JP7659883B2 - Thermal spraying equipment - Google Patents
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Description
本発明は、溶射装置に関する。 The present invention relates to a thermal spraying device.
近年、ボイドやクラックの発生を抑えながら、被覆材の表面に、耐熱性及び被膜強度に優れた緻密な溶射被膜を形成することが、強く望まれている。そのための方法として、特許文献1には、耐熱性を有する微粒子を溶射材料として用いることが開示されている。具体的には、微粒子を有機溶媒に分散させた微粒子含有スラリーを作成し、これを噴霧化させた状態で燃焼フレームに導入することによって、有機溶媒を消失させながら、微粒子を被溶射材に溶射する。 In recent years, there has been a strong demand for forming a dense thermal spray coating with excellent heat resistance and coating strength on the surface of a coating material while suppressing the occurrence of voids and cracks. As a method for achieving this, Patent Document 1 discloses the use of heat-resistant fine particles as the thermal spray material. Specifically, fine particles are dispersed in an organic solvent to create a fine particle-containing slurry, which is then introduced into a combustion flame in an atomized state, whereby the fine particles are thermally sprayed onto the material to be thermally sprayed while the organic solvent is dissipated.
溶射装置は、例えば、燃焼用ガスが燃焼したガスフレームを生じる燃焼室と、燃焼室に燃焼用ガスを供給するガスノズルと、微粒子含有スラリーを燃焼室に向けて搬送するスラリー搬送管とを備え、該溶射装置によって、ガスフレームに微粒子含有スラリーが導入された熱流体が、被溶射材に向けて溶射されるようになっている。 The thermal spraying device, for example, includes a combustion chamber in which a gas flame is generated by burning a combustion gas, a gas nozzle that supplies the combustion gas to the combustion chamber, and a slurry transport pipe that transports the fine particle-containing slurry toward the combustion chamber. The thermal spraying device sprays the hot fluid in which the fine particle-containing slurry has been introduced into the gas flame toward the material to be thermally sprayed.
特許文献1には、微粒子含有スラリーをガスフレームにより均一に分散させるため、スラリー搬送管をガスノズルの内側に同軸に配設し、ガスフレームに対して同軸に微粒子含有スラリーを供給することが開示されている。この場合、スラリー搬送管の出口端部は、燃焼室に開口することになるので、ガスフレームに晒される結果、過度に温度上昇してしまう場合がある。 Patent Document 1 discloses that in order to disperse the particulate-containing slurry evenly in the gas flame, a slurry transport pipe is arranged coaxially inside the gas nozzle, and the particulate-containing slurry is supplied coaxially to the gas flame. In this case, the outlet end of the slurry transport pipe opens into the combustion chamber, and as a result of being exposed to the gas flame, the temperature may rise excessively.
この場合、微粒子含有スラリーは、スラリー搬送管の出口端部を通過するときに加熱される。この結果、微粒子含有スラリーは、有機溶媒が消失して、微粒子がスラリー搬送管の内側に固着してしまう場合がある。その結果、スラリー搬送管に狭窄が生じてしまい、微粒子の搬送に不良が生じる。 In this case, the fine particle-containing slurry is heated as it passes through the outlet end of the slurry transport pipe. As a result, the organic solvent in the fine particle-containing slurry may disappear, causing the fine particles to adhere to the inside of the slurry transport pipe. This results in a narrowing of the slurry transport pipe, which causes problems in transporting the fine particles.
また、微粒子の搬送に不良が生じると、スラリー搬送管の狭窄を取り除くために溶射施行を中断する必要があり、その結果、長時間にわたって溶射施行ができず、溶射の施行効率が低下するという問題がある。 In addition, if there is a problem with the transport of fine particles, it is necessary to interrupt the thermal spraying process to remove the narrowing of the slurry transport pipe, which results in the problem that thermal spraying cannot be performed for an extended period of time, reducing the efficiency of the thermal spraying process.
本発明は、微粒子を含む分散液をミストにして噴霧するミスト供給部における微粒子の固着を抑制し、ミスト供給部の詰まりを抑制できる溶射装置を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a thermal spraying device that can suppress adhesion of fine particles in a mist supply section that sprays a dispersion liquid containing fine particles into a mist, and can suppress clogging of the mist supply section.
本発明の一態様は、
微粒子を含む分散液をミストにしてミスト供給方向に噴霧する管状のミスト供給部と、
前記ミスト供給部から前記ミスト供給部の径方向に間隔を開けて配置され、フレームを噴射する複数のフレーム噴射部と
を備え、
前記フレーム噴射部は、前記ミストを周囲から加熱する、溶射装置を提供する。
One aspect of the present invention is
A tubular mist supplying section that turns a dispersion liquid containing fine particles into a mist and sprays it in a mist supplying direction;
a plurality of flame ejection units arranged at intervals in a radial direction from the mist supply unit to the mist supply unit, and ejecting a flame;
The flame injection section provides a thermal spraying device that heats the mist from the surroundings.
この構成によれば、複数のフレーム噴射部がミスト供給部から径方向に間隔を開けて配置されているので、ミスト供給部を1つのフレーム噴射部の内側に同軸に配設する場合と比較して、ミスト供給部の過熱が抑制される。この結果、ミスト供給部における微粒子の熱による固着が抑制され、ミスト供給部の詰まりを防止できる。また、これにより、長時間にわたって溶射施行が可能となり、溶射の施行効率を向上できる。 With this configuration, multiple frame injection parts are arranged at radial intervals from the mist supply part, so overheating of the mist supply part is suppressed compared to when the mist supply parts are arranged coaxially inside one frame injection part. As a result, adhesion of fine particles in the mist supply part due to heat is suppressed, and clogging of the mist supply part can be prevented. This also makes it possible to carry out thermal spraying for a long period of time, improving the efficiency of thermal spraying.
前記フレーム噴射部は、前記ミスト供給方向に向かって前記径方向の内側に傾斜したフレーム噴射方向に前記フレームを噴射し、前記ミストを加熱してもよい。 The frame injection unit may inject the frame in a frame injection direction inclined radially inward toward the mist supply direction, thereby heating the mist.
前記フレーム噴射部は、前記フレーム噴射部の中心軸線と前記ミスト供給部の中心軸線とが交点を有するように配置されていてもよい。 The frame ejection section may be arranged so that the central axis of the frame ejection section and the central axis of the mist supply section intersect.
この構成によれば、フレームがミストに交わるので、ミストを効率よく加熱することができる。 With this configuration, the frame intersects with the mist, allowing the mist to be heated efficiently.
ここで、交点とは、幾何学的に厳密な意味での交点に限定されない。つまり、フレーム噴射部の中心軸線とミスト供給部の中心軸線とが厳密に交わっている必要はない。フレーム噴射部から噴射されるフレームとミスト供給部から噴霧されるミストが交わっていればよく、交点とは、厳密な交点と、フレームとミストが交わる範囲内において厳密な交点から若干ずれた形態とを含む。 Here, the intersection is not limited to an intersection in the strict geometric sense. In other words, the central axis of the frame ejection unit and the central axis of the mist supply unit do not need to intersect exactly. It is sufficient that the frame ejected from the frame ejection unit and the mist sprayed from the mist supply unit intersect, and the intersection includes not only a strict intersection but also a form that is slightly deviated from the strict intersection within the range where the frame and mist intersect.
複数の前記フレーム噴射部は、1つの前記フレーム噴射部の前記中心軸線と前記ミスト供給部の前記中心軸線との交点と、他の1つの前記フレーム噴射部の前記中心軸線と前記ミスト供給部の前記中心軸線との交点とが前記ミスト供給方向においてずれるように、配置されていてもよい。 The multiple frame injection units may be arranged such that the intersection between the central axis of one of the frame injection units and the central axis of the mist supply unit is offset from the intersection between the central axis of another of the frame injection units and the central axis of the mist supply unit in the mist supply direction.
この構成によれば、ミスト供給方向の異なる位置においてフレームがミストに交わっているので、ミストを複数箇所において加熱でき、ミスト供給方向において所定の温度域を維持する範囲を長くできる。 With this configuration, the frame intersects with the mist at different positions in the mist supply direction, so the mist can be heated at multiple locations, and the range in the mist supply direction over which a specified temperature range is maintained can be extended.
前記ミスト供給部の前記中心軸線に対する前記フレーム噴射部の前記中心軸線の角度を調整する角度調整機構を備えてもよい。 The device may be provided with an angle adjustment mechanism that adjusts the angle of the central axis of the flame spray unit relative to the central axis of the mist supply unit.
この構成によれば、フレームとミストとが交わる位置を容易に変更できる。その結果、ミスト供給方向において所定の温度域を維持する範囲を調整できる。一般的に、溶射材料毎に融点又は焼結温度が異なるため、溶射材料毎に、溶射方向において所定の温度域を維持する範囲を好適な条件に調整して溶射することで、溶射被膜の品質を向上できる。 With this configuration, the position where the frame and mist intersect can be easily changed. As a result, the range in which a specified temperature range is maintained in the mist supply direction can be adjusted. Generally, the melting point or sintering temperature differs for each spray material, so by adjusting the range in which a specified temperature range is maintained in the spray direction to suitable conditions for each spray material and spraying, the quality of the sprayed coating can be improved.
前記径方向における前記フレーム噴射部の位置を調整する位置調整機構を備えてもよい。 A position adjustment mechanism may be provided to adjust the position of the frame injection part in the radial direction.
この構成によれば、フレーム噴射部のフレームを噴射する噴射口のミストからの距離を容易に変更できる。このため、フレームがミストに加える熱量を調整可能であり、ミストの温度を容易に調整できる。上述したように溶射材料毎に融点又は焼結温度が異なるため、溶射材料毎に、噴霧された溶射材料の温度を好適な条件に調整して溶射することで、溶射被膜の品質を向上できる。 With this configuration, the distance from the mist to the nozzle that sprays the frame of the flame spray unit can be easily changed. This makes it possible to adjust the amount of heat that the frame applies to the mist, and the temperature of the mist can be easily adjusted. As described above, the melting point or sintering temperature differs for each spray material, so the quality of the sprayed coating can be improved by spraying the sprayed spray material at suitable conditions for each spray material.
本発明によれば、溶射材料を噴霧するミスト供給部における溶射材料の固着を抑制し、ミスト供給部の詰まりを抑制できる。 The present invention can prevent adhesion of the thermal spray material in the mist supply section that sprays the thermal spray material, and can prevent clogging of the mist supply section.
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the attached drawings.
図1は、本実施形態に係る溶射装置1の概略図である。また、図2は、図1のX矢視図である。溶射装置1は、溶射材として微粒子を有機溶媒のような分散媒に分散させた微粒子含有スラリーを使用して、微粒子を被溶射材Wに溶射するものである。以下の説明において、溶射装置1から微粒子を被溶射材Wに溶射する方向を、溶射装置1の前後方向という場合がある。本実施形態の微粒子含有スラリーは、本発明に係る微粒子を含む分散液の一例である。 Figure 1 is a schematic diagram of a thermal spraying device 1 according to this embodiment. Figure 2 is a view taken along the X-arrow in Figure 1. The thermal spraying device 1 uses a fine particle-containing slurry, in which fine particles are dispersed in a dispersion medium such as an organic solvent, as a thermal spraying material, and sprays the fine particles onto a workpiece W. In the following description, the direction in which the fine particles are sprayed from the thermal spraying device 1 onto the workpiece W may be referred to as the forward and backward direction of the thermal spraying device 1. The fine particle-containing slurry of this embodiment is an example of a dispersion liquid containing fine particles according to the present invention.
微粒子含有スラリーに含まれる微粒子は、例えばセラミックスの微粒子である。セラミックスとしては、例えば、酸化物セラミックス、窒化物セラミックス、炭化物セラミックスおよびホウ化物セラミックスなどが挙げられる。中でも、酸化物セラミックスが、酸化雰囲気中での化学的安定性に優れるため好ましい。 The fine particles contained in the fine particle-containing slurry are, for example, ceramic fine particles. Examples of ceramics include oxide ceramics, nitride ceramics, carbide ceramics, and boride ceramics. Among them, oxide ceramics are preferred because of their excellent chemical stability in an oxidizing atmosphere.
[全体構成]
図1及び図2を参照すると、溶射装置1は、微粒子含有スラリーをミストにして噴霧するミスト供給ユニット10と、酸素と燃料とが燃焼したガスフレーム(以下、フレームという場合がある)を噴射する複数(本実施形態では6つ)の溶射ユニット20A~20Fとを備える。以下の説明において、溶射ユニット20A~20Fのそれぞれを特に区別する必要がない場合、それらのうちの1つを単に溶射ユニット20という場合がある。
[Overall configuration]
1 and 2, the thermal spraying device 1 includes a
以下の説明において、溶射装置1の前後方向において、被溶射材Wが配置されている側(図1において右側)を前側、その逆側(図1において左側)を後側という場合がある。 In the following description, the side of the thermal spraying device 1 where the material W to be sprayed is placed (the right side in Figure 1) may be referred to as the front side, and the opposite side (the left side in Figure 1) may be referred to as the rear side.
[ミスト供給ユニット]
図1に示すように、ミスト供給ユニット10は、本体ケーシング11と、本体ケーシング11の前端部に取り付けられたミスト供給ノズル12とを備える。
[Mist supply unit]
As shown in FIG. 1 , the
本体ケーシング11は、前後方向に延びる略円筒状の部材である。本体ケーシング11の後端部には、噴霧媒体導入部11aが設けられている。噴霧媒体導入部11aには、噴霧媒体供給手段2が接続されている。噴霧媒体供給手段2は、噴霧媒体導入部11aに噴霧媒体(例えば、圧搾空気、加圧酸素)を供給する。
The main casing 11 is a generally cylindrical member extending in the front-rear direction. A
また、本体ケーシング11の噴霧媒体導入部11aよりも前方には、スラリー導入部11bが設けられている。スラリー導入部11bには、スラリー供給手段3が接続されている。
In addition, a
スラリー供給手段3は、スラリー導入部11bに微粒子含有スラリーを供給する。微粒子含有スラリーは、微粒子を分散媒中に分散させることにより得られる。スラリー供給手段3から供給される微粒子含有スラリー中において微粒子が分散媒中に分散されているので、微粒子は、凝集することなくミスト供給ユニット10に供給される。本実施形態の分散媒は、有機溶媒である。分散媒の粘度としては、粘度が高すぎると、流動性を失うため、10000mPa・s以下であることが好ましい。
The
本体ケーシング11には、噴霧媒体導入部11aから前方に向かって延びる連通路11cが設けられている。また、連通路11cは、ミスト供給ノズル12に連通している。
The main casing 11 is provided with a
本体ケーシング11は、噴霧媒体導入部11aから導入された噴霧媒体が流れる内管と、内管の外周側に間隔を開けて配置された外管とを有する二重管構造である。内管は、連通路11cの一部を画定している。また、内管と外管との間には、スラリー導入部11bから導入された微粒子含有スラリーが供給される。内管と外管との間に供給された微粒子含有スラリーは、本体ケーシング11の前端部において、内管に設けられた開口を介して連通路11cに供給されるようになっている。連通路11cに供給された微粒子含有スラリーは、連通路11cにおいて噴霧媒体導入部11aから導入された噴霧媒体からせん断力を受けて流動化し、噴霧化される。上述したように、連通路11cは、ミスト供給ノズル12に連通している。したがって、噴霧化された微粒子含有スラリーは、ミスト供給ノズル12に供給される。
The main casing 11 has a double-tube structure having an inner tube through which the spray medium introduced from the spray
ミスト供給ノズル12は、前後方向に延びる円筒状の部材である。すなわち、本実施形態のミスト供給ノズル12の中心軸線C1は、前後方向に延びている。また、ミスト供給ノズル12は、本体ケーシング11と同軸状に配置されている。本実施形態のミスト供給ノズル12は、本発明に係るミスト供給部の一例である。
The
以下の説明において、ミスト供給ノズル12の中心軸線C1を中心とした周方向を単に周方向という場合があり、ミスト供給ノズル12の中心軸線C1を中心とした径方向を単に径方向という場合がある。
In the following description, the circumferential direction centered on the central axis C1 of the
噴霧化された微粒子含有スラリーは、図1に明瞭に示すように、ミスト供給ノズル12の噴霧口12aからミスト供給方向D1に噴霧される。ここで、「ミスト供給方向D1」とは、ミスト供給ノズル12の中心軸線C1を含む断面において、噴霧化された微粒子含有スラリーがミストとして噴霧されている方向を示す。
As clearly shown in FIG. 1, the atomized fine particle-containing slurry is sprayed in a mist supply direction D1 from the
ミスト供給ノズル12から噴霧されるミストの平均液滴径は、100μm以下であると好ましい。ミストの平均液滴径が100μm超だと、溶射ユニット20から噴射されるフレームによりミストを加熱した場合であっても、瞬時に微粒子1つ1つが露出されずに(具体的には、ミストに含まれる分散媒等が分解および蒸発(または単に蒸発)せずに)、微粒子1つ1つを均一に加熱することが困難となる。そのため、ミストの平均液滴径は100μm以下とし、好ましくは50μm以下であり、より好ましくは10μm以下である。ミストの平均液滴径の下限は特に限定されないが、例えば微粒子の平均粒径以上とすることができる。なお、ミストの平均液滴径は、透明基板上にミストを噴霧し、その光学顕微鏡像から液滴を複数(例えば8個以上)選択してメディアン径を計算することにより求めることができる。また、ミストの最大液滴径としては、500μm以下にすることが好ましく、より好ましくは100μm以下であり、さらに好ましくは50μm以下である。
The average droplet diameter of the mist sprayed from the
[溶射ユニット]
図1及び図2を参照すると、溶射ユニット20A~20Fは、溶射ノズル21と、溶射ノズル21をそれぞれ支持するベース部材22とをそれぞれ備える。すなわち、本実施形態の溶射装置1は、6本の溶射ノズル21を備える。本実施形態の溶射ノズル21は、本発明に係るフレーム噴射部の一例である。
[Thermal spray unit]
1 and 2, each of the
図2に示すように、溶射ユニット20A~20Fは、ミスト供給ノズル12の中心軸線C1を中心とした周方向に沿って等間隔に配置されている。また、溶射ユニット20は、ベース部材22が環状のリング部材30に連結されることで、リング部材30に固定されている。環状のリング部材30は、図示しないがミスト供給ユニット10に対して固定されている。
As shown in FIG. 2, the
溶射ノズル21は、ミスト供給ノズル12を取り囲むように、ミスト供給ユニット10から間隔を開けて配置されている。より詳細には、溶射ノズル21は、ミスト供給ユニット10のミスト供給ノズル12からミスト供給ノズル12の中心軸線C1から径方向に間隔を開けて配置されている。つまり、溶射ノズル21と、ミスト供給ノズル12とは別々に設けられている。また、6つの溶射ノズル21は、ミスト供給ノズル12の中心軸線C1を中心とした周方向に沿って等間隔に配置されている。
The
図1を参照すると、溶射ノズル21には、燃焼用ガス導入部21aが設けられている。燃焼用ガス導入部21aには、燃焼用ガス供給手段4が接続されている。これにより、溶射ノズル21には、燃焼用ガス供給手段4から可燃性ガスと助燃性ガスとの混合ガスが供給される。
Referring to FIG. 1, the
溶射ノズル21の噴射口21b付近には、点火機構(図示せず)が設けられている。この点火機構により可燃性ガスと助燃性ガスとの混合ガスに点火することで、溶射ノズル21からフレームが噴射される。溶射ノズル21は、フレームを噴射して、ミスト供給ノズル12から噴霧されるミストを周囲から加熱する。具体的には、溶射ノズル21は、フレームを噴射して、ミスト供給ノズル12から噴霧されるミストを、ミスト供給ノズル12の中心軸線C1を中心として径方向外側から加熱する。
An ignition mechanism (not shown) is provided near the
可燃性ガスとしては例えばアセチレン、エチレン、プロパン及びプロピレン等の炭化水素、並びに水素等が挙げられる。助燃性ガスとしては例えば酸素等が挙げられる。可燃性ガス及び助燃性ガスの種類、可燃性ガス及び助燃性ガスの各供給量、ミスト供給ユニット10と、溶射ノズル21との位置関係により、ミスト中に含まれる微粒子の温度を制御できる。本実施形態では、可燃性ガスとしてアセチレンが用いられ、助燃性ガスとして酸素が用いられる。
Examples of combustible gases include hydrocarbons such as acetylene, ethylene, propane, and propylene, as well as hydrogen. Examples of combustion supporting gases include oxygen. The temperature of the fine particles contained in the mist can be controlled by the type of combustible gas and combustion supporting gas, the supply amount of each of the combustible gas and combustion supporting gas, and the positional relationship between the
また、本実施形態の溶射ノズル21には、水素導入部21cが設けられている。水素導入部21cには、水素供給手段5が接続されている。これにより、溶射ノズル21には、水素ガスが供給される。
The
本実施形態で可燃性ガスとして用いるアセチレンは、法令により圧力が制限される。これに対して、水素には、そのような圧力の制限はない。このため、燃焼用ガスに加えて、高圧の水素を溶射ノズル21に供給することで、燃焼ガスの速度が向上する。
The pressure of acetylene, which is used as the combustible gas in this embodiment, is restricted by law. In contrast, there is no such pressure restriction for hydrogen. Therefore, by supplying high-pressure hydrogen to the
また、図1に明瞭に示すように、溶射ノズル21は、溶射ノズル21の中心軸線C2が、ミスト供給方向D1に向かって(図1中の後側から前側に向かって)、径方向内側に傾斜するように配置されている。
As shown clearly in FIG. 1, the
溶射ノズル21は、噴射口21bからフレーム噴射方向D2にフレームを噴射する。ここで、「フレーム噴射方向D2」とは、溶射ノズル21の噴射口21bの中心軸線C2を含む断面において、フレームが噴射されている方向を示す。溶射ユニット20A~20Fの各フレーム噴射方向D2は、各溶射ノズル21の中心軸線C2に沿って延びている。つまり、溶射ユニット20A~20Fの各フレーム噴射方向D2は、ミスト供給方向D1に向かって(図1中の後側から前側に向かって)、径方向内側に傾斜している。
The
また、本実施形態では、溶射ユニット20A~20Fの各溶射ノズル21の中心軸線C2と、ミスト供給ノズル12の中心軸線C1とは、交点Pを有している。本実施形態では、溶射ユニット20A~20Fは、1つの交点Pを共有している。つまり、溶射ユニット20A~20Fの各溶射ノズル21の中心軸線C2は、ミスト供給ノズル12の中心軸線C1と交点Pの1点で交わっている。
In addition, in this embodiment, the central axis C2 of each
ここで、ミスト供給ノズル12の中心軸線C1に対する溶射ノズル21の中心軸線C2の角度θは、0°以上90°未満の範囲内において調整可能である。つまり、ミスト供給ノズル12の中心軸線C1と溶射ノズル21の中心軸線C2とが平行になるように、ミスト供給ノズル12と溶射ノズル21とを配置してもよい。
The angle θ of the central axis C2 of the
交点Pとミスト供給ノズル12の噴霧口12aの中心との間の距離L1は、5mm以上であることが好ましい。これにより、フレームによって、ミスト供給ノズル12の噴霧口12aが加熱されることを抑制できる。
It is preferable that the distance L1 between the intersection point P and the center of the
上述したように、溶射ノズル21は、ミスト供給ユニット10のミスト供給ノズル12から径方向に間隔を開けて配置されている。溶射ノズル21の中心と、ミスト供給ノズル12の中心との間の径方向における距離L2は、1mm以上であると好ましい。
As described above, the
溶射ノズル21の噴射口21bの中心の位置とミスト供給ノズル12の噴霧口12aの中心との位置とが、下記式(1)を満たすように配置されていることが好ましい。
-10≦x1≦100 ・・・(1)
It is preferable that the center position of the
-10≦x1≦100...(1)
ここで、x1[mm]は、ミスト供給ノズル12の噴霧口12aからのミスト供給方向D1をx軸とし、x軸におけるミスト供給ノズル12の噴霧口12aの中心の位置をx=0とし、且つミスト供給ノズル12の噴霧口12aの中心の位置から被溶射材W側に向かう方向をx軸における正の方向としたときの、x軸における溶射ノズル21の噴射口21bの中心の位置である。
Here, x1 [mm] is the position of the center of the
x1≧-10mmとすることで、フレームによるミスト供給ノズル12の噴霧口12aの加熱を抑制できる。また、複数の溶射ノズル21のうち少なくとも1つの溶射ノズル21において、x1≧-10mmであることが好ましく、複数の溶射ノズル21の全ての溶射ノズル21においてx1≧-10mmであることがより好ましい。
By making x1 ≧-10 mm, heating of the
一方で、x1≦100mmとすることで、ミストを効率よく加熱しやすくなり好ましい。複数の溶射ノズル21のうち少なくとも1つの溶射ノズル21において、x1≦100mmであることが好ましく、複数の溶射ノズル21の全ての溶射ノズル21において、x1≦100mmであることがより好ましい。
On the other hand, by setting x1≦100 mm, it is easier to heat the mist efficiently, which is preferable. It is preferable that x1≦100 mm in at least one of the multiple
図3は、本実施形態の溶射ノズル21を径方向外側から見た図である。図4は、図3のIV-IV線に沿った断面図である。なお、図3では、燃焼用ガス導入部21aと、水素導入部21cとの図示を省略している。また、図4では、溶射ノズル21とともに、ベース部材22と、リング部材30とを示している。
Figure 3 is a view of the
図3及び図4を参照すると、溶射ノズル21には一対の支持板23が取り付けられている。また、一対の支持板23には、スライドブロック24と、角度調整リング25とが保持されている。
Referring to Figures 3 and 4, a pair of
一対の支持板23は、前後方向に延びる板状の部材である。また、一対の支持板23は、溶射ノズル21に対して固定されている。
The pair of
スライドブロック24は、一対の支持板23の間に挟まれるとともに、ピン24aにより一対の支持板23に対して回転可能に支持されている。また、スライドブロック24には、径方向に貫通するネジ穴24bが設けられている。
The
角度調整リング25は、一対の支持板23の間に挟まれるとともに、ピン25aにより一対の支持板23に対して回転可能に支持されている。また、角度調整リング25には、径方向に貫通するネジ穴25bが設けられている。
The
図4に示すように、ベース部材22には、スライドブロック24を径方向に案内するための案内溝22aが設けられている。つまり、案内溝22aは、径方向に延びている。また、案内溝22aの内形は、スライドブロック24の外形よりも僅かに大きく、これにより、スライドブロック24が案内溝22a内を径方向に摺動可能になっている。
As shown in FIG. 4, the
また、案内溝22a内には、ベース部材22に回転可能に支持された第1シャフト26が配置されている。第1シャフト26は、径方向に延びるように、ベース部材22に取り付けられている。第1シャフト26には、ネジ部26aが設けられている。第1シャフト26のネジ部26aと、スライドブロック24のネジ穴24bとが螺合している。これにより、第1シャフト26が回転すると、スライドブロック24は、案内溝22aに沿って径方向の内側又は外側に移動する。
A
ベース部材22の第1シャフト26よりも後側には、第2シャフト27が回転可能に支持されている。第2シャフト27は、径方向に延びるように、ベース部材22に取り付けられている。第2シャフト27には、ネジ部27aが設けられている。第2シャフト27のネジ部27aと、角度調整リング25のネジ穴25bとが螺合している。これにより、第2シャフト27が回転すると、角度調整リング25は、第2シャフト27に沿って径方向の内側又は外側に移動する。
The
スライドブロック24の径方向位置と角度調整リング25の径方向位置とを調整することで、溶射ノズル21の姿勢が調整される。具体的には、スライドブロック24の径方向位置と角度調整リング25の径方向位置とを調整することで、ミスト供給ノズル12の中心軸線C1に対する溶射ノズル21の中心軸線C2の角度θ(図1に示す)が調整される。例えば、スライドブロック24の径方向位置を固定した状態で、角度調整リング25を径方向外側に移動させることで、上記角度θは、大きくなる。
The attitude of the
スライドブロック24の径方向位置と角度調整リング25の径方向位置とを調整することで、溶射ノズル21の径方向位置が調整される。例えば、スライドブロック24と角度調整リング25とを径方向外側又は内側に同じ量だけ移動させると、溶射ノズル21は、姿勢が保たれた状態で径方向外側又は内側に移動する。
The radial position of the
本実施形態の溶射ユニット20は、ミスト供給ノズル12の中心軸線C1に対する溶射ノズル21の中心軸線C2の角度θを調整する角度調整機構としての機能と、溶射ノズル21の径方向位置を調整する位置調整機構としての機能とを有する。本実施形態では、上記角度調整機構と上記位置調整機構とは、一対の支持板23、スライドブロック24、角度調整リング25、ベース部材22、第1シャフト26、及び第2シャフト27を少なくとも含む。
The
図5は、本実施形態のミスト供給ノズル12からのミスト供給方向D1の距離と、ミストの温度との関係を表す図である。図5において、横軸は、ミスト供給ノズル12の噴霧口12aからのミスト供給方向D1の距離[任意目盛]であり、縦軸は、ミストの温度[任意目盛]である。図5では、複数の溶射ノズル21がミスト供給ノズル12から径方向に間隔を開けて設けられた本実施形態について実線で示し、ミスト供給ノズルが1つの溶射ノズルと同軸に配設された変形例について破線で示す。
Figure 5 is a diagram showing the relationship between the distance in the mist supply direction D1 from the
図5を参照すると、本実施形態(実線)では、ミストの温度は、ミスト供給ノズル12の噴射口21bからの距離が遠くなるにしたがって、緩やかに上昇した後に急激に上昇している。その後、ミストの温度は、一定の温度域を維持した後に、緩やかに下降している。
Referring to FIG. 5, in this embodiment (solid line), the temperature of the mist rises gradually and then rises sharply as the distance from the
一方で、変形例(破線)では、ミストの温度は、ミスト供給ノズル12の噴射口21bからの距離が遠くなるにしたがって、略線形的に上昇し、最大の温度に到達した後に減少に転じている。
On the other hand, in the modified example (dashed line), the temperature of the mist increases approximately linearly as the distance from the
本実施形態(実線)と変形例(破線)とを比較すると、本実施形態では、ミスト供給ノズル12の噴射口21b付近(図中領域R1)におけるミストの温度上昇が変形例より抑制されている。また、本実施形態では、ミストの温度が所定の温度に上昇した後において、所定の温度域が維持されている領域(図中領域R2)が存在するのに対して、変形例では、ミストの温度が最大値に到達した後に、その温度を維持することなく下降に転じている。
Comparing this embodiment (solid line) with the modified example (dashed line), in this embodiment, the temperature rise of the mist near the
本実施形態の溶射装置1によれば、以下の作用効果を奏する。 The thermal spraying device 1 of this embodiment provides the following effects:
複数の溶射ノズル21がミスト供給ノズル12から径方向に間隔を開けて配置されているので、ミスト供給ノズル12を1つの溶射ノズル21の内側に同軸に配設する場合と比較して、ミスト供給ノズル12の過熱が抑制される。この結果、ミスト供給ノズル12における微粒子の熱による固着が抑制され、ミスト供給ノズル12の詰まりを防止できる。また、これにより、長時間にわたって溶射施行が可能となり、溶射の施行効率を向上できる。
Since multiple
また、複数の溶射ノズル21がミスト供給ノズル12を取り囲むように配置されているので、ミスト供給ノズル12から噴霧されたミストは、複数の溶射ノズル21から噴射されたフレームに包まれながら、被溶射材Wに向けて吹き付けられる。その結果、ミスト供給ノズル12から噴霧されたミストのうち被溶射材Wに付着するミストの量が減少することが抑制され、溶射効率の低下を抑制できる。
In addition, since the multiple
ミスト供給ノズル12の中心軸線C1と、溶射ノズル21の中心軸線C2とが、交点を有する。これにより、フレームがミストに交わるので、ミストを効率よく加熱できる。
The central axis C1 of the
また、本実施形態では、所定の温度範囲(ミストの温度が溶射材の融点の0.4倍以上かつ上記融点以下の温度範囲)が維持される(図5中領域R2)ため、微粒子含有スラリーのような溶射材の焼結が促され、溶射材同士の結合を起こしやすくなる。その結果、溶射被膜の品質を向上できる。ここで、上述のとおり、所定の温度範囲は、ミストの温度が溶射材の融点の0.4倍以上かつ上記融点以下であることが望ましいが、これに限定されない。つまり、使用する溶射材の種類又は得たい溶射被膜の特性に応じて、ミストの温度を融点の0.4倍未満の温度に維持してもよいし、融点を超える温度に維持してもよい。 In addition, in this embodiment, a predetermined temperature range (a temperature range in which the mist temperature is 0.4 times or more the melting point of the thermal spray material and is below the melting point) is maintained (region R2 in Figure 5), which promotes sintering of the thermal spray material such as a slurry containing fine particles, making it easier for the thermal spray materials to bond together. As a result, the quality of the thermal spray coating can be improved. Here, as described above, the predetermined temperature range is preferably a temperature of the mist that is 0.4 times or more the melting point of the thermal spray material and is below the melting point, but is not limited to this. In other words, depending on the type of thermal spray material used or the characteristics of the thermal spray coating to be obtained, the temperature of the mist may be maintained at a temperature less than 0.4 times the melting point, or may be maintained at a temperature above the melting point.
溶射装置1が、ミスト供給ノズル12の中心軸線C1に対する溶射ノズル21の中心軸線C2の角度を調整する角度調整機構を有しているため。フレームとミストとが交わる位置を容易に変更できる。その結果、ミスト供給方向D1において所定の温度域を維持する範囲を調整できる。一般的に、溶射材料毎に融点又は焼結温度が異なるため、溶射材料毎に、溶射方向において所定の温度域を維持する範囲を好適な条件に調整して溶射することで、溶射被膜の品質を向上できる。
The thermal spraying device 1 has an angle adjustment mechanism that adjusts the angle of the central axis C2 of the
溶射装置1が、溶射ノズル21の径方向位置を調整する位置調整機構を有しているため、溶射ノズル21のフレームを噴射する噴射口21bとミストとの間の距離を容易に変更できる。このため、フレームがミストに加える熱量を調整可能であり、ミストの温度を容易に調整できる。上述したように溶射材料毎に融点又は焼結温度が異なるため、溶射材料毎に、噴霧された溶射材料の温度を好適な条件に調整して溶射することで、溶射被膜の品質を向上できる。
Since the thermal spraying device 1 has a position adjustment mechanism that adjusts the radial position of the
(変形例)
図6は、本実施形態の溶射装置1の変形例におけるミスト供給ノズル12の周辺を示す図である。
(Modification)
FIG. 6 is a diagram showing the periphery of the
図6を参照すると、溶射ユニット20Aの溶射ノズル21の中心軸線C2と、ミスト供給ノズル12の中心軸線C1とは、交点P1を有している。また、溶射ユニット20Aの溶射ノズル21の中心軸線C1と、ミスト供給ノズル12の中心軸線C2とが角度θ1をなしている。
Referring to FIG. 6, the central axis C2 of the
また、溶射ユニット20Dの溶射ノズル21の中心軸線C2と、ミスト供給ノズル12の中心軸線C1とは、交点P2を有している。溶射ユニット20Dの溶射ノズル21の中心軸線C1と、ミスト供給ノズル12の中心軸線C2とが上記角度θ1とは異なる角度θ2をなしている。これにより、交点P1と、交点P2とは、ミスト供給方向D1(前後方向)にずれた位置に形成されている。図示しないが、溶射ユニット20A,20C,20Eは、1つの交点P1を共有しており、溶射ユニット20B,20D,20Fは、1つの交点P2を共有している。
The central axis C2 of the
交点P1,P2とミスト供給ノズル12の噴霧口12aの中心との間の距離L11、L12のうち、少なくとも一方は、5mm以上であることが好ましい。これにより、フレームによって、ミスト供給ノズル12の噴霧口12aが加熱されることを抑制できる。
It is preferable that at least one of the distances L11, L12 between the intersection points P1, P2 and the center of the
この変形例に係る構成によれば、ミスト供給方向D1の異なる位置においてフレームがミストに交わるので、ミスト供給方向D1において所定の温度域を維持する範囲を長くできる。 With the configuration of this modified example, the frame intersects with the mist at different positions in the mist supply direction D1, so the range in which a specified temperature range is maintained in the mist supply direction D1 can be extended.
上記変形例では、ミスト供給ノズル12の中心軸線C1に対する溶射ノズル21の中心軸線C2の角度θを調整することで、溶射ユニット20の溶射ノズル21の中心軸線C2と、ミスト供給ノズル12の中心軸線C1との交点Pのミスト供給方向D1における位置を調整していたが、これに限定されない。つまり、溶射ノズル21の径方向位置を調整することで、溶射ユニット20の溶射ノズル21の中心軸線C2と、ミスト供給ノズル12の中心軸線C1との交点Pのミスト供給方向D1における位置を調整してもよい。
In the above modified example, the position of the intersection P between the central axis C2 of the
上記変形例において、溶射ユニット20A~20Fの各溶射ノズル21の中心軸線C1と、ミスト供給ノズル12の中心軸線C1との各交点が、ミスト供給方向D1(前後方向)において互いに異なる位置に形成されるように、各溶射ノズル21を配置してもよい。この場合、溶射ユニット20A~20Fの各溶射ノズル21の中心軸線C1と、ミスト供給ノズル12の中心軸線C1との各交点Pを順につなげた軌跡が、螺旋を描くように各溶射ノズル21を配置してもよい。
In the above modified example, each
以下、実施例を挙げて本発明の実施形態をより具体的に説明する。本発明の実施形態は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、前述及び後述する趣旨に合致し得る範囲で、適宜変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の実施形態の技術的範囲に包含される。 The following provides a more detailed explanation of the embodiments of the present invention, using examples. The embodiments of the present invention are not limited to the following examples, and may be modified as appropriate within the scope of the purpose described above and below, and all such modifications are within the technical scope of the embodiments of the present invention.
(実施例1)
実施例1ではセラミックスの微粒子としてα相を有する酸化アルミニウム微粒子を用いた。
Example 1
In Example 1, aluminum oxide fine particles having an α phase were used as the ceramic fine particles.
まず、液状有機化合物(アクリレートモノマー及び/又はアクリレートオリゴマー)、JSR社製、製品名:KC1278)に、平均粒径500nmの、α相を有する酸化アルミニウム微粒子(日本軽金属社製、製品名:SMN-22)を約40体積%となるように加えた。自転公転撹拌装置(写真化学社製、製品名:SK-350T)を用いて、酸化アルミニウム微粒子と液状有機化合物とを含む分散液を脱泡しながら撹拌した。なお、液状有機化合物の粘度は室温で100mPa・s以下であり、前記自転公転撹拌装置の運転条件は、自転速度400rpm、公転速度1200rpm、撹拌時間15分とした。 First, aluminum oxide fine particles having an α phase and an average particle size of 500 nm (manufactured by Nippon Light Metals Co., Ltd., product name: SMN-22) were added to a liquid organic compound (acrylate monomer and/or acrylate oligomer) (manufactured by JSR Corporation, product name: KC1278) so that the volume was approximately 40%. Using a rotation-revolution mixer (manufactured by Shashin Kagaku Co., Ltd., product name: SK-350T), the dispersion containing the aluminum oxide fine particles and the liquid organic compound was stirred while degassing. The viscosity of the liquid organic compound was 100 mPa·s or less at room temperature, and the operating conditions of the rotation-revolution mixer were a rotation speed of 400 rpm, a revolution speed of 1200 rpm, and a mixing time of 15 minutes.
次に、得られた分散液を、ミスト供給ユニット10によりミスト化した。その際、ミストを噴霧するための圧搾空気の圧力を0.8MPaに固定し、ミスト供給ユニット10の本体ケーシング11の内管に設けられた開口の開口面積を6mm2、12mm2及び18mm2と変化させた。得られたミストを溶射ノズル21から噴射されるフレームにより加熱することなく透明基材上に噴霧させて、光学顕微鏡にて観察した。
Next, the obtained dispersion was turned into a mist by the
図7A~図7Cに各条件で透明基材上に噴霧されたミストの光学顕微鏡像を示す。図7Aは、上記開口面積を6mm2とした場合であり、ミストの平均液滴径は0.98μmであり、最大液滴径は2.82μmであった。図7Bは上記開口面積を12mm2とした場合であり、ミストの平均液滴径は2.01μmであり、最大液滴径は3.76μmであった。図7Cは上記開口面積を18mm2とした場合であり、ミストの平均液滴径は1.08μmであり、最大液滴径は6.33μmであった。 7A to 7C show optical microscope images of the mist sprayed on the transparent substrate under each condition. In FIG. 7A, the opening area was set to 6 mm2 , and the average droplet diameter of the mist was 0.98 μm, and the maximum droplet diameter was 2.82 μm. In FIG. 7B, the opening area was set to 12 mm2 , and the average droplet diameter of the mist was 2.01 μm, and the maximum droplet diameter was 3.76 μm. In FIG. 7C, the opening area was set to 18 mm2 , and the average droplet diameter of the mist was 1.08 μm, and the maximum droplet diameter was 6.33 μm.
圧搾空気の圧力を0.8MPa、上記開口面積を12mm2として得られたミストをミスト供給ノズル12の噴霧口12aから被溶射材Wに向けて噴霧し、6本の溶射ノズル21を用いてフレームを噴射することにより加熱した。なお、6本の溶射ノズル21は、すべてガスフレームガンであり、ミスト供給ノズル12の周囲に、ミスト供給ノズル12とは離間して配置されており、且つ、ミスト供給ノズル12を中心軸として同心円状に等間隔で配置されていた。6本の溶射ノズル21の中心軸線C2は、ミスト供給ノズル12の中心軸線C1と1つの交点で交わっていた。6本の溶射ノズル21は、溶射ノズル21の位置に関するパラメータ(x1、L1及びθ)がすべて等しくなるように配置されており、それぞれ、(x1:+9.2mm、L1:43.9mm及びθ:18.0°)であった。
The mist obtained by setting the pressure of the compressed air to 0.8 MPa and the opening area to 12 mm2 was sprayed from the
可燃性ガスとしてアセチレン及び助燃性ガスとして酸素を使用し、アセチレンガスの圧力は0.13MPaとし、アセチレンガスの流量は55L/minとし、酸素ガスの圧力は5MPaとし、酸素ガスの流量は200L/minとした。 Acetylene was used as the combustible gas and oxygen as the combustion supporting gas, the acetylene gas pressure was 0.13 MPa, the acetylene gas flow rate was 55 L/min, the oxygen gas pressure was 5 MPa, and the oxygen gas flow rate was 200 L/min.
フレームにより加熱された酸化アルミニウム微粒子の温度は、事前に既知の融点を有する材料(酸化アルミニウム(融点2055℃)、鉄(融点1538℃)をフレームにさらして、溶けるか否かで確認した。その結果、酸化アルミニウム表面は溶けず、鉄表面は溶けた。よって、フレームにより加熱された酸化アルミニウム微粒子の温度は、1538℃以上2055℃未満であったといえる。 The temperature of the aluminum oxide microparticles heated by the frame was confirmed by exposing materials with known melting points (aluminum oxide (melting point 2055°C) and iron (melting point 1538°C) to the frame to see if they melted. As a result, the aluminum oxide surface did not melt, but the iron surface did. Therefore, it can be said that the temperature of the aluminum oxide microparticles heated by the frame was greater than 1538°C and less than 2055°C.
被溶射材WとしてはSUS304を用いて、上記フレームにより加熱された酸化アルミニウム微粒子を被溶射材Wに堆積させた。被溶射材Wの温度は成り行き(常温)とし、被溶射材Wと、ミスト供給ノズル12の噴霧口12aの中心との間の距離は、105mmとした。被溶射材W(25cm角)に対して成膜速度は80μm/秒以上であった。
SUS304 was used as the material W to be sprayed, and aluminum oxide fine particles heated by the above-mentioned frame were deposited on the material W. The temperature of the material W to be sprayed was left as it was (room temperature), and the distance between the material W to be sprayed and the center of the
ショットキー電界放出形走査電子顕微鏡(日立ハイテク社製、製品名:SU7000)を用いて、加速電圧10kVとして、得られた皮膜の膜厚方向を含む断面の二次電子像及びそのEBSDマッピング像を得た。 A Schottky field emission scanning electron microscope (Hitachi High-Tech Corporation, product name: SU7000) was used to obtain a secondary electron image of the cross section of the obtained coating, including the thickness direction, and its EBSD mapping image, at an acceleration voltage of 10 kV.
図8Aは、実施例1の酸化アルミニウム皮膜の膜厚方向を含む断面の二次電子像である。図8Bは、そのEBSDマッピングである。なお、図8Bについて、結晶相の違いをより詳細に理解できるように、色により結晶相の違いを識別できる原図を物件提出書として本願と同時に提出している。必要に応じてこの原図も参照されたい。 Figure 8A is a secondary electron image of a cross section including the thickness direction of the aluminum oxide coating of Example 1. Figure 8B is its EBSD mapping. Note that for Figure 8B, an original drawing in which the differences in crystal phases can be identified by color has been submitted as a document submitted at the same time as this application in order to enable a more detailed understanding of the differences in crystal phases. Please refer to this original drawing as well if necessary.
図8Bでは、黄色がα相アルミニウムであり、赤色がγ相アルミニウムであり、黒色が一定信号量以下であった箇所(空隙部等)を示している。図8Bにおいて非晶質の部分は確認されなかった。また、α相酸化アルミニウムとγ相の酸化アルミニウムとの比率が凡そ1:1であり、皮膜の大部分においてα相酸化アルミニウムを維持することができていた。 In Figure 8B, yellow indicates alpha-phase aluminum, red indicates gamma-phase aluminum, and black indicates areas where the signal level was below a certain level (voids, etc.). No amorphous areas were identified in Figure 8B. The ratio of alpha-phase aluminum oxide to gamma-phase aluminum oxide was approximately 1:1, and alpha-phase aluminum oxide was maintained in most of the coating.
(実施例2)
実施例2では、セラミックスの微粒子として酸化イットリウム微粒子を用いた。
Example 2
In Example 2, yttrium oxide fine particles were used as the ceramic fine particles.
まず、液状有機化合物(アクリレートモノマー及び/又はアクリレートオリゴマー)、JSR社製、製品名:KC1278)に、平均粒径2μmの酸化イットリウム微粒子(信越化学工業社製、製品名:Y-03-922)を約40体積%となるように加えた。自転公転撹拌装置(写真化学社製、製品名:SK-350T)を用いて、酸化アルミニウム微粒子と液状有機化合物とを含む分散液を脱泡しながら撹拌した。なお、前記自転公転撹拌装置の運転条件は、自転速度400rpm、公転速度1200rpm、撹拌時間15分とした。 First, yttrium oxide microparticles with an average particle size of 2 μm (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., product name: Y-03-922) were added to a liquid organic compound (acrylate monomer and/or acrylate oligomer) (manufactured by JSR Corporation, product name: KC1278) so that the volume was approximately 40%. Using a rotation-revolution mixer (manufactured by Shashin Kagaku Co., Ltd., product name: SK-350T), the dispersion containing the aluminum oxide microparticles and the liquid organic compound was stirred while degassing. The operating conditions of the rotation-revolution mixer were a rotation speed of 400 rpm, a revolution speed of 1200 rpm, and a mixing time of 15 minutes.
次に、得られた分散液を、ミスト供給ユニット10によりミスト化した。ミストの平均液滴径については、ミストを噴霧するための圧搾空気の圧力を0.8MPaに固定し、ミスト供給ユニット10の本体ケーシング11の内管に設けられた開口の開口面積を12mm2にした。得られたミストを透明基材上に噴霧させた。実施例1(図7B)の結果から、ミストの平均液滴径は大きくとも100μm以下であり、最大液滴径は大きくとも500μm以下であったと考えられる。
Next, the obtained dispersion liquid was made into a mist by the
圧搾空気の圧力を0.8MPa、上記開口面積を12mm2として得られたミストをミスト供給ノズル12の噴霧口12aから噴霧し、6本の溶射ノズル21を用いてフレームを噴射することにより加熱した。なお、6本の溶射ノズル21は、すべてガスフレームガンであり、ミスト供給ノズル12の周囲に、ミスト供給ノズル12とは離間して配置されており、且つ、ミスト供給ノズル12を中心軸として同心円状に等間隔で配置されていた。6本の溶射ノズル21の中心軸線C2は、ミスト供給ノズル12の中心軸線C1と1つの交点で交わっていた。6本の溶射ノズル21は、溶射ノズル21の位置に関するパラメータ(x1、L1及びθ)がすべて等しくなるように配置されており、それぞれ、(x1:+9.3mm、L1:46.4m及びθ:17.3°)であった。
The mist obtained by setting the pressure of compressed air to 0.8 MPa and the opening area to 12 mm2 was sprayed from the
可燃性ガスとしてアセチレン及び助燃性ガスとして酸素を使用し、アセチレンガスの圧力は0.13MPaとし、アセチレンガスの流量は55L/minとし、酸素ガスの圧力は5MPaとし、酸素ガスの流量は200L/minとした。 Acetylene was used as the combustible gas and oxygen as the combustion supporting gas, the acetylene gas pressure was 0.13 MPa, the acetylene gas flow rate was 55 L/min, the oxygen gas pressure was 5 MPa, and the oxygen gas flow rate was 200 L/min.
フレームにより加熱された酸化イットリウム微粒子の温度は、事前に既知の融点を有する材料(酸化アルミニウム(融点2055℃)、鉄(融点1538℃)をフレームにさらして、溶けるか否かで確認した。その結果、酸化アルミニウム表面は溶けず、鉄表面は溶けた。よって、フレームにより加熱された酸化イットリウム微粒子の温度は、1538℃以上(すなわち、酸化イットリウムの融点(2430℃)の0.63倍以上)、且つ2055℃未満であったといえる。 The temperature of the yttrium oxide microparticles heated by the frame was confirmed by exposing materials with known melting points (aluminum oxide (melting point 2055°C) and iron (melting point 1538°C) to the frame to see if they melted. As a result, the aluminum oxide surface did not melt, but the iron surface did. Therefore, it can be said that the temperature of the yttrium oxide microparticles heated by the frame was 1538°C or higher (i.e., 0.63 times or higher than the melting point of yttrium oxide (2430°C)) and less than 2055°C.
被溶射材WとしてはSUS304を用いて、上記ガスフレームにより加熱された酸化イットリア微粒子を被溶射材Wに堆積させた。被溶射材Wの温度は成り行き(常温)とし、被溶射材Wと、ミスト供給ノズル12の噴霧口12aの中心との間の距離は、109mmとした。被溶射材W(25cm角)に対して成膜速度は50μm/秒以上であった。
SUS304 was used as the material W to be sprayed, and yttria oxide fine particles heated by the gas flame were deposited on the material W. The temperature of the material W to be sprayed was left as it was (room temperature), and the distance between the material W to be sprayed and the center of the
ショットキー電界放出形走査電子顕微鏡(日立ハイテク社製、製品名:SU7000)を用いて、加速電圧を5kVとして、得られた皮膜の膜厚方向を含む断面の二次電子像を得た。 A secondary electron image of the cross section of the resulting film, including the film thickness direction, was obtained using a Schottky field emission scanning electron microscope (Hitachi High-Tech Corporation, product name: SU7000) with an acceleration voltage of 5 kV.
図9Aは、実施例2の酸化イットリウム皮膜の膜厚方向を含む断面の二次電子像である。図9Bは、比較例として一般的なガスフレーム溶射法で得られた酸化イットリウム皮膜の膜厚方向を含む断面の二次電子像である。 Figure 9A is a secondary electron image of a cross section, including the thickness direction, of the yttrium oxide coating of Example 2. Figure 9B is a secondary electron image of a cross section, including the thickness direction, of an yttrium oxide coating obtained by a general gas flame spraying method as a comparative example.
図9Aと図9Bの像をImageJというソフトを用いて2値化して気孔率を求めたところ、図9Aの酸化イットリウム皮膜の気孔率は1%であり、図9Bの酸化イットリウム皮膜の気孔率18%と比較して非常に低い値であった。 The images in Figures 9A and 9B were binarized using software called ImageJ to determine the porosity. The porosity of the yttrium oxide coating in Figure 9A was 1%, which was a very low value compared to the porosity of the yttrium oxide coating in Figure 9B, which was 18%.
実施例2の皮膜の膜厚方向を含む断面の硬度を、マイクロビッカース硬さ試験機(フューチュアテック社製、製品名:ARS9000)により、荷重200gfとして測定したところ、650HVであり、図9Bの比較例の皮膜の硬度450HVと比較して、硬度が優れていた。 The hardness of the cross section including the thickness direction of the coating of Example 2 was measured using a micro Vickers hardness tester (manufactured by Future Tech, product name: ARS9000) under a load of 200 gf, and was found to be 650 HV, which was superior to the hardness of the coating of the comparative example in Figure 9B, which was 450 HV.
また、ショットキー電界放出形走査電子顕微鏡(日本電子製、製品名:JSM-IT500HR)を用いて、加速電圧を20kVとして、さらに実施例2の膜厚方向を含む断面の二次電子像及びEBSDマッピング像を得た。 In addition, a Schottky field emission scanning electron microscope (manufactured by JEOL, product name: JSM-IT500HR) was used to obtain a secondary electron image and an EBSD mapping image of the cross section including the film thickness direction of Example 2 at an acceleration voltage of 20 kV.
図9Cは、図9Aとは別位置の、実施例2の酸化イットリウム皮膜の膜厚方向を含む断面の二次電子像であり、図9DはそのEBSDマッピング像である。なお、図9Dについて、結晶相の違いをより詳細に理解できるように、色により結晶相の違いを識別できる原図を物件提出書として本願と同時に提出している。必要に応じてこの原図も参照されたい。 Figure 9C is a secondary electron image of a cross section including the thickness direction of the yttrium oxide coating of Example 2, at a different position from that of Figure 9A, and Figure 9D is an EBSD mapping image of the same. Note that, in order to understand the differences in the crystal phases in more detail with respect to Figure 9D, an original drawing in which the differences in the crystal phases can be identified by color has been submitted as an object submission document at the same time as this application. Please refer to this original drawing as necessary.
図9Dでは、赤色がEBSD検出器により信号が得られた(すなわち結晶質である)箇所を示し、黒色が一定信号量以下であった箇所(空隙部等)を示している。図9Dにおいて非晶質の部分は確認されなかった。 In Figure 9D, red indicates areas where a signal was obtained by the EBSD detector (i.e., crystalline), and black indicates areas where the signal was below a certain level (voids, etc.). No amorphous areas were identified in Figure 9D.
以上より、実施例2により、非晶質に変化することを抑制できるだけではなく、非常に緻密で優れた硬度を有する皮膜が得られることも確認できた。 From the above, it was confirmed that Example 2 not only suppresses the change to an amorphous state, but also produces a coating that is very dense and has excellent hardness.
なお、本発明は、上記実施形態に記載された構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。 The present invention is not limited to the configuration described in the above embodiment, and various modifications are possible.
例えば、上記実施形態では、溶射ユニット20は、ミスト供給ノズル12の中心軸線C1に対する溶射ノズル21の中心軸線C2の角度θを調整する角度調整機構としての機能と、溶射ノズル21の径方向位置を調整する位置調整機構としての機能とを有していたが、これに限定されない。つまり、ミスト供給ノズル12に対する溶射ノズル21の位置及び姿勢が固定されていてもよい。又は、溶射ユニット20は、上記角度調整機構としての機能と、上記位置調整機構としての機能のうち一方のみを有していてもよい。
For example, in the above embodiment, the
上記実施形態では、6つの溶射ノズル21が設けられていたが、これに限定されず、溶射ノズル21の数は2つ以上であればよい。
In the above embodiment, six
上記実施形態では、複数の溶射ノズル21は、ミスト供給ノズル12の中心軸線C1を中心とした周方向に沿って等間隔に配置されていたが、これに限定されず、複数の溶射ノズル21は、ミスト供給ノズル12の中心軸線C1を中心とした周方向に沿って等間隔に配置されていなくてもよい。ミスト供給ノズル12から噴霧されるミストを均一に加熱するため、複数の溶射ノズル21は、ミスト供給ノズル12の中心軸線C1を中心とした周方向に沿って等間隔に配置されていることが望ましい。
In the above embodiment, the multiple
上記実施形態では、溶射ノズル21の中心軸線C2と、ミスト供給ノズル12の中心軸線C1とが交点Pを有していたが、これに限定されず、溶射ノズル21から噴射されるフレームと、ミスト供給ノズル12から噴霧されるミストとが交わっていればよい。
In the above embodiment, the central axis C2 of the
上記実施形態では、分散媒は、有機溶媒であったが、これに限定されず、水であってもよく、液状モノマー、液状オリゴマーおよび液状ポリマーなどの有機化合物であってもよく、これらの混合物であってもよい。 In the above embodiment, the dispersion medium is an organic solvent, but is not limited thereto and may be water, an organic compound such as a liquid monomer, a liquid oligomer, or a liquid polymer, or a mixture of these.
1 溶射装置
2 噴霧媒体供給手段
3 スラリー供給手段
4 燃焼用ガス供給手段
5 水素供給手段
10 ミスト供給ユニット
11 本体ケーシング
11a 噴霧媒体導入部
11b スラリー導入部
11c 連通路
12 ミスト供給ノズル(ミスト供給部)
12a 噴霧口
13 ガスマニホールド
20,20A~20F 溶射ユニット
21 溶射ノズル(フレーム噴射部)
21a 燃焼用ガス導入部
21b 噴射口
21c 水素導入部
22 ベース部材
22a 案内溝
23 支持板
24 スライドブロック
24a ピン
24b ネジ穴
25 角度調整リング
25a ピン
25b ネジ穴
26 第1シャフト
26a ネジ部
27 第2シャフト
27a ネジ部
30 リング部材
W 被溶射材
C1 ミスト供給ノズルの中心軸線
C2 溶射ノズルの中心軸線
D1 ミスト供給方向
D2 フレーム噴射方向
REFERENCE SIGNS LIST 1
12a: spray nozzle 13:
Description of the
Claims (6)
前記ミスト供給ノズルとは別体に設けられ、前記ミスト供給ノズルから前記ミスト供給ノズルの径方向に間隔を開けて配置され、フレームを噴射する複数の溶射ノズルと
を備え、
前記溶射ノズルは、前記フレームを噴射し、前記ミストを周囲から加熱し、
前記ミスト供給ノズルの噴霧口から前記ミスト供給方向に延びる軸をx軸とし、前記x軸における前記噴霧口の中心の位置をx[mm]=0とし、前記x軸において前記噴霧口から前記ミストが噴霧される方向を正の方向とした場合において、複数の前記溶射ノズルのうち少なくとも1つの前記溶射ノズルの噴射口の中心の位置をx1[mm]としたとき、-10≦x1≦100を満たす、溶射装置。 a tubular mist supply nozzle that turns a dispersion liquid containing fine particles into a mist and sprays it in a mist supply direction;
a plurality of thermal spray nozzles provided separately from the mist supply nozzle , arranged at intervals in a radial direction from the mist supply nozzle , and spraying a flame;
The thermal spray nozzle sprays the flame and heats the mist from the surroundings ;
A thermal spray device in which, when an axis extending from the spray nozzle of the mist supply nozzle in the mist supply direction is defined as the x-axis, the position of the center of the spray nozzle on the x-axis is defined as x [mm] = 0, and the direction in which the mist is sprayed from the spray nozzle is defined as a positive direction on the x-axis, and the position of the center of the injection port of at least one of the multiple thermal spray nozzles is defined as x1 [mm], the relationship -10≦x1≦100 is satisfied .
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