JPS63259064A

JPS63259064A - 溶射方法および装置

Info

Publication number: JPS63259064A
Application number: JP62091796A
Authority: JP
Inventors: Masahito Kumon; 公文　将人
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1987-04-14
Filing date: 1987-04-14
Publication date: 1988-10-26

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】〔産業上の利用分野〕本発明は溶射方法および装置に係り、特に効率よく高品
質の溶射被膜を形成させるのに好適な溶射方法および装
置に関する。

〔従来の技術〕

物品に溶射加工を行う装置は、機械部品、産業プラント
、自動車等の各種業界で広く利用されている。溶射によ
り金属、合金、セラミックス又は。

これらの２つ以上の複合材料を被覆形成すると、部品は
耐摩耗性、耐熱性、耐食性および絶縁性等の性能が付加
され、使用寿命を延長できたり、特殊環境での特異な性
能を発揮することができる。

従来、溶射材料をノズル内部に送給する噴流式溶射装置
では、溶射プロセスの間、溶射材料が充分に溶融しない
ことと被溶射部材からの溶射材料のはね返りによって溶
射装置自体に悪影響を及ぼす等の問題が発生する。この
ため被溶射部材と溶射装置の一部を構成するノズルとの
間を１００龍〜２００　ｍ１程度の距離に保持している
。

この距離は、溶射材料を溶射するための噴流がノズル出
口でのモーメンタムを保持できる距離よりも相当大きい
ため、噴流が被溶射部材に到達したときにはその断面全
域にわたってノズル出口で有していたモーメンタムおよ
び温度を保持していないことになる。また、同時にこの
噴流は種度の乱流のため周囲の環境を多く巻き込みとと
もに溶射材料が噴流の外周側に位置するため溶射材料の
冷却および酸化を顕著になる。したがって溶射被覆層は
酸化物の混入が多くなり、また、被溶射部材の表面に形
成される溶射被覆層の中心部には高品質の被膜を得られ
るが、その周辺部では充分に溶融していない溶射材料が
付着し、内部気孔率の高い被覆層となる等の問題がある
。

このような問題を解消するための溶射装置として特公昭
４７−２２０８２号に記載された溶射装置が提案されて
いる。この溶射装置では、溶射材料を含むガス流の周囲
にアルゴンガスを流すことによって溶射材料を含むガス
流（主溶射噴流）のモーメンタム保持距離を若干長くす
ることと溶射材料の酸化を防止するようになっている。

しかしながら、この溶射装置では、溶射材料を含むガス
流（主溶射噴流）が外側に広がり、その広がった粒子が
冷却されるために内部気孔率の高い被覆層が形成される
問題点が残っている。

また、溶射被膜の品質を向上させるため、第４図に示す
ようにノズルＩＩＢの出口１６Ｂから主噴流１４として
噴出されて被溶射部材１２に形成された溶射被覆１１１
３の外周縁部に吹付ノズル２０からの空気または中性ガ
ス２１からなる高速流により未溶融粒子を吹き飛ばす方
法も一般に実施されている。しかし、この方法では溶射
効率が低下するばかりでなく、ある程度の接着強度を有
する未溶融粒子は除去できないという問題点がある。

さらに特公昭６０−５６５４４号にはノズル先端部にイ
ンサート材を挿入し、溶射噴流出口での材料の密度を調
整し、均一な厚みの溶射被覆層を得る手段が提案されて
いる。しかし、この手段においてもノズルから噴出され
るガス流中の溶射材料の冷却および酸化を防止すること
ができないために高品質の溶射被覆層を得ることができ
ない問題点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のように従来の溶射方法および装置では、いずれも
ノズル出口でのモーメンタムを保持できない領域で溶射
材料が冷却および酸化され、また飛行距離が減衰する点
の配慮がされておらず、溶射噴流の外周側に相当する溶
射材料被覆層の部分で接着強度が低い等の特性が低下す
る問題点がある。

本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解消し、
溶射材料を含む噴流のモーメンタムを保持できる距離を
長くし、溶射材料の飛行距離を減衰させる度合を極端に
減少させると同時に溶射材料の広がりを抑制し、噴流外
周囲の環境に影響されることな（高品質の溶射被覆層を
形成することができる溶射方法および装置を提供するこ
とにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成させるために、本発明は溶融状の溶射材
料を含むガス流からなる主噴流の外周を、溶射材料を含
まないガス流であって前記溶射材料を含むガスとほぼ同
程度乃至近傍の温度とガス流速度とを存するガス流から
なる環状保護ガス流で取り囲むようにしたものである。

〔作用〕

高温、高速の環状保護流は、ノズル出口からの溶射材料
を含む主噴流に外部の環境が巻き込まれるのを防止する
ように作用し、主噴流の溶射ノズル出口でのモーメンタ
ムを保持できる距離が長くなる。また、主噴流が極度の
乱流状態ときなった場合でも溶射材料は溶射噴流全体の
中心部に集中しているので、容易に広がることなく、主
噴流内の溶射材料の冷却および酸化が防止される。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す断面図である。

この溶射装置は、ノズル本体１に円柱状の空隙部（ノズ
ル内部）２が形成され、この空隙部２の一側面部には螺
子溝が形成されている。この空隙部２はノズル本体１に
設けられた燃焼室７と燃焼ガス通路１９を介して連通さ
れている。また空隙部２にはフランジ部を有すると共に
このフランジ部に近接した部位に螺子溝が形成されたノ
ズル１１Ａが螺合されている。

このノズルＩＩＡと同心円上に円筒型のスリーブ１０が
配置されている０円筒型のスリーブ１０は、ノズルＩＩ
Ａのノズル出口側と反対側端部がノズル軸方向中心部に
なるにつれて縮径された円錐状形となっている。この円
錐状形の中心部に溶射材料供給管３の先端部が位置して
いる。

次に上記のように構成される溶射装置における溶射方法
の一例を説明する。

溶射材料は図中４で示す矢印方向から供給される。燃焼
室７には燃焼ガス５と補燃ガス６が導入され、燃焼室７
からの燃焼ガスは燃焼ガス通路１９を経てノズル内部２
に噴出される。溶射材料供給管３から円筒型のスリーブ
１０内に供給された溶射材料は、燃焼ガスにより加熱、
加速された粉体を含むガス流８となりノズル出口１６Ａ
から主噴流１４となって被溶射部材１２の表面に溶射被
履層１３を形成する。また、燃焼ガス通路１９からノズ
ル内部２に供給された燃焼ガスは、ノズルＩＩＡとスリ
ーブ１０との間に形成される円環状のガス通路を粉体（
溶射材料）を含まないガス流９となってノズル出口１６
Ａから噴出する。溶射材料を含まないガス流は、主噴流
　１４の外周囲を取り囲むように形成され、主噴流１４
を保護する環状保護ガス流１５となる。

第２図は、第１図の■−■線矢視図である。円筒型のス
リーブ１０内に形成される溶射材料を含むガス流８と、
その外周囲に円筒型のスリーブ１０とノズルＩＩＡとの
間に形成される溶射材料を含まないガス流９の各々の流
量は、スリーブ１０の肉厚および直径を調整することに
よりガス流路断面積を変化させることにより調整でき、
かつノズル出口１６Ａにおける渦の発生を抑制できる。

第３図は、本発明の他の実施例を示した■−■線矢視相
当図である。第３図において、ノズル本体１に円筒型の
スリーブ１７が嵌合される。この円筒型のスリーブ１７
の肉厚部に円周方向に沿って所定の間隔をおいて、かつ
スリーブ１７の軸方向にガス通路孔１８が設けられてい
る。

本実施例では各々のガス通路路１８から溶射材料を含ま
ないガス流が放射状に噴出し、これらのガス流が合流し
て環状保護ガス流を形成する。したがって本実施例は特
に高エネルギーガスを利用する溶射方法に存効である。

上記した溶射装置において、スリーブ１０内およびスリ
ーブ１７内には加熱された溶射材料が加速されるので高
温の溶射材料がスリーブ内壁面に衝突し、スリーブ内壁
面の摩耗等が進行しやすい。

スリーブ１０の場合、特に図示していないが、スリーブ
１０の内部に冷却水を循環させる構造とすることが望ま
しい。

一方、スリーブ１７の場合、このスリーブ１７の外周面
はノズル本体１の内周面に接触した状態で固定されてい
るのでノズル本体１の内部に冷却水を循環させる構造と
すれば、ノズル本体１からスリーブ１７への冷熱の伝達
によりスリーブ１７を冷却し、スリーブ１７内壁面の摩
耗を防止することができる。

以上述べた溶射装置を用いてタングステンカーバイド８
８％、コバルト１２％の溶射粒子およびクロムカーバイ
ト７５％、ニクロム２５％のを８射用粒子をそれぞれ溶
射した場合における第４図に示す装置による従来法と比
較した被層層の特性を調査した試験結果を第１表に示す
。

第１表に示すごとく本発明による装置で作製した被Ｈ層
は従来法に較べて、断面を４００倍で観察した場合の空
孔の割合を表す断面気孔率で１／２以下、断面をビッカ
ース硬度計で測定した硬度で２０％以上アンプ、マイク
ロ分析機で測定した酸化物量で１／２以下、５ｉＯ１の
半径粒径７０μｍのものを９０度の角度（垂直方向）か
ら衝突させた耐粉体摩耗性で２倍以上アップ、さらに溶
射効率を表す歩留りで２０％以上アンプという良好な特
性を示している。

したがって、上記試験結果から本発明によって得られる
被覆層は、内部気孔率が少なく緻密で硬度が高く、かつ
酸化物の混入が少なく耐摩耗性のよいものであり、その
溶射方法は溶射効率が高いことがわかる。

因に上記のような溶射被覆層を有する部材を耐食性、耐
摩耗性を必要とする実機に適用した場合、その耐用年数
を約３倍以上向上させることができる。

第１図および第３図に示されるノズル内部２にスリーブ
１０または１７を有する溶射装置では、溶射材料を含む
主噴流１４の回りに溶射材料を含まない環状保護流１５
が形成される。このため、主噴流１４内の溶射材料に周
囲の環境が伝わることを防止でき、溶射粒子の冷却や酸
化を著しく抑えることができる。また、環状保護流１５
が主噴流１４とほぼ同じ速度と温度で噴出されるため、
溶射材料だけでなく主噴流自身も保護され、主噴流のモ
ーメンタムの減衰は抑制される。

更に、溶射材料が中心部に集中しているため、先に述べ
た周囲の環境が伝わることが少ないこと以外にも、主噴
流の状態が極度の乱流域に変化した領域に被溶射部材が
設置された場合でも、溶射材料の噴流方間の飛行速度が
大きいため、大半の溶射材料は実質的に主噴流の適性溶
射領域、外にほとんど飛び出さず、効率よく、かつ安定
した性能を保持したまま溶射される。

また、溶射材料の冷却が著しく抑制されるために溶射材
料が被溶射部材に到達したとき保持している温度が高く
、従来の溶射法に比べて燃焼ガス流量を少なくすること
ができ、燃焼ガスと酸素の節約が可能となるばかりでな
く、ノズル内での溶射材料の持つエネルギーを小さくで
きるので、粒径約１７μｍ以下の粉末状溶射材料を溶射
する場合に過剰加熱が原因でおこる溶射被覆層として致
命的な欠陥となるスピッティング（ノズル内面に溶射材
料が付着し、ある程度成長した後再び溶射される現象）
を抑制することができる。

上記した実施例において、主噴流の外周囲を取り囲む環
状保護ガス流として、溶射材料を噴出させるのに使用さ
れる燃焼ガスの通路を分岐させ、その燃焼ガスの一部を
利用する例を示したが、環状保護ガス流を形成するガス
は、主噴流と同程度乃至近傍の温度とガス流速度とを有
するガスであれば、他のガスを使用することもできる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、溶射材料を含むガス流（
主噴流）の温度およびガス流速度の減衰を抑制すること
ができ、主噴流の外周囲の環境を巻き込むことがないた
めに断面気孔率が低く緻密で、硬度が高く、かつ酸化物
量が少なく耐摩耗性が高い等の高品質の溶射被覆層を形
成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の溶射装置の一実施例を示す断面図、第
２図は第１図のｎ−ｎ線矢視図、第３図は本発明の溶射
装置の他の実施例におけるｎ−ｎ線矢視相当図、第４図
は従来の溶射方法の例を示す断面図である。１・・・・・・ノズル本体、３・・・・・・溶射材料供
給管、５・・・・・・燃焼ガス、６・・・・・・補燃ガ
ス、７・・・・・・燃焼室、８・・・・・・溶射材料を
含むガス流、９・・・・・・溶射材料を含まないガス流
、１０・・・・・・スリーブ、ＬＩＡ、１１Ｂ・・・・
・・ノズル、１２・・・・・・被溶射部材、１３・・・
・・・溶射被覆層、１４・・・・・・主噴流、１５・・
・・・・環状保護ガス流、１６Ａ、１６Ｂ・・・・・・
ノズル出口、１７・・・・・・スリーブ（溝付）、１８
・・・・・・ガス通路、１９・・・・・・燃焼ガス通路
。代理人　弁理士　西　元　勝　− 第１図第２図　　第３図 −４ｂ６

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被溶射部材に対して溶融状の溶射材料を含むガス
を噴出し、被溶射部材に溶射被覆層を形成する溶射方法
において、前記溶融状の溶射材料を含むガス流からなる
主噴流の外周を、溶射材料を含まないガス流であって前
記溶射材料を含むガスとほぼ同程度乃至近傍の温度とガ
ス流速度とを有するガス流からなる環状保護ガス流で取
り囲むようにしたことを特徴とする溶射方法。
（２）前記主噴流および環状保護ガス流はそれぞれ燃焼
ガスにより加温されたガスであることを特徴とする特許
請求の範囲第（１）項記載の溶射方法。
（３）装置内部に溶融状の溶射材料を含むガスを噴出た
めのノズルと、該ノズルに溶射材料を供給する手段と、
溶射材料を溶融させる熱源を前記ノズルに供給又は発生
させる手段と備えた溶射装置において、前記ノズル内で
溶射材料を含むガスと、溶射材料を含まないガスとに分
離する手段を設けたことを特徴とする溶射装置。
（４）前記熱源は燃焼ガス発生装置であることを特徴と
する特許請求の範囲第（３）項記載の溶射装置。
（５）前記ノズル内に円筒状のスリーブを配設し、ノズ
ル内壁面と前記スリーブとの間に環状のガス通路を設け
、該ガス通路を溶射材料を含まないガスの通路としたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第（３）項記載の溶射装
置。
（６）前記ノズル内に、円筒状に形成されるとともにそ
の肉厚部に円周方向に沿って所定の間隔をおいて軸方向
に複数個のガス通路を形成したスリーブを嵌合し、これ
らのガス通路を溶射材料を含まないガスの通路としたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第（３）項記載の溶射装
置。