JPS6315343B2 - - Google Patents
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- JPS6315343B2 JPS6315343B2 JP54129938A JP12993879A JPS6315343B2 JP S6315343 B2 JPS6315343 B2 JP S6315343B2 JP 54129938 A JP54129938 A JP 54129938A JP 12993879 A JP12993879 A JP 12993879A JP S6315343 B2 JPS6315343 B2 JP S6315343B2
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Classifications
-
- 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
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
- C23C4/137—Spraying in vacuum or in an inert atmosphere
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Description
本発明は被膜と母材および被膜を構成している
それぞれの粒子間の結合力の優れたプラズマ溶射
法に関する。 一般に、プラズマ溶射法は金属材料表面に金
属、合金又はセラミツクスを被覆させ、耐摩耗
性、耐熱性、耐腐食性を与える方法として広く利
用されている。 このプラズマ溶射法は、通常、第１図に示す装
置を用いて後述するような態様で行なわれてい
る。第１図において１はプラズマガン本体で主に
タングステン電極２と水冷銅電極３で構成され、
両電極は絶縁体４により電気的に分離され、タン
グステン電極２は直流電源５の負極に、水冷銅電
極３は正極にそれぞれ接続されている。６はガス
ボンベ７から供給されるプラズマガス（Ar、He
あるいはAr＋５％H2等）出口、８は溶射粉末を
ためておく気密性のホツパー、９は該溶射粉末を
粉末出口１０へ送給するための不活性ガス（Ar
あるいはHe等）ボンベである。 先ず、ガスボンベ７からガス出口６を通してプ
ラズマガスを供給し、タングステン電極２と水冷
銅電極３の間に直流電源５によりプラズマアーク
を発生させる。このプラズマアークはその圧力に
よつてプラズマジエツトとなつてプラズマガン１
より噴出する。金属母材１１は予めその被溶射面
をブラスト処理し、所定の位置に設置する。その
後、ホツパー８内の溶射粉末を不活性ガスボンベ
９からの不活性ガスにより粉末出口１０を通し上
記のプラズマジエツト中に供給し、金属母材１１
に溶射する。 しかしながら上記のプラズマ溶射法はその欠点
として、金属母材と得られた被膜の接着強度、及
び被膜を構成している金属、合金又はセラミツク
ス粒子間の結合力が低いため機械的衝撃、熱的衝
撃を受けた場合、あるいは被膜を厚くした場合、
金属母材と被膜の剥離、被膜内での剥離又は亀裂
が生じやすいことがあげられる。 金属母材と被膜の接着強度および被膜を構成し
ている粒子間の結合力が低いことは、プラズマ溶
射が大気中で行なわれるため、溶射前及び溶射中
に母材金属材料表面およびプラズマ溶射によつて
形成されつつある金属、合金又はセラミツクス被
膜表面に酸化被膜が形成され、これが母材金属材
料表面と被膜および被膜を構成している金属、合
金又はセラミツクス粒子間の治金的結合を阻害し
ていることが大きな原因である。 本発明は、母材金属と被膜の接着強度および被
膜自身の強度が大きく、機械的衝撃および熱的衝
撃に対して優れた抵抗を有する金属、合金又はセ
ラミツクスの被膜が得られるプラズマ溶射法を提
供するものである。 すなわち、本発明は金属材料表面上に金属、合
金又はセラミツクスをプラズマ溶射被覆する方法
において、不活性ガス雰囲気中で、母材金属材料
に負電圧を与えプラズマフレームによるクリーニ
ング作用を利用して該母材金属材料表面上の酸化
被膜を除去し、清浄な金属表面を現出させるとと
もに、プラズマ溶射によつて母材金属材料表面上
に被覆されつつある金属、合金又はセラミツクス
層表面の酸化被膜をも上記プラズマフレームによ
るクリーニング作用を利用して除去しながら被覆
を完成させることを特徴とするプラズマ溶射法を
要旨とするものである。 ところで、上記プラズマフレームによるクリー
ニング作用とは、母材金属に負電圧を与え、正
電圧を与えた電極との間に発生させたアーク中の
正イオンを、母材金属表面上に衝突させることに
より母材金属表面上の酸化被膜を除去する作用
と、この母材金属表面上にプラズマ溶射によつ
て被覆されつつある金属、合金又はセラミツクス
層にも母材金属を通じて負電圧を与え、上記アー
ク中の正イオンを該金属、合金又はセラミツクス
層に衝突させ、該層表面の酸化被膜を除去する作
用とをいう。 本発明は耐摩耗被覆、断熱、耐熱被覆、耐食被
覆を必要とする回転翼、水車等の羽根、エンジン
のシリンダライナ、ピストンリング、ピストンヘ
ツド、機械の摺動部分、化学プラントの製作に有
利に適用される。 以下、添付図面を用いて本発明方法を詳細に説
明する。 第２図は本発明の一実施態様を示す説明図で、
第２図中第１図と同一符号は第１図と同一機能品
を示す。第２図において、２１は不活性ガス雰囲
気チヤンバーで、予め不活性ガス（Ar又はHe
等）が充満されている。金属母材１１は直流電源
５とは別の直流電源２２の負極に接続され、その
正極はスイツチ２３を介して水冷銅電極３に接続
される。 先ず、ガスボンベ７からガス出口６を通してプ
ラズマガス（Ar、He又はAr＋５％H2等）を供
給し、タングステン電極２と水冷銅電極３の間に
直流電源５によりプラズマアークを発生させる。
この場合、プラズマアーク電流は通常のプラズマ
溶射時の電流よりも低めに設定する。発生したプ
ラズマアークはその圧力によりプラズマジエツト
となつてプラズマガンより噴出する。 金属母材１１は該プラズマジエツトの先端に近
接する位置に設置し、スイツチ２３を閉として金
属母材１１と水冷銅電極３の間に電流を流す。こ
れにより金属母材１１はアークのクリーニング作
用を受け酸化被膜が除去され清浄な表面が現出さ
れる。 その後、スイツチ２３は閉としたまま、金属母
材１１を通常のプラズマ溶射における所定の位置
までずらし、プラズマアークの電流を通常のプラ
ズマ溶射における所定の電流まで高める。次い
で、気密性のホツパー８内の溶射粉末を不活性ガ
スボンベ９からの不活性ガス（Ar又はHe等）に
より粉末出口１０を通して上記のプラズマジエツ
ト中に供給し、金属母材１１に溶射する。この
際、金属母材１１と水冷銅電極３の間に流れてい
る電流によつて溶射被膜は溶射中アークのクリー
ニング作用を受け被膜を構成する粒子表面の酸化
被膜が除去される。 なお、溶射粉末として金属、合金、導電性セラ
ミツクスを用いる場合は、被覆されつつあるこれ
らの層にも通電され、上記のクリーニング作用を
受ける。導電性のないセラミツクス粉末を用いる
場合は、溶射初期のセラミツクス層が粗の状態の
ときには、通電されている金属母材の影響により
セラミツクス層が上記のクリーニング作用を受け
るが、溶射が進んでセラミツクス層が密の状態に
なると、金属母材からの影響がなくなり、上記の
クリーニング作用が消失する。従つて、導電性の
ないセラミツクス粉末を溶射するときには、この
密の状態となつた時点で溶射を停止する。 実施例 Al合金母材にNiAlを第１図に示す従来のプラ
ズマ溶射法と第２図に示す本発明方法とで被覆し
た。 従来法の場合はプラズマアーク電流は500Aと
し、母材の設置位置はプラズマガン先端より70〜
100mmのところとした。 本発明方法の場合は、プラズマフレームによる
金属母材のクリーニング時のプラズマアーク電流
は20〜100A、この時の母材の設置位置はプラズ
マフレームの先端に接するところとし、プラズマ
溶射時のプラズマアーク電流は400〜500A、この
時の母材の設置位置はプラズマガンの先端より70
〜100mmとした。 なお、この時、金属母材と水冷銅電極の間に流
す電流は20〜100Aとした。 上記従来法と本発明方法とで100×30φmmのAl
合金棒の端面にNiAlを0.5mmの厚さに被覆した。
このAl合金棒のNiAlの被覆面と別途用意した
NiAlを被覆していない同一形状のAl合金棒の端
面とをエポキシ樹脂系接着剤で接着し、両方の
Al合金棒に引張り力を与え、破断時の荷重（破
断応力）の測定と破断位置の調査によつて接着強
度試験を行つた。 結果は下表に示す通りであつた。
それぞれの粒子間の結合力の優れたプラズマ溶射
法に関する。 一般に、プラズマ溶射法は金属材料表面に金
属、合金又はセラミツクスを被覆させ、耐摩耗
性、耐熱性、耐腐食性を与える方法として広く利
用されている。 このプラズマ溶射法は、通常、第１図に示す装
置を用いて後述するような態様で行なわれてい
る。第１図において１はプラズマガン本体で主に
タングステン電極２と水冷銅電極３で構成され、
両電極は絶縁体４により電気的に分離され、タン
グステン電極２は直流電源５の負極に、水冷銅電
極３は正極にそれぞれ接続されている。６はガス
ボンベ７から供給されるプラズマガス（Ar、He
あるいはAr＋５％H2等）出口、８は溶射粉末を
ためておく気密性のホツパー、９は該溶射粉末を
粉末出口１０へ送給するための不活性ガス（Ar
あるいはHe等）ボンベである。 先ず、ガスボンベ７からガス出口６を通してプ
ラズマガスを供給し、タングステン電極２と水冷
銅電極３の間に直流電源５によりプラズマアーク
を発生させる。このプラズマアークはその圧力に
よつてプラズマジエツトとなつてプラズマガン１
より噴出する。金属母材１１は予めその被溶射面
をブラスト処理し、所定の位置に設置する。その
後、ホツパー８内の溶射粉末を不活性ガスボンベ
９からの不活性ガスにより粉末出口１０を通し上
記のプラズマジエツト中に供給し、金属母材１１
に溶射する。 しかしながら上記のプラズマ溶射法はその欠点
として、金属母材と得られた被膜の接着強度、及
び被膜を構成している金属、合金又はセラミツク
ス粒子間の結合力が低いため機械的衝撃、熱的衝
撃を受けた場合、あるいは被膜を厚くした場合、
金属母材と被膜の剥離、被膜内での剥離又は亀裂
が生じやすいことがあげられる。 金属母材と被膜の接着強度および被膜を構成し
ている粒子間の結合力が低いことは、プラズマ溶
射が大気中で行なわれるため、溶射前及び溶射中
に母材金属材料表面およびプラズマ溶射によつて
形成されつつある金属、合金又はセラミツクス被
膜表面に酸化被膜が形成され、これが母材金属材
料表面と被膜および被膜を構成している金属、合
金又はセラミツクス粒子間の治金的結合を阻害し
ていることが大きな原因である。 本発明は、母材金属と被膜の接着強度および被
膜自身の強度が大きく、機械的衝撃および熱的衝
撃に対して優れた抵抗を有する金属、合金又はセ
ラミツクスの被膜が得られるプラズマ溶射法を提
供するものである。 すなわち、本発明は金属材料表面上に金属、合
金又はセラミツクスをプラズマ溶射被覆する方法
において、不活性ガス雰囲気中で、母材金属材料
に負電圧を与えプラズマフレームによるクリーニ
ング作用を利用して該母材金属材料表面上の酸化
被膜を除去し、清浄な金属表面を現出させるとと
もに、プラズマ溶射によつて母材金属材料表面上
に被覆されつつある金属、合金又はセラミツクス
層表面の酸化被膜をも上記プラズマフレームによ
るクリーニング作用を利用して除去しながら被覆
を完成させることを特徴とするプラズマ溶射法を
要旨とするものである。 ところで、上記プラズマフレームによるクリー
ニング作用とは、母材金属に負電圧を与え、正
電圧を与えた電極との間に発生させたアーク中の
正イオンを、母材金属表面上に衝突させることに
より母材金属表面上の酸化被膜を除去する作用
と、この母材金属表面上にプラズマ溶射によつ
て被覆されつつある金属、合金又はセラミツクス
層にも母材金属を通じて負電圧を与え、上記アー
ク中の正イオンを該金属、合金又はセラミツクス
層に衝突させ、該層表面の酸化被膜を除去する作
用とをいう。 本発明は耐摩耗被覆、断熱、耐熱被覆、耐食被
覆を必要とする回転翼、水車等の羽根、エンジン
のシリンダライナ、ピストンリング、ピストンヘ
ツド、機械の摺動部分、化学プラントの製作に有
利に適用される。 以下、添付図面を用いて本発明方法を詳細に説
明する。 第２図は本発明の一実施態様を示す説明図で、
第２図中第１図と同一符号は第１図と同一機能品
を示す。第２図において、２１は不活性ガス雰囲
気チヤンバーで、予め不活性ガス（Ar又はHe
等）が充満されている。金属母材１１は直流電源
５とは別の直流電源２２の負極に接続され、その
正極はスイツチ２３を介して水冷銅電極３に接続
される。 先ず、ガスボンベ７からガス出口６を通してプ
ラズマガス（Ar、He又はAr＋５％H2等）を供
給し、タングステン電極２と水冷銅電極３の間に
直流電源５によりプラズマアークを発生させる。
この場合、プラズマアーク電流は通常のプラズマ
溶射時の電流よりも低めに設定する。発生したプ
ラズマアークはその圧力によりプラズマジエツト
となつてプラズマガンより噴出する。 金属母材１１は該プラズマジエツトの先端に近
接する位置に設置し、スイツチ２３を閉として金
属母材１１と水冷銅電極３の間に電流を流す。こ
れにより金属母材１１はアークのクリーニング作
用を受け酸化被膜が除去され清浄な表面が現出さ
れる。 その後、スイツチ２３は閉としたまま、金属母
材１１を通常のプラズマ溶射における所定の位置
までずらし、プラズマアークの電流を通常のプラ
ズマ溶射における所定の電流まで高める。次い
で、気密性のホツパー８内の溶射粉末を不活性ガ
スボンベ９からの不活性ガス（Ar又はHe等）に
より粉末出口１０を通して上記のプラズマジエツ
ト中に供給し、金属母材１１に溶射する。この
際、金属母材１１と水冷銅電極３の間に流れてい
る電流によつて溶射被膜は溶射中アークのクリー
ニング作用を受け被膜を構成する粒子表面の酸化
被膜が除去される。 なお、溶射粉末として金属、合金、導電性セラ
ミツクスを用いる場合は、被覆されつつあるこれ
らの層にも通電され、上記のクリーニング作用を
受ける。導電性のないセラミツクス粉末を用いる
場合は、溶射初期のセラミツクス層が粗の状態の
ときには、通電されている金属母材の影響により
セラミツクス層が上記のクリーニング作用を受け
るが、溶射が進んでセラミツクス層が密の状態に
なると、金属母材からの影響がなくなり、上記の
クリーニング作用が消失する。従つて、導電性の
ないセラミツクス粉末を溶射するときには、この
密の状態となつた時点で溶射を停止する。 実施例 Al合金母材にNiAlを第１図に示す従来のプラ
ズマ溶射法と第２図に示す本発明方法とで被覆し
た。 従来法の場合はプラズマアーク電流は500Aと
し、母材の設置位置はプラズマガン先端より70〜
100mmのところとした。 本発明方法の場合は、プラズマフレームによる
金属母材のクリーニング時のプラズマアーク電流
は20〜100A、この時の母材の設置位置はプラズ
マフレームの先端に接するところとし、プラズマ
溶射時のプラズマアーク電流は400〜500A、この
時の母材の設置位置はプラズマガンの先端より70
〜100mmとした。 なお、この時、金属母材と水冷銅電極の間に流
す電流は20〜100Aとした。 上記従来法と本発明方法とで100×30φmmのAl
合金棒の端面にNiAlを0.5mmの厚さに被覆した。
このAl合金棒のNiAlの被覆面と別途用意した
NiAlを被覆していない同一形状のAl合金棒の端
面とをエポキシ樹脂系接着剤で接着し、両方の
Al合金棒に引張り力を与え、破断時の荷重（破
断応力）の測定と破断位置の調査によつて接着強
度試験を行つた。 結果は下表に示す通りであつた。
【表】
【表】
上表から明らかなように、従来法による被膜の
接着強度は平均1.0Kg／mm2、破断位置は母材と被
膜の境界あるいは一部被膜内剥離であるのに対
し、本発明方法による被膜の接着強度は破断位置
が接着剤であることから3.3Kg／mm2以上であり、
本発明方法が従来法に比べ格段に優れた方法であ
ることが判る。 本発明方法でプラズマ溶射する金属合金として
は、他にAl、Al―3Cu―Mg、Al―4Mg、Al―
1.0Si、Cu、Cu―8Al、90Cu―10Ni、70Cu―
30Ni、Fe、18Cr―8Ni鋼、13Cr鋼、Mo、Ti、
Ti―5Al、Ti―4Al―3Mo―1V、Ni、Ni―30Cu
（モネル）Ni―30Mo（ハステロイ）、Ni―15Cr―
Fe（インコネル）、Ni―Cr―Ｂ―Si（自溶性合金）、
Ni―Cr―Ｂ―Si―WC（自溶性合金）、NiCr等が
あげられ、セラミツクスとしてはTiC、80TiC―
20Ni、NbC、80NbC―20Ni、WC、90WC―
10Co、85WC―15Co、85WC―15FeCr等があげ
られる。
接着強度は平均1.0Kg／mm2、破断位置は母材と被
膜の境界あるいは一部被膜内剥離であるのに対
し、本発明方法による被膜の接着強度は破断位置
が接着剤であることから3.3Kg／mm2以上であり、
本発明方法が従来法に比べ格段に優れた方法であ
ることが判る。 本発明方法でプラズマ溶射する金属合金として
は、他にAl、Al―3Cu―Mg、Al―4Mg、Al―
1.0Si、Cu、Cu―8Al、90Cu―10Ni、70Cu―
30Ni、Fe、18Cr―8Ni鋼、13Cr鋼、Mo、Ti、
Ti―5Al、Ti―4Al―3Mo―1V、Ni、Ni―30Cu
（モネル）Ni―30Mo（ハステロイ）、Ni―15Cr―
Fe（インコネル）、Ni―Cr―Ｂ―Si（自溶性合金）、
Ni―Cr―Ｂ―Si―WC（自溶性合金）、NiCr等が
あげられ、セラミツクスとしてはTiC、80TiC―
20Ni、NbC、80NbC―20Ni、WC、90WC―
10Co、85WC―15Co、85WC―15FeCr等があげ
られる。
第１図は従来法によるプラズマ溶射法の、第２
図は本発明法によるプラズマ溶射法の一実施態様
を示す説明図である。
図は本発明法によるプラズマ溶射法の一実施態様
を示す説明図である。
Claims (1)
- １ 金属材料表面上に金属、合金又はセラミツク
スをプラズマ溶射被覆する方法において、不活性
ガス雰囲気中で、母材金属材料に負電圧を与え、
プラズマフレームによるクリーニング作用を利用
して該母材金属材料表面上の酸化被膜を除去し、
清浄な金属表面を現出させるとともに、プラズマ
溶射によつて母材金属材料表面上に被覆されつつ
ある金属、合金又はセラミツクス層表面の酸化被
膜をも前記プラズマフレームによるクリーニング
作用を利用して除去しながら被覆を完成させるこ
とを特徴とするプラズマ溶射法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12993879A JPS5655562A (en) | 1979-10-11 | 1979-10-11 | Plasma spraying method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12993879A JPS5655562A (en) | 1979-10-11 | 1979-10-11 | Plasma spraying method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5655562A JPS5655562A (en) | 1981-05-16 |
| JPS6315343B2 true JPS6315343B2 (ja) | 1988-04-04 |
Family
ID=15022138
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12993879A Granted JPS5655562A (en) | 1979-10-11 | 1979-10-11 | Plasma spraying method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5655562A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0745629Y2 (ja) * | 1988-08-23 | 1995-10-18 | 前田製管株式会社 | コンクリート製パイル |
| JP2009068051A (ja) * | 2007-09-11 | 2009-04-02 | Univ Chuo | 密着性に優れた溶射皮膜を形成する溶射方法 |
| US20160130691A1 (en) * | 2014-11-07 | 2016-05-12 | GM Global Technology Operations LLC | Surface activation by plasma jets for thermal spray coating on cylinder bores |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5021956A (ja) * | 1973-06-06 | 1975-03-08 | ||
| US4058698A (en) * | 1974-04-02 | 1977-11-15 | David Grigorievich Bykhovsky | Method and apparatus for DC reverse polarity plasma-arc working of electrically conductive materials |
-
1979
- 1979-10-11 JP JP12993879A patent/JPS5655562A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5021956A (ja) * | 1973-06-06 | 1975-03-08 | ||
| US4058698A (en) * | 1974-04-02 | 1977-11-15 | David Grigorievich Bykhovsky | Method and apparatus for DC reverse polarity plasma-arc working of electrically conductive materials |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5655562A (en) | 1981-05-16 |
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