としての純チ
タン粉末を内蔵している。4は溶射処理槽z内の下部中
央へ装設したターンテーブルで蔵置固定した素地金属板
M(陽極)への通電手段(図示しない)を備えている。
5は溶射処理槽2の側壁上部に形成した開口部へ連結し
た排気管路で図示しない真空排気源へ接続されている。
た排気管路で図示しない真空排気源へ接続されている。
6は溶射処理槽2の側壁下部に形成した開口部を気密的
に閉じるドアで素地金属板Mを出入れする。7はプラズ
マ電子銃3の側壁へ連結した不活性ガス管路で1図示し
ない流量制御手段によって所定流量の不活性ガスをプラ
ズマ電子銃3へ送り、イオン化した不活性ガスで溶射処
理槽2内を所定分圧の不活性ガス雰囲気にする。また8
はプラズマ電子銃3の側壁へ連結した反応性ガス管路で
1図示しない流量制御手段によって所定流量の反応性ガ
スをプラズマ電子銃3へ送り、イオン化した反応性ガス
で溶射処理槽2内を所定分圧の反応性ガス雰囲気にする
。即ち、不活性ガスを溶射の開始時からその進捗につれ
て第2図に示すように不活性ガス(アルゴンガス)から
反応ガス(窒素ガス)へ徐々に置換して行くものである
。MSは素地金属板M表面上に形成した純チタン層ない
し窒化チタン層からなる溶射被膜層である。
に閉じるドアで素地金属板Mを出入れする。7はプラズ
マ電子銃3の側壁へ連結した不活性ガス管路で1図示し
ない流量制御手段によって所定流量の不活性ガスをプラ
ズマ電子銃3へ送り、イオン化した不活性ガスで溶射処
理槽2内を所定分圧の不活性ガス雰囲気にする。また8
はプラズマ電子銃3の側壁へ連結した反応性ガス管路で
1図示しない流量制御手段によって所定流量の反応性ガ
スをプラズマ電子銃3へ送り、イオン化した反応性ガス
で溶射処理槽2内を所定分圧の反応性ガス雰囲気にする
。即ち、不活性ガスを溶射の開始時からその進捗につれ
て第2図に示すように不活性ガス(アルゴンガス)から
反応ガス(窒素ガス)へ徐々に置換して行くものである
。MSは素地金属板M表面上に形成した純チタン層ない
し窒化チタン層からなる溶射被膜層である。
この場合、溶射処理槽2内を0.1〜lXl0−4Ta
rr程度の高真空とした後、不活性ガス管路7から適量
の不活性ガス(たとえばアルゴンガス)をプラズマ電子
銃3へ送り、イオン化した高温アルゴンガスで素地金属
板Mの表面をクリーニングするとともに、溶射処理槽2
内を5〜100XIO−4Torr程度のアルゴンガス
雰囲気にした後、低電圧高電流のプラズマ電子ビームに
よる純チタン溶射を開始した。その後第2図に示すよう
に溶射進行率が15%を越えると反応性ガス管路8から
適量の反応性ガス(たとえば窒素ガス)をプラズマ電子
銃3へ送り、イオン化した高温窒素ガスの分圧を高める
と同時にアルゴンガスの供給を徐々に減らし、溶射進行
率が80%を越える段階では窒素ガス雰囲気に置換した
。この時生成するTINの割合はその時点での雰囲気中
の反応性ガス(窒素ガス)の割合に比例するため、溶射
層では表面に近づく程TINの比率が増大する。その結
果、第3図に示すように最下位(素地金属Mと接触する
側)が純チタン層、中間位が純チタンと窒化チタンとの
混合層、最上位はほぼ100%の窒化チタン層と連続的
に組成変化する溶射被膜層MSが得られた。
rr程度の高真空とした後、不活性ガス管路7から適量
の不活性ガス(たとえばアルゴンガス)をプラズマ電子
銃3へ送り、イオン化した高温アルゴンガスで素地金属
板Mの表面をクリーニングするとともに、溶射処理槽2
内を5〜100XIO−4Torr程度のアルゴンガス
雰囲気にした後、低電圧高電流のプラズマ電子ビームに
よる純チタン溶射を開始した。その後第2図に示すよう
に溶射進行率が15%を越えると反応性ガス管路8から
適量の反応性ガス(たとえば窒素ガス)をプラズマ電子
銃3へ送り、イオン化した高温窒素ガスの分圧を高める
と同時にアルゴンガスの供給を徐々に減らし、溶射進行
率が80%を越える段階では窒素ガス雰囲気に置換した
。この時生成するTINの割合はその時点での雰囲気中
の反応性ガス(窒素ガス)の割合に比例するため、溶射
層では表面に近づく程TINの比率が増大する。その結
果、第3図に示すように最下位(素地金属Mと接触する
側)が純チタン層、中間位が純チタンと窒化チタンとの
混合層、最上位はほぼ100%の窒化チタン層と連続的
に組成変化する溶射被膜層MSが得られた。
つぎにこの発明処理材と比較材(窒素ガス雰囲気中でチ
タン溶射したもの)の硬さ分布を第4図に、サイクル加
熱による密着力の変化を第5図に示す、これら両図によ
れば本発明ではT+ Nの比率の上昇につれてかたさが
ゆるやかに変化し表面付近で最高かたさを示す、又、密
着力も比較材より向上していることがわかった。
タン溶射したもの)の硬さ分布を第4図に、サイクル加
熱による密着力の変化を第5図に示す、これら両図によ
れば本発明ではT+ Nの比率の上昇につれてかたさが
ゆるやかに変化し表面付近で最高かたさを示す、又、密
着力も比較材より向上していることがわかった。
また、他の実施例としてチタン溶射開始時はアルゴンガ
ス雰囲気にして素地金属板の表面にチタン溶射被膜層を
生成させ、つぎに炭化水素ガスの供給量を増すと同時に
アルゴンガスの供給量を減らして、最終時には炭化水素
ガス雰囲気に置換したところ、最下位がチタン層、中間
位がチタンと炭化チタンとの混合層、最上層が炭化チタ
ン層と組成変化する炭化チタン溶射被膜層が得られた。
ス雰囲気にして素地金属板の表面にチタン溶射被膜層を
生成させ、つぎに炭化水素ガスの供給量を増すと同時に
アルゴンガスの供給量を減らして、最終時には炭化水素
ガス雰囲気に置換したところ、最下位がチタン層、中間
位がチタンと炭化チタンとの混合層、最上層が炭化チタ
ン層と組成変化する炭化チタン溶射被膜層が得られた。
尚、セラミックとしては上述の窒化物、炭化物の例のほ
かにホウ化物、ケイ化物、硫化物その他があげられる。
かにホウ化物、ケイ化物、硫化物その他があげられる。
〈発明の効果〉
以上説明したとおり、この発明は素地金属表面にセラミ
ック溶射被膜層を形成するにあたり、あらかじめ不活性
ガス(たとえばアルゴンガス)雰囲気中でプラズマ電子
ビーム加熱により純素地金属粒子(例:チタン)を溶射
し、つぎに不活性ガスを徐々に反応性ガス(例:窒素ガ
ス)と置換して、最下位が素地金属と同質の金属層(例
:チタン層)、中間位が素地金属と同質の金属(例:チ
タン)と素地金属と雰囲気ガスとの化合物(例:窒化チ
タン)との混合層、最上位が素地金属と雰囲気ガスとの
化合物(例:窒化チタン)層と組成変化する溶射被膜層
を形成するため、従来法に比べて密着力が高く、靭性、
耐剥離性が強化されるほか、安価になるという効果を奏
する。
ック溶射被膜層を形成するにあたり、あらかじめ不活性
ガス(たとえばアルゴンガス)雰囲気中でプラズマ電子
ビーム加熱により純素地金属粒子(例:チタン)を溶射
し、つぎに不活性ガスを徐々に反応性ガス(例:窒素ガ
ス)と置換して、最下位が素地金属と同質の金属層(例
:チタン層)、中間位が素地金属と同質の金属(例:チ
タン)と素地金属と雰囲気ガスとの化合物(例:窒化チ
タン)との混合層、最上位が素地金属と雰囲気ガスとの
化合物(例:窒化チタン)層と組成変化する溶射被膜層
を形成するため、従来法に比べて密着力が高く、靭性、
耐剥離性が強化されるほか、安価になるという効果を奏
する。
ここでチタンφ窒化チタンの例で言えば、素地金属(チ
タン)との密着力は1ooo℃における加熱後急冷却を
くり返す熱シヨツクテストでは従来法の5倍以上の耐久
性を有し、又、溶射最下位はチタン層であるため素地金
属のチタンと同材質で結合的作用をするためクラクツが
生じ難く、更に溶射層内で金属チタンより窒化チタンへ
の移行が表面の最上位に行くに従ってT+ Nの比率が
漸増して行くため、熱負荷時に、金属チタンと窒化チタ
ンの熱膨張係数の差異による剥離も減少する。
タン)との密着力は1ooo℃における加熱後急冷却を
くり返す熱シヨツクテストでは従来法の5倍以上の耐久
性を有し、又、溶射最下位はチタン層であるため素地金
属のチタンと同材質で結合的作用をするためクラクツが
生じ難く、更に溶射層内で金属チタンより窒化チタンへ
の移行が表面の最上位に行くに従ってT+ Nの比率が
漸増して行くため、熱負荷時に、金属チタンと窒化チタ
ンの熱膨張係数の差異による剥離も減少する。
更に雰囲気ガス中の成分を用いてセラミック化するため
低コストとなる。
低コストとなる。
図は素地金属をチタンとしたこの発明の実施例を示し、
第1図は窒化チタン溶射装置の断面図、第2図は雰囲気
ガス中のアルゴンガス/窒素ガス混入率と溶射進行率と
の関係を示す曲線図、第3図は窒化チタン/純チタン比
と溶射層厚との関係を示す曲線図、第4図はマイクロビ
ッカース硬さと溶射層厚との関係を示す曲線図、第5図
は密着力とサイクル加熱回数との関係を示す曲線図であ
る。 M・・・素地金属1MS・・・溶射被膜層。 第 1 図 窒化子タンゴ容身↑装置 M 県4包金属服 MS湿財ネ皮膜層
第1図は窒化チタン溶射装置の断面図、第2図は雰囲気
ガス中のアルゴンガス/窒素ガス混入率と溶射進行率と
の関係を示す曲線図、第3図は窒化チタン/純チタン比
と溶射層厚との関係を示す曲線図、第4図はマイクロビ
ッカース硬さと溶射層厚との関係を示す曲線図、第5図
は密着力とサイクル加熱回数との関係を示す曲線図であ
る。 M・・・素地金属1MS・・・溶射被膜層。 第 1 図 窒化子タンゴ容身↑装置 M 県4包金属服 MS湿財ネ皮膜層
Claims (1)
- 素地金属へセラミック溶射被膜層を形成するにあたり、
最初は不活性ガス雰囲気で、途中は不活性ガスと反応性
ガスとの混合ガス雰囲気で、最後は反応性ガス雰囲気で
、それぞれ素地金属と同質の金属又は素地金属と熱膨張
係数がほぼ同一で雰囲気ガスと反応しうる金属を前記素
地金属へプラズマ溶射することにより、最下位が素地金
属と同質の金属層、中間位が素地金属と同質の金属と素
地金属と雰囲気ガスとの化合物との混合層、最上位が素
地金属と雰囲気ガスとの化合物層と、順次組成変化する
溶射被膜層を形成することを特徴とする金属のセラミッ
ク溶射方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60028600A JPS61190061A (ja) | 1985-02-15 | 1985-02-15 | 金属のセラミツク溶射方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60028600A JPS61190061A (ja) | 1985-02-15 | 1985-02-15 | 金属のセラミツク溶射方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61190061A true JPS61190061A (ja) | 1986-08-23 |
Family
ID=12253078
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60028600A Pending JPS61190061A (ja) | 1985-02-15 | 1985-02-15 | 金属のセラミツク溶射方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61190061A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1245304A1 (en) * | 2000-12-13 | 2002-10-02 | Ford Global Technologies, Inc. | A method of making a spray formed rapid tool |
JP2013213446A (ja) * | 2012-04-02 | 2013-10-17 | Toyota Motor Corp | 内燃機関とその製造方法 |
-
1985
- 1985-02-15 JP JP60028600A patent/JPS61190061A/ja active Pending
Cited By (2)
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