JPS61190059A - 溶射方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は溶射方法に関し、一層詳細には、熱源としてガ
スを使用した場合においてもプラズマジェット溶射・ア
ーク溶射と同等の品質の高精度溶射を行うことができ、
しかもセラミック微粉末をも十分に溶射することのでき
る溶射方法に関する。

（従来の技術） 金属、セラミック、サーメット等の微粉末状溶射材料を
溶射トーチによって溶融して素材上に被膜を形成する、
いわゆる溶射技術が普及してきている。

この溶射方法によるときは素材の温度を２００”Ｃ以下
に保って行なえ、素材の熱変形を生じさせないなど多く
の利点がある。

（発明が解決しようとする問題点） 従来は、主として溶射に使用されているのは重装備の大
型装置によるプラズマジェット溶射、アーク溶射であり
、熱源としてガスを使用するガス溶射は使用範囲が制限
されている。このガス溶射方法によるときは粉状体から
成る溶射材料を溶かすエネルギーが十分でないため溶射
後熔融粒子の。

積層によって素材表面に形成されるガス溶射被膜の状態
が不良となり、ガス溶射被膜内に気孔や結合不良の部分
が存在し溶射被膜が不均一になりやすいという欠点が特
に大きくあられれる。このため、ガス溶射においては精
度が全く問題とされない金属肉盛り等が主となり、金属
以上に高温を要求するセラミック溶剤材料を使用する場
合においては、ガス溶射では十分に溶射材が熔融しない
ために生ずる各種欠点が一層大きくなり不都合が多く、
精度の良い溶射は行い難いためやむを得ずプラズマジェ
ット溶射、アーク溶射が採用されている。

しかしながらガス溶射方法は設備費が少なくて済むなど
の利点をも有することから、本発明者は、ガス溶射にお
ける火力、温度を上げることによってではなく、溶射材
料の状態に注目して、上記の問題を解決することができ
ることを見出したものである。

ガス溶射によって素材の変質なしに気孔や結合不良のな
い均一な被膜を得るためには、熱源の弱い状態で溶融す
る、できる限り細かい微粉末の溶射材料を用いればよい
。

しかしながら、これら溶射材料は、例えば結晶質アルミ
ナを破砕機によって破砕して微粉体に形成するため、微
粉体表面には鋭角部が生じている。

このためガス溶射トーチに微粉体を供給する場合に、微
粉体同士が鋭角部によってカミツキ結合して大粒子とな
る、いわゆるブリッジ現象が生じる。

このブリッジ現象は微粉体が細かい程顕著に生じる。こ
のためせっかく微粉体を使用しても、上記のブリッジ現
象によって大粒子化し、微粉末を用いる効果が生じない
ばかりか、ブリッジ現象が生じた大粒子とブリッジ現象
が生じない粒子とが混在す、るため、ガス溶射トーチに
よって噴射する際、噴射に波打ち現象が生じ、得られた
被ＩＩｆ！厚さにバラツキが生じるという弊害がある。

このため従来におけるガス溶射法においては、溶射材料
は粒径が５μｍのものが限界であり、これよりも粒径の
小さいものは不可能とされていた。

発明者は、上記のように５μｍ以下の溶射材料を用いる
ことができないのは、溶射技術そのものに欠陥があるわ
けではなく、ガス溶射トーチに供給する前段階である輸
送段階での溶射材料のブリッジ現象に問題があることに
鑑み、ブリッジ現象が生じない微粉体を使用するガス溶
射方法について検討を重ねた結果、本発明を完成するに
至ったものである。

なお本発明方法は、ガス溶射法のみでなく、プラズマジ
ェットおよびその他の熱源を利用した溶射法によっても
、溶射できるのはもちろんである。

（問題点を解決するための手段） すなわち本発明の目的とするところは、例えば破砕によ
って形成された微粉体など、たとえ表面に鋭角部がある
微粉体であっても、微粉体同士の鋭角部のカミフキによ
るブリッジ現象を生じさせることなく輸送することので
きる微粉体とし、しかも、ガス熱源によって十分に溶融
する粒度に制限してなる低融点の微粉体によって、セラ
ミックであっても十分に高精度で溶射することのできる
ガス溶射方法を提供するにあり、その特徴とするところ
は、微粉状の溶射材を溶射トーチに供給する溶射方法に
おいて、微粉体として該微粉体よりも小径の微粉末を適
宜量混入して成る微粉体を使用することにある。

（作用） 本発明においては、ガス溶射用の微粉体として、通常は
粘土状で流動性をグミっている程度の微粉体の流動性を
も良好とし、ガス溶射トーチにブリッジ現象をおこすこ
となく安定した状態で供給することが最も重要となる。

第１図は微粉体同士のカミツキによるブリッジ現象を示
す。図に示すように微粉体の鋭角部同士のカミツキによ
ってブリッジ現象が生じる。このブリッジ現象は前記し
たように微粉体が５μｍ以下の小粒で、径が小さくなれ
ばなる程顕著に生じる。なお従来、微粉体を界面活性剤
で処理して、微粉体表面に界面活性剤の被膜を形成し、
微粉体に疏水性を付与して、微粉体の滑りをよくする微
粉体供給方法があることを付記する。しかしながらこの
方法によるも、粒子径が大なるときは有効と言えるが、
粒子径が５μｍ以下の細かいものであるときは、やはり
カミツキによるブリッジ現象の発生を抑えられない。

本発明において特徴的なことは、第２図に示すように微
粉体１０に、微粉体１０よりも粒径の小さなＸ線構造的
に無定形（アモルファス）の微粉末１２を混入させると
ころにある。無定形微粉末はアモルファス状シリカ、ア
モルファス状アルミナなどがある。無定形微粉末１２は
図に示されるようにほぼ球状をなし１、これが微粉体１
０の間隙内に介在することから、まず微粉体１０同士を
遠ざけ、物理的に微粉体１０の鋭角同士のカミツキを少
なくする。またさらに微粉体１０がガス溶射トーチ内に
供給される際無定形微粉体１２が転勤する、いわゆるベ
アリング効果を生ずることから、微粉体１０の鋭角部同
士のカミツキを一層抑止するとともに、たとえ一部にカ
ミツキを生じてもこれを引離す作用が生じ、結局微粉体
１０の鋭角部同士のカミツキを極小にすることができ、
ブリッジ現象の発生をほぼ完全に抑止することができる
。

なお無定形微粉体は、界面活性被膜による疏水性処理を
施すことによって滑り効果を生じさせれば一層好適であ
る。さらに同時に微粉体にも界面活性剤によって表面に
トリメチルシロキシル基等の層を形成する流水処理を施
しておけば完璧である。

無定形微粉末の混入量は特に限定されないが溶射材であ
る微粉体に対して１％以下の少量で十分有効であり０．
１％でも効果を有する。

無定形微粉末と微粉体との材質の関係も特に限定されな
い。無定形微粉末と微粉体との物理的作用によって上述
のブリッジ現象が抑止されるからである。

しかしながら微粉体がガス溶射トーチ内に供給されて最
終的に使用される際に、異材質の無定形微粉末が混入し
ていると微粉体の加工物等の特性上支障がある場合には
、無定形微粉末は微粉体と同質の無定形のものを用いる
のが好適である。

前述したガス溶射技術においては、ガス溶射材料が例え
ばアルミナ（ＡＩよ　ＯＪ）粉末であれば、無定形微粉
末は無定形のアルミナの微粉末を使用するのが好ましい
。

しかし本発明方法によれば、ガス溶射トーチからの噴射
の際に微粉体中に混入されて無定形微粉末は飛ばされて
しまい、さらに高熱によって気化されてしまうのでガス
溶射被膜中に無定形微粉末は混入して来す、理想的なガ
ス溶射被膜が得られる。そして微粉体が５μｍのもので
あってもブリッジ現象が生じないから、微粉状のまま溶
射され、極めて緻密な溶射被膜を得ることができる。

したがってガス溶射の場合、微粉体と無定形微粉末とは
同材質系のものを使用するのが好ましいが、必ずしも同
材質系のものでなくともよい。

以下に微粉体の流動試験結果を示す。

流動特性は安息角を測定して判別した。表１は各種材料
（無定形微粉末は混入していない）の流動特性を安息角
を測定して、その再現性を検討した結果を示す。

表１ 流動速度はφ２．４の穴径、サンプル７０ｇ使用。

測定くり返し数（ｎ　＝６　） 安息角及び流動速度測定値の標準偏差（σ）から再現性
は十分あることが判断される。

流動特性の代表値として安息角のみを用いることを目的
に実際に代表し得るか否か安息角と流動特性の相関分析
を行ってみた。

その結果危険率５％で有意であることが判った。

次は無定形粉末としてアモルファスシリカを添加した場
合の流動試験結果である。

（１）　Ａ　１．０ｚ−ＴｉＯｚ系粉末　　５３〜１５
μｍの粒径入荷原料粉　　　　　　　　安息角 ｎ＝５（＜り返し）′２″＝４９．３２　　σ＝０．３
９アモルファスシリカ添加（添加ＮＯ６４％）ｎ　＝５
　　　　　　　　　　　ｘ　＝３９．２０’　ｔｔ　＝
０．４５（２）Ａｊ２，０．粉末　　　　　　２５〜５
μｍの粒径入荷原料粉　　　　　　　　安息角 ｎ＝５（＜り返し）　　　　　Ｚ　＝６４．２５　　ｔ
ｔ　＝２．’５０アモルファスシリカ添加（添加量１．
５％）ｎ　＝５　　　　　　　　　　　ｘ　＝３８’、
０７’　ｅ　＝０．４９’（３）　Ａ　１１−０７−Ｔ
ｉＯａ系粉末　　２５〜５ｐｍの粒径入荷原料粉　　　
　　　　　安息角 ｎ＝５（＜り返し）　　　　　ｚ　＝５６．０５　　ｔ
ｙ　＝０．４２アモルファスシリカ添加（添加量０．６
％）ｎ　−５ｘ　＝３８’、５０’　σ＝０．４３以上
の通りかなり有効であることが確認された。

（４）　Ａ　Ｉ！、　０．−ＴｉＯ，系粉末　　　　　
５μｍダウンフリー 入荷原料粉 ｎ　＝１　　　　　　　　　９０．００アモルファスシ
リカ添加（添加ｉ！６．５％）ｎ　−５３５”、７４’
　　　σ＝０．８５’（５）さらに５μｍダウンフリー
の粉末について処理を行ったが同様に効果の確認が出来
た。

これにより超微粉の定量供給がほぼ可能になった。

このことによりかなり硬度のある緻密なガス溶射被膜が
形成出来るようになった。

上記の流動試験結果から明らかなように無定形微粉末を
混入することによって微粉体の安息角が転勤によるベア
リング効果によって、さらに流動性が向上する。これに
よって微粉体が５μｍ　より小径のものであっても前記
したようなブリッジ現象がほとんど生じない。

このため微粉体のすべてを５μｍダウンフリー５μｍア
ップカットした場合においても２μｍ程度あるいはそれ
以下、例えば７μｍの真球形超微粉体を混ぜることのみ
によって第３図に示す通常の軽便なガス溶射トーチ１４
を使用してセラミックを高精度で溶射することができる
。１６はガス溶射材供給孔、１８は酸素−燃料ガス供給
孔であり、燃料としては、アセチレン、水素などを使用
することができる。微粉体が金属等の低融点溶射材料で
ある場合においては５μｍ以上であっても何等不都合を
生じない。

（実施例） 実施例１ 原料として、Ａｔｔ、ｏ３（６０％）　、Ｔｉ　Ｏ，（
４０％）の複合粉末にアモルファスシリカ０．６％添加
したものを用いて、下地処理としてサンドブラストした
ＡＢＳ樹脂母材（装飾用、化粧品用ケース）上にガス溶
射した。溶射条件は表１・に示す。、ｌ、０．、Ｔｔ　
Ｏよの粒度分布は５〜２５μｍであったが、アモルファ
スシリカを０．６％添加したことにより、安息角が５６
°から３８°に向上した。

厚さ０．３　ｍｍの緻密な溶射被膜が得られた。母材の
変形も生じなかった。

表１ Ａ　Ｒｈｏｓ　、Ｔｉ　Ｏｘの粉末として、粒度５μｍ
以下のものを用いたところ、上記と同様の結果が得られ
た。

（発明の効果） 本発明によるときは、ガス溶射と直接的には関連してい
ない、微粉体関係の技術とガス溶射とを結びつけること
によって、次のような顕著な効果を得ることができる。

すなわち、ガス溶射によってプラズマジェット溶射、ア
ーク溶射に匹敵する品質の、精度の良い溶射被膜を形成
することができ、セラミック溶射被膜を軽便、可搬の設
備費の安価な従来型ガス溶射装置によって容易に得るこ
とができる。又、ランニングコストが低くて済み、作業
性が優れている。このため、必要な場所に持ち込んでの
溶射作業が可能となり、溶射装置がある場所まで被処理
物を運搬する必要が無くなり溶射技術の利用範囲が著し
く拡大している。これは、溶射の品質面での要因が、温
度面のみでなくいかに定常的に溶射材を供給するかに大
きくかかっていることを見出すこと、この面での改良に
よって初めて可能となったものであり、従来からの単な
る予想を越えた技術的効果を産み出すこととなったもの
である。

以上本発明につき好適な実施例を挙げて種々説明したが
、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発明
の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは
もちろんのことである。

【図面の簡単な説明】

第１図は微粉体のブリッジ現象を示す説明図、第２図は
無定形微粉末の介在状態を示す説明図、第３図はガス溶
射トーチの断面図である。 １０・・・微粉体、１２・・・微粉末、１４・・・ガス
溶射トーチ、１６・・・ガス溶射材供給孔、１８・・・
酸素−燃料ガス供給孔。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、微粉状の溶射材を溶射トーチに供給する溶射方法に
   おいて、微粉体として該微粉体よりも小径の微粉末を適
   宜量混入して成る微粉体を使用することを特徴とする溶
   射方法。