JPS61190060A - 溶射材料とその製造方法 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は、機械的強度が大きく被溶射材と強固な密着力
を有する溶射皮膜を形成することができる溶射材料とそ
の改良された製造方法に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 各種の溶射材料を溶融し、これを被溶射材の表面に吹き
つけて該表面をコーティングする方法は、従来から広く
利用されている。

しかしながら、この方法で形成された溶射皮膜は被溶射
材表面との密着力が必ずしも強くなく、応々にして経時
剥離を起したり又は溶射皮膜にクラック等の発生するこ
とがある。

゛この表面−皮膜間の密着力は、被溶射材の材料、その
前処理方法、溶射材料の種類などの因子によって左右さ
れるが、しかしこれらの因子が全て充足されたとしても
なおかつ前記した経時剥離やクラック現象を完全に回避
することは極めて困難であった。

このような問題を解決するために、例えば特開昭５９−
１５３８７７号公報では次にょうな溶射材料が開示され
ている。すなわち、その溶射材料とは、金属、セラミッ
クス、サーメット、樹脂などの溶射原料粉に、窒化ケイ
素ウィスカー、炭化ケイ素ウィスカーのような無機質繊
維のチョップを混合し、得られた混合物をカルボキシメ
チルセルロースのような結合剤を用いて造粒したもので
ある。

しかしながら、上記したような溶射材料を製造する際に
は次のような問題が生ずる。すなわち、上記溶射原料粉
はその形状が球状、塊状であり。

無機質繊維のチョップは所定のアスペクト比を有する細
長い形状で主要には表面の静電エネルギーによる吸引力
によって相互にからみあった状態にあるため、両者を混
合しても繊維のチョップが充分に開繊せず、結局は均一
な混合が困難になるということである。

溶射材料が上記のような状態になると、溶射処理時に、
溶射ガンへの供給管の閉塞事故を起したり、または形成
された溶射皮膜には繊維の凝集塊が生じて溶射皮膜の脆
化を招く、更には、造粒時に用いる結合剤からは不純物
混入の虞れもあり高機能の溶射皮膜の形成が阻害される
こともあり、その解消のために溶射材料の製造工程が複
雑になるという問題も生ずる。

し発明の目的］ 本発明は上記問題点を解消し、被溶射材の種類を問わず
、形成された溶射皮膜が強固な密着力と大きな機械的強
度を有するようになる溶射材料とその製造方法の提供を
目的とする。

［発明の概要］ 本発明者らは、特開昭５９−１５３８７７号公報に開示
されているような溶射原料粉と無機質繊維から成る溶射
材料が示す不都合な挙動につき鋭意研究を重ねる過程で
、この挙動は無機質繊維と溶射原料粉との混合時に無機
質繊維が充分に開繊せずその結果両者の混合が均一に進
まないことに基づく現象であるとの事実を見出した。

したがって、混合時に無機質繊維を開繊する方法に関し
研究し、繊維間の相互からみあいが主要には表面の静電
エネルギーによる吸引力に基づくものとの推考の上に立
ち、溶射主原料との混合に先立ち後述の微粒子との混合
を行なって繊維表面の静電エネルギーを中和すれば繊維
の開繊が進みうるとの着想を得、該着想に基づいて本発
明の溶射材料とその製造方法を開発するに到った。

すなわち、本発明の溶射材料は、溶射原料粉と無機質繊
維と無機質微粒子とから成ることを特徴とし、その製造
方法は、無機質繊維と無機質微粒子とを混合して該無機
質繊維を開繊し、ついで溶射原料粉を混合することを特
徴とする。

まず、本発明の溶射材料は溶射原料粉と無機質繊維と無
機質微粒子を必須とする。

溶射原料粉としては通常溶射原料として使用されている
ものであれば何であってもよいが、具体的には、ＡＪＬ
　、　Ｃｕ、　Ｎｉ、　Ｃａ、　Ｗ、　Ｎｏ及びソノ他
合金のような金属類；　　ＡＪ１２０３．　ＺｒＯ２，
ＭｇＯ，ＴｉＯ２゜Ｃｒ２Ｏ３，ＭｇＯ−９ｉ０２．２
Ｍｇ０・２Ａ１２０３・５ｉ０２．２Ｍｇ０・５ｉ０２
゜Ｚｒ５ｉＱ４．　ＭｇＴｉＯ３，ＭｇＺｒＯ３，Ｍｇ
Ａ１２０４のような耐熱性、低熱膨張性、所望の電気特
性及び／又は磁気特性を備えたセラミックス類；４θ％
Ｇｏ　−ＺｒＯ２混合物、４０％Ｘ１−Ａｌ２Ｏ２混合
物、１２％Ｇｏ−ＷＣ混合物のようなサーメット類：エ
ポギシ樹脂、ポリアミド樹脂のような樹脂類：などをあ
げることができる。

無機質ｗ１維としては、アスペクト比が非常に大きい針
状単結晶であるウィスカーや、炭化ケイ素繊維、炭素繊
維、ガラスＩａ誰、各種セラミックスことができる。こ
れらのうち、ウィスカーは好適なものである。ウィスカ
ーのうち、窒化ケイ素ウィスカー、炭化ケイ素ウィスカ
ーのようなセラミックスウィスカーは、耐熱衝撃性、低
熱膨張性、耐熱性、耐化学性など種々の特性をそれぞれ
が備えているので好適である。アルミナウィスカーやそ
の他のセラミックスウィスカーも適用可能であることは
言うまでもない。

無機質微粒子としては、Ｓｉ、　Ｆｅ、　Ｍｎ、　Ｍｇ
。

Ｚｒ、　　Ａｎのような金属又はそれらの合金である導
電性の微粒子；　ｌ’１ｇＯ，ＡＪ１２０３．５ｉ０２
．　Ｆｅ２Ｏ３，ＺｒＯ２゜ＴｉＯ２，ＳｉＣ，Ｃ（炭
素）、　Ｂ１４．　Ａ旦Ｎ、　Ｓｉ３Ｎ４のような酸化
物、炭化物、窒化物などの微粒子をあげることができる
。これら微粒子はそれぞれ単独で用いてもよいし、２種
以上を適宜に組合わせて用いてもよい、微粒子の粒径は
、それがあまり大きくなると、単位重量当りの表面積が
小さくなって該表面に蓄積されるエネルギーも小さくな
り、ａｌｌのからみ合いの原因になっている静電エネル
ギーを中和してｍ維を開繊する能力が減少するので、で
きる限り小さい方がよい０通常１粒径は１０ｐ１以下で
あることが好ましい。

本発明の溶射材料は以上のような成分によって構成され
ているが、それは次のような工程を経て製造される。

まず、第１の工程は所定の７スペクト比を有する無機質
ｍ維と無機質微粒子とを混合する工程である。

このとき、無機質微粒子の混合量が、無機質繊維の全体
積量にたいして少なすぎると繊維の開繊効果が有効に発
揮されず、また多すぎる場合には、開繊効果は充足され
るもののしかし一方では実際の溶射処理時に溶射操作が
円滑に進まなくなるので、混合量を無機質繊維にたいす
る体積比で　０．１〜４％の範囲に設定することが好適
である。

また、この混合工程で混合時間を適宜に調整すれば、後
述する第２の工程を経て得られた溶射材料を造粒する際
に、そり造粒径を溶射処理に好適な５０〜１ＯＯ−に整
粒することができる０通常、１〜２時間が好適である。

第２の工程は、第１の工程を終了したその系に溶射原料
粉を投入して全体を均一に混合する工程である。

すでに第１の工程で無機質繊維は開繊され繊維間のから
みあいはゆるんでいるので、この第２の工程によって溶
射原料粉と無機質繊維とは均一に混合される。

以上の第１の工程と第２の工程を逆に行なうと、無機質
繊維の開繊は進まず、溶射原料粉との均一な混合はなさ
れないので留意すべきである。

かくして得られた混合物を常法にしたがって所定径に造
粒すれば、本発明の溶射材料を得ることができる。

［発明の実施例］ 実施例１ 平均粒径８０−のアルミニウム粉と、平均直径０．５　
％　、アスペクト比的５０の形状特性を有し、前記アル
ミニウム粉の全体積にたいし体積比で３０％量のＳｉＣ
ウィスカーと、平均粒径　１．０−であって前記ＳｉＣ
ウィスカーの全体積にたいし体積比で１％に相当する量
のＳｉＣ微粒子を用意した。

まず、　　ＳｉＣウィスカーとＳｉＯ２微粒子とをアル
ゴンガスが充満されているＶ形ミキサーで１時間混合し
て開繊処理を施した。ついで、ここにアルミニウム粉を
添加し更に２時間混合して溶射材料を得た。

得られた溶射材料を用いて、長辺Ｌｏｏｍｓ短辺５０■
厚み２ｍｍの　ＪＩＳ規格に基づ＜　５ＵＳ３０４板の
表面にプラズマ溶射処理を施した。溶射条件は、プラズ
マ電圧３４ｖ、プラズマ電流６ＱＯＡ、溶射ガフ　ト５
ＵＳ３Ｇ４板との距離９５■■であった。厚み約１．０
層■の溶射皮膜が得られた。

この溶射皮膜を５ＵＳ３０４板から剥離し、その曲げ強
さ１曲げヤング率、ヴイッカース硬さくＨｖ）とその標
準偏差を測定し、あわせて皮膜内のウィスカーの分散を
顕微ａｍ察した。

比較のために、ＳｉＯ２微粒子を添加しなかったことを
除いては同一の条件で溶射材料を調製し、それを用いて
溶射皮膜を形成してその特性を測定した。

以上の結果を一括して第１表に示した。

第１表 実施例２ ＳｉＯ２微粒子の代りにアルミニウム微粒子を用いたこ
とを除いては実施例１と同様にして溶射皮膜を形成した
。

この皮膜内のウィスカーの分散は均一であり、曲げ強さ
４４．８ｋｇ／ｍ鳳２９曲げヤング率１４５００ｋｇ／
　ｒａｍ２．硬さＨｖ　１２９．硬さの標準偏差７．９
（Ｈｖ）であった。

［発明の効果］ 以上の説明で明らかなように、本発明の溶射材料を用い
て形成された溶射皮膜においては、無機質繊維が皮膜内
に均一に分散している。したがって、その溶射皮膜は、
前記した各種の溶射原料がそれぞれ備えている特性をそ
のまま維持し、それに加えて、無機質繊維が具備する耐
熱衝撃性、耐化学性、所望の電気特性及び／又は所望の
磁気特性、耐摩耗性なども具備することになる。しかも
これらの無機質繊維、特にＳｉ３Ｎ４．　ＳｒＣ，Ａ１
２０３などのウィスカーは機械的強度がきわめて大きく
溶射によってもその形状が損なわれることがなく、さら
にそれらが均一に分散しているため前記皮膜は同ウィス
カーを混入しない場合にくらべ、格段の機械的強度をも
具備する。

すなわち、同ウィスカーは溶射皮膜中で繊維補強複合材
料としての効果を顕著に発揮し、また密着力の向上効果
も発揮し、素材によっては被溶射材と皮膜との熱膨張差
を縮少する効果も奏するので、溶射皮膜にはクラックが
入ることもなくなり、経時剥離も解消される。

尚、炭化ケイ素繊維、炭素繊維、ガラス繊維。

セラミック連続繊維を細かく裁断して得られる短繊！Ｉ
（チョップ）などを溶射材料に複合した場合でも、複合
しない場合に比べ格段の繊維補強効果がみられ、経時剥
離などの問題も減少する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶射原料粉と無機質繊維と無機質微粒子とから成る
   ことを特徴とする溶射材料。 ２、無機質繊維と無機質微粒子とを混合して該無機質繊
   維を開繊し、ついで溶射原料粉を混合することを特徴と
   する溶射材料の製造方法。