JPS6293359A - Ceramic coating - Google Patents
Ceramic coatingInfo
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は一般に支持体に対するセラミック材コーティン
グ、特にある物品に断熱層を施すための、物品支持体表
面のコーティングに関する。本発明は燃焼型エンジンの
部品、たとえばピストンクラウン、シリンダ壁、シリン
ダヘッド、バルブヘッドおよび排気ポートのコーティン
グに用いて、エンジンの断熱的操作を達成するために燃
焼熱の損失を少なくすることができる。本発明を以下、
便宜的にこの用途に関連して記述するが、本発明を他の
コーティング用に使用できることを認識すべきである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION This invention relates generally to ceramic material coatings on substrates, and more particularly to coatings on the surface of article supports to provide a thermal barrier layer to an article. The present invention can be used to coat parts of combustion engines, such as piston crowns, cylinder walls, cylinder heads, valve heads, and exhaust ports, to reduce combustion heat loss to achieve adiabatic operation of the engine. . The present invention will be described below.
Although conveniently described in connection with this application, it should be recognized that the present invention can be used for other coatings.
燃焼型エンジンにより得られる有用な動力を高め、かつ
その効率を改善することに対する最近の進歩には、少な
くとも一部がセラミック材料製の各種エンジン部品を製
造することが含まれる。これらの材料は、低い熱伝導率
、高い強度、高い破壊靭性、高い耐熱衝撃性、良好な耐
摩耗性、この材料と共に一般に用いられる鋼または鉄の
熱膨張と調和する熱膨張、ならびに高い耐浸食性などの
好ましい特性のため用いられる。特に用いられるこの種
のセラミック材料の1つは、部分安定化ジルコニア(P
SZとして知られている)である。Recent advances in increasing the useful power available from combustion engines and improving their efficiency include manufacturing various engine components that are at least partially made of ceramic materials. These materials have low thermal conductivity, high strength, high fracture toughness, high thermal shock resistance, good wear resistance, thermal expansion matching that of the steel or iron commonly used with this material, and high erosion resistance. Used because of desirable properties such as sex. One particularly used ceramic material of this type is partially stabilized zirconia (P
(known as SZ).
セラミック材料はシリンダ内張りおよびピストンクラウ
ンなど一体式エンジン部品に成形することができ、また
これらの部品にコーティングすることもできる。Ceramic materials can be molded into integral engine parts such as cylinder linings and piston crowns, and can also be coated onto these parts.
セラミック材料の使用によりエンジン操作が改善される
ことは認められていたが、一体成形セラミック材料はか
なり重く、従ってエンジン操作に不都合な影響を与えず
に使用できるのは少量にすぎない。さらに、この材料は
かなり高価であり、このためエンジン部品の原価が高く
なる可能性がある。いずれにしろエンジン操作をさらに
改善するためには、燃焼熱の損失をいっそう低下させる
ことが望ましいと思われる。Although it has been recognized that the use of ceramic materials improves engine operation, monolithic ceramic materials are fairly heavy and therefore only small amounts can be used without adversely affecting engine operation. Additionally, this material is fairly expensive, which can increase the cost of engine parts. In any case, in order to further improve engine operation, it would be desirable to further reduce combustion heat losses.
本発明の目的は、セラミック材料を用いた従来の方式が
もつ上記の欠点を軽減しうる、支持体(たとえば燃焼型
エンジンの部品)のためのセラミック材コーティングを
提供することである。It is an object of the present invention to provide a ceramic material coating for a support (for example a combustion engine component), which makes it possible to alleviate the above-mentioned disadvantages of conventional solutions using ceramic materials.
この点を考慮して、本発明は一観点においては複数の積
層されたコーティング層を含み、これらのうち少なくと
も幾層かはある比例酌量関係にあるセラミック材料を含
有する組成を有し、このセラミック材料の比例的量関係
がコーティング層間で異なる、支持体用コーティングを
提供するものである。With this in mind, the present invention, in one aspect, includes a plurality of laminated coating layers, at least some of which have a composition containing a proportionate amount of a ceramic material; The present invention provides a coating for a substrate in which the proportional amount relationship of materials differs between coating layers.
本発明は他の観点においては、複数のコーテイング層を
支持体に積層することを含み、これらの層のうち少なく
とも幾層かはある比例的量関係にあるセラミック材料を
含有する組成物を有し、このセラミック材料の比例酌量
関係がコーティング層間で異なるものである、支持体に
コーティングを施す方法を提供する。In another aspect, the invention includes laminating a plurality of coating layers to a support, at least some of the layers having a composition containing a ceramic material in a proportional amount relationship. , provides a method of coating a substrate in which the proportional dosing relationship of the ceramic material is different between the coating layers.
好ましくはコーティング層は層組成物中に含有されるセ
ラミック材料の量に従って、大部分がまたは少なくとも
実質的に相互に勾配をなして配置される。これに関して
、好ましくはセラミック材料の比例酌量関係が支持体か
ら連続的に増加する状態に各層が配置される。Preferably, the coating layers are arranged in a largely or at least substantially mutually graded manner, depending on the amount of ceramic material contained in the layer composition. In this regard, each layer is preferably arranged such that the proportionate proportion of the ceramic material increases continuously from the support.
コーティング層のうち少なくとも1層は好ましくは50
容量係以下のセラミック材料を含有する。At least one of the coating layers preferably has a thickness of 50
Contains ceramic material below the capacity factor.
支持体に隣接するコーティング層は、好ましくは0%ま
たはほぼ0飴(容量)のセラミック材料を含有する。こ
のコーティング層は好ましくは支持体と他の層との結合
層ないしは移行層として作用する。The coating layer adjacent to the support preferably contains 0% or nearly 0 volume of ceramic material. This coating layer preferably acts as a bonding layer or transition layer between the support and the other layers.
コーティング層のうち少なくとも1層は好ましくは約5
0容量係以上のセラミック材料を含有する。支持体から
最も外側にあるコーティング層は、好ましくは100%
またはほぼ100チ(容量)のセラミック材料を含有す
る。At least one of the coating layers preferably has a thickness of about 5
Contains a ceramic material with a capacity factor of 0 or more. The outermost coating layer from the support is preferably 100%
or approximately 100 g (volume) of ceramic material.
各コーティング層は好ましくはそれらのセラミック材料
の比例的量関係に従って層毎に異なる組成物密度をもつ
。これに関して、好ましくは層密度はセラミック材料の
量の増加と共に増大し、従ってコーティングは好ましく
は支持体から外側へ向かって増大する密度勾配をもつ。Each coating layer preferably has a composition density that varies from layer to layer according to the proportional amount relationship of their ceramic materials. In this regard, preferably the layer density increases with increasing amount of ceramic material, so that the coating preferably has a density gradient that increases outwardly from the support.
セラミック材料が存在するコーティング層それぞれに同
一のセラミック材料を用いることが好ましい。100係
よりも少ないセラミック材料を含有するコーティング層
組成物は、好ましくは100チとなる残余量の充填材を
含有する。この充填材は好まL <はセラミック材料と
親和性であり、好ましくは金属材料である。Preferably, the same ceramic material is used for each coating layer in which it is present. Coating layer compositions containing less than 100 parts of ceramic material preferably contain a residual amount of filler of 100 parts. This filler preferably has an affinity for ceramic materials, preferably metallic materials.
各コーティング層は好ましくはほぼ同一の厚さをもつ。Each coating layer preferably has approximately the same thickness.
さらにこれらの層は好ましくはそれらの全体にわたって
一定の厚さをもつ。Furthermore, these layers preferably have a constant thickness throughout them.
好ましくは各コーティング層は支持体上または先行する
層上に吹付けることにより施される。各層組成物は好ま
しくは粉末状に調製され、次いで吹付は用に加熱溶融さ
れる。適切な加熱吹付は装置を用いてコーティングを施
すことが好ましい。Preferably each coating layer is applied by spraying onto the support or onto the preceding layer. Each layer composition is preferably prepared in powder form and then heated and melted before spraying. Preferably, the coating is applied using a suitable heated spraying device.
本発明の好ましい一形態においては、コーティングは少
なくとも6層のコーティング層を含む。In one preferred form of the invention, the coating comprises at least 6 coating layers.
この形態においては、支持体に隣接する層はほぼ0チの
セラミック材料を含有し、最外層はほぼ100%のセラ
ミック材料を含有し、一方中間のコーティング層(1層
、または多層)はほぼ0係と100%(容量)の間のセ
ラミック材料を含有する。この形態においては、連続し
た各層が約25%、50係および75チ(容量)のセラ
ミック材料を含有する6層の中間層を施すことができる
。In this configuration, the layer adjacent to the support contains approximately 0% ceramic material, the outermost layer contains approximately 100% ceramic material, while the intermediate coating layer (or layers) contains approximately 0% ceramic material. 100% (by volume) of ceramic material. In this configuration, six intermediate layers can be applied, each successive layer containing approximately 25%, 50 and 75 parts of ceramic material.
好ましい一形態において、セラミック材料はジルコニア
系材料である。このセラミック材料は完全または部分安
定化ジルコニア材料であってもよい。またこのセラミッ
ク材料はイツトリア−ジルコニア材料であってもよい。In one preferred form, the ceramic material is a zirconia-based material. This ceramic material may be a fully or partially stabilized zirconia material. The ceramic material may also be an yttria-zirconia material.
好ましい一形態において、100係よりも少ないセラミ
ック材料を含有するコーティング層は、いずれかの適切
な金属またはそれらの合金である充填材を残余量含有す
る。これに関して、この材料はニッケルークロムであっ
てよく、ただし支持体の組成およびセラミック材料の性
質に応じてニッケルもしくはクロムもしくは他の金属ま
たはそれらの合金も同様に適している。支持体は一般に
金属、たとえば鋼もしくは鉄およびそれらの合金からな
る。好ましい一形態においては、各コーティング層は厚
さ約0.005インチ(約0.127mm)である。In one preferred form, the coating layer containing less than 100 parts of the ceramic material contains a balance of filler that is any suitable metal or alloy thereof. In this connection, this material may be nickel-chromium, although depending on the composition of the support and the nature of the ceramic material, nickel or chromium or other metals or alloys thereof are likewise suitable. The support generally consists of metal, such as steel or iron and alloys thereof. In one preferred form, each coating layer is about 0.005 inches (about 0.127 mm) thick.
本発明の好ましい一形態においては、プラズマ炎を層組
成物溶融のための熱源として用いる加熱吹付は装置によ
って各コーティング層を吹付ける。In one preferred form of the invention, each coating layer is sprayed by a heated spraying device using a plasma flame as the heat source for melting the layer composition.
この種の装置は当業者に周知の構造を有し、かつ周知の
方法で使用できる。Devices of this type have a structure well known to those skilled in the art and can be used in a well known manner.
好ましい一形態においては、コーティング層を施す前に
、各層を施す支持体面を適宜調製することができる。こ
れに関しては、支持体表面を清浄にし、たとえばグリッ
ド・ブラスト仕上により粗面化することができる。支持
体をコーティングしたのち、コーティングの最外表面を
所望により処理することもできる(たとえば研削などに
より平滑にする)。In one preferred embodiment, the surface of the support on which each layer is applied can be appropriately prepared before the coating layer is applied. In this regard, the support surface can be cleaned and roughened, for example by grid blasting. After coating the support, the outermost surface of the coating can be optionally treated (eg, smoothed by grinding, etc.).
本発明のコーティングによれば、コーティングを施す物
品において、少なくとも一部がセラミック材料製である
この種の物品を提供するための従来の方式と比較して、
使用するセラミック材料の量を減らすことができ、その
結果全体の重量が軽減される。これはこのコーティング
を特に付与しうる物品(たとえば燃焼型エンジンの部品
)の性能を損うことなく達成される。実際にこのコーテ
ィングの熱伝導率は一体式セラミック材料の場合よりも
小さいと考えられる。According to the coating of the present invention, in the article to which the coating is applied, compared to conventional approaches for providing articles of this type, at least in part made of ceramic material:
The amount of ceramic material used can be reduced, resulting in a reduction in overall weight. This is accomplished without impairing the performance of the articles to which this coating may be applied (eg, combustion engine components). In fact, the thermal conductivity of this coating is believed to be lower than that of monolithic ceramic materials.
本発明のコーティングを施す処理は既存の装置を用いて
行うことができ、この限りにおいては高額の追加投資を
必要としない。これにより、本発明のコーティングを有
する物品を提供する費用、従ってこれらの物品自体の原
価が最小限に抑えられる。The process of applying the coating according to the invention can be carried out using existing equipment and, in this respect, does not require large additional investments. This minimizes the cost of providing articles with the coating of the invention, and thus the cost of these articles themselves.
特許請求の範囲に定められた本発明の範囲から逸脱する
ことなしにコーティングおよびその付与法を修正および
/または変更し5ることを認識すべきである。It should be recognized that the coating and its application may be modified and/or varied without departing from the scope of the invention as defined in the claims.
(J2)(J2)
Claims (16)
つ数層であつて、それらの幾層かに含まれるセラミック
の量が相互に比例的量関係にある積層されたコーティン
グ層からなる支持体用コーティング。(1) A support consisting of several layers of laminated coating layers with compositions containing different amounts of ceramic material in each layer, the amounts of ceramic contained in the layers being proportional to each other. Body coating.
つて、少なくとも実質的に相互に勾配をなす、特許請求
の範囲第1項に記載のコーティング。2. The coating of claim 1, wherein the coating layers are at least substantially mutually graded according to the amount of ceramic material in each layer.
例的な量関係が支持体から連続的に増加する状態で各コ
ーティング層が配置されている、特許請求の範囲第2項
に記載のコーティング。(3) A coating according to claim 2, wherein each coating layer is arranged such that the proportional quantity relationship of the ceramic material contained in the coating layer increases continuously from the support.
%以下のセラミック材料を含有する、特許請求の範囲第
1項ないし第3項のいずれかに記載のコーティング。(4) The coating according to any one of claims 1 to 3, wherein at least one of the coating layers contains 50% by volume or less of a ceramic material.
ぼ0%(容量)のセラミック材料を含有する、特許請求
の範囲第1項ないし第4項のいずれかに記載のコーティ
ング。(5) A coating according to any one of claims 1 to 4, wherein the coating layer adjacent to the support contains 0% or nearly 0% (by volume) of ceramic material.
量%以上のセラミック材料を含有する、特許請求の範囲
第1項ないし第5項のいずれかに記載のコーティング。(6) The coating according to any one of claims 1 to 5, wherein at least one of the coating layers contains about 50% or more by volume of ceramic material.
で100%またはほぼ100%のセラミック材料を含有
する、特許請求の範囲第1項ないし第6項のいずれかに
記載のコーティング。7. A coating according to any one of claims 1 to 6, wherein the outermost coating layer from the support contains 100% or nearly 100% by volume of ceramic material.
した各層が少なくとも約0%、25%、50%、75%
および約100%(容量)のセラミック材料を含有する
、特許請求の範囲第1項ないし第7項のいずれかに記載
のコーティング。(8) five coating layers are applied, each successive layer from the support being at least about 0%, 25%, 50%, 75%;
and about 100% (by volume) of ceramic material.
27mm)の厚さを有する、特許請求の範囲第1項ない
し第8項のいずれかに記載のコーティング。(9) Each coating layer is approximately 0.005 inches (approximately 0.1
9. A coating according to any one of claims 1 to 8, having a thickness of 27 mm).
許請求の範囲第1項ないし第9項のいずれかに記載のコ
ーティング。(10) The coating according to any one of claims 1 to 9, wherein the ceramic material is a zirconia-based material.
を含み、これらのうち少なくとも幾層かはある比例的な
量関係にあるセラミック材料を含有する組成を有し、こ
のセラミック材料の比例的な量関係がコーティング層間
で異なるものである、支持体にコーティングを施す方法
。(11) laminating a plurality of coating layers to a support, at least some of the layers having a composition containing a proportionate amount of a ceramic material; A method of coating a support in which the quantity relationship differs between the coating layers.
ーティング層上に吹付けることにより順次施される、特
許請求の範囲第11項に記載の方法。12. The method of claim 11, wherein each coating layer is applied sequentially by spraying onto the support or onto a preceding coating layer.
れ、加熱溶融され、次いで吹付けにより支持体に施され
る、特許請求の範囲第12項に記載の方法。(13) The method according to claim 12, wherein each coating layer composition is first prepared in powder form, heated and melted, and then applied to the support by spraying.
り溶融される、特許請求の範囲第13項に記載の方法。14. The method of claim 13, wherein each coating layer composition is melted by a plasma flame heat source.
ィング層の付与前に清浄にし、かつ粗面化し、これによ
り支持体へのコーティングの保持を助成する、特許請求
の範囲第11項ないし第14項のいずれかに記載の方法
。(15) The surface of the support to which the coating layer is applied is cleaned and roughened before application of the coating layer, thereby assisting in retention of the coating on the support. The method described in any of the paragraphs.
ないし第10項のいずれかに記載のものである、特許請
求の範囲第11項ないし第15項のいずれかに記載の方
法。(16) The method according to any one of claims 11 to 15, wherein the applied coating is as described in any one of claims 1 to 10.
Applications Claiming Priority (1)
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- 1985-10-12 JP JP60227620A patent/JPS6293359A/en active Pending
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