JPH0543782B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は、支持体への向上した接着性、低い残
留応力、向上した耐スポーリング性を有する支持
体に付着したコーテイング、該コーテイングの製
造方法及びコーテツド品に関する。 従来の技術 支持体の表面に塗被すべき材料の粒子から成る
粉末を熱ガス体に供給し、そこで粒子を、例えば
融解或は熱可塑化によつて、加熱して軟化させる
程に高い温度にした後に、熱軟化（例えば融解）
させた粒子を塗被すべき支持体に対し所望の厚さ
を有するコーテイングにする程の全時間の間衝突
させる熱吹付塗被法は知られている。熱ガス体は
任意の適当な手段により、例えば、プラズマトー
チ塗被法で行なわれている通りに不活性ガスをア
ークの中に通すことにより、或は燃料ガス−酸素
混合物をデトネーシヨンガン（Ｄ−ガン）中で爆
発（デトネート）させることにより、或は燃料ガ
ス−酸素混合物を連続溶射装置で燃焼させること
によつて形成することができる。熱軟化させた粒
子を支持体（塗被すべき表面）に対して射出し及
び支持体に塗被し及び該粒子は衝突した際に重な
つた薄いレンズ状粒子或はスプラツトの多くの層
からなるコーテイングを形成する。分解しないで
融解させることができるほとんどすべての材料を
コーテイング粒子として用いることができる。代
表的には支持体をプラズマトーチ或はＤ−ガン或
はその他の熱ガス生成装置の前に所望の厚さのコ
ーテイングを作り上げる程のパス数だけ通す。代
表的なコーテイングの厚さは0.002〜0.02インチ
（0.05〜0.5mm）の範囲であるが、いくつかの用途
では0.2インチ（５mm）程に厚くなり及び0.2イン
チを越え得る。 熱吹付プロセスは硬質、タフな及び／又は極め
て耐摩耗性、耐酸化性及び／又は耐腐食性コーテ
イングを広範囲の支持体、例えばバイト等のよう
な作用面、タービン、送風機の羽根のようなエア
フオイル、ターボ機用の羽根、シユラウドに付与
するのに極めて有用であることがわかつた。しか
し、熱吹付したコーテイングは２つのタイプの破
損を受けるのが普通である。タイプの破損につ
いては、コーテイングは支持体に対する良好な接
着力を持たず、よつて、コーテイングと支持体と
の間の界面に沿つて割れる。タイプの破損で
は、コーテイング自体の層の間で分離が起り、及
び／或はクラツキングがコーテイング内で起り及
びコーテイングにおける高い残留引張応力から生
じる。所定のタイプのコーテイングでは、タイプ
の破損で割れる傾向があり、支持体へのコーテ
イングの結合を向上させる分野において多量の研
究がなされてきた。 熱吹付したコーテイングについて、(1)化学的
（金属的）結合、(2)機械的インターロツキング、
(3)物理的結合（フアンデルワールス力）を含む３
つのタイプの結合が報告されてきた。熱吹付によ
つてコーテイングを支持体に結合させるほとんど
の場合において、機械的インターロツキング及び
金属的結合は物理的結合よりも重要であるのが普
通である。 熱吹付性によつて形成したコーテイングは、熱
軟化させた粒子を支持体に対して衝突させて形成
した多数の重なつた「スプラツト」から成る。残
留引張り応力は個々の「スプラツト」を融点の近
く或はそれ以上から支持体の温度に冷却させる結
果として起きる。残留応力の大きさは装置パラメ
ーター、例えばアーク、Ｄ−ガン、或は連続溶射
（フレームスプレー）装置パラメーター、粉末粒
子を加熱する温度、付着速度、相対支持体表面速
度、コーテイング及び支持体の両方の熱的性質、
支持体の温度、補助冷却の使用量の関数である。
また、使用する粉末が微細な程残留引張応力は高
くなるが、これはコーテイングパラメータを調整
することによつて調節し得ることがわかつた。支
持体温度を室温よりも高く上昇させるならば、支
持体及びコーテイングの両方が室温に冷却するに
つれて、熱膨脹の差により、コーテイングの応力
の状態の第二の変化が生じ得る。残留引張力は、
また、コーテイング厚みがある最小初期厚みを越
えることによつても増大するが、増加速度は付着
パラメーター及びコーテイング物質の関数であ
る。残留引張応力はまた結合力に対し有意な影響
を与える。コーテイングは引張状態にあるのが普
通である。 所定のコーテイングを所定の支持体に適用しよ
うとする場合、熟練した作業者ならば、初めにコ
ーテイングの性質を最適にするプロセス条件或は
パラメーター、例えばコーテイングの支持体への
接着力、高い付着効率、密度、応力を求める一連
の試行を実施するのが慣習的である。この最適
化、或は試行錯誤の手法において、熱ガス、例え
ばプラズマの温度、すなわち、コーテイング粒子
を上昇させる温度を、プラズマ発生装置への入力
を変えることによつて変える。プラズマトーチの
場合、プラズマ温度は、アークを発生するのに用
いるアンペア数或は電流を増大することによつて
上昇させ及びアンペア数或は電流を減小すること
によつて低下させ、或はプラズマへの入力はガス
組成を変えることによつて変更させることができ
る。Ｄ−ガンでは、熱ガス温度は、酸素−炭素比
を1.5〜１の範囲内で減小することにより及び／
又は使用する可燃性ガス、例えばアセチレン及び
酸素の量に対して希釈剤、すなわち不燃性ガスの
量を増大することによつて低下させ及び不活性な
ガス希釈剤の量を減らして或は省くことによつて
上昇させる。連続溶射装置では、熱ガス温度は、
流量及び／又は酸素対燃料比を変えて調節するこ
とができる。ガス温度が最適よりも高い程コーテ
イング中に導入する残留引張応力の量が多くな
り、極端な場合、クラツクの入つた、弱い或は割
れたコーテイングになる。その上、最適より高い
熱ガス温度を用いて作つたコーテイングは酸化物
包含物を一層多く含有し及び用いる粉末の化学組
成に比べて化学組成の変化を受け得る。加えて、
アークプラズマトーチを用いる場合、最適よりも
高いプラズマ温度を長い間発生することは陽極の
寿命を大きく減小させ得る。熱ガス温度が最適よ
り低くなる程、生成するコーテイングが有する支
持体への接着力は低下し、コーテイングを一層タ
イプ破損しやすくさせる。最適なパラメーター
が確立された後に、コーテイングを生産規模で適
用することができる。 特定の支持体に特定のコーテイングを塗被して
許容されるレベルの付着性及び残留応力を生じる
最適なパラメーターが見出し得ない（存在しな
い）場合がある。このような場合、特定のコーテ
イングを適用する前にボンドコートを支持体に適
用して用いることが慣例であつた。これらの場合
の多くでは、コーテイングを支持体に適当に結合
させて許容されるレベルの付着性及び残留応力を
与えることが可能である。しかし、ボンドコート
を適用する手順は一層費用がかかり、面倒であ
り、時間がかかる。例えば、ボンドコートは別々
の熱ガス発生装置、１つはボンドコート用で、他
方はコーテイング用、を必要とするか、或は同じ
熱ガス発生装置を使用する場合、該装置はボンド
コート粒子を取り除いてコーテイング粒子を再装
入しなければならない。加えて、コーテイングを
適用する別々の熱ガス発生装置に移る間或は同じ
熱ガス発生装置の洗浄及び再装入の完了を待つ間
のボンドコーテツド支持体の温度変化は追加の変
数を導入し得及び新しい問題を生じ得る。 また、所定の支持体に適用する所定のコーテイ
ングの必要とされるレベルの接着力及び残留応力
を与えるための適した最適パラメーターが見出し
得ない或は存在しない及び適したボンドコートを
見出し得ない場合もある。このような場合、かか
るコーテイングをかかる支持体に適当に結合させ
る手段が従来当分野で利用し得ない。 特定の従来技術を参照すれば、熱吹付コーテイ
ングは何年も前から知られており、デトネーシヨ
ンガンコーテイング手順は米国特許2714563号に
記載されており、プラズマトーチプロセスは米国
特許2858411号及び同3016447号に記載されてお
り、燃料ガス−酸素或は燃料ガス−空気燃焼によ
る連続溶射プロセスは米国特許2861900号に記載
されており、これらの特許の開示内容を本明細書
中に援用する。 米国特許3914573号は、コーテイング材料の同
伴粒子を含有するプラズマ流を約マツハ２の速度
で射出して高められたコーテイングを与えるアー
クプラズマスプレーガンを記載している。 米国特許3958097号は、シヨツクダイヤモンド
の形成を生じる特殊なノズル構造を用いて粉末を
支持体に高速プラズマ溶射して増大した付着効率
及びプラズマへの一層大きい粉末供給速度を与え
るプロセスを開示している。 米国特許3958566号は、電流を始動する間に自
動的に増大させて第二ガスによつて引き起こされ
る電流減少を補い及び運転停止手順の間に逆にす
る自動プラズマ溶射プロセス及び装置を記載して
いる。 米国特許4173685号は、カーバイト及びホウ素
６〜18％を有するニツケル含有ベース合金を含有
するコーテイング材料及びプラズマ或はＤ−ガン
技法を用いて該材料から得たコーテイングを開示
している。米国特許4519840号は、コバルト、ク
ロム、炭素及びタングステンを含有するコーテイ
ング組成物及びＤ−ガン或はプラズマトーチ技法
によるコーテイング組成物の塗布について開示し
ている。 米国特許3935418号は、粉末がガンノズルを去
つた後に粉末をガンのフレームに適用するように
外部の調整し得る粉末供給導管を有するプラズマ
スプレーガンについて記載している。米国特許
3684942号及び同3694619号はアーク電流を適当な
手段によつて調節する溶接装置を開示している。 米国特許2861900号は製品に表面コーテイング
を塗布する連続溶射装置を記載している。 上述した従来技術の参考文献の内に、単一のコ
ーテイング材料を用いて第１及び第２段階で行
い、第１段階において、支持体に衝突させるコー
テイング粒子の温度を第２段階におけるコーテイ
ング粒子の温度よりも実質的に高くしてコーテイ
ングの所望の厚さより小さい厚みを有する第１層
を与え及び第２段階で第１層に衝突させるコーテ
イング粒子の温度を第１段階における熱コーテイ
ング粒子の温度より実質的に低くする熱吹付コー
テイング法を開示するものは無い。 問題点を解決するための手段 本発明は、下記： (a) 熱ガス体を生じさせ、 (b) 該熱ガスを支持体に射出して塗被すべき粒子
と接触させ、 (c) 該熱ガス中の該粒子を加熱して融点より高い
温度にし、 (d) 該加熱した粒子を該支持体に対して該支持体
上にコーテイングの第１層を与える程の時間衝
突させ、 (e) 該熱ガス中の該粒子の熱を減小して工程(c)の
温度より低いがほぼ融点より高い温度にし、 (f) 該加熱した粒子を該第１層に衝突させて該支
持体に良好な接着性を有する全層を与える 工程を含む熱軟化させた粒子を支持体に射出する
ことによつて支持体上に多層コーテイングを熱吹
付する方法を提供する。工程(c)における粒子の温
度は工程(e)における粒子の温度よりも少なくとも
10％高いのが好ましい。 本発明で用いる通りの第１層及び第２層は、１
つ又はそれ以上の層を有する第１層及び１つ又は
それ以上の層を有する第２層をそれぞれ意味す
る。 本発明の方法は、第１段階（工程ｃ）でコーテ
イング粒子を加熱して、第２段階（工程ｅ）で加
熱してもたらす温度より少なくとも10％高い温度
にし及び支持体に衝突させて被覆することを望む
表面をおおう第１層を与えて行う。第２段階で、
熱ガスの温度は第１段階における熱ガスの温度よ
り低く、コーテイングを塗布する最適温度である
か或はその近くであるのが好ましい。第２段階
で、軟化させた粒子を支持体上の第１層に衝突さ
せて第１層上に全厚さが所望の或は、最適の厚さ
と第１層の厚さとの差に等しい第２層を与える。
すなわち、第１及び第２層の厚さの合計は所定の
用途について所望の或は最適の厚さに等しい。 発明は、また、新規な方法に従つて支持体に被
覆させたコーテツド品を提供する。 本発明の方法は支持体への向上した接着性、低
い残留応力及びコーテイングの向上した耐スポー
リング或はクラツキング性を有するコーテイング
を提供する。本発明の利点は、接着性を向上さ
せ、残留引張応力を減小させ、支持体に直接塗布
したコーテイング並びに支持体に塗布したボンド
コートに塗布したコーテイングの耐スポーリング
性或は耐クラツキング性を向上させるのに有用で
ある。後者の場合、ボンドコートを完全に省いて
時間、努力及び費用の節約を生じることができ
る。 好ましい実施態様の説明 本発明のコーテイングは、デトネーシヨンガン
（Ｄ−ガン）付着、連続溶射付着、熱プラズマト
ーチ付着或は粉末状のコーテイングを熱ガスに接
触させて加熱し、次いで支持体に衝突させる任意
の付着プロセスを含む任意の適した熱吹付技法を
用いることによつて支持体に適用することができ
る。 熱プラズマトーチプロセスでは、ガスを非消耗
性電極に接触させて通しながらガスがアークを含
むように２つの間隔を置いた非消耗性電極間にア
ークを生じさせる。アーク収容ガス或はプラズマ
はノズルで絞られて熱含量の高い流出流になる。
粉末コーテイング材料をプラズマトーチに注入し
及びノズルに通して射出させて被覆すべき表面に
付着させる。このプロセス（その例は、米国特許
2858411号及び同3016447号に記載されている）
は、強固で、濃密な及び支持体に密着性の付着コ
ーテイングを作ることができる。塗布したコーテ
イングは、また、不規則な形状をした顕微鏡的ス
プラツト或はリーフが互いにかつまた支持体に固
着され（interlocked）及び機械的に結合されて
成る。 本発明の方法の第１段階における実質的に一層
高い熱ガス温度は、熱プラズマトーチプロセスで
トーチの電極への入力を増大させることによつて
得られ及び第２段階において用いる通りの一層低
い温度は電極への入力を減少させることによつて
得られる。これは、簡便には、第１及び第２段階
において電圧を全般的に一定に保ち、第１段階で
一層大きい電流を用い及び第２段階で一層小さい
電流を用いることによつて達成する。また、トー
チガス組成を変え（例えば、水素或はヘリウムを
加え）て電流及び電圧の両方を増大させることも
可能になり得る。第１段階における入力は、第２
段階への入力より、好ましくは少なくとも約20
％、最も好ましくは少なくとも約30％大きい。例
えば、第２段階への入力が9kwであるとすれば、
第２段階への20％大きい入力は10.8kwになり、
第２段階への30％大きい入力は11.7kwになる。
上に挙げた実例では、第２段階における電流は59
ボルトで約153ampsになり、第１段階についての
20％大きい電流は59ボルトで約184ampsになり、
第１段階についての30％大きい電流は59ボルトで
約199ampsになる。所定の熱プラズマ吹付装置の
プラズマ内で生成される温度は入力に比例するの
で、第１段階におけるプラズマ温度は第２段階に
おけるプラズマ温度より好ましくは20％、最も好
ましくは30％高い。 第１段階におけるコーテイングの厚さは狭い臨
界性のものではないが、被覆することを意図する
全表面を完全におおうことが必要である。具体的
には、第１段階におけるコーテイングの厚さは、
第１及び第２段階によつて付着させるコーテイン
グの全厚みの２〜25％、最も好ましくは４〜15％
の範囲になることができる。両方の段階で付着さ
せるコーテイングの全厚さもまた狭い臨界性のも
のではなく、当業者が所定の用途について所望の
性質に基づいて選ぶ。両方の段階で付着させるコ
ーテイングの代表的な全厚さは0.002〜0.02イン
チ（0.05〜0.5mm）の範囲であるが、0.2インチ
（５mm）程に厚い及び0.2インチを越える用途がい
くつか有り得る。 理論的な説明によつて制限されないが、第１段
階における融解粒子の速度及び流動性はホツトガ
ス温度が高いことにより第２段階におけるよりも
大きいので、第１段階で支持体へのコーテイング
の一層良好な機械的インターロツキングが得られ
ると考えられる。その上、加熱した粒子の平均温
度は第１段階の方で高い、このことがコーテイン
グの支持体への増大した溶接或は化学的結合を生
じるものと考えられる。しかし、コーテイングが
第１段階で達成する厚みが大きくなるにつれて、
ますます大きい残留引張力を発生する。本発明は
第１段階で粒子スプラツトの第１層或は第１の数
層を高い温度で付着させることによつて一層大き
い結合或は接着を促進させ、第２段階において一
層低い温度で次の層を付着させて所望の厚さに作
り上げる、すなわち、結合が問題となつていなけ
れば最も望ましい最適のコーテイングパラメータ
ーを採用することによつて高い残留応力を回避す
る。 Ｄ−ガンプロセス（その例は米国特許2714563
号に記載されている）は、各々のデトネーシヨン
によつて支持体上に円形のコーテイングを付着さ
せる。円形のコーテイングは直径約１インチ（25
mm）及び厚さ千分の数十インチである。各々のコ
ーテイングの円は個々の粉末粒子に対応する顕微
鏡的スプラツトから成る。スプラツトは互いに及
び支持体にかみ合い及び機械的に結合し、それら
の界面で実質的に混ざら（alloy）ない。均一な
厚さの円滑なコーテイングを作り上げるようにコ
ーテイング付着における円の配置を精密に調節し
て支持体の加熱及び塗布したコーテイングにおけ
る残留応力を最小にする。 可燃性ガス、すなわち燃料ガスをＤ−ガン中で
燃焼させて形成する熱ガスの温度は、酸素対炭素
（可燃性ガスにおける）のモル比を変えて及び／
又はＤ−ガンに制御量の不燃性希釈ガス、例えば
窒素、アルゴン等を導入して調節することができ
る。熱ガス温度を一層低くすることは希釈ガスの
導入量を増大して、及び／又は酸素対炭素（燃料
ガス中）のモル比を1.5〜1.0の範囲で減小させて
行い、熱ガス温度を高くすることは希釈ガスの導
入量を減らして、及び／又は酸素−炭素（燃料ガ
ス中）のモル比を1.5〜1.0の範囲で増大させて行
う。 連続溶射プロセスでは、燃料−酸素混合物を燃
焼させることによつてコーテイング粒子の流れを
加熱し及び被覆すべき支持体の表面の方向に高温
及び500フイート／秒（150ｍ／秒）より大きい速
度で推進させる。そのプロセスは、例が米国特許
2861900号に記載されており、実質的に非多孔質
のタングステンカーバイドコーテイングを生産す
ることができる。 連続溶射装置においてガスを連続に燃焼させて
生成する熱ガスの温度は、ガス流量を変えること
により及び／又は燃料ガス−酸素比をを変えるこ
とによつて調節することができる。熱ガス温度を
下げることはガス流量を減少させて及び／又は燃
料ガス−酸素モル比を化学量論比からずらせて達
成することができ、熱ガス温度を上げることはガ
ス流量を増大して及び／又は燃料ガス−酸素モル
比を化学量論比に等しくさせて達成する。 本発明のコーテイングはほとんど全てのタイプ
の支持体、例えば鉄或はスチールのような金属支
持体或は例えば炭素、グラフアイト或はポリマー
のような非金属支持体に適用してよい。種々の環
境において用いられ及び本発明のコーテイング用
支持体としてりつぱに適した支持体材料のいくつ
かの例は、例えば下記を含む：スチール、ステン
レススチール、鉄ベース合金、ニツケル、ニツケ
ルベース合金、コバルト、コバルトベース合金、
クロム、クロムベース合金、チタン、チタンベー
ス合金、アルミニウム、アルミニウムベース合
金、銅、銅ベース合金、アルミニウムニツケルベ
ース合金、耐熱金属及び耐熱金属ベース合金。 より詳細には、本発明に従つて被覆させること
ができる支持体はTi、Zr、Cr、Ｖ、Ta、Mo、
Nb及びＷを含む耐熱金属及び合金、インコネル
（Inconel）718、インコネル738、ワスパロイ
（Waspaloy）及びＡ−286を含むFe、Co或はNi
をベースにした超合金、17−4PH、AISI304、
AISI316、AISI403、AISI422、AISI410、
AM350及びAM355を含むステンレススチール、
Ti−6Al−4V、Ti−6Al−2Sn−4Zr−2Mo及び
Ti−8Al−1Mo−1Vを含む合金、6061及び7075
を含むアルミニウム合金、We−Co Cormet及び
Al203セラミツクである。上述した支持体はオハ
イオ44114、クリーブランド、1111チエスターア
ベニユー、ピツツウエイコーポレーシヨンの子会
社であるPenton／IPCが1981年に出版した「マテ
リアルズエンジニアリング／マテリアルズセレク
ター、82」及びニユージヤージー、アツパーマン
トクレアー、私書箱823、アロイダイジエスト、
インコーポレーテツドが1980年に出版した「アロ
イダイジエスト」に詳細に記載されている。その
上、熱吹付の温度及びその他の条件に耐えること
ができる任意の支持体を本発明の方法及びコーテ
ツド品において用いることができる。 粒（粉末）状の適したコーテイング材料は、金
属、例えばSi、Cu、Al、Ｗ、Mo、Cr、Ta、
Nb、Ｖ、Hf、Zr、Ti、Ni、Co、Fe及びそれら
の合金の粒子を含み、元素Mn、Si、Ｐ、Zn、Ｂ
及びＣを混ぜることを含む。熱吹付装置によつて
分解せずに軟化或は融解させることができる実質
的にすべての金属を元素か或は合金で用いること
ができる。プラズマトーチ、連続溶射装置及びＤ
−ガン付着用に用いる粉末或は粒子は５〜200ミ
クロンの範囲の代表的な粒径を有する。最適な粒
径は実質上全ての粒子を良好な接着性を与える程
に軟化させるが、粒子を過度に気化させないもの
であると考えられる。通常、融点の低い材料、例
えば鉛、スズ、亜鉛、アルミニウム、マグネシウ
ムは大きい粒径、例えば150ミクロンまでにして
よく、融点の高い材料、例えばクロム、タングス
テン、タングステンカーバイドは、約50ミクロン
より小さい場合に用いて濃密な密着性コーテイン
グを作る。しかし、これらの寸法例は臨界性のも
のではない。単一成分粉末の均一な加熱及び加速
を達成するために、粒径分布ができるだけ狭い粉
末を使用することが推奨される。 熱プラズマトーチ法において用いる不活性ガス
はアルゴン或は窒素或はこれらの内の一方或は両
方と水素或はヘリウムとの混合物を含むことがで
きる。実際には、任意の適した不活性ガスを用い
ることができる。プラズマトーチの陽極性は任意
の適した金属、通常銅で作られ、陰極は任意の適
した金属、通常トリエーテツドタングステンで作
られる。不活性ガスは陰極の周り及び絞りノズル
として働く陽極を通つて流れる。電極間に直流ア
ークを保ち、使用するアーク電流及び電圧は陽極
及び陰極のデザイン、ガス流量及びガス組成によ
つて変わる。 アークによつて発生させるガスプラズマは自由
電子、イオン化原子、いくつかの中性原子及び窒
素或は水素を用いる場合は、未解離の２原子分子
から成る。特定の陽極／陰極配置
（Configuration）、ガス密度、マス流量及び電
流／電圧がプラズマ温度及びガス速度を決める。
本発明の改良では、アークを供給する電流／電圧
の変更がプラズマ温度を上げる或は下げる簡便な
方法である。粒子の可塑性、流動性及び速度の組
合せを十分に高くして、粒子が支持体表面に衝突
した際に、支持体表面或は支持体表面上にあらか
じめ付着させた材料のトボロギーに形作つた薄い
レンズ形状に流れるようにさせる。全部或は一部
の粉末を気化或は部分気化させる程に粉末を過度
の温度に加熱しないことが望ましい。プラズマト
ーチが発生する熱プラズマの温度はアークの形成
において用いる電流量を調節することによつて制
御するのが最良である。任意の所定のプラズマト
ーチ、粉末、ガス流速及び組成について電流が大
きい程高い温度を生じ、電流が小さい程低い温度
を生じる。 直径0.4インチ（1.0cm）を有する内腔及び0.125
インチ（3.18mm）オリフイスを有するノズルで形
成した銅陽極及び0.12インチ（3.0mm）の直径を
有するトリエーテツドタングステン陰極を有する
代表的なトーチで、加圧下のアルゴンを陽極の中
に及び陰極と陽極との間の環状空間内のノズルの
中に通し、金属粉末をプラズマトーチに注入す
る。プラズマ及び粉末を支持体に対して射出す
る。かかる装置は、上述した最適化手順により所
定のコーテイング及び支持体について最適である
ことが見出される電流及び電圧で操作する。コー
テイング操作中最適な電流を用いて支持体上に作
つたコーテイングは、コーテイングがコーテイン
グと支持体との間の界面に沿つて割れるタイプ
破損下で破損するコーテイングになる。電流を上
げることによつて電極への入力を増大してコーテ
イングの支持体への接着性を向上させようとする
企ては、高い残留引張応力を有し及びクラツク、
裂け、割れがちなコーテイングを生じる。本発明
は、該最適電流はより実質的に大きい電流によつ
て適用する終局の所望の厚さの一部分のコーテイ
ングの１つの又はそれ以上の層を適用することに
よつてこれらの問題を排除する。１或は２或は数
パスが通常より大きい電流において塗被すること
を意図する全表面を完全におおう「スプラツト」
の層を形成した後に、電流を次いで上述した通り
に通常レベルに減らし、コーテイングの残りの厚
さを低い電流において作り上げる。 下記の例を提示する。例において、下記の用語
は下記に挙げる意味を有する： Ｘ−トラバース：塗被する支持体の表面に平行な
トーチノズルの速度。 表面速度：ノズルを過ぎる支持体の相対速度。 スタンドオフ：トーチノズルから支持体までの距
離。 T.P.：psigで表わすトーチ圧力、陽極内腔に供給
する不活性ガスの圧力。 D.P.：psigで表わす粉末デイスペンサー圧力、粉
末をノズルに供給する粉末デイスペンサーにお
ける不活性ガスの圧力。 T.V.：陽極と陰極との間のボルトで表わすトー
チ電圧。 T.C.：電極に加えるアンペアで表わすトーチ電
流。 S.P.：psigで表わすシールド圧力、プラズマを大
気から遮蔽するプラズマの周りの不活性ガスの
圧力。 製法：下記の４及び５を除く例の各々で塗被した
支持体を、初めに平均粒径250ミクロンを有す
るアルミナ粒子を用いて30psig（2.1Kg／cm²Ｇ）
で１或は２回パスグリツトブラストした。次い
で、支持体を超音波クリーナーで清浄にしてゆ
るく結び付けられたアルミナ粒子の量を減らし
た。その後、支持体は塗布する準備ができた。 後処理：下記の例の各々におけるコーテツド支持
体に、減圧下1975〓（1079℃）で４時間後加熱
処理を行つた。 例 １ 本例では、支持体はタンタル12.25重量％、ク
ロム10.5重量％、コバルト5.5重量％、アルミニ
ウム5.25重量％、タングステン4.25重量％、チタ
ン1.75重量％、名ばかりの量のマンガン、ケイ
素、リン、イオウ、ホウ素、炭素、鉄、銅、ジル
コニウム及びハフニウム総計0.7785重量％、残り
ニツケルを含有するニツケルベースの合金で作り
及び高い量のアルミニウムをニツケル合金と反応
させた気相拡散によつて適用した拡散アルミナイ
ドコーテイングをプレコートしたバーナーバーで
あつた。コーテイング粉末はコバルト22重量％、
クロム17重量％、アルミニウム12.5重量％、名ば
かりの量のハフニウム、ケイ素及びイツトリウム
総計1.25重量％及び残りニツケルを含有するニツ
ケルベースの合金であつた。コーテイング粉末は
平均粒子直径25ミクロン及び粒子直径分布２〜45
ミクロンを有していた。本例では、上述した調製
処理した後のバーナーバーを、バーナーバーに上
述した熱プラズマスプレートーチを合計20パス通
して塗被した。初めの２パス（第１段階）は
200amps（入力11.8kw）で作動するプラズマスプ
レートーチによつて行い、残りの18パス、すなわ
ち３〜20パス、（第２段階）は150amps（入力
8.85kw）で行つた。トーチ特性及びパラメータ
ーを下記に挙げる： 第１及び第２段階： 電圧 59〜62ボルト 陽極内腔を通るガス速度
290ft³／時間（8.2m³／時間） 粉末供給速度 20グラム／分 Ｘ−トラバース0.083インチ／秒（2.1mm／秒） スタンドオフ 0.5インチ（1.3cm） 表面速度 7500インチ／分（191ｍ／分） 第１段階： T.P. D.P. T.C. S.P. （２パス） 60 45 200 76 第２段階： T.P. D.P. T.C. S.P. （18パス） 57 42 150 76 第１段階層は厚さ約10ミクロンであり、第２段
階は厚さ約110ミクロンであつた。 生成したコーテツド支持体を減圧下1975〓
（1079℃）で４時間後熱処理した。生成したニツ
ケルベースの合金コーテイングは支持体、すなわ
ち、気相付着によつて塗布した拡散アルミナイド
プレコーテイングを有するニツケル合金バーナー
バーへの優れた接着性を有し及び後熱処理の前及
び後に低い残留応力及び高い耐スポーリング、ク
ラツキング或はブレーキング性を有していた。対
照的に、同じタイプのアルミナイドプレコーテツ
ドニツケルベースの合金バーナーバーに全20パス
中第２段階条件、すなわち、電流入力150アンペ
ア、下で塗布した同じタイプのニツケルベースの
コーテイングの、アルミナイドレコーテツド支持
体への接着性は極めて悪かつた。 例 ２ 例１で塗布した同じタイプの支持体であるバー
ナーバー（調製処理後）に、第２段階条件が下記
の通りであり： T.P. D.P. T.V. T.C. S.P. 59 44 61 150 75 及び第２段階で20パスを行つた他は、例１に記
載するのとほぼ同じ条件を用いて、例１に記載す
るコーテイング粉末を２パス塗被した。コーテツ
ドバーナーバーに例１に記載する後熱処理を行つ
た。生成したコーテイングは、後熱処理の前及び
後で、優れた接着性、低い残留引張応力及び優れ
た耐スポーリング性、耐クラツキング性及び耐フ
レーキングオフ性を示した。 例 ３ 例１に記載するバーナーバーと同じ材料で作り
及び同じようにしてアルミナイズし、上述した調
製処理した後の支持体であるタービン羽根に、第
１段階が下記に挙げる条件下での４パスから成り
及び第２段階が下記に挙げる条件下での24パスか
ら成る他は例１に開示するのとほぼ同じ条件を用
いて例１に記載するコーテイング粉末を塗被し
た：

【表】 羽根の上のコーテイングは、コーテイング後及
び後熱処理の前にフレーキングオフの微候を示さ
なかつた。コーテツド羽根に次いで後処理を行つ
た後に、肉眼で及び6X〜31Xの倍率範囲を有す
る顕微鏡下で目視により検査した。コーテイング
が羽根によく接着していることを観察し、剥離の
微候はなかつた。コーテツド羽根上のコーテイン
グもまた低い残留引張応力及び優れた耐クラツキ
ング性、耐スポーリング性或は耐ブレーキング性
を有することを観測した。 例 ４ 例１に記載するバーナーバーと同じ材料で作り
及び同じようにしてアルミナイズした２つのター
ビン羽根を、240メツシユの３−18−37C.T.K.ア
ルミナグリツトでグリツトプラスし、スコツチ−
ブライトホイールで３−18−87C.T.K.凹側上を
研磨し、更に振動仕上機で処理してグリツトブラ
スト仕上から残つた残留酸化物グリツトを除い
た。両方の羽根に例１に記載するコーテイング粉
末を塗被した。第１羽根についてのコーテイング
条件は、下記に挙げる他は例１で用いた条件と同
じであつた：

【表】 第２羽根についてのコーテイング条件は、200
アンペアパスを用いなかつた（すなわち、120ア
ンペアにおける計34パスを用いた）他は、上記と
同じであつた。塗被した後に、200アンペア（２
パス）と120アンペア（32パス）とを組合わせて
塗被した第１羽根上に分離の微候はなかつたが、
（120アンペアのみにおいて34パス塗被した）第２
の羽根上のコーテイングは、羽根の両側で浮き
（lifting off）の微候を示した。 例 ５ 本例では、支持体は各々が縦方向のスリツトを
有し及びカーボンスチールシート製の２つの応力
シリンダーであつた。縦方向スリツトの縁が接触
するように応力シリンダーの各々を固定した。両
方の応力シリンダーに、例１に記載するコーテイ
ング粉末を用いてコーテツド厚さ0.004インチ
（0.1mm）に塗被した。第１の応力シリンダーの場
合、プラズマスプレートーチを例１に記載する条
件下200アンペアで操作してコーテイングを塗布
した。第２応力シリンダーは、例１に記載する条
件下150アンペアを用いて塗被した。シリンダー
の固定手段の各々を解除して各々のシリンダーの
縦方向縁を分離させ、それによつて縦方向スリツ
トを形成した。スリツトの幅はシリンダーの直径
を変え及び各々のシリンダーの直径を、コーテイ
ングを塗布する前及び後に測定した。シリンダー
の直径の変化を用いてコーテイングにおける残留
引張応力のレベルを推定した。この試験の結果
は、200アンペアを用いて場合に、コーテイング
は一層高い残留引張応力を有することを示した。 更に、トーチを連続して200ampsで操作する場
合に、プラズマスプレートーチの陽極の寿命を大
きく短縮させることもわかつた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) 熱ガス体を生じさせ、 (b) 該熱ガス支持体に射出して塗被すべき粒子と
   接触させ、 (c) 該熱ガス中の該粒子を加熱して融点より高い
   温度にし、 (d) 該加熱した粒子を該支持体に対して該支持体
   上にコーテイングの第１層を与える程の時間衝
   突させ、 (e) 該熱ガス中の該粒子の熱を減小して工程(c)の
   温度より低いがほぼ融点より高い温度にし、 (f) 該加熱した粒子を該第１層に衝突させて該支
   持体に良好な接着性を有する全層を与える工程
   を含む熱軟化させた粒子を支持体に射出するこ
   とによつて支持体上に多層コーテイングを熱吹
   付する方法。 ２ 工程(c)の粒子の温度が工程(e)における粒子の
   温度より少なくとも10％高い特許請求の範囲第１
   項記載の方法。 ３ 工程(a)において、熱プラズマトーチプロセス
   を用いて２つの非消耗性電極の間のアークを使用
   し及びアークをガス流に包むことによつて前記熱
   ガスを生じさせ及び電極への入力を変えることに
   よつて熱プラズマの温度を変える特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ４ 工程(c)における熱プラズマトーチに対しての
   入力が工程(e)における熱プラズマトーチに対して
   の入力より少なくとも20％大きい特許請求の範囲
   第３項記載の方法。 ５ 工程(c)及び(e)における電極を横切るガス流量
   及びガスの組成は全般に一定であり及び工程(c)に
   おいて電極に供給する電流は工程(e)において電極
   に供給する電流より少なくとも20％大きい特許請
   求の範囲第３項記載の方法。 ６ 工程(a)において、デトネーシヨンガン付着プ
   ロセスを用いて可燃性ガスの燃焼を使用すること
   によつて前記熱ガスを生じさせ及び該可燃性ガス
   を不燃性ガスで希釈することによつて熱ガスの温
   度を変えることができる特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 ７ 工程(a)において、デトネーシヨンガン付着プ
   ロセスを用いて可燃性ガスの燃焼を使用すること
   によつて前記熱ガスを生じさせ、該可燃性ガスは
   炭素含有ガスと酸素との混合物であり及び酸素対
   炭素のモル比を1.5〜1.0の範囲で変えることによ
   つて熱ガスの温度を変えることができる特許請求
   の範囲第１項記載の方法。 ８ 可燃性ガスを不燃性ガスで希釈することによ
   つて熱ガスの温度を変えることができる特許請求
   の範囲第７項記載の方法。 ９ 工程(a)において、連続溶射付着プロセスを用
   いて可燃性ガスの燃焼を使用することによつて前
   記熱ガスを生じさせ、該可燃性ガスは炭素含有ガ
   スと酸素との混合物であり及び全ガス流量を変え
   ることによつて、或は酸素対炭素のモル比を1.5
   〜1.0の範囲で変えることによつて熱ガスの温度
   を変えることができる特許請求の範囲第１項記載
   の方法。 １０ 前記支持体がニツケルベースの合金、コバ
   ルトベースの合金及び鉄ベースの合金から成る群
   より選ぶ合金である特許請求の範囲第１又は２項
   記載の方法。 １１ 特許請求の範囲第１、３、６、７又は９項
   記載の方法によつてコーテイングを被覆させた支
   持体を含み、該支持体はタービン羽根、タービン
   翼及びタービンシユラウドからなる群より選ぶコ
   ーテツド品。