JPS61264168A - レ−ザ溶射法及びその装置 - Google Patents
レ−ザ溶射法及びその装置Info
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- JPS61264168A JPS61264168A JP60105664A JP10566485A JPS61264168A JP S61264168 A JPS61264168 A JP S61264168A JP 60105664 A JP60105664 A JP 60105664A JP 10566485 A JP10566485 A JP 10566485A JP S61264168 A JPS61264168 A JP S61264168A
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- Japan
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- gas
- sprayed
- thermal
- powder
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
- B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
- B05B7/16—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed
- B05B7/22—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed electrically, magnetically or electromagnetically, e.g. by arc
- B05B7/228—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed electrically, magnetically or electromagnetically, e.g. by arc using electromagnetic radiation, e.g. laser
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
- B23K26/144—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor the fluid stream containing particles, e.g. powder
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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]
本発明は、レーザを利用した素材表面の高機能化を行う
溶射方法及びその装置に間する。本発明の装置は金属あ
るいは非金属を溶射材として、素材表面の高機能化のた
めの溶射に用いることができる。
溶射方法及びその装置に間する。本発明の装置は金属あ
るいは非金属を溶射材として、素材表面の高機能化のた
めの溶射に用いることができる。
[従来の技術]
近年、材料開発は、機能性を求めた新素材開発の傾向に
ある。金属は勿論のこと、高分子、セラミックスもその
範晴にある。一方、加工技術の方面では、省資源の立場
から、素材の表面のみを加工し、機能性を持たせる表面
(処理)加工技術が重要視されている。溶射技術は各種
表面(処理)加工技術の中でも、最も簡便な方法として
、近年注目されている。今までに、ガス溶射法、プラズ
マ溶射法、線爆溶射法等種々の溶射法が開発され、実用
化にむけて研究がなされている。しかし、いずれの方法
においても、それぞれ適用される溶射材料は限定されて
おり、しかも溶射膜と被溶射物との間の密着度の信頼性
の面では十分とはいえず、この簡便かつ信頼性のある密
着度を得る溶射方法及び溶射装置等の開発は今後の重要
な研究課題である。
ある。金属は勿論のこと、高分子、セラミックスもその
範晴にある。一方、加工技術の方面では、省資源の立場
から、素材の表面のみを加工し、機能性を持たせる表面
(処理)加工技術が重要視されている。溶射技術は各種
表面(処理)加工技術の中でも、最も簡便な方法として
、近年注目されている。今までに、ガス溶射法、プラズ
マ溶射法、線爆溶射法等種々の溶射法が開発され、実用
化にむけて研究がなされている。しかし、いずれの方法
においても、それぞれ適用される溶射材料は限定されて
おり、しかも溶射膜と被溶射物との間の密着度の信頼性
の面では十分とはいえず、この簡便かつ信頼性のある密
着度を得る溶射方法及び溶射装置等の開発は今後の重要
な研究課題である。
[発明の目的]
本発明は、かかる実情に鑑みなされたものであり、その
目的とするところは、信頼性のある密着度を持つ溶射膜
を簡便に作製し得る実用的に優れた溶射方法及び溶射装
置を提供することにある。
目的とするところは、信頼性のある密着度を持つ溶射膜
を簡便に作製し得る実用的に優れた溶射方法及び溶射装
置を提供することにある。
[発明の構成コ
この目的を達成するために本発明者等は密着度の優れた
溶射膜を得るのに適した溶射方法及び溶射装置について
鋭意研究を重ねた結果、溶射条件のうち最も重要である
溶射材の高温化が、高エネルギ密度ビームであるレーザ
光線を用いることにより可能であり、かつ、その雰囲気
を調整することにより、レーザで高温に活性化された金
属を非金属化することも可能であることを見出し、この
知見に基づいて本発明を完成するに至った。即ち、本発
明の要旨は、レーザ光線を集光レンズ−で収れんし、溶
射材としての金属又は非金属のワイヤに照射し、連続送
給する上記金属又は非金属のワイヤの先端を溶融し、あ
るいは、レーザ光線の収れん部に金属又は無機物の溶射
粉末を送給して、これを加熱して、被溶射物に向けて吹
きつけられるガスの圧力で上記のワイヤの溶融部もしく
は、加熱・溶融した溶射粉末を吹き飛ばしながら、被溶
射物表面に溶射すること、並びに金属ワイヤ又は金属粉
末を雰囲気調整によって非金属化し、非金属溶射膜形成
をも可能にすることを特徴とするレーザによる溶射法及
びその装置に存する。
溶射膜を得るのに適した溶射方法及び溶射装置について
鋭意研究を重ねた結果、溶射条件のうち最も重要である
溶射材の高温化が、高エネルギ密度ビームであるレーザ
光線を用いることにより可能であり、かつ、その雰囲気
を調整することにより、レーザで高温に活性化された金
属を非金属化することも可能であることを見出し、この
知見に基づいて本発明を完成するに至った。即ち、本発
明の要旨は、レーザ光線を集光レンズ−で収れんし、溶
射材としての金属又は非金属のワイヤに照射し、連続送
給する上記金属又は非金属のワイヤの先端を溶融し、あ
るいは、レーザ光線の収れん部に金属又は無機物の溶射
粉末を送給して、これを加熱して、被溶射物に向けて吹
きつけられるガスの圧力で上記のワイヤの溶融部もしく
は、加熱・溶融した溶射粉末を吹き飛ばしながら、被溶
射物表面に溶射すること、並びに金属ワイヤ又は金属粉
末を雰囲気調整によって非金属化し、非金属溶射膜形成
をも可能にすることを特徴とするレーザによる溶射法及
びその装置に存する。
次に添付図面によって11本発明の方法及び装置を説明
する。
する。
(装置の明11)
第1図は、本発明のレーザ光線による溶射法及びその装
置の実施例の概略図である。レーザ発生装置■9から導
いたレーザ光線■をレンズホルダ■′に固定した集光レ
ンズ■を用いて収れんさせる。レンズホルダ■′は後述
の溶射ノズル■とネジ部で一体化していて、レンズホル
ダの固定位置を変えることによって、レーザ光線の焦点
■の位置を動かすことができる。集光レンズ■は0リン
グ■を介して固定されているので、後述のレンズ保護ガ
ス等の漏れを防ぐとともに、溶射ノズル等を介して伝わ
ってくる熱から、集光レンズを保護している。溶射ノズ
ル■はレンズ保護ガス送給装置■′からくるガスを導く
レンズ保護ガス用接続部■、粉末送給装置■′からくる
粉末及びそのキャリヤガスを導く粉末及びそのキャリヤ
ガス用接続部■、高圧ガス送給装置■′からくるガスを
導く高圧ガス用接続部■、レンズ保護ガス、粉末及びそ
のキャリヤガスを噴出するとともにレーザ光線の出口に
もなっている主ノズル■、高圧ガスを噴出する高圧ガス
ノズル0等を有し、主ノズル■の中心が集光レンズの光
軸■上にくる。第1図では、高圧ガスノズル0は、高圧
ガスがレーザの光軸■に沿)で流れる場合を例示しであ
るが、この場合は、溶射材が、被溶射物表面上でレーザ
が照射されている部分に溶射されるので、被溶射物を加
熱しながら溶射するという、他の溶射法にはない、本発
明によるレーザ溶射の特徴である。
置の実施例の概略図である。レーザ発生装置■9から導
いたレーザ光線■をレンズホルダ■′に固定した集光レ
ンズ■を用いて収れんさせる。レンズホルダ■′は後述
の溶射ノズル■とネジ部で一体化していて、レンズホル
ダの固定位置を変えることによって、レーザ光線の焦点
■の位置を動かすことができる。集光レンズ■は0リン
グ■を介して固定されているので、後述のレンズ保護ガ
ス等の漏れを防ぐとともに、溶射ノズル等を介して伝わ
ってくる熱から、集光レンズを保護している。溶射ノズ
ル■はレンズ保護ガス送給装置■′からくるガスを導く
レンズ保護ガス用接続部■、粉末送給装置■′からくる
粉末及びそのキャリヤガスを導く粉末及びそのキャリヤ
ガス用接続部■、高圧ガス送給装置■′からくるガスを
導く高圧ガス用接続部■、レンズ保護ガス、粉末及びそ
のキャリヤガスを噴出するとともにレーザ光線の出口に
もなっている主ノズル■、高圧ガスを噴出する高圧ガス
ノズル0等を有し、主ノズル■の中心が集光レンズの光
軸■上にくる。第1図では、高圧ガスノズル0は、高圧
ガスがレーザの光軸■に沿)で流れる場合を例示しであ
るが、この場合は、溶射材が、被溶射物表面上でレーザ
が照射されている部分に溶射されるので、被溶射物を加
熱しながら溶射するという、他の溶射法にはない、本発
明によるレーザ溶射の特徴である。
この高圧ガスノズルを使用しないで、溶射ノズルの外側
に別にノズルを設けて、このノズルからガスを噴出させ
て溶射することも可能である。レンズ保護ガスは粉末等
がレンズに付着するのを防止する。主ノズル■の外側に
、ワイヤ送給装置0′から送られてくるワイヤをレーザ
光線へ導くワイヤ送給用チップ@又は、粉末送給装置■
′から送られてくる粉末及びそのキャリヤガスをレーザ
光線へ導く粉末送給用ノズル(pを設ける。第1図には
、ワイヤ送給用チップを用いて大気中で下向きに溶射し
、後述する被溶射物0が移動する場合を例示している。
に別にノズルを設けて、このノズルからガスを噴出させ
て溶射することも可能である。レンズ保護ガスは粉末等
がレンズに付着するのを防止する。主ノズル■の外側に
、ワイヤ送給装置0′から送られてくるワイヤをレーザ
光線へ導くワイヤ送給用チップ@又は、粉末送給装置■
′から送られてくる粉末及びそのキャリヤガスをレーザ
光線へ導く粉末送給用ノズル(pを設ける。第1図には
、ワイヤ送給用チップを用いて大気中で下向きに溶射し
、後述する被溶射物0が移動する場合を例示している。
ワイヤ送給用チップ@の設置方法は、ワイヤ0が光軸■
に向けて送給される位置に、ワイヤと光軸のなす角度が
90度以下で、第1図のように下向きに溶射する場合に
は、ワイヤもできるだけ下向きになるように固定するこ
とが望ましいが、ワイヤの先端がレーザ光線に照射され
るときのエネルギ密度が、被溶射物の移動速度、溶射膜
の厚さ、ワイヤ送給速庫、ワイヤの直径などのパラメー
タを考慮して、十分大なることを要するので、溶射条件
に合わせてワイヤ送給用チップを固定する必要がある。
に向けて送給される位置に、ワイヤと光軸のなす角度が
90度以下で、第1図のように下向きに溶射する場合に
は、ワイヤもできるだけ下向きになるように固定するこ
とが望ましいが、ワイヤの先端がレーザ光線に照射され
るときのエネルギ密度が、被溶射物の移動速度、溶射膜
の厚さ、ワイヤ送給速庫、ワイヤの直径などのパラメー
タを考慮して、十分大なることを要するので、溶射条件
に合わせてワイヤ送給用チップを固定する必要がある。
ワイヤを使用せずに、粉末を用いる場合の粉末送給用ノ
ズル(シの設置についても、ワイヤ送給用チップ@の設
置方法と同様である。
ズル(シの設置についても、ワイヤ送給用チップ@の設
置方法と同様である。
(溶射方法の明細)
ワイヤを用いる溶射法の原理は、ワイヤの先端を、高エ
ネルギ密度に収れんしたレーザ光線で加熱・溶融し、高
圧ガスノズル[相]より噴出させたガスによって被溶射
物[相]に向けて、溶滴を吹きつけて、溶射膜■を得る
ことである。
ネルギ密度に収れんしたレーザ光線で加熱・溶融し、高
圧ガスノズル[相]より噴出させたガスによって被溶射
物[相]に向けて、溶滴を吹きつけて、溶射膜■を得る
ことである。
溶滴となって吹きとばされたワイヤの消耗針は、ワイヤ
送給装置@ゝから連続的に補給され、被溶射物[相]の
移動速度等を変えることにより、任意の厚さの溶射膜が
得られる。被溶射物[相]に到達するレーザ光線のエネ
ルギ密度は、主ノズル■と被溶射物[相]の間隔とレー
ザ出力を変えることにより、任意に調整でき、被溶射物
表面を適度に加熱しながら溶射できるので、被溶射物と
溶射膜の一密着度を高めることも可能である。
送給装置@ゝから連続的に補給され、被溶射物[相]の
移動速度等を変えることにより、任意の厚さの溶射膜が
得られる。被溶射物[相]に到達するレーザ光線のエネ
ルギ密度は、主ノズル■と被溶射物[相]の間隔とレー
ザ出力を変えることにより、任意に調整でき、被溶射物
表面を適度に加熱しながら溶射できるので、被溶射物と
溶射膜の一密着度を高めることも可能である。
ワイヤとして金属を用い、レンズ保護ガス及び高圧ガス
としてアルゴン等の不活性ガスを用いると、ワイヤの成
分と同じ金属が溶射膜として得られるし、不活性ガスに
代えて、酸素、窒素等を用いると、溶融金属が酸素、窒
素等と反応して化合物を生じるので、その金属の酸化物
、窒化物等の組成を有する溶射膜が得られる。溶射装置
を雰囲気チャンバ内に設置して、不活性雰囲気又は窒素
雰囲気中で溶射すれば、金属又はその金属窒化物の溶射
は完璧となる。粉末を用いる溶射法の原理は、ワイヤを
用いる場合と同様であるが、粉末の送給は、粉末送給ノ
ズル■からも、溶射ノズル■に設けた粉末用接続部(≧
からも、同時に又はそれぞれ単独に行える。粉末送給用
のキャリヤガスは高圧ガスと同じものを用いる。粉末は
、金属粉末も非金属粉末も使用でき、前述の方法で、金
属粉末による非金属(酸化物、窒化物等)の溶射膜を得
ることも可能である。
としてアルゴン等の不活性ガスを用いると、ワイヤの成
分と同じ金属が溶射膜として得られるし、不活性ガスに
代えて、酸素、窒素等を用いると、溶融金属が酸素、窒
素等と反応して化合物を生じるので、その金属の酸化物
、窒化物等の組成を有する溶射膜が得られる。溶射装置
を雰囲気チャンバ内に設置して、不活性雰囲気又は窒素
雰囲気中で溶射すれば、金属又はその金属窒化物の溶射
は完璧となる。粉末を用いる溶射法の原理は、ワイヤを
用いる場合と同様であるが、粉末の送給は、粉末送給ノ
ズル■からも、溶射ノズル■に設けた粉末用接続部(≧
からも、同時に又はそれぞれ単独に行える。粉末送給用
のキャリヤガスは高圧ガスと同じものを用いる。粉末は
、金属粉末も非金属粉末も使用でき、前述の方法で、金
属粉末による非金属(酸化物、窒化物等)の溶射膜を得
ることも可能である。
第2図は溶射ノズル■の先端に溶射雰囲気保護*@を取
り付け、単純な平面上のワイヤ■を用いる溶射に適応す
るようにしたものの一例である。
り付け、単純な平面上のワイヤ■を用いる溶射に適応す
るようにしたものの一例である。
溶射に際しては、レンズの保護ガス、高圧ガスは同種類
のガスを使用して、溶射直前にこれらのガスを噴出させ
ることにより、溶射雰囲気保護筒内の殆んどの空気は排
出させることができる。
のガスを使用して、溶射直前にこれらのガスを噴出させ
ることにより、溶射雰囲気保護筒内の殆んどの空気は排
出させることができる。
第3図は、大気中において、ワイヤと粉末とを同時に用
いて溶射する場合の一例である。
いて溶射する場合の一例である。
[発明の効果]
このように、本発明のレーザによる溶射方法及びその装
置を用いることによって、各種溶射材料を使って簡便に
溶射膜を得ることができる。また、本発明の装置によれ
ば、溶射材として金属を用いても、活性雰囲気等によっ
て、非金属の溶射をも可能にすることができる。
置を用いることによって、各種溶射材料を使って簡便に
溶射膜を得ることができる。また、本発明の装置によれ
ば、溶射材として金属を用いても、活性雰囲気等によっ
て、非金属の溶射をも可能にすることができる。
第1図は、本発明のレーザによる溶射装置の概略説明図
であり、第2図は単純な平面上への可変雰囲気中溶射を
可能にした溶射装置の概略説明図である。第3図は、大
気中において、ワイヤと粉末を同時に用いて溶射する場
合の概略説明図である。 図面において、■はレーザビーム、■は集光レンズ、■
9はレンズホルダ、■は溶射ノズル、■はレンズ保護ガ
ス用接続部、(シは粉末及びそのキャリヤガス用接続部
、■は高圧ガス用接続部、■は主ノズル、[相]は高圧
ガスノズル、@はワイヤ送給用ノズル、[株]は溶射雰
囲気保護筒である。 特許出願人 工業技術院長 等々力 達■レー寸゛
忙j製 一→側■調O聾動方向 ■レー・す′辛=3本 一一呻桟喜村麹0乃勧方向
であり、第2図は単純な平面上への可変雰囲気中溶射を
可能にした溶射装置の概略説明図である。第3図は、大
気中において、ワイヤと粉末を同時に用いて溶射する場
合の概略説明図である。 図面において、■はレーザビーム、■は集光レンズ、■
9はレンズホルダ、■は溶射ノズル、■はレンズ保護ガ
ス用接続部、(シは粉末及びそのキャリヤガス用接続部
、■は高圧ガス用接続部、■は主ノズル、[相]は高圧
ガスノズル、@はワイヤ送給用ノズル、[株]は溶射雰
囲気保護筒である。 特許出願人 工業技術院長 等々力 達■レー寸゛
忙j製 一→側■調O聾動方向 ■レー・す′辛=3本 一一呻桟喜村麹0乃勧方向
Claims (6)
- (1)レーザ光線を集光レンズで収れんして得られる高
エネルギ密度部に、溶射材として金属又は無機物の線(
ワイヤ)あるいは金属又は無機物の粉末を、それぞれ単
独に又は同時に送給して加熱・溶融し、ガス流で被溶射
物に向けて吹きつけ、被溶射物表面に溶射膜を得ること
を特徴とするレーザ溶射方法。 - (2)溶射材として、金属の線又は粉末を、また上記ガ
スとして、アルゴン等の非反応性ガス又は酸素、窒素等
の反応性ガスを用い、被溶射物表面に、上記金属又は上
記金属の酸化物、窒化物等の化合物もしくは、上記金属
とその化合物の混合物の溶射膜を得ることを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載のレーザ溶射方法。 - (3)溶射材として用いる上記金属及び無機物の線又は
粉末もしくは、それらの混合物を用い、レーザ光線によ
って加熱・溶融された混合物間で生じる酸化・還元等の
化学反応を利用して、溶射材を構成する化学物質と異っ
た物性の混合物の溶射膜を得ることを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載のレーザ溶射方法。 - (4)溶射ノズルは、レンズ保護ガス用接続部、粉末及
びそのキャリヤガス用接続部、高圧ガス用接続部を有す
るとともに、レンズ保護ガス、粉末及びそのキャリヤガ
スを吹き出す主ノズル、高圧ガスを噴出させる高圧ガス
ノズル等を有する。これら3種類のガス用ノズルは、そ
れぞれ単独に三重ノズルを介して噴出させるが、場合に
よっては併用させてノズルの構造を簡単にすることも可
能である、上記集光レンズの光軸と上記主ノズルの中心
軸が合致するように、かつ、レーザ光線が主ノズルにあ
たらない範囲で、レーザ光線の焦点位置を変えることが
できる構造を有するようにして、レンズホルダと上記溶
射ノズルを一体化する。上記の構造を有する一体化した
レンズホルダと溶射ノズルの下側、すなわち主ノズルの
出口付近に、ワイヤ送給装置又は粉末送給装置に接続す
るワイヤ送給用チップ又は粉末及びそのキャリヤガス用
ノズルを設けた溶射装置で、溶射ノズルと被溶射物との
間隔及びレーザ出力を同時に又は単独に変えることによ
り、被溶射物に照射されるレーザ光線の照射面積及びそ
のエネルギ密度を調整できることを特徴とするレーザ溶
射装置。 - (5)加熱・溶融されて被溶射物に噴射される溶射材の
酸化等を防止するために、特許請求の範囲第4項記載の
溶射ノズルに保護筒を設けることを特徴とする特許請求
の範囲第4項記載の溶射装置。 - (6)加熱・溶融されて被溶射物に噴射される金属系溶
射材の酸化を防止するために、又は、金属系溶射材に窒
化等をおこさせるために、特許請求の範囲第4項記載の
溶射装置を可変雰囲気チャンバ内にセットすることを特
徴とする特許請求の範囲第4項記載の溶射装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60105664A JPS61264168A (ja) | 1985-05-16 | 1985-05-16 | レ−ザ溶射法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60105664A JPS61264168A (ja) | 1985-05-16 | 1985-05-16 | レ−ザ溶射法及びその装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61264168A true JPS61264168A (ja) | 1986-11-22 |
JPH0450381B2 JPH0450381B2 (ja) | 1992-08-14 |
Family
ID=14413701
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60105664A Granted JPS61264168A (ja) | 1985-05-16 | 1985-05-16 | レ−ザ溶射法及びその装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61264168A (ja) |
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