JPS61190062A - 溶射処理物 - 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） この発明は溶射処理物に関し、一層詳細には、プラスチ
ック、木材、薄型、小型物品など高温多湿の熱量によっ
であるいは比較的低温においても変質、変形してしまう
がごとき高温弱体の表面に各種の前処理なしに直接セラ
ミック溶射処理して成る溶射処理物に関する。

（従来の技術） セラミックの微粉末状もしくは棒状等の溶射材料を溶射
トーチによって熔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。

従来セラミックの微粉末もしくは棒状等のものを溶射材
料として使用し素材上にセラミック溶射被膜を形成する
には素材が耐熱性で熱容量が大であるなど、高温に対し
て比較的抵抗力のある物にのみ制限されている。又、ガ
ス溶射方法によってはセラミック溶射材料を溶かすエネ
ルギーが十分でないためガス溶射後のセラミック溶融粒
子の積層によって素材表面に形成されるセラミック溶射
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存在するため、まして高
温弱体へのセラミック溶射処理は考えられず、不可能視
されている。

しかしながら本発明者は溶射における火力温度を上げる
ことによってではなくセラミック溶射材料の状態に注目
して高温弱体へのセラミック溶射を可能にする技術を開
発し、従来全く存在しなかったセラミック溶射して成る
高温弱体を得ることにはじめて成功したものである。す
なわち本発明の目的は、高温多量の熱量によって変質し
てしまうような高温弱体の素材の表面にセラミックの溶
射処理をほどこして成る溶射処理物を提供するにある。

この発明は特にセラミックのガス溶射を可能にしたこと
によって一層有効に、すなわち低ランニングコストで軽
便にセラミックコーティングして成る高温弱体を得るこ
とができる。また通常の約半分以下のガス量でよい等有
利な点となっている。

以下、ガス溶射方法を採用した例を中心として説明する
が、火力低下を可能としたプラズマジェット溶射及びそ
の他の熱源を利用した溶射によっても、セラミック溶射
高温弱体を得ることができるのはもちろんである。

ガス溶射方法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、熱源の弱い状態で十
分に溶融するできる限り細がい微粉末のセラミック溶射
材料を用いればよい。

しかしながら、これらセラミック溶射材料は、例えば特
に結晶質アルミナのような場合は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
っかく微粉末を使用しても、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、得られた被膜厚さに
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、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ツキによるブリ
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、ガス熱源によっても十分に低温下に
おいて溶融する粒度に制限して成る低融点の微粉体によ
って、セラミックを溶射することのできるガス溶射方法
を利用することによって本発明にかかるセラミック溶射
被膜を有する高温弱体を得ることができるのを見出した
。

（発明の概要） すなわち本発明の目的とするところは、耐摩耗性、強度
に優れた溶射処理物を提供するにあり、その特徴とする
ところは、高温多量の熱量によって変質してしまうよう
な高温弱体の素材の表面にセラミックの溶射処理をほど
こして成るところにある。

（作用） 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、やはリ
カミッ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図に示すようにセ
ラミックの微粉体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
混入させ溶射可能とするところにある。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、これが微粉体１０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ｌ。

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１
２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、ブリッジ現象の発注をほぼ
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
のが好都合である。

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、０い粉末であれば、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。

しかし上記溶射の法によれば、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ず、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。

以下にセラミック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　ｌｌ−０ｘ−ＴＩＯＪ系粉末　　５３〜１
５μｍの粒径入荷原料粉　　　　　　　　安息角 ｎ＝５（＜り返し）　　　　χ＝４９．３２　　σ＝０
．３９’アモルファスシリカ添加（添加量０．４％）ｎ
　＝５　　　　　　　　　　Ｎ　＝３９−２０’　ｔｙ
　＝０．４５’（２）　Ａｅ、０．粉末　　　　　　２
５〜５μｍの粒径入荷原料粉　　　　　　　　安息角 ｎ＝５（＜り返し）　　　　　ｘ　＝６４′、２５’σ
＝２°、５０′アモルファスシリカ添加（添加量１．５
％）ｎ＝５　　　　　　　　　　ｒ＝３８°、０７′σ
＝０．４９’（３）　Ａ　ｌ、　Ｏ，−Ｔｉｅ、系粉末
　　２５〜５μｍの粒径入荷原料粉　　　　　　　　安
息角 ｎ＝５（＜り返し）　　　　　ｘ　＝５６’、０５’　
ａ　＝０．４２’アモルファスシリカ添加（添加量０．
６％）ｎ　＝５　　　　　　　　　　　Ｙ　＝３８−５
０’　ｔｙ　＝０．４ｒ以上の通りかなり有効であるこ
とが確認された。

（４）　Ａ　ｊ！、０３−ＴｉＯ，系粉末　　　　　５
　ｔｔｍ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（添加量６．５％）ｎ　＝５　　　　　　　　
　３５．７４’　　　σ＝０．８５’（５）さらに５μ
ｍ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小さくなり、流
動性が改善され、無定形微粉末の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ため低温下で高温弱
体上にセラミックコーティングすることができ、ガス溶
射トーチの火力、温度を最少限にまで絞ることができる
。さらに噴出スピードを絞り、冷却用エアーを強くする
などの素材冷却手段、加速手段を使用してガス溶射トー
チの炎からの熱容量を低下させ高温弱体を保護する。

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１
４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。

（実施例） 実施例１ 原料として、Ａ　ｆ、　０．　　（６０％）　、Ｔｉ　
Ｏｘ　　（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。Ａ　１．０
．、Ｔｌ　Ｏ）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°。

軍さ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 Ａβ１０Ｊ、ＴｉＯ２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。

セラミックを高温弱体に溶射後その表面がポーラスにな
り、また剥離の可能性が有るときなどは合成樹脂各種接
着材を孔内に含浸させた後、樹脂などを硬化させ剥離し
ないように補強をすることができる。また特に摺動特性
などを要求する場合はテフロンの含浸等の方法もある。

その他セラミックスに導電性等を要求する場合などは、
金属、その他の導電性物質をセラミックス原料にあらか
じめ添加して溶射するなど材質の設計をフレキシブルに
行うことも可能である。

（発明の効果） このように本発明によるときは、素材自身が熱には弱い
が軽いとか耐酸性があるとかの性質をも′っている高温
弱体の表面にセラミック溶射処理をほどこすことによっ
てその全素材表面にわたって耐摩耗性な、どの耐久性材
料としての特性を得ることができる。又、単に表面改質
するのみでなく両者の複合効果として、ヤング率などは
、単なる強度の足し算からははるかに越えた数値にまで
強化でき、薄鉄板上にコートした厚さ０．３ｍｍのセラ
ミックはハンマーでたたいても割れないなど、強度的に
極めて優れる。又、これまで不可能視されてきた、プラ
スチック、木材等の表面への付着性の高いセラミックコ
ーティングによって、防火、耐炎、装飾性が付与される
など、各種緒特性を兼備した溶射処理物の提供が可能と
なったものである。

また各種の含浸材を使うことにより、摺動特性、硬度等
の向上が可能である。

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。 第　　１　　図 く 第　　３　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、高温多量の熱量によって変質してしまうような高温
   弱体の素材の表面にセラミックの溶射処理をほどこして
   成る溶射処理物。