JPS602662A - セラミツクス被覆層の形成方法 - 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】 一形成する方法に関する。

−７，：１金楓の表面を耐熱性・耐火性の各種セラミツ
、Ｌ、スで貧村して成る耐熱部材は各九業分野で多用さ
れている。金属基材の表面にセラミックス被ｃ塘層な形
成するためには、従来から、溶射法。

焼き付は法、物理蒸着法、化学類にを法９表面酸化法な
どの方法が適用されているが、工業的で生産性の点から
して高融点材料の辱膜被々没には溶射法が一般的な方法
である。

この場合、基材金属とセラミックスとでは熱膨張係数が
約１桁異なるので、高温若しくは熱変動の激しい犯境下
にあっては、基材とセラミックス被棟層との接合界面で
は両者の熱膨張差に基づく熱応力が発生し、セラミック
ス林株層の亀裂若しくは基材からの剥離などの現象を生
起することがある。

上記した熱応力は、（ｔ）Ｗｔ　ｍ　１ｍの厚みが厚い
ほど大きくなる、■抜へ１台金体の表面積が広くなるに
つれて大きくなる、■暴利とセラミックスと７“− ；Ｉ果：も大きい、σ）そしてその熱膨張係数は基材金
、：蒐。

□・い１：る。

ト、ｙ、：、’このように、セラミックス神０の耐熱部
材に、・１′１ ′１．．’、ｌＪあっては、熱応力の性向とセラミック
ス校υ層の特徴とは全て相反していて、このことが耐熱
部材の製造にとって重大な問題であった。とくに、セラ
ミックス被覆層の熱疲グ１４￥性は熱応力に大きく依存
しているため、耐熱部材の使用寿命そのものを左右する
ものであった。すなわちセラミックス彷Ｗ　Ｗｒｉ内に
熱応力によって発生した亀裂、剥離などが当初は極めて
做細旬域での現象であったとしても、これら亀裂、剥離
現象は短時間のうちに全被口層に伝播し、結局は被覆層
を崩壊させてしまうことがある。

このようなことから、従来は、基材とセラミックス被枠
層との間に＃膨張係数が両者の中間の値を有する材料の
層を介在させ、いわば熱応力のＬｋ　ｋ　ＩＢを形成す
る方法、又は、セラミック労特性の向上には限界があっ
た。

したがって、被ａＦ？；ｉの厚みが厚く、全体として広
い杉梼面積を有し、ＦＡ疲労特性に優れ使用寿命の長い
セラミックス林覆耐熱部材の製造方法は強く望まれてい
る。

〔発明の目的〕

本発明は、上記した問題点を解消し、セラミックスｖ１
８層の果す機能を減殺することなく該層が厚く全体とし
て面積大でかつ熱疲労特性に優れたセラミックス被覆層
の形成方法の提供を目的とする。

〔発明の概要〕

本発明者らは、以下の諸点に着目して本発明の方法を開
発するに到った。まず、第１はセラミックス被覆層の崩
壊の原因である熱応力は、該層の面内方向に発生する熱
歪みに起因して面内方向に伝播することである。このこ
とから、被覆層の面積を小さくすればその面積の被接１
−内の熱応力は全体として小さくなるはずである。

ｆＡ２は、溶射法で形成されたセラミックス被り層は一
般に無気孔の層ではなくて連続した開気孔を多数分布す
る層であって、そのため、層内のこれら気孔が熱歪みを
緩和して層内の熱応力°ａｉ生を抑制すると同時に万が
一亀裂等が層内Ｋｉ生してもそれが層全体に伝播してい
くことを姑制するということである。

以上２つの着目点から、本発ゆ１者らは、セラミックス
被梳Ｒツ内に上記した開気孔のｅ＞　’Ｏｔを果し得る
空間部分を意識的に形成して被覆層の全体面積を核空間
部分で分割して小区画化すれば、熱疲労特性に優れた被
核層を形成し得るとの着想を得、鋭章研究を重ねた結果
、本発明方法を完成するに到った。

すなわち、本発明は、金属基材の表面に、所定の平面形
状を有する開口部が複数個配列するマスク手段を介して
、セラミックスを溶射することを４！［とするセラミッ
クス被核層の形成方法である。

本発明において、基材としては、耐熱部材の基材となり
得る金属であってその表面にセラミックス層をＶＢ着し
て形成１−得る金属であればその種類は問わない。また
、被覆層形成に用いるセラミックスについても同様であ
る。

本発明方法の最大の特徴は、セラミックスを溶射する際
に基材と溶射ガンの間に後述するようなマスク手段を介
在させるところにある。

本発明にかかるマスク手段は、所定の開口形状を有する
開口部が複数個配列しているものである。例えば、所定
線径の耐熱ワイヤを編み合７゛ せたメツシュ、ある幅を有する耐熱板材を交互に組合せ
た格子、ある面積の耐熱板材から所定形状の部分を規則
的に打ち抜いたもの、などをあげることができる。この
場合、間口部の形状は三角形、四角形−五角形−・１円
形など任意の形状であってよく、また、その個々の大き
さは格別限定されるものではない。しかし、開口部の配
列は規則的配列であることが好ましい。

本発明にあっては、上記したマスク手段を基材と溶射ガ
ンの間に介在させてセラミックスを溶射する。

ガンから射出された溶融若しくは半沁射状態のセラミッ
クス粒子は基材表面に突進する。そのとき、マスク手段
にまで到達したセラミックス粒子のうち、開口部を通過
するものはそのまま基材表面にまで到りそこで検相ｈ３
を形成する。

一方、マスク手段の開口部相互の間に到達した：、：、
’）、クス被龜層が相互に独立して複数個形成されこの
とき、マスク手段の開口部相互の部分、いわばマスク手
段の骨格部分が投影された位置にはセラミックスの被覆
層が形成されないので一１ｍの分＃帯が全体のセラミッ
クス彼校層の中に生ずることＫなる。

このようにして、本発明方法では、相互に独立し、分離
帯を介してＶｈ接する小さなセラミックス被覆層が無数
に配列した状態の被覆層を基材表面に形成することがで
きる。このときの小被覆層の平面形状、分離帯の幅など
はマスク手段の開口部模様を適宜選定することＫより変
化させることがでざる。

本発明方法によって製造した耐熱部材が例えば高速流体
にさらされる場合には、被覆層の分離帯部分による該尚
速流体の流れ状態を乱さないために、該被枡層の最外表
面のみを融着させ連続面にすればよい。

（ｌＮ７３８ＬＣ）の板材の表面な粒径１ｍのアル：１
１ 一蛾流値７００Ａ、ｆｉ（王位３４Ｖの条件で’Ｎｉ−
１７Ｃｒ−６ＡＱ−０．６Ｙ合金粉末をプラズマ溶射し
た。この溶射層は結合層である。厚み１００μｍ０線径
１ｗφのＳＵＳ　３０４の線材を１５■間隔で綿み合せ
た網目マスクを、上記板材の溶射層から２闘離してセッ
トした。ここに、溶射距離１００ｔｑｎ、電流ｆ、ｑ　
８００　Ａ　＊電圧値３４Ｖ（７）条件でＺｒＯ，−ｓ
ｙ、ｏ、セラミックス粉末を厚み３００ｊ１ｍ−２８０
Ｇで６０分間冷却とい５熱疲労試験（大気中）を施こし
、柚覆層内での亀裂発生の有無を肉眼観察した。結果を
、亀裂発生までの熱サイクル回数としてｔｐ！１表に示
した。比較のためにマスクを用いないということを除い
ては同様・；−：実施例２ 、ｌ、（゛、板材の寸法が２０ｍ角厚み３ｍであったこ
と１、−２” マスク手段が線径０．５　ｔｕａφの５ＵＳ３０４線材
を７鶏間隔で編み合せたものであったこと、該マスク手
段を直接板材の溶射層の上に貨いたこと、を除いては実
施例１と同様にしてセラミックス被媛層を形成した。

得られた部材につき、その厚み方向の熱伝導率をレーザ
フラッシュ法で測定した。その結果を第２表に示した。

比較のため厚みが４５０μｍであることを除いては実施
例１に記した同じ比較例試料の結果も併記した。

第２表 転する上記マスクを２枚用いて行なったこと、を除いて
は実施例１と同様の糸外でセラミックス被覆層を形成し
た。

熱疲労特性試験の結果も笑施例１と同じであった。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように、本発明方法によれば、形
成された被校層は■従来のものに比べてその熱伝導率が
大きく変化することはなく、■ｐＡＲ労特性に優れてい
るものであり、得られた耐熱部材は、■したがって、セ
ラミックス被Ｙり層の厚みを厚くしたり全体面積を大き
くしても、該層内の亀裂若しくは基材からの弱齢などが
抑制され、■使用寿命が畏くなる、などの効果を奏する
ので、本発明方法の工業的価値は極めて大である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属基材の表面に、所定の開口形状を有する開口部が複
   数個配列するマスク手段を介して、セラミックスを溶射
   することを特徴とするセラミックス被機層の形成方法。