JP4216453B2 - コーティング部材の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は溶射皮膜を緻密化し、皮膜の強度を向上するのに適するコーティング部材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属材料からなる基材の表面に特別な性質を与えるのにコーティングが広く利用されている。とりわけ、溶射法で皮膜を形成する方法が広範な分野で利用されている。この皮膜の形成方法では溶射器から粒子状材料を噴出させ、基材の表面にこれを吹き付け、多層にわたって重ねて施工することになる。
【０００３】
噴出する粒子状材料は溶射器で高温火炎あるいはアークなどによって加熱され、半溶融状態で基材の表面に付着して行く。粒径は比較的大きく、約３０μｍ程度である。一般に、層をなす粒子と粒子との間には気孔と呼ばれる隙間が生じ、この気孔の生成により皮膜は多孔質で、脆い性質を持つことになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
溶射法で形成する皮膜は施工中に生成する気孔のために多孔質で、脆くなることが避けられない。このような皮膜の性質は、たとえば、溶射工程で処理条件を様々に変えたとしても、本質的に変化しない。
【０００５】
基材の表面に皮膜を付けるのは、たとえば、耐熱性、耐磨耗性などの望ましい性質を部材に付与するためであるが、こうしたコーティング部材がある機器内に組み込まれ、通常の使用条件のもとで使用されるとき、多孔質である皮膜は基材と比べて強度的に余裕がなく、たとえば、外力の作用で許容応力を超えるようなことがあると、皮膜の一部が剥離してしまうなどの不具合が発生する。
【０００６】
一度、こうした不具合が発生すれば、コーティング部材の交換を迫られ、これを組み込んだ機器は運転を休止しなければならず、機器以外への影響が大きくなる。また、皮膜だけの損傷でコーティング部材全体を交換するのは無駄が大きく、特に、供用中に損傷を生じないように、皮膜自身の強度を高めることが求められている。
【０００７】
本発明の目的は溶射による皮膜の形成中に生成する気孔を激減させ、皮膜の強度を格段に高めるようにしたコーティング部材およびその製造法方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｇから選択されるいずれか１つの金属またはこれらの金属の少なくとも１種を主成分とする合金群から選ばれた１種からなる基材を所定の形状に成形する工程と、前記基材の表面にＣｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｗから選択されるいずれか１つの金属あるいはこれらの金属の少なくとも１種を主成分とする合金群から選ばれた１種で構成される皮膜を１ｍｍから１０ｍｍの範囲の厚みで溶射によって形成する工程と、前記基材の該皮膜部分を引っ張り機で伸ばし、材料に引っ張り応力を負荷する工程と、前記基材の該皮膜表面に対してＦｅまたはＦｅを主成分とする合金からなる直径１０ｍｍ以下の球体を衝突させて緻密化処理する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
このようなコーティング部材においては溶射による皮膜の形成で生じた気孔が緻密化処理で著しく減少し、あるいは後記の望ましい処理条件と組み合わせることで、大部分が消滅し、皮膜の強度を格段に向上させることができる。
【００１２】
基材成形工程ではマシニング加工、プレス加工、ロール加工、スピニング加工、その他の加工で基材を成形する。皮膜形成工程ではガス溶射、アーク溶射、プラズマ溶射のいずれかの方法で基材の表面に皮膜を形成する。緻密化処理工程においては金属または非金属材料からなる固体を基材の皮膜表面に衝突させる。
【００１８】
また、皮膜形成工程の後に追加の工程として基材の皮膜に引っ張り応力を負荷する工程を実施することで、曲げ強度が処理を施さないものと比べて著しく増大し、常態で処理したものと比べても、さらに一段と曲げ強度を高くすることができる。
【００２０】
さらに、皮膜形成工程において皮膜の厚さを１ｍｍから１０ｍｍの範囲の膜厚に形成することで、緻密化処理の効果が失われず、本発明の効果を最大限に得ることが可能になる。
【００２２】
また、緻密化処理工程において基材および皮膜を加熱中あるいは加熱後に固体を衝突させることで、曲げ強度が処理を施さないものと比べてはるかに増大し、常温で処理したものと比べても、さらに一段と曲げ強度を高くすることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１（ａ）において、Ａｌの素材から基材１を成形し、次いで、基材１の表面に溶射によってＣｕからなる皮膜２を形成した。溶射ではプラズマ溶射によって一様な膜厚を保つように形成した。次に、媒体を用いて鉄球を加速し、皮膜２の表面に均一に衝突させた。得られたコーティング部材の皮膜２の状態を図１（ｂ）に示している。
【００２８】
比較のために皮膜２を形成した後、皮膜２に何も施さない試料（未処理試料）も製作した。これらのコーティング部材および未処理試料について皮膜中の気孔の体積割合を求め、得られたコーティング部材および試料を正確に評価した。
【００２９】
図３に曲げ強度比を比較した結果を示している。従来のコーティング部材に相当する未処理試料と比べて実施例１のコーティング部材において曲げ強度が数倍以上増大することが確認された。
【００３０】
さらに、図４に気孔の体積割合を基準に曲げ強度比を比較した結果を示している。皮膜中の気孔の体積割合が高い未処理試料と比べて体積割合が１０％以下である実施例１のコーティング部材において曲げ強度が５倍程度向上できることが確認された。
【００３１】
（実施例２）
Ａｌを主成分とする合金の素材から基材１を成形し、次いで、基材１の表面に溶射によってＣｕを主成分とする合金からなる皮膜２を形成した。この溶射ではプラズマ溶射を用いて１ｍｍから２０ｍまでそれぞれ膜厚を変えて形成した。次に、媒体を用いて鉄球を加速し、皮膜２の表面に均一に衝突させた。各々コーティング部材について皮膜２中の気孔の体積割合を求め、これらのコーティング部材を正確に評価した。
【００３２】
図５に皮膜中の気孔の体積割合について比較した結果を示している。皮膜２の厚さが約１１ｍｍ以上になったとき、気孔の体積割合が急激に大きくなり、緻密化処理の効果が失われることが判明した。これに対して、皮膜２の厚さが約１ｍｍから約１０ｍｍの範囲では気孔の体積割合が小さく、緻密化処理の効果が最大限に発揮できることが判明した。すなわち、皮膜２の厚さは約１ｍｍから約１０ｍｍの範囲が望ましいことが確認された。
【００３３】
（実施例３）
Ａｌを主成分とする合金の素材から基材１を成形し、次いで、基材１の表面に溶射によってＣｕを主成分とする合金からなる皮膜２を形成した。この溶射ではプラズマ溶射を用いて一様な膜厚を保つように形成した。次に、基材１および皮膜２の双方をある温度に加熱した状態で媒体を用いて鉄球を加速し、皮膜２の表面に均一に衝突させた。
【００３４】
比較のために皮膜２を形成した後、皮膜２に何も施さない試料（未処理試料）も製作した。得られたコーティング部材および未処理試料について皮膜２中の気孔の体積割合を求め、これらのコーティング部材および試料を正確に評価した。
【００３５】
図６に曲げ強度比を比較した結果を示している。未処理試料と比べて実施例３のコーティング部材においては曲げ強度が１０倍以上増大し、実施例１の常温で処理したものと比べても、さらに一段と高くなることが確認された。
【００３６】
（実施例４）
Ａｌを主成分とする合金の素材から基材１を成形し、次いで、基材１の表面に溶射によってＣｕを主成分とする合金からなる皮膜２を形成した。この溶射ではプラズマ溶射を用いて一様な膜厚を保つように形成した。次に、基材１および皮膜２の周囲をアルゴンガスで満たした状態で媒体を用いて鉄球を加速し、皮膜２の表面に均一に衝突させた。
【００３７】
比較のために皮膜２を形成した後、皮膜２に何も施さない試料（未処理試料）も製作した。得られたコーティング部材および未処理試料について皮膜２中の気孔の体積割合を求め、これらのコーティング部材および試料を正確に評価した。
【００３８】
図７に曲げ強度比について比較した結果を示している。未処理試料と比べて実施例４のコーティング部材においては曲げ強度が１０倍近く増大し、実施例１の常態で処理したものと比べても、さらに一段と高くなることが確認された。
【００３９】
（実施例５）
Ａｌを主成分とする合金の素材から基材１を成形し、次いで、基材１の表面に溶射によってＣｕを主成分とする合金からなる皮膜２を形成した。この溶射ではプラズマ溶射を用いて一様な膜厚を保つように形成した。次に、基材１の皮膜２部分を引っ張り機で伸ばし、材料に引っ張り応力を負荷した。次に、媒体を用いて鉄球を加速し、皮膜２の表面に均一に衝突させた。
【００４０】
比較のために皮膜２を形成した後、皮膜２に何も施さない試料（未処理試料）も製作した。得られたコーティング部材および未処理試料について皮膜２中の気孔の体積割合を求め、これらのコーティング部材および試料を正確に評価した。
【００４１】
図８に曲げ強度比について比較した結果を示している。未処理試料と比べて実施例５のコーティング部材においては曲げ強度が１０倍以上増大し、実施例１の常態で処理したものと比べても、さらに一段と高くなることが確認された。
【００４２】
（実施例６）
図９（ａ）において、Ａｌを主成分とする合金の素材から接点部材３を成形し、次いで、接点部材３の端面および端面から内側にかけての表面に溶射によってＣｕを主成分とする合金からなる皮膜４を形成した。この溶射ではプラズマ溶射を用いて一様な膜厚を保って形成した。次に、媒体を用いて鉄球を加速し、皮膜４の表面に均一に衝突させた。
【００４３】
この接点部材３においても緻密化処理により皮膜４に望ましい強度が得られることが確認された。なお、図９（ｂ）に示すような棒状接点部材５においても緻密化処理により皮膜４に望ましい強度が得られることが確認された。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、溶射により基材の表面に形成した皮膜の表面に固体を衝突させ、皮膜を緻密化するようにしたので、皮膜自身の強度を格段に高めることが可能になり、コーティング部材を組み込む機器を長期にわたって安定に供用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコーティング部材を示すもので、（ａ）は皮膜を形成した基材を示す断面図、（ｂ）は緻密化処理を施した基材を示す断面図。
【図２】本発明によるコーティング部材の製造方法を示す工程図。
【図３】本発明のコーティング部材の未処理試料との比較に基づく曲げ強度比を示す図。
【図４】本発明による気孔の体積割合と曲げ強度比の関係を示すグラフ。
【図５】本発明による皮膜の厚さと気孔の体積割合との関係を示すグラフ。
【図６】本発明のコーティング部材の未処理試料との比較に基づく曲げ強度比を示す図。
【図７】本発明のコーティング部材の未処理試料との比較に基づく曲げ強度比を示す図。
【図８】本発明のコーティング部材の未処理試料との比較に基づく曲げ強度比を示す図。
【図９】本発明によるコーティング部材の適用例を示すもので、（ａ）は電力用遮断器の接点部材の要部を示す断面図、（ｂ）は開閉器の接点部材の要部を示す断面図。
【符号の説明】
１、３、５…基材、２、４…皮膜
【発明の属する技術分野】
本発明は溶射皮膜を緻密化し、皮膜の強度を向上するのに適するコーティング部材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属材料からなる基材の表面に特別な性質を与えるのにコーティングが広く利用されている。とりわけ、溶射法で皮膜を形成する方法が広範な分野で利用されている。この皮膜の形成方法では溶射器から粒子状材料を噴出させ、基材の表面にこれを吹き付け、多層にわたって重ねて施工することになる。
【０００３】
噴出する粒子状材料は溶射器で高温火炎あるいはアークなどによって加熱され、半溶融状態で基材の表面に付着して行く。粒径は比較的大きく、約３０μｍ程度である。一般に、層をなす粒子と粒子との間には気孔と呼ばれる隙間が生じ、この気孔の生成により皮膜は多孔質で、脆い性質を持つことになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
溶射法で形成する皮膜は施工中に生成する気孔のために多孔質で、脆くなることが避けられない。このような皮膜の性質は、たとえば、溶射工程で処理条件を様々に変えたとしても、本質的に変化しない。
【０００５】
基材の表面に皮膜を付けるのは、たとえば、耐熱性、耐磨耗性などの望ましい性質を部材に付与するためであるが、こうしたコーティング部材がある機器内に組み込まれ、通常の使用条件のもとで使用されるとき、多孔質である皮膜は基材と比べて強度的に余裕がなく、たとえば、外力の作用で許容応力を超えるようなことがあると、皮膜の一部が剥離してしまうなどの不具合が発生する。
【０００６】
一度、こうした不具合が発生すれば、コーティング部材の交換を迫られ、これを組み込んだ機器は運転を休止しなければならず、機器以外への影響が大きくなる。また、皮膜だけの損傷でコーティング部材全体を交換するのは無駄が大きく、特に、供用中に損傷を生じないように、皮膜自身の強度を高めることが求められている。
【０００７】
本発明の目的は溶射による皮膜の形成中に生成する気孔を激減させ、皮膜の強度を格段に高めるようにしたコーティング部材およびその製造法方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｇから選択されるいずれか１つの金属またはこれらの金属の少なくとも１種を主成分とする合金群から選ばれた１種からなる基材を所定の形状に成形する工程と、前記基材の表面にＣｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｗから選択されるいずれか１つの金属あるいはこれらの金属の少なくとも１種を主成分とする合金群から選ばれた１種で構成される皮膜を１ｍｍから１０ｍｍの範囲の厚みで溶射によって形成する工程と、前記基材の該皮膜部分を引っ張り機で伸ばし、材料に引っ張り応力を負荷する工程と、前記基材の該皮膜表面に対してＦｅまたはＦｅを主成分とする合金からなる直径１０ｍｍ以下の球体を衝突させて緻密化処理する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
このようなコーティング部材においては溶射による皮膜の形成で生じた気孔が緻密化処理で著しく減少し、あるいは後記の望ましい処理条件と組み合わせることで、大部分が消滅し、皮膜の強度を格段に向上させることができる。
【００１２】
基材成形工程ではマシニング加工、プレス加工、ロール加工、スピニング加工、その他の加工で基材を成形する。皮膜形成工程ではガス溶射、アーク溶射、プラズマ溶射のいずれかの方法で基材の表面に皮膜を形成する。緻密化処理工程においては金属または非金属材料からなる固体を基材の皮膜表面に衝突させる。
【００１８】
また、皮膜形成工程の後に追加の工程として基材の皮膜に引っ張り応力を負荷する工程を実施することで、曲げ強度が処理を施さないものと比べて著しく増大し、常態で処理したものと比べても、さらに一段と曲げ強度を高くすることができる。
【００２０】
さらに、皮膜形成工程において皮膜の厚さを１ｍｍから１０ｍｍの範囲の膜厚に形成することで、緻密化処理の効果が失われず、本発明の効果を最大限に得ることが可能になる。
【００２２】
また、緻密化処理工程において基材および皮膜を加熱中あるいは加熱後に固体を衝突させることで、曲げ強度が処理を施さないものと比べてはるかに増大し、常温で処理したものと比べても、さらに一段と曲げ強度を高くすることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１（ａ）において、Ａｌの素材から基材１を成形し、次いで、基材１の表面に溶射によってＣｕからなる皮膜２を形成した。溶射ではプラズマ溶射によって一様な膜厚を保つように形成した。次に、媒体を用いて鉄球を加速し、皮膜２の表面に均一に衝突させた。得られたコーティング部材の皮膜２の状態を図１（ｂ）に示している。
【００２８】
比較のために皮膜２を形成した後、皮膜２に何も施さない試料（未処理試料）も製作した。これらのコーティング部材および未処理試料について皮膜中の気孔の体積割合を求め、得られたコーティング部材および試料を正確に評価した。
【００２９】
図３に曲げ強度比を比較した結果を示している。従来のコーティング部材に相当する未処理試料と比べて実施例１のコーティング部材において曲げ強度が数倍以上増大することが確認された。
【００３０】
さらに、図４に気孔の体積割合を基準に曲げ強度比を比較した結果を示している。皮膜中の気孔の体積割合が高い未処理試料と比べて体積割合が１０％以下である実施例１のコーティング部材において曲げ強度が５倍程度向上できることが確認された。
【００３１】
（実施例２）
Ａｌを主成分とする合金の素材から基材１を成形し、次いで、基材１の表面に溶射によってＣｕを主成分とする合金からなる皮膜２を形成した。この溶射ではプラズマ溶射を用いて１ｍｍから２０ｍまでそれぞれ膜厚を変えて形成した。次に、媒体を用いて鉄球を加速し、皮膜２の表面に均一に衝突させた。各々コーティング部材について皮膜２中の気孔の体積割合を求め、これらのコーティング部材を正確に評価した。
【００３２】
図５に皮膜中の気孔の体積割合について比較した結果を示している。皮膜２の厚さが約１１ｍｍ以上になったとき、気孔の体積割合が急激に大きくなり、緻密化処理の効果が失われることが判明した。これに対して、皮膜２の厚さが約１ｍｍから約１０ｍｍの範囲では気孔の体積割合が小さく、緻密化処理の効果が最大限に発揮できることが判明した。すなわち、皮膜２の厚さは約１ｍｍから約１０ｍｍの範囲が望ましいことが確認された。
【００３３】
（実施例３）
Ａｌを主成分とする合金の素材から基材１を成形し、次いで、基材１の表面に溶射によってＣｕを主成分とする合金からなる皮膜２を形成した。この溶射ではプラズマ溶射を用いて一様な膜厚を保つように形成した。次に、基材１および皮膜２の双方をある温度に加熱した状態で媒体を用いて鉄球を加速し、皮膜２の表面に均一に衝突させた。
【００３４】
比較のために皮膜２を形成した後、皮膜２に何も施さない試料（未処理試料）も製作した。得られたコーティング部材および未処理試料について皮膜２中の気孔の体積割合を求め、これらのコーティング部材および試料を正確に評価した。
【００３５】
図６に曲げ強度比を比較した結果を示している。未処理試料と比べて実施例３のコーティング部材においては曲げ強度が１０倍以上増大し、実施例１の常温で処理したものと比べても、さらに一段と高くなることが確認された。
【００３６】
（実施例４）
Ａｌを主成分とする合金の素材から基材１を成形し、次いで、基材１の表面に溶射によってＣｕを主成分とする合金からなる皮膜２を形成した。この溶射ではプラズマ溶射を用いて一様な膜厚を保つように形成した。次に、基材１および皮膜２の周囲をアルゴンガスで満たした状態で媒体を用いて鉄球を加速し、皮膜２の表面に均一に衝突させた。
【００３７】
比較のために皮膜２を形成した後、皮膜２に何も施さない試料（未処理試料）も製作した。得られたコーティング部材および未処理試料について皮膜２中の気孔の体積割合を求め、これらのコーティング部材および試料を正確に評価した。
【００３８】
図７に曲げ強度比について比較した結果を示している。未処理試料と比べて実施例４のコーティング部材においては曲げ強度が１０倍近く増大し、実施例１の常態で処理したものと比べても、さらに一段と高くなることが確認された。
【００３９】
（実施例５）
Ａｌを主成分とする合金の素材から基材１を成形し、次いで、基材１の表面に溶射によってＣｕを主成分とする合金からなる皮膜２を形成した。この溶射ではプラズマ溶射を用いて一様な膜厚を保つように形成した。次に、基材１の皮膜２部分を引っ張り機で伸ばし、材料に引っ張り応力を負荷した。次に、媒体を用いて鉄球を加速し、皮膜２の表面に均一に衝突させた。
【００４０】
比較のために皮膜２を形成した後、皮膜２に何も施さない試料（未処理試料）も製作した。得られたコーティング部材および未処理試料について皮膜２中の気孔の体積割合を求め、これらのコーティング部材および試料を正確に評価した。
【００４１】
図８に曲げ強度比について比較した結果を示している。未処理試料と比べて実施例５のコーティング部材においては曲げ強度が１０倍以上増大し、実施例１の常態で処理したものと比べても、さらに一段と高くなることが確認された。
【００４２】
（実施例６）
図９（ａ）において、Ａｌを主成分とする合金の素材から接点部材３を成形し、次いで、接点部材３の端面および端面から内側にかけての表面に溶射によってＣｕを主成分とする合金からなる皮膜４を形成した。この溶射ではプラズマ溶射を用いて一様な膜厚を保って形成した。次に、媒体を用いて鉄球を加速し、皮膜４の表面に均一に衝突させた。
【００４３】
この接点部材３においても緻密化処理により皮膜４に望ましい強度が得られることが確認された。なお、図９（ｂ）に示すような棒状接点部材５においても緻密化処理により皮膜４に望ましい強度が得られることが確認された。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、溶射により基材の表面に形成した皮膜の表面に固体を衝突させ、皮膜を緻密化するようにしたので、皮膜自身の強度を格段に高めることが可能になり、コーティング部材を組み込む機器を長期にわたって安定に供用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコーティング部材を示すもので、（ａ）は皮膜を形成した基材を示す断面図、（ｂ）は緻密化処理を施した基材を示す断面図。
【図２】本発明によるコーティング部材の製造方法を示す工程図。
【図３】本発明のコーティング部材の未処理試料との比較に基づく曲げ強度比を示す図。
【図４】本発明による気孔の体積割合と曲げ強度比の関係を示すグラフ。
【図５】本発明による皮膜の厚さと気孔の体積割合との関係を示すグラフ。
【図６】本発明のコーティング部材の未処理試料との比較に基づく曲げ強度比を示す図。
【図７】本発明のコーティング部材の未処理試料との比較に基づく曲げ強度比を示す図。
【図８】本発明のコーティング部材の未処理試料との比較に基づく曲げ強度比を示す図。
【図９】本発明によるコーティング部材の適用例を示すもので、（ａ）は電力用遮断器の接点部材の要部を示す断面図、（ｂ）は開閉器の接点部材の要部を示す断面図。
【符号の説明】
１、３、５…基材、２、４…皮膜
Claims (1)
- Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｇから選択されるいずれか１つの金属またはこれらの金属の少なくとも１種を主成分とする合金群から選ばれた１種からなる基材を所定の形状に成形する工程と、
前記基材の表面にＣｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｗから選択されるいずれか１つの金属あるいはこれらの金属の少なくとも１種を主成分とする合金群から選ばれた１種で構成される皮膜を１ｍｍから１０ｍｍの範囲の厚みで溶射によって形成する工程と、
前記基材の該皮膜部分を引っ張り機で伸ばし、材料に引っ張り応力を負荷する工程と、
前記基材の該皮膜表面に対してＦｅまたはＦｅを主成分とする合金からなる直径１０ｍｍ以下の球体を衝突させて緻密化処理する工程と、
を含むことを特徴とするコーティング部材の製造方法。
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| JPS5938305B2 (ja) * | 1982-08-31 | 1984-09-14 | 積水樹脂株式会社 | 金属製防蝕体の製造方法 |
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| JPH0250947A (ja) * | 1988-08-11 | 1990-02-20 | Yamada Kinzoku Boshoku Kk | 溶射被膜の封孔処理法 |
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