JPH06312149A

JPH06312149A - 溶射による高密度酸素コーティング

Info

Publication number: JPH06312149A
Application number: JP6081913A
Authority: JP
Inventors: Joseph P Mercurio; ピー．マーキュリオジョゼフ; Edward P Gianella; ピー．ジャネラエドワード
Original assignee: Perkin Elmer Corp
Current assignee: Applied Biosystems Inc
Priority date: 1993-04-20
Filing date: 1994-04-20
Publication date: 1994-11-08
Also published as: EP0621079A1; BR9401543A; CA2119430A1

Abstract

(57)【要約】【目的】酸化セラミック粉末を溶射し、高密度で粘着
力の強いセラミックコーティングを製造するための溶射
ガンや高速度酸素燃料溶射ガンを提供すること、およ
び、このようなコーティングを製造する方法を提供する
こと、さらに、アルファー相の増大した絶縁破壊強さの
高い酸化アルミニウムコーティングとこのようなコーテ
ィングを施された金属基板を含む部品を提供すること。【構成】この溶射ガンは、キャリヤーガス中の加熱易
溶酸化セラミックの粉末流を移動させるために用いられ
る軸導管を備えたノズル部材を含む。この軸導管はノズ
ルフェースで終わって半径方向に分岐された複数のオリ
フィスとなるように構成されている。ガスキャップはノ
ズル部材から延長し、燃焼室を成す。可燃混合物の環状
流れをノズル部材から、同軸的に燃焼室に噴射させる。
空気は、ガスキャップ壁面に近接して、セラミックを含
有する溶射流が開口端部を通って好ましくは超音速で推
進されるように、噴出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は酸化セラミックの溶射、
特に酸化セラミックの高密度で粘着力の強いコーティン
グを製造する方法および装置に関し、とりわけ電気の絶
縁体に有用な酸化アルミニウムのコーティングに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】溶射、これは火炎溶射ともいい、金属や
セラミックなどの加熱可融材質を溶解すること、あるい
は少なくとも加熱軟化すること、およびコーティングさ
れる表面に対して粒子としての軟化物質を推進させるこ
とを含む。加熱粒子が急冷され、付着した表面にさらに
加熱粒子が衝突していく。粒子を加熱推進する目的に使
用される溶射ガンが、米国特許３、１１１、２６７号
（シェパード；Shepardら）に開示されている。このよ
うなタイプの溶射ガンにおいては、金属のような加熱溶
融材質や酸化物が粉末状態でガンに供給される。このよ
うな粉末では、U.Sスタンダードのスクリーンサイズで
１００メッシュ（１４９microns）から、およそ２micro
nsの間の小径粒子が、典型的である。粉末溶射を行うた
めの熱は、燃焼火炎やアーク生成プラズマ火炎から得る
のが一般的である。粉末を取り込み移動させるキャリア
ーガスは、燃焼ガスの一種類でもよく、また窒素のよう
な不活性ガスでも、あるいは単なる圧縮空気でもよい。

【０００３】高速度溶射を行って、多種類の溶射材につ
いて高品質コーティングが製造されてきた。多くの面か
ら鑑みて、プラズマ溶射は高速度プロセスとして有用な
ものである。しかし、高速度のプラズマ流に対して横断
方向に粉末を供給するため、非均一加熱および／または
粒子の取り込み不足などのおそれがある。

【０００４】粉末溶射ガンのロッケトタイプのものが最
近実用的となってきており、その一例が米国特許４、４
１６、４２１号（ブローニング；Browning）に説明され
ている。このタイプのガンは、高圧燃焼流体が長ノズル
や開口チャネルを通るようになっている内部燃焼室を有
する。粉末はこのノズル室に供給され燃焼流体によって
加熱推進される。

【０００５】高速度で溶射するための短ノズル溶射装置
が、米国特許４、８６５、２５２号（ロトリコ；Rotoli
coら）に開示されている。この装置では、燃焼ガスが環
状に流れ、その流れの内部に収まるように、粉末が燃焼
室に同軸的に供給される。また空気も環状に流れるが、
この流れは燃焼室の壁面に沿うように燃焼ガスの環状の
流れの外側に同軸的に噴射される。そして加熱された粉
末を伴う溶射流れが、燃焼室の開口端部から出るように
なっている。

【０００６】ロトリコ；Rotolico特許の装置において
は、さらに圧縮空気の環状の内部の流れが、可燃混合物
と軸方向の粉末／キャリヤーガスの間で、ノズルから同
軸的に燃焼室に噴射される。Rotolico特許に基づく装置
では、軸方向の粉末の供給と環状の内部の流れがあるの
で、ガスキャップの内部に積層する物質が最小となって
高品質の金属コーティングやカーバイドコーティングを
製造するのに、極めて有用である。

【０００７】高速度酸素燃料；high velocity oxygen-f
uel（HVOF）溶射は、酸素含有量が低い金属やカーバイ
ドの高密度コーティングを行うにはとりわけ有利であ
る。このHVOFについてセラミック溶射に用いたものが、
いくつか開示されているが（例えば、前述の米国特許
４、４１６、４２１号）、実際の高速度燃焼プロセスで
は、耐火性酸素セラミック粉末粒子については十分に溶
融されることあるいは加熱軟化されることが必要である
のに、加熱が満足に行えなかった。その結果付着効率が
低くなり、従来の溶射プロセスに比べてもコーティング
品質があまり改善できなかった。

【０００８】酸化アルミニウム（アルミナ）は、例えば
電気的絶縁性のコーティング層を製造するような溶射プ
ロセスに有用な耐火性の酸化物として、典型的なもので
ある。低速度燃焼溶射で十分な実際のプロセスも多少あ
るものの、この酸化物を用いたプラズマ溶射も酸化アル
ミニウムの高品質コーティングのために行われている。
しかしこの場合、基板上の溶射粒子の急速冷却のため
に、アルミナのアルファ相が低下し準安定ガンマー相が
大部分を占める状態、例えば８０から８５％のガンマー
になり、このようなコーティングでは絶縁耐力は１２か
ら２０volts/micronの範囲となってしまう。そこで安定
アルファー相がより高いコーティング、つまり絶縁耐
力がより高いコーティングが望まれる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題および解決手段】本発明
の目的は、酸化セラミック粉末を溶射し、高密度で粘着
力の強いセラミックコーティングを製造するための改良
された溶射ガンを提供することである。さらに別の目的
は、改良された高速度酸素燃料溶射ガンを提供すること
である。また別の目的は、高密度で粘着力の強い酸化セ
ラミックコーティング、特に酸化アルミニウムコーティ
ングを製造する改良された方法を提供することである。
さらにまた別の目的は、高密度で粘着力の強い酸化セラ
ミックコーティング、特にアルファー相の増大した酸化
アルミニウムコーティングを施された金属基板を含む新
規な部品を提供することである。さらに加えて、絶縁破
壊強さの高い酸化アルミニウムコーティングを提供する
ことも、目的となる。他の目的は以下に続く説明から明
らかとなろう。

【００１０】以上および他の目的の少なくとも一部は、
ノズル部材を含む溶射ガンによって達成される。このノ
ズル部材はキャリヤーガス中の加熱易溶酸化セラミック
の粉末流を移動させるために用いられる軸導管を備え、
この軸導管はノズルフェースで終わって半径方向に分岐
された複数のオリフィスとなるように構成されている。
ガスキャップがノズル部材から延長し、一方の端部が開
口し反対側の端部がノズルフェースによって固定された
燃焼室を成し、この燃焼室は分岐されたオリフィスから
粉末流を受け入れるように構成されている。可燃混合物
の環状流れをノズル部材から、分岐されたオリフィスか
ら出た粉末流に対して近接しかつ半径方向で外側に、同
軸的に燃焼室に噴射する。このようにして、可燃混合物
の燃焼により、粉末流が可燃混合物に直接混入できるよ
うになる。圧縮されたガスは、ガスキャップ壁面に近接
して、可燃混合物の環状流れの半径方向の外側に噴出す
る。それによって、セラミックを含有する溶射流は開口
端部を通って推進される。

【００１１】本発明の目的はまた、本発明の溶射ガンを
使用する方法によっても達成される。

【００１２】この溶射ガンは、ノズルフェースで終わっ
て半径方向に分岐された複数のオリフィスとなるように
構成されている軸導管を備えたノズル部材、および、一
方の端部が開口し反対側の端部が前記ノズルフェースに
よって固定された燃焼室を構成するノズル部材から延長
したガスキャップを含む。この方法によれば、第一に燃
焼ガスと酸素の可燃混合物の環状流れを、ノズル部材か
ら、同軸的に燃焼室に噴射させ、可燃混合物を燃焼室で
燃焼させる。キャリヤーガス中の加熱易溶酸化セラミッ
クの粉末流を、軸導管と分岐されたオリフィスを通っ
て、粉末流を燃焼混合物に直接混入できるように可燃混
合物の環状流れに対して近接し半径方向の内側で、燃焼
室に移動させる。圧縮された非燃焼ガスの環状外側流れ
を、円筒壁面付近に可燃混合物の環状流れに対して半径
方向で外側に噴出させ、それによって酸化セラミックを
含有する溶射流が開口端部を通って推進する。溶射流は
基板に向かい、高密度で粘着力の強い酸化セラミックコ
ーティングを製造する。溶射流が音速あるいは超音速と
なるように、燃焼室内の圧力を気圧より少なくとも２バ
ール高くして可燃混合物の環状流れを噴出させると好ま
しい。

【００１３】好適な酸化セラミックとしては、耐火性の
酸化物、最も好ましいのは酸化アルミニウムである。し
たがって、高密度で粘着力の強い酸化セラミックを前述
の方法でコーティングした金属基板を含む部品を製造す
ることもできる。この酸化アルミニウムコーティングは
少なくとも２５％のアルファー相を含み、少なくとも２
５volts/micronの絶縁破壊強さを特性として示す。

【００１４】

【実施例】本発明を実施するための装置の一例が図１に
描かれている。溶射ガン１０は、ガスキャップ１４とし
ての管部材を上に取付けたガスヘッド１２、燃料、酸
素、および空気をガスヘッドに供給するためのバルブ部
分１６、およびハンドル１７を有する。バルブ部分１６
は、燃料ガスのためのホース取付け部１８、酸素のため
のホース取付け部１９、および空気のためのホース取付
け部２０を有する。この三つの取付け部は燃料源２１、
酸素源２２、および空気源２４にそれぞれ接続されてい
る。円筒バルブ２６内の各オリフィス２５はそれぞれの
ガスを、取付け部からガンに制御する。バルブとその関
連構成物には、一組のバルブレバー２７と、各ガス流れ
部分のためのプランジャー２８、ばね２９、およびオー
リング３０を含むシーリング手段が、含まれる。

【００１５】円筒状のサイフォンプラグ３１がガスヘッ
ド１２の対応する中空部に取付けられ、そこに取付けら
れた複数のオーリング３２が気密性を維持する。このサ
イフォンプラグには中央通路３４を有する管３３が備え
られている。サイフォンプラグはさらに、その内部に環
状溝３５ともうひとつの環状溝３６を、複数の内部接続
通路３８（図示したのは２本）と共に有している。図１
に示されたように円筒バルブ２６が開位置にあるとき
は、酸素はホース４０によってそのホース取付け部１９
および円筒バルブ２６を介して通路４２を通って、そこ
から環状溝３５および内部接続通路３８に流れる。同様
の構成で、燃料ガスは、燃料源２１とホース４６からそ
のホース取付け部１８、円筒バルブ２６、および通路４
８を介して溝３６に流れ、酸素と混合され、可燃混合物
として通路３８と一直線状につながる通路５０を介して
環状溝５２に流れる。環状溝５２により、この可燃混合
物は、ノズル部材５４の後方に複数のアーチ状に配列さ
れた通路５３に供給される。

【００１６】詳細を示すために図２を参照すると、ノズ
ル部材５４は、管の内側部分５５と管の外側部分５６
で、うまく構成されている。（この説明および請求項の
なかで用いられている「内側」とは軸に近い方を指し、
「外側」とは軸から遠い方を指している。また、「前
方」あるいは「前方に向かって」というのはガンの開口
端部に向かって近づく方を指し、「後方」あるいは「後
方に向かって」というのはその逆の方を指す。）外側部
分５６は外側の環状オリフィス手段を構成し、このオリ
フィス手段によって可燃燃焼混合物の環状流れは燃焼室
に噴射される。オリフィス手段が前方に環状開口部５７
を備え、その半径方向に内向いた側面に内側部分の外側
壁面５８が結合している状態であると好ましい。通路５
３から環状開口部に導かれるオリフィスシステムとして
は、アーチ状に離れて配置された複数のオリフィスで
も、環状オリフィス５９でもよい。

【００１７】並んだ環状溝５２から流れる可燃混合物
は、こうして一つのオリフィス（あるいは複数のオリフ
ィスあるいは一つの環）５９を通って環状流れを生成
し、環状開口部５７で点火する。ノズルナット６０はガ
スヘッド１２上で、バーナーノズル５４とサイフォンプ
ラグ３１を支えている。さらに、２箇所でオーリング６
１がノズル５４とサイフォンプラグ３１の間に従来通り
に据え付けられ、気密性をもたらしている。バーナーノ
ズル５４はガスキャップ１４まで延長し、ガスキャップ
１４自体はねじ式のリテーナリング６４によって正しい
位置に支持されさらにこのノズルより前方へ延びてい
る。

【００１８】ノズル部材５４はまた、キャリヤーガス中
の粉末用に、管３３より前方に延びる軸導管６２を備え
ている。この軸導管は図３にも示されているようにノズ
ルフェースのところが端部となって、それから半径方向
に分岐された複数のオリフィス６５になる。この態様で
は、四つの（図２ではその内の二つが図示されている）
分岐されたオリフィスを使用している。オリフィスの数
は厳密に決められていないが、２から８個で十分であ
る。オリフィスは、軸６３に対して１０から３０度、例
えば２３度の角度をもってアーチ型に配列されていると
好ましい。可燃混合物が分岐されたオリフィスからでた
粉末流に近接し、分岐された粉末流が可燃混合物に直接
混入できるようにするために、可燃混合物用の外側の環
状オリフィス５９あるいはリング状になった複数のオリ
フィスは、分岐されたオリフィスに近接していなければ
ならない。

【００１９】斜め方向の通路（図示せず）が管３３から
粉末用接続部７５まで後方に延びている。したがって、
キャリヤーホース６６および中央孔（軸導管）６２は粉
末供給器６７からの粉末を受け入れられるようになって
いる。この粉末は、供給ホース６６によって、圧縮ガス
源６８からの圧縮空気のようなキャリヤーガス内に取り
込まれている。粉末供給器６７は、キャリヤーガスを十
分な高圧で配分でき、ガン１０内の燃焼室８２に提供で
きるものであれば、従来のタイプあるいは適切なタイプ
のものでよい。

【００２０】空気または他の非燃焼ガスは、空気源２４
とホース６９からそのホース取付け部２０、円筒バルブ
２６、および通路７０を通って、リテーナリング６４の
内部のスペース７１まで流れる。ノズルナット６０の横
断方向の開口部７２は、ガスキャップ１４内の円筒状燃
焼室８２によって、スペース７１と連通しており、空気
が外側鞘として横断方向の開口部７２を介してスペース
７１から流れるようになっている。空気はさらにノズル
５４の外側表面と円筒壁面８６との間の環状スロット８
４を通る。円筒壁面８６は内向きに面して燃焼室８２を
成し、またスロット８４を前方に進むと燃焼室に出る。
この流れはさらに内側流れと混合する環状外側流れとし
て、燃焼室８２を通って、ガスキャップ１４内の開口端
部８８のところで開口チャネルからでる。燃焼室８２は
その反対側の後方端部でノズル５４のフェース８９に固
定されている。

【００２１】燃焼室の円筒壁面８６の少なくとも外側端
部が軸に対してある角度をもってノズルから前方に先細
る方向に傾いていると好ましく、その角度が２度から１
０度の間、例えば５度であるのが最も好ましい。スロッ
ト８４のところでも、燃焼室の円筒壁面８６が軸に対し
てある角度をもってノズルから前方に先細る方向に傾い
ていると好ましく、その角度が１２度から１６度の間、
例えば１４．５度であるのが最も好ましい。さらにスロ
ット８４は、環状の空気流れが適切にできるように、例
えば燃焼室の奥行き１０２と同等ぐらいの十分な距離、
少なくともこの奥行き１０２の半分以上の距離をもって
いなければならない。

【００２２】また、円筒バルブ２６で点火位置に通気孔
が配列されていて、さらに円筒バルブ２６に空気孔９０
があるので、点火のために空気を流すことができるよう
になっている。また、逆火を起こさずにこのような点火
を可能とするためには、前述の角度や距離が重要な要素
となる。（空気孔９０と同様に、円筒バルブ２６の酸素
や燃料の点火用に通気孔があるが、図示されていな
い。）ガスヘッド１２において、中央孔（軸導管）６２の直径
を２．０mmにした場合、ガスキャップの開口端部８８の
ノズルのフェースからの距離（奥行き１０２）は０．９
５cmとなる。つまり粉末の取り込みも行う燃焼室８２は
比較的短く、一般的に開口端部８８の直径の１から２倍
の長さである。

【００２３】ガスのそれぞれの円筒燃焼室への供給は、
例えば大気圧より少なくとも２bar（３０psi）高い、十
分な高圧で行われるべきである。スパーク装置のような
もので、従来通りに点火され、燃焼ガスと空気の混合物
が、粉末を取り込んだ音速の（チョークの）あるいは超
音速の流れとして、開口端部から出るようになる。燃焼
熱は粉末材に対して、加熱溶融あるいは少なくとも加熱
軟化を行い、基板上にコーティングを付着させる。また
この際、衝撃波光輝が観察される。この流れは膨張下に
あるので、ノズル出口を膨張タイプのものにしなくて
も、超音速の流れは得られる。

【００２４】燃焼ガスは、プロパンあるいは水素などで
よいが、プロピレンガス、あるいはメチルアセチレン−
プロパジエン（MPS）が好ましい。これらの好ましいガ
スを用いると、逆火をおこすこともなく、かなり高速の
溶射流および優れたコーティングが達成できる。例え
ば、およそ７kg/cm²ゲージ圧（大気圧をゼロとしてその
差で表した圧力）でプロピレンあるいはMPS、１０kg/cm
２で酸素、および５．６kg/cm²で空気をガンに導入する
と、粉末流のない状態で、少なくとも８つの衝撃波光輝
が溶射流のなかに容易に観察できた。

【００２５】本発明は、一般的に粒度分布が１から３０
micronsの加熱可融酸化セラミック粉末を用いて行うの
が好ましく、粒度分布が５から２０micronsであると一
層有利である。適切な溶射酸化物としては、酸化アルミ
ニウム、二酸化チタニウム、そしてアルミナ−チタニア
の合成物がある。

【００２６】高純度酸化アルミニウム（Al２O３）を用
いるととりわけ好ましい。この溶射物のコーティングは
ラインインターセプト法で測定して０．２５％以下の空
隙率（porosity）となり、従来のコーティングと比較す
ると１５％以下だったアルファー相だが、このコーティ
ングでは少なくとも２５％になる。さらにまた、このよ
うなコーティングは絶縁破壊強さが少なくとも２８volt
s/micronになる。絶縁破壊強さがこれより低いと、この
高純度酸化アルミニウムの場合ばかりでなく他の酸化物
においてもそのコーティングは、HVOFコーティングの典
型的な断面構造である積層されたレンズ形粒体、つまり
高速度で溶融、溶射され平面化した粉末粒子になってし
まう。

【００２７】具体的な態様を以下に述べる。

【００２８】２．５から３．２kg/cm²（３５から４５ps
ig）の気圧で１７７から５９０グリットのアルミナを用
いたライトグリットブラストによって、平面的な銅基板
が製造された。粒度分布が２０から５micronsの９９％
の高純度酸化アルミニウム粉末を、図１から３を参考に
した上記の好適な装置で、溶射した。９．４kg/cm²（１
３５psig）で３００l/min（６３３scfh）の酸素、４．
５kg/cm²（６５psig）で９７l/min（２０６scfh）の燃
焼ガス、そして５．２kg/cm²（７５psig）で３２８l/mi
n（６９４scfh）の空気をそれぞれ供給した。高圧の粉
末供給器は、本発明の譲受人の米国特許４、９００、１
９９号に開示され、パーキンエルマー；Perkin-Elmer社
によってメテュコ（Metco、商標名）型DJB（商標名）粉
末供給器として市販されているものが使用された。この
供給器により、８．８kg/cm²（１２５psig）で１２l/mi
n（２５scfh）の窒素キャリヤーで、粉末を２３gm/min
（３lbs/hr）供給した。溶射距離は１３cmで移動速度は
４．５m/minであった。生じたコーティングは従来通り
に微粒化され２５０から３００micronsの厚さになっ
た。

【００２９】エックス線で分析したところ、２０％のア
ルファー相と８０％のガンマー相を含む従来のプラズマ
溶射コーティングと比較して、本発明のコーティングは
３５％のアルファー相、５５％のエタ相、および７．４
％のベータ相を含んでいた。

【００３０】絶縁性破壊強さを従来の単純な方法で測定
した。この従来方法とは、電極をコーティング表面に接
触させプローブと基板の間に電圧をかけるものである。
破壊がおきるまで電圧を加えて増大させていった。これ
は表面上の５箇所で繰り返された。破壊強さはコーティ
ング厚みに対して、典型的な破壊強さである１２から２
０volts/micronと比較して、３０から４０volts/micron
の範囲内になった。

【００３１】特定の態様を参照しながら本発明を詳しく
述べてきたが、当業者が、本発明の精神の範囲内および
添付した請求項の範囲内に収まる種々の変更修正を行え
ることは明らかであろう。つまり、本発明は添付された
請求項およびそれらと内容的に同一のものによって限定
されるだけであって、特定の態様に限定されるものでは
ない。

【００３２】

【発明の効果】粉末流の取り込み不足のおそれもなく、
均一で十分な加熱が行えるので、高密度で粘着力の強い
セラミックコーティングが効率よくできる。

【００３３】高速度酸素燃料；high velocity oxygen-f
uel（HVOF）溶射プロセスにおいて、粉末粒子の加熱が
十分に行えるため、付着効率が高くなり、従来のプロセ
スに比べてコーティング品質が改善できた。

【００３４】酸化アルミニウム（アルミナ）を用いたプ
ラズマ溶射の場合も含めて、製造されたコーティングに
おいて、アルファ相の割合が高く、高い絶縁破壊強さが
得られる。

【００３５】燃焼室の構造を工夫して逆火の起こらない
溶射を可能とした。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の溶射ガンの縦断面図。

【図２】図１の前方端部の拡大図。

【図３】図２の線３−３についての断面図。

【符号の説明】

１０溶射ガン、１２ガスヘッド、１４ガスキ
ャップ、１６バルブ部分、１７ハンドル、１
８、１９、２０ホース取付け部、２１燃料源、
２２酸素源、２４空気源、２５オリフィス、
２６円筒バルブ、２７バルブレバー、２８
プランジャー、２９ばね、３０オーリング、３
１サイフォンプラグ、３２オーリング、３３
管、３４中央通路、３５、３６環状溝、３８
内部接続通路、４０ホース、４２通路、４６
ホース、４８通路、５０通路、５２環状
溝、５３通路、５４ノズル部材、５５管の
内側部分、５６管の外側部分、５７環状開口
部、５８外側壁面、５９環状オリフィス、６
０ノズルナット、６１オーリング、６２軸導
管（中央孔）、６３軸、６４リテーナリング、
６５分岐されたオリフィス、６６供給ホース、６
７粉末供給器、６８圧縮ガス源、６９ホー
ス、７０通路、７１スペース、７２横断方
向の開口部、７５粉末用接続部、８２燃焼室、
８４環状スロット、８６燃焼室円筒壁面、８
８開口端部、８９ノズルフェース、９０空気
孔、１０２燃焼室奥行き

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化セラミック粉末を溶射して、高密度
で粘着力の強いセラミックコーティングを製造するため
の溶射ガンにおいて：ノズルフェースと軸導管を備え
て、この軸導管がノズルフェースで終わって半径方向に
分岐された複数のオリフィスとなるように構成されてい
る、キャリヤーガス中の加熱易溶粉末の粉末流を移動さ
せるために用いられるノズル部材；円筒壁面を有し、こ
の円筒壁面が内向きに面して構成する燃焼室の一方の端
部が開口し反対側の端部が前記ノズルフェースによって
固定され、燃焼室が前記分岐されたオリフィスから粉末
流を受け入れるように構成されている、前記ノズル部材
から延長するガスキャップ；燃焼ガスと酸素の可燃混合
物の環状流れを、前記ノズル部材から、前記分岐された
オリフィスから出た粉末流に対して近接しかつ半径方向
で外側に、同軸的に燃焼室に噴射させ、可燃混合物の燃
焼によって、粉末流が可燃混合物に直接混入できるよう
に構成されている、可燃ガス噴射手段；および圧縮され
た非燃焼ガスの環状外側流れを、円筒壁面付近に前記可
燃混合物の流れに対して半径方向で外側に噴射させ、そ
れによってセラミックを含有する溶射流が前記開口端部
を通って推進されるように構成されている、外側ガス噴
射手段を含むことを特徴とする溶射ガン。
【請求項２】前記分岐されたオリフィスが軸に対して
１０度から３０度の角度で分岐している請求項１記載の
溶射ガン。
【請求項３】前記半径方向に分岐された複数のオリフ
ィスが２から８個である請求項１記載の溶射ガン。
【請求項４】前記可燃ガス噴射手段が、可燃混合物の
環状流れを噴射させるときに、燃焼室内の圧力を気圧よ
り少なくとも２バール高くして溶射流が音速あるいは超
音速となるように構成された請求項１記載の溶射ガン。
【請求項５】燃焼室が前方に先細る形の請求項１記載
の溶射ガン。
【請求項６】前記可燃ガス噴射手段が、可燃混合物の
環状流れをノズルフェースの円周位置から燃焼室に噴射
させ、ノズルフェースの円周が前記燃焼室開口端部と実
質的に同一の直径を有するように配置構成されている請
求項５記載の溶射ガン。
【請求項７】前記燃焼室開口端部が、ノズルフェース
から軸上でその円周の直径の実質的に１から２倍の最短
距離分だけ離れて配置される請求項６記載の溶射ガン。
【請求項８】高密度で粘着力の強いコーティングを、
ノズルフェースとノズルフェースで終わって半径方向に
分岐された複数のオリフィスとなるように構成されてい
る軸導管を備えたノズル部材、および、一方の端部が開
口し反対側の端部が前記ノズルフェースによって固定さ
れた燃焼室を内向きに面して構成する円筒壁面を有し、
前記ノズル部材から延長したガスキャップを含む溶射ガ
ンを用いて、製造する方法において、第一に、燃焼ガス
と酸素の可燃混合物の環状流れを前記ノズル部材から、
同軸的に前記燃焼室に噴射させ、可燃混合物を燃焼室で
燃焼させ、キャリヤーガス中の加熱可溶酸化セラミック
の粉末流を、軸導管と分岐されたオリフィスを通って、
粉末流を燃焼混合物に直接混入できるように可燃混合物
の環状流れに対して近接し半径方向の内側で、燃焼室に
移動させ、第二に、圧縮された非燃焼ガスの環状外側流
れを、円筒壁面付近に前記可燃混合物の流れに対して半
径方向で外側に噴射させ、それによって酸化セラミック
を含有する溶射流が前記開口端部を通って推進されるよ
うになり、そして、前記溶射流を基板に向けて高密度で
粘着力の強い酸化セラミックコーティングを製造するこ
とからなる高密度で粘着力の強いコーティング製造方
法。
【請求項９】前記分岐されたオリフィスが軸に対して
１０度から３０度の角度で分岐している請求項８記載の
方法。
【請求項１０】前記半径方向に分岐された複数のオリ
フィスが２から８個である請求項８記載の方法。
【請求項１１】前記第一の噴射工程が、可燃混合物の
環状流れを、前記燃焼室開口端部と実質的に同一の直径
を有するノズルフェースの円周位置から、燃焼室に噴射
させることを含む請求項８記載の方法。
【請求項１２】前記燃焼室開口端部が、ノズルフェー
スから軸上でその円周の直径の実質的に１から２倍の最
短距離分だけ離れて配置される請求項１１記載の方法。
【請求項１３】前記第一の噴射工程が、燃焼室内の圧
力を気圧より少なくとも２バール高くして可燃混合物の
環状流れを噴射させ、溶射流が音速あるいは超音速とな
るようにしたことを含む請求項８記載の方法。
【請求項１４】前記酸化セラミックが酸化アルミニウ
ムを優位に含んでいる請求項１３記載の方法。
【請求項１５】前記酸化セラミックが高純度酸化アル
ミニウムを構成する請求項１４記載の方法。
【請求項１６】前記酸化アルミニウムがおよそ１から
３０ミクロンの粒径を有する粉末粒子の形で用いられて
いる請求項１５記載の方法。
【請求項１７】ノズルフェースとノズルフェースで終
わって半径方向に分岐された複数のオリフィスとなるよ
うに構成されている軸導管を備えたノズル部材、およ
び、一方の端部が開口し反対側の端部が前記ノズルフェ
ースによって固定された燃焼室を内向きに面して構成す
る円筒壁面を有し、前記ノズル部材から延長したガスキ
ャップを含む溶射ガンを用いて、第一に、燃焼ガスと酸
素の可燃混合物の環状流れを前記ノズル部材から、同軸
的に前記燃焼室に噴射させ、可燃混合物を燃焼室で燃焼
させ、キャリヤーガス中の加熱可溶酸化セラミックの粉
末流を、軸導管と分岐されたオリフィスを通って、粉末
流を燃焼混合物に直接混入できるように可燃混合物の環
状流れに対して近接し半径方向の内側で、燃焼室に移動
させ、第二に、圧縮された非燃焼ガスの環状外側流れ
を、円筒壁面付近に前記可燃混合物の流れに対して半径
方向で外側に噴射させ、それによって酸化セラミックを
含有する溶射流が前記開口端部を通って推進されるよう
になり、そして、前記溶射流を基板に向けて高密度で粘
着力の強い酸化セラミックコーティングを製造すること
からなるコーティング製造方法によって製造された高密
度で粘着力の強いコーティングを施された金属基板を含
む部品。
【請求項１８】前記コーティングが積層されたレンズ
形粒子の断面構造に特性を示す請求項１７記載の部品。
【請求項１９】前記酸化セラミックが酸化アルミニウ
ムを優位に含んでいる請求項１８記載の部品。
【請求項２０】前記酸化セラミックが高純度酸化アル
ミニウムを構成する請求項１９記載の部品。
【請求項２１】前記酸化アルミニウムが少なくとも３
０％のアルファー相を含んでいる請求項２０記載の部
品。
【請求項２２】前記コーティングが少なくとも２５vo
lts/micronの絶縁破壊強さに特性を示す請求項２１記載
の部品。
【請求項２３】高密度で粘着力の強い酸化アルミニウ
ムコーティングを施された金属基板を含む部品におい
て、酸化アルミニウムが少なくとも２５％のアルファー
相を含むこと、および、コーティングが積層されたレン
ズ形粒子の断面構造に特性を示すことを特徴とする部
品。
【請求項２４】コーティングが少なくとも２５volts/
micronの絶縁破壊強さに特性を示すことをさらに特徴と
する請求項２３記載の部品。