(57)【要約】  本発明は、非平滑表面上への溶射コーティング及びプロセスに関する。コーティング及びプロセスでは、下地表面テクスチャ又はプロファイルを十分に保つように、非平滑表面の下地表面テクスチャ又はプロファイルを実質的に劣化させることなく、非平滑表面にコーティングを形成することができる。耐摩耗性を維持しながら表面プロファイルを維持するためのコーティング分画適用範囲の能力は、従来の溶射プロセスでは例がない。【選択図】図１ａ、図１ｂ及び図１ｃ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースと接触するように適合された外面を含む、部分的に溶射コーティングされた基板であって、前記外面は、非平滑であり、かつ下地テクスチャプロファイルによって画成され、前記外面は、熱によりコーティングされた第１の領域を生成するために、前記外面の第１の領域に沿って溶射コーティングを含み、前記外面の残りの部分は、コーティングされていない第２の領域を生成するために、前記外面の第２の領域に沿って前記溶射コーティングが存在しないことを特徴とし、前記外面の前記熱によりコーティングされた第１の領域は、前記コーティングされていない領域の前記第２の領域と組み合わせて、前記外面の前記下地テクスチャプロファイルを実質的に変化させること又は劣化させることはなく、更に前記部分的に溶射コーティングされた表面は、非溶射コーティングが存在しないことを特徴とする、基板。
【請求項２】
前記熱によりコーティングされた第１の領域に沿って前記部分的に熱によりコーティングされた基板が、表面計によって測定されるとき、前記コーティングされていない第２の領域のピークカウントの８０％だけ少ない単位長さ当たりのピーク数として定義されるピークカウントを有する、請求項１に記載の部分的に溶射コーティングされた基板。
【請求項３】
前記溶射コーティングされた第１の領域は、前記外面の全表面積の１０〜９０％の部分的適用範囲を構成する、請求項１に記載の部分的に溶射コーティングされた基板。
【請求項４】
前記熱によりコーティングされた第１の領域は、前記外面の前記全表面積の２５〜７０％を構成する、請求項３に記載の部分的に溶射コーティングされた基板。
【請求項５】
前記熱によりコーティングされた第１の領域は、表面粗さＲａを有し、前記Ｒａは前記コーティングされていない第２の領域の約５０〜８０％である、請求項１に記載の部分的に溶射コーティングされた基板。
【請求項６】
前記熱によりコーティングされた第１の領域は、重なり合うラメラが実質的に存在しないことを特徴とする、請求項１に記載の部分的に溶射コーティングされた基板。
【請求項７】
前記熱によりコーティングされた第１の領域が、非連続的な様式で前記外面に沿って延在し、複数の別個のコーティングされた部分を形成する、請求項１に記載の部分的に溶射コーティングされた基板。
【請求項８】
前記熱によりコーティングされた第１の領域が連続的な様式で前記外面に沿って延在して、単一の連続的な溶射コーティングされた部分を形成し、前記単一の連続的な溶射コーティングされた部分は、約０．０００３インチ以下の厚さを有する、請求項１に記載の部分的に溶射コーティングされた基板。
【請求項９】
前記溶射コーティングが、１ミクロン以下の粒径を有する粉末から得られる、請求項１に記載の部分的に溶射コーティングされた基板。
【請求項１０】
前記溶射コーティングは、ナノサイズから約５ミクロンまでの範囲の粒径を有する粉末から得られる、請求項１に記載の部分的に溶射コーティングされた基板。
【請求項１１】
タングステン含有炭化物、コバルト及びコバルト含有合金、ニッケル及びニッケル含有合金からなる群から選択される、請求項１に記載の部分的に溶射コーティングされた基板。
【請求項１２】
前記熱によりコーティングされた第１の領域に沿った前記外面の前記下地テクスチャプロファイルが、前記非平滑表面の全表面積に基づいて１０〜９０％だけ変化する、請求項１に記載の部分的に溶射コーティングされた基板。
【請求項１３】
前記熱によりコーティングされた第１の領域に沿った前記外面の前記下地テクスチャプロファイルが、前記非平滑表面の前記全表面積に基づいて２５〜５０％だけ変化する、請求項１２に記載の部分的に溶射コーティングされた基板。
【請求項１４】
前記前記熱によりコーティングされた第１の領域が、前記コーティングされていない第２の領域の複数の別個の部分の代わりに規則的な間隔で複数の別個のコーティングされた部分を形成するように、非連続的な様式で前記外面に沿って延在する、請求項７に記載の部分的に溶射コーティングされた基板。
【請求項１５】
前記基板が、ワークロール、エンボスロール、彫刻ロール、エッチングロール、ローレットロール、ピンチロール、カレンダーロール、ブリケットロール、コルゲートロール、計量ロール、トラクションロール、ゴデットロール、クリンピングロールからなる群から選択される、請求項１に記載の部分的に溶射コーティングされた基板。
【請求項１６】
前記基板の前記外面の全表面積に基づいて、８０％までの前記外面上の適用範囲を有する熱によりコーティングされた第１の領域及び２０％以下の適用範囲を有するコーティングされていない領域を更に含み、更に、前記熱によりコーティングされた第１の領域に沿った前記外面の前記下地テクスチャプロファイルが、前記非平滑表面の前記全表面に基づいて２５〜５０％だけ変化する、請求項１に記載の部分的に溶射コーティングされた基板。
【請求項１７】
前記基板の前記外面の全表面積に基づいて、前記外面において７０〜８０％の適用範囲を有する熱によりコーティングされた第１の領域を更に含み、残部はコーティングされていない領域である、請求項１に記載の部分的に溶射コーティングされた基板。
【請求項１８】
前記基板の前記外面の全表面積に基づいて、前記外面において４０〜５０％の適用範囲を有する熱によりコーティングされた第１の領域を更に含み、残部はコーティングされていない領域である、請求項１に記載の部分的に溶射コーティングされた基板。
【請求項１９】
前記基板の前記外面の全表面積に基づいて、前記外面において３０〜４０％の適用範囲を有する熱によりコーティングされた第１の領域を更に含み、残部はコーティングされていない領域である、請求項１に記載の部分的に溶射コーティングされた基板。
【請求項２０】
前記基板の前記外面の全表面積に基づいて、前記外面において１０〜３０％の適用範囲を有する熱によりコーティングされた第１の領域を更に含み、残部はコーティングされていない領域である、請求項１に記載の部分的に溶射コーティングされた基板。
【請求項２１】
基板の外面に沿って、前記基板の前記外面のテクスチャプロファイルを実質的に変更することなく、部分的に溶射コーティングされた基板を形成する方法であって、
前記テクスチャプロファイルによって画成された非平滑である前記外面を前記基板に設けるステップと、
溶射装置を提供するステップと、
前記溶射装置を通って粉末又はワイヤ供給原料を供給して、溶融粉末微粒子の少なくとも一部分を生成するステップと、
前記基板を回転させるステップと、
前記外面の第１の領域で前記粉末粒子を衝突させ、これによって前記粒子を急冷して熱によりコーティングされた第１の領域を生成するステップと、
前記溶融粉末粒子を実質的に有さない前記外面の第２の領域を維持して、コーティングされていない第２の領域を生成するステップと、を含む、方法。
【請求項２２】
前記第１の領域の前記外面に沿って複数の別個の位置で前記溶融粉末粒子を衝突させるステップを更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記溶射装置を通じて前記粉末を５〜１２０ｇ／分の供給速度で供給するステップと、９００〜３６００ｒｐｍの回転数で前記基板を回転させるステップと、を更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記溶射装置が、高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）、デトネーションガン、及びプラズマ転写アーク装置からなる群から選択される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記部分的に溶射コーティングされた基板を前記基板の前記外面に沿って形成する前に、前記基板に表面粗さを付与することを更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記部分的溶射コーティングが、前記基板の前記非平滑表面に間接的に施される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
非平滑表面に沿って延在する溶射コーティングであって、
表面計によって測定される所定のピーク数を有する下地テクスチャプロファイルによって特徴付けられている非平滑外面を有する基板を含み、
前記溶射コーティングは、前記非平滑外面全体を０．０００３インチ以下の厚さに隠して、溶射コーティングされた表面を生成し、更に、前記下地テクスチャプロファイルの構造的完全性が十分に保たれ、
非平滑外面には、放電テクスチャ加工コーティング、電気めっきコーティング、窒化物コーティング、浸炭コーティング及びクロムめっきコーティングがないことを特徴とする、溶射コーティング。
【請求項２８】
前記コーティングが、ナノサイズの粒子から得られる、請求項２７に記載の溶射コーティング。
【請求項２９】
前記下地テクスチャプロファイルは、表面計によって測定される前記基板の前記非平滑表面のピーク数の５０〜８０％のピークカウントを有する、請求項２７に記載の溶射コーティング。
【請求項３０】
タングステン含有炭化物を更に含む、請求項２７に記載の溶射コーティング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、様々な用途に使用するための部分的又は完全にコーティングされた表面を形成するための非平滑表面上への溶射コーティングに関し、これにより、コーティングは、必要な装填能力及び耐摩耗性を付与しながら、コーティングされた表面の下地表面テクスチャを十分に保持する。
【背景技術】
【０００２】
多くのコーティングされた基板表面は、基板表面の下地表面テクスチャ又はパターン形成を維持するか、又は顕著に劣化させることのないコーティングを必要とする。用語「テクスチャ」、「表面テクスチャ」及び「パターン」は、本明細書内及び本明細書全体にわたって使用されるものと同じ意味を有することが意図されることを理解されたい。本明細書内及び本明細書全体で使用される場合、用語「基板」は、あるランダム若しくは非ランダム表面パターン又はテクスチャ化プロファイルによって特徴付けられる任意の非平滑表面を指す。基板は、金属及び合金表面など任意の好適なタイプの材料を含む。
【０００３】
基板の一例は、一定のパターン又は表面テクスチャを形成するためのくぼみ又は溝及び／又は突き出た突起の構成を有するエンボスロールである。基板の別の例は、所定の表面テクスチャを有するワークロールである。例えば、圧延型ワークピース及び他の製品を製造するためには、ある種の表面テクスチャを有する金属又は金属合金（例えば、鋼、チタン、銅、真ちゅう及びアルミニウムなど）に使用するためのワークロールが必要とされ得る。本明細書及び本明細書全体で使用されるように、「ワークピース」及び「製品」は、コーティングされた基板が、一例として、ストリップ、スラブ又は他の圧延シート金属及び他のシート製品など、圧延プロセス又は最終用途（例えば、熱処理、アニーリングなど）の一部として接触し得る任意のタイプの材料の総称参照である。熱間圧延及び冷間圧延を実施するためのテクスチャ加工されたワークロールは、ワークロールを通過するワークピース材料の厚さを大きく減少させ得るなど、いくつかの利点を有する。
【０００４】
更に、ワークロールの表面テクスチャは、そうでなければ潤滑剤が枯渇（熱間圧延に伴う極端な温度に起因して潤滑剤が枯渇）したロールバイトに潤滑剤を閉じ込めるように作用し得ることが望ましい。このような潤滑剤は、ロール／スラブ界面に排出され、その時点でロール表面とスラブ表面との間での接着による物質移動を実質的に最小限に抑え、スラブ表面上に巻き込まれたデブリ及び汚れは、冷間圧延スタンドに入る際に最小限に抑えられるように作用する。
【０００５】
更に、薄鋼板の製造に使用される大型の冷間圧延及び焼戻し圧延用のワークロールは、密接に画成されたテクスチャ加工表面を備える必要がある。次いで、このテクスチャは、ロールを通過する際に薄鋼板に付与される。鋼板は、その後、例えば車体シェル（ｃａｒ  ｂｏｄｙ  ｓｈｅｌｌ）などのある程度必要とされるプロファイルに成形されるため、その表面テクスチャは、初めにプレス中に必要とされる油の潤滑及びその後の金属殻の塗装において非常に重要な役割を有する。自動車産業及び他の用途のための薄鋼板のプレス加工において、表面粗さ及び潤滑の特定の品質が必要とされることは、当該技術分野において公知である。
【０００６】
多くのコーティングプロセスが採用されているが、それらは好適な摩耗寿命とすることができない。１つの例は、今日広く普及している硬質クロムめっきプロセスである。しかしながら、硬質クロムめっきプロセスの大きな欠点は、六価クロムを使用することである。化学物質の登録、評価、認可及び制限に関する規則（ＲＥＡＣＨ）の下、２０１７年９月から欧州連合では、Ｃｒ（ＶＩ）化合物の非認可での使用がその発癌性のために禁止されている。
【０００７】
代替案として、放電加工コーティング（ＥＤＣ）が探索されており、これは下地表面テクスチャ加工を形成しながら、形成されたテクスチャ上にコーティングを堆積させる。ＥＤＣは、金属基板上に放電加工表面を有する硬質で耐摩耗性の層を作製するための表面合金化／コーティングプロセスである。表面の合金化によりロール耐摩耗性を改善するために、放電テクスチャ加工の際には、圧粉体及び／又は焼結金属炭化物電極が使用されてきた。ＥＤＣプロセスの間、電流が電極を通って流れ、スパークギャップ内での誘電体のイオン化を引き起こす。イオン化中、８０００Ｋを超える温度が発生し、その時点で、電極及びワークピース表面の局所的な溶融及び気化が起こり、コーティングされた表面が形成される。この結果は、ワークピース表面に堆積した炭化タングステンのレベルが許容できないほどの低さを示す傾向があり、これにより、結果として耐摩耗性が低下する。
【０００８】
更に、他の現在のコーティングプロセスでは、一般に、非平滑表面の下地表面テクスチャ又はプロファイルを保つことができない。今日、例えばテクスチャ加工、エンボス加工、彫刻加工、エッチング加工、又はローレット加工によって作ることができる非平滑表面にコーティングを施した場合、不均一な表面は保護コーティングによって覆われるために失われる。
【０００９】
現在のコーティングプロセスの欠点を考慮すると、保護耐摩耗性を付与し、非平滑表面の下地表面テクスチャ又はプロファイルの実質的な劣化を与えないような、十分な含量のコーティングまで非平滑な基板表面にコーティングを形成して、これにより、下地表面テクスチャ又はプロファイルが十分に保護され得る改良されたコーティング、そのコーティングを製造するためのプロセスが依然として必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
一態様では、ワークピースと接触するように適合された外面を含む、部分的に溶射コーティングされた基板であって、外面は、非平滑であり、かつ下地テクスチャプロファイルによって画成され、外面は、熱によりコーティングされた第１の領域を生成するために、外面の第１の領域に沿って溶射コーティングを含み、外面の残りの部分は、コーティングされていない第２の領域を生成するために、外面の第２の領域に沿って溶射コーティングが存在しないことを特徴とし、外面の第１の領域は、コーティングされていない領域の第２の領域と組み合わせて、外面の下地テクスチャプロファイルを実質的に変化させること又は劣化させることはなく、更に部分的に溶射コーティングされた表面は、非溶射コーティングが存在しないことを特徴とする。
【００１１】
第２の態様では、基板の外面のテクスチャプロファイルを実質的に変化させることなく、基板の外面に沿って部分的に溶射コーティングされた基板を形成するための方法は、テクスチャプロファイルによって画成された非平滑である外面を基板に提供するステップと、溶射装置を提供するステップと、溶射装置を通って粉末又はワイヤ供給原料を供給して、溶融粉末微粒子の少なくとも一部分を生成するステップと、基板を回転させるステップと、外面の第１の領域で粉末粒子を衝突させ、これによって粒子を急冷して熱によりコーティングされた第１の領域を生成するステップと、溶融粉末粒子を実質的に有さない外面の第２の領域を維持して、コーティングされていない第２の領域を生成するステップと、を含む。
【００１２】
第３の態様では、非平滑表面に沿って延在する溶射コーティングは、表面計（ｐｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒ）によって測定される所定のピーク数を有する下地テクスチャプロファイルによって特徴付けられている非平滑外面を有する基板を含み、溶射コーティングは、非平滑外面全体を０．０００３インチ以下の厚さに隠して、溶射コーティングされた表面を生成し、更に、下地テクスチャプロファイルの構造的完全性が十分に保たれ、非平滑外面には、放電テクスチャ加工コーティング、電気めっきコーティング、窒化物コーティング、浸炭コーティング及びクロムめっきコーティングがないことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１ａ】溶射コーティングされた第１の領域に沿って溶射コーティングを有し、これによって、コーティングされた山（ｃｏａｔｅｄ  ｐｅａｋｓ）に沿った局部的な表面テクスチャが分断されており、最上面の残りの部分は、全体的な表面テクスチャが十分に残るように、第２の領域としてコーティングされていない、本発明の一態様による基板の非平滑最上面を示す。
【図１ｂ】溶射コーティングされた第１の領域に沿って溶射コーティングを有し、これによって、コーティングされた山に沿った局部的な表面のテクスチャが、図１ａに対してより大きい程度に実質的に保たれ、最上面の他の部分は、第２の領域としてコーティングされていない本発明の別の態様による基板の非平滑最上面を示す。
【図１ｃ】溶射コーティングされた第１の領域に沿って溶射コーティングを有し、最上面の他の部分が、第２の領域としてコーティングされていない、本発明の別の態様による、基板の非平滑最上面を示し、図１ａ及び図１ｂと比較してより大きなコーティングのランダム性を有するいわゆるペッパースプレー加工を作り出している。
【図２ａ】溶射コーティングされた第１の領域に沿って溶射コーティングを有する基板の非平滑な最上面を示し、本発明の別の態様によれば、最上面の残りの部分は第２の領域としてコーティングされていない。
【図２ｂ】溶射コーティングされた第１の領域に沿って溶射コーティングを有する基板の非平滑な最上面を示し、これによって、コーティングされた山に沿った局部的な表面テクスチャは、図２ａに対してより大きい程度に実質的に保持され、本発明の別の態様によれば、最上面の残りの部分は第２の領域としてコーティングされていない。
【図３】下地表面テクスチャを実質的に保持する様式で非平滑表面全体を覆っている比較的薄い溶射コーティングを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明では、例えば、テクスチャ加工、エンボス加工、彫刻加工、エッチング加工、又はローレット加工によって生成され得る非平滑表面に溶射コーティングが施される場合、均一でない表面（すなわち、表面テクスチャ、プロファイル又はパターン）の画成は、伝統的な溶射コーティング堆積物によって失われているか、又は覆われていることを認識している。本発明は、非平滑表面の必要な耐摩耗性を維持しながら、非平滑表面の分断を克服するための新規解決策を提供する。
【００１５】
本発明の１つの態様は、非平滑な基板表面の結果として生じる下地のテクスチャ又はパターンを実質的に維持しながら、所望の耐摩耗性及び耐食性を一般にもたらすことができる、部分的に溶射コーティングされた表面を生成する溶射コーティングに焦点を当てている。部分的に溶射コーティングされた表面は、クロムめっき、放電テクスチャ加工コーティング、電気めっきコーティング、窒化物コーティング、及び浸炭コーティングなど、非溶射コーティングが存在しないことを特徴とする。記載しているように、本発明は、１つの態様において、外面の下地テクスチャプロファイルを実質的に変化又は劣化させない、コーティングされていない第２の領域と組み合わせて、非平滑外面の溶射コーティングされた第１の領域を形成する。
【００１６】
一実施形態では、図１ａに示すように、部分的に溶射コーティングされた基板が提供される。非平滑表面テクスチャ又はパターンを保持する必要がある任意のタイプの基板を使用することができる。好ましい実施形態では、基板は、金属合金（例えば、鋼又はアルミニウム合金）又は他のワークピースを圧延するためのプロセスで利用できるものなどのワークロールである。
【００１７】
図１ａは、ワークロールの非平滑最上面１０を示す。非平滑最上面１０は、一連の山及び谷として画成されている代表的な下地表面テクスチャを有するものとしてその全体が示されている。非平滑最上面１０の頂部は、例えば、作業中にワークピースが接触する幾分ぎざぎざ状の又は鋸歯状のプロファイルとして表面テクスチャ加工されているように示されている。簡略化のために、非平滑最上面１０は一定の縮尺で描かれておらず、ワークロール本体の残りは意図的に省略されている。ワークロールの他の詳細は、本発明の原理をより明確にするために意図的に省略されている。山は、番号１ａ〜８ａと番号が付けられ、対応する谷は、１ｂ〜８ｂと番号が付けられている。山１ａ〜８ａの各々は、等しい高さを有するものとして示されている。しかしながら、本発明は、非平滑最上面１０を形成するために山及び谷のあらゆる構成を考慮していることを理解されたい。現在の溶射プロセスとは対照的に、本発明では、非平滑表面１０は、部分的にのみコーティングを形成し、別個のかつ複数のコーティングされた領域１１には十分にコーティングを施して、非平滑表面１０の全体的な表面プロファイルを維持するようにし、更にコーティングされた領域１１によって付与される必要な耐摩耗性の性状を引き起こすことができる。具体的には、溶射コーティングされた領域１１は、山１ａ、３ａ、及び６ａに沿って、並びに山１ａ、３ａ、及び６ａの各々の両側に不規則な間隔で適用され（すなわち、コーティングが施される間隔が非平滑上面１０の表面形状に沿って変化して適用され）、複数の及び別個の溶射コーティングされた第１の領域１１を作り出す。基板の非平滑表面１０の残りの部分は、山２ａ、４ａ、５ａに沿って、及び谷４ｂ内に、山７ａ、８ａに沿って、及び谷７ｂ内に、山８ａ及びその両側及び谷８ｂにコーティングされないまま残り、複数の別個のコーティングされていない第２の領域１２を集合的に作り出す。示された実施形態では、山の３／８はコーティングされている。コーティングされていない第２の領域は、非平滑表面１０のそれぞれの山の頂部に沿って、及び／又はそれぞれの山の両側にコーティングされていないままである山２ａ、５ａ、５ａ、７ａ及び８ａによって、画成される。本発明では、コーティングが、山のプロファイルに一致していないときにそのプロファイルを隠す方法で、例えば、コーティングが山１ａ、３ａ及び６ａに沿って堆積する場合に起こり得るように、コーティングが、コーティングされた領域１ａ、３ａ及び６ａの山及び谷のプロファイルをある程度分断する可能性があることを認識している。例えば、溶射コーティングされた第１の領域１２は、コーティングされた山１ａ、３ａ及び６ａの両側に沿って示されているように、局部的な表面テクスチャを幾分分断させるか、又は隠すように山の特徴部を鈍化させることによって、その影響を減らすか、又は表面プロファイル１０を減らすことができる。しかしながら、部分的なコーティングのこのような減少又は鈍化効果は、構造的に依然として影響を受けない表面テクスチャ１０を有する、コーティングされていない第２の領域１２によって相殺される。このように、ワークロールの用途に必要な溶射コーティングされた第１の領域１１の必要な耐摩耗性も達成しながら、全体の表面テクスチャは特定の最終用途に十分であり得る。この方法では、本発明は、あるレベルの表面テクスチャの分断が許容され得ることを認識している。
【００１８】
部分的にコーティングされた基板は、Ｍａｈｒ（ＭａｒＳｕｒｆ）Ｍ２ユニットなどの市販の表面計によって検出され、測定される単位長さ当たりのピーク数として定義されるピークカウントによって定量化することができる。この例における溶射コーティングされた領域１１に沿ったピークカウントは、コーティングされていない領域１２のピークカウントの約８０％以上、好ましくは、コーティングされていない領域１２のピークカウントの約７０％以上、より好ましくは、コーティングされていないセクション領域１２のピークカウントの約６０％以上の数であり得る。他の実施形態は、最終用途に少なくとも部分的に基づいて、類似の又は異なるピークカウントを呈し得ることを理解されたい。
【００１９】
あるいは、図１ｂに示されるように、溶射コーティングされた第１の領域１１’は、上部に堆積する山に更に正確に一致するように生成されてもよく、その結果、コーティングは山１ａ、３ａ及び６ａの完全性を維持するような方法で施される。これによって、図１ａに示されているものに比べて、より大きい程度、溶射コーティングされた第１の領域１１’に沿って表面テクスチャ１０を実質的に保つ。例えば、サブミクロン粒子まで十分に霧化されたナノサイズの溶射粒子又は溶融粒子を使用して、低減された厚さ（例えば、一例として０．０００３インチ以下、好ましくは、０．０３インチ以下、より好ましくは、０．０００３インチ以下）を有する山１ａ、３ａ及び６ａに、実質的に単層の適用範囲で堆積させ、これにより、図１ａのコーティング適用範囲から引き起こされ得る、引き起こされた分断量と比較して、これらの覆われた山１ａ、３ａ及び６ａに沿った非平滑表面１０の局部的な表面テクスチャを保つか、又は最小限の分断とすることができる。このように、部分的にコーティングされた基板の全体的な表面テクスチャは、図１ａに示されたものに対して、より多くの程度、実質的に変化しないままであり、非平滑表面１０から生じる下地パターンを失う傾向を有し得る。換言すれば、図１ｂの熱によりコーティングされた第１の領域１１’のピークカウントは、図１ａの領域１１について検出され測定されたピークカウントと比較して、検出可能であり測定可能な減少が少ないことが示されている。このようにして、本発明では、溶射コーティングが非平滑表面１０の下地表面テクスチャに与える分断を最小限に抑えることができる。図１ｂは、非平滑表面１０の分断を最小限に抑えながら、高負荷環境に耐えるように、特定の用途が部分的なコーティング適用範囲を必要とする場合に有利であり得る。
【００２０】
図１ｃに示す別の実施形態では、図１ａの延長として、溶射コーティングされた第１の領域１１”のランダム性が増加し、特定の山及び谷の部分のみコーティングされる。この効果は、いわゆる「ペッパースプレー」効果であり、非平滑表面１０の全体的な表面テクスチャを分断することなく、コーティング適用範囲を最小限に抑えることを意図している。図１ｃにおける非平滑最上面１０の山の総数は、図１ａ及び図１ｂの山の総数よりも多く、これによって表面テクスチャの総量がより高く保持される。いくつかの用途では、ペッパースプレーコーティング構成は、有効なパターニング又はテクスチャが必要とされ、より少ない量のコーティングから得られる耐摩耗性及び装填能力で十分である場合に適切であり得る。他の用途では、非平滑最上面１０へのある程度の、好ましくは最小レベルの分断が、ワークロールの必要とされる耐摩耗性及び装填能力を得るにあたって必要とされる場合には、図１ａ及び／又は図１ｂのコーティング構成を必要とする可能性がある。図１ｃは、特定の用途において、負荷環境に耐え、更には非平滑表面１０の下地表面テクスチャを保持するために、部分的なコーティング適用範囲を必要とする場合に有利であり得る。別の実施形態では、サイズ、形状及び厚さの異なるランダムなコーティング粒子によって画成されている図１ｃのペッパースプレーコーティング構成は、表面全体に形成することができ、これによって、ランダムな配向の別個のコーティング微粒子は、基板の表面全体に沿って堆積される。最終結果では、谷又は山が露出していない。
【００２１】
図２ａは別の実施形態を示す。非平滑最上面２０は、一連の山及び谷として画成される代表的な下地表面テクスチャを有するものとして示されている。山は、番号２１ａ〜２８ａと番号が付けられ、対応する谷は、２１ｂ〜２８ｂと番号が付けられている。図１ａとは異なり、溶射コーティング１１は、谷２１ｂ、２３ｂ、２５ｂ及び２７ｂ内で規則的な間隔（すなわち、非平滑表面２０に沿って、隣接するコーティングされたセクションとコーティングされていないセクション間で等間隔）で施され、複数の別個の溶射コーティングされた第１の領域３１を作り出す。基板の非平滑表面２０の残りの部分は、谷２２ｂ、２４ｂ及び２６ｂ内にコーティングされずに残って、複数の別個のコーティングされていない第２の領域３２を集合的に作り出す。示された実施形態では、８つのいわゆる「脚部」にコーティングされ、合計１６の脚部のうち８つの脚部にコーティングされておらず、脚部のコーティング適用範囲は約５０％になる。したがって、溶射コーティングされた第１の領域３１は、非平滑表面２０上で約５０％の脚の適用範囲を有する。コーティングされていない第２の領域３２は、非平滑表面の約５０％を占める。
【００２２】
本明細書に記載の実施形態では、本発明は、コーティングが、コーティングされた領域の山及び谷のプロファイルをある程度分断する可能性があることを認識している。例えば、図１ａの溶射コーティングされた第１の領域３１は、コーティングが堆積している非平滑表面２０の下地表面プロファイルの特徴を少なくとも部分的に隠すことができる。しかし、部分的なコーティングによる表面テクスチャのこのような分断は、コーティングが施された後も構造的に依然として影響を受けない局部的表面テクスチャを有するコーティングされていない第２の領域３２によって相殺され得る。このように、図１ａと同様に、図２ａの非平滑表面２０の全体的な表面テクスチャは、特定の最終用途のために十分であり得、一例としてワークロール用途など、特定の用途のために必要な溶射コーティングされた第１の領域３１の必要な耐摩耗性も依然として達成する。
【００２３】
あるいは、本発明の別の態様によれば、図２ｂは、溶射コーティングされた第１の領域３１’に沿って溶射コーティングを有する基板の非平滑最上面２０を示し、これによって、コーティングされた山に沿った局所的な表面テクスチャが実質的に保たれ、最上面の残りの部分は、第２の領域３２としてコーティングされていない。図２ａと比較して、溶射コーティングされた第１の領域３１’は、堆積させる山とより正確に一致するように生成されてもよく、その結果、コーティングは、谷２１ｂ、２３ｂ、２５ｂ及び２７ｂ内の完全性を維持するような方法で施され、これにより第１のコーティングされた領域３１’に沿って表面テクスチャを図２ａに示されているものと比べてより大きい程度に実質的に保つことできる。例えば、サブミクロン粒子になるまで十分に霧化されたナノサイズの溶射粒子又は溶融粒子を使用することで、全体の表面にわたって、減少した厚さ（例えば、一実施形態では、０．０００３インチ以下）で実質的に単層の適用範囲で堆積され得、これにより、非平滑表面２０の表面テクスチャを最小限の分断とする。このように、部分的にコーティングされた基板の全体的な表面テクスチャは、実質的に変化しないままである。換言すれば、溶射コーティングされた第１の領域３１’のピークカウントは、溶射コーティングされた第１の領域３１のピークカウントと比較して、少ない検出可能な減少を呈してもよい。他の適切な技術を用いて、図２ｂのコーティング構成もまた形成してもよい。図２ｂは、特定の用途が高負荷環境に耐えるように部分的なコーティング適用範囲を必要とする場合に有利であり得る。
【００２４】
図１ａ、図１ｂ、図１ｃ、図２ａ及び図２ｂには、溶射された第１のコーティングされた領域が複数の別個の領域として示されているが、本発明は、単一の連続的な溶射コーティングされた部分を形成する連続的な様式で、非平滑表面の外面に沿って延在する熱によりコーティングされた第１の領域を想定していると理解されたい。
【００２５】
別の実施形態では、図３は、全体的にコーティングされた基板を示す。非平滑表面４０は、好ましくはナノサイズのコーティングである溶射コーティングで全体にコーティングされる。コーティングプロセスは、非平滑表面４０の表面テクスチャに一致する様式で行われる。好ましくは、厚さは０．００１５”以下、より好ましくは０．０００３”以下である。コーティング構造体は、好ましくは、重なり合うラメラが実質的にないことを特徴とする。図３は、特定の用途が耐磨耗性及び耐食性を生じさせるために最大のコーティング適用範囲を必要とする場合に有利であり得る。
【００２６】
種々の実施形態に記載されているように、本発明は、外面の下地テクスチャプロファイルを実質的に変化させるか、又は劣化させることのないコーティングされていない第２の領域と組み合わせて、非平滑外面の溶射コーティングされた第１の領域を形成する。図１ａ、図１ｃ及び図２ａでは、溶射コーティングが非平滑表面１０の下地表面テクスチャに与える分断を最小限に抑え、図１ｂ及び図２ｂでは、コーティングされた領域の下地表面テクスチャを保つことができ、また、図３では、下地表面テクスチャの劣化なく、１００％のコーティング適用範囲を達成することができる。正確なコーティング適用範囲は、少なくとも部分的に、溶射プロセス、粒径、溶射粉末又はワイヤ供給原料、基板の最終用途、及び基板の形状によって変化し得る。一例では、溶射コーティングされた第１の領域は、非平滑表面の全表面積に基づいて１０〜９０％、好ましくは非平滑表面の全表面積に基づいて２５〜７０％、より好ましくは、非平滑表面の全表面積に基づいて４０〜６０％の部分的コーティング適用範囲を構成する。
【００２７】
更に、本発明のコーティングは、非平滑表面の山及び谷の個々の測定値のセットの平均として定義されるＲａに関して表すことができる。例えば、溶射コーティングされた第１の領域は、コーティングされていない第２の領域の約５０〜８０％の表面粗さＲａを有し得る。Ｒａ並びにピークカウントを使用して、溶射コーティングによって下地テクスチャプロファイルがどれだけ変化したか（すなわち、減少又は劣化したか）を判定することができる。一例では、溶射コーティングされた第１の領域に沿った外面の下地テクスチャプロファイルは、非平滑表面の全表面積に基づいて１０〜９０％だけ、好ましくは、非平滑表面の全表面積に基づいて２０〜５０％だけ変化する。
【００２８】
高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）、デトネーションガン、コールド溶射、フレーム溶射、ワイヤ溶射、及びプラズマプロセスなど、任意の好適な溶射プロセスを採用することができる。使用できる供給材料の例としては、粉末など様々な形態で、タングステン含有炭化物、コバルト及びコバルト含有合金、ニッケル及びニッケル含有合金が挙げられる。溶射コーティングプロセスは、一般に、ロール基部（基板）上で粉末を加熱する、かつ／又は加速させる溶射装置を通して粉末又はワイヤ供給原料を流すことを含む。衝突時に、加熱及び／又は加速された粒子が変形し、その結果溶射されたラメラ又は平板が得られる。平板が重なり合ってコーティング構造体を構成する。本発明において有用なデトネーションプロセスは、米国特許第２，７１４，５６３号に開示され、その開示が援用によって本明細書に組み込まれる。デトネーションプロセスは、その開示が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第４，５１９，８４０号及び同第４，６２６，４７６号に更に開示されており、これには、タングステン、カーバイド、コバルト及びクロム組成物を含有するコーティングが含まれる。その開示が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，５０３，２９０号は、Ｗ、Ｃ、Ｃｏ及びＣｒを含む組成物をコーティングするために本発明において有用な高速酸素燃料プロセスを開示している。
【００２９】
コーティング形成ステップでは、非平滑表面の表面上に溶射用粉末を溶射することにより、結果として非平滑表面の表面上に溶射コーティングされる。高速酸素燃料又はデトネーションガン用溶射は、溶射用粉末を溶射する好ましい方法である。しかし、他のコーティング形成プロセスが企図されており、これとしては、プラズマ溶射、コールドスプレー、プラズマ転写アーク（ＰＴＡ）、フレーム溶射、レーザークラッディング、溶融のための溶射／レーザー、ＰＶＤ、ＣＶＤが挙げられる。
【００３０】
非平滑表面上への部分的なコーティング適用範囲を達成するために、粉末又はワイヤ供給原料は、従来の溶射プロセスよりも遅くてもよい供給速度で溶射装置内に供給される。一例では、溶射装置を通して粉末を５〜１２０ｇ／分の供給速度で供給し、基板を９００〜３６００ｒｐｍで回転させる。他の供給速度及び回転数（ｒｐｍ）が企図され、これらは、結果として得られるコーティング適用範囲、コーティング材料、コーティング組成、及び特定の最終用途に応じて選択することができる。更に、粉体供給速度は、コーティング操作中に変化させることができる。粉体供給速度は低下するが、基板回転速度（ｒｐｍ）は従来の溶射プロセスに比べて速くなり、それによりワークロール表面に対する粉体溶射粒子の密度が更に減少する。いくつかの実施形態では、サブミクロン又はナノサイズの粒子を利用する高度溶射プロセスを採用することができる。更に、溶射プロセスは、特定の表面プロファイルの山及び谷の特徴部を維持するように単層適用範囲を達成するために改変されてもよく、これにより不必要に材料を浪費することなくワークピースに接触する粒子の量を少なくさせる。
【００３１】
本発明の好ましい実施形態と見なされるものが示され説明されたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、当然のことながら、形態又は詳細における様々な修正及び変更が容易になされ得ることは理解されるであろう。例えば、本明細書に記載の溶射コーティング方法及び適用方法は、基板の非平滑表面に直接的又は間接的に適用することができる。更に、ワークロールの他に、これらに限定するものではないが、一例として、エンボスロール、彫刻ロール、エッチングロール、ローレットロール、ピンチロール、カレンダーロール、ブリケッティングロール、コルゲートロール、計量ロール、トラクションロール、ゴデットロール、クリンピングロールなどの、任意のタイプの基板を使用できることを理解されたい。したがって、本発明は、本明細書に示され記載された正確な形態及び詳細に限定されるものではなく、本明細書で以下に請求される本発明の全体よりも小さいものに限定されるものではないことが意図される。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【国際調査報告】
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