(57)【要約】      （修正有）【課題】フレームの出口から溶射部材まで大気遮断溶射シュラウド装置を備え、緻密で耐食性の良好な溶射皮膜を形成すると共に、手持ちで現地溶射に応用できることが特徴の溶射シュラウド装置及びその方法の提供。【解決手段】本発明は、高速フレーム溶射ガンに装着し使用する溶射シュラウド装置及びその溶射方法に関する。この溶射方法は、まず半割れ開閉型点火窓４を開け点火した後、フック５で窓を閉じ、不活性ガスを供給してから粉末供給を開始する溶射方法である。溶射シュラウド装置に加えて、溶射シュラウド装置のカバーは円錐状、その角度はα＝１０〜２０°が一般的である。大気遮断カバーの材質は軽量のアルミ合金製である。【選択図】図１
2004315934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速フレーム溶射ガンに装着し、不活性ガスの供給により大気を遮断する溶射シュラウド装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置に、点火用開閉部を備えた溶射シュラウド装置。
【請求項３】
請求項２記載の溶射シュラウド装置を用いる溶射方法であって、シュラウドの開閉部を開けて点火することを特徴とする溶射方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載した装置におけるカバー部分の形状が円錐状であって、その円錐のテーパが１０°から２０°である溶射シュラウド装置。
【請求項５】
請求項１、２、または４記載の装置が軽量の金属製または合金製であって、重量が２．０ｋｇ以下である溶射シュラウド装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、金属溶射加工に際し、酸化物の混入が少なく、緻密な金属溶射皮膜が形成できる溶射シュラウド装置に関するものであり、軽量化により現地溶射作業にも適用することが可能な溶射シュラウド装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属溶射は防錆防食を目的として、構造部材に当該機能付与のため広く用いられている。理想的な溶射皮膜は、環境遮断が確実にできる緻密性及び耐食性を有するものである。高速フレーム溶射は酸素、プロパン、プロピレン、または水素を燃焼ガスとして使用し、そのフレーム速度は約１，４００ｍ／秒であり、その溶射ノズルは圧縮空気により冷却される。この溶射方法は、従来の溶射方法より皮膜の気孔率を低下させ、密着力を向上させることが可能である。特に還元性ガスである水素を燃料ガスとして使用する場合には、粒子の酸化を抑制することができる。また、用途に応じて使用される高速フレーム溶射ガンの手動型は、現地で作業者が手に保持して溶射できるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
高速フレーム溶射過程において、金属溶融粒子及びフレームはノズルから溶射部材まで大気中を飛行するため、溶融粒子の表面は大気中の酸素、窒素の影響を受け、酸化及び窒化されやすい。特に活性元素を含有する材料を溶射する場合、化学成分が変わり、皮膜の緻密性が低下し、要求される耐食性を満足できない。
【０００４】
金属溶射皮膜の酸化を減少させるために、ノズルから溶射部材まで溶融粒子の飛行を大気から遮断するシュラウドを使用した溶射方法が、特許公報に開示されている。例えば特開平１−２５９６５号には、アークガンにシールドガスカバーを付ける技術が開示されている。また、特開２００１−２００３５４号にはプラズマ溶射ガンに付ける技術が開示されている。
【０００５】
しかし、上記特開平１−２５９６５号のシールドカバー着装は、アーク溶射に限定される技術である。シールドガスカバーの形状は筒状で、基材に密着し、シールドガスカバー中にヒュームの逃げる経路がないため、発生したヒュームは皮膜中に取り込まれ、気孔の生成原因となる。
【０００６】
特開２００１−２００３５４号は溶射粒子の酸化を防止するとともに、ヒュームの発生を抑制して緻密な皮膜を形成する技術である。この技術はプラズマガンに空気遮断用チャンバーを取り付けるものであるが、特別な冷却機構を必要とするため、装置の重量が増加し、作業者が手で保持して溶射するには適さない。
【０００７】
これらの先行技術を、最も金属粒子の酸化の少ない高速フレーム溶射に応用できれば、高緻密で、原材料成分に近い溶射皮膜の生成ができると考えられる。また現地作業に適用できるほどの軽量性があれば、なお好ましい。しかし、高速フレーム溶射のフレームは速く、溶射距離により温度降下が少ないため、通常のアーク溶射、プラズマ溶射より溶射距離を長く設定する必要がある。上記の先行技術を高速フレーム溶射に直接応用しても、シールドガスカバーの容積増加と共に冷却装置の装着によりガンの付加重量は大幅に増加し、作業者が手で保持して溶射することは不可能である。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するもので、高速フレームの出口から溶射部材まで円錐状の大気遮断溶射シュラウド装置を使用し、飛行中の粒子の酸化を防止し、緻密で耐食性の良好な溶射皮膜を形成できるようにし、装置軽量化により手持ちで現地溶射作業に応用できるようにしたものである。即ち、軽量な溶射シュラウド装置及びその使用方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による溶射シュラウド装置を高速フレーム溶射ガンに装着し、不活性ガスを供給して大気を遮断することにより、上記課題を解決した。この溶射シュラウド装置には、更に点火操作の安全性、利便性を確保するために、開閉部が備えられている。例えば、点火時に半割れ開閉型点火窓を開け、点火した後フックで窓を閉じ、不活性ガスを供給してから粉末供給を開始することができる。
【００１０】
シュラウド装置のカバー部分を種々検討した結果、円錐形状を採用した。これは高速フレームの安定性を維持するためと、カバー部分の温度上昇を避けるためである。また、現地溶射作業に対応できるよう、素材は軽量金属、軽量合金を使用して、調製加工した。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態に掛かる溶射装置について説明する。図１は本発明の溶射装置の要部構成を示す模式図である。図２は本発明の一実施形態を説明する溶射装置の要部を示す模式図である。図１および図２に示すように、本発明の溶射シュラウド装置では、溶射ガン（３）と溶射部材（９）との間の空間を大気から遮断するため、円錐状のカバー（１）が取り付けられており、このカバー（１）の側面に不活性ガス供給口（２）が設置されている。また点火時の便宜及び安全のため、カバーには半割れ開閉型の点火窓（４）が備えられている。
【００１２】
上述の溶射装置を用いて、高速度フレーム溶射の操作手順を説明する。まず半割れ開閉型の点火窓（４）を開け、点火して点火窓を閉じる。次に不活性ガス供給口（２）から図に示す不活性ガス（８）（窒素）を流入させ、溶射ガン（３）と溶射部材（９）との間、即ち、円錐状のカバーの内部を不活性ガス（窒素）雰囲気にする。この状態で図に示す粉末（７）を投入する。以上により、飛行中の溶射粒子の酸化を防止することができる。溶射シュラウド装置の先端と溶射部材との距離は、１０ｍｍから４０ｍｍとするのが適切である。１０ｍｍより短いと手持ち溶射の場合、シュラウド先端部分が皮膜に接触する恐れがあり、４０ｍｍより長いと、不活性ガスの量がより多く必要となる。
【００１３】
溶射シュラウド装置のカバー（１）の寸法は、高速フレーム溶射ガン（３）に装着側の内径（Ｄ）７０ｍｍ、円錐のテーパ（α）は１０°から２０°が適切である。αが１０°未満であると高速フレーム（１１）の安定性が損なわれ、円錐状大気遮断カバー（１）の温度上昇を招くこととなる。αが２０°を超えると不活性ガス量が大量に必要となり、コストが増加する。
【００１４】
本発明の溶射シュラウド装置のカバー（１）の形状は円錐状が特徴である。溶射中の高速フレーム（１１）は、溶射ガン（３）から距離が離れるにつれて膨張する。この円錐状カバー（１）は、放射形状になっている高速フレーム（１１）の形状に沿っているため、高速フレーム（１１）との距離、即ち不活性ガスのシール帯の幅を一定にすることができる。これにより飛行中の高速フレーム（１１）の流れが乱れず、皮膜の品質を保証できる。またこのような円錐状カバー（１）の中に流れる不活性ガス（８）の流れも安定しているので、カバー（１）の温度上昇を抑えることになる。
【００１５】
このような円錐状のカバーを取り付けることにより、溶射中の温度上昇が少ないため、特別な冷却構造が不要になり、装置の軽量化が可能となった。さらに、円錐状のカバーを、高融点の合金材料の代わりに軽金属材料アルミ合金で作ることにより、溶射装置の軽量化をさらに進め、手作業で使用できる装置とし、現場作業が可能となった。
【００１６】
不活性ガスの供給量に関する検討を行い、溶射ガン（３）から溶射部材（１０）までの空間に不活性ガス雰囲気を維持するためには、不活性ガス供給量を毎分３００Ｌより多くする必要のあることが分かった。供給量が少ない場合、隙間から空気が流入し、溶融粒子が酸化する可能性が高まる。
【００１７】
【実施例】
溶射ガン装着側の径を７０ｍｍとし、円錐のテーパを１２°とし、大気遮断カバーの長さを２００ｍｍとしたアルミ合金ＪＩＳ５０８３製の溶射シュラウド装置を高速フレーム溶射ガン（スルザーメテコ社製ＤＪ２６００）に取り付け、溶射を行った。溶射条件は表１に示す通りとし、不活性ガスとして窒素を用いた。
【００１８】
【表１】
2004315934.tif 000003
【００１９】
また、表２に示すように、大気遮断シュラウドの装着有無、不活性ガスの使用有無で溶射条件を変化させ、粒径１０μｍから４５μｍのＣｏＮｉＣｒＡｌＹ合金粉末を、膜厚が６００μｍとなるように溶射した。
【００２０】
部材には、８０ｍｍ×８０ｍｍ×７ｍｍ（ｔ）の平板で、溶射前にアルミナ（＃４０）を用い、表面をブラスト処理したものを使用した。溶射後皮膜の断面を観察し、皮膜中の不純物含有量をＥＤＸ分析した。表２の試料番号２に示すように、本発明の溶射シュラウド装置の装着により、皮膜中の不純物の含有量が酸素０．０１２ｗ％となる良好な結果が得られた。比較例として示した試料番号１の場合には、溶射シュラウド装置を装着しなかったため、皮膜中の不純物の含有量が酸素０．０３１ｗ％であった。
【００２１】
【表２】
2004315934.tif 000004
【００２２】
以上の結果から、本発明の溶射シュラウド装置及び溶射方法は、金属及びサーメット溶射において、粉末材料成分とほぼ同等の成分による緻密な皮膜が得られるため、耐食性に優れる部材を提供できることが明らかとなった。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明の溶射シュラウド装置を用い、溶射中、同装置内に不活性ガス雰囲気を維持することで粒子の酸化を防ぎ、緻密性に優れる皮膜を形成できる。
【００２４】
また、請求項２記載の溶射シュラウド装置のカバーに半割れ開閉型に設計された点火窓を付け、請求項３記載の溶射点火方法により、点火時に半割れ開閉型点火窓を開け、点火した後フックで窓を閉じ、不活性ガスを供給してから粉末供給を開始することができる。従って、点火操作の安全性、利便性を確保できる。
【００２５】
請求項４記載シュラウド装置のカバー形状を円錐状とし、円錐のテーパを１０°から２０°とした結果、フレームの安定性を維持することができ、皮膜の緻密性を向上させることができる。またカバーはフレームとの一定の距離で不活性ガスにより隔離され、カバー温度の上昇が抑えられる。
【００２６】
請求項５記載シュラウド装置のカバーの材質に、アルミ合金材を用いることでシュラウド装置が軽量となり、手持ち加工に適用でき、原材料成分に近い高緻密性皮膜の形成が現場で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の溶射シュラウド装置の要部構成を示す模式図である。
【図２】本発明の溶射シュラウド装置を装着して、溶射実施形態を示す断面模式図である。
【符号の説明】
１    円錐状カバー
２    不活性ガス供給口
３    溶射ガン
４    半割れ開閉型の点火窓
５    フック
６    取り付けボルト
７    溶射粉末
８    不活性ガス
９    溶射部材
１０    溶射皮膜
１１    高速フレーム
【図１】
2004315934.tif 000005
【図２】
2004315934.tif 000006