JPH1060617A

JPH1060617A - 高速フレーム溶射方法

Info

Publication number: JPH1060617A
Application number: JP8238685A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Nakagawa; 政宏仲川; Mitsumasa Sasaki; 光正佐々木; Hidetada Mima; 秀忠美馬; Hiroyuki Hashimoto; 裕之橋本; Toshio Hotta; 敏夫堀田; Tomoko Miyazaki; 智子宮崎
Original assignee: SURUZAA METEKO JAPAN KK
Current assignee: SURUZAA METEKO JAPAN KK
Priority date: 1996-08-22
Filing date: 1996-08-22
Publication date: 1998-03-03
Also published as: DE69710007T2; EP0825272A3; EP0825272B1; US5958522A; DE69710007D1; CA2213183A1; EP0825272A2

Abstract

(57)【要約】【課題】高速回転、高負荷、無潤滑条件において、耐
摩耗性、耐焼付性及び耐圧強度を有する被膜を、高速度
で且つ容易に被溶射基材表面に溶射することのできる高
速フレーム溶射方法を提供する。【解決手段】燃焼ガスを用いて高速フレームを発生
し、この高速フレームを用いて被溶射基材１００表面に
溶射原料粉末を溶射して、被溶射基材表面に被膜１０２
を形成する溶射方法において、溶射原料粉末として、
（Ａ）Ｃｕ基鉛青銅合金粉末９８〜７０体積％と、
（Ｂ）Ａｌ粉末、又は、Ａｌ基合金粉末２〜３０体積％
と、を含んだ混合粉末を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般には、燃焼ガ
スを用いて高速フレーム（火炎）を発生し、この高速フ
レームを用いて被溶射基材表面に溶射原料粉末を溶射し
て、被溶射基材表面に皮膜を形成する高速フレーム溶射
方法に関するものであり、特に、アルミニウム合金、鋳
鉄又は鉄鋼系合金にて作製されたエアーコンプレッサー
ポンプ用斜板の一部或は全部の表面に潤滑性、耐摩耗性
に優れた皮膜を形成するのに好適に使用される。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えばエアーコンプレッサーポン
プの斜板は、回転することによって、斜板の両面円周上
に当接しているシューを介してピストンを往復運動させ
る構成とされ、従って、斜板の円周面上をシューが摺動
する構成となっている。

【０００３】通常、斜板はアルミニウム合金、鋳鉄又は
鉄鋼系合金にて作製され、摺動する相手部品のシューは
ＳＵＪ２にて形成されており、そのために、潤滑が不十
分な状態になると焼付きが発生する。従って、従来、斜
板の表面は、Ｓｎメッキ或はテフロンコーティングを施
し、更に、ＭｏＳ₂ （潤滑剤）を塗布するなどの処理が
施されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｓｎメ
ッキされた斜板が無潤滑状態になり、しかも高速回転で
高負荷がかかる運転条件では、斜板表面の摩耗量が増
し、遂には、斜板とシューとが焼付くこととなる。又、
Ｓｎメッキを行なう場合、１０μｍのメッキ皮膜を形成
するのに約３０分かかり、且つ、メッキ時には、斜板表
面のメッキ不要部位をマスキングする必要があり、マス
キング材料を塗布し、又、それを剥がすのに多くの時間
を要し、作業性の点で問題がある。

【０００５】同様に、テフロンコーティングされた斜板
が無潤滑状態になり、しかも高速回転で高負荷がかかる
運転条件では、斜板表面の摩耗量が増す。又、テフロン
コーティング時にも、Ｓｎメッキの場合と同様に、斜板
表面のコーティング不要部位をマスキングする必要があ
り、このために、上述のように多くの時間を要し、この
方法も又、作業性の点で問題がある。

【０００６】現在、本発明者らの知る限りにおいて、材
料ＳＵＪ２にて作製されているシューに対して、高速回
転、高負荷、無潤滑条件において、耐摩耗性、耐焼付性
及び耐圧強度を示す、例えばアルミニウム合金、鋳鉄又
は鉄鋼系合金にて作製された斜板などのための適当な被
覆材料は見当たらない。

【０００７】更に、皮膜形成が不要な部位を湿式で簡単
にマスキングでき、又、皮膜形成後は素早く剥がすこと
ができ、しかも皮膜形成（成膜）速度が早い表面改質方
法はない。

【０００８】従って、本発明の目的は、高速回転、高負
荷、無潤滑条件において、耐摩耗性、耐焼付性及び耐圧
強度を有する皮膜を、高速度で且つ容易に被溶射基材表
面に溶射することのできる高速フレーム溶射方法を提供
することである。

【０００９】本発明の他の目的は、皮膜を機械加工する
時に皮膜の脱落がなく、又、巣のない健全な加工仕上げ
が可能で、密着性の良い良好な皮膜を作製することので
きる高速フレーム溶射方法を提供することである。

【００１０】本発明の更に他の目的は、特に、アルミニ
ウム合金、鋳鉄又は鉄鋼系合金にて作製されたエアーコ
ンプレッサーポンプ用斜板の一部或は全部の表面に潤滑
性、耐摩耗性に優れた皮膜を形成することのできる高速
フレーム溶射方法を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
高速フレーム溶射方法にて達成される。要約すれば、本
発明は、燃焼ガスを用いて高速フレームを形成し、この
高速フレームを用いて被溶射基材表面に溶射原料粉末を
溶射して、被溶射基材表面に皮膜を形成する溶射方法に
おいて、前記溶射原料粉末に、（Ａ）Ｃｕ基鉛青銅合金
粉末９８〜７０体積％と、（Ｂ）Ａｌ粉末、又は、Ａｌ
基合金粉末２〜３０体積％、好ましくは３〜１１体積％
と、を含んだ混合粉末を使用することを特徴とする高速
フレーム溶射方法である。前記Ｃｕ基鉛青銅合金粉末
は、成分としてＣｕ＝７７〜８９重量％、Ｓｎ＝４〜１
１重量％、Ｐｂ＝４〜１１重量％及び残部不純物１重量
％以下を含むＣｕ基鉛青銅合金からなり、前記Ａｌ粉末
は、１．５重量％未満の不純物を含むＡｌからなり、前
記Ａｌ基合金粉末は、成分としてＡｌ＝６５〜９５重量
％、Ｓｉ＝４〜３０重量％、Ｃｕ＝０．５〜６重量％、
Ｍｇ＝０．３〜１２重量％及び残部不純物０．５重量％
未満を含むＡｌ基合金からなる。好ましくは、前記Ｃｕ
基鉛青銅合金はＣｕ＝７７〜８６重量％、Ｓｎ＝６〜９
重量％、Ｐｂ＝６〜９重量％及び残部不純物１重量％以
下とされ、又、前記Ａｌ基合金粉末は、Ａｌ＝６５〜９
１重量％、Ｓｉ＝８〜２５重量％、Ｃｕ＝２〜４重量
％、Ｍｇ＝０．５〜６重量％及び残部不純物０．５重量
％未満とされる。

【００１２】又、前記Ｃｕ基鉛青銅合金粉末、前記Ａｌ
粉末及び前記Ａｌ基合金粉末の粒径は、１０〜７５μ
ｍ、好ましくは１０〜６０μｍ、特に前記Ａｌ粉末及び
前記Ａｌ基合金粉末の粒径は、１０〜４５μｍとされ
る。

【００１３】本発明の好ましい実施態様によると、前記
被溶射基材は、その表面を粗度がμＲｚ＝１０〜６０と
なるようにグリットブラスト処理を行ない、次いで５０
〜１５０℃まで加熱した後、溶射を行ない、前記被溶射
基材表面に厚み０．０２〜０．５ｍｍの皮膜が形成され
る。又、前記燃焼ガスとして、酸素／プロパン、酸素／
プロピレン、酸素／天然ガス、酸素／エチレン、酸素／
灯油又は酸素／水素のいずれかの混合ガスを用いてフレ
ーム速度が１０００〜２５００ｍ／秒、フレーム温度が
２２００〜３０００℃の高速フレームを発生させ、溶射
距離は１７０〜３５０ｍｍに保持し、溶射中の皮膜温度
を２００℃以下、好ましくは１５０℃以下に制御して溶
射を行なう。

【００１４】又、本発明の好ましい実施態様によれば、
前記被溶射基材表面に形成された皮膜は、表面粗度Ｒａ
＝０．４〜６．０Ｓに仕上げる。

【００１５】本発明の溶射方法は、アルミニウム合金、
鋳鉄又は鉄鋼系合金にて作製されたエアーコンプレッサ
ーポンプ用斜板への溶射に好適に使用される。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る高速フレーム
溶射方法を図面に則して更に詳しく説明する。

【００１７】図１に、本発明の高速フレーム溶射方法を
実施する溶射装置（溶射ガン）１の概略構成を示す。簡
単に説明すると、溶射ガン１は、中心部に溶射原料粉末
を投入する粉末投入ポート２が配置され、そして、その
回りに同中心にて、内方より外方へと、ノズルインサー
ト３、シェル４及びエアキャップ５が配置され、燃焼ガ
ス通路８並びに圧縮空気通路７及び９を形成している。
更に、エアキャップ５の外側にはエアキャップボディ６
が配置されている。斯る溶射ガン１の構造は当業者には
周知であるので、これ以上の詳しい説明は省略する。

【００１８】溶射原料粉末は、窒素ガスなどの不活性ガ
スで搬送されて前記粉末投入ポート２へと供給され、ポ
ート先端より燃焼炎中に噴出される。一方、燃焼ガス通
路８から供給される高圧燃焼ガスは、ノズルインサート
３及びシェル４の先端外周部にて燃焼する。この燃焼炎
は、圧縮空気に包まれ、高温高圧でエアキャップ５より
噴出し円筒状の超高速炎（フレーム）となる。この超高
速フレームによりポート２の先端から噴出された溶射原
料粉末は、フレーム中心部にて加熱され、溶融され、そ
して加速されて、溶射ガン１より高速で噴出される。そ
して、溶射原料液滴は、所定の距離、即ち、１７０〜３
５０ｍｍに配置された所望の基材１００へと衝突し、そ
の表面に溶射皮膜１０２を形成する。

【００１９】次に、本発明にて使用される溶射原料粉末
について説明する。

【００２０】本発明では、溶射原料粉末としては、耐焼
付性と相手攻撃性の少ない、しかも自己潤滑性のある鉛
を含有したＣｕ基鉛青銅合金粉末と、Ａｌ粉末或はＡｌ
基合金粉末との混合粉末が使用される。Ｃｕ基鉛青銅合
金粉末に混合されるＡｌ粉末或はＡｌ基合金粉末は、２
〜３０体積％添加されるが、溶射時に鉛の酸化を抑制し
皮膜の結合力を強化する作用をなす。この点については
後で詳しく説明する。

【００２１】上記Ｃｕ基鉛青銅合金粉末は、成分として
Ｃｕ＝７７〜８９重量％、Ｓｎ＝４〜１１重量％、Ｐｂ
＝４〜１１重量％及び残部不純物１重量％以下を含むＣ
ｕ基鉛青銅合金からなる。不純物としては、通常、Ｎ
ｉ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｓｂ、Ｓｉなどが挙げられる。

【００２２】Ｃｕ基鉛青銅合金にて、Ｃｕが７７重量％
未満では脆性が起こり、一方、８９重量％を超えると、
他の添加金属Ｓｎ、Ｐｂの耐焼付性の効果を損なう。従
って、Ｃｕの量は、７７〜８９重量％、好ましくは、７
７〜８６重量％とされる。ＳｎはＣｕに固溶し硬さ、引
張強度を向上させる。Ｓｎが１１重量％を超えると脆い
δ相が生成し易くなり、一方、４重量％未満では靭性が
低くなる。従って、Ｓｎの量は、４〜１１重量％、好ま
しくは６〜９重量％とされる。又、Ｐｂは自己潤滑性が
ある金属で、炭素鋼などのマルテンサイトやカーバイト
の金属組織に対して非常に優れた耐焼付性がある。Ｐｂ
は、Ｃｕ−Ｓｎ合金には殆ど固溶しないで、一次晶粒の
間に存在する。Ｐｂが１１重量％を超えて含まれると溶
射皮膜の結合力が劣化し、一方、４重量％未満では、自
己潤滑性が十分でない。従って、Ｐｂの量は４〜１１重
量％、好ましくは、６〜９重量％とされる。

【００２３】又、本発明にて使用されるＡｌ粉末とは、
含有する不純物が１．５重量％未満の、即ち、９８．５
％以上の純度を有するアルミニウム（Ａｌ）を意味す
る。又、本発明にて使用されるＡｌ基合金粉末は、成分
としてＡｌ＝６５〜９５重量％、Ｓｉ＝４〜３０重量
％、Ｃｕ＝０．５〜６重量％、Ｍｇ＝０．３〜１２重量
％及び残部不純物０．５重量％未満を含むＡｌ基合金で
ある。不純物としては、通常、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｍｎなどが
挙げられる。

【００２４】本発明者らの研究実験の結果によれば、Ｃ
ｕ基鉛青銅合金、即ち、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐｂ系鉛青銅を使
用して溶射を行なった場合には、合金中のＰｂが溶射中
及び皮膜形成時に空気中の酸素と反応し、酸化鉛、即
ち、ＰｂＯ、ＰｂＯ₂ となり、皮膜の結合力を弱めるこ
とが分かった。更に、研究実験を行なったところ、より
酸化し易いＡｌ粉末、或はＳｉを含むＡｌ基合金粉末
を、Ｃｕ基鉛青銅合金粉末に混合添加して溶射すると、
ＡｌやＳｉの酸化が先に起こり、Ｐｂの酸化を抑制し、
ＰｂＯ、ＰｂＯ₂ などの酸化鉛の量を少なくし、溶射皮
膜の結合力を強化し得ることを見出した。本発明は、こ
のような本発明者らの新規な知見に基づくものである。

【００２５】Ｃｕ基鉛青銅合金粉末に添加される上記Ａ
ｌ基合金に関して更に説明すれば、Ａｌが６５重量％未
満では脆性が起こり、又、９５重量％を超えると引張強
度が低くなるため、Ａｌの量は６５〜９５重量％、好ま
しくは、６５〜９１重量％とされる。ＳｉはＡｌに固溶
し硬さ、引張強度を向上させる。しかしながら、Ｓｉが
３０重量％を超えると脆い相が生成し易くなるので、３
０重量％以下とされる。一方、４重量％未満では硬さ、
引張強度の向上がそれほど望めないので、Ｓｉは４〜３
０重量％、好ましくは、８〜２５重量％とされる。又、
ＣｕはＡｌに固溶し硬さ、引張強度を向上させる。しか
しながら、ＣｕはＡｌと結合してθ相（ＣｕＡｌ₂ ）の
金属間化合物を作り、Ｃｕが６重量％を超えると、この
θ相が多くなり機械的性質が劣化し、脆くなる。従っ
て、Ｃｕは６重量％以下とされる。一方、０．５重量％
未満では硬さ、引張強度の向上がそれほど望めないの
で、Ｃｕは０．５〜６重量％、好ましくは、２〜４重量
％とされる。更に、ＭｇはＡｌに固溶し硬さ、引張強度
を向上させる。しかしながら、ＭｇはＡｌと結合してβ
相（Ａｌ₃ Ｍｇ₂ ）の金属間化合物を作り、Ｍｇが１２
重量％を超えると、このβ相が多くなり機械的性質が劣
化し、脆くなる。従って、Ｍｇは１２重量％以下とされ
る。一方、０．３重量％未満では硬さ、引張強度の向上
がそれほど望めないので、Ｍｇは０．３〜１２重量％、
好ましくは、０．５〜６重量％とされる。

【００２６】上述のように、溶射において、Ｃｕ基鉛青
銅合金は、溶射中に高温の酸化雰囲気に曝され、そのた
めに成分中の鉛が酸化したり、更には、Ｃｕ基鉛青銅合
金が被溶射基材に衝突し鉛が浸出し過熱されると、酸化
鉛を生成する。酸化鉛が鉛表面に生成すると、溶射され
て積層していく扁平な粒子間の結合力は弱くなる。これ
に対して、Ｃｕ基鉛青銅合金に対してＡｌ、好ましく
は、上記組成とされるＡｌ基合金を体積比で２％以上添
加すると、このような酸化鉛の生成が抑制される。従っ
て、Ａｌ或はＡｌ基合金を添加すると、皮膜を機械加工
する時に皮膜からＰｂが脱落するのが防止され、巣のな
い健全な加工仕上げが可能となる。

【００２７】このように、Ｃｕ基鉛青銅合金粉末に対し
てＡｌ粉末或はＡｌ基合金粉末を添加すると、その添加
量に応じて皮膜の結合強度は増加するが、Ａｌ粉末或は
Ａｌ基合金粉末の添加量が３０体積％を超えると、Ｃｕ
基鉛青銅合金にて折出する鉛の量の割合が少なくなり、
耐焼付性を損なう。従って、高負荷の摺動条件で使用す
る場合は耐圧強度の高い皮膜が必要であり、そのために
Ａｌ粉末或はＡｌ基合金粉末の添加量は、体積比率で２
〜３０％、好ましくは、３〜１１％とされる。

【００２８】本発明にて使用する粉末状とされる上記Ｃ
ｕ基鉛青銅合金、Ａｌ及びＡｌ基合金の粒径は、１０〜
７５μｍ、好ましくは１０〜６０μｍとすることが望ま
しい。つまり、粒径が７５μｍを超えると溶射中の粒子
温度が低くなり、未溶融粒子が多くなり、そのために緻
密な皮膜が形成しにくくなる。一方、粒径が１０μｍ未
満では、粉末の溶融が著しく、皮膜中に酸化物の含有が
多く脆くなる。又溶射原料粉末材料の供給性が低下し、
連続溶射が難しくなる。従って、粒径は、上述のよう
に、１０〜７０μｍとされ、好ましくは、１０〜６０μ
ｍ、特にＡｌ粉末及びＡｌ基合金粉末に関しては、好ま
しくは１０〜４５μｍとされる。

【００２９】本発明の溶射方法にて使用する燃焼ガスと
しては、酸素／プロパン、酸素／プロピレン、酸素／天
然ガス、酸素／エチレン、酸素／灯油或は酸素／水素の
いずれかの混合ガスが好適に用いられ、１０００〜２５
００ｍ／秒のフレーム速度が得られる。フレーム速度が
上がると溶射粒子の速度も上がり、被溶射基材との衝突
時に粒子の基板への食い込み、言い換えるとアンカーリ
ング効果が高くなるため密着性が向上する。又、粒子の
速度が速いと衝突時に運動エネルギーから変換される熱
エネルギーが増し、基板の最表面を溶融させるため密着
性が向上する。この密着性を確保するのに必要なフレー
ム速度は１０００ｍ／秒以上である。一方、上述のよう
な構成をした現状の溶射ガン１の構造上からフレームの
最高速度は２５００ｍ／秒と制限される。又、上述のよ
うな混合ガスの燃焼ではフレーム温度は２２００〜３０
００℃とされる。

【００３０】例えば、燃焼ガスとして酸素／プロパンの
混合ガスを使用した場合の溶射中のガス条件としては、
酸素ガスを圧力９〜１３Ｂａｒ、流量１５０〜４００Ｌ
ＰＭ（リットル／分）に、プロパンガスを圧力５〜８Ｂ
ａｒ、流量５０〜１２０ＬＰＭに、圧縮空気を圧力５〜
７Ｂａｒ、流量２５０〜７００ＬＰＭにする。又、プロ
パンガスと酸素ガスの流量比は、燃焼効率が最適なプロ
パン：酸素＝１：３．８〜４．８（標準状態に換算した
場合）になるようにする。このプロパンに対する酸素の
比率が３．８未満では反応しないプロパン量が多くなり
コスト高になる。又、プロパンに対する酸素の比率が
４．８を超えると反応しない酸素量が多くなり溶射皮膜
に酸化物が生成し皮膜の劣化が生じる。

【００３１】燃焼ガスとして酸素／プロピレンの混合ガ
スを使用した場合の溶射中のガス条件としては、酸素ガ
スを圧力９〜１３Ｂａｒ、流量１５０〜４００ＬＰＭ
に、プロピレンガスを圧力５〜８Ｂａｒ、流量４０〜１
３０ＬＰＭに、圧縮空気を圧力５〜７Ｂａｒ、流量２５
０〜７００ＬＰＭにする。又、プロピレンガスと酸素ガ
スの流量比は、燃焼効率が最適なプロピレン：酸素＝
１：３．５〜４．５（標準状態に換算した場合）になる
ようにする。このプロピレンに対する酸素の比率が３．
５未満では反応しないプロピレン量が多くなりコスト高
になる。又、プロピレンに対する酸素の比率が４．５を
超えると反応しない酸素量が多くなり溶射皮膜に酸化物
が生成し皮膜の劣化が生じる。

【００３２】燃焼ガスとして酸素／水素の混合ガスを使
用した場合の溶射中のガス条件としては酸素ガスを圧力
９〜１３Ｂａｒ、流量１５０〜４００ＬＰＭに、水素ガ
スを圧力８〜１２Ｂａｒ、流量５００〜９００ＬＰＭ
に、圧縮空気を圧力５〜７Ｂａｒ、流量２５０〜７００
ＬＰＭにする。又、酸素ガスと水素ガスの流量比は、燃
焼効率が最適な酸素：水素＝１：２．０〜２．６（標準
状態に換算した場合）になるようにする。この酸素に対
する水素の比率が２．０未満では反応しない酸素量が多
くなり溶射皮膜に酸化物が生成し皮膜の劣化が生じ、
又、この酸素に対する水素の比率が２．６を超えると反
応しない水素量が多くなりコスト高になる。

【００３３】本発明にて、溶射時の溶射距離（溶射ガン
１と被溶射基材１００との距離）は１７０〜３５０ｍｍ
にする。この理由は、１７０ｍｍ未満では粉末が加速、
加熱されず、又、３５０ｍｍを超えると、一旦加速、加
熱された粉末の温度及び速度が低下し、基材と粉末粒
子、及び粒子間の密着強さが下がり好ましくないからで
ある。

【００３４】なお、被溶射基材１００の表面は、密着表
面を拡大し、溶射皮膜１０２との密着強さを高く維持す
るために、皮膜形成する前に、溶射すべき基材表面の一
部或は全部のスケールを取り除き、予め洗浄化し、粗面
化処理を行うことが必要である。粗面化処理は、グリッ
トブラスト処理にて行うのが好適であり、ＳｉＣ、アル
ミナなどのグリットを０．５ＭＰａ程度の圧力で被溶射
基材表面に吹き付けて行なう。粗面化処理後の基材の表
面は、表面粗度μＲｚ＝１０〜６０、好ましくは１５〜
４０の凹凸を形成するのが好ましい。この凹凸により溶
射皮膜と基材との接触面積が増しアンカーリング効果、
即ち、機械的結合が強化される。ここで、表面粗度が１
０μＲｚ未満であるとアンカーリング効果が不十分であ
るため密着強度が低下し、一方、表面粗度が６０μＲｚ
を超えると皮膜の表面粗度が粗くなり後の仕上げ工数が
多くなり効果的でない。

【００３５】このようなブラスト処理をした後、被溶射
基材を５０〜１５０℃に加熱した後に溶射することが好
ましい。温度を５０℃以上に上げるのは結露の発生を抑
えたり、密着力を増すために必要である。又、基材を１
５０℃以下にするのは基材の熱変形や基材の強度劣化を
防ぐために必要である。更に、溶射中の皮膜及び基材の
温度は２００℃以下、好ましくは１５０℃以下に制御す
ることが、皮膜の酸化を防ぐため必要である。

【００３６】又、皮膜の厚みは耐摩耗性効果を得るため
には０．０２ｍｍ以上に、また溶射中の剥離や摺動中の
熱応力による剥離を防ぐために０．５ｍｍ以下にするこ
とが好ましい。又、溶射後の皮膜表面粗度は、Ｒａ＝
０．４〜６．０Ｓに仕上げ加工するのが好ましい。Ｒａ
が６．０Ｓを超えると耐焼付性を損ない、０．４Ｓ未満
ではコスト高になる。

【００３７】次に、本発明を実施例について更に詳しく
説明する。

【００３８】実施例１溶射原料粉末としては、下記表１に示す組成とされるＣ
ｕ基鉛青銅合金粉末９０体積％と、下記表１に示す組成
とされるＡｌ基合金粉末１０体積％とからなる混合粉末
を調製して使用した。

【００３９】被溶射基材としては、外径１００ｍｍ×内
径５０ｍｍ×厚さ６ｍｍのエアーコンプレッサーポンプ
用斜板を使用した。斜板の材質はＳＳ４１であった。

【００４０】先ず、前処理として、この斜板表面に、ア
ルミナグリット（粒度＃２０）を圧力０．５ＭＰａで吹
き付け、グリットブラスト処理を行なった。この前処理
にて、斜板の表面粗度はμＲｚ＝４５〜５０となった。

【００４１】次いで、図１に示す溶射ガン１を使用し
て、予熱処理を行なった。このとき、溶射ガン１は、下
記に示す溶射条件にて、但し、溶射原料粉末を供給しな
いで、溶射距離を３００ｍｍに保ち、フレームのみを噴
射するように作動させ、斜板を１００℃に加熱して、斜
板表面の湿気、水、水蒸気を除去した。

【００４２】次いで、溶射ガン１を使用して、下記溶射
施工条件にて斜板に皮膜を形成した。

【００４３】（溶射施工条件）・燃焼ガス酸素：圧力＝１１Ｂａｒ、流量＝３００ＳＬＭプロパンガス：圧力＝７Ｂａｒ、流量＝６５ＳＬＭ空気：圧力＝６Ｂａｒ、流量＝４００ＳＬＭここで、「ＳＬＭ」は、標準状態に換算したガス流量
（リットル／分（ＬＰＭ））を意味する。・フレーム温度２６００℃ ・フレーム速度１４００ｍ／秒・溶射距離２００ｍｍ・溶射原料粉末供給量７５ｇ／分

【００４４】

【表１】

【００４５】このようにして得られた斜板表面の溶射皮
膜の厚さは、０．２３ｍｍであり、この皮膜表面は、切
削加工後バフ研磨にて、皮膜厚さ０．１５ｍｍで、且つ
表面粗度Ｒａ＝０．６〜０．８Ｓに仕上げた。仕上げ面
には０．０１ｍｍ径以上の巣は存在しなかった。又、Ｓ
ＥＭ観察、ＥＰＭＡの面分析の結果、酸素と反応しＰｂ
Ｏなどの酸化鉛となっている鉛の量は少なかった。

【００４６】上述のようにして作製した溶射皮膜を有す
る斜板を用い、この斜板表面にＳＵＪ２からなるシュー
を面圧１０ＭＰａで押圧し、且つ斜板を周速１ｍ／秒で
回転することにより、単品摩擦摩耗試験を行なった。
又、比較例として従来の表面にＳｎメッキした斜板（メ
ッキ厚さ０．０１ｍｍ）を使用し、同じ条件にて単品摩
擦摩耗試験を行なった。その結果、従来品のＳｎメッキ
のものでは最大摩耗深さが０．０１ｍｍ以上にまで摩耗
し、下地のＳＳ４１が露出して焼付いたのに対し、本発
明にて作製した斜板表面の摩耗量は６μｍで、耐摩耗
性、耐焼付性、耐圧強度に優れていることが分かった。

【００４７】実施例２〜５、比較例１〜５溶射原料粉末としては、下記表２に示す組成とされるＣ
ｕ基鉛青銅合金（Ａ）と、下記表２に示す組成とされる
Ａｌ基合金或はＡｌ（Ｂ）とを表に示す混合割合にて含
む混合粉末を調製して使用した。

【００４８】被溶射基材としては、外径１２０ｍｍ×内
径６０ｍｍ×厚さ５．５ｍｍの寸法を有し、Ｓ１５Ｃで
作製したリング状の摩擦摩耗用試験片と、直径３０ｍｍ
×高さ２５ｍｍの寸法を有し、ＳＳ４１で作製したディ
スク状の耐圧力用試験片とを使用した。

【００４９】先ず、前処理として、これら試験片の表面
に、アルミナグリット（粒度＃３０）を圧力０．４ＭＰ
ａで吹き付け、グリットブラスト処理を行なった。この
前処理にて、各試験片の表面粗度はμＲｚ＝２５〜３５
となった。

【００５０】次いで、図１に示す溶射ガン１を使用し
て、予熱処理を行なった。このとき、溶射ガン１は、下
記に示す溶射条件にて、但し、溶射原料粉末を供給しな
いで、溶射距離を３００ｍｍに保ち、フレームのみを噴
射するように作動させ、試験片を１００℃に加熱して、
各試験片表面の湿気、水、水蒸気を除去した。

【００５１】次いで、溶射ガン１を使用して、下記溶射
施工条件にて各試験片に皮膜を形成した。

【００５２】（溶射施工条件）・燃焼ガス酸素：圧力＝１２Ｂａｒ、流量＝３３０ＳＬＭプロピレンガス：圧力＝６．５Ｂａｒ、流量＝７５ＳＬＭ空気：圧力＝７Ｂａｒ、流量＝３９０ＳＬＭここで、「ＳＬＭ」は、標準状態に換算したガス流量
（リットル／分（ＬＰＭ））を意味する。・フレーム温度２７００℃ ・フレーム速度１４５０ｍ／秒・溶射距離２００ｍｍ・溶射原料粉末供給量８５ｇ／分

【００５３】

【表２】

【００５４】このようにして得られた各試験片表面の溶
射皮膜の厚さは、リング状の摩擦摩耗用試験片では０．
１５ｍｍ、ディスク状の耐圧力用試験片では０．５ｍｍ
であった。これら各試験片の皮膜表面は、その後、切削
加工後バフ研磨にて、皮膜厚さ０．１０ｍｍ（摩擦摩耗
用試験片）、０．４５ｍｍ（耐圧力用試験片）とし、且
つ各試験片の表面粗度はＲａ＝０．６〜０．８Ｓに仕上
げた。

【００５５】上述のようにして作製した溶射皮膜を有す
るディスク状の耐圧力用試験片を用い、万能試験機にて
圧縮しその溶射皮膜と基材とが剪断剥離する耐圧力を測
定した。その結果を図２に示す。

【００５６】同様に、上述のようにして作製した溶射皮
膜を有するリング状の摩擦摩耗用試験片を用い、この試
験片表面にＳＵＪ２からなるブロックを面圧２２０ＭＰ
ａで押圧し、且つ試験片を周速２０ｍ／秒で回転するこ
とにより、皮膜（リング）の摩耗量を測定した。その結
果を図３に示す。

【００５７】更に、ＳＵＪ２からなるシューを面圧２２
０ＭＰａで押圧し、且つ試験片を周速２０ｍ／秒で回転
して、焼付くまでの荷重を測定した。その結果を図４に
示す。又、試験片の断面組織におけるＰｂＯ、ＰｂＯ₂
の生成量をＥＰＭＡの面分析により測定したところ、Ａ
ｌ粉末或はＡｌ基合金粉末を添加しないＣｕ基鉛青銅合
金粉末のみでの皮膜と比較して酸化鉛になっている面積
が少なかった。

【００５８】図２〜図４に示す結果から、耐圧力、耐摩
耗性、耐焼付性の点で総合評価をすれば、本発明に従っ
て作製した実施例２、３、４、５に示す溶射皮膜を有す
るものが、比較例１〜５に比べて優れていることが分か
った。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の高速フレ
ーム溶射方法は、溶射原料粉末として、（Ａ）Ｃｕ基鉛
青銅合金粉末９８〜７０体積％と、（Ｂ）Ａｌ粉末、又
は、Ａｌ基合金粉末２〜３０体積％と、を含んだ混合粉
末を使用する構成とされるので、（１）高速回転、高負荷、無潤滑条件において、耐摩耗
性、耐焼付性及び耐圧強度を有する皮膜を、高速度で且
つ容易に被溶射基材表面に溶射することができる。（２）溶射皮膜中に酸化鉛が生成するのが抑制され、そ
のために機械加工する時に皮膜の脱落がなく、巣のない
健全な加工仕上げが可能な、密着性の良い良好な皮膜を
作製することができる。（３）特に、アルミニウム合金、鋳鉄又は鉄鋼系合金に
て作製されたエアーコンプレッサーポンプ用斜板の一部
或は全部の表面に潤滑性、耐摩耗性に優れた皮膜を形成
することができる。といった多くの効果を達成し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高速フレーム溶射方法を実施するため
の溶射ガンの概略構成を示す図である。

【図２】本発明の高速フレーム溶射方法にて得られる溶
射皮膜と、比較例とにおける耐圧力を示す図である。

【図３】本発明の高速フレーム溶射方法にて得られる溶
射皮膜と、比較例とにおける耐摩耗性を示す図である。

【図４】本発明の高速フレーム溶射方法にて得られる溶
射皮膜と、比較例とにおける焼付け荷重を示す図であ
る。

【符号の説明】

１溶射ガン２粉末投入ポート３ノズルインサート４シェル５エアキャップ６エアキャップボディ７、９圧縮空気通路８燃焼ガス通路１００被溶射基材１０２溶射皮膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者橋本裕之東京都千代田区二番町11番19号スルザーメテコジャパン株式会社内 (72)発明者堀田敏夫東京都千代田区二番町11番19号スルザーメテコジャパン株式会社内 (72)発明者宮崎智子東京都千代田区二番町11番19号スルザーメテコジャパン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼ガスを用いて高速フレームを形成
し、この高速フレームを用いて被溶射基材表面に溶射原
料粉末を溶射して、被溶射基材表面に皮膜を形成する溶
射方法において、前記溶射原料粉末に、（Ａ）Ｃｕ基鉛
青銅合金粉末９８〜７０体積％と、（Ｂ）Ａｌ粉末、又
は、Ａｌ基合金粉末２〜３０体積％と、を含んだ混合粉
末を使用することを特徴とする高速フレーム溶射方法。
【請求項２】前記Ｃｕ基鉛青銅合金粉末は、成分とし
てＣｕ＝７７〜８９重量％、Ｓｎ＝４〜１１重量％、Ｐ
ｂ＝４〜１１重量％及び残部不純物１重量％以下を含む
Ｃｕ基鉛青銅合金からなり、前記Ａｌ粉末は、１．５重
量％未満の不純物を含むＡｌからなり、前記Ａｌ基合金
粉末は、成分としてＡｌ＝６５〜９５重量％、Ｓｉ＝４
〜３０重量％、Ｃｕ＝０．５〜６重量％、Ｍｇ＝０．３
〜１２重量％及び残部不純物０．５重量％未満を含むＡ
ｌ基合金からなる請求項１の高速フレーム溶射方法。
【請求項３】前記Ｃｕ基鉛青銅合金粉末、前記Ａｌ粉
末及び前記Ａｌ基合金粉末の粒径は、１０〜７５μｍで
ある請求項１又は２の高速フレーム溶射方法。
【請求項４】前記被溶射基材は、その表面を粗度がμ
Ｒｚ＝１０〜６０となるようにグリットブラスト処理を
行ない、次いで５０〜１５０℃まで加熱した後、溶射を
行ない、前記被溶射基材表面に厚み０．０２〜０．５ｍ
ｍの皮膜を形成する請求項１、２又は３の高速フレーム
溶射方法。
【請求項５】前記燃焼ガスとして、酸素／プロパン、
酸素／プロピレン、酸素／天然ガス、酸素／エチレン、
酸素／灯油又は酸素／水素のいずれかの混合ガスを用い
てフレーム速度が１０００〜２５００ｍ／秒、フレーム
温度が２２００〜３０００℃の高速フレームを発生さ
せ、溶射距離は１７０〜３５０ｍｍに保持し、溶射中の
皮膜温度を２００℃以下に制御して溶射を行なう請求項
１〜４のいずれかの項に記載の高速フレーム溶射方法。
【請求項６】前記被溶射基材表面に形成された皮膜
は、表面粗度Ｒａ＝０．４〜６．０Ｓに仕上げる請求項
１〜５のいずれかの項に記載の高速フレーム溶射方法。
【請求項７】前記被溶射基材は、アルミニウム合金、
鋳鉄又は鉄鋼系合金にて作製されたエアーコンプレッサ
ーポンプ用斜板である請求項１〜６のいずれかの項に記
載の高速フレーム溶射方法。