JPS63121648A - 金属基複合材料溶射層の形成方法 - Google Patents

金属基複合材料溶射層の形成方法

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JPS63121648A
JPS63121648A JP61268060A JP26806086A JPS63121648A JP S63121648 A JPS63121648 A JP S63121648A JP 61268060 A JP61268060 A JP 61268060A JP 26806086 A JP26806086 A JP 26806086A JP S63121648 A JPS63121648 A JP S63121648A
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JP
Japan
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metal
sprayed layer
reinforcing material
composite material
matrix
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Application number
JP61268060A
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English (en)
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Atsuo Tanaka
淳夫 田中
Tadashi Donomoto
堂ノ本 忠
Yoshiki Tsunekawa
好樹 恒川
Masahiro Okumiya
正洋 奥宮
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/131Wire arc spraying

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Nozzles (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

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、金属基複合材料溶射層の形成方法に係り、特
にアーク溶射を利用した金属基複合材料溶射層の形成方
法に係る。
従来の技術 溶射、特にプラズマ溶射やガス溶射を利用して金属基複
合材料の波膜、即ち溶射層を形成する方法としては、 ■予め複合材料の線材を形成し、これを溶射する方法(
特開昭60−863号) ■予め複合材料の粉末を形成し、これを溶射する方法(
特開昭60−2660号) ■マトリックス粉末と微細な強化材とを混合し、これを
溶射する方法 が従来より既に知られている。
発明が解決しようとする問題点 しかし上述の■の方法に於ては、複合材料の線材をプラ
ズマの如き熱源にて溶融し、溶融状態の複合材料を吹飛
ばさなければならないため、強化材及びマトリックス金
属を微細な液滴として被溶射材へ移行させることが困難
であり、そのため緻密な溶射層を形成することが困難で
あり、また空孔の如き欠陥が生じ易いという問題がある
。また、1−述の■の方法に於ては、特に強化材が繊維
である場合には、複合材料を粉末化する過程に於て強化
材が剪断され易く、そのため所望の繊維長の強代打にて
複合強化された溶射層を形成することが困難であるとい
う問題がある。また上述の■の方法に於ては、マトリッ
クス粉末と強化材とを混合する過程に於て強化材が剪断
され易く、そのため上述の■の場合と同様の問題が生じ
易く、またマトリックス粉末と強化材との混合が均一に
行われなければ、形成される溶射層中の強化材の体積率
にむらが生じ、従って均質な溶射層を形成することがで
きないという問題がある。
更に上述の■〜■の何れの方法に於ても、予め複合材料
の線材等を形成しなければならないため生産性がかなり
低いという問題があり、また形成される溶射層中の強化
材の体積率が予め形成された線材等に於ける強化材の体
積率に限定されるので、予め形成された線材等に於ける
強化材の体積率とは異なる体積率の溶射層を形成するこ
とができないという問題があり、更には強化材がマトリ
ックス金属と密着し又は密接した状態にてそれらが高温
に加熱され、マトリックス金属が溶融されるので、溶射
条件によっては強化材とマトリックス金属とが反応して
強化材が劣化し、良好な金属、!!複合材料溶射層を形
成することが困難であるという問題がある。
本発明は、従来より公知の溶射を利用した金属基複合材
料溶射層の形成方法に於ける上述の如き問題に鑑み、こ
れらの問題を生じることなく良好な金属基複合材料溶射
層を形成することのできる方法を提供することを目的と
している。
問題点を解決するための手段 」―述の如き目的は、本発明によれば、マトリックスを
構成すべき金属よりなる一対の線材の間にアークを発生
させて前記線材を連続的に溶融し、その溶融金属を微細
な・強化材と共にガスにて実質的に霧状に吹飛ばす金属
、u ij2合材料溶射層の形成方法によって達成され
る。
発明の作用及び効果 本発明の方法によれば、マトリックスを構成すべき金属
よりなる一対の線材がアークによって連続的に溶融され
、その溶融金属が微細な強化材と共にガスにて実質的に
霧状に吹飛ばされる。従って予め複合材料の線材や粉末
を形成したりマトリックス粉末と強化材とを混合したり
する工程は不要であるので、従来の方法に比して生産性
を向上させることができ、また強化材の剪断等に起因す
る問題の発生を回避することができる。また従来の方法
に於ては強化材がマトリックス金属と密着し又は密接し
た状態にてそれらが高温に加熱され、マトリックス金属
が溶融されるのに対し、本発明の方法に於ては線材が溶
融した後にその溶融部へ強化材がガスにより搬送される
状態にて供給されるので、強化材と溶融状態のマトリッ
クス金属とが反応して強化材が劣化する虞れを低減する
ことができ、これにより良好な金属基複合材料溶射層を
形成することができる。
また本発明の方法によれば、溶融金属を吹飛ばすガスと
共に供給される強化材の量を制御することにより、形成
される溶射層中の強化材の体積率を容易に調節すること
ができ、また厚さ方向に強化材の体積率が段階的に又は
連続的に変化する溶射層をも形成することができる。尚
後者の場合、溶射層と被溶射材との密着性を向上させ、
また溶射層の表面の耐摩耗性等を向上させるべく、強化
材の体積率は溶射層の表面に近い部位はど高い値に設定
されることが好ましい。
史に本発明の方法によれば、強化材は溶融金属を吹飛ば
すガスと共に供給されるので、従来の溶射装置に強化材
を供給するための手段を追加することは不要であり、従
来の溶射装置をそのままの状態で又は僅かな改良を施す
だけで使用することができる。
本発明の一つの詳細な特徴によれば、一対の線材を構成
する金属は互いに異種の金属である。かかる方法によれ
ば、一対のワイヤを構成する金属とは異なる組成の、従
ってそれらとは異なる種々の性質を存する合金をマトリ
ックスとする複合材料の溶射層を形成することができる
。またこの場合一対のワイヤの直径、送給速度等を調節
することによりマトリックスを構成する合金の組成を容
易に変化させることができる。
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。
実施例 添付の図は本発明による溶射層の形成方法の実施に使用
されてよい溶射装置を示す概略構成図である。図に於て
、10は溶射ガンを示しており、該溶射ガンは本体12
と該本体に固定されたプレート14と該プレートに固定
されたエアノズル16とを含んでいる。本体12には一
対のガイド18a及び18bと、一対の電極20a及び
20bと、一対のワイヤノズル22a及び22bとが固
定されており、これらは互いに直線状に配列されR溶射
ガンの軸線24に対し同一の角度にて傾斜している。ま
た本体12には導管26が固定されており、該導管の一
端にはノズル28が固定されている。導管26及びノズ
ル28は電極20a及び20b等の間にて軸線24に沿
って延在している。
ガイド18a及び18bにはそれぞれフレキシブルチュ
ーブ30a及び30bが接続されており、図には示され
ていない一対のピンチローラによりチューブ30a1ガ
イド18a%電極20a1ワイヤノズル22aを経て溶
融部32ヘマトリツクスを構成すべき金属よりなる線材
としてのワイヤ34aが連続的に送給されるようにいる
。同様に図には示されていない一対のピンチローラによ
りチューブ30b5ガイド18bS電極20b、ワイヤ
ノズル22bを経て溶融部32ヘマトリツクスを構成す
べき金属よりなる他の一つの線材としてのワイヤ34b
が連続的に送給されるようになっている。電極20a及
び20bは図には示されていない電源に接続されており
、ワイヤ34a及び34bは電極20a及び20bに設
けられた溝内をその壁面に摺接して移動し、これにより
対応する電極より電流を供給され、その先端にて図には
示されていないアークを発生し、その熱によって連続的
に溶融されるようになっている。
導管26の他端はフレキシブルチューブ36により導管
38の一端に接続されており、導管38の他端は図には
示されていない圧縮空気供給源に接続されている。導管
38には内部に粉末又は短繊維の形態をなす微細な強化
材40を貯容するホッパ42が連結されている。ホッパ
内の空間の上方部分は導管44により導管38のホッパ
が連結された部分よりも」二流側の部分と連通接続され
ており、これによりホッパ42内が負圧状態になること
を回避し、又は強化材40に対し上方より背圧を与えて
強化材が導管38内へ円滑に供給されることを確保する
ようになっている。ホッパ40の下方部にはその出口開
口42aの開口面積を可変に制御する一対の弁要素46
及び48を含む流量制御弁が設けられている。
かくしてホッパ42内の強化材40は開口42aを経て
導管38へ導入され、該導管内を流れる圧縮空気によっ
て導管38、チューブ36、導管26を経てノズル28
へ供給され、該ノズルより強化材と圧縮空気との混合流
体として噴射され、ワイヤ34a及び34bが溶融する
ことにより生じた溶融金属を後方より実質的に霧状に吹
飛ばし、これにより強化材と溶融金属の微細な液滴とを
含む溶射噴流50を形成し、該噴流が彼溶射材52の表
面に衝突することにより、微細な強化材にて複合強化さ
れたマトリックス金属よりなる溶射層54を形成する。
この場合図に於て矢印にて示されている如く、周方向に
互いに隔置され半径方向に延在する慢数個の通路56、
本件12に設けられたリセス12a1プレート14に設
けられた孔58を経てノズル16へ供給された圧縮空気
が該ノズルより噴射され、その圧縮空気により溶射噴流
50が絞られることにより、溶融金属の液滴や強化材が
飛散することが制御される。
尚圧縮空気の如きキャリアガスと共にワイヤの溶融部へ
強化材を供給する手段は、例えば本願と同目付にて本願
出願人と同一の出願人により出願された特願昭61− 
     号に開示された短繊維供給装置の如く、強化
材を一様に供給し得るものである限り任意の構造のもの
であってよい。
次に上述の如く構成された溶射装置を用いて行われた本
発明による曳合材料溶射層の形成方法の具体例について
説明する。
具体−刑1 ワイヤ34a及び34bとして炭素含宵量が0゜3%で
あり直径が2■である炭素鋼製のワイヤを選定した。次
いでこれらのワイヤを14 kg/ hの速度にて送給
し、これらのワイヤに300A、30vの直流電流を通
電してそれらの先端間にアークを発生させ、ノズル28
より2g/seeの炭化つ′イ素ホイスカ(東海カーボ
ン株式会社製「トーカホイスカ」(登録商標))と共に
3 、 5 kg/ a12の圧縮空気を噴射して溶射
を行い、これにより炭化ケイ素ホイスカにて複合強化さ
れた炭素鋼よりなる溶射層を形成した。
かくして形成された溶射層の組織は緻密且均−であり、
ホイスカの分散も良好であり、ホイスカの剪断は実質的
に発生しておらず、更にはホイスカと炭素鋼との間の反
応も軽微であることが認められた。尚炭化ケイ素ホイス
カの体積率は約20%であり、ホイスカの歩留まりは約
15%であった。
具体例2 ワイヤ34a(+側)として直径3.5mmの純亜鉛ワ
イヤを選定し、ワイヤ34b(−側)として直径2■の
純アルミニウムワイヤを選定した。
次いでこれらのワイヤをそれぞれ50kg/h、20 
kg/ hの速度にて送給し、これらのワイヤに500
A、30Vの直流電流を通電してそれらの先端間にアー
クを発生させ、ノズル28より平均粒径が0.5μであ
り流量が10 kg/ seeである炭化ケイ素粒子と
共に4kg/cm2の圧縮空気を噴射して溶射を行い、
これにより炭化ケイ素粒子にて分散強化されたZn−A
l合金よりなる溶射層を形成した。
かくして形成された溶射層の組織は緻密且均−であり、
炭化ケイ素粒子の分散も良好であり、粒子の破断は発生
しておらず、更には炭化ケイ素粒子と亜鉛やアルミニウ
ムとの反応も軽微であることが認められた。尚炭化ケイ
素粒子の体積率は約18%であり、マトリックスのアル
ミニウム含有量は約30%であり、炭化ケイ素粒子の歩
留まりは約20%であった。
以上に於ては本発明を特定の実施例及び幾つかの具体例
について詳細に説明したが、本発明は−これらの実施例
や具体例に限定されるものではなく、本発明の範囲内に
て他の種々の実施例が可能であることは当業者にとって
明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
添付の図は本発明による複合材料溶射層の形成方法の実
施に使用されてよい溶射装置を示す概略構成図である。 10・・・溶射ガン、12・・・本体、14・・・プレ
ート。 16・・・エアノズル、18a、18b・・・ガイド、
20a、20b−・・電極、22a122b・・・ワイ
ヤノズル、26・・・導管、28・・・ノズル、30 
a s 30b・・・フレキシブルチューブ、32・・
・溶融部、34a s 34b・・・ワイヤ、36・・
・フレキシブルチューブ、38・・・導管、40・・・
強化材、42・・・ホッパ。 44・・・導管、46.48・・・弁要素、50・・・
溶射噴流、52・・・被溶射材、54・・・溶射層、5
6・・・通路。 58・・・孔 特 許 出 願 人  トヨタ自動車株式会社代   
理   人  弁理士  明石 昌毅(自 発) 手続補正書 昭和61年12月11日 1、事件の表示 昭和61年特二′「願第268060
号2)発明の名称 金属基;支台材料溶射層の形成方法 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 住 所  愛知県豊田市トヨタ町1番地名 称  (3
20)トヨタ自動車株式会社4、代理人

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)マトリックスを構成すべき金属よりなる一対の線
    材の間にアークを発生させて前記線材を連続的に溶融し
    、その溶融金属を微細な強化材と共にガスにて実質的に
    霧状に吹飛ばす金属基複合材料溶射層の形成方法。
  2. (2)特許請求の範囲第1項の金属基複合材料溶射層の
    形成方法に於て、前記一対の線材を構成する金属は互い
    に異種の金属であることを特徴とする金属基複合材料溶
    射層の形成方法。
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