研究開発された技術紹介

製鉄等の搬送ロールや発電用ガスタービンには、耐食、耐摩耗、耐酸化の目的で緻密・清浄な皮膜を大気中で大型部材に形成できるプロセスが求められている。申請者が試作して可能性を検討してきたウォームスプレー装置をさらに改良し、粒子温度1,000℃、速度1,000M/Sを同時に達成し、軟化固相粒子を高速度で基材に衝突させ、気孔率0.5%以下の皮膜を大気中で形成可能な次世代コーティングプロセスを開発する

気孔率0.5%以下の皮膜を大気中で形成可能なウォームスプレー装置の開発
・ウォームスプレー装置の開発→ガス温度500℃～粒子温度1,000℃、速度1,000m/sを同時に達成
・大気中での皮膜形成→気孔率0.5%以下
(新技術)
＜ウォームスプレー法＞
(特徴)
・粒子温度1,000℃、速度1,000m/sを同時に達成
・皮膜の気孔率0.5%以下

・数値シミュレーションに基づいたトーチ設計指針を構築
‐直径30μmのチタン粒子で度1,000m/s、温度1,000℃以下を達成するトーチの設計指針を、一次元解析と常温ヘリウムと窒素ガスを用いた模擬実験結果から検討
‐直径30μmでは窒素ガス流量1,500slm以下の条件で速度・温度の条件を満足できること、直径10、20μmでは窒素ガス流量1,000slm以上で条件を満足できることが判明
・常用圧力5.0MPaのウォームスプレー装置を開発
‐新ウォームスプレー制御装置を開発、常用圧力5.0MPaの配管設計を行い、高圧ガス設備試験を受験し認定を受けることができた
‐装置評価として粒子速度の計測などに数時間の連続運転を実施しているが、部品の破損等は確認されていない
・粒子速度1,000m/s以上を確認
‐新ウォームスプレー装置の評価を実施
‐PIV装置を用いて粒子速度を測定した結果、1,000m/s以上の速度であることを確認‐粒子温度は、400℃～2000℃の範囲で温度測定をする技術が確立されていないことから実際の金属材料を溶射することにより検証する必要がある

新聞：日刊工業新聞「溶射技術の現状と今後の課題」(2012.3.7)

・実用化に成功、H26年度の事業化見込み
・現在、皮膜サンプル作成依頼受付中

・実用化に成功、H26年度の事業化見込み
・現在、皮膜サンプル作成依頼受付中

・新方式の実現→今回開発した新型ウォームスプレー装置は、燃焼室圧力を従来機より4倍上昇、飛行粒子速度を1,000m/sを実現
・耐久性・耐摩耗性向上→新型ウォームスプレー装置で成膜したWC皮膜の硬度は、従来Hv1200のところHv1500以上の硬度を実現
・低コスト化→ColdSpray法で粒子速度を1,000m/s以上の速度にするためには、Heを用いなければならず、本装置を用いることによりガス使用コストを1/10に抑制

部品改良を継続的に実施、H25年度下期より本格的に装置販売開始予定
・今回製作した新型ウォームスプレー装置を用いた皮膜の性能評価、装置の耐久性アップのための部品改良を継続
・また、顧客からの皮膜評価サンプルの作成を受注し、皮膜性能データーを蓄積していく
・H24年度に研究機関に1台納品し、装置の信頼性、本装置による皮膜の性能試験を行って頂く。H25年度下期より本格的に装置販売開始予定

国内では、⾼圧ガス保安法の制限により装置を運⽤するのに⾼圧ガス取り扱いの許可申請が必要である。