WO2020059002A1 - コールドスプレー方法、コールドスプレー用ノズル及びコールドスプレー装置 - Google Patents

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WO2020059002A1
WO2020059002A1 PCT/JP2018/034349 JP2018034349W WO2020059002A1 WO 2020059002 A1 WO2020059002 A1 WO 2020059002A1 JP 2018034349 W JP2018034349 W JP 2018034349W WO 2020059002 A1 WO2020059002 A1 WO 2020059002A1
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cold spray
particle material
particle
discharge passage
nozzle
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PCT/JP2018/034349
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English (en)
French (fr)
Inventor
恒吉 鎌田
秀信 松山
英爾 塩谷
良次 熨斗
博久 柴山
尚樹 岡本
雅仁 藤川
淳一 濱崎
Original Assignee
日産自動車株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/02—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape
    • 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
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/02—Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
    • C23C24/04—Impact or kinetic deposition of particles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/02—Selecting particular materials for valve-members or valve-seats; Valve-members or valve-seats composed of two or more materials
    • F01L3/04—Coated valve members or valve-seats
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads

Definitions

  • the present invention relates to a cold spray method, a cold spray nozzle, and a cold spray device.
  • a pressurized and heated working gas and a particulate material such as a metal are supplied to a cold spray nozzle (hereinafter referred to as a nozzle), and the particulate material is accelerated to a supersonic speed by the working gas and discharged from the nozzle to form a film.
  • a cold spray method of forming a film by spraying a target member is known.
  • the adhesion rate In the cold spray method, the rate at which the particulate material adheres to the member to be film-formed is referred to as the adhesion rate. This adhesion rate depends on the hardness of the particle material, and the higher the hardness of the particle material, the lower the adhesion rate. In order to increase the adhesion rate of the particulate material having high hardness, it is necessary to increase the speed of the particulate material discharged from the nozzle.
  • the particle velocity is controlled by the velocity of the working gas.
  • the flow rate of the working gas is controlled by two film forming conditions, ie, the pressure and temperature of the working gas. The appropriate values for the film forming conditions differ depending on the type of the particle material.
  • Patent Document 1 a method has been disclosed in which a valve seat is formed on a seat of an engine valve by a cold spray method (Patent Document 1). Further, in Patent Document 1, a valve seat having a high-temperature abrasion resistance superior to that of a single-particulate material formed by mixing two kinds of particle materials having different hardnesses and spraying the mixture by a cold spray method. Is formed.
  • the film forming condition becomes incompatible with the particle material having a low hardness. . Therefore, the particulate material having low hardness may adhere to and accumulate in the nozzle, and the nozzle may be blocked.
  • the problem to be solved by the present invention is that when two kinds of particulate materials having different hardness are discharged by the cold spray method, the nozzle blockage by the particulate material having low hardness is improved while improving the adhesion rate of the particulate material having high hardness. It is an object of the present invention to provide a cold spray method, a cold spray nozzle, and a cold spray device that can suppress the occurrence of the cold spray.
  • the present invention relates to a nozzle (a so-called Laval nozzle) of a cold spray device having a throat portion having an inner diameter smaller than other portions in a discharge passage, and the first particle material is supplied from the upstream side of the throat portion into the discharge passage.
  • Laval nozzle a so-called Laval nozzle
  • the above-mentioned problem is solved by supplying a second particulate material different in type from the first particulate material into the discharge passage from the downstream side of the throat portion.
  • the second particle material can be accelerated to an appropriate particle velocity while employing the optimum conditions for the first particle material. Therefore, it is possible to suppress the nozzle blockage due to the low hardness particle material while improving the adhesion rate of the high hardness particle material.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration around a valve of a cylinder head on which a valve seat film is formed by a cold spray method, a cold spray nozzle, and a cold spray device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a process diagram for forming a valve seat film on a cylinder head using a cold spray method, a cold spray nozzle and a cold spray device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a sectional view showing the intake port along the line VV in FIG. 4. It is sectional drawing which shows the state which formed the annular valve seat part in the cutting process in the intake port of FIG. 5A. It is sectional drawing which shows the state which forms a valve seat film
  • FIG. 5B is a cross-sectional view illustrating an intake port in which a valve seat film is formed on the annular valve seat portion of FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the intake port after the finishing step shown in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a configuration of a work rotating device used for moving a cylinder head coarse material in the film forming method according to the embodiment of the present invention.
  • 1 is a schematic configuration diagram of a cold spray method and a cold spray apparatus using a cold spray nozzle according to an embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows another example of the nozzle for cold sprays which concerns on embodiment of this invention. It is a graph which shows the distribution of gas pressure in a nozzle in the conventional cold spray device. It is a graph which shows the relationship between gas temperature and particle velocity in the conventional cold spray device. It is a graph which shows the relationship between gas temperature and the average adhesion rate in the conventional cold spray device. It is a graph which shows the distribution of the particle velocity in a nozzle in the conventional cold spray device. It is a graph which shows distribution of gas temperature in a nozzle in the conventional cold spray device. It is a graph which shows distribution of gas temperature in a nozzle in the conventional cold spray device.
  • FIG. 1 is a sectional view of the engine 1 and mainly shows a configuration around a cylinder head.
  • the engine 1 includes a cylinder block 11 and a cylinder head 12 assembled on the cylinder block 11.
  • the engine 1 is, for example, a four-cylinder gasoline engine, and the cylinder block 11 has four cylinders 11a arranged in the depth direction in the drawing.
  • Each cylinder 11a houses a piston 13 that reciprocates in the vertical direction in the figure.
  • Each piston 13 is connected to a crankshaft 14 extending in the depth direction of the drawing via a connecting rod 13a.
  • the combustion chamber 15 is a space for combusting a mixture of fuel and intake air, and includes a combustion chamber upper wall portion 12b of the cylinder head 12, a top surface 13b of the piston 13, and an inner peripheral surface of the cylinder 11a. It is configured.
  • the cylinder head 12 includes an intake port (hereinafter, referred to as an intake port) 16 that communicates the combustion chamber 15 with one side surface 12c of the cylinder head 12.
  • the intake port 16 has a bent and substantially cylindrical shape, and supplies intake air from an intake manifold (not shown) connected to the side surface 12 c into the combustion chamber 15.
  • the air supplied to the combustion chamber 15 is mixed with gasoline supplied from an injector (not shown) to generate an air-fuel mixture.
  • the cylinder head 12 is provided with an exhaust port (hereinafter, referred to as an exhaust port) 17 that communicates the combustion chamber 15 with the other side surface 12d of the cylinder head 12.
  • the exhaust port 17 has a substantially cylindrical shape bent similarly to the intake port 16, and discharges exhaust gas generated by combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 15 to an exhaust manifold (not shown) connected to the side surface 12d. I do.
  • the engine 1 of the present embodiment is a multi-valve type engine, and is provided with two intake ports 16 and two exhaust ports 17 for one cylinder 11a.
  • the cylinder head 12 includes an intake valve 18 that opens and closes an intake port 16 with respect to the combustion chamber 15 and an exhaust valve 19 that opens and closes an exhaust port 17 with respect to the combustion chamber 15.
  • Each of the intake valve 18 and the exhaust valve 19 includes a round bar-shaped valve stem 18a, 19a, and disk-shaped valve heads 18b, 19b provided at the tips of the valve stems 18a, 19a.
  • the valve stems 18a and 19a are slidably inserted into substantially cylindrical valve guides 18c and 19c assembled to the cylinder head 12.
  • the intake valve 18 and the exhaust valve 19 are movable with respect to the combustion chamber 15 along the axial direction of the valve stems 18a, 19a.
  • FIG. 2 shows an enlarged view of a communicating portion between the combustion chamber 15 and the intake port 16 and the exhaust port 17.
  • the intake port 16 has a substantially circular opening 16 a at a portion communicating with the combustion chamber 15.
  • An annular valve seat film 16b that comes into contact with the valve head 18b of the intake valve 18 is provided on the annular edge of the opening 16a.
  • the exhaust port 17 has a substantially circular opening 17a at a portion communicating with the combustion chamber 15, and an annular edge of the opening 17a is in contact with the valve head 19b of the exhaust valve 19.
  • An annular valve seat film 17b is provided in contact therewith.
  • the piston 13 descends to the bottom dead center, and converts the explosion into rotational force via the connected crankshaft 14.
  • the piston 13 reaches the bottom dead center and starts rising again, only the exhaust valve 19 is opened, and the exhaust in the cylinder 11a is exhausted to the exhaust port 17.
  • the engine 1 generates an output by repeating the above cycle.
  • the valve seat films 16b and 17b are formed directly on the annular edges of the openings 16a and 17a of the cylinder head 12 by a cold spray method.
  • the cold spray method uses a working gas having a temperature lower than the melting point or softening point of the particulate material as a supersonic flow, throws the particulate material carried by the carrier gas into the working gas, discharges it from the nozzle tip, and solidifies In this state, the film is made to collide with the base material and form a film by plastic deformation of the particle material.
  • the cold spraying method Compared to the thermal spraying method in which the material is melted and adhered to the base material, the cold spraying method provides a dense film without oxidation in the atmosphere and has less heat influence on the material particles, so that thermal deterioration is suppressed, It has the characteristics that the film speed is high, the film thickness can be increased, and the adhesion efficiency is high. In particular, since the film forming speed is high and a thick film is possible, it is suitable for use as a structural material such as the valve seat films 16b and 17b of the engine 1.
  • the valve seat films 16b and 17b of the present embodiment are formed of a plurality of types of particle materials, for example, a first particle material and a second particle material.
  • a first particle material for example, a first particle material and a second particle material.
  • a second particle material it is preferable to use a metal which is harder than the aluminum alloy for casting and has the heat resistance, abrasion resistance and thermal conductivity required for the valve seat, such as a precipitation hardening type copper alloy. It is preferable to use a copper alloy.
  • a metal harder than the second particle material For example, a cobalt-based alloy is used.
  • the first particle material may be an alloy such as an iron-based alloy, a chromium-based alloy, a nickel-based alloy, a molybdenum-based alloy, or a ceramic, in addition to the cobalt-based alloy.
  • an alloy such as an iron-based alloy, a chromium-based alloy, a nickel-based alloy, a molybdenum-based alloy, or a ceramic, in addition to the cobalt-based alloy.
  • one of these metals may be used alone, or two or more of them may be used in appropriate combination.
  • the valve seat film formed by the second particle material and the first particle material harder than the second particle material is superior to the valve seat film formed by only the first particle material or only the second particle material.
  • Heat resistance and abrasion resistance can be obtained. Such an effect is obtained because the oxide film existing on the surface of the cylinder head 12 is removed by the first particle material having high hardness, a new interface is formed, and the adhesion between the cylinder head 12 and the metal film is improved. Is considered to be improved. It is also considered that the adhesion between the cylinder head 12 and the metal film is improved by the anchor effect caused by the first particle material sinking into the cylinder head 12.
  • the first particulate material collides with the second particulate material, part of its kinetic energy is converted into thermal energy, or the heat generated in the process of plastically deforming a part of the first particulate material, It is also considered that precipitation hardening in a part of the precipitation hardening type copper alloy used as the second particle material is further promoted.
  • FIG. 3 is a process chart showing a cylinder head processing step in the method for forming the valve seat films 16b and 17b of the present embodiment.
  • the manufacturing method of the cylinder head 12 of the present embodiment includes a casting step (Step S1), a cutting step (Step S2), a film forming step (Step S3), and a finishing step (Step S4).
  • Step S1 a casting step
  • Step S2 a cutting step
  • Step S3 a film forming step
  • Step S4 finishing step
  • an aluminum alloy for casting is poured into a mold in which a sand core is set, and a cylinder head coarse material having an intake port 16 and an exhaust port 17 formed in the main body is cast.
  • the intake port 16 and the exhaust port 17 are formed of a sand core, and the combustion chamber upper wall 12b is formed of a mold.
  • FIG. 4 is a perspective view of the cylinder head blank 3 cast and formed in the casting step S1 as viewed from the mounting surface 12a side of the cylinder block 11.
  • the cylinder head blank 3 has four combustion chamber upper walls 1b, and two intake ports 16 and two exhaust ports 17 provided on each combustion chamber upper wall 12b.
  • the two intake ports 16 and the two exhaust ports 17 of each combustion chamber upper wall portion 12b are gathered together in the cylinder head blank 3 and communicate with openings provided on both side surfaces of the cylinder head blank 3 respectively. doing.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view of the cylinder head blank 3 taken along the line VV in FIG.
  • the intake port 16 is provided with a circular opening 16a that is exposed in the combustion chamber upper wall 12b of the cylinder head blank 3.
  • the cylinder head blank 3 is milled by an end mill, a ball end mill, or the like to form an annular valve seat portion 16c in the opening 16a of the intake port 16 as shown in FIG. 5B.
  • the annular valve seat portion 16c is an annular groove serving as a base shape of the valve seat film 16b, and is formed around the opening 16a.
  • a film is formed by discharging a particulate material to the annular valve seat portion 16c by a cold spray method, and the valve seat film 16b is formed based on the film. For this reason, the annular valve seat portion 16c is formed to be one size larger than the valve seat film 16b.
  • the particulate material is discharged to the annular valve seat portion 16c of the cylinder head blank 3 by using the cold spray method, the cold spray nozzle, and the cold spray device according to the present embodiment to form the valve seat film 16b.
  • the particulate material is distributed over the entire circumference of the annular valve seat portion 16c.
  • the cylinder head blank 3 and the cold spray nozzle are relatively moved at a constant speed so as to be sprayed.
  • the cylinder head coarse material 3 is moved with respect to a cold spray nozzle (hereinafter, referred to as a nozzle) 25 of a cold spray device fixedly arranged.
  • the work rotating device 4 includes a work table 41 for holding the cylinder head coarse material 3, a tilt stage 42, an XY stage 43, and a rotary stage 44.
  • the tilt stage section 42 is a stage that supports the work table 41 and rotates the work table 41 about an A-axis arranged in the horizontal direction to tilt the cylinder head coarse material 3.
  • the XY stage section 43 includes a Y-axis stage 43a that supports the tilt stage section 42, and an X-axis stage 43b that supports the Y-axis stage 43a.
  • the Y-axis stage 43a moves the tilt stage section 42 along the Y-axis arranged in the horizontal direction.
  • the X-axis stage 43b moves the Y-axis stage 43a along an X axis orthogonal to the Y axis on a horizontal plane.
  • the XY stage unit 43 moves the cylinder head blank 3 to an arbitrary position along the X axis and the Y axis.
  • the rotary stage unit 44 has a rotary table 44a that supports the XY stage unit 43 on its upper surface. By rotating the rotary table 44a, the cylinder head blank 3 is rotated about a substantially vertical Z axis. .
  • the tip of the nozzle 25 is fixedly disposed above the tilt stage section 42 and near the Z axis of the rotary stage section 44.
  • the work rotating device 4 tilts the work table 41 by the tilt stage portion 42 so that the central axis C of the intake port 16 where the valve seat film 16b is formed is vertical.
  • the work rotating device 4 moves the cylinder head coarse material 3 by the XY stage 43 so that the center axis C of the intake port 16 where the valve seat film 16 b is formed coincides with the Z axis of the rotating stage 44. .
  • the work rotating device 4 temporarily stops the rotation of the rotary stage 44.
  • the XY stage unit 43 moves the cylinder head blank 3 so that the center axis C of the intake port 16 where the valve seat film 16b is formed next coincides with the Z axis of the rotary stage unit 44. I do.
  • the work rotating device 4 restarts the rotation of the rotary stage 44, and forms the valve seat film 16b on the next intake port 16.
  • valve seat films 16b and 17b are formed on all the intake ports 16 and the exhaust ports 17 of the cylinder head blank 3.
  • the tilt of the cylinder head blank 3 is changed by the tilt stage section 42.
  • finishing step S4 finishing of the valve seat films 16b and 17b, the intake port 16 and the exhaust port 17 is performed.
  • the surfaces of the valve seat films 16b and 17b are cut by milling using a ball end mill to prepare the valve seat films 16b into a predetermined shape.
  • a ball end mill is inserted into the intake port 16 from the opening 16a, and the inner peripheral surface of the intake port 16 on the opening 16a side is cut along the processing line PL shown in FIG. 5D.
  • the processing line PL is in a range in which the excess film SF in which the particulate material is scattered and adhered in the intake port 16 is formed relatively thick, more specifically, the excess film SF affects the intake performance of the intake port 16. It is a range that is formed as thick as possible.
  • FIG. 5E shows the intake port 16 after the finishing step S4.
  • the exhaust port 17 is formed with a small-diameter portion in the exhaust port 17 by casting, forming an annular valve seat portion 17c by cutting, cold spraying the annular valve seat portion 17c, and finishing.
  • the valve seat film 17b is formed through the processing. Therefore, a detailed description of the procedure for forming the valve seat film 17b on the exhaust port 17 is omitted.
  • FIG. 7 shows a schematic configuration of the cold spray device 2 according to the present embodiment.
  • the cold spray device 2 includes a cold spray gun 21, a working gas supply unit 22, a first particle material supply unit 23, and a second particle material supply unit 24.
  • FIG. 7 shows only a gas and particulate material supply system and a portion related to a nozzle in order to prevent the drawing from being complicated, an actual cold spray device has a mechanism for cooling the nozzle. And various configurations other than those illustrated, such as a mechanism for holding the mechanism.
  • the cold spray gun 21 includes a chamber 211 and a nozzle 25.
  • the chamber 211 once supplies the working gas supplied from the working gas supply unit 22 to stabilize the pressure, and then supplies the working gas to the nozzle 25.
  • the nozzle 25 includes a first introduction part 251, a convergent part 252, and a divergent part 253 in order from the upstream side along the supply direction in which the working gas is supplied from the chamber 211.
  • the first introduction part 251 is formed of, for example, a metal such as a super-steel alloy, and includes a first discharge passage 251 a that allows the chamber 211 to communicate with the convergent part 252.
  • a screw hole is provided on the outer peripheral surface of the first introduction portion 251 and a pressure-resistant connector 251b is connected thereto.
  • the first tube 23a connected to the first particle material supply unit 23 is connected to the pressure-resistant connector 251b.
  • a supply passage 251c that connects the first discharge passage 251a and the pressure-resistant connector 251b is provided in the first introduction portion 251.
  • the supply passage 251c is a passage for supplying the first particulate material into the first discharge passage 251a, and is provided so as to be inclined along the flow direction of the working gas.
  • the convergent portion 252 is formed of, for example, a metal such as a super-steel alloy, and includes a second discharge passage 252a that allows the first discharge passage 251a of the first introduction portion 251 to communicate with the divergent portion 253. .
  • the second discharge passage 252a has a conical shape whose inner diameter gradually decreases toward the downstream side.
  • the divergent portion 253 is formed of, for example, a metal such as a super-steel alloy, and includes a third discharge passage 253a communicating with the second discharge passage 252a of the convergent portion 252.
  • the third discharge passage 253a has a conical shape whose inner diameter gradually increases toward the downstream discharge port 253b. That is, the portion where the second discharge passage 252a of the convergent portion 252 and the third discharge passage 253a of the divergent portion 253 are connected has an inner diameter smaller than that of the other portion in the discharge passage of the nozzle 25.
  • the throat portion 252b is formed of, for example, a metal such as a super-steel alloy, and includes a third discharge passage 253a communicating with the second discharge passage 252a of the convergent portion 252.
  • the third discharge passage 253a has a conical shape whose inner diameter gradually increases toward the downstream discharge port 253b. That is, the portion where the second discharge passage 252a of the convergent portion 252
  • the divergent portion 253 includes a second introduction portion 253c protruding from the outer periphery.
  • the second introduction portion 253c is provided with a screw hole and is connected to a pressure-resistant connector 253d.
  • the second tube 24a connected to the second particle material supply unit 24 is connected to the pressure-resistant connector 253d.
  • the second introduction portion 253c is provided with a supply passage 253f for communicating the third discharge passage 253a and the pressure-resistant connector 253d.
  • the first introduction part 251, the convergent part 252, and the divergent part 253 are housed in a jacket covering the outer periphery thereof and attached to the chamber 211.
  • the first introduction part 251, the convergent part 252, and the divergent part 253 are pressed against each other in the jacket, so that the chamber 211, the first discharge passage 251a, the second discharge passage 252a,
  • the three discharge passages 253a communicate with each other so that no gap is formed.
  • the divergent portion 253 may be integrally formed including the second introduction portion 253c, or may be constructed by assembling the second introduction portion 253c and the three cylindrical portions on both sides thereof. .
  • the divergent portion 253 is formed by assembling three parts, in order to prevent a step or a burr from being generated in the third discharge passage 253a, electric discharge machining or the like is performed in a state where the three parts are combined to form the third discharge passage 253a. It may be formed. Also, in order to prevent the pressure-resistant connector 253d from projecting into the third discharge passage 253a as a step, even if the third discharge passage 253a is subjected to electric discharge machining with the pressure-resistant connector 253d attached to the divergent portion 253. Good.
  • the pressure-resistant connector 253d may be obliquely inserted into the second introduction portion 253c. Good.
  • the working gas supply unit 22 supplies the working gas to the cold spray gun 21.
  • the working gas supply unit 22 includes a compressed gas cylinder and a working gas line connecting the compressed gas cylinder to the chamber 211.
  • the working gas line is provided with a pressure regulator, a flow control valve, a flow meter, a pressure gauge, and the like, and is used for adjusting the pressure and the flow rate of the working gas supplied from the compressed gas cylinder.
  • the working gas line is provided with a heater for heating the working gas to a temperature lower than the melting points or softening points of the first particle material and the second particle material.
  • the first particle material supply unit 23 supplies the cold spray gun 21 with a first particle material such as a cobalt-based alloy.
  • the first particle material supply unit 23 includes a measuring device, a particle material supply device, and a particle material supply line that connects the particle material supply device to the first introduction unit 251.
  • the first particle material supply unit 23 includes a compressed gas cylinder and a carrier gas line that connects the compressed gas cylinder to the first introduction unit 251.
  • the first particle material supply unit 23 measures a predetermined amount of the first particle material using a measuring device and supplies the first particle material to the particle material supply device.
  • the particle material supply device supplies a predetermined amount of the first particle material to the carrier gas line, and supplies the first particle material to the first introduction unit 251 by the carrier gas.
  • the second particle material supply unit 24 supplies the cold spray gun 21 with a second particle material such as a copper alloy.
  • the second particle material supply unit 24 includes a measuring device, a particle material supply device, and a particle material supply line that connects the particle material supply device to the second introduction unit 253c.
  • the second particle material supply unit 24 includes a compressed gas cylinder and a carrier gas line connecting the compressed gas cylinder to the second introduction unit 253c.
  • the second particle material supply unit 24 measures a predetermined amount of the second particle material using a measuring device and supplies the second particle material to the particle material supply device.
  • the particle material supply device supplies a predetermined amount of the second particle material to the carrier gas line, and supplies the second particle material to the second introduction unit 253c by the carrier gas.
  • the second particle material supply unit 24 includes a heater 24b for heating the carrier gas to a temperature close to the working gas.
  • the reason why the carrier gas is heated in the second particle material supply unit 24 is to prevent generation of turbulence by supplying a carrier gas having a low temperature into the third discharge passage 253a.
  • the cold spray device 2 operates as follows.
  • the cold spray device 2 pressurizes and heats the working gas to, for example, 3 MPa and 600 ° C. by the working gas supply unit 22 and supplies the working gas to the chamber 211 of the cold spray gun 21.
  • the chamber 211 temporarily stores the working gas supplied from the working gas supply unit 22 and stabilizes the pressure before supplying the working gas to the nozzle 25.
  • the cold spray device 2 supplies the first particle material to the first introduction unit 251 of the cold spray gun 21 by the first particle material supply unit 23 using, for example, a carrier gas of 150 SLM (standard @ liter / min). Similarly, the cold spray device 2 supplies the second particulate material to the second inlet 253c of the cold spray gun 21 by the second particulate material supply unit 24 by using a carrier gas of 50 SLM.
  • FIG. 9 is a graph showing the pressure distribution of the working gas in the nozzle 25.
  • the second particle material supply unit 24 may supply the carrier gas at such a pressure that the second particle material does not flow backward due to the working gas having a reduced pressure.
  • the nozzle 25 mixes the first particle material supplied by the first particle material supply unit 23 and the second particle material supplied by the second particle material supply unit 24 in the third discharge passage. Further, the nozzle 25 accelerates the working gas supplied from the chamber 211 to a subsonic speed in the convergent portion 252 and accelerates the first particle material and the second particle material mixed in the divergent portion 253 to a supersonic speed. Is discharged from the discharge port 253b of the divergent section 253.
  • the cold spray method, the cold spray nozzle 25, and the cold spray device 2 according to the present embodiment supply the first particulate material having high hardness into the third discharge passage 253a from the upstream side of the throat portion 252b, By supplying a second particulate material having a lower hardness than the first particulate material into the third discharge passage 253a from a downstream side of the second particulate material 252b, the adhesion rate of the first particulate material is improved, and the second particulate material is improved. To prevent the nozzle 25 from being clogged.
  • the cold spray method, the cold spray nozzle 25, and the cold spray device 2 according to the present embodiment can both improve the adhesion rate of the first particle material and suppress the blockage of the nozzle 25 by the second particle material. The reason will be described.
  • FIG. 10 shows a conventional cold spray method, a cold spray nozzle, and a cold spray device, which supply and discharge a premixed first particle material and a second particle material from an upstream side of a nozzle.
  • 4 is a graph showing a relationship between a temperature and a particle velocity of a particle material at a discharge port 253g of a nozzle 25.
  • the pressure of the working gas is constant at 3 MPa, for example.
  • the particle velocity at the nozzle outlet is about 502 m / s
  • the particle velocity is about 530 m / s.
  • the particle velocity increases by about 28 m / s. That is, the particle velocities of the first particle material and the second particle material increase as the gas temperature increases.
  • the particle velocity increases as the pressure of the working gas increases.
  • FIG. 11 shows the temperature of the working gas in a conventional cold spray method, a cold spray nozzle, and a cold spray device, which supply and discharge the first and second particulate materials mixed in advance from the upstream side of the nozzle.
  • 4 is a graph showing a relationship between the first particle material and the average adhesion rate of the first particle material and the second particle material.
  • the average deposition rate refers to the total discharge amount of the first particle material and the second particle material when the same amount of the first particle material and the second particle material is mixed and discharged to the member to be film-formed.
  • 2 shows the ratio of the amount of the first particle material and the amount of the second particle material attached to the film formation target component.
  • the pressure of the working gas is constant at 3 MPa, for example, as in the graph shown in FIG.
  • the average adhesion rate is about 49%
  • the average adhesion rate is about 55%
  • the gas temperature is 200 °.
  • the average deposition rate is improved by about 6%. That is, the average adhesion rate of the first particle material and the second particle material increases as the gas temperature increases, that is, as the particle velocity increases.
  • the ratio of the adhesion ratio of the first particle material to the second particle material in the average adhesion ratio is approximately 1: 9, and this ratio does not change even if the average adhesion ratio changes. Therefore, in the conventional cold spray method, the cold spray nozzle, and the cold spray device, it is necessary to increase the average deposition rate in order to improve the deposition rate of the first particle material having high hardness.
  • the cold spray nozzle and the cold spray device when the gas temperature is set to 400 ° C. or higher in the nozzle made of a super steel alloy, the second particulate material having low hardness adheres to the discharge passage of the nozzle. This causes a problem that the discharge passage is blocked and the discharge passage is blocked.
  • the inventor of the cold spray method, the cold spray nozzle 25, and the cold spray device 2 according to the present embodiment can discharge the first particle material and the second particle material at optimum particle speeds, respectively.
  • the graph of FIG. 12 shows the distribution of particle velocities in the discharge passage of the nozzle in the conventional cold spray method, the cold spray nozzle, and the cold spray device.
  • the particle velocities of the first particle material and the second particle material are rapidly accelerated after passing through the throat portion, and become the highest when discharged from the discharge port 25b. That is, the particle velocities of the first particle material and the second particle material change according to the acceleration distance, and the shorter the acceleration distance, the lower the particle velocity. Therefore, by supplying the second particle material into the third discharge passage 253a on the downstream side of the throat portion 252b as in the present embodiment, the acceleration distance of the second particle material is shortened. When particles are discharged from the discharge port 253b, the particle velocity decreases.
  • the graph of FIG. 13 shows the distribution of the gas temperature in the discharge passage of the nozzle in the conventional cold spray method, the cold spray nozzle, and the cold spray device.
  • the temperature of the working gas rapidly decreases after passing through the throat portion, and thereafter gradually decreases.
  • particle velocity is proportional to gas temperature. Therefore, as in the present embodiment, by supplying the second particulate material into the third discharge passage 253a on the downstream side of the throat portion 252b, the gas temperature is reduced. The particle velocity at the time of discharging from 253b can be reduced.
  • the cold spray nozzle 25, and the cold spray device 2 by supplying the second particulate material into the third discharge passage 253a downstream of the throat portion 252b,
  • the particle velocity of the first particle material discharged from the discharge port 253b can be made different from the particle velocity of the second particle material. More specifically, the particle velocity of the second particle material can be changed to the particle velocity of the first particle material. It can be slower than the particle velocity.
  • the adhesion rate of the first particle material can be improved. Further, even when a working gas having a pressure and a temperature suitable for the film forming conditions of the first particle material is supplied to the nozzle 25, the particle speed of the second particle material is lower than that of the first particle material. Blockage can be suppressed. That is, since the particle velocity of the second particle material changes according to the supply position of the second particle material to the third discharge passage 253a, the particle velocity of the second particle material is suitable for the film forming conditions of the second particle material. If the supply position of the second particle material is set so as to be a value, the effect of preventing the nozzle 25 from being blocked is increased, and the adhesion rate of the second particle material is also improved.
  • the third discharge passage 253a to which the working gas is supplied from the upstream side is used.
  • the first particulate material is supplied into the first discharge passage 251a from the upstream side of the throat portion 252b, From the downstream side, a second particle material different in type from the first particle material is supplied into the third discharge passage 253a. Therefore, the film formation conditions such as the temperature and pressure of the working gas can be individually selected according to the type of the particle material, so that both the improvement of the adhesion rate and the suppression of nozzle blockage can be achieved.
  • the cold spray nozzle 25 and the cold spray device 2 since the first particle material is a particle material having higher hardness than the second particle material, the first particle material is used. Of the nozzle 25 can be prevented from being blocked by the second particle material. Further, by forming a film using particle materials having different hardnesses, it is possible to form a multifunctional film having abrasion resistance, heat resistance, and the like.
  • the second particulate material is heated and then supplied into the third discharge passage 253a. It is possible to prevent a turbulent flow from being generated due to a temperature difference from the particulate material and affecting the jet of the particulate material.
  • the cold spray nozzle 25 and the cold spray device 2 according to the present embodiment, a cobalt-based alloy is used as the first particle material, and a copper alloy is used as the second particle material. It is possible to form a film requiring high abrasion resistance and heat resistance like the valve seat.
  • the working gas is supplied at a pressure and a temperature suitable for the film forming conditions of the first particle material.
  • the adhesion rate of the one-particle material can be improved.
  • the supply position of the second particulate material to the third discharge passage 253a is set at the second position when the nozzle 25 discharges. Since the particle velocity of the particle material is set at a position where the particle velocity is suitable for the film forming conditions of the second particle material, the adhesion rate of the second particle material should be improved while preventing the nozzle 25 from being blocked. Can be.

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Abstract

コールドスプレー装置（２）は、コールドスプレー用ノズル（２５）に対し、スロート部（２５２ｂ）よりも上流側から硬度が高い第１粒子材料を第１粒子材料供給部（２３）により供給し、スロート部（２５２ｂ）よりも下流側から第１粒子材料よりも硬度が低い第２粒子材料を第２粒子材料供給部（２４）により供給する。作動ガス供給部（２３）により、第１粒子材料の成膜条件に適した温度及び圧力の作動ガスをコールドスプレー用ノズル（２５）に供給することにより、第１粒子材料の付着率を改善し、第２粒子材料によるノズルの閉塞を抑制する。

Description

コールドスプレー方法、コールドスプレー用ノズル及びコールドスプレー装置
　本発明は、コールドスプレー方法、コールドスプレー用ノズル及びコールドスプレー装置に関するものである。
　加圧及び加熱された作動ガスと、金属などの粒子材料とをコールドスプレー用ノズル（以下、ノズルという）に供給し、作動ガスにより粒子材料を超音速まで加速してノズルから吐出し、成膜対象部材に吹き付けることにより、皮膜を形成するコールドスプレー法が知られている。
　コールドスプレー法では、粒子材料が成膜対象部材に付着する割合を付着率と言う。この付着率は、粒子材料の硬度によって異なり、硬度が高い粒子材料ほど付着率は低くなる。硬度が高い粒子材料の付着率を上げるには、ノズルから吐出される粒子材料の速度を速くする必要がある。この粒子速度は、作動ガスの速度により制御される。作動ガスの流速は、作動ガスの圧力と温度という２つの成膜条件によって制御され、圧力と温度とが高いほど速くなる。この成膜条件は、粒子材料の種類によって適正な値が異なっている。
　コールドスプレー法をエンジン部品に適用する試みとして、エンジンバルブの着座部にコールドスプレー法によりバルブシートが形成する方法が開示されている（特許文献１）。また、特許文献１では、硬度が異なる２種類の粒子材料を混合して、コールドスプレー法により吹き付けることにより、１種類の粒子材料で形成した場合よりも優れた高温耐磨耗性を有するバルブシートを形成している。
国際公開第２０１７／０２２５０５号パンフレット
　しかしながら、硬度が異なる２種類の粒子材料を混合して吐出する場合に、硬度が高い粒子材料の付着率を高めるために粒子速度を速くすると、成膜条件が硬度の低い粒子材料に適合しなくなる。そのため、硬度が低い粒子材料がノズル内に付着して堆積し、ノズルが閉塞することがある。
　本発明が解決しようとする課題は、コールドスプレー法により硬度が異なる２種類の粒子材料を吐出する場合に、硬度が高い粒子材料の付着率を改善しながら、硬度が低い粒子材料によるノズルの閉塞を抑制することができるコールドスプレー方法、コールドスプレー用ノズル及びコールドスプレー装置を提供することである。
　本発明は、吐出通路内に内径が他の部分よりも小さくされたスロート部を有するコールドスプレー装置のノズル（いわゆる、ラバールノズル）に対し、スロート部よりも上流側から第１粒子材料を吐出通路内に供給し、スロート部よりも下流側から、第１粒子材料とは種類が異なる第２粒子材料を吐出通路内に供給することにより、上記課題を解決する。
　本発明によれば、第１粒子材料と第２粒子材料の種類に応じて、第１粒子材料に最適な条件を採用しつつ、第２粒子材料も適切な粒子速度に加速できるようにすることで、硬度が高い粒子材料の付着率を改善しながら、硬度が低い粒子材料によるノズルの閉塞を抑制することができる。
本発明の実施形態に係るコールドスプレー方法、コールドスプレー用ノズル及びコールドスプレー装置によりバルブシート膜が形成されたシリンダヘッドを備えるエンジンの構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るコールドスプレー方法、コールドスプレー用ノズル及びコールドスプレー装置によりバルブシート膜が形成されたシリンダヘッドのバルブ周辺の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るコールドスプレー方法、コールドスプレー用ノズル及びコールドスプレー装置を利用してシリンダヘッドにバルブシート膜を形成するための工程図である。 本発明の実施形態に係るコールドスプレー方法、コールドスプレー用ノズル及びコールドスプレー装置によりバルブシート膜が形成されるシリンダヘッド粗材の構成を示す斜視図である。 図４のＶ－Ｖ線に沿う吸気ポートを示す断面図である。 図５Ａの吸気ポートに切削工程で環状バルブシート部を形成した状態を示す断面図である。 図５Ｂの環状バルブシート部にバルブシート膜を形成する状態を示す断面図である。 図５Ｂの環状バルブシート部にバルブシート膜が形成された吸気ポートを示す断面図である。 図３に示す仕上工程後の吸気ポートを示す断面図である。 本発明の実施形態に係る成膜方法でシリンダヘッド粗材の移動に使用されるワーク回転装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るコールドスプレー方法及びコールドスプレー用ノズルを用いたコールドスプレー装置の概略構成図である。 本発明の実施形態に係るコールドスプレー用ノズルの別の例を示す断面図である。 従来のコールドスプレー装置におけるノズル内のガス圧力の分布を示すグラフである。 従来のコールドスプレー装置におけるガス温度と粒子速度との関係を示すグラフである。 従来のコールドスプレー装置におけるガス温度と平均付着率との関係を示すグラフである。 従来のコールドスプレー装置におけるノズル内の粒子速度の分布を示すグラフである。 従来のコールドスプレー装置におけるノズル内のガス温度の分布を示すグラフである。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず初めに、本実施形態に係るコールドスプレー方法、コールドスプレー用ノズル及びコールドスプレー装置を用いて形成されたバルブシート膜を備えるエンジン１について説明する。図１は、エンジン１の断面図であり、主にシリンダヘッド周りの構成を示している。
　エンジン１は、シリンダブロック１１と、シリンダブロック１１の上部に組み付けたシリンダヘッド１２とを備える。このエンジン１は、例えば、４気筒のガソリンエンジンであり、シリンダブロック１１は、図面奥行き方向に配列した４つのシリンダ１１ａを有する。各シリンダ１１ａは、図中の上下方向に往復移動するピストン１３を収容している。各ピストン１３は、コネクティングロッド１３ａを介して、図面奥行き方向に延びるクランクシャフト１４と連結している。
　シリンダヘッド１２のシリンダブロック１１に対する取付面１２ａには、各シリンダ１１ａに対応する位置に、各気筒の燃焼室１５を構成する４つの燃焼室上壁部１２ｂが設けられている。燃焼室１５は、燃料と吸入空気との混合気を燃焼するための空間であり、シリンダヘッド１２の燃焼室上壁部１２ｂと、ピストン１３の頂面１３ｂと、シリンダ１１ａの内周面とで構成されている。
　シリンダヘッド１２は、燃焼室１５と、シリンダヘッド１２の一方の側面１２ｃとを連通する吸気用のポート（以下、吸気ポートという）１６を備えている。吸気ポート１６は、屈曲した略円筒形状をしており、側面１２ｃに接続したインテークマニホールド（図示せず）からの吸入空気を燃焼室１５内へ供給する。燃焼室１５に供給された空気は、図示しないインジェクタから供給されたガソリンと混合されて混合気が生成される。
　また、シリンダヘッド１２は、燃焼室１５と、シリンダヘッド１２の他方の側面１２ｄとを連通する排気用のポート（以下、排気ポートという）１７を備えている。排気ポート１７は、吸気ポート１６と同様に屈曲した略円筒形状をしており、燃焼室１５での混合気の燃焼によって生じた排気を、側面１２ｄに接続したエキゾーストマニホールド（図示せず）へ排出する。なお、本実施形態のエンジン１は、マルチバルブタイプのエンジンであり、１つのシリンダ１１ａに対し、吸気ポート１６と排気ポート１７とを２つずつ備えている。
　シリンダヘッド１２は、燃焼室１５に対して吸気ポート１６を開閉する吸気バルブ１８と、燃焼室１５に対して排気ポート１７を開閉する排気バルブ１９とを備える。吸気バルブ１８及び排気バルブ１９は、丸棒状のバルブステム１８ａ、１９ａと、バルブステム１８ａ、１９ａの先端に設けた円盤状のバルブヘッド１８ｂ、１９ｂとを備えている。バルブステム１８ａ、１９ａは、シリンダヘッド１２に組み付けた略円筒形状のバルブガイド１８ｃ、１９ｃにスライド自在に挿通されている。これにより、吸気バルブ１８及び排気バルブ１９は、燃焼室１５に対し、バルブステム１８ａ、１９ａの軸方向に沿って移動自在とされている。
　図２に、燃焼室１５と、吸気ポート１６及び排気ポート１７との連通部分を拡大して示している。吸気ポート１６は、燃焼室１５との連通部分に略円形の開口部１６ａを備える。この開口部１６ａの環状縁部に、吸気バルブ１８のバルブヘッド１８ｂと当接する環状のバルブシート膜１６ｂを備える。吸気バルブ１８は、バルブステム１８ａの軸方向に沿って上方に移動した場合に、バルブヘッド１８ｂの上面がバルブシート膜１６ｂに当接して吸気ポート１６を閉塞する。また、吸気バルブ１８は、バルブステム１８ａの軸方向に沿って下方に移動した場合に、バルブヘッド１８ｂの上面とバルブシート膜１６ｂとの間に隙間を形成して吸気ポート１６を開放する。
　排気ポート１７は、吸気ポート１６と同様に、燃焼室１５との連通部分に略円形の開口部１７ａを備えており、この開口部１７ａの環状縁部に、排気バルブ１９のバルブヘッド１９ｂと当接する環状のバルブシート膜１７ｂを備えている。排気バルブ１９は、バルブステム１９ａの軸方向に沿って上方に移動した場合に、バルブヘッド１９ｂの上面がバルブシート膜１７ｂに当接して排気ポート１７を閉塞する。また、排気バルブ１９は、バルブステム１９ａの軸方向に沿って下方に移動した場合に、バルブヘッド１９ｂの上面とバルブシート膜１７ｂとの間に隙間を形成して排気ポート１７を開放する。
　たとえば、４サイクルのエンジン１は、ピストン１３の下降時に吸気バルブ１８のみが開き、吸気ポート１６からシリンダ１１ａ内に混合気が導入される。なお、筒内噴射方式、いわゆる、直噴方式のエンジンでは、インジェクタからシリンダ１１ａ内にガソリンが噴射され、吸気ポート１６からシリンダ１１ａ内に空気が導入されて混合気が生成される。続いて吸気バルブ１８および排気バルブ１９が閉じた状態でピストン１３が上昇してシリンダ１１ａ内の混合気を圧縮し、ピストン１３が略上死点に達したときに図示しない点火プラグにより点火して混合気が爆発する。この爆発によりピストン１３は下死点まで下降し、連結されたクランクシャフト１４を介して爆発を回転力に変換する。ピストン１３が下死点に達し、再び上昇を開始すると、排気バルブ１９のみが開き、シリンダ１１ａ内の排気を排気ポート１７へ排出する。エンジン１は、以上のサイクルを繰り返し行うことにより出力を発生する。
　バルブシート膜１６ｂ、１７ｂは、シリンダヘッド１２の開口部１６ａ、１７ａの環状縁部にコールドスプレー法によって直接形成されている。コールドスプレー法とは、粒子材料の融点又は軟化点よりも低い温度の作動ガスを超音速流とし、作動ガス中に搬送ガスによって搬送された粒子材料を投入してノズル先端より吐出し、固相状態のまま基材に衝突させ、粒子材料の塑性変形により皮膜を形成するものである。このコールドスプレー法は、材料を溶融させて基材に付着させる溶射法に比べ、大気中で酸化のない緻密な皮膜が得られ、材料粒子への熱影響が少ないので熱変質が抑えられ、成膜速度が速く、厚膜化が可能であり、付着効率が高いといった特性を有する。特に成膜速度が速く、厚膜が可能なことから、エンジン１のバルブシート膜１６ｂ、１７ｂのような構造材料としての用途に適している。
　また、本実施形態のバルブシート膜１６ｂ、１７ｂは、複数種類の粒子材料、例えば、第１粒子材料と第２粒子材料とによって形成されている。第２粒子材料には、鋳物用アルミ合金よりも硬質で、バルブシートに必要な耐熱性、耐磨耗性及び熱伝導性が得られる金属を用いることが好ましく、例えば、析出硬化型銅合金などの銅合金を用いることが好ましい。また、第１粒子材料としては、第２粒子材料よりも硬質な金属を用いることが好ましく、例えば、コバルト基合金が用いられる。なお、第１粒子材料には、コバルト基合金の他に、鉄基合金、クロム基合金、ニッケル基合金、モリブデン基合金等の合金や、セラミックス等を適用することができる。また、第１粒子材料として、これらの金属の１種を単独で、または２種以上を適宜組み合わせて用いてもよい。
　第２粒子材料と、第２粒子材料よりも硬質な第１粒子材料とにより形成されたバルブシート膜は、第１粒子材料のみ、あるいは第２粒子材料のみで形成されたバルブシート膜よりも優れた耐熱性、耐磨耗性を得ることができる。このような効果が得られるのは、硬度の高い第１粒子材料により、シリンダヘッド１２の表面に存在する酸化皮膜が除去されて新生界面が露出形成され、シリンダヘッド１２と金属皮膜との密着性が向上するためと考えられる。また、第１粒子材料がシリンダヘッド１２にめり込むことによるアンカー効果により、シリンダヘッド１２と金属皮膜との密着性が向上するためとも考えられる。さらには、第１粒子材料が第２粒子材料に衝突したときに、その運動エネルギの一部が熱エネルギに変換され、あるいは第１粒子材料の一部が塑性変形する過程で発生する熱により、第２粒子材料として用いた析出硬化型銅合金の一部における析出硬化がより促進されるためとも考えられる。
　次に、シリンダヘッド１２に対するバルブシート膜１６ｂ、１７ｂの形成方法について説明する。図３は、本実施形態のバルブシート膜１６ｂ、１７ｂの形成方法における、シリンダヘッドの加工工程を示す工程図である。この図に示すように、本実施形態のシリンダヘッド１２の製造方法は、鋳造工程（ステップＳ１）と、切削工程（ステップＳ２）と、成膜工程（ステップＳ３）と、仕上工程（ステップＳ４）とを備える。
　鋳造工程Ｓ１では、砂中子がセットされた金型に鋳物用アルミ合金を流し込み、本体部に吸気ポート１６や排気ポート１７等が形成されたシリンダヘッド粗材を鋳造成形する。吸気ポート１６及び排気ポート１７は砂中子で形成され、燃焼室上壁部１２ｂは金型で形成される。
　図４は、鋳造工程Ｓ１で鋳造成形したシリンダヘッド粗材３を、シリンダブロック１１への取付面１２ａ側から見た斜視図である。シリンダヘッド粗材３は、４つの燃焼室上壁部１ｂと、各燃焼室上壁部１２ｂに２つずつ設けられた吸気ポート１６及び排気ポート１７等を備える。各燃焼室上壁部１２ｂの２つの吸気ポート１６、及び２つの排気ポート１７は、シリンダヘッド粗材３内で１本に集合され、シリンダヘッド粗材３の両側面に設けた開口にそれぞれ連通している。
　図５Ａは、図４のＶ－Ｖ線に沿うシリンダヘッド粗材３の断面図であり、吸気ポート１６を示している。吸気ポート１６には、シリンダヘッド粗材３の燃焼室上壁部１２ｂ内に露呈された円形の開口部１６ａが設けられている。
　次の切削工程Ｓ２では、シリンダヘッド粗材３にエンドミルやボールエンドミル等によるフライス加工を施し、図５Ｂに示すように、吸気ポート１６の開口部１６ａに環状バルブシート部１６ｃを形成する。環状バルブシート部１６ｃは、バルブシート膜１６ｂのベース形状となる環状溝であり、開口部１６ａの外周に形成される。本実施形態のシリンダヘッド１２の製造方法では、環状バルブシート部１６ｃにコールドスプレー法により粒子材料を吐出して皮膜を形成し、この皮膜を基にしてバルブシート膜１６ｂを形成する。そのため、環状バルブシート部１６ｃは、バルブシート膜１６ｂよりも一回り大きなサイズで形成されている。
　成膜工程Ｓ３では、本実施形態に係るコールドスプレー方法、コールドスプレー用ノズル及びコールドスプレー装置を利用し、シリンダヘッド粗材３の環状バルブシート部１６ｃに粒子材料を吐出してバルブシート膜１６ｂを形成する。より具体的には、この成膜工程Ｓ３では、環状バルブシート部１６ｃと、コールドスプレー装置のコールドスプレー用ノズルとを同じ姿勢で一定距離に保ちながら、粒子材料が環状バルブシート部１６ｃの全周に吹き付けられるように、シリンダヘッド粗材３とコールドスプレー用ノズルとを一定速度で相対移動する。
　この実施形態では、例えば、図６に示すワーク回転装置４を利用して、固定配置されたコールドスプレー装置のコールドスプレー用ノズル（以下、ノズルという）２５に対し、シリンダヘッド粗材３を移動する。ワーク回転装置４は、シリンダヘッド粗材３を保持するワークテーブル４１と、チルトステージ部４２と、ＸＹステージ部４３と、回転ステージ部４４とを備える。
　チルトステージ部４２は、ワークテーブル４１を支持し、ワークテーブル４１を水平方向に配したＡ軸の周りで回動させて、シリンダヘッド粗材３を傾けるステージである。ＸＹステージ部４３は、チルトステージ部４２を支持するＹ軸ステージ４３ａと、Ｙ軸ステージ４３ａを支持するＸ軸ステージ４３ｂとを備える。Ｙ軸ステージ４３ａは、水平方向に配したＹ軸に沿ってチルトステージ部４２を移動する。Ｘ軸ステージ４３ｂは、水平面上においてＹ軸に直交するＸ軸に沿って、Ｙ軸ステージ４３ａを移動する。これにより、ＸＹステージ部４３は、シリンダヘッド粗材３をＸ軸及びＹ軸に沿って任意の位置に移動する。回転ステージ部４４は、その上面にＸＹステージ部４３を支持する回転テーブル４４ａを有し、この回転テーブル４４ａを回転することにより、シリンダヘッド粗材３を略垂直方向のＺ軸の周りで回転する。
　ノズル２５の先端は、チルトステージ部４２の上方で、回転ステージ部４４のＺ軸の近傍に固定配置されている。ワーク回転装置４は、図５Ｃに示すように、チルトステージ部４２により、バルブシート膜１６ｂが形成される吸気ポート１６の中心軸Ｃが垂直になるようにワークテーブル４１を傾ける。また、ワーク回転装置４は、ＸＹステージ部４３により、バルブシート膜１６ｂが形成される吸気ポート１６の中心軸Ｃが回転ステージ部４４のＺ軸に一致するようにシリンダヘッド粗材３を移動する。この状態で、ノズル２５から環状バルブシート部１６ｃに粒子材料を吐出しながら、回転ステージ部４４によりシリンダヘッド粗材３をＺ軸周りで回転することにより、環状バルブシート部１６ｃの全周に皮膜を形成する。
　ワーク回転装置４は、シリンダヘッド粗材３がＺ軸の周りで１回転してバルブシート膜１６ｂの形成が終了すると、回転ステージ部４４の回転を一旦停止する。この回転停止中に、ＸＹステージ部４３は、次にバルブシート膜１６ｂが形成される吸気ポート１６の中心軸Ｃが回転ステージ部４４のＺ軸に一致するように、シリンダヘッド粗材３を移動する。ワーク回転装置４は、ＸＹステージ部４３によるシリンダヘッド粗材３の移動終了後、回転ステージ部４４の回転を再開させ、次の吸気ポート１６にバルブシート膜１６ｂを形成する。以降、この動作を繰り返すことにより、シリンダヘッド粗材３の全ての吸気ポート１６及び排気ポート１７にバルブシート膜１６ｂ、１７ｂが形成される。なお、吸気ポート１６と排気ポート１７との間でバルブシート膜の形成対象が切り替わる際には、チルトステージ部４２によってシリンダヘッド粗材３の傾きが変更される。
　仕上工程Ｓ４では、バルブシート膜１６ｂ、１７ｂと、吸気ポート１６及び排気ポート１７の仕上加工が行われる。バルブシート膜１６ｂ、１７ｂの仕上加工では、ボールエンドミルを用いたフライス加工によりバルブシート膜１６ｂ、１７ｂの表面を切削し、バルブシート膜１６ｂを所定形状に整える。
　また、吸気ポート１６の仕上加工では、開口部１６ａから吸気ポート１６内にボールエンドミルを挿入し、図５Ｄに示す加工ラインＰＬに沿って吸気ポート１６の開口部１６ａ側の内周面を切削する。加工ラインＰＬは、吸気ポート１６内に粒子材料が飛散して付着した余剰皮膜ＳＦが比較的厚く形成される範囲、より具体的には、余剰皮膜ＳＦが吸気ポート１６の吸気性能に影響を及ぼす程度に厚く形成される範囲である。
　このように、仕上工程Ｓ４により、鋳造成形による吸気ポート１６の表面荒れが解消されるとともに、被覆工程Ｓ３で形成された余剰皮膜ＳＦを除去することができる。図５Ｅに、仕上工程Ｓ４後の吸気ポート１６を示す。
　なお、排気ポート１７は、吸気ポート１６と同様に、鋳造成形による排気ポート１７内への小径部の形成、切削加工による環状バルブシート部１７ｃの形成、環状バルブシート部１７ｃへのコールドスプレー、仕上加工を経てバルブシート膜１７ｂが形成される。そのため、排気ポート１７に対するバルブシート膜１７ｂの形成手順については、詳しい説明を省略する。
　次に、本実施形態に係るコールドスプレー方法が実施されるコールドスプレー用ノズル及びコールドスプレー装置について説明する。図７は、本実施形態に係るコールドスプレー装置２の概略構成を示している。コールドスプレー装置２は、コールドスプレーガン２１と、作動ガス供給部２２と、第１粒子材料供給部２３と、第２粒子材料供給部２４とを備える。なお、図７は、図面の煩雑化を防ぐために、ガス及び粒子材料の供給系統や、ノズルに関連する部分のみを図示しているが、実際のコールドスプレー装置は、ノズルを冷却するための機構や、その機構を保持する機構等、図示以外の種々の構成を備えている。
　コールドスプレーガン２１は、チャンバ２１１と、ノズル２５とを備える。チャンバ２１１は、作動ガス供給部２２から供給された作動ガスをいったん収容して圧力を安定させてからノズル２５に供給する。
　ノズル２５は、チャンバ２１１から作動ガスが供給される供給方向に沿って、上流側から順に第１導入部２５１と、コンバージェント部２５２と、ダイバージェント部２５３とを備える。
　第１導入部２５１は、例えば、超鋼合金などの金属で形成されており、チャンバ２１１とコンバージェント部２５２とを連通させる第１吐出通路２５１ａを備えている。第１導入部２５１の外周面には、ネジ孔が設けられて耐圧コネクタ２５１ｂが接続されている。耐圧コネクタ２５１ｂには、第１粒子材料供給部２３に接続された第１チューブ２３ａが接続されている。また、第１導入部２５１内には、第１吐出通路２５１ａと、耐圧コネクタ２５１ｂとを連通させる供給通路２５１ｃが設けられている。供給通路２５１ｃは、第１吐出通路２５１ａ内に第１粒子材料を供給するための通路であり、作動ガスの流動方向に沿うように傾斜して設けられている。
　コンバージェント部２５２は、例えば、超鋼合金などの金属で形成されており、第１導入部２５１の第１吐出通路２５１ａと、ダイバージェント部２５３とを連通させる第２吐出通路２５２ａを備えている。第２吐出通路２５２ａは、下流側に向かうにしたがって内径が徐々に小さくなる円錐形状をしている。
　ダイバージェント部２５３は、例えば、超鋼合金などの金属で形成されており、コンバージェント部２５２の第２吐出通路２５２ａと連通する第３吐出通路２５３ａを備えている。第３吐出通路２５３ａは、下流側の吐出口２５３ｂに向かうにしたがって内径が徐々に大きくなる円錐形状をしている。すなわち、コンバージェント部２５２の第２吐出通路２５２ａと、ダイバージェント部２５３の第３吐出通路２５３ａとが接続されている部分は、ノズル２５の吐出通路内において内径が他の部分より小さくされているスロート部２５２ｂである。
　ダイバージェント部２５３は、外周に突出された第２導入部２５３ｃを備えている。第２導入部２５３ｃには、ネジ孔が設けられて耐圧コネクタ２５３ｄが接続されている。耐圧コネクタ２５３ｄには、第２粒子材料供給部２４に接続された第２チューブ２４ａが接続されている。また、第２導入部２５３ｃには、第３吐出通路２５３ａと、耐圧コネクタ２５３ｄとを連通させる供給通路２５３ｆが設けられている。
　第１導入部２５１と、コンバージェント部２５２と、ダイバージェント部２５３は、詳しくは図示しないが、これらの外周を覆うジャケット内に収容されてチャンバ２１１に取り付けられている。そして、第１導入部２５１と、コンバージェント部２５２と、ダイバージェント部２５３とは、ジャケット内で圧接されることにより、チャンバ２１１と、第１吐出通路２５１ａと、第２吐出通路２５２ａと、第３吐出通路２５３ａとが、隙間が生じないように連通されている。
　なお、ダイバージェント部２５３は、第２導入部２５３ｃを含めて一体に形成してもよいし、第２導入部２５３ｃと、その両側の筒部の３部品から構成して組み立てるようにしてもよい。３部品を組み立ててダイバージェント部２５３を構成する場合には、第３吐出通路２５３ａに段差やバリを生じさせないために、３部品を組み合わせた状態で放電加工などを行って第３吐出通路２５３ａを形成してもよい。また、耐圧コネクタ２５３ｄが第３吐出通路２５３ａに段差となって突出しないようにするために、ダイバージェント部２５３に耐圧コネクタ２５３ｄを取り付けた状態で、第３吐出通路２５３ａの放電加工を行ってもよい。
　また、作動ガスの流動方向に沿って第２粒子材料を供給できるようにするために、図８に示すように、第２導入部２５３ｃに対して耐圧コネクタ２５３ｄを斜めに挿入するようにしてもよい。
　作動ガス供給部２２は、コールドスプレーガン２１に作動ガスを供給する。作動ガス供給部２２は、詳しくは図示しないが、圧縮ガスボンベと、この圧縮ガスボンベをチャンバ２１１に接続する作動ガスラインを備える。作動ガスラインには、圧力調整器、流量調節弁、流量計及び圧力ゲージなどが設けられており、圧縮ガスボンベから供給される作動ガスの圧力及び流量の調整に供される。また、作動ガスラインには、作動ガスを第１粒子材料及び第２粒子材料の融点又は軟化点より低い温度に加熱するヒータが設置されている。
　第１粒子材料供給部２３は、コールドスプレーガン２１にコバルト基合金などの第１粒子材料を供給する。第１粒子材料供給部２３は、詳しくは図示しないが、計量器と、粒子材料供給装置と、粒子材料供給装置を第１導入部２５１に接続する粒子材料供給ラインとを備える。また、第１粒子材料供給部２３は、圧縮ガスボンベと、この圧縮ガスボンベを第１導入部２５１に接続する搬送ガスラインを備える。第１粒子材料供給部２３は、計量器により所定量の第１粒子材料を計量し、粒子材料供給装置に供給する。粒子材料供給装置は、所定量の第１粒子材料を搬送ガスラインに供給し、搬送ガスにより第１粒子材料を第１導入部２５１に供給する。
　第２粒子材料供給部２４は、コールドスプレーガン２１に銅合金などの第２粒子材料を供給する。第２粒子材料供給部２４は、詳しくは図示しないが、計量器と、粒子材料供給装置と、粒子材料供給装置を第２導入部２５３ｃに接続する粒子材料供給ラインとを備える。また、第２粒子材料供給部２４は、圧縮ガスボンベと、この圧縮ガスボンベを第２導入部２５３ｃに接続する搬送ガスラインを備える。第２粒子材料供給部２４は、計量器により所定量の第２粒子材料を計量し、粒子材料供給装置に供給する。粒子材料供給装置は、所定量の第２粒子材料を搬送ガスラインに供給し、搬送ガスにより第２粒子材料を第２導入部２５３ｃに供給する。
　また、第２粒子材料供給部２４は、搬送ガスを作動ガスに近い温度まで加熱するヒータ２４ｂを備えている。第２粒子材料供給部２４において、搬送ガスを加熱するのは、第３吐出通路２５３ａ内に温度が低い搬送ガスを供給することによって乱流が発生するのを防ぐためである。
　コールドスプレー装置２は、次のように動作する。コールドスプレー装置２は、作動ガス供給部２２により、作動ガスを例えば３ＭＰａ、６００°Ｃまで加圧及び加熱して、コールドスプレーガン２１のチャンバ２１１に供給する。チャンバ２１１は、作動ガス供給部２２から供給された作動ガスをいったん収容し、圧力を安定させてからノズル２５に供給する。
　また、コールドスプレー装置２は、第１粒子材料供給部２３により、第１粒子材料を、例えば１５０ＳＬＭ（standard liter/min）の搬送ガスによってコールドスプレーガン２１の第１導入部２５１に供給する。同様に、コールドスプレー装置２は、第２粒子材料供給部２４により、第２粒子材料を５０ＳＬＭの搬送ガスによってコールドスプレーガン２１の第２導入部２５３ｃに供給する。
　図９は、ノズル２５内の作動ガスの圧力分布を示すグラフである。このグラフから分かるように、ノズル２５内では、作動ガスが加速されて流速が上昇しているので、全体に渡って圧力は低下する。したがって、第２粒子材料供給部２４は、圧力が低下した作動ガスによって第２粒子材料が逆流しない程度の圧力で搬送ガスを供給すればよい。
　ノズル２５は、第１粒子材料供給部２３により供給された第１粒子材料と、第２粒子材料供給部２４により供給された第２粒子材料とを、第３吐出通路内で混合する。また、ノズル２５は、チャンバ２１１から供給された作動ガスをコンバージェント部２５２で亜音速まで加速し、ダイバージェント部２５３で混合された第１粒子材料と第２粒子材料とを超音速まで加速し、ダイバージェント部２５３の吐出口２５３ｂから吐出する。
　本実施形態に係るコールドスプレー方法、コールドスプレー用ノズル２５及びコールドスプレー装置２は、スロート部２５２ｂよりも上流側から、硬度が高い第１粒子材料を第３吐出通路２５３ａ内に供給し、スロート部２５２ｂよりも下流側から、第１粒子材料よりも硬度が低い第２粒子材料を第３吐出通路２５３ａ内に供給することにより、第１粒子材料の付着率を改善し、かつ、第２粒子材料によるノズル２５の閉塞を抑制している。以下では、本実施形態に係るコールドスプレー方法、コールドスプレー用ノズル２５及びコールドスプレー装置２により、第１粒子材料の付着率の改善と、第２粒子材料によるノズル２５の閉塞抑制とが両立可能な理由について説明する。
　図１０は、予め混合された第１粒子材料と第２粒子材料とをノズルの上流側から供給して吐出する、従来のコールドスプレー方法、コールドスプレー用ノズル及びコールドスプレー装置において、作動ガスのガス温度と、ノズル２５の吐出口２５３ｇにおける粒子材料の粒子速度との関係を示すグラフである。なお、作動ガスの圧力は、例えば、３ＭＰａで一定である。
　このグラフでは、例えば、チャンバー部でのガス温度が４００°Ｃのときのノズル出口での粒子速度は、およそ５０２ｍ／ｓとなり、ガス温度が６００°Ｃのときの粒子速度はおよそ５３０ｍ／ｓとなっており、ガス温度を２００°Ｃ上げることにより、粒子速度はおよそ２８ｍ／ｓ速くなる。すなわち、第１粒子材料及び第２粒子材料の粒子速度は、ガス温度が高くなるほど速くなる。なお、このグラフには示していないが、粒子速度は、作動ガスの圧力が高くなるほど速くなる。
　図１１は、予め混合された第１粒子材料と第２粒子材料とをノズルの上流側から供給して吐出する、従来のコールドスプレー方法、コールドスプレー用ノズル及びコールドスプレー装置において、作動ガスの温度と、第１粒子材料及び第２粒子材料の平均付着率との関係を示すグラフである。平均付着率とは、同量の第１粒子材料と第２粒子材料とを混合して成膜対象部材に吐出したときに、第１粒子材料と第２粒子材料とを合わせた全体の吐出量に対し、成膜対象部品に付着した第１粒子材料と第２粒子材料の量の割合を示している。なお、作動ガスの圧力は、図１０に示すグラフと同様に、例えば、３ＭＰａで一定である。
　このグラフでは、例えば、ガス温度が４００°Ｃのときの平均付着率はおよそ４９％となり、ガス温度が６００°Ｃのときの平均付着率はおよそ５５％となっており、ガス温度を２００°Ｃ高くすることにより、平均付着率はおよそ６％改善する。すなわち、第１粒子材料及び第２粒子材料の平均付着率は、ガス温度が高くなるほど、つまり粒子速度が速くなるほど高くなる。
　なお、平均付着率における第１粒子材料と、第２粒子材料の付着率の割合は、およそ１：９であり、平均付着率が変動してもこの割合は変わらない。したがって、従来のコールドスプレー方法、コールドスプレー用ノズル及びコールドスプレー装置において、硬度が高い第１粒子材料の付着率を改善するには、平均付着率を向上させる必要がある。しかしながら、従来のコールドスプレー方法、コールドスプレー用ノズル及びコールドスプレー装置では、超鋼合金製のノズルにおいてガス温度を４００°Ｃ以上にすると、硬度の低い第２粒子材料がノズルの吐出通路内に付着して堆積し、吐出通路が閉塞するという問題があった。
　上記問題を解決するにあたり、本実施形態に係るコールドスプレー方法、コールドスプレー用ノズル２５及びコールドスプレー装置２の発明者は、第１粒子材料と第２粒子材料とをそれぞれ最適な粒子速度で吐出できるようにするために、第１粒子材料及び第２粒子材料がノズルのスロート部以降で加速されている点に着目した。
　図１２のグラフは、従来のコールドスプレー方法、コールドスプレー用ノズル及びコールドスプレー装置において、ノズルの吐出通路内における粒子速度の分布を示している。このグラフから明らかなように、第１粒子材料及び第２粒子材料の粒子速度は、スロート部を通過してから急速に加速され、吐出口２５ｂから吐出される際に最高速となる。すなわち、第１粒子材料及び第２粒子材料の粒子速度は、加速距離に応じて変化し、加速距離が短くなると粒子速度は遅くなる。したがって、本実施形態のように、スロート部２５２ｂよりも下流側で第３吐出通路２５３ａ内に第２粒子材料を供給することにより、第２粒子材料の加速距離が短くなるので、第２粒子材料が吐出口２５３ｂから吐出される際の粒子速度は遅くなる。
　また、図１３のグラフは、従来のコールドスプレー方法、コールドスプレー用ノズル及びコールドスプレー装置において、ノズルの吐出通路内におけるガス温度の分布を示している。このグラフから明らかなように、作動ガスの温度は、スロート部を通過してから急速に低下し、その後はゆるやかに低下していく。上述したように、粒子速度はガス温度に比例する。したがって、本実施形態のように、スロート部２５２ｂよりも下流側で第３吐出通路２５３ａ内に第２粒子材料を供給することにより、ガス温度が低下しているので、第２粒子材料が吐出口２５３ｂから吐出される際の粒子速度を遅くすることができる。
　したがって、本実施形態に係るコールドスプレー方法、コールドスプレー用ノズル２５及びコールドスプレー装置２によれば、スロート部２５２ｂよりも下流側で第３吐出通路２５３ａ内に第２粒子材料を供給することにより、吐出口２５３ｂから吐出される第１粒子材料の粒子速度と、第２粒子材料の粒子速度とを異ならせることができ、より具体的には、第２粒子材料の粒子速度を第１粒子材料の粒子速度よりも遅くすることができる。
　したがって、ノズル２５に対し、第１粒子材料の成膜条件に適合した圧力及び温度の作動ガスを供給することにより、第１粒子材料の付着率を改善することができる。また、ノズル２５に第１粒子材料の成膜条件に適合した圧力及び温度の作動ガスが供給された場合でも、第２粒子材料の粒子速度は第１粒子材料よりも遅くなるので、ノズル２５の閉塞を抑制することができる。つまり、第２粒子材料の粒子速度は、第３吐出通路２５３ａに対する第２粒子材料の供給位置に応じて変化するので、第２粒子材料の粒子速度が第２粒子材料の成膜条件に適した値になるように、第２粒子材料の供給位置を設定すれば、よりノズル２５の閉塞を防ぐ効果が高まり、第２粒子材料の付着率も向上する。
　以上で説明したように、本実施形態に係るコールドスプレー方法、コールドスプレー用ノズル２５及びコールドスプレー装置２によれば、上流側から作動ガスが供給される第３吐出通路２５３ａ内に、第３吐出通路２５３ａよりも内径が小さくされたスロート部２５２ｂを備えるコールドスプレー用ノズル２５に対し、スロート部２５２ｂよりも上流側から第１粒子材料を第１吐出通路２５１ａ内に供給し、スロート部２５２ｂよりも下流側から、第１粒子材料とは種類が異なる第２粒子材料を第３吐出通路２５３ａ内に供給する。したがって、粒子材料の種類に応じて、作動ガスの温度や圧力などの成膜条件を個別に選択することができるので、付着率の改善と、ノズルの閉塞抑制とを両立することができる。
　また、本実施形態に係るコールドスプレー方法、コールドスプレー用ノズル２５及びコールドスプレー装置２によれば、第１粒子材料として、第２粒子材料よりも硬度が高い粒子材料を用いるので、第１粒子材料の付着率を改善し、第２粒子材料によるノズル２５の閉塞を防ぐことができる。また、硬度が異なる粒子材料を用いて皮膜を形成することにより、耐磨耗性、耐熱性などを備えた多機能な皮膜を形成することが可能である。
　また、本実施形態に係るコールドスプレー方法、コールドスプレー用ノズル２５及びコールドスプレー装置２によれば、第２粒子材料を加熱してから第３吐出通路２５３ａ内に供給するので、作動ガスと第２粒子材料との温度差によって乱流が発生し、粒子材料の噴流に影響が及ぶのを防ぐことができる。
　また、本実施形態に係るコールドスプレー方法、コールドスプレー用ノズル２５及びコールドスプレー装置２によれば、第１粒子材料としてコバルト基合金を用い、第２粒子材料として銅合金を用いるので、例えば、エンジンのバルブシートのように高い耐磨耗性と耐熱性とを必要とする皮膜を形成することができる。
　また、本実施形態に係るコールドスプレー方法、コールドスプレー用ノズル２５及びコールドスプレー装置２によれば、作動ガスは、第１粒子材料の成膜条件に適した圧力及び温度で供給されるので、第１粒子材料の付着率を向上させることができる。
　また、本実施形態に係るコールドスプレー方法、コールドスプレー用ノズル２５及びコールドスプレー装置２によれば、第３吐出通路２５３ａに対する第２粒子材料の供給位置は、ノズル２５から吐出される際の第２粒子材料の粒子速度が、第２粒子材料の成膜条件に適した粒子速度になる位置に設定されているので、ノズル２５の閉塞を防ぎながら、第２粒子材料の付着率の改善も図ることができる。
　１…エンジン
　　１１…シリンダブロック
　　　１１ａ…シリンダ
　　１２…シリンダヘッド
　　１６…吸気ポート
　　　１６ａ…開口部
　　　１６ｂ…バルブシート膜
　　　１６ｃ…環状バルブシート部
　　１７…排気ポート
　　　１７ａ…開口部
　　　１７ｂ…バルブシート膜
　　　１７ｃ…環状バルブシート部
　　１８…吸気バルブ
　　１９…排気バルブ
　２…コールドスプレー装置
　　２１…コールドスプレーガン
　　２５…コールドスプレー用ノズル
　　２２…作動ガス供給部
　　２３…第１粒子材料供給部
　　２４…第２粒子材料供給部
　　　２４ｂ…ヒータ
　　２５…コールドスプレー用ノズル
　　　２５１…第１導入部
　　　２５２…コンバージェント部
　　　２５３…ダイバージェント部
　　　　２５３ｃ…第２導入部

Claims (8)

  1. 　上流側から作動ガスが供給される吐出通路内に、前記吐出通路の他の部分よりも内径が小さくされたスロート部を備えるコールドスプレー用ノズルに対し、
    　前記スロート部よりも上流側から第１粒子材料を前記吐出通路内に供給し、
    　前記スロート部よりも下流側から、前記第１粒子材料とは種類が異なる第２粒子材料を前記吐出通路内に供給し、
    　前記作動ガスにより前記第１粒子材料と前記第２粒子材料とを加速して、前記吐出通路から吐出するコールドスプレー方法。
  2. 　前記第１粒子材料は、前記第２粒子材料よりも硬度が高い請求項１に記載のコールドスプレー方法。
  3. 　第２粒子材料を加熱して前記吐出通路内に供給する請求項１又は２に記載のコールドスプレー方法。
  4. 　前記第１粒子材料はコバルト基合金であり、前記第２粒子材料は銅合金である請求項１～３のいずれか１項に記載のコールドスプレー方法。
  5. 　前記作動ガスは、前記第１粒子材料の成膜条件に適した圧力及び温度で供給される請求項１～４のいずれか１項に記載のコールドスプレー方法。
  6. 　前記吐出通路に対する前記第２粒子材料の供給位置は、前記コールドスプレー用ノズルから吐出される前記第２粒子材料の粒子速度が、前記第２粒子材料の成膜条件に適した粒子速度になる位置に設定されている請求項５項に記載のコールドスプレー方法。
  7. 　上流側から作動ガスが供給される吐出通路内に、前記吐出通路の他の部分よりも内径が小さくされたスロート部を備えるコールドスプレー用ノズルであって、
    　前記スロート部よりも上流側に、第１粒子材料を前記吐出通路内に供給するための第１導入部が設けられ、
    　前記スロート部よりも下流側に、前記第１粒子材料とは種類が異なる第２粒子材料を前記吐出通路内に供給するための第２導入部が設けられているコールドスプレー用ノズル。
  8. 　請求項７に記載のコールドスプレー用ノズルと、
    　前記コールドスプレー用ノズルに、前記作動ガスを供給するガス供給部と、
    　前記コールドスプレー用ノズルの前記第１導入部に、前記第１粒子材料を供給する第１粒子材料供給部と、
    　前記コールドスプレー用ノズルの前記第２導入部に、前記第２粒子材料を供給する第２粒子材料供給部と、
    　を備えるコールドスプレー装置。
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