JP2002020852A - 段階化被覆物品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 組成及び／又は特性の点で段階化された溶射
コーティングの新規の製造方法を提供すること。 【解決手段】 本発明は、段階化又は階層化された組成
のコーティングを付着させるための新規の溶射方法及び
それによって製造されるコーティング物品に関する。よ
り特定的には、本発明は、コーティング材料の混合物を
溶射装置に供給し、溶射操作パラメーターを変化させる
ことによって付着するコーティングの組成を連続的に又
は断続的に変化させることに関する。付着の際のコーテ
ィング材料の組成の連続的又は断続的変化は、段階化又
は階層化されたコーティング構造を作り出す。
コーティングの新規の製造方法を提供すること。 【解決手段】 本発明は、段階化又は階層化された組成
のコーティングを付着させるための新規の溶射方法及び
それによって製造されるコーティング物品に関する。よ
り特定的には、本発明は、コーティング材料の混合物を
溶射装置に供給し、溶射操作パラメーターを変化させる
ことによって付着するコーティングの組成を連続的に又
は断続的に変化させることに関する。付着の際のコーテ
ィング材料の組成の連続的又は断続的変化は、段階化又
は階層化されたコーティング構造を作り出す。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基材上に段階化
（段階的な変化又はそれを設けること若しくは設けられ
たこと）又は階層化された組成のコーティングを付着さ
せるための新規の溶射（熱溶射、thermal spray）方
法、及びそれによって製造される被覆物品（コーティン
グされた物品又は単にコーティング物品とも言う）に関
する。より特定的には、本発明は、少なくとも２種のコ
ーティング材料を溶射装置に供給し、溶射操作パラメー
ターを変化させることによって付着するコーティングの
組成を連続的に又は断続的に変化させることに関する。
付着の際のコーティングの組成の変化は、段階化又は階
層化されたコーティング構造を作り出す。
（段階的な変化又はそれを設けること若しくは設けられ
たこと）又は階層化された組成のコーティングを付着さ
せるための新規の溶射（熱溶射、thermal spray）方
法、及びそれによって製造される被覆物品（コーティン
グされた物品又は単にコーティング物品とも言う）に関
する。より特定的には、本発明は、少なくとも２種のコ
ーティング材料を溶射装置に供給し、溶射操作パラメー
ターを変化させることによって付着するコーティングの
組成を連続的に又は断続的に変化させることに関する。
付着の際のコーティングの組成の変化は、段階化又は階
層化されたコーティング構造を作り出す。
【０００２】
【従来の技術】溶射プロセスの類には、デトネーション
（爆轟）ガン付着、高速酸素燃料付着及びその変法、例
えば高速空気燃料、プラズマスプレー、フレーム（火
炎）スプレー並びに電気ワイヤーアークスプレーが包含
される。殆どの熱コーティングプロセスにおいては、粉
末、線材（ワイヤー）又は棒材（ロッド）の形状の金
属、セラミック、サーメット又はある種のポリマー材料
がその融点付近又はそれより多少高い温度に加熱され、
ガス流中において材料の液滴が加速される。これらの液
滴はコーティングされるべき基材の表面に誘導され、そ
の表面に付着し、流動して薄い層状の粒子（スプラット
と称される）になる。コーティングは、重なり合い且つ
連結した多数のスプラットから築き上げられる。これら
のプロセス及びそれらが作るコーティングは、「Handbo
ok of Deposition Technologies for Films and Coatin
gs」第２版（R. F. Bunshah編集、米国ニュージャージ
ー州パークリッジ所在のNoyes出版社、１９９４年）第
５９１〜６４２１頁の『AdvancedThermal Spray Deposi
tion Techniques』（R. C. Tucker Jr.著）；「Handboo
kof Thin Films Process Technology」（英国ロンドン
所在のInstitute of Physics出版社、１９９５年）中の
『Thermal Spray Coatings』（R. C. Tucker Jr.著）；
及び「Surface Engineering ASM Handbook」第５巻（米
国オハイオ州マテリアルズ・パーク所在のASM Internat
ional、１９９４年）第４９７〜５０９頁の『Thermal S
pray Coatings』（R. C. Tucker Jr.著）に詳細に記載
されている。
（爆轟）ガン付着、高速酸素燃料付着及びその変法、例
えば高速空気燃料、プラズマスプレー、フレーム（火
炎）スプレー並びに電気ワイヤーアークスプレーが包含
される。殆どの熱コーティングプロセスにおいては、粉
末、線材（ワイヤー）又は棒材（ロッド）の形状の金
属、セラミック、サーメット又はある種のポリマー材料
がその融点付近又はそれより多少高い温度に加熱され、
ガス流中において材料の液滴が加速される。これらの液
滴はコーティングされるべき基材の表面に誘導され、そ
の表面に付着し、流動して薄い層状の粒子（スプラット
と称される）になる。コーティングは、重なり合い且つ
連結した多数のスプラットから築き上げられる。これら
のプロセス及びそれらが作るコーティングは、「Handbo
ok of Deposition Technologies for Films and Coatin
gs」第２版（R. F. Bunshah編集、米国ニュージャージ
ー州パークリッジ所在のNoyes出版社、１９９４年）第
５９１〜６４２１頁の『AdvancedThermal Spray Deposi
tion Techniques』（R. C. Tucker Jr.著）；「Handboo
kof Thin Films Process Technology」（英国ロンドン
所在のInstitute of Physics出版社、１９９５年）中の
『Thermal Spray Coatings』（R. C. Tucker Jr.著）；
及び「Surface Engineering ASM Handbook」第５巻（米
国オハイオ州マテリアルズ・パーク所在のASM Internat
ional、１９９４年）第４９７〜５０９頁の『Thermal S
pray Coatings』（R. C. Tucker Jr.著）に詳細に記載
されている。
【０００３】殆どすべての溶射プロセスにおいて、コー
ティングの構造及び特性を制御する最も重要なパラメー
ターの内の２つは、個々の粒子がコーティングされるべ
き表面に衝突するときの温度及び速度である。それらの
中でも、粒子の温度は本発明に関して最も重要性が高
い。粒子が付着プロセスの際に達成する温度は、プロセ
スガスの温度及びエンタルピー（熱含量）、粒子への熱
移動の特定的メカニズム、粒子の組成及び熱特性、粒子
の寸法及び形状分布、ガス流量に対する粒子の質量流
量、並びに粒子の移動時間を含む多数のパラメーターの
関数である。粒子が達成する速度は、同様の多数のパラ
メーターの関数であり、これらのいくつかは粒子温度に
影響を及ぼすものと同じであり、ガスの組成、速度及び
流量、粒子の寸法及び形状分布、粒子の質量導入（射
出）速度及び密度を包含する。かくして、溶射プロセス
の熱ガス動力学特徴が得られるコーティングの品質を決
定する。
ティングの構造及び特性を制御する最も重要なパラメー
ターの内の２つは、個々の粒子がコーティングされるべ
き表面に衝突するときの温度及び速度である。それらの
中でも、粒子の温度は本発明に関して最も重要性が高
い。粒子が付着プロセスの際に達成する温度は、プロセ
スガスの温度及びエンタルピー（熱含量）、粒子への熱
移動の特定的メカニズム、粒子の組成及び熱特性、粒子
の寸法及び形状分布、ガス流量に対する粒子の質量流
量、並びに粒子の移動時間を含む多数のパラメーターの
関数である。粒子が達成する速度は、同様の多数のパラ
メーターの関数であり、これらのいくつかは粒子温度に
影響を及ぼすものと同じであり、ガスの組成、速度及び
流量、粒子の寸法及び形状分布、粒子の質量導入（射
出）速度及び密度を包含する。かくして、溶射プロセス
の熱ガス動力学特徴が得られるコーティングの品質を決
定する。
【０００４】典型的なデトネーションガン付着プロセス
においては、酸素とアセチレンのような燃料との混合物
が、コーティング材料の粉末のパルスと共に、直径約２
５ｍｍ、長さ１ｍ以上のバレルのようなバレル中に導入
される。このガス混合物がデトネート（爆轟）され、バ
レルを下方向に移動するデトネーション波（爆轟波）が
前記粉末をその融点又はそれより多少高い温度に加熱
し、この粉末を約７５０ｍ／秒の速度に加速する。溶融
状態の又は溶融状態に近い材料の液滴はコーティングさ
れるべき表面に打ち当たり、流動して強く結合したスプ
ラットになる。それぞれのデトネーションの後に、一般
的にバレルは窒素のような不活性ガスでパージされ、こ
のプロセスが１秒間に何度も繰り返される。デトネーシ
ョンガンコーティングは典型的には、２容量％より低い
多孔度を、非常に高い凝集強さ及び非常に高い基材に対
する結合強さと共に、有する。Super D-Gun（商標）コ
ーティングプロセスにおいては、ガス混合物はアセチレ
ンに加えて別の燃料ガスを含む。その結果、デトネーシ
ョンガス生成物の容量が増加し、これが圧力を高め、従
ってガス速度を大いに高める。これは他方でコーティン
グ材料粒子速度を高め、この速度は１０００ｍ／秒を超
えることがある。粒子速度が高められたことの結果とし
て、コーティング結合強さ、密度の増大をもたらし、コ
ーティングの圧縮残留応力の増大がもたらされる。デト
ネーションガンコーティングプロセス及びSuper D-Gun
コーティングプロセスの両方において、デトネートされ
たガス混合物の温度を調節するため及び従って粉末温度
を調節するために、デトネーションガス混合物に窒素又
は別の不活性ガスを添加することができる。粒子温度及
び速度の両方を調節するために、ガン中に送られるガス
の組成及び流量を含めて多くのパラメーターを用いるこ
とができる。
においては、酸素とアセチレンのような燃料との混合物
が、コーティング材料の粉末のパルスと共に、直径約２
５ｍｍ、長さ１ｍ以上のバレルのようなバレル中に導入
される。このガス混合物がデトネート（爆轟）され、バ
レルを下方向に移動するデトネーション波（爆轟波）が
前記粉末をその融点又はそれより多少高い温度に加熱
し、この粉末を約７５０ｍ／秒の速度に加速する。溶融
状態の又は溶融状態に近い材料の液滴はコーティングさ
れるべき表面に打ち当たり、流動して強く結合したスプ
ラットになる。それぞれのデトネーションの後に、一般
的にバレルは窒素のような不活性ガスでパージされ、こ
のプロセスが１秒間に何度も繰り返される。デトネーシ
ョンガンコーティングは典型的には、２容量％より低い
多孔度を、非常に高い凝集強さ及び非常に高い基材に対
する結合強さと共に、有する。Super D-Gun（商標）コ
ーティングプロセスにおいては、ガス混合物はアセチレ
ンに加えて別の燃料ガスを含む。その結果、デトネーシ
ョンガス生成物の容量が増加し、これが圧力を高め、従
ってガス速度を大いに高める。これは他方でコーティン
グ材料粒子速度を高め、この速度は１０００ｍ／秒を超
えることがある。粒子速度が高められたことの結果とし
て、コーティング結合強さ、密度の増大をもたらし、コ
ーティングの圧縮残留応力の増大がもたらされる。デト
ネーションガンコーティングプロセス及びSuper D-Gun
コーティングプロセスの両方において、デトネートされ
たガス混合物の温度を調節するため及び従って粉末温度
を調節するために、デトネーションガス混合物に窒素又
は別の不活性ガスを添加することができる。粒子温度及
び速度の両方を調節するために、ガン中に送られるガス
の組成及び流量を含めて多くのパラメーターを用いるこ
とができる。
【０００５】高速酸素燃料コーティングプロセス及びそ
れに関連したコーティングプロセスにおいては、燃焼室
中で水素、プロパン、プロピレン、アセチレン又はケロ
シンのような燃料を燃焼させるために酸素、空気又は別
の酸素源が用いられ、ガス状燃焼生成物が膨張してノズ
ルに通される。ガス速度は超音速となることがある。粉
末化されたコーティング材料はノズルに導入され、その
融点付近又はそれ以上に加熱され、比較的高い速度に、
例えばある種のコーティング系については約６００ｍ／
秒までの高い速度に加速される。ノズルを通るガス流の
温度及び速度並びに最終的に粉末粒子の温度及び速度
は、ガン中に送られるガス又は液体の組成及び流量を変
えることによって調節することができる。溶融粒子はコ
ーティングされるべき表面に衝突し、流動して、かなり
稠密に圧縮されて基材に対しても相互間でもしっかり結
合したスプラットになる。
れに関連したコーティングプロセスにおいては、燃焼室
中で水素、プロパン、プロピレン、アセチレン又はケロ
シンのような燃料を燃焼させるために酸素、空気又は別
の酸素源が用いられ、ガス状燃焼生成物が膨張してノズ
ルに通される。ガス速度は超音速となることがある。粉
末化されたコーティング材料はノズルに導入され、その
融点付近又はそれ以上に加熱され、比較的高い速度に、
例えばある種のコーティング系については約６００ｍ／
秒までの高い速度に加速される。ノズルを通るガス流の
温度及び速度並びに最終的に粉末粒子の温度及び速度
は、ガン中に送られるガス又は液体の組成及び流量を変
えることによって調節することができる。溶融粒子はコ
ーティングされるべき表面に衝突し、流動して、かなり
稠密に圧縮されて基材に対しても相互間でもしっかり結
合したスプラットになる。
【０００６】プラズマスプレーコーティングプロセスに
おいては、ガスは、タングステンカソード周辺及び収束
し次いで広がる比較的短いノズルを通って流れるとき
に、電気アークによって一部イオン化される。部分的に
イオン化されたガス、即ちガスプラズマは、通常はアル
ゴンをベースとするが、例えば水素、窒素又はヘリウム
を含有することもできる。プラズマのコアにおける温度
は３００００Ｋを超えることもでき、ガスの速度は超音
速となることがある。コーティング材料（通常は粉末の
形のもの）がガスプラズマ中に導入され、その融点付近
又はそれ以上に加熱され、約６００ｍ／秒に達し得る速
度に加速される。コーティング材料への熱移動の速度及
び最終的にコーティング材料の温度は、ガスプラズマの
流量及び組成並びにトーチ設計及び粉末導入技術の関数
である。溶融粒子は、コーティングされるべき表面に対
して噴射され、粘着性スプラットを形成する。
おいては、ガスは、タングステンカソード周辺及び収束
し次いで広がる比較的短いノズルを通って流れるとき
に、電気アークによって一部イオン化される。部分的に
イオン化されたガス、即ちガスプラズマは、通常はアル
ゴンをベースとするが、例えば水素、窒素又はヘリウム
を含有することもできる。プラズマのコアにおける温度
は３００００Ｋを超えることもでき、ガスの速度は超音
速となることがある。コーティング材料（通常は粉末の
形のもの）がガスプラズマ中に導入され、その融点付近
又はそれ以上に加熱され、約６００ｍ／秒に達し得る速
度に加速される。コーティング材料への熱移動の速度及
び最終的にコーティング材料の温度は、ガスプラズマの
流量及び組成並びにトーチ設計及び粉末導入技術の関数
である。溶融粒子は、コーティングされるべき表面に対
して噴射され、粘着性スプラットを形成する。
【０００７】フレームスプレーコーティングプロセスに
おいては、酸素及び燃料ガス（例えばアセチレン）がト
ーチ中で燃焼される。粉末、線材又は棒材がフレーム中
に導入され、そこで溶融され、加速される。粒子速度は
約３００ｍ／秒に達し得る。ガスの最大温度及び最終的
にコーティング材料の最大温度は、用いるガスの流量及
び組成並びにトーチ設計の関数である。ここでもまた、
溶融粒子は、コーティングされるべき表面に対して噴射
され、粘着性スプラットを形成する。
おいては、酸素及び燃料ガス（例えばアセチレン）がト
ーチ中で燃焼される。粉末、線材又は棒材がフレーム中
に導入され、そこで溶融され、加速される。粒子速度は
約３００ｍ／秒に達し得る。ガスの最大温度及び最終的
にコーティング材料の最大温度は、用いるガスの流量及
び組成並びにトーチ設計の関数である。ここでもまた、
溶融粒子は、コーティングされるべき表面に対して噴射
され、粘着性スプラットを形成する。
【０００８】溶射コーティングプロセスは階層化コーテ
ィングを付着させるために長年にわたって用いられてき
た。これらのコーティングは、組成及び特性が異なる別
個の（複数の）層から成る。例えば、コーティングは、
基材に隣接したニッケル−２０クロム（ここでの組成は
別途記載がない限り重量％のものである）のような金属
合金の層とその上のジルコニアの層とから成る単純な二
重コーティングであってよい。この場合、コーティング
系の機械的衝撃若しくは熱的衝撃耐性を高めるため又は
基材を腐蝕から保護するために、ニッケル−クロムの下
塗り層を用いてもよい。機械的又は熱的衝撃耐性の向上
は、ニッケル−クロムとジルコニアとの混合物から成る
第三のコーティング層を純粋なニッケル−クロム層とジ
ルコニア層との間に追加することによって達成すること
ができる。別法として、２つ以上のそれぞれジルコニア
の量が増加した介在層を用いる（かくして連続的に段階
化された構造にする）ことによって、おそらくさらによ
り一層良好な熱的又は機械的衝撃耐性を達成することが
できるだろう。近年、ある種の段階化コーティングは
「機能的に段階化された」コーティング系と称されてい
る。
ィングを付着させるために長年にわたって用いられてき
た。これらのコーティングは、組成及び特性が異なる別
個の（複数の）層から成る。例えば、コーティングは、
基材に隣接したニッケル−２０クロム（ここでの組成は
別途記載がない限り重量％のものである）のような金属
合金の層とその上のジルコニアの層とから成る単純な二
重コーティングであってよい。この場合、コーティング
系の機械的衝撃若しくは熱的衝撃耐性を高めるため又は
基材を腐蝕から保護するために、ニッケル−クロムの下
塗り層を用いてもよい。機械的又は熱的衝撃耐性の向上
は、ニッケル−クロムとジルコニアとの混合物から成る
第三のコーティング層を純粋なニッケル−クロム層とジ
ルコニア層との間に追加することによって達成すること
ができる。別法として、２つ以上のそれぞれジルコニア
の量が増加した介在層を用いる（かくして連続的に段階
化された構造にする）ことによって、おそらくさらによ
り一層良好な熱的又は機械的衝撃耐性を達成することが
できるだろう。近年、ある種の段階化コーティングは
「機能的に段階化された」コーティング系と称されてい
る。
【０００９】本発明以前には、段階化コーティング構造
を作る一般的な手段は、溶射装置（様々な層を付着させ
るために２個以上の装置を用いた場合には複数の溶射装
置）に供給される粉末、線材又は棒状コーティング材料
の組成を断続的に変化させるものだった。特定層組成物
の所望のコーティング構造を得るためには、各層につい
てコーティング付着のパラメーター及び場合によっては
コーティング溶射装置が変えられていた。殆どの場合、
このことは、コーティングプロセスを停止し、粉末、線
材又は棒材供給装置及び組成を変え、電力、ガス流及び
ガス組成のような付着パラメーターを変化させ、プロセ
スを再始動させ、基材のコーティングを連続的なものに
することができるまでは新しいコーティングを適切なも
のにしなければならないということを意味する。これら
のすべてはコーティングプロセスに相当な時間及び費用
を追加する。さらに、各層をコーティングする間の時間
は、一般的に層間の結合強度及び全体的なコーティング
系の強度を低下させる傾向がある。
を作る一般的な手段は、溶射装置（様々な層を付着させ
るために２個以上の装置を用いた場合には複数の溶射装
置）に供給される粉末、線材又は棒状コーティング材料
の組成を断続的に変化させるものだった。特定層組成物
の所望のコーティング構造を得るためには、各層につい
てコーティング付着のパラメーター及び場合によっては
コーティング溶射装置が変えられていた。殆どの場合、
このことは、コーティングプロセスを停止し、粉末、線
材又は棒材供給装置及び組成を変え、電力、ガス流及び
ガス組成のような付着パラメーターを変化させ、プロセ
スを再始動させ、基材のコーティングを連続的なものに
することができるまでは新しいコーティングを適切なも
のにしなければならないということを意味する。これら
のすべてはコーティングプロセスに相当な時間及び費用
を追加する。さらに、各層をコーティングする間の時間
は、一般的に層間の結合強度及び全体的なコーティング
系の強度を低下させる傾向がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の１つの目的
は、組成及び／又は特性の点で段階化された溶射コーテ
ィングの新規の製造方法を提供することである。本発明
のさらなる目的は、前記の新規の方法によって製造され
る、組成及び／又は密度特性の点で段階化された新規の
コーティングを提供することにある。本発明のさらなる
目的はまた、本発明の新規の方法を用いて製造される段
階化されたコーティングを有する物品を提供することに
もある。本発明のさらなる目的は、従来技術の多層コー
ティングを用いて達成することができるものより大きい
凝集強さを有する段階化コーティングの付着方法を提供
することにある。また、従来技術の段階化コーティング
のものより大きい凝集強さを有する段階化コーティング
を提供することも、本発明のさらなる目的である。本発
明のコーティングのより一層高い凝集強さは、本発明の
方法によってより一層スムーズな組成及び特性の変化が
達成されること並びにコーティングの各層の付着の間の
時間が短いことの結果であると信じられる。
は、組成及び／又は特性の点で段階化された溶射コーテ
ィングの新規の製造方法を提供することである。本発明
のさらなる目的は、前記の新規の方法によって製造され
る、組成及び／又は密度特性の点で段階化された新規の
コーティングを提供することにある。本発明のさらなる
目的はまた、本発明の新規の方法を用いて製造される段
階化されたコーティングを有する物品を提供することに
もある。本発明のさらなる目的は、従来技術の多層コー
ティングを用いて達成することができるものより大きい
凝集強さを有する段階化コーティングの付着方法を提供
することにある。また、従来技術の段階化コーティング
のものより大きい凝集強さを有する段階化コーティング
を提供することも、本発明のさらなる目的である。本発
明のコーティングのより一層高い凝集強さは、本発明の
方法によってより一層スムーズな組成及び特性の変化が
達成されること並びにコーティングの各層の付着の間の
時間が短いことの結果であると信じられる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】発明の概要 本発明は、少なくとも２種のコーティング材料の混合物
を溶射装置に供給し、付着操作の間に溶射装置の付着パ
ラメーターの少なくとも１つを変化させることによって
付着するコーティング材料の組成を変化させて基材上に
段階化被覆不均質層を作ることを含む、基材上に段階化
溶射被覆層を製造する方法に関する。本発明の方法のた
めの溶射装置は、付着するコーティング材料の温度及び
コーティング材料粒子の速度を調節又は監視することが
できるパラメーターを有する。
を溶射装置に供給し、付着操作の間に溶射装置の付着パ
ラメーターの少なくとも１つを変化させることによって
付着するコーティング材料の組成を変化させて基材上に
段階化被覆不均質層を作ることを含む、基材上に段階化
溶射被覆層を製造する方法に関する。本発明の方法のた
めの溶射装置は、付着するコーティング材料の温度及び
コーティング材料粒子の速度を調節又は監視することが
できるパラメーターを有する。
【００１２】本発明はまた、本発明の新規のコーティン
グプロセスによって組成及び／又は密度特性の点でスム
ーズに変化する段階化を有する独特なコーティング構造
を付着させることにも関する。コーティングを連続的に
付着させながら付着パラメーターを変化させることがで
きるので、組成及び／又は密度特性の段階化又は変化が
非常にスムーズである。もしもコーティングが連続的に
付着せしめられていれば、組成及び特性の段階化又は変
化は非常にスムーズである。もしもガンやトーチを動か
さずにそしてさらに基材を固定式にしてコーティングを
付着させると、コーティングの段階化は連続的になり、
即ち厚さの関数としての不連続な（離散した）変化がな
くなる。しかしながら、殆どの場合においては、コーテ
ィング装置及び基材は互いに関して動かされることがで
き、コーティングは多層式で付着せしめられる。本発明
の方法を用いると、各層を前の層や後の層とはわずかに
異なるものにすることができる。コーティングはコーテ
ィング装置によって連続的に付着せしめられているの
で、層と層との間の時間は基材の寸法及び移動時間（コ
ーティング装置と基材との間の相対運動時間）に依存す
る。層と層との間の違いは、付着パラメーター及び横送
り速度の変化の割合と相関関係がある。段階化のスムー
ズさは、個々の層の厚さと相関関係があり、この厚さは
非常に薄くすることができる。コーティング及び各ゾー
ンの合計厚さは、その用途の要求と相関関係がある。コ
ーティングの合計厚さは典型的には１００〜５００μｍ
の範囲であるが、用途の特定的な要求を満たすのに必要
ならばもっと厚くしたり薄くしたりすることもできる。
グプロセスによって組成及び／又は密度特性の点でスム
ーズに変化する段階化を有する独特なコーティング構造
を付着させることにも関する。コーティングを連続的に
付着させながら付着パラメーターを変化させることがで
きるので、組成及び／又は密度特性の段階化又は変化が
非常にスムーズである。もしもコーティングが連続的に
付着せしめられていれば、組成及び特性の段階化又は変
化は非常にスムーズである。もしもガンやトーチを動か
さずにそしてさらに基材を固定式にしてコーティングを
付着させると、コーティングの段階化は連続的になり、
即ち厚さの関数としての不連続な（離散した）変化がな
くなる。しかしながら、殆どの場合においては、コーテ
ィング装置及び基材は互いに関して動かされることがで
き、コーティングは多層式で付着せしめられる。本発明
の方法を用いると、各層を前の層や後の層とはわずかに
異なるものにすることができる。コーティングはコーテ
ィング装置によって連続的に付着せしめられているの
で、層と層との間の時間は基材の寸法及び移動時間（コ
ーティング装置と基材との間の相対運動時間）に依存す
る。層と層との間の違いは、付着パラメーター及び横送
り速度の変化の割合と相関関係がある。段階化のスムー
ズさは、個々の層の厚さと相関関係があり、この厚さは
非常に薄くすることができる。コーティング及び各ゾー
ンの合計厚さは、その用途の要求と相関関係がある。コ
ーティングの合計厚さは典型的には１００〜５００μｍ
の範囲であるが、用途の特定的な要求を満たすのに必要
ならばもっと厚くしたり薄くしたりすることもできる。
【００１３】本発明はまた、本発明の段階化コーティン
グを有する物品にも関する。かかる物品には、コーティ
ングの機械的特性、熱特性及び電気的特性を高めるため
に段階化された特性を有するコーティングを必要とする
ものが包含される。非限定的な例示として、これらのコ
ーティング物品の例には、（ａ）酸化物又は炭化物のよ
うな非常に固く脆い表面から、より大きい耐衝撃性及び
基材に対するコーティングのより高い結合強さを提供す
るために、基材に隣接した強靱で延性がある金属層への
段階化を必要とするもの；（ｂ）酸化物のような熱遮断
外側層から、耐酸化性及び耐熱衝撃性を提供する基材に
隣接した金属層への段階化を必要とするもの；並びに
（ｃ）耐摩耗及び耐腐蝕性外側表面から電気抵抗のため
の基材に隣接した酸化物層への段階化を必要とするもの
が包含される。
グを有する物品にも関する。かかる物品には、コーティ
ングの機械的特性、熱特性及び電気的特性を高めるため
に段階化された特性を有するコーティングを必要とする
ものが包含される。非限定的な例示として、これらのコ
ーティング物品の例には、（ａ）酸化物又は炭化物のよ
うな非常に固く脆い表面から、より大きい耐衝撃性及び
基材に対するコーティングのより高い結合強さを提供す
るために、基材に隣接した強靱で延性がある金属層への
段階化を必要とするもの；（ｂ）酸化物のような熱遮断
外側層から、耐酸化性及び耐熱衝撃性を提供する基材に
隣接した金属層への段階化を必要とするもの；並びに
（ｃ）耐摩耗及び耐腐蝕性外側表面から電気抵抗のため
の基材に隣接した酸化物層への段階化を必要とするもの
が包含される。
【００１４】本明細書において段階化されたコーティン
グ層（被覆層）とは、少なくとも２種のコーティング材
料の混合物を含む少なくとも１つの層であって、これら
コーティング材料の内の少なくとも１種が異なる組成を
有し、不均質なコーティング層を作るものを意味するも
のとする。また、本明細書においてコーティング材料の
組成とは、コーティング材料の密度を包含するものとす
る。
グ層（被覆層）とは、少なくとも２種のコーティング材
料の混合物を含む少なくとも１つの層であって、これら
コーティング材料の内の少なくとも１種が異なる組成を
有し、不均質なコーティング層を作るものを意味するも
のとする。また、本明細書においてコーティング材料の
組成とは、コーティング材料の密度を包含するものとす
る。
【００１５】本明細書において規定された通りの段階化
コーティングは、コーティング系の機械的衝撃耐性、熱
衝撃耐性及び耐腐蝕性を高めるため並びにその他の目的
のために、広く用いられる。時には、段階化コーティン
グは、別の方法で可能であろうものより厚いコーティン
グを付着させることを可能にするのに用いられる。基材
の次のコーティング層を金属合金にして、最も外側のコ
ーティング層を酸化物又はサーメットにするのが特に一
般的である。この金属層は、サーメット又は酸化物を基
材に対して直接配置させる場合よりもより良好に基材及
びサーメット又は酸化物に結合する。また、これは弾性
率のような機械的特性を有する中間層（介在層）を提供
することによって全体的なコーティングの機械的衝撃耐
性及びその他の特性を改善することもできる。また、金
属層のクリープを介した応力除去のようなその他のファ
クターも重要である。このタイプの系の例には、摩耗し
た機械部品を修理するために用いられる炭化タングステ
ンコバルトコーティングの下にニッケルベース合金を用
いるものがある。また、コーティングされた系の熱衝撃
耐性は、金属中間層を用いて系の結合強さを高め且つ金
属基材と酸化物外側コーティングとの間に断続的な熱膨
張係数を提供することによって、改善することもでき
る。このタイプのコーティングは、熱遮断コーティング
系においてよく用いられており、そこでは酸化及びその
他の形の腐蝕から基材を保護するために金属合金下塗り
も用いられる。航空機の翼のような航空機部品のような
熱遮断コーティング系の典型的な例では、コバルト−ニ
ッケル−クロム−アルミニウム−イットリウム金属合金
下塗り及びジルコニア−イットリア外側コーティングが
用いられる。基材、大抵の場合ガスタービンエンジンの
超合金タービン羽根又は翼を保護するための耐腐蝕性バ
リヤーを提供するためには、金属コーティングに固有の
多孔性は、付着後に熱処理によってシールされる。
コーティングは、コーティング系の機械的衝撃耐性、熱
衝撃耐性及び耐腐蝕性を高めるため並びにその他の目的
のために、広く用いられる。時には、段階化コーティン
グは、別の方法で可能であろうものより厚いコーティン
グを付着させることを可能にするのに用いられる。基材
の次のコーティング層を金属合金にして、最も外側のコ
ーティング層を酸化物又はサーメットにするのが特に一
般的である。この金属層は、サーメット又は酸化物を基
材に対して直接配置させる場合よりもより良好に基材及
びサーメット又は酸化物に結合する。また、これは弾性
率のような機械的特性を有する中間層（介在層）を提供
することによって全体的なコーティングの機械的衝撃耐
性及びその他の特性を改善することもできる。また、金
属層のクリープを介した応力除去のようなその他のファ
クターも重要である。このタイプの系の例には、摩耗し
た機械部品を修理するために用いられる炭化タングステ
ンコバルトコーティングの下にニッケルベース合金を用
いるものがある。また、コーティングされた系の熱衝撃
耐性は、金属中間層を用いて系の結合強さを高め且つ金
属基材と酸化物外側コーティングとの間に断続的な熱膨
張係数を提供することによって、改善することもでき
る。このタイプのコーティングは、熱遮断コーティング
系においてよく用いられており、そこでは酸化及びその
他の形の腐蝕から基材を保護するために金属合金下塗り
も用いられる。航空機の翼のような航空機部品のような
熱遮断コーティング系の典型的な例では、コバルト−ニ
ッケル−クロム−アルミニウム−イットリウム金属合金
下塗り及びジルコニア−イットリア外側コーティングが
用いられる。基材、大抵の場合ガスタービンエンジンの
超合金タービン羽根又は翼を保護するための耐腐蝕性バ
リヤーを提供するためには、金属コーティングに固有の
多孔性は、付着後に熱処理によってシールされる。
【００１６】本発明に従えば、多くの段階化コーティン
グ系の特性は、コーティングの層の数を増やすと共に最
終外側層の材料の量を増やすことによって、向上させる
ことができる。このことの結果として、層の数が増える
につれて特性の変化がより一層スムーズになる。
グ系の特性は、コーティングの層の数を増やすと共に最
終外側層の材料の量を増やすことによって、向上させる
ことができる。このことの結果として、層の数が増える
につれて特性の変化がより一層スムーズになる。
【００１７】本発明は、コーティング材料の混合物を溶
射ガン又はトーチに供給し、溶射プロセスガスの熱パラ
メーターを変化させることによってこの混合物の個々の
成分の付着速度を制御された態様で変化させる、新規の
溶射プロセスに関する。簡単なしかし非限定的な例とし
て、融点、寸法、形状、熱容量及び熱吸収特徴を含む特
性が異なる２種の成分Ａ及びＢから成るコーティング材
料を考える。溶射付着パラメーターを、最初にＢではな
くてＡの付着速度及び効率を最適化するように設定し、
次いでＢの付着速度及び効率を最適化するように段階的
に変化させることができる。かくして、付着したコーテ
ィングは、Ａを主体とするものからＡ＋Ｂへ、そしてＢ
を主体とするものへの組成の段階化を有するだろう。組
成の段階化に加えて、付着パラメーターを変化させるこ
とによって密度のような別の特性の段階化を為すことも
できる。本発明は組成及び特性の点で連続的に段階化さ
れたコーティングを包含するが、所定の厚さについてコ
ーティングの１つ以上の層が一定に保たれたコーティン
グをも包含する。これらの任意の及びすべての段階化の
ヴァリエーション（変形）は、本明細書において用いた
時の「段階化」という用語に包含されるものとする。コ
ーティング材料は通常は粉末の形で溶射装置に供給され
るが、１種以上の成分を線材又は棒材の形で供給するこ
ともできる。コーティング材料の２種以上の成分が粉末
の形にある場合、それらを機械的にブレンドして単一の
粉末ディスペンサーから溶射装置に供給したり、２つ以
上の粉末ディスペンサーから個々に又は部分的なブレン
ド状で溶射装置に供給したりすることもできる。コーテ
ィング材料は、殆どのデトネーションガン及び高速酸素
燃料装置におけるように内部的に、又は多くのプラズマ
スプレー装置におけるように外部的に、溶射装置に供給
することができる。ガス組成及び流量、電力レベル並び
にコーティング材料導入速度を含む付着パラメーターの
変化は、付着プロセスの間に、装置の運転者によって手
動で、又はコンピューター制御によって自動的に、行う
ことができる。
射ガン又はトーチに供給し、溶射プロセスガスの熱パラ
メーターを変化させることによってこの混合物の個々の
成分の付着速度を制御された態様で変化させる、新規の
溶射プロセスに関する。簡単なしかし非限定的な例とし
て、融点、寸法、形状、熱容量及び熱吸収特徴を含む特
性が異なる２種の成分Ａ及びＢから成るコーティング材
料を考える。溶射付着パラメーターを、最初にＢではな
くてＡの付着速度及び効率を最適化するように設定し、
次いでＢの付着速度及び効率を最適化するように段階的
に変化させることができる。かくして、付着したコーテ
ィングは、Ａを主体とするものからＡ＋Ｂへ、そしてＢ
を主体とするものへの組成の段階化を有するだろう。組
成の段階化に加えて、付着パラメーターを変化させるこ
とによって密度のような別の特性の段階化を為すことも
できる。本発明は組成及び特性の点で連続的に段階化さ
れたコーティングを包含するが、所定の厚さについてコ
ーティングの１つ以上の層が一定に保たれたコーティン
グをも包含する。これらの任意の及びすべての段階化の
ヴァリエーション（変形）は、本明細書において用いた
時の「段階化」という用語に包含されるものとする。コ
ーティング材料は通常は粉末の形で溶射装置に供給され
るが、１種以上の成分を線材又は棒材の形で供給するこ
ともできる。コーティング材料の２種以上の成分が粉末
の形にある場合、それらを機械的にブレンドして単一の
粉末ディスペンサーから溶射装置に供給したり、２つ以
上の粉末ディスペンサーから個々に又は部分的なブレン
ド状で溶射装置に供給したりすることもできる。コーテ
ィング材料は、殆どのデトネーションガン及び高速酸素
燃料装置におけるように内部的に、又は多くのプラズマ
スプレー装置におけるように外部的に、溶射装置に供給
することができる。ガス組成及び流量、電力レベル並び
にコーティング材料導入速度を含む付着パラメーターの
変化は、付着プロセスの間に、装置の運転者によって手
動で、又はコンピューター制御によって自動的に、行う
ことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】詳しい説明 本発明は、溶射コーティングプロセスを用い、２種以上
の粉末の混合物を溶射装置に供給し、該装置の付着パラ
メーターを連続的に又は不連続的に変化させる、段階化
コーティングの付着方法を含む。その結果は、最初は粉
末の成分の内の１種のものの付着速度又は効率が優勢的
であり、操作パラメーターを変化させるにつれて別の成
分の付着速度が少しずつだんだんに優勢的になる。限定
されることは意図しないが、その例は、金属合金又は酸
化物のような融点が異なる２種の材料の混合物の付着で
ある。基材の次の金属層からコーティングの外側表面上
の酸化物層までの段階化を有するコーティングが要求さ
れる場合には、ガス流の熱含量が最初に酸化物ではなく
て金属粉末を溶融又は殆ど溶融させるのに足りる分だけ
の比較的低いものになるように、装置の操作パラメータ
ーを設定する。これらの条件下では、金属の付着速度が
非常に高くなり、酸化物の付着速度は非常に低く又は殆
ど０になるだろう。次いで、１種以上の酸化物がその融
点付近又はそれ以上に加熱されるようにガス流の熱含量
を高めるために、溶射装置の付着パラメーターを変更す
る。これによって酸化物の付着速度が高くなり、コーテ
ィング組成物の酸化物分率がだんだん高くなる。ガス流
の熱含量が充分高いレベルに上昇するにつれて、金属が
蒸発するせいで又は粒子がコーティングされるべき表面
に衝突する際にその表面に接着しないでむしろはね散っ
てしまうようになるような度合いまで粒子が過熱される
ことのせいで、金属の付着速度が衰える。かくして、得
られるコーティングは、殆ど純粋な金属から殆ど純粋な
酸化物までの連続的な組成の段階化を有することができ
る。もしもコーティングの厚みの中のある部分について
一定の組成を有することが望まれるのだったら、溶射装
置の付着パラメーターをある期間一定に保つことができ
る。かくして、金属対酸化物のコーティングの例で進め
ると、基材に隣接してある厚さの殆ど純粋な金属層を設
け、それに続く段階化ゾーンを設け、それに続く殆ど純
粋な酸化物層を設けることが可能である。この例は、優
れた熱遮断コーティングを製造するのに用いることがで
きる。
の粉末の混合物を溶射装置に供給し、該装置の付着パラ
メーターを連続的に又は不連続的に変化させる、段階化
コーティングの付着方法を含む。その結果は、最初は粉
末の成分の内の１種のものの付着速度又は効率が優勢的
であり、操作パラメーターを変化させるにつれて別の成
分の付着速度が少しずつだんだんに優勢的になる。限定
されることは意図しないが、その例は、金属合金又は酸
化物のような融点が異なる２種の材料の混合物の付着で
ある。基材の次の金属層からコーティングの外側表面上
の酸化物層までの段階化を有するコーティングが要求さ
れる場合には、ガス流の熱含量が最初に酸化物ではなく
て金属粉末を溶融又は殆ど溶融させるのに足りる分だけ
の比較的低いものになるように、装置の操作パラメータ
ーを設定する。これらの条件下では、金属の付着速度が
非常に高くなり、酸化物の付着速度は非常に低く又は殆
ど０になるだろう。次いで、１種以上の酸化物がその融
点付近又はそれ以上に加熱されるようにガス流の熱含量
を高めるために、溶射装置の付着パラメーターを変更す
る。これによって酸化物の付着速度が高くなり、コーテ
ィング組成物の酸化物分率がだんだん高くなる。ガス流
の熱含量が充分高いレベルに上昇するにつれて、金属が
蒸発するせいで又は粒子がコーティングされるべき表面
に衝突する際にその表面に接着しないでむしろはね散っ
てしまうようになるような度合いまで粒子が過熱される
ことのせいで、金属の付着速度が衰える。かくして、得
られるコーティングは、殆ど純粋な金属から殆ど純粋な
酸化物までの連続的な組成の段階化を有することができ
る。もしもコーティングの厚みの中のある部分について
一定の組成を有することが望まれるのだったら、溶射装
置の付着パラメーターをある期間一定に保つことができ
る。かくして、金属対酸化物のコーティングの例で進め
ると、基材に隣接してある厚さの殆ど純粋な金属層を設
け、それに続く段階化ゾーンを設け、それに続く殆ど純
粋な酸化物層を設けることが可能である。この例は、優
れた熱遮断コーティングを製造するのに用いることがで
きる。
【００１９】溶射装置がデトネーションガンである状況
においては、ガス混合物の組成を変化させることによっ
てガン中のガス流の熱含量及びガス流の速度を変化させ
ることができる。燃料ガス組成及び燃料対酸化剤の比の
両方を変化させることができる。酸化剤は通常は酸素で
ある。デトネーション付着の場合、燃料は通常はアセチ
レンである。Super D-Gun付着の場合、燃料は通常はア
セチレンとプロピレンのような別の燃料との混合物であ
る。熱含量は、窒素のような中性ガスを添加することに
よって低下させることができる。
においては、ガス混合物の組成を変化させることによっ
てガン中のガス流の熱含量及びガス流の速度を変化させ
ることができる。燃料ガス組成及び燃料対酸化剤の比の
両方を変化させることができる。酸化剤は通常は酸素で
ある。デトネーション付着の場合、燃料は通常はアセチ
レンである。Super D-Gun付着の場合、燃料は通常はア
セチレンとプロピレンのような別の燃料との混合物であ
る。熱含量は、窒素のような中性ガスを添加することに
よって低下させることができる。
【００２０】溶射装置が高速酸素燃料トーチ又はガンで
ある状況においては、燃料及び酸化剤の組成を変化させ
ることによってトーチ又はガンからのガス流の熱含量及
び速度を変化させることができる。燃料は前記のような
ガス又は液体であることができる。酸化剤は通常は酸素
ガスであるが、空気又は別の酸化剤であってもよい。
ある状況においては、燃料及び酸化剤の組成を変化させ
ることによってトーチ又はガンからのガス流の熱含量及
び速度を変化させることができる。燃料は前記のような
ガス又は液体であることができる。酸化剤は通常は酸素
ガスであるが、空気又は別の酸化剤であってもよい。
【００２１】溶射装置がプラズマスプレートーチである
状況においては、電力レベル、ガス流量又はガス組成を
変化させることによってプラズマガス流の熱含量を変化
させることができる。前記のように、通常はアルゴンが
ベースガスであるが、水素、窒素及びヘリウムを添加す
ることも多い。ある種のプラズマスプレー装置では、プ
ラズマ流を作るためにガスではなくてむしろ液状水が用
いられる。また、ある種のパラメーターを変化させるこ
とによってプラズマガス流の速度を変化させることもで
きる。
状況においては、電力レベル、ガス流量又はガス組成を
変化させることによってプラズマガス流の熱含量を変化
させることができる。前記のように、通常はアルゴンが
ベースガスであるが、水素、窒素及びヘリウムを添加す
ることも多い。ある種のプラズマスプレー装置では、プ
ラズマ流を作るためにガスではなくてむしろ液状水が用
いられる。また、ある種のパラメーターを変化させるこ
とによってプラズマガス流の速度を変化させることもで
きる。
【００２２】溶射装置からのガス流速度の変化は、結果
として、粒子速度の変化をもたらし、従ってフライト中
（空中）の粒子の停止時間をもたらす。これは粒子を加
熱して加速することができる時間に影響を及ぼし、従っ
てその最大温度及び速度に影響を及ぼす。停止時間はま
た、トーチ又はガンとコーティングされるべき表面との
間の粒子が移動する距離にも影響を及ぼす。
として、粒子速度の変化をもたらし、従ってフライト中
（空中）の粒子の停止時間をもたらす。これは粒子を加
熱して加速することができる時間に影響を及ぼし、従っ
てその最大温度及び速度に影響を及ぼす。停止時間はま
た、トーチ又はガンとコーティングされるべき表面との
間の粒子が移動する距離にも影響を及ぼす。
【００２３】任意の溶射装置について用いられる付着パ
ラメーターの種類は、装置及び付着される材料の両方の
特徴に依存する。変化の速度及び粒子が一定に保たれる
時間の長さは、要求されるコーティングの組成の段階
化、コーティングされるべき表面へのガン又はトーチの
横送り速度及び部品の寸法のすべてと相関関係がある。
かくして、大きい部品をコーティングするときの比較的
遅い変化速度は、小さい部品をコーティングするときの
比較的早い変化速度に等しいことがある。
ラメーターの種類は、装置及び付着される材料の両方の
特徴に依存する。変化の速度及び粒子が一定に保たれる
時間の長さは、要求されるコーティングの組成の段階
化、コーティングされるべき表面へのガン又はトーチの
横送り速度及び部品の寸法のすべてと相関関係がある。
かくして、大きい部品をコーティングするときの比較的
遅い変化速度は、小さい部品をコーティングするときの
比較的早い変化速度に等しいことがある。
【００２４】本発明はまた、本発明の方法によって作ら
れる段階化コーティングをも含む。これらのコーティン
グは、２つ以上の成分を有する。本発明のコーティング
は、これに限定されるものではないが、粉末混合物中の
１つの成分の組成物から別の成分の組成物まで殆ど連続
的に段階化されたコーティング、及び１つの成分から別
の成分まで段階化されながら所定の厚さについては組成
が殆ど一定であるゾーンを有するコーティングをも包含
する。段階化は、変化ゾーンが非常に急激で、コーティ
ングの組成がＡからＢまで、中間の混合ゾーンが殆ど識
別できないような態様で変化するようなものであっても
よい。別法として、ＡからＡ＋Ｂ、そしてＢへと変化が
非常に漸進的で、Ａを主体とするものからＡ＋Ｂゾーン
が漸進的にＢを主体とするものまで変化するものである
こともできる。２つより多くの成分を段階化に含ませる
ことができる。かくして、ＡからＢ、そしてＣへの段階
化、又はＡからＢ＋Ｃへの段階化、又はＡからＡ＋Ｂ、
そしてＢ＋Ｃへの段階化、等であってよい。組成の段階
化に加えて、組成を変化させながら同時に又は所定のコ
ーティング厚さについて組成を一定に保ちながら独立的
に付着パラメーターを変化させることによって、密度の
ような特性の段階化を行なうことができる。
れる段階化コーティングをも含む。これらのコーティン
グは、２つ以上の成分を有する。本発明のコーティング
は、これに限定されるものではないが、粉末混合物中の
１つの成分の組成物から別の成分の組成物まで殆ど連続
的に段階化されたコーティング、及び１つの成分から別
の成分まで段階化されながら所定の厚さについては組成
が殆ど一定であるゾーンを有するコーティングをも包含
する。段階化は、変化ゾーンが非常に急激で、コーティ
ングの組成がＡからＢまで、中間の混合ゾーンが殆ど識
別できないような態様で変化するようなものであっても
よい。別法として、ＡからＡ＋Ｂ、そしてＢへと変化が
非常に漸進的で、Ａを主体とするものからＡ＋Ｂゾーン
が漸進的にＢを主体とするものまで変化するものである
こともできる。２つより多くの成分を段階化に含ませる
ことができる。かくして、ＡからＢ、そしてＣへの段階
化、又はＡからＢ＋Ｃへの段階化、又はＡからＡ＋Ｂ、
そしてＢ＋Ｃへの段階化、等であってよい。組成の段階
化に加えて、組成を変化させながら同時に又は所定のコ
ーティング厚さについて組成を一定に保ちながら独立的
に付着パラメーターを変化させることによって、密度の
ような特性の段階化を行なうことができる。
【００２５】本発明のコーティングは、金属、セラミッ
ク、サーメット若しくはポリマー材料、それらの合金若
しくはアロイ、又はこれらの任意の組合せから成ること
ができる。本発明のコーティングは広範な目的に用いる
ことができ、その非限定的な例として、耐摩耗性、耐腐
蝕性、熱特性、機械的特性、光学的特性若しくは電気的
特性又はこれらの任意の組合せのために用いることがで
きる。いくつかの例（いずれにしてもこれらに限定され
るものではない）には、次のような用途が包含される： （ａ）耐摩耗性表面としての用途。この用途において
は、特性の段階化は、金属基材に隣接した金属ゾーンか
ら外側表面上の固い耐摩耗性サーメット組成物までであ
ることができ、金属ゾーン及び段階化が結合強さを高め
且つ稼動中にコーティングに加えられる機械的応力を改
善する働きをする； （ｂ）熱遮断としての用途。この用途においては、コー
ティングは、金属基材に隣接した金属コーティングのゾ
ーンから熱伝導率が低い酸化物まで段階化され、金属層
が腐蝕保護及びより良好な結合強さを提供し、段階化が
より良好な熱衝撃耐性を提供する； （ｃ）電気絶縁及び耐摩耗コーティングとしての用途。
この用途においては、金属基材に隣接したコーティング
の組成物が電気絶縁体であり、段階化は、より一層耐摩
耗性のサーメット表面までであり、そこでは段階化がよ
り一層良好な結合強さを提供し、稼動中にコーティング
上に加えられる熱応力を改善する。
ク、サーメット若しくはポリマー材料、それらの合金若
しくはアロイ、又はこれらの任意の組合せから成ること
ができる。本発明のコーティングは広範な目的に用いる
ことができ、その非限定的な例として、耐摩耗性、耐腐
蝕性、熱特性、機械的特性、光学的特性若しくは電気的
特性又はこれらの任意の組合せのために用いることがで
きる。いくつかの例（いずれにしてもこれらに限定され
るものではない）には、次のような用途が包含される： （ａ）耐摩耗性表面としての用途。この用途において
は、特性の段階化は、金属基材に隣接した金属ゾーンか
ら外側表面上の固い耐摩耗性サーメット組成物までであ
ることができ、金属ゾーン及び段階化が結合強さを高め
且つ稼動中にコーティングに加えられる機械的応力を改
善する働きをする； （ｂ）熱遮断としての用途。この用途においては、コー
ティングは、金属基材に隣接した金属コーティングのゾ
ーンから熱伝導率が低い酸化物まで段階化され、金属層
が腐蝕保護及びより良好な結合強さを提供し、段階化が
より良好な熱衝撃耐性を提供する； （ｃ）電気絶縁及び耐摩耗コーティングとしての用途。
この用途においては、金属基材に隣接したコーティング
の組成物が電気絶縁体であり、段階化は、より一層耐摩
耗性のサーメット表面までであり、そこでは段階化がよ
り一層良好な結合強さを提供し、稼動中にコーティング
上に加えられる熱応力を改善する。
【００２６】本発明のコーティング物品は、本発明の方
法を用いて製造された段階化コーティングを有する物品
から成る。この物品は、非常に広範な製造装置の部品又
は製造の最終製品を含み得る。かかる物品を例示するた
めのいくつかの例（いずれにしてもこれらに限定される
ものではない）には、次のようなものが包含される： （ａ）高い機械的負荷を含む稼動中に耐摩耗性を必要と
する部品。この場合、コーティングは、金属基材に隣接
した比較的強靱でしかし延性がある金属ゾーンから、耐
摩耗性サーメット外側ゾーンまでの段階化を含むことが
でき、この段階化がより一層良好な結合強さとコーティ
ング表面上に加えられる機械的応力の消散とをもたら
す； （ｂ）過度の加熱又は熱衝撃からの保護のため及びプロ
セスの熱効率を高めるために熱遮断を必要とする部品。
この場合、コーティングは金属から酸化物まで前記のよ
うに段階化される； （ｃ）電気絶縁を必要とする部品。この場合、絶縁層が
基材に隣接し、前記のようなより一層耐摩耗性の表面ま
での段階化を有するか、又はコーティングが基材に隣接
した金属から漸変的に外側表面上の絶縁性酸化物までの
段階化を有するかのいずれかであり、この段階化がより
良好な結合強さ及び加えられた熱又は機械的応力の改善
をもたらす。
法を用いて製造された段階化コーティングを有する物品
から成る。この物品は、非常に広範な製造装置の部品又
は製造の最終製品を含み得る。かかる物品を例示するた
めのいくつかの例（いずれにしてもこれらに限定される
ものではない）には、次のようなものが包含される： （ａ）高い機械的負荷を含む稼動中に耐摩耗性を必要と
する部品。この場合、コーティングは、金属基材に隣接
した比較的強靱でしかし延性がある金属ゾーンから、耐
摩耗性サーメット外側ゾーンまでの段階化を含むことが
でき、この段階化がより一層良好な結合強さとコーティ
ング表面上に加えられる機械的応力の消散とをもたら
す； （ｂ）過度の加熱又は熱衝撃からの保護のため及びプロ
セスの熱効率を高めるために熱遮断を必要とする部品。
この場合、コーティングは金属から酸化物まで前記のよ
うに段階化される； （ｃ）電気絶縁を必要とする部品。この場合、絶縁層が
基材に隣接し、前記のようなより一層耐摩耗性の表面ま
での段階化を有するか、又はコーティングが基材に隣接
した金属から漸変的に外側表面上の絶縁性酸化物までの
段階化を有するかのいずれかであり、この段階化がより
良好な結合強さ及び加えられた熱又は機械的応力の改善
をもたらす。
【００２７】
【実施例】炭化クロム及びニッケル−クロム合金（ニク
ロムと称される）から成り、金属基材から電気的に絶縁
され且つ熱衝撃にも耐える耐摩耗及び耐腐蝕性コーティ
ングが要求された。電気絶縁用には、アルミナ中間層が
選択された。従来技術に従ってデトネーションガン付着
によって２つの材料を個々の層として適用するための繰
り返し行われた試みは不成功に終わった。炭化クロム＋
ニクロムのコーティングは、適切に接着しないか又は試
験の間に剥落してしまうかのいずれかだった。従来技術
に従って段階化コーティングを形成させるためにアルミ
ナ＋炭化クロム／ニクロムの混合物の中間層を導入する
ことも同様に不成功に終わった。驚くべきことに、本発
明の方法を用いて付着された、基材に隣接した殆ど純粋
なアルミナの第一ゾーンと、アルミナ＋炭化クロム＋ニ
クロムの第二ゾーンと炭化クロム＋ニクロムの第三ゾー
ンとから成るコーティングは大いに成功した。本発明の
段階化コーティングを製造するために、Praxair Surfac
e Technologies社製のデトネーションガンを用いた。用
いた粉末混合物は、Ｃｒ3Ｃ2８０重量％とニクロム（ニ
ッケル８０重量％＋クロム２０重量％の合金）２０重量
％との前もって機械的にブレンドされた混合物に純粋な
アルミナ５０容量％をブレンドして成るものだった。各
成分の粒子寸法は、アルミナ５〜４４μｍ、炭化クロム
５〜４４μｍ及びニクロム５〜５３μｍだった。各ゾー
ンについての付着パラメーターは、次の通りだった。
ロムと称される）から成り、金属基材から電気的に絶縁
され且つ熱衝撃にも耐える耐摩耗及び耐腐蝕性コーティ
ングが要求された。電気絶縁用には、アルミナ中間層が
選択された。従来技術に従ってデトネーションガン付着
によって２つの材料を個々の層として適用するための繰
り返し行われた試みは不成功に終わった。炭化クロム＋
ニクロムのコーティングは、適切に接着しないか又は試
験の間に剥落してしまうかのいずれかだった。従来技術
に従って段階化コーティングを形成させるためにアルミ
ナ＋炭化クロム／ニクロムの混合物の中間層を導入する
ことも同様に不成功に終わった。驚くべきことに、本発
明の方法を用いて付着された、基材に隣接した殆ど純粋
なアルミナの第一ゾーンと、アルミナ＋炭化クロム＋ニ
クロムの第二ゾーンと炭化クロム＋ニクロムの第三ゾー
ンとから成るコーティングは大いに成功した。本発明の
段階化コーティングを製造するために、Praxair Surfac
e Technologies社製のデトネーションガンを用いた。用
いた粉末混合物は、Ｃｒ3Ｃ2８０重量％とニクロム（ニ
ッケル８０重量％＋クロム２０重量％の合金）２０重量
％との前もって機械的にブレンドされた混合物に純粋な
アルミナ５０容量％をブレンドして成るものだった。各
成分の粒子寸法は、アルミナ５〜４４μｍ、炭化クロム
５〜４４μｍ及びニクロム５〜５３μｍだった。各ゾー
ンについての付着パラメーターは、次の通りだった。
【００２８】
【表１】
【００２９】コーティングの各ゾーンの厚さは、第一ゾ
ーン７３．５〜８５．８μｍ、第二ゾーン１１２．５〜
１４７μｍ、第三ゾーン１２２．５〜１４７μｍだっ
た。
ーン７３．５〜８５．８μｍ、第二ゾーン１１２．５〜
１４７μｍ、第三ゾーン１２２．５〜１４７μｍだっ
た。
【００３０】第一ゾーンについては、酸素対炭素比が高
いこと及び希釈しなかったことが、非常に高いデトネー
ション温度及びガス流中の熱含量を結果としてもたらし
た。かくして、アルミナ成分についての非常に高い付着
速度又は効率及びその他の成分についての非常に低い又
は皆無の付着速度が達成された。第二ゾーンについて
は、中間の酸素対炭素費及び２０％の窒素希釈が中間の
ガス温度及び熱含量を結果としてもたらした。かくし
て、アルミナと炭化クロム＋クロム合金の組合せとにつ
いてほぼ等しい付着速度又は効率が達成された。比較的
低い酸素対炭素比及び高い（５７％）窒素希釈は、低い
ガス流温度及び低い熱含量を結果としてもたらした。か
くして、アルミナについて低い付着速度又は効率が達成
され、炭化クロム＋ニクロムゾーンが優勢的に作られ
た。このコーティングは非常に高い凝集強さを示し、熱
衝撃におけるコーティングの試験に耐えた。
いこと及び希釈しなかったことが、非常に高いデトネー
ション温度及びガス流中の熱含量を結果としてもたらし
た。かくして、アルミナ成分についての非常に高い付着
速度又は効率及びその他の成分についての非常に低い又
は皆無の付着速度が達成された。第二ゾーンについて
は、中間の酸素対炭素費及び２０％の窒素希釈が中間の
ガス温度及び熱含量を結果としてもたらした。かくし
て、アルミナと炭化クロム＋クロム合金の組合せとにつ
いてほぼ等しい付着速度又は効率が達成された。比較的
低い酸素対炭素比及び高い（５７％）窒素希釈は、低い
ガス流温度及び低い熱含量を結果としてもたらした。か
くして、アルミナについて低い付着速度又は効率が達成
され、炭化クロム＋ニクロムゾーンが優勢的に作られ
た。このコーティングは非常に高い凝集強さを示し、熱
衝撃におけるコーティングの試験に耐えた。
【００３１】当業者は、本発明の独特で且つ驚くべき有
用な方法、コーティング及びコーティング物品について
多くの広範な変化する利用を容易に見出すことができ
る。本発明の範囲から逸脱することなく本発明の多くの
可能な具体例を為すことができるので、本明細書に記載
されたすべての事項は例示的なものであっていずれの場
合にも限定的なものではないと解釈すべきである。
用な方法、コーティング及びコーティング物品について
多くの広範な変化する利用を容易に見出すことができ
る。本発明の範囲から逸脱することなく本発明の多くの
可能な具体例を為すことができるので、本明細書に記載
されたすべての事項は例示的なものであっていずれの場
合にも限定的なものではないと解釈すべきである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マイケル・ダブリュー・ビクリー アメリカ合衆国インディアナ州インディア ナポリス、バリー・ファームズ・レイン 8039 (72)発明者 アントニー・ジェイ・スターブロース アメリカ合衆国インディアナ州カーメル、 ファースト・コート152 Ｆターム(参考） 4D075 AA17 AA18 AA81 AA83 AA85 AA86 BB29X BB33X BB83Z BB91Y BB93Y BB95Y CA01 CA02 CA04 CA17 CA18 CA21 CA23 CA33 DB01 DC08 EA02 EB01 EB51 EB54 EB56 EB57 4K031 AA02 AA08 AB04 AB08 AB11 CB14 CB22 CB43 CB45 DA01 DA04 EA10 EA12
Claims (3)
- 【請求項１】 少なくとも２種のコーティング材料の混
合物を溶射装置に供給し、付着機の稼動の間に溶射装置
の付着パラメーターの少なくとも１つを変化させること
によって付着するコーティング材料の組成を変化させて
基材上に段階化被覆層を作ることを含む、基材上に段階
化溶射被覆層を製造する方法。 - 【請求項２】 溶射装置の変化させるべきパラメーター
が付着するコーティング材料の温度及びコーティング材
料が基材と接触するときのコーティング材料の速度より
成る群から選択される、請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 コーティング材料をほぼその融点に加熱
してコーティング材料の液滴を形成させ、ガス流中で前
記液滴を加速して基材と接触させることを含み、コーテ
ィング材料の温度パラメーターをガス流の温度及びエン
タルピー、コーティング液滴の組成及び熱特性、液滴の
寸法及び形状分布、ガス流量に対する液滴の質量流量、
並びに基材への粒子の移動時間より成る群から選択され
る少なくとも１つの関数と共に変化させることができ
る、請求項２記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/576,439 US6503575B1 (en) | 2000-05-22 | 2000-05-22 | Process for producing graded coated articles |
| US09/576439 | 2000-05-22 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002020852A true JP2002020852A (ja) | 2002-01-23 |
| JP3887181B2 JP3887181B2 (ja) | 2007-02-28 |
Family
ID=24304427
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001150718A Expired - Fee Related JP3887181B2 (ja) | 2000-05-22 | 2001-05-21 | 段階化被覆物品の製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6503575B1 (ja) |
| EP (1) | EP1160348B1 (ja) |
| JP (1) | JP3887181B2 (ja) |
| BR (1) | BR0102061B1 (ja) |
| DE (1) | DE60130827T2 (ja) |
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