溶射

溶射とは、燃焼炎または電気エネルギーを用いて溶射材料を加熱し、溶融またはそれに近い状態にした粒子を物体表面に吹き付けて皮膜を形成させること

溶射材料としては、金属、セラミックス、サーメット、プラスチックなど広範囲のものが適用できる

形態
線材、棒材、粉末など比較的自由度がある

溶射幕の密着性を強化する目的で前処理としてブラスト処理が施される

ブラスト材には、鋭角的な形状をした硬質の酸化アルミニウム(Al2O3),炭化珪素(SiC),鋳鋼などが用いられている

 

 

フレーム溶射

燃料ガス(通常はアセチレンと酸素の混合ガス)による燃焼炎を熱源とするもの

溶射材料の溶融および加速は燃焼炎で行う為、溶融金属の速度が遅く、得られる皮膜には空孔が多い

高速フレーム溶射
HVOF(High Velocity Oxygan Fuel)
粉末式フレーム溶射によって生成される皮膜の緻密性を向上させるために、圧縮空気で加速する方式や燃料ガス(灯油、プロピレンなど)と酸素を用いた高速燃焼炎が得られる方式

溶融粒子の速度は通常のフレーム溶射の10倍以上にも達する為、非常に緻密で密着性に優れた皮膜が得られる

各種ロールを中心に航空機や自動車のエンジン部品など種々の部品の耐摩耗性改善を目的として用いられている

 

 

爆発溶射(溶射記号:DF)

燃焼ガス(アセチレン+酸素)の爆発燃焼によって溶射材料を溶融加速して皮膜を形成させるもの

燃焼温度および溶融粒子の速度はHVOFと同程度であり、密着性の優れた緻密な膜が得られる

溶射材料
WC-Co、サーメット、酸化物系セラミック

 

 

アーク溶射(溶射記号:ES)

溶射材料である2本の金属線の先端でアークを発生させて溶融し、溶融した粒子を圧縮空気で基材に吹き付けて皮膜を形成させるもの

電気アークを発生させる必要があるため、溶射材料は金属線に限られる

皮膜の密着性の点では有利であるが、溶射材料の種類によっては酸化したり含有元素が蒸発するなど変質しやすい

 

 

プラズマ溶射(溶射記号:PS)

溶射材料を高温のプラズマジェットによって溶融・加速して基材に皮膜を形成させるもの

セラミックや高融点金属材料の溶射によく用いられる

 

 

線爆溶射(溶射記号:WES)

金属線に瞬時に高電圧を印可して溶融爆発させ、高速で溶融金属を飛散させるもの

最大の特徴は、パイプなどへの内面コーティングに適していること
気孔率の小さい緻密な皮膜が得られる

得られる膜厚は数μmまで
適用できる溶射材料は導電性の金属線のみ

 

 

 

溶射の種類
種類

記号

適用溶射法

JIS規格

亜鉛、アルミニウムおよびそれらの合金溶射

Zn

ZnTS

溶線式フレーム溶射
アーク溶射

JISH8300

Al

AlTS

JISH8661

ZnAl

ZnAlTS

JISH9300

肉盛溶射

炭素鋼

MCS

溶線式フレーム溶射
アーク溶射

JISH8302

低合金鋼

MLS

JISH8664

ステンレス鋼

MSUS

 

特殊合金

MNCr

 

自溶合金溶射

Ni系

SFNi

粉末式フレーム溶射

JISH8303

Co系

SFCo

JISH8665

WC-Co系

SFWC

 

セラミック溶射

Al2O3

P-WAO

プラズマ溶射
粉末式フレーム溶射
溶棒式フレーム溶射 

JISH8304

Al2O3-TiO系

P-AO-TiO

JISH8666

TiO2

P-TiO

JISH9302

Cr2O3

P-CrO

 

亜鉛、アルミニウムおよびそれらの合金溶射

目的
鋼材料に対する防錆防食

防錆防食の原理は、犠牲防食によるものであるため、皮膜厚さが寿命を大きく左右する

そのため、JIS規格でも最小皮膜厚さの指定範囲を規定している
溶射皮膜には空孔が多量存在している

防錆防食を目的とする場合には有害な為、溶射後に封孔処理を施さなければならない

封孔処理
溶射皮膜の開口気孔に封孔処理剤を浸透させて気孔を密封し、皮膜の化学的性質及び物理的性質を改善する処理

封孔処理
エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコン樹脂、ワックス塗料、ポリエステル樹脂

 

 

肉盛溶射

目的
主に機械部品に対して耐摩耗性、耐食性、耐熱性などの付与

溶射材料
炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼

MLS2
高炭素低合金鋼溶射
500HV以上の硬さを有する為、耐摩耗性付与に有効

MSUS2
18-8ステンレス鋼を溶射
耐食性付与に有効

いずれも溶射後に切削や研削をほどこすことができるため、機械部品その他の補修用としても良く用いられる

 

 

自溶合金溶射

目的
金属系溶射の一つであり、耐食性、耐熱性、耐摩耗性を付与

特徴
溶射後に再加熱して溶融する(フュージング)
この溶融処理によって熱拡散による基材との密着性が向上し、空孔をほとんど無くすことができる

溶射材料
ニッケル(Ni)基およびコバルト(Co)基の金属系、それらの合金に硬質の炭化タングステン(WC)を20〜80%配合して、耐摩耗性を高めたもの

これらは溶融しないで溶射のままで用いられることもあり、セラミックス皮膜の下地溶射用としても利用される

 

 

セラミック溶射

目的
耐摩耗性、耐薬品性、耐熱・断熱性などを付与する

溶射用セラミック
酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化クロム、酸化ジルコニウムなどで、これらが単独または適度に混合されて用いられている

セラミック溶射は金属基材に直接溶射される例は少なく、予めニッケルなど金属系溶射をアンダーコートとして密着性を強化してる

 

 

 

参考:機械加工と加工技術/技術評論社