JP2006334563A - Coating method and coating apparatus - Google Patents

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章子 須山
Yoshiyasu Ito
義康 伊藤
Yoshiaki Saito
善章 斉藤
Tadashi Kaneko
正 金子
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To smoothly form a flat millimeter-sized coating film even on a metal having high thermal conductivity without damaging the adhesive strength on the interface between the coating film and the metal. <P>SOLUTION: The coating method for forming the coating film on the surface of the object to be worked by jetting metal powder at high speed comprises the steps of: forming a first coating film layer on a base material by jetting metal powder at the flying speed equal to or higher than the transition rate; and forming a second coating film layer on the surface of the first coating film layer by jetting metal powder at the flying speed lower than the transition rate. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、金属粉末を被加工物の表面に高速噴射させて皮膜を形成するコーティング方法及びコーティング装置に関する。   The present invention relates to a coating method and a coating apparatus for forming a film by spraying metal powder onto a surface of a workpiece at high speed.

従来、金属粉末を被加工物の表面に噴射させて皮膜を形成する方法として、既知のブラスト加工装置などの噴射装置により、噴射速度８０ｍ／ｓ以上、または噴射圧力３ｋｇｆ／ｃｍ2以上で、金、銀、銅、錫、はんだ、亜鉛、アルミニウムなどの金属粉末を噴射して、陶磁器、ガラス、セラミックス器、金属食器、配線用基板など各種の被加工物の表面に金属皮膜を形成する方法がある（例えば、特許文献1）。 Conventionally, as a method of forming a film by injecting metal powder onto the surface of a workpiece, a gold blasting apparatus such as a known blasting apparatus is used at an injection speed of 80 m / s or more, or an injection pressure of 3 kgf / cm 2 or more A method of forming metal films on the surface of various workpieces such as ceramics, glass, ceramics, metal tableware, and wiring boards by spraying metal powders such as silver, copper, tin, solder, zinc, and aluminum There is (for example, Patent Document 1).

また、他の金属皮膜形成方法としては、上記よりもかなり高速（噴射速度５００ｍ／ｓ以上）で金属粉末を基材に衝突させて金属皮膜を形成する技術も知られている（例えば、非特許文献１）。
特開平１０−２８０１６５号公報 「新しい溶射プロセスＣｏｌｄ Ｓｐｒａｙ」、溶射技術 Ｖｏｌ．２０−Ｎｏ．２，Ｐ３２−４１ In addition, as another method for forming a metal film, a technique for forming a metal film by colliding a metal powder with a base material at a considerably higher speed than the above (injection speed of 500 m / s or more) is also known (for example, non-patent). Reference 1).
JP-A-10-280165 “New spraying process Cold Spray”, spraying technology Vol. 20-No. 2, P32-41

上記特許文献の金属皮膜形成方法においては、噴射速度８０ｍ／ｓｅｃ以上、または噴射圧力３ｋｇｆ／ｃｍ2以上としているが、通常のブラスト加工装置などを用いているので、噴射圧力、噴射速度は、それぞれ少なくとも３ｋｇｆ／ｃｍ2、８０ｍ／ｓｅｃ程度であり、これより極端に高い圧力、早い速度が得られる訳ではない。 In the metal film forming method of the above-mentioned patent document, the injection speed is 80 m / sec or more, or the injection pressure is 3 kgf / cm 2 or more. However, since a normal blasting apparatus or the like is used, the injection pressure and the injection speed are respectively The pressure is at least about 3 kgf / cm 2 and about 80 m / sec, and an extremely high pressure and a high speed cannot be obtained.

また、噴射ガンにもブラストガンを用いているため、噴射された金属粉末の運動エネルギーは、通常のブラストと同程度のものである。   Moreover, since the blast gun is used also for the injection gun, the kinetic energy of the injected metal powder is comparable to that of normal blast.

このような条件では、被加工物としては熱伝導率が小さく金属粉末の衝突時の発熱を有効に利用できる陶磁器、ガラス、セラミックス器には、皮膜を形成できるが、熱伝導率が大きく、熱が逃げ易い金属には皮膜を形成しにくく、たとえ皮膜を形成できた場合でも厚膜の形成は困難であり、上記特許文献には皮膜厚さは数μｍ程度と記載されている。   Under these conditions, ceramics, glass, and ceramics that can effectively use the heat generated when metal powder collides with the workpiece have a low thermal conductivity. However, it is difficult to form a film on a metal that easily escapes, and even if a film can be formed, it is difficult to form a thick film, and the above patent document describes that the film thickness is about several μm.

また、これよりも高速の非特許文献記載のコールドスプレイでは、金属基材に金属をコーティングすることが可能であるが、基材との密着にはメカニカルな効果が少なからず介在しており、コーティングが界面で平面的に剥離したり、コーティング表面が溶射のように荒れた面になったりし易い。また、ノズル狭隘部に金属粉末が堆積し、ノズル閉塞が起きたりする問題が発生し易い。   In addition, in the cold spray described in the non-patent literature, which is faster than this, it is possible to coat the metal substrate with metal, but there are not a few mechanical effects on the adhesion to the substrate, and the coating Easily peels off at the interface, or the coating surface becomes rough like thermal spraying. In addition, the metal powder accumulates in the narrow nozzle portion, and the problem of nozzle clogging is likely to occur.

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、熱伝導率の小さい陶磁器、ガラス、セラミックスなどはもとより、熱伝導率の大きい金属に対しても、界面との密着性が損なわれることなくミリメートルオーダの皮膜を平坦で滑らかに形成することができるコーティング方法とコーティング装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and the adhesion with the interface is impaired not only for ceramics, glass, ceramics, etc. having low thermal conductivity, but also for metals having high thermal conductivity. An object of the present invention is to provide a coating method and a coating apparatus capable of smoothly and smoothly forming a millimeter order film.

本発明は上記の目的を達成するため、以下のような方法及び手段により被加工物をコーティングするものである。   In order to achieve the above object, the present invention coats a workpiece by the following methods and means.

本発明は、金属粉末を被加工物の表面に高速噴射させて皮膜を形成するコーティング方法において、基材に遷移速度以上の飛行速度で金属粉末を噴射させて第１のコーティング層を形成し、この第１のコーティング層の表面に遷移速度未満の飛行速度で金属粉末を噴射させて第２のコーティング層を形成する。   The present invention provides a coating method for forming a film by spraying metal powder onto a surface of a workpiece at a high speed to form a first coating layer by spraying metal powder onto a substrate at a flight speed equal to or higher than a transition speed, A metal powder is sprayed onto the surface of the first coating layer at a flight speed less than the transition speed to form a second coating layer.

本発明は、遷移速度未満の飛行速度で金属粉末を噴射するための第１のノズルと、遷移速度以上の速度で金属粉末を噴射するための第２のノズルと、前記第１のノズルに遷移速度未満の飛行速度で使用される金属粉末を供給する第１の粉末供給装置と、前記第２のノズルに遷移速度未満の飛行速度で使用される金属粉末を供給する第２の粉末供給装置とを備える。   The invention transitions to a first nozzle for injecting metal powder at a flight speed less than the transition speed, a second nozzle for injecting metal powder at a speed equal to or higher than the transition speed, and the first nozzle. A first powder supply device for supplying metal powder used at a flight speed less than a speed; and a second powder supply device for supplying metal powder used at a flight speed less than a transition speed to the second nozzle. Is provided.

本発明によれば、熱伝導率の大きい金属に対しても、界面との密着性が損なわれることなくミリメートルオーダの皮膜を平坦で滑らかに形成することができる。   According to the present invention, it is possible to form a millimeter-order film smoothly and flatly on a metal having a high thermal conductivity without impairing the adhesion with the interface.

以下本発明の実施形態について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１は基材の表面に形成されるコーティング層の構成を示す断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a coating layer formed on the surface of a substrate.

図１において、図示しないノズルより窒素ガスの圧力により金属粉末を被加工物に高速噴射させて皮膜を形成するコーティング方法により、例えば厚さ５ｍｍからなるステンレス鋼製の基材１の表面上に形成された純アルミニウムのコーティング層は、初層コーティング層２、中間コーティング層３、表面コーティング層４からなる。   In FIG. 1, a metal powder is sprayed onto a workpiece at a high speed by a nitrogen gas pressure from a nozzle (not shown) to form a film, for example, on the surface of a stainless steel substrate 1 having a thickness of 5 mm. The pure aluminum coating layer is composed of an initial coating layer 2, an intermediate coating layer 3, and a surface coating layer 4.

初層コーティング層２は、粉末飛行速度の遷移速度未満で約１０μｍの厚さに形成されている。この初層コーティング層２を形成した後、金属粉末を搬送するための窒素ガスの圧力を増加し、金属粉末の飛行速度を遷移速度以上にして、３ｍｍの厚さの中間コーティング層３が形成される。   The initial coating layer 2 is formed to a thickness of about 10 μm below the transition speed of the powder flight speed. After forming the initial coating layer 2, the pressure of nitrogen gas for conveying the metal powder is increased, and the flight speed of the metal powder is made higher than the transition speed, so that the intermediate coating layer 3 having a thickness of 3 mm is formed. The

最後に窒素ガスの圧力を初層コーティング層２の形成時と同様の値に戻し、遷移速度未満で約０．５ｍｍの厚さの表面コーティング層４が形成され、ステンレス鋼状への純アルミニウムのコーティングを終了する。   Finally, the pressure of the nitrogen gas is returned to the same value as that at the time of forming the initial coating layer 2, and the surface coating layer 4 having a thickness of about 0.5 mm less than the transition speed is formed. Finish coating.

ところで、金属粉末を被加工物に高速噴射させて皮膜を形成するコーティング方法においては、高速噴射させた金属粉末の飛行速度に遷移速度域が存在することが知られている。すなわち、この遷移速度未満の飛行速度では、金属粉末の基材へのコーティング効率が低く、また遷移速度以上の飛行速度では、コーティング効率が急激に増加するものであり、金属粉末の材質や粒径、温度などによって異なるが、およそ数百ｍ／ｓ程度である。   By the way, it is known that in a coating method in which a metal powder is sprayed onto a workpiece at a high speed to form a film, a transition speed region exists in the flight speed of the metal powder sprayed at a high speed. That is, when the flight speed is lower than the transition speed, the coating efficiency of the metal powder on the base material is low, and when the flight speed is higher than the transition speed, the coating efficiency increases rapidly. Depending on the temperature, etc., it is about several hundred m / s.

遷移速度以上では効率は良いが、コーティング表面は溶射のようにざらざらして荒れた状態となる。また、基材との密着は機械的な要因が大きくなる傾向があり、基材との密着度が低いと基材からコーティング層が平面的に剥離する場合がある。   Above the transition speed, efficiency is good, but the coating surface is rough and rough like spraying. Further, the adhesion with the base material tends to increase mechanical factors, and if the degree of adhesion with the base material is low, the coating layer may peel from the base material in a planar manner.

これと比較して遷移速度未満ではコーティング効率、すなわち飛行中の金属粉末量に対する基材への付着量の割合は低下するが、金属光沢のある平坦で粗さの小さいコーティング表面が得られる。また、基材との密着は熱的な要因が大きくなる傾向があり、基材からコーティング層が平面的に剥離することが少なくなる。   Compared to this, the coating efficiency, that is, the ratio of the amount of adhesion to the substrate with respect to the amount of metal powder in flight decreases, but a coating surface with a metallic gloss and a low roughness can be obtained. Further, the close contact with the base material tends to have a large thermal factor, and the coating layer is less likely to peel off from the base material in a planar manner.

このため、遷移速度未満で形成した初層コーティング層２は、ステンレス鋼の基材１に剥離しにくい状態で形成される。また、この初層コーティング層２上の中間コーティング層３は、遷移速度以上で形成しているので、コーティング効率が良く、しかも膜厚にできる。   For this reason, the initial layer coating layer 2 formed at a speed lower than the transition speed is formed on the stainless steel substrate 1 in a state in which it is difficult to peel off. Further, since the intermediate coating layer 3 on the initial coating layer 2 is formed at a transition speed or higher, the coating efficiency is good and the film thickness can be increased.

最後の表面コーティング層４は、遷移速度未満で形成しているので、金属光沢があり、平坦で粗さが小さくなる。   Since the last surface coating layer 4 is formed at a speed lower than the transition speed, it has a metallic luster, is flat, and has a low roughness.

このような３層コーティング層とすることで、基材との密着性が良く、コーティング効率が良く、表面状態の良いコーティング層が得られる。   By setting it as such a 3 layer coating layer, the adhesiveness with a base material is good, coating efficiency is good, and a coating layer with a favorable surface state is obtained.

ここで、上記遷移速度未満の飛行速度でコーティングする場合に使用される金属粉末と遷移速度以上の飛行速度でコーティングする場合に使用される金属粉末の粒径分布について図２により説明する。   Here, the particle size distribution of the metal powder used when coating at a flight speed lower than the transition speed and the metal powder used when coating at a flight speed higher than the transition speed will be described with reference to FIG.

図２は、金属粉末の粒径を横軸、単位体積あたりの金属粉末の分布量を縦軸として、第１の金属粉末５と第２の金属粉末６の粒径分布を示すものである。   FIG. 2 shows the particle size distribution of the first metal powder 5 and the second metal powder 6 with the particle size of the metal powder as the horizontal axis and the distribution amount of the metal powder per unit volume as the vertical axis.

図２（ａ）において、第１の金属粉末５は、遷移速度未満の飛行速度でコーティングする場合に使用されるものであり、粒径が約４０μｍのものとその周辺の粒径の粉末を含んでいる。   In FIG. 2A, the first metal powder 5 is used when coating at a flight speed less than the transition speed, and includes a powder having a particle size of about 40 μm and a particle size around it. It is out.

これに対し、第２の金属粉末６は、遷移速度以上の飛行速度でコーティングする場合に使用されるものであり、粒径が約４０μｍの金属粉末を主にしてその周辺の粒径のものが若干含まれている。   On the other hand, the second metal powder 6 is used when coating at a flight speed equal to or higher than the transition speed, and is mainly made of metal powder having a particle size of about 40 μm and a particle size around it. Some are included.

遷移速度未満の飛行速度でのコーティング効率は、例えば１０％程度であるので、図２（ｂ）のようにコーティング前における第１の金属粉末５の粒径分布は、コーティングにより基材に衝突して飛散すると第１の金属粉末５ａのような粒径分布となる。また、コーティング前における第２の金属粉末６の粒径分布は、例えばコーティング効率９０％となる遷移速度以上の飛行速度でコーティングすると、コーティング後においては第２の金属粉末６ａの粒径分布となる。   Since the coating efficiency at a flight speed less than the transition speed is, for example, about 10%, the particle size distribution of the first metal powder 5 before coating collides with the substrate by the coating as shown in FIG. When dispersed, the particle size distribution becomes the same as that of the first metal powder 5a. The particle size distribution of the second metal powder 6 before coating is, for example, the particle size distribution of the second metal powder 6a after coating when coating is performed at a flight speed equal to or higher than the transition speed at which the coating efficiency is 90%. .

図３は本発明によるコーティング方法の実施に使用されるコーティング装置の第１の実施形態を示す構成図である。   FIG. 3 is a block diagram showing a first embodiment of a coating apparatus used for carrying out the coating method according to the present invention.

図３において、１７は回収容器で、この回収容器１７内にはコーティングされる基材１３が配置され、その上方に噴射口を真下に向けて第１のノズル１１及び第２のノズル１５が配置され、図示しない支持機構を介して回収容器１７に支持されている。   In FIG. 3, reference numeral 17 denotes a collection container. A substrate 13 to be coated is disposed in the collection container 17, and the first nozzle 11 and the second nozzle 15 are disposed on the upper side with the injection port facing directly below. Then, it is supported by the collection container 17 via a support mechanism (not shown).

一方、９は第１の粉末容器で、この第１の粉末容器９内には図２（ａ）の粒径分布を有する第１の金属粉末５が収容されている。この第１の金属粉末５は粉末供給装置１０ａをより窒素ガスの圧力により第１のノズル１１に搬送され、この第１のノズル１１より第１の飛行粒子１２として基材１３にコーティングされる。   On the other hand, 9 is a first powder container. The first powder container 9 contains the first metal powder 5 having the particle size distribution shown in FIG. The first metal powder 5 is conveyed to the first nozzle 11 through the powder supply device 10 a by the pressure of nitrogen gas, and is coated on the base material 13 as the first flying particles 12 from the first nozzle 11.

また、１４は第２の粉末容器で、この第２の粉末容器１４内には図２（ａ）の粒径分布を有する第２の金属粉末６が収容されている。この第２の金属粉末６は粉末供給装置１０ｂより窒素ガスの圧力により第２のノズル１５に搬送され、この第２のノズル１５より第２の飛行粒子１６として基材１３にコーティングされる。   Reference numeral 14 denotes a second powder container. The second powder container 14 contains the second metal powder 6 having the particle size distribution shown in FIG. The second metal powder 6 is conveyed from the powder supply device 10 b to the second nozzle 15 by the pressure of nitrogen gas, and is coated on the base material 13 as second flying particles 16 from the second nozzle 15.

第１のノズル１１及び第２のノズル１５より噴射された第１の金属粉末５及び第２の金属粉末６で、基材１３のコーティングに供されなかった粉末は回収容器１７内から回収器１８に回収され、第１の粉末容器９内に戻される。   The first metal powder 5 and the second metal powder 6 injected from the first nozzle 11 and the second nozzle 15, and the powder that has not been used for coating the base material 13, is collected from the collection container 17 into the collection device 18. And returned to the first powder container 9.

このような構成のコーティング装置において、まず基材１３上に初層コーティング層２を形成するには、第１の粉末容器９に収容されている第１の金属粉末を粉末供給装置１０ａに導入し、この粉末供給装置１０ａより供給される第１の金属粉末を窒素ガスの圧力により第１のノズル１１を通して遷移速度未満の飛行速度で基材１３に向けて噴射させ、基材１３の表面をコーティングする。   In the coating apparatus having such a configuration, first, in order to form the initial coating layer 2 on the base material 13, the first metal powder contained in the first powder container 9 is introduced into the powder supply apparatus 10a. The first metal powder supplied from the powder supply device 10a is sprayed toward the base material 13 through the first nozzle 11 at a flight speed less than the transition speed by the pressure of nitrogen gas, and the surface of the base material 13 is coated. To do.

次に中間コーティング層３を形成するには、第２の粉末容器１４に収容されている第２の金属粉末を粉末供給装置１０ｂに導入し、この粉末供給装置１０ｂより供給される第２の金属粉末を窒素ガスの圧力により第２のノズル１５を通して遷移速度以上の飛行速度で基材１３に向けて噴射させ、初層コーティング層２の上面をコーティングする。   Next, in order to form the intermediate coating layer 3, the second metal powder accommodated in the second powder container 14 is introduced into the powder supply device 10b, and the second metal supplied from the powder supply device 10b. The powder is sprayed toward the base material 13 through the second nozzle 15 at a flight speed equal to or higher than the transition speed by the pressure of nitrogen gas to coat the upper surface of the initial layer coating layer 2.

そして、表面コーティング層４を形成するには、第１の粉末容器９に収容されている第１の金属粉末を再度粉末供給装置１０ａに導入し、この再度粉末供給装置１０ａより供給される第１の金属粉末を第１のノズル１１を通して遷移速度未満の飛行速度で噴射させ、中間コーティング層３の上面をコーティングする。   And in order to form the surface coating layer 4, the 1st metal powder accommodated in the 1st powder container 9 is again introduce | transduced into the powder supply apparatus 10a, and the 1st supplied from this powder supply apparatus 10a again. The metal powder is sprayed through the first nozzle 11 at a flight speed less than the transition speed to coat the upper surface of the intermediate coating layer 3.

従って、これらを連続して行うことにより、異なる金属粉末を用いた３層のコーティングが可能となる。   Therefore, by performing these continuously, three-layer coating using different metal powders becomes possible.

また、コーティングされなかった金属粉末は、前述した図２に示す粒径分布からも明らかなようにコーティング後の基材１３に付着しない第１の金属粉末５ａの粒径分布、及びコーティング後の基材１３に付着しない第２の金属粉末６ａの粒径分布となっており、これらを混合するとほぼ第１の金属粉末５の粒径分布に近くなるため、これを第１の粉末容器９内に導入して再利用することが可能となる。   Further, as is apparent from the particle size distribution shown in FIG. 2 described above, the uncoated metal powder has a particle size distribution of the first metal powder 5a that does not adhere to the coated substrate 13, and a base after coating. The particle size distribution of the second metal powder 6a not adhering to the material 13 is obtained, and when these are mixed, the particle size distribution of the first metal powder 5 is almost approximated. It can be introduced and reused.

このように本実施形態によれば、初層コーティング層２を第１の金属粉末５を用いて遷移速度未満の飛行速度でコーティングして形成するようにしたので、基材１と初層コーティング層２との密着性を向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, the first layer coating layer 2 is formed by coating the first metal powder 5 at a flight speed less than the transition speed, so that the substrate 1 and the first layer coating layer are formed. 2 can be improved.

また、中間コーティング層３を第２の金属粉末６を用いて遷移速度以上の飛行速度でコーティングして形成するようにしたので、コーティング効率を向上させることができる。   Further, since the intermediate coating layer 3 is formed by coating with the second metal powder 6 at a flight speed equal to or higher than the transition speed, the coating efficiency can be improved.

さらに、表面コーティング層４を第１の金属粉末５を用いて遷移速度未満の飛行速度でコーティングして形成するようにしたので、表面が金属光沢で粗さが小さい滑らかなコーティングが得られる。   Furthermore, since the surface coating layer 4 is formed by coating with the first metal powder 5 at a flight speed less than the transition speed, a smooth coating with a metallic luster and low roughness can be obtained.

一方、コーティングされなかった金属粉末は回収され、同様な粒径分布の金属粉末に混合されて再利用されるので、材料の節約と廃棄物の低減が可能となる。   On the other hand, the uncoated metal powder is recovered, mixed with a metal powder having a similar particle size distribution and reused, so that it is possible to save materials and reduce waste.

ところで、ステンレス鋼のように比較的硬く、溶融温度の高い材質の金属粉末をコーティングする場合は、数百℃の粉末予熱が一般的に行われている。この予熱を行うとノズル内部に金属粉末の付着が生じ易くなり、一旦金属粉末の付着が発生すると、ここに金属粉末が堆積し易くなり、急速にノズル内径が狭まって行き、ノズル閉塞状態となる。ノズルが閉塞すると金属粉末の通過速度が低下し、基材１３への衝突速度が低下するので、コーティングが良好に行われなくなる。   By the way, when coating a metal powder made of a material that is relatively hard and has a high melting temperature, such as stainless steel, powder preheating at several hundred degrees Celsius is generally performed. When this preheating is performed, the metal powder easily adheres to the inside of the nozzle. Once the metal powder adheres, the metal powder easily accumulates, the nozzle inner diameter is rapidly narrowed, and the nozzle is closed. . When the nozzle is closed, the passing speed of the metal powder is lowered and the collision speed with the base material 13 is lowered, so that the coating is not performed well.

図４はかかる不具合を防止するための第２の実施形態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は加熱手段として用いられるミラーとレーザ装置の平面図である。   4A and 4B show a second embodiment for preventing such a problem, where FIG. 4A is a front view, and FIG. 4B is a plan view of a mirror and a laser device used as heating means.

第２の実施形態では、図４（ａ），（ｂ）に示すように図３の第１のノズル１１より高速噴射した金属粉末の飛行経路に対応させてレーザ発信部と反射鏡とを備えた加熱手段を設け、金属粉末の飛行粒子１２を加熱するようにしたものである。なお、図４では第１のノズル１１に対応させて設けられた加熱手段を示しているが、第２のノズル１５側にも上記と同様の加熱手段が設けられている。   In the second embodiment, as shown in FIGS. 4A and 4B, a laser transmitter and a reflecting mirror are provided corresponding to the flight path of the metal powder jetted at a high speed from the first nozzle 11 of FIG. The heating means is provided to heat the flying particles 12 of the metal powder. Although FIG. 4 shows the heating means provided corresponding to the first nozzle 11, the same heating means as described above is also provided on the second nozzle 15 side.

この加熱手段は、内面が鏡面仕上げの純銅製の円筒状ミラー２１と、このミラー２１の周面の一部に設けられたスリットを通してミラー内部にレーザ光２３を照射するＣＯ2レーザ装置２２及びミラー内部の全周を反射してスリットに戻るビーム２５を吸収するビームダンプ２６から構成されている。 This heating means includes a cylindrical mirror 21 made of pure copper having a mirror-finished inner surface, a CO 2 laser device 22 that irradiates laser light 23 inside the mirror through a slit provided in a part of the peripheral surface of the mirror 21, and a mirror. It comprises a beam dump 26 that absorbs a beam 25 that reflects the entire inner periphery and returns to the slit.

このような加熱手段を備えたコーティング装置において、ノズル１１（１５）から高速噴射された金属粉末の飛行粒子１２（１６）が、ミラー内部２４を通過すると、ＣＯ2レーザ装置２２からスリット部を介して照射されたレーザがミラー内部２４の鏡面を反射しながら全内周を通り、最後にミラーのスリット部からビーム２５として出力し、ビームダンプ２６に吸収される。この過程で金属粉末の飛行粒子１２（１６）はミラー内部２４を飛行中にレーザビームにより加熱された後、基材１３に衝突してコーティングされる。 In the coating apparatus provided with such heating means, when the flying particles 12 (16) of the metal powder sprayed at high speed from the nozzle 11 (15) pass through the inside of the mirror 24, the CO 2 laser device 22 passes through the slit portion. The laser irradiated in this way passes through the entire inner circumference while reflecting the mirror surface inside the mirror 24, and finally is output as a beam 25 from the slit portion of the mirror and absorbed by the beam dump 26. In this process, the flying particles 12 (16) of the metal powder are heated by the laser beam while flying in the mirror interior 24, and then collide with the base material 13 to be coated.

このように本実施形態では、金属粉末の予熱を極力低く抑え、ノズル内通過時の粉末温度を上昇させず、ノズルから噴出後、基材到達までの間に金属粉末の飛行粒子の温度を上昇させているので、通常は予熱が必要な金属粉末を予熱せずにノズルを通過させることができる。   As described above, in this embodiment, the preheating of the metal powder is suppressed as low as possible, the powder temperature when passing through the nozzle is not increased, and the temperature of the flying particles of the metal powder is increased after the ejection from the nozzle until reaching the substrate. Therefore, the metal powder that normally requires preheating can be passed through the nozzle without preheating.

したがって、ステンレス鋼のように比較的硬く、溶融温度の高い材質の金属粉末をコーティングする場合でも、ノズルが金属粉末により閉塞されることがなく、良好にコーティングすることが可能である。   Therefore, even when coating a metal powder of a relatively hard material such as stainless steel and having a high melting temperature, the nozzle is not blocked by the metal powder and can be coated satisfactorily.

本発明によるコーティング方法を説明するための第１の実施形態を示すコーティング層の断面図。Sectional drawing of the coating layer which shows 1st Embodiment for demonstrating the coating method by this invention. 同実施形態において、コーティング粉末の粒径分布を示す図。The figure which shows the particle size distribution of coating powder in the same embodiment. 本発明のコーティング方法の実施に用いられるコーティング装置を示す構成図。The block diagram which shows the coating apparatus used for implementation of the coating method of this invention. 本発明の加熱手段を備えたコーティング装置の実施形態を示す構成図。The block diagram which shows embodiment of the coating apparatus provided with the heating means of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１，１３…基材、２…初層コーティング層、３…中間コーティング層、４…表面コーティング層、５…第１の金属粉末、６…第２の金属粉末、７…コーティング後の第１の金属粉末、８…コーティング後の第２の金属粉末、９…第１の粉末容器、１０ａ，１０ｂ…粉末供給装置、１１…第１のノズル、１２…第１の飛行粒子、１４…第２の粉末容器、１５…第２のノズル、１６…第２の飛行粒子、１７…回収容器、１８…回収器、１９…ノズル２０…飛行粒子、２１…ミラー、２２…レーザ装置、２３…レーザ、２４…ミラー内部、２５…ビーム、２６…ビームダクト   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,13 ... Base material, 2 ... First layer coating layer, 3 ... Intermediate coating layer, 4 ... Surface coating layer, 5 ... 1st metal powder, 6 ... 2nd metal powder, 7 ... 1st after coating Metal powder, 8 ... Second metal powder after coating, 9 ... First powder container, 10a, 10b ... Powder supply device, 11 ... First nozzle, 12 ... First flying particles, 14 ... Second Powder container, 15 ... second nozzle, 16 ... second flying particle, 17 ... collection container, 18 ... collector, 19 ... nozzle 20 ... flying particle, 21 ... mirror, 22 ... laser device, 23 ... laser, 24 ... inside mirror, 25 ... beam, 26 ... beam duct

Claims (9)

金属粉末を被加工物の表面に高速噴射させて皮膜を形成するコーティング方法において、
基材に遷移速度以上の飛行速度で金属粉末を噴射させて第１のコーティング層を形成し、
この第１のコーティング層の表面に遷移速度未満の飛行速度で金属粉末を噴射させて第２のコーティング層を形成すること
を特徴とするコーティング方法。 In a coating method in which a metal powder is sprayed on the surface of a workpiece at high speed to form a film,
Forming a first coating layer by injecting metal powder onto the substrate at a flight speed equal to or higher than the transition speed;
A coating method characterized by forming a second coating layer by spraying metal powder onto the surface of the first coating layer at a flight speed less than the transition speed. 前記基材の表面に前記第１のコーティング層を形成するに先立ち、前記基材の表面に遷移速度未満の飛行速度で金属粉末を噴射させて初層コーティング層を形成したことを特徴とする請求項１記載のコーティング方法。   Prior to forming the first coating layer on the surface of the base material, the first layer coating layer is formed by spraying metal powder onto the surface of the base material at a flight speed less than a transition speed. Item 2. The coating method according to Item 1. 高速噴射される金属粉末は、遷移速度未満の飛行速度で噴射させる金属粉末の粒径分布が遷移速度以上の速度で噴射させる金属粉末の粒径分布よりも広くなる粒径の異なる金属粉末が用いられることを特徴とする請求項１記載のコーティング方法。   For metal powders that are injected at high speed, use metal powders with different particle sizes that make the particle size distribution of metal powders injected at a flight speed less than the transition speed wider than the particle size distribution of metal powders injected at or above the transition speed. The coating method according to claim 1, wherein: 遷移速度未満の飛行速度で噴射させる金属粉末は、前記被加工物の基材に付着せずに回収された金属粉末を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つの項に記載されたコーティング方法。   4. The metal powder sprayed at a flight speed less than the transition speed includes the metal powder recovered without adhering to the substrate of the workpiece. The coating method described in 1. 高速噴射した飛行中の金属粉末を加熱した後、前記被加工物の基材に衝突させることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つの項に記載のコーティング方法。   The coating method according to any one of claims 1 to 4, wherein the metal powder in flight sprayed at high speed is heated and then collided with a substrate of the workpiece. 高速噴射した飛行中の金属粉末の加熱は、レーザと反射鏡により行われることを特徴とする請求項５記載のコーティング方法。   6. The coating method according to claim 5, wherein the heating of the metal powder in the high-speed jet is performed by a laser and a reflecting mirror. 金属粉末を被加工物の表面に高速噴射させて皮膜を形成するコーティング装置において、遷移速度未満の飛行速度で金属粉末を噴射するための第１のノズルと、遷移速度以上の速度で金属粉末を噴射するための第２のノズルと、前記第１のノズルに遷移速度未満の飛行速度で使用される金属粉末を供給する第１の粉末供給装置と、前記第２のノズルに遷移速度未満の飛行速度で使用される金属粉末を供給する第２の粉末供給装置とを備えたことを特徴とするコーティング装置。   In a coating apparatus that forms a film by jetting metal powder onto the surface of a workpiece at high speed, a first nozzle for jetting metal powder at a flight speed less than the transition speed, and metal powder at a speed higher than the transition speed A second nozzle for spraying, a first powder supply device for supplying metal powder to be used at a flight speed less than a transition speed to the first nozzle, and a flight less than the transition speed to the second nozzle And a second powder supply device for supplying metal powder used at a speed. 前記被加工物の基材に付着しない金属粉末を回収し、該金属粉末を前記第１の粉末供給装置に戻す回収手段を設けたことを特徴とする請求項７記載のコーティング装置。   The coating apparatus according to claim 7, further comprising a collecting unit that collects the metal powder that does not adhere to the substrate of the workpiece and returns the metal powder to the first powder supply apparatus. 前記第１のノズル及び前記第２のノズルより高速噴射した金属粉末の飛行経路にレーザ光を照射して金属粉末を加熱するレーザ発信部と反射鏡とを備えたことを特徴とする請求項７又は請求項８記載のコーティング装置。   8. The apparatus according to claim 7, further comprising: a laser transmitter that irradiates a flight path of the metal powder sprayed at a high speed from the first nozzle and the second nozzle with a laser beam to heat the metal powder and a reflecting mirror. Or the coating apparatus of Claim 8.
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