JPS6187859A - 溶射皮膜形成方法 - Google Patents
溶射皮膜形成方法Info
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- JPS6187859A JPS6187859A JP59207046A JP20704684A JPS6187859A JP S6187859 A JPS6187859 A JP S6187859A JP 59207046 A JP59207046 A JP 59207046A JP 20704684 A JP20704684 A JP 20704684A JP S6187859 A JPS6187859 A JP S6187859A
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- 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
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- C23C4/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/10—Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
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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】
（発明の対象）
本発明は溶射皮膜を形成する方法に関するものである。
（従来技術）
内燃機関用部材は長期にわたり高温状態で連続運転に耐
え、しかも熱サイクルを受けるため耐熱耐食性と共に機
械的強度を要求され、とくに内燃機関のピストンおよび
ピストンヘッド材等はそれ ′が溶射材である場合に
は溶射皮膜の耐剥離性に対して高度な要求がある。
え、しかも熱サイクルを受けるため耐熱耐食性と共に機
械的強度を要求され、とくに内燃機関のピストンおよび
ピストンヘッド材等はそれ ′が溶射材である場合に
は溶射皮膜の耐剥離性に対して高度な要求がある。
たとえばガスタービンにおいてはＮｉ基合金基材上にま
づＮｉ−Ｃｒ合金を溶射し更にその上にＺｒＯ２系セラ
ミックを溶射したものがあるが斯様な皮膜はタービン使
用中に溶射皮膜の剥離を生じやすい欠点がある。
づＮｉ−Ｃｒ合金を溶射し更にその上にＺｒＯ２系セラ
ミックを溶射したものがあるが斯様な皮膜はタービン使
用中に溶射皮膜の剥離を生じやすい欠点がある。
また、鋳鋼製ピストン材の表面にＮｉ−Ｃｒ合金を溶射
し更にその上にＺ ｒ Ｏ２を溶射したものを実用試験
した結果はやはシ溶射皮膜の剥離が生起し易く、したが
って剥離を防ぐにはＺ ｒ Ｏ２の溶射厚さを薄くしな
ければ使用出来ないがこれによって耐熱性および耐摩耗
性を犠牲にしなければならない。
し更にその上にＺ ｒ Ｏ２を溶射したものを実用試験
した結果はやはシ溶射皮膜の剥離が生起し易く、したが
って剥離を防ぐにはＺ ｒ Ｏ２の溶射厚さを薄くしな
ければ使用出来ないがこれによって耐熱性および耐摩耗
性を犠牲にしなければならない。
さらに、ＡＬ合金製ピストンに対し、その表面（（Ｎｉ
−Ｃｒ合金またはＮ １−Ａｌ材を下地溶射したのちＺ
ｒＯ２を溶射して断熱する方法を試みた結果は実用エン
ジン試験によって比較的短時間内に溶射層の剥離を生じ
使用に堪えなくなることが知られている。
−Ｃｒ合金またはＮ １−Ａｌ材を下地溶射したのちＺ
ｒＯ２を溶射して断熱する方法を試みた結果は実用エン
ジン試験によって比較的短時間内に溶射層の剥離を生じ
使用に堪えなくなることが知られている。
斯様な剥離原因は基材と溶射仕上げ層の酸化物層との熱
膨張係数の差異が犬なるためである。すなわち上記各村
の熱膨張係数を測定すれば第１表のような結果が得られ
、各材質の熱膨張係数の差異は顕著である。
膨張係数の差異が犬なるためである。すなわち上記各村
の熱膨張係数を測定すれば第１表のような結果が得られ
、各材質の熱膨張係数の差異は顕著である。
（第１表）
表から明らかな通りＡｌ合金基材上にＮ＋−Ｃｒ溶射し
更にＺｒＯ２溶射したものは各層間において、はぼ（２
〜８）×１０／℃の熱膨張率差があり皮膜剥離の原因を
なすことは明白である。斯様な剥離部分をしもべろと、
しばしば基材と下地層との境域面において剥離を認める
ことができるのである。
更にＺｒＯ２溶射したものは各層間において、はぼ（２
〜８）×１０／℃の熱膨張率差があり皮膜剥離の原因を
なすことは明白である。斯様な剥離部分をしもべろと、
しばしば基材と下地層との境域面において剥離を認める
ことができるのである。
（発明の目的）
本発明の目的は上記従来技術の欠点を改良し耐剥離性に
すぐれたセラミック溶射皮膜の形成方法を提供すること
にある。
すぐれたセラミック溶射皮膜の形成方法を提供すること
にある。
（発明の構成）
本発明は１３０−２５０℃に加熱したＡｌまたはＡｌ合
金基材にまづＣｒ１５〜２５重量％を含むＮｉ−Ｃｒ合
金またはＡｌ４〜２２重量％を含むＮ １−Ａｌ材を溶
射して下地層を形成し、次いでこの下地層の表面に安定
化Ｚ ｒ Ｏｚ系セラミック材を溶射することを特徴と
する溶射皮膜形成方法にある。
金基材にまづＣｒ１５〜２５重量％を含むＮｉ−Ｃｒ合
金またはＡｌ４〜２２重量％を含むＮ １−Ａｌ材を溶
射して下地層を形成し、次いでこの下地層の表面に安定
化Ｚ ｒ Ｏｚ系セラミック材を溶射することを特徴と
する溶射皮膜形成方法にある。
本発明に謂５ ＡｌまたはＡｌ合金とは純ＡＬ″！、た
はＡｌ−Ｍｇ系、ＡＡ−８ｔ系、Ａｌ−Ｍｇ−５ｉ系、
Ａｌ−８ｉ −Ｃａ系、Ａｌ−８ｔ−Ｆｅ系を含むもの
である。
はＡｌ−Ｍｇ系、ＡＡ−８ｔ系、Ａｌ−Ｍｇ−５ｉ系、
Ａｌ−８ｉ −Ｃａ系、Ａｌ−８ｔ−Ｆｅ系を含むもの
である。
また下地材として使用されるＮｉ−Ｃｒ合金またはＮ
１−ＡＡ材はそれぞれの粒度１０５〜２０μｍの範囲の
比較的粗粒の粉末であり斯様な粉末の使用によりセラミ
ック溶射皮膜との接合強度向上のために好ましい。Ｎｉ
−Ｃｒ合金においてはＣｒ品位が１５〜２５重量％、Ｎ
１−Ａｌ材においてはＭ品位が４〜２２重量％である
ことを要する。しかし実験結果によればＡｌ ２０％Ｓ
ｉ合金等も下地材として溶射皮膜の接合力向上効果は大
であることが確認されている。
１−ＡＡ材はそれぞれの粒度１０５〜２０μｍの範囲の
比較的粗粒の粉末であり斯様な粉末の使用によりセラミ
ック溶射皮膜との接合強度向上のために好ましい。Ｎｉ
−Ｃｒ合金においてはＣｒ品位が１５〜２５重量％、Ｎ
１−Ａｌ材においてはＭ品位が４〜２２重量％である
ことを要する。しかし実験結果によればＡｌ ２０％Ｓ
ｉ合金等も下地材として溶射皮膜の接合力向上効果は大
であることが確認されている。
本発明の特徴の−は前記した通りＡｌまたはＡｌ合金基
材を温度１３０〜２５０℃に加熱した状態において上記
下地材を溶射する点にある。本発明者は多数の実験の結
果、基材加熱温度１３０℃以下においては加熱の効果は
ほとんど認められず、また２５０℃を超えるときは基材
の軟化変形を生じ易いのみならず溶射皮膜の接合力向上
効果も飽和に達するため２５０℃以上の加熱は本発明達
成のため好ましくないことが確認された。
材を温度１３０〜２５０℃に加熱した状態において上記
下地材を溶射する点にある。本発明者は多数の実験の結
果、基材加熱温度１３０℃以下においては加熱の効果は
ほとんど認められず、また２５０℃を超えるときは基材
の軟化変形を生じ易いのみならず溶射皮膜の接合力向上
効果も飽和に達するため２５０℃以上の加熱は本発明達
成のため好ましくないことが確認された。
また本発明にいうセラミック溶射材は高温安定性良好で
、しかも熱伝導率が低く、更に熱膨張係数は可能な限り
基材金属ならびに下地材金碩の熱膨張係数に近いものが
良い。斯様な性質を有するセラミック材としてはアルミ
ナ、ムライト、安定化ノルコニア、カルシア、イツトリ
ア、マグネシア等があげられるが、特に安定化ノルコニ
アが好適である。
、しかも熱伝導率が低く、更に熱膨張係数は可能な限り
基材金属ならびに下地材金碩の熱膨張係数に近いものが
良い。斯様な性質を有するセラミック材としてはアルミ
ナ、ムライト、安定化ノルコニア、カルシア、イツトリ
ア、マグネシア等があげられるが、特に安定化ノルコニ
アが好適である。
セラミック材の溶射厚さは０．２〜１．０ｍｍの範囲が
最適である。０．２廐以下の薄い皮膜は断熱効果に乏し
い欠点があり、また１０朋以上の厚い皮膜は耐剥離性低
下はまぬがれない。
最適である。０．２廐以下の薄い皮膜は断熱効果に乏し
い欠点があり、また１０朋以上の厚い皮膜は耐剥離性低
下はまぬがれない。
本発明の方法により加熱された基材に下地材を溶射後、
酸化物セラミック材を溶射することによって得られる溶
射皮膜形成材は熱サイクル環境下において長期間使用し
ても溶射皮膜の剥離、亀裂等を生起しないものとなる。
酸化物セラミック材を溶射することによって得られる溶
射皮膜形成材は熱サイクル環境下において長期間使用し
ても溶射皮膜の剥離、亀裂等を生起しないものとなる。
その理由は加熱基材と下地溶射層の密着性は基材を加熱
しない揚台に比較して膨張状態の基材に下地層が喰い込
むごとく溶射されるため密着性をいちじるしく向上する
のに加え、この下地層に熱膨張係数の低いヅルコニアが
溶射されるため結局、基材、下地材およびジルコニア層
の熱膨張係数の差異を実質的に接近せしめ５効来が発揮
されるためと考えられる。
しない揚台に比較して膨張状態の基材に下地層が喰い込
むごとく溶射されるため密着性をいちじるしく向上する
のに加え、この下地層に熱膨張係数の低いヅルコニアが
溶射されるため結局、基材、下地材およびジルコニア層
の熱膨張係数の差異を実質的に接近せしめ５効来が発揮
されるためと考えられる。
本発明において安定化ジルコニアを使用する理由は次の
通シである。
通シである。
安定化ジルコニアとは、加熱・冷却において特定温度で
変態しその際急激な体積変化を起す純ノルコニアに対し
Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ等が数多以上添加され、常温
から高温まで変態による急激な体積変化を起さない構造
をしたジルコニアである。又ジルコニアの熱膨張係数が
金属に近く高いことから熱サイクルを受ける部材のコー
テングに対しクラック等が生じにくく最適である。
変態しその際急激な体積変化を起す純ノルコニアに対し
Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ等が数多以上添加され、常温
から高温まで変態による急激な体積変化を起さない構造
をしたジルコニアである。又ジルコニアの熱膨張係数が
金属に近く高いことから熱サイクルを受ける部材のコー
テングに対しクラック等が生じにくく最適である。
（実施例１）
純Ａｌ、Ａｌ −１３チＳｉ合金およびＡｌ −１，５
係Ｍｇ合金基材にＮｉ−Ｃｒ合金、Ｎ １−ＡＡ材を１
３０〜２５０℃に基材を加熱して溶射し、次いでＺ ｒ
Ｏ２・Ｙ２Ｏ３粉末を仕上げ溶射した試片について熱
サイクル処理後、溶射皮膜の引張シ試験を行い皮膜の耐
剥離性をしもべだ。溶射条件、熱サイクル試験条件およ
び引張９試験条件は次に示す通りであり、試験結果を第
２表に示す。
係Ｍｇ合金基材にＮｉ−Ｃｒ合金、Ｎ １−ＡＡ材を１
３０〜２５０℃に基材を加熱して溶射し、次いでＺ ｒ
Ｏ２・Ｙ２Ｏ３粉末を仕上げ溶射した試片について熱
サイクル処理後、溶射皮膜の引張シ試験を行い皮膜の耐
剥離性をしもべだ。溶射条件、熱サイクル試験条件およ
び引張９試験条件は次に示す通りであり、試験結果を第
２表に示す。
下地層溶射条件：アークガスとしてＡｒガス使用量３８
１／ｍｉｎ、ａ助ガスとしてＨｅガス使用量７ｔ／ｍｉ
ｎ、溶射距離１１０団、溶射皮膜厚さ０．１＋＋ｍ＋、
（プラズマダイン社５Ｇ−１００プラズマ溶射ガン使用
） 仕上げ層溶射条件：Ａｒガス３８ ｔ／ ｍｉｎ ％
Ｈｅガス１５ｔ／ｍｉｎ、溶射距離９０嘔、溶射皮膜厚
さＱ、４＋ｌＦ、（プラズマダイン社５Ｇ−１００プラ
ズマイ容射ガン使用） 熱サイクル試験条件：溶射後の試片を４００℃の炉内に
２０分間保持後空冷する過程を１０回繰り返す。
１／ｍｉｎ、ａ助ガスとしてＨｅガス使用量７ｔ／ｍｉ
ｎ、溶射距離１１０団、溶射皮膜厚さ０．１＋＋ｍ＋、
（プラズマダイン社５Ｇ−１００プラズマ溶射ガン使用
） 仕上げ層溶射条件：Ａｒガス３８ ｔ／ ｍｉｎ ％
Ｈｅガス１５ｔ／ｍｉｎ、溶射距離９０嘔、溶射皮膜厚
さＱ、４＋ｌＦ、（プラズマダイン社５Ｇ−１００プラ
ズマイ容射ガン使用） 熱サイクル試験条件：溶射後の試片を４００℃の炉内に
２０分間保持後空冷する過程を１０回繰り返す。
引張シ試験条件：熱すイクル試験後の試片の端面溶射皮
膜部と相手材純アルミニウムを接着剤アラルダイ） Ａ
Ｔ−１にて接着後引張シ試駐に供す。
膜部と相手材純アルミニウムを接着剤アラルダイ） Ａ
Ｔ−１にて接着後引張シ試駐に供す。
試験結果：各試験とも５試料の実測値または平均値。
（比較例）
実施例１と同一基材を用い、基材を加熱せず、または１
３０℃以下もしくは２５０℃以上の加熱状態において実
施例１と同様の方法により溶射および試験を行なった結
果、第３表に示す結果を得た。
３０℃以下もしくは２５０℃以上の加熱状態において実
施例１と同様の方法により溶射および試験を行なった結
果、第３表に示す結果を得た。
以上、実施例１および比較例を見るに、加熱せず、また
は本発明の加熱温度範囲を逸脱する温度に加熱した基材
に下地溶射を施したものは引張９強度が低いのみならず
強度のばらつきが犬であるのに対し本発明方法によれば
引張強度は高く、引張シ特性にばらつきが少く、母材−
下地間でのび・す離も見られず、仕上層内で安定して破
断してし・ることがら判断して本発明方法により耐剥離
性の改善は顕著であることが知られる。
は本発明の加熱温度範囲を逸脱する温度に加熱した基材
に下地溶射を施したものは引張９強度が低いのみならず
強度のばらつきが犬であるのに対し本発明方法によれば
引張強度は高く、引張シ特性にばらつきが少く、母材−
下地間でのび・す離も見られず、仕上層内で安定して破
断してし・ることがら判断して本発明方法により耐剥離
性の改善は顕著であることが知られる。
（実施例２）
径５０叫φのローエックスＡｌ合金製ピストンの頂部に
実施例１、況２および比較何屋２と同様の溶射を行なっ
た後１２５ＣＣ，５０００サイクル／分のガソリンエン
ジン実機において連続１０時間のエンジンテストを実施
した結果、前者は１０時間テスト後においても溶射皮膜
に剥離、亀裂等の異常は全く観察されなかった。しかる
に後者は運転後３７分にてエンジン異常を生じたため停
止してピストンを分解観察したところ、溶射皮膜の欠蕩
が溶射面の約１０係において観察され、これがピストン
スカート部に噛み込まれ、ピストン摺動部において焼き
付きを生じていた。
実施例１、況２および比較何屋２と同様の溶射を行なっ
た後１２５ＣＣ，５０００サイクル／分のガソリンエン
ジン実機において連続１０時間のエンジンテストを実施
した結果、前者は１０時間テスト後においても溶射皮膜
に剥離、亀裂等の異常は全く観察されなかった。しかる
に後者は運転後３７分にてエンジン異常を生じたため停
止してピストンを分解観察したところ、溶射皮膜の欠蕩
が溶射面の約１０係において観察され、これがピストン
スカート部に噛み込まれ、ピストン摺動部において焼き
付きを生じていた。
以上の結果から本発明方法によって形成された溶射皮膜
の耐剥離特性は極めて良好であることは明らかである。
の耐剥離特性は極めて良好であることは明らかである。
Claims (3)
- （１）温度１３０ないし２５０℃に加熱したアルミニウ
ムまたはアルミニウム合金基材に下地層を溶射し、次い
で該下地層上にセラミック材を溶射することを特徴とす
る溶射皮膜形成方法。 - （２）下地層がクロム１５ないし２５重量％を含むＮｉ
−Ｃｒ合金またはアルミニウム４ないし２２重量％を含
むＮｉ−Ａｌ合金であることを特徴とする特許請求の範
囲第１項の方法。 - （３）セラミック材が安定化ジルコニア系材料であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59207046A JPS6187859A (ja) | 1984-10-04 | 1984-10-04 | 溶射皮膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59207046A JPS6187859A (ja) | 1984-10-04 | 1984-10-04 | 溶射皮膜形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6187859A true JPS6187859A (ja) | 1986-05-06 |
| JPH0465143B2 JPH0465143B2 (ja) | 1992-10-19 |
Family
ID=16533306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59207046A Granted JPS6187859A (ja) | 1984-10-04 | 1984-10-04 | 溶射皮膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6187859A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63118058A (ja) * | 1986-11-05 | 1988-05-23 | Toyota Motor Corp | セラミツク溶射部材およびその製造方法 |
| EP0285313A2 (en) * | 1987-03-30 | 1988-10-05 | Hitachi, Ltd. | Compound member and method for producing the same |
| JPH0257672A (ja) * | 1988-08-23 | 1990-02-27 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | 溶射方式による摩擦材料および摺動材料の製造法 |
| WO2010100533A1 (en) * | 2009-03-04 | 2010-09-10 | Nissan Motor Co., Ltd. | Cylinder block and thermally sprayed coating forming method |
| WO2015190325A1 (ja) * | 2014-06-11 | 2015-12-17 | 日本発條株式会社 | 積層体の製造方法及び積層体 |
| JP2017226923A (ja) * | 2017-09-20 | 2017-12-28 | 日本発條株式会社 | 積層体及び積層体の製造方法 |
| CN113444996A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-09-28 | 潍柴动力股份有限公司 | 热障涂层的制备方法、热障涂层和发动机活塞 |
Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JPS545417A (en) * | 1977-06-14 | 1979-01-16 | Tdk Corp | Magnetic head |
| JPS565301A (en) * | 1979-06-20 | 1981-01-20 | Us Government | Production of hydrogen and carbon monoxide |
-
1984
- 1984-10-04 JP JP59207046A patent/JPS6187859A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS545417A (en) * | 1977-06-14 | 1979-01-16 | Tdk Corp | Magnetic head |
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| RU2483139C1 (ru) * | 2009-03-04 | 2013-05-27 | Ниссан Мотор Ко., Лтд. | Блок цилиндров и газотермический способ напыления покрытия |
| CN102317495A (zh) * | 2009-03-04 | 2012-01-11 | 日产自动车株式会社 | 气缸体以及热喷镀镀层形成方法 |
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| JP2016000849A (ja) * | 2014-06-11 | 2016-01-07 | 日本発條株式会社 | 積層体の製造方法及び積層体 |
| US10315388B2 (en) | 2014-06-11 | 2019-06-11 | Nhk Spring Co., Ltd. | Method of manufacturing laminate and laminate |
| JP2017226923A (ja) * | 2017-09-20 | 2017-12-28 | 日本発條株式会社 | 積層体及び積層体の製造方法 |
| CN113444996A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-09-28 | 潍柴动力股份有限公司 | 热障涂层的制备方法、热障涂层和发动机活塞 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0465143B2 (ja) | 1992-10-19 |
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