JPH0139993B2 - - Google Patents

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JPH0139993B2
JPH0139993B2 JP56023558A JP2355881A JPH0139993B2 JP H0139993 B2 JPH0139993 B2 JP H0139993B2 JP 56023558 A JP56023558 A JP 56023558A JP 2355881 A JP2355881 A JP 2355881A JP H0139993 B2 JPH0139993 B2 JP H0139993B2
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JP
Japan
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plasma
gas
powder
ceramic
Prior art date
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Application number
JP56023558A
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English (en)
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JPS57140384A (en
Inventor
Juji Narita
Takao Suzuki
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority to JP56023558A priority Critical patent/JPS57140384A/ja
Publication of JPS57140384A publication Critical patent/JPS57140384A/ja
Publication of JPH0139993B2 publication Critical patent/JPH0139993B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5025Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with ceramic materials

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、金属材料や非金属材料の母材表面に
プラズマ溶射法によつてセラミツク被膜を形成す
る方法に関するものであり、その目的とするとこ
ろは従来不可能とされていた一部セラミツク材料
の被膜形成を可能とするとともに耐熱性に優れた
セラミツク被膜の形成方法を提供することにあ
る。 文献によればこの種の溶射装置もしくは溶射法
は、溶射材を加熱する熱源の種類によつて、燃焼
エネルギーを用いるガス式と電気エネルギーを用
いる電気式とに大別でき、更に溶射工程に送る溶
射材の物理的な状態によつて粉末噴霧法と固体噴
霧法(ROKIDE法)とに大別できるとされてい
る。そして後者の区分は主に前者のガス式を小区
分する場合に用いられ、ガス式に用いられる固体
素地は棒状材或いは線状材を意味する。これに対
し電気式特に工業的に利用されるプラズマ溶射機
は粉末噴霧法の範ちゆうに属するものである。 本方法は、上記分類法にしたがえば粉末噴霧法
に基づく粉末外部送給方式のプラズマ溶射法の範
囲における発明である。 一般にプラズマ溶射法は、金属材料の表面に耐
摩耗性や耐熱性もしくは耐食性等を与えるための
被膜形成法として広く知られている。このプラズ
マ溶射法は、通常図面に示す装置が用いられる。
すなわち、プラズマガン1に設けたタングステン
電極よりなる負極2と水冷銅電極よりなる正極3
とを制御装置4に接続し、直流電源5によつてそ
の両極2,3間にプラズマアークを発生させる。
そして、第一次ガスおよび第2次ガスのガスボン
ベ6,7からのガスを制御装置4を介して前記プ
ラズマガン1の負極2と正極3との間に供給し、
そのプラズマガスの圧力によつて、前記プラズマ
アークはプラズマジエツト8となつてプラズマガ
ン1より噴出せしめられる。このプラズマジエツ
ト8中に、粉末供給装置9より溶射粉末を供給す
ることによつて、表面研摩された母材10の表面
に溶射を行ない被膜を形成するのである。なお、
図中11は前記正極3の水冷用水供給源であり、
制御装置4を介して適宜供給されるものである。 このような装置で発生するプラズマジエツト8
は、通常1〜3×104〓の温度になり、すべての
物質を溶融し得る温度であるが、溶射粉末の観点
から見た場合、溶射による被膜形成(粉末の付
着)が円滑に行なわれる条件は(引用:「超高温
研究」Vol.3、No.4、1966、P21〜P33)次のよう
に考えられている。 溶射粉末が完全に、かつ均一に溶融するこ
と。 溶滴に十分な運動エネルギーを与えること。 溶滴が溶融したまま母材表面に衝突し、確実
に密着ないし溶着すること。 溶滴は母材表面に密着したまま固化し、順次
付着する溶滴が相互に緻密に結合して被膜を形
成すること。 溶射材料および被溶射母材に質的変化が生じ
ないこと。 これらの条件は、溶射時に同時に満足する必要
があり、また連続して安定に維持されなければな
らず、しかもこれらは独立したものではなく相互
に干渉し合う。特におよびはプラズマの熱源
としての特性に関与し、は母材に必要とされる
具備条件すなわちニーズによつて評価される事項
である。 ここで、個々の粉末粒子が完全に溶融するには
適当な加熱時間が必要であり、加熱時間は溶射材
料の融点、比熱、熱伝導度および粒子の形状など
によつて支配される。また、粉末はプラズマ流に
よつて加熱されながら加速され母材に運ばれるも
のであり、その粒子がうける加速度は粒子の形状
や比重、プラズマ流との相対速度あるいはプラズ
マの密度などによつて異なる。 セラミツク溶射をする場合には、以上に述べた
要因を満足して被膜を形成するため、通常N2
スとH2ガスを用いたプラズマジエツトを使用す
る。このN2−H2ガスを用いたプラズマジエツト
は、セラミツク材料が一般に高比熱で低熱伝導で
あることに起因し、主に次の理由から選択されて
いる。すなわち、 低速度のジエツトフレームをつくり、粒子の
加熱時間を長くとり得る。 2原子ガスであるので熱量を大きく取り得
る。 このようなN2−H2ガスを用いたプラズマジエ
ツトを利用して、第1表(引用:「セラミツクス」
Vol8、No.8、1973.P33〜P38)に示すセラミツク
の溶射が可能である。
【表】 ところで、前述のようなN2−H2ガスを用いる
条件下でのセラミツクのプラズマ溶射が、すべて
のセラミツクについて可能であることを意味しな
い。すなわち、耐火材料特に鉄鋼用耐火物として
重要な成分であるSiO2、MgO、CaO、BN、
Si3N4、SiCについては、第1表をはじめ他の文
献上にも溶射用セラミツク材料として、その実施
例は認められない。また、第1表のサーメツトの
例でも明らかなように、一部の炭化物では、Co、
Ni等およびそれらとの組合せからなる自溶性合
金を添加させ、この添加物の溶融粒子の付着力で
被膜を形成するため、セラミツクの耐熱温度より
はるかに低温度での耐熱性しかもたない。 本発明は、N2−H2のプラズマジエツトはフレ
ーム形状先端が放射状となりセラミツク溶射が困
難であるという従来の欠点を除去して所期の目的
を達成するため、従来のN2−H2ガスプラズマに
代えてAr−N2ガスプラズマを使用する方法であ
り、以下その詳細について説明する。 本発明ではAr−N2ガスを用いるが、図面にお
けるガスボンベ6,7中、ボンベ6に第1次ガス
であるArガスを、ボンベ7に第2次ガスである
N2ガスを用い、その混合ガス流量比(Ar/N2
を100/0〜70/30の範囲になるようにして、プ
ラズマジエツト8を発生せしめる。このように、
第1次ガスであるArを70%以上にすることによ
り、高温で高速のシヤープなプラズマジエツト8
のフレームを形成して溶射焦点が小さくなる(即
ち先端形状が円錐状となる)ので、母材10表面
を部分的に加熱して赤熱軟化もしくは溶融状態
〔即ち母材の荷重軟化点(T1)(「JIS P2209
(1974)に定義)以上でしかも融点温度以下の温
度で加熱状態〕とし、母材10への過剰な熱を加
えないようにすることができる。そして、第2次
ガスであるN2については、その混合比を30%以
上にするとフレームの形がくずれ、またN2ガス
の過剰な解離による熱エネルギーが母材10に与
えられ、母材10を必要以上に溶融してしまうた
めに30%以下になるようにする。 この場合、高速度のジエツトフレームのため、
セラミツク粒子がジエツトフレーム中で完全に溶
融状態とはなり得ないが、そのフレーム中での加
熱もしくは半溶融状態で、セラミツク粒子を母材
表面に付着せしめることが可能である。すなわ
ち、セラミツク粒子は、ジエツトフレームによる
加熱もしくは半溶融状態で、高速に加速された粒
子の運動エネルギーが粒子衝突後に変換した熱エ
ネルギーと、前述の高温度のジエツトフレームに
よる照射エネルギーから変換した熱エネルギーと
により、該セラミツク粒子が半溶融もしくは溶融
状態になることと、母材10表面が赤熱軟化もし
くは溶融状態(即ち母材の荷重軟化点(T1)以
上でしかも融点温度以下の温度で加熱状態)であ
ることによつて、母材10表面に付着し得る。特
に母材10が同じセラミツク物質であれば、焼結
作用をも付与して付着固化することになる。 ここでいうセラミツク材料は、従来のセラミツ
ク溶射材料はもちろんのこと、その他に従来方法
に例がないSiO2、MgO、CaO、BN、SiC、
Si3N4、Ti(C、N)をも含むものであり、これ
らのセラミツク材料を溶射材として使用した実施
例を後述の第2表に示している。 また、ここでいう母材とは、高分子材料を除く
材料であり、非金属材料特に耐火煉瓦をいう。こ
の母材表面は、溶射材の付着固化を促進するた
め、母材の荷重軟化点(T1)以上でしかも融点
温度以下の温度で加熱状態としながら溶射する。
特に、珪石煉瓦等の熱膨張係数の大きい材料、転
移点を有する材料、熱伝導性の大きい材料の母材
に対しては、熱歪の緩和のため500℃以上に別途
予熱すると効果が大きい。また、炭素系材料など
の表面酸化の生じ易い材料に対しては、真空中も
しくは不活性ガス雰囲気中で行なうことは当然の
ことである。更に、BN等融点以下で解離、昇華
する性質の母材の加熱は、解離点、昇華点以下の
設定温度で加熱しなければならない。この時には
例えばBN粒子の一部はB2O3に変化して付着する
場合もあるが、変化量は10%以下にとどまり、溶
射膜の性質として大きな変化はほとんどない。 なお、ジエツトフレームによる予熱の場合、フ
レーム先端を母材表面に接触させながら、セラミ
ツク粉末供給して行なえば、母材への熱的影響は
十分回避できる。 次に、具体的な実施例について、セラミツク溶
射材として、SiO2、MgO、CaOを用いて被膜を
形成した例を第2表に示す。この実施例の結果か
ら明らかなように、付着強度がアルミナ溶射膜よ
り優れている。 なお、装置としては米国メテコ社製の溶射装置
を用いた。その使用装置の諸元を示せばプラズマ
発生器:Metco−7MBH(80Kwタイプ)、最大許
容出力:80Kw、最大許容電流:1000A、使用
率:100%(80Kw時)、使用ガス:Arもしくは
N2(1次ガス)、H2もしくはHe(2次ガス)、溶射
材供給:粉体外部送給方式である。 実施例では、出力電流は600〜1000Aで35Kw〜
60Kwの範囲でプラズマを作動させた。本装置の
出力可能な条件は前記のとおり出力電流では最大
1000Aで耐電圧は80Vである。このためN2ガス量
を増大させた場合、作動電流を600Aまで下げ、
電極冷却能の制約から作動電力を60Kw以下にな
るように混合ガス流量を調整した。
【表】 本発明は以上説明したように、ArとN2ガス混
合比(Ar/N2)が100/0〜70/30の範囲で発
生させたプラズマジエツトを使用し、このジエツ
トフレームで母材表面を加熱状態にし、かつ前記
フレーム中で加熱もしくは半溶融状態にしたセラ
ミツク粒子をその母材表面に吹き付け、母材表面
にセラミツク被膜を形成するものであり、Ar−
N2ガスによる高温で母材表面を部分的に加熱し
て赤熱軟化もしくは溶融状態とし、セラミツク粒
子を高速で吹き付けてその粒子衝突により運動エ
ネルギーの熱エネルギーへの変換をも発生するた
め、セラミツク粒子をフレーム中で完全に溶融状
態にしなくても母材に確実に付着せしめることが
可能であり、付着のため低融点物質を添加する必
要はまつたくなく、したがつて溶射する材料と同
一の耐熱性を有する被膜が形成され得る。更に、
従来不可能とされていた一部セラミツク材料の被
膜形成をも可能とするものであり、非常に有効な
発明である。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明方法が使用されるプラズマ溶射装
置の概略説明図である。 1はプラズマガン、6,7はガスボンベ、8は
プラズマジエツト、10は母材。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 電気エネルギーによる粉末噴霧式プラズマ溶
    射法において、ガンに対し粉体外部送給方式で被
    溶射材を供給する機構を備えたプラズマ溶射ガン
    を用いて、Ar−N2ガスをその混合比(Ar/N2
    が100/0〜70/30の範囲値のプラズマジエツト
    をそのフレーム形状が先端でシヤープな円錐状と
    なるようにし、このフレームの先端で被膜を施こ
    すべき母材特に耐火煉亙系の非金属母材表面を該
    母材の荷重軟化点(T1)以上でしかも融点温度
    以下の温度で加熱しながら、ガンに供給する粉体
    セラミツクの粒子を前記フレーム中で溶融もしく
    は半溶融状態に加熱して母材に吹き付け、母材表
    面にセラミツク被膜を形成することを特徴とする
    セラミツク被膜形成方法。
JP56023558A 1981-02-18 1981-02-18 Ceramic coating formation Granted JPS57140384A (en)

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JPS59195583A (ja) * 1983-04-18 1984-11-06 株式会社クボタ 耐熱用セラミツク溶射材料
JPS59195584A (ja) * 1983-04-18 1984-11-06 株式会社クボタ 耐熱用セラミツク溶射材料
JPS59193274A (ja) * 1983-04-18 1984-11-01 Kubota Ltd 耐熱用セラミツク溶射材料
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