JPS63451A - 広面積で高品質のプラズマ溶射堆積物を生成する方法 - 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】 発明の背景 本発明は、プラズマ溶射により高密度の物品や不規則な
形状の物品を形成する方法および手段に関する。さらに
詳しくは、本発明は、複雑な形状を取り得る、より高密
度の凝着した堆積物を被堆積面上に形成する低圧プラズ
マ堆積方法および装置に関する。

現行の低圧プラズマ堆積技術は、プラズマ炎の範囲内に
おけるターゲット域の中心部分に高密度の層を堆積する
ことができる。特定の装置と操作条件の設定では、この
中心領域は約２Ｏ−４０ｃｄで、特に堆積層に高密度化
熱処理を施せば、堆積物の密度は約１００％に近い。ま
た大抵は、中心領域の周りの溶射堆積物は、特に周辺領
域で、密度が低く、実際的１００ｃ♂の区域の外では極
めて多孔質となる。多孔質の外側の領域は理論密度の９
７％にさえも高密度化できず、９７％より密度が低い材
料は物理的特性の組合せが悪く、特に引張特性に乏しい
。

以上のことを解り易くするため円形の区域で考えると、
２０ｃｍの高密度堆積物の表示中心面積は直径約５ｃｍ
の領域に相当する。堆積した状態で中心区域しか高密度
でないとすると、堆積物全体のごく一部しか高密度でな
い。４０ｃシは直径約７゜１　ｃｍの円内に入り、１０
０ｃｊの面積は直径約１１゜３ｃｍの円内に入る。

現在の技術では、プラズマ銃から形成すべき堆積物の大
きさが溶射パターンの高密度領域より少なくとも１つの
次元で大きいと、この大きな領域を覆うのに銃を移動す
るか、基体を移動するか、あるいは両方共移動する必要
がある。このような移動の結果得られる堆積物は、高密
度のものと多孔質のものとの成る組合せとなる。堆積物
の大きさを大きくすることが堆積物の引張および延性の
特性に影響することから、結局面積を大きくすると堆積
物の密度は低下し堆積した状態においてより弱くなると
の結論が導かれる。

プラズマ溶射堆積物は、ニッケル基質スーパーアロイの
粉末など多数の粉末原料から形成されている。

例えばニッケル基質スーパーアロイに対し約１２５０℃
で適当な時間熱処理した後の密度が９７％未満である堆
積物の延性値は低いことがわかった。

発明の概要 従って本発明の目的は、大きな面積の高密度の表面波覆
物を、低圧プラズマ堆積法によって、堆積した状態の層
の特性を良好にして、形成することのできる方法を提供
することにある。

本発明の他の目的は、低圧プラズマ堆積技術により高密
度の堆積物を大きな面積にわたって形成することのでき
る装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、高密度の堆積物を比較的大きな寸
法の非平面の表面上に形成することのできる方法を提供
することにある。

本発明のさらに他の目的は、低圧プラズマ堆積技術によ
り比較的大きな面積にわたって形成されたより均一に高
密度の堆積物を提供することにある。

他の目的は一部は自明であり、また一部は以後の説明の
中で指摘する。

広義には、本発明の上記目的を達成するには、低圧プラ
ズマ溶射室内に少なくとも２つの銃を用意し、堆積物が
形成されているときにパターンが市なるようにこれらの
銃から材料を同時に堆積する。′この２つの銃は被堆積
面上に入射するプラズマ炎に対し重なったパターンの軌
道を与えるよう、室内に装置される。

本発明者は、第１のプラズマ銃を用いである区域にプラ
ズマ溶射堆積物を形成するとこの堆積物は通常多孔質で
あり、そして第２のプラズマ銃を用いて同じ区域に堆積
物を形成するとこの第２の堆積物も通常多孔質になるは
ずであるが、驚くべきことには、２つのガンを同時に用
いて個々には多孔質の単−銃の堆積物であろう筈の堆積
物を生成すると、十分に高密度の堆積物が得られること
を見出した。

さらに大きなパターンが求められるときには、２つより
多い銃を同時使用することも、本発明の方法に含まれる
。

具体的構成 第１図に、低圧エンクロジヤ８内に収容したプラズマ溶
射ガン１０を線図的に示す。ガン１０には中央陰極１２
と環状陽極１４とが互いに間隔をあけて設けられている
。陰極１２および陽極１４に導線１８および２０で接続
されている電源１６により、陽極と陰極の間に作動電圧
を印加する。

陽極１４には中心開口２２があり、この間口２２を２４
の位置に線図的に示される粒子の流れが通過する。粒子
は、陽極１４のまわりに互いに離して設けられた供給口
２６および２８を通して中心開口２２に供給する。ガス
流をガス供給口３０および３２から導入すると、ガスは
陰極１２と陽極１４の間の環状空間を通過する。ガスは
図示されていないソースからガス供給口３０および３２
を通して導入され、ガスが陰極と陽極の間の環状空間を
流れると、陽極と陰極の間に適当な励起電力およびアー
クを印加することによって、プラズマアークが生成され
る。ガスが環状間隙そしてオリフィス２４を通過する結
果、オリフィスに導入された粒子はオリフィスから、ア
ークプラズマ溶射銃１０から離れた位置のターゲット３
４に向って搬送される。物質の堆積物３６がターゲット
３４上に形成される。ターゲツト３４自体は堆積物質の
層３６の基体として働く。

銃とターゲットは、第１図に破線で示した低圧エンクロ
ジヤ８内に収容されている。適当なガスおよび粉末供給
手段により、エンクロジヤ８の外部にあるタンクから銃
にガスと粉末を供給する。

適当な電源３８を設けて、銃１０とターゲット３４の間
に所望の電圧を維持するとともに、銃の作動と所望の層
３６の堆積に適当となるような所望の電圧変化をターゲ
ット上に加える。導線４０および４２で電源３８を銃１
０およびターゲット３４に接続する。陽極と陰極の間に
プラズマアークを形成すると、１０．０００−２１．０
００℃程度の極めて高い温度が発生し、このプラズマの
エネルギーはオリフィス２４に導入された粒子を溶融す
るのに十分である。溶けた粒子はプラズマ溶射ジェット
に乗って、図示のように銃１０からターゲット３４へ流
れ４４として運ばれる。

１θで示すようなプラズマ溶射銃を用いる低圧プラズマ
技術で堆積物を３４のような比較的広い表面上に形成す
る場合、表面自体を加熱するのが好ましい。加熱はプラ
ズマ銃口身からの熱によって行なってもいいし、独立の
熱源からの熱によってもよい。プラズマ溶射エネルギー
約８０にνの銃１つを用いる場合、約９００℃に維持で
きるサンプルの最大面積は約１０００ｃｄである。１０
００ｃｄは直径約３６ｃｍのほぼ円形の領域に入る。

０３−ＣＡ−８０陽極を備えたＥＰＩモデル０３−ＣＡ
プラズマ溶射銃２つを、直径１１４ｃｍ。

長さ１３７ｃｍの寸法の水冷式低圧室内に並列に装着し
た。この構造体内に銃取付はブラケットを配置し、２つ
の銃を互いに９ｃｍの近い間隔でブラケットに取り付け
られるようにし、そして各銃の照準点を室の外部から操
作される制御機構を介して広い範囲で変化できるように
これら２つ銃が角度づけられるようにした。

装置には、寸法が約１５．　２ｃｍＸ　２５．　４ｃｍ
で厚さ０．３２ｃｍの基体マンドレルを保持するよう装
備した。使用したマンドレルは銅の薄板であった。低圧
プラズマ法でマンドレルの表面上に層を堆積した後、基
体マンドレルを選択的な化学的溶解により除去した。

これらの層をプラズマ形成するのに用いた粉末は、ホモ
ジニアメ・メタルズ社（ｌｌｏｍｏｇｅｎａｏｕｓＭｅ
ｔａｌｓ、米国ニューヨーク州クレイビル）から入手し
た合金ｌＮ−１００の一４００メツシュ金属粉末であっ
た。

マンドレルの除去後、堆積された層を切断して、引張試
験を行なうのに通常用いられるような、幅約０．２０３
ｃｍの中央部に両端部のついた通学試験用のダンベル状
にした。厚さは約０．１５７±０．００２５ｃｍであっ
た。

第２図に、１つのプラズマ溶射銃がら被堆積面上に堆積
物を形成した結果を図示する。輪郭線は同−深さの堆積
物のパターンを示す。第２図に記入した記号の説明から
、区分された四角内に囲まれた堆積物のサンプルそれぞ
れの密度の数値が明らかである。中央の四角では、堆積
物の密度は９５．６で、これは１２５０℃で２時間の熱
処理により９９．６に高まる。

しかし、２つの外側の四角の密度は、堆積された状態で
８７．２と８９．６、焼鈍後で９２．１と９５．２のよ
うにいずれでも低い。このような低い密度の試料は引張
強さも低いことがわかった。

本発明に従って行なわれるように急速な凝固プラズマ堆
積法によって堆積した材料の密度が異なることの意義は
、第８図に示したデータを見るとより明らかになろう。

第８図では密度は横軸にプロットされ、縦軸から離れる
につれて密度が低下するものとしである。縦軸は、縦軸
の目盛に間隔のあることを示す２つの平行な波線によっ
て分離された２つの部分に分けて表示しである。下側の
「１盛は、引張試験棒の最初の断面積と極限引張強さに
達して引張試験棒が２つに分離する直前の引張試験棒の
最終断面積との比を、最初の試験片の直径（Ｒ）対最終
の試験片の直径（Ａ）のパーセント値で表現して示して
いる。例えば、グラフの下方左手隅に、密度約９９％、
面積減少率的９％のデータ点が見える。これは、このデ
ータ点に相当するサンプルは引張試験棒の幅の狭い個所
の面積が、試験棒が引張られて２つに分断されたときに
最初の寸法の９％だけ減少されているということを意味
する。

第８図の上側のプロットは、試験片の強さくｋｓｉ）を
それぞれのサンプルの密度（％）に対してプロットして
縦軸に示している。密度の（％）は、第８図の下側部分
に用いたのと同じ目盛りで示して−ある。例えば、１８
０．９７％の丸印のデータ点は、密度が約９７％の材料
の極限引張強さが約１８０ｋｓｌであることを示してい
る。

同じ位置にある三角形のデータ点は、密度約９７％の試
験片が、標準の降伏強さ試験および指示計器を用いて、
降伏強さ約１８０ｋｓｉを示したことを表わす。

第８図の上部の実線で示した四角は多数のデータ点の集
合領域であり、この四角で囲んだのは多数のデータ点が
この表示範囲内から取られたことを表わすためである。

示した値は試験した材料の極限引張強さに９いての値で
ある。

１７０−１８０ｋｓｌ範囲に破線で示した対応する四角
は、試験した材料の降伏強さを示す多数の対応するデー
タ点を示している。言い換えると、試験されて２３０ｋ
ｓ＋の範囲の極限引張強さくＵＴＳ）の値を示す材料に
ついては、これらの同じサンプルの降伏強さくＹＳ）は
１７０−１８０ｋｓｌの範囲にあった。

同様に、約２１３ｋｓｉの小さな四角は、種々のサンプ
ルの極限引張強さくＵＴＳ）の多数の試験点を表示する
区域を示す。約１４５ｋｓｉの破線の四角は、２１３ｋ
ｓｉの上記実線の四角にプロットした同じサンプルの対
応する降伏強さくＹＳ）を表示する。

さらに、約２３０　ｋｓｉの実線の四角内のデータは、
試験した各サンプルの掃射個所からとったサンプルのも
のである。ここに使用される用語「掃射個所」は、静止
した銃から静止した基体へ両者間の相対的移動なしで堆
積を行なった結果前られるプラズマ溶射材料の堆積物の
高密度領域を意味する。例えば、第８図の上側の四角、
特に２３０ｋｓｉの実線の四角に収集したデータは、掃
射個所のサンプルで堆積物を射出する銃にアルゴンと水
素の混合ガスを用いて作製したサンプルから得たＡ１１
ｌ定値である。この混合ガス中の水素は容量比で比較的
低い割合（％）であり、重量比ではさらに小さい割合（
％）であった。

作製したサンプルの一部は、銃とコレクタ板との間に単
一方向の相対移動を行なわせて作製した。

例えば、約２１３ｋｓｌの実線の四角内に含まれるデー
タ点に関して集めたデータは、銃とコレクタ板の間のプ
ラズマから、プラズマからコレクタ板上への堆積にＸ方
向、言い換えると単一の第１の方向への移動を加えて、
作製したサンプルからのものである。これらのサンプル
では、形成した堆積物は、銃とコレクタ板との相対移動
のために外形寸法約５ｃｍＸ１２ｃｍの堆積物であった
。

弔−の銃とコレクタ板との相対移動をもっと１Ｍ雑にし
て、他のサンプルを作製した。第８図のグラフに示した
多数のサンプルでは、銃とコレクタ板との間の相対移動
は２方向の移動とした。２つの方向は互いに９０″で、
形成した堆積物は全体の外形寸法が約１５ｃｍＸ１５ｃ
ｍのものであった。

単一の銃とコレクタ板との間の二方向の相対移動と、そ
れに加えてコレクタ板に向けたプラズマの堆積角度との
両方を用いて、さらに他のデータ点を得た。例えば、Ａ
で示すデータ点は、堆積角度がＴＯ”のデータ点である
。データ点Ｂは堆積角度が５０″のデータ点で、データ
点Ｃは堆積角度が３０°の点を示す。他のデータ点につ
いて堆積角度が特定されていない場合、その堆積角度は
９０１１である。

堆積角度に関するデータに関連して、プラズマを射出す
る銃に対する銃の照■点の堆積角度を順次小さくして作
製したサンプルについて測定したサンプルの強度および
密度特性が急に下がることが明らかである。

銃の作動に用いたガスに関しては、第８図のグラフにア
ルゴンと水素の混合ガスを銃に用いたと表示した場合以
外は、アルゴンとヘリウムの混合ガスを銃に用いてすべ
てのサンプルを作製した。

さて、第８図の下部にプロットしたデータに言及すると
、作製されてデータを取られたサンプルは、同グラフの
上部で作製し試験したのと同じサンプルである。例えば
、約２３０ｋｓｉの実線の四角内に入ったデータは、Ｒ
／Ａ比約１０−２０％の範囲の点線の四角内に入った多
数のデータ点で表わされる。延性率（Ｒ／Ａにほぼ等価
）と横軸にとった密度との関係を示すグラフ−にの他の
データ点は、作製し試験されて第８図の上部のグラフに
含まれるのと同じサンプルについて得た測定値である。

堆積物を受ける基体を約９００℃に加熱したとき、低圧
プラズマ堆積の最良の結果が得られることが知られてい
る。しかし、被堆積面または物品の温度を約９００℃の
好適な高温に維持する手段を設けないと、熱源がプラズ
マ銃自身からの熱だけである場合、被覆を受ける物品の
寸法が限定される。計算によれば、８０ｋＷのプラズマ
銃は約１０００ｃＪの表面を約９００℃の温度に加熱し
て維持することができる。それより大きな物品では、物
品が好ましい温度に達せず、従って被堆積面の温度が所
望されるより低いため、得られる堆積物の特性が乏しく
なる恐れがある。

しかし、本発明によれば、被堆積面に材料の層を堆積す
るのに複数のプラズマ銃を用いるので、そしてまた好ま
しくは材料を受ける面自体が、前述したように少なくと
も９００℃程度でなければならない高温に加熱されるの
で、より大きな寸法の被堆積面上に高密度の堆積物を形
成することができる。

実施例１ 第１図に関連して説明したような銃装置を減圧に維持し
た室内で使用し、銃からの材料の層の堆積物のパターン
を調べた。本例の堆積操作中には銃もターゲットも動か
さなかった。

使用したターゲットは平板で、平成上の材料の堆積物の
パターンを調べた。このパターンの概略を、銃Ａと表示
した第１のガンについて、第２図に示す。第２図の輪郭
線は下記の条件で形成したサンプル堆積物について、異
なる厚さの堆積物が見られる区域を示す。

粉末材料はｌＮ−１００と表示された合金を用いた。こ
の合金は下記成分を下記の近似的濃度で含有する。６０
．５％ニッケル、１５％コバルト、１０．０％クロム、
５．５％アルミニウム、４゜７％チタン、３．０％モリ
ブデン、０．０６％ジルコニウム、１．０％バナジウム
、０．０１４％ホウ素、０．１８％炭素。この粉末は一
４００メツシユｌＮ−１００（３７μｍ未満）であった
。

銃内の電圧は５０Ｖ、電流は１３００Ａとした。

銃をターゲットの表面にほぼ直角に向け、銃のノズルと
ターゲットの距離を１２．５インチとした。

真空室内の圧力は６０Ｔｏｒｒとした。

移行式アーク現象を利用しなかったので、銃からターゲ
ットへは電圧を印加しなかった。

プラズマ銃としては、エレクトロ・プラズマ社（Ｃ１ｃ
ｃｔｒｏ　Ｐｌａｓｍａ、　Ｉｎｃ、、米国カルフォル
ニア州アービン所在）から商品名ＥＰＩモデル０３ＣＡ
で販売されている市販の銃を用いた。

ターゲットとしては、寸法が６インチ×８インチ×１／
８インチ（厚さ）の銅の金属薄板を用いた。

プラズマ堆積後、堆積物を１２５０”Ｃで２時間加熱し
て堆積層を高密度化した。高密度化加熱の前後に材料の
密度をｉＤｊ定した。この測定の結果を第２図に示す。

第２図において、輪郭線は各厚さの堆積物の領域を示す
。厚さは区分された各領域に対し輪郭線間にミリメート
ルで表示しである。矩形で区分された領域は、測定のた
めにサンプルを取った区域である。各矩形領域に分数表
示した値は、堆積した状態での密度を分数の分子として
、そして１２５０℃で２時間の高密度化加熱後の密度を
分母として示す。

記入した値から、図面上の適正な照準点に符号へで示し
た照準点からの距離が大きくなるにつれて、得られる堆
積物の密度が低くなることがわかる。

この実施例は、彼堆積面に対して直角に向けた単一の銃
からのプラズマ溶射で得られるものを示す。この実施例
から、密度が最高となる銃の照準点から離れると堆積物
の密度が低下するという深刻な問題があることが明らか
である。密度の低い堆積物は高密度化熱処理によっては
救い難いことも明らかである。

実施例２ 本質的に実施例１で説明したような銃Ｂと表示した第２
の銃を用いて、同じｌＮ−１００材料を第２のターゲッ
ト上に、本質的に実施例１に記載したのと同じ条件下で
堆積した。

堆積した材料の輪郭線を第３図に示す。高密度化加熱前
後のＸＩ積物の密度の値も、図面に分数の形で示しであ
る。

材料の低圧プラズマ堆積の一部として銃を使用した本発
明者の過去の経験によれば、２つのＥＰＩ陽極は正確に
は同じでな（、またいずれのＥＰＩ陽極からの溶射パタ
ーンも使用中に連続的に変化する傾向がある。この変化
は、一部にはアーク室や粉末供給口の摩耗や侵食のせい
であり、また一部には銃の個々の作動特性のせいである
。従って、同じ銃と同じターゲットを用いた場合でも、
輪郭線の形状や外形が操作ごとに異なる。

実施例３ ２本の銃、特に実施例１および２で説明した銃Ａおよび
Ｂを両方とも、１つの低圧プラズマ堆積室内に配置し、
？１１−のターゲラ！・に向けた。銃を向けたターゲッ
ト上の位置、すなわち照べξ点は、約３．８ｃｍ離れて
いた。

この２つの銃で同時溶射して形成した堆積物の輪郭線を
第４図に示す。本例でターゲット上に堆積した材料はそ
の後１２５０℃で２時間熱処理し加熱によって高密度化
した。高密度化加熱の前後の堆積物の密度を図面に、先
の実施例の場合と同じく分数の形で示す。

第４図にプロットしたデータから、第２および３図の堆
積物と比較して、溶射物を重なったパターンで堆積する
ように２つの銃を硯■させた本例の方法により、高密度
のプラズマ溶射堆積物が実質的に広い範囲に形成された
ことが明らかである。

この結果はまったく予想外である。高密度の堆積物が形
成される領域が、広がっており、そして２つの低密度材
料層が堆積されている領域も包含しているからである。

驚くべきことには、低密度の堆積物の２つの層が連続し
てこのような広い結合層を形成しそして結合層を形成す
る各層が低密度であるにもかかわらず結合層は高密度を
有していた。

実施例４ 実施例３で用いた手順を繰返したが、本例では、室内の
２つの銃の照学点間の距離を６゜４ｃｍに広げた。

飼料を堆積した。堆積物の輪郭線を第５図に示す。堆積
物からサンプルを採取し、実施例１に記載したのと同様
に高密度化加熱の前後にその密度を測定した。密度の値
を実施例１および２と同様に、堆積物の表示すンプル上
に分数の形態で記入した。

実施鯉） 実施例３の手順を繰返したが、本例では２つの銃の照準
点を８．９ｃｍ離した。材料の堆積物を実施例３に記載
の通りに作製した。

堆積物から多数のサンプルをとり、高密度化加熱の前後
にサンプルの密度を測定した。高密度化加熱は実施例１
に記載したように１２５０℃で２時間の処理とした。堆
積物のパターンを第６図に輪郭線で示した。堆積物から
採取したサンプル材料の密度も第６図のそれぞれの区域
に示した。

実施例５に従って作製したサンプルを調べて得られた結
果から、ターゲット、特に溶射領域が重なっているター
ゲットの中心の試料Ｅからの試料の断面の冶金学的組織
は、ターゲット上の各照準点に位置する実施例５の試料
ＢおよびＨと比較して、重なった領域の冶金学的組織が
非常に近似していることを証明していることがわかった
。

上記試料のそれぞれの冶金学的ミクロ組織から得た顕微
鏡写真を調べたところでは、これらの試料同士が極めて
類似しているので、顕微鏡写真の検査によっては試料を
識別できなかった。

第２図から、材料の最初の堆積物が９２％という低い密
度で形成された場合、その後の加熱で層を圧密化させて
も、９９あるいは１００％という高密度への望ましい圧
密を達成するには効果がないことは明らかである。

低圧プラズマ堆積技術の利点の一つは、有利な結晶およ
び粒子特性をもった組織の形成が可能となることである
ことを理解すべきである。しかし、このような材料を長
時間にわたって極めて高い温度に加熱すると、層の有益
な結晶特性および関連した物理的特性が低下または消失
されるおそれがある。従って、堆積物の低密度部分を長
時間かつ高温の加熱により圧密化しようとすると、あま
り高密度でない領域の層だけでなく、同じ長期の高温の
加熱を受けるに違いない十分に高密度の部分の層の特性
にも犠牲を引き起す可能性がある。堆積した状態で密度
が９７％未満の堆積物を長時間加熱してもこれらの堆積
物は完全に高密度化しないことを確かめた。

上記実施例から明らかなように、従来の方法では、高密
度のプラズマ溶射堆積物が形成される掃射個所の区域よ
り大きい寸法の平面の面に、高密度の一体の溶射構造物
を付着させようとしてもどうしても特性の劣化が伴ない
、堆積物を単に加熱してもその密度の不足は回復されな
い。さらに、物理的特性は密度に関連しているので、密
度の低い堆積物は強度の低い堆積物でもあることが明ら
かである。さらに、まった＜驚＜べきことには、２つ以
上の銃を用い、第１の銃からの低密度の堆積物が第２の
銃からの低密度の堆積物と重なるようにこれらの銃を作
動させることによって、この不足を克服できることが示
された。この極めて驚くべき事象は、６銃からの低密度
の堆積物が何らかの機構で圧密に合体して高密度の堆積
物となり、従って他の方法では得られない平面の表面構
造を形成することができることである。

さらに、大きな面積の表面の選ばれた区域に高密瓜溶射
を付着するように銃を動かしても、２つの銃を用いるの
と同じようには低密度堆積物の問題を解決することはで
きず、従って単一の銃を用いて銃と彼堆積面を相対移動
させながら、平面の面上の大きな領域に溶射しようとし
ても、この所望の結果を達成するには効果がない。

上述の説明は、単一または段数の銃を用い、面にほぼ直
角に向けて平面の面上に堆積物を形成することに関する
ものである。しかし、既に指摘しまたここで指摘する通
り、銃の軸線と彼堆積面との角度が約７０°より小さく
なると、形成される堆積物の密度が著しく低下し、その
結果形成されるプラズマ溶射堆積物が劣化することがわ
かった。

上述の説明は、平面の面上に高密度の堆積物を形成する
ことに関するものである。

本明細書で用いる用語として簡単な幾何学形状とは、一
般に簡単な幾何学の幾何学形状と認められ、鋭い角また
は角度をもたない平面、ストリップまたはリボン、球そ
の他の形状を意味する。

本発明の目的には、用語「プラズマ銃の軸線」は、銃の
プラズマ発生部分を通り、プラズマを通って、軸線に直
角に配置ｕされた被堆積面上の掃射個所の中心へと延び
る直線である。プラズマ銃の軸線は第１図に示され、同
図に記入しである。プラズマ銃の軸線は銃照準点方向に
ほぼ等価である。

本発明は、はぼ平面の形状をした面上に堆積物を形成す
るのに特に有用である。また、はぼ平面の面上に堆積物
を形成するのに用いる少なくとも２つのプラズマ銃は、
互いに平行に、かつ堆積物を形成する面にほぼ直角に整
列するのが好ましい。

しかし、銃相互の整列は完全に平行である必要はなく、
また平面に対する銃の整列は完全に直角である必要はな
い。例えば、上部のデータから明らかなように、銃を面
に対して約７０’の角度に整列しても高密度の堆積物を
得ることができる。

しかし、本発明に従って、堆積物の２つの低密度の領域
を結合させて高密度の領域とする利点を得るためには、
堆積物自体、そして特に堆積物の領域を重ね合わせなけ
ればならない。

また、一方または両方の銃を直角な位置から約２０°ま
での角度、すなわち面に対して７０″より大きい角度で
傾けても、堆積物を形成できるので、銃の整列は互いに
完全に平行である必要はない。

さらに、堆積物を形成する面は完全に平面である必要は
な（、多少の凹凸や起伏があっても、その凹凸の程度が
プラズマ銃に対して、銃の照準方向または銃の軸線に対
して７０’未満の角度に傾斜した面をもたらさないなら
ば、差しつかえない。

−１一連したように、ここで用いる銃の軸線は、銃のプ
ラズマを発生する部分を通り、銃のノズルから銃により
プラズマ堆積物が形成される面、特に堆積物の掃射個所
の中心へ延びる直線を指すものとする。

また、被堆積面自体が完全には平面でなくても、彼堆積
面に堆積物を形成するのに用いる２つの銃１組で、堆積
物を形成することが可能である。例えば、面は開いた折
り、つまり浅い谷に沿った２つの平面の交差したものと
することができる。このような面は、二面角を有するも
のとして特定できる。ウェブスター辞典によれば、二面
角は２つの平面が交差してできる図形と定義されている
。

使用した２つの銃が互いに平行で、二面角が平面から２
０″より大きくなければ、本発明の方法により、上記に
より詳しく記載した方法によって生成されることのわか
った有利な特性を有する堆積物が形成される。ここで用
いる用語「実質的に平面」は、二面角が２０６未満であ
るか、あるいは、表面の凹凸または起伏が全体的には平
面から約２０″の二面角より大きくならない表面を包含
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は低圧プラズマ堆積装置を特にプラズマ銃とその
ターゲットとの関係に重きを置いて示した概略説明図、 第２図は、種々の位置での堆積物の厚さと密度を記録し
たプラズマ溶射堆積物の輪郭線図、第３図は第２図と同
様の輪郭線図、 第４図は第２図と同様だが、２つの銃を用いて形成した
堆積物の輪郭線図、 第５図は第４図と同様の輪郭線図、 第６図は第４図と同様の輪郭線図、 第７図は第４図と同様の輪郭線図、そして第８図は２つ
のグラフを合わせた図で、上部は応力と密度との関係を
示し、下部は引張試験片の面積減少率と密度との関係（
サンプルの延性または伸展性と関係する）を示す。 符号の説明 ８・・・低圧エンクロジヤ、１０・・・銃、１２・・・
陰極、１４・・・陽極、１６・・・電源、３４・・・タ
ーゲット、３６・・・堆積物。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、広い実質的に平面な被堆積面上に高密度の堆積物を
   形成する方法において、 少なくとも２つのプラズマ溶射銃を含む低圧プラズマ堆
   積装置を用い、 その第１のプラズマ銃を前記被堆積面上の第１の照準点
   に向けこれによりこの第１の銃を通して処理した材料を
   前記被堆積面上に堆積し、 第２のプラズマ銃を前記面上の別の照準点に向けこれに
   よりこの第２の銃を通して処理した同じ材料を前記面上
   に堆積し、 前記照準点を、照準点から前記銃のいずれかより堆積さ
   れた前記面上の低密度堆積物の点までの距離より長い距
   離で互いに離し、 低密度の領域でこれ等堆積物を重ね、 前記銃の前記面に対する入射角を実質的に直角に維持す
   ることからなる方法。 ２、前記被堆積面が殆んど平面である特許請求の範囲第
   １項記載の方法。 ３、前記被堆積面が簡単な幾何学形状をしている特許請
   求の範囲第１項記載の方法。 ４、プラズマ溶射堆積物の高密度体を形成する方法にお
   いて、該高密度体をなす組成物の微細に分割された粉末
   を用意し、 低圧室内の２つ以上のプラズマ銃に前記粉末を同時に供
   給し、 前記粉末を前記低圧室内の被堆積面上にプラズマ溶射し
   、そして 前記銃からの溶射堆積物のパターンが重なるように前記
   銃を方向づけることからなる方法。 ５、前記２つ以上の銃の照準角がすべて被堆積面に対し
   て７０゜より大きい特許請求の範囲第４項記載の方法。 ６、堆積物を受ける面が簡単な幾何学形状をしている特
   許請求の範囲第４項記載の方法。