(57)【要約】【課題】溶融することなく、Ｃｒ2Ｎｂの寸法保持及び／又は熱伝導性などの粒子特性が維持された皮膜が適用された物品を製造するための、改善された溶射方法を提供する。【解決手段】作製される物品のネットシェイプを有するアルミニウム含有材料などの材料から形成されるマンドレルを供給するステップと、粉末金属を、それらを溶融することなくマンドレル上に成膜させるステップと、マンドレルを形成する材料を、自由型の一体構造を有する物品を残すように除去するステップを含む、燃焼室ライナーなどの物品を形成する方法である。本発明の好ましい実施態様では、粉末金属材料は、粉末ＧＲＣｏｐ−８４からなる。あるいは又、粉末金属材料は、粉末ＧＲＣｏｐ−４２からなる。【選択図】図１
2006183135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作製される物品のネットシェイプを有する材料から形成されるマンドレルを供給するステップと、
粉末金属を、それらを溶融することなくマンドレル上に成膜させるステップと、
マンドレルを形成する材料を、自由型の一体構造を有する物品を残すように除去するステップ、
を含んでなることを特徴とする、物品の形成方法。
【請求項２】
前記成膜させるステップが、前記粉末金属の粒子を、それらが衝突の際に塑性的に変形し、かつ前記マンドレルの表面に結合するような速度まで加速させることを含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記マンドレルを供給するステップが、アルミニウム含有材料から形成されるマンドレルを供給することを含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記マンドレルを供給するステップが、燃焼室ライナーのネットシェイプを有するマンドレルを供給することを含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記除去するステップが、高温の水酸化ナトリウムを用いて化学的に前記材料を除去することを含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記成膜させるステップが、１．０から１０．０重量％のニオブと２．０から１０．０重量％のクロムを含有する銅合金を成膜させることを含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記成膜させるステップが、８．０重量％のクロムと４．０重量％のニオブを含有する銅合金を成膜させることを含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記成膜させるステップが、４．０重量％のクロムと２．０重量％のニオブを含有する銅合金を成膜させることを含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記成膜させるステップが、ボウショック層に起因して前記マンドレルから取り除かれるのを防ぐのに十分な寸法から５０μｍまでの寸法を有する前記粉末金属材料の粒子を供給することと、その粉末金属材料の粒子を、それらが前記マンドレルの少なくとも１つの表面上で塑性的に変形するのに十分な速度でスプレーノズルを通過させることにより、その少なくとも１つの表面上に皮膜層を形成することを含んでなることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記粉末金属材料の粒子を供給することが、５μｍから２５μｍの範囲内にある粒径を有する粉末金属粒子を供給することを含んでなり、その粉末金属粒子を供給することは、粉末金属粒子を、１０ｇ／分から１００ｇ／分の供給速度で、かつ２００ｐｓｉから３００ｐｓｉの範囲内の圧力で、ヘリウム、窒素及びそれらの混合物からなる群から選択されるキャリアガスを用いて、前記ノズルに供給することを含むことを特徴とする、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記粉末金属粒子を供給することが、前記粉末金属粒子を１５．０ｇ／分から５０ｇ／分の速度で前記ノズルに供給することを含むことを特徴とする、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記キャリアガスがヘリウムを含み、かつ、前記粉末金属粒子を供給することが、ヘリウムを０．００１ＳＣＦＭから５０ＳＣＦＭの流速で前記ノズルに供給することを含むことを特徴とする、請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
前記キャリアガスがヘリウムを含み、かつ、前記粉末金属粒子を供給することが、ヘリウムを８．０ＳＣＦＭから１５ＳＣＦＭの流速で前記ノズルに供給することを含むことを特徴とする、請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
前記キャリアガスが窒素を含み、かつ、前記粉末金属粒子を供給することが、ヘリウムを０．００１ＳＣＦＭから３０ＳＣＦＭの流速で前記ノズルに供給することを含むことを特徴とする、請求項１０記載の方法。
【請求項１５】
前記キャリアガスが窒素を含み、かつ、前記粉末金属粒子を供給することが、ヘリウムを４．０ＳＣＦＭから１０ＳＣＦＭの流速で前記ノズルに供給することを含むことを特徴とする、請求項１０記載の方法。
【請求項１６】
前記皮膜層を形成することが、前記粉末金属材料の粒子を、ヘリウム、窒素及びそれらの混合物からなる群から選択される主ガスを用いて、６００°Ｆから１，２００°Ｆの範囲内の主ガス温度で、かつ、２００ｐｓｉから５００ｐｓｉの溶射圧力で前記ノズルを通過させることをさらに含むことを特徴とする、請求項９記載の方法。
【請求項１７】
前記ノズルを通過させることが、前記粉末金属材料の粒子を、７００°Ｆから８００°Ｆの範囲内の主ガス温度で、かつ、２５０ｐｓｉから５００ｐｓｉの溶射圧力で前記ノズルを通過させることをさらに含むことを特徴とする、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記主ガス温度が、７２５°Ｆから７７５°Ｆの範囲内であることを特徴とする、請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
前記主ガスがヘリウムを含み、かつ、前記通過させることが、ヘリウムを０．００１ＳＣＦＭから５０ＳＣＦＭの流速で前記ノズルに供給することを含むことを特徴とする、請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
前記主ガスがヘリウムを含み、かつ、前記通過させることが、ヘリウムをＳ１５ＣＦＭから３５ＳＣＦＭの流速で前記ノズルに供給することを含むことを特徴とする、請求項１６記載の方法。
【請求項２１】
前記主ガスが窒素を含み、かつ、前記通過させることが、窒素を０．００１ＳＣＦＭから３０ＳＣＦＭの流速で前記ノズルに供給することを含むことを特徴とする、請求項１６記載の方法。
【請求項２２】
前記主ガスが窒素を含み、かつ、前記通過させることが、窒素を４．０ＳＣＦＭから３０ＳＣＦＭの流速で前記ノズルに供給することを含むことを特徴とする、請求項１６記載の方法。
【請求項２３】
前記ノズルを、前記マンドレルの少なくとも１つの表面から１０ｍｍから５０ｍｍ離れた距離で保持することをことをさらに含むことを特徴とする、請求項９記載の方法。
【請求項２４】
Ｃｒ2Ｎｂ粒子の分散体を有する微細構造を有する銅基合金から形成されるボディを含んでなることを特徴とする、燃焼室ライナー。
【請求項２５】
前記分散体が合金の約１４容量％を構成し、残余が純粋な銅であることを特徴とする、請求項２４記載の燃焼室ライナー。
【請求項２６】
前記銅基合金が、２．０から１０．０重量％のクロムと１．０から１０．０重量％のニオブを含有することを特徴とする、請求項２４記載の燃焼室ライナー。
【請求項２７】
少なくとも１つの内部フィーチャーを有する少なくとも１つの内部冷却液通路を有することにより、その少なくとも１つの内部通路を通る流れを妨害することによって伝熱を増大させることを特徴とする、請求項２４記載の燃焼室ライナー。
【請求項２８】
前記少なくとも１つの内部通路が、少なくとも１つの突出部、シェブロン及びフロー・トリップを含んでなることを特徴とする、請求項２７記載の燃焼室ライナー。
【請求項２９】
作製される物品のネットシェイプを有する材料から形成されるマンドレルと、
粉末金属材料を、それらを溶融させることなくマンドレル上に成膜させるための手段、
を含んでなることを特徴とする、物品の製造装置。
【請求項３０】
前記マンドレル形成する材料を、自由型の一体構造を有する物品を残すように除去する手段をさらに含むことを特徴とする請求項２９記載の装置。
【請求項３１】
前記マンドレルが、アルミニウム含有材料から形成されることを特徴とする、請求項２９記載の装置。
【請求項３２】
前記成膜させるための手段が、前記粉末金属材料を、衝突の際に塑性的に変形し、かつ前記マンドレルの表面に結合するような速度まで加速させるための手段を含むことを特徴とする、請求項２９記載の装置。
【請求項３３】
前記成膜させるための手段が、ノズルを有するスプレー・ガンと、前記粉末金属材料を粒子形態でそのノズルに供給するための手段と、それら粒子を前記マンドレル上に成膜させるための主ガスを含んでなり、その供給するための手段は、粉末金属粒子をノズルに供給するためのキャリアガスを備えることを特徴とする、請求項２９記載の装置。
【請求項３４】
前記キャリアガスが、ヘリウム、窒素及びそれらの混合物からなる群から選択され、かつ、前記主ガスが、ヘリウム、窒素及びそれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項３３記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コールドスプレー技術を用いた、燃焼室ライナーなどの物品の形成方法並びに装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロケット推進の開発プログラムは、燃焼室ライナーにおける伝熱性を向上させる高強度の銅合金を用いることが中心となっている。歴史的に見て、スペース・シャトルの主エンジンは、ＮＡＲｌｏｙ−Ｚと呼ばれる、粒子強化合金が使用されている。近年では、ＮＡＳＡが、８．０％のＣｒ、４．０％のＮｂ及び残余の銅と不可避的な不純物からなるＧＲＣｏＰ−８４、及び、４．０％のＣｒ、２．０％のＮｂ及び残余の銅と不可避的不純物からなるＧＲＣｏｐ−４２という名称の新たな合金を開発した。これらの合金はクロム−ニオブ強化粒子を用いており、これまでのものより熱的に安定であるため、作動条件における向上したクリープ効果並びに疲労寿命が得られる。ＧＲＣｏｐ−８４は、鍛錬状態で処理され、真空プラズマ溶射を用いてネットシェイプに適用されるものである。これら新規な合金の限界の１つが、押出、圧延、摩擦撹拌溶接、スピニング及び／又は真空プラズマ溶射によって燃焼室ライナーを製造するための非常に長くかつ複雑な製造工程である。
【０００３】
そのため、固有の粒子特性を維持しつつ、ＣＲＣｏｐ−８４などの合金を用いた燃焼室ライナーなどの物品形成のための、簡単で、能率化された技術が必要とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、本発明の目的は、Ｃｒ2Ｎｂの寸法保持及び／又は熱伝導性などの粒子特性が維持された物品を製造するための、改善された方法を提供することにある。
【０００５】
また、本発明の他の目的は、Ｃｒ2Ｎｂの寸法保持性及び／又は熱伝導性などの粒子特性が維持された物品を製造するための、改善された装置を提供することにある。
【０００６】
本発明のさらに別の目的は、良好な熱伝導特性を有する燃焼室ライナーを製造するための方法並びに装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述の目的は、本発明の方法並びに装置によって達成される。
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、物品の形成方法は、概して、作製される物品のネットシェイプを有する材料から形成されるマンドレルを供給することと、そのマンドレル上に、粉末金属材料を溶融することなくそれらを成膜させることと、自立型の一体構造を有する物品を残すようにマンドレルを形成する材料を除去することを含んでなる。本発明の方法は、燃焼室ライナーを形成するのに特に有用である。
【０００９】
本発明の第２の態様によれば、燃焼室ライナーなどの物品を形成するための装置は、概して、作製される物品のネットシェイプを有するマンドレルと、粉末金属材料を溶融することなくそれらをマンドレル上に成膜させるための手段と、自由型の一体構造を有する物品を残すようにマンドレルを形成する材料を除去する手段を含んでなる。
【００１０】
本発明の、高強度を有する銅のコールドガスダイナミックスプレー、並びに、その他の目的及び付随する利点は、以下の詳細な説明と図面において説明する。図中の同様の符号は同様の構成要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
近年、「コールドガスダイナミックスプレー法（ｃｏｌｄ  ｇａｓ  ｄｙｎａｍｉｃ  ｓｐｒａｙｉｎｇ）」あるいは「コールドスプレー法（ｃｏｌｄ  ｓｐｒａｙ）」と呼ばれる新たな金属溶射成膜法が開発された。この方法は、溶射成膜中に粒子金属材料が溶融しないため、他の溶射法とは異なり、独特である。微細な金属粉末粒子を、通常、８００ｍ／秒を超える非常に高速にまで加速するのに、不活性ガスを使用する場合が多い。この方法を用いると、塑性変形及び機械的結合によって膜が形成される。この方法の有利な特徴は、形成された皮膜の酸素含有量、圧縮残留応力、及び保持された粒子の微細構造が、出発粒子のそれらと同等か、あるいはそれよりも低い（小さい）ことである。
【００１２】
本発明の方法は、形成されるべき物品のネットシェイプを有するマンドレル上に合金を成膜させるのに使用することができる。例えば、燃焼室ライナーを形成したい場合、好ましくはアルミニウム含有材料で形成した、燃焼室ライナーのネットシェイプを有するマンドレル上に合金を溶射することができる。成膜させるのに適当な合金には、ＧＲＣｏｐ−８４及びＧＲＣｏｐ−４２などの銅合金、並びにアルミニウム合金が包含される。成膜される合金は、図１と図２に示される装置を用いて、マンドレル上に溶射することができる。
【００１３】
図１と図２を参照すると、本発明による方法により、銅基合金１２の成膜又は皮膜が、好ましくはアルミニウム含有材料で形成されたマンドレルなどの、マンドレル１０の外側表面及び／又は内側表面上に形成される。マンドレル１０は、最終的な形状を有する燃焼室ライナーなどの製造される物品のネットシェイプを有する。必要に応じて、マンドレル１０は、公知のいずれかの適切な回転手段１１を用いて、成膜中に回転させてもよい。
【００１４】
本発明の方法においては、原料は、粒子化された銅合金材料の微粒子などの、粉末金属であってよい。微粒子は、例えばヘリウム、窒素又はその他の不活性ガスなどの圧縮ガスを用いて、超音速の速度にまで加速されることが好ましい。低分子量であり、かつ、最高のガスコストで最高速を生み出すことから、好ましいガスはヘリウムである。皮膜を形成するのに使用される粉末金属粒子は、好ましくは、５μｍから５０μｍの範囲内の粒径を有する。典型的な溶射粉末は、通常、コールドスプレーには大きすぎる。上述したようなより小さい粒径により、より高速の粒子速度を達成することが可能となり、かつ、その粒子エネルギーによる衝突がそれまでに形成された皮膜を過度に変形させない程度の、制御しやすいエネルギーが生成される。粒径が５μｍを下回る場合、粉末粒子は、マンドレルのすぐ上のボウショック（ｂｏｗ  ｓｈｏｃｋ）層（ボウショックによる推進には不適当な質量）のために、マンドレル１０から吹き飛ばされてしまう。粒径分布が狭いほどより均一な速度が得られる。（二モードの）大型粒子と小型粒子がある場合、小型の粒子は大型粒子にゆっくりと衝突して、両方の粒子の速度を効果的に低減するというのが理由である。
【００１５】
本発明の方法で採用される、金属粒子を皮膜に変形させる金属粉末の結合のメカニズムは、厳密な固相状態であり、これは、粒子が塑性的に変形することを意味する。粒子上に形成された酸化皮膜は分解され、非常な高圧下で金属同士の新たな接触が得られる。
【００１６】
皮膜を形成するのに使用される粉末材料は、改良型の溶射フィーダーを用いて供給することができる。標準的なフィーダーを用いて供給する際の問題は、微粒子の粒径と高圧に起因する。使用可能な特注のフィーダーの１つが、米国オハイオ州クリーブランドのパウダー・フィード・ダイナミックス社により製造されたものである。このフィーダーは、オーガー（ａｕｇｅｒ）型の供給機構を有する。角度を有するスリットを備えた流動床フィーダー並びにバレル・ロール・フィーダーも又、使用できる。
【００１７】
本発明の方法においては、フィーダーは、窒素、ヘリウム、あるいはその他の不活性ガスのいずれかによって加圧される。フィーダーの圧力は、通常、主ガス、又は、先端圧力を少し超え、その先端圧力は、大抵、２５０ｐｓｉ（約１７．５７７４ｋｇｆ／ｃｍ2）から５００ｐｓｉ（約３５．１５４７ｋｇｆ／ｃｍ2）の範囲内であり、その範囲は粉末合金の組成に依存する。主ガスは、ガス温度が６００°Ｆ（約５８８．７０６Ｋ）から１，２００°Ｆ（約９２２．０３９Ｋ）の範囲内となるよう加熱されることが好ましい。必要に応じ、マンドレル１０上に成膜される材料に依存して、主ガスを１，２５０°Ｆ（約９４９．８１７Ｋ）まで加熱してもよい。ガスは、一旦ノズルのどを通過して膨張した際に急速に冷却して凍結するのを避けるために加熱してよい。成膜（即ち、高温溶射ではなく、コールドスプレー）中の正味の効果は、約１１５°Ｆ（約３１９．２６１Ｋ）であるマンドレル温度である。公知の適当な手段のいずれかを用いてガスを加熱してよい。
【００１８】
マンドレル１０上に皮膜を形成するために、スプレー・ガン２２のノズル２０を、被覆されるマンドレル１０の表面２４の上を１度以上通過させてよい。必要な通過回数は、適用される皮膜の厚さの関数である。本発明の方法により、所望の厚さを有する皮膜２８を形成することができる。厚い層を形成するには、スプレー・ガン２２をしっかりと固定して、数インチの高さを有するマンドレル１０上に皮膜を形成するのに使用することができる。皮膜層を形成する際、残留応力の急激な増大や望ましくない皮膜層間の剥脱を避けるために、１回の通過で得られる厚さを制限するのが望ましい。
【００１９】
２．０〜１０．０重量％のクロムと１．０〜１０．０重量％のニオブを含有する、上述したようなＧＲＣｏｐ−８４又はＧＲＣｏｐ−４２などの銅合金を用いて、銅合金皮膜、即ち、コーティング２８を、マンドレル１０の表面上に適用するために、平均粒径５０μｍの粒径を有する粉末形態の銅合金を供給するのが好ましい。さらには、５μｍ〜２５μｍの範囲内にある平均粒径を有する銅合金粉末粒子が、より好ましい。
【００２０】
マンドレル１０上に粒子を成膜するのに使用される主ガスは、それがヘリウムの場合、インレット３０及び／又はインレット３２を介して、０．００１〜５０ＳＣＦＭ（標準立方フィート／分）の流速でノズル２０を通過させることができる。窒素を、単独で、又は、ヘリウムと組み合わせて主ガスとして使用する場合、窒素ガスは、０．００１〜３０ＳＣＦＭ（標準立方フィート／分）、好ましくは４．０〜３０ＳＣＦＭ（標準立方フィート／分）の流速で、ノズル２０を通過させることができる。
【００２１】
主ガスの温度は、６００°Ｆ（約５８８．７０６Ｋ）から１，２００°Ｆ（約９２２．０３９Ｋ）、好ましくは７００°Ｆ（約６４４．２６１Ｋ）から８００°Ｆ（約６９９．８１７Ｋ）、さらに好ましくは、７２５°Ｆ（約６５８．１５Ｋ）から７７５°Ｆ（約６８５．９２８Ｋ）の範囲内であってよい。
【００２２】
スプレー・ガン２２の圧力は、２００ｐｓｉ（約１４．０６１９ｋｇｆ／ｃｍ2）〜５００ｐｓｉ（約３５．１５４７ｋｇｆ／ｃｍ2）、好ましくは、２５０ｐｓｉ（約１７．５７７４ｋｇｆ／ｃｍ2）〜５００ｐｓｉ（約３５．１５４７ｋｇｆ／ｃｍ2）の範囲内であってよい。成膜される粉末銅合金材料は、２００ｐｓｉ（約１４．０６１９ｋｇｆ／ｃｍ2）〜３００ｐｓｉ（約２１．０９２８ｋｇｆ／ｃｍ2）、好ましくは、２２５ｐｓｉ（約１５．８１９６ｋｇｆ／ｃｍ2）〜２７５ｐｓｉ（約１９．３３５１ｋｇｆ／ｃｍ2）の圧力下で、ホッパから、ライン３４を介して、１０ｇ／分から１００ｇ／分、好ましくは、１５ｇ／分〜５０ｇ／分の範囲内の速度でスプレー・ガン２２に供給されるのが好ましい。粉末銅合金材料は、インレット３０及び／又は３２を介して導入されるキャリアガスを用いて供給されるのが好ましく、そのキャリアガスは、ヘリウムの場合、０．００１〜５０ＳＣＦＭ（標準立方フィート／分）、好ましくは８．０〜１５ＳＣＦＭ（標準立方フィート／分）、窒素の場合、０．００１〜３０ＳＣＦＭ（標準立方フィート／分）、好ましくは、４．０〜１０ＳＣＦＭ（標準立方フィート／分）の流速をそれぞれ有する。
【００２３】
スプレー・ガン２２のノズル２０は、被覆されるマンドレル１０の表面２４から一定の距離だけ離れた箇所に保持してよい。この距離は、溶射距離として既知の距離である。好ましい溶射距離は、１０ｍｍ〜５０ｍｍである。スプレー・ガン２２のノズル２０から出る粉末銅合金粒子の速度は、８００ｍ／秒〜１，４００ｍ／秒、好ましくは８５０ｍ／秒〜１，２００ｍ／秒の範囲内であってよい。ノズルの通過１回当たりに成膜される皮膜の厚さは、０．００１インチ（約２．５４×１０-5ｍ）〜０．０３０インチ（約７．６２１０-4ｍ）であってよい。
【００２４】
ＧＲＣｏｐ−８４又はＧＲＣｏｐ−４２などの銅合金材料を成膜させるとき、本発明の方法による高い運動エネルギーにより、凝集したＣｒ2Ｎｂ粒子がばらばらになる。ＧＲＣｏｐ−８４において、合金の約１４容量％未満、好ましくは、約１４容量％をＣｒ2Ｎｂ粒子の分散体が構成し、残余が純粋な銅である純粋な銅基材が存在する。そのため、最終的に形成された皮膜は、Ｃｒ2Ｎｂ粒子の均一な分布を有する。図３と図４に見られるように、金属組織の断面を調べると、微細なＣｒ2Ｎｂ粒子は、銅の結晶境界に存在するのがわかる。さらに、もっと微細なＣｒ2Ｎｂ粒子が、銅粒子（結晶粒内）内に分散されているのもわかる。図３及び図４中において、より白い粒子がＣｒ2Ｎｂ粒子である。即ち、本発明のコールドスプレー法により、Ｃｒ2Ｎｂ粒子などの成分を、それらを溶融することなく、微細な個々の粒子として、基材となる銅などに均一に分散して、所望の皮膜を形成することができる。成膜された銅合金皮膜は、皮膜用の圧延シート材料の熱伝導率と同じ、もしくはそれより高い熱伝導率を有する。
【００２５】
本発明の方法は、広範囲にわたる物品を形成するのに使用することができる。そのように形成される物品の１つが燃焼室ライナーである。燃焼室ライナーは、４．０〜８．０重量％のクロム、２．０〜４．０重量％のニオブ、及び残余の銅と不可避的な不純物からなる銅合金材料を、上述のコールドスプレー法を用いてアルミニウム含有の材料から形成されたマンドレル上に成膜させることによって製造することができる。
【００２６】
銅合金材料の成膜が完了した後、アルミニウム含有材料などのマンドレルを形成する材料を、公知の適当な技術のいずれかを用いて化学的、又は機械的に除去することができる。例えば、アルミニウム含有材料は、アルミニウム含有材料を、高温の水酸化ナトリウムで約１時間かけて化学的に除去するなど、公知の適当な浸出（ｌｅａｃｈｉｎｇ）技術を用いて除去することができる。これにより、高い強度と熱伝導率を有する自由型の一体構造を有する燃焼室ライナーが得られる。
【００２７】
マンドレル材を除去した後、燃焼室ライナーを必要に応じて回転させ、必要な場合に適当な加熱処理に供してもよい。
【００２８】
必要な場合、コールドスプレー装置の非常に微細な溶射パターン、おおよそ２．０ｍｍにより、対流や熱の上昇によって生じる流れを阻止することによって、さらに伝熱を増大させるために、突出部、山形（ｃｈｅｖｒｏｎ）又はフロー・トリップ（ｆｌｏｗ  ｔｒｉｐ）などの内部フィーチャー６０を冷却液通路６２に追加することが可能となる。
【００２９】
図５は、本発明のコールドスプレー法を用いて得られる、複数の冷却液通路６２を有する銅ライナー７０の断面を示している。図６は、その銅ライナーの冷却液通路６２内に組み込まれた内部伝熱フィーチャー６０を示している。
【００３０】
図７は、本発明のコールドスプレー法を用いて製造することができる、燃焼室ライナー７２を例示している。
【００３１】
本発明のコールドスプレー法は、粉末を高温まで加熱しないという利点を有する。そのため、供給材料における酸化、分解、あるいはその他の欠点が生じない。成膜中の粉末の酸化は又、粒子が高速に加速されたガス流内に含まれるため、制御される。その他の潜在的な利点には、圧縮残留表面応力の形成と、供給原料の微細構造の保持が包含される。また、比較的低温が用いられるため、基体の熱変形が最小限となる。供給原料が溶融されないため、コールドスプレー法により、高温で成膜した後、あるいは加熱処理に供される間に冷却すると、脆性な金属間化合物の形成や亀裂する傾向に起因して、従来溶射（熱溶射）できなかった材料に対して成膜させる能力が与えられる。例えば、アルミニウム・ジャケットを、直接銅ライナー上にコールドスプレーすることができる。
【００３２】
本発明のコールドスプレー法は、それぞれの粉末粒子を覆う脆弱な酸化フィルムを破壊して、金属同士の新たな接触を可能にする、高い衝撃圧力を作り出す。破壊された酸化フィルムは、そのほとんどが、形成される皮膜内で消費されるが、一部は超音速ジェットとそれによって生じるボウショックによって、形成された皮膜材料から取り除かれる。そのため、皮膜中の酸素含有量は、出発粉末材料の酸素含有量とほぼ同じである。いくつかの場合において、皮膜の脆弱性を低減するために、より低い酸素含有量が望ましい場合がある。
【００３３】
本発明のコールドスプレー法は、１２インチ（約０．３０４８ｍ）の長さ、１インチ（約０．０２５４ｍ）の径及び０．３００インチ（約０．００７６２ｃｍ）の厚さを有する銅管などの物品を数時間で形成することが可能である、という利点をさらに有する。従来の粉末冶金技術を用いる際には、そのような物品の形成に、通常数ヶ月要する。従って、本発明の方法によれば、時間と経費において相当な節約が可能となる。
【００３４】
さらには、本発明のコールドスプレー法は、形成された皮膜が、溶射時の状態において１００％高密であるという利点を有する。そのため、ＨＩＰ（ホットアイソスタティック形成）などの方法は必要とされない。本発明の方法は又、高密度回路を冷却するの、マンドレルの特徴を複製することができる。
【００３５】
本発明の方法を、コールドスプレー法として説明してきたが、燃焼室ライナーなどの物品を形成するのにその他の成膜方法を使用することも可能である。そのような成膜方法は、衝突の際に、粒子が塑性的に変形し、表面に結合して比較的高密度な皮膜又は構造的な皮膜を形成するような速度まで粒子を加速させる十分なエネルギーを供給するものでなければならない。成膜方法は、粒子の固相状態から冶金的に変形させるものであってはならない。使用可能な様々な技術には、それらに限定されるものではないが、動力学的金属被覆法、電磁的粒子加速法、改良高速混合気溶射法、及び高速衝突融合法が包含される。これらの方法では、粉末金属粒子の冶金的変形は生じない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、燃焼室ライナーなどの物品を形成するための装置を例示する図である。
【図２】図２は、燃焼室ライナーなどの物品を形成するための装置を例示する図である。
【図３】図３は、本発明による、マンドレル上に成膜された銅合金の顕微鏡写真である。
【図４】図４は、本発明による、マンドレル上に成膜された銅合金の顕微鏡写真である。
【図５】図５は、本発明のコールドスプレー法を用いて得られる、銅ライナーの断面を示す図である。
【図６】図６は、銅ライナー内に組み込まれた、熱伝導性の改良を示す図である。
【図７】図７は、本発明のコールドスプレー法を用いて製造された燃焼室ライナーを示す図である。
【図１】
2006183135.tif 000003
【図２】
2006183135.tif 000004
【図５】
2006183135.tif 000005
【図６】
2006183135.tif 000006
【図７】
2006183135.tif 000007
【図３】
2006183135.tif 000008
【図４】
2006183135.tif 000009