JPH0124222B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、高温フアイバー補強超合金複合材
料として利用される金属マトリツクス複合モノテ
ープの製造方法に関する。この発明は、とくにア
ークスプレイ金属により著しく大きなモノテープ
複合材を製造することにある。

高温複合モノテープを製造する方法として、パ
ウダークロース（粉末布）とフアイバー列とを高
温ホツトプレスする方法がある。この方法は、開
放型又は閉塞型モリブデンダイスを用いて、1800
〓〜2000〓（982℃〜1093℃）で粉末又は粉末布
とフアイバー列とを複合モノテープとする方法で
ある。

しかしこの方法は、作りうるモノテープの寸法
に限度があり、とくにホツトダイスの溝が幅約３
〜４インチ（7.6〜10.2cm）、長さ約７〜８インチ
（17.8〜20.3cm）であるため、これにより制限を
受けてしまう。

この発明の目的は、構造パネルなどに使用する
大きな板状の金属マトリツクス複合モノテープの
製造方法を改良することにある。

更に本発明の目的は、金属マトリツクス複合モ
ノテープを支持するマンドレルを予熱せずに金属
マトリツクス複合モノテープを製造できる製造方
法を得んとするものである。

（発明の背景） 米国特許No.3615277（クライダー等）は、フアイ
バー補強単一層複合テープを備えたフアイバー補
強部材の製法につき開示している。多層複合材
は、複数の単一層のプラズマスプレイテープから
作られる。このテープは、フイラメント材をプラ
ズマスプレイ室内にあるマンドレルに付着し、こ
こで、アルゴンガス雰囲気中でプラズマトーチに
より金属マトリツクス材をめつきすることにより
得られる。この場合巻装フイラメントを予熱して
からスプレイすることにより、金属マトリツクス
材を結合しやすくする。そしてスプレイ中にマン
ドレルを回転させ、かつ静止プラズマアークの前
面を横切るように動かして、マトリツクス材が平
均して付着して均一な層を形成するようにする。
次いで冷却後単一層テープを切断してマンドレル
から取り外す。

米国特許No.4078097（ミラー）には、プラスチツ
ク部材にアトマイズ金属被膜をねじれることなし
に均一に吹付けるスプレイガン方法が示されてい
る。この方法は、金属をガンのスプレイ手段から
アトマイズ手段へ送り、ここで金属を溶融する。
例えば金属ワイヤをアークスプレイガンノズルに
送り、ここでアトマイズする。そして空気により
アトマイズ金属をハウジングに導く。この場合空
気は、噴霧状態を保持するに十分な圧力とする。
この特許発明では、ガス、好ましくは空気又は他
の非撚焼ガスで処理することが示されている。ま
たプラスチツク材にスプレイする前に、プラスチ
ツク上に溶剤をスプレイする。同様に複数の金属
ワイヤを、高圧空気流が通る空気流通ノズルの前
面のある一点に収束するようにする。金属ワイヤ
は4200〓（2331.7℃）以下の融点である。金属ワ
イヤの収束端は、電圧差を有し、収束端にある２
個の金属ワイヤをアトマイズするに十分なものと
なつている。

（発明の構成） この発明は、雰囲気調整室内の大ドラム上に予
じめ高強度フアイバー列を巻装しておき、このフ
アイバー列上にアーク金属スプレイガンを用いて
高温溶融金属をスプレイする方法である。この発
明では、上記調整室内を所定時間排気してガス汚
染物を除去する。次いで調整室内を中性ガスで大
気圧となるまで充満して、アークスプレイガンに
汚染物が付着しないようにする。次いで、溶融し
てスプレイされる１対の金属ワイヤを、自動供給
機構を備えたアークスプレイガンに導く。一方、
フアイバー列を巻装した大ドラムを回転させると
ともに調整室の長手方向に沿つて往復動させ、フ
アイバー列の全表面が溶融金属スプレイに露出す
るようにする。ワイヤーをアークスプレイガンに
供給している間に中性ガスを約60〜120psiの高圧
供給する。このガスを、アーク背後に直接吹付け
て、最小の使用量でスプレイできるようにする。

ガンは電源に接続しており、この電源により、
２個のワイヤー間に電気アークを発生させてワイ
ヤーチツプを溶融させる。中性ガスを高速で吹込
むことにより、溶融金属がアークスプレイガンか
ら離れ、ドラムに巻かれたフアイバーに付着す
る。ガス圧、電圧、ワイヤ供給速度及びフアイバ
ー巻装ドラムの回転及び往復動を制御することに
より、フアイバー列上に所望厚の金属をめつきす
ることができる。

次いで得られたアークスプレイモノテープを常
法に従つてドラムから除去する。この工程は、巻
装前にドラム表面に予じめ離型剤を付着すること
によりおこなわれる。この方法で得られた大板状
のモノテープは、全構造物の周囲に単層のフアイ
バー補強モノテープを包み込まなければならない
大径のチユーブやタービンブレードの製造に用い
られる。他の高温材料、例えば燃焼ライナや高温
ガスダクトにもこの発明の材料を使用できる。

以下本発明を図面を参照して説明する。第１図
及び第２図中１０は高強度フアイバー列で、この
フアイバー列１０は大ドラム１２上に巻装されて
いる。大ドラム１２は中心に軸方向に延びた軸棒
１４を配置してマンドルを形成している。この軸
棒１４は駆動台１６に支持され、この駆動台１６
によりドラム１２を長手方向及び回転方向に動か
すようになつている。

タングステン合金フアイバーを用いたモノテー
プを、この発明に従つて組立てた。またシリコン
カーバイドやボロン被覆ボロンカーバイドのフア
イバも用いた。他の合金フアイバー又はセラミツ
クフアイバーも使用できることはもちろんであ
る。

大ドラムの長手方向の往復動は第１図に矢印
で、回転方向の動きは第２図に矢印で示す。大ド
ラム１２と駆動台１６は、雰囲気調整室１８内に
ある。この雰囲気調整室１８の壁面にはアークス
プレイガン２０が取付けられている。

まず大ドラム１２に離型剤を塗る。次いでフア
イバー１０をドラム１２に巻付け、フアイバーを
所定の配置幅として所望のフアイバー空間とす
る。フアイバーの配置幅及び長さはフアイバーを
巻装するドラムの寸法によつて制限される。

ドラム１２にフアイバーを巻付けて、調整室１
８内を排気し、スプレイできる状態とする。この
排気工程は、調整室１８から酸素や窒素などの好
ましくないガス汚染物を除去するものである。次
いでこの調整室にアルゴンや他の中性ガスを充満
して、大気圧とする。

溶融及びスプレイ用の金属ワイヤ２２及び２４
を第１図及び第２図に示すアークスプレイガン２
０に挿入する。ワイヤ２２，２４を第４図に示す
ように自動供給機構２６によりワイヤガイド供給
物通過部材２８に通す。各ワイヤ２２，２４を自
動供給機構２６とワイヤガイド供給物通過部材２
８に供給する。従つてガン２０は２つの通過部材
２８を有し、それぞれが第３図及び第４図に示す
ワイヤガイド３０と連通している。

この発明の大きな特徴は、アークスプレイガン
２０が調整室８内部と連通した側面において真空
を可能な構造となつていることである。通過部材
２８は、第３図及び第４図に示すようにキヤツプ
３４及び排気チユーブ３４を取付けている。これ
らは、直線状中空チユーブ、即ち外気環境下での
みしかスプレイすることができない従来のメタル
アークスプレイガンで使用された直線状中空チユ
ーブに代わるものである。

調整室１８の排気をするには、アークスプレイ
ガン２０をシールしてガスのリークを防ぐ必要が
ある。このために、真空締付キヤツプ３２を第３
図に示すようにガン２０内にある各通過部材２８
にかぶせて締付ける。次いで調整室１８内を十分
排気して、排気すべきガスを除去する。

排気後、調整室１８をアルゴンで満し、あるい
は適当な中性ガス満して、大気圧より若干高圧と
する。真空締付キヤツプ３２を通過部材２８から
外して、第４図に示すガス排気チユーブ３４を取
付ける。

中性ガスを第４図に示すように各排気チユーブ
３４内の分岐路３６にライン３８から供給する。
ライン３８は主ガス導管３９に接続され、この主
ガス導管３９は、第１図に示すようにアルゴンの
如き中性ガスの供給源４０に接続されている。供
給源４０のガス圧は約60〜120psiである。

供給源４０から中性ガスをそのガス圧により排
気チユーブ３４，通過部材２８，各ワイヤ２２，
２４のワイヤーガイド３０をへて調整室１８へ供
給する。この中性ガスの一部は、各排気チユーブ
３４のテーパー端４２から排出される。

ワイヤ２２，２４を排気チユーブ３４のテーパ
ー端４２内に挿入し、供給機構２６でこれらワイ
ヤを通過部材２８内へ導入する。ここでは、加圧
したアルゴンが通つておりしかもテーパー端から
排気されているので、排気チユーブ３４内に導入
されたワイヤ２２，２４表面のガス汚染物が除去
される。

D.C.電源４４を常法に従い導線４６を介してワ
イヤガイド３０に接続する。ワイヤガイドは電源
４４からの電場をワイヤ２２，２４に伝え、かつ
ワイヤをワイヤチツプ間で電気アークを発生しう
る位置に保持する。アークによりワイヤチツプが
溶けて、約3500〓（1946℃）又はそれ以上の温度
となる。

供給源４０からの中性ガスをライン３９により
常法に従つてアークの裏側の位置へ送る。ガスの
流速を高くすることにより、アークからの溶融金
属をワイヤガイド３０から離して、ガン２０に近
接しているドラム１２上のフアイバー１０上に付
着させてめつきする。供給源４０のガス圧を±
2psi（±0.04Kg／cm²）で注意深く制御する。同様
に電源４４からの電圧も±1Vで注意深く制御す
る。供給機構２６からのワイヤ供給速度を計測器
を用いて正確に制御する。同様にフアイバ巻装ド
ラム１２の回転及び往復動を高トルクスピードコ
ントローラで正確に監視する。

この方法によりドラム１２のフアイバー１０上
に所望厚の金属が溶融めつきされる。またドラム
１２上の全てのフアイバー１０がスプレイされ
る。アークスプレイされたモノテープは、予じめ
ドラム１２の表面に合成樹脂離型剤を付着してい
るので、ドラムから容易に除去できる。ここで、
ポリテトラフルオロエチレン材（いわゆるテフロ
ン）は離型剤として好適である。

この発明によれば、寸法、低コスト、及び高温
モノテープの製造速度の点で優れた効果を有す
る。更に従来方法で作られたモノテープに比べて
酸素や過剰カーボンの如き不純物あるいは残留物
がテープに付着する量が少なくなる利点がある。

大径のチユーブやタービンブレードの如き大き
なモノテープの場合、全ての個所を包み囲んだ数
層のフアイバー補強モノテープを用いなければな
らない。この条件では、モノテープの幅は従来の
ホツトプレスモノテープで可能な寸法を急速に越
えてしまう。この発明方法では、金属をめつきす
るドラム１２の寸法によつてのみ、フアイバー補
強モノテープの大きさが制限されるので、大寸法
のものを作ることができる。

この方法によれば、従来のパウダークロース方
法に比べてコストをかなり低くすることができ
る。またこの発明ではバインダを使用しない。従
つてパウダークロース法でかかる費用と時間を排
除することができる。単一アークスプレイ法で15
×45インチの金属モノテープを作る時間は、ホツ
トプレス法で２×７インチのモノテープを作る時
間と同程度である。従つてこの発明では生産速度
を45対１の割合で増加させることができる。

更にこの発明では、得られる材料の純度が従来
のパウダークロース法よりも高い。この発明のマ
トリツクスワイヤは、大変清浄な状態で得られ
る。この清浄度は、清浄な中性ガスを使用し、更
に金属ワイヤがモノテープマトリツクスに変わる
時間が大変短いために、スプレイ工程中で清浄度
が保持される。パウダークロース方法ではバイン
ダーを使用するため、ここから汚染される問題が
あるが、この発明ではバインダを用いないので、
この問題を解消できる。

更にこの発明は、溶融金属を高温とすることが
できる。高温とすることにより、ドラム１２上の
フアイバー列を予熱することもなしに溶融金属を
フアイバー列１０に付着することができる。また
高温なので、カーバイドの如き高温相はすべて母
金属とともに溶融し、きわめて均一な金属マトリ
ツクスとなる。

更にまたこの発明は、金属マトリツクスを著し
く清浄とする。なぜなら溶融金属は不活性ガスで
囲まれしかも溶融状態は大変短いため、金属の清
浄度が保持されてモノテープとなる。これは、粉
末冶金によるモノテープの製法に比べて、対照的
である。というのは、高温材の粉末は、粉末表面
に金属酸化物層を形成しやすいためである。これ
ら酸化層は、通常フアイバー補強モノテープの金
属マトリツクス中に侵入し、材料の機械的性質を
劣化する。同様にバインダーを使用することによ
り残存カーボンの汚染を受けやすい。

なお本発明は上記実施例に限定されず、この発
明の範囲内で各種修正、変形が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法を行うための装置を示す
一部破断斜視図、第２図は第１図の２−２線に沿
う断面図、第３図は第１図の３−３線に沿うアー
クスプレイ前のガンの状態を示す拡大断面図、第
４図はアークメタルスプレイ中のガンの状態を示
す拡大断面図である。 １０……高強度フアイバー列、１２……大ドラ
ム、１４……軸棒、１６……駆動台、１８……雰
囲気調整室、２０……アークスプレイガン、２
２，２４……ワイヤ、２６……自動供給機構、２
８……ワイヤガイド供給物通過部材、３０……ワ
イヤガイド、３２……真空締付キヤツプ、３４…
…排気チユーブ、３６……分枝管、３８……ライ
ン、３９……主ガス導管、４０……ガス供給源、
４２……テーパー端、４４……D.C.電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ マンドレルと、このマンドレル上に配列され
   るフアイバー列とを、室内に配置する工程と、 上記室からガス状の汚染物を除去する工程と、 上記室内に中性ガスを充填して上記室内の圧力
   を大気圧以上とする工程と、 マトリツクス金属を含む複数のワイヤを上記室
   内に供給し、このことにより上記ワイヤの端部を
   上記フアイバー列に近接する位置内に移動せしめ
   る工程と、 上記ワイヤ端部間にアークを発生させて、上記
   ワイヤ端部を溶融させる工程と、 圧力下の高速流の中性ガスを上記アークを通つ
   て上記室内に流し、このことにより溶融マトリツ
   クス金属を、上記ガス流内で上記アークから上記
   フアイバー列上にスプレイする工程と、 上記ワイヤ供給工程中に、上記ワイヤに沿つて
   第二の中性ガス流を流通せしめることにより、上
   記ワイヤの表面から汚染物を除去する工程と、 を具備した金属マトリツクス複合モノテープの製
   造方法。 ２ ガス状汚染物を除去する工程は、上記室の外
   側の位置で、上記第二のガス流を放出する工程を
   備えた特許請求の範囲第１項記載の金属マトリツ
   クス複合モノテープの製造方法。 ３ ガス状汚染物を除去する工程は、上記ワイヤ
   に沿う方向に流れる第二のガス流を、上記ワイヤ
   供給の方向と反対側に流通せしめる工程を備えた
   特許請求の範囲第１項記載の金属マトリツクス複
   合モノテープの製造方法。 ４ 上記汚染物を除去する工程は、上記第二のガ
   ス流を、上記高速流の一部分を用いて形成する工
   程を備えた特許請求の範囲第１項又は第３項記載
   の金属マトリツクス複合モノテープの製造方法。 ５ 上記中性ガス充填工程で上記室内を外気圧以
   上の圧力にする特許請求の範囲第１項記載の金属
   マトリツクス複合モノテープの製造方法。 ６ 上記高速流はアルゴンを含む特許請求の範囲
   第５項記載の金属マトリツクス複合モノテープの
   製造方法。 ７ 上記高速流は60psiから120psiの範囲内で加
   圧される特許請求の範囲第６項記載の金属マトリ
   ツクス複合モノテープの製造方法。 ８ 排気及び中性ガスの充填がなされ、一対の供
   給口を備えた室と、 上記室内に配置されているフアイバー列を受け
   るマウントと、 排気チユーブ及び供給口から上記室内に一対の
   ワイヤを供給する手段を備え、中性ガスを上記排
   気チユーブを通つて流通せしめ、ワイヤが排気チ
   ユーブを通つて供給される時にワイヤの表面から
   汚染物を除去するようにした供給手段と、 ワイヤ間に上記室内でアークを発生させる手段
   と、 を具備したマトリツクス金属をフアイバー列にス
   プレーする装置。 ９ 上記排気チユーブの一端は、上記供給口と接
   続され、上記排気チユーブの他端は開口し、その
   中間部分は上記中性ガスを受ける通路を備え、各
   排気チユーブの両端から中性ガスを放出する特許
   請求の範囲第８項記載の装置。