JPH0551724A - 中空溶射層の形成方法 - Google Patents

中空溶射層の形成方法

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JPH0551724A
JPH0551724A JP3212328A JP21232891A JPH0551724A JP H0551724 A JPH0551724 A JP H0551724A JP 3212328 A JP3212328 A JP 3212328A JP 21232891 A JP21232891 A JP 21232891A JP H0551724 A JPH0551724 A JP H0551724A
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JP
Japan
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hollow
sprayed
powder
layer
sprayed layer
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JP3212328A
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English (en)
Inventor
Koji Harada
弘司 原田
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】気孔率が大きくて断熱特性に優れた溶射層を提
供すること。 【構成】ステンレス鋼系粉末(SUS310S)等の金
属またはアルミナ等のセラミックスからなる溶射材を大
気プラズマ溶射法により被処理物W(材質 SS41)
の溶射面W1にほぼ垂直方向から溶射して積層しつつ、
シリカバルーン等の微小な粉末中空体を供給ノズルから
溶射面W1に斜め方向から供給し、気孔率の大きな中空
溶射層10を形成する。中空溶射層10は内燃機関のバ
ルブに利用できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は中空溶射層の形成方法に
関する。この中空溶射層は断熱層例えば内燃機関のバル
ブ機構、排気ガス排出機構に形成する断熱層に利用でき
る。
【0002】
【従来の技術】溶射層自体は一般に気孔を有する孔質で
あるが、近年、更に多孔質の溶射層が要請されつつあ
る。かかる多孔質の溶射層は母材の断熱性を向上させる
等の利点をもつ。そこで、従来より、中空溶射層の形成
方法として、特開昭62−174362号公報に開示さ
れている様に、鉄系粉末等の溶射粉末とリチウム等の発
泡材とを混合した溶射材を溶射し、溶射後に、発泡材の
沸点以上に加熱して発泡材を気化させ、以て気孔率の大
きな溶射層を形成する方法が知られている。
【0003】また、従来より、中空溶射層の形成方法と
して、特開昭63−100167号公報に開示されてい
る様に、鉄系粉末等の溶射粉末とポリエチレン・ナイロ
ン・アクリル等の樹脂とからなる溶射材を溶射し、樹脂
の溶融を利用して、気孔率の大きい溶射層を形成する方
法が知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した特開
昭62−174362号公報、特開昭63−10016
7号公報に開示されている方法とは異なる方法で、気孔
率の大きな中空溶射層を形成することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の中空溶射層の形
成方法は、セラミックスまたは金属からなる溶射材を溶
射するまたは溶射した溶射面に、粉末中空体を供給して
気孔率の大きな中空溶射層を形成することを特徴とする
ものである。溶射とは、溶融または部分的に溶融した溶
射材を被処理物に積層することをいう。
【0006】本発明方法で使用する溶射材はセラミック
スまたは金属からなる。セラミックスとしてはアルミナ
系、ジルコニア系、マグネシア系、酸化カルシウム系、
チタン酸バリウム系、チタン酸ストロンチウム等の公知
の溶射材を採用できる。金属としては鉄系、ステンレス
鋼系、ニッケル系、クロム系、モリブデン系、タングス
テン系、アルミニウム系、亜鉛系、銅系等の公知の溶射
材を採用できる。また、金属とセラミックスとの複合物
であるサーメットでも良い。溶射材が粉末状の場合に
は、その平均粒径が例えば10〜70μ程度のものを採
用できる。溶射材の溶射処理前の形態としては一般的に
は粉末であるが、場合によってはワイヤ状、棒状のもの
でも良い。溶射処理はガス式、電気式を採用でき、一般
的に、燃焼ガスの燃焼に伴う火炎、アルゴン、ヘリウ
ム、窒素等のガスをアークによってプラズマ化したプラ
ズマ炎等を採用できる。また本発明方法では、大気中で
溶射しても、減圧下で溶射しても良い。粉末中空体とし
てはシリカバルーン、火山ガラス中空体、ダイヤバルー
ン、発泡ガラス、マイクロバルーン、パーライト、アル
ミナバルブ、フライアッシュ球、カナマイト等がある。
粉末中空体はその平均粒径が例えば20〜60μ程度の
ものを採用できる。
【0007】本発明方法では、粉末状の溶射材と粉末中
空体とを混合した混合粉末を溶射ガンから溶射する同系
統方式としてもよいし、溶射材と粉末中空体とを別系統
で供給し、溶射ガンから溶射した溶融状態の溶射材に粉
末中空体を混合する別系統方式としても良い。別系統方
式で行う場合には、溶射中において経時的に溶射材供給
量と粉末中空体供給量とを変更しても良い。この様に経
時的に溶射材供給量と粉末中空体供給量とを変更すれ
ば、溶射層の厚み方向において気孔率を調整できる。ま
た、上記した別系統方式で行う場合には、粉末中空体は
溶射面に対して斜めに投射することが好ましい。この場
合には、斜めに投射するので、溶射面に衝突する際の粉
末中空体の衝撃を緩和でき、粉末中空体の変形、圧潰、
つまり気孔の変形、圧潰を軽減、回避できる。
【0008】本発明方法で形成する中空溶射層の気孔率
は、溶射材に対する粉末中空体の供給割合で調整でき
る。但し、気孔率が大きすぎると、中空溶射層の強度が
低下し、中空溶射層が剥離し易くなり、また、気孔率が
小さすぎると、中空溶射層の断熱性等の特性が低下す
る。よって気孔率は溶射材の種類にもよるが一般的には
30〜70%程度が好ましい。
【0009】なお本発明方法では、溶射する前の状態の
溶射面は、ブラスチング処理が施されていることが好ま
しい。本発明方法で形成した中空溶射層は、断熱層、吸
音層などに利用できる。中空溶射層を断熱層として利用
する場合には、λC を中空溶射層の熱伝導率、λm を溶
射材の熱伝導率、Pを気孔率とすると、λC =λm {1
−(3/2}P)の関係式から、気孔率が断熱特性に大
きく影響するものである。
【0010】
【作用】セラミックスまたは金属からなる溶射材を溶射
した溶射部分に、粉末中空体が混合される。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。本実施例
方法で形成した中空溶射層の内部構造を模式的に図1に
示す。この中空溶射層10は、被処理物W(材質SS4
1)の溶射面W1に積層された溶射材部分11と、溶射
材部分11に内設された気孔12とからなる。中空溶射
層10の厚みは200〜500μm程度である。中空溶
射層10の気孔率は約30%程度である。
【0012】また中空溶射層10の形成方法を図2に示
す。図2において、1は脱脂処理した被処理物Wの溶射
面W1の真上に位置する溶射ガンであり、大気プラズマ
溶射を行うものであり、溶射ガン1の火口の軸芯は溶射
面W1に対してほぼ垂直である。2は溶射ガン1の近傍
に位置する供給ノズルであり、溶射材としてのステンレ
ス鋼系粉末2cをアルゴンガスにより溶射ガン1の火口
のプラズマ炎に噴出する。3は溶射ガン1から所定距離
離間した供給ノズルであり、粉末中空体3cをアルゴン
ガスにより噴出する。供給ノズル3のノズル口の軸芯は
溶射面に対して角度θ傾斜している。なおθは30度程
度である。供給ノズル2から供給するステンレス鋼系粉
末2cは、SUS310Sの組成をもち、その平均粒径
は40μ程度である。供給ノズル3から供給する粉末中
空体3cは、シリカバルーンであり、その平均粒径は4
0μ程度であり、かさ比重は0.5程度である。
【0013】そして、本実施例では、溶射ガン1の火口
から噴出するプラズマ炎に供給ノズル2からステンレス
鋼系粉末2cを供給し、ステンレス鋼系粉末2cを溶融
状態または半溶融状態とし、溶射面W1に衝突させ、急
冷して積層する。このとき、供給ノズル3から粉末中空
体3cを溶射面W1に投射しつつ行った。これにより、
図1に示す気孔率の大きな中空溶射層10が形成され
た。ここで、粉末中空体3cは溶射面W1に衝突するの
で、衝撃で、粉末中空体3cは偏平化及び圧潰すること
もある。なお本実施例では、図2から理解できる様に、
ステンレス鋼系粉末2cの投射領域と粉末中空体3cの
投射領域とはほぼ重なる様に、溶射ガン1及び供給ノズ
ル3の位置関係が設定されている。
【0014】さて本実施例では、中空溶射層10を形成
する条件は次のようにした。 被処理物Wの溶射面W1の前処理:ブラスト処理 被処理物Wの溶射面W1の表面粗さ:20〜30μmR
z 溶射ガン1に供給するアルゴンガス流量:7.4×10
-43 /s 溶射ガン1に供給する水素ガス流量:1.2×10-4
3 /s 装置出力:30kw 溶射ガン1の火口と被溶射面W1との距離L1:100
mm程度 供給ノズル3のノズル口と被溶射面1aとの距離L2:
70mm程度 また、粉末供給条件は次のようにした。即ち、供給ノズ
ル2から供給するステンレス鋼系粉末2cでは、供給ア
ルゴンガス流量:6.7×10-53 /s、粉末供給
量:30グラム/minとした。また、供給ノズル3か
ら供給する粉末中空体3cでは、供給アルゴンガス流
量:6.7×10-53 /s、粉末中空体3cの供給
量:8グラム/minとした。
【0015】本実施例方法で形成した中空溶射層10
は、気孔率が45%であるとき、ステンレス鋼の溶射材
部分11の熱伝導率は3w/mkであり、中空溶射層1
0の熱伝導率は3w/mkとされる。以上説明した様に
本実施例では、気孔率が大きく断熱性に富む中空溶射層
10が形成される。また本実施例では、供給ノズル3が
溶射面W1に対して傾斜しているので、供給ノズル3の
ノズル口から投射される粉末中空体3cの変形、圧潰を
軽減または回避するのに有利である。更に本実施例で
は、粉末中空体3cの投射量を必要に応じて調整すれ
ば、中空溶射層10の気孔率を適宜調整できる。
【0016】ところで供給ノズル2からステンレス鋼粉
末2cと一緒に粉末中空体3cを供給することも可能で
あるが、この場合には投射速度が高まり過ぎて、粉末中
空体3cの圧潰が生じ、良質の中空溶射層10を形成す
るのに不利となる。この点本実施例では供給ノズル2と
は別系統の供給ノズル3を新設し、供給ノズル3から粉
末中空体3cを供給することにしているので、粉末中空
体3cの圧潰を軽減または回避するのに有利である。
【0017】また、前記した特開昭62−174362
号公報にかかる形成方法では、溶射後に溶射層を高温度
域に加熱して発泡材を発泡させる必要があり、そのため
気孔が形成されるものの、発泡作用により溶射層が部分
的に分断され、溶射層の強度が低下する問題がある。こ
の点本実施例の形成方法では、溶射後に溶射層を高温度
域に加熱して発泡材を発泡させる必要がないので、発泡
作用による溶射層の分断の問題を回避できる。
【0018】(他の実施例)図2に一点鎖線で示す様
に、粉末中空体3cの種類によっては、溶射面W1に対
する供給ノズル3の傾斜角を大きくしても良い。また、
図2に示す例では、被溶射物Wの溶射面W1は固定方式
であり、供給ノズル3からの粉末中空体3cは図示右方
向からのみ溶射面W1に投射される。しかしこれに限ら
ず、被溶射物W及び供給ノズル3のうちの一方を回転テ
ーブル等に載せ、その一方を周方向に、例えば図2に示
す矢印S1方向に相対回転させる可動方式としても良
い。この場合には、回転により、供給ノズル3から粉末
中空体3cを溶射面W1の回り360度にわたり投射で
き、投射方向の偏りを回避できる。
【0019】更に図3、図4に示す他の実施例の様に、
溶射面W1に近い側では気孔率を小さく、中空溶射層1
0の表出面10a側では気孔率を大きくし、中空溶射層
10の厚み方向において気孔率を調整し、これにより一
種の傾斜機能材料としても良い。この場合には、図4の
特性線Rに示す様に、溶射初期では供給ノズル3からの
粉末中空体3cの供給割合を小さくし、溶射が進むにつ
れて粉末中空体3cの供給割合を大きくすれば良い。図
3に示す様に、被溶射物Wの溶射面W1に近い側では気
孔率を小さくすれば、中空溶射層10の根元側の密着強
度を確保でき、中空溶射層10の剥離防止に有利であ
る。
【0020】更に図5、図6に示す他の実施例の様に、
供給ノズル3の反対側に別の供給ノズル7を設け、そし
て、溶射前期においては別の供給ノズル7から極微小の
粉末中空体7cを溶射面W1に向けて投射し、溶射後期
においては供給ノズル7からの投射を停止し、供給ノズ
ル3から粉末中空体3cを溶射面W1に向けて投射し、
これにより中空溶射層10のうち、溶射面W1側では極
微小の粉末中空体7cを混ぜてこれを気孔12aとし、
表出面10a側では粉末中空体3cを混ぜてこれを極微
小の気孔12cとする構成として良い。
【0021】(適用例)本実施例方法で形成した中空溶
射層10は内燃機関のバルブ傘面やターボチャージャー
の断熱コーティング、排気ガス排出系のポートライナの
断熱コーティング、更にはガスタービンの断熱コーティ
ング、燃焼ボイラ内壁に適用できる。
【0022】
【発明の効果】本発明方法では、気孔率の大きな中空溶
射層を形成できる。更に本発明方法では、粉末中空体を
溶射面に対して傾斜して投射させれば、粉末中空体の衝
撃を緩和でき、粉末中空体の変形、圧潰を軽減または回
避するのに有利である。更に本発明方法では、粉末中空
体の投射量を必要に応じて調整すれば、中空溶射層の気
孔率を適宜調整できる利点も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】中空溶射層の模式的断面図である。
【図2】中空溶射層の形成方法を示す側面図である。
【図3】別例の中空溶射層の模式的断面図である。
【図4】粉末中空体の経時的供給割合を示すグラフであ
る。
【図5】別例の中空溶射層の模式的断面図である。
【図6】図5に示す中空溶射層の形成方法を示す側面図
である。
【符号の説明】
図中、10は中空溶射層、11は溶射材部分11、12
は気孔、1は溶射ガン、2は供給ノズル、3は供給ノズ
ル、2cはステンレス鋼系粉末、3cは粉末中空体を示
す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】セラミックスまたは金属からなる溶射材を
    溶射するまたは溶射した溶射面に、粉末中空体を供給し
    て気孔率の大きな中空溶射層を形成することを特徴とす
    る中空溶射層の形成方法。
JP3212328A 1991-08-23 1991-08-23 中空溶射層の形成方法 Pending JPH0551724A (ja)

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