(57)【要約】【課題】コールドスプレーを利用した厚膜化において、生成膜の側面が斜面状になることを防止すること。【解決手段】成膜方法は、（Ａ）基材の被成膜対象面のへりに壁部材を当てるステップと、（Ｂ）被成膜対象面に対してコールドスプレー法により成膜を行うステップと、（Ｃ）被成膜対象面上に形成された膜の厚さが所望の膜厚になった後、壁部材を除去するステップと、を含む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の被成膜対象面のへりに壁部材を当てるステップと、
前記被成膜対象面に対してコールドスプレー法により成膜を行うステップと、
前記被成膜対象面上に形成された膜の厚さが所望の膜厚になった後、前記壁部材を除去するステップと
を含む
成膜方法。
【請求項２】
請求項１に記載の成膜方法であって、
前記コールドスプレー法により金属膜の成膜が行われる
成膜方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の成膜方法であって、
前記所望の膜厚は１ｍｍ以上である
成膜方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の成膜方法であって、
前記所望の膜厚は１０ｍｍ以上である
成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コールドスプレーを利用した成膜技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造体を製造するために、基材上に厚膜を形成する必要がある場合がある。例えば、そのような構造体として、航空宇宙用のロケットエンジンの燃焼室が挙げられる。ロケットエンジンの燃焼室を製造する場合、典型的には、銅基材上に１０ｍｍ以上の銅膜を形成する必要がある。
【０００３】
そのような金属厚膜を形成するための一手法として、「電鋳法」が挙げられる。しかしながら、電鋳法による膜成長速度は極めて遅く、例えば１０ｍｍ程度の目標膜厚を達成するためには数ヶ月を要する。
【０００４】
このような問題を解決するため、本願出願人は、特許文献１（特開２０１２−０５７２０３）において、「コールドスプレー法」を利用することにより金属厚膜を成膜する技術を提案している。コールドスプレー法は、材料粉末の融点または軟化温度よりも低い温度のガスを高速流にし、そのガス流中に材料粒子を投入し加速させ、固相状態のまま基材に衝突させて皮膜を形成する方法である。このコールドスプレー法による成膜速度は、電鋳法の場合と比較して極めて速い。従って、コールドスプレー法を利用することにより、構造体の製造に要する期間を大幅に短縮することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−５７２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願発明者は、コールドスプレー法により厚膜を成膜する場合に次のような問題が発生することを、実験を通して見出した。図１及び図２を参照して、その問題点について説明する。
【０００７】
図１に示されるように、基材１０の上面である被成膜対象面１０Ａ上に、コールドスプレー法により膜３０が形成された。膜３０の材料は、Ｎｉ基系材料のインコネル７１８である。このとき、生成膜３０の面積は、基材１０との界面から離れるにつれて小さくなった。つまり、生成膜３０の側面３０Ｓは、被成膜対象面１０Ａのへり１０Ｅから中心方向に向かって形成された。すなわち、生成膜３０の側面３０Ｓが“斜面状”に形成されることが分かった。
【０００８】
図２は、膜３０の材料がＣｕである場合を示している。この場合、生成膜３０の面積は、基材１０との界面から離れるにつれ、一旦大きくなった後、減少した。この場合もやはり、生成膜３０の側面３０Ｓが“斜面状”に形成されることが分かった。
【０００９】
以上に説明された現象は、コールドスプレーで薄い酸化被膜等を成膜するような場合には顕在化しなかったものであり、コールドスプレーで厚膜を成膜する場合に特有の問題であると言える。
【００１０】
本発明の１つの目的は、コールドスプレーを利用した厚膜化において、生成膜の側面が斜面状になることを防止することができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の１つの観点において、成膜方法が提供される。その成膜方法は、（Ａ）基材の被成膜対象面のへりに壁部材を当てるステップと、（Ｂ）被成膜対象面に対してコールドスプレー法により成膜を行うステップと、（Ｃ）被成膜対象面上に形成された膜の厚さが所望の膜厚になった後、壁部材を除去するステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、コールドスプレーを利用した厚膜化において、生成膜の側面が斜面状になることを防止することが可能なる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、課題を説明するための概念図である。
【図２】図２は、課題を説明するための概念図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係る成膜方法を説明するための概念図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係る成膜方法を説明するための概念図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態に係る成膜方法を説明するための概念図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態に係る成膜方法を説明するための概念図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態に係る成膜方法を説明するための概念図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態に係る成膜方法を説明するための概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係る成膜技術を説明する。
【００１５】
図３に示される基材１０は、被成膜対象である。その基材１０の上面は、被成膜対象面１０Ａである。その被成膜対象面１０Ａのへり（端部）１０Ｅに対して、図３に示されるように、壁部材２０が当てられる。壁部材２０は、鉛直方向にのびる壁形状の部材であり、その上端は被成膜対象面１０Ａよりも上方に突出している。つまり、被成膜対象面１０Ａの周囲を取り囲むように、壁部材２０が設けられる。
【００１６】
次に、図４に示されるように、被成膜対象面１０Ａに対してコールドスプレー法により成膜が行われる。コールドスプレー法では、スプレーガン１００から被成膜対象面１０Ａに材料粉末を吹き付けながら、スプレーガン１００を全面的に走査することにより、成膜が行われる。ロケットエンジンの燃焼室といった構造体を製造する場合、典型的には、金属材料粉末の吹き付けにより金属膜の成膜が行われる。そのような金属材料としては、インコネル７１８のようなＮｉ基系材料や銅が挙げられる。
【００１７】
スプレーガン１００を全面的に走査することにより、図５に示されるように、被成膜対象面１０Ａ上に膜３０が形成されていく。生成膜３０の膜厚が大きくなり、壁部材２０の高さが足りなくなった場合には、図６に示されるように、壁部材２０が付け足される。
【００１８】
被成膜対象面１０Ａ上に形成された生成膜３０の膜厚が所望の膜厚になるまで、成膜処理は実施される。図７は、所望の膜厚の生成膜３０が形成された状態を示している。単なる皮膜ではなく構造体の製造を念頭においた場合、所望の膜厚は、典型的には１ｍｍ以上である。ロケットエンジンの燃焼室の製造の場合、所望の膜厚は、典型的には１０ｍｍ以上である。
【００１９】
その後、図８に示されるように、壁部材２０が除去される。典型的には、壁部材２０は生成膜３０と密着しているため、機械加工によって壁部材２０は切り落とされる。
【００２０】
このようにして、基材１０の被成膜対象面１０Ａ上に膜３０が形成される。その生成膜３０の側面３０Ｓは、図１や図２で示されたように斜面状にはならず、壁部材２０の形状に沿って鉛直に形成されることが確認された。その理由について、本願発明者は、次のように考察した。
【００２１】
コールドスプレー法は、材料粉末を高速で衝突させることにより成膜を行う手法である。その性質上、生成膜３０の拘束力は、鉛直方向には比較的強いが、水平方向には比較的弱い。そのため、側方に壁部材２０が無い場合、生成膜３０の最外周部は剥がれて、基材１０の下に落ちやすい。その結果として、生成膜３０の側面３０Ｓが、図１で示されたように、被成膜対象面１０Ａのへり１０Ｅから中心方向に向かって斜面状に形成されたと考えられる。
【００２２】
一方、本実施の形態では、被成膜対象面１０Ａのへり１０Ｅに対して、壁部材２０が当てられる。従って、生成膜３０の最外周部が剥がれて、基材１０の下に落ちることが防止される。その結果、生成膜３０の側面３０Ｓは、斜面状にはならず、壁部材２０の形状に沿って鉛直に形成されることになる。
【００２３】
以上に説明されたように、本実施の形態によれば、コールドスプレーを利用した厚膜化において、生成膜３０の側面が斜面状になることを防止することが可能なる。所望の膜厚が大きくなるにつれ、本実施の形態を適用することがより好ましくなる。
【００２４】
以上、本発明の実施の形態が添付の図面を参照することにより説明された。但し、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で当業者により適宜変更され得る。
【符号の説明】
【００２５】
１０    基材
１０Ａ  被成膜対象面
１０Ｅ  へり
２０    壁部材
３０    生成膜
３０Ｓ  側面
１００    スプレーガン
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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