JP4863487B2 - ウォームスプレー法 - Google Patents

Description

本発明は、粒子を加熱して超音速で基材に吹き付け付着させるウォームスプレー法に関し、合成樹脂基材に対する適用法に関する。

従来より、ウォームスプレー法は金属材料に粒子を付着させるのに広く用いられまた研究もされてきた。
その付着理論は、超音速で吹き付けられた粒子が、その温度と衝撃により基材にと衝突する時点で瞬時に溶解し固着するものと推測されていたので、合成樹脂のように軟質で耐熱性が金属などの無機材料などにくらべ遥かに低い基材に対して、金属などの粒子を吹き付けるのは不可能と推察されていた。

本発明は、このような従来観念を打破し、ウォームスプレー法により、合成樹脂に対しても金属などの粒子を強く付着させることを目的とした。

発明１のウォームスプレー法は、前記基材が合成樹脂であり、前記粒子の加熱温度（Ｔ）が４×１０^２℃以上であって下記式１においてＫが１２未満となるように、粒子の噴射速度（Ｖ）と粒子の加熱温度（Ｔ）と粒子の飛翔距離（Ｌ）とを設定して噴射することを特徴とする。(ただし、Ｔ、Ｖは噴射された粒子が基板に衝突する位置における値)
（式１）
Ｋ＝Ｖ×Ｔ／Ｌ
Ｖ：粒子の噴射速度（×１００ｍ／ｓ）
Ｔ：粒子温度（×１００℃）
Ｌ：粒子飛翔距離（噴射口から基材表面までの距離：×１００ｍｍ）
発明２は、発明1のウォームスプレー法において、その粒子は金属粒子であることを特徴とする。

発明1により、合成樹脂基材に対し粒子をウォームスプレー法により強固に付着させることができた。
さらに発明2では、金属をも合成樹脂基材に付着させることができた。

本発明により吹きつけ付着可能な粒子は、以下のようなものが可能である。
チタンおよびチタン合金、鉄基合金、コバルト基合金、ニッケル基合金、アルミニウム合金。粒子径は１５０ミクロン以下。

上記のような粒子は、以下のような樹脂よりなる基板に対して吹きつけ付着可能である。

ポリエチレン，ポリ塩化ビニル，ポリプロピレン，ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル，ＡＢＳ樹脂，ＡＳ樹脂，アクリル樹脂、ポリアセタール，ポリイミド，ポリカーボネート，変性ポリフェニレンエーテル(ＰＰＥ），ポリブチレンテレフタレート、ポリアリレート，ポリスルホン，ポリフェニレンスルフィド，ポリエーテルエーテルケトン，ポリイミド樹脂，フッ素樹脂、ポリアミドイミド，ポリエーテルエーテルケトン

本実施例は、発明に使用するウオームスレーガンの一例を説明する。
図１に例示したように、灯油等の燃料と酸素ガスの混合による燃焼が行われる燃焼室（Ｃｈａｍｂｅｒ）（９）と、その出口のノズル（１１）を介して連続する導管（１２）と、この導管（１２）内において、燃焼ガスに対して金属ＴｉまたはＴｉ合金等の粒子（Ｐｏｗｄｅｒ）が供給されて加熱されるバレル（Ｂａｒｒｅｌ）部とを有し、全体として冷却水により冷却されるようにしたものがその基本的な構成となる。
このような構成のガンを用いた皮膜の形成方法では、上記粉末の供給時のガス中の酸素濃度を１ｖｏｌ％に調整して燃焼する。
また、粒子がプラスチック基材に衝突する位置における飛行粒子の温度を４１０℃以下、同じくガス流速の温度は２０９℃以下となるようにする。なお、耐熱温度が高い種類の樹脂では、粒子およびガスともに上限温度を高く設定できる。例えば、耐熱温度が300℃といったポリイミド樹脂があるので、ガス流速の温度を上記よりも上げ、より緻密なチタンコーティングを行えるようにすることも可能である。本発明は、この制御を、燃焼ガス中への不活性ガスの混合により行う。

図１の構成例では、燃焼室（Ｃｈａｍｂｅｒ）（９）の下流にガス混合室（１０）を設け、ここに不活性ガスが供給混合されるようにしている。このための装置構成やその細部については各種の態様が考慮されてよいことは言うまでもない。

不活性ガスの混合により、ガス温度と酸素濃度の制御が可能とされる。

そして、図１に示した非対象物（Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）への加熱された粒子の衝突速度を５００ｍ／ｓ以上とする。

酸素濃度が５ｖｏｌ％を超える場合、ガス温度が１５００℃を超える場合、さらには衝突速度が５００ｍ／ｓ未満の場合には、上記のとおりのＴｉの酸化（５mass%以上の酸素含有量）を抑えることや、緻密な組織を得ることは難しくなる。一方、酸素濃度の下限については、高速フレームを生成させる燃焼反応後の酸素含有割合として可能な限り低いことが望ましい。ガス温度は、Ｔｉ金属またはその合金粒子の加熱状態と、その流速を左右する。その下限については装置のスケールや粉末の供給料、粉末の種類等によっても相違する。

以上のことを考慮して、実際の操作では、装置スケール等をも考慮することで、不活性ガスの供給量、供給速度が定められることになる。

不活性ガスの種類については、たとえば代表的にはＮ_２（窒素ガス）や、Ａｒ（アルゴン）、Ｈｅ（ヘリウム）等の希ガスが好適なものとして示される。また、条件によってはＣＯ_２等の他のものであってもよい。

上記ガンを使用して、以下の条件により、各実験例の粒子を噴射してその性能を確認した。

燃料（灯油）：０．２９ ｄｍ^３・ｍｉｎ^−１
酸素：０．５４７ ｍ^３・ｍｉｎ^−１
窒素：２．０ ｍ^３・ｍｉｎ^−１
ガン出口から基材までの距離：表1に示すとおり
パス数：８
ガン移動速度：７００ ｍｍ・ｓ^−１
ピッチ幅：４ ｍｍ
Ｎ２Gas（窒素ガス）：表1に示すとおり

本発明の開発のために行った実験例を表1に示す。


前記実験例の内、1から4は本発明の実施例であり、その余は比較例である。

本発明は、プラスチック上への美観装飾、耐有機溶媒コーティング、プラスチック表面への耐摩耗性付与等の金属若しくは無機材料のプラスチック表面へのコーティングに有用である。

ウォームスプレーガンを示す概略縦断正面図 実験NO.（写真に対応する実験NO.）1にて得られたサンプルを示す写真（スケール1目盛1mm） 実験NO.（写真に対応する実験NO.）1の基材と吹き付け粒子との境を示す写真 実験NO.（写真に対応する実験NO.）1の基材と吹き付け粒子との境を示す拡大写真 実験NO.（写真に対応する実験NO.）1の基材と吹き付け粒子との境を示す4倍拡大写真

Claims (2)

1. 粒子を加熱して超音速で基材に吹き付け付着させるウォームスプレー法において、前記基材が合成樹脂であり、前記粒子の加熱温度（Ｔ）が４×１０^２℃以上であって下記式１においてＫが１２未満となるように、粒子の噴射速度（Ｖ）と粒子の加熱温度（Ｔ）と粒子の飛翔距離（Ｌ）とを設定して噴射することを特徴とするウォームスプレー法。(ただし、Ｔ、Ｖは噴射された粒子が基板に衝突する位置における値)
   （式１）
   Ｋ＝Ｖ×Ｔ／Ｌ
   Ｖ：粒子の噴射速度（×１００ｍ／ｓ）
   Ｔ：粒子温度（×１００℃）
   Ｌ：粒子飛翔距離（噴射口から基材表面までの距離：×１００ｍｍ）
   
2. 請求項1に記載のウォームスプレー法において、その粒子は金属粒子であることを特徴とするウォームスプレー法。