JP3462824B2 - Thermal spraying method and thermal spraying device - Google Patents
Thermal spraying method and thermal spraying deviceInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、溶射粒子の酸化を
防止し緻密な皮膜を形成する、溶射方法及び溶射装置に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal spraying method and a thermal spraying apparatus which prevent oxidation of thermal spray particles and form a dense coating.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、産業機械及び海洋構造物など
の大型構造物の機械部品や部材には耐食性を付与するた
め、金属溶射及びサーメット溶射が広く用いられてい
る。ここで、図８は従来の溶射方法による溶射皮膜を示
す模式的な断面図であるが、図示するように、一般にこ
れらの溶射皮膜２内の溶射粒子４間の未結合部には気孔
２４が存在している。このような気孔２４は、溶射時の
空気巻き込みにより溶射粒子４が酸化されて、溶射粒子
４の周りに酸化膜２３が形成され、酸化膜２３がそのま
ま皮膜２中に取り込まれて各溶射粒子４間の隙間が大き
くなって発生する。また、上記以外にも、粒子４の溶融
によって発生するヒュームが溶射粒子４に付着し皮膜２
中に取り込まれたり、皮膜２の表面に付着したヒューム
が積層する場合に皮膜２に取り込まれたりすることによ
り気孔２４が生成される。2. Description of the Related Art Conventionally, metal spraying and cermet spraying have been widely used to impart corrosion resistance to mechanical parts and members of large-scale structures such as industrial machines and marine structures. Here, FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a sprayed coating by a conventional spraying method, but as shown in the drawing, generally, pores 24 are formed in unbonded portions between sprayed particles 4 in these sprayed coatings 2. Existing. In such pores 24, the sprayed particles 4 are oxidized by air entrainment during spraying, an oxide film 23 is formed around the sprayed particles 4, and the oxide film 23 is taken into the coating film 2 as it is and each sprayed particle 4 is formed. The gap between them becomes large and occurs. In addition to the above, fumes generated by melting of the particles 4 adhere to the spray particles 4 to form the coating 2
The pores 24 are generated by being taken into the inside or being taken into the film 2 when fumes attached to the surface of the film 2 are laminated.
【０００３】そして、このような気孔２４が金属素材
（基材）１の表面に達すると開口気孔が形成され貫通欠
陥となる。そして、このような貫通欠陥が生じると、使
用環境中の腐食液等が浸透し、基材１が腐食して、皮膜
２の割れや皮膜２の剥離等の問題が生じる。なお、気孔
２４が多いほど欠陥生成頻度も高くなる。ところで、例
えばプラズマ溶射はセラミックなどの高融点材料(他に
は例えばチタンカーバイド，タングステンカーバイド，
モリブデン及びタングステン)の溶射に適している。こ
れらの高融点材料を用いて、気孔２４が少なく緻密で密
着力の高い溶射皮膜２を得るためには、溶射電流を増大
させアーク温度を上昇させることが必要不可欠となる。When such pores 24 reach the surface of the metal material (base material) 1, open pores are formed and become penetration defects. When such penetrating defects occur, the corrosive liquid or the like in the use environment penetrates and the base material 1 corrodes, causing problems such as cracking of the film 2 and peeling of the film 2. Note that the more pores 24, the higher the frequency of defect generation. By the way, for example, plasma spraying uses high melting point materials such as ceramics (others such as titanium carbide, tungsten carbide,
Suitable for thermal spraying of molybdenum and tungsten). In order to obtain a dense spray coating 2 having a small number of pores 24 and high adhesion using these high melting point materials, it is essential to increase the spray current and raise the arc temperature.
【０００４】しかしながら、電流を増加させるとアーク
温度は増加するが、逆に溶射粒子４は酸化されやすくな
る。また、電極保護のため作動ガス量を増加させる必要
があるが、この場合ガス膨張が起こり粒子４の飛行速度
が増加して、アーク中に粒子４の滞留する時間が短くな
り溶融が困難となる。このような溶射時の粒子４の酸化
防止方法として、例えば特開平１−２５９６５号公報
（特願昭６２−１７８９８２号）には、プラズマアーク
３をシールドガスカバー１６で覆う技術が開示されてい
る（図６参照）。また、特開昭６３−２０６４５９号公
報（特願昭６２−３９８７７号）には、図７に示すよう
な溶射装置が開示されている。However, when the current is increased, the arc temperature is increased, but on the contrary, the spray particles 4 are easily oxidized. Also, it is necessary to increase the amount of working gas for electrode protection, but in this case gas expansion occurs and the flight speed of the particles 4 increases, and the residence time of the particles 4 in the arc becomes short and melting becomes difficult. . As a method for preventing the particles 4 from being oxidized during the thermal spraying, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-296565 (Japanese Patent Application No. 62-178982) discloses a technique of covering the plasma arc 3 with a shield gas cover 16. (See Figure 6). Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-206459 (Japanese Patent Application No. 62-39877) discloses a thermal spraying device as shown in FIG.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術のう
ち、特開平１−２５９６５号公報の技術は、溶射方法を
アーク溶射方法に限定した技術であるが、図６からもわ
かるように、この技術では、シールドガスカバー１６が
基材１と密着しているため、シールドガスカバー１６内
にヒュームが充満し、ヒュームが溶射粒子４に付着し皮
膜中２に取り込まれ、気孔の生成原因となるという課題
がある。なお、図６において、２は溶射皮膜、３′，１
７はアーク（溶射炎）、４は溶射粒子、９は溶射トー
チ、１８はワイヤである。Among the above-mentioned conventional techniques, the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-29655 is a technique in which the thermal spraying method is limited to the arc thermal spraying method. In the technology, since the shield gas cover 16 is in close contact with the base material 1, the shield gas cover 16 is filled with fumes, and the fumes adhere to the spray particles 4 and are taken into the film 2 to cause the generation of pores. There is a problem. In FIG. 6, 2 is a thermal spray coating, 3 ', 1
Reference numeral 7 is an arc (spray flame), 4 is a spray particle, 9 is a spray torch, and 18 is a wire.
【０００６】また、特開昭６３−２０６４５９号公報の
技術は、プラズマ溶射方法に関し、溶射粒子４の高速化
を図るものである。この技術は、図７に示すように、プ
ラズマアーク３をシールドガスカバー１６で覆うことで
減圧状態を模擬し、空気抵抗を小さくするとともに、温
度低下を防止しようとするものであるが、溶射粒子４の
溶融によって発生するヒュームを抑制するものではなか
った。なお、図７において、１０は溶射粉末供給ポー
ト、１１は溶射粉末である。Further, the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-206459 is intended to increase the speed of the spray particles 4 in the plasma spray method. As shown in FIG. 7, this technique simulates a depressurized state by covering the plasma arc 3 with a shield gas cover 16 to reduce air resistance and prevent temperature drop. It did not suppress the fumes generated by melting of No. 4. In FIG. 7, 10 is a spray powder supply port, and 11 is a spray powder.
【０００７】上述したように、耐食性を必要とする部材
では、皮膜中に気孔が存在するため金属溶射は困難であ
る。これに変わる方法として、溶射皮膜２の下地にメッ
キ処理を施して耐食性を確保する施工法があるが、メッ
キをすることにより施工コストが増大するという課題が
ある。これらの課題を解決するためには、メッキ層をな
くし金属溶射層のみにより耐食性を確保することが重要
であり、このため、溶射技術的には飛行中の溶射粒子が
大気中の酸素と結合するのを防止し、溶射粒子を十分溶
融させること、また、溶射粒子の溶融によって発生する
ヒュームを抑制することがポイントとなる。As described above, in a member requiring corrosion resistance, metal spraying is difficult because the coating has pores. As an alternative method, there is a construction method in which the undercoating of the thermal spray coating 2 is plated to ensure corrosion resistance, but there is a problem that the construction cost is increased by plating. In order to solve these problems, it is important to eliminate the plating layer and ensure corrosion resistance only by the metal spray layer. Therefore, in terms of spray technology, spray particles in flight combine with oxygen in the atmosphere. The point is to prevent this from happening, to melt the spray particles sufficiently, and to suppress the fumes generated by the melting of the spray particles.
【０００８】本発明は、このような知見に基づいて創案
されたもので、溶射粒子の酸化を防止するとともに、ヒ
ュームの発生を極力抑制して緻密な皮膜を形成できるよ
うにした、溶射方法及びその装置を提供することを目的
とする。The present invention was devised on the basis of such findings, and it is possible to prevent oxidation of spray particles and to suppress the generation of fumes as much as possible to form a dense coating. The purpose is to provide the device.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の本発明の溶射方法は、プラズマアークにより溶射を行
なう溶射方法であって、溶射トーチに、冷却機構を有す
る空気遮断用のチャンバを取り付けて該溶射トーチ先端
から基材近傍までを該チャンバで覆い、該プラズマアー
クの径と該チャンバの径との比を１：３〜１：１０に設
定し、酸化膜を形成しない補助ガスを該チャンバ内に供
給して、該プラズマアークを該補助ガスで保護するとと
もに、該補助ガスの噴出口を該溶射トーチ先端より１０
ｍｍ以上５０ｍｍ以下の距離に設定し、該補助ガスを該
プラズマアークの中心軸に対し５〜３０°の角度でプラ
ズマ気流に対し１〜３倍の流速で噴出させることを特徴
としている。そして、チャンバ内を補助ガスで充満させ
てプラズマアークを補助ガスで保護することにより、溶
射中の雰囲気酸素濃度は１％以下に抑制でき溶射粒子の
酸化が抑制される。Therefore, the thermal spraying method of the present invention according to claim 1 is a thermal spraying method in which thermal spraying is performed by a plasma arc, and an air shut-off chamber having a cooling mechanism is provided in the thermal spray torch. The chamber is attached to cover the area from the tip of the thermal spray torch to the vicinity of the base material, the ratio of the diameter of the plasma arc to the diameter of the chamber is set to 1: 3 to 1:10, and an auxiliary gas that does not form an oxide film is used. The auxiliary gas is supplied to the chamber to protect the plasma arc with the auxiliary gas, and the auxiliary gas is jetted out from the spray torch tip by 10
It is characterized in that the distance is set to be not less than 50 mm and not more than 50 mm, and the auxiliary gas is ejected at an angle of 5 to 30 ° with respect to the central axis of the plasma arc at a flow velocity of 1 to 3 times that of the plasma air flow. By filling the chamber with an auxiliary gas and protecting the plasma arc with the auxiliary gas, the atmospheric oxygen concentration during the spraying can be suppressed to 1% or less, and the oxidation of the spray particles can be suppressed.
【００１０】また、請求項２記載の本発明の溶射方法
は、上記請求項１記載のものにおいて、該チャンバと該
基材との間の距離を２〜２０ｍｍに設定することを特徴
としている。これにより、チャンバ内に滞留したヒュー
ムを安定して放出させることができ、また、チャンバ内
のヒューム濃度を低減することで溶射皮膜の気孔率を低
減することができる。The spraying method of the present invention according to claim 2 is characterized in that, in the method according to claim 1, the distance between the chamber and the substrate is set to 2 to 20 mm. As a result, the fumes accumulated in the chamber can be stably released, and the porosity of the thermal spray coating can be reduced by reducing the fume concentration in the chamber.
【００１１】また、請求項３記載の本発明の溶射方法
は、上記請求項１又は２記載のものにおいて、溶射時の
作動ガスとしてＡｒ＋Ｈ2 を用いるとともに、該作動ガ
スの水素添加量を１０〜５０％に設定することを特徴と
している。そして、このように設定することにより、水
素ガスの還元作用を利用して溶射粒子の酸化防止を図る
ことができるとともに、解離熱による入熱増加で溶射粒
子の溶融効率の向上を図ることができる。According to a third aspect of the present invention, there is provided the thermal spraying method according to the first or second aspect, wherein Ar + H 2 is used as the working gas during the thermal spraying and the hydrogenation amount of the working gas is 10 to 10. The feature is that it is set to 50%. By setting in this way, it is possible to prevent the oxidation of the spray particles by utilizing the reducing action of hydrogen gas, and it is possible to improve the melting efficiency of the spray particles by increasing the heat input due to the heat of dissociation. .
【００１２】また、請求項４記載の本発明の溶射方法
は、上記請求項１又は２記載のものにおいて、溶射時に
用いられる溶射粒径を３０〜１５０μｍとすることを特
徴としている。そして、このように溶射粒径を規定する
ことにより、ヒュームの発生が抑制される。また、請求
項５記載の本発明の溶射方法は、上記請求項１又は２記
載のものにおいて、該プラズマアーク近傍に、該基材に
付着したヒュームを除去するためのブラシ及びエアジェ
ットを設け、該ヒュームの強制除去を行なうことを特徴
としている。そして、このようなヒュームの強制除去に
より、やはりチャンバ内のヒューム濃度を低減すること
ができ、溶射皮膜の気孔率を低減することができる。Further, the spraying method of the present invention according to claim 4 is characterized in that, in the method according to claim 1 or 2, the sprayed particle size used during spraying is 30 to 150 μm. Then, by defining the sprayed particle size in this way, generation of fumes is suppressed. Further, the thermal spraying method of the present invention according to claim 5 is the one according to claim 1 or 2, wherein a brush and an air jet for removing fumes adhering to the base material are provided in the vicinity of the plasma arc. The feature is that the fume is forcibly removed. Further, such forced removal of fumes can also reduce the fume concentration in the chamber and reduce the porosity of the sprayed coating.
【００１３】[0013]
【００１４】[0014]
【００１５】また、請求項６記載の本発明の溶射装置
は、プラズマアークにより溶射を行なう溶射装置であっ
て、溶射トーチに、冷却機構を有するとともに該溶射ト
ーチ先端から基材近傍までを覆う空気遮断用のチャンバ
が取り付けられ、該プラズマアークの径と該チャンバの
径との比が１：３〜１：１０に設定され、該チャンバ内
に供給される補助ガスの噴出口が該溶射トーチ先端より
１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の距離に設定されるととも
に、該補助ガスが該プラズマアークの中心軸に対し５〜
３０°の角度でプラズマ気流に対し１〜３倍の流速で噴
出するように構成され、且つ、該チャンバと該基材との
間の距離が、２〜２０ｍｍに設定されていることを特徴
としている。Further, the thermal spraying apparatus of the present invention according to claim 6 is a thermal spraying apparatus for performing thermal spraying by a plasma arc, wherein the thermal spraying torch has a cooling mechanism and air covering from the tip of the thermal spraying torch to the vicinity of the base material. A shut-off chamber is attached, the ratio of the diameter of the plasma arc to the diameter of the chamber is set to 1: 3 to 1:10, and the ejection port of the auxiliary gas supplied into the chamber is the tip of the thermal spray torch. Is set to a distance of 10 mm or more and 50 mm or less, and the auxiliary gas is 5 to the central axis of the plasma arc.
It is configured to eject at a flow velocity of 1 to 3 times the plasma flow at an angle of 30 °, and the distance between the chamber and the substrate is set to 2 to 20 mm. There is.
【００１６】また、請求項７記載の本発明の溶射装置
は、上記請求項６記載のものにおいて、溶射時の作動ガ
スとしてＡｒ＋Ｈ2 が用いられ、該作動ガスの水素添加
量が１０〜５０％に設定されていることを特徴としてい
る。また、請求項８記載の本発明の溶射装置は、上記請
求項６記載のものにおいて、溶射時に用いられる溶射粒
子の径が３０〜１５０μｍであることを特徴としてい
る。Further, the thermal spraying apparatus of the present invention according to claim 7 is the one according to claim 6 , wherein Ar + H 2 is used as a working gas at the time of thermal spraying, and the hydrogenation amount of the working gas is 10 to 50%. It is characterized by being set to. In addition, the thermal spraying device of the present invention according to claim 8 is characterized in that, in the above-described thermal spraying device according to claim 6 , the diameter of the thermal spray particles used during thermal spraying is 30 to 150 μm.
【００１７】また、請求項９記載の本発明の溶射装置
は、上記請求項６記載の該プラズマアーク近傍に、該基
材に付着したヒュームを除去するためのブラシ及びエア
ジェットが設けられていることを特徴としている。 Further, in the thermal spraying apparatus of the present invention according to claim 9, a brush and an air jet for removing fumes adhering to the substrate are provided in the vicinity of the plasma arc according to claim 6 . It is characterized by that.
【００１８】[0018]
【００１９】[0019]
【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の第１実
施形態にかかる溶射方法について説明すると、図１は本
溶射方法に用いるプラズマ溶射装置の要部構成を示す模
式的な断面図、図２は本溶射方法に用いるプラズマ溶射
装置の全体構成を示す模式図、図３は本溶射方法により
形成された溶射皮膜の模式的な断面図である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A thermal spraying method according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view showing a main configuration of a plasma spraying apparatus used in the thermal spraying method. 2 is a schematic view showing the overall configuration of a plasma spraying apparatus used in the present thermal spraying method, and FIG. 3 is a schematic sectional view of a thermal spray coating formed by the present thermal spraying method.
【００２０】本第１実施形態にかかる溶射方法は、プラ
ズマアークにより溶射を行なうプラズマ溶射方法であっ
て、その溶射装置は、図２に示すように、主に、大気圧
プラズマ溶射電源１９，溶射制御装置２０，溶射用ロボ
ット２１，溶射トーチ９，小型チャンバ５及び溶射粉末
供給装置２２等をそなえて構成されている。そして、溶
射トーチ９に取り付けられた小型チャンバ５により溶射
時に発生した溶射炎（プラズマアーク又は単にアークと
いう）３を空気から遮断するとともに、溶射粉末供給装
置２２から溶射粉末１１（図１参照）を供給し、溶射を
行なうようになっている。また、各種の溶射条件は制御
装置２０で調整され、ロボット２１で施工されるように
なっている。The thermal spraying method according to the first embodiment is a plasma thermal spraying method in which thermal spraying is performed by a plasma arc, and the thermal spraying apparatus is mainly composed of an atmospheric pressure plasma thermal spraying power source 19, a thermal spraying apparatus as shown in FIG. The controller 20 includes a controller 20, a spray robot 21, a spray torch 9, a small chamber 5, a spray powder supply device 22 and the like. The small chamber 5 attached to the thermal spray torch 9 shields the thermal spray flame (called plasma arc or simply arc) 3 generated during thermal spray from the air, and sprays the thermal spray powder 11 (see FIG. 1) from the thermal spray powder supply device 22. It is supplied and sprayed. Further, various thermal spraying conditions are adjusted by the control device 20 and the robot 21 performs the construction.
【００２１】また、図１に示すように、小型チャンバ５
には、冷却機構として機能する冷却通路１２が形成され
ている。この冷却通路１２は溶射時の高温度の熱による
加熱を防止するものであって、要求される冷却能力によ
り所定の形状に形成されている。また、小型チャンバ５
内には、補助ガスだまり８及び補助ガス噴出口７が形成
され、この補助ガスだまり８及び補助ガス噴出口７を介
して補助ガス６が小型チャンバ５内に噴出するようにな
っている。また、粉末供給ポート１０は、溶射粉末供給
装置２２を構成するものであって、この粉末供給ポート
１０から溶射粉末１１（溶射粒子４の集合）が供給され
るようになっている。Further, as shown in FIG. 1, the small chamber 5
A cooling passage 12 that functions as a cooling mechanism is formed in the. The cooling passage 12 prevents heating due to high temperature heat during thermal spraying, and is formed in a predetermined shape according to the required cooling capacity. Also, small chamber 5
An auxiliary gas reservoir 8 and an auxiliary gas outlet 7 are formed therein, and the auxiliary gas 6 is ejected into the small chamber 5 through the auxiliary gas reservoir 8 and the auxiliary gas outlet 7. The powder supply port 10 constitutes a thermal spray powder supply device 22, and the thermal spray powder 11 (collection of thermal spray particles 4) is supplied from the powder supply port 10.
【００２２】次に、上記溶射装置の細部について説明す
ると、小型チャンバ５のチャンバ径は、プラズマアーク
３の径に対し１：３以上１：１０以下となるように設定
されている。また、補助ガス噴出口７は溶射トーチ９の
先端よりも後方（図１中、左側）に設けられるととも
に、補助ガス噴出口７と溶射トーチ９の先端との間の距
離は、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下に設定されている。Next, the details of the thermal spraying apparatus will be described. The chamber diameter of the small chamber 5 is set to be not less than 1: 3 and not more than 1:10 with respect to the diameter of the plasma arc 3. The auxiliary gas jet 7 is provided behind the tip of the thermal spray torch 9 (on the left side in FIG. 1), and the distance between the auxiliary gas jet 7 and the tip of the thermal spray torch 9 is 10 mm or more and 50 mm or less. Is set to.
【００２３】また、補助ガス噴出口７は、溶射トーチ９
の中心軸線（図示省略）に対して傾いて形成され、補助
ガス（Ａｒ又は窒素ガス）６が上記中心軸線（すなわ
ち、プラズマ中心軸）に対して５〜３０゜の角度で噴出
口７から噴出するように設定されている。さらに、この
補助ガス噴出口７からは、プラズマ気流に対して１〜３
倍の流速で補助ガス６が噴流（噴出）するようになって
いる。The auxiliary gas jet port 7 is provided with a thermal spray torch 9
Of the auxiliary gas (Ar or nitrogen gas) 6 is jetted from the jet port 7 at an angle of 5 to 30 ° with respect to the central axis (that is, the plasma central axis). Is set to. Further, from the auxiliary gas ejection port 7, 1 to 3 with respect to the plasma flow.
The auxiliary gas 6 is jetted (jetted) at a double flow rate.
【００２４】そして、このような構成により、溶射時に
は、チャンバ内５を酸化膜を形成しない補助ガス６で充
満させ，プラズマアーク３を補助ガス６で保護するよう
になっているのである。次に、上記溶射装置の緒元や溶
射条件等を種々に変更して行なった実験例について説明
する。With such a structure, during the thermal spraying, the chamber 5 is filled with the auxiliary gas 6 which does not form an oxide film, and the plasma arc 3 is protected by the auxiliary gas 6. Next, an example of an experiment carried out by variously changing the specifications of the thermal spraying apparatus, the thermal spraying conditions and the like will be described.
【００２５】本実験例では、銅製の小型チャンバ５を用
い、小型チャンバ５の内径を１００〜２００ｍｍとし
た。また、基本的な溶射条件は、溶射電流５００〜８０
０Ａ、トラバース速度１０〜３０ｍ／ｍｉｎ、溶射距離
５０〜１００ｍｍとし、ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ合金粉末１
１を膜厚２００〜４００μｍで溶射した。また、基材１
は、１００×１５０ｍｍ、厚さ１５ｍｍのＳＳ-４００
材をアルミナ＃２４グリットを用いてブラスト処理した
ものを使用した。溶射後は断面ミクロ組織観察で皮膜２
の気孔率及び粒子の酸化度を調査した。In this experimental example, the small chamber 5 made of copper was used, and the inner diameter of the small chamber 5 was set to 100 to 200 mm. Further, the basic spraying condition is a spraying current of 500 to 80.
0A, traverse speed 10 to 30 m / min, spraying distance 50 to 100 mm, CoNiCrAlY alloy powder 1
1 was sprayed with a film thickness of 200 to 400 μm. Also, the base material 1
Is SS-400 with 100 × 150mm and thickness of 15mm
The material used was blasted with alumina # 24 grit. After thermal spraying, cross-section microstructure observation shows coating 2
The porosity and the degree of oxidation of the particles were investigated.
【００２６】小型チャンバ５内に充満させる補助ガス６
として窒素ガスを用い、補助ガス６を２００〜５００ｌ
／ｍｉｎ供給しながら、プラズマアーク３の中心軸に対
し噴流角度（噴出角度）０〜４５゜で噴出させた。ま
た、チャンバ径は４０，６０，１００，１４０及び１６
０ｍｍのものを用いた。また、補助ガス６の噴出口７
は、溶射トーチ９の先端よりも後側（図１中左側）であ
って、補助ガス噴出口７と溶射トーチ９先端との距離を
５ｍｍ以上７０ｍｍ以下に設定した。また、小型チャン
バ５と基材１との間の距離を１〜３０ｍｍ、補助ガス６
の吹出し流速（噴出速度）を５〜４０ｍ／sに設定して
実験を行なった。Auxiliary gas 6 filling the small chamber 5
Nitrogen gas is used as the auxiliary gas 6 to 200 to 500 l
/ Min, the jetting angle (jetting angle) of the plasma arc 3 was 0 to 45 °. The chamber diameters are 40, 60, 100, 140 and 16
The one with 0 mm was used. Also, the spout 7 for the auxiliary gas 6
Is on the rear side (left side in FIG. 1) of the tip of the thermal spray torch 9, and the distance between the auxiliary gas ejection port 7 and the tip of the thermal spray torch 9 is set to 5 mm or more and 70 mm or less. In addition, the distance between the small chamber 5 and the substrate 1 is 1 to 30 mm, the auxiliary gas 6
The experiment was conducted by setting the flow velocity (jet velocity) of 5 to 40 m / s.
【００２７】そして、この実験により、補助ガス６とし
ての窒素ガスを２００〜５００ｌ／ｍｉｎ供給すること
で、溶射粒子４の酸化が防止でき、図３に示すように、
粒子密着性の高い皮膜２が得られることを確認した。な
お、チャンバ径とアーク径との間には相関関係があり、
アーク径とチャンバ径との比が１：３（この場合はアー
ク径約２０ｍｍ、チャンバ径６０ｍｍ）以上、すなわ
ち、アーク径／チャンバ径が１／３以上では、チャンバ
５内面に溶射粒子４が付着し、この粒子４が再溶融され
て基材１に飛行するスピッティング現象が生じ、気孔生
成の大きな問題点となることが判明した。また、アーク
径とチャンバ径との比が１：１０以下、すなわち、アー
ク径／チャンバ径が１／１０以下では、窒素ガス（補助
ガス）６を５００ｌ／ｍｉｎ供給しても、チャンバ内５
の容積が大きいため酸素濃度は低減できず良好な皮膜２
が得られなかった。According to this experiment, by supplying 200 to 500 l / min of the nitrogen gas as the auxiliary gas 6, the sprayed particles 4 can be prevented from being oxidized, and as shown in FIG.
It was confirmed that the film 2 having high particle adhesion was obtained. There is a correlation between the chamber diameter and the arc diameter,
When the ratio of the arc diameter to the chamber diameter is 1: 3 (in this case, the arc diameter is about 20 mm and the chamber diameter is 60 mm), that is, when the arc diameter / the chamber diameter is 1/3 or more, the spray particles 4 adhere to the inner surface of the chamber 5. However, it was found that a spitting phenomenon in which the particles 4 were remelted and flew to the base material 1 was caused, which was a serious problem of pore generation. Further, when the ratio of the arc diameter to the chamber diameter is 1:10 or less, that is, the arc diameter / chamber diameter is 1/10 or less, even if the nitrogen gas (auxiliary gas) 6 is supplied at 500 l / min, the chamber 5
Oxygen concentration cannot be reduced due to the large volume of the
Was not obtained.
【００２８】また、補助ガス噴出口７を溶射トーチ９の
先端より１０ｍｍ以下の距離に設定した場合では、溶射
中に溶射トーチ９の先端に微小な溶射粒子４が堆積し、
これも上述と同様に、粒子４が再溶融され基材１に飛行
するスピッティング現象が生じ気孔生成の大きな問題点
となることが判明した。また、５０ｍｍ以上の距離では
アーク３近傍に到達するまでに補助ガス６の吹出流速が
減速し、小型チャンバ５内に滞留したヒュームを安定し
て小型チャンバ５外に放出させる効果が得られなかっ
た。When the auxiliary gas ejection port 7 is set at a distance of 10 mm or less from the tip of the thermal spray torch 9, fine thermal spray particles 4 are deposited on the distal end of the thermal spray torch 9 during thermal spraying.
It was also found that, similarly to the above, a spitting phenomenon in which the particles 4 were remelted and flew to the base material 1 was caused, which was a major problem in the generation of pores. Further, at a distance of 50 mm or more, the blowing velocity of the auxiliary gas 6 is reduced by the time it reaches the vicinity of the arc 3, and the effect of stably discharging the fumes accumulated in the small chamber 5 to the outside of the small chamber 5 cannot be obtained. .
【００２９】また、補助ガス６をプラズマアーク３の中
心軸に対し噴流角度５〜３０゜で噴出させると、小型チ
ャンバ５内に滞留したヒュームを安定に小型チャンバ５
外に放出させることができ、図３に示すように、小型チ
ャンバ５内のヒューム濃度が低減でき溶射皮膜２の気孔
率を低減させることができた。なお、補助ガス６の噴出
角度が５゜以下になると、小型チャンバ５内に滞留した
ヒュームを安定して小型チャンバ５外に放出させること
が困難となり、また、補助ガス６の噴出角度が３０゜以
上では、プラズマアーク３が不安定になることが実験で
確認された。When the auxiliary gas 6 is ejected at a jet angle of 5 to 30 ° with respect to the central axis of the plasma arc 3, the fumes accumulated in the small chamber 5 are stably discharged.
It was possible to release it outside, and as shown in FIG. 3, it was possible to reduce the fume concentration in the small chamber 5 and reduce the porosity of the thermal spray coating 2. When the ejection angle of the auxiliary gas 6 is 5 ° or less, it becomes difficult to stably discharge the fumes accumulated in the small chamber 5 to the outside of the small chamber 5, and the ejection angle of the auxiliary gas 6 is 30 °. In the above, it was confirmed by experiments that the plasma arc 3 becomes unstable.
【００３０】本溶射法の場合、プラズマアーク３の発生
によるプラズマ気流の流速は約１０ｍ／ｓであることが
流体力学的に解析済みであるが、補助ガス６の吹出し流
速が１０ｍ／ｓ以下では、プラズマ気流の流速が大きい
ため、チャンバ５内で補助ガス６が乱流状態になり、チ
ャンバ５内に滞留したヒュームが溶射粒子４に付着し皮
膜中２に取り込まれてしまう。また、補助ガス６の吹出
し流速が３０ｍ／ｓ以上では、逆に補助ガス６の吹出し
流速が大き過ぎてチャンバ５内で補助ガス６が乱流状態
になり、上述と同様の問題点が生じる。これに対して、
補助ガス６の吹出し流速をプラズマ気流と同等レベル
（プラズマ気流に対し１〜３倍の流速）に設定すること
により、小型チャンバ５内のヒューム濃度を低減でき、
溶射皮膜２の気孔率を低減することができた。In the case of this thermal spraying method, it has already been hydrodynamically analyzed that the flow velocity of the plasma air flow due to the generation of the plasma arc 3 is about 10 m / s, but when the blowing velocity of the auxiliary gas 6 is 10 m / s or less. Since the flow velocity of the plasma airflow is high, the auxiliary gas 6 becomes turbulent in the chamber 5, and the fumes accumulated in the chamber 5 adhere to the spray particles 4 and are taken into the coating 2. On the other hand, if the blowing speed of the auxiliary gas 6 is 30 m / s or more, the blowing speed of the auxiliary gas 6 is too high and the auxiliary gas 6 becomes turbulent in the chamber 5, causing the same problem as described above. On the contrary,
The fume concentration in the small chamber 5 can be reduced by setting the flow rate of the auxiliary gas 6 to the same level as that of the plasma air flow (1 to 3 times the flow speed of the plasma air flow).
The porosity of the sprayed coating 2 could be reduced.
【００３１】また、小型チャンバ５と基材１との間の距
離を２〜２０ｍｍ離隔することで、上述と同様に小型チ
ャンバ５内に滞留したヒュームを安定して小型チャンバ
５外に放出させる効果があるほか、小型チャンバ５内の
ヒューム濃度を低減でき溶射皮膜２の気孔率を低減する
ことができた。なお、小型チャンバ５と基材１との間の
距離が２ｍｍ以下では、小型チャンバ内５にヒュームが
充満し、ヒュームが溶射粒子４に付着し皮膜中２に取り
込まれ、気孔生成原因となる。また、小型チャンバ５と
基材１との間の距離が２０ｍｍ以上では、チャンバ５内
の酸素濃度を低減できず良好な皮膜２が得られなかっ
た。流体力学的には補助ガス６流量が３００ｌ／ｍｉｎ
の場合、小型チャンバ５と基材１との間の距離が２ｍｍ
では小型チャンバ５と基材１の隙間から吹出すガス流速
は３０ｍ／ｓ、小型チャンバ５と基材間距離が２０ｍｍ
では小型チャンバ５と基材１との隙間から吹出すガス流
速は１０ｍ／sとなる。つまり、上述のプラズマ気流と
同等レベルの流速になるように、小型チャンバ５と基材
１との距離を設定することで、チャンバ５内に滞留した
ヒュームを安定して放出することができ、ヒュームが溶
射粒子４に付着し皮膜中２に取り込まれることなく、良
好な皮膜２が得られた。Further, by separating the distance between the small chamber 5 and the substrate 1 by 2 to 20 mm, the fumes accumulated in the small chamber 5 can be stably discharged to the outside of the small chamber 5 as described above. In addition, the fume concentration in the small chamber 5 can be reduced and the porosity of the thermal spray coating 2 can be reduced. When the distance between the small chamber 5 and the base material 1 is 2 mm or less, the small chamber 5 is filled with fumes, and the fumes adhere to the spray particles 4 and are taken into the film 2 to cause pore formation. Further, when the distance between the small chamber 5 and the base material 1 was 20 mm or more, the oxygen concentration in the chamber 5 could not be reduced and a good film 2 could not be obtained. Hydrodynamically, auxiliary gas 6 flow rate is 300 l / min
In the case of, the distance between the small chamber 5 and the substrate 1 is 2 mm.
Then, the flow velocity of the gas blown from the gap between the small chamber 5 and the substrate 1 is 30 m / s, and the distance between the small chamber 5 and the substrate is 20 mm.
Then, the flow velocity of the gas blown out from the gap between the small chamber 5 and the substrate 1 is 10 m / s. That is, by setting the distance between the small chamber 5 and the base material 1 so that the flow velocity is equivalent to that of the above-mentioned plasma airflow, the fumes accumulated in the chamber 5 can be stably released, and the fumes can be discharged. A good coating 2 was obtained without adhering to the spray particles 4 and being taken into the coating 2.
【００３２】以上の実験結果により、本発明の第１実施
形態にかかる溶射方法では、チャンバ径をアーク径に対
し１：３以上１：１０以下とし、補助ガス噴出口７を溶
射トーチ９の先端より１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下で溶射
トーチ９の後側の位置に設定し、補助ガス６をプラズマ
中心軸に対し５〜３０゜の角度でプラズマ気流に対し１
〜３倍の流速で噴流させ、チャンバ５内を補助ガス６の
酸化膜を形成しないガスで充満するチャンバ構造とし、
プラズマアーク３を補助ガス６で保護することにより、
溶射中の雰囲気酸素濃度を１％以下に抑えることがで
き、粒子酸化度を通常の大気プラズマ溶射の場合の６〜
８％に対し、１〜２％に抑制することができる。また、
気孔率は５〜６％に対し２〜３％に抑制することがで
き、密着力は２００ｋｇ／ｃｍ2 に対し３００ｋｇ／ｃ
ｍ2 に高めることができるのである。また、小型チャン
バ５と基材１との間の距離を２〜２０ｍｍ離隔すること
で、小型チャンバ５内に滞留したヒュームを確実に小型
チャンバ５外に放出でき、チャンバ５内のヒューム濃度
を低減して溶射皮膜２の気孔率を低減することができ
る。From the above experimental results, in the thermal spraying method according to the first embodiment of the present invention, the chamber diameter is set to 1: 3 or more and 1:10 or less with respect to the arc diameter, and the auxiliary gas jet port 7 is set to the tip of the thermal spray torch 9. 10 mm or more and 50 mm or less, the position is set to the rear side of the thermal spray torch 9, and the auxiliary gas 6 is set at an angle of 5 to 30 ° with respect to the central axis of the plasma and 1 against the plasma air flow.
~ 3 times the flow velocity, the chamber 5 is filled with a gas that does not form an oxide film of the auxiliary gas 6, a chamber structure
By protecting the plasma arc 3 with the auxiliary gas 6,
The atmospheric oxygen concentration during spraying can be suppressed to 1% or less, and the degree of particle oxidation is 6 to 6 in the case of ordinary atmospheric plasma spraying.
It can be suppressed to 1 to 2% with respect to 8%. Also,
The porosity can be suppressed to 2 to 3% against 5 to 6%, and the adhesive force is 300 kg / c to 200 kg / cm 2.
It can be increased to m 2 . Moreover, by separating the distance between the small chamber 5 and the substrate 1 by 2 to 20 mm, the fumes accumulated in the small chamber 5 can be reliably discharged to the outside of the small chamber 5, and the fume concentration in the chamber 5 is reduced. Thus, the porosity of the thermal spray coating 2 can be reduced.
【００３３】次に、本発明の第２実施形態にかかる溶射
方法について説明すると、この第２実施形態では、上記
第１実施形態の溶射方法に対して、作動ガス１３として
Ａｒ＋Ｈ2 を用いる点が異なっており、これ以外は上記
第１実施形態と同様である。ここで、一般的な作動ガス
は水素添加量が５〜１０％であるのに対し、本溶射方法
に用いられる作動ガス１３は水素添加量が１０〜５０％
に設定されている。Next, the thermal spraying method according to the second embodiment of the present invention will be described. In this second embodiment, Ar + H 2 is used as the working gas 13 in the thermal spraying method of the first embodiment. It is different, and other than this is the same as the first embodiment. Here, a general working gas has a hydrogenation amount of 5 to 10%, whereas a working gas 13 used in the present thermal spraying method has a hydrogenation amount of 10 to 50%.
Is set to.
【００３４】以下、本発明の第２実施形態にかかる溶射
方法を用いた実験例について簡単に説明すると、本実験
では、上記第１実施形態で説明したものと同じ小型チャ
ンバ５を用いるとともに、作動ガス１３としてＡｒ＋４
０％Ｈ2 （水素添加量４０％のアルゴンガス）を５０ｌ
／ｍｉｎ使用し、小型チャンバ５に充満させる補助ガス
６及びこの補助ガス６の噴出角度は上記第１実施形態と
同一とした。An experimental example using the thermal spraying method according to the second embodiment of the present invention will be briefly described below. In this experiment, the same small chamber 5 as that described in the first embodiment is used and the operation is performed. Ar + 4 as gas 13
50% of 0% H 2 (argon gas with 40% hydrogenation)
/ Min, the auxiliary gas 6 filling the small chamber 5 and the ejection angle of the auxiliary gas 6 are the same as those in the first embodiment.
【００３５】そして、この実験の結果、水素ガスの還元
作用により粒子４の酸化防止を図ることができ、また、
解離熱による入熱増加で粒子４の溶融効率を増加でき粒
子密着性の高い皮膜２を得ることができた（図３参
照）。なお、作動ガス１３を５０ｌ／ｍｉｎ使用した場
合、水素混入濃度１０％以下では上記効果が認められ
ず、水素混入濃度５０％以上ではプラズマアーク３が不
安定になることが実験で確認できた。As a result of this experiment, it is possible to prevent the particles 4 from being oxidized by the reducing action of hydrogen gas.
By increasing the heat input due to the heat of dissociation, it was possible to increase the melting efficiency of the particles 4 and to obtain the film 2 having high particle adhesion (see FIG. 3). It was confirmed by experiments that when the working gas 13 was used at 50 l / min, the above effect was not observed at a hydrogen concentration of 10% or less, and the plasma arc 3 became unstable at a hydrogen concentration of 50% or more.
【００３６】また、粒子酸化度を通常の大気プラズマの
場合６〜８％に対し、０．５〜１％に半減することがで
きた。また、気孔率は５〜６％に対し１〜２％に半減す
ることができ、密着力は２００kg／cｍ2 に対し３５０k
g／cｍ2にできた。なお、第１実施形態で用いた小型チ
ャンバ５を適用しなくても、水素ガスの還元作用利用に
よる粒子４の酸化防止効果と、解離熱による入熱増加で
粒子４の溶融効率が増加する効果とが認められ、粒子密
着性の高い皮膜２を得ることができる。Further, the degree of particle oxidation could be halved to 0.5 to 1%, compared to 6 to 8% in the case of ordinary atmospheric plasma. Also, the porosity can be halved to 1 to 2% from 5 to 6%, and the adhesive force is 350 k for 200 kg / cm 2 .
It was possible to g / cm 2 . Even if the small chamber 5 used in the first embodiment is not applied, the effect of preventing the oxidation of the particles 4 by using the reducing action of hydrogen gas and the effect of increasing the heat input by dissociation heat and increasing the melting efficiency of the particles 4 Is observed, and the film 2 having high particle adhesion can be obtained.
【００３７】以上のように、本発明の第２実施形態にか
かる溶射方法では、水素添加量の多い作動ガス１３を用
いて水素ガスの還元作用を利用することにより、溶射粒
子４の酸化を防止でき、また、解離熱による入熱増加に
より溶射粒子４の溶融効率を増加させることができる。
また、粒子酸化度を０．５〜１％に低減できるととも
に、気孔率を１〜２％に低減でき、さたには、溶射粒子
４の密着力が大きく向上する利点がある。As described above, in the thermal spraying method according to the second embodiment of the present invention, oxidation of the thermal spray particles 4 is prevented by utilizing the reducing action of hydrogen gas by using the working gas 13 having a large hydrogen addition amount. In addition, the melting efficiency of the spray particles 4 can be increased by increasing the heat input due to the heat of dissociation.
Further, the degree of particle oxidation can be reduced to 0.5 to 1%, the porosity can be reduced to 1 to 2%, and there is an advantage that the adhesion of the sprayed particles 4 is greatly improved.
【００３８】なお、本発明の第２実施形態にかかる溶射
方法は、プラズマ溶射方法にのみ適用されるものではな
く、例えばアーク溶射方法や高速ガス炎溶射方法にも適
用可能である。次に、本発明の第３実施形態にかかる溶
射方法について説明すると、図４（ａ）, （ｂ）はとも
に基材に付着したヒュームの除去手法を説明するための
図、図５（ａ）, （ｂ）はその変形例を示す図である。The thermal spraying method according to the second embodiment of the present invention is applicable not only to the plasma thermal spraying method but also to, for example, an arc thermal spraying method or a high-speed gas flame thermal spraying method. Next, a thermal spraying method according to a third embodiment of the present invention will be described. FIGS. 4 (a) and 4 (b) are diagrams for explaining a method for removing fumes adhering to a base material, and FIG. 5 (a). (B) is a figure which shows the modification.
【００３９】さて、この第３実施形態では、溶射粒子４
の径が３０〜１５０μｍに規定されている。また、本溶
射方法が適用される溶射装置には、図４（ａ），（ｂ）
に示すように、プラズマアーク３の近傍（小型チャンバ
５の外周側）に、基材１に付着したヒュームを除去する
ためのブラシ１４及びエアジェット１５が設けられてい
る。これらのヒューム除去用のブラシ１４及びエアジェ
ット１５は、溶射線方向（図中の矢印参照）に対し前後
方向に配設されている。また、エアジェット１５のエア
圧力は４ｋｇｆ／ｍｍ2 に設定されている。そして、こ
れ以外は、上記第１実施形態の溶射方法と同様に構成さ
れている。なお、ブラシ１４及びエアジェット１５を、
図５（ａ），（ｂ）に示すように配設してもよい。Now, in this third embodiment, the spray particles 4
Has a diameter of 30 to 150 μm. In addition, a thermal spraying apparatus to which the present thermal spraying method is applied has a structure shown in FIGS.
As shown in, a brush 14 and an air jet 15 for removing fumes adhering to the substrate 1 are provided near the plasma arc 3 (on the outer peripheral side of the small chamber 5). The fume removing brush 14 and the air jet 15 are arranged in the front-rear direction with respect to the spray line direction (see the arrow in the drawing). The air pressure of the air jet 15 is set to 4 kgf / mm 2 . Other than this, the thermal spraying method of the first embodiment is configured in the same manner. In addition, the brush 14 and the air jet 15,
They may be arranged as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b).
【００４０】以下、本発明の第３実施形態にかかる溶射
方法を用いた実験例について説明すると、この実験例で
は、上記第１実施形態で説明したものと同じ小型チャン
バ５を用いるとともに、溶射粒子４は市販のものを用い
３０μｍ以下の粒子を除去して用いた。また、小型チャ
ンバ５に充満させる補助ガス６及びこの補助ガス６の噴
出角度は上記第１実施形態の実験例と同一とした。An experimental example using the thermal spraying method according to the third embodiment of the present invention will be described below. In this experimental example, the same small chamber 5 as that described in the first embodiment is used, and the thermal spray particles are used. No. 4 was a commercially available product, and particles of 30 μm or less were removed before use. The auxiliary gas 6 filled in the small chamber 5 and the ejection angle of the auxiliary gas 6 are the same as those in the experimental example of the first embodiment.
【００４１】そして、この実験の結果、ブラシ１４及び
エアジェット１５によりヒューム発生の抑制と付着ヒュ
ームの強制除去を行なうことで、小型チャンバ５内のヒ
ューム濃度を低減することができ、溶射皮膜２の気孔率
を低減することができた。そして、粒子４の溶融によっ
て発生するヒュームの抑制と付着ヒュームの強制除去と
により、気孔率の小さい皮膜２を得ることができた（図
３参照）。As a result of this experiment, it is possible to reduce the fume concentration in the small chamber 5 by suppressing the fume generation and forcibly removing the adhered fumes by the brush 14 and the air jet 15. The porosity could be reduced. Then, by suppressing the fumes generated by melting the particles 4 and forcibly removing the adhered fumes, the film 2 having a small porosity could be obtained (see FIG. 3).
【００４２】なお、粒子径３０μｍ以下の溶融粒子４を
混入すると小型チャンバ５内に発生するヒュームが増大
し、粒子径１５０μｍ以上の粒子４を混入すると溶射皮
膜２中に未溶融粒子が存在し、気孔率が増大することが
実験で確認できた。また、エアジェット１５を小型チャ
ンバ５に密着させた場合、溶射皮膜２に吹き付けられた
エアが小型チャンバ５に混入し、酸素濃度が増大して良
好な皮膜２が得られなかった。また、ブラシ１４のみで
は皮膜２の表面に付着したヒュームは完全に除去できず
に良好な皮膜２が得られなかった。これに対して、ブラ
シ１４をチャンバ５側に配設し、また、このブラシ１４
にエアジェット１５を隣接して設けることにより、チャ
ンバ５内の酸素濃度の上昇を抑制でき、皮膜２の表面上
に付着したヒュームを効率良く除去することができた。When the molten particles 4 having a particle diameter of 30 μm or less are mixed, fumes generated in the small chamber 5 increase, and when the particles 4 having a particle diameter of 150 μm or more are mixed, unmelted particles exist in the thermal spray coating 2. It was confirmed experimentally that the porosity increases. Further, when the air jet 15 was brought into close contact with the small chamber 5, the air sprayed on the thermal spray coating 2 was mixed into the small chamber 5 and the oxygen concentration increased, so that the favorable coating 2 could not be obtained. Further, the fume adhering to the surface of the film 2 could not be completely removed only by the brush 14, and a good film 2 could not be obtained. On the other hand, the brush 14 is arranged on the chamber 5 side, and the brush 14
By providing the air jets 15 adjacent to each other, it was possible to suppress an increase in the oxygen concentration in the chamber 5 and efficiently remove the fumes adhering to the surface of the film 2.
【００４３】そして、この実験では、気孔率を通常の大
気プラズマの場合５〜６％に対し、０.５〜１％に半減
することができた。なお、第１実施形態で用いた小型チ
ャンバ５を適用しなくても、粒子４の溶融によって発生
するヒュームを抑制でき、また付着ヒュームの強制除去
による気孔率の減少が認められ、粒子密着性の高い皮膜
２を得ることができる。In this experiment, the porosity could be halved to 0.5 to 1%, compared with 5 to 6% in the case of ordinary atmospheric plasma. Even if the small chamber 5 used in the first embodiment is not applied, the fumes generated by melting of the particles 4 can be suppressed, and the porosity can be reduced by the forced removal of the adhered fumes, and the adhesion of the particles can be improved. A high coating 2 can be obtained.
【００４４】以上のように、本発明の第３実施形態にか
かる溶射方法では、ブラシ１４をチャンバ５側に配置
し、その隣にエアジェット１５を配置することで、チャ
ンバ５内の酸素濃度の増加を防止して皮膜２の表面に付
着したヒュームを効率良く除去することができる利点が
ある〔図４（ａ),（ｂ)及び図５（ａ),（ｂ)参照〕。ま
た、粒子径３０〜１５０μｍの溶融粒子４を用いること
により、チャンバ５内でのヒュームの発生を抑制でき、
気孔率を低減することができる利点がある。As described above, in the thermal spraying method according to the third embodiment of the present invention, by disposing the brush 14 on the chamber 5 side and arranging the air jet 15 next to the brush 14, the oxygen concentration in the chamber 5 can be controlled. There is an advantage that the fumes adhering to the surface of the film 2 can be efficiently removed by preventing the increase (see FIGS. 4A and 4B and FIGS. 5A and 5B). Further, by using the molten particles 4 having a particle diameter of 30 to 150 μm, it is possible to suppress the generation of fumes in the chamber 5,
There is an advantage that the porosity can be reduced.
【００４５】なお、本発明の第３実施形態にかかる溶射
方法は、プラズマ溶射方法にのみ適用されるものではな
く、例えばアーク溶射方法や高速ガス炎溶射方法に適用
しても良い。The thermal spraying method according to the third embodiment of the present invention is not limited to the plasma spraying method, but may be applied to, for example, an arc spraying method or a high-speed gas flame spraying method.
【００４６】[0046]
【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の本
発明の溶射方法によれば、プラズマアークにより溶射を
行なう溶射方法であって、溶射トーチに冷却機構を有す
る空気遮断用のチャンバを取り付けて該溶射トーチ先端
から基材近傍までを該チャンバで覆い、該プラズマアー
クの径と該チャンバの径との比を１：３〜１：１０に設
定し、酸化膜を形成しない補助ガスを該チャンバ内に供
給するとともに、該補助ガスの噴出口を該溶射トーチ先
端より１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の距離に設定し、該補
助ガスを該プラズマアークの中心軸に対し５〜３０゜の
角度でプラズママ気流に対し１〜３倍の流速で噴出させ
ることにより、チャンバ内を補助ガスで充満させてプラ
ズマアークを補助ガスで保護することができ、溶射中の
雰囲気酸素濃度を抑制して、溶射粒子の酸化を抑制する
ことができるという利点がある。また、これにより気孔
率を低減することができるとともに溶射皮膜の密着力を
高めることができる利点がある。As described in detail above, according to the thermal spraying method of the present invention as defined in claim 1, there is provided a thermal spraying method in which thermal spraying is performed by a plasma arc, and the chamber for air shutoff has a cooling mechanism in the thermal spray torch. Is attached to cover the area from the tip of the thermal spray torch to the vicinity of the substrate with the chamber, the ratio of the diameter of the plasma arc to the diameter of the chamber is set to 1: 3 to 1:10, and an auxiliary gas that does not form an oxide film is formed. Is supplied into the chamber, the jet port of the auxiliary gas is set at a distance of 10 mm or more and 50 mm or less from the tip of the thermal spray torch, and the auxiliary gas is formed at an angle of 5 to 30 ° with respect to the central axis of the plasma arc. By ejecting at a flow velocity of 1 to 3 times that of the plasma stream, it is possible to fill the chamber with auxiliary gas and protect the plasma arc with auxiliary gas. Won, the advantage that the oxidation of the sprayed particles can be suppressed. This also has the advantage that the porosity can be reduced and the adhesion of the thermal spray coating can be increased.
【００４７】また、請求項２記載の本発明の溶射方法に
よれば、上記請求項１記載のものにおいて、該チャンバ
と該基材との間の距離を２〜２０ｍｍに設定することに
より、チャンバ内に滞留したヒュームを安定して放出さ
せることができ、チャンバ内のヒューム濃度を低減する
ことで溶射皮膜の気孔率を大幅に低減することができる
利点がある。Further, according to the thermal spraying method of the present invention as set forth in claim 2, in the method as set forth in claim 1, the distance between the chamber and the substrate is set to 2 to 20 mm, whereby the chamber There is an advantage that the fumes accumulated inside can be stably released, and the porosity of the thermal spray coating can be greatly reduced by reducing the fume concentration in the chamber.
【００４８】また、請求項３記載の本発明の溶射方法に
よれば、上記請求項１又は２記載のものにおいて、溶射
時の作動ガスとしてＡｒ＋Ｈ2 を用いるとともに、該作
動ガスの水素添加量を１０〜５０％に設定することによ
り、水素ガスの還元作用を利用して溶射粒子の酸化防止
を図ることができるとともに、解離熱による入熱増加に
より溶射粒子の溶融効率の向上を図ることができ、粒子
間の密着性の高い皮膜を形成することができるという利
点がある。Further, according to the thermal spraying method of the present invention as set forth in claim 3, in the method as set forth in claim 1 or 2, Ar + H 2 is used as the working gas at the time of spraying, and the hydrogenation amount of the working gas is By setting it to 10 to 50%, it is possible to prevent the oxidation of the spray particles by utilizing the reducing action of hydrogen gas, and it is possible to improve the melting efficiency of the spray particles by increasing the heat input due to the heat of dissociation. The advantage is that a film having high adhesion between particles can be formed.
【００４９】また、請求項４記載の本発明の溶射方法に
よれば、上記請求項１又は２記載のものにおいて、溶射
時に用いられる溶射粒径を３０〜１５０μｍとすること
によりにより、ヒュームの発生を抑制することができる
という利点がある。また、請求項５記載の本発明の溶射
方法によれば、上記請求項１又は２記載のものにおい
て、該プラズマアーク近傍に、該基材に付着したヒュー
ムを除去するためのブラシ及びエアジェットを設け、該
ヒュームの強制除去を行なうことにより、チャンバ内の
ヒューム濃度を低減することができ、溶射皮膜の気孔率
を低減することができるという利点がある。Further, according to the thermal spraying method of the present invention described in claim 4, in the method of claim 1 or 2, the fumes are generated by setting the sprayed particle size used during thermal spraying to 30 to 150 μm. There is an advantage that can suppress. Further, according to the thermal spraying method of the present invention described in claim 5, in the method described in claim 1 or 2, a brush and an air jet for removing fumes adhering to the base material are provided in the vicinity of the plasma arc. By providing and forcibly removing the fume, there is an advantage that the fume concentration in the chamber can be reduced and the porosity of the thermal spray coating can be reduced.
【００５０】[0050]
【００５１】[0051]
【００５２】また、請求項６記載の本発明の溶射装置に
よれば、プラズマアークにより溶射を行なう溶射装置で
あって、溶射トーチに冷却機構を有する空気遮断用のチ
ャンバが取り付けられるとともに、該溶射トーチ先端か
ら基材近傍までが該チャンバで覆われ、該プラズマアー
クの径と該チャンバの径との比が１：３〜１：１０に設
定され、該チャンバ内に供給される補助ガスの噴出口が
該溶射トーチ先端より１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の距離
に設定され、該補助ガスが該プラズマアークの中心軸に
対し５〜３０゜の角度でプラズマ気流に対し１〜３倍の
流速で噴出するように構成され、且つ、該チャンバと基
材との間の距離が、２〜２０ｍｍに設定されるという構
成により、チャンバ内を補助ガスで充満させてプラズマ
アークを補助ガスで保護することができ、溶射中の雰囲
気酸素濃度を抑制して、溶射粒子の酸化を抑制すること
ができるという利点がある。また、チャンバと基材との
間の距離が２〜２０ｍｍに設定されることにより、チャ
ンバ内に滞留したヒュームを安定して放出させて、チャ
ンバ内のヒューム濃度を低減することができ、これによ
り溶射皮膜の気孔率を大幅に低減して、溶射皮膜の密着
力を高めることができる利点がある。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a thermal spraying apparatus for performing thermal spraying with a plasma arc, in which a chamber for air shutoff having a cooling mechanism is attached to the thermal spray torch and the thermal spraying is performed. The chamber extends from the tip of the torch to the vicinity of the base material, the ratio of the diameter of the plasma arc to the diameter of the chamber is set to 1: 3 to 1:10, and the auxiliary gas supplied into the chamber is jetted. The outlet is set to a distance of 10 mm or more and 50 mm or less from the tip of the thermal spray torch, and the auxiliary gas is jetted at an angle of 5 to 30 ° with respect to the central axis of the plasma arc at a flow velocity of 1 to 3 times that of the plasma flow. And the distance between the chamber and the base material is set to 2 to 20 mm, so that the chamber is filled with the auxiliary gas and the plasma arc is supplemented with the auxiliary gas. Can be protected, by suppressing the atmosphere oxygen concentration in the spray has the advantage that the oxidation of the sprayed particles can be suppressed. Further, by setting the distance between the chamber and the base material to be 2 to 20 mm, it is possible to stably release the fumes accumulated in the chamber and reduce the fume concentration in the chamber. There is an advantage that the porosity of the sprayed coating can be greatly reduced and the adhesion of the sprayed coating can be enhanced.
【００５３】また、請求項７記載の本発明の溶射装置に
よれば、上記請求項６記載のものにおいて、溶射時の作
動ガスとしてＡｒ＋Ｈ2 が用いられ、該作動ガスの水素
添加量が１０〜５０％に設定されるという構成により、
水素ガスの還元作用を利用して溶射粒子の酸化防止を図
ることができるとともに、解離熱による入熱増加により
溶射粒子の溶融効率の向上を図ることができ、これによ
り粒子間の密着性の高い皮膜を形成することができると
いう利点がある。Further, according to the thermal spraying apparatus of the present invention as set forth in claim 7, in the apparatus as set forth in claim 6 , Ar + H 2 is used as the working gas at the time of thermal spraying, and the hydrogenation amount of the working gas is 10 to 10. With the configuration set to 50%,
Oxidation of spray particles can be prevented by utilizing the reducing action of hydrogen gas, and melting efficiency of spray particles can be improved by increasing heat input due to heat of dissociation, which results in high adhesion between particles. There is an advantage that a film can be formed.
【００５４】また、請求項８記載の本発明の溶射装置に
よれば、上記請求項６記載のものにおいて、溶射時に用
いられる溶射粒子の径が３０〜１５０μｍであるという
構成により、ヒュームの発生を抑制することができると
いう利点がある。また、請求項９記載の本発明の溶射装
置によれば、上記請求項６記載の該プラズマアーク近傍
に、該基材に付着したヒュームを除去するためのブラシ
及びエアジェットが設けられるという構成により、ヒュ
ームを強制的に除去することができ、チャンバ内のヒュ
ーム濃度を低減することができる利点がある。また、こ
れにより溶射皮膜の気孔率を低減することができるとい
う利点がある。Further, according to the thermal spraying apparatus of the present invention as set forth in claim 8, in the apparatus as set forth in claim 6 , fumes are generated due to the structure that the diameter of the sprayed particles used at the time of thermal spraying is 30 to 150 μm. There is an advantage that it can be suppressed. According to the thermal spraying apparatus of the present invention as set forth in claim 9, a brush and an air jet for removing fumes adhering to the base material are provided in the vicinity of the plasma arc according to claim 6. Fume can be forcibly removed, and the fume concentration in the chamber can be reduced. This also has the advantage that the porosity of the sprayed coating can be reduced.
【００５５】[0055]
【００５６】[0056]
【図１】本発明の第１実施形態にかかる溶射方法に用い
るプラズマ溶射装置の要部構成を示す模式的な断面図で
ある。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the main configuration of a plasma spraying apparatus used in a spraying method according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第１実施形態にかかる溶射方法に用い
るプラズマ溶射装置の全体構成を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an overall configuration of a plasma spraying apparatus used in the spraying method according to the first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の各実施形態にかかる溶射方法により形
成された溶射皮膜を示す模式的な断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a thermal spray coating formed by a thermal spraying method according to each embodiment of the present invention.
【図４】（ａ）, （ｂ）はともに本発明の第３実施形態
にかかる溶射方法について説明するための図であって、
基材に付着したヒュームの除去手法を説明するための図
である。4A and 4B are views for explaining a thermal spraying method according to a third embodiment of the present invention,
It is a figure for demonstrating the removal method of the fume adhering to a base material.
【図５】（ａ）, （ｂ）はともに本発明の第３実施形態
にかかる溶射方法の変形例を示す図である。5 (a) and 5 (b) are diagrams showing a modification of the thermal spraying method according to the third embodiment of the present invention.
【図６】従来の溶射装置により形成された溶射皮膜を示
す模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic sectional view showing a thermal spray coating formed by a conventional thermal spray device.
【図７】従来の溶射装置を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic view showing a conventional thermal spraying device.
【図８】従来の溶射装置を示す模式図である。FIG. 8 is a schematic view showing a conventional thermal spraying device.
１ 基材 ２ 溶射皮膜 ３ プラズマアーク（溶射炎） ４ 溶射粒子 ５ 小型チャンバ ６ 補助ガス ７ 補助ガス噴出口 ８ 補助ガス溜り ９ 溶射トーチ １０ 粉末供給ポート １１ 溶射粉末 １２ 冷却機構（冷却通路） １３ 作動ガス １４ ブラシ １５ エアジェット １６ シールドガスカバー １７ アーク １８ ワイヤ １９ 溶射電源 ２０ 溶射制御装置 ２１ 溶射用ロボット ２２ 粉末供給装置 ２３ 酸化膜 ２４ 気孔 1 base material 2 Thermal spray coating 3 Plasma arc (spray flame) 4 Thermal spray particles 5 Small chamber 6 auxiliary gas 7 Auxiliary gas outlet 8 Auxiliary gas reservoir 9 Thermal spray torch 10 Powder supply port 11 Thermal spray powder 12 Cooling mechanism (cooling passage) 13 Working gas 14 brushes 15 Air jet 16 Shield gas cover 17 Ark 18 wires 19 Thermal power supply 20 Thermal spray control device 21 Thermal spray robot 22 Powder feeder 23 Oxide film 24 pores
フロントページの続き (72)発明者 則松 康文 広島市西区観音新町四丁目６番22号 三 菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 榊原 紀幸 長崎市深堀町五丁目717番１号 三菱重 工業株式会社長崎研究所内 (56)参考文献 特開 平２−217457（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−228463（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−50225（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 4/00 - 4/18 Front page continued (72) Inventor Yasufumi Norimatsu 4-6-22 Kannon Shinmachi, Nishi-ku, Hiroshima City Sanryo Heavy Industries Ltd. Hiroshima Research Laboratory (72) Inventor Noriyuki Sakakibara 5717-1 Fukahoricho, Nagasaki Mitsubishi Heavy Industries Nagasaki Research Institute Co., Ltd. (56) Reference JP-A-2-217457 (JP, A) JP-A-2-228463 (JP, A) JP-A-11-50225 (JP, A) (58) Fields investigated ( Int.Cl. 7 , DB name) C23C 4/00-4/18
Claims (9)
方法であって、溶射トーチに、冷却機構を有する空気遮
断用のチャンバを取り付けて該溶射トーチ先端から基材
近傍までを該チャンバで覆い、該プラズマアークの径と
該チャンバの径との比を１：３〜１：１０に設定し、酸
化膜を形成しない補助ガスを該チャンバ内に供給して、
該プラズマアークを該補助ガスで保護するとともに、該
補助ガスの噴出口を該溶射トーチ先端より１０ｍｍ以上
５０ｍｍ以下の距離に設定し、該補助ガスを該プラズマ
アークの中心軸に対し５〜３０°の角度でプラズマ気流
に対し１〜３倍の流速で噴出させることを特徴とする、
溶射方法。1. A thermal spraying method in which thermal spraying is performed by a plasma arc, wherein a chamber for air shutoff having a cooling mechanism is attached to the thermal spray torch, and the chamber from the tip of the thermal spray torch to the vicinity of the substrate is covered with the plasma. The ratio of the diameter of the arc to the diameter of the chamber is set to 1: 3 to 1:10, and an auxiliary gas that does not form an oxide film is supplied into the chamber,
The plasma arc is protected by the auxiliary gas, the outlet of the auxiliary gas is set at a distance of 10 mm or more and 50 mm or less from the tip of the thermal spray torch, and the auxiliary gas is 5 to 30 ° with respect to the central axis of the plasma arc. It is characterized in that it is jetted at a flow velocity of 1 to 3 times the plasma flow at an angle of
Spraying method.
２０ｍｍに設定することを特徴とする、請求項１記載の
溶射方法。2. The distance between the chamber and the substrate is 2 to
The thermal spraying method according to claim 1, wherein the thermal spraying method is set to 20 mm.
いるとともに、該作動ガスの水素添加量を１０〜５０％
に設定することを特徴とする、請求項１又は２記載の溶
射方法。3. Ar + H 2 is used as a working gas at the time of thermal spraying, and the amount of hydrogen added to the working gas is 10 to 50%.
3. The thermal spraying method according to claim 1, wherein the thermal spraying method is set as follows.
〜１５０μｍとすることを特徴とする、請求項１又は２
記載の溶射方法。4. The diameter of spray particles used during spraying is 30.
~ 150m, characterized in that 1 or 2
The described thermal spraying method.
したヒュームを除去するためのブラシ及びエアジェット
を設け、該ヒュームの強制除去を行なうことを特徴とす
る、請求項１又は２記載の溶射方法。5. A brush and an air jet for removing fumes adhering to the base material are provided in the vicinity of the plasma arc to forcibly remove the fumes. Spraying method.
装置であって、 溶射トーチに、冷却機構を有するとともに該溶射トーチ
先端から基材近傍までを覆う空気遮断用のチャンバが取
り付けられ、 該プラズマアークの径と該チャンバの径との比が１：３
〜１：１０に設定され、該チャンバ内に供給される補助
ガスの噴出口が該溶射トーチ先端より１０ｍｍ以上５０
ｍｍ以下の距離に設定されるとともに、該補助ガスが該
プラズマアークの中心軸に対し５〜３０°の角度でプラ
ズマ気流に対し１〜３倍の流速で噴出するように構成さ
れ、且つ、該チャンバと該基材との間の距離が、２〜２
０ｍｍに設定されていることを特徴とする、溶射装置。 6. A thermal spray for spraying with a plasma arc.
A thermal spray torch having a cooling mechanism and the thermal spray torch.
A chamber for air blocking covering from the tip to the vicinity of the substrate is installed.
Ri attached, the ratio of the diameters of the said chamber of the plasma arc 1: 3
~ 1: 10 Auxiliary supplied into the chamber
The gas ejection port is 10 mm or more from the tip of the thermal spray torch 50
and the auxiliary gas is set to
Plas at an angle of 5 to 30 ° with respect to the central axis of the plasma arc.
It is configured to eject at a flow velocity 1 to 3 times that of the Zuma air flow.
And the distance between the chamber and the substrate is 2 to 2
A thermal spraying device characterized by being set to 0 mm.
いられ、該作動ガスの水素添加量が１０〜５０％に設定
されていることを特徴とする、請求項６記載の溶射装
置。 7. Ar + H 2 is used as a working gas during thermal spraying .
And the amount of hydrogen added to the working gas is set to 10-50%
7. The thermal spraying equipment according to claim 6, characterized in that
Place
〜１５０μｍであることを特徴とする、請求項６記載の
溶射装置。 8. The diameter of spray particles used during spraying is 30.
7. The method according to claim 6, characterized in that
Thermal spray equipment.
したヒュームを除去するためのブラシ及びエアジェット
が設けられていることを特徴とする、請求項６記載の溶
射装置。 9. Adhering to the base material in the vicinity of the plasma arc
Brushes and air jets for removing accumulated fumes
7. The melt according to claim 6, characterized in that
Shooting device.
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