JPH01100254A - 向上した接着性、低い残留応力、向上した耐スポーリング性を有する熱吹付コーティング及びその製造方法 - 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】 本発明は、支持体への向上した接着性、低い残留応力、
向上した耐スポーリング性を有する支持体に付着したコ
ーティング、該コーティングの製造方法及びコーテッド
品に関する。

従来の技術 支持体の表面に塗被すべき材料の粒子から成る粉末を熱
ガス体に供給し、そこで粒子を、例えば融解或は熱可塑
化によって、加熱して軟化させる程に高い温度にした後
に、熱軟化（例えば融解）させた粒子を塗被すべき支持
体に対し所望の厚さを有するコーティングにする程の全
時間の間衝突させる熱吹付塗被法は知られている。熱ガ
ス体は任意の適当な手段により、例えば、プラズマトー
チ塗被法で行なわれている通シに不活性ガスをアークの
中に通すことにより、或は燃料ガス−酸素混合物をデト
ネーシヨンガン（Ｄ−ガン）中で爆発（ブトネート）さ
せることにより、或は燃料ガス−酸素混合物を連続溶射
装置で燃焼させることによって形成することができる。

熱軟化させた粒子を支持体（塗被すべき表面）に対して
射出し及び支持体に塗被し及び該粒子は衝突した際に重
なった薄いレンズ状粒子或はスプラットの多くの層から
なるコーティングを形成する。分解しないで融解させる
ことができるほとんどすべての材料をコーティング粒子
として用いることができる。代表的には支持体をプラズ
マトーチ或はＤ−ガン或はその他の熱ガス生成装置の前
に所望の厚さのコーティングを作り上げる程のバス数だ
け逆す。代表的なコーティングの厚さは０．００２〜０
．０２インチ（α０５〜（Ｌ５鰭）の範囲であるが、い
くつかの用途では０．２インチ（５ｍ　）程に厚くなり
及びｒｌ、２インチを越え得る。

熱吹付プロセスは硬質、タフな及び／又は極めて耐摩耗
性、耐酸化性及び／又は耐腐食性コーティングを広範囲
の支持体、例えばバイト等のような作用面、タービン、
送風機の羽根のようなエアフォイル、ターボ機用の羽根
、シュラウドに付与するのに極めて有用であることがわ
かった。しかし、熱吹付したコツティングは２つのタイ
プの破損を受けるのが普通である。タイプ■の破損につ
いては、コーティングは支持体に対する良好な接着力を
持たず、よって、コーティングと支持体との間の界面に
沿って割れる。タイプ■の破損では、コーティング自体
の層の間で分離が起り、及び／或はクラッキングがコー
ティング内で起シ及びコーティングにおける高い残留引
張応力から生じる。

所定のタイプのコーティングでは、タイプＩの破損で割
れる傾向があり、支持体へのコーティングの結合を向上
させる分野において多量の研究がなされてきた。

熱吹付したコーティングについて、（１）化学的（金属
的）結合、（２）機械的インターロッキング、（３）物
理的結合（ファンデルワールス力）を含む３つのタイプ
の結合が報告されてきた。熱吹付によってコーティング
を支持体に結合させるほとんどの場合において、機械的
インターロッキング及び金属的結合は物理的結合よりも
重要であるのが普通である。

熱吹付法によって形成したコーティングは、熱軟化させ
た粒子を支持体に対して衝突させて形成した多数の重な
った「スプラット」から成る。残留引張ｐ応力は個々の
「スプラット」全融点の近く或はそれ以上から支持体の
温度に冷却させる結果として起きる。残留応力の大きさ
は装置パラメーター、例えばアーク、Ｄ−ガン、戒は連
続溶射（フレームスプレー）装置パラメーター、粉末粒
子を加熱する温度、付着速度、相対支持体表面速度、コ
ーティング及び支持体の両方の熱的性質、支持体の温度
、補助冷却の使用量の関数である。

また、使用する粉末が微細な程残留引張応力は高くなる
が、これはコーティングパラメータを調整することによ
って調節し得ることがわかった。支持体温度を室温より
も高く上昇させるならば、支持体及びコーティングの両
方が室温に冷却するにつれて、熱膨張の差により、コー
ティングの応力の状態の第二の変化が生じ得る。残留引
張力は、ｔた、コーティング厚みがある最小初期厚みを
越えることによっても増大するが、増加速度は付着パラ
メーター及びコーティング−質の関数である。

残留引張応力はまた結合力に対し有意な影響を与える。

コーティングは引張状態にあるのが普通である。

所定のコーティングを所定の支持体に適用しようとする
場合、熟練した作業者ならは、初めにコーティングの性
質を最適にするプロセス条件或はパラメーター、例えば
コーティングの支持体への接着力、高い付着効率、密度
、応力を求める一連の試行を実施するのが慣習的である
。この最適化、或は試行錯誤の手法において、熱ガス、
例えばプラズマの温度、すなわち、コーティング粒子を
上昇させる温度を、プラズマ発生装置への入力を変える
ことによって変える。プラズマトーチの場合、プラズマ
温度は、アークを発生するのに用いるアンペア数或は電
流を増大することによって上昇させ及びアンペア数或は
電流を減小することによって低下させ、或はプラズマへ
の入力はガス組成を変えることによって変更させること
ができる。Ｄ−ガンでは、熱ガス温度は、酸素−炭素比
を１．５〜１の範囲内で減小することにより及び／又は
使用する可燃性ガス、例えばアセチレン及び酸素の量に
対して希釈剤、すなわち不燃性ガスの量を増大すること
によって低下させ及び不活性なガス希釈剤の−ｉｔ減ら
して或は省くことによって上昇させる。連続溶射装置で
は、熱ガス温度は、流量及び／又は酸素対燃料比を変え
て調節することができる。ガス温度が最適よりも高い程
コーティング中に導入する残留引張応力の量が多くなり
、極端な場合、クラックの入つ念、弱い或は割れたコー
ティングになる。その上、最適より高い熱ガス温度を用
いて作ったコーティングは酸化物包含物を一層多く含有
し及び用いる粉末の化学組成に比べて化学組成の変化を
受は得る。加えて、アークプラズマトーチを用いる場合
、最適よりも高いプラズマ温度を長い間発生することは
陽極の寿命を大きく減小させ得る。熱ガス温度が最適よ
り低くなる程、生成するコーティングが有する支持体へ
の接着力は低下し、コーティングを一層タイブＩ破損し
やすくさせる。最適なパラメーターが確立された後に、
コーティングを生産規模で適用することができる。

特定の支持体に特定のコーティングを塗被して許容され
るレベルの付着性及び残留応力を生じる最適なパラメー
ターが見出し得ない（存在しない）場合がある。このよ
うな場合、特定のコーティングを適用する前にポントコ
−）？支持体に適用して用いることが慣例でおった。こ
れらの場合の多くでは、コーティングを支持体に適当に
結合させて許容されるレベルの付着性及び残留応力を与
えることが可能である。しかし、ボンドコートを適用す
る手順は一層費用がかがシ、面倒であり、時間がかかる
。例えば、ボンドコートは別々の熱ガス発生装置、１つ
はボンドコート用で、他方はコーティング用、を必要と
するか、或は同じ熱ガス発生装置を使用する場合、該装
置はボンドコート粒子を取り除いてコーティング粒子を
再装入しなければならない。加えて、コーティングを適
用する別々の熱ガス発生装置に移る間或は同じ熱ガス発
生装置の洗浄及び再装入の完了を待つ間のボンドコーテ
ッド支持体の温度変化は追加の変数を導入し得及び新し
い問題を生じ得る。

また、所定の支持体に適用する所定のコーティングの必
要とされるレベルの接着力及び残留応力を与えるための
適した最適パラメーターが見出し得ない或は存在しない
及び適し九ポンドコート？見出し得ない場合もある。こ
のような場合、かかるコーティングをかかる支持体に適
当に結合させる手段が従来当分野で利用し得ない。

特定の従来技術を参照すれば、熱吹付コーティングは何
年も前から知られており、デトネーシヨンガンコーティ
ング手順は米国特許２，７１４，５６３号に記載されて
おり、プラズマトーチプロセスは米国特許２，８５１３
．４１１号及び同へ０１へ４４７号に記載されておシ、
燃料ガス−酸素或は燃料ガス−空気燃焼による連続溶射
プロセスは米国特許２、８６１．９００号に記載されて
おり、これらの特許の開示内容を本明細書中に援用する
。

米国特許！１，９１４．５７！１号は、コーティング材
料の同伴粒子を含有するプラズマ流を約マツハ２の速度
で射出して高められたコーティングを与えるアークプラ
ズマスプレーガンを記載している。

米国特許５．９５　ａｏ　９７号は、ショックダイヤモ
ンドの形成を生じる特殊なノズル構造を用いて粉末を支
持体に高速プラズマ溶射して増大した付着効率及びプラ
ズマへの一層大きい粉末供給速度を与えるプロセスを開
示している。

米国特許４９５８．５６６号は、電流を始動する間に自
動的に増大させて第二ガスによって引き起こされる電流
減少を補い及び運転停止子ＩＩＩの間に逆にする自動プ
ラズマ溶射プロセス及び装置を記載している。

米国特許４．１７４６８５号は、カーバイド及びホウ素
６〜１８ｑｂを有するニッケル含有ベース合金を含有す
るコーティング材料及びプラズマ或はＤ−ガン技法を用
いて該材料から得たコーティングを開示している。米国
特許４．５１９．８４０号は、コバルト、クロム、炭素
及びタングステンを含有するコーティング組成物及びＤ
−ガン或はプラズマトーチ技法によるコーティング組成
物の塗布について開示している。

米国特許５．９５５．４１８号は、粉末がガンノズルを
去った後に粉末をガンのフレームに適用するように外部
の調整し得る粉末供給導管を有するプラズマスプレーガ
ンについて記載している。米国特許１６８４．９４２号
及び同５，６９４．６１９号はアーク電流を適当な手段
によって調節する溶接装置を開示している。

米国特許２．８６１．９００号は製品に表面コーティン
グを塗布する連続溶射装置を記載している。

上述した従来技術の参考文献の内に、単一のコーティン
グ材料を用いて＄１及び第２段階で行い、第１段階にお
いて、支持体に衝突させるコーティング粒子の温度を第
２段階におけるコーティング粒子の温度よりも実質的に
高くしてコーティングの所望の厚さより小さい厚みを有
する第１層を与え及び第２段階で第１層に衝突させるコ
ーティング粒子の温度を第１段階における熱コーティン
グ粒子の温度より実質的に低くする熱吹付コーティング
法を開示するものは無い。

問題点を解決するための手段 本発明は、下記： （ａ）　　熱ガス体を生じさせ、 （ｂ）　　該熱ガスを支持体に射出して塗被すべき粒子
と接触させ、 （ｅ）　　該熱ガス中の該粒子を加熱して融点より高い
温度にし、 （ｄ）　　該加熱した粒子を該支持体に対して該支持体
上にコーティングの第１層を与える程の時間衝突させ、 （１１）該熱ガス中の該粒子の熱を減小して工程（ｃ）
の温度より低いがほぼ融点より高い温度にし、（ｆ）　
　該加熱した粒子を該第１層に衝突させて該支持体に良
好な接着性を有する全層を与える工程を含む熱軟化させ
た粒子を支持体に射出することによって支持体上に多層
コーティングを熱吹付する方法を提供する。工程（ｅ）
における粒子の温度は工程（ｅλにおける粒子の温度よ
りも少なくとも１０％高いのが好ましい。

本発明で用いる通りの第１層゛及び第２層は、１つ又は
それ以上の層を有する第１層及び１つ又はそれ以上の層
を有する第２層をそれぞれ意味する。

本発明の方法は、第１段階（工程Ｃ）でコーティング粒
子を加熱して、第２段階（工程ｅ）で加熱してもたらす
温度より少なくとも１０％高い温度にし及び支持体に衝
突させて被覆することを望む表面をおおう第１層を与え
て行う。第２段階で、熱ガスの温度は第１段階における
熱ガスの温度より低く、コーティングを塗布する最適温
度であるか或はその近くであるのが好ましい。第２段階
で、軟化させた粒子を支持体上の第１層に衝突させて第
１層上に全厚さが所望の或は、最適の厚さと第１層の厚
さとの差に等しい第２層を与える。すなわち、第１及び
第２層の厚さの合計は所定の用途について所望の或は最
適の厚さに等しい。

発明は、ｔｆｃ、新規な方法に従って支持体に被覆させ
たコーテッド品を提供する。

本発明の方法は支持体への向上した接着性、低い残留応
力及びコーティングの向上した耐スポーリング或はクラ
ツキング性を有するコーティングを提供する。本発明の
利点は、接着性を向上させ、残留引張応力を減小させ、
支持体に直接塗布したコーティング並びに支持体に塗布
したボンドコートに塗布したコーティングの耐スポーリ
ング性或は耐クランキング性を向上させるのに有用であ
る。

後者の場合、ボントコ−）１完全に省いて時間、努力及
び費用の節約を生じることができる。

好ましい実施態様の説明 本発明のコーティングは、デトネーシヨンガン（Ｄ−ガ
ン）付着、連続溶射付着、熱プラズマトーチ付着或は粉
末状のコーティングを熱ガスに接触させて加熱し、次い
で支持体に衝突させる任意の付着プロセスを含む任意の
適した熱吹付技法を用いることによって支持体に適用す
ることができる。

熱プラズマトーチプロセスでは、ガスを非消耗性電極に
接触させて通しながらガスがアークを含むように２つの
間隔を置いた非消耗性電極間にアークを生じさせる。ア
ーク収容ガス或はプラズマはノズルで絞られて熱含量の
高い流出流になる。

粉末コーティング材料をプラズマトーチに注入し及びノ
ズルに通して射出させて被覆すべき表面に付着させる。

このプロセス（その例は、米国特許２．８５ａ４１１号
及び同４０１６．４４７号に記載されている）は、強固
で、濃密な及び支持体に密着性の付着コーティングを作
ることができる。塗布したコーティングは、また、不規
則な形状をした顕微鐘的スプラット或はリーフが互いに
かっまた支持体に固着され（１ｎｔｅｒｌｏｃｋｅｄ　
）及び機械的に結合されて成る。

本発明の方法の第１段階における実質的に一層高い熱ガ
ス温度は、熱プラズマトーチプロセスでトーチの電極へ
の入力を増大させることによって得られ及び第２段階に
おいて用いる通シの一層低い温度は電極への入力を減小
させることによって得られる。これは、簡便には、第１
及び第２段階において電圧を全般的に一定に保ち、第１
段階で一層大きい電流を用い及び第２段階で一層小さい
電流を用いることによって達成する。また、トーチガス
組成を変え（例えば、水素或はヘリウムを加え）て電流
及び電圧の両方を増大させることも可能になシ得る。第
１段階における入力は、第２段階への入力より、好まし
くは少なくとも約２０チ、最も好ましくは少なくとも約
３０％大きい。

例えば、第２段階への入力が９ｋｖであるとすれば、第
２段階への２０９ｂ大きい入力は１　（Ｌ　８　ｋｖに
なり、第２段階への５０％大きい入力は１１．７１置ｗ
になる。上に挙げた実例では、第２段階における電流は
５９ボルトで約１５３　ａｍｐｓ　　になシ、第１段階
についての２０％大きい電流は５９ボルトで約１８４　
ａｍｐｓ　　になシ、第１段階についての５０−大きい
電流は５９ボルトで約１９９　ａｍｐｓになる。所定の
熱プラズマ吹付装置のプラズマ内で生成される温度は入
力に比例するので、第１段階におけるプラズマ温度は第
２段階におけるプラズマ温度より好ましくは２０チ、最
も好ましくは３０チ高い。

第１段階におけるコーティングの厚さは狭い臨界性のも
のではないが、被秒することを意図する全表面を完全に
おおうことが必要である。具体的には、第１段階におけ
るコーティングの厚さは、第１及び第２段階によって付
着させるコーティングの全厚みの２〜２５チ、最も好ま
しくは４〜１５チの範囲になることができる。両方の段
階で付着させるコーティングの全厚さもまた狭い臨界性
のものではなく、当業者が所定の用途について所望の性
質に基づいて選ぶ。両方の段階で付着させるコーティン
グの代表的な全厚さはα００２〜０．０２インチ（ｎ、
ｏｓ〜α５−）の範囲であるが、０．２インチ（５ｍ　
）程に厚い及び０．２インチを越える用途がいくつか有
シ得る。

理論的な説明によって制限されないが、第１段階におけ
る融解粒子の速度及び流動性はホットガス温度が高いこ
とにより第２段階におけるよりも大きいので、第１段階
で支持体へのコーティングの一層良好な機械的インター
ロッキングが得られると考えられる。その上、加熱した
粒子の平均温度は第１段階の方で高い、このことがコー
ティングの支持体への増大した溶接或は化学的結合を生
じるものと考えられる。しかし、コーティングが第１段
階で達成する厚みが大きくなるにつれて、ますます大き
い残留引張力全発生する。本発明は第１段階で粒子スプ
ラットの第１層或は第１の数層を高い温度で付着させる
ことによって一層大きい結合或は接着を促進させ、第２
段階において一層低い温度で次の層を付着させて所望の
厚さに作シ上げる、すなわち、結合が問題となっていな
ければ最も望ましい最適のコーティングパラメーターを
採用することによって高い残留応力を回避ブる。

Ｄ−ガンプロセス（その例は米国特許２．７１４゜５６
３号に記載されている）は、各々のデトネーションによ
って支持体上に円形のコーティングを付着させる。円形
のコーティングは直径約１インチ（２５置）及び厚さ十
分の数十インチである。

各々のコニティングの円は個々の粉末粒子に対応する顕
微鏡的スプラットから成る。スズラットは互いに及び支
持体にからみ合い及び機械的に結合し、それらの界面で
実質的に混ざら（ａｌｌｏｙ　）ない。均一な厚さの円
滑なコーティング全作り上げるようにコーティング付着
における円の配置を精密に調節して支持体の加熱及び塗
布したコーティングにおける残留応力を最小にする。

可燃性ガス、すなわち燃料ガスをＤ−ガン中で燃焼させ
て形成する熱ガスの温度は、酸素対炭素（可燃性ガスに
おける）のモル比金変えて及び／又はＤ−ガンに制御量
の不燃性希釈ガス、例えば窒素、アルゴン等を導入して
調節することができる。熱ガス温度を一層低くするとと
は希釈ガスの導入量を増大して、及び／又＃：を酸素対
炭素（燃料ガス中）のモル比を１．５〜１．０の範囲で
減小させて行い、熱ガス温度を高くすることは希釈ガス
の導入量を減らして、及び／又は酸素−炭素（燃料ガス
中）のモル比ヲ１．５〜１．０の範囲で増大させて行う
。

連続溶射プロセスでは、燃料−酸素混合物を燃焼させる
ことによってコーティング粒子の流れを加熱し及び被覆
すべき支持体の表面の方向に高温及び５００フイ一ト／
秒（１５０ｍ／秒）より大きい速度で推進させる。その
プロセスは、例が米国特許２．８６１．９００号に記載
されており、実質的に非多孔質のタングステンカーノ（
イドコーティングを生産することができる。

連続溶射装置においてガスを連続に燃焼させて生成する
熱ガスの温度は、ガス流量を変えることにより及び／又
は燃料ガス−酸素比を変えることによって調節すること
ができる。熱ガス温度を下げることはガス流量を減少さ
せて及び／又は燃料ガス−酸素モル比を化学量論比から
ずらせて達成することができ、熱ガス温度を上げること
はガス流量を増大して及び／又は燃料ガス−酸素モル比
を化学量論比に等しくさせて達成する。

本発明のコーティングはほとんど全てのタイプの支持体
、例えば鉄或はスチールの工うな金属支持体或は例えば
炭素、グラファイト或はポリマーのような非金属支持体
に適用してよい。種々の環境において用いられ及び本発
明のコーティング用支持体としてシつはに適した支持体
材料のいくつかの例は、例えば下記を含むニステール、
ステンレススチール、鉄ベース合金、ニッケル、ニッケ
ルベース合金、コバルト、コバルトヘース合金、クロム
、クロムベース合金、チタン、チタンベース合金、アル
ミニウム、アルミニウムベース合金、銅、銅ペース合金
、アルミナイドニッケルベース合金、耐熱金属及び耐熱
金属ベース合金。

より詳細には、本発明に従って被覆させることができる
支持体はＴ１、Ｚｒ　、　Ｃｒ　、　Ｖ、　Ｔａ　％Ｍ
ｏ、Ｎｂ及びＷを含む耐熱金属及び合金、インコネル（
Ｉｎｃｏｎｅｌ　）　７１８、インコネル７５８、ワス
パロイ（Ｗａａｐａｌｏｙ　）及びＡ−２８６を含むＦ
ｅ％Ｃｏ或はＮｉをベースにした超合金、１７−４ＰＨ
，Ａｌ５Ｉ３０４、Ａｌ５Ｉ　５１６、Ａｌ５Ｉ　４０
５、Ａｌ５Ｉ４２２、Ａｌ５Ｉ　　４１０、ＡＭ３５０
及びＡＭ３５５ヲ含ｊ）　ステンＶ　ス、Ｋ　＋　−／
Ｌ’、Ｔｌ−６ＡＩ−４Ｖ。

Ｔｔ−６Ａｌ−２８ｎ−４２ｒ−２Ｍｏ及びＴＩ−８Ａ
Ｔｌ−８ＡＩ−Ｉを含む合金、６０６１及び７０７５　
を含むアルミニウム合金、Ｗｃ　−Ｃｏ　Ｃｅｒｍ＠ｔ
　及びＡｔ２０３セラミツク　である。上述した支持体
はオノＳイ第４４１１４、クリープランド、１１１１チ
エスターアベニニー、ビッツウェイコーホＶ−’／Ｅン
の子会社であるＰｅｎｔｏｎ　／　Ｉ　ＰＣが１９８１
年に出版した「マテリアルズエンジニアリング／マテリ
アルズセレクター＃８２」及びニューシャーシー、アッ
パーマントフレアー、私書箱゛８２５、アロイダイジェ
スト、インコーホレーテッドが１９８０年に出版した「
アロイダイジェスト」に詳細に記載されている。その上
、熱吹付の温度及びその他の条件に耐えることができる
任意の支持体を本発明の方法及びコーテッド品において
用いることができる。

粒（粉末）状の適したコーティング材料は、金属、例え
ばＳｔ、　Ｃｕ、　Ａ１％　Ｗ、　ＭＯ，Ｃｒｓ　Ｔａ
、Ｎｂ、　Ｖ、　Ｈｆ、　Ｚｒ、ＴＩ、　Ｎｉ％Ｃｏ、
　Ｆ＠　　及びそれらの合金の粒子を含み、元素Ｍｎ　
ｓ　Ｓ　ｉ、Ｐ、Ｚｎ％Ｂ及びＣを混ぜることを含む。

熱吹付装置によって分解せずに軟化或は融解させること
ができる実質的にすべての金属を元素か或は合金で用い
ることができる。プラズマトーチ、連続溶射装置及びＤ
−ガン付着用に用いる粉末或は粒子１１１１．５〜２０
０ミクロンの範囲の代表的な粒径を有する。

最適な粒径は実質止金ての粒子を良好な接着性を与える
程に軟化させるが、粒子を過度に気化させないものであ
ると考えられる。通常、融点の低い材料、例えば鉛、ス
ズ、亜鉛、アルミニウム、マグネシウムは大きい粒径、
例えば１５０ミクロンまでにしてよく、融点の高い材料
″、例えばクロム、タングステン、タングステンカーバ
イドは、約５０ミクロンより小さい場合に用いて濃密な
密着性コーティングを作る。しかし、これらの寸法例は
臨界性のものではない。単一成分粉末の均一な加熱及び
加速を達成するために、粒径分布ができるだけ狭い粉末
を使用することが推奨される。

熱プラズマトーチ法において用いる不活性ガスはアルゴ
ン或は窒素或はこれらの内の一方或は両方と水素或はヘ
リウムとの混合物を含むことができる。実際には、任意
の適した不活性ガスを用いることができる。プラズマト
ーチの陽極性は任意の適した金属１通常銅で作られ、陰
極は任意の適した金属、通常トリエーテッドタングステ
ンで作られる。不活性ガスは陰極の周り及び絞シノズル
として働く陽極を通って流れる。電極間に直流アークを
保ち、使用するアーク電流及び電圧は陽極及び陰極のデ
ザイン、ガス流量及びガス組成によって変わる。

アークによって発生させるガスプラズマは自由電子、イ
オン化原子、いくつかの中性原子及び窒素或は水素を用
いる場合は、未解離の２原子分子から成る。特定の陽極
／陰極配置（Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　）、ガス密
度、マス流量及び電流／￥を圧がプラズマ温度及びガス
速度を決める。本発明の改良では、アークを供給する電
流／電圧の変更がプラズマ温度を上げる或は下げる簡便
な方法である。粒子の可塑性、流動性及び速度の組合せ
を十分に高くして、粒子が支持体表面に衝突し次際に、
支持体表面或は支持体表面上にあらかじめ付着させた材
料のトボロギーに形作った薄いレンズ形状に流れるよう
にさせる。全部或は一部の粉末を気化或は部分気化させ
る程に粉末を過度の温度に加熱しないことが望ましい。

プラズマトーチが発生する熱プラズマの温度はアークの
形成において用いる電流量を調節することによって制御
するのが最良である。

任意の所定のプラズマトーチ、粉末、ガス流速及び組成
について電流が大きい程高い温度を生じ、電流が小さい
程低い温度を生じる。

直径１４インチ（１，０の）を有する内腔及び（Ｌ１２
５インチ（五１８　ｗｓ　）オリフィスを有するノズル
で形成した銅陽極及び０．１２インチ（五〇　ｍ　）の
直径を有するトリエーテッドタングステン陰極を有する
代表的なトーチで、加圧下のアルゴンを陽極の中に及び
陰極と陽極との間の環状空間内のノズルの中に通し、金
属粉末をプラズマトーチに注入する。プラズマ及び粉末
を支持体に対して射出する。かかる装置は、上述した最
適化手順により所定のコーティング及び支持体について
最適であることが見出される電流及び電圧で操作する。

コーティング操作中最適な電流を用いて支持体上に作っ
たコーティングは、コーティングがコーティングと支持
体との間の界面に沿って割れるタイプＩ破損下で破損す
るコーティングになる。電流を上げることによって電極
への入力を増大してコーティングの支持体への接着性を
向上させようとする企ては、高い残留引張応力を有し及
びクラック、裂け、割れがちなコーティングを生じる。

本発明は、該最適電流はより実質的に大きい電流によっ
て適用する終局の所望の厚さの一部分のコーティングの
１つの又はそれ以上の層を適用することによってこれら
の問題を排除する。１或は２或は数バスが通常より大き
い電流において塗被することを意図する全表面を完全に
おおう「スプラット」の層を形成した後に、電流を次い
で上述した通シに通常レベルに減らし、コーティングの
残りの厚さを低い電流において作り上げる。

下記の例を提示する。例において、下記の用語は下記に
挙げる意味を有する： Ｘ−）ラパース：塗被する支持体の表面に平行なトーチ
ノズルの速度。

表面速度：ノズルを過ぎる支持体の相対速度。

スタンドオフ：トーチノズルから支持体までの距離。

Ｔ、　Ｐ、　：　ｐａｉｇ　　で表わすトーチ圧力、陽
極内腔に供給する不活性ガスの圧力。

Ｄ、　Ｐ、　：　ｐｓｉｇ　　で表わす粉末デイスペン
サー圧力、粉末をノズルに供、給する粉末デイスペンサ
ーにおける不活性ガスの圧力。

Ｔ、Ｖ。；陽極と陰極との間のボルトで表わすトーチ電
圧。

Ｔ、　Ｃ，：電極に加えるアンペアで表わすトーチ電流
。

Ｓ、Ｐ、：ｐｓｉｇ　　で表わすシールド圧力、プラズ
マを大気から連蔽するプラズマの周りの不活性ガスの圧
力。

製法：下記の４及び５を除く例の各々で塗被した支持体
を、初めに平均粒径２５０ミクロンを有するアルミナ粒
子を用いて３０　ｐｓｉｇ（２，１ｋｑ／ｃｒｓ”　Ｇ
　）で１或は２回バスグリッドプラストした。次いで、
支持体を超音波クリーナーで清浄にしてゆるく結び付け
られたアルミナ粒子の量を減らした。その後、支持体は
塗布する準備ができ次。

後処理：下記の例の各々におけるコーテッド支持体に、
減圧下１９７５下（１０７９℃）で４時間後加熱処理を
行った。

例　　１ 本例では、支持体はタンタル１２．２５重量％、クロム
１０．５重量％、コバルト５．５重量％、アルミニウム
１２５重量％、タングステン４．２５重量％、チタン１
．７５重量％、名はかシの量のマンガン、ケイ素、リン
、イオウ、ホウ素、炭素、鉄、銅、ジルコニウム及びハ
フニウム総計ｌ１７７８５重ｔチ、残シニッケルを含有
するニッケルベースの合金で作シ及び高い量のアルミニ
ウムをニッケル合金と反応させた気相拡散によって適用
した拡散アルミナイドコーティングをプレコートし次バ
ーナーバーであった。コーティング粉末はコバルト２２
重′Ｊ１％、クロム１７重量％、アルミニウム１２．５
重量％、名ばかシの量のハフニウム、ケイ素及びイツト
リウム総計１．２５重量％及び残りニッケルを含有する
ニッケルベース゛の合金でめった。

コーティング粉末は平均粒子直径２５ミクロン及び粒子
直径分布２〜４５ミクロンを有していた。

本例では、上述した調呉処理した後のバーナーバーを、
バーナーバー、に上述した熱プラズマスプレートーチを
合計２０パス通して塗被した。初めの２パス（第１段階
）は２００−　ａｍｐｍ　（入力１ｔ　ａ　ｋｗ）で作
動するプラズマスプレートーチによって行い、残りの１
８パス、すなわ８３〜２０パス、（第２段階）は１５０
　ａｍｐｓ　（入力ａ８５　ｋｗ　）で行った。

トーチ特性及びパラメーターを下記に挙げる：第１及び
第２段階： 電圧　　　　　　　　５９〜６２ボルト陽極内腔を通る
ガス速度　２９０　ｆｔ”７時間（ａ　２　ｍ７時間）
粉末供給速度　　　２０グラム／分 Ｘ−）；７／＜−、＜　　　　０．０８３イ”／秒（２
，１＝７秒）スタンドオフ　　　［１５インチ（１，３
ｍ）表面速Ｗ　　　　　　７５００イアｆ／分（１９１
ｒＩ／分）第１段階：　　　Ｔ、Ｐ、　　　Ｄ、Ｐ、　
　　Ｔ、Ｃ，Ｓ、Ｐ。

（２バス）　　　　６０　　　　４５　　　２００　　
　　７６第２段階：　　　Ｔ、　Ｐ、　　　Ｄ、　Ｐ、
　　　Ｔ、　Ｃ，Ｓ、　Ｐ。

（１８パス）　　　　５７　　　４２　　１５０　　　
７６第１段階層は厚さ約１０ミクロンであり、第２段階
は厚さ約１１０ミクロンであった。

生成したコーテッド支持体を減圧下１９７５″Ｆ（１０
７９℃）で４時間後熱処理した。生成したニッケルベー
スの合金コーティングは支持体、すなわち、気相付着に
よって塗布した拡散アルミナイドプレコーティングを有
するニッケル、合金バーナーバーへの優れた接着性を有
し及び後熱処理の前及び後に低い要領応力及び高い耐ス
ポーリング、クランキング或はブレーキング性を有して
い念。

対照的に、同じタイプのアルミナイドプレコーテッドニ
ッケルベースの合金バーナーバーに全２０パス中第２段
階条件、すなわち、電流入力１５０アンペア、下で塗布
した同じタイプのニッケルベースのコーティングの、ア
ルミナイドプレコーテッド支持体への接着性は極めて悪
かった。

例　　２ 例１で塗布した同じタイプの支持体であるバーナーバー
（調製処理後）に、第２段階条件が下記の通シであり： Ｔ、　Ｐ、　　　Ｄ、　Ｐ、　　　Ｔ、　Ｖ、　　　Ｔ
、　Ｃ，Ｓ、　Ｐ。

及び第２段階で２０パスを行った他は、例１に記載する
のとほぼ゛同じ条件を用いて、例１に記載するコーティ
ング粉末を２パス塗被した。コーテッドバーナーバーに
例１に記載する後熱処理を行っ次。生成したコーティン
グは、後熱処理の前及び後で、優れた接着性、低い残留
引張応力及び優れ九耐スポーリング性、耐クラツキング
性及び耐７レーキングオツ性を示した。

例　　３ 例１に記載するバーナーバーと同じ材料で作シ及び同じ
ようにしてアルミナイズし、上述した調製処理した後の
支持体であるタービン羽根に、第１段階が下記に挙げる
条件下での４パスから成シ及び第２段階が下記に挙げる
条件下での２４パスから成る他は例１に開示するのと＃
１ぼ同じ条件を用いて例１に記載するコーティング粉末
を塗被した： 第１段階：　　　Ｔ、Ｐ、　　　Ｄ、Ｐ、　　　Ｔ、Ｖ
、　　　Ｔ、Ｃ，Ｓ、Ｐ。

（４パス）　　　　　６０　　　４５　　　５９　　２
００　　　７６第２段階：　　　Ｔ、Ｐ、　　　Ｄ、Ｐ
、　　　Ｔ、Ｖ、　　　Ｔ、Ｃ，Ｓ、Ｐ。

（１２パス）　　　　　５８　　　４１　　　５９　　
１５０　　　７５第２段階（続き）：　Ｔ、Ｐ、　　　
Ｄ、Ｐ、　　　Ｔ、Ｖ、　　　Ｔ、、ｃ、　　　ｓ、ｐ
。

（更に１２パス）　　　５９　　　４２　　　６０　　
１５０　　　７５羽根の上のコーティングは、コーテイ
ング後及び後熱処理の前に７レーキングオ７の徴候を示
さなかつ九。コーテッド羽根に次いで後処理を行った後
に、肉眼で及び６Ｘ〜３１Ｘの倍率範囲を有する顕微鏡
下で目視により検査した。コーティングが羽根によく接
着していることを観察し、剥離の徴候はなかった。コー
テッド羽根上のコーティングもまた低い残留引張応力及
び優れた耐クラツキング性、耐スポーリング性或は耐ブ
レーキング性を有することを観測した。

例　　４ 例１に記載するバーナーバーと同じ材料で作り及び同じ
ようにしてアルミナイズした２つのタービン羽根を、２
４０メツシユの３−１８−３７０．Ｔ、Ｋ。

アルミナグリッドでグリッドプラスし、スコッチ−プラ
イトホイールで３−１８−８７　Ｃ，Ｔ、に、凹側上を
研磨し、更に振動仕上機で処理してグリッドブラスト仕
上から洪った残留酸化物グリッドを除いた。

両方の羽根に例１に記載するコーティング粉末を塗被し
た。第１羽根についてのコーティング条件は、下記に挙
げる他暖例１で用いた条件と同じであった： 第１段階：　　　Ｔ、Ｐ、　　　Ｄ、Ｐ、　　　Ｔ、Ｖ
、　　　Ｔ、Ｃ，８，Ｐ。

（２パス）　　　　　６０　　　４５　　　５９　　２
００　　　７６第２段階：　　　Ｔ、Ｐ、　　　ｎ、ｐ
、　　　Ｔ、Ｖ、　　　Ｔ、Ｃ，Ｓ、Ｐ。

（３２パス）　　　　４７　　　４２　　　５９　　１
２０　　　７９第、２羽根についての＝−ティング条件
は、２００アンペアバスを用いなかった（すなわち、１
２０アンペアにおける計５４バスを用いた）仲は、上記
と同じでめった。塗被した後に、２００アンペア（２パ
ス）と１２０アンペア（３２バス）トを組合わせて塗被
した第１羽根上に分離の徴候はなかったが、（１２０ア
ンペアのみにおいて５４パス塗被した）第２の羽根上の
コーティングは、羽根の両側で浮き（ｌｉｆｔｉｎｇ　
ｏｆｆ　）の徴候を示した。

例５ 本例では、支持体は各々が縦方向のスリットヲ有し及び
カーボンスチールシート製の２つのへ応力シリンダーで
あった。縦方向スリットの緑が接触するように応力シリ
ンダーの各々を固定した。両方の応力シリンダーに、例
１に記載するコーティング粉末を用いてコーテッド厚さ
Ｏ，ＯＯ４インチ（Ｑ、　１　ｖｔｍ　）に塗被した。

第１の応力シリンダーの場合、プラズマスプレートーチ
を例１に記載する条件下２００アンペアで操作してコー
ティングを塗布した。第２応カシリンダ−は、例１に記
載する条件下１５０アンペアを用いて塗被した。シリン
ダーの固定手段の各々を解除して各々のシリンダーの縦
方向縁を分離させ、それによって縦方向スリットを形成
した。スリットの＃Ａはシリンダーの直径を変え及び各
々のシリンダーの直径を、コーティングを塗布する前及
び後に測定した。シリンダーの直径の変化を用いてコー
ティングにおける残留引張応力のレベルを推定した。こ
の試験の結果は、２００アンペアを用いた場合に、コー
ティングは一層高い残留引張応力を有することを示した
。

更に、トーチを連続して２００　ａｍｐｍで操作する場
合に、プラズマスプレートーチの陽極の寿命を大きく短
縮させることもわかった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）熱ガス体を生じさせ、 （ｂ）該熱ガスを支持体に射出して塗被すべき粒子と接
   触させ、 （ｃ）該熱ガス中の該粒子を加熱して融点より高い温度
   にし、 （ｄ）該加熱した粒子を該支持体に対して該支持体上に
   コーティングの第１層を与える程の時間衝突させ、 （ｅ）該熱ガス中の該粒子の熱を減小して工程（ｃ）の
   温度より低いがほぼ融点より高い温度にし、 （ｆ）該加熱した粒子を該第１層に衝突させて該支持体
   に良好な接着性を有する全層を与える工程を含む熱軟化
   させた粒子を支持体に射出することによつて支持体上に
   多層コーティングを熱吹付する方法。 ２、工程（ｃ）の粒子の温度が工程（ｅ）における粒子
   の温度より少なくとも１０％高い特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 ３、工程（ａ）において、熱プラズマトーチプロセスを
   用いて２つの非消耗性電極の間のアークを使用し及びア
   ークをガス流に包むことによつて前記熱ガスを生じさせ
   及び電極への入力を変えることによつて熱プラズマの温
   度を変える特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４、工程（ｃ）における熱プラズマトーチに対しての入
   力が工程（ｅ）における熱プラズマトーチに対しての入
   力より少なくとも２０％大きい特許請求の範囲第３項記
   載の方法。５、工程（ｃ）における熱プラズマトーチに
   対しての入力が工程（ｅ）における熱プラズマトーチに
   対しての入力より少なくとも３０％大きい特許請求の範
   囲第４項記載の方法。６、工程（ｃ）における熱プラズ
   マトーチに対しての入力が少なくとも１２ｋｗであり及
   び工程（ｅ）における熱プラズマトーチに対する入力が
   ９ｋｗである特許請求の範囲第３項記載の方法。 ７、工程（ｃ）及び（ｅ）における電極を横切るガス流
   量及びガスの組成は全般に一定であり及び工程（ｃ）に
   おいて電極に供給する電流は工程（ｅ）において電極に
   供給する電流より少なくとも２０％大きい特許請求の範
   囲第３項記載の方法。 ８、工程（ｃ）及び（ｅ）における電極を横切るガス流
   量及びガスの組成は通常一定であり及び工程（ｃ）にお
   いて電極に供給する電流は工程（ｅ）において電極に供
   給する電流より少なくとも３０％大きい特許請求の範囲
   第６項記載の方法。 ９、熱プラズマトーチの電圧が５９ボルトであり、工程
   （ｃ）に対する前記熱プラズマトーチにおける電流が２
   ００アンペアであり、工程（ｅ）に対する電流が１５０
   アンペアである特許請求の範囲第７項記載の方法。 １０、工程（ａ）において、デトネーシヨンガン付着プ
   ロセスを用いて可燃性ガスの燃焼を使用することによつ
   て前記熱ガスを生じさせ及び該可燃性ガスを不燃性ガス
   で希釈することによつて熱ガスの温度を変えることがで
   きる特許請求の範囲第１項記載の方法。 １１、工程（ａ）において、デトネーシヨンガン付着プ
   ロセスを用いて可燃性ガスの燃焼を使用することによつ
   て前記熱ガスを生じさせ、該可燃性ガスは炭素含有ガス
   と酸素との混合物であり及び酸素対炭素のモル比を１．
   ５〜１．０の範囲で変えることによつて熱ガスの温度を
   変えることができる特許請求の範囲第１項記載の方法。 １２、可燃性ガスを不燃性ガスで希釈することによつて
   熱ガスの温度を変えることができる特許請求の範囲第１
   １項記載の方法。 １３、工程（ａ）において、連続溶射付着プロセスを用
   いて可燃性ガスの燃焼を使用することによつて前記熱ガ
   スを生じさせ、該可燃性ガスは炭素含有ガスと酸素との
   混合物であり及び全ガス流量を変えることによつて、或
   は酸素対炭素のモル比を１．５〜１．０の範囲で変える
   ことによつて熱ガスの温度を変えることができる特許請
   求の範囲第１項記載の方法。 １４、前記支持体がニッケルベースの合金、コバルトベ
   ースの合金及び鉄ベースの合金から成る群より選ぶ合金
   である特許請求の範囲第１又は２項記載の方法。 １５、特許請求の範囲第１、３、１０、１１又は１３項
   記載の方法によつてコーティングを被覆させた支持体を
   含むコーテツド品。 １６、前記支持体がタービン羽根、タービン翼及びター
   ビンシユラウドから成る群より選ぶ特許請求の範囲第１
   ５項記載のコーテツド品。