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TWI640381B - 基材的粗糙面化方法、基材的表面處理方法、熔射塗膜被覆構件的製造方法及熔射塗膜被覆構件 - Google Patents

基材的粗糙面化方法、基材的表面處理方法、熔射塗膜被覆構件的製造方法及熔射塗膜被覆構件 Download PDF

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TWI640381B TW105108928A TW105108928A TWI640381B TW I640381 B TWI640381 B TW I640381B TW 105108928 A TW105108928 A TW 105108928A TW 105108928 A TW105108928 A TW 105108928A TW I640381 B TWI640381 B TW I640381B
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Abstract

本發明的課題為提供一種可適用於需要高強度的結構構件，與此同時可顯現堅固的密著力之被熔射體的粗糙面化方法及熔射塗膜被覆構件。
本發明的解決手段為藉由將功率密度以1.0×107~109W/cm2，且對照射位置的作用時間以1.0×10-7~10-5s的雷射在大氣中照射到陶瓷基材2，將陶瓷基材2的表面粗糙面化，並且在粗糙面化表面2a形成氧化膜3。

Description

基材的粗糙面化方法、基材的表面處理方法、熔射塗膜被覆構件的製造方法及熔射塗膜被覆構件
本發明是關於利用雷射加工的基材的粗糙面化方法、對藉由雷射加工而粗糙面化的基材進行表面處理的方法、以熔射塗膜被覆藉由雷射加工而粗糙面化的基材的表面的熔射塗膜被覆構件的製造方法及熔射塗膜被覆構件。
為了提高構造物的耐磨耗性等，在構造構件的表面形成各種熔射塗膜被廣泛進行。熔射法(thermal spraying method)是將陶瓷、金屬、金屬陶瓷(cermet)等的熔射粉末供給至可燃性氣體的燃燒火焰或Ar、He、H2等的電漿火焰(plasma flame)中，使陶瓷、金屬、金屬陶瓷等的熔射粉末成軟化或熔融的狀態，藉由以高速噴塗至被熔射體的表面，將熔射塗膜塗佈(coating)於其表面的表面處理技術。
在這種塗佈技術(coating technology)中始終成為課題的是被熔射體之基材與熔射塗膜的密著性。為了提高密著性一般被進行的是基材的粗糙面化。作為粗糙面化的手段最為大家所熟知的是噴砂處理。在噴砂處理中以高 速將金屬或陶瓷等的微粒之投射材(projection material)噴塗至基材表面並形成凹凸。在施以粗糙面化處理的表面中，由於定錨效應(anchoring effect)的顯現而使物理的密著性提高，使熔射塗膜密著。
噴砂處理對金屬製的基材等富延性、展性的材料，由基材強度的觀點不太成為問題，但對陶瓷等的脆性材料有引起基材強度的降低的可能性。
相對於此，在專利文獻1中藉由對基材表面施以使用遮蔽材(masking material)或網目(mesh)的微噴加工(microblast processing)，即使是由脆性材料構成的基材也能抑制基材的翹曲，可形成具有段差的凹凸面，可提高熔射膜(thermal spraying film)的密著性。
而且，在專利文獻2中作為不進行噴砂處理的新的粗糙面化技術，在使糊材(adhesive paste)被覆於成形體表面後將粗粒塗滿於成形體表面，然後使附著了粗粒的成形體乾燥並除去過剩的粗粒，進而藉由將成形體燒成得到具有尖銳的凹凸的基材，即使不進行噴砂處理也能得到熔射層的堅固的接著。
作為噴砂處理以外的一般的粗糙面化技術，已知有利用將雷射照射到基材之粗糙面化技術(專利文獻3~9)。其中有對陶瓷製的基材的雷射粗糙面化處理的記述者為以下的3個。
在專利文獻6中，藉由使用雷射束(laser beam)對表面層的硬質無機材料(例如利用化學蒸鍍法(chemical evaporation method)(CVD法：Chemical Vapor Deposition method)的SiC等的共價性(covalent)高的結晶構造(crystal structure)的材料)的表面施以粗糙面化處理，特別是可適合形成利用熔射法的氧化物系無機材料(例如Y2O3-SiO2複合氧化物(complex oxide))的塗膜(coating film)。
在專利文獻7中，在製造具有陶瓷製的基體(base body)與陶瓷製的保護層的層複合體的方法中，藉由在熔射前使用雷射束使陶瓷製的基體的表面構造化，可使其如所希望地進行粗糙面化，其結果使接著藉由熔射而配設的保護層良好地固著。
在專利文獻8中，作為製作變形測定裝置的方法揭示了包含：(a)、在藉由以利用化學氣相沉積(chemical vapor deposition)而沉積的SiC層被覆的基材構成的零件的SiC表面，以增加表面的粗糙度的目的，重複雷射碰撞(laser collision)的步驟，與(b)、在SiC表面上藉由常壓熔射沉積氧化鋁塗膜(alumina coating)的步驟之方法，藉由雷射束改良SiC表面的物理化學的狀態，據此使氧化鋁塗膜與SiC表面的物理化學的鍵結提高。
[專利文獻1]日本國特開2007-277620號公報
[專利文獻2]日本國特開2003-277169號公報
[專利文獻3]日本國特開昭61-163258號公報
[專利文獻4]日本國特開昭63-108930號公報
[專利文獻5]日本國特開平7-116870號公報
[專利文獻6]日本國特開平10-310859號公報
[專利文獻7]日本國特開2010-64952號公報
[專利文獻8]日本國特開2008-275617號公報
[專利文獻9]日本國特開2000-263260號公報
若使用雷射進行粗糙面化處理，則因產生像噴砂處理的情形的殘留物而造成的密著性的降低等的問題消失。而且，利用雷射的粗糙面化處理與噴砂處理比較容易控制，表面性狀也難以成為不均勻。
但是，藉由雷射加工進行粗糙面化處理者與進行噴砂粗糙面化處理者比較未必得到高的密著性。在基材表面賦予適切的凹凸成為前提。
另一方面，在對陶瓷基材(ceramics substrate)的粗糙面化處理中，有強度降低容易發生之課題。依照本發明人們的檢討，在噴砂處理中基材強度降低的原因在於因投射材的碰撞而在脆性材料之基材的表面導入了微少龜裂。該微少龜裂成為破裂的起點，有最終導致基材的破壞之虞。
依照雷射加工，若與噴砂處理比較的話，則給予基材的表面的物理的衝擊少。但是，依照本發明人們的檢討，即使是雷射加工，在基材的表面也會產生些微的龜裂。該龜裂不像是可透過人類的眼睛確認的大小，而是透過顯微鏡觀察初次被確認(參照圖4。詳細於後述)。因此，若僅著眼於提高密著性而對基材表面形成凹凸，則會招致基 材強度的降低。
因此，本發明是鑑於習知技術的問題點，其目的為提供一種即使是對陶瓷基材進行利用雷射照射的粗糙面化時，也能高高地保持基材強度，且在基材上形成熔射塗膜時可顯現堅固的密著力之基材的粗糙面化方法、粗糙面化處理後的基材的表面處理方法、使用該等方法的熔射塗膜被覆構件的製造方法及熔射塗膜被覆構件。
本發明人為了解決上述的課題而專心致志進行了檢討。其結果發現，由藉由雷射的照射而有效地將表面性狀改質的觀點，對陶瓷基材在大氣中且以規定的條件照射雷射，施以粗糙面化處理，大大地有助於提高與熔射塗膜的密著性及抑制基材強度降低，據此達到了解決課題。
本發明為一種基材的粗糙面化方法，藉由將功率密度(power density)以1.0×107~109W/cm2，且對照射位置的作用時間以1.0×10-7~10-5s的雷射在大氣中照射到陶瓷基材，將前述基材的表面粗糙面化。
在本發明中為了得到不引起基材強度的大幅的降低，且能獲得高的密著性的良好的基材之雷射照射的條件是雷射的功率密度以1.0×107~109W/cm2，且對照射位置的作用時間以1.0×10-7~10-5s。而且，在本發明中因對陶瓷基材在大氣中進行上述條件的雷射照射，故在粗糙面化表面上可形成薄的氧化膜。據此，除了由粗糙面化表面產生的物理密著力之外，還藉由化學親合力的作用得到與形成於其上的熔射塗膜之高的密著性。進而在上述條件下得到 的氧化膜因可覆蓋與利用雷射的照射的粗糙面化同時產生的微少龜裂的上部，故基材強度的降低被抑制。
也就是說，依照上述的條件所進行的雷射的照射，在粗糙面化的同時，可形成覆蓋基材之被粗糙面化的表面，及藉由雷射的照射形成的基材的微少龜裂的上部之氧化膜，據此，因粗糙面化表面的微少龜裂所造成的給予基材強度的降低之影響被降低，對需要高強度的結構構件(structural member)的適用範圍擴大。
前述陶瓷基材的種類未被特別限定，但碳化矽、氮化矽、硼化矽或包含碳化矽、氮化矽、硼化矽的一種以上的混合物較適合。
藉由前述基材的粗糙面化方法得到的基材的表面進行熱氧化處理較佳。據此，治好成為強度降低的原因的微少龜裂，並且藉由雷射的照射形成的氧化膜的緻密化發生，因此得到對熔射塗膜的優良的密著性與更進一步的基材強度的降低的抑制效果。本發明也是一種基材的表面處理方法，其特徵在於：對藉由前述基材的粗糙面化方法進行的粗糙面化處理之基材的表面進行熱氧化處理。
藉由前述基材的粗糙面化方法得到的基材適合當作被熔射體使用。本發明也是一種熔射塗膜被覆構件的製造方法，其特徵在於：對藉由前述基材的粗糙面化方法進行的粗糙面化處理，或對藉由前述基材的表面處理方法進行的表面處理的基材施以熔射處理。
進而本發明為一種熔射塗膜被覆構件，其特 徵在於：在藉由前述基材的粗糙面化方法進行的粗糙面化處理，或藉由前述基材的表面處理方法進行的表面處理的基材上具備熔射塗膜。
覆蓋基材的粗糙面化表面的氧化膜可在與形成於其上的熔射塗膜之間發揮高的密著性。而且，上述氧化膜是覆蓋粗糙面化表面及藉由雷射的照射而在基材的表面產生的微少龜裂的上部，成為被熔射體的強度被維持之耐久性高的熔射塗膜被覆構件。
依照本發明的基材的粗糙面化方法，可得到對熔射塗膜高的密著性與耐久性高的基材。
依照本發明的基材的表面處理方法，可得到對熔射塗膜更優良的密著性與更進一步的基材強度的降低的抑制功效。
依照本發明的熔射塗膜被覆構件的製造方法，可得到具備與基材的密著性高的熔射塗膜，和耐久性高的基材之熔射塗膜被覆構件。
依照本發明的熔射塗膜被覆構件，因具備與基材的密著性高的熔射塗膜，和耐久性高的基材，故也能適用於需要高強度的結構構件。
1‧‧‧熔射塗膜被覆構件
2‧‧‧基材(被熔射體)
2a‧‧‧粗糙面化表面
3‧‧‧氧化膜
4‧‧‧熔射塗膜
5‧‧‧微少龜裂
10‧‧‧雷射加工裝置
11‧‧‧電流掃描器
12‧‧‧f θ透鏡
13‧‧‧XY平台
14‧‧‧電流鏡
15‧‧‧致動器
16‧‧‧雷射光
圖1是與本發明的一實施形態有關的熔射塗膜被覆構件之模式剖面圖。
圖2是圖1的主要部分放大視圖。
圖3是用以實施本發明的粗糙面化方法的雷射加工裝置之概略圖。
圖4是以實施例5的條件得到的試片(test piece)的剖面SEM(掃描電子顯微鏡：Scanning Electron Microscope)照片。
就本發明的實施的形態參照圖式進行說明。圖1是與本發明的一實施形態有關的熔射塗膜被覆構件1之模式剖面圖，圖2是其主要部分放大視圖。本實施形態的熔射塗膜被覆構件1如圖1藉由如下的構件構成：具有藉由雷射的照射而被粗糙面化的粗糙面化表面2a的被熔射體之基材2；存在於該基材2的粗糙面化表面2a之氧化膜3；隔著該氧化膜3被覆基材2之熔射塗膜4。
例如因陶瓷材料之一的SiC材料為高硬度，為了藉由噴砂處理賦予充分的粗糙度，提高噴砂壓等的條件設定為必要。但是，在這種處理中給予基材的衝擊強，在基材產生大的龜裂而招致強度的降低，因此很難適用噴砂處理。在本發明中因藉由照射適切的條件的雷射而賦予凹凸，故可減小對基材的衝擊，同時可賦予適切的粗糙度。而且，與雷射的照射同時形成氧化膜3，不僅依靠定錨效應所產生的物理的密著，也發生化學親合力所產生的鍵結。
在本實施形態使用的基材2若是可進行雷射加工的陶瓷基材，則氧化物陶瓷(oxide ceramics)(例如氧化鋁(alumina)(Al2O3))、氮化物陶瓷(nitride ceramics)(例如氮 化鋁(AlN))、硼化物陶瓷(boride ceramics)、碳化物陶瓷(carbide ceramics)等未被特別限定，最好是含有矽的陶瓷基材，其中特別是碳化矽(SiC)、氮化矽(Si3N4)、硼化矽(SiB4)或包含碳化矽、氮化矽、硼化矽的一種以上的混合物(例如SiC-Si3N4、Si-SiC、Si-Si3N4等)較佳。而且，也能使用日立金屬公司製的[SIALON](註冊商標)。該等材料在本發明的雷射的照射條件中為容易形成氧化膜3(此情形為二氧化矽(SiO2)膜)的材料，可得到對熔射塗膜4高的密著性及基材強度的維持為可能的氧化膜3。
以下就對基材2照射雷射得到粗糙面化表面2a用的粗糙面化方法詳細地說明。在本實施形態中雷射可依照照射對象物由光纖雷射(fiber laser)、半導體雷射(semiconductor laser)、YAG雷射(Yttrium Aluminum Garnet laser：釔鋁石榴石雷射)等中的連續振盪(continuous oscillation)或脈衝振盪(pulse oscillation)等的一般的雷射任意選擇，不被限定。在以下的說明中假定使用連續振盪的光纖雷射。
圖3是用以實施本發明的被熔射體的粗糙面化方法的雷射加工裝置10之概略圖。雷射加工裝置10具備未圖示的雷射振盪器(laser oscillator)、光纖、控制裝置、準直透鏡(collimator lens)、圖示的電流掃描器(galvano scanner)11、f θ透鏡12、使照射對象物之基材2移動於X方向及Y方向之XY平台(XY table)13。
由雷射振盪器射出的雷射光藉由光纖傳輸， 入射到配置於電流掃描器11的前段的準直透鏡。入射到準直透鏡的雷射光被調整成平行光，入射到電流掃描器11。電流掃描器11具備電流鏡(galvano-mirror)14及調整電流鏡14的角度之致動器(actuator)15，藉由控制電流鏡14而以任意的圖樣(pattern)掃描雷射光16。藉由適當地配置f θ透鏡12與基材2的距離，f θ透鏡12將入射的雷射光16在包含基材2的表面的平面聚焦而進行補正並集光。XY平台13固定基材2，並且移動於XY方向。
控制裝置根據用以將基材2粗糙面化加工的加工程式、加工條件等，控制由雷射振盪器射出的雷射的輸出或射出時序、電流掃描器11所掃描的雷射的圖樣。
可藉由適切地組合傳輸雷射的光纖的心徑、準直透鏡及f θ透鏡12的焦距，控制在焦點的光斑直徑(spot diameter)。
可藉由電流掃描器11掃描的基材2的範圍被限定。因此，若在可掃描的範圍內的加工結束，則基材2藉由XY平台13移動以使未加工區域成為掃描可能的位置，而被再加工。據此，藉由根據預先被輸入到控制裝置的加工程式的圖案(pattern)使基材2的表面被粗糙面化而成為粗糙面化表面2a。
本發明中的功率密度(power density)及作用時間是如下而定義：功率密度(W/cm2)的定義：輸出/光斑面積((光斑直徑/2)2×π)
作用時間(s)的定義：雷射的光斑通過任意的點所需的時間(光斑直徑/掃描速度)
藉由雷射加工裝置10的透鏡構成及控制裝置調整成雷射的功率密度以1.0×107~109W/cm2的範圍，對照射位置的作用時間以1.0×10-7~10-5s。藉由在大氣中將該條件的雷射照射到基材2，在基材2的表面形成凹凸並粗糙面化，與此同時在粗糙面化表面2a形成氧化膜3。
雷射的照射既可以為一次也可以為複數次。例如藉由改變雷射的掃描方向並進行複數次的照射，可將凹凸的形狀形成所希望的形的圖案。而且，若使雷射的掃描方向成規則的，則可得到凸部具有一定的規則性而排列形成成圖案狀之凹凸面。
藉由雷射的照射而被粗糙面化的基材2的粗糙面化表面2a的算術平均粗糙度(arithmetic mean roughness)Ra被調整成例如0.5~30μm。藉由該粗糙面化表面2a的凹凸，可得到定錨效應所產生的熔射塗膜4的良好的密著力。算術平均粗糙度Ra的更佳的下限為2μm，更佳的上限為20μm。
以SiC所代表的含矽陶瓷材料當作基材2的情形的氧化膜3成為二氧化矽(SiO2：矽石(silica))膜。而且，在基材使用氮化鋁(AlN)時，可得到氧化鋁(Al2O3)膜當作氧化膜3。若照射雷射而在基材2形成粗糙面化表面2a，則在其凹凸的表層由於雷射照射的衝擊等而產生微少龜裂5。該微少龜裂5為在深度方向5~20μm左右的大小，雖然 與噴砂處理比較給予基材2的強度面的影響少，但是該微少龜裂5成為發端，有基材強度的顯著的降低或發生基材破壞的可能性。
在本實施形態中，將調整成功率密度以1.0×107~109W/cm2的範圍，對照射位置的作用時間以1.0×10-7~10-5s之雷射照射到基材2，氧化膜3以覆蓋藉由雷射的照射而在粗糙面化表面2a產生的微少龜裂5的上部的方式形成。也就是說，雖然在藉由上述條件的雷射的照射而被粗糙面化的粗糙面化表面2a形成有如上述的微少龜裂5，但與此同時將微少龜裂5的口堵塞而形成氧化膜3，因此該微少龜裂5被封閉，基材2的強度降低被抑制。
除此之外，藉由將調整成功率密度以1.0×107~109W/cm2的範圍，對照射位置的作用時間以1.0×10-7~10-5s之雷射照射到基材2，能與粗糙面化同時在粗糙面化表面2a的全體形成氧化膜3，此將使基材2與熔射塗膜4的高的密著性顯現。據此，在熔射塗膜被覆構件1中，熔射塗膜4隔著氧化膜3強固地密著於粗糙面化表面2a。
藉由雷射的照射而形成的氧化膜3的厚度為2~20μm較佳，據此，可得到優良的密著性與對微少龜裂5之充分的被覆效果。若氧化膜3的厚度比2μm小，則有無法得到充分的密著之虞。另一方面，若是氧化膜3的厚度比20μm大的條件，則由於雷射而在基材產生的龜裂變的過大，有氧化膜3無法充分被覆龜裂的上部的可能性。氧化膜3的厚度的更佳的下限為5μm，更佳的上限為10 μm。
對藉由依照上述條件的雷射的照射而被粗糙面化的基材2的粗糙面化表面2a更進行熱氧化處理較佳。方法可舉出例如在升溫至800~2000℃的大氣中曝露5~20小時左右的方法。進行熱氧化處理時的溫度的較佳的下限為1000℃，較佳的上限為1500℃。
因在本實施形態使用的基材2使用陶瓷，故依照上述熱氧化處理，以藉由雷射的照射而形成並且藉由氧化膜3填補被封閉的微少龜裂5的其餘的部分的方式生成氧化膜3，使微少龜裂5賭塞而被治好。進而在藉由雷射的照射而已經形成的氧化膜3的內部中也促進氧化膜3的生成，其結果氧化膜3內就會更緻密化。藉由該熱處理使藉由雷射的照射而已經形成的氧化膜3之對熔射塗膜4的密著性更提高，而且可更抑制基材強度的降低。
上述熱氧化處理因主要作用在氧化膜3的緻密化或治好微少龜裂5，故上述熱氧化處理後的氧化膜3的膜厚與熱氧化處理前大致不變，為2~20μm左右。
其次，就對被進行了上述處理的粗糙面化表面2a施以熔射處理形成熔射塗膜4的製程進行說明。
熔射塗膜4藉由在各種熔射粉末軟化或熔融的狀態下，高速碰撞基材2並沉積而形成。構成熔射塗膜4的材料不被限定，可舉出金屬(包含合金)、陶瓷、金屬陶瓷等。
構成上述熔射塗膜4的金屬的具體例可舉 出：選自於Ni、Cr、Co、Al、Ta、Y、W、Nb、V、Ti、B、Si、Mo、Zr、Fe、Hf、La的群的元素的單體金屬；包含該等元素的一種以上的合金。
構成上述熔射塗膜4的陶瓷的具體例可舉出：包含選自於Ni、Cr、Co、Al、Ta、Y、W、Nb、V、Ti、B、Si、Mo、Zr、Fe、Hf、La的群的元素的一種以上的氧化物系陶瓷、氮化物系陶瓷、氟化物系陶瓷、碳化物系陶瓷、硼化物系陶瓷；氧化物系陶瓷、氮化物系陶瓷、氟化物系陶瓷、碳化物系陶瓷、硼化物系陶瓷的混合物。
氧化物系陶瓷可舉出：Al2O3、Cr2O3、HfO2、La2O3、TiO2、Y2O3、ZrO2、Al2O3/SiO2、NiO、ZrO2/SiO2、SiO2、MgO、CaO。氮化物系陶瓷可舉出：TiN、TaN、AlN、BN、Si3N4、HfN、NbN、YN、ZrN、Mg3N2、Ca3N2。氟化物系陶瓷可舉出：LiF、CaF2、BaF2、YF3、AlF3、ZrF4、MgF2。碳化物系陶瓷可舉出：TiC、WC、TaC、B4C、SiC、HfC、ZrC、VC、Cr3C2。硼化物系陶瓷可舉出：TiB2、ZrB2、HfB2、VB2、TaB2、NbB2、W2B5、CrB2、LaB6。
以將金屬材料與陶瓷材料複合化的金屬陶瓷材料當作熔射材料也可以。金屬陶瓷材料可舉出：將選自於Cr3C2、TaC、WC、NbC、VC、TiC、B4C、SiC、CrB2、WB、MoB、ZrB2、TiB2、FeB2、CrN、Cr2N、TaN、NbN、VN、TiN、BN的群的陶瓷材料與選自於Ni、Cr、Co、Al、Ta、Y、W、Nb、V、Ti、B、Si、Mo、Zr、Fe、Hf、La的群的金屬材料複合化者等。
用以形成熔射塗膜4的熔射粉末例如使用粒徑5~80μm左右的粒度範圍(size range)的粉末。熔射粉末的粒徑可依照粉末的流動性或塗膜特性適宜設定。
熔射塗膜4的厚度例如為50~2000μm。熔射塗膜4的厚度可依照使用目的適宜設定。
熔射塗膜4一般在內部具有孔隙(pore)，其平均孔隙率(mean porosity)例如為5~10%。平均孔隙率依照熔射法或熔射條件而變化。
若舉出用以得到熔射塗膜被覆構件1的製程的一例的話，則依照如下的順序進行：基材2的表面的潔淨化處理、基材2的表面的雷射粗糙面化處理、基材2的表面的熱氧化處理、用以形成熔射塗膜4的熔射施工。在基材2的粗糙面化表面2a形成熔射塗膜4後進行熔射塗膜4的表層的封孔處理、表面研磨處理等也可以。也有因熔射材料的不同而包含有預熱製程等的其他的製程的情形。
用以形成熔射塗膜4的熔射方法可舉出：大氣電漿熔射法(atmospheric plasma spraying method)、低壓電漿熔射法(low pressure plasma spraying method)、高速火焰熔射法(high velocity flame spraying method)、氣體火焰熔射法(gas flame spraying method)、電弧熔射法(arc spraying method)、爆炸火焰熔射法(detonation flame spraying method)等。特別是以電能作為熱源的電漿熔射法(plasma spraying method)是利用氬、氫及氮等當作電漿的產生源而進行成膜，熱源溫度高，火燄速度(flame velocity) 快，因此可緻密地將高熔點的材料成膜。
藉由使用該等熔射法，可得到耐久性優良且高品質的熔射塗膜4。對應各熔射法的成膜條件依照基材2的種類、熔射粉末的種類、膜厚、製造環境等適宜設定的話即可。
在本實施形態的基材的粗糙面化方法、基材的表面處理方法及熔射塗膜被覆構件的製造方法中，作為為了得到良好的氧化膜3的雷射照射的適當的條件，雷射的功率密度以1.0×107~109W/cm2的範圍，且對照射位置的作用時間以1.0×10-7~10-5s。在本實施形態中，在該條件下得到的氧化膜3存在於粗糙面化表面2a，熔射塗膜4隔著該氧化膜3密著於基材2的粗糙面化表面2a。據此可得到被熔射於基材2的熔射塗膜4之高的密著性。
而且，因藉由在上述條件下的處理而使藉由雷射的照射而在基材2產生的龜裂被治好，故基材2的強度被維持。因此，藉由本實施形態的熔射塗膜被覆構件1構成的構造體其基材強度的降低被抑制，可持續很長的期間維持耐久性，可適用於需要高強度的結構構件。
[實施例]
以下就本發明的實施例進行說明。本發明不是被限定於該實施例。對基材的表面施以利用雷射的照射的粗糙面化加工，以該表面當作粗糙面化表面，對該粗糙面化表面施以Al2O3熔射塗膜，製作了熔射塗膜被覆構件的試片。控制雷射的輸出、掃描速度及光斑直徑，使功率 密度及對照射位置的作用時間變化而進行了雷射照射。觀察雷射照射後的試片的粗糙面化狀態，實施了將Al2O3熔射塗膜成膜後的試片的熔射塗膜的密著性試驗及試片的抗彎強度(bending strength)試片。
在實施例1~8、比較例2~10中將雷射照射到50×50×6mm的SiC製的板材的單面，以照射了雷射的區域當作粗糙面化表面。在比較例1中對50×50×6mm的SiC製的板材的單面進行噴砂處理，以處理後的區域當作粗糙面化表面。將實施例1~8、比較例2~10的雷射的照射條件及實施例1~8、比較例1~10的各評價結果顯示於表1。而且，圖4是以實施例5的條件得到的試片的剖面SEM照片。
粗糙面化狀態以目視及顯微鏡觀察進行評價，被粗糙面化者以○，未被粗糙面化者以×。比較例2~4、10如表1所記載的，基材被破壞。密著性使用依據JIS H8300的試驗法，測定對基材的熔射塗膜的密著力，顯示5MPa以上的高的密著性者以○，顯示3MPa以上未滿5MPa的密著性者以△，顯示未滿3MPa的低的密著性者以×。抗彎強度的降低率是使用3點彎曲試驗(bending test)(支點間距離：40mm、試驗數：N=3)測定試片的抗彎強度，算出對未進行粗糙面化處理的未處理試片的抗彎強度的降低率。例如未處理試片的抗彎強度為100MPa，且處理後的試片為60MPa的情形，抗彎強度的降低率成為40%。
[表1]
各試片的粗糙面化後的狀態如下所示。
實施例1~8：得到形成有氧化膜的良好的粗糙面化表面。
比較例2~4：雷射照射的作用時間過長基材被破壞。
比較例5：雷射照射的功率密度過小無法得到氧化膜。
比較例6、7：雷射照射的功率密度過小無法被粗糙面化。
比較例8：雷射照射的作用時間過短無法得到氧化膜。
比較例9：雷射照射的作用時間過短無法被粗糙面化。
比較例10：對雷射照射的功率密度作用時間長基材被破壞。
在實施例1~8中粗糙面化狀態良好，熔射塗膜的密著性也高，抗彎強度的降低率也維持60%以下。在 實施了噴砂處理的比較例1中密著性低，抗彎強度顯著地降低。在比較例2~10中雷射照射的條件不適切，被認定了基材的破壞、非粗糙面化、低密著性、抗彎強度的降低等。
其次，基材不以碳化矽(SiC)而以氮化矽(Si3N4)、氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al2O3)，以與實施例5相同的雷射條件對基材的表面施以利用雷射的照射的粗糙面化加工，以該表面當作粗糙面化表面，分別對粗糙面化表面施以Al2O3熔射塗膜，製作了熔射塗膜被覆構件的試片。然後實施了熔射塗膜的密著性試驗及試片的抗彎強度試驗。將結果顯示於表2。
在基材以氮化矽(Si3N4)的實施例9、基材以氮化鋁(AlN)的實施例10中，粗糙面化狀態良好，熔射塗膜的密著性也高，抗彎強度的降低率也小。另一方面，在基材以氧化鋁(Al2O3)的實施例11中，還不能說是密著性良好的可使用的範圍，粗糙面化狀態良好，抗彎強度的降低率小。
其次，以與實施例5相同的雷射條件對基材的表面施以利用雷射的照射的粗糙面化加工，以該表面當作粗糙面化表面，進而在1200℃的電爐(大氣中)之中進行 了10小時熱氧化處理後，對粗糙面化表面施以Al2O3熔射塗膜，製作了熔射塗膜被覆構件的試片。而且，以與比較例1相同的噴砂條件，對基材的表面施以噴砂處理，以該表面當作粗糙面化表面，進而在1200℃的電爐(大氣中)之中進行了10小時熱氧化處理後，對粗糙面化表面施以Al2O3熔射塗膜，製作了熔射塗膜被覆構件的試片。然後實施了熔射塗膜的密著性試驗及試片的抗彎強度試驗。將結果顯示於表3。
在實施例12中，利用雷射的照射的粗糙面化處理後，藉由熔射塗膜的被覆形成前的熱處理進行粗糙面化處理面的更進一步的氧化處理，提高密著性及抗彎強度。另一方面，在比較例11中，利用噴砂的粗糙面化處理後，藉由熔射塗膜的被覆形成前的熱處理進行粗糙面化處理面的氧化處理，雖然抗彎強度稍微改善，但依然不是充分的值。而且，關於密著性說起來是利用不破壞基材的程度的噴砂處理的粗糙面化處理，因此不被賦予充分的凹凸，無法得到良好的密著性。
上述的實施形態及實施例為舉例說明，不是限制的實施形態及實施例。本發明的基材的粗糙面化方法、基材的表面處理方法、熔射塗膜被覆構件的製造方法 及熔射塗膜被覆構件可在汽車產業、半導體產業等所有的用途使用。

Claims (7)

  1. 一種基材的粗糙面化方法，其特徵在於：藉由將功率密度以1.0×107~109W/cm2，且對照射位置的作用時間以1.0×10-7~10-5s的雷射在大氣中照射到陶瓷基材，將該基材的表面粗糙面化，在利用該雷射的照射的粗糙面化的同時，形成覆蓋藉由該雷射的照射而被粗糙面化的表面，及形成於該被粗糙面化的表面的微少龜裂的上部之氧化膜。
  2. 如申請專利範圍第1項之基材的粗糙面化方法，其中該陶瓷基材為碳化矽、氮化矽、硼化矽或包含碳化矽、氮化矽、硼化矽的一種以上的混合物。
  3. 一種基材的表面處理方法，其特徵在於：對藉由申請專利範圍第1項至第2項中任一項之基材的粗糙面化方法進行的粗糙面化處理之基材的表面進行熱氧化處理。
  4. 一種熔射塗膜被覆構件的製造方法，其特徵在於：對藉由申請專利範圍第1項至第2項中任一項之基材的粗糙面化方法進行的粗糙面化處理的基材施以熔射處理。
  5. 一種熔射塗膜被覆構件的製造方法，其特徵在於：對藉由申請專利範圍第3項之基材的表面處理方法進行的表面處理的基材施以熔射處理。
  6. 一種熔射塗膜被覆構件，其特徵在於：在藉由申請專利範圍第1項至第2項中任一項之基材的粗糙面化方法進行的粗糙面化處理的基材上具備熔射塗膜。
  7. 一種熔射塗膜被覆構件，其特徵在於：在藉由申請專利範圍第3項之基材的表面處理方法進行的表面處理的基材上具備熔射塗膜。
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