KR20080031966A

KR20080031966A - 내손상성 등이 우수한 용사 피막 피복 부재 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20080031966A
Application number: KR1020087004121A
Authority: KR
Inventors: 요시오 하라다; 다케마 데라타니
Original assignee: 도카로 가부시키가이샤
Priority date: 2005-08-22
Filing date: 2006-08-21
Publication date: 2008-04-11
Also published as: US20090120358A1; TW200714747A; JPWO2007023976A1; US8231986B2; KR101021459B1; TWI346148B; JP4555865B2; WO2007023976A1

Abstract

백색 Al₂O₃ 용사 피막이 갖는 과제, 즉, 피막이 다공질로 입자간 결합력이 약하고, 내손상성, 내식성, 내열성 혹은 내마모성 등에 부족한 데다가, 광의 반사율이 높다는 결점을 해소하는 것을 목적으로 하고, 기재의 표면이 회백색보다 저명도인 무채색 혹은 유채색 Al₂O₃ 으로 이루어지는 착색 용사 피막으로 피복되어 있는 내손상성 등이 우수한 용사 피막 피복 부재와 그 제조 방법을 제안한다.

Description

내손상성 등이 우수한 용사 피막 피복 부재 및 그 제조 방법{STRUCTURAL MEMBER COATED WITH SPRAY COATING FILM EXCELLENT IN DAMAGE RESISTANCE AND THE LIKE, AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF}

본 발명은, 내손상성이 우수한 것 외에, 열방사 특성이나 내식성, 기계적 특성 등의 제특성이 우수한 용사 피막 피복 부재 및 그 제조 방법에 관한 것이며, 특히, 기재 표면에 회백색보다 저명도 착색 용사 피막을 형성하는 기술에 관한 것이다.

용사법은, 금속이나 세라믹, 서멧 등의 용사 분말 재료를 플라즈마 불꽃이나 가연성 가스의 연소 불꽃에 의해 용융하고, 그 용융된 입자를 가속시켜 피용사체 (기재) 의 표면에 분사함으로써 그 용융 입자를 순차적으로 퇴적시켜, 일정한 두께로 하여 피막화시키는 표면 처리 기술이다. 이러한 프로세스에 의해 형성된 용사 피막은, 그 피막을 구성하는 상기 퇴적 입자의 상호 결합력의 강약이나 미결합 입자의 유무에 따라, 피막의 기계적 성질이나 화학적 성질에 큰 차이가 발생한다. 이 때문에, 종래의 용사 기술은 용사 분말 재료의 완전 용융에 의한 용융 입자 끼리의 상호 결합력을 강화시켜, 미용융 입자를 제거하는 것, 비행하는 용융 입자에 대해 큰 가속력을 부가하여 피용사체의 표면에 강한 충돌 에너지를 발생시킴으 로써 입자간 결합력을 향상시킴으로써 기공율을 낮추는 것, 혹은 피처리체 (기재) 와의 밀착력을 강화시키는 것 등을 개발 목표로 하고 있다.

예를 들어, 일본 공개특허공보 평1-139749호에서는, 50∼200hPa 의 아르곤 분위기 중에서 금속입자를 플라즈마 용사하는 감압 플라즈마 용사법에 따라, 금속입자의 상호간 결합력을 향상시키거나 기공 발생 원인 중 하나인 입자 표면에 생성되는 산화막을 저감시키는 방법을 제안하고 있다.

이러한 기술 개발에 의해, 최근 용사 피막은 그 기계적 강도 등의 특성을 향상시킬 수 있었지만, 열방사 특성까지 향상시키는 기술은 아니었다. 특히, 용사 피막의 표면색을 조정하여 열방사 특성, 그 밖의 특성을 향상시킨다는 사고 방식은 없다. 이 점에 관하여, 일반적인 세라믹 용사 피막의 색은, 예를 들어, 용사 분말 재료로서의 산화 크롬 (Cr₂O₃)분말은, 흑색에 가까운 진녹색이지만, 이것을 플라즈마 용사한 경우, 흑색 피막이 된다.

이와 같이, 세라믹 용사 피막의 색은, 일반적으로, 용사용 분말 재료 자체의 크림색이 그대로 성막된 용사 피막의 색으로서 재현되는 것이 보통이다. 예를 들어, 산화 알루미늄 (Al₂O₃ 로 나타낸다) 은, 분말 재료 자체는 물론, 이 분말 재료를 용사하여 형성되는 용사 피막의 색도 역시 백색이 된다. 특히, Al₂O₃ 는, 그 밖의 많은 산화물 세라믹과 비교하여 주성분의 Al 과 O₂ 의 화학적 결합력이 강하고, Ar 가스를 주성분으로 하는 가스 플라즈마 불꽃을 열원으로 하는 플라즈마 용사법 (이 플라즈마 중에는, 다량의 전자가 포함되어 있다) 에 따라 성막해도 백 색이 된다.

그런데, 다공질인 금속질 용사 피막이나 용사 입자의 상호 결합력을 개선하려면, JIS H8303 (자용 (自溶) 합금 용사) 에 규정되어 있는 방법이 있다. 이 방법은 용사 피막 형성 후, 이것을 산소-아세틸렌 불꽃이나 고주파 유도 가열법, 전기로 등에 의해, 용사 피막만을 융점 이상으로 가열하는 재용융 처리법이다.

그 밖에, 용사 입자의 상호 결합력을 증대시키는 방법으로서는, 전자 빔 등을 조사하는 기술이 있다. 예를 들어, 일본 공개특허공보 소61-104062호에는, 금속 피막에 전자 빔이나 레이저 빔을 조사하여 이 피막을 재용융하여 구멍을 밀봉하는 방법이, 그리고, 일본 공개특허공보 평9-316624호에는, 탄화물 서멧 피막이나 금속 피막의 표면에 대해서 전자 빔을 조사하여 피막의 성능을 향상시키는 방법이, 또한, 일본 공개특허공보 평9-048684호에는, 도전부를 형성하기 위한 세라믹스에 단파장광 빔을 조사함으로써, 산소 원자가 이탈하여 금속 상태를 나타냄으로써, 도전성을 출현시키는 방법이 개시되어 있다.

그러나, 이들 선행 기술은, 금속 피막이나 탄화물 서멧 피막을 대상으로 하고, 이들 피막 기공의 소멸이나 밀착성의 향상을 목적으로 한 것이고, 또, 세라믹스 피막을 단파장 광 빔 조사하는 방법도, 피막에 도전성을 부여하는 것을 개시하고 있으나, 피막의 색을 의도적으로 변화시키는 것에 대하여 개시하는 것은 아니다.

이러한 전자 빔 조사에 대한 종래 기술의 사고 방식은, 일본 공개특허공보 평9-316624호의 [0011] 단락에 설명되어 있는 바와 같이, 용사 재료를 전자 빔 처 리하려면, 전기 전도성 피막이 필요하다는 사고 방식이 전제로 되어 있었기 때문으로 생각된다.

또한, 일본 공개특허공보 2002-89607호에는, 가스 터빈용 열차폐 피막의 형성시에, 전자 빔 열원을 ZrO₂ 계 세라믹스 재료의 가열 증발원으로 하여, PVD 프로세스에 의해, 기둥형 조직을 갖는 탑 코트의 형성에 이용하는 성막 방법이 개시되어 있다. 단, 이 방법은, 전자 빔 열원을 이용한 ZrO₂ 계 세라믹층의 형성 방법이고, 일단 형성된 세라믹 피막을 재용융하는 기술은 아니다.

발명의 개시

종래의 Al₂O₃ 용사 피막은, 일반적으로 용사 분말 재료의 고유의 색인 백색계로서, 발명자들의 경험으로는, 이 용사 피막은 최근의 첨단 공업의 분야에서의 요구 조건에 충분히 대응하고 있지 못하는 것이 실정이다. 즉,

(1) 백색 Al₂O₃ 용사 피막은, Al₂O₃ 입자의 상호 결합력이 약하고, 그 때문에, 블라스트 이로젼과 같은 외부로부터의 충격을 받으면 입자가 국부적으로 탈락되기 쉽고, 이 부분이 피막 전체의 파괴 기점이 되어, 피막의 내손상성이 나쁘다.

(2) 백색 Al₂O₃ 용사 피막은, 광의 반사율이 매우 높고, 그 때문에 양호한 열방사율이 요구되는 분야의 피복 부재로서 적당한 것이라고는 할 수 없다.

(3) 백색의 용사 피막은, 부재의 사용 환경이, 반도체 가공 장치 내부와 같은 고도의 청정성이 필요하게 되는 곳에서는, 유채색 입자가 부착되기 때문에, 필요 이상의 빈도로 세정을 반복할 필요가 발생하여, 작업 효율의 저하와 제품 비용의 상승을 초래한다.

(4) 백색 Al₂O₃ 용사 피막은, 피막을 구성하는 용사 입자의 접촉 면적이 작고, 입자 상호의 결합력이 약하여 공극 (기공) 이 많은 다공질 피막이 된다. 그 때문에, 이 피막은, Al₂O₃ 입자 자체는 내식성이 우수하다 하더라도, 피막의 기공중에 환경의 부식 성분 (예를 들어, 수분, 산, 염류, 할로겐 가스 등) 이 침입되기 쉽고, 기재의 부식이나 피막의 박리가 일어나기 쉽다.

(5) 백색 Al₂O₃ 용사 피막은, 다공질로 입자간 결합력이 약한 데다가, 용사 열원 중에서 충분한 용융 현상을 거치지 않은 것이 많다. 그 때문에, 불소 가스, O₂ 가스, 불화물 가스 등이 함유되는 환경하에 있어서의 플라즈마 에칭이나 플라즈마 클리닝 처리시에 있어서, 에칭되기 쉽고, 내용 (耐用) 기간이 짧다. 게다가, 플라즈마 에칭된 피막의 입자는, 미세한 파티클이 되어 환경을 오염시키고, 반도체 가공 제품의 품질의 저하를 초래한다.

(6) 백색 Al₂O₃ 용사 피막은, 이 피막을 구성하는 입자의 상호 결합력이 약하기 때문에, 피막을 기계 가공할 때, 종종 입자가 탈락하여 정밀 가공을 할 수 없다.

본 발명의 목적은, 종래 기술이 안고 있는 상기 서술한 과제를 감안하여 개발한 것으로서, 특히, 내손상성이 우수한 것 외, 열방사 특성이나 내마모성 등의 기계적, 내식성 등의 화학적 특성 및 내플라즈마 에칭 특성 등이 우수한 복산화물의 용사 피막 피복 부재를 제안하는 것에 있다.

본 발명에서는, 종래 기술의 Al₂O₃ 용사 피막을 더욱 개선하여 이루어지는 하기 요지 구성의 용사 피막 피복 재료 및 그 제조 방법을 제안한다.

(1) 기재의 표면이, 회백색 (5Y 9/1) 보다 저명도인 무채색 (예를 들어, 펄 그레이 N-7 등) 혹은 유채색 (예를 들어, 모래색 2.5Y 7.5/2 등) Al₂O₃ 로 이루어지는 착색 용사 피막으로 피복되어 있는 내손상성 등이 우수한 용사 피막 피복 부재.

(2) 기재의 표면과 상기 착색 용사 피막 사이에, 금속ㆍ합금, 혹은 서멧의 용사 피막으로 이루어지는 언더 코트가 형성되어 있는 내손상성 등이 우수한 용사 피막 피복 부재.

(3) 상기 착색 용사 피막은, 전자 빔 조사 처리 혹은 레이저 빔 조사 처리 에 의해, 용사 분말 재료의 고유색인 백색 (N-9.5 정도) 이 갖는 명도를 낮추거나 또는 색상, 채도를 바꾸어 회백색 (5Y 9/1) 보다 짙은 무채색 혹은 유채색으로 한 내손상성 등이 우수한 용사 피막 피복 부재.

(4) 상기 착색 용사 피막은, Al₂O₃ 용사 입자의 퇴적에 의해 50∼2000㎛ 두께로 한 것인 내손상성 등이 우수한 용사 피막 피복 부재.

(5) 상기 착색 용사 피막은, 표면으로부터 50㎛ 미만까지의 범위의 부분이, 전자 빔 조사 혹은 레이저 빔 조사에 의해, 재용융 후 응고된 층인 내손상성 등이 우수한 용사 피막 피복 부재.

(6) 상기 언더 코트는, Ni 및 그 합금, Mo 및 그 합금, Ti 및 그 합금, Al 및 그 합금, Mg 합금 중에서 선택되는 어느 1 종 이상의 금속 혹은 합금, 또는 이들 금속ㆍ합금과 세라믹스로 이루어지는 서멧을 50∼500㎛ 의 두께로 형성한 용사 피막인 내손상성 등이 우수한 용사 피막 피복 부재.

(7) 기재의 표면에 직접, 또는 그 기재 표면에 형성한 언더 코트의 표면에, 백색의 고유색을 갖는 Al₂O₃ 용사 분말 재료를 용사하고, 이어서, 그 용사에 의해 얻어진 백색 Al₂O₃ 용사 피막의 표면을, 전자 빔 조사 혹은 레이저 빔 조사함으로써, 그 용사 피막의 표면의 색을 회백색 (5Y 9/1) 보다 저명도인 무채색 혹은 유채색으로 변화시키는 내손상성 등이 우수한 용사 피막 피복 부재의 제조 방법.

(8) 상기 전자 빔 조사 처리 혹은 레이저 빔 조사 처리에 의해, 백색 Al₂O₃ 용사 피막의 표면으로부터 50㎛ 미만의 부분을, 회백색 (5Y 9/1) 보다 저명도인 무채색 혹은 유채색으로 변화시키는 내손상성 등이 우수한 용사 피막 피복 부재의 제조 방법.

본 발명은, 기본적으로는, 백색 Al₂O₃ 용사 피막이 구비하고 있는 제특성, 예를 들어, 할로겐 또는 할로겐 화합물의 가스 분위기 중에 있어서의 내플라즈마 이로젼성이 우수하기 때문에, 정밀한 가공 정밀도와 청정한 환경이 요구되는 최근의 반도체 가공 장치용 부재로서 바람직하게 이용할 수 있고, 반도체 가공 제품의 품질 및 생산성의 향상에 크게 공헌할 수 있는 것이다. 그것에 더하여, 본 발명은 용사 피막의 표면색을 모래색 (2.5Y 7.5/2) 이나 잿물색 (2.5Y 6/1) 과 같은 색조로 함으로써, 내손상성이나 열방사 특성이 우수함과 함께, 특히 전자 빔 조사 혹은 레이저 빔 조사 처리를 실시한 것에서는 피막 표면이 평활하고, 피막을 구성하고 있는 Al₂O₃ 용사 입자가 서로 융합되어 치밀한 피막을 형성하고 있는 점에서, 슬라이딩 특성이나 내식성, 내마모성 등이 한층 향상되어, 공업 분야용 제품으로서 장기간에 걸친 사용이 가능해진다.

또한, 본 발명의 착색 Al₂O₃ 용사 피막은, 열방사 및 수열효율이 높은 특성이 요구되는 가열 히터류의 보호 피막으로서 유망하다.

또, 본 발명은 상기 제특성을 갖는 용사 피막 피복 부재를, 전자 빔 조사 처리 혹은 레이저 빔 조사 처리의 채용에 의해 유리하게 제조할 수 있다.

도 1(a) 은, 백색 Al₂O₃ 분말 재료를 대기 플라즈마 용사법으로 형성된 백색 Al₂O₃ 용사 피막의 사진, 도 1(b) 는, 상기 백색 Al₂O₃ 용사 피막의 표면을 추가로 전자 빔 조사함으로써, 모래색으로 변화시킨 착색 Al₂O₃ 용사 피막의 사진이다.

도 2(a) 는, 전자 빔 조사 후의 Al₂O₃ 용사 피막의 표면, 도 2(b) 는 단면의 광학 현미경 사진이다.

도 3(a) 는, 전자 빔 조사 전, 도 3(b) 는, 전자 빔 조사 후의 Al₂O₃ 용사 피막 단면을 모식적으로 나타낸 것이다.

도 4(a) 는, 전자 빔 조사 전, 도 4(b) 는, 전자 빔 조사 후의 Al₂O₃ 용사 피막 단면을 나타는 TEM 사진 및 결정 구조 이미지이다.

도 5(a) 는, 전자 빔 조사 전, 도 5(b) 는, 전자 빔 조사 후의 Al₂O₃ 용사 피막 표면의 X 선 회절 패턴이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명에 있어서, 알루미나 (Al₂O₃) 용사 분말 재료 및 이 재료를 용사했을 때에 얻어지는 용사 피막의 고유색인 백색 (N-9.5) 의 피막을, 회백색 (5Y 9/1) 보다 색이 짙은 (명도값이 작음 : 저명도) 무채색 (<N-9) 혹은 유채색 (<V-9) 의Al₂O₃ 용사 피막으로 하는 것이 특징 중 하나이다. 즉, 상기 용사 분말 재료의 색 (고유색) 은, 먼셀 표기로 N-9.5 (백색 또는 스노우 화이트라고도 한다) 정도이지만, 본 발명에서는, 그것을 회백색 (5Y 9/1) 보다 짙은 색 (명도값이 작은 색), 예를 들어, 펄 그레이 (N-7.0), 짙은 쥐색 (N-4.0) 정도의 무채색, 혹은, 먼셀 표기의 명도가 아이보리 명도인 V-8.5 (N-8.5 에 상당) 정도 이하, 보다 바람직하게는, V : 7.5 이하의 수치로 표시하게 하는 유채색, 예를 들어, 모래색 (2.5 Y 7.5/2), 스카이 그레이 (7.5B 7.5/0.5), 잿물색 (2.5Y 6/1), 납색 (2.5PB 5/1) 등의 색을 갖는 용사 피막으로 하는 것이다.

이들 표면색은, 후술하는 용사 피막을 전자 빔 조사 혹은 레이저 빔 조사를 제어함으로써 실현될 수 있다.

이하, 본 발명에 있어서, 이러한 색을 부가한 용사 피막을, 고유색 용사 피 막 (백색) 과 대비하여 착색 용사 피막이라 한다. 이하, 본 발명에 관련된 아이보리 등의 착색 Al₂O₃ 용사 피막의 제조 방법을 서술함과 함께, 그 착색 용사 피막의 특징에 대해 설명한다.

(1) Al₂O₃ 용사 피막의 형성에 의한 부재의 제조 방법

Al₂O₃ 용사 피막은, 피용사체 (기재) 의 표면을 블라스트 처리에 의해 조면화시킨 후, 그 표면에 직접, 또는 그 기재의 표면에 우선 금속ㆍ합금, 서멧의 언더 코트를 시공하여 그 언더 코트의 표면에 시판되는 백색 Al₂O₃ 용사 분말 재료를 플라즈마 용사법 등의 방법에 따라 형성할 수 있다. 이 용사 피막의 외관은 당초, 용사 분말 재료와 동일한 백색의 용사 피막이 된다.

본 발명에 있어서, 기재 표면에 용사하여 형성되는 상기 Al₂O₃ 용사 피막은, 대기 플라즈마 용사법, 감압 플라즈마 용사법, 고속 프레임 용사법, 폭발 용사법, 물을 플라즈마 원으로 하는 물플라즈마 용사법 등의 용사법을 적용할 수 있는데, 이들 용사법에 따라 형성되는 Al₂O₃ 용사 피막의 외관은 모두 백색이다.

본 발명에 있어서, 이 Al₂O₃ 용사 피막의 형성시에는, 기재 표면에 우선, 상기 언더 코트를 형성하고, 그 위에 피막 형성한 것이어도 된다. 이 경우, 그 언더 코트 재료로서는, Ni 및 그 합금, Mo 및 그 합금, Ti 및 그 합금, Ti 및 그 합금, Al 및 그 합금, Mg 합금 등에서 선택되는 1 종 이상의 금속ㆍ합금, 또는 이들과 세라믹스의 혼합물로 이루어지는 서멧을 이용하여 두께 50∼500㎛ 정도로 시 공하는 것이 바람직하다.

이 언더 코트의 역할은, 기재 표면을 부식성 환경으로부터 차단하여 내식성을 향상시킴과 함께, 기재와 Al₂O₃-Y₂O₃ 복산화물층의 밀착성의 향상을 도모하는 것에 있다. 따라서, 이 언더 코트의 두께가 50㎛ 보다 얇으면 언더 코트로서의 작용 기구 (기재에 대한 화학적 보호 작용) 가 약할 뿐만 아니라, 균일한 성막이 곤란하고, 한편, 언더 코트의 두께가 500㎛ 를 초과하면, 피복 효과가 포화되어 적층 작업시간의 증가에 의한 생산 비용의 상승을 초래한다.

또, 항상 탑 코트가 되는 이 Al₂O₃ 용사 피막의 두께는, 50∼2000㎛ 정도의 범위가 바람직하다. 막 두께가 50㎛ 미만에서는, 막 두께의 균등성이 부족한 것 외, 산화물 세라믹 피막으로서의 기능, 예를 들어, 내이로젼성, 내플라즈마 이로젼성 등에 대한 내구성을 충분히 발휘할 수 없기 때문이다. 한편, 그 두께가 2000㎛ 보다 커지면, 피막을 구성하는 입자의 상호 결합력이 더욱 약해짐과 함께에, 피막의 잔류 응력이 커져, 피막 자체의 기계적 강도가 저하되므로, 실용 환경에 있어서 근소한 외부 응력의 작용에 의해서도 피막이 파괴되기 쉬워진다.

본 발명에서 이용하는 용사 분말 재료는, 상기 알루미나를 분쇄하여 입경 5∼80㎛ 의 입도 범위내의 분말로 한 것을 이용한다. 그 이유는, 이 분말 재료의 입경이 5㎛ 보다 작으면 분말에 유동성이 저하되고, 용사 건에 대한 평균한 공급을 할 수 없어 용사 피막의 두께가 불균등해진다. 한편, 입경이 80㎛ 초과인 경우에서는, 용사 열원 중에 있어서 완전하게 용융되지 않은 채 성막되는 결과, 얻 어지는 피막이 다공질화됨과 함께, 입자 상호의 결합력 및 기재와의 밀착력이 약해지고, 또한 막질이 성길어짐과 함께, 기재 및 언더 코트와의 접합력이 저하되므로 바람직하지 않다.

또, 용사 피막을 형성하기 위한 기재로서는, Al 및 그 Al 합금, 스테인리스강과 같은 내식강, Ti 및 그 합금, 세라믹 소결체 (예를 들어, 산화물, 질화물, 붕화물, 규화물, 탄화물 및 이들 혼합물) 를 비롯해, 석영, 유리, 플라스틱 등의 소재도 사용할 수 있다. 또, 이들 소재 상에, 각종 도금층을 형성하거나 증착층을 실시한 것도 사용할 수 있다.

(2) Al₂O₃ 용사 피막의 착색화를 위한 전자 빔 혹은 레이저 빔에 의한 조사 처리

본 발명은, 상기 서술한 바와 같이, Al₂O₃ 용사 분말 재료와 동일한 색인 백색 Al₂O₃ 용사 피막의 표면에 대해서, 전자 빔 혹은 레이저 빔 (이하, 전자 빔 등이라고 한다) 에 의해 조사 처리를 실시한다. 이 전자 빔 등의 조사는, 그 피막 표면의 Al₂O₃ 입자를 서로 융합시켜 치밀화를 도모함과 함께, 피막 표면의 색을 백색으로부터 적어도 아이보리색 (2.5Y 8.5/1.5), 바람직하게는 잿물색 (2.5Y 6/1) 정도로 변화시키기 위한 처리로서, 즉, 그 용사 피막의 표층부는, 백색 (N-9.5) 으로부터 약간 N 값이 작은 무채색 (N-9.0) 또는 유채색의 표면색이 더욱 짙은 것 (회백색 : 5Y 9/1, 아이보리 : 2.5Y 8.5/1.5 등) 으로 하는 데 적용된다.

또, 이 전자 빔 등의 조사 처리에서는, 아이보리색 등으로 변색한 Al₂O₃ 용사 입자의 표층부가 빔의 조사에 의해 국부적으로 용융 상태가 되기 때문에, 피막 표면이 전체에 걸쳐서 평활화되는 경향이 있다. 게다가, 용사 피막의 형성시에, 용사 열원의 부족에 의해 충분한 가열이 실시되지 않고, 미용융 상태로 퇴적된 Al₂O₃ 입자가 존재함으로써 일어나는 국부적인 입자의 탈락, 기공율의 상승, 내식성이나 내마모성 등의 저하 원인을 완전하게 소실시킬 수 있다.

이러한 용사 피막의 용융, 치밀화 현상은 전자 빔 등의 조사 횟수를 증가시키거나 조사 시간을 길게 하거나, 그 출력을 올림으로써, 점차 그 피막 표면에서 내부에도 미쳐 가므로, 용융 깊이는, 이들 조건을 변경함으로써 제어할 수 있다. 또한, 실용적으로는 50㎛ 정도의 용융 깊이가 있으면, 본 발명의 목적에 적합한 것을 얻을 수 있다.

또한, 전자 빔 조사 조건으로서는, 공기를 배출시킨 조사실에, 불활성 가스 (Ar 가스 등) 를 도입하고, 예를 들어, 다음과 같은 조건으로 처리하는 것이 추장 되는데, 조사의 효과가 용사 피막의 표면으로부터 50㎛ 의 깊이까지 얻어지는 것이면, 하기의 조건을 벗어나는 것이어도 된다.

조사 분위기 : 10∼0.0005Pa

조사 출력 : 0.1∼8kW

조사 속도 : 1∼30m/s

또, 레이저 빔 조사로서는 YAG 결정을 이용한 YAG 레이저, 또 매질이 가스인 경우에는 CO₂ 가스 레이저 등을 사용할 수 있다. 이 레이저 빔 조사 처리로서는, 다음과 같은 조건으로 처리하는 것이 추장되는데, 상기와 동일하게 조사의 효과가 용사 피막의 표면으로부터 50㎛ 의 깊이까지 얻어지는 것이면, 하기의 조건을 벗어나는 것이어도 된다.

레이저 출력 : 0.1∼10kW

레이저 빔 면적 : 0.01∼2500㎟

조사 속도 : 5∼1000㎜/s

도 1 은, 대기 플라즈마 용사하여 얻어진 백색 Al₂O₃ 용사 피막의 외관 (a) 과, 그 백색의 용사 피막의 표면에 대해서 전자 빔을 조사한 후의 착색 용사 피막의 외관도 (b) 를 나타낸 것이다.

또한, 도 1(a) 는, 폭 50×길이 50×두께 10㎜ 의 알루미늄제 기판 (A5052) 상에, 대기 플라즈마 용사에 의해 막 두께가 250㎛ 인 Al₂O₃ 용사 피막을 형성한 후, 평면 연삭 마무리를 한 것이고, 도 1(b) 는, 도 1(a) 의 용사 피막 표면에 전자 빔을 가속 압력 28kV, 조사 분위기 <0.1Pa 의 조건에서 조사한 것이다.

이 도시예에서는, 전자 빔의 조사에 의해, Al₂O₃ 용사 피막의 표면색이 N-9.25∼9.5 (백색) 로부터, 2.5Y 8/2 로 변화되고, 거의 모래색 (2.5Y 7.5/2) 혹은 잿물색 (2.5Y 6/1) 정도를 나타내는 것이 되었다.

또한, 전자 빔 등을 조사한 Al₂O₃ 용사 피막 표면의 색변화의 원인은, 현재 로서는 발명자들은 충분히 해명은 하고 있지 않지만, 다음에 나타내는 바와 같은 사항이 단독 또는 복합적으로 작용되고 있는 것으로 생각하고 있다.

(I) 용사 분말 재료로서의 Al₂O₃ 중에, 전자 빔 등의 조사 분위기와 같이, 산소 분압이 낮은 조건에서, 다량의 전자에 의한 가열 용융 작용을 받음으로써 미량의 불순물의 함유가 착색화에 기여한다.

(II) 전자 빔 등의 용사실 내에 배치 형성되어 있는 금속제 부재의 일부가, 전자 빔 등의 조사를 받아, 극히 미량이지만 미세한 유색의 분진이 되어 용사 피막의 용융면에 혼입된다.

(III) 전자 빔 등의 조사 분위기 중의 저산소 분압이고 또한 환원성이 강한 전자의 다량 조사에 의해, Al₂O₃ 중의 일부의 산소가 국부적으로 소실되어 Al₂O₃ _-x 와 같은 형태로 변화된다. 단, 전자 빔 등의 조사에 의한 백색 Al₂O₃ 용사 피막의 착색화는, 상기 게시한 조사 조건에서는 100% 의 확률로 얻어지는 것이다.

(3) 전자 빔 등의 조사를 실시한 Al₂O₃ 용사 피막의 외관 및 피막 단면의 개요

발명자들의 연구에 의하면, 전자 빔 등의 조사 처리를 실시한 Al₂O₃ 용사 피막의 외관은, 회백색이나 아이보리, 혹은 모래색, 잿물색 등의 색으로 변화됨과 함께, 그 표면 및 단면을 광학 현미경 (SEM-BEI 이미지) 을 이용하여 관찰하면 (도 2(a), (b)) , 작은 균열이 그물코 형상으로 발생되어 있는 것이 판명되었다. 이 그물코 형상의 균열은, 전자 빔 등의 조사에 의해 용융된 Al₂O₃ 입자가 서로 융합되어 큰 평활면을 형성한 후, 냉각되는 과정에 있어서, 체적이 수축되기 때문에 발생한 것으로 생각된다. 또, 도 2(b) 의 단면도로부터 알 수 있는 바와 같이, 전자 빔 조사 후의 Al₂O₃ 피막의 표면에 발생된 열수축에서 기인하는 균열은, 표면에 한정되고, 피막의 내부까지 관통되어 있는 것은 없고, 피막의 내식성에 영향을 주는 균열은 아니다. 또한, 조사부를 예열하거나 조사 후 서냉시킴으로써, 균열이 없는 조사면을 만들 수 있다.

한편, 전자 빔 조사 영향부 (조사에 의해 피막의 형태가 변화된 부분) 의 그 하층부에서는 Al₂O₃ 용사 피막 특유의 기공이 많은 피막 구조가 잔존하므로, 열충격에 대해서는 이들 피막 구조가 유리하게 작용하는 것으로 생각된다.

또, 도 3 에 전자 빔 조사 전 (a) 과 조사 후 (b) 의 용사 피막의 단면 상태를 모식적으로 나타내고, 게다가 도 4 에, Al₂O₃ 용사 피막 단면에 대해서 전자 빔 조사 전 (a) 과 조사 후 (b) 의 TEM 사진 및 결정 구조 이미지를 비교하여 나타낸다. 도 3(a) 및 도 4(a) 에 나타내는 비조사부에서는, 피막을 구성하고 있는 입자가 각각 독립적으로 돌담 형상으로 퇴적되는 한편, 크고 작은 다양한 공극 (기공) 이 존재하여, 표면의 조도 (粗度) 가 크다. 이에 대하여 조사부 (도 3(b), 도 4(b)) 에서는, Al₂O₃-Y₂O₃ 복산화물 입자의 용사 피막 상에 마이크로 조직이 상이한 새로운 층이 생성되어 있다. 이 층은, 상기 용사 입자가 서로 융합되어 공 극이 적은 치밀한 층이 된 것이다.

또, 도 4 의 결정 구조 이미지로부터 피막을 구성하는 Al₂O₃ 입자의 결정형이, 전자 빔 조사 전은 γ-Al₂O₃ (입방정계 스피넬) 인 것에 반해, 전자 빔의 조사에 의해 α-Al₂O₃ (삼방정계 강옥형) 으로 변태되어 있는 것을 알 수 있었다. 또한 X 선 회절에 의해 Al₂O₃ 용사 피막 표면에 대한 전자 빔 조사 전과 전자 빔 조사 후의 결정 구조를 확인하였다 (도 5). 그 결과, 전자 빔의 조사에 의해, 피막 중의 Al₂O₃ 입자의 결정형이 γ 형으로부터 α 형으로 변태되고, 입자의 안정성이 향상되는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 도 3 에 나타내는 부호 21 은 기재, 22 는 피막을 구성하고 있는 Al₂O₃ 입자, 23 은 피막의 공극부, 24 는 Al₂O₃ 입자의 상호 입계 (粒界) 부, 25 는 입계를 따른 관통 기공부, 26 은 전자 빔 조사에 의한 Al₂O₃ 입자의 융합부, 27 은 Al₂O₃ 입자의 융합부에 발생된 미세한 열수축 균열이다.

(4) 전자 빔 등을 조사한 Al₂O₃ 용사 피막의 특징

본 발명의 착색 Al₂O₃ 용사 피막은, 플라즈마 용사 등에 의해 형성된 일반적인 종래의 백색 Al₂O₃ 용사 피막의 물리ㆍ화학적 특성 (예를 들어, 단단하고 내마모성이 우수한 것 외에 내식성, 전기 절연성을 가짐) 을 저해시키는 일 없이, 다음과 같은 기능도 구비하는 것이다.

(a) 전자 빔 등이 조사된 착색 Al₂O₃ 용사 피막의 표면은, 일단은 완전하게 용융되어 피막을 구성하는 5∼80㎛ 정도의 Al₂O₃ 입자가 서로 융합되어 일체화되므로, 용사 피막 표면 근방 (표면으로부터 50㎛ 깊이까지) 의 기계적 강도가 향상되어 파괴되기 어려워진다.

(b) 전자 빔 등의 조사에 의해, 착색 Al₂O₃ 용사 피막의 표면은, 조사 처리전의 표면 조도의 최대 조도 (Ry) 가, 16∼32㎛ 인 것에 대해, 조사 처리 후는, 용융 현상에 의해 최대 조도 (Ry) 가, 6∼18㎛ 정도로 현저하게 평활화되기 때문에, 용사 피막 특유의 미용융 입자나 볼록 형상으로 부착되어 있는 입자가 소멸되고, 그 때문에 슬라이딩 특성이 향상된다. 게다가, 용사 피막 표면의 기계 가공 정밀도가 향상되어 정밀도가 높은 용사 피복 부재를 만들 수 있다.

(c) 전자 빔 등이 조사된 Al₂O₃ 용사 피막 표면에서는, 용융 현상에 의해 용사 피막에 존재하고 있는 기공, 특히 피막의 표면으로부터 기재로 통과하고 있는 관통 기공이 소실되므로, 피막 뿐만 아니라 기재의 내식성이 비약적으로 향상된다.

(d) 상기 서술한 바와 같이, 전자 빔 등이 조사된 Al₂O₃ 용사 피막은, 용사 직후의 백색 (N-9.5) 으로부터 아이보리 (2.5Y 8.5/1.5) 등의 색으로 변화되고, 광의 반사율이 저하되는 한편, 복사열의 흡수 효율이 향상되므로, 색조의 변화를 이용한 부재에 대한 새로운 전개를 기대할 수 있다.

(e) 전자 빔 등이 조사된 Al₂O₃ 용사 피막 표면은, 상기 (a)∼(d) 의 작용 효과에 의해, 내플라즈마 이로젼성이 현저하게 향상된다. 따라서, 본 발명에 관련된 전자 빔 조사된 착색 Al₂O₃ 용사 피막은, 이것을 청정한 환경이 요구되고 있는 반도체 제조ㆍ검사ㆍ가공 장치용 부재의 표면에 피복하면, 내플라즈마 침식성이 향상되어 스스로 환경 오염원이 되는 파티클의 발생 현상이 저하된다. 그 결과, 본 발명에 의하면 환경의 청정화 유지에 현저한 효과를 발휘함과 함께, 장치의 세정 횟수의 감소에 수반하는 생산성의 향상에도 크게 기여한다.

(f) 전자 빔 등의 조사 처리에 의해, 피막을 구성하는 Al₂O₃ 입자의 결정형 은, γ-Al₂O₃ (입방정계 스피넬) 로부터 α-Al₂O₃ (삼방정계 강옥형) 으로 변태되고, 결정 레벨로 입자의 안정성이 향상된다.

(5) 착색화된 Al₂O₃ 용사 피막의 열분광 특성

본 발명 방법으로, 모래색 (2.5Y 7.5/2) 으로 변화된 착색 Al₂O₃ 용사 피막은 열분광 특성이 크게 변화된다. 이런 점은, 발명자들이 실시한 다음과 같은 실험으로부터 분명해진 것이다. 즉, SUS 304 강 (치수 : 폭 30㎜×길이 50㎜×두께 3.2㎜) 의 시험편 표면을 블라스트 처리한 후, 이 표면에 직접, 대기 플라즈마 용사법에 따라, 백색 Al₂O₃ 분말 재료를 이용하여 120㎛ 두께의 용사 피막을 형성하였다. 그 후, 이 용사 피막의 표면을 전자 빔 조사하여 모래색으로 변화시켰다.

이렇게 하여 준비한 Al₂O₃ 용사 피막을 시료로서, 히타치 323 형 자외 가시 분광 광도계 적분구 (확산 반사 측정용) 를 이용하여, 가시역 내지 근적외역에 속하는 0.34∼4㎛ 의 범위의 파장에 대해 분광 특성을 측정하였다. 이 측정에서는, 시료가 불투명하기 때문에, 투과율을 0 으로 하여 반사율 (γ) 을 실측함으로써 다음 식으로부터 흡수율 (α) 을 구하였다.

흡수율 (α)=1-γ

표 1 은, 이 시험 결과를 나타낸 것이다. 백색의 용사 피막은, 공시 (供試) 파장의 대부분을 반사하기 때문에, 흡수율 (α) 은 0.05∼0.1 정도이지만, 모래색으로 변화된 Al₂O₃ 용사 피막에서는, 흡수율이 비약적으로 상승되어 0.4∼0.6 을 나타냈다. 비교예로서 사용한 Cr₂O₃ 의 흑색 용사 피막의 흡수율이 0.9∼0.92 정도인 것과 비교하여, 근소한 착색에 속하는 모래색이라도 분광 특성에 큰 영향을 주는 것을 알 수 있었다.

(비고)

(1) 용사 피막 재료의 순도는, Al₂O₃, Cr₂O₃ 모두 98.0mass% 이상의 시판품이다.

(2) 전자 빔 조사에 의한 피막의 열용융층의 두께는 2∼3㎛ 이다.

(3) 분광 특성은, 히타치 323 형 자외 가시 분광 광도계 적분구를 이용하여, 파장 0.34∼4㎛ 의 조건에서, 반사율 (γ) 을 실측하고, 하기 식으로부터 흡수율 (α) 을 구하였다.

흡수율 (α)=1-γ

(실시예 1)

이 실시예는, SS400 강의 시험편 (치수 : 폭 50㎜×길이 100㎜×두께 3.2㎜) 의 편면을 블라스트 처리한 후, 그 처리면에 Al₂O₃ 용사 분말 재료를 직접 대기 플라즈마 용사법에 따라, 막 두께 150㎛ 의 용사 피막으로 하였다. 그 후, 이 Al₂O₃ 용사 피막의 표면을 전자 빔 조사 처리하였다. 이 때, 전자 빔 조사의 전기 출력, 조사 횟수 등을 변화시켜 용사 피막 표면에 있어서의 Al₂O₃ 용사 입자의 용융 상태 (용융 깊이) 를 제어하고 전자 빔 조사의 영향이 표면으로부터 각각 3㎛, 5㎛ , 10㎛ , 20㎛ , 30㎛ , 50㎛ 에 도달하는 용사 피막을 준비하였다.

전자 빔 조사 후의 시험편의 측면 및 이면 등의 기재 노출부에는, 내식성을 갖는 도료를 도포하고, JIS Z2371 에 규정되어 있는 염수 분무 시험에 제공하여 용사 피막의 내식성을 조사하였다.

또, 비교예의 Al₂O₃ 용사 피막으로서 전자 빔 조사하지 않은 대기 플라즈마 용사 피막을 염수 분무 시험에 공시하였다.

또한, 이 실시예에서 이용한 전자 빔 조사 장치는 다음으로 나타내는 사양의 것을 이용한다.

전자 빔 출력 : 6kW

가속 전압 : 30∼60kV

빔 전류 : 5∼100mA

빔 직경 : 400∼1000㎛

조사 분위기압 : 6.7∼0.27Pa

조사 거리 : 300∼500㎜

표 2 는, 염수 분무 시험 결과를 요약한 것이다. 이 결과로부터 분명한 바와 같이, 비교예의 Al₂O₃ 용사 피막 (No. 1) 에는, 세라믹 용사 특유의 기공이 다수 존재하고 있었기 때문에, 24 시간 후에는 시험편 전체면에 걸쳐서, 적색 녹이 발생했으므로 이후의 시험은 중지시켰다.

이에 반해, 전자 빔 조사한 시험편 (N o. 2 ∼ No. 7) 에서는, 48 시간 후에도 적색 녹의 발생은 관찰되지 않고, 전자 빔 조사에 의한 피막 표면의 용융층 두께가 얇은 시험편 (No. 2, No. 3) 만 96 시간 후가 되고 비로서, 2∼3 지점에 있어서 작은 적색 녹의 발생이 관찰된 정도로서, 다른 시험편에 있어서는 적색 녹의 발생은 보이지 않았다.

이상의 결과로부터, 전자 빔 조사한 Al₂O₃ 용사 피막의 표면에서는, 이 피막이 전자 빔에 의해 용융되고, 서로 융합되어 피막에 존재하고 있는 기공, 특히 기재에 도달하는 관통 기공의 일부가 완전하게 소멸됨으로써, 염수가 피막 내부를 통 과하여 기재 표면에 도달하는 것을 방지하고 있는 것을 알 수 있었다.

또한, 전자 빔 조사면에 있어서도, 미세한 균열이 존재하고 있는데, 이들 균열은, 전자 빔에 의해, 용융된 Al₂O₃ 용사 입자가 냉각 수축될 때, 극히 표면 부분에만 발생할 뿐으로, 기재에까지 도달하는 큰 균열이 아니라서, 피막의 내식성에는 영향을 주지 않는 것을 알 수 있었다.

(비고)

(1) 용사 피막 두께는 150㎛ 이다.

(2) 염수 분무 시험은 JIS Z2371 에 의해 실시하였다.

(3) 염수 분무 시험 결과의 부호는 다음과 같은 내용을 나타낸다.

○ 표시 적색 녹의 발생 없음 △ 표시 3 지점 미만의 적색 녹 발생 × 표시 전체면에 적색 녹 발생

(실시예 2)

이 실시예에서는, SUS304 강 (치수 : 폭 50㎜×길이 60㎜×두께 3.2㎜) 시험편의 편면을 블라스트 처리하고 그 후, 그 표면에 대해서 직접 대기 플라즈마 용사법에 따라 백색 Al₂O₃ 입자를 용사하여 150㎛ 의 두께로 성막한 것, 및 80mass% Ni-20mass% Cr 합금의 대기 플라즈마 용사에 의한 언더 코트를 150㎛ 의 두께로 시공하고, 그 언더 코트 상에 탑 코트로서 대기 플라즈마 용사법에 따라, Al₂O₃ 용사 피막을 150㎛ 두께로 형성한 시험편을 준비하였다. 그 후, 이들 Al₂O₃ 용사 피막의 표면을 전자 빔 조사함으로써 치밀화 처리를 실시하였다. 또한, 비교예의 Al₂O₃ 용사 피막으로서 전자 빔 조사하지 않은 것도 준비하고, 동일한 조건으로 열충격 시험을 실시하여, 탑 코트의 복산화물 용사 피막의 균열이나 박리의 유무를 조사하였다.

상기 열충격 시험은 500℃ 로 조정한 전기로 내에 15 분간 정치 (靜置) 시킨 후, 20℃ 의 수돗물 중에 투입하였다. 이 조작을 1 사이클로 하고, 그때마다 탑 코트의 외관 상황을 관찰하면서 5 사이클 실시하였다. 시험편 매수는 1 조건당 3 매로 하고, 그 중 1 매에 균열이 발생한 경우에는 「1/3 균열 발생」 있음으로 표시하였다.

표 3 은, 이상의 결과를 요약한 것이다. 이 결과로부터 분명한 바와 같이, 기재 상에 언더 코트를 시공한 Al₂O₃ 용사 피막에서는, 전자 빔 조사의 유무에 한정되지 않고 양호한 내열 충격성을 발휘하여, 탑 코트에 균열 등의 이상은 관찰되지 않았다.

이에 반해, 기재에 직접 Al₂O₃ 용사 피막을 탑 코트로 하여 형성한 피막 (No. 1, 2) 에서는, 전자 빔 조사가 없는 피막에서는 3 매 중 2 매 (2/3 로 표시) 에 균열이 발생하여 내열 충격성이 부족한 것을 알 수 있었다.

이들 결과로부터 Al₂O₃ 용사 피막의 전자 빔 조사에 의한 치밀화는 표면 근방에 그치고, 피막의 내부는 기공이 많은 상태로 유지되어 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 이들 피막의 내열 충격성의 향상에 적어도 언더 코트의 시공이 유효한 것을 알 수 있었다.

(비고)

(1) 언더 코트 (80Ni-20Cr), 탑 코트 (Al₂O₃) 를 대기 플라즈마 용사법에 따라 각각 150㎛ 두께로 형성

(2) 열충격 시험 결과란의 분수 표시의 의미는 다음과 같다.

1/3 → 3 매의 시험편 중 1 매의 탑 코트 (Al₂O₃) 에 균열 혹은 박리가 발생

(실시예 3)

이 실시예에서는, 전자 빔 조사한 모래색을 나타내는 착색 Al₂O₃ 용사 피막의 내불소 가스 특성을 조사하였다. 기재로서 SUS304 강 (치수 : 폭 30㎜×길이 50㎜×두께 3.2㎜) 의 시험편면 상에 직접, 백색 Al₂O₃ 용사 분말 재료를 대기 플라즈마 용사하여 150㎛ 두께의 백색 Al₂O₃ 용사 피막을 얻었다. 그 후, 이 용사 피막을 전자 빔 조사 처리에 의해, 피막 표면으로부터 5㎛ 깊이의 범위를 용융하고, 치밀화시켜 모래색을 나타내는 착색 용사 피막으로 하였다.

이러한 처리를 한 착색 용사 피막을 갖는 시험편을, 공기를 제거한 오토 클레이브 내에, HF 가스를 100hPa 의 분압이 되도록 도입한 용기 내에 정치하고, 그 후, 오토 클레이브를 300℃ 로 가열, 100 시간의 연속 부식 시험을 실시하였다. 또한, 비교예로서 기재 (SUS304) 및 전자 빔 조사를 하고 있지 않은 백색 Al₂O₃ 용사 피막을 동일한 조건으로 시험하였다.

표 4 는, 이 결과를 나타낸 것이다. No. 1 용사 피막 (비교예) SUS304 강 기재가, HF 가스에 의해 격렬하게 부식되어, 시험편의 전체면에 걸쳐서 미세한 적색 녹이 발생하였다. 또, 전자 빔 조사를 하지 않은 백색 Al₂O₃ 용사 피막 (No. 2) 은, 피막 자체는 건전했지만, SUS304 강 기재로부터 완전하게 박리되어 기재 표면에는 적색 녹의 발생이 관찰되었다.

이 결과로부터, 전자 빔 조사 처리하지 않은 Al₂O₃ 용사 피막에서는, 피막의 기공부로부터 HF 가스가 내부에 침입하여 기재를 부식시킴으로써, 피막과 기재의 접합력을 소실시킨 것으로 생각된다.

이에 반해, 전자 빔 조사하여 아이보리로 변색된 Al₂O₃ 용사 피막은, 전자 빔 조사시의 피막 표면의 용융 상태로부터, 냉각 응고할 때에 발생하는 미세한 균열은 존재하지만, 기재에 도달하는 관통 기공이 매우 적기 때문에, 피막의 박리는 없고, 높은 내방식 성능을 발휘한 것으로 생각된다.

(비고)

(1) 막 두께는 대기 플라즈마 용사법에 따른 150㎛

(2) 전자 빔 조사에 의한 피막의 용융층은 5㎛ 두께

(실시예 4)

이 실시예에서는, 전자 빔 조사한 본 발명에 적합한 착색 Al₂O₃ 용사 피막의 내플라즈마 이로젼성을 조사하였다. 전자 빔 조사 시험편으로서는, 실시예 3 과 동일한 것을 이용하고 CF₄ 가스를 60㎖/min, O₂ 를 2㎖/min 흐르는 분위기를 구성하는 반응성 플라즈마 에칭 장치를 이용하여, 플라즈마 출력 80W, 조사 시간 500 분의 연속 처리를 실시하였다. 또한, 비교예의 시험편으로서 대기 플라즈마 용사에 의해 형성된 Al₂O₃ 용사 피막 및 SiO₂ 용사 피막을 동일한 조건으로 시험하였다.

표 5 는, 이 시험 결과를 나타낸 것으로서, 비교예의 Al₂O₃ 용사 피막의 플라즈마 이로젼량은 1.2∼1.4㎛ 인데 반해, 전자 빔 조사한 착색 Al₂O₃ 용사 피막에서는, 이로젼량은 25∼40% 로 감소되고, 용사 피막 표면의 치밀화 의한 내이로젼성의 향상이 분명해졌다. 또한, 또 하나의 비교예의 SiO₂ 피막은 CF₄ 가스에 의한 화학적 작용을 받기 쉬운 경우도 있어서, 공시 피막 중 최대의 침식량 : 20∼25㎛ 에 도달하여 이런 종류의 환경하에서는 사용할 수 없는 것이 확인되었다.

(비고)

(1) Al₂O₃ 용사 피막의 두께는 150㎛ 이다.

(2) 용사 피막의 표면은 모두 경면 연마한 후, 공시하였다.

(3) 평가는, 시험편 표면의 3 지점에 대해서 이로젼 깊이를 측정하고, 그 계측치의 범위를 나타냈다.

(실시예 5)

이 실시예에서는, 실시예 2 의 시험편을 이용하여, 모래색 (2.5 Y 7.5/2) 을 나타내는 착색 Al₂O₃ 용사 피막의 내마모성과, 전자 빔 조사 처리하지 않은 용사 피막과 비교하였다. 공시한 시험 장치 및 시험 조건은 하기한 바와 같다.

시험 방법 : JIS H8503 도금의 내마모 시험 방법에 규정되어 있는 왕복 운동 마모 시험 방법을 채용하였다.

시험 조건 : 하중 3.5N, 왕복 속도 40 회/분을 10 분 (400 회) 과, 20 분 (800 회) 실시, 마모 면적 30×12㎜, 마모 시험지 CC320

평가는, 시험 전후에 있어서의 시험편의 중량 측정을 실시하여, 그 차이로부터 마모량을 정량하여 비교하였다.

또한, 이 시험에서는, 비교예로서 Al₂O₃ 의 대기 플라즈마 용사 피막에 전자 빔 처리를 하지 않은 예를 나타냈다 (No. 1).

상기 시험 결과를 표 6 에 나타냈다. 이 결과로부터 분명한 바와 같이, 발명예인 모래색 Al₂O₃ 용사 피막 (No. 2, 3) 은, 마모에 수반하는 중량 감소량이 비교예의 마모량의 40∼50% 정도로 그쳐, 본 발명에 적합한 것은 우수한 내마모성을 발휘하는 것이 판명되었다. 또한, 이 결과에는, 전자 빔 조사에 의한 표막표면의 평활성의 향상과 피막을 구성하는 Al₂O₃ 입자의 상호 결합력의 강도 등이 포함되어 있는 것으로 생각된다.

(비고)

(1) 시험편은 1 조건 당 3 매 공시 전자 빔 조사의 유무란의 숫자는 용융층 두께를 나타낸다.

(2) 피막의 언더 코트 (80Ni-20Cr) 100㎛, 탑 코트의 Al₂O₃ 용사 피막의 두께는 180㎛

(3) 피막의 기공율은 피막 단면을 화상 해석 장치에 의해 측정

(4) 피막의 내마모성 시험은 JIS H8503 도금의 내마모 시험 방법에 규정된 왕복 운동 마모 시험 방법에 따라 실시.

본 발명의 기술은, Al₂O₃의 용사 피막이 시공되고 있는 공업 분야에서 널리 이용할 수 있다. 또, 본 발명의 기술은, 복사열 흡수 효과가 높고, 히터의 보호 피막이나 수열판용 피막으로서 이용할 수 있다. 또, 본 발명의 기술은 기재 표면에 형성된 용사 피막의 구성 입자끼리의 용융 결합에 의한 평면 성상이 우수하므로, 기계 가공에 의한 표면 정밀도 마무리가 가능하고, 정밀 기계용 부품 재료로서 효과적으로 이용된다. 또한, 할로겐이나 할로겐 화합물 가스 분위기 중에서 플라즈마 에칭 반응을 실시하는 반도체 가공ㆍ제조ㆍ검사 장치용 부재나 액정 제조 장치용 부재 보호 기술 등의 부재로서도 바람직하게 이용된다.

Claims

기재의 표면이, 회백색보다 저명도인 무채색 혹은 유채색 Al₂O₃ 로 이루어지는 착색 용사 피막으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 내손상성 등이 우수한 용사 피막 피복 부재.
제 1 항에 있어서,

기재의 표면과 상기 착색 용사 피막 사이에, 금속ㆍ합금, 혹은 서멧의 용사 피막으로 이루어지는 언더 코트가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내손상성 등이 우수한 용사 피막 피복 부재.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 착색 용사 피막은, 전자 빔 조사 처리 혹은 레이저 빔 조사 처리에 의해, 용사 분말 재료의 고유색인 백색이 갖는 명도를 낮추거나 또는 색상, 채도를 바꾸어 회백색보다 짙은 무채색 혹은 유채색으로 한 것을 특징으로 하는 내손상성 등이 우수한 용사 피막 피복 부재.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 착색 용사 피막은, Al₂O₃ 용사 입자의 퇴적에 의해 50∼2000㎛ 두께로 한 것인 것을 특징으로 하는 내손상성 등이 우수한 용사 피막 피복 부재.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 착색 용사 피막은, 표면으로부터 50㎛ 미만까지의 범위의 부분이, 전자 빔 조사 혹은 레이저 빔 조사에 의해, 재용융 후 응고된 층인 것을 특징으로 하는 내손상성 등이 우수한 용사 피막 피복 부재.
제 2 항에 있어서,

상기 언더 코트는, Ni 및 그 합금, Mo 및 그 합금, Ti 및 그 합금, Al 및 그 합금, Mg 합금 중에서 선택되는 어느 1 종 이상의 금속 혹은 합금, 또는 이들 금속ㆍ합금과 세라믹스로 이루어지는 서멧을 50∼500㎛ 의 두께로 형성한 용사 피막인 것을 특징으로 하는 내손상성 등이 우수한 용사 피막 피복 부재.
기재의 표면에 직접, 또는 그 기재 표면에 형성한 언더 코트의 표면에, 백색의 고유색을 갖는 Al₂O₃ 용사 분말 재료를 용사하고, 이어서, 그 용사에 의해 얻어진 백색 Al₂O₃ 용사 피막의 표면을, 전자 빔 조사 혹은 레이저 빔 조사함으로써, 그 용사 피막의 표면의 색을 회백색보다 저명도인 무채색 혹은 유채색으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 내손상성 등이 우수한 용사 피막 피복 부재의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 전자 빔 조사 처리 혹은 레이저 빔 조사 처리에 의해, 백색 Al₂O₃ 용사 피막의 표면으로부터 50㎛ 미만의 부분을, 회백색보다 저명도인 무채색 혹은 유채색으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 내손상성 등이 우수한 용사 피막 피복 부재의 제조 방법.