溶射ガイド

溶射について

溶射技術とは、炎などの熱源と、通常粉末やワイヤーのコーティング材料で構成され、小さな液滴に溶けて高速で表面に溶射する技術のことを言います。この産業用コーティングプロセスは、“スプレー溶接”

と呼ばれます。

溶射コーティングは通常、金属基材に適用され、プラスチックまたはセラミックのベース材料に適用されることもあります。それらは、改良された耐摩耗性、耐腐食性、または断熱性を提供することによってコンポーネントの性能を強化し、他のコーティング方法に対して用途が広く効果的な代替手段となります。工学応用の場合、熱コーティングは、基板を溶融または実質的に加熱することなく、最小限の多孔性と非常に高い結合強度で金属、サーメット、セラミック、およびポリマーを塗布する能力によって区別されます。

コーティングの品質は通常、気孔率、酸化物含有量、マクロおよびミクロ硬度、表面粗さ、および結合強度を計算することによって評価されます。粒子速度が増加すると、通常コーティングの品質も向上します。

溶射のさまざまなプロセスには次のものがあります。

• プラズマ溶射
• 高速酸素燃料 (HVOF)
• デトネーション溶射 (D-gun)
• 溶線式アーク溶射
• コールドスプレー
• フレーム溶射
• 空気支燃型高速フレーム (HVAF)
• スプレーとヒューズ

溶射は、セラミック、金属、合金、サーメット、カーバイド、ポリマー、プラスチックなどの一連のコーティング材料を塗布する際の選択肢を提供します。溶射コーティングは、基板とコーティング材料を使用してコンポーネントを設計および構築することを可能にします。また、必要な機械的特性と耐食性を「表面に」置くことにより、要求水準の高い摩耗/腐食用途で安価なベース材料を使用することもできます。事実上すべての業界の何千ものアプリケーションが、溶射技術の費用対効果の高い利点を採用しています。

スプレーのパラメータを厳密に制御することで、非常に薄くて高密度のコーティングから、高蒸着速度と厚みに適用できる膜厚のある凝集性の高いコーティングまで、さまざまな皮膜厚を実現できます。溶射コーティングの大部分は、基材に機械的に結合されていますが、一部のコーティングは熱処理により、基材への結合をさらに強化することができます。溶射はまた、基材よりも高い融点を持つコーティング材料を溶射する選択肢を提供します。部品の大部分は、最小限からゼロの予熱または後処理でスプレーすることができ、ベース金属への入熱を制御する機能は非常によく理解されているため、非常に制御可能です。部品は、「新品」でコーティングするか、通常は鍛造材料または交換価格の何分の1かの価格で再構築/再生することができます。溶射コーティングの並外れた汎用性と費用対効果により、新しい耐摩耗性/耐腐食性コンポーネントを設計するエンジニアや、予算を管理しながら機器の稼働時間を管理するM＆Rの専門家にとって魅力的なツールになります。

20世紀年半ばに溶射コーティングが誕生して以来、工場監督者やメンテナンス担当者は、軽工業用および重工業用機器の重要なコンポーネントを改良および強化するための貴重な方法として、溶射技術に依存してきました。溶射技術者は、新しいデリバリーシステムと材料 (主に粉末) を作成し、おそらく最も重要なこととして、可能性を秘めた斬新で刺激的な施工方法を提供するアプリケーションのノウハウを完成させることにより、溶射技術を絶えず進歩させました。

当社の主な溶射プロセスには、デトネーション、フレーム、アーク、プラズマ、および高速酸素燃料 (HVOF) などがあります。

デトネーション溶射
これは、Praxair Surface Technologies で発明された独自のプロセスです。ガスと粉末を制御された爆発で結合し、超音速で部品に吹き付けます。一般的な材料には、タングステンカーバイドまたはクロムカーバイド、金属合金、セラミック、およびサーメットなどが挙げられます。

フレーム溶射
このプロセスは低コストであり、ショップまたはオンサイトで簡単に行うことができます。オキシ/アセチレン燃焼溶射としても知られており、100 年前に開発された最も初期の溶射技術です。酸素とアセチレン、プロパン、プロピレンなどの燃料ガスをトーチに供給して炎を発生させます。ワイヤーまたは粉末を炎に注入して溶かし、ワークピースに溶射することができます。ステンレス鋼、ニッケル、アルミナイド、ハステロイ合金、スズ、およびバビットメタル (スズベースの合金) は、フレーム溶射を塗布できる材料の一例です。

アーク溶射
このプロセス中に、2 本のワイヤーがノズルで同時に接触します。ワイヤーに電気負荷がかかると、ワイヤーの先端が接触する際に溶解します。空気や窒素などの噴霧ガスを使用してワイヤから溶融物質を取り除き、ワークピースに塗布します。アーク溶射は比較的費用対効果が高く、現場での実用性にも優れています。低粒子の速度を選択すれば、どんな材料にも最大のコーティング厚で塗布することができます。アーク溶射を通常適用する材料には、ステンレス鋼、ハステロイ、ニッケルアルミナイド、亜鉛、アルミニウム、および青銅などが含まれます。

プラズマ溶射
プラズマ溶射は通常、溶射プロセスの中で最も多面的であると考えられています。プラズマ溶射全工程を通して、アルゴンや水素などの作動ガスがトーチを通過します。作動ガスは、電気アークを介して解離およびイオン化されます。原子成分はノズルを通過して再結合し、膨大な量熱を放出します。プラズマ中心部の温度は通常、10,000 ℃ を超えており、これはどの材料の平均溶融温度よりも高い温度です。粉末はプラズマプルームに注入され、そこで溶融されてワークピースに向かって噴射されます。

高速酸素燃料
このプロセスは比較的新しく、以前は到達できなかった場所に溶射の適用範囲を推進しました。HVOF 噴霧では、水素などの気体燃料または灯油などの液体燃料を酸素と混合し、トーチの燃焼室内で高圧で燃焼させます。粉末は炎に注入され、ガスの超音速により加熱および加速されます’。これにより、使用可能な溶射による非常に高密度のコーティングが可能になります。HVOF プロセスは、溶射摩耗および耐腐食性カーバイド、ならびにハステロイ、トリバロイ、およびインコネル合金に推奨される手法です。

溶射アプリケーションの改善には次のものが含まれます。

• 耐摩耗性と制御

• 耐摩耗性
• 接着 (摩擦) 抵抗
• 耐酸化性
• 耐キャビテーション性
• 耐侵食性
• 金属疲労の代替品

• 耐腐食と保護

• 機械的特性の強化