監修:株式会社澤村溶射センター
溶射装置とは
溶射装置とは、加熱によって溶融・軟化させた溶融粒子を基材へ噴射し、基材表面に成膜する処理 (溶射処理) を行う装置です。
溶射処理は、基材に異種材料をコーティングすることにより、基材にはない特性・機能を表面に持たせることを可能とする技術です。具体的には、防錆性・防食性・耐薬品性・耐蝕性・耐摩耗性・耐熱性などの表面保護や、導電性付与・絶縁処理・酸化防止・装飾性付与などの機能付加が挙げられます。溶射処理はコーティングを必要とする部分のみに効率よく処理を行うことが可能です。
また、減肉した基材に異種や同種材料をコーティングして寸法再生することも可能です。
溶射は基材を低温に抑えることが可能で、歪がすくなく、また、現地施工が可能で成膜速度が速いという特徴があります。
溶射装置の使用用途
溶射装置は、様々な種類の基材一般 (金属、セラミックス、サーメット、プラスチック、FRP、紙など) に使用が可能です。また、吹き付けられる物質である溶射材料には、金属 (合金含む) 、サーメット、セラミックスなどを用いることができます。
これらの広い汎用性のため、溶射装置には多様な用途があります。下記に代表的な例を示します。
- 鉄鋼構造物・屋外構造物など (橋脚や鉄橋、航空機の搭乗橋、屋外遊具など) の基材保護 (防錆・防食)
- コンクリ－ト内の鉄筋の陰極保護
- 化学製品を製造する機器・装置における耐薬品性・耐蝕性の向上
- 各工業分野の設備、装置など (自動車、航空機部品、半導体製造装置部品、メカニカルシール・スリーブ・プランジャーなど) における耐摩耗性・耐熱遮熱性・電気絶縁性・耐酸化性の付与
- カーボン製品に対する酸化防止や浸炭防止用途、絶縁処理、パーティクルの防止
溶射の原理
溶射装置による溶射処理の概要は下記の通りです。
- ガス等の燃焼エネルギーや電気エネルギー源を用いて溶射材料を溶融、もしくは軟化状態にする
- 溶融・半溶融状態となった溶射材料を基材に吹き付ける
- 吹き付けられた材料は基材に当たり扁平化し積層する。
熱源には、プラズマ、フレーム、アークなどが用いられ、線材やワイヤー状、粉末状の溶射材料を加熱します。
溶射装置の種類
溶射装置は、様々な種類が開発されており、熱源や溶射方式などが種類によって異なります。下記は代表的な溶射装置の種類です。
1. フレーム溶射装置
フレーム溶射装置における熱源はアセチレンやプロパンなどのガス燃料と酸素による燃焼フレームです。溶射材料は、粉末、ワイヤーあるいは棒状 (セラミックロッドなど) のものが使用されます。
熱源を用いて溶融した粉末粒子や溶融した材料融液から、燃焼ガスもしくは圧縮空気を用いることで液滴を作り出し、噴霧します。フレーム溶射は手動装置のほか、必要に応じて半自動や完全自動の装置を用いることも可能です。
2. アーク溶射装置
アーク溶射装置は、熱源として電気エネルギーを用いる装置です。溶射材料である、2本の金属ワイヤーに電圧を加え、アーク放電を発生させます。ガス噴射によって微細化した溶融粒子を基材に吹き付けて成膜を行います。使用されるガスは圧縮空気（特殊な場合アルゴンや窒素）などです。
電気導電性を有するワイヤー状の溶射材料にのみ適用が可能です。溶射の中でも特に高吐出量で成膜速度が速く、コストが低いという特徴があります。
3. プラズマ溶射装置
プラズマ溶射は、プラズマの高い熱エネルギーを利用する溶射法です。ガン内部の陰極と陽極の間に電圧をかけ、そのアーク放電でアルゴンなどの作動ガスを電離させることで発生するプラズマを利用して材料の溶融し基材に吹き付けます。融点の高い粉末材料でも溶融加速することができるという点が優れている方法です。
4. 高速フレーム溶射
高速フレーム溶射は、燃料（一般的にはケロシンや炭化水素系ガス）と酸素を高圧下で燃焼し、燃焼室に続くバレルの効果により超音速のフレームを得る方法です。非常に密度が高く強い密着性のある皮膜が形成されます。HVOF (High Velocity Oxy- Fuel) 法と呼ばれることもあります。
HVOF法による皮膜は、一般に硬質クロムの代替工程として使われており、非常に密度が高く硬質で密着力の高い皮膜を形成することが可能です。
本記事は溶射装置を製造・販売する株式会社澤村溶射センター様に監修を頂きました。
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