JPH04201075A

JPH04201075A - 溶射皮膜製造方法

Info

Publication number: JPH04201075A
Application number: JP33295890A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Uchida; 一成内田; Hajime Iba; 伊庭　甫; Michihiro Ozawa; 小沢　通裕; Fuchio Kadota; 門田　二千男; Masahiro Ono; 正博小野
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Nuclear Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Nuclear Engineering Co Ltd
Priority date: 1990-11-29
Filing date: 1990-11-29
Publication date: 1992-07-22
Anticipated expiration: 2014-08-16
Also published as: JP2934911B2

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、基盤材上に溶射皮膜を形成する方法に係り、
特に溶射皮膜と基盤材との密着力を高めるために、基盤
材の表面粗度を大きくするブラスト処理方法並びに溶射
皮膜製造方法及び密着積層部材に関する。

〔従来の技術〕

プラズマ溶射法は、熱源により溶融または半溶融状態と
なった粉末を基盤材表面に吹きつけて皮膜を形成する表
面処理法のひとつであり、タービン翼、自動車エンジン
部品等に利用されている。

プラズマ照射法により基盤材表面に皮膜を形成する際、
あらかじめ表面を粗面化することによって皮膜と基盤材
の機械的な結合を良くして密着力を高めているのが普通
である。

表面粗面化の方法としては、基盤材面面を（１）粉末体
によりブラスト処理する方法（特開昭６２−１８２２６
１号公報）、（２）機械加工により溝を形成させる方法
（特開昭６０−２３０９７５号公報）及び（３）腐食液
により腐食溝を形成させる方法（特開昭６０−５０１５
７号公報）が従来実施されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

溶射皮膜と基盤材の密着性向上は、皮膜の信頼性を向上
させるためにも必要不可欠である。しかしながら、従来
のブラスト処理法では基盤材の表面を均一に削り落とす
ために表面の凹凸を大きくして表面粗度を高めることは
できず、皮膜と基盤材の密着性向上は望めない。これに
対処するため、機械加工で溝を付けたり、腐食液による
蝕刻で溝を付けることにより、粗度の増大を図る方法が
考えられている。しかしながら、これらの方法はグラフ
ァイトの様に加工が困難で、かつ、吸湿性の材料への適
用は難しい。

本発明の目的は、上記の問題点を解消するため、ブラス
ト処理のみで基盤材表面に溶射皮膜の基盤材に対する投
錨効果を高めることのできる凹凸をつけ、高い密着力を
有する溶射皮膜を形成することのできるブラスト処理方
法並びに溶射皮膜製造方法及び密着積層部材を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため１本発明は、基盤材表面を有孔
部材で覆う工程と、微粒子を吹きつけて前記有孔部材の
孔を通過した微粒子によって前記基盤材表面を削る工程
と、を含むことを特徴とするブラスト処理方法である。

また、本発明は、基盤材表面を有孔部材で覆う工程と、
微粒子を吹きつけて前記有孔部材の孔を通過した微粒子
によって前記基盤材表面を削る工程と、溶融または半溶
融状態の粉末を当該表面に溶射して皮膜を形成する工程
と、を含むことを特徴とする溶射皮膜製造方法である。

また、本発明は、基盤表面に微粒子を吹きつけて小凹凸
面を形成する工程と、前記小凹凸面を有孔部材で覆う工
程と、微粒子を吹きつけて前記有孔部材の孔を通過した
微粒子によって前記小凹凸面を削って大凹凸面を形成す
る工程と、溶融または半溶融状態の粉末を当該表面に溶
射して皮膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする
溶射皮膜製造方法である。ここで、微粒子の粒径は有孔
部材の孔径と同一またはそれより小さいことがよい。ま
た、有孔部材は有孔平板または金網であるものがよい。

ここで、溶射皮膜の形成前の工程を複数回繰り返すのが
よい。

また、本発明は、基盤と、この基盤材表面に密着された
溶射皮膜と、を備えた密着積層部材において、基盤と溶
射皮膜との接触面に互いの部材が凹設及び０設されて成
る大凹凸面と、この大凹凸面上に形成された小凹凸面と
が設けられていることを特徴とするものである。

〔作用〕

基盤材と溶射皮膜の密着力は主に機械的なかみ込み効果
（投錨効果）により得られており、密着性を向上させる
ため、基盤材表面を粗面化することが有効であることが
知られている。本発明においては、この粗面化を以下に
示す方法により行った。

基盤材を複数の孔を有する平板もしくは金網等の有孔部
材で覆った後、その外部からブラスト処理して孔に位置
する部分もしくは網目に位置する部分のみをけずり取る
ことにより表面上に凹部を形成させる方法である。また
、あらかじめ基盤材表面の全領域にわたってブラスト処
理した後、基盤材表面を複数の孔を有する平板もしくは
金網で覆い、次いでその外部から再度ブラスト処理して
孔に位置する部分もしくは網目に位置する部分のみをけ
ずり取ることにより表面上に凹部を形成する。さらに、
上記のブラスト方法を複数回実施して基盤材表面上に凹
部を形成する方法である。

次に、前記した方法により形成した凹部を有する基盤材
へ溶融または半溶融の粉末を吹きつけて溶射皮膜を形成
することにより、大きなかみ込み効果（投錨効果）が得
られ、基盤材と皮膜の密着力が向上する。

〔実施例〕

以下、本発明の詳細な説明する。

第２図は基盤材をグラファイトとした場合の本発明によ
る溶射皮膜の形成方法を示している。第３図は基盤材を
ブラスト処理して表面を粗面化するために使用するブラ
ストガン先端の移動経路を示している。

まず、ブラスト処理の方法について説明する。

基盤材はグラファイト５（直径：２０ｍ、厚さ２５ｍｍ
）とし、ブラストガン６の先端より圧力２ｋｇ／ａ＋？
の圧縮空気と共にＡＱ２０．粉末（＃６０’）を基盤材
表面に吹きつけて基盤材全面をブラスト処理し、粗面す
なわち小凹凸面４を形成する。この時ブラストガン６の
先端と基盤材５の距離は約７０ｍ１、ブラストガン移動
速度は２０００ｍ／ａｋｉｎとした。また、第３図に示
す様にブラストガン先端が平行移動する経路の巾である
ピッチＰは本実施例では約７ｍとし、パス回数は１回と
した。

なお、パス回数は第３図に示すブラストガンの移動経路
において、ブラストガン先端がＢからＥまで移動した時
点で１パスと定めた。

次いで、グラファイト材５の表面を第４図に示すフッ素
樹脂（商品名：テフロン）の有孔平板７で覆う。この場
合、外径（Ｄｌ）２０閤の有孔平板には、孔径（Ｄ、）
２ｍの孔１０が複数個設けられている。その後、上記と
同一条件でブラストガンよりＡＱ２０．粉末を吹きつけ
て、有孔平板７に設けた複数の孔１０の下側に位置する
基盤材表面を削り取ることにより、第２図に示す凹部３
を形成し、全体としては大凹凸面１１を形成した。

この場合、凹部３の深さＨはブラストのパス数を変える
ことにより変化させることができる。今回はパス数を２
，４及び６回実施した試験片を作製した。さらに、孔径
Ｄ２をφ１１ＩＷ１１と小さくした有孔平板を作製し、
基盤材表面を覆った後、ブラスト処理した試験片も作製
した。これら本発明により作製した試験片のパス回数と
ブラスト深さを表１に示す。

表１前述した様に本発明の特徴は、あらかじめ基盤材表面の
全面にわたってブラスト処理して粗面化した後、複数の
細孔を有する有孔平板で覆ってから再びブラスト処理す
る点にある。これにより細孔に位置する基盤材粗面にさ
らに凹部をつけ、粗度を高めることができる。表１の結
果はそれを示している。すなわち、孔径２ｍの有孔平板
で基盤材を覆ってブラストした場合、パス数が２．４及
び６回の時、それぞれ４５．６’Ｏ及び８ｏμｍのブラ
スト深さが得られている。また、孔径１ｍ＋の有孔平板
で基盤材を覆ってブラストした場合、パス数が２回の時
、ブラスト深さは５０μｍが得られている。

次いで、上述した方法で作製した表１に示す４種類のグ
ラファイト基盤材の粗面に、別途準備したプラズマ溶射
装置を用いて、まず、高融点金属粉末を溶射して約１０
０μｍの厚さを有する高融点金属層８を形成した後、高
融点金属層の上表面に高融点酸化物セラミックス粉末を
溶射して約１００μｍの高融点酸化物セラミック層９を
形成した。

ここでは、比較のために有孔板を使用しないで、基盤材
の全領域を圧力２　ｋｇ／ｄ、ブラストガンと基盤材の
距離約’７０ｍ、ブラストガンの移動速度約２０００　
ｍ／１１ｉｎ、パス数１回、ピッチ約７ｍｎ＋の条件で
ブラスト処理（従来方法）したグラファイトを準備し、
プラズマ溶射により約１００μｍの高融点金属層を形成
後、その表面上に約１００μｍの高融点酸化物セラミッ
クス層を形成させた試験片を作製し、前述した４種類の
試験片と共に後述する密着力試験に供試した。

次に、本発明の効果を明確にするために基盤材と溶射皮
膜間の密着力を調べたので、その結果について述べる。

ここでは、溶射皮膜と基盤材との密着力を測定する方法
として、ＪＩＳＨ８６６６に記載されている付着力試験
方法に従った。この場合の試験条件としては、試験片温
度は室温、荷重速度は１０００ｋｇ　ｆ　／　ｗｉｎと
した。

第５図は基盤材表面に形成したブラスト深さＨと密着力
の関係を示したものである。今回は従来方法でブラスト
した時の深さを基準とするため、従来方法によるブラス
ト深さＨは０μｍとした。

皮膜の密着力はブラスト深さを大きくすると共に増大す
る傾向を示し、ブラスト深さ８０μｍでは従来方法に比
べ約４０％密着力が向上している。

また、基盤材を覆うために用いた有孔平板に設けた孔の
径が２ｍ及びｉｎｎのいずれてあっても密着力の向上は
認められ、孔径の違いによる有意差は差程ない。

一般に基盤材表面に凹凸を形成すると溶射皮膜の密着力
が向上する理由は、機械的なかみ込み効果（投錨効果）
によると言われている。すなわち、基盤材表面に形成さ
れた凹部に溶融または半溶融の粒子が入り込むことによ
り、溶射皮膜と基盤材の機械的なかみ込み効果が大きく
なり、その結果、溶射皮膜と基盤材の密着力が向上する
。

本実施例で示したごとく、有孔平板を使用したブラスト
処理で凹部を形成した場合は、ブラスト深さを深くした
ほど密着力が向上しているが、これはブラスト深さが深
いほど機械的なかみ込み効果が大きくなったことを示し
ている。

次に１本発明により形成した皮膜について耐熱試験を実
施した結果を述べる。基盤材上に溶射皮膜を形成した材
料は、加熱冷却を加えることにより基盤材と皮膜間に両
者の熱膨張係数差に起因する熱応力が発生し、その結果
皮膜の剥離やクランクが発生する現象が生ずる。本試験
では、これらの現象に及ぼす基盤材表面上に形成した凹
部の影響を調へた。

耐熱試験方法としては、まず試験片を電気炉中にセット
して高温、かつ真空中に一定時間保持した後、室温まで
冷却し、試験片を取り出した。次に、徹り出した試験片
について外観観察及び光学顕微鏡による断面ｗｔ察（倍
率：１００〜４００倍）を行った。この時の試験条件と
しては、温度は１６００Ｋ及び２０００　Ｋ、保持時間
は１時間、真空度は２〜３　Ｘ　１０”−’ｔｏｒｒで
ある。

試験終了後取り出した試験片について調査した結果、目
視による外ｍｉｓでは温度１６００Ｋ及び２０００にの
いずれの場合でも本発明によって作製した試験片では、
皮膜の剥離、クラックの発生は見られず健全であった。

一方、従来方法により作製した試験片の場合、温度１６
００にでは外観上健全であったが、２０００にでは皮膜
に大きなりラックが発生し、一部皮膜の剥離が生した。

また、皮膜の断面ｗＡ察では１６００Ｋ及び２０００に
のいずれの場合でも本発明によって作製した試験片では
、微細なりラック（１０μｍ以下）が発生しているが、
皮膜の剥離はなかった。

一方、従来方法によるものは１６００に、２０００にの
両方で大きなりラックが発生していた。この様にクラッ
クが微細になる理由は、本発明では基盤材の凹凸により
基盤材と皮膜の界面がすべりにくくなり、応力が分散し
て剥離や大きなりランクは発生せず、微細なりラックと
なると思われる。

なお、前記の実施例において、基盤材としてグラファイ
トを使用したが５本発明は金属、セラミックス等にも適
用可能である。また、本発明はプラズマ溶射に限らず、
フレーム溶射、アーク溶射等その他の溶射法にも適用可
能である。また、溶射材として高融点材料に限らず、他
の金属やセラミックス等にも適用可能である。

さらに、ブラスト処理時に基盤材表面を覆う多孔板につ
いて、孔の径、孔の形状、孔の配置、多孔板の厚さ等の
変形が考えられ、また、金網等の他の材質の適用も可能
である。

さらに、ブラスト処理方法として、ブラスト材の粒径、
ブラスト材の材質、圧縮空気の圧力、ブラストガンと基
盤材の距離、ブラストガンの移動速度、ブラストガンの
移動経路、パス数等の変形が考えられる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ブラスト処理時に基盤材表面をスポッ
ト的に凹凸をつけられるので、基盤材と皮膜の機械的な
かみ込みが良くなり、密着力の向上及び皮膜の剥離防止
に効果がある。

従って、本発明は基盤材と皮膜の間に高い密着力が要求
される部材や加熱冷却により基盤材と皮膜間に大きな熱
応力が発生する部材等の溶射皮膜形成方法として有効で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法により形成した溶射皮膜の断面模式
図、第２図は本発明にょる溶射皮膜形成方法を示す回、
第３図はブラストガン先端の移動経路図、第４図は本発
明のブラスト処理に用いた有孔平板の平面図、第５図は
基盤材表面に形成したブラスト深さと密着力の関係を示
す図である。１・基盤材、２・・・溶射皮膜層、３・・・凹部、４・・基盤材表面の凹凸部、５・・・グ
ラファイト基盤材、６・・・ブラストガン、７・・テフロンの平板、８・・高融点金属層、９・・・高融点酸化物セラミックス層、Ｔ・・・ブラス
トガン移動方向、Ｇ・・・へ〇２０３粉末の流れ、Ｈ・・凹部の深さ、Ｒ・・ブラストガン先端の移動経路、Ｂ・・・ブラスト開始位置、Ｅ・ブラスト終了位置、Ｐ・・・ピッチ。Ｄトチフロン乎抜の外径、Ｄ２・孔の外径。

Claims

【特許請求の範囲】

１．基盤材表面を有孔部材で覆う工程と、微粒子を吹き
つけて前記有孔部材の孔を通過した微粒子によって前記
基盤材表面を削る工程と、を含むことを特徴とするブラ
スト処理方法。
２．基盤材表面を有孔部材で覆う工程と、微粒子を吹き
つけて前記有孔部材の孔を通過した微粒子によって前記
基盤材表面を削る工程と、溶融または半溶融状態の粉末
を当該表面に溶射して皮膜を形成する工程と、を含むこ
とを特徴とする溶射皮膜製造方法。
３．基盤表面に微粒子を吹きつけて小凹凸面を形成する
工程と、前記小凹凸面を有孔部材で覆う工程と、微粒子
を吹きつけて前記有孔部材の孔を通過した微粒子によっ
て前記小凹凸面を削って大凹凸面を形成する工程と、溶
融または半溶融状態の粉末を当該表面に溶射して皮膜を
形成する工程と、を含むことを特徴とする溶射皮膜製造
方法。
４．請求項２又は３において、微粒子の粒径は有孔部材
の孔径と同一またはそれより小さいことを特徴とする溶
射皮膜製造方法。
５．請求項２〜４のいずれかにおいて、有孔部材は有孔
平板はまた金網であることを特徴とする溶射皮膜製造方
法。
６．請求項２〜５のいずれかにおいて、溶射皮膜の形成
前の工程を複数回繰り返すことを特徴とする溶射皮膜製
造方法。
７．基盤と、この基盤材表面に密着された溶射皮膜と、
を備えた密着積層部材において、基盤と溶射皮膜との接
触面に互いの部材が凹設及び凸設されて成る大凹凸面と
、この大凹凸面上に形成された小凹凸面とが設けられて
いることを特徴とする密着積層部材。