(57)【要約】      （修正有）【課題】酸化物、窒化物、炭化物、ホウ化物セラミックス、或いはフッ化物粉末を使用して衝撃焼結被覆によりセラミックス皮膜を製造する場合、従来のフレーム溶射ではフレーム温度が2200℃から3400℃になり粉末が容易に溶融、変態、分解、昇華、蒸発するため、被覆粉末と異なる変態した皮膜、異なる組成の皮膜となる。被覆粉末の変態、分解、昇華、蒸発する温度以下で衝撃焼結被覆をすることにより要求を満足する機能性を有する優れた皮膜を得る安価な方法を提供する。【解決手段】ガンの燃焼室の後に、粉末と燃焼ガスを供給ノズルからフレームの軸に向けて燃焼ガスとスラリー状微粉末を噴射し、燃焼室に導入の酸素当量を下げ、粉末供給ノズルから導入する燃焼ガスの容量を調整してフレーム中に存在する微粉末の温度を制御し、また燃焼生成ガスにより加速して、衝撃焼結被覆をし、要求機能特性と密着性を有する皮膜を形成する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
衝撃焼結被覆装置において燃料の炭化水素と酸素の混合ガスを用いてバーナに点火し燃焼室で燃焼させてフレームを発生させ、その際酸素量を燃料に対して完全燃焼の当量以下にしてフレーム温度を下げ、その後方に粉末供給用ノズルを設置し、そのノズルから被覆する微粉末と溶媒を用いて溶かしスラリー状にしたものと燃焼ガスからなる固体―液体―気体三相混合物を粉末供給ノズルから噴射させ、室温に保持された燃焼ガス量を増して、噴射微粉末の温度を下げて、粉末材料の変態温度、昇華温度、蒸発温度以下で加速し、衝撃により瞬時焼結させて被覆することを特徴とする衝撃焼結被覆法。
【請求項２】
上記請求項１の燃料の炭化水素と酸素の混合ガスとして、灯油/酸素、プロピレン/酸素、プロパン/酸素、エチレン/酸素、アセチレ/酸素、天然ガス/酸素のいずれか１種類の混合ガスを用いる、あるいは炭化水素と酸素の組み合わせ以外に水素/酸素、灯油/空気の１種類を用いて、燃焼させ、一定容積の燃焼室において炭化水素の燃焼により、ガス体積膨張に伴うことにより、またガンの断面積に対する燃焼室の断面積比を大きくすることによりフレーム速度が増し、被覆粉末を加速して、衝撃により瞬時焼結させて被覆することを特徴とする衝撃焼結被覆法。
【請求項３】
上記請求項１の被覆微粉末をスラリー状にする媒体として、エチルアルコール、メチルアルコール、灯油の１種類を用い、容器に導入し、その容器は超音波発生器に接して、溶媒と粉末が均一に分散することを特徴とする粉末供給方法を用い、これらのスラリー状微粉末が上記請求項２のフレーム中に投入されて、混合する燃焼ガスとしてアセチレン、メチレン、エチレン、プロピレン、ブチレン、メタン、エタン、ブタン、プロパン、プロピレンのうち１種あるいは２種を用い、その際ガス冷却装置で冷却し常温に保たれたガスとスラリー粉末の固体―液体―気体三相混合物を上記フレーム中に投入することにより、被覆粉末の温度が下がった状態で加速させ、瞬時焼結させて被覆することを特徴とする衝撃焼結被覆法。
【請求項４】
上記請求項１被覆微粉末として変態をするαAl2O3、アナターゼTiO2、βSiO2、昇華するAlN、 Si3N4、 BN、NbN、αSiC、AlF3、HfF4、ZrF2、2500℃以下で蒸発するMoB、MgF2、CaF2、BaF2、GaF3、YF3、ZnF2を用いて被覆することを特徴とする衝撃焼結被覆法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は耐熱性、伝熱性、電気的絶縁性、耐食性などの機能を有するセラミックスなどの皮膜と微粉末を用いた衝撃焼結被覆法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属・合金、セラミックスは温度が変化することにより変態し特性が変わる。処理温度が高い表面改質プロセスにおいて、常温での材料特性が高温処理によって変態し別の特性に変わる。特に従来の溶射プロセスでは電気式溶射法のプラズマ溶射では4000℃から30000℃、ガス式溶射法2200℃から3400℃でその温度以下で制御して溶射することは困難である。材料が変態しない低温度で精度良く制御して、皮膜構成を変化させて被覆する方法が強く望まれている。また、溶射用粉末10μm以下、特に5μm以下では、通常の粉末供給装置では、間欠的に供給されたり、ブリッジを起こし、通路に詰まったりして、安定して供給ができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平10―60617号  公報
【特許文献２】特開2006-108178号  公報
【特許文献３】特開2006-104496号  公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
被覆プロセスについてはAr+水素、Ar+窒素、He＋水素などの作動ガスを用いる従来のプラズマ溶射はフレーム中心温度が5000℃から30000℃にもなる。一方燃料と酸素を用いる従来のフレーム溶射において、酸素/灯油、空気/灯油、酸素/水素、酸素/プロピレン、酸素/プロパン、酸素/エチレン、酸素/アセチレン、酸素/天然ガスのいずれかの混合ガスを用いて燃焼させ熱を発生させる。フレーム溶射温度は2200℃から3400℃になり、連続燃焼反応であるので、それ以下の温度に制御するのは非常に困難である。
【０００５】
粉末供給装置についてはセラミックスのような熱伝導性の低い材料を瞬間的に加熱し、溶融する場合は粉末の粒度が細かい方が優れている。また被覆粉末が細かいと皮膜の面粗さは細かく、後の表面の仕上げ工程は省略できる利点がある。しかし粒径0.1μmから10μmの微粉末は凝集し易く、溶媒と混ぜてスラリー状にするため撹拌しても均一には溶けず塊状になり、密度が疎密になり、搬送しても間欠的に流れ、安定した送給は困難であり、均一な皮膜形成が損なわれる。
【０００６】
被覆材料についてはフレーム溶射の2200℃以下で変態する酸化物系セラミックスがあり、そのため皮膜特性が変化し機能を損なう欠点がある。また、プラズマ溶射では5000℃から30000℃になるので溶解し、分解し、蒸発する酸化物系セラミックスがあり、そのため皮膜特性の機能を十分満たすに至らない欠点がある。
【０００７】
同様に窒化物系セラミックスはフレーム溶射の場合は、フレーム温度が2200℃以下で容易に昇華分解し、被覆することは不可能に近い。
【０００８】
炭化物系セラミックスはフレーム溶射やプラズマ溶射で変態、分解して被覆することは困
難である。
【０００９】
フッ化物はフレーム溶射やプラズマ溶射で容易に昇華や蒸発し、そのため被覆するのは困難である。
【００１０】
例えばプラズマ溶射においてフレーム温度が30000℃の場合、酸化物Al2O3、βSiO2の微粉末を投入した場合、容易に変態し、或いは溶融し、分解してしまい、基材に被覆することは非常に困難である。また、比較的融点の低い昇華分解しやすい窒化物AlN、Si3N4、 BNや結合エネルギーの低い炭化物SiCなどは分解してしまい、被覆するのは非常に困難である。またガス溶射法においてフレーム温度の温度上限が約3400℃なので、AlF3、HfF4、ZrF2などのフッ化物は沸点が低くフレーム溶射におけるフレーム温度で昇華してしまうので被覆するは困難である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係わる、衝撃焼結被覆方法は酸素/灯油、空気/灯油、酸素/水素、酸素/プロピレン、酸素/プロパン、酸素/エチレン、酸素/アセチレン、酸素/天然ガスを用いて燃焼室で燃焼させ、フレームを発生させる。CmHn+(m+n/2)O2→mCO2+n/2H2Oの燃焼においてCmHn炭化水素１モルに対して酸素当量の(m+n/2)より少ないモル量にして、CmHnが燃焼しないで残る状態にして、発熱量を下げ、フレーム温度を下げる。(図3参照)    燃焼室で燃焼したガスは、ガン入口で断面が絞られ、そのため燃焼フレームが加速される。(図4参照)    またガンの入口からガンの内面に沿って圧縮空気を流し、投入粉末が付着するのを防ぐ。(図5参照)    燃焼室においてガン先端筒をガン先端に取り付け、先端筒の円筒軸に向かって180°対象の位置２箇所、或いは90°の位置に４箇所に粉末供給ノズルをガン軸に対して傾斜をつけて設置する。(図1参照)
【００１２】
粉末供給装置において微粉末は狭い搬送チューブの中でブリッジを造り、安定した供給はできないので、微粉末をスラリー状にして搬送する。セラミックスの微粉末粒径0.1μmから10μmの微粉末を用いてエチルアルコール、メチルアルコールや灯油を溶媒にして超音波発振機で攪拌し均一に混ぜスラリー状にする。そのため塊状にならずスラリーの密度の疎密化はなくなり、均一な皮膜を形成できる。なお、粒径10μm以上の粉末が存在してもスラリー状化可能である。ポンプでチューブに送り、チューブのY字ユニオンからアセチレンガス、メチレン、エチレン、メタン、エタン、ブタン、プロパン、或いはプロピレンの１種類か２種類を送付し混合する。これらのガスはY字ユニオンに送る前にガス冷却装置を通して室温に冷却し、保持しておく。スラリー状粉末に冷たいガスを混合することにより、燃焼フレームに噴射する、これらのアセチレンやメチレンなどのガスは酸素欠乏状態にあり燃焼せず、即ち発熱しないので、粉末の温度が下がった状態で加熱されるので、粉末自体の温度上昇を抑え、昇華温度、蒸発温度に上がらない特長がある。
【００１３】
被覆用窒化物セラミックスとしてBN、AlN、Si3N4、NbNは昇温とともに昇華するので昇華温度以下で被覆するのが望ましい。
【００１４】
被覆用炭化物セラミックスとして、SiCは昇温とともに変態し、更に分解するので変態温度以下で被覆することが望ましい。
【００１５】
ホウ化物セラミックスとして、MoBは昇温とともに分解するので分解温度以下で被覆することが望ましい。
【００１６】
フッ化物として、AlF3、HfF4、ZrF2は昇温とともに昇華するので昇華温度以下で被覆するのが望ましい。また、MgF2、CaF2、BaF2、GaF3、YF3、ZnF2は2500℃以下で蒸発するので蒸発温度以下で被覆することが望ましい。
【００１７】
衝撃焼結被覆条件として燃料に対して酸素が理論酸素量より多いと、燃焼ガスは酸素を含み、上記粉末供給ノズルから搬送されるアセチレン、メタン、エタン、ブタン、プロパン、或いはプロピレンやアルコールと反応して発熱する。他方、CmHn燃料に対して酸素量が(m+ n /2)理論酸素量より少ないと、燃えない燃料が含まれ温度を下げる。また上記粉末供給ノズルから搬送されるてくるアセチレン、メチレン、エチレン、メタン、エタン、ブタン、プロパン、或いはプロピレンやアルコール類も燃焼しないので、フレームを冷却する。またアルコール類は燃焼しないで気化すると周りから気化熱を奪い、冷却効果を発揮する。
参考：灯油の場合C12H26+37/2O2→12CO2+13H2O ここで37/2モルよりも少ない酸素量にする。
【００１８】
他の衝撃焼結被覆条件として灯油或いは炭化水素などの燃焼ガスと酸素の全体量、ガン先端筒における粉末供給ノズルのガンからの距離、スラリーに混合するアセチレン、メタン、エタン、ブタン、プロパン、或いはプロピレン供給量、スラリー供給量があり、それらのバランスで加熱粒子温度やフレームの雰囲気温度や加熱粒子の速度を制御し、目標にあった皮膜構成に造り込む。
【００１９】
例えば、燃料として灯油/酸素の混合体を使用する場合の衝撃焼結被覆条件は、酸素ガスを圧力0.5 〜1.5MPa、流量400〜1900リットル/分に、灯油圧力0.4〜1.4 MPa、流量0.2〜0.5リットル/分、圧縮空気を圧力0.2 〜1.5MPa、250〜2000リットル/分に、スラリー状粉末供給量.100 〜900グラム/分、C2H2(アセチレン)圧力0.1 〜1.5MPa、20〜600リットル/分にする。ワークまでの距離はガン先端筒先から70mm〜400mmにする。
【００２０】
燃料としてアセチレン/酸素の混合体を使用する場合の衝撃焼結被覆条件は、酸素ガスを圧力0.15 〜0.3MPa、流量30〜70リットル/分にアセチレン圧力0.10〜0.24MPa、流量 15〜55リットル/分、圧縮空気を圧力0.2 〜1.5MPa、100〜1500リットル/分に、スラリー状粉末供給量. 100〜900グラム/分、C2H2(アセチレン)圧力0.3〜1.5MPa、60〜600リットル/分にする。ワークまでの距離はガン先端筒先から50mm〜300mmにする。
【発明の効果】
【００２１】
衝撃焼結被覆において昇華、分解、蒸発し易い酸化物、窒化物、炭化物、ホウ化物、フッ化物において、フレーム温度を下げて、温度を精度良く制御し、衝撃焼結被覆が可能となった。       
【００２２】
簡素な粉末供給システムにより使用溶媒と微粉末を超音波振動により均一なスラリー状にして供給が可能となった。微粉末を用いた衝撃焼結被覆皮膜ができ表面粗さを細かくすることが可能になり、表面仕上げ工程を省略できるようになった。そのためコスト増加を抑えることが可能となった。
【００２３】
理論的には燃料の炭化水素と酸素の燃焼反応で、CmHn+(m+n/2)O2→mCO2+n/2H2Oとなり、CmHn
１モルに対して(m+ n /2)モルより少ない酸素当量にすると、CmHnが燃焼せずに残る。そのため燃焼エネルギーは下がる。(図3参照)    この未燃CmHnガスはガン入口からくる圧縮空気の酸素と反応するがガン内径面に沿って流れるのでCmHnガス触れる面積は少なく、ごく少量の発熱量である。(図5参照)    
スラリー状粉末とC2H2やC2H4などの炭化水素からなる固体―液体―気体三相の混合物において、これらの中の炭化水素は酸欠状態の燃焼フレーム中に噴射されるので不完全燃焼で発熱しない。また、被覆粉末を気体で覆っているので、燃焼室からくる燃焼フレームからの伝熱を妨げる。さらに、スラリーの溶媒のアルコールは気化し気化熱を奪い温度を下げる。(図5参照)    
衝撃焼結エネルギー：Ｅ、粉末粒子質量：m、粉末粒子質量：ｖ、滞留時間：τ、温度：Tp (定圧)、比熱：Cp (定圧)、溶解熱：LpとするとＥ＝∫τ0 Cp(Tp)dTp+mLp+1/2mｖ2が成り立つ。即ち、粒子温度、滞留時間、溶解熱、粉末粒子質量が大きくなれば被覆粉末はよく溶けて、密着し易い。ところが本発明法の衝撃焼結法において、昇華温度、蒸発温度、変態温度以下で被覆するためには、フレーム温度を下げ、固体―液体―気体の三相にして燃焼フレームからの伝熱を少なくして粒子温度を下げ、言い換えれば被覆粉末の温度を下げ（Tpを低くし）、溶解せずに（Lp＝０にする。）、粒子速度Vを上げて密着性を上げる。(図5参照)    一方、ガンノズルにおけるノズル断面積s、フレームの速度v、燃焼室の断面積S、速度Vとすれば、SV＝svとなり  v∝S/s＝（R2/r2）面積比に比例し速くなる。即ち燃焼室の内径を大きくし、ガンの内径を小さく絞ることにより、フレーム速度を大きくできる。(図4参照)
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の衝撃焼結被覆法を実施するための衝撃焼結被覆ガンの模式図
【図２】本発明の衝撃焼結被覆法を実施するためのスラリー粉末と燃焼ガス供給装置の模式図
【図３】本発明の衝撃焼結被覆法を実施するための温度調節概念図
【図４】本発明の衝撃焼結被覆法を実施するための燃焼フレーム加速概念図
【図５】本発明の衝撃焼結被覆法を実施するための三相混合粉末供給の概念図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１の模式図に示すように衝撃焼結被覆装置は燃焼室１を有し、酸素通路２から酸素ガスを導入し、燃料通路３から灯油、アセチレン、プロピレン、プロパン、エチレン、天然ガスなどの燃焼ガスや液体燃料を導入する。バーナ４で燃料と酸素は混合され、燃焼室に導かれ、点火されると燃焼する。フレームは面積を絞られたガンノズル５を通る。そこでフレームは加速される。ガンノズル５の先端に取り付けられた先端筒６に至る。ガンノズル５にはその内部に圧縮空気通路７を有し、圧縮空気が圧縮空気噴射リング８により先端筒６の内面を層流に流れ、粉末がガン先端筒６内面に凝着しないように構成されている。
【００２６】
先端筒６にはスラリー状粉末とアセチレン、メチレン、エチレン、メタン、エタン、ブタン、プロパン、或いはプロピレンガスとの固体―液体―気体三相混合物が三相噴射通路９から導入され、粉末供給ノズル１０が先端筒６の軸に向かって傾斜して設置されている。その粉末供給ノズル１０通じて三相噴射通路９から燃焼ガスフレーム内部に噴射される。
【００２７】
均一なスラリー状微粉末と燃焼ガスの供給装置について図２の模式図で説明する。円筒状のスラリー容器１１には超音波発生器１２を有する超音波振動子１３がスラリー中に挿入される。微粉末の材質、粒径及び溶媒により周波数を変えて最適な条件に設定し、スラリー状微粉末を均一に分散させる。このスラリー状微粉末をスラリーポンプ１４に導入しＹ字ユニオン１５に搬送する。ポンプの回転数で流量を調整する。スラリー流量計１６で流量を確認する。一方燃焼ガスボンベ１７に蓄えられた燃焼ガスはウオータージャケットからなる水冷によるガス冷却装置２０を通じて常温に保たれ、燃料ガス調整バルブで調整し、ガス流量計１８で確認する。これらの固体―液体―気体三相混合体は三相噴射通路９に導入される。
【００２８】
燃料に対して理論酸素当量が多いと、燃焼ガスは酸素を含み、先端筒６の内面において、粉末供給ノズル１０から導入されるアセチレン、メチレン、エチレン、メタン、エタン、ブタン、プロパン、或いはプロピレンガスやスラリー状にするアルコール類と反応しフレーム温度が上がり、微粉末が高温に加熱される。そのため燃料に対して理論酸素当量を少なくし、先端筒９部の内面において、室温に保持したアセチレン、メチレン、エチレン、メタン、エタン、ブタン、プロパン、或いはプロピレンガス量を多く流すことにより、微粉末温度が低温に保持され、燃焼室から来る燃焼フレームにより加速され基材に衝突し、皮膜を形成する。
従来型のHVOF溶射法では水冷却により温度調節できるが、燃焼フレームは溶射ガンの筒の内面から燃焼フレームが冷やさるので、燃焼フレームはガスであるので伝熱はしにくく、フレームの中心部分は温度が下がりにくい。一方、スラリー状粉末とガスの混合物をフレーム内に噴射することにより、スラリー状粉末は周りのガス冷却装置により冷却されたアセチレンやメチレンなどで覆われて、冷やされているので、粉末自体の温度が下がり、昇華温度、蒸発温度まで上がるのを抑制される違いがある。
【００２９】
酸化物のαAl2O3は1000℃以上でγAl2O3に変態し、2030℃で溶解する。アナターゼTiO2は700℃から800℃でルチルTiO2に変態する。SiO2は573℃の低温で変態し、1710℃で溶解する。
皮膜の必要特性に応じて、上記変態温度、溶解温度以下に保持して微粉末を被覆する。
【００３０】
窒化物のAlNは2450℃で昇華分解し、Si3N4は1900℃で昇華する。BNは3000℃で昇華分解
する。NbNは2050℃で分解する。皮膜の必要特性に応じて、上記昇華温度以下に保持して微粉末を被覆する。
【００３１】
炭化物のαSiCは2100℃で変態し2830℃で分解する。皮膜の必要特性に応じて、上記変態温度以下に保持して微粉末を被覆する。
【００３２】
ホウ化物のMoBは2180℃で蒸発する。皮膜の必要特性に応じて、上記蒸発温度以下に保持して微粉末を被覆する。
【００３３】
フッ化物のAlF3は1291℃で昇華分解し、HfF4は968℃で昇華分解し、ZrF2は600℃で昇華分解する。MgF2は2260℃で蒸発し、CaF2は2500℃で蒸発し、BaF2℃は2260で蒸発し、GaF3は2270℃で蒸発し、YF3は2230℃で蒸発し、ZnF2は1500℃で蒸発する。皮膜の必要特性に応じて、上記昇華温度、蒸発温度以下に保持して微粉末を被覆する。
本発明を実施例で詳しく説明する。
【実施例１】
【００３４】
50mm×50mm×板厚さ2mmのSUS304の試験片を使用した。皮膜を形成する前に予め洗浄し粗面化処理としてグリットブラスト処理をおこなう。アルミナグリット80メッシュを用いて0.5Mpa程度の圧力で試験片基材に吹き付ける。ブラスト後の表面粗さRa5〜10μmであった。
【００３５】
図１に示す衝撃焼結被覆ガンを用いて粉末とアセチレンガスを止めて、燃焼させ、試験片を50℃から150℃に加熱して予熱処理を行った。この処理により湿気、水、水蒸気を除去した。
【００３６】
αAl2O3微粉末粒径1μmから3μmを用いてエチルアルコールと混ぜる。αAl2O3嵩容量１に対して、エチルアルコールの容量１.5をスラリー容器１１に入れて超音波をかけてスラリー状にする。これらの混合物はスラリー搬送チューブを通じて、スラリーポンプ１４により搬送され、Y字ユニオン１５を通じて室温に維持したアセチレンと混合させ、三相噴射通路９に導入される。先端筒先６から試験片基材の距離を150mmに保ち、ガンの軸と試験片面を垂直に保持する。即ち、ワークまでの距離は150mmにする。下記にまとめて衝撃焼結被覆条件を示す。
[衝撃焼結被覆施工条件]
【００３７】
燃料灯油：圧力0.8MPa,  流量  0.5 リットル/分
酸素ガス：圧力1.0MPa,  流量  750 リットル/分
圧縮空気：圧力0.5MPa,  流量  600 リットル/分
粉末供給量：αAl2O3 +エチルアルコール：450g/分
アセチレン：圧力0.3MPa,  流量  70 リットル/分
【００３８】
このようにして得られた試験片基材への衝撃焼結被覆皮膜の厚さは50μmであり、表面粗さはRa1〜2μmであった。この皮膜断面を光学顕微鏡で観察した結果、若干気孔を含んだ焼結層を有する組織である。またこの皮膜をX線回折装置で調べた結果はαAl2O3が検出された。
これは、燃焼室で酸素当量を１より小さくして燃焼温度を下げ、スラリー状粉末のαAl2O3が室温のアセチレンガスを混合することによりγAl2O3に変態する温度1000℃以上に加熱しない状態で被覆されたことが分かった。上記αAl2O3皮膜のイオン伝導度は1000℃においてαAl2O3焼結体の70％の値を示した。
【実施例２】
【００３９】
30mm×100mmの円柱からなるSUS304の試験片を使用した。皮膜を形成する前に予め洗浄し粗面化処理としてグリットブラスト処理をおこなう。アルミナグリット60メッシュを用いて0.5Mpa程度の圧力で試験片基材に吹き付ける。ブラスト後の表面粗さRa10〜15μmであった。
【００４０】
図１に示す衝撃焼結被覆ガンを用いて粉末とアセチレンガスを止めて、試験片を50℃から150℃加熱して予熱処理を行った。この処理により湿気、水、水蒸気を除去した。
【００４１】
Si3N4粉末1μmから2μmを用いてエチルアルコールと混ぜる。Si3N4１嵩容量に対して、エチルアルコールの容量2をスラリー容器１１に入れて超音波をかけてスラリー状にする。これらの混合物はスラリー搬送チューブを通じて、スラリーポンプ１４により搬送され、Y字ユニオン１５を通じてアセチレンと混合させ、三相噴射通路９に導入される。先端筒６先から試験片基材の距離を150mmに保ち、ガンの軸と試験片面を垂直に保持する。下記にまとめて衝撃焼結被覆条件を示す。
［衝撃焼結被覆施工条件］
【００４２】
燃料灯油：圧力0.9MPa,  流量 0.45リットル/分
酸素ガス：圧力1.0MPa,  流量 600リットル/分
圧縮空気：圧力0.4MPa,  流量 500リットル/分
粉末供給量：Si3N4+エチルアルコール：500g/分
アセチレン：圧力0.4MPa,  流量  60リットル/分
【００４３】
このようにして得られた試験片基材への溶射皮膜の厚さは40 μmであり、表面粗さはRa
3〜4μmであった。この皮膜断面の組織は光学顕微鏡で観察した結果は気孔率15〜25%を含んだ焼結層からなる組織であった。またこの皮膜をX線回折装置で調べた結果はSi3N4が検出された。これは、燃焼室で酸素当量を１より小さくして燃焼温度を下げ、スラリー状粉末のSi3N4が室温のアセチレンガスを混合することにより、Si3N4は昇華温度の1900℃以下に保持され被覆されたことが分かった。上記Si3N4皮膜を用いて、700℃から急速冷却する高温熱衝撃試験を施した。境界面では大きな熱応力が発生する厳しい耐熱衝撃性評価試験条件の繰り返し試験においても良好な結果を得た。また、熱伝導率はSi3N4焼結体の50％の値を示した。
【実施例３】
【００４４】
20mm×150mm×厚さ5mmのSUS304の試験片を使用した。皮膜を形成する前に予め洗浄し粗面化処理としてグリットブラスト処理をおこなう。アルミナグリット60メッシュを用いて0.5Mpa程度の圧力で試験片基材に吹き付ける。ブラスト後の表面粗さRa10〜15μmであった。
【００４５】
図１に示す衝撃焼結被覆装置を用いて粉末とアセチレンガスを止めて、試験片を50℃から150℃に加熱して予熱処理を行った。この処理により湿気、水、水蒸気を除去した。
【００４６】
αSiC粒径1μmから3μmを用いてメチルアルコールと混ぜる。αSiC嵩容量１に対して、メチルアルコールの容量1.5をスラリー容器１１に入れて超音波をかけてスラリー状にする。これらの混合物はスラリー搬送チューブを通じて、スラリーポンプ１４により搬送され、Y字ユニオン１５を通じてアセチレンと混合させ、三相噴射通路９に導入される。先端筒６先から試験片基材の距離を130 mmに保ち、ガンの軸と試験片面を垂直に保持する。下記にまとめて衝撃焼結被覆条件を示す。
【００４７】
[衝撃焼結被覆施工条件]
燃料灯油：圧力0.7 MPa,  流量  0.35リットル/分
酸素ガス：圧力0.8 MPa,  流量  600リットル/分
圧縮空気：圧力0.4 MPa,  流量  550リットル/分
粉末供給量：αSiC+メチルアルコール：300 g/分
アセチレン：圧力0.3 MPa,  流量  80 リットル/分
【００４８】
このようにして得られた試験片基材への衝撃焼結被覆皮膜の厚さは60μmであり、表面粗さはRa2〜3μmであった。この皮膜断面の組織は光学顕微鏡で観察した結果は若干気孔を含んだラメラー層を有する組織である。またこの皮膜をX線回折装置で調べた結果αSiCが検出された。これは、燃焼室で酸素当量を１より小さくして燃焼温度を下げ、スラリー状粉末のαSiCが室温のアセチレンガスを混合することにより、αSiCは分解する2100℃以下に保持され被覆されたことが分かった。上記αSiC皮膜のエミッター特性は焼結体αSiCと同等の値を示し良好であった。
【実施例４】
【００４９】
φ50mm×厚さ10mmのSUS304の試験片を使用した。皮膜を形成する前に予め洗浄し粗面化処理としてグリットブラスト処理をおこなう。アルミナグリット60メッシュを用いて0.5Mpa程度の圧力で試験片基材に吹き付ける。ブラスト後の表面粗さRa10〜15μmであった。
【００５０】
図１に示す衝撃焼結被覆ガンを用いて粉末とアセチレンガスを止めて、試験片を50℃から150℃加熱して予熱処理を行った。この処理により湿気、水、水蒸気を除去した。
【００５１】
MoB粒径1μmから5μmを用いてメチルアルコールと混ぜる。MoB嵩容量１に対して、メチルアルコールの容量１を容器に入れて超音波をかけてスラリー状にする。これらの混合物はスラリー搬送チューブを通じて、スラリーポンプ１４により搬送され、Y字ユニオン１５を通じてエチレンと混合させ、三相噴射通路９に導入される。先端筒先６から試験片基材の距離を 120mmに保ち、ガンの軸と試験片面を垂直に保持する。即ち、ワークまでの距離は 120 mmにする。下記にまとめて衝撃焼結被覆条件を示す。
【００５２】
［衝撃焼結被覆施工条件］
燃料アセチレンガス：圧力0.1 MPa,  流量  25リットル/分
酸素ガス：圧力0.2 MPa,  流量  40リットル/分
圧縮空気：圧力 0.2 MPa ,  流量  100リットル/分
粉末供給量：MoB+メチルアルコール：50 g/分
エチレン：圧力0.35 MPa,  流量  70リットル/分
【００５３】
このようにして得られた試験片基材への衝撃焼結被覆皮膜の厚さは110μmであり、表面粗さはRa 4〜5μmであった。この皮膜断面の組織は光学顕微鏡で観察した結果は若干気孔を含んだラメラー層を有する組織である。またこの皮膜をX線回折装置で調べた結果MoBが検出された。これは、燃焼室で酸素当量を１より小さくして燃焼温度を下げ、スラリー状粉末のMoBが室温のエチレンガスを混合することにより、MoBは分解する2180℃以下に保持され被覆されたことが分かった。上記MoB皮膜のディスクに対してSUJ2軸受合金φ6mmボールを用いて、エンジン油5W-30の潤滑液中100℃で、湿式ボールオンディスク試験を実施した。SUJ2軸受合金同士の焼付き試験と比べて３倍の高い耐焼付き荷重を示した。
【実施例５】
【００５４】
50mm×50mm×厚さ10mmのSUS304の試験片を使用した。皮膜を形成する前に予め洗浄し粗面化処理としてグリットブラスト処理をおこなう。アルミナグリット120メッシュを用いて0.5Mpa程度の圧力で試験片基材に吹き付ける。ブラスト後の表面粗さRa5〜10μmであった。
【００５５】
図１に示す衝撃焼結被覆ガンを用いて粉末とアセチレンガスを止めて、試験片を50℃から150℃加熱して予熱処理を行った。この処理により湿気、水、水蒸気を除去した。
【００５６】
YF3粒径1μmから5μmを用いてメチルアルコールと混ぜる。YF3嵩容量１に対して、メチルアルコールの容量１を容器に入れて超音波をかけてスラリー状にする。これらの混合物はスラリー搬送チューブを通じて、スラリーポンプ１４により搬送され、Y字ユニオン１５を通じてエタンと混合させ、三相噴射通路９に導入される。先端筒先６から試験片基材の距離を 140mmに保ち、ガンの軸と試験片面を垂直に保持する。即ち、ワークまでの距離は 140 mmにする。下記にまとめて衝撃焼結被覆条件を示す。
【００５７】
［衝撃焼結被覆施工条件］
燃料灯油：圧力0.7 MPa,  流量  0.25リットル/分
酸素ガス：圧力0.8 MPa,  流量  200リットル/分
圧縮空気：圧力0.4 MPa,  流量  400リットル/分
粉末供給量：YF3+メチルアルコール：200 g/分
エタン：圧力0.35 MPa,  流量  60リットル/分
【００５８】
このようにして得られた試験片基材への衝撃焼結被覆皮膜の厚さは80μmであり、表面粗さはRa 4〜5μmであった。この皮膜断面の組織は光学顕微鏡で観察した結果は若干気孔を含んだラメラー層を有する組織である。またこの皮膜をX線回折装置で調べた結果YF3が検出された。これは、燃焼室で酸素当量を１より小さくして燃焼温度を下げ、スラリー状粉末YF3が室温のエタンガスを混合することにより、YF3は分解する2230℃以下に保持され被覆されたことが分かった。上記YF3皮膜の試験片に対し耐プラズマ性の試験を実施した。RFを用いたArスパッターにより一定時間後の皮膜の重量減で計測した結果は、本発明法のYF3皮膜は従来のアルミナ溶射皮膜に比べて、1/10以下の皮膜損傷率であり、優れた耐プラズマ性を示した。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
自動車産業：耐摩耗性、耐焼付性
電子機器産業：電気的絶縁性、耐プラズマ性、放熱性
医療：抗菌性、組織適合性
産業機器：断熱性、耐酸化性、耐食性
化学産業：触媒性
【符号の説明】
【００６０】
１    燃焼室
２    酸素通路
３    燃料通路
４    バーナ
５    ガンノズル
６    先端筒
７    圧縮空気通路
８    圧縮空気噴射リング
９    三相噴射通路
１０  粉末供給ノズル
１１  スラリー容器
１２  超音波発生器
１３  超音波振動子
１４  スラリーポンプ
１５  Ｙ字ユニオン
１６  スラリー流量計
１７  燃焼ガスボンベ
１８  燃料ガス調整バルブ
１９  ガス流量計
２０  ガス冷却装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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