JPS6086261A - 金属粒滴による金属物品の被覆方法及び装置 - Google Patents

金属粒滴による金属物品の被覆方法及び装置

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JPS6086261A
JPS6086261A JP59190730A JP19073084A JPS6086261A JP S6086261 A JPS6086261 A JP S6086261A JP 59190730 A JP59190730 A JP 59190730A JP 19073084 A JP19073084 A JP 19073084A JP S6086261 A JPS6086261 A JP S6086261A
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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、基材またはコレクタ／ホルダ上に、コアンダ
効果によって造られた金属粒子を被覆し、固着し、かつ
鋳造する方法、及び前記方法を実施するのに用いる装置
に関する。
特定目的の金属材料の被覆が金属基材に付着されて所望
の表面特性をもつ一体構造体にする場合に、複合体がし
ばしば使用される。激しい摩耗を受ける使用目的に対す
る硬質被覆が、一般に用いられ、これはめつき以外の方
法では特別外表面を用いる必要がある。現在利用できる
技術によるときは極めて時間がかかりかつ高価である。
めっき以外の金属被覆方法は、熱噴射被覆、。
化学的蒸気溶着、真空＊覆、ス・ξツタ、イオンめっき
及びイオン移殖を含む。これらの方法は、Ａ、ｍｃｒｉ
ｃａｎ　５ｏｃｉｅｔｙ　ｆｏｒ　Ｍｅｔａ１発行のｒ
Ｍｅｔａｌｌ−ＴａｎｄｂｏｏｋＪ第９版、第５巻に記
載されている。
微小構造体の優れた性質と精細度をもつ超合金の製造は
種々の融解、粉末冶金及び溶着技術゛を用いて得られ、
これらの技術は、真空誘導融１１Ｉイ、真空電弧再融角
イ、粉末冶金、高温均衡プレス、押出し、鋳造及びＶＡ
ＤＥｒＬ　方法を含む。
これらの方法は一般に、それらの超合金上に力える厳密
な要求は、極めて高い純度と含有物の実質的な除去を必
要とするので、高価でありかつ複雑な作業を含む。多く
の、最も厳しい使用目的に対しては、現存の粉末冶金技
術によっては達成できないと考えられる。ＶＡＤ［Ｌ方
法のような最近の発達した技術では、半液状粒滴の固着
による粉末製造段階（固体温度以上でしかも液体温度以
下）が省略でき、これは２つの消耗電極から発生される
。この作業は、厳しい使用目的に対して要求される超合
金の製造を改善するものと考えられる。この方法は、本
質的に一層大きいエネルギ保存性をもち、かつ最終的に
含有物をもたない細粒超合金材料を製造できる。しかし
、この方法は、その実施において緩慢であり、最も特殊
な使用目的以外には用いられない。
ゆえに、硯在知られている方法よりも迅速かつ廉価な特
性をもつ被覆をつくる被覆方法と装置の必要がある。さ
らに、従来の方法によって生ずる不純性と弱さを有しな
いこれらの特殊の超合金の製造方法がめられている。ま
た、従来の方法よりも廉価でかつ迅速左方法、及びその
方法を実施する装置が要求されている。
本発明による金属被覆は、前記被覆をつくるためにコア
ンダ効果を用いて被合構造を形成するように造られ、付
着されかつ金属基材上固着されることが判明した。
本発明によれば、コアンダ表面に７０つて第一流体を流
動しかつ第一流体と交差する方向に第二流体に影響する
ように第一流体の流れとともにコアンダ表面に隣接して
第二流体を位置させ、第一流体と第二流体間のコアンダ
表面に隣接して溶融金属を流動させ、第−及び第二流体
が交差しかつ混合する位置に第−及び第二流体と溶融金
属を流動させ溶融金属流な金属粒滴に分解し、かつ金属
粒滴な基材上に溶着させて金属物品をつくることを特徴
とする金属物品の製造方法を提供する。
本発明において、この被覆は、基材上に高速度の溶融金
属または金属混合物の噴霧を溶着させることによって形
成して、それ自身で均質でかつ基材と一体如結合された
被覆材料を形成さぜる。極めて高速な被覆作用が噴霧溶
着装置としてコアンダ効果発生装置を用いることによっ
て可能である。この方法は、適切な融解方法と組み合わ
せて、金属粒子を基材上に固着して所望の表面品質をも
つ一体形成の構造をつくることもできる。この方法は、
種々のサイズの溶融金属粒滴を発生させる装置を用いて
、種々の気状雰囲気を導入させて発生された粒滴に特定
の性質を与える。この雰囲気は、また粒状または液状の
他の調整要素用の担体としても用いることができる。
そのうえ、本発明は、既知の従来方法よりも大いにすみ
やかに精細な粒子構造をもつ金属鋳物を造ることができ
る。本発明は、コアンダ効果の使用と組合わせて凝固形
態に鋳造できる金属物品を製造する。
焼入れによって個別の金属粒子を製造しかつ回収するた
めにコアンダ効果を利用することは、本出願者による米
国特許第４，３７４，７８９号に記述されているが、こ
の特許には、本明細書に述べた目的に対してはなんらの
記述も提案も示されていない。
コアンダ効果は、たとえ壁が噴流軸線から離れて彎曲し
ていても、噴口から到来する気体または液体が壁の輪郭
に接近して移動する傾向であると言うことができる。こ
れを行うことによって、負圧が発生しく飛行機の翼と類
似した現象により）、隣接する周囲流体を付随させる。
この付随現象は、境界層において激しい擾乱を生せしめ
る。もし第三流体がこの雰囲気内に導入されると、該流
体はこのシステムの一部となり、伺随現象のもつ力によ
って激しく取入れられる。もしこの導入された流体が溶
融金属流であれば、この流れは該膜表面からの排出され
た擾乱気体によって噴流内で分解される。
本発明はさらに、本発明の方法を実施する装置を含み、
該装置は、コアンダ効果を生せしめる装置と、コアンダ
効果内にイ眉随される溶融金属源を提供する装置と、金
属物品を形成させる金属粒滴な受ける装置を有すること
を特徴とする。
本装置は簡単かつ取扱し・容易である。
本装置に用いられるコアンダ効実装置の主要な要素は、
圧力を受けて流体（ガス）が押入される室と、所望の速
度で流体を流出させるため適切なサイズをもつスリット
と、主流体が接触して−に述の伺随現象を誘起させろス
リットに隣接するフォイル表面とを含む。
広範囲の方法成果が本発明による装置及び方法に利用で
きる多くの変数を用いることによって達成できる。
コアンダ効果発生装置によって造られた粒子は、溶融も
しくは凝固状態の単一の相をもち、あるいは柔らかい部
分凝固化された粒子を生ずる二相をもつことができる。
これらの粒子は基材・上または鋳型内に溶着されて鋳造
品を製造する。所望により、凝固粒子が造られるとき、
これらの粒子はさらにつき固めて形成される。
コアンダ効果発生装置の主要利点は、その本来からもつ
速度と、本装置が寸法的に拡大まだは延長するのが容易
なことである。これらの製品の製造速度は極めて高く、
それにより真空電弧再溶融法、粉末冶金法及び製造速度
及び製造経済性の両方のＶ　Ａ、　Ｄ　ＥＲ方法の従来
方法を上１わる性能を示す。これによりさらに、固形粒
子を製造する場合を除き、ｆＦ）５造品に施こす多くの
爾後の処理をなくすととができる。鋳造用として製造さ
れた粒子は、鋳造品の形態によって種種の装置を用いて
造ることができる。
さらに、製造された粒子は、装置め新規さ及び数多くの
製品を製造することによ勺、製造中に、これらの製品に
種々の品質と特性を付与することができる。
さらに、本発明は、単−相（溶融状態）、または好まし
くは適切丘幾何学形状の液体流からの二相（柔１１りζ
状態）かの高速度の溶融金属粒滴を発生し、次いで非金
属粒子による固形物の汚染を極めて少くした状態で、微
小＋７７１造の極めて細かい凝固物質を利るために種々
の形状に固める装置を含む。この方法は、溶融金属粒滴
を製造するためにコアンダ効果を適用することを実施す
るものである。もちろん、鋳造金属物体の形状は、粒滴
製造装置及び関連コレクク面の適切な配置、幾何学形状
及び形態の使用によって変更できる。ピレノｌ−ｉたは
インコントも、コアンダ効果発生装置から離反する方向
へ移動するコレクタを含む装着から製５１−することも
できる。
本発明の他の態様は、横方向に移動する表面と組合わさ
れた線形コアンダ効果発生装置から板状また（ｄコ帯状
のνＪ造材月を造ることである。
この装置は硬化表面をもつ合金を含む金属破壊方法に適
用できる。
籾種段階において回転と同時に進行される細長いパイプ
を噴霧してこのような細長い・ξイブを被覆するために
他の装置を用いることができる。壕だ、線形コアンダ効
果発生機を使用でき、または円形型、あるいは他の種々
の形状が使用できる。ある使用目的に対しては、この）
ξイブは沈積された金属粒子がパイプに接着するために
予熱される。このような使用例は硬い表面をもつロール
用として用いられる。・ξイブ及び他の４１１５成部品
の防食被覆も、例えば化学処理工業においてこの方法及
び装置を使用することによって適用できる。
本発明の他の重要な態様は、所望の金属粒子の被覆を造
り、これを金属基材に付着しかつ所望の金属粒子の被□
□□を金属基材と一体化してその接合部分において化合
物を形成することにある。このよう外構造を用いること
により、この被覆は、基材上への溶融金属スプレーの溶
着によって改善され、これによシ、それ自身均質でかつ
基材と一体的に固着した被覆された材料を形成させる。
このような装置及び方法を用いることにより、極めて高
い被覆速度を得ることが可能である。
他（７）　％　施例は、コレクタ面一にに所望の被覆及
び７寸たは溶着を得るために、−列のコアンダ効果発生
装置の組み合わせ装置コを提供する。種々の方向への吹
き付けによって、種々の形状をもつ装置がインゴットを
造ることができる。
図面を参照しつつ、以下に本発明を説明する。
第１図に示すコアンダ効果発生装置１［］にに、コアン
ダ効果を形成する彎曲表面ろ口を一方の側にもつハウシ
ング２２によって包囲された室１２を含む。この曲率は
個々の使用「１的に対する要求事項に適合するように設
則することができる。ノ゛ウジング２２（ｄ、開口４０
を有し、この開口を通って第一流体が所要圧力の下で導
入され、第一流体を開開表面に付着させるために、スリ
ット５０を通る適切な流速を達成する。外ｔｉＡｎ　ｖ
　ｒつて句りη式ｈスを凹焙疏伏寸たは第一流体は、境
界層において檄しい乱れを生ずる第一流体によって随伴
される。
第２図に示す随伴区域Ｐ内に導入された第三流体Ｍは、
システムの一部となシかつ随伴時の力によって檄しく引
き込才れる。この導入された第三流体が溶融金属流であ
るときは、薄膜面ろＤから排出されるスプレー内に分流
される。
このよう々金属流Ｍは、穴、スリットまたは他のオリフ
ィス形状部７０を通って随伴区域内に導入され、該オリ
フィス形状部７０はこの流れを溶融金属供給を絹、持す
る湯だまり８０から流出さぜる。
湯た寸り８０は、この使用目的に適合するように形状づ
けられ（沈澱形態に）かつ溶融材料を直線状、円形状ま
たは目的が必要とする任意の他の形態で、排出するよう
に設計される。流動金属流が細ければ細い程、得られる
粒滴スプレーは一層細かくかつ一貫性をもつことができ
る。ゆえに、溶融金属（は例えば種々の直径の穴及び溝
孔を通って流出される。
場だまυ８０に関しては、コアンダ効果発生装ｆｆｆ１
０は極めて広い範囲にわたる形態に設ｉ−１できる。そ
の形態としては、直線、円形、方形、不規則形、らせん
形あるいは使用目的を満足する任意の他の形態を用いる
と七ができる。
本装置１０の匈゛曲表面６ｏけ、装置の室１２の一８１
≦分として構成することができ、あるいはもし別のスプ
レー方向を用いるようにこの部分にイ」加重に融通性を
要求されれば室と別個に造ることもできる。フォイルの
姿勢を調節することに」＝す、スプレーの方向は溶着を
達成する方向及び直線下向き以外の種々の方向に変化さ
せることができる。
スリット５ｏのザイズは、成る状態に対して流出する第
一流体の随伴または速度及び流量への所望の効果を得る
ようにル１°ｉ整できる。彎曲表ｉ′ｉ？ｉ６０に対す
るスリン）・５ｏの位置は、所与の使用目的に対して要
求される第−流体速度及び随伴特性と適合するように用
いられる別の可変因子を提供する。この技術分野におけ
る熟練者は、特定の要求に対する可変因子を調節する方
法を知るであろう。
通常はガスを用いる第一流体は、特定の使用目的に対し
て要求された第一流体流量を達成する種々の圧力で、室
１２内に導入泡れる。
第一流体の温度は、本方法への冷却効果を遅延させたり
あるいは加速させるために、所要に応じて調節できる。
同様にして、供給溶融金属の温度は、粒子または粒滴の
冷却に必要な時間を延長しあるいは短縮して調節できる
。
」二連のように、本発明によるコアンダ効果を利用する
装置は、慣用の熱間スプレー方法をはるかに超えて潜在
的に高い溶着速度が得られるばかりで々く、セラミック
あるいは諸金属要素、化学化合物を添加することができ
、これらの添加物は熱力学的制限とは全く無関係である
。
これらの不活性捷たは化学的に活性粒子は凝固する瞬間
に合金に添加させる。成る場合には、例えば少量の化学
的活性ガスを凝固中の粒滴に添加することもできる。こ
の態様は熱安定性酸化物分散質を含む新規な耐クリープ
性アルミニウム合金をつくるのに特に好適である。さら
に、多量の炭化物、硼化物または珪化物は付加耐摩耗性
と改良された切削性能を得るために高速度鋼に會寸せる
こともできる。これらの酸化物、炭化物、硼化物あるい
は珪化物を、例えばアルミニウム、チタニウム、ジルコ
ニウム、鉄及びニッケル基合金のよう外鉄及び非鉄金属
の両方に添加することができる。
コアンダ効果を利用する溶着方法の融通性は広い種類の
合金設計と凝固機会をカえる。例えば、既述のように、
不活性寸た（ｄ化学的活性粒子は、スリットから流出す
るガス流に随伴させあるいは添加し、次いで過度の分散
や密集を伴わずに液体粒滴内に含１せることかできる。
多量の硬質炭化物、硼化物あるいは珪化物が、鉱業用ま
たは大型土木機械の被覆板の耐摩耗性と耐研摩性を向上
するために、高合金鋼に添加される。
このシステムの本来の速度は、所要の高粒滴衝撃速度と
極めて細かい粒滴への分解を行わせる。プラズマアーク
のようガ他の技術との組み合わせ使用によりとの方法を
促進できる。
本発明による鋳造及び被覆システム両方に対する方法と
装置は第６Ａ図及び第３Ｂ図に示すように、５つの基本
構成要素、すなわち室２００、炉３００、湯溜め４００
、コアング発生装置５０口及びコレクタ６００を含む。
室２００は、両方の実施例に要求されている。各室２０
０の実際の物理的配置は、コレクタ６００の運動方向の
相違のために変化１−る。もちろん、室２００の好適な
形態は、特定の使用目的及び開示された方法の使用によ
って定まり、かつ一つの特定の鋳造形式、まだはインゴ
ット製造用として設計されかつ製造された単一目的の室
から、種々の異なる使用目的に対して扱うことができる
汎用室に変更できる。
しかし、いずれの室に対しても基本的な要求事項が与え
られる。室２００は、すべての方法に必要であり、かつ
正確で精密な雰囲気制御ができなければならず、かつ鋳
造及び、／または被覆される種々の形態と適合するサイ
ズと形状をもたなければならない。
炉要素３００は、それに含捷れる金属材料、使用ガスの
型式、所要温度の程度、実施すべき雰囲気制御等によっ
て定まる。多種類の既知の融解技術が用いられ、かつ冶
金技術分野において既に知られているものと同じ炉が、
この作業を実施するのに本発明による炉構造に対して満
足に適合される。
第４図は、コレクタ／ホルダ装置を示し、その構造（ｄ
細長いバイブロ０１が適切々コアンダ効果発生装置によ
ってスプレー被覆される。このパイプは、不図示の装置
によって回転されかつ図の矢印で示すように、コアンダ
効果発生装置に対して横方向に移動される。
第５図は、別の形式のコレクタ／ホルダを示し、この装
置は不図示の装置によって矢印の方向に移動する平たん
で、直線移動する表面または基材６１０を含む。被覆ま
たは鋳造面６１１が、適切なコアンダ効果発生装置によ
って基材上に溶着される。
第６図は、概略的に、コアンダ効果発生装置によって鋳
造形式のインゴットまたはビレットを溶着する引込式ホ
ルダ／コレクタ６２０を示す。
この場合、コアンダ効果発生装置は本質的に円形である
。対象物は、スプレー粒子がその中に溶着する適切な鋳
型を提供することによって特定の形状に鋳造される。
上記の特定実施例から分かるように、コレクタ／ホルダ
の極めて多数の可能々組み合わせ及び変形が実施でき、
かつ上記の実施例は、必ずしも本発明を限定するもので
はなく、本発明により用いられる単なる実施例として図
示、説明されるものである。
通常、第−及び第二流体はガスである。上述のように、
種々の混合ガスが成る所望の効果を達成するのに用いら
れ、かつ、もちろん付加液体、気体または固体までも混
合気の組成を変えるためにこれらのガスに添加される。
既述の発明は、鉛、錫、鋳鉄及び不銹鋼（６００符号系
）のような種々の金属の粒子を形成するのに用いられた
。完全に一体形成の界面を得るために不銹鋼基材上に鋳
鉄を被覆するのに用い錫粉末が用いられた。
本発明のいくつかの使用例を以下に示す。これらの実例
は単なる例に過ぎず、本発明を境界づけて限定するもの
では々い。
例　Ｉ フォイル　０°姿勢 スリット　彎曲フォイル表面１０・回線がらろｏ０方向
スリット開口　０．０ろ１ＣＴｎ 材　料　錫 錫の温度　３４５°〇 一次流体　Ｎ２（室温） 室内圧力　３４５　Ｋｐ 二次流体　Ｎ２（室温） 溶融流オリフィス　内径０．３２ｃｒｒＬ例　■ ｌ】、用土）やり造溶着− フォイル　２０°姿勢 スリット　フォイル上のＯ軸線から３０’スリット開口
量　０．０２ｔｌＣＴＬ 材　別　鋳鉄被覆／不銹鋼基材 鉄の温度　１４５０℃ 一次及び二次流体Ｎ２（室温） 室内圧力　３４５Ｋｐ、３ろ°Ｃ 溶融流オリフィス内径０ｉ２Ｃｒｎ 上記実例の結果を要約すれば、本発明は、金属物品を造
るために基材上にコアンダ効果を利用して金属粒滴を溶
着する新規な方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
；窮１図は、本発明において用いられるコアンダ効果発
生装置の一実施例の斜１兄図、第２図は、第１図の線２
−２に沿ってとられた断面図、第３Ａ図及び第６Ｂ図は
、本発明において用いられる装置形態の概略線図で、第
３Ａ図は、引込み型ホルダ／コレクタ、及び第６Ｂ図は
、直線運動型ホルダ／コレクタを示し、第４，５及び６
図は、本発明によシ使用可能な種々のコレクタ／ホルダ
を示す。 １０　コアンダ効果発生装置 １２室 ２２・ハウジング ３０　フォイル表面 ４０　開口 ５０　スリシト ロ０　外室 ７０・オリアイス形状部 ８０　場だブリ ２００・室 ３ｏｏ・・炉 ４００　湯だまり ５００・・・コアンダ効果発生装置 ６００　コレクタ ６０１　・ノミイブ ６１０　基材 ６１１・・被覆または鋳造部 ６２０　ホルダ／コレクタ 特許出願人　テレダイン　インダストリーズ、インコー
ポレイテッド代理人　箔材　忠 ＦＩＧ　３４Ｆ／６３Ｂ Ｃ４

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 土　金属物品の製造方法において、コアンダ表面に沿っ
    て第一流体を流動させ、かつコアンダ表面に隣接して第
    一流体と交差する方向に第一流体の流量が第二流体に影
    響するように第二流体を位置させ、第一流体と第二流体
    間のコアンダ表面に隣接して溶融金属を流動させ、第一
    流体と第二流体が交差しかつ混合して溶融金属を金属粒
    滴に粉砕させ、基材上に金属粒滴を溶着させることを特
    徴とする金属物品の製造方法。 ２　金属粒滴を基材上に溶着して、被覆された物品を製
    造することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の金
    属物品の製造方法。 ３　金属粒滴を基材を構成するコレクタ上に溶着して鋳
    造形状物を造ることを特徴とする特許請求の範囲第１項
    記載の金属物品の製造方法。 ４　基材上に溶着された粒滴が液状であるとき部分的に
    凝固され、または凝固状態にあることを特徴とする特許
    請求の範囲第１項か１ら第６項までのいずれか１項記載
    の金属物品の製造方法。 ５、第一流体が不活性、または化学反応性をもちかつ粒
    子状物体を含み、及び第二流体が不活性または化学反応
    性をもちかつ粒子状物体を含むことを特徴とする特許請
    求の範囲第１から第４項捷でのいずれか１項記載の金属
    物品の製造方法。 ６、溶融金属が単一の金属、合金または複数金属の混合
    物であり、かつ凝固粒子を含むことを特徴とする特許請
    求の範囲第１項から第５項捷でのいずれか１項記載の金
    属物品の製造方法。 ７　金属物品の製造装置において、コアンダ効果を発生
    する装置（５０，５００）と、コアンダ効果に付随され
    る溶融金属供給源を提供する装置（Ｍ、４００）　と、
    造られた金属粒滴を受入れて金属物品を形成する装置（
    ６００，６０１゜６１０．６２０）を含むことを特徴と
    する金属物品の製造装置。 ８　金属物品の形成を隔離しかつ制御するため・・ウジ
    ング装置（２００）内に包囲された特許請求の範囲第７
    項記載の金属物品の製造装置。 ９　コアンダ効果発生装置（１Ｄ）がコアンダ表面（６
    ０）を含むその一方の側部をもつハウジング（１２）と
    、コアンダ表面（６０）に隣接してハウジング上に形成
    された流体流出部（５０）を含むことを特徴とする特許
    請求の範囲第７項または第８項記載の金属物品の製造装
    置。 １０　受人装置が同一方向へ横向きにしかも金属粒子の
    流れから肉１「反する方向に可動な基材寸たはコレクタ
    （６００，６０１，６１０）を含むことを特徴とする特
    許請求の範囲第７項から第９項までのいずれか１項記載
    の金属物品の製造装置。 １１、コアンダ効果を発生する装置が受入装置（６００
    ，６０１，６ｉｏ、６２ｏ）に対して可動であることを
    特徴とする特許請求の範囲第７項から第１０項までのい
    ずれか１項記載の金属物品の製造装置。
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