JP2012031443A - Metal powder for cold spray - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コールドスプレー用途で使用される金属粉末に関する。 The present invention relates to metal powders used in cold spray applications.
燃焼フレームやプラズマジェットなどを熱源として用いて金属やセラミックスなどの粉末を基材に吹き付けることにより基材上に皮膜を形成する溶射は、表面改質方法の一種として広く知られている。溶射では一般に、熱源により融点又は軟化点以上にまで粉末を加熱するため、基材の材質や形状によっては基材の熱変質や熱変形が起こることがある。そのため、一般的な溶射ではあらゆる材質及び形状の基材に対して皮膜を形成することができるわけでなく、基材の材質及び形状が制限されるという欠点がある。 Thermal spraying that forms a film on a base material by spraying a powder of metal or ceramics onto the base material using a combustion flame or a plasma jet as a heat source is widely known as a kind of surface modification method. In thermal spraying, since the powder is generally heated to a melting point or a softening point or higher by a heat source, the base material may be thermally altered or deformed depending on the material and shape of the base material. Therefore, in general spraying, it is not possible to form a film on a substrate of any material and shape, and there is a drawback that the material and shape of the substrate are limited.
このような従来の溶射の欠点を解消する新たな手法としてコールドスプレー法が近年注目されている。コールドスプレー法では、粉末の融点及び軟化点よりも低い温度の作動ガスを超音速にまで加速し、その加速した作動ガスにより粉末を固相のまま基材に衝突及び付着させる。例えば、特許文献１には、クロムを含有した金属粉末をコールドスプレーすることにより、クロムを含有した金属皮膜をピストンリングの摺動面上に形成することが開示されている。また、特許文献２には、金属粉末をコールドスプレーして金属皮膜を形成するに際して、金属粉末よりも粒径が大きくかつ高硬度の鉄基合金又は炭化タングステンからなるピーニング粉末を金属粉末と一緒又は別々にコールドスプレーすることにより、形成される金属皮膜の硬度及び緻密度を高めることが開示されている。 In recent years, the cold spray method has attracted attention as a new technique for solving the drawbacks of conventional thermal spraying. In the cold spray method, a working gas having a temperature lower than the melting point and softening point of the powder is accelerated to supersonic speed, and the accelerated working gas causes the powder to collide and adhere to the base material in a solid state. For example, Patent Document 1 discloses that a metal film containing chromium is formed on a sliding surface of a piston ring by cold spraying a metal powder containing chromium. Further, in Patent Document 2, when forming a metal film by cold spraying a metal powder, a peening powder made of an iron-base alloy or tungsten carbide having a particle size larger than that of the metal powder and high hardness is used together with the metal powder or It is disclosed that the hardness and the density of the formed metal film are increased by performing cold spray separately.
しかしながら、コールドスプレー法は、プロセス温度の低いことなどが原因で厚膜の皮膜を効率的に形成することが容易でなく、この点改良の余地がある。 However, in the cold spray method, it is not easy to efficiently form a thick film due to a low process temperature, and there is room for improvement in this respect.
そこで本発明の目的は、コールドスプレーにより厚膜の皮膜を効率的に形成することが可能なコールドスプレー用金属粉末を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a metal powder for cold spray capable of efficiently forming a thick film by cold spray.
上記の目的を達成するために、本発明の一態様では、コールドスプレー用途で使用される金属粉末であって、第１の平均径を有する第１の金属粒子を２０〜７０質量％の量で含有し、残部が第１の平均径よりも大きな第２の平均径を有する第２の金属粒子からなることにより、粒子径がバイモーダルに分布しているコールドスプレー用金属粉末を提供する。第２の金属粒子の平均径は、２００μｍ以下でかつ第１の金属粒子の平均径の１．５倍以上である。 In order to achieve the above object, in one aspect of the present invention, a metal powder used in cold spray applications, the first metal particles having a first average diameter in an amount of 20 to 70% by mass. A cold spray metal powder having a particle size distributed bimodally is provided by containing the second metal particles having a second average diameter larger than the first average diameter. The average diameter of the second metal particles is 200 μm or less and 1.5 times or more the average diameter of the first metal particles.
第２の金属粒子のビッカース硬さは、第１の金属粒子のビッカース硬さと同じかそれ以上でかつ１４００以下であることが好ましい。
第１の金属粒子のビッカース硬さは、３０〜８００であることが好ましい。
The Vickers hardness of the second metal particles is preferably the same as or higher than the Vickers hardness of the first metal particles and 1400 or less.
The Vickers hardness of the first metal particles is preferably 30 to 800.
第１の金属粒子の平均径は、０．１〜５０μｍであることが好ましい。
コールドスプレー用途は、例えば、１ＭＰａ以下の作動ガス圧で行われる低圧型コールドスプレー用途である。
The average diameter of the first metal particles is preferably 0.1 to 50 μm.
The cold spray application is, for example, a low pressure cold spray application performed at a working gas pressure of 1 MPa or less.
本発明によれば、コールドスプレーにより厚膜の皮膜を効率的に形成することが可能なコールドスプレー用金属粉末を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the metal powder for cold sprays which can form a thick film efficiently by cold spray can be provided.
以下、本発明の一実施形態を説明する。
本実施形態のコールドスプレー用金属粉末は、第１の平均径を有する第１の金属粒子を２０〜７０質量％の量で含有し、残部が第１の平均径よりも大きな第２の平均径を有する第２の金属粒子からなることにより、粒子径がバイモーダルに分布している。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
The metal powder for cold spray of this embodiment contains the 1st metal particle which has a 1st average diameter in the quantity of 20-70 mass%, and the 2nd average diameter whose remainder is larger than a 1st average diameter. The particle diameter is distributed bimodally by comprising the second metal particles having
第１の金属粒子と第２の金属粒子は互いに同じ種類の金属からなってもよいし、異なる種類の金属からなってもよい。
第１の金属粒子は、例えば、ニッケル、銅、アルミニウム、鉄、錫及び鉛の少なくとも一種を含んだ金属単体又は金属合金からなる。中でも、第１の金属粒子がニッケル、銅、アルミニウム及び鉄の少なくとも一種を含んだ金属単体又は金属合金からなる場合には、良好な硬度の皮膜をコールドスプレー用金属粉末から形成することが容易となる。第１の金属粒子は、ニッケル、鉄、クロム、ニオブ、モリブデンなどを含んだニッケル基超合金からなってもよい。
The first metal particles and the second metal particles may be made of the same type of metal or different types of metals.
The first metal particles are made of, for example, a simple metal or metal alloy containing at least one of nickel, copper, aluminum, iron, tin, and lead. In particular, when the first metal particles are made of a single metal or a metal alloy containing at least one of nickel, copper, aluminum, and iron, it is easy to form a film having a good hardness from a metal powder for cold spray. Become. The first metal particles may be made of a nickel-base superalloy containing nickel, iron, chromium, niobium, molybdenum and the like.
第２の金属粒子は、例えば、コバルト、銅、アルミニウム、ニッケル及びクロムの少なくとも一種を含んだ金属単体又は金属合金からなる。第２の金属粒子は、コバルトクロム合金のようなクロム合金からなってもよい。 The second metal particles are made of, for example, a simple metal or a metal alloy containing at least one of cobalt, copper, aluminum, nickel, and chromium. The second metal particles may be made of a chromium alloy such as a cobalt chromium alloy.
第２の金属粒子の平均径（体積平均径）は、第１の金属粒子の平均径（体積平均径）の１．５倍以上である。この場合、コールドスプレー時、第２の金属粒子によるピーニング効果により塑性変形による第１の金属粒子の基材への付着が促進される結果、コールドスプレー用金属粉末の皮膜形成能が向上する。皮膜形成能のさらなる向上のためには、第２の金属粒子の平均径は、第１の金属粒子の平均径の２倍以上であることが好ましく、より好ましくはその３倍以上、最も好ましくは５倍以上である。 The average diameter (volume average diameter) of the second metal particles is 1.5 times or more the average diameter (volume average diameter) of the first metal particles. In this case, at the time of cold spraying, adhesion of the first metal particles to the substrate due to plastic deformation is promoted by the peening effect by the second metal particles, so that the film forming ability of the metal powder for cold spraying is improved. In order to further improve the film forming ability, the average diameter of the second metal particles is preferably at least twice the average diameter of the first metal particles, more preferably at least three times, most preferably 5 times or more.
第１の金属粒子の平均径は、０．１μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１μｍ以上、さらに好ましくは４μｍ以上、最も好ましくは６．７μｍ以上である。第２の金属粒子の平均径が第１の金属粒子の平均径の１．５倍以上であることから、換言すれば、第２の金属粒子の平均径は、０．１５μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１．５μｍ以上、さらに好ましくは６μｍ以上、最も好ましくは１０μｍ以上である。第１の金属粒子及び第２の金属粒子の平均径が大きくなるにつれて、コールドスプレー用金属粉末の流動性が向上する結果、コールドスプレー装置への金属粉末の供給が容易となる。 The average diameter of the first metal particles is preferably 0.1 μm or more, more preferably 1 μm or more, further preferably 4 μm or more, and most preferably 6.7 μm or more. Since the average diameter of the second metal particles is 1.5 times or more than the average diameter of the first metal particles, in other words, the average diameter of the second metal particles may be 0.15 μm or more. Preferably, it is 1.5 μm or more, more preferably 6 μm or more, and most preferably 10 μm or more. As the average diameter of the first metal particles and the second metal particles is increased, the fluidity of the metal powder for cold spray is improved. As a result, the supply of the metal powder to the cold spray device is facilitated.
第１の金属粒子の平均径はまた、５０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは４５μｍ以下、さらに好ましくは３０μｍ以下である。第１の金属粒子の平均径が小さくなるにつれて、コールドスプレー時の基材への第１の金属粒子の衝突速度が増す結果、コールドスプレー用金属粉末の皮膜形成能が向上する。また、このとき形成される皮膜の硬度も向上する。 The average diameter of the first metal particles is also preferably 50 μm or less, more preferably 45 μm or less, and still more preferably 30 μm or less. As the average diameter of the first metal particles decreases, the collision speed of the first metal particles to the base material during cold spraying increases, so that the film forming ability of the metal powder for cold spraying improves. Also, the hardness of the film formed at this time is improved.
第２の金属粒子の平均径の上限は２００μｍである。第２の金属粒子の平均径が２００μｍ以下である場合には、コールドスプレー時に第２の金属粒子が基材及び／又は基材上の第１の金属粒子を削ってしまう負のエロージョン効果が減る結果、コールドスプレー用金属粉末の皮膜形成能が向上する。皮膜形成能のさらなる向上のためには、第２の金属粒子の平均径は、１００μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは７５μｍ以下、さらに好ましくは５０μｍ以下である。 The upper limit of the average diameter of the second metal particles is 200 μm. When the average diameter of the second metal particles is 200 μm or less, the negative erosion effect that the second metal particles scrape the first metal particles on the substrate and / or the substrate during cold spraying is reduced. As a result, the film forming ability of the metal powder for cold spray is improved. In order to further improve the film forming ability, the average diameter of the second metal particles is preferably 100 μm or less, more preferably 75 μm or less, and even more preferably 50 μm or less.
なお、第１の金属粒子及び第２の金属粒子の平均径の測定は、例えば、レーザー回折散乱法やＢＥＴ法、光散乱法により行うことができる。レーザー回折散乱法による平均径の測定は、例えば、株式会社堀場製作所製のレーザー回折／散乱式粒度測定機“ＬＡ−３００”を用いて行うことができる。 The average diameter of the first metal particles and the second metal particles can be measured by, for example, a laser diffraction scattering method, a BET method, or a light scattering method. The measurement of the average diameter by the laser diffraction / scattering method can be performed using, for example, a laser diffraction / scattering type particle size analyzer “LA-300” manufactured by Horiba, Ltd.
第２の金属粒子のビッカース硬さは、第１の金属粒子のビッカース硬さと同じかそれ以上であることが好ましく、より好ましくはその１．５倍以上、さらに好ましくは２倍以上、特に好ましくは３倍以上である。第２の金属粒子のビッカース硬さが第１の金属粒子のビッカース硬さと比べて大きくなるにつれて、第２の金属粒子によるピーニング効果により、コールドスプレー用金属粉末の皮膜形成能が向上する。 The Vickers hardness of the second metal particles is preferably equal to or higher than the Vickers hardness of the first metal particles, more preferably 1.5 times or more, still more preferably 2 times or more, particularly preferably. 3 times or more. As the Vickers hardness of the second metal particles becomes larger than the Vickers hardness of the first metal particles, the film forming ability of the metal powder for cold spraying is improved by the peening effect of the second metal particles.
第１の金属粒子のビッカース硬さ（Ｈｖ０．２）は、３０以上であることが好ましく、より好ましくは５０以上である。第２の金属粒子のビッカース硬さが好ましくは第１の金属粒子のビッカース硬さと同じかそれ以上であることから、換言すれば、第２の金属粒子のビッカース硬さ（Ｈｖ０．２）もまた、３０以上であることが好ましく、より好ましくは５０以上である。第１の金属粒子及び第２の金属粒子のビッカース硬さが大きくなるにつれて、コールドスプレー用金属粉末から形成される皮膜の硬度及び耐摩耗性が向上する。 The Vickers hardness (Hv0.2) of the first metal particles is preferably 30 or more, more preferably 50 or more. Since the Vickers hardness of the second metal particles is preferably equal to or greater than the Vickers hardness of the first metal particles, in other words, the Vickers hardness (Hv 0.2) of the second metal particles is also , 30 or more, and more preferably 50 or more. As the Vickers hardness of the first metal particles and the second metal particles increases, the hardness and wear resistance of the film formed from the metal powder for cold spraying are improved.
第１の金属粒子のビッカース硬さはまた、８００以下であることが好ましく、より好ましくは７００以下、さらに好ましくは６００以下である。第１の金属粒子のビッカース硬さが小さくなるにつれて、第１の金属粒子の塑性変形能が向上する結果、コールドスプレー用金属粉末の皮膜形成能が向上する。 The Vickers hardness of the first metal particles is also preferably 800 or less, more preferably 700 or less, and even more preferably 600 or less. As the Vickers hardness of the first metal particles decreases, the plastic deformability of the first metal particles improves, and as a result, the film forming ability of the metal powder for cold spraying improves.
第２の金属粒子のビッカース硬さはまた、１４００以下であることが好ましく、より好ましくは１２００以下、さらに好ましくは１０００以下である。第２の金属粒子のビッカース硬さが小さくなるにつれて、第２の金属粒子によるエロージョン効果が減る結果、コールドスプレー用金属粉末の皮膜形成能が向上する。 The Vickers hardness of the second metal particles is also preferably 1400 or less, more preferably 1200 or less, and still more preferably 1000 or less. As the Vickers hardness of the second metal particles decreases, the erosion effect by the second metal particles decreases, and as a result, the film forming ability of the metal powder for cold spraying improves.
なお、第１の金属粒子及び第２の金属粒子のビッカース硬さの測定は、例えば、株式会社島津製作所製の微小硬度測定器“ＨＭＶ−１”を用いて行うことができる。
コールドスプレー用金属粉末中の第１の金属粒子の含有量の下限は２０質量％である。換言すれば、コールドスプレー用金属粉末中の第２の金属粒子の含有量の上限は８０質量％である。第１の金属粒子の含有量が２０質量％以上である場合、すなわち第２の金属粒子の含有量が８０質量％以下である場合には、コールドスプレー用金属粉末の皮膜形成能が向上する。皮膜形成能のさらなる向上のためには、第１の金属粒子の含有量は、３０質量％以上であることが好ましく、より好ましくは４０質量％以上である。換言すれば、コールドスプレー用金属粉末中の第２の金属粒子の含有量は、７０質量％以下であることが好ましく、より好ましくは６０質量％以下である。
In addition, the measurement of the Vickers hardness of a 1st metal particle and a 2nd metal particle can be performed using the micro hardness measuring instrument "HMV-1" by Shimadzu Corporation, for example.
The lower limit of the content of the first metal particles in the metal powder for cold spray is 20% by mass. In other words, the upper limit of the content of the second metal particles in the metal powder for cold spray is 80% by mass. When the content of the first metal particles is 20% by mass or more, that is, when the content of the second metal particles is 80% by mass or less, the film forming ability of the metal powder for cold spray is improved. In order to further improve the film forming ability, the content of the first metal particles is preferably 30% by mass or more, and more preferably 40% by mass or more. In other words, the content of the second metal particles in the metal powder for cold spray is preferably 70% by mass or less, and more preferably 60% by mass or less.
また、コールドスプレー用金属粉末中の第１の金属粒子の含有量の上限は７０質量％である。換言すれば、コールドスプレー用金属粉末中の第２の金属粒子の含有量の下限は３０質量％である。第１の金属粒子の含有量が７０質量％以下である場合、すなわち第２の金属粒子の含有量が３０質量％以上である場合には、コールドスプレー用金属粉末から形成される皮膜の硬度及び耐摩耗性が向上する。皮膜形成能のさらなる向上のためには、第１の金属粒子の含有量は、６０質量％以下であることが好ましい。換言すれば、コールドスプレー用金属粉末中の第２の金属粒子の含有量は、４０質量％以上であることが好ましい。 Moreover, the upper limit of content of the 1st metal particle in the metal powder for cold sprays is 70 mass%. In other words, the lower limit of the content of the second metal particles in the metal powder for cold spray is 30% by mass. When the content of the first metal particles is 70% by mass or less, that is, when the content of the second metal particles is 30% by mass or more, the hardness of the film formed from the metal powder for cold spray and Abrasion resistance is improved. In order to further improve the film forming ability, the content of the first metal particles is preferably 60% by mass or less. In other words, the content of the second metal particles in the metal powder for cold spray is preferably 40% by mass or more.
本実施形態のコールドスプレー用金属粉末は、第１の金属粒子と第２の金属粒子を混合することにより調製することができる。第１の金属粒子及び第２の金属粒子を作製する方法は特に限定されない。第１の金属粒子及び第２の金属粒子は、例えば、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、遠心力アトマイズ法、プラズマアトマイズ法などのアトマイズ法により作製してもよいし、メルトスピニング法や回転電極法、あるいは粉砕又はメカニカルアロイングのような機械的プロセスにより作製してもよい。また、第１の金属粒子及び第２の金属粒子は、酸化物還元法、カルボニル反応法又は湿式冶金技術のような化学的プロセスにより作製してもよい。 The metal powder for cold spray of this embodiment can be prepared by mixing the first metal particles and the second metal particles. The method for producing the first metal particles and the second metal particles is not particularly limited. The first metal particles and the second metal particles may be prepared by an atomizing method such as a gas atomizing method, a water atomizing method, a centrifugal atomizing method, a plasma atomizing method, a melt spinning method, a rotating electrode method, Alternatively, it may be produced by a mechanical process such as grinding or mechanical alloying. In addition, the first metal particles and the second metal particles may be produced by a chemical process such as an oxide reduction method, a carbonyl reaction method, or a wet metallurgy technique.
本実施形態のコールドスプレー用金属粉末は、コールドスプレー用途で用いられる。すなわち、コールドスプレー用金属粉末は、コールドスプレーにより基材上に金属皮膜を形成する用途で用いられる。一般にコールドスプレーは、作動ガス圧により高圧型と低圧型に分類される。すなわち、作動ガス圧が１ＭＰａ以下である場合を低圧型コールドスプレーといい、作動ガス圧が５ＭＰａ以下である場合を高圧型コールドスプレーという。高圧型コールドスプレーでは、主としてヘリウムガスや窒素を主成分としたガスもしくはそれらの混合ガス等の不活性ガスが作動ガスとして使用される。低圧型コールドスプレーでは、高圧型コールドスプレーで使用されるのと同じ種類のガスか、あるいは圧縮空気が作動ガスとして使用される。本実施形態のコールドスプレー用金属粉末は、低圧型コールドスプレー及び高圧型コールドスプレーのいずれで使用してもよいが、好ましくは低圧型コールドスプレーで使用される。 The metal powder for cold spray of this embodiment is used for cold spray applications. That is, the metal powder for cold spray is used for the purpose of forming a metal film on a substrate by cold spray. Generally, the cold spray is classified into a high pressure type and a low pressure type according to the working gas pressure. That is, a case where the working gas pressure is 1 MPa or less is referred to as a low pressure type cold spray, and a case where the working gas pressure is 5 MPa or less is referred to as a high pressure type cold spray. In the high pressure type cold spray, an inert gas such as a gas mainly composed of helium gas or nitrogen or a mixed gas thereof is used as a working gas. In the low pressure type cold spray, the same kind of gas used in the high pressure type cold spray or compressed air is used as the working gas. The metal powder for cold spray of the present embodiment may be used in either a low pressure type cold spray or a high pressure type cold spray, but is preferably used in a low pressure type cold spray.
コールドスプレー用金属粉末を高圧型コールドスプレー用途で使用する場合、作動ガスは好ましくは０．５〜５ＭＰａ、より好ましくは０．７〜５ＭＰａ、さらに好ましくは１〜５ＭＰａ、特に好ましくは１〜４ＭＰａの圧力でコールドスプレー装置に供給されて、好ましくは１００〜１０００℃、より好ましくは３００〜１０００℃、さらに好ましくは５００〜１０００℃、特に好ましくは５００〜８００℃にまで加熱される。コールドスプレー用金属粉末は、好ましくは１〜２００ｇ／分、さらに好ましくは１０〜１００ｇ／分の供給速度でもって作動ガスと同軸方向から作動ガスに供給される。コールドスプレー時、コールドスプレー装置のノズル先端から基材までの距離（すなわち溶射距離）は、５〜１００ｍｍであることが好ましく、より好ましくは１０〜５０ｍｍであり、コールドスプレー装置のノズルのトラバース速度は、好ましくは１０〜３００ｍｍ／秒、より好ましくは１０〜１５０ｍｍ／秒である。また、形成する皮膜の膜厚は、好ましくは５０〜１０００μｍであり、より好ましくは１００〜５００μｍである。 When the metal powder for cold spray is used for high-pressure type cold spray application, the working gas is preferably 0.5 to 5 MPa, more preferably 0.7 to 5 MPa, further preferably 1 to 5 MPa, particularly preferably 1 to 4 MPa. The pressure is supplied to the cold spray device, and is preferably heated to 100 to 1000 ° C, more preferably 300 to 1000 ° C, still more preferably 500 to 1000 ° C, and particularly preferably 500 to 800 ° C. The metal powder for cold spray is preferably supplied to the working gas from the same direction as the working gas at a feed rate of 1 to 200 g / min, more preferably 10 to 100 g / min. At the time of cold spraying, the distance from the nozzle tip of the cold spray device to the base material (that is, the spraying distance) is preferably 5 to 100 mm, more preferably 10 to 50 mm, and the traverse speed of the nozzle of the cold spray device is , Preferably 10 to 300 mm / second, more preferably 10 to 150 mm / second. Moreover, the film thickness of the film to be formed is preferably 50 to 1000 μm, more preferably 100 to 500 μm.
一方、コールドスプレー用金属粉末を低圧型コールドスプレー用途で使用する場合、作動ガスは好ましくは０．３〜１ＭＰａ、より好ましくは０．５〜１ＭＰａ、さらに好ましくは０．７〜１ＭＰａの圧力でコールドスプレー装置に供給されて、好ましくは１００〜６００℃、より好ましくは２５０〜６００℃、さらに好ましくは４００〜６００℃にまで加熱される。コールドスプレー用金属粉末は、好ましくは１〜２００ｇ／分、さらに好ましくは１０〜１００ｇ／分の供給速度でもって作動ガスと同軸方向から作動ガスに供給される。コールドスプレー時、コールドスプレー装置のノズル先端から基材までの距離は、５〜１００ｍｍであることが好ましく、より好ましくは１０〜４０ｍｍであり、コールドスプレー装置のノズルのトラバース速度は、好ましくは５〜３００ｍｍ／秒、より好ましくは５〜１５０ｍｍ／秒である。また、形成する皮膜の膜厚は、好ましくは５０〜１０００μｍであり、より好ましくは１００〜５００μｍ、さらに好ましくは１００〜３００μｍである。 On the other hand, when the metal powder for cold spray is used for low pressure cold spray applications, the working gas is preferably 0.3 to 1 MPa, more preferably 0.5 to 1 MPa, and even more preferably 0.7 to 1 MPa. It is supplied to a spray device and is preferably heated to 100 to 600 ° C, more preferably 250 to 600 ° C, and even more preferably 400 to 600 ° C. The metal powder for cold spray is preferably supplied to the working gas from the same direction as the working gas at a feed rate of 1 to 200 g / min, more preferably 10 to 100 g / min. At the time of cold spray, the distance from the nozzle tip of the cold spray device to the base material is preferably 5 to 100 mm, more preferably 10 to 40 mm, and the traverse speed of the nozzle of the cold spray device is preferably 5 to 5 mm. 300 mm / second, more preferably 5 to 150 mm / second. Moreover, the film thickness of the film to be formed is preferably 50 to 1000 μm, more preferably 100 to 500 μm, and still more preferably 100 to 300 μm.
本実施形態によれば、以下の利点が得られる。
・ 本実施形態のコールドスプレー用金属粉末は、第１の平均径を有する第１の金属粒子を２０〜７０質量％の量で含有し、残部が第１の平均径よりも大きな第２の平均径を有する第２の金属粒子からなることにより、粒子径がバイモーダルに分布しており、第２の金属粒子の平均径は、２００μｍ以下でかつ第１の金属粒子の平均径の１．５倍以上である。このことにより、コールドスプレー用金属粉末は高い皮膜形成能を有しており、コールドスプレーにより（特に低圧型コールドスプレーでも）厚膜の皮膜を効率的に形成することができる。
According to this embodiment, the following advantages are obtained.
-The metal powder for cold spray of this embodiment contains the 1st metal particle which has a 1st average diameter in the quantity of 20-70 mass%, and the 2nd average whose remainder is larger than a 1st average diameter By comprising the second metal particles having a diameter, the particle diameter is distributed bimodally. The average diameter of the second metal particles is 200 μm or less and the average diameter of the first metal particles is 1.5. It is more than double. As a result, the metal powder for cold spray has a high film forming ability, and a thick film can be efficiently formed by cold spray (particularly even in a low pressure type cold spray).
・ 第２の金属粒子の平均径が第１の金属粒子の平均径の３倍以上、さらに言えば５倍以上である場合には、コールドスプレー用金属粉末の皮膜形成能を向上させることができる。 -When the average diameter of the second metal particles is 3 times or more, more specifically 5 times or more of the average diameter of the first metal particles, the film forming ability of the metal powder for cold spray can be improved. .
・ 第１の金属粒子の平均径が０．１μｍ以上、さらに言えば１μｍ以上又は５μｍ以上である場合（換言すれば、第２の金属粒子の平均径が０．１５μｍ以上、さらに言えば１．５μｍ以上又は７．５μｍ以上である場合）には、コールドスプレー装置への金属粉末の供給を容易にすることができる。 When the average diameter of the first metal particles is 0.1 μm or more, more specifically 1 μm or more, or 5 μm or more (in other words, the average diameter of the second metal particles is 0.15 μm or more; In the case of 5 μm or more or 7.5 μm or more), the supply of the metal powder to the cold spray device can be facilitated.
・ 第１の金属粒子の平均径が５０μｍ以下、さらに言えば４５μｍ以下又は３０μｍ以下である場合には、コールドスプレー用金属粉末の皮膜形成能を向上させることができる。また、コールドスプレー用金属粉末から形成される皮膜の硬度を向上させることもできる。 When the average diameter of the first metal particles is 50 μm or less, more specifically 45 μm or less, or 30 μm or less, the film forming ability of the metal powder for cold spray can be improved. Moreover, the hardness of the film formed from the metal powder for cold spray can also be improved.
・ 第２の金属粒子の平均径が１００μｍ以下、さらに言えば７５μｍ以下又は５０μｍ以下である場合には、コールドスプレー用金属粉末の皮膜形成能を向上させることができる。 When the average diameter of the second metal particles is 100 μm or less, more specifically 75 μm or less, or 50 μm or less, the film forming ability of the metal powder for cold spray can be improved.
・ 第２の金属粒子のビッカース硬さが第１の金属粒子のビッカース硬さと同じかそれ以上である場合、さらに言えばその１．５倍以上、２倍以上又は３倍以上である場合には、コールドスプレー用金属粉末の皮膜形成能を向上させることができる。 -When the Vickers hardness of the second metal particles is equal to or higher than the Vickers hardness of the first metal particles, more specifically, 1.5 times or more, 2 times or more, or 3 times or more The film forming ability of the metal powder for cold spray can be improved.
・ 第１の金属粒子のビッカース硬さが３０以上、さらに言えば５０以上である場合（換言すれば、第２の金属粒子のビッカース硬さが３０以上、さらに言えば５０以上である場合）には、コールドスプレー用金属粉末から形成される皮膜の硬度及び耐摩耗性を向上させることができる。 -When the first metal particles have a Vickers hardness of 30 or more, more specifically 50 or more (in other words, when the second metal particles have a Vickers hardness of 30 or more, more specifically 50 or more). Can improve the hardness and wear resistance of the film formed from the metal powder for cold spray.
・ 第１の金属粒子のビッカース硬さが８００以下、さらに言えば７００以下又は６００以下である場合には、コールドスプレー用金属粉末の皮膜形成能を向上させることができる。 When the Vickers hardness of the first metal particles is 800 or less, more specifically 700 or less or 600 or less, the film forming ability of the metal powder for cold spray can be improved.
・ 第２の金属粒子のビッカース硬さが１４００以下、さらに言えば１２００以下又は１０００以下である場合には、コールドスプレー用金属粉末の皮膜形成能を向上させることができる。 When the Vickers hardness of the second metal particles is 1400 or less, more specifically 1200 or less, or 1000 or less, the film forming ability of the metal powder for cold spray can be improved.
・ コールドスプレー用金属粉末中の第１の金属粒子の含有量が３０質量％以上、さらに言えば４０質量％以上である場合（換言すれば、第２の金属粒子の含有量が７０質量％以下、さらに言えば６０質量％以下である場合）には、コールドスプレー用金属粉末の皮膜形成能を向上させることができる。 When the content of the first metal particles in the metal powder for cold spray is 30% by mass or more, more specifically 40% by mass or more (in other words, the content of the second metal particles is 70% by mass or less. Further, when it is 60% by mass or less), the film forming ability of the metal powder for cold spray can be improved.
・ コールドスプレー用金属粉末中の第１の金属粒子の含有量が６０質量％以下である場合（換言すれば、第２の金属粒子の含有量が４０質量％以上である場合）には、コールドスプレー用金属粉末から形成される皮膜の硬度及び耐摩耗性を向上させることができる。 -When the content of the first metal particles in the metal powder for cold spray is 60% by mass or less (in other words, the content of the second metal particles is 40% by mass or more), The hardness and abrasion resistance of the film formed from the metal powder for spraying can be improved.
前記実施形態は次のように変更してもよい。
・ コールドスプレー用金属粉末は、第１の金属粒子及び第２の金属粒子以外の成分を含有してもよい。ただし、第１の金属粒子及び第２の金属粒子以外の成分の含有量はできるだけ少ないことが好ましい。
The embodiment may be modified as follows.
-The metal powder for cold spray may contain components other than the 1st metal particle and the 2nd metal particle. However, the content of components other than the first metal particles and the second metal particles is preferably as small as possible.
・ 第１の金属粒子及び第２の金属粒子はそれぞれ、金属微粒子を造粒して得られる造粒物（顆粒）を焼結することにより得られる造粒−焼結粒子であってもよい。
次に、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。
The first metal particles and the second metal particles may be granulated-sintered particles obtained by sintering a granulated product (granule) obtained by granulating metal fine particles.
Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples.
表１の“第１の粒子”欄に示す金属粒子及び“第２の粒子”欄に示す金属又はセラミックス粒子からなる実施例１〜１０及び比較例１〜４の粉末を用意し、表２に示す条件でそれぞれ基材に向けてコールドスプレーした。 Prepare powders of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 4 composed of metal particles shown in the “first particle” column of Table 1 and metal or ceramic particles shown in the “second particle” column. Cold spraying was performed on each substrate under the conditions shown.
表１の“第１の粒子”欄及び“第２の粒子”欄中の“含有量”欄には、実施例１〜１０及び比較例１〜４の各粉末中に第１の粒子及び第２の粒子がそれぞれどれだけ含有されているかを示す。 In the “content” column in the “first particle” column and the “second particle” column of Table 1, the first particles and the first particles in each powder of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 4 are listed. It shows how much each of the two particles is contained.
表１の“第１の粒子”欄及び“第２の粒子”欄中の“平均粒径”欄には、実施例１〜１０及び比較例１〜４の各粉末中の第１の粒子及び第２の粒子の平均径（体積平均径）を測定した結果を示す。この測定には、株式会社堀場製作所製のレーザー回折／散乱式粒度測定機“ＬＡ−３００”を使用した。 In the “average particle size” column in the “first particle” column and the “second particle” column of Table 1, the first particles in the powders of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 4 and The result of having measured the average diameter (volume average diameter) of the 2nd particle is shown. For this measurement, a laser diffraction / scattering particle size analyzer “LA-300” manufactured by Horiba, Ltd. was used.
表１の“第１の粒子”欄及び“第２の粒子”欄中の“ビッカース硬さ”欄には、実施例１〜１０及び比較例１〜４の各粉末中の第１の粒子及び第２の粒子のビッカース硬さ（Ｈｖ０．２）を測定した結果を示す。この測定には、株式会社島津製作所製の微小硬度測定器“ＨＭＶ−１”を使用した。 In the “first particle” column and the “second particle” column of Table 1, in the “Vickers hardness” column, the first particles in the powders of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 4 and The result of having measured the Vickers hardness (Hv0.2) of the 2nd particle is shown. For this measurement, a micro hardness tester “HMV-1” manufactured by Shimadzu Corporation was used.
表１の“皮膜形成能”欄には、実施例１〜１０及び比較例１〜４の各粉末を表２に示す条件でコールドスプレーしたときに１パス当たりに形成される皮膜の厚さに基づいて各粉末の皮膜形成能を評価した結果を示す。具体的には、１パス当たりに形成される皮膜の厚さが３００μｍ以上であった場合には良（◎）、２００μｍ以上３００μｍ未満であった場合には可（○）、２００μｍ未満であった場合又は皮膜を形成できなかった場合には不良（×）と評価した。 In the "film forming ability" column of Table 1, the thickness of the film formed per pass when each powder of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 4 is cold sprayed under the conditions shown in Table 2 The result of having evaluated the film formation ability of each powder based on this is shown. Specifically, when the thickness of the film formed per pass is 300 μm or more, it is good (◎), and when it is 200 μm or more and less than 300 μm, (◯), it is less than 200 μm. In this case or when a film could not be formed, it was evaluated as defective (x).
表１の“皮膜ビッカース硬さ”欄には、実施例１〜１０及び比較例１〜４の各粉末を表２に示す条件でコールドスプレーして得られた皮膜のビッカース硬さ（Ｈｖ０．２）を測定した結果を示す。この測定には、株式会社島津製作所製の微小硬度測定器“ＨＭＶ−１”を使用した。同欄中の“−（ハイフン）”は、皮膜を形成できなかったことを表す。 In the “film Vickers hardness” column of Table 1, the Vickers hardness (Hv 0.2) of the films obtained by cold spraying the powders of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 4 under the conditions shown in Table 2. ) Is measured. For this measurement, a micro hardness tester “HMV-1” manufactured by Shimadzu Corporation was used. "-(Hyphen)" in the same column indicates that a film could not be formed.
表１に示されるように、実施例１〜１０の粉末の場合には、皮膜形成能の評価がいずれも可以上であった。それに対し、比較例１〜４の粉末の場合には、皮膜形成能の評価が不良であった。 As shown in Table 1, in the case of the powders of Examples 1 to 10, all of the evaluations of the film forming ability were acceptable. On the other hand, in the case of the powders of Comparative Examples 1 to 4, the film forming ability was poorly evaluated.
Claims (5)
金属粉末は、第１の平均径を有する第１の金属粒子を２０〜７０質量％の量で含有し、残部が第１の平均径よりも大きな第２の平均径を有する第２の金属粒子からなることにより、粒子径がバイモーダルに分布しており、
前記第２の金属粒子の平均径は、２００μｍ以下でかつ前記第１の平均径の１．５倍以上である、コールドスプレー用金属粉末。 Metal powder used in cold spray applications,
The metal powder contains the first metal particles having the first average diameter in an amount of 20 to 70% by mass, and the second metal particles having the second average diameter larger than the first average diameter. The particle size is distributed bimodally,
The metal powder for cold spray, wherein the second metal particles have an average diameter of 200 μm or less and 1.5 times or more of the first average diameter.
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