(57)【要約】  本発明は、溶射によって基材（１０）の表面に出発材料（Ｐ）をプロセスジェット（２）の形態で吹き付けて、基材を被覆する方法に関する。本発明では、まず、基材（１０）の表面をプラズマ溶射機器（３；３’）のプラズマフレーム（２’）によって材料被着なしに前処理し、次いで、出発材料（Ｐ）を含むプロセスジェット（２）を前記表面に衝突させる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶射によって基材（１０）の表面に出発材料（Ｐ）をプロセスジェット（２）の形態で吹き付けて、基材を被覆する方法において、まず、基材（１０）の表面をプラズマ溶射機器（３；３’）のプラズマフレーム（２’）によって材料被着なしに前処理し、次いで、出発材料（Ｐ）を含むプロセスジェット（２）を前記表面に衝突させることを特徴とする、基材を被覆する方法。
【請求項２】
基材（１０）が金属製である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
出発材料（Ｐ）が金属材料またはセラミック材料である、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
溶射がプラズマ溶射である、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記方法を、大気圧よりも低いプロセス圧で実施する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
プロセスジェット（２）を発生させるための溶射機器（３）と、プラズマ溶射機器（３’）とを、基材（１０）の表面に対して相対的に時間的にまたは空間的にずらして共に運動させて、まず、プラズマフレーム（２’）によって、前記表面の所定の領域（Ｂ）を前処理し、次いで、設定可能な期間後、同領域（Ｂ）にプロセスジェット（２）を衝突させる、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
プラズマ溶射機器（３）によって、基材（１０）の表面を材料被着なしに前処理し、次いで、同プラズマ溶射機器（３）によって、被覆のためのプロセスジェット（２）を発生させる、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前処理のためのプラズマフレーム（２’）を、主として、プロセスジェット（２）を発生させるためのプラズマフレームと同じプラズマパラメータ、特に同値の電流、同種のガスおよび同量のガス流量で発生させる、請求項７記載の方法。
【請求項９】
プラズマ溶射機器（３，３’）の流出ノズル（７，７’）と、前処理のための基材（１０）の表面との間の間隔（Ｄ）と、プロセスジェット（２）の衝突距離とが等しい大きさである、請求項７または８記載の方法。
【請求項１０】
前処理と、前記同領域（Ｂ）へのプロセスジェット（２）の衝突との間の期間が、最大で５分である、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
前処理と、前記同領域（Ｂ）へのプロセスジェット（２）の衝突との間の期間が、最大で１分である、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項の上位概念部に記載の、基材を被覆する方法に関する。
【０００２】
基材を被覆するために、今日では、溶射法、たとえばプラズマ溶射、高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）、アーク溶射もしくはアークワイヤ溶射が利用されることが多い。
【０００３】
この方法によって、基材に層が形成される。基材は、たとえば金属製であり、皮膜は、金属製であってもよいし、セラミックス製であってもよいし、両者から成る混合物であってもよい。しばしば、皮膜は複数の個々の層を有している。これらの層は互いに重なり合って配置されていて、一般的にそれぞれ異なる機能性を有している。
【０００４】
たとえば、熱に対する防護層（ＴＢＣ＝遮熱コーティング）、防食層、エロージョン防止層または相対運動体相互の滑りを容易にする滑動層が公知である。ここで、１つの使用例として、良好な潤滑・摩擦特性を有する層での、内燃機関おけるシリンダ摺動面の被覆を挙げておく。これによって、シリンダ内でのピストンの摺動特性が改善される。また、溶射によって、ある程度の表面粗さを有する層が被着される使用例も存在する。たとえば補綴物、具体的には、通常、生体適合性の金属であるチタンから製造され、次いで、表面粗さを有する皮膜を設けて、補綴物への骨組織の成長を容易にする人工股関節である。この使用例では、被覆材料として、一般的にセラミック物質、たとえばハイドロキシアパタイトが使用される。
【０００５】
全ての使用例において目標とされることは、溶射により形成された層が、可能な限り良好にかつ持続的に基材に付着しているということである。このために、全般的には、被覆すべき表面が溶射前に前処理に供される。この前処理は、活性化処理とも呼ばれる。この活性化処理は、たとえばサンドブラスト、コランダムブラスト、チルド鋳鉄ブラスト、高圧水噴射、種々のレーザ法または自体公知の別の活性化処理法によって行うことができる。
【０００６】
前処理には、全般的に極めて手間がかかり、さらに、コランダム、砂のような特殊な物質または、たとえば高圧水噴射が必要となる。多種の活性化処理法、たとえばコランダムブラストの場合には、次いで、付加的な清浄化ステップまたは乾燥ステップが必要となり、その後、溶射が開始されるようになっていることによって、付加的な問題が生じる。さらに、入念な清浄化にもかかわらず、砂粒子またはコランダム粒子が表面に残り、続く被覆の際に層内に残ることが起こってしまう。このような異物は、のちに、望ましくない亀裂形成を招いてしまう。この亀裂形成は、たとえば被覆された人工股関節の場合に重大な結果を招いてしまう。しかしながら、コランダム粒子が表面に残っていない場合でさえ、特に高強度の物質の際には、粗面化プロセスにより形成された表面粗さが疲労亀裂の形成を招いてしまう。
【０００７】
したがって、この公知先行技術を起点として、本発明の課題は、溶射によって基材を被覆する方法を改良して、被覆すべき表面の前処理もしくは活性化処理が極めて簡単に行われ、被覆すべき面の汚染が可能な限り回避されるようにすることである。
【０００８】
この課題を解決する本発明の対象は、独立請求項によって特徴づけられている。
【０００９】
すなわち、本発明によれば、溶射によって基材の表面に出発材料をプロセスジェットの形態で吹き付けて、基材を被覆する方法であって、まず、基材の表面をプラズマ溶射機器のプラズマフレームによって材料被着なしに前処理し、次いで、出発材料を含むプロセスジェットを基材の表面に衝突させる、基材を被覆する方法が提案される。
【００１０】
驚くべきことに、プラズマフレームによる前処理もしくは活性化処理によって、続いて被着される層の極めて良好な付着もしくは密着を達成することができることが判った。前処理時のプラズマフレームは粒子または異物を含んでいないので、被覆すべき表面の汚染も排除されている。したがって、活性化処理後、手間のかかる清浄化ステップまたは乾燥ステップが不要になる。前処理の間、プラズマ溶射機器は、主として、プラズマ溶射による被覆のために通常利用されるパラメータと同じパラメータで運転される。ただ出発材料だけがプラズマフレーム内に供給されないだけである。
【００１１】
本発明に係る方法は、特に基材が金属製であるような使用態様にも適している。
【００１２】
好ましくは、出発材料が金属材料またはセラミック材料またはこのような材料から成る混合物である。なぜならば、これによって、皮膜の所望の特性を各使用態様に極めて良好に適合させることができるからである。これは、特に金属マトリックス複合材料、たとえばＭＭＣまたはサーメットも意味している。
【００１３】
好適な態様によれば、溶射がプラズマ溶射である。
【００１４】
本発明に係る方法は、特に低圧範囲内での溶射にも適している。これは、溶射が、大気圧よりも低いプロセス圧で実施されることを意味している。したがって、本発明は、特に真空プラズマ溶射（ＶＰＳ：ｖａｃｕｕｍ  ｐｌａｓｍａ  ｓｐｒａｙｉｎｇ）または減圧プラズマ溶射法、たとえばＬＰＰＳ（ｌｏｗ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｐｌａｓｍａ  ｓｐｒａｙｉｎｇ）またはＬＰＰＳ−ＴＦ（ＬＰＰＳ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ）にも適している。
【００１５】
好適な態様では、プロセスジェットを発生させるための溶射装置と、プラズマ溶射機器とが、基材の表面に対して相対的に時間的にまたは空間的にずらされて共に運動させられて、まず、プラズマフレームによって、基材の表面の所定の領域が前処理され、次いで、設定可能な期間後、同領域にプロセスジェットが衝突させられる。この手段によって、特に簡単でほとんど手間のかからない方法手順が可能となる。なぜならば、前処理と溶射とが、中間ステップまたは１つの装置から別の装置への交換を要することなく、順次連続して行われるからである。溶射装置とプラズマ溶射機器とは、たとえば１つの共通の軸または１つの共通のアーム、たとえば１つの処理ロボットのアームに組み付けることができる。両装置は、たとえば、設定可能な間隔を置いて相前後してアームに組み付けられており、これによって、アームの線形の運動時に、まず、プラズマ溶射機器が、次いで、溶射機器が、表面の被覆すべき同領域を通過する。
【００１６】
別の変化態様では、軸部軸線を中心として回転可能なプラズマ溶射機器、たとえばＦ２１０という名称でＳｕｌｚｅｒ  Ｍｅｔｃｏ  ＡＧ社（スイス国）から入手可能であるプラズマトーチにおいて、第２のプラズマトーチが、第１のプラズマトーチに背面合わせで、すなわち、第１のプラズマトーチに対して周方向に１８０°だけずらされて位置するように配置されている。この場合、回転時には、まず、第１のプラズマトーチが前処理のために所定の領域を通過し、次いで、第２のプラズマトーチが被覆のために同領域を通過する。このような回転可能なプラズマトーチは、たとえば湾曲させられた表面、具体的には内燃機関のシリンダ摺動面を被覆するために使用される。
【００１７】
別の好適な態様では、プラズマ溶射機器によって、基材の表面が材料被着なしに前処理され、次いで、同プラズマ溶射機器によって、被覆のためのプロセスジェットが発生させられる。すなわち、この態様では、ただ１つのプラズマ溶射機器しか必要とならない。したがって、この態様は、特に簡単であると共に経済的である。この場合、プラズマ溶射機器によって、まず、前処理が実施される。その際には、出発材料の供給がオフにされている。次いで、出発材料の供給がオンにされ、先行して前処理された領域が被覆される。
【００１８】
実際には、前処理のためのプラズマフレームが、主として、プロセスジェットを発生させるためのプラズマフレームと同じプラズマパラメータ、特に同値の電流、同種のガスおよび同量のガス流量で発生させられることが有利であると判った。
【００１９】
実用的な態様では、プラズマ溶射機器の流出ノズルと、前処理のための基材の表面との間の間隔と、プロセスジェットの衝突距離とが等しい大きさであると有利である。
【００２０】
前処理と、同領域へのプロセスジェットの衝突との間の期間が、最大で５分であると有利であると判った。
【００２１】
前処理と、同領域へのプロセスジェットの衝突との間の期間が、最大で１分であると特に有利である。
【００２２】
本発明の別の有利な手段および好適な態様は、従属請求項から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る方法の第１の実施の形態を実施するための装置の概略的な部分断面図である。
【図２】本発明に係る方法の第２の実施の形態を実施するための装置の概略的な部分断面図である。
【００２４】
以下に、本発明を複数の実施の形態および図面に基づき詳しく説明する。
【００２５】
溶射によって基材１０を被覆する本発明に係る方法は、特に、まず、基材１０の表面をプラズマフレーム（プラズマ火炎）によって前処理することを特徴としている。本発明は、あらゆる溶射法、たとえば全種のプラズマ溶射法、高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）、アーク溶射もしくはアークワイヤ溶射に適している。なお、「溶射」という概念は、プロセスガスが従来のプラズマ溶射に比べて「低温」であり、たとえば数百ケルビンでしかないような溶射プロセスも含んでいる。被覆のための粒子が、まず、その運動エネルギに基づき基材１０に付着あるいは密着するプロセスは、通常、コールドスプレーまたはキネティックスプレーと呼ばれる。
【００２６】
以下に、溶射がプラズマ溶射である実際に主要な使用形態を、典型的な特性と共に参照していく。プラズマ溶射は、常圧下または大気圧下でのプラズマ溶射プロセス（ＡＰＳ：大気プラズマ溶射）であってもよいし、すでに述べたＶＰＳプロセス、ＬＰＰＳプロセスまたはＬＰＰＳ−ＴＦプロセスのような真空プラズマ溶射プロセスまたは減圧プラズマ溶射プロセスであってもよい。
【００２７】
図１には、本発明に係る方法を実施するために適した、全体を符号１で示したプラズマ溶射装置が極めて概略的に示してある。さらに、図１には、基材１０が概略的に示してある。この基材１０には、層１１の形態の皮膜が析出される。
【００２８】
本発明に係る方法は、好ましくは、請求項１の上位概念部に関連して国際公開第０３／０８７４２２号または米国特許第５８５３８１５号明細書にも記載されているプラズマ溶射を含んでいる。このプラズマ溶射法は、いわゆる「ＬＰＰＳ（ＬＰＰＳ＝減圧プラズマ溶射）薄膜」を製造するための溶射である。
【００２９】
図１に示したプラズマ溶射装置１は、溶射装置として、プラズマを発生させるためのプラズマトーチ（図示せず）を備えた自体公知のプラズマ溶射機器３を有している。このプラズマ溶射機器３は、Ｓｕｌｚｅｒ  Ｍｅｔｃｏ  ＡＧ社（スイス国）から入手可能である型式Ｆ４のプラズマ溶射機器であってよい。このプラズマ溶射機器３によって、出発材料Ｐと、プロセスガス混合物Ｇと、電気的なエネルギＥとから自体公知の形式でプロセスジェット（プロセス噴流）２が発生させられる。これらの要素Ｅ，Ｇ，Ｐの送給機構は、図１に矢印４，５，６によってシンボリックに示してある。発生させられたプロセスジェット２は流出ノズル７を通って流出し、出発材料Ｐをプロセスジェット２の形態で搬送する。このプロセスジェット２内では、材料粒子２１，２２がプラズマ内に分散されている。搬送方向は、矢印２４によってシンボリックに図示してある。それぞれ異なる材料粒子２１，２２によって、出発材料Ｐが多種の材料粒子を含んでいてもよいし、当然ながら、含んでいなくてもよいことが全く可能であることが示唆してある。材料粒子２１，２２は一般的に粉末粒子である。ワイヤベースの方法、たとえばＰＴＷＡ（プラズマ・トランスファード・ワイヤ・アーク）の形態では、出発材料がワイヤとして提供されている。
【００３０】
さらに、プラズマ溶射装置１は第２のプラズマ溶射機器３’を有している。この第２のプラズマ溶射機器３’は、プラズマ溶射機器３と同一の型式であってもよいし、同一の型式でなくてもよい。第２のプラズマ溶射機器３’は、プロセスガス混合物Ｇ’と電気的なエネルギＥ’とからプラズマフレーム２’を発生させるために働く。このプラズマフレーム２’は流出ノズル７を通って流出し、基材１０の被覆すべき表面の所定の領域Ｂに衝突可能である。要素Ｅ’，Ｇ’の送給機構は、図１に矢印４’，５’によってシンボリックに示してある。
【００３１】
両プラズマ溶射機器３，３’は、１つの共通のアーム８に組み付けられていて、設定可能な間隔Ａを置いて互いに相対的に位置決めされている。アーム８は、たとえば処理ロボット（図示せず）によって、図１に矢印Ｖで示したように運動可能であってよい。本実施の形態では、溶射距離、すなわち、流出ノズル７と基材１０との間の間隔Ｄが、第２のプラズマ溶射機器３’の流出ノズル７’と基材１０との間の間隔と同じ大きさとなるように、両プラズマ溶射機器３，３’がアーム８に取り付けられている。すなわち、前処理が、プラズマ溶射機器３’と基材１０との間で溶射と同じ間隔を置いて行われる。当然ながら、使用形態に応じて、前処理および溶射のために、各プラズマ溶射機器と、被覆すべき表面との間の間隔をそれぞれ異なる大きさに選択することも有利である。
【００３２】
大抵の使用形態では、プラズマフレーム２’を発生させるためのプラズマパラメータが、プロセスジェット２を発生させるためのプラズマパラメータとほぼ同一であっても有利である。したがって、プラズマパラメータによって、まず、プラズマを発生させるための電流と、プロセスガスＧ；Ｇ’の組成および流量とが考えられている。
【００３３】
基材１０の被覆は以下のように行われる。まず、両プラズマ溶射機器３，３’が作動させられ、これによって、プラズマ溶射機器３がプロセスジェット２を発生させ、第２のプラズマ溶射機器３’がプラズマフレーム２’を発生させる。場合により、プロセスジェット２を発生させるためのプラズマ溶射機器３を前処理のためのプラズマ溶射機器３’よりもやや遅らせて作動させても有利である。なぜならば、後者、つまり、前処理のためのプラズマ溶射機器３’がある程度先行しているからである。次いで、両プラズマ溶射機器３，３’が間隔Ｄを置いて基材１０の被覆すべき表面に沿って、図１に矢印Ｖで示したように運動させられる。次いで、プラズマ溶射機器３’のプラズマフレーム２’によって、基材１０の表面が領域Ｂで前処理される。その際、材料被着は行われず、プラズマフレーム２’の衝突しか生じない。両プラズマ溶射機器３，３’の一緒の運動によって、プロセスジェット２を発生させるプラズマ溶射機器３が、プラズマフレーム２’によって前処理が行われた期間よりも設定可能な期間だけ遅れて、前処理されたばかりの領域Ｂに到達する。この期間は、両プラズマ溶射機器３，３’を運動させる速度と、両プラズマ溶射機器３，３’の空間的な間隔Ａとに関連している。典型的には、本実施の形態では、この期間が、最大２０〜３０秒の範囲内にある。
【００３４】
プラズマ溶射機器３が、先行して前処理された領域Ｂを通過する際には、出発材料Ｐを含んだプロセスジェット２が、自体公知の形式で領域Ｂに衝突させられる。これによって、基材１０に層１１が形成される。
【００３５】
プラズマフレーム２’による前処理によって、コランダムブラスト、サンドブラスト、高圧水噴射またはこれに類する方法による先行する処理を必要とすることなく、基材１０への層１１の極めて良好な付着を実現することができることが判った。本発明に係る方法によって、少なくとも最大４０ＭＰａの付着強度を達成することができる。
【００３６】
本発明に係る方法は、当然ながら、多層列にも適していて、たとえば、まず、本発明に係る方法によって、基材１０に付着層または定着層を被着し、次いで、この層に１つ以上の別の層を溶射により被着することができる。
【００３７】
基材１０は金属製であってもよいし、セラミックス、プラスチックまたはこれらの材料の混合物から成っていてもよい。
【００３８】
出発材料Ｐとして、溶射プロセスに使用される全ての材料が適している。溶射法としてのプラズマ溶射の形態では、出発材料Ｐが全般的に粉末として提供される。この粉末は、キャリヤガスによってプラズマフレーム２’内に搬送される。
【００３９】
図１に示した装置の変化形態では、両プラズマ溶射機器３，３’が１つの共通のアーム８に配置されておらず、互いに独立した運動装置によって互いに独立して運動させられてよい。たとえば、２つの処理ロボットを設けることができる。両処理ロボットのうちの各処理ロボットが、一方のプラズマ溶射機器３；３’を運動させる。この形態では、両運動装置の制御を介して、プロセスジェット２を発生させるプラズマ溶射機器３を、設定可能な間隔を置いて、前処理のためのプラズマジェット２’を発生させるプラズマ溶射機器３’に後続させ、これによって、まず、領域Ｂの前処理を行い、その後、設定可能な期間後、被覆を行うことを実現することができる。この変化形態は、プラズマ溶射機器３，３’のより複雑な、特に曲線状の運動も実施することができるという利点を有している。
【００４０】
別の変化形態では、本発明に係る方法を実施するために、ただ１つのプラズマ溶射機器、たとえば図１に示したプラズマ溶射機器３しか使用されない。このためには、領域Ｂの前処理のために、出発材料Ｐの送給機構６が遮断され、これによって、まず、プラズマフレームだけが領域Ｂに衝突させられる。次いで、出発材料Ｐの送給機構６が作動させられ、前処理されたばかりの領域がプロセスジェット２で被覆される。ただ１つのプラズマ溶射機器３によるこの変化形態は、被覆すべき基材１０の大きさに応じて、まず、被覆すべき表面全体がプラズマフレームで前処理され、次いで、表面全体がプロセスジェット２で被覆されるように実施することができる。しかし、まず、所定の領域、たとえば、被覆すべき表面の縞状の領域だけをプラズマフレームで前処理し、その後、この領域をプロセスジェット２で被覆し、次いで、次の領域を前処理し、その後、被覆し、このことを、基材１０の表面全体が層１１を備えるまで部分的に続けることも可能である。
【００４１】
実際には、プラズマフレームでの前処理と溶射との間の時間的な間隔が、数秒ないし数分であってよいことが判った。このことは、当然ながら、被覆すべき基材にも左右される。一般的には、この時間的な間隔が５分、好ましくは１分を超過しないと有利である。
【００４２】
ここで、本発明に係る方法に対する具体的な使用形態として、内燃機関のシリンダのボア内のアルミニウムまたはねずみ鋳鉄による被覆を挙げておく。これによって、極めて良好な潤滑特性、摩擦特性および摺動特性を有するシリンダ摺動面が形成可能となる。
【００４３】
別の使用形態は、ハイドロキシアパタイトでの、チタンから製造された補綴物の被覆である。まさに、この形態では、コランダムまたは砂による先行するブラスト処理の省略が、全く顕著な利点を成している。
【００４４】
図２には、本発明に係る方法の第２の実施の形態を実施するための装置の概略図が示してある。この装置は、回転可能なプラズマ溶射機器、たとえばＳｕｌｚｅｒ  Ｍｅｔｃｏ  ＡＧ社（スイス国）からＦ２１０という名称で販売されているプラズマトーチと、同社から販売されているＲｏｔａＰｌａｓｍａ（登録商標）ユニットとを組み合わせた装置である。
【００４５】
以下に、図１に基づき説明した実施の形態との違いだけを詳しく説明する。その他の点では、図１に相俟って行った説明が、図２に基づき説明する実施の形態にも意味的に同じく当てはまる。特に符号は同じ意味を有している。
【００４６】
図２に示したプラズマ溶射装置１は、ただ１つのプラズマ溶射機器３しか有していない。基材１０は、この実施の形態では、シリンダボアであり、このシリンダボアの湾曲させられた内側の表面が、皮膜としての層１１を備えるようになっている。プロセスジェット２もしくはプラズマフレーム２’を発生させるためのプラズマ溶射機器３（トーチ）は、自体公知の形式でプラズマ溶射装置１のトーチ軸部３０に設けられている。基材１０の湾曲させられた内側の表面を被覆するためのプラズマ溶射機器３は、軸部軸線Ｃを中心として回転可能に配置されている。図２の形態では、トーチ軸部３０それ自体が、矢印Ｕで示したように回転させられる。さらに、このトーチ軸部３０は軸部軸線Ｃの方向に線形に運動可能であり、すなわち、図面内での昇降運動可能であり、これによって、シリンダボアの内側の表面全体をプラズマ溶射機器３の軸部軸線Ｃを中心とした回転と昇降運動とによって被覆することができる。
【００４７】
本発明に係る方法のこの実施の形態の実施は以下のように行われる。まず、プラズマ溶射機器３が作動させられる。このとき、出発材料Ｐの送給機構６は作動させられず、これによって、プラズマ溶射機器３が、被覆材料を含まないプラズマフレームを発生させる。次いで、プラズマ溶射機器３の、軸部軸線Ｃを中心とした回転と、図面内での昇降運動とによって、基材１０として働くシリンダボアの内側の表面全体がプラズマフレームで前処理される。このとき、シリンダボア内でのプラズマ溶射機器３の昇降運動は、複数回、たとえば３回行われてよい。次いで、プラズマ溶射機器３が、シリンダボアもしくはシリンダボアの、図面で見て上側の端部から進出させられ、出発材料Ｐの送給機構６が作動させられ、これによって、プラズマ溶射機器３がプロセスジェット２を発生させる。次いで、このプロセスジェット２により、プラズマ溶射機器３の１回以上の昇降運動と同時に軸部軸線Ｃを中心とした回転Ｕによって、基材１０に層１１が溶射により被着される。
【００４８】
ここで説明したＬＰＰＳ−ＴＦプロセスでは、最高でも１００００Ｐａ、好ましくは最高でも１０００Ｐａである低いプロセス圧で出発材料Ｐが、材料ジェットの焦点から外れたプラズマ内に注入され、このプラズマ内で部分的にまたは完全に溶融されるかまたは少なくとも可塑化（軟化）される。特にＬＰＰＳ−ＴＦプロセスでは、プロセス管理に応じて、少なくとも出発材料Ｐの一部が蒸発させられるかもしくは蒸気相に転移されてもよい。このためには、十分に高い比エンタルピを有するプラズマが発生させられ、これによって、極めて緻密な薄い層１１が基材１０に形成される。組織のバリエーションは、被覆条件、特にプロセスエンタルピ、被覆チャンバ内の作業圧ならびにプロセスジェット２によって著しく影響され、制御可能である。したがって、プロセスジェット２が、制御可能なプロセスパラメータによって規定された特性を有している。
【００４９】
この方法の変化形態では、トーチ軸部３０に第２のプラズマ溶射機器が設けられている。この第２のプラズマ溶射機器は、プラズマ溶射機器３に対してトーチ軸部３０の周方向に、たとえば１８０°だけずらされて配置されており、これによって、両プラズマ溶射機器が背中合わせに配置されている。この形態では、第２のプラズマ溶射機器が、前処理のためのプラズマフレームを発生させるために使用され、他方のプラズマ溶射機器３が、プロセスジェット２を発生させるために使用されるので、両プラズマ溶射機器は、図１に相俟って説明したプラズマ溶射機器３，３’と意味的に同様に使用される。この形態では、トーチ軸部３０の回転Ｕに際して、まず、プラズマジェットが、前処理のために、所定の領域を通過し、半回転遅れて、プロセスジェット２が、前処理された領域を通過する。実際には、両プラズマ溶射機器が付加的に軸方向にずらされている、すなわち、互いに異なる高さに配置されていると有利である。
【００５０】
以下に、プラズマフレームによる前処理に対する複数の例をさらに記載する。これらの例では、それぞれ１つのシリンダボアが被覆されている。被覆、すなわち、プラズマフレームによる前処理と、これに続く溶射とは、図２に相俟って説明したように、それぞれＳｕｌｚｅｒ  Ｍｅｔｃｏ  ＡＧ社（スイス国）の型式Ｆ２１０のプラズマ溶射機器によって大気プラズマ溶射プロセスとして実施される。
【００５１】
以下の例において、「繰返しの回数」とは、プラズマ溶射機器３がシリンダボア内でどの程度頻繁に昇降運動させられたのか示している。なお、「繰返し」とは、１回の完全な昇降運動である。
【００５２】
例１：
前処理が、以下のプラズマパラメータ：すなわち、
電流：４００Ａ
プロセスガス：アルゴン６０ＳＬＰＭ（リットル毎分：ｌ／ｍｉｎ）、水素５ＳＬＰＭ、窒素４ＳＬＰＭ
プラズマ溶射機器３と、被覆すべき表面との間の間隔Ｄ：３０ｍｍ
繰返しの回数：３回
で行われる。
【００５３】
次いで、まず、Ｓｕｌｚｅｒ  Ｍｅｔｃｏ  ＡＧ社（スイス国）のニッケルベースの合金Ｄｉａｍａｌｌｏｙ４００８ＮＳから成る付着層が、３０ｍｍの間隔Ｄを置いて自体公知の形式で溶射により被着され、この付着層にカバー層として、４５ｍｍの間隔を置いて、３０質量％のモリブデンが混加された低合金鋼から成る層が溶射により被着される。その際、鋼とモリブデンとは、出発材料内に粉末混合物として提供されており、合金としては提供されていない。このように形成された皮膜は、極めて良好な付着を示している。
【００５４】
例２：
前処理が、以下のプラズマパラメータ：すなわち、
電流：４１０Ａ
プロセスガス：アルゴン６０ＳＬＰＭ（リットル毎分：ｌ／ｍｉｎ）、水素５ＳＬＰＭ、窒素４ＳＬＰＭ
プラズマフレームを覆うための１６ＳＬＰＭのジャケットガスが付加的に使用される。
プラズマ溶射機器３と、被覆すべき表面との間の間隔Ｄ：４５ｍｍ
繰返しの回数：３
で行われる。
【００５５】
この例では、付着層は被着されず、次いで、プラズマフレームで前処理された表面に直接、カバー層として、４５ｍｍの間隔を置いて、Ｓｕｌｚｅｒ  Ｍｅｔｃｏ  ＡＧ社（スイス国）の材料Ｆ４３０１から成る層が、自体公知の形式で溶射により被着される。
【００５６】
このように形成された皮膜は、極めて良好な付着を示している。
【００５７】
例３：
前処理が、以下のプラズマパラメータ：すなわち、
電流：５５０Ａ
プロセスガス：アルゴン６０ＳＬＰＭ（リットル毎分：ｌ／ｍｉｎ）、水素６ＳＬＰＭ、窒素４ＳＬＰＭ
プラズマフレームを覆うための１６ＳＬＰＭのジャケットガスが付加的に使用される。
プラズマ溶射機器３と、被覆すべき表面との間の間隔Ｄ：４５ｍｍ
繰返しの回数：３
で行われる。
【００５８】
この例では、付着層は被着されず、次いで、プラズマフレームで前処理された表面に直接、カバー層として、４５ｍｍの間隔を置いて、Ｓｕｌｚｅｒ  Ｍｅｔｃｏ  ＡＧ社（スイス国）の材料Ｆ２０７１から成る層が、自体公知の形式で溶射により被着される。この材料は、金属マトリックス複合材料、６５質量％の耐食鋼と３５質量％のセラミックスとから成る混合物、たとえば比率が８０：２０のＡｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２である。
【００５９】
このように形成された皮膜は、極めて良好な付着を示している。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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