従来より、例えば製鉄プロセスで用いる� ��型やロール、自動車のホイール、ガスター� ��ンの構成部品等の各種金属部材の、耐摩耗� ��や耐食性を向上させて金属部材の長寿命化� ��図ることを目的とし、ニッケル、銅、アル� ��ニウム、クロム又はこれらの合金等の皮膜� ��形成することが知られている。

 この皮膜を形成する一つの方法として、� ��属メッキ法が用いられている。しかし、金� ��メッキ法を用いると、大面積に施工できな� ��、クラックが発生しやすいといった問題が� ��じる。

 他の方法として、溶射により皮膜を形成� ��る溶射法が挙げられる。この溶射法には、� ��圧プラズマ溶射(LPPS)法、フレーム溶射法、� ��速フレーム溶射(HVOF)法及び大気プラズマ溶� ��法等が含まれる。しかし、これら溶射法で� ��膜を形成した場合には、溶射中に金属が酸� ��するため、緻密な皮膜の形成が困難であり� ��導電率及び熱伝導率が低く、また付着率が� ��く、不経済である等の問題がある。

 これらに代わり皮膜を形成する新たな技� ��として、固相状態の原料粉末を用いて皮膜� ��形成する「コールドスプレー」が注目され� ��いる。このコールドスプレーは、原料粉末� ��融点又は軟化点よりも低い温度の作動ガス� ��超音速流とし、この作動ガス中に、搬送ガ� ��によって搬送された原料粉末をパウダーポ� ��ト先端より噴出させて投入し、固相状態の� ��ま基材に衝突させて皮膜を形成するもので� ��る。つまり、金属、合金、金属間化合物、� ��ラミックス等の原料粉末を、固相状態のま� ��高速で基材表面に衝突させて皮膜を形成す� ��ものである。以下、コールドスプレーを用� ��た皮膜形成方法を、上記プラズマ溶射法な� ��と区別するために、「CS溶射法」と称する� �

 更に、このCS溶射法の概念を、一般的な� �ールドスプレー装置の概略図である図2と、� ��来技術のコールドスプレー用のノズルの形� ��例を示す概略断面図である図3を用いて詳細 に説明する。窒素ガス、ヘリウムガス、空気 等が貯蔵されている圧縮ガスボンベ2からの� �ス供給手段は、作動ガスライン(バルブ5aを� �由するライン)と搬送ガスライン(バルブ5bを� ��由するライン)とに分岐される。高圧の作動 ガスは、ヒーター10により原料粉末の融点又� ��軟化点以下の温度に加熱された後、コール� ��スプレーガンのチャンバー12内に供給され� �。他方、高圧の搬送ガスは、原料粉末供給� �置15に導入され、原料粉末を上記チャンバー 12内に搬送する。搬送ガスにより搬送された� ��料粉末は、パウダーポート1hの先端から供� �され、作動ガスにより円錐状の圧縮部1bから スロート部1cを通過して超音速流となり、円� ��状の膨張部1dの先端に位置するノズル出口1e より噴出し、基材18の表面に固相状態のまま� ��突し、皮膜を形成する。

 このCS溶射法を用いて形成した皮膜は、� �述した溶射法を用いて形成した皮膜に比べ� �、緻密、高密度で、導電性、熱伝導率が高� �、酸化や熱変質も少なく、密着性が良好で� �ることが知られている。

 このCS溶射法の課題は、ノズル先端から� �出する前記原料粉末の全てを基材表面の皮� �にすることが出来ないことである。即ち、� �出した原料粉末が皮膜を形成する効率であ� �[(皮膜となった原料粉末量)/(噴出した原料粉 末量)]×100%(以下、「溶射効率」と称する。)� �100%とすることが出来ない。そして、溶射効� ��が小さいと、皮膜を形成しなかった原料粉� ��が基材周辺に散乱することになり、資源と� ��ネルギーの無駄遣いになる。また、所期の� ��膜を形成するために必要なCS溶射装置の稼� �時間が長くなる。従って、溶射効率を上げ� �と、皮膜の形成効率が向上し、皮膜を形成� �きずに散乱する原料粉末も少なくなる。即� �、CS溶射装置の生産性が向上すると同時に、 資源とエネルギーの有効活用が達成できる。

 そこで、特許文献1には、原料粉末温度は 、融点未満であれば高いほど好ましいとして 、基材に衝突する寸前に原料粉末と作動ガス とを加熱し、原料粉末の温度を上昇させると 同時にガス流速を上げる技術が開示されてい る。具体的には、前記膨脹部の先端付近から 基材表面までの間で、マイクロ波を用いて誘 導加熱している。そして、上記加熱の効果と して、基材表面での粉末の変形が大きくなる ことが開示されている。このように、基材表 面の粉末の変形が大きくなれば、CS溶射法の� ��射効率は上昇すると考えられる。

米国特許公開2006-27687号公報