(57)【要約】【課題】均質な金属マトリクス複合材料（ＭＭＣ）を提供する。【解決手段】２０〜５５ミクロン（μｍ）の範囲の粒子サイズを有する金属マトリクス粉末の使用を指定し（ステップ１０５）、１〜３０ミクロン（μｍ）の範囲の粒子サイズを有するセラミック強化剤粉末の使用を指定する（ステップ１１０）。セラミック強化材粉末に対して好ましくは１５〜２５体積％となるように、金属粉末を計量して混合する（ステップ１１５）。液体キャリアとしてブタノールを使用し、ＭＭＣ粉末に添加する（ステップ１２０）。２〜４ｍｍの範囲の直径を有する高密度のジルコニア球またはアルミナ球をスラリに添加する（ステップ１２５）。スラリを混合し（ステップ１３０）、ブタノールをデカントし（ステップ１３５）、混合物を２４時間乾燥させ（ステップ１４０）、ジルコニア球を取り除く（ステップ１４５）。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２０〜５５ミクロンの範囲の粒子を有するマトリクス粉末を供給するステップと、
１〜３０ミクロンの範囲の粒子を有する強化材粉末を供給するステップと、
所定の体積の前記マトリクス粉末と所定の体積の前記強化材粉末とを組み合わせるステップと、
金属マトリクス複合材料粉末を形成するために、前記所定の体積の前記マトリクス粉末と前記所定の体積の前記強化材粉末とを混合するステップと、
基材を供給するステップと、
前記金属マトリクス複合材料粉末が、前記強化材粉末を捕捉しつつ前記基材表面と衝突する際に、可塑的に変形して前記基材に接合し、前記金属マトリクス複合材料粉末どうしも接合するように、酸化作用のないキャリアガスを使用して、前記基材の表面に前記金属マトリクス粉末を堆積させるステップと、
を含む金属マトリクス複合材料をコーティングする方法。
【請求項２】
前記強化材粉末の前記所定の体積が、前記マトリクス粉末の前記所定の体積の５〜５０％の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記マトリクス粉末が、アルミニウム、ニッケル、チタン、ケイ素およびこ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２に記載の方法。
【請求項４】
前記強化材粉末が、炭化ホウ素、炭化タングステン、炭化ケイ素、炭化チタンおよびこ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３に記載の方法。
【請求項５】
前記強化材粉末が、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタンおよびこれらの混合物からなることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記強化材粉末が、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素およびこ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３に記載の方法。
【請求項７】
前記強化材粉末が、２種類以上の炭化物、窒化物、および酸化物の化合物であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記所定の体積の前記マトリクス粉末および前記所定の体積の前記強化材粉末に液体キャリアを添加するステップをさらに含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記所定の体積の前記マトリクス粉末および前記所定の体積の前記強化材粉末に攪拌体を添加するステップをさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記混合するステップが、逆向きの動力学的運動を含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記金属マトリクス複合材料粉末から前記液体キャリアをデカントするステップをさらに含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記金属マトリクス複合材料粉末を乾燥させるステップをさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記金属マトリクス複合材料粉末をふるい分けするステップをさらに含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ヘリウム、窒素、不活性ガスおよびこれらの混合ガスからなる群から選択されるキャリアガスを用いて、前記金属マトリクス複合材料粉末を、１．０グラム／分〜３．０グラム／分の供給速度で、かつ、２００ｐｓｉ〜５００ｐｓｉの範囲の圧力で、スプレーノズルに供給するステップをさらに含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記キャリアガスがヘリウムであり、前記供給するステップが、５ＳＣＦＭ〜５０ＳＣＦＭの流量で、前記ヘリウムを前記ノズルに供給することを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記堆積させるステップが、ヘリウム、窒素およびこれらの混合気からなる群から選択される主ガスを用いて、前記金属マトリクス複合材料粉末を、２００°Ｆ〜１，２５０°Ｆの範囲の主ガス温度で、かつ、２００ｐｓｉ〜５００ｐｓｉの範囲のスプレー圧力で、前記ノズルを通過させることをさらに含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記表面から１０ｍｍ〜５０ｍｍの距離に前記ノズルを保つことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記表面が、堆積した金属マトリクス複合材料の表面または前記基材の表面であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、金属マトリクス複合材料に関し、詳しくは、均質な金属複合粉末を供給し、その粉末をコールドスプレー堆積法に使う供給原料として使用し、高品位の複合材料のコーティングおよび遊離型バルク形態を提供する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属マトリクス複合材料（ＭＭＣ）は、マトリクスと強化材という少なくとも２つの構成要素を有する複合材料の一種類である。マトリクスは、典型的には、金属である。強化材は、異なる金属でもよいし、セラミックや有機化合物などの他の材料でもよい。
【０００３】
マトリクスは、その内部に強化材を埋め込む連続的なフレームである。マトリクスを介して材料内のどの位置にも通じる経路が存在する。マトリクスは、たいていはアルミニウム、マグネシウム、チタンなどの軽金属であり、強化材に対して柔軟な支持を提供する。これらの材料は、元素のままで、あるいは異種合金の形態であることもあれば、２種類または３種類の異なる元素が混合されて、合金や化合物とされた形態であることもある。
【０００４】
強化材はセラミックであることが普通である。セラミックは、炭化物、窒化物、臭化物、酸化物またはこれらの混合物からなり得るが、連続した形態であることもあれば、不連続的な粒子であることもある。これらのセラミックをマトリクスに添加すると、強度、耐摩耗性、摩擦係数、熱伝導率およびその他のファクタが向上する。
【０００５】
連続的な強化をするために、炭素繊維や炭化ケイ素などのモノフィラメントワイアまたはモノフィラメント繊維を使用する。これらの繊維は、マトリクスの内部に方向性をもって組み込まれるので、材料の配列が強度に影響を与える異方性の構造となる。
【０００６】
不連続的な強化は、等方性であり、標準的な金属加工技術で作製することができる。不連続的な強化には、短い繊維あるいは粒子を使う。この範疇で最もよく使われる強化材は、アルミナおよび炭化ケイ素である。
【０００７】
ＭＭＣの製造方法は、固相法、液相法、および気相法の３種類に分類することができる。固相法は、粉末の混合および圧密化と、箔拡散接合法（ｆｉｌｍ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｂｏｎｄｉｎｇ）と、を含む。粉末の混合および圧密化（粉末の製錬）では、粉末金属と不連続な強化材とが混合され、その後、例えば、高温等方加圧（ＨＩＰ：ｈｏｔ  ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  ｐｒｅｓｓｉｎｇ）あるいは押し出し成形で、凝縮、ガス抜き、熱力学的処理の工程を通して接合が行われる。箔拡散接合法では、金属箔の層と長い繊維とが交互に積層され、全体が加圧されてマトリクスが成形される。
【０００８】
液相法は、攪拌鋳造法（ｓｔｉｒ  ｃａｓｔｉｎｇ）、高圧鋳造法（ｓｑｕｅｅｚｅ  ｃａｓｔｉｎｇ）、スプレー（吹きつけ）堆積法、および反応プロセスを含む。攪拌鋳造法では、不連続な金属が溶融金属の中へ攪拌され、固められる。高圧鋳造法では、内部に予め繊維が配置された型の中へ溶融金属が注入される。反応プロセスは、一方がマトリクスを生成し、もう一方が強化材を生成する反応種との化学反応を含む。スプレー堆積法では、連続的な繊維基材に溶融金属が吹きつけられる。
【０００９】
気相法では、蒸気化した金属の厚い雲に繊維を通過させてコーティングする物理蒸着法（ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が用いられ、繊維がコーティングされる。
【００１０】
金属マトリクス複合材料は、さまざまな産業分野で多くの用途がある。セラミックの繊維や粒子で強化されるアルミニウムやチタンの合金は、高い特定の強度（強度―重量の比が高い）を有し、航空宇宙工学に多くの用途がある。炭化物で強化された金属コーティングおよびバルク形態は、優れた耐摩耗性を有し、多くの摩擦用途に使用されている。しかし、これらのＭＭＣ材料を使用する工業部品の前処理には、問題が残されている。
【００１１】
高速でプラズマ状態にあるフレーム（炎）などの熱溶射技術を、大気開放された環境で行うと、金属粉末が酸化される。酸化されることにより、許容できない複合材料のバルク形態を生じてしまう。
【００１２】
不適切な粒子サイズの選択、混合技術または圧密化により、マトリクス粒子の境界で層剥離（接合破断）が生じることがある。同じ操作環境において、ＭＭＣが不可逆的に破断することがある。
【００１３】
圧密化プロセスの際に、一方のあるいは他方の構成要素の分解、選択蒸発、および劣化が生じることがある。これらの反応が起こると、性能特性が劣る低品位のＭＭＣができてしまう。
【００１４】
タングステン炭化コバルト粉末をスプレーコーティングすると、脱炭素化し、マトリクスが溶解することがある。この結果、コーティングの硬度が低下する。圧密化プロセスの際にも、圧密化の技術に起因して、酸化物などを取り込んでしまうことがある。不適切に前処理された複合材料の粉末、コーティングあるいはバルク形態は、強度、耐摩耗性およびその他の属性を損失を導き、材料の熱力学的な特性にも悪影響を与える。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
高性能のＭＭＣを遊離型バルク形態に形成することが課題の一つである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
金属マトリクス複合材料を複合材料コーティングおよび遊離型バルク形態に形成する種々の方法があるが、どれも完全に満足できる方法ではない。本願の発明者は、均質な金属マトリクス複合材料（ＭＭＣ）を提供し、かつ、この粉末をコールドスプレー堆積法で供給原料として使用する方法を得ることができれば望ましいと認識している。所定の粒子サイズを有する金属粉末とセラミック粉末とを計量して混合し、均質なＭＭＣ粉末を作製する。稠密で、強固で、接合性のよいＭＭＣコーティングを種々の基材上に生成するために、スプレーパラメータおよび手順を制御する。
【００１７】
本発明の一態様では、金属マトリクス複合材料コーティングの方法を提示する。本発明のこの態様による方法は、２０〜５５ミクロンの範囲の粒子を有するマトリクス粉末を供給するステップで始まり、１〜３０ミクロンの範囲の粒子を有する強化材粉末を供給するステップと、所定の体積のマトリクス粉末と所定の体積の強化材粉末とを組み合わせるステップと、金属マトリクス複合材料粉末を形成するために、所定の量の前記マトリクス粉末と所定の量の強化材粉末とを混合するステップと、基材を供給するステップと、金属マトリクス複合材料が、強化材粉末を捕捉しつつ基材表面と衝突する際に、可塑的に変形して基材に接合し、金属マトリクス複合材料どうしも接合するように、酸化作用のないキャリアガスを使用して、基材の表面に金属マトリクス粉末を堆積させるステップと、を含むことが好ましい。
【００１８】
本発明の他の態様では、ヘリウム、窒素、不活性ガスおよびこれらの混合ガスからなる群から選択されるキャリアガスを用いて、前記金属マトリクス複合材料粉末を、１．０グラム／分〜３．０グラム／分の供給速度で、かつ、２００ｐｓｉ〜５００ｐｓｉの範囲の圧力で、スプレーノズルに供給する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施例は、添付の図面を参照して記述され、全体を通して、類似した番号は類似した要素を表す。また、本明細書中で用いられる表現および用語は、説明を目的としているもので、限定するものではないことを理解されたい。ここで使用される「含む」、「からなる」、「有する」、およびこれらの言い換えは、その後に列記される品目だけでなく、その等価品目ならびに追加品目も包含することを意味する。「取り付けられた」、「接続された」、「接合された」という語句は、広義に用いられ、直接的および間接的に、「取り付けること」、「接続すること」、「接合すること」を包含する。さらに、「接続された」、「接合された」という語句は、物理的ないし機械的な接続または接合に限定されない。
【００２０】
本発明の実施例は、均質な金属マトリクス複合材料（ＭＭＣ）粉末を供給し、かつ、この粉末をコールドスプレー堆積法の供給原料として使用し、複合材料のコーティングおよび遊離型バルク形態を製造する方法を開示する。所定の粒子サイズを有する金属とセラミック粉末とを計量して混合し、均質なＭＭＣ粉末を生成する。
【００２１】
適切なコールドスプレー堆積法のパラメータおよび操作手順を用いることで、稠密で、強固で、よく接合されたＭＭＣコーティングを生成することができる。マンドレルを覆うように数ミリメートルまでのコーティングを形成して遊離型ＭＭＣバルク形態を生成することができる。
【００２２】
本発明は、マトリクス粒子を充分に加速させる程のエネルギーを供給する種々の堆積法を使用することができる。このエネルギーによって加速されたマトリクス粒子が、衝突の際に可塑的に変形して表面に接合し、比較的に稠密なコーティングつまり構造上の堆積を成長させることができる。この表面は、基質の表面でもよいし、マトリクス粒子および強化材粒子からなる金属マトリクス複合材料が予め施された層でもよく、この表面でマトリクス粉末は強化材に接合し、またマトリクスどうしも接合し得る。この堆積法は、粒子を固体の状態から冶金学的に変化させない。
【００２３】
この方式の粒子堆積法を実現するためのさまざまな技術が評価され、コールドガス動的スプレー法（ｃｏｌｄ  ｇａｓ  ｄｙｎａｍｉｃ  ｓｐｒａｙｉｎｇ）（コールドスプレー堆積法）、動力学的金属被覆法（ｋｉｎｅｔｉｃ  ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）、電磁的粒子加速法（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｐａｒｔｉｃｌｅ  ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ）、改良型高速空気炎溶射法（ｍｏｄｉｆｉｅｄ  ｈｉｇｈ  ｖｌｏｃｉｔｙ  ａｉｒ  ｆｕｅｌ  ｓｐｒａｙｉｎｇ）ないし高速衝突融合法（ｈｉｇｈ  ｖｅｌｏｃｉｔｙ  ｉｍｐａｃｔ  ｆｕｓｉｏｎ：ＨＶＩＦ）などの実施に移されている。これらは、粉末金属粒子の冶金学的な変化が見られない高速な堆積プロセスの例である。本発明は、コールドスプレー堆積プロセスを用いることが好ましい。しかし、本発明は、他の低温の堆積プロセスを用いることもできる。
【００２４】
ＭＭＣ粉末を生成するために、２０〜５５ミクロンの範囲の粒子サイズをもつ２種類以上の材料を一緒に混合する。粒子サイズが小さいほど、均質性が増す。しかし、粒子が小さすぎると、他の材料の粒子と混合せずに、凝集してしまうことがある。
【００２５】
粒子サイズが大きすぎると、圧密化したバルク形態で側面の複合形態が変化し、多孔性のバルク形態を生成してしまう。この結果、不均一な複合材料がつくられる。
【００２６】
図１に示される本発明の方法が、上述の問題に対処し、最適化を行う。本発明の方法は、２０〜５５ミクロン（μｍ）の範囲の粒子サイズを有する金属マトリクス粉末の使用を指定し（ステップ１０５）、１〜３０ミクロン（μｍ）の範囲の粒子サイズを有するセラミック強化材粉末の使用を指定する（ステップ１１０）。
【００２７】
金属粉末と、好ましくは１５〜２５体積％のセラミック強化材粉末とを計量して混合する（ステップ１１５）。セラミック強化材粉末の量は、５０体積％まで高くてもよい。
【００２８】
均一で均質なＭＭＣ粉末を生成し、かつ爆発性金属ダストの形成を避けるために、ＭＭＣ粉末の湿式混合を行う。液体キャリアとしてブタノールを使用し、ＭＭＣ粉末に添加する（ステップ１２０）。液体キャリアが粉末に対して腐食性を呈することがなければ、水分を含まない又は揮発性の他の粘性の低い流体（アルコールなど）を使用してもよい。
【００２９】
湿式混合の際に適切な混合を確実に行うため、２〜４ｍｍの範囲の直径を有し、転動されたときに破砕に抵抗する高密度のジルコニア球またはアルミナ球をスラリに添加する（ステップ１２５）。スラリに添加されるジルコニア球の量は、２０〜５０重量％の範囲にある。
【００３０】
低エネルギーの３次元逆運動混合球粉砕機（ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｋｉｎｅｍａｔｉｃ  ｍｉｘｉｎｇ  ｂａｌｌ  ｍｉｌｌ）の中で、スラリを混合することができる（ステップ１３０）。粒状固体の均質な混合のような難しい混合の問題に対して、Ｓｃｈａｔｚの逆運動（Ｓｃｈａｔｚ  ｉｎｖｅｒｓｅ  ｋｉｎｅｍａｔｉｃ）を使用する。この逆運動は、せん断応力がほとんど発生しないほど、緩やかである。
【００３１】
混合操作が終了した後、ブタノールをデカントし（ステップ１３５）、混合物を２４時間乾燥させる（ステップ１４０）。乾燥したＭＭＣの材料を、振動ふるい（ｓｉｅｖｅ  ｓｈａｋｅｒ）でふるいにかけ、ジルコニア攪拌球（ｚｉｒｃｏｎｉａ  ａｇｉｔａｔｏｒ  ｂａｌｌｓ）や大きな粒子または形成されていることがある凝集体を取り除く（ステップ１４５）。
【００３２】
こうしてできたＭＭＣ材料を、堆積法の供給原料として使用することができる。
【００３３】
本発明の方法で使用するコールドスプレー堆積法では、コンバージェント／ダイバージェントノズル（ｃｏｎｖｅｒｇｉｎｇ／ｄｉｖｅｒｇｉｎｇ  ｎｏｚｚｌｅ）によって形成される超音速ガスジェットを使って粉末粒子を基材に向けて加速させ、コールドスプレーコーティングを生成する。このプロセスでは、コーティング材料は高温に加熱されないので、供給原料材料の酸化、分解、または他の劣化反応は、まったく発生しない。
【００３４】
再現可能なように質の良いコーティングを実現するために、本発明では、高温すぎるガス予熱温度と、低温すぎるガス予熱温度とを排除するように操作パラメータを規定している。高温すぎるガス予熱温度では、ノズルを封鎖する一因となるマトリクス粉末の軟弱化が発生する恐れがあり、２５０℃に満たないような低温すぎるガス予熱温度では、粉末粒子が所望の遷臨界速度に達しないので基材にはね返されて離れてしまう。また粉末供給速度はガスジェットの停滞が生じないように、過度に高くなく規定される。ガスジェットの停滞（ｌｏａｄｉｎｇ）は、過剰なマトリクス粉末が導入され、ノズルを詰まらせると生じる。
【００３５】
発明の方法は、表１に示される範囲にある所定のコールドスプレー堆積プロセスのパラメータを規定する。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
本発明のコールドスプレー堆積システムは、ＭＭＣ材料を基材表面にスプレーするコンバージェント／ダイバージェントノズルを有するスプレー銃を含む。
【００３８】
ＭＭＣ材料の粒子は、ヘリウム、窒素、その他の不活性ガスおよびこれらの混合ガスなどの圧縮ガスを利用して超音速に加速され得る。ヘリウムは、原子量が小さいために高速を生み出すことができるので、好ましいガスである。
【００３９】
ＭＭＣ材料をコーティングまたは遊離型バルク形態に変化させる本発明の方法に採用される接合メカニズムは、厳密に固相法であり、これは、粒子が融解しないことを意味する。マトリクス粉末は、高速で衝突する際に可塑的に変形し、基材と、予め堆積していたマトリクス粉末と、に接合する。圧密化したマトリクス粉末は、強化材粉末を捕捉する。粒子の表面に形成され、あるいは部品表面に存在する酸化物の層が、著しく高い圧力で壊され、新たな金属―金属接触がつくられることがある。
【００４０】
堆積を形成するために使用されるＭＭＣ粉末は、改良型溶射供給機（ｍｏｄｉｆｉｅｄ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｓｐｒａｙ  ｆｅｅｄｅｒｓ）などの当技術分野で周知の適切な手段を用いてスプレー銃に供給され得る。流動床供給機（ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ  ｂｅｄ  ｆｅｅｄｅｒｓ）および角度をつけられたスリットを有するバレルころ供給機（ｂａｒｒｅｌ  ｒｏｌｌ  ｆｅｅｄｅｒｓ）も使用され得る。
【００４１】
本発明の方法において、供給機は、ヘリウム、窒素、その他の不活性ガスおよびこれらの混合ガスからなる群から選択されるガスを使って圧縮され得る（ステップ１５０）。供給機の圧力は、概して、主ガス圧力つまり頭部圧力よりも１５ｐｓｉだけ高く、これらの圧力は、たいていは、２００ｐｓｉ〜５００ｐｓｉの範囲にあるが、粉末状の修復材料の組成によって異なる。
【００４２】
ガス温度が、６００°Ｆ〜１，２００°Ｆ（約３１６℃〜６４９℃）の範囲となるように、主ガスを加熱する。必要であれば、堆積される材料に依存して、主ガスを約１，２５０°Ｆ（約６４９℃）まで加熱してもよい。ガスがノズルの喉を通過して膨張し、急冷および急凍されることがないように、ガスを加熱するとよい。実際の効果は、修復される部品上の表面温度が、堆積の際に約１１５°Ｆ（約４６℃）となることによって現れる。ガスを加熱するために、当技術分野で周知の適切な手段を用いることができる。
【００４３】
ＭＭＣ材料を堆積させるために、部品の表面上にノズルを複数回に亘って通過させる。必要とされる通過の回数は、堆積させる厚さの関数である。この方法は、所望の厚さを有する堆積を形成することができる。ＭＭＣ材料を施すときに、残留応力が急に成長し、堆積層どうしの間に望まない分離が生じることを避けるために、１回の通過あたりで堆積させる厚さを制限することが望ましい。
【００４４】
基材の表面にＭＭＣ材料の粒子を堆積させるために使われるガスを、０．００１ＳＣＦＭ〜５０ＳＣＦＭ（好ましくは１５ＳＣＦＭ〜３５ＳＣＦＭ）の流量で、ノズルを通過させるとよい（ステップ１５５）。前述の流量は、主ガスとして、ヘリウムを用いる場合に好ましい。主ガスとして、窒素を単独で、あるいはヘリウムと混合して用いる場合、０．００１ＳＣＦＭ〜３０ＳＣＦＭ（好ましくは４ＳＣＦＭ〜３０ＳＣＦＭ）の流量で、ノズルを通過させるとよい。代替的に、ノズルの入口を、２種類のガスを切り換えるバルブに接続した単一の入口としてもよい。
【００４５】
主ガスの温度は、６００°Ｆ〜１，２００°Ｆ（約３１６℃〜６４９℃）、好ましくは７００°Ｆ〜１，０００°Ｆ（約３７１℃〜５３８℃）であり、もっとも好ましくは７２５°Ｆ〜９００°Ｆ（約３８５℃〜４８２℃）の範囲にするとよい（ステップ１６０）。
【００４６】
スプレー銃の圧力は、２００ｐｓｉ〜５００ｐｓｉ、好ましくは２００ｐｓｉ〜４００ｐｓｉ、もっとも好ましくは２７５ｐｓｉ〜３７５ｐｓｉの範囲にするとよい（ステップ１６５）。ＭＭＣ材料は、特定の主ガス圧力よりも１０ｐｓｉ〜５０ｐｓｉ（好ましくは１５ｐｓｉ）だけ高い圧力で、かつ、１０グラム／分〜１００グラム／分（好ましくは１５グラム／分〜５０グラム／分）の範囲の流量で、ホッパからラインを介してスプレー銃に供給される。
【００４７】
ＭＭＣ材料は、酸化作用のないキャリアガスを用いてスプレー銃に供給される。キャリアガスは、２００ｐｓｉ〜５００ｐｓｉの範囲の圧力および０．００１ＳＣＦＭ〜５０ＳＣＦＭ（好ましくは８ＳＣＦＭ〜１５ＳＣＦＭ）の流量で、導入される（ステップ１８０）。前述の流量は、キャリアガスとしてヘリウムが用いる場合に有効である。キャリアガスとして、窒素を単独で、あるいはヘリウムと混合して用いる場合（ステップ１７０）、０．００１ＳＣＦＭ〜３０ＳＣＦＭ（好ましくは４ＳＣＦＭ〜１０ＳＣＦＭ）の流量で用いるとよい（ステップ１７５）。
【００４８】
基材表面からのノズルスプレーの距離は、堆積の厚さによって規定されない。スプレー距離は、１０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲にあることが好ましい（ステップ１８５）。例えば、３ｍｍの厚さの堆積が要求される場合、２５ｍｍの開始スプレー距離からノズルを動かし始めることができる。ＭＭＣ材料が堆積される間に、元の基材の表面からではなく、堆積されたＭＭＣ材料の表面から、ノズルの距離を２５ｍｍに保つ。このように、堆積されたＭＭＣ材料の厚さによらず、同じ距離に保つ。この堆積プロセスは、ノズルスプレーの距離の小さな変化には反応しない。所定の厚さよりも薄い例えば０．２インチの堆積に対しては、堆積の成長に伴ってノズルスプレーの距離を調整する必要はない。
【００４９】
スプレーノズルから出て行くＭＭＣ材料粒子の速度は、８２５ｍ／ｓ〜１４００ｍ／ｓ（好ましくは、８５０ｍ／ｓ〜１２００ｍ／ｓ）の範囲にあるとよい。１回の通過あたりで堆積させる厚さを、０．００１インチ〜０．０３０インチの範囲にすることができる。
【００５０】
一例において、２０〜５０ミクロンの粒子サイズを有するアルミニウム合金粉末を、１〜１５ミクロンの粒子サイズを有する炭化物と混合して、不連続的に強化されたアルミニウム（ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ  ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  ａｌｕｍｉｎｕｍ：ＤＲＡ）ＭＭＣ粉末を生成した。この粉末を、さまざまな基材や金属マンドレルにコールドスプレーした。酸化されてなく伝導率の高い銅などの多くの基材に、１０〜１０００ミクロンの範囲の厚さを有する稠密で強固なコーティングを生成した。マンドレルには、５ｍｍまでのコーティングを生成した。金属基材を除去することにより、稠密で強固なＭＭＣバルク形態を生成した。
【００５１】
特定の実施例を参照して本発明について記述したが、これらの実施例は、本発明の原理および応用を示すためだけのものであることを理解されたい。したがって、請求項に規定される本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、例示した実施例および他の構成に対して数々の変更がなされ得ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１Ａと図１Ｂの関係を示す説明図。
【図１Ａ】本発明のフローチャートを示す前半部。
【図１Ｂ】本発明のフローチャートを示す後半部
【図１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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