JPS63145762A - 溶射による複合金属皮膜の形成方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、溶射による複合金属皮膜の形成方法に関する
。溶射技術は既知であり、これは、流れに向けられた比
較的低温の気体に流れを載せることにより溶融金属から
なる流れを噴霧して高温金属粒子からなる溶射噴霧を形
成する工程と、溶射噴霧を基材上に堆積させる工程と、
からなる。急速かつ制御された冷却を与えることにより
、圧延や形状物体への成形が可能な特殊顕微鏡組織を有
する皮膜の形成が可能である。しかしながら、ただ１つ
の溶融金属源だけでは、得られる組成および顕微鏡組織
の範囲に制限がある。

従来技術とその問題点 ＧＢ８６０６７３３は、流れまたは溶射噴霧に。

組成の異なる金属材料の微細な固形粒子を供給する溶射
方法を記載する。粒子は堆積物内に混入される。たとえ
ばアルミナまたは炭化ケイ素のような耐火物粒子を使用
することＫより１強化性状を有する金属マトリックス複
合材が得られる。

米国特許第４５２２７８４号は、溶融金属の２つの流れ
が溶射直前に混合され、少ないほうの流れは、多いほう
の流れより温度が高くかつ溶射中または溶射前に微細な
金属間析出物が形成されるように選択されるところの溶
射方法を記載する。この記載のＤＣ溶射法では、金属間
析出物の再溶融を防止するのに十分な速度で系から熱を
急速に除去することは困難である。

ＧＢ１３５９４８６は、２つの密度の異なる不混和性金
属を溶射するための溶射方法を記載する。

２つの金属の同心円流れからねる溶融金属の単□−流れ
は噴霧され、液滴が基材の上に集積される。

この方法で溶射可能な合金組成の範囲は、完全に制約を
受ける。

本発明は、前記の従来技術に比較して、溶融金属の別々
の流れが個別に粉霧されるという事実を特徴とする。溶
射による複合金属皮膜を形成する便利な方法を提供する
。その結果、２つの金属の組成に関する制約ははるかに
少なくなる。

０８１０８３００３号は、裏当て材の上にＡｔとｐｂと
を同時に溶射して軸受材料を製作する方法を記載する。

これにより、溶融溶射液滴に゛（はぼ）対応するサイズ
のＡｊとｐｂとの交互領域からなる顕微鏡組織が得られ
る。ＵＳ３８２６３０１も同様な開示を含む。

発明の要約 本発明は、第１の金ＩＩ４流れと、第２の金属流れとお
よび基材とを提供するとと；流れに直射された比較的低
温のガスに流れを載せることにより。

２つの流れを噴霧して高温金属粒子からなる第１および
第２の溶射噴霧を形成すること；および溶射噴霧を基材
上に順次に堆積させてそこに積層皮膜を形成すること；
からなる溶射による複合金属皮膜の形成方法を提供する
。

第１および第２の金属流れは、溶融金属の供給液を含む
保持容器からの重力流れにより提供してもよい。本発明
は、各々別々に噴霧される２つ。

３つまたはそれ以上の溶融金属流れの使用を意図してい
るが１本明細書では第１および第２の金属流れについて
説明する。

噴霧条件は、当、、、業者に既知のように、高温金属粒
子の溶射噴霧の粒径、速度、方向および温度を制御する
ように選択される。噴霧されると、溶融金属粒子は円錐
溶射噴霧パターン内に拡大するが。

この噴霧パターンは円形断面でもよく、または当業者に
既知のように、別の断面あるいは金属粒子のより均等な
拡がりを形成するように修正も可能である。

基材は、たとえば平面または管状の金属面であり、内外
面のいずれに金属溶射を行なってもよい。

一般に、金属粒子が衝当したとき少なくとも部分的にま
だ液状であることが好ましく、もしそうでな〜゛・とき
は皮膜がきわめて多孔性となることがある。噴霧条件を
適切に制御することにより、金属溶射噴霧は部分的にま
たは完全に液状であるように形成可能であるが、衝当時
に過冷却されるので、衝当と同時に直ちに凝固が始まり
、基材から大量の熱を抽出する必要はない。

繊維、ウィスカ、（鉱物単結晶繊維）または耐火物材料
の粒子、た、とえば炭素または炭化ケイ素。

が密着性複合金属皮膜内に埋込まれるようにこれらを基
材上に供給して皮膜を補強することが可能である。もし
必要ならば、耐火物材料の粒子を、上記のＧＢ８６０６
７３３に記載の方法により、第１および／または第２の
溶射噴霧内に混入することも可能である。

３つ（またはそれ以上）の溶射噴霧を使用してもよい。

たとえば、２つの噴霧パターンを重ね合わせて同時に運
転してもよい。これにより、交互の層がこれら２つの溶
射から得られた顕微鏡組織を有する積層構造が得られる
。または２つの重ね合わせられる溶射噴霧は、前記の米
国特許第４５２２７８４号に記載のように相互に作用し
合うように選択してもよい。

第１および第２の溶射噴霧を構成する２種の金属の比の
範囲はそれほど重要ではない。特殊用途に対しては、２
種（または複数種）の金属の適切な割合が選択される。

第１および第２の溶射噴霧の噴霧パターンは１重なり合
ってもよいし１重ね合せる必要もない；すなわち、２つ
の溶射噴霧は基材の同一領域に衝当するように配置して
もよいし、異なる領域に衝当するように配置してもよい
。

２つの金属溶射を受取るために、基材は、一方向に搬送
させてもよいし、往復運動をさせてもよいしまたは回転
させてもよい。これらの諸性質は。

皮膜の構造をさらに制御するのに使用可能である。

たとえば、もし２つの溶射噴霧の噴霧パターンが重なり
合わないで基材がこれらのパターンの間で往復運動を行
うと、皮膜は第１および第２の金属の交互層で形成可能
である。

もし２つの溶射の噴霧パターンが重なり合っているとき
は、所定の積層構造を得るためには２つの溶射を交互に
運転する必要がある。したがって。

両方の溶射を連続運転させるためには、２つの溶射噴霧
パターンは重なり合わないように配置され。

基材上に２つの金属の交互層が堆積されるように基材を
往復運動させるかまたは回転させることが好ましい。

一方の金属流れは連続供給し他方の金属流れのみ間欠供
給をさせることにより、構造上の他の変更態様が達成可
能である。あるいは、最初に第１の金属流れが供給され
、続いて第２の金属流れが供給されると、皮膜は第１の
金属からなりその上に第２の金属の表面塗膜を有するこ
とになる。２種以上の流れとして溶融金属を供給できる
ことは、皮膜構造の決定においてオペレータにかなりの
自由度を与える。

積層皮膜は、相互に交互に重ね合わされた少なくとも２
層の金属からなることが好ましい。交互層の厚さは、積
層の性状に大きな影響を有する。

溶射したままの皮膜において、各層は０．０１−１００
ｙｕｔ、とくには１−Ｌｏｗの厚さを有するのが好まし
い。溶射したままの皮膜は圧延されてもよい。多くの目
的に対し、圧延された製品における各層は、１０ないし
５００ミクロン、とくには３０ないし２００ミクロンの
厚さを有するのが好ましい。

２種の金属は、基材に堆積する前は相互に接触せず堆積
すると直ちに凝固するので、使用する金属の性質に関す
る制約はほとんどない。堆積した一方の金属の温度があ
まりに高すぎるので皮膜上で他方の金属が実質的に溶解
するようであれば好ましくない。同一母材からなる２種
の異種合金を用いるのがしばしば便利である。本方法は
とくにアルミニウム合金の溶射に関心を有するが、この
目的のためにはアルゴンまた窒素などの不活性ガスが一
般に好ましいが必須ではない。

実施例 第１図によると、本システムは第１および第２の溶融金
属流れを供給する第１および第２の炉１０゜１２を含む
が、溶融金属流れは（図示されていない手段により〕噴
霧され、高温金属粒子からなる第１および第２の溶射噴
霧１４．１６を形成する。

噴霧パターンは重なり合うが、各溶射噴霧は他方の溶射
噴霧が停止しているときに交互に運転される。各溶射噴
霧は交互に基材１８上に堆積され。

基材１８の位置および方向は手段２０により制御される
。金属溶射噴霧および基材は溶射室２２内に包含され、
溶射室２２はガスおよび過剰溶接粉末用の出口ベントを
除き閉鎖されている。

キャリヤガスの流れ内に含まれる耐火物材料はパイプ２
６を介して第１の材料が噴霧される領域へ供給され、第
１の材料の溶射噴霧に混入される。

第１図に示す系においては、その上に複合金属体を形成
するように基材１８は静止位置に維持されるが；あるい
は均等な複合金属層を形成するために、基材１８に移動
、回転または往復運動が与えられてもよい。基材１８は
金型の形状としてもよく、これは基材上に成形品を形成
して堆積品を加工することを意図している。図示の系に
おいて。

もし金属液滴が衝当時になお液状であるならば、堆積物
はほとんど細孔を含まない第１および第２の金属の交互
層を含むであろう。

第２図は、金属溶射噴霧１４．１６の噴霧パターンが重
なり合わないように図示されていること以外は第１図に
対応している。この場合は溶射噴霧は連続的に運転され
、第１および第２の金属の交互層からなる皮膜を得るた
めに基材１８に往復運動が与えられる。

第３図においては、２つの金属溶射噴霧・１４゜１６の
噴霧パターンは、水平な軸２８のまわりに回転されるよ
うにした円筒状基材１８上に衝当するときに部分的に重
なり合うように図示されている。繊維３０はスプール３
２から供給され、皮膜内に混入される。

以下に１本発明により複合金属皮膜を形成するのに使用
可能な金属および合金の組合せ挙例を示す。各事例にお
いて、記載の第１の金属または合金は一般的に、第２の
金属または合金よりも容積濃度としてより多量に皮膜内
に存在するであろう。

Ａ・　第１の金属はアルミニウム協会規格の合金番号７
０１０であり、第２の金属は６ｏ６１のような軟質Ａｔ
合金または純Ａｔ金属である。

７０１Ｏは航空機構造に使用されるのが代表例であり、
第２の金属は疲労および鈍化割れを減少させるために、
ミクロ積層構造により破壊ａｆ！Ｅを改善する。

Ｂ・　第１の金属は７０１０合金であり、第２の金属は
、延性、ＩＲ性および疲労抵抗性を与えるために６０１
０合金である。

Ｃ０第１の金属は７０１０合金であり、第２の金属は耐
応力腐食割れ、ａを改善するためにＡ４／りｎ合金であ
る。

Ｄ、第１の金属は装甲メッキとして使用される７０７５
合金であり、第２の金属は破砕抵抗性を改善するために
Ａｔ／Ｓｉ合金である。

Ｅ、第１の金属は７０７５合金であり、第２の金属は、
密度を増加し１弾道特性を改善、しおよび衝撃波を分散
するような顕微鏡組織を与えるためにｐｂである。

Ｆ、第１の金属は任意のＡｔ合金であり、第２の合手は
、拡散接着性を補助するために皮膜の全厚さの１ないし
５％の層として表面に施工されたＺｎである。

Ｇ、第１の金属は６０６１合金であり、第２の金属は、
改良された延性および靭性なもつ製品を与えるために７
４７５合金＋ＳｉＣである。

ニ 一方の噴霧装置から６０６１Ａｔ合金を、他方の噴霧装
置から７４７５　ｋ１合金＋ＳｉＣを噴霧する組合せを
用いて、積層金属が溶射された。

１、溶射条件 使用されたるつぼはアルミナ製でジルコニア製ノズルが
使用された。噴霧ガスは窒素であった。

溶射体は長さ３００闘幅１５０Ｕのアルミニウム板であ
った。板に溶射噴震下で周波数ＩＨｚの往復運動が与え
られた。

溶融温度　　　　　　＝　７３０℃ −次ガス　　　　圧力　＝１．８　　気圧流量”　　０
．６　　ｍ３／　ｍｉｎ 速度　”　　２４０　ｍ／５ｅｌＣ 二次ガス　　　　圧力　＝５．５　　気圧流量　”　　
８．０　　ｍ／ｍｔｎ 速度”　　３００ｍ／　５ｅＣ ７４７５合金に対する条件は、溶融温度が７１０℃であ
る点を除いては上記と同一であった。ＳｉＣ粒子（Ｆ２
Ｏ３）は７４７５溶射噴霧のみに供給され。

ＳｉＣは噴霧ノズル１−７２　ｋｐ／ｍｉｎの割合で供
給された。

同−条件を用いて数バッチの材料が製作された。

２．製品の顕微鏡組織 縞状組織間の元素拡散の測定により隣接層間でかなりの
相互拡散が行われたことが認められ、相互間に有効な顕
微鏡組織結合が形成されたことがわかった。７４７５層
のＳｉＣ含有量は容積で１０−１２％であった。

３、機械的性質 溶射されたままの材料は、４３０℃における熱間圧延に
より約２Ｉｌｘ厚さに圧密され、次にさらに冷間圧延に
よりＩＵ厚さに圧密された。溶射されたままのときに入
られた細孔は、この工程の間に封鎖されて完全に圧密さ
れた製品ができることがわかりた。板は５００℃に少な
くとも３０分間保持したのち冷水焼入れをすることによ
り溶体化処理が行われた。材料には１２０℃で２０時間
の人工時効が与えられた。

積層厚さの異なる数バッチの板について引張性状が測定
された。次の表は結果一覧表である。

き裂の発生および伝播も測定された下記の結果を得た。

き裂発生　　　　キ裂伝播 材　料　　　　　　　　　エネルギ　　　　エネルギ（
Ｊ／７７１Ｊ）　　　　　（Ｊ／ＦＦ１’）５層１ｍ品 （＝２００ミクロン層）　　　　１３４３３　　　　４
０５９７１７層積層品 （＝７０ミクロン層）　　　　　１７６２３　　　５５
７８８７４７５合金、ＳｉＣ含有　　　　３１８９　　
　　８１８２これらの結果は、槓層品内に２種の材料を
組合せることにより個々の構成材料よりも機械的性質が
改善される結果が得られることを示す。この事例におけ
る結果は、６０６１よりも強度および延性が改善された
こと、およびＳｉＣ含有７４７５よりも延性および割れ
発生ならびに伝播エネルギが改善されたこと（靭性の改
善を示す）を示す。この結果はまた。性状（とくに延性
）の点でＳｉＣ含有含有６ニ６１ を示す。材料の最終性状−とくにこの場合は積層品の延
性および靭性−を制御するときに，積層領域の厚さがぎ
わめて重要であることも注目される。

【図面の簡単な説明】

第１図は．基材が静置され溶射噴霧は重なり合いをなす
ところの本発明による複合金属皮膜を形成する方法の略
図。 第２図は、基材に往復運動が与えられ溶射噴霧は重なり
合わないように配置されていること以外は第１図に類似
の゛略図；および 第３図は、基材に回転運動が与えられること以外は第１
図に類似の略図である。 １４・・・第１の溶射噴霧、　　１６・・・第２の溶射
噴霧、　１８・・・基材、　２６・・・耐火物材料粒子
の供給手段，　３０・・・繊維，　　３２・・・繊維供
給手段。 （外４名） １）１面の浄゛：（内容に変ＪＩなし）手続補正書 １、事件の表示 昭和６２年特許願第２８７２０２号 ２、発明の名称 溶射による複合金属皮膜の形成方法 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所 名　称　　アルカン・インターナショナル・リミテッド
新大手町ビル　２０６号室 ５、補正の対象

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の金属流れと、第２の金属流れと、および基
   材とを提供すること； 流れに直射された比較的低温のガスに流れを載せること
   により、２つの流れを噴霧して高温金属粒子からなる第
   １および第２の溶射噴霧を形成すること；および 溶射噴霧を基材上に順次に堆積させてそこに積層皮膜を
   形成すること； からなる溶射による複合金属皮膜の形成方法。
2. （２）噴霧条件は、第１および第２の金属溶射噴霧が基
   材上に衝当したとき少なくとも部分的にまだ液状である
   ように制御されるところの特許請求の範囲第１項に記載
   の方法。
3. （３）繊維、ウィスカ（鉱物単結晶繊維）または耐火物
   材料の粒子が密着性複合金属皮膜内に埋込まれるように
   これらを基材上に供給されるところの特許請求の範囲第
   １項または第２項に記載の方法。
4. （４）耐火物材料の粒子は、第１または第２の金属流れ
   または溶射噴霧に供給されるところの特許請求の範囲第
   １項ないし第３項のいずれかに記載の方法。
5. （５）第１および第２の溶射噴霧の噴霧パターンは、重
   なり合わないところの特許請求の範囲第１項ないし第４
   項のいずれかに記載の方法。
6. （６）第１および第２の金属は同一母材からなる異種合
   金であるところの特許請求の範囲第１項ないし第５項の
   いずれかに記載の方法。
7. （７）母材はアルミニウムであるところの特許請求の範
   囲第６項に記載の方法。
8. （８）積層皮膜は、交互に重ね合わされた少なくとも２
   層の金属からなるところの特許請求の範囲第１項ないし
   第７項のいずれかに記載の方法。
9. （９）圧延後、皮膜の各層は１０ないし５００ミクロン
   の厚さとなるところの特許請求の範囲第８項に記載の方
   法。