(57)【要約】【課題】高い密着強度を得ることができ、異種金属からなる溶射被膜を任意の順序且つ任意の厚みで積層し、更に作業効率の向上やコストの削減を図ることが可能な積層溶射被膜形成方法を提供する。【解決手段】本発明にかかる積層溶射被膜形成方法の構成は、電気アーク溶射によって異種金属からなる複数の溶射被膜を基材の表面に積層形成する積層溶射被膜形成方法であって、ワイヤ状の金属からなる溶射材料をアーク放電によって溶融することにより得られる金属溶滴を、アーク点が負圧になるようにアーク点の近傍に高圧・高流量エアを噴出することによって微粒子化して溶射粒子とし、高圧・高流量エアによって溶射粒子を基材の表面に吹き付けることにより溶射被膜を形成する高速アーク溶射工程を含み、高速アーク溶射工程を異なる溶射材料を用いて二回以上繰り返すことにより、異種金属からなる複数の溶射被膜を積層形成することを特徴とする。【選択図】図３
2014015659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気アーク溶射によって異種金属からなる複数の溶射被膜を基材の表面に積層形成する積層溶射被膜形成方法であって、
ワイヤ状の金属からなる溶射材料をアーク放電によって溶融することにより得られる金属溶滴を、アーク点が負圧になるように該アーク点の近傍に高圧・高流量エアを噴出することによって微粒子化して溶射粒子とし、該高圧・高流量エアによって該溶射粒子を前記基材の表面に吹き付けることにより前記溶射被膜を形成する高速アーク溶射工程を含み、
前記高速アーク溶射工程を異なる溶射材料を用いて二回以上繰り返すことにより、前記異種金属からなる複数の溶射被膜を積層形成することを特徴とする積層溶射被膜形成方法。
【請求項２】
前記高速アーク溶射工程では、
前記ワイヤ状の金属からなる溶射材料を３〜１５ｋｇ／hで溶射装置に供給し、
前記溶射装置において、前記供給された溶射材料に１５+３Ｖの低電圧を掛けつつ１００〜２００Ａのアーク電流を流すことにより、該溶射材料を溶融して金属溶滴とし、
アーク点の外側に一対に配置された０．７ＭＰａ以上かつ１．３ｍ３／ｍｉｎ以上の平面状の高圧・高流量エアで前記金属溶滴を微粒子化して溶射粒子とし、
前記０．７ＭＰａ以上かつ１．３ｍ３／ｍｉｎ以上の高圧・高流量エアで前記溶射粒子を前記基材の表面に吹き付けることを特徴とする請求項１記載の積層溶射被膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気アーク溶射によって異種金属からなる複数の溶射被膜を基材の表面に積層形成する積層溶射被膜形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶射とは、アーク（電気）、ガス、プラズマ等の熱源によって金属からなる溶射材料（被覆材料）を溶融し、溶融した溶射材料（以下、金属溶滴と称する）を圧縮空気によって微粒子化して基材（被施工物）に吹き付けることにより、金属溶滴が微粒子化された溶射粒子による被膜（以下、溶射被膜と称する）を基材の表面上に形成する被覆技術である。溶射は金属性の基材に対しての防錆処理や耐磨耗性処理、および耐熱処理等を目的として広く活用されている。
【０００３】
電気アーク溶射は、電気式溶射法の一種であり、一対のワイヤ状（線状や棒状）の金属を溶射材料とし、その一対のワイヤ（溶射材料）間にアーク放電を発生させることによってそれらを溶融した金属溶滴を圧縮空気で微粒子化し、溶射粒子を吹き付ける。電気アーク溶射では、一対のワイヤ状の溶射材料をそれぞれ異なる金属（異種金属）とすることにより、形成される被膜の組成を任意に設定できるため、合金よりも自由度が高い組成設定が可能である（例えば特許文献１）。
【０００４】
電気アーク溶射で供給されるエアは、通常溶射装置の１次側でエア圧０．７ＭＰａ以上、エア流量１．５ｍ３／ｍｉｎ以上のエア供給源を選択する。従来の電気アーク溶射装置では、供給されたエアをアトマイジング用エアーノズル口において、エア圧０．５ＭＰａ、エア流量１．０ｍ３／ｍｉｎ程度に減圧装置で調整して溶射している。特に、アーク点の後ろからエアを吹き付けるタイプの溶射装置は、エア圧０．５ＭＰａ、エア流量１．０ｍ３／ｍｉｎ以上に高くすると、溶射粒子が拡散しすぎて、粉塵となってしまったり、溶融するためのアーク電圧を上げたりする必要があるので、それに伴いヒュームが多く発生することが知られている。
【０００５】
基材の上に被膜を形成するに際し、目的とする防錆処理や耐摩耗処理などの性能をさらに向上させるために、異種金属の積層被膜を形成したいという要請がある。電気アーク溶射において溶射被膜を積層させている例として、密着の弱い金属同士の接着剤の役割を果たすボンディングコートがある。ボンディングコートは、例えば、基材と溶射材料の熱膨張率の差が大きい場合に、熱膨張率の差を緩和し、溶射被膜の密着を強くするために基材上に設ける薄い被膜である。ボンディングコートの一般的な例として、基材上にアルミニウム、錫、モリブデン、ニッケル−アルミニウム系合金、ニッケル−クロム系合金等を用いて薄い溶射被膜を形成し、その後に用途に応じたステンレス、銅、丹銅、アルミニウム、亜鉛等で溶射被膜を形成することが知られている（特許文献２）。しかしながら電気アーク溶射によって形成した溶射被膜は積層すると密着強度が低く、剥離しやすいという問題があるため、ボンディングコートの膜厚は３０μｍ以下に抑える必要があることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第１６２８１３３号
【特許文献２】特開２００５−３３６５５６号公報
【特許文献３】特許第３１８６４８０号
【特許文献４】特開平０３−２０７８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
溶射被膜を積層しようとした場合、次のような問題がある。第１に、溶射被膜を積層する場合、溶射材料によって積層する順番に制限が生じるという問題がある。一般に、融点が高い材料（以下、高融点材料と称する）は、溶射粒子としたときの粒子が大きく、融点が低い材料（以下、低融点材料と称する）は、溶射粒子としたときの粒子が小さい。このため、低融点材料からなる被膜を先に基材上に形成すると、その被膜表面の凹凸が細かくなり、その後に粒子が大きい高融点材料の被膜が密着しづらくなる。したがって、高融点材料および低融点材料からなる２つ以上の被膜を基材上に積層形成する場合には、高融点材料から順に被膜を形成する必要がある。
【０００８】
しかしながら、複数の被膜を基材上に積層形成する順序は要求される性能に基づいて決定されるため、低融点材料の被膜を先に形成したい場合もある。このような場合には、層間の密着強度を向上させるために、低融点材料の被膜の表面をブラストによって粗くしたり、低融点材料の被膜と高融点材料の被膜との密着させるボンディングコートを更に形成したりすることが考えられる。また、塗装により粗面化する方法（特許文献３）もあるが、塗料は熱に弱いため高融点の材料を溶射した場合剥離の可能性が残る。そしてこれらのいずれも、作業効率の低下やコストの増大を招いていた。
【０００９】
第２に、溶射被膜を積層する場合、膜厚が厚くなるほど密着強度が低下するため、厚膜(５０μｍ以上)の被膜を形成することができないという問題がある。薄膜を形成する場合には、溶融された溶射粒子が基材に到達した瞬間に急激に冷却されるため、溶射粒子は収縮した状態で基材に強固に嵌合する。しかし、連続的に溶射し厚膜を形成しようとすると基材との間に大きな温度差を生じる。溶射を連続して厚膜化している間は被膜の温度は表面に近くなるほど高く溶射粒子が膨張しているが、溶射を停止すると急激に冷却されて溶射粒子が収縮する。溶射被膜は機械的な嵌合によって密着しているため、粒子が収縮すると嵌合がはずれてしまい、密着強度が弱まって剥離する。そして、膜厚が厚くなると熱収縮も大きくなるため、密着強度の低下が顕著になってしまう。この熱収縮の問題を解決する手段の一つとして、基材をバナー等で加熱して、基材と溶射粒子の温度を近づけることが考えられる（特許文献４）。しかし、厚板鋼板や大面積の基材は現場において加熱することが難しいため、適用できない場合も多い。
【００１０】
第３に、アトマイジング用エアーノズル口でエア圧を０．７ＭＰａ以上にすると溶射は非常に良好で、強度の高い厚板鋼板の基材と単層被膜間の密着力が高まることが知られているが、単にエア圧を上げただけでは、密着力の強い異種金属の積層被膜を形成することができないという問題がある。基材上に金属と比べ強度の低い数百μｍ厚の溶射被膜を形成し、さらに異種金属の粒子径の異なる溶射粒子を衝突させ積層しようとすると、下層となる溶射被膜表面の強度の低い凹凸が変形し緩やかに嵌合する。加えて、溶射粒子が付着後収縮するため、強固に溶射粒子を嵌合させることができない。強固に嵌合させるためには、衝突させる溶射粒子は付着後出来る限り収縮しない程度に低温になっていなければならない。
【００１１】
本発明は、このような課題に鑑み、高い密着強度を得ることができ、異種金属からなる溶射被膜を任意の順序且つ任意の厚みで積層し、更に作業効率の向上やコストの削減を図ることが可能な積層溶射被膜形成方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明にかかる積層溶射被膜形成方法の代表的な構成は、電気アーク溶射によって異種金属からなる複数の溶射被膜を基材の表面に積層形成する積層溶射被膜形成方法であって、ワイヤ状の金属からなる溶射材料をアーク放電によって溶融することにより得られる金属溶滴を、アーク点が負圧になるようにアーク点の近傍に高圧・高流量エアを噴出することによって微粒子化して溶射粒子とし、高圧・高流量エアによって溶射粒子を基材の表面に吹き付けることにより溶射被膜を形成する高速アーク溶射工程を含み、高速アーク溶射工程を異なる溶射材料を用いて二回以上繰り返すことにより、異種金属からなる複数の溶射被膜を積層形成することを特徴とする。
【００１３】
上記構成の高速アーク溶射工程では、圧縮空気（高圧・高流量エア）は、アーク点の近傍に、かかるアーク点が負圧になるように噴出されるため、噴射する圧縮空気の圧力を高め、空気の流量をさらに増大させることができる。したがって、高融点材料であっても溶射粒子が微細化すると共に、ワークと同程度まで冷却された状態で、かつ高速でワークに衝突することになる。これにより、低融点材料の上に高融点材料を溶射した場合の溶射被膜の密着強度を向上させることが可能である。したがって、先にした溶射被膜にボンディングコートやブラスト処理を必要とすることなく異種金属からなる溶射材料を任意の順序で積層することができ、作業効率の向上やコストの削減を図ることが可能となる。
【００１４】
更に上記構成によれば、大流量の高圧エアで吹き付けられる際に溶射粒子が低温化されるため、溶射粒子と基材との温度差を少なくすることができる。したがって、基材との温度差による溶射粒子の熱収縮に起因する剥離を抑制することができ、加熱処理を必要とすることなく任意の厚みの厚膜を積層することができる。
【００１５】
上記高速アーク溶射工程では、ワイヤ状の金属からなる溶射材料を３〜１５ｋｇ／ｈで溶射装置に供給し、溶射装置において、供給された溶射材料に１５＋３Ｖの低電圧を掛けつつ１００〜２００Ａのアーク電流を流すことにより、溶射材料を溶融して金属溶滴とし、アーク点の外側に一対に配置された０．７ＭＰａ以上かつ１．３ｍ３／ｍｉｎ以上の高圧・高流量エアで金属溶滴を微粒子化して溶射粒子とし、０．７ＭＰａ以上かつ１．３ｍ３／ｍｉｎ以上の高圧・高流量エアで溶射粒子を基材の表面に吹き付けるとよい。かかる構成により、上述した効果を確実に得ることが可能である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高い密着強度を得ることができ、異種金属からなる溶射被膜を任意の順序で、任意の厚みで積層し、しかも作業効率の向上やコストの削減を図ることが可能な積層溶射被膜形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態にかかる積層溶射被膜形成方法に用いられる溶射装置であるアーク溶射ガン装置を示す図である。
【図２】図１の溶射ノズルユニットの詳細図である。
【図３】本実施形態にかかる積層溶射被膜形成方法の実施例および比較例を示す図である。
【図４】エア圧０．７ＭＰａにおけるエア流量と密着力の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。また理解を容易にするために、本実施形態では、積層溶射被膜形成方法に用いられる溶射装置について説明しながら積層溶射被膜形成方法について詳述する。
【００１９】
図１は、本実施形態にかかる積層溶射被膜形成方法に用いられる溶射装置であるアーク溶射ガン装置１００を示す図である。なお、説明の都合上、図１では、駆動部１１０の蓋（不図示）を開いた状態を示し、手前側のアークシールド１３０ｂ（図２参照）の図示を省略している。
【００２０】
図１に示すアーク溶射ガン装置１００は、ワイヤフィーダ（不図示）から供給される一対の金属ワイヤ１０４ａ・１０４ｂを溶射材料とし、この金属ワイヤ１０４ａ・１０４ｂをアーク放電によって溶融し、それによって得られた金属溶滴をコンプレッサ（不図示）から供給される高圧・高流量エア（圧縮空気）を用いて微粒子化し、溶射粒子として噴出する。
【００２１】
アーク溶射ガン装置１００は、主に、モータ１１８等を内部に備える駆動部１１０と、金属ワイヤ１０４ａ・１０４ｂが微粒化された溶射粒子を吹き出す溶射ノズルユニット１１２とから構成され、これらはコード・チューブ類によって接続されている。駆動部１１０にはワイヤフィーダから延びた２本の連絡チューブ１１４ａ・１１４ｂが接続されていて、これらによって駆動部１１０に１対の金属ワイヤ１０４ａ・１０４ｂが供給される。
【００２２】
駆動部１１０は、モータ１１８およびローラ１２０を有する。モータ１１８は、回転軸が上方を向くように筐体１１６の下部に設置されている。ただし、これに限定するものではなく、モータ１１８は駆動部１１０の筐体１１６の上部に配置されてもよい。ローラ１２０はモータ１１８と同軸方向であって、金属ワイヤ１０４ａ・１０４ｂと交差するように筐体１１６の内部に設置されている。また図１では図示していないが、筐体１１６の開口面を封止する蓋の裏側にも、金属ワイヤ１０４ａ・１０４ｂをローラ１２０へ押さえつける押さえローラが設けられる。これらにより、蓋（不図示）を閉じた状態でモータ１１８を駆動させると、ローラ１２０が回転し、ローラ１２０および押さえローラによって挟まれた金属ワイヤ１０４ａ・１０４ｂが繰り出される。
【００２３】
駆動部１１０には、その筐体１１６の内部にガイド管１３２ａ・１３２ｂが設けられていて、このガイド管１３２ａ・１３２ｂに金属ワイヤ１０４ａ・１０４ｂが供給される。ガイド管１３２ａ・１３２ｂは、導電性を有する金属性の管材からなり、電極１３６ａ・１３６ｂを介してそれぞれ電源コード（不図示）が接続される。これにより、電極１３６ａ・１３６ｂおよびガイド管１３２ａ・１３２ｂを通じて金属ワイヤ１０４ａ・１０４ｂに電圧を印加可能となる。
【００２４】
溶射ノズルユニット１１２において、ガイド管１３２ａ・１３２ｂの先端にはリーダチップ１３８ａ・１３８ｂがそれぞれ設けられている。リーダチップ１３８ａ・１３８ｂは管材であって、金属ワイヤ１０４ａ・１０４ｂ同士を接触させるよう前方の一点（アーク交点Ｐ１）に向けて斜めに設置される。これにより、金属ワイヤ１０４ａ・１０４ｂはアーク交点Ｐ１へと案内され、アーク交点Ｐ１にて金属ワイヤ１０４ａ・１０４ｂ同士の間にアーク電流が流れる、すなわちアーク放電が発生する。このアーク放電時の熱量によって、金属ワイヤ１０４ａ・１０４ｂは溶融して金属溶滴となる。溶射ノズルユニット１１２では、アーク放電の発生点（アーク交点Ｐ１）付近の側部をアークシールド１３０ａ・１３０ｂ（図２参照）によって覆うことにより安全対策が図られている。
【００２５】
また溶射ノズルユニット１１２には、コンプレッサ（不図示）からの高圧・高流量エア（圧縮空気）を導くエアホース（不図示）が接続されている。このエアホースを介して供給された高圧・高流量エアはアトマイジング用エアーノズルブロック１４２の内部を通過し、アトマイジング用エアーノズル口１４４ａ・１４４ｂ（図２参照）から吹き出される。
【００２６】
図２は、図１の溶射ノズルユニット１１２の詳細図であり、図２（ａ）は図１のノズルユニット１１２の正面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２（ａ）に示すように、アトマイジング用エアーノズルブロック１４２の正面中央にはリーダチップ１３８ａ・１３８ｂを通す開口部１４６が形成されている。アトマイジング用エアーノズル口１４４ａ・１４４ｂは、この開口部１４６に沿った細長い形状で、リーダチップ１３８ａ・１３８ｂの両脇に設けられている。
【００２７】
図２（ｂ）に示すように、アトマイジング用エアーノズル口１４４ａ・１４４ｂは、それぞれアーク交点Ｐ１よりも前方の一箇所（合流域Ｅ１）に向かって斜めに圧縮空気を吹き出す構成となっている。これにより、アーク交点Ｐ１からその前方の合流域Ｅ１へ向かって負圧が生じる。当該アーク溶射ガン装置１００では、この負圧で金属溶滴（溶かした金属ワイヤ１０４ａ・１０４ｂ）を圧縮空気層まで吸い込ませて合流域Ｅ１で微粒子化させて溶射粒子にし、その後に溶射粒子を圧縮空気に乗せて基材に吹き付けている。すなわち、アーク放電の発生点（アーク交点Ｐ１）には圧縮空気を直接に当てないため、アーク放電時の熱量のロスを抑えることが可能となっている。
【００２８】
ここで、アーク熱で金属溶滴状態にされ圧縮空気で微粒化された溶射粒子は、基材表面に到達する寸前まで溶滴状態を維持するのが理想的である。基材に到達した溶射粒子は機械的な噛み合いによって物理的に基材表面に凝固・堆積して溶射被膜を形成する。その際、当該アーク溶射ガン装置１００では、金属溶滴は圧縮空気にさらされることで熱量が小さくなるため、基材に吹き付ける溶射粒子の温度を常温近くにまで下げることが可能である。これによれば、基材への熱影響をさらに抑えることができる。
【００２９】
次に、本実施形態にかかる積層溶射被膜形成方法について説明する。本実施形態の積層溶射被膜形成方法では、電気アーク溶射によって異種金属からなる複数の溶射被膜を基材の表面に積層形成する。詳細には、本実施形態の積層溶射被膜形成方法では、上述したアーク溶射ガン装置１００を用いて、金属ワイヤ１０４ａ・１０４ｂ（ワイヤ状の金属からなる溶射材料）をアーク放電によって溶融することにより得られる金属溶滴を、アーク点が負圧になるようにアーク点の近傍に高圧・高流量エアを噴出することによって微粒子化して溶射粒子とし、高圧・高流量エアによって溶射粒子を基材の表面に吹き付けることにより溶射被膜を形成する高速アーク溶射工程を行う。そして、かかる高速アーク溶射工程を、異なる溶射材料を用いて二回以上繰り返すことにより、異種金属からなる複数の溶射被膜を積層形成する。
【００３０】
上述したように、本実施形態では圧縮空気はアーク点の近傍に噴出されるため、アーク放電時の熱量のロスを抑えることができる。したがって、噴射する圧縮空気の圧力を高め、空気の流量を増大させることができ、高融点材料であっても溶射粒子が好適に微細化することが可能である。また圧縮空気の圧力を高め、空気の流量を増大させることにより、アーク溶射ガン装置１００から噴出された溶射粒子は、高速でワークに衝突し、密着力が高くなるため、先に形成した溶射被膜に対するボンディングコートやブラスト処理を必要とすることなく異種金属からなる溶射材料を任意の順序で積層することができ、作業効率の向上やコストの削減を図ることができる。
【００３１】
更に、溶射粒子は、大流量の高圧エアで吹き付けられる際に低温化され、ワーク（基材）と同程度まで冷却された状態となるため、溶射粒子と基材との温度差が低減される。これにより、基材との温度差による溶射粒子の熱収縮に起因する剥離を抑制することができ、加熱処理を必要とすることなく任意の厚みの厚膜を積層することが可能となる。
【００３２】
また好ましくは、高速アーク溶射工程では、溶射材料（金属ワイヤ）をアーク溶射ガン装置１００に供給する速度を３〜１５ｋｇ／ｈとし、アーク溶射ガン装置１００において溶射材料を溶融する際の電圧を１５+３Ｖの低電圧とし、電流量を１００〜２００Ａとし、高圧エアの噴射圧を０．７ＭＰａ以上かつ流量を１．３ｍ３／ｍｉｎ以上とするとよい。これにより、上述した効果を更に高めることが可能である。
【００３３】
なお、溶射材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、亜鉛、銅、銅合金、ニッケル、クロム、ニッケル・クロム合金等を例示することができる。また被溶射対象となる基材としては、金属、木材、コンクリート、プラスチック、セラミック、石膏、ＦＲＰ等を例示することができる。ただし、これらは例示にすぎず、上記の材料以外を除外するものではない。
【００３４】
以下、本実施形態の効果について図面を参照して説明する。図３は、本実施形態にかかる積層溶射被膜形成方法の実施例および比較例を示す図である。図４は、エア圧０．７ＭＰａにおけるエア流量と密着力の関係を示すグラフである。
【００３５】
アトマイジング用エアーノズル口でエア圧を０．７ＭＰａ以上にすると溶射は非常に良好で、厚板鋼板の基材と被膜の密着力が高まることが知られているが、単にエア圧を上げただけでは、異種金属の積層被膜を安定して形成することが可能なほどの低温にならず、密着力の強い異種金属積層被膜を得ることができなかった。このことは、アトマイジング用エアーノズル口でエア圧を０．９ＭＰａ、吐出流量を１．０ｍ３／ｍｉｎにして鋼材に亜鉛溶射を行った場合の密着力と、エア圧を０．７ＭＰａ、吐出流量を１．３ｍ３／ｍｉｎにして同様の溶射を行った場合の密着力とを、ＪＩＳ  Ｈ  ８３００付属書Ａの引張密着強度試験方法（Ａ法）に準拠して測定し比較したとき、密着力はエア圧０．７ＭＰａ、吐出流量１．３ｍ３／ｍｉｎにして溶射を行った場合の方が大きかったことから理解できる。
【００３６】
そこで、エア流量に着目し密着力との関連性について高速アーク溶射で溶射被膜を形成して試験をした。具体的には、アトマイジンク用エアーノズル口でのエア圧を一定に固定してエア流量を変化させたときの異種金属積層被膜の密着力を測定した。溶射材料は、φ１．３亜鉛線  φ１．３アルミ線を使用して、溶射条件を溶射電圧１６Ｖ、アーク電流１５０Ａとし、溶射量は亜鉛の場合１０ｋｇ／ｈ、アルミニウムの場合３ｋｇ／ｈに設定した。アトマイジング用エアーノズル口からのエア圧が０．７ＭＰａのときに、吐出流量が、１．０ｍ３／ｍｉｎ、１．１ｍ３／ｍｉｎ、１．２ｍ３／ｍｉｎ、１．３ｍ３／ｍｉｎ、１．４ｍ３／ｍｉｎとなるように５種類のアトマイジング用エアーノズルを製作した。そして、ブラスト処理を施した厚さ６．０ｍｍの鋼材にアルミニウム被膜１００μｍ（下層）+亜鉛被膜１００μｍ（中層）+アルミニウム被膜１００μｍ（上層）の積層溶射被膜を形成したものを１流量に対し５枚製作し、ＪＩＳ  Ｈ  ８３００付属書Ａの引張密着強度試験方法（Ａ法）に準拠して密着力を測定し、平均値を出した。
【００３７】
破断は、すべての試験片において上層（アルミニウム）と中層（亜鉛）間の界面破断であり、その密着力は、図４に示すようにエア流量が１．０ｍ３／ｍｉｎから１．３ｍ３／ｍｉｎに増加するに従って上昇することがわかった。特に、１．２ｍ３／ｍｉｎから１．３ｍ３／ｍｉｎにかけては急激に密着力が上昇し、１．３ｍ３／ｍｉｎから１．４ｍ３／ｍｉｎの間は密着力の上昇が緩やかになることがわかった。これにより、エア流量を変化させると密着力が大きく影響を受けることが判明した。
【００３８】
上述したように、エア流量を上げることにより、単位体積当たりの溶射粒子の密度が低くなり、一層低温化された被膜が形成され、温度差による溶射粒子の熱収縮に起因する剥離を抑制することができるため、密着力が向上する。格段に密着力が向上すれば、従来密着が困難であった異種金属間の積層被膜を形成することが可能となる。上記の結果をふまえて、高速アーク溶射においてアトマイジンク用エアーノズル口でエア圧を０．７ＭＰａかつエア流量を１．３ｍ３／ｍｉｎとして、各種の異種金属積層被膜を形成して密着力を測定し、従来の溶射条件で形成した各種異種金属積層被膜の密着力と比較を行った。
【００３９】
図３に示すように、本実施形態では、溶射材料として、亜鉛、アルミニウム、銅、および銅合金のなかから、２種類以上の溶射材料を選択し、それぞれの溶射材料ごとに高速アーク溶射工程を行うことにより、異なる金属からなる複数の溶射被膜を積層形成した。実施例における高速アーク溶射工程の条件は、高速エアの噴射圧を０．７ＭＰａとし、高速エアの流量を１．３ｍ３／ｍｉｎとした。比較例における従来のアーク溶射工程の条件は、圧縮エアの噴射圧を０．５ＭＰａとし、圧縮エアの流量を１．０ｍ３／ｍｉｎとした。基材には、すべての実施例および比較例において厚さ６．０ｍｍの鋼材を用い、かかる鋼材の表面にブラスト処理を施した。なお、密着力試験については、ＪＩＳ  Ｈ  ８３００付属書Ａの引張密着強度試験方法（Ａ法）に準拠して行った。
【００４０】
図３に示すように、比較例１〜７では、すべてにおいて、複数の溶射被膜間において密着力の測定に至る前に剥離が生じている。このことから、従来のアーク溶射であると、基材上に形成された複数の溶射被膜間の密着力が不十分であり、密着不良が生じていることが理解できる。
【００４１】
これに対し、実施例１〜７ではすべてにおいて、剥離ではなく界面破断または凝集破断が生じる。界面破断とは、基材とその上に形成された溶射被膜との界面、または複数の溶射被膜間の界面において破断している状態であり、凝集破断とは溶射被膜の層内において破断している状態である。実施例１〜７では、界面破断および凝集破断のいずれにおいても５．８ＭＰａ以上の密着力を有している。一般に、塗料や塗膜（溶射被膜も含む）に求められる密着力の基準はおおよそ２〜３ＭＰａであることから、本実施形態の積層溶射被膜形成方法によれば、異種金属からなる積層溶射被膜において極めて高い密着力が得られることが理解できる。
【００４２】
以上の結果から、高速アーク溶射よって高品質の異種金属積層被膜を得るためのエア条件として、アトマイジング用エアーノズルからの高圧エアの噴射圧を０．７ＭＰａ以上かつ流量を１．３ｍ３／ｍｉｎ以上とするとよいことがわかった。
【００４３】
［防汚性能］
基材としてコンクリートおよびＦＲＰ板を用い、それらの表面に塗料により粗面を形成した後に塗料により粗面を形成し、丹銅（膜厚１００μｍ）を溶射し、その後に銅（膜厚５０μｍ）を溶射して積層した。なお、これらの溶射はすべて本実施形態の高速アーク溶射工程によって行われた。そして、溶射被膜形成後のコンクリートおよびＦＲＰ板を海水に浸漬させ、１〜２日経過後に緑青が発生し防汚効果が発揮されていることを確認した後、海水への浸漬を１年間継続した。その結果、１年後であっても、銅溶射被膜は基材の表面に残存しており、海洋生物の付着は確認されなかった。
【００４４】
［防食性能］
コンクリートを基材とし、その表面に粗面形成材を塗布した後、陽極となる亜鉛を５００μｍの膜厚で溶射し、かかる亜鉛溶射被膜上に、電気取り出し端子となる銅（丹銅でも可）をボンディングコートなしで溶射した。なお、これらの溶射はすべて本実施形態の高速アーク溶射工程によって行われた。そして、銅溶射被膜上にハンダで撚り線を溶着し、犠牲防食電流を流して電気測定を行った。その結果、半年間の実曝試験後であっても、端子部分の腐食が生じることなく犠牲防食電流が安定して流れることが確認された。
【００４５】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、電気アーク溶射によって異種金属からなる複数の溶射被膜を基材の表面に積層形成する積層溶射被膜形成方法として利用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１００…アーク溶射ガン装置、１０４ａ…金属ワイヤ、１０４ｂ…金属ワイヤ、１１０…駆動部、１１２…溶射ノズルユニット、１１４ａ…連絡チューブ、１１４ｂ…連絡チューブ、１１６…筐体、１１８…モータ、１２０…ローラ、１３０ａ・１３０ｂ…アークシールド、１３２ａ…ガイド管、１３２ｂ…ガイド管、１３６ａ…電極、１３６ｂ…電極、１３８ａ…リーダチップ、１３８ｂ…リーダチップ、１４２…アトマイジング用エアーノズルブロック、１４４ａ…アトマイジング用エアーノズル口、１４４ｂ…アトマイジング用エアーノズル口、１４６…開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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