[发明专利]成膜方法以及成膜装置

说明书

本发明提供一种成膜方法等，其能够在冷喷涂法中抑制材料的粉末被过度加热的同时，将材料的粉末高速地喷射出。该成膜方法通过将材料的粉末以保持固相的状态喷涂到基材的表面上并使其堆积来形成被膜，且包括：混合距离调节工序，其根据材料的粉末的种类，来调节通路的直径最小的位置与混合位置之间的距离，通路形成于喷管的内部，并从基端部朝向前端部缩径后再扩径，混合位置是将导入到喷管中的材料的粉末与气体混合的位置；喷射工序，其将材料的粉末和气体在混合位置混合并导入到喷管中，使其朝向最小的位置加速，并将材料的粉末和气体从喷管的前端部喷射出；以及喷涂工序，其将从前端部喷射出的材料的粉末和气体喷涂到基材上。

技术领域

本发明涉及一种基于冷喷涂法(cold spray)的成膜方法以及成膜装置。

背景技术

近年来，作为一种金属被膜的形成方法，公知有冷喷涂法(例如参照专利文献1)。冷喷涂法是指这样一种成膜方法，即，将金属被膜的材料的粉末与在该粉末的熔点或软化点以下的经过加热的气体(空气或惰性气体)一起从喷管喷射出，使其在保持固相的状态下与基材撞击，从而堆积在基材的表面。在冷喷涂法中，因为在比热喷涂法低的温度下进行加工，所以能够获得未发生相变且氧化得到抑制的金属被膜。而且，还能够缓和热应力的影响。再者，在基材以及被膜的材料均为金属的情况下，在材料的粉末与基材(或之前形成的被膜)撞击时，在粉末与基材之间产生塑性变形，获得锚固效应(Anchor Effect)，并且彼此间的氧化被膜被破坏，新生面彼此间发生金属键合，因此能够获得附着强度高的被膜。

通常，在基于这样的冷喷涂法的成膜装置中，将材料的粉末与高压气体进行混合的气体粉末混合室设置于喷管的上游侧。在此气体粉末混合室中，将分别从不同的系统供给的粉末和高压气体进行混合，通过高压气体的气体压力而将粉末从喷管的前端喷射出。

专利文献1：日本特开2008-302311号公报

发明内容

已知，为了提高金属被膜的附着强度，只要使粉末的喷射速度高速化即可。一般而言，为了使粉末的喷射速度高速化，会提高与粉末一起喷射的气体的温度以及增大该气体的压力。然而，这样一来会产生下述问题，即，若过于提高气体的温度，则粉末会被过度加热而易于氧化，从而因氧化后的粉末堆积而导致金属被膜的品质变差。

而且，在熔点较低的金属作为材料的情况下，若过度提高气体的温度，则粉末变得过软，又或者粉末熔化，在粉末通过喷管内的期间会附着于喷管的内壁而使喷管容易堵塞。因此，在这种情况下，通过提升气体温度来提高粉末的喷射速度是不可行的。

再者，若过度提高气体的温度，则被粉末撞击的基材也因温度变高而软化，粉末所撞击的部分会被损耗掉。例如，粉末的熔点虽较高，但若要使气体的温度升高来使粉末的喷射速度高速化，则被加热到高温的粉末会与基材撞击，从而导致基材损耗。特别是在相对于粉末的熔点而基材的熔点较低的情况下，可能会产生这种现象。因此，将气体温度升高到基材会软化的温度以上来提高喷射速度是不可行的。

基于上述理由，为了形成具有较高的附着强度以及高品质的金属被膜，最好是在使粉末的喷射速度高速化的同时抑制对粉末的过度加热。

本发明是鉴于上述情况而完成的，目的在于提供能够在冷喷涂法中使材料的粉末的喷射速度高速化的同时抑制对粉末的过度加热的成膜方法以及成膜装置。

为了解决上述问题并实现上述目的，本发明涉及的成膜方法通过将材料的粉末以保持固相的状态喷涂到基材的表面上并使其堆积来形成被膜，其中，上述成膜方法包括：混合距离调节工序，其根据上述材料的粉末的种类，来调节通路的直径最小的位置与混合位置之间的距离，上述通路形成于喷管的内部，并从基端部朝向前端部缩径后再扩径，上述混合位置是将导入到上述喷管中的上述材料的粉末与气体混合的位置；喷射工序，其将上述材料的粉末和上述气体在上述混合位置混合并导入到上述喷管中，使其朝向上述最小的位置加速，并将上述材料的粉末和上述气体从上述喷管的上述前端部喷射出；以及喷涂工序，其将从上述前端部喷射出的上述材料的粉末和上述气体喷涂到上述基材上。