(57)【要約】【課題】コールドスプレーで材料粒子を複数層に成膜する際に、より確実に層間の密着性を向上させる。【解決手段】コールドスプレー法によって材料粒子１２を基材表面１０ａに噴射して、該基材表面に該材料粒子の皮膜１６、１８を複数層に成膜させた皮膜体２０の製造方法であって、基材表面に材料粒子を噴射して皮膜を形成する皮膜形成工程Ｓ１０と、皮膜形成工程の後に、皮膜形成工程における材料粒子の噴射方向と異なる方向から材料粒子と同一の材料粒子を皮膜表面１６ａに噴射して該皮膜表面を洗浄する皮膜表面洗浄工程Ｓ２０と、皮膜表面洗浄工程の直後に、皮膜形成工程における噴射方向と同一方向から材料粒子を皮膜表面に噴射して、該材料粒子による皮膜を積層する皮膜積層工程Ｓ３０と、を含むことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コールドスプレー法によって材料粒子を基材表面に噴射して、該基材表面に該材料粒子の皮膜を複数層に成膜させた皮膜体の製造方法であって、
前記基材表面に前記材料粒子を噴射して前記皮膜を形成する皮膜形成工程と、
前記皮膜形成工程の後に、該皮膜形成工程における前記材料粒子の噴射方向と異なる方向から前記材料粒子と同一の材料粒子を前記皮膜の表面に噴射して該皮膜表面を洗浄する皮膜表面洗浄工程と、
前記皮膜表面洗浄工程の直後に、前記皮膜形成工程における前記噴射方向と同一方向から前記材料粒子を前記皮膜の表面に噴射して、該材料粒子による皮膜を積層する皮膜積層工程と、を含むことを特徴とする皮膜体の製造方法。
【請求項２】
前記皮膜表面洗浄工程では、前記皮膜形成工程における前記噴射方向と異なる方向となるように、前記基材表面に対して６０度より小さい角度をなす方向から前記材料粒子を前記皮膜表面に噴射することを特徴とする請求項１に記載の皮膜体の製造方法。
【請求項３】
前記皮膜表面洗浄工程における前記材料粒子を噴射する位置は、前記皮膜形成工程及び前記皮膜積層工程における前記材料粒子を噴射する位置と１０ｍｍ以上離れていることを特徴とする請求項２に記載の皮膜体の製造方法。
【請求項４】
前記皮膜表面洗浄工程では、前記皮膜形成工程及び前記皮膜積層工程における前記材料粒子を噴射する際の流速よりも小さい流速で前記材料粒子を噴射することを特徴とする請求項２又は３に記載の皮膜体の製造方法。
【請求項５】
前記皮膜表面洗浄工程では、４００〜８００ｍ／秒の流速で前記材料粒子を噴射することを特徴とする請求項４に記載の皮膜体の製造方法
【請求項６】
コールドスプレー法によって材料粒子を基材表面に噴射して、該基材表面に前記材料粒子の皮膜を複数層に成膜させた皮膜体であって、
前記材料粒子によって前記基材表面上に成膜させた一の皮膜と、
前記一の皮膜の酸化膜を介せずに前記一の皮膜の上に前記材料粒子によって成膜させた他の皮膜と、を備え、
前記他の皮膜は、前記一の皮膜を成膜させた後に、前記材料粒子で前記一の皮膜の表面を洗浄した直後に前記一の皮膜の表面に成膜させたことを特徴とする皮膜体。
【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用いた皮膜体の製造方法及び皮膜体に関する。
【背景技術】
【０００２】
基材の表面に緻密で密着性の高い皮膜を形成するコーティング技術として、コールドスプレー（Cold Spray）法が知られている。この方法は、皮膜材料の融点又は軟化点よりも低い温度に設定した超音速で流れるガスに皮膜材料の粉末を同伴させて、当該粉末を基材の表面に衝突させる技術である。この方法では、粉末が高速で基材の表面に衝突した際に、固相状態のままで粉末粒子が塑性変形を起こして基材表面に堆積して、皮膜が形成される。
【０００３】
最近では、成膜性向上、皮膜特性向上を目的に成膜する際のガス温度が上昇する傾向にあるので、金属材料をコールドスプレーで成膜する際に、皮膜内部は、酸化物が殆どないものの、皮膜表面は、成膜後に高温状態のまま大気に曝されるため酸化し易い。このため、多層成膜の際に、図６に示すように、基材１の上に先に成膜した皮膜層２の表面に酸化物層３が形成された状態の上に次の皮膜層４が成膜することになるので、層間に酸化物が取り込まれる状態になってしまい、層間の密着性が確保できない問題が発生する。層間の密着性を確保するために、基材表面に酸化物が生じていない状態で確実に溶射を行う従来技術として、特許文献１には、溶射ガンとブラストガンを併設した装置でブラスト処理しながら溶射が可能な装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−６０３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された溶射装置は、基材表面にブラスト処理を施して粗面化することによって、金属皮膜との密着性を向上させるには、有効である。しかしながら、基材表面にブラスト処理を施すことは、当該基材表面に砂、グリット等のブラスト材の残留が懸念され、また、加工工程を長期化し、且つ複雑化することになるので、好ましくない。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、コールドスプレーで材料粒子を複数層に成膜する際に、より確実に層間の密着性を向上させることの可能な、新規かつ改良された皮膜体の製造方法及び皮膜体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、コールドスプレー法によって材料粒子を基材表面に噴射して、該基材表面に該材料粒子の皮膜を複数層に成膜させた皮膜体の製造方法であって、前記基材表面に前記材料粒子を噴射して前記皮膜を形成する皮膜形成工程と、前記皮膜形成工程の後に、該皮膜形成工程における前記材料粒子の噴射方向と異なる方向から前記材料粒子と同一の材料粒子を前記皮膜の表面に噴射して該皮膜表面を洗浄する皮膜表面洗浄工程と、前記皮膜表面洗浄工程の直後に、前記皮膜形成工程における前記噴射方向と同一方向から前記材料粒子を前記皮膜の表面に噴射して、該材料粒子による皮膜を積層する皮膜積層工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明の一態様によれば、皮膜材料と同じ材料を使って皮膜表面のクリーニングをしながら皮膜を多層に成膜させて皮膜体を形成するので、各皮膜の層間に酸化膜が介在しなくなり、当該層間の密着性を向上させられる。
【０００９】
このとき、本発明の一態様では、前記皮膜表面洗浄工程では、前記皮膜形成工程における前記噴射方向と異なる方向となるように、前記基材表面に対して６０度より小さい角度をなす方向から前記材料粒子を前記皮膜表面に噴射することとしてもよい。
【００１０】
このようにすれば、皮膜表面洗浄工程で噴射した材料粒子が皮膜表面上に付着せずに、皮膜表面を摩耗させながら洗浄することができる。
【００１１】
また、本発明の一態様では、前記皮膜表面洗浄工程における前記材料粒子を噴射する位置は、前記皮膜形成工程及び前記皮膜積層工程における前記材料粒子を噴射する位置と１０ｍｍ以上離れていることとしてもよい。
【００１２】
このようにすれば、皮膜表面洗浄工程における材料粒子の噴射の影響を受けずに、皮膜積層工程で皮膜を効率的に積層させられる。
【００１３】
また、本発明の一態様では、前記皮膜表面洗浄工程では、前記皮膜形成工程及び前記皮膜積層工程における前記材料粒子を噴射する際の流速よりも小さい流速で前記材料粒子を噴射することとしてもよい。
【００１４】
このようにすれば、皮膜表面洗浄工程で材料粒子を噴射した際に、当該材料粒子が先に成膜した皮膜を大幅に摩耗させずに、皮膜表面を洗浄できる。
【００１５】
また、本発明の一態様では、前記皮膜表面洗浄工程では、４００〜８００ｍ／秒の流速で前記材料粒子を噴射することとしてもよい。
【００１６】
このようにすれば、皮膜表面洗浄工程で材料粒子を噴射した際に、当該材料粒子が先に成膜した皮膜の表面を大幅に摩耗させずに、的確に洗浄できる。
【００１７】
また、本発明の他の態様は、コールドスプレー法によって材料粒子を基材表面に噴射して、該基材表面に前記材料粒子の皮膜を複数層に成膜させた皮膜体であって、前記材料粒子によって前記基材表面上に成膜させた一の皮膜と、前記一の皮膜の酸化膜を介せずに前記一の皮膜の上に前記材料粒子によって成膜させた他の皮膜と、を備え、前記他の皮膜は、前記一の皮膜を成膜させた後に前記材料粒子で前記一の皮膜の表面を洗浄した直後に前記一の皮膜の表面に成膜させたことを特徴とする。
【００１８】
本発明の他の態様によれば、層間の密着性を確保することによって、耐久性が向上した複数層の皮膜体が得られる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように本発明によれば、コールドスプレーで材料粒子を複数層に成膜する際に、より確実に層間の密着性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態における皮膜体の製造方法に用いるコールドスプレー装置の概略を説明する説明図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態における皮膜体の製造方法の動作説明図である。
【図３】本実施形態の皮膜体の製造方法における皮膜形成・積層時と皮膜洗浄時のスプレーノズルの位置関係を説明する図である。
【図４】本実施形態における皮膜体の製造方法の動作フローを示すフローチャートである。
【図５】本実施形態における皮膜体の製造方法による成膜の一実施例を示す表である。
【図６】従来における皮膜体の製造方法の動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００２２】
まず、本発明の一実施形態における皮膜体の製造方法で使用されるコールドスプレー装置の構成について、図面を使用しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態における皮膜体の製造方法に用いるコールドスプレー装置の概略を説明する説明図である。
【００２３】
コールドスプレー装置１００は、材料粒子１２を作動ガス１４によりガスの音速から超音速で基材１０の表面に固体状態で衝突させて皮膜を成膜するコールドスプレー法を利用した装置である。材料粒子１２は、特に限定されるものではないが、例えば、銅、アルミニウム、ニッケル、スズ、クロム、チタン、亜鉛、モリブデン、マグネシウム、鉄、タンタル、ニオブ、金、銀、珪素、これらの合金、ステンレス、はんだ、ポリマーやサーメット等を挙げられる。基材１０としては、例えば、鉄、鋳鉄、ステンレス、銅、黄銅、ニッケル、錫、鉛、コバルト、チタン、アルミニウム、クロム、金、銀、白金、パラジウム、マグネシウム、マンガン、亜鉛の何れかの金属、又はこれらの合金、金属の酸化物等、適宜のものを選択することができる。コールドスプレー後に熱処理する場合には、基材１０は、皮膜を形成する材料と略同等、あるいはそれ以上の融点又は軟化点の材料が望ましい。
【００２４】
コールドスプレー装置１００は、図１に示すように、作動ガス１４を加熱するガス加熱器１０２と、基材１０に噴射する材料粒子１２を収容し、スプレーガン１０４に供給する粉末供給装置１０６と、スプレーガン１０４で加熱された作動ガス１４と混合された材料粒子１２を基材１０に噴射するガスノズル１０８とを備えている。
【００２５】
作動ガスの種類は、特に限定されるものではないが、例えば、ヘリウム、窒素、空気等が使用される。材料粒子の表面及び皮膜の表面の酸化を抑制するという観点から、作動ガスとして不活性ガスであるヘリウムや窒素が特に好ましく、また、コスト面では窒素が、作動ガス速度の高速化の面ではヘリウムが好ましい。
【００２６】
作動ガス１４は、不図示の高圧ガスボンベ等のガス供給源から供給され、調整バルブ１１０、１１２により圧力や流速等が調整されて圧縮ガスとなって、ガス加熱器１０２と粉末供給装置１０６にそれぞれ供給される。ガス加熱器１０２に供給された作動ガス１４は、例えば５０℃以上であって、皮膜の材料粒子１２の融点又は軟化点以下の温度に加熱された後、スプレーガン１０４に供給される。作動ガスの加熱温度は、１０００℃以下であり、好ましくは３００〜９００℃である。
【００２７】
粉末供給装置１０６に供給された作動ガス１４は、粉末供給装置１０６内の材料粒子１２をスプレーガン１０４に所定の吐出量となるように供給する。材料粒子１２の粒径は、例えば、１０〜１００μｍ程度であり、好ましくは５〜５０μｍであり、更に好ましくは、５〜２５μｍである。すなわち、皮膜材料となる金属粒子である材料粒子１２の粒径は、５μｍ以上５０μｍ以下程度とすることが好ましい。粒径が５μｍ未満では、安定した噴射状態が得られないので好ましくなく、また、粒径が５０μｍを超えると、粒子が堆積しにくくなるため好ましくない。
【００２８】
ガス加熱器１０２で加熱された作動ガス１４は、先細末広形状をなすガスノズル１０８により超音速流（約３４０ｍ／ｓ以上）にされる。なお、作動ガス１４の流速の詳細については、後述する。また、作動ガス１４のガス圧力は、基材１０と皮膜との間の密着強度の向上を図るためには、０．５〜５ＭＰａ程度とすることが好ましく、特に、２〜４ＭＰａ程度の圧力で処理することが好ましい。
【００２９】
スプレーガン１０４に供給された材料粒子１２は、この作動ガス１４の超音速流の中への投入により加速され、固相状態のまま基材１０に高速で衝突して皮膜を形成する。なお、材料粒子１２を基材１０に固相状態で衝突させて皮膜を形成できる装置であれば、一実施形態における皮膜体の製造方法に用いるコールドスプレー装置は、図１に示すコールドスプレー装置１００に限定されるものではない。
【００３０】
次に、本実施形態における皮膜体の製造方法の動作について、図面を使用しながら説明する。図２（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態における皮膜体の製造方法の動作説明図であり、図３は、本実施形態の皮膜体の製造方法における皮膜形成・積層時と皮膜洗浄時のスプレーノズルの位置関係を説明する図であり、図４は、本実施形態における皮膜体の製造方法の動作フローを示すフローチャートである。なお、図２では、皮膜体の材料粒子として、銅を噴射する場合について説明するが、材料粒子は、銅に限定されない。
【００３１】
本実施形態は、コールドスプレー法によって材料粒子を基材表面に噴射して、当該基材表面に材料粒子の皮膜を複数層に成膜させた皮膜体の製造方法に係る発明である。本実施形態では、図３に示すように、成膜用のスプレーガン１０４の進行方向に当該スプレーガン１０４と同一機能・構成のスプレーガンを、皮膜洗浄用の先行スプレーガン１２４として設けていることを特徴とする。先行スプレーガン１２４を備えるコールドスプレー装置の構成は、前述の図１に示すものと同様である。また、先行スプレーガン１２４は、図２に示すように、スプレーガン１０４から噴射される皮膜材料となる材料粒子と同じ材質の粒子を、基材表面１０ａに対して６０度より小さい角度から噴射することを特徴とする。なお、本実施形態では、皮膜洗浄用の先行スプレーガン１２４は、成膜用のスプレーガン１０４と別のコールドスプレー装置に備わっているが、１つのコールドスプレー装置に皮膜洗浄用の先行スプレーガン１２４と成膜用のスプレーガン１０４を備える構成としてもよい。
【００３２】
先行スプレーガン１２４とスプレーガン１０４との進行方向距離に関しては、特に制限はない。しなしながら、当該進行方向距離が１０ｍｍより近いと、洗浄用の先行スプレーガン１２４と成膜用のスプレーガン１０４が干渉したり、成膜用のスプレーガン１０４からの噴射が先行スプレーガン１２４からの噴射により影響を受けやすく、成膜効率が低下することが懸念される。このため、本実施形態では、皮膜表面洗浄工程における材料粒子の噴射の影響を受けずに、皮膜積層工程で皮膜を効率的に積層するために、先行スプレーガン１２４とスプレーガン１０４との進行方向距離は、図３に示すように、１０ｍｍ以上とする。また、先行スプレーガン１２４とスプレーガン１０４との進行方向距離の上限は、特に限定しないが、装置の制約上、１００ｍｍ程度以内に留めることが好ましい。
【００３３】
本実施形態では、多層の皮膜体を形成する際に、まず、図２（ａ）に示すように、スプレーガン１０４から基材表面１０ａに向けて材料粒子１２を噴射して、皮膜１６を形成する（皮膜形成工程Ｓ１０）。本実施形態では、コールドスプレー法によって、皮膜１６を形成する。その際に、スプレーガン１０４は、基材表面１０ａに対して略垂直の方向から材料粒子１２を基材表面１０ａに噴射する。基材表面１０ａに衝突した材料粒子１２には、基材表面１０ａとの界面付近で大きなせん断による塑性変形が生じて、界面付近の温度が上昇して材料粒子１２と基材１０、及び材料粒子１２間で固相接合が生じて、材料粒子１２が基材１０に付着して皮膜１６を形成する。
【００３４】
また、このとき、コールドスプレー法で皮膜１６を形成する際に、材料粒子１２が基材表面１０ａに付着するためには、基材１０に対して所定の大きさ以上の衝突速度が必要であり、その閾値となる速度が臨界速度である。材料粒子１２の流速が臨界速度以下では、基材１０がエロージョン摩耗するのみで、材料粒子１２が基材表面１０ａに付着しない。一方、材料粒子１２の流速が臨界速度よりさらに高速で基材１０に材料粒子１２を衝突させる場合は、基材１０の変形・損傷が大きくなるか、残留応力が大きくなる。
【００３５】
すなわち、材料粒子１２の付着には、最適な速度範囲が存在するので、本実施形態では、コールドスプレー装置１００のスプレーガン１０４は、材料粒子１２を臨界速度で噴射するように制御される。なお、臨界速度は、主にスプレーする材料粒子の種類、作動ガスの種類や温度等によって変動する。例えば、材料粒子が銅の場合、約８００ｍ／秒の衝突速度で７０％以上の溶射効率を得られ、また、ガス温度を上げると材料粒子の塑性変形が容易になるため、臨界速度が下がる。
【００３６】
次に、本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、皮膜形成工程Ｓ１０における材料粒子１２の噴射方向と異なる方向から、当該材料粒子１２と同一の材料粒子１２を皮膜表面１６ａに噴射して、当該皮膜表面１６ａを洗浄する（皮膜表面洗浄工程Ｓ２０）。皮膜形成工程Ｓ１０の後に皮膜表面１６ａに酸化膜が形成されても、材料粒子１２で当該酸化膜を洗浄して除去するので、皮膜形成工程Ｓ１０で形成された一の皮膜１６と、その後に同一の材料粒子１２で積層される他の皮膜１８との密着性を向上させられる。
【００３７】
また、本実施形態では、皮膜表面洗浄工程Ｓ２０では、皮膜形成工程Ｓ１０における噴射方向と異なる方向となるように、基材表面１０ａに対して６０度より小さい角度をなす方向から材料粒子１２を皮膜表面１６ａに噴射することを特徴とする。すなわち、皮膜形成工程Ｓ１０で成膜用のスプレーガン１０４が基材表面１０ａに対して略垂直の方向から材料粒子１２を基材表面１０ａに噴射するのに対して、皮膜表面洗浄工程Ｓ２０では、基材表面１０ａに対して６０度より小さい角度をなす方向から材料粒子１２を皮膜表面１６ａに噴射する。このように、先行スプレーガン１２４の噴射角度を基材表面１０ａに対して６０度より小さくすることによって、図２（ｂ）に示すように、皮膜表面１６ａに到達した材料粒子１２ａが皮膜表面１６ａに付着せずに、皮膜表面１６ａの上を移動しながら、皮膜表面１６ａを摩耗させる効果を生む。
【００３８】
皮膜表面洗浄工程Ｓ２０で材料粒子１２を噴射する際には、材料粒子１２が先に成膜した皮膜１６を大幅に摩耗させずに皮膜表面１６ａを洗浄するために、その流速は、皮膜形成工程Ｓ１０における材料粒子１２を噴射する際の流速よりも小さくてよい。ただし、皮膜表面洗浄工程Ｓ２０で材料粒子１２の流速をあまり遅くすると、材料粒子１２による皮膜表面１６ａのクリーニング作用がなくなるので、所定の速度以上とする必要がある。
【００３９】
具体的には、皮膜表面洗浄工程における作用ガスの流速を４００〜８００ｍ／秒の流速にして材料粒子１２を噴射することによって、材料粒子１２が先に成膜した皮膜表面１６ａを大幅に摩耗させずに、的確に洗浄できることが分かった。また、先行スプレーガン１２４の作動ガスの温度は、０〜２００度くらいの室温とし、その作動ガスの種類は、成膜用のスプレーガン１０４と同様に、空気、窒素、ヘリウム等が選択できるが、酸化防止と低コストを考慮すると窒素がより好ましい。
【００４０】
皮膜表面洗浄工程Ｓ２０が終わった直後に、図２（ｃ）に示すように、皮膜形成工程Ｓ１０における噴射方向と同一方向から材料粒子１２を皮膜表面１６ａに噴射して、当該材料粒子１２による他の皮膜１８を積層する（皮膜積層工程Ｓ３０）。具体的には、皮膜積層工程Ｓ３０では、コールドスプレー法により成膜用のスプレーガン１０４が基材表面１０ａに対して略垂直の方向から材料粒子１２を基材表面１０ａに噴射して、材料粒子１２を塑性変形させて皮膜表面１６ａに付着させて他の皮膜１８を形成する。なお、皮膜積層工程Ｓ３０における材料粒子１２を噴射する作動ガスの流速は、皮膜形成工程Ｓ１０における流速と同じ大きさである。
【００４１】
また、皮膜積層工程Ｓ３０では、先に成膜した一の皮膜１６の表面１６ａに酸化膜が出来る前に、材料粒子１２を皮膜表面１６ａに噴射する必要があるので、皮膜表面洗浄工程Ｓ２０が終わった直後に材料粒子１２を噴射する。具体的には、例えば、洗浄用の先行スプレーガン１２４と成膜用のスプレーガン１０４との間隔が１００ｍｍで双方のスプレーガン１０４、１２４の移動速度が数１００ｍｍ／秒程度の場合では、皮膜表面洗浄工程Ｓ２０が終わってから１秒以内に成膜用のスプレーガン１０４を噴射することとなる。
【００４２】
このようにして、本実施形態では、皮膜材料と同じ材料を使って皮膜表面のクリーニングをしながら、皮膜を多層に成膜させるので、各皮膜１６、１８の層間に酸化膜が介在しなくなり、当該層間の密着性を向上させられる。すなわち、層間の密着性を確保することによって、耐久性が向上した複数層の皮膜体２０が得られる。
【００４３】
また、皮膜洗浄用の先行スプレーガン１２４の噴射材料を皮膜材料と同じにすることによって、万が一、洗浄用の材料粒子１２が皮膜１６に残留して取り込まれた場合でも、皮膜１６と同材質のため、皮膜体２０の品質に影響を与えないようになる。すなわち、従来のブラスト処理による皮膜洗浄では、当該基材表面にブラスト材の残留によって、皮膜体の品質の劣化が懸念されていたが、本実施形態では、皮膜材質と同一の材料粒子１２で皮膜表面を洗浄するので、洗浄用の材料粒子１２が皮膜１６に残留しても、皮膜体２０の品質に大きな影響を及ぼすことなく、層間の密着性を確保した耐久性のある皮膜体２０が得られる。
【００４４】
なお、同一材質による３層以上の皮膜体を形成する場合には、図４に示すように、皮膜積層の要否を確認してから（工程Ｓ４０）、同様にして、皮膜洗浄工程Ｓ２０、皮膜積層工程Ｓ３０を繰り返し行う。このようにして、多層成膜の層間の密着性を確保した耐久性のある皮膜体が得られるようになる。
【００４５】
次に、本実施形態の皮膜体の製造方法における先行スプレーガンによる材料粒子のスプレー角度（噴射角度）、粒子流速、及びガス温度の最適値を実証する試験の結果について説明する。図５は、本実施形態における皮膜体の製造方法による成膜の一実施例を示す表である。図５に示す一実施例では、皮膜材料を銅とし、また、成膜用の作動ガス温度を２００度、皮膜洗浄用の作動ガス温度を０度以上２００度未満の室温として試験を行った。なお、本発明は、これら試験結果に限定されるものでない。
【００４６】
図５に示すように、先行スプレーガンの角度が基材方面に対して９０度から６０度の場合では、Ｎｏ．２、３、４の試験結果に示すように、十分な皮膜の密着強度が得られていないことから、先行スプレーガンによる皮膜表面の洗浄効果が現れないことが分かる。これに対して、先行スプレーガンの角度が基材方面に対して５５度と６０度より小さい場合では、Ｎｏ．５、６、７の試験結果に示すように、６０ＭＰａ前後の十分な皮膜の密着強度が得られることが分かる。
【００４７】
ただし、先行スプレーガンの角度が基材方面に対して５５度としても、粒子流速を２００ｍ／秒とした場合には、Ｎｏ．８の試験結果に示すように、十分な皮膜の密着強度が大幅に下がることから、先行スプレーガンによる皮膜表面の洗浄効果が現れないことが分かる。また、先行スプレーガンの角度が基材方面に対して５５度としても、粒子流速を１０００ｍ／秒とした場合には、Ｎｏ．９の試験結果に示すように、先に成膜した皮膜を大きく摩耗させてしまうことから、先行スプレーガンによる皮膜表面の洗浄効果が現れないことが分かる。さらに、先行スプレーガンの角度が基材方面に対して５５度としても、先行スプレーガンの作動ガス温度を成膜時と同様に２００度とした場合には、Ｎｏ．１０の試験結果に示すように、十分な皮膜の密着強度が得られていないことから、先行スプレーガンによる皮膜表面の洗浄効果が現れないことが分かる。
【００４８】
以上より、本実施形態の皮膜体の製造方法における先行スプレーガンによる材料粒子のスプレー角度（噴射角度）、粒子流速、及びガス温度の最適値は、それぞれ６０度より小さい値である５５度、４００〜８００ｍ／秒、室温（０度以上２００度未満）であることが分かる。なお、先行スプレーガンによる材料粒子のスプレー角度（噴射角度）の下限については、原理的には０度以上となるが、噴射した粒子を皮膜表面に当てて、洗浄効果を得るには、１０度以上あることが好ましい。
【００４９】
なお、上記のように本発明の一実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。
【００５０】
例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、皮膜体の製造方法で使用するコールドスプレー装置の構成、動作も本発明の一実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１０        基材
１０ａ      基材表面
１２        材料粉末
１４        作動ガス
１６        皮膜（一の皮膜）
１６ａ      皮膜表面
１８        皮膜（他の皮膜）
２０        皮膜体
１００      コールドスプレー装置
１０２      ガス加熱器
１０４      スプレーガン
１０６      粉末供給装置
１０８      ガスノズル
１１０、１１２    調整バルブ
１２４      先行スプレーガン
Ｓ１０      皮膜形成工程
Ｓ２０      皮膜表面洗浄工程
Ｓ３０      皮膜積層工程
【図１】
2014136828.tif 000003
【図２】
2014136828.tif 000004
【図３】
2014136828.tif 000005
【図４】
2014136828.tif 000006
【図５】
2014136828.tif 000007
【図６】
2014136828.tif 000008