(57)【要約】【課題】本発明の課題は、コールドスプレー法で得られる従来の積層体と比較して皮膜の強度および基材に対する皮膜の接合強度に優れる積層体の製造方法を提供することにある。【解決手段】本発明は、コールドスプレー法によって基材２の表面に皮膜３を形成する積層体１の製造方法において、前記基材２の表面に、この基材２の物性と前記皮膜３の物性との間の物性を示す素材からなる中間層Ｍを少なくとも１層形成した後に、この中間層Ｍ上に前記皮膜３を形成することを特徴とする。【選択図】図２
2009197294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コールドスプレー法によって基材の表面に皮膜を形成する積層体の製造方法において、
前記基材の表面に、この基材の物性と前記皮膜の物性との間の物性を示す素材からなる中間層を少なくとも１層形成した後に、この中間層上に前記皮膜を形成することを特徴とする積層体の製造方法。
【請求項２】
前記基材および前記皮膜がアルミ合金からなることを特徴とする請求項１に記載の積層体の製造方法。
【請求項３】
前記皮膜が準結晶分散アルミ合金からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の積層体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コールドスプレー法によって基材の表面に皮膜を形成する積層体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コールドスプレー（Cold Spray）法によって基材の表面に皮膜を形成する方法が知られている（例えば、特許文献１、非特許文献１等参照）。この方法は、皮膜材料の融点または軟化点よりも低い温度に設定した超音速で流れるガスに皮膜材料の粉末を同伴させることによって、この粉末を基材の表面に衝突させるものである。この方法では、粉末が高速で基材の表面に衝突した際に、固相状態のままで粉末の粒子が塑性変形することによって皮膜が形成される。このようなコールドスプレー法によれば、緻密な組織で密度の高い皮膜を基材の表面に形成することができる。
その一方で、昨今、アルミ合金は、各種産業機器や一般向け機器における金属部品として汎用されている。そして、これらの機器では、より一層の効率の向上が図られており、使用される金属部品は苛酷な条件で使用されることとなる。したがって、コールドスプレー法で得られるアルミ合金においても、その耐腐食性、耐摩耗性、および強度の更なる向上が望まれている。
【０００３】
そこで、本出願人は、コールドスプレー法によって基材の表面に準結晶分散合金からなる皮膜を形成した積層体を提案している（特願２００７−０８８４６９、未公開）。この積層体は、構造物用部材として用いたときの強度、特に高温環境下での強度に優れている。
【特許文献１】特開２００６−１７９８５６号公報
【非特許文献１】榊、「新しい溶射プロセス  コールドスプレー（Cold Spray）」、産業出版株式会社編溶射技術、２０００年８月３０日、Ｖｏｌ．２０、Ｎｏ．２、ｐ．３２〜４１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記積層体においては、基材よりも高い強度の皮膜を形成して積層体の強度を高めようとするほど基材と皮膜との特性差（耐力差）が大きくなる。そして、このような積層体が、例えば、基材に対して塑性域のひずみが付与されるとともに、皮膜に対して弾性域のひずみが付与されるような負荷ひずみが大きくなる環境下で使用されると、この積層体では、その後にこれらのひずみが除荷された際に、基材と皮膜の界面に付加的応力が発生する。そして、このような付加的応力が界面に発生すると、基材に対する皮膜の接合強度が低下する。つまり、積層体の強度をより高めようとして基材上に高強度の皮膜を形成すると、基材と皮膜との接合強度が低下するという新たな問題が発生する。
【０００５】
また、コールドスプレー法では、前記したように、粉末の粒子が基材上で塑性変形して皮膜が形成されるために、皮膜の強度を高めるために塑性変形能の乏しい高強度の粉末を使用すると、基材と皮膜の接合強度が不充分となる。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、コールドスプレー法で得られる従来の積層体と比較して皮膜の強度および基材に対する皮膜の接合強度に優れる積層体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決する本発明は、コールドスプレー法によって基材の表面に皮膜を形成する積層体の製造方法において、前記基材の表面に、この基材の物性と前記皮膜の物性との間の物性を示す素材からなる中間層を少なくとも１層形成した後に、この中間層上に前記皮膜を形成することを特徴とする。
また、このような製造方法においては、前記基材および前記皮膜がアルミ合金からなることが望ましい。
また、このような製造方法においては、前記皮膜が準結晶分散アルミ合金からなることが望ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、コールドスプレー法で得られる従来の積層体と比較して皮膜の強度および基材に対する皮膜の接合強度に優れる積層体の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明の実施形態について詳細に説明する。ここで参照する図面において、図１は、実施形態に係る製造方法で得られる積層体の部分断面図である。図２は、実施形態に係る製造方法で積層体を製造する様子を説明する工程説明図である。
ここでは、本実施形態に係る製造方法で得られる積層体について説明した後に、その製造方法について説明する。
【００１０】
図１に示すように、実施形態に係る製造方法で得られる積層体１は、基材２と、この基材２上に形成された中間層Ｍと、この中間層Ｍ上に形成された皮膜３とを備えている。
【００１１】
前記基材２としては、中間層Ｍを積層することができれば特に制限はなく、金属および非金属のいずれであっても使用することができ、例えば、アルミ、マグネシウム、鉄、チタン、ステンレス、セラミクス、ガラス、木材等が挙げられる。中でもアルミおよびマグネシウムを含むものが望ましく、特に純アルミおよびアルミ合金が望ましい。
【００１２】
前記皮膜３としては、後記するコールドスプレー法に適用できるものであれば特に制限はなく、コールドスプレー法で実現可能な臨界速度で塑性変形能を有するものであれば金属および非金属のいずれであっても使用することができる。そして、皮膜３は、基材２の材質に応じて選択することができ、例えばアルミ合金からなる基材２の表面に形成する皮膜３としては、アルミ合金からなるものが望ましく、中でも準結晶分散アルミ合金が望ましい。
【００１３】
準結晶分散アルミ合金としては、例えば、特開２００６−２７４３１１号公報に記載されたアルミニウム基合金、D. Schechtman, I. Blech, D. Gratias, J. Cahn, "Metallic phase with long range orientational order and no translational symmetry," Physical Review Letters, Vol.53, p.1951-1954 (1984)に記載のＡｌ−１４％Ｍｎ合金、A. Inoue, M. Watanabe, H. M. Kimura, F. Takahashi, A. Nagata and T. Masumoto, ”High Mechanical Strength of Quasicrystalline Phase Surrounded by fcc-Al Phase in Rapidly Solidified Al-Mn-Ce Alloys”, Materials Transactions, JIM, Vol.33 No.8, p.723-729 (1992)に記載のＡｌ−Ｍｎ−Ｃｅ合金、A. Inoue, H. M. Kimura, K. Sasamori and T. Masumoto, “Ultrahigh Strength of Rapidly Solidified Al96-xCr3Ce1Cox (x=1, 1.5 and 2%) Alloys Containing an Icosahedral Phase as a Main Component”, Materials Transactions, JIM, Vol.35 No.2, p.85-94 (1994)に記載のＡｌ−Ｃｒ−Ｃｅ−Ｃｏ合金等が挙げられる。
ちなみに、準結晶分散アルミ合金のマトリクスは、アルミ結晶相またはアルミ過飽和固溶体相であることが望ましい。
皮膜３の厚さは、適宜変更することができるが、１μｍ以上とするのが望ましく、１０μｍ以上とするのがより望ましく、１００μｍ以上とするのがさらに望ましい。また、皮膜３の厚さは、５ｍｍ以上とすることもできる。
【００１４】
前記中間層Ｍは、基材２の物性と皮膜３の物性との間の物性を示す素材で形成されている。この物性としては、耐力、熱膨張率、熱伝導率、ヤング率、硬度、強度等の機械的・物理的特性が挙げられる。また、中間層Ｍは、基材２および皮膜３の両方の素材と、組成、組織および構造が類似しているものが望ましい。ちなみに、ここでいう組成、組織および構造は、中間層Ｍ、基材２および皮膜３を構成する元素の種類および含有比率のほか、結晶相、準結晶相およびアモルファス相の含有比率をも含む意味である。
中間層Ｍの厚さは、適宜変更することができるが、１μｍ以上とするのが望ましく、１０μｍから１０００μｍ程度がより望ましい。
【００１５】
次に、積層体１の製造方法について説明する。ここでは、基材２、中間層Ｍ、および皮膜３がアルミ合金からなる積層体１の製造方法について説明する。
図２に示すように、この製造方法は、コールドスプレー法によってアルミ合金粉末４ａを基材２の表面に噴射して中間層Ｍを形成する中間層形成工程と、コールドスプレー法によってアルミ合金粉末４ｂを中間層Ｍの表面に噴射して皮膜３を形成する皮膜形成工程とを有している。
【００１６】
本実施形態における中間層形成工程では、ラバルノズル１００にアルミ合金粉末４ａおよびガス５が供給されることによって、ガス５が超音速に加速されるとともに、アルミ合金粉末４ａが加速されたガス５に同伴する。そして、ラバルノズル１００からガス５とともに噴射されたアルミ合金粉末４ａは、高速で基材２の表面に衝突する。アルミ合金粉末４ａを同伴させるガス５の速度は、臨界速度以上の速度でアルミ合金粉末４ａの粒子が基材２に衝突するように設定すればよい。
【００１７】
前記アルミ合金粉末４ａの素材としては、前記したように、基材２の物性と皮膜３の物性との間の物性を示す素材のものが挙げられ、基材２および皮膜３の両方の素材と、組成、組織および構造が類似しているものが望ましい。
【００１８】
前記ガス５としては、例えば、ヘリウム、窒素、空気等が挙げられ、中でもヘリウムが望ましい。ラバルノズル１００に供給するガス５の圧力は、基材２の表面に対するアルミ合金粉末４の衝突速度が臨界速度を超えるように調節される。ラバルノズル１００に供給するガス５の温度は、使用されるアルミ合金の融点または軟化点よりも低い温度に設定される。ちなみに、例えば３００〜５００℃程度の温度でラバルノズル１００に供給されたガス５は、基材２の表面に達するまでに膨張して室温〜１００℃程度に低下することとなる。
【００１９】
本実施形態における皮膜形成工程では、前記した中間層形成工程で使用したアルミ合金粉末４ａに代えてアルミ合金粉末４ｂが使用される。この皮膜形成工程でのコールドスプレー法は、中間層形成工程と同様の条件で行うことができる。つまり、皮膜形成工程は、ラバルノズル１００に供給するアルミ合金粉末４ａを、アルミ合金粉末４ｂに変更して中間層Ｍに噴射するだけで実施することができる。
【００２０】
アルミ合金粉末４ｂとしては、前記したように、基材２の表面に付与する機能に応じて適宜に選択すればよく、耐腐食性、耐摩耗性、および強度を向上させる機能膜としての皮膜３を形成するためには、アルミ合金からなるものが望ましく、中でも前記した準結晶分散アルミ合金が望ましい。
【００２１】
アルミ合金粉末４ａ，４ｂは、最大粒子径が２００μｍ以下のものが望ましく、１５０μｍ以下のものがより望ましい。また、アルミ合金粉末４ａ，４ｂの平均粒子径は、０．１〜５０μｍが望ましい。
なお、アルミ合金粉末４ａ，４ｂの最大粒径や平均粒子径は、これを製造する際の条件、例えば、特開２００６−２７４３１１号公報に記載されたアルミニウム基合金を用いた場合、単ロール液体急冷装置のロールの温度や回転速度、ロールへの溶湯の供給量などを調節することによって制御することが可能である。また、アトマイズ法、ケミカルアロイング法、メカニカルアロイング法などによっても制御することができる。
【００２２】
中間層Ｍおよび皮膜３の厚さは、ラバルノズル１００に供給するガスの圧力、ガスの温度、ラバルノズル１００に供給するアルミ合金粉末４ａ，４ｂの量、ラバルノズル１００のトラバース回数（重ね数）を変更することによって調節することができる。
【００２３】
以上のような積層体１の製造方法によれば、コールドスプレー法を使用することで、アルミ合金粉末４ａ，４ｂが超音速に加速されたガス５に同伴して基材２や中間層Ｍに高速で衝突する。その結果、アルミ合金粉末４ａの粒子は、基材２の表面で塑性変形して中間層Ｍを形成し、アルミ合金粉末４ｂの粒子は、中間層Ｍの表面で塑性変形して皮膜３を形成する。
【００２４】
また、この製造方法によれば、基材２の物性と、皮膜３の物性との隔たりを緩衝するように、基材２の物性と皮膜３の物性との間の物性を有する中間層Ｍを形成するので、基材２と皮膜３との接合強度が向上した積層体１を得ることができる。したがって、この製造方法で得られた積層体１は、例えば、高温に曝される各種エンジン部品に適用された場合であっても、熱サイクル負荷に伴って発生した熱ひずみで基材２と皮膜３との接合強度が低下する従来のものと異なって、優れた接合強度を発揮することができる。
【００２５】
また、この製造方法によれば、基材２と皮膜３との接合強度に優れた積層体１を得ることができるので、積層体１の適用範囲を広げることができる。
【００２６】
また、この製造方法では、中間層Ｍの形成に使用したアルミ合金粉末４ａを、アルミ合金粉末４ｂに変えることで、同一の装置を使用して他の設備を必要とすることなくそのまま中間層Ｍ上に皮膜３を形成することができるので、積層体１の製造工程を簡素化することができる。
【００２７】
また、この製造方法においては、中間層Ｍと皮膜３の素材として類似性の高いものを使用することで、同一の装置で中間層Ｍと皮膜３とを形成して皮膜３に中間層Ｍの素材がたとえ混入したとしても皮膜３の性能に与える影響が少なくなる。
【００２８】
本発明は前記実施形態に限定されず、種々の形態で実施することができる。
本発明の製造方法は、各種機械部品としての積層体１の製造方法に適用できるほか、物品の表面を皮膜３で被覆して補修する方法に適用するものであってもよい。この場合、補修の対象となる物品が、基材２に相当することとなる。
【００２９】
前記実施形態では、基材２と皮膜３との間に１層の中間層Ｍを設けた積層体１について説明したが、本発明は２層以上の中間層Ｍを有するものであってもよい。この場合、複数の中間層Ｍのそれぞれの物性の値は、その最大の値と最小の値との両方が基材２の物性の値と皮膜３の物性の値の間となるように設定されていればよく、複数の中間層Ｍのそれぞれの物性の値は、降順または昇順に設定されていてもよいし、ランダムであってもよい。
【００３０】
前記実施形態では、中間層Ｍおよび皮膜３を形成する準結晶分散合金として、アルミ合金について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、準結晶分散マグネシウム合金、ガリウム合金、パラジウム合金、チタン合金、クロム合金、バナジウム合金等も用いることができる。また、中間層Ｍおよび皮膜３は、準結晶分散合金に限らず、アモルファス分散合金からなるものであってもよい。
【実施例】
【００３１】
次に、本発明の効果を確認した実施例について説明する。
（アルミ合金粉末の調製）
本実施例では、表１に示すように、コールドスプレー法で使用する皮膜用アルミ合金粉末Ｐ、中間層用アルミ合金粉末Ｑ、中間層用アルミ合金粉末Ｒ、および中間層用アルミ合金粉末Ｓの４種類を調製した。以下では単にアルミ合金粉末Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓという。
【００３２】
【表１】
2009197294.tif 000003
【００３３】
これらのアルミ合金粉末Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓは、母合金を高周波溶解炉で溶製し、この母合金から高圧水アトマイズ法によって調製されたものである。これらのアルミ合金粉末Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓの組成を表１に示す。なお、アルミ合金粉末Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓでは、表１に示すように、アルミの含有率（原子％）がアルミ合金粉末Ｐ、アルミ合金粉末Ｑ、アルミ合金粉末Ｒおよびアルミ合金粉末Ｓの順番で多くなるように調製されている。ちなみに、中間層用アルミ合金粉末Ｑ，Ｒ，Ｓは、皮膜用アルミ合金粉末Ｐの母合金をベースにアルミの配合量を増加して調製したものであって、アルミ以外の元素同士の含有比は、アルミ合金粉末Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓのそれぞれで同じになっている。
【００３４】
次に、これらのアルミ合金粉末Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓに含まれる準結晶相の量を相互間で比較した。この比較は、それぞれのアルミ合金粉末Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓについて４０℃／分の昇温速度で加熱した際に、所定の温度から立ち上がる発熱ピーク、つまり準結晶相が分解する際の発熱量を示差走査熱分析で求めて行った。その結果を図３に示す。図３は、アルミ合金粉末Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓについて示差走査熱分析で求めた準結晶相の発熱量を示すグラフであり、縦軸は準結晶相の発熱量[ｍＪ／ｍｇ]を表す。
図３に示すように、準結晶相を含む割合は、アルミ合金粉末Ｐ、アルミ合金粉末Ｑ、アルミ合金粉末Ｒ、およびアルミ合金粉末Ｓの順番で少なくなっていることが確認された。
【００３５】
次に、各アルミ合金粉末Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓから作製した各バルク材の「０．２％耐力」を所定の試験温度（２０℃、３００℃、および４００℃）の下に測定した。バルク材は、アルミ合金粉末Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓのそれぞれを冷間成形して脱ガスした押出し用ビレットを電気炉で所定の温度まで加熱した後、これを押出し機で押出し固化成形することによって作製した。ちなみに、押出し比は、１１で一定とし、押出し固化温度は、４００℃に設定した。その結果を図４に示す。図４は、アルミ合金粉末Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓから作製した各バルク材の「０．２％耐力」の測定結果を示すグラフであり、縦軸は、０．２％耐力[ＭＰａ]を表し、横軸は、試験温度[℃]を表す。そして、図４には、後記する実施例１から実施例４、および比較例１で使用した基材の「０．２％耐力」の測定結果を併せて記す。なお、基材は、２０℃、１５０℃、２００℃、２５０℃、および３００℃のそれぞれにおいて「０．２％耐力」を測定した。
図４に示すように、中間層の物性としての各アルミ合金粉末Ｑ，Ｒ，Ｓからなるバルク材の「０．２％耐力」は、基材の「０．２％耐力」と、皮膜のアルミ合金粉末Ｐからなるバルク材の「０．２％耐力」との間の値となっている。
【００３６】
次に、各アルミ合金粉末Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓから作製した前記各バルク材の「伸び」を所定の試験温度（２０℃、３００℃、および４００℃）の下に測定した。その結果を図５に示す。図５は、アルミ合金粉末Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓから作製した各バルク材の「伸び」の測定結果を示すグラフであり、縦軸は、伸び[％]を表し、横軸は、試験温度[℃]を表す。
図５に示すように、中間層用の各アルミ合金粉末Ｑ，Ｒ，Ｓからなるバルク材は、皮膜用のアルミ合金粉末Ｐからなるバルク材よりも、その延性が高いことが確認された。このことから基材との界面に中間層を設けることで基材と皮膜との接合強度の向上を図ることができる。
【００３７】
（実施例１）
実施例１では、基材２（図２参照）としてのアルミ鋳物２種Ａ（ＡＣ２Ｂ：Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ）で、表面粗さＲａが０．０６μｍとなるようにバフ研磨を施したもの（６０ｍｍ×３０ｍｍ×４ｍｍ）を用意した。
そして、この基材２の表面に、コールドスプレー法によって前記したアルミ合金粉末Ｑ（アルミ９６．００４原子％）をアルミ合金粉末４ａ（図２）として噴射して中間層Ｍ（図２参照）を形成した。中間層Ｍの厚さは７０μｍであった。このコールドスプレー法では、図１に示すラバルノズル１００がスプレーガンとして使用されると共に、このスプレーガンには、４００℃のヘリウムが３ＭＰａで供給された。また、スプレーガンの噴出口と基材２の表面との距離は、２０ｍｍに設定され、スプレーガンのトラバース速度は、１００ｍｍ／秒に設定され、スプレーガンのトラバースピッチは、４ｍｍに設定された。ちなみに、トラバース回数（重ね数）は、１回とした。
【００３８】
次に、中間層Ｍ上に、コールドスプレー法によってアルミ合金粉末４ｂ（図２）としての前記したアルミ合金粉末Ｐ（アルミ９４．９６０原子％）を噴射して皮膜３（図２参照）を形成した。ここでは、スプレーガンのトラバースピッチを４ｍｍから２ｍｍに変更し、トラバース回数（重ね数）を１回から３回重ねに変更した以外は、中間層Ｍと同じ条件でアルミ合金粉末４ｂの噴射が行われた。その結果、基材２の表面に、中間層Ｍを介して皮膜３が形成された積層体１（図２参照）が得られた。そして、基材２と中間層Ｍの界面、および中間層Ｍと皮膜３との界面の接合状態を検査するために、エッチングが行われた。エッチングは、皮膜３の断面に１５秒間、１％フッ化水素水溶液を接触させることで行われた。ここで参照する図６は、実施例１で得られた積層体の断面における組織の様子を示す走査型顕微鏡写真であって、（ａ）はエッチング前の走査型顕微鏡写真、（ｂ）はエッチング後の走査型顕微鏡写真である。
【００３９】
（実施例２）
実施例２では、基材２の表面に、コールドスプレー法によって前記したアルミ合金粉末Ｒ（アルミ９７．００３原子％）をアルミ合金粉末４ａ（図２）として噴射して厚さ１００μｍの中間層Ｍ（図２参照）を形成した以外は、実施例１と同様に積層体１が得られた。ここで参照する図７は、実施例２で得られた積層体の断面における組織の様子を示す走査型顕微鏡写真であって、（ａ）はエッチング前の走査型顕微鏡写真、（ｂ）はエッチング後の走査型顕微鏡写真である。
【００４０】
（実施例３）
実施例３では、基材２の表面に、コールドスプレー法によって前記したアルミ合金粉末Ｓ（アルミ９８．００２原子％）をアルミ合金粉末４ａ（図２）として噴射して厚さ１２０μｍの中間層Ｍ（図２参照）を形成した以外は、実施例１と同様に積層体１が得られた。ここで参照する図８は、実施例３で得られた積層体の断面における組織の様子を示す走査型顕微鏡写真であって、（ａ）はエッチング前の走査型顕微鏡写真、（ｂ）はエッチング後の走査型顕微鏡写真である。
【００４１】
（実施例１から実施例３で得られた積層体１の評価）
実施例１から実施例３で得られた積層体１は、図６（ａ）、図７（ａ）および図８（ａ）に示すように、いずれも中間層Ｍおよび皮膜３が緻密な組織となっている。そして、図６（ｂ）、図７（ｂ）および図８（ｂ）に示すように、エッチング後においても実施例１から実施例３で得られた積層体１は、基材２と中間層Ｍの界面、および中間層Ｍと皮膜３の界面に黒変箇所が殆ど認められず、基材２と中間層Ｍの接合状態、および中間層Ｍと皮膜３の接合状態は、良好であることが確認された。
【００４２】
次に、実施例２で得られた積層体１の基材２、中間層Ｍ、および皮膜３の硬度（Ｈｖ：ビッカース）を測定した。図９は、実施例２で得られた積層体における基材、中間層および皮膜の硬度を示すグラフであり、縦軸は硬度Ｈｖを表し、横軸は基材と中間層との界面から硬度を測定した位置までの距離（図９中、単に「界面からの距離（μｍ）」と記す）を表す。
図９に示すように、中間層Ｍの硬度は、基材２の硬度と皮膜３の硬度の略中間の値を示している。言い換えれば、中間層Ｍは、基材２と皮膜３の硬度の隔たり（不連続性）を緩衝している。
【００４３】
（実施例４）
実施例４では、実施例２と同様にして基材２の表面に、厚さ１００μｍの中間層Ｍを形成した。次に、この中間層Ｍ上に、コールドスプレー法によってアルミ合金粉末４ｂ（図２）としての前記したアルミ合金粉末Ｐ（アルミ９４．９６０原子％）を噴射して皮膜３（図２参照）を形成した。ここでは、中間層Ｍとの厚さの合計で６００μｍとなるように、厚さ５００μｍの皮膜３を形成して積層体１を作製した。次に、この積層体１について基材２に対する皮膜３の接合強度が測定された。この接合強度の測定は、次のせん断試験装置で行われた。図１０は、実施例４で得られた積層体における基材に対する皮膜の接合強度を測定したせん断試験装置の模式図である。
【００４４】
図１０に示すように、せん断試験装置は、積層体１から切り出された試験片Ｔを支持する一対の支持部１１ａ，１１ｂと、試験片Ｔの皮膜３（中間層Ｍを含む）に荷重Ｆを負荷するせん断刃１０と備えている。そして、せん断刃１０は、１００ｍｍ／秒で下降するようになっている。ちなみに、試験片Ｔは、その厚さＷが１ｍｍ、その幅（図１０の紙面に対して垂直方向の長さ）が１０ｍｍとなるように積層体１（図１参照）がスライスされたものである。
そして、ここでは基材２から皮膜３（中間層Ｍを含む）が剥離したときの荷重Ｆを接合強度として測定した。その結果を図１１に示す。図１１は、実施例４で得られた積層体における基材に対する皮膜の接合強度を示すグラフであり、縦軸は接合強度[ＭＰａ]を表す。
【００４５】
（比較例１）
比較例１では、基材２の表面に、コールドスプレー法によってアルミ合金粉末４ｂ（図２）としての前記したアルミ合金粉末Ｐ（アルミ９４．９６０原子％）を噴射して厚さ６００μｍの皮膜３（図２参照）を、中間層Ｍを介さずに形成して積層体１を作製した。次に、この積層体１について、実施例４と同様にして、基材２に対する皮膜３の接合強度が測定された。その結果を図１１に示す。
【００４６】
（実施例４および比較例１で得られた積層体１の評価）
図１１に示すように、中間層Ｍを有しない比較例１で得られた積層体１の基材２に対する皮膜３の接合強度は、９０ＭＰａ程度に止まっている。これに対して、実施例４で得られた積層体１では、基材２と皮膜３との間に中間層Ｍを有するとともに、前記実施例２で示したように、中間層Ｍの硬度が基材２の硬度と皮膜３の硬度の略中間の値を示しているので（図９参照）、基材２に対する皮膜３の接合強度は、１１０ＭＰａにまで及んでいる。つまり、実施例４の積層体１では、基材２と皮膜３の硬度の隔たり（不連続性）を、中間層Ｍが緩衝したことで、基材２に対する皮膜３の接合強度が向上したものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施形態に係る製造方法で得られる積層体の部分断面図である。
【図２】実施形態に係る製造方法で積層体を製造する様子を説明する工程説明図である。
【図３】アルミ合金粉末Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓについて示差走査熱分析で求めた準結晶相の発熱量を示すグラフであり、縦軸は準結晶相の発熱量[ｍＪ／ｍｇ]を表す。
【図４】アルミ合金粉末Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓから作製した各バルク材の「０．２％耐力」の測定結果を示すグラフであり、縦軸は、０．２％耐力[ＭＰａ]を表し、横軸は、試験温度[℃]を表す。
【図５】アルミ合金粉末Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓから作製した各バルク材の「伸び」の測定結果を示すグラフであり、縦軸は、伸び[％]を表し、横軸は、試験温度[℃]を表す。
【図６】実施例１で得られた積層体の断面における組織の様子を示す走査型顕微鏡写真であって、（ａ）はエッチング前の走査型顕微鏡写真、（ｂ）はエッチング後の走査型顕微鏡写真である。
【図７】実施例２で得られた積層体の断面における組織の様子を示す走査型顕微鏡写真であって、（ａ）はエッチング前の走査型顕微鏡写真、（ｂ）はエッチング後の走査型顕微鏡写真である。
【図８】実施例３で得られた積層体の断面における組織の様子を示す走査型顕微鏡写真であって、（ａ）はエッチング前の走査型顕微鏡写真、（ｂ）はエッチング後の走査型顕微鏡写真である。
【図９】実施例２で得られた積層体における基材、中間層および皮膜の硬度を示すグラフであり、縦軸は硬度Ｈｖを表し、横軸は基材と中間層との界面から硬度を測定した位置までの距離を表す。
【図１０】実施例４で得られた積層体における基材に対する皮膜の接合強度を測定したせん断試験装置の模式図である。
【図１１】実施例４で得られた積層体における基材に対する皮膜の接合強度を示すグラフであり、縦軸は接合強度[ＭＰａ]を表す。
【符号の説明】
【００４８】
１      積層体
２      基材
３      皮膜
Ｍ      中間層
【図１】
2009197294.tif 000004
【図２】
2009197294.tif 000005
【図３】
2009197294.tif 000006
【図４】
2009197294.tif 000007
【図５】
2009197294.tif 000008
【図９】
2009197294.tif 000009
【図１０】
2009197294.tif 000010
【図１１】
2009197294.tif 000011
【図６】
2009197294.tif 000012
【図７】
2009197294.tif 000013
【図８】
2009197294.tif 000014