(57)【要約】【課題】母材の先端面積が大きく、表面に大きな段差部や凹凸があっても母材の表面により一様な厚さ及び密度で原料粉末を付着可能にすると共に、これを焼結して良好な表面改質層を形成可能にする。【解決手段】粉状の表面改質材料に結合剤としての樹脂を加えた原料粉末１０を容器１１に入れ、この容器１１を上下に振動させることなどにより原料粉末１０を流動化させ、樹脂が融着可能な温度に加熱した母材１２を原料粉末１０中に差し込む。このようにすることにより、母材１２の先端面積が大きく、また、表面に大きな段差部や凹凸があっても母材１２の表面により一様な厚さ及び密度で原料粉末１０を付着させることができる。なお、母材１２を原料粉末１０中に所定時間留めて母材１２の表面に原料粉末１０を付着させる付着工程、及び母材１２の取出工程においても原料粉末１０を流動化状態に置いてもよい。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉状の表面改質材料に結合剤としての樹脂を加えてなる原料粉末を容器に入れる工程と、前記樹脂が融着可能な温度に加熱された母材を前記容器内の原料粉末中に差し込む差込工程と、前記母材を前記原料粉末中に所定時間留めて前記母材の表面に原料粉末を付着させる付着工程と、原料粉末が付着した前記母材を前記容器外に取り出す取出工程と、前記母材に付着した原料粉末を脱脂・焼結する工程と、からなる表面改質材料のコーティング方法において、
前記差込工程は、前記容器内の原料粉末を該容器内で流動化させつつ行われることを特徴とする表面改質材料のコーティング方法。
【請求項２】
前記付着工程及び取出工程の少なくともいずれか一方も、前記容器内の原料粉末を該容器内で流動化させつつ行われることを特徴とする請求項１記載の表面改質材料のコーティング方法。
【請求項３】
前記付着工程の流動化条件は、前記差込工程及び取出工程の流動化条件と異なることを特徴とする請求項２記載の表面改質材料のコーティング方法。
【請求項４】
前記差込工程と取出工程のみが、前記容器内の原料粉末を該容器内で流動化させつつ行われることを特徴とする請求項２記載の表面改質材料のコーティング方法。
【請求項５】
前記原料粉末の流動化は、前記容器の振動により与えられることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の表面改質材料のコーティング方法。
【請求項６】
前記原料粉末の流動化は、前記容器の底部から吹き込まれる加圧ガスにより与えられることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の表面改質材料のコーティング方法。
【請求項７】
前記原料粉末の流動化は、前記容器の振動と、前記容器の底部から吹き込まれる加圧ガスと、により与えられることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の表面改質材料のコーティング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼材等からなる母材の表面に、耐食耐摩耗合金等の表面改質材料をコーティングする方法に係り、特に粉状の表面改質材料に結合剤としての樹脂を加えた原料粉末を、樹脂が融着可能な温度に加熱された母材の表面に付着させ、付着した原料粉末を脱脂・焼結して母材の表面に表面改質材料をコーティングする方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記表面改質材料のコーティング方法として、図３に示す方法が提案されている（特願２００２−１７１６９６号）。この方法は、例えば、アトマイズ法により製造された粒径が数〜数十μｍの球状粒子の合金等からなる粉状の表面改質材料に、結合剤としての樹脂及び溶剤を加えてスラリとし、このスラリを乾燥、破砕して得られる原料粉末１０を容器１１に入れる（図３中の（Ａ））。
【０００３】
他方、鋼材等からなる母材１２を、上記原料粉末１０中の樹脂が可塑化して融着可能な温度に加熱し、図３中の（Ｂ）に示すように、原料粉末１０の中に差し込むと、母材１２の表面に接している原料粉末１０中の樹脂が可塑化し、母材１２の表面に融着する。所定時間置いて融着が所定量進んだところで、図３中の（Ｃ）に示すように、母材１２を取り出すと、母材１２の表面に原料粉末の付着層１０Ａが形成される。この付着層１０Ａを加熱して脱脂した後、焼結すれば、母材１２の表面に表面改質材料からなるコーティング層が形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３に示す方法は、後述するように、母材１２が太い場合や途中に大きな段差部がある場合、母材１２を原料粉末１０中に差し込むことが困難となり、差し込んだとしても、母材１２の表面に接する原料粉末１０の密度が一様でなくなり、満足なコーティング層を得ることができない。
【０００５】
また、図４に示すように、底部を底蓋２１Ａにより開閉可能にした容器２１を用い、空の容器２１に母材２２を差し込み（図４中の（Ａ））、次に原料粉末１０を容器２１内に入れ（図４中の（Ｂ））、所定量の原料粉末１０を母材２２の表面に付着させたところで、図４中の（Ｃ）に示すように、底蓋２１Ａを開いて原料粉末１０を容器２１から排出する方法でもよい。
【０００６】
この図４に示す方法によれば、母材２２が太く、途中に大きな段差部があっても、母材２２の差し込みの問題はないが、原料粉末１０が段差部の奥へは十分に充填されず、特に横穴２２Ａ等の凹部を有する場合、付着層１０Ａの密度が部分的に低くなるところがあり、満足なコーティング層を得ることができない。
【０００７】
本発明は、母材の先端面積が大きく、表面に大きな段差部や凹凸があっても母材の表面により一様な厚さ及び密度で原料粉末を付着させることができると共に、操作も簡単であり、これを焼結して良好な表面改質層をより的確に形成することができる表面改質材料のコーティング方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、粉状の表面改質材料に結合剤としての樹脂を加えてなる原料粉末を容器に入れる工程と、前記樹脂が融着可能な温度に加熱された母材を前記容器内の原料粉末中に差し込む差込工程と、前記母材を前記原料粉末中に所定時間留めて前記母材の表面に原料粉末を付着させる付着工程と、原料粉末が付着した前記母材を前記容器外に取り出す取出工程と、前記母材に付着した原料粉末を脱脂・焼結する工程と、からなる表面改質材料のコーティング方法において、前記差込工程は、前記容器内の原料粉末を該容器内で流動化させつつ行われることを特徴としている。
【０００９】
このように少なくとも前記差込工程において、前記容器内の原料粉末を該容器内で流動化させると、母材の先端面積が大きく、表面に大きな段差部や凹凸があっても母材を原料粉末中に容易に差し込むことができると共に、差し込まれた母材の表面に接する原料粉末の密度をより均一にすることができる。これにより母材の表面により一様な厚さ及び密度で原料粉末を付着させることができる。また、操作は、原料粉末を容器内で流動化させつつ母材を原料粉末中に差し込むだけであるため、簡単であり、この付着層を焼結することにより良好な表面改質層をより的確に得ることができる。
【００１０】
なお、前記付着工程及び取出工程の少なくともいずれか一方も、前記容器内の原料粉末を該容器内で流動化させつつ行えば、母材の表面により一層均一な厚さ及び密度で原料粉末を付着させることができると共に、容器内からの母材の取り出し時に生じ易い、付着した原料粉末の脱落を抑えることができる。
【００１１】
また、前記付着工程の流動化条件は、母材の表面により一層均一な厚さ及び密度で、かつ効率的に原料粉末を付着させるため、抜き差しを的確に行うことを主目的とする前記差込工程及び取出工程の流動化条件と異なるものとすることが好ましい。
【００１２】
さらにまた、前記差込工程と取出工程のみが、前記容器内の原料粉末を該容器内で流動化させつつ行われてもよく、さらにまた、前記原料粉末の流動化は、前記容器の振動により与えられるか、または前記容器の底部から吹き込まれる加圧ガスにより与えられるかのいずれかまたは両方とすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の第一の実施の形態について図１を参照して説明する。１０は、図３及び図４に示した原料粉末と同様の原料粉末であり、容器１１及び母材１２も図３及び図４に示したものと同様のものである。なお、結合剤としての樹脂は、加熱による溶融性、接着性に優れると共に、加熱により脱脂可能なものであればよく、ポリエチレン（好ましくは低密度ポリエチレン、低分子量ポリエチレン）、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリプロピレン、アクリル樹脂等を挙げることができる。
【００１４】
容器１１は、加振装置３０の加振テーブル３１上に設置されている。加振テーブル３１は、振幅２〜８ｍｍ、周波数１０００〜２０００Ｈｚの上下振動と、振幅１〜５ｍｍ、周波数５００〜１５００Ｈｚの水平振動とを、選択的に、または組み合わせて与えられる構成とすることが好ましい。
【００１５】
次いでこの加振装置３０を用いた本発明による表面改質材料のコーティング方法について説明する。図１中の（Ａ）に示すように、容器１１に所定量の原料粉末１０を入れ、加振装置３０の加振テーブル３１を上下に振動させると、この上下振動により容器１１内の原料粉末１０は、容器１０内で浮遊した状態すなわち流動化した状態となる。
【００１６】
予め原料粉末１０中の樹脂が可塑化して融着可能な温度に加熱した母材１２を、上記流動化状態にある原料粉末１０中に差し込むと、原料粉末１０が流動化状態にあるため、母材１２に対する原料粉末１０の抵抗が低減し、母材１２の先端面積が大きくても、また、途中に大きな段差部や凹凸があっても、母材１２を容易に任意の深さまで差し込むことができる（差込工程）。
【００１７】
母材１２を所定深さまで差し込んだならば、図１中の（Ｂ）に示すように、加振テーブル３１を水平振動させて付着工程に移る。この付着工程では、水平振動による原料粉末１０の水平方向への流動化により、容器１１内での原料粉末１０の充填密度が高まると共に、原料粉末１０は母材１２の表面の全域にわたってより均一な密度で母材１２に接触するようになる。また、母材１２の表面に水平方向の凹凸があっても、凹部の奥まで原料粉末１０が充填される。
【００１８】
母材１２の表面に接触した原料粉末１０は、その中の結合剤としての樹脂が可塑化して接着剤の役目を果たし、原料粉末１０中の合金等からなる粉状の表面改質材料を互いに結合させると共に、母材１２の表面に付着させる。このとき、原料粉末１０が流動していると、可塑化した樹脂の変形が助長され、粉状の表面改質材料（合金粉）がより高密度で結合される。
【００１９】
ただし、上記流動があると、母材１２から原料粉末１０への熱伝達が損なわれ、結合剤としての樹脂の可塑化を阻害するため、付着工程では、最初から、もしくは途中から振動を与えないか、または最初から、もしくは途中から振幅が小さく周波数が低い振動を与えることが好ましい。なお、付着工程で振動を全く与えない場合にも、差込工程で振動を与えることにより、母材１２の表面に対する原料粉末１０の接触密度は、相当程度高い状態で均一化される。
【００２０】
こうして所定時間が経過すると、母材１２の表面に原料粉末１０が所定厚さで付着する。そこで、付着工程に入ってから所定時間が経過したところで、図１中の（Ｃ）に示すように、再び加振テーブル３１を上下に振動させる。これにより、母材１２に付着していない容器１１内の原料粉末１０が流動化状態になる。この状態で母材１２を原料粉末１０中から取り出す（取出工程）。このように原料粉末１０を流動化状態にして母材１２を取り出すと、母材１２に付着した原料粉末の付着層１０Ａに対する容器１１内の原料粉末１０の抵抗が小さくなり、付着層１０Ａの脱落が抑えられる。
【００２１】
容器１１から取り出した母材１２は、必要に応じて付着層１０Ａの一部削除による整形加工を行い、脱脂・焼結すれば、表面改質材料のコーティング層が形成される。この表面改質材料のコーティング層は、付着層１０Ａが上記のように均一で、かつより高い密度で形成されるため、焼結時の収縮による亀裂を生じることなく、良好に表面改質層が形成される。
【００２２】
図２は、本発明の第二の実施の形態を示すもので、容器４１は、底部に多孔質材４３を用いた加圧ガスの吹込み部４２が着脱可能または一体的に取り付けられ、流路４４から加圧ガスを供給し、多孔質材４３を通して容器４１の底部から加圧ガスを吹き込んで容器４１内の原料粉末１０を流動化させるようになっている。
【００２３】
これによっても、図２中の（Ａ）、（Ｃ）に示す母材１２の差込工程及び取出工程は、第一の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。また、図２中の（Ｂ）に示す付着工程は、第一の実施の形態と同様に、加圧ガスの供給を停止するか、または供給量を少なくすることが好ましい。
【００２４】
なお、前述した第一及び第二の実施の形態を組み合わせたもの、すなわち図２に示す吹込み部４２を備えた容器４１を、図１に示す加振装置３０の加振テーブル３１上に設置し、振動と加圧ガスの供給を別々または同時に与えるようにしてもよい。なお、以下に述べる実施例はこの組合装置を用いて行った。
【００２５】
以下本発明の実施例につき、比較例と共に説明する。
母材：形状は図５（Ａ）、（Ｂ）に示す２種類、材質はＳＫＤ６１（ＪＩＳ）
原料粉末：組成がＮｉ−３．１ｗｔ％Ｂ−４．６ｗｔ％Ｓｉ−２０ｗｔ％Ｍｏで粒径４５〜１５０μｍの合金粉９９．４ｗｔ％と結合剤としての樹脂（ＰＭＭＡ）０．６ｗｔ％とからなる混合粉
母材加熱温度：２５０℃
【００２６】
実施例は、上記母材及び原料粉末を用いて図１及び図２に示した第一及び第二の実施の形態を組み合わせた装置により付着層１０Ａを形成した。
【００２７】
すなわち、差込工程では加圧ガスにより原料粉末を流動化させた状態にし、この原料粉末中へ両母材１１２、２１２をそれらの細径側からそれぞれ５０ｍｍの深さまで差し込み、差し込み後は加圧ガスの供給を止めて、容器に振幅３ｍｍ、周波数７５０Ｈｚの水平振動を与えて水平方向へ流動化させ、３０秒経過後、水平振動を停止して再び加圧ガスを供給して原料粉末を上下方向へ流動化させた状態にして母材１１２、２１２を取り出したところ、両母材１１２、２１２のいずれにも厚さ１．５ｍｍの付着層１０Ａが形成された。
【００２８】
この付着層１０Ａをそれぞれ３００℃で脱脂後、真空炉にて１１００℃で３０分間加熱して焼結したところ、両母材１１２、２１２のいずれにも亀裂のない良好な表面改質層が形成された。
【００２９】
これに対し、比較例として行った図３に示した従来方法では、段差が小さい母材１１２は５０ｍｍの深さまで差し込むことができたが、段差が大きい母材２１２は段差部から先へ差し込むことができなかった。また、差し込むことができた母材１１２も取り出し時に細径部から付着層１０Ａの一部が脱落した。このため、図３による比較例は、焼結を行わなかった。
【００３０】
また、図４による比較例は、母材１１２については見た目では問題なく付着層１０Ａを形成することができたが、母材２１２については段差部に欠陥を生じた。そこで、母材１１２についてのみ脱脂・焼結を行ったが、段差部に円周方向の亀裂を生じた。これは、付着層１０Ａの段差部の密度すなわち合金粉の密度が低いために生じたものである。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、母材の先端面積が大きく、表面に大きな段差部や凹凸があっても母材の表面により一様な厚さ及び密度で原料粉末を付着させることができると共に、操作も簡単であり、これを焼結して良好な表面改質層をより的確に形成することができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態を示す概要説明図。
【図２】本発明の第二の実施の形態を示す概要説明図。
【図３】第一の従来例を示す概要説明図。
【図４】第二の従来例を示す概要説明図。
【図５】実施例及び比較例に用いた母材の形状を示す図で、（Ａ）は段差部が小さい例を、（Ｂ）は段差部が大きい例を示す図。
【符号の説明】
１０　原料粉末
１０Ａ　付着層
１１、２１、４１　容器
１２、２２、１１２、２１２　母材
２１Ａ　底蓋
２２Ａ　横穴
３０　加振装置
３１　加振テーブル
４２　加圧ガスの吹込み部
４３　多孔質材
４４　流路
【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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