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JP5858431B2 - Method for forming fluoride sprayed coating and member coated with fluoride sprayed coating - Google Patents

Method for forming fluoride sprayed coating and member coated with fluoride sprayed coating Download PDF

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JP5858431B2 JP2012246481A JP2012246481A JP5858431B2 JP 5858431 B2 JP5858431 B2 JP 5858431B2 JP 2012246481 A JP2012246481 A JP 2012246481A JP 2012246481 A JP2012246481 A JP 2012246481A JP 5858431 B2 JP5858431 B2 JP 5858431B2
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  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Description

本発明は、フッ化物溶射皮膜の形成方法およびフッ化物溶射皮膜被覆部材に関し、特に、各種のハロゲンガスやハロゲンが存在する環境下においてプラズマエッチング加工が施される半導体加工装置用部材などの表面に、耐食性や耐プラズマエッチング特性に優れたフッ化物溶射皮膜を強固に付着させて被覆する方法と、この方法の実施によって得られるフッ化物溶射皮膜被覆部材について提案する。   The present invention relates to a method for forming a fluoride sprayed coating and a member coated with a fluoride sprayed coating, and in particular, on the surface of a member for a semiconductor processing apparatus that is subjected to plasma etching in an environment where various halogen gases and halogens are present. We propose a method of coating a fluoride spray coating excellent in corrosion resistance and plasma etching resistance by firmly attaching it, and a fluoride spray coating coating member obtained by carrying out this method.

半導体加工プロセスや液晶製造プロセスに使用されるドライエッチヤー、CVD、PVDなどの装置類は、シリコンやガラスなどの基板に形成する回路の高集積化に伴う微細加工の精度を向上させる必要性から、加工環境については一段と高い清浄性が求められている。その一方で、微細加工用の各種プロセスにおいては、フッ化物、塩化物をはじめとする腐食性の強いガスあるいは水溶液を用いるため、これらのプロセス装置に配設されている部材類の腐食損耗が速く、その結果として、腐食生成物による二次的な環境汚染も無視できない状況になっている。   Equipments such as dry etchers, CVD, and PVD used in semiconductor processing and liquid crystal manufacturing processes need to improve the precision of microfabrication associated with the high integration of circuits formed on substrates such as silicon and glass. As for the processing environment, higher cleanliness is required. On the other hand, in various processes for microfabrication, highly corrosive gas or aqueous solution such as fluoride and chloride is used. As a result, secondary environmental pollution caused by corrosion products cannot be ignored.

半導体ディバイスの製造・加工工程は、SiやGa、As、Pなどからなる化合物半導体を主体としたものを用いて、真空中もしくは減圧環境の中で処理されるいわゆるドライプロセスに属している。このドライプロセスでは、前記環境中において、各種の成膜や不純物の注入、エッチング、アッシング、洗浄などの処理が繰り返し行なわれる。このようなドライプロセスで用いられる装置・部材としては、酸化炉、CVD装置、PVD装置、エピタキシャル成長装置、イオン注入装置、拡散炉、反応性イオンエッチング装置およびこれらの装置に付属している配管、給排気ファン、真空ポンプ、バルブ類などの部材、部品がある。しかも、これらの装置類は、BF、PF、PF、NF、WF、HFなどのフッ化物、BCl、PCl、PCl、POCl、AsCl、SnCl、TiCl、SiHCl、SiCl、HCl、Clなどの塩化物、HBrなどの臭化物、NH、CHFなど腐食性の強い薬剤およびガスを用いることが知られている。 Semiconductor device manufacturing / processing steps belong to a so-called dry process in which a compound semiconductor composed mainly of Si, Ga, As, P, or the like is used and processed in a vacuum or a reduced pressure environment. In this dry process, various types of film formation, impurity implantation, etching, ashing, cleaning, and the like are repeatedly performed in the environment. Equipment and members used in such dry processes include oxidation furnaces, CVD equipment, PVD equipment, epitaxial growth equipment, ion implantation equipment, diffusion furnaces, reactive ion etching equipment, and piping attached to these equipment, There are components and parts such as exhaust fans, vacuum pumps, and valves. Moreover, these devices include fluorides such as BF 3 , PF 3 , PF 6 , NF 3 , WF 3 , HF, BCl 3 , PCl 3 , PCl 5 , POCl 3 , AsCl 3 , SnCl 4 , TiCl 4 , It is known to use highly corrosive agents and gases such as chlorides such as SiH 2 Cl 2 , SiCl 4 , HCl and Cl 2 , bromides such as HBr, NH 3 and CH 3 F.

また、ハロゲン化物を用いる前記ドライプロセスでは、反応の活性化と加工精度向上のため、しばしばプラズマ(低温プラズマ)が用いられる。プラズマ使用環境中では、各種のハロゲン化物は、腐食性の強い原子状またはイオン化したF、Cl、Br、Iとなって半導体素材の微細加工に大きな効果を発揮するが、その一方で、プラズマ処理(特に、プラズマエッチング処理)された半導体素材の表面からは、エッチング処理によって削り取られた微細なSiO、Si、Si、Wなどのパーティクルが処理環境中に浮遊し、これらが加工中あるいは加工後のディバイスの表面に付着して加工製品の品質を著しく低下させるという問題があった。 In the dry process using a halide, plasma (low temperature plasma) is often used to activate the reaction and improve processing accuracy. In the plasma usage environment, various halides form highly corrosive atomic or ionized F, Cl, Br, and I, and exert a great effect on fine processing of semiconductor materials. Particles such as fine SiO 2 , Si 3 N 4 , Si, and W that have been scraped off by the etching process float in the processing environment from the surface of the semiconductor material (particularly plasma etching process), and these are being processed Alternatively, there is a problem that the quality of the processed product is remarkably deteriorated by adhering to the surface of the device after processing.

これらの問題に対する対策の一つとして、従来、半導体製造・加工装置用部材の表面をアルミニウム陽極酸化物(アルマイト)によって表面処理する方法がある。その他、Al、Al・Ti、Yなどの酸化物をはじめ、周期律表IIIa族金属の酸化物を溶射法や蒸着法(CVD法、PVD法)などによって、該部材の表面を被覆したり、また、これらを焼結体として利用する技術がある(特許文献1〜5)。 As one of countermeasures against these problems, there is conventionally a method of treating the surface of a semiconductor manufacturing / processing apparatus member with aluminum anodic oxide (alumite). In addition, oxides such as Al 2 O 3 , Al 2 O 3 .Ti 2 O 3 , Y 2 O 3 , oxides of Group IIIa metal of the periodic table are sprayed or vapor-deposited (CVD method, PVD method) For example, there is a technique of coating the surface of the member by using the above, or using these as a sintered body (Patent Documents 1 to 5).

さらに最近では、Y、Y−A1溶射皮膜の表面をレーザービームや電子ビームを照射して該溶射皮膜の表面を再溶融することによって、耐プラズマエロージョン性を向上させる技術も出現している(特許文献6〜9)。 More recently, plasma erosion resistance has been improved by irradiating the surface of Y 2 O 3 , Y 2 O 3 -A1 2 O 3 sprayed coating with a laser beam or electron beam to remelt the surface of the sprayed coating. The technique to make it appear also (patent documents 6-9).

また、ハロゲン化合物に属する金属元素のフッ化物被膜を半導体加工装置用部材の耐食性被覆として使用する提案もある。例えば、特許文献10には、窒化珪素、炭化珪素などのセラミックス焼結体の表面に希土類元素及びアルカリ土類元素のフッ化物をマグネトロンスパッタ法、CVD法、溶射法などによって被覆する方法。特許文献11には、A1基材上にYF皮膜を形成した部材についての提案がある。 There is also a proposal of using a fluoride coating of a metal element belonging to a halogen compound as a corrosion-resistant coating for a member for a semiconductor processing apparatus. For example, Patent Document 10 discloses a method in which a surface of a ceramic sintered body such as silicon nitride or silicon carbide is coated with a rare earth element or alkaline earth element fluoride by a magnetron sputtering method, a CVD method, a thermal spraying method, or the like. Patent Document 11 has a proposal for a member in which a YF 3 film is formed on an A1 2 O 3 base material.

また、特許文献12には、Yとランタノイド元素のフッ化物を主成分とする粉末を用いるサセプタの製造方法が開示され、特許文献13、14には、周期律表IIIa族元素のフッ化物粒子を不活性ガスプラズマや燃焼ガスフレームなどの溶射熱源によって成膜した後、200℃〜250℃の熱処理を施して、安定した斜方晶の結晶に変化させる技術について開示されている。   Patent Document 12 discloses a method for producing a susceptor using a powder mainly composed of a fluoride of Y and a lanthanoid element, and Patent Documents 13 and 14 include fluoride particles of Group IIIa elements in the periodic table. A technique is disclosed in which a film is formed by a thermal spray heat source such as an inert gas plasma or a combustion gas flame, and then heat treatment at 200 ° C. to 250 ° C. is performed to change the crystal into stable orthorhombic crystals.

さらに、特許文献15には、平均粒径が0.05μm〜10μmの一次粒子から造粒された粒子のYを含む希土類含有混合物(酸化物、フッ化物、塩化物)溶射用粒子などの提案があり、特許文献16には、フッ化物溶射皮膜の形成方法として、高熱源温度のプラズマ溶射法に加え、コールドスプレー法やエアロゾルデポジション法を利用する技術についての開示がある。   Further, Patent Document 15 proposes a spraying particle for rare earth-containing mixture (oxide, fluoride, chloride) containing Y of particles granulated from primary particles having an average particle diameter of 0.05 μm to 10 μm. Patent Document 16 discloses a technique that uses a cold spray method or an aerosol deposition method in addition to a plasma spray method at a high heat source temperature as a method for forming a fluoride spray coating.

特開平6−36583号公報JP-A-6-36583 特開平9−69554号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-69554 特開2001−164354号公報JP 2001-164354 A 特開平11−80925号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-80925 特開2007−107100号公報JP 2007-107100 A 特開2005−256093号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-256093 特開2005−256098号公報JP 2005-256098 A 特開2006−118053号公報JP 2006-118053 A 特開2007−217779号公報JP 2007-217779 A 特開平11−80925号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-80925 特開2002−001865号公報JP 2002-001865 A 特開2001−351966号公報JP 2001-351966 A 特開2004−197181号公報JP 2004-197181 A 特開2005−243988号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-243988 特開2002−302754号公報JP 2002-302754 A 特開2007−115973号公報JP 2007-115973 A 特開2007−308794号公報JP 2007-308794 A

本発明では、上掲の従来技術のうち特に、溶射法によって形成されたフッ化物溶射皮膜およびその皮膜形成方法に関しての次のような問題点を改善し、耐ハロゲン腐食性と耐プラズマエロージョン性に優れるフッ化物溶射皮膜被覆部材とそれの形成方法を提案することを目指している。   In the present invention, in particular, the following problems related to the fluoride spray coating formed by the thermal spraying method and the coating forming method among the above-described conventional techniques are improved, and the halogen corrosion resistance and plasma erosion resistance are improved. The aim is to propose an excellent fluoride spray-coated member and a method for forming the same.

(1)特許文献12に開示されている不活性ガス(Ar、He)のプラズマや炭化水素ガス、灯油などの燃焼フレームを熱源とする溶射法で成膜すると、次のような現象が起こる。即ち、プラズマを熱源とする溶射法では、高温のジェットフレーム中を飛行するフッ化物粒子が、5000℃〜7000℃の高温環境に曝され、また、燃焼フレームであっても2000℃〜2800℃の高温雰囲気が構成されているため、いずれの熱源中においても、フッ化物粒子の一部は熱分解反応と酸化反応を誘発して、Fガスが放出される。 (1) The following phenomenon occurs when a film is formed by a thermal spraying method using a combustion flame such as inert gas (Ar, He) plasma, hydrocarbon gas, or kerosene as disclosed in Patent Document 12. That is, in the thermal spraying method using plasma as a heat source, fluoride particles flying in a high temperature jet flame are exposed to a high temperature environment of 5000 ° C. to 7000 ° C., and even a combustion flame is 2000 ° C. to 2800 ° C. Since a high temperature atmosphere is configured, in any heat source, some of the fluoride particles induce a thermal decomposition reaction and an oxidation reaction, and F 2 gas is released.

そして、そのFガスの放出に伴って、フッ化物粒子の成分が変化し、成膜されたフッ化物の皮膜は、化学量論的に変化したものになっている。例えば、YF粒子を用いてプラズマ溶射すると、熱源中においてFガスが放出されYF3−Xで表示されるフッ化物に変化するものと推定される。 Then, with the release of the F 2 gas, the components of the fluoride particles are changed, and the formed fluoride film is stoichiometrically changed. For example, when plasma spraying is performed using YF 3 particles, it is presumed that F 2 gas is released in the heat source and changes to a fluoride represented by YF 3-X .

しかし、このYF3−Xで表示されるフッ化イットリウム溶射皮膜の耐ハロゲン性は、成膜用フッ化物粒子(YF)に比較して、化学的に不安定になることが推定される。このことは、特許文献13の(0010)段落におけるフッ化イットリウム膜について、「フッ化イットリウムを用いるだけでは、腐食性ハロゲンガスにより、フッ化イットリウム膜の色が変化することを見出した。また、フッ化イットリウムを用いるだけでは耐食性は十分でなく、フッ化イットリウム膜が減耗して行くことを見出した。」の記載からも伺い知ることができる。 However, it is presumed that the halogen resistance of the yttrium fluoride sprayed coating represented by YF 3-X is chemically unstable as compared with the film forming fluoride particles (YF 3 ). This is about the yttrium fluoride film in paragraph (0010) of Patent Document 13. “It was found that the color of the yttrium fluoride film is changed by corrosive halogen gas only by using yttrium fluoride. It can be seen from the description that “it was found that corrosion resistance is not sufficient by using yttrium fluoride alone and the yttrium fluoride film is depleted.”

(2)また、特許文献13に開示の技術では、皮膜の色の変化と耐食性低下対策として、成膜直後の非晶質フッ化物溶射皮膜を200℃〜500℃の熱処理を施こすことにより、斜方晶へ変化させる技術を提案している。しかし、この方法を適用してもこの文献13の(0014)段落に記載されているように、皮膜の色の変化が少なくなるという程度に止まり、抜本的な対策になっていない。 (2) Further, in the technique disclosed in Patent Document 13, as a measure for changing the color of the coating and reducing corrosion resistance, the amorphous fluoride sprayed coating immediately after film formation is subjected to heat treatment at 200 ° C. to 500 ° C. A technology to change to orthorhombic is proposed. However, even if this method is applied, as described in paragraph (0014) of this document 13, the change in the color of the film is reduced, and this is not a drastic measure.

(3)さらに、特許文献16に記載のフッ化物皮膜の形成法は、(0021)段落にて、コールドスプレー法やエアロゾルデポジション法等が望ましいと記載している。その一方で、溶射法として適用する場合、「アルゴンやヘリウムのプラズマガスに、さらに、水素ガスを混合すると、プラズマ温度が高くなり、より緻密な成膜が可能となる。」としている。しかし、コールドスプレー法というのは、日本溶射協会監修誌「溶射技術Vol.26 No.2/3 2007年1月31日発行18頁〜25頁 コールドスプレーの概要と研究・開発の動向」によると、Ar、N、Heなどの不活性ガスを500℃に加熱し、成膜粒子を300〜1200m/Sの高速で吹き付ける方法である。 (3) Furthermore, as for the method of forming a fluoride film described in Patent Document 16, the paragraph (0021) describes that a cold spray method, an aerosol deposition method, or the like is desirable. On the other hand, when it is applied as a thermal spraying method, it is stated that “if a hydrogen gas is further mixed with a plasma gas such as argon or helium, the plasma temperature becomes high and a denser film can be formed”. However, the cold spray method is according to the Journal of the Japan Thermal Spray Association, “Spraying Technology Vol. 26 No. 2/3, published on January 31, 2007, pages 18 to 25, overview of cold spray and trends in research and development” , Ar, N 2 , He, or other inert gas is heated to 500 ° C., and film-forming particles are sprayed at a high speed of 300 to 1200 m / S.

この方法では、500℃のガスがノズルの吹き付け部では、断熱膨張現象によって、室温まで低下するとの説明があり、この条件ではフッ化物の成膜用として適した方法と言えない。   In this method, there is an explanation that the gas at 500 ° C. is lowered to room temperature due to the adiabatic expansion phenomenon in the sprayed portion of the nozzle. Under these conditions, it cannot be said that the method is suitable for forming a fluoride film.

また、この特許文献16には、フッ化物皮膜の形成に必要なコールドスプレー法についての詳しい内容が説明されていない。即ち、コールドスプレー法に比較すると格段に温度が高いプラズマ溶射法のプラズマ熱源温度をさらに高めるため、Ar、Heなどの不活性ガス中にHガスを混入してプラズマ温度を上昇させて成膜するフッ化物皮膜の形成方法を推奨しているが、一方で、コールドスプレー法による低いガス温度での成膜が可能であるなど技術的な矛盾があるにも拘わらず、その理由については全く言及していない。 Further, Patent Document 16 does not explain the detailed contents of the cold spray method necessary for forming the fluoride film. That is, in order to further increase the plasma heat source temperature of the plasma spraying method, which is significantly higher than that of the cold spray method, the film is formed by increasing the plasma temperature by mixing H 2 gas into an inert gas such as Ar or He. Although the method of forming a fluoride film is recommended, on the other hand, although there is a technical contradiction such as the ability to form a film at a low gas temperature by the cold spray method, the reason is completely mentioned. Not done.

(4)また、特許文献13、16のようにフッ化物溶射皮膜を熱処理する方法では、製造工程が増加することに加え、生産効率の低下とコストアップを招く問題点がある他、熱処理を施しても皮膜の耐食性を十分に回復させられないという問題点があった。 (4) Moreover, in the method of heat-treating the fluoride sprayed coating as in Patent Documents 13 and 16, in addition to the increase in the manufacturing process, there is a problem that the production efficiency is reduced and the cost is increased. However, there was a problem that the corrosion resistance of the film could not be sufficiently recovered.

(5)また、フッ化物溶射皮膜を大気プラズマ溶射法や高速フレーム溶射法によって形成するプロセスでは、高温の熱源中で成膜用フッ化物粒子が熱分解して、異臭を伴う有害なFガスを放出するため、作業環境が悪化し、作業の安全衛生上にも問題がある。 (5) Further, in the process of forming a fluoride sprayed coating by the atmospheric plasma spraying method or the high-speed flame spraying method, the fluoride particles for film formation are thermally decomposed in a high-temperature heat source, and harmful F 2 gas with a strange odor is generated. , The work environment is deteriorated and there is a problem in work safety and health.

(6)さらに、フッ化物溶射皮膜は、優れた耐ハロゲン性を有しているものの、基材に対する密着性に乏しい欠点がある。しかし、この原因と対策について記載した先行技術文献は殆どない。また、開示されていたとしても、一般的なブラスト処理の適用のみであり、フッ化物溶射皮膜の密着性を向上させようとする意図は認められない。 (6) Furthermore, although the fluoride sprayed coating has excellent halogen resistance, it has a drawback of poor adhesion to the substrate. However, there are few prior art documents describing this cause and countermeasures. Moreover, even if it is disclosed, it is only an application of a general blast treatment, and the intention to improve the adhesion of the fluoride spray coating is not recognized.

例えば、特許文献13、特許文献16では、基材の表面を鋼玉やコランダム(Al)による粗面化、特許文献17ではAlによる粗面化が開示されているのみであり、皮膜の密着性向上対策としてのブラスト粗面化処理およびアンダーコート材料についての記載はなく、表面粗さについても開示されていない。 For example, Patent Document 13 and Patent Document 16 only disclose that the surface of the substrate is roughened with steel balls or corundum (Al 2 O 3 ), and Patent Document 17 discloses roughening with Al 2 O 3 . In addition, there is no description about the blast roughening treatment and the undercoat material as measures for improving the adhesion of the film, and the surface roughness is not disclosed.

(7)しかも、前記各特許文献は、基材の表面にフッ化物溶射皮膜を直接被覆形成する方法を採用しており、フッ化物溶射皮膜を形成するための前処理としてのブラスト処理の条件やアンダーコート施工の必要性などについての記載が認められないことから、フッ化物溶射皮膜の密着性を重要視していないことが明らかであり、そのために皮膜がしばしば剥離するという問題があるにも拘わらず、その解決手段についての検討が行なわれることはなかった。 (7) Moreover, each of the above-mentioned patent documents employs a method in which a fluoride sprayed coating is directly formed on the surface of a substrate, and conditions for blasting as a pretreatment for forming a fluoride sprayed coating Since there is no description about the necessity of undercoat construction, it is clear that the adhesion of the fluoride sprayed coating is not considered important, and despite this, the coating often peels off. However, no investigation was made on the solution.

そこで、本発明の目的は、熱分解反応と酸化反応を抑制することで品質面で良好な特性を有するフッ化物溶射皮膜を、基材の表面に強固に密着させてなるフッ化物溶射皮膜被覆部材の提供と、その皮膜を強固に付着させて被覆形成する方法とを提案することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a fluoride sprayed coating coating member in which a fluoride sprayed coating having good quality characteristics by suppressing thermal decomposition reaction and oxidation reaction is firmly adhered to the surface of a substrate. And providing a method for forming a coating by firmly attaching the coating.

本発明は、従来技術が抱えている上述した問題点を克服して前記目的を確実に実現するために鋭意研究した結果、熱源温度の高い溶射法で形成される従来のフッ化物溶射皮膜形成方法では、皮膜の化学的・物理的特性が不安定で密着力も小さいという問題点があったところ、これを解決するには、次のような視点に立った新しい溶射皮膜の形成方法の採用が有利であるとの知見を得て本発明に想到した。   The present invention is a conventional fluoride spray coating forming method formed by a thermal spraying method with a high heat source temperature as a result of earnest research to overcome the above-mentioned problems of the prior art and reliably realize the above object. Then, there was a problem that the chemical and physical characteristics of the coating were unstable and the adhesion was small. To solve this problem, it was advantageous to adopt a new sprayed coating formation method from the following viewpoints. As a result, the present invention was conceived.

(1)成膜用フッ化物(溶射材料)は、溶射熱源が600℃〜1300℃程度の温度に熱したArやN、Heなどの単独または混合状態の不活性ガスを成膜用フッ化物粒子の流体駆動源として用いることが有利である。
(2)成膜用フッ化物溶射材料の上記熱源中での噴射は、毎秒500m以上の高速度で飛行させる。このことにより、基材表面に大きな運動エネルギーをもって衝突させるので、飛行する溶射粒子の少なくとも一部が被着面(基材表面等)の凹部に食い込んだ状態で付着してなる植毛構造を有する皮膜となる。そのため皮膜の密着性を向上させることできる。
(3)フッ化物溶射皮膜を被覆するための基材は、その表面を予めJIS H9302規定のセラミック溶射皮膜作業標準に準拠して、脱脂、脱スケールあるいはA1やSiCなどの研削材粒子を用いたブラスト粗面化処理して凹凸を形成したり、予熱することが好ましい。
(4)前処理後の基材表面に、フッ化物皮膜の形成に先立ち、WC−CoやWC−Ni−Crなどの炭化物サーメットを高速フレーム溶射することにより、該基材表面に、少なくとも一部の炭化物サーメットの溶射粒子が疎らにかつ杭のように突き刺さって林立した状態にある炭化物サーメットの溶射粒子点在部を形成しておき、この溶射粒子点在部を介して、前記(2)の方法によってフッ化物溶射皮膜を成膜することが好ましい。
(5)前記炭化物サーメットを用いた溶射粒子点在部は、炭化物サーメットの溶射粒子が面積率(記載表面を被覆する割合)で8〜50%相当の部分が疎らに点在して非膜状になっている部分であることが好ましい。この部分は、基材全表面が略均等の厚みで被覆されて膜状化した炭化物サーメットの前記アンダーコート層とは区別される。
(6)低温の不活性ガスを駆動源とする溶射ガンのノズルと基材表面との距離は、5〜50mmに保持する。このことによって、密着性に優れたフッ化物溶射皮膜を被覆形成することが好ましい。
(1) Fluoride for film formation (spraying material) is a film-forming fluoride that is a single or mixed inert gas such as Ar, N 2 , and He heated to a temperature of about 600 ° C. to 1300 ° C. Use as a fluid drive source of particles is advantageous.
(2) The film-forming fluoride spray material is jetted in the heat source at a high speed of 500 m / second or more. As a result, the coating has a flocking structure in which at least a part of the flying sprayed particles adheres to the concave portion of the adherend surface (such as the substrate surface) because it collides with the substrate surface with a large kinetic energy. It becomes. Therefore, the adhesion of the film can be improved.
(3) The base material for coating the fluoride sprayed coating is degreased, descaled or abrasive particles such as A1 2 O 3 or SiC in accordance with the ceramic sprayed coating work standard specified in JIS H9302 in advance. It is preferable to form a concavo-convex surface by performing a blast roughening treatment using or to preheat.
(4) Prior to the formation of the fluoride film on the surface of the base material after the pretreatment, carbide cermets such as WC-Co and WC-Ni-Cr are subjected to high-speed flame spraying, so that at least a part of the surface of the base material is formed. The sprayed particles of carbide cermet are sparsely stabbed like a pile to form a sprayed particle scattered portion of carbide cermet, and through the sprayed particle scattered portion, the above (2) It is preferable to form a fluoride sprayed coating by a method.
(5) The sprayed particle interspersed part using the carbide cermet is a non-film-like part in which the sprayed particles of the carbide cermet are sparsely scattered in an area ratio (ratio covering the described surface) of 8 to 50%. It is preferable that it is the part which becomes. This portion is distinguished from the undercoat layer of the carbide cermet in which the entire surface of the base material is coated with a substantially uniform thickness to form a film.
(6) The distance between the nozzle of the thermal spray gun using a low-temperature inert gas as the driving source and the substrate surface is kept at 5 to 50 mm. By this, it is preferable to coat and form a fluoride sprayed coating having excellent adhesion.

このような視点に立って開発した本発明は、前記基材表面をまず前処理し、その前処理後の基材の表面に、炭化物サーメット粒子を飛行速度150〜600m/sec.、好ましくは300〜600m/sec.の吹き付け速度で溶射して、炭化物サーメットの溶射粒子の少なくとも一部の先端部分が面積率にして8〜50%の割合で疎らにかつ該溶射粒子先端部が基材表面に疎らにかつ杭のように突き刺さって林立した状態で付着している炭化物サーメットの溶射粒子点在部を形成し、その後、基材および炭化物サーメットの溶射粒子点在部上に、フッ化物溶射材料を、ArやN、Heまたはそれらの混合ガスのような不活性ガスを成膜用作動ガスとする溶射ガンを用い、600℃〜1300℃の温度に保持される溶射雰囲気中において、飛行速度:500m/sec.以上の速度で吹き付けて、フッ化物の溶射粒子を炭化物サーメットの溶射粒子点在部の粒子間の間隙に食い込むように該基材表面に付着させてこれを被覆することを特徴とするフッ化物溶射皮膜の形成方法である。 The present invention developed from such a viewpoint first pretreats the surface of the base material, and carbide cermet particles are applied to the surface of the base material after the pretreatment at a flight speed of 150 to 600 m / sec. , Preferably 300 to 600 m / sec. Spraying at a spraying speed of at least a portion of the sprayed particles of the carbide cermet is sparse at an area ratio of 8 to 50% and the tip of the sprayed particles is sparsely formed on the substrate surface and The sprayed particles of carbide cermet adhering in the state of being pierced in this way are formed, and then, the sprayed material is coated with Ar or N 2 on the sprayed particles of the substrate and carbide cermet. , He or a mixed gas thereof, and a spray gun using an inert gas as a film forming working gas, in a spray atmosphere maintained at a temperature of 600 ° C. to 1300 ° C., flight speed: 500 m / sec. Spraying at the above speed, the sprayed particles of fluoride adhere to the surface of the substrate so as to bite into the gaps between the particles of the sprayed particles of the carbide cermet. This is a method for forming a film.

また、本発明は、材と、その基材表面に被覆されたフッ化物溶射皮膜とを備え該基材は、その表面の8〜50%の面積が、WC−Co、WC−Ni−Cr、WC−Co−CrおよびCr−Ni−Crから選ばれる1種以上の炭化物サーメットによる非膜状の溶射粒子点在部で覆われており、該溶射粒子点在部の少なくとも一部は、炭化物サーメット溶射粒子が該基材の表面に突き刺さって疎らに林立してなるものであり、他の一部は、炭化物サーメット溶射粒子が基材表面に付着するか基材中に埋没してなるものであり、そして、 該フッ化物溶射皮膜は、上記溶射粒子点在部を介してかつその上から基材を覆うように形成されているものであることを特徴とするフッ化物溶射皮膜被覆部材を提案する。 Further, the present invention comprises a base material and a fluoride spray coating coated on the substrate surface, the base material, 8-50 percent of the area of the surface, WC-Co, WC-Ni- It is covered with a non-film-form sprayed particle interspersed portion of one or more carbide cermets selected from Cr, WC—Co—Cr and Cr 3 C 2 —Ni—Cr , and at least one of the sprayed particle interspersed portions The part is formed by sparsely depositing carbide cermet spray particles on the surface of the base material , and the other part is adhered to the substrate surface or buried in the base material. are those comprising Te, and the fluoride spray coating, fluoride spraying, characterized in that it is one that is formed to cover the substrate from above the Katsuso through the spray particles interspersed section A coating member is proposed.

なお、本発明においては、
(1)記前処理は、脱脂、脱スケール、基材表面の粗面化処理いずれか1以上であること、
(2)前記粗面化処理は、Al、SiCなどの研削材を吹き付ける粗面化処理によって、表面粗さがRa:0.05〜0.74μm、Rz:0.09〜2.0μmにすること、
(3)前記基材は、Alおよびその合金、Tiおよびその合金、炭素を含む鋼鉄、各種ステンレス鋼、Ni及びその合金、酸化物、窒化物、炭化物、珪化物、炭素焼結体のいずれかであること、
(4)前記炭化物サーメットの溶射粒子点在部は、WC−Co、WC−Ni−Cr、WC−Co−Cr、Cr−Ni−Crなどから選ばれる1種以上の炭化物サーメット粒子を吹き付けて基材表面に疎らに突き刺さった粒子が林立した状態の非膜状化した部分であること、
(5)前記炭化物サーメットの溶射粒子点在部は、基材の表面に炭化物サーメット材料を吹き付け粒子の飛行速度を150〜600m/sec.、好ましくは300〜600m/sec.の吹き付け速度で溶射して、該炭化物サーメット溶射粒子の少なくとも一部の先端部が面積率にして8〜50%の部分が疎らにかつ杭のように突き刺さった状態で付着して形成された層であること、
(6)基材表面に、非膜状の炭化物サーメットの溶射粒子点在部を形成するには、前記研削材粒子による基材表面の粗面化処理後、市販の高速フレーム溶射装置(ガン)を用いて、WC−Co、Cr−Ni−Crなどの炭化物サーメット粒子を、溶射ガンへの供給量100〜200g/min.、溶射ガンが基材表面上を繰り返し移動するとき移動速度を300〜1000mm/sec.に制御した条件で、溶射(移動)回数については5回以下、好ましく3回以下の操作を行なうことによって、面積率にて8〜50%の割合からなる炭化物サーメットの溶射粒子点在部を形成すること、
(7)前記フッ化物溶射皮膜は、周期律表IIa族のMg、周期律表IIIb族のAl、周期律表IIIa族Y、原子番号57〜71のランタノイド系金属であるランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、プロメチウム(Pm)、サマリウム(Sm)、ユウロビウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジズプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)のフッ化物から選ばれる1種以上の、粒径が5μm〜80μmのフッ化物粒子を吹き付けて、20μm〜500μmの膜厚に形成されたものであること、
(8)前記溶射ガンから噴射した成膜用作動ガスが充満する600℃以上1300℃以下の溶射容器内において、フッ化物粒子を噴射するための溶射ノズルの先端と基材表面の間隔を5〜50mmに保持すること、
(9)前記フッ化物溶射皮膜は、膜厚が20〜500μmであること、
(10)前記基材は、フッ化物を溶射するのに先立ち、80〜700℃の温度に加熱すること、
(11)フッ化物の溶射粒子の吹き付け飛行速度は、面積率に応じて600m/sec.以上、より好ましくは650m/sec.以上とし、その飛行速度の上限は1000m/sec.以下、好ましくは800m/sec.以下にすること、
が、より好ましい解決手段となる。
In the present invention,
(1) pre-Symbol pretreatment, degreasing, it de-scale, either one or more roughening of the substrate surface,
(2) The surface roughening treatment is performed by a surface roughening treatment in which an abrasive such as Al 2 O 3 or SiC is blown, so that the surface roughness is Ra: 0.05 to 0.74 μm, and Rz: 0.09 to 2. To 0 μm,
(3) The base material is any of Al and alloys thereof, Ti and alloys thereof, steel containing carbon, various stainless steels, Ni and alloys thereof, oxides, nitrides, carbides, silicides, and carbon sintered bodies. Being
(4) The sprayed particle interspersed portion of the carbide cermet is made of one or more kinds of carbide cermet particles selected from WC—Co, WC—Ni—Cr, WC—Co—Cr, Cr 3 C 2 —Ni—Cr and the like. The non-film-like part of the state where the particles that have been sprayed and stabbed loosely on the surface of the substrate are forested,
(5) The sprayed particle interspersed portion of the carbide cermet is formed by spraying a carbide cermet material onto the surface of the base material, and adjusting the flying speed of the particles to 150 to 600 m / sec. , Preferably 300 to 600 m / sec. A layer formed by spraying at a spraying speed of at least a portion of the carbide cermet sprayed particles with an area ratio of 8 to 50% sparsely and stuck like a pile Being
(6) In order to form a sprayed particle scattered portion of non-film carbide cermet on the surface of the substrate, a commercially available high-speed flame spraying device (gun) after roughening the surface of the substrate with the abrasive particles Is used to supply carbide cermet particles such as WC—Co and Cr 3 C 2 —Ni—Cr to the spray gun in an amount of 100 to 200 g / min. When the spray gun repeatedly moves on the substrate surface, the moving speed is set to 300 to 1000 mm / sec. In a controlled condition, spraying (mobile) than 5 times the number of, preferably by performing the following operation 3 times, the spray particles interspersed portion of the carbide cermet consisting proportion of 8-50% by area ratio Forming,
(7) The fluoride spray coating is composed of Mg in the periodic table group IIa, Al in the periodic table group IIIb, Group IIIa in the periodic table Y, lanthanoid metal (La), atomic number 57 to 71, and cerium. (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), promethium (Pm), samarium (Sm), eurobium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), one or more kinds of fluoride particles selected from fluorides of lutetium (Lu) are sprayed to form a film thickness of 20 μm to 500 μm. Being formed,
(8) The distance between the tip of the thermal spray nozzle for injecting fluoride particles and the substrate surface is set to 5 to 5 in a thermal spray container of 600 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower filled with the working gas for film deposition ejected from the thermal spray gun. Holding at 50 mm,
(9) The fluoride sprayed coating has a thickness of 20 to 500 μm,
(10) The substrate is heated to a temperature of 80 to 700 ° C. prior to spraying fluoride.
(11) The spraying speed of spraying particles of fluoride is 600 m / sec. According to the area ratio. Or more, more preferably 650 m / sec. The upper limit of the flight speed is 1000 m / sec. Hereinafter, preferably 800 m / sec. To:
However, this is a more preferable solution.

前記のような構成を有する本発明によれば、つぎのような効果が期待できる。
(1)成膜用のフッ化物溶射用粒子を加熱するための溶射熱源が、ArやN、Heなどの不活性ガスを用いているため、溶射熱源中を飛行するフッ化物粒子が酸化、変質することなく被着面に達して溶射皮膜となる。即ち、無酸化雰囲気下での溶射のため酸化反応が抑制され、フッ化物本来の性能を損ねるようなことがなく、安定した品質のものが得られる。
(2)フッ化物粒子を加熱するための前記不活性ガスの溶射熱源温度が、一般的なプラズマ溶射法の熱源温度:5000℃〜7000℃、高速フレーム溶射法の熱源温度:1800℃〜2800℃に比較して、はるかに低温の600℃〜1300℃の範囲であるため、フッ化物粒子の熱分解反応を抑えて化学的質量変化とそれに伴う物理化学的性質の劣化を起こさないような溶射皮膜が成膜できる。
(3)さらに、不活性ガス中を飛行するフッ化物粒子の速度を毎秒500m以上に設定しているため、粒子の温度被曝時間が短く(1/1000秒)、前記(1)、(2)の効果を一段と高めると共に、フッ化物粒子に大きな運動エネルギーを付与することで得られる基材表面への衝突エネルギーの増大によって、飛行する溶射粒子の先端が、炭化物サーメット溶射粒子が疎らにかつ杭状に突き刺さって林立した溶射粒子点在部の粒子間間隙中に捕捉された、かつ食い込んだり、突き刺さった炭化物サーメットの先端部に串刺し状態となって、炭化物サーメットの存在と相俟って、溶射皮膜の密着力の向上を得ることができる。
(4)低温度、不活性ガス熱源、高速度飛行粒子など前述した条件を揃えることにより、現在のプラズマ溶射法などでは成膜できなかった高温下で高蒸気圧性のフッ化物粒子(例えば、AlF)などの成膜が容易となる。
(5)前記溶射法の条件に加え、溶射皮膜を被成するための基材表面をブラスト処理による粗面化処理に加え、80℃〜700℃に予熱する前処理を行ない。その後、炭化物サーメットの溶射粒子点在部の存在と基材表面に衝突するフッ化物粒子の植毛構造からなる付着・堆積効果との向上が図れる。
(6)とくに、粗面化した前記基材表面に対し、高速フレーム溶射法によって、WC−Ni−Cr、Cr−Ni−Crなどの硬質の炭化物サーメット粒子を吹き付け突き刺して楔(くさび)止め状態を導いて炭化物サーメット粒子の疎らにかつ突き刺した状態のあの溶射粒子点在部を介在させた場合、一段と高度なフッ化物溶射材料粒子の付着堆積率の向上と密着力の向上とが図れる。
(7)フッ化物は、表面エネルギーが小さいため、皮膜を構成するフッ化物粒子の相互結合力や基材との密着性が低く、しばしば剥離する欠点がある。この点、本発明によれば、フッ化物と炭化物サーメット(主成分は炭素)とは、互いの化学的親和力が強くかつよく濡れ合う特性があるため、前記炭化物サーメットの溶射粒子点在部によるフッ化物粒子の物理的付着機構に加え、化学的親和力との相乗作用を利用した皮膜密着力の向上をはかることができる。
According to the present invention having the above-described configuration, the following effects can be expected.
(1) Since the spray heat source for heating the fluoride spray particles for film formation uses an inert gas such as Ar, N 2 , and He, the fluoride particles flying in the spray heat source are oxidized, It reaches the adherend surface without alteration and becomes a sprayed coating. That is, the oxidation reaction is suppressed due to the thermal spraying in a non-oxidizing atmosphere, and the stable performance is obtained without impairing the original performance of the fluoride.
(2) The thermal spray heat source temperature of the inert gas for heating the fluoride particles is as follows: heat source temperature of general plasma spraying method: 5000 ° C. to 7000 ° C., heat source temperature of high-speed flame spraying method: 1800 ° C. to 2800 ° C. Compared to the above, since it is in a much lower temperature range of 600 ° C. to 1300 ° C., a thermal spray coating that suppresses the thermal decomposition reaction of fluoride particles and does not cause chemical mass change and accompanying physicochemical property deterioration. Can be formed.
(3) Furthermore, since the speed of the fluoride particles flying in the inert gas is set to 500 m or more per second, the temperature exposure time of the particles is short (1/1000 seconds), and the above (1), (2) In addition to further improving the effect of the above, by increasing the collision energy to the substrate surface obtained by applying large kinetic energy to the fluoride particles, the tip of the flying spray particles becomes sparse and piled with carbide cermet spray particles The thermal spray coating is coupled with the presence of the carbide cermet, trapped in the inter-particle gaps of the sprayed particles scattered by the pierced and pierced and skewed into the tip of the carbide cermet. It is possible to obtain an improvement in the adhesion strength.
(4) By aligning the above-mentioned conditions such as low temperature, inert gas heat source, high speed flying particles, etc., high vapor pressure fluoride particles (for example, AlF) at high temperatures that could not be formed by the current plasma spraying method etc. 3 ) and the like can be easily formed.
(5) In addition to the conditions for the thermal spraying method, the surface of the substrate for depositing the thermal spray coating is subjected to a roughening treatment by blasting, and a pretreatment for preheating to 80 ° C. to 700 ° C. is performed. Thereafter, it is possible to improve the presence of the sprayed particle interspersed portion of the carbide cermet and the adhesion / deposition effect composed of the flocked structure of fluoride particles colliding with the substrate surface.
(6) In particular, a hard carbide cermet particle such as WC—Ni—Cr, Cr 3 C 2 —Ni—Cr or the like is sprayed and pierced on the roughened surface of the base material by a high-speed flame spraying method. ) When the sprayed particle sparsely pierced state of the carbide cermet particles is introduced by introducing the stopped state, the adhesion deposition rate and the adhesion strength of fluoride sprayed material particles are further improved. I can plan.
(7) Since fluoride has a small surface energy, the mutual bonding force of fluoride particles constituting the film and the adhesiveness to the substrate are low, and there is a defect that the fluoride often peels off. In this respect, according to the present invention, fluoride and carbide cermet (carbon is the main component) has a strong chemical affinity with each other and wets well. In addition to the physical adhesion mechanism of the chemical particles, it is possible to improve the adhesion of the film using a synergistic action with chemical affinity.

本発明方法を実施するための工程の流れを示した図である。It is the figure which showed the flow of the process for implementing this invention method. 高速フレーム溶射法によって、WC−12mass%Coサーメット粒子を斑らな状態に吹き付けた基材の表面と、断面のSEM像を示したものである。 (a)は、前記サーメット粒子を吹き付けた表面 (b)は、同上の拡大写真 (c)は、サーメット粒子を吹き付けた基材の断面The surface of the base material which sprayed WC-12mass% Co cermet particle | grains in the speckled state by the high-speed flame spraying method, and the SEM image of a cross section are shown. (A) is a surface sprayed with the cermet particles (b) is an enlarged photograph of the same as the above (c) is a cross section of a substrate on which cermet particles are sprayed 本発明方法で利用する低温溶射皮膜形成用装置の略線図である。It is a basic diagram of the apparatus for low-temperature sprayed coating formation utilized with the method of this invention. 本発明方法で利用するの他の低温溶射皮膜形成用装置の略線図である。It is a basic diagram of the other apparatus for low-temperature sprayed coating formation utilized with the method of this invention. 本発明の方法で形成されたYF溶射皮膜の写真である。 (a)皮膜表面の写真 (b)皮膜断面の写真It is a photograph of YF 3 sprayed coating formed by the method of the present invention. (A) Photograph of film surface (b) Photograph of film cross section

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明方法を実施するための工程の流れを示したものである。以下、この工程順に従って本発明を説明する。
(1)基材
本発明で使用することができる基材は、Alおよびその合金、Tiおよびその合金、ステンレス鋼を含む各種の合金鋼、炭素鋼、Niおよびその合金などである。その他、酸化物や窒化物、炭化物、珪化物などのセラミック焼結体、焼結炭素材料であってもよい。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows the flow of steps for carrying out the method of the present invention. Hereinafter, the present invention will be described in the order of the steps.
(1) Base Material The base material that can be used in the present invention includes Al and its alloys, Ti and its alloys, various alloy steels including stainless steel, carbon steel, Ni and their alloys, and the like. In addition, ceramic sintered bodies such as oxides, nitrides, carbides, silicides, and sintered carbon materials may be used.

(2)前処理
この前処理は基材表面を、JIS H9302に規定されているセラミック溶射作業標準に準拠して実施することが好ましい。例えば、基材表面の錆や油脂類などを除去する脱脂、脱スケール処理をするだけでなく、さらにAl、SiCなどの研削粒子を吹き付けて粗面化して、フッ化物粒子が付着しやすい状態にする。粗面化後の粗さは、Ra:0.05〜0.74μm、Rz:0.09〜2.0μm程度にすることが好適である。これに加えて、基材を予め80〜700℃に予熱することも有効である。
(2) Pretreatment The pretreatment is preferably performed on the surface of the base material in accordance with a ceramic spraying work standard defined in JIS H9302. For example, not only degreasing and descaling to remove rust and oils on the surface of the substrate, but also roughening by spraying grinding particles such as Al 2 O 3 , SiC, etc. Make it easy. The roughness after roughening is preferably about Ra: 0.05 to 0.74 μm and Rz: about 0.09 to 2.0 μm. In addition to this, it is also effective to preheat the substrate to 80 to 700 ° C. in advance.

(3)炭化物サーメット粒子の溶射粒子点在部の形成
ブラスト処理によって粗面化した基材表面に、高速フレーム溶射法または後述する本発明に特有の不活性ガス溶射法と同一の方法によって、粒径5〜80μmの炭化物サーメット粒子を高速で吹き付け、吹き付けた硬質の炭化物サーメット溶射粒子の少なくとも一部の粒子の先端部を、独立した状態で該基材表面に突き刺して杭が林立しているような状態となるようにする。しかも、このような方法によって、前記基材表面に対して炭化物サーメット粒子が疎ら模様となって付着した溶射粒子点在部が形成される。この場合において、炭化物サーメット粒子の粒径が5μmより小さいと、溶射ガンへの供給量が不均等となって均等な吹き付けができない他、突き刺さり量が少なくなって有効な溶射粒子点在部が形成できなくなる。一方、80μm超の粒径では、突き刺し効果が弱まる。
(3) Formation of sprayed particle interspersed portion of carbide cermet particles The surface of the base material roughened by blasting is processed by the same method as the high-speed flame spraying method or the inert gas spraying method specific to the present invention described later. The carbide cermet particles having a diameter of 5 to 80 μm are sprayed at a high speed, and the tip of at least a part of the sprayed hard carbide cermet spray particles is pierced into the surface of the base material in an independent state so that the pile stands. To be in a proper state. In addition, by such a method, sprayed particle interspersed portions in which carbide cermet particles adhere to the base material surface in a sparse pattern are formed. In this case, if the particle size of the carbide cermet particles is smaller than 5 μm, the amount supplied to the spray gun is uneven and uniform spraying is not possible, and the amount of piercing is reduced and effective sprayed particle interspersed portions are formed. become unable. On the other hand, when the particle diameter exceeds 80 μm, the piercing effect is weakened.

なお、この溶射粒子点在部は、炭化物サーメット材料(粒径5〜80μm)を、150〜600m/sec.、好ましくは300〜600m/sec.の飛行速度の溶射ガンを用いて、溶射回数を5回以下、このましくは3回以下に設定して面積率で8〜50%の部分の基材表面に、溶射粒子が疎らにかつ杭のように突き刺さった状態で付着させた部分である。   This sprayed particle interspersed portion is obtained by applying a carbide cermet material (particle size of 5 to 80 μm) to 150 to 600 m / sec. , Preferably 300 to 600 m / sec. Using a spray gun with a flying speed of 5 mm, the number of spraying is set to 5 times or less, preferably 3 times or less, and the sprayed particles are sparse and piled on the surface of the base material in the area ratio of 8 to 50%. It is the part made to adhere in the state stabbed like.

この処理工程における疎らに分散した炭化物サーメットの溶射粒子点在部とは、完全に膜状化したものではなく、次のような構造を形造っている。即ち、WC−12mass%Coの炭化物サーメット材料の粒子を、SUS310鋼基材の表面に吹き付けた際の外観状態を示す図2(a)、(b)に明らかように、吹き付けたWC−Coサーメット粒子の一部が、基材の表面の8〜50%の部分にそれぞれ杭のように突き刺さって減り込むように付着している状態である。なお、他のWC−Coサーメット粒子はまた、基材表面への衝突エネルギーによって一部が粉砕された状態で分散して付着したものであり、さらに他の一部は基材中に完全に埋没したようになって、溶射皮膜表面層に炭化物サーメットによる強化層を形成した状態になっている。   The sparsely dispersed carbide cermet sprayed particle interspersed portion in this processing step is not completely film-formed, but has the following structure. That is, the WC-Co cermet sprayed as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b) showing the appearance when the particles of the carbide cermet material of WC-12mass% Co are sprayed on the surface of the SUS310 steel substrate. Part of the particles is in a state of sticking to a portion of 8 to 50% of the surface of the base material so as to pierce and reduce like a pile. The other WC-Co cermet particles are also dispersed and adhered in a state of being pulverized by the collision energy to the substrate surface, and the other part is completely buried in the substrate. As a result, a reinforcing layer made of carbide cermet is formed on the surface layer of the sprayed coating.

また、図2(c)は、基材表層部に存在する吹き付けられたWC−Coサーメット粒子の分布状態を断面状態で観察したものである。この写真から明らかなように、WC−Coサーメット粒子は、基材表面に打ち込まれて小さな杭が疎らに林立した状態で存在していると共に、他の一部は単に付着するか、埋没した状態となっている。本発明では、このような状態の基材表面、即ち、このような状態で付着している炭化物サーメット粒子による溶射粒子点在部(これは、完全な膜状になったものではない)上にフッ化物粒子を溶射すると、杭状に林立した硬質WC−Coサーメット粒子フッ化物溶射粒子との相互の絡み合いの作用(植毛構造)や串刺し現象を利用して密着性の高いフッ化物溶射皮膜を形成しようとするものである。   Moreover, FIG.2 (c) observes the distribution state of the sprayed WC-Co cermet particle | grains which exist in a base-material surface layer part in a cross-sectional state. As is clear from this photograph, the WC-Co cermet particles exist in a state where small piles are sparsely forested by being driven into the surface of the base material, and the other part is simply attached or buried. It has become. In the present invention, on the surface of the substrate in such a state, that is, on the sprayed particle interspersed portion with the carbide cermet particles adhering in such a state (this is not a complete film shape). When fluoride particles are sprayed, a highly sprayed fluoride coating is formed by utilizing the mutual entanglement effect (planted structure) and skewering phenomenon of hard WC-Co cermet particles fluorinated spray particles grown in piles. It is something to try.

なお、前記溶射粒子点在部について、本発明では、図2(a)または図2(b)のSEM写真を用いて画像解析装置によって、白色部を炭化物サーメット溶射粒子、黒色部を基材の露出面として、炭化物サーメット粒子の面積率(面積占有率)を求めた。その結果は、面積率は、8〜50%の範囲内とすることが好適であることを確認した。8%以下では、炭化物サーメット粒子のよる粗面化の効果が低く、また、80%以上では、炭化物サーメットのアンダーコート層と同様な作用機構となり、フッ化物粒子の突き刺し効果が小さくなるからである。本発明では、炭化物サーメット溶射粒子の面積率が8〜50%の範囲で吹き付けられた基材表面の状態を「溶射粒子点在部」と呼ぶことにした。   In addition, about the said sprayed particle interspersed part, in this invention, a white part is a carbide | carbonized_material cermet sprayed particle, and a black part is a base material with an image analysis apparatus using the SEM photograph of FIG. 2 (a) or FIG. As an exposed surface, the area ratio (area occupancy) of the carbide cermet particles was determined. As a result, it was confirmed that the area ratio is preferably in the range of 8 to 50%. If it is 8% or less, the effect of roughening by the carbide cermet particles is low, and if it is 80% or more, the same mechanism of action as the undercoat layer of the carbide cermet is obtained, and the piercing effect of fluoride particles is reduced. . In the present invention, the state of the substrate surface sprayed in the range of 8 to 50% of the area ratio of the carbide cermet spray particles is referred to as “sprayed particle interspersed portion”.

前記炭化物サーメット材料としては、例示した前記WC−Coに加え、WC−Ni−Cr、WC−Co−Cr、Cr−Ni−Crなども用いることができる。なお、この炭化物サーメットに占める金属成分の割合は、5〜40mass%の範囲がよく、特に10〜30mass%が好適である。金属成分が5mass%より少ないと、硬質の炭化物は小さな粉体となって飛散し、一方、金属成分が40mass%以上と多くなると、硬度および耐食性が低下し、楔止めの効果が低下したり、フッ化物溶射皮膜の貫通気孔か侵入する腐食性ガスによって、基材が腐食されるおそれがある。 As the carbide cermet material, WC—Ni—Cr, WC—Co—Cr, Cr 3 C 2 —Ni—Cr, or the like can be used in addition to the exemplified WC—Co. The ratio of the metal component in the carbide cermet is preferably in the range of 5 to 40 mass%, particularly preferably 10 to 30 mass%. When the metal component is less than 5 mass%, the hard carbide is scattered as a small powder, while when the metal component is more than 40 mass%, the hardness and corrosion resistance are lowered, and the effect of wedge fastening is reduced. The substrate may be corroded by the corrosive gas entering through the pores of the fluoride spray coating.

(4)基材の予熱
前記基材及び炭化物サーメット粒子の吹き付け処理に伴う疎らに付着した炭化物サーメット粒子による溶射粒子点在部を形成した後の基材は、フッ化物溶射に先駆けて予熱を行う。予熱の温度は、基材質によって管理することが好ましく、下記の温度が推奨される。
(i)Al、Ti及びそれらの合金:80℃〜250℃
(ii)鋼鉄(低合金鋼):80℃〜250℃
(iii)ステンレス鋼:80℃〜250℃
(iv)酸化物・炭化物などのセラミック焼結体:120℃〜500℃
(v)焼結炭素:200℃〜700℃
(4) Preheating of base material Prior to fluoride spraying, the base material after forming the sprayed particle interspersed portion with loosely attached carbide cermet particles accompanying the spraying treatment of the base material and carbide cermet particles is preheated. . The preheating temperature is preferably controlled according to the base material, and the following temperatures are recommended.
(I) Al, Ti and alloys thereof: 80 ° C to 250 ° C
(Ii) Steel (low alloy steel): 80 ° C to 250 ° C
(Iii) Stainless steel: 80 ° C to 250 ° C
(Iv) Ceramic sintered bodies such as oxides and carbides: 120 ° C to 500 ° C
(V) Sintered carbon: 200 ° C to 700 ° C

また、この予熱は、大気中、真空中、不活性ガス中のいずれであってもよいが、基材質が予熱によって酸化され、表面に酸化膜が生成するような雰囲気は避ける必要がある。
本発明方法において、基材を予熱する最も大きな理由の一つは、不活性ガスをノズルから高速で噴射するとき、ガスの断面膨張現象によって、例えば600℃程度のガス温度が50℃前後にまで低下し、これによって基材が冷却されるおそれがあるからである。もし、基材の表面温度がこのような低い温度になると、ノズルから噴射されたフッ化物溶射粒子(フッ化物の融点は、YFの場合(1152℃)、ErFの場合(1350℃)は、ガス中で溶融することなく、そのまま基材表面に衝突した場合、その大部分が飛散して成膜する確率が非常に低くなるうえ、もし成膜できたとしてもフッ化物粒子の相互結合力が弱く、かつ気孔率の大きい皮膜となるなどの品質の低下を招くからである。
The preheating may be performed in the air, in a vacuum, or in an inert gas, but it is necessary to avoid an atmosphere in which the base material is oxidized by preheating and an oxide film is formed on the surface.
In the method of the present invention, one of the biggest reasons for preheating the substrate is that when an inert gas is injected from the nozzle at a high speed, the gas temperature of, for example, about 600 ° C. reaches about 50 ° C. due to the cross-sectional expansion phenomenon of the gas. This is because there is a risk that the temperature of the base material is lowered and the base material is thereby cooled. If the surface temperature of the substrate becomes such a low temperature, the fluoride spray particles ejected from the nozzle (the melting point of the fluoride is YF 3 (1152 ° C.), the case of ErF 3 (1350 ° C.)) If the material collides with the surface of the substrate without melting in the gas, most of the material will scatter and the probability of film formation will be very low. This is because it causes a deterioration in quality such as a film having a low porosity and a high porosity.

本発明は、基材表面の粗面化、該基材表面への炭化物サーメット粒子の疎らに付着した溶射粒子点在部の形成、さらに基材の予熱および後述の不活性ガスによるフッ化物粒子の熱間高速度吹き付けによる大きな運動エネルギーによって、フッ化物粒子の付着力の向上を図るものである。   The present invention provides roughening of the surface of the base material, formation of sprayed particles scattered on the surface of the sparsely coated carbide cermet particles, preheating of the base material and fluoride particles by an inert gas described later. The adhesion force of fluoride particles is improved by a large kinetic energy by hot high-speed spraying.

(5)フッ化物溶射皮膜(トップコート)の形成
a.フッ化物溶射材料
本発明において用いられるフッ化物溶射材料としては、元素の周期律表IIa族のMg、周期律表IIIb族のAl、周期律表IIIa族のY、原子番号57〜71に属するランタノイド系金属のフッ化物である。原子番号57〜71の金属元素名は、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、プロメチウム(Pm)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジズプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)の17種の使用が可能である。
(5) Formation of fluoride spray coating (top coat) a. Fluoride spray material The fluoride spray material used in the present invention includes elemental periodic group IIa group Mg, periodic table group IIIb group Al, periodic table group IIIa group Y, and lanthanoids belonging to atomic numbers 57-71. It is a fluoride of a metallic metal. The metal element names of atomic numbers 57 to 71 are lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), promethium (Pm), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd). , Terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), and lutetium (Lu) can be used.

そして、溶射材料としては、前記金属のフッ化物粒子を5〜80μmの粒径に調整したものを使用する。それは、溶射材料が5μm以下の細粒では、基材表面に衝突した際、成膜するより飛散するものが多くなる欠点があり、また80μmより大きい粒子では、溶射ガンへの送給速度を均一化しにくくなる一方、成膜された皮膜の気孔が大きくなる傾向が顕著となるからである。   And as a thermal spray material, what adjusted the particle size of the said metal fluoride particle to 5-80 micrometers is used. That is, if the sprayed material is fine particles of 5 μm or less, there is a disadvantage that more particles are scattered when colliding with the surface of the substrate, and if the particles are larger than 80 μm, the feed rate to the spray gun is uniform. This is because, on the other hand, the tendency of the pores of the formed film to become large becomes remarkable.

前記粗面化後のもしくは炭化物サーメットの溶射粒子点在部、さらに予熱後の基材表面の上に形成されるフッ化物粒子による溶射皮膜は、20〜500μmの厚さにすることがよく、特に50〜200μmの範囲が好適である。それは、20μmより薄い膜では、均等な膜厚が得られず、また、500μmより厚くすると、フッ化物皮膜の形成時における残留応力が大きくなって、基材から剥離しやすくなるからである。   The sprayed coating with fluoride particles formed on the surface of the substrate after the roughening or carbide cermet sprayed particles and further on the substrate surface after preheating should have a thickness of 20 to 500 μm. A range of 50 to 200 μm is preferred. This is because a film thinner than 20 μm cannot obtain a uniform film thickness, and if it is thicker than 500 μm, the residual stress at the time of forming a fluoride film increases and the film is easily peeled off.

(b)溶射装置及び成膜方法
本発明の実施に当たって用いる装置としては、発明者らが先に提案した特許番号第4628578号に記載の低温溶射皮膜被覆部材及びその製造方法において使用した装置を用いることができる。図3および図4は、そうした装置の中の本発明に係るフッ化物溶射皮膜を基材表面に形成するのに有効な装置の好適例を示すものである。図示のlは圧縮ガスボンベから供給される作動ガス源、2は溶射材料の供給器、3はガス加圧用熱交換器、4は溶射容器、5は噴射ガン、6はノズル、7は被処理体、8は消音器、9は作動ガス用主ガス管、10は溶射材料粉末搬送用の副ガス管、11は作動ガスの整流板、12、13はそれぞれのガス管に設けられた流量調整バルブである。
(B) Thermal spraying apparatus and film forming method As an apparatus used in carrying out the present invention, the low temperature thermal spray coating member described in the patent number 4628578 previously proposed by the inventors and the apparatus used in the manufacturing method thereof are used. be able to. FIG. 3 and FIG. 4 show a preferred example of an apparatus effective in forming the fluoride sprayed coating according to the present invention on the surface of the substrate in such an apparatus. In the figure, l is a working gas source supplied from a compressed gas cylinder, 2 is a spraying material supplier, 3 is a gas pressure heat exchanger, 4 is a spraying container, 5 is a spray gun, 6 is a nozzle, and 7 is a workpiece. , 8 is a silencer, 9 is a main gas pipe for working gas, 10 is a sub-gas pipe for conveying the sprayed material powder, 11 is a rectifying plate for working gas, and 12 and 13 are flow control valves provided in the respective gas pipes. It is.

例示したこれらの装置は、作動ガス源1から供給された高圧の不活性ガスを2つに分け、その一方のガスを作動ガスとして熱交換器3に送って600〜1300℃に加熱し、超音速流の噴射ガスとしてノズル6から被処理体7に向けて噴射させる。この場合、断熱膨張に伴う極端な低温化を防ぐように温度制御する。好ましくは700℃、より好ましくは800℃以上であり、一方、上限の温度は1000℃とすることが好ましい。一方、好ましい上限の温度は1000℃程度である。   These illustrated apparatuses divide the high-pressure inert gas supplied from the working gas source 1 into two, send one of the gases as the working gas to the heat exchanger 3 and heat it to 600 to 1300 ° C. The jet gas is jetted from the nozzle 6 toward the workpiece 7 as a sonic flow jet gas. In this case, temperature control is performed so as to prevent an extremely low temperature accompanying adiabatic expansion. Preferably it is 700 degreeC, More preferably, it is 800 degreeC or more, On the other hand, it is preferable that the upper limit temperature shall be 1000 degreeC. On the other hand, the preferable upper limit temperature is about 1000 ° C.

なお、この作動ガスの温度が600℃未満では、噴射ガン出口における断熱膨張現象によって50℃前後の低温となって、フッ化物粒子の昇温効果が期待できない。一方、この温度が1300℃を超えると、不活性ガスの加熱に要するエネルギーが大きくなるうえ、付属機器の耐熱対策費用が大きくなる。   When the temperature of the working gas is less than 600 ° C., the temperature is lowered to around 50 ° C. due to the adiabatic expansion phenomenon at the outlet of the injection gun, and the temperature rise effect of the fluoride particles cannot be expected. On the other hand, when the temperature exceeds 1300 ° C., the energy required for heating the inert gas increases, and the cost for heat-resistant measures for the attached equipment increases.

なお、分岐させた他方のガスは、溶射粉末材料の搬送用ガスとして使用するが、噴射ガン5において前記の作動ガスと合流させ、(図3の場合)ノズル6中で超音速ガス流にして溶射材料粒子を高速度で被処理体に向けて飛行衝突させ、一部が被着面に喰い込むように吹き付けて次第に肥厚化させて、所定の厚みの溶射皮膜を形成する。また、図4に示すように、溶射材料粒子を噴射ガン5の出口(ノズル6の取付部近傍)の減圧部から投入してもよい。いずれの場合もノズル6と被処理体との距離は、5〜50mm、好ましくは10〜30mmがよく、5mmより小さい間隔では、ガス流の障害となり、50mmより大きい間隔ではフッ化物粒子の付着率が著しく低下する。   The other branched gas is used as a gas for conveying the spray powder material, but is merged with the working gas in the spray gun 5 to form a supersonic gas flow in the nozzle 6 (in the case of FIG. 3). The sprayed material particles are caused to fly and collide toward the object to be processed at a high speed, and sprayed so that a part of the sprayed material bites into the adherend surface and gradually thickened to form a sprayed coating having a predetermined thickness. Further, as shown in FIG. 4, the spray material particles may be supplied from a pressure reducing portion at the outlet of the spray gun 5 (near the attachment portion of the nozzle 6). In any case, the distance between the nozzle 6 and the object to be processed is 5 to 50 mm, preferably 10 to 30 mm. If the distance is smaller than 5 mm, the gas flow is obstructed, and if the distance is larger than 50 mm, the adhesion rate of fluoride particles. Is significantly reduced.

前記溶射ガン5のノズル6から不活性ガスを成膜用の作動用ガスとしてフッ化物溶射材料粒子を、500m/sec.以上の飛行速度で被処理体7に吹き付ける。このときの飛行速度は500m/sec.以上とする理由は、500m/sec.未満では基材表面に対するフッ化物粒子の付着率が極端に低下するからである。なお、好ましい下限の速度は600m/sec.以上、より好ましくは650m/sec.以上である。上限については800m/sec.以下が、より好ましくは750m/sec.程度の速度にすることが好ましい。   Fluoride spray material particles are applied at 500 m / sec. From the nozzle 6 of the spray gun 5 using an inert gas as a working gas for film formation. The object 7 is sprayed at the above flight speed. The flight speed at this time is 500 m / sec. The reason for the above is 500 m / sec. It is because the adhesion rate of the fluoride particle with respect to the base material surface will fall extremely if less than. The preferred lower limit speed is 600 m / sec. Or more, more preferably 650 m / sec. That's it. The upper limit is 800 m / sec. The following is more preferably 750 m / sec. It is preferable to set the speed to a certain level.

なお、超音速のガス発生部(ノズル6)や被処理体7は、鋼製の溶射容器4によって保護され、また、超音速ガスによって発生する衝撃波音は、消音器8の作用と相俟って外部には洩れないような構造にしてある。   The supersonic gas generating part (nozzle 6) and the object 7 are protected by the steel spraying container 4, and the shock wave sound generated by the supersonic gas is combined with the action of the silencer 8. The structure is such that it does not leak to the outside.

本発明において特徴的なことは、使用する高圧の作動ガスとして、不活性ガス、例えば、ArやNあるいはHe単体のガスまたはこれらの混合ガスを使用することにある。また、これらのガスの圧力は0.5〜1.0MPa未満の範囲内に制御することが好適である。本発明において、該作動ガスとして、例示のような不活性ガスに着目した理由は、たとえ1300℃の高温に加熱しても、溶射装置を構成する各種の金属製部材を酸化消耗させない他、フッ化物粒子を加熱する際にも粒子の酸化反応による物理化学的変化を最小限にとどめ得るからである。そして、その圧力を0.5〜1.0MPa未満にする理由は、熱源用不活性ガスの運動エネルギーを利用するのに適しているからである。1MPa以上の圧力ガスの使用は、成膜上の問題はないが、高圧ガス取扱上の法的な対策を必要とし、作業の安定上からも好ましいものでないからである。 The characteristic feature of the present invention is that an inert gas such as Ar, N 2 or He alone or a mixed gas thereof is used as the high-pressure working gas to be used. Moreover, it is suitable to control the pressure of these gases within the range of 0.5 to less than 1.0 MPa. In the present invention, the reason why attention is given to the inert gas as an example as the working gas is that, even if heated to a high temperature of 1300 ° C., various metal members constituting the thermal spraying apparatus are not oxidized and consumed. This is because the physicochemical change due to the oxidation reaction of the particles can be minimized even when the chemical particles are heated. And the reason which makes the pressure less than 0.5-1.0 MPa is because it is suitable for utilizing the kinetic energy of the inert gas for heat sources. The use of a pressure gas of 1 MPa or higher is not a problem in film formation, but requires legal measures in handling high-pressure gas, and is not preferable from the viewpoint of stability of work.

以上は、発明者等が先に提案した特許番号第4628578号に記載の低温溶射法において使用した装置を例にとって、フッ化物溶射皮膜の形成方法を説明したが、さらに他の作業性や経済性に優れた類似の低温溶射装置(コールドスプレー)を用いてもよい。従って、本発明については、フッ化物溶射皮膜の被覆形成条件、具体的には作動ガスの種類、温度、流速などが得られる装置であれば、いずれでも使用することができるので、溶射装置については上記の例に限定されるものではない。   In the above description, the method used to form the fluoride spray coating has been described using the example of the apparatus used in the low temperature spraying method described in the patent number 4628578 previously proposed by the inventors. A similar low temperature spraying device (cold spray) may be used. Accordingly, for the present invention, any apparatus capable of obtaining the coating formation conditions of the fluoride spray coating, specifically, the type, temperature, flow rate, etc. of the working gas can be used. It is not limited to the above example.

次に、図5は、本発明に係る上述した方法によって基材表面に形成されたYF溶射皮膜の断面と表面のSEM像を示したものである。比較的緻密な溶射皮膜の性状と良好な状態で基材表面に付着形成されていることがわかる。 Next, FIG. 5 shows an SEM image of the cross section and the surface of the YF 3 sprayed coating formed on the substrate surface by the above-described method according to the present invention. It can be seen that the coating is formed on the surface of the substrate with a relatively dense thermal spray coating and in good condition.

(c)フッ化物溶射皮膜の特徴
まず、フッ化物自体の物理化学的性質としては、次の点を指摘することができる。即ち、フッ化物の膜は、金属皮膜やセラミック皮膜と比較して、ハロゲン系ガスに対する化学的安定性を有するものの、表面エネルギーが小さいため、皮膜を構成するフッ化物粒子の相互結合力及び基材の密着強さが弱い点が挙げられる。また、成膜時に大きな残留応力を発生しやすいため、基材が成膜後の僅かな変形によって、容易に皮膜の剥離が起こることが多い。加えて、フッ化物は延性に乏しい性質を示すために皮膜が容易に“ひび割れ”し、前記成膜時に発生する気孔部とともに、酸やアルカリ洗浄液などの内部浸入によって、基材の腐食原因となるなど、フッ化物そのものの耐食性は良好であっても、その性質を防食膜としては利用できないという問題点もある。
(C) Features of Fluoride Sprayed Coating First, the following points can be pointed out as the physicochemical properties of the fluoride itself. That is, although the fluoride film has chemical stability against halogen-based gas as compared with a metal film or ceramic film, the surface energy is small, so the mutual bonding force of the fluoride particles constituting the film and the substrate The adhesion strength is weak. Further, since a large residual stress is likely to be generated during film formation, peeling of the film often occurs easily due to slight deformation of the base material after film formation. In addition, since fluoride exhibits poor ductility, the film easily “cracks” and causes corrosion of the base material due to internal penetration of acid or alkaline cleaning liquid together with pores generated during film formation. Even if the corrosion resistance of the fluoride itself is good, there is also a problem that the property cannot be used as a corrosion protection film.

この点、本発明によれば、溶射皮膜自体の強度が粒子どうしの相互結合力、とくに、フッ化物溶射粒子の植毛構造に由来する結合力が向上し、特に、基材表面に炭化物サーメット粒子による溶射粒子点在部を設けた場合には、皮膜の密着性も向上して、フッ化物が抱えている上述した問題点を解消することができる。即ち、皮膜の剥離やひび割れの防止、それに伴う洗浄液の侵入を阻止して基材の腐食を防ぐという効果が発生するのである。   In this regard, according to the present invention, the strength of the thermal spray coating itself improves the mutual bonding force between the particles, in particular, the binding force derived from the flocked structure of the fluoride spray particles, and in particular due to the carbide cermet particles on the substrate surface. In the case where the sprayed particle interspersed portion is provided, the adhesion of the coating is also improved, and the above-mentioned problems that the fluoride has can be solved. That is, the effect of preventing the peeling of the film and cracking and preventing the corrosion of the base material by preventing the intrusion of the cleaning liquid associated therewith occurs.

なお、本発明に適合して形成されたフッ化物溶射皮膜は、成膜状態のままでも使用できるが、必要に応じて成膜後250℃〜500℃の熱処理を行って、残留応力を開放したり、アモルファス状のものを結晶化(斜方晶系)することも容易であるので、本発明では、これらの処理の実施について、特に制限するものではない。この熱処理の温度を上記の範囲に限定する理由は、250℃以下では皮膜の残留応力の解放に長時間を要するだけでなく結晶化も不十分で、500℃以上の高温ではフッ化物溶射皮膜の物理化学的性質の変化を助長させる可能性があるからである。   The fluoride spray coating formed in conformity with the present invention can be used as it is, but if necessary, heat treatment at 250 ° C. to 500 ° C. is performed after film formation to release the residual stress. In addition, since it is easy to crystallize an amorphous material (orthorhombic system), the present invention does not particularly limit the implementation of these treatments. The reason for limiting the temperature of this heat treatment to the above-mentioned range is that if it is 250 ° C. or lower, it takes a long time to release the residual stress of the coating, and crystallization is insufficient, and if it is 500 ° C. or higher, the fluoride sprayed coating This is because it may promote changes in physicochemical properties.

(実施例1)
この実施例では、フッ化物としてYFとAlFを用い、成膜用作動ガスの温度とフッ化物溶射皮膜の形成の可否について調査した。
(1)基材:基材として、SUS304鋼(寸法:30mm×30mm×厚さ5mm)を用い、その表面をブラスト粗面化処理後、180℃に予熱したものを供試した。
(2)溶射雰囲気:成膜用作動ガスとして、Ar、NおよびHeからなる不活性ガスを用い、それぞれのガス温度を500℃未満から最高1300℃に加熱し、この中を飛行するフッ化物粒子の飛行速度を600〜660m/sec.に維持しながら基材表面に形成されるフッ化物皮膜の有無と良否について調べた。
(3)成膜用フッ化物材料:フッ化物として粒径10〜35μmのYFとAlFを用いた。また比較例の溶射法として、Arと水素ガスをプラズマ作動ガスとする現行の大気プラズマ溶射法と減圧プラズマ溶射法(粒子飛行速度:350〜500m/sec.)を用い、それぞれのプラズマジェットを熱源として、YFとAlFを成膜した。
Example 1
In this example, YF 3 and AlF 3 were used as fluorides, and the temperature of the working gas for film formation and the feasibility of forming a fluoride spray coating were investigated.
(1) Substrate: SUS304 steel (dimensions: 30 mm × 30 mm × thickness 5 mm) was used as the substrate, and the surface was preheated to 180 ° C. after blast roughening treatment was used.
(2) Spraying atmosphere: An inert gas composed of Ar, N 2 and He is used as a working gas for film formation, and each gas temperature is heated from less than 500 ° C. to a maximum of 1300 ° C. The flying speed of the particles is 600 to 660 m / sec. The presence or absence and quality of the fluoride film formed on the surface of the base material was investigated while maintaining the temperature.
(3) Fluoride material for film formation: YF 3 and AlF 3 having a particle size of 10 to 35 μm were used as fluorides. Further, as the thermal spraying method of the comparative example, the current atmospheric plasma spraying method using Ar and hydrogen gas as plasma working gas and the low-pressure plasma spraying method (particle flight speed: 350 to 500 m / sec.) Are used, and each plasma jet is used as a heat source. As a film, YF 3 and AlF 3 were formed.

(4)試験結果
試験結果を表1に示した。この表に示す結果から明らかなように、本発明に係る溶射法では、成膜用作動ガス(Ar、N、He)が500℃未満ではフッ化物皮膜の形成が見られず(フッ化物粒子の付着が認められる場合でも、多孔質で実用できない状態)、また、600℃以上のガス温度によって、外観上、良好な皮膜の形成が確認できた。
これに対して、現行の大気プラズマ溶射法、減圧プラズマ溶射法による方法では、YFの成膜は見られるが、AlFの皮膜は欠陥(多孔質、均一性に劣る)が多く、実用的な皮膜性状は得られなかった。この原因は、AlFは蒸気圧が非常に高いため、高温のプラズマジェット中を飛行する際、AlF粒子の表面から蒸気化したり、分解したためと思われる。
(4) Test results Table 1 shows the test results. As is apparent from the results shown in this table, in the thermal spraying method according to the present invention, when the film forming working gas (Ar, N 2 , He) is less than 500 ° C., no fluoride film is formed (fluoride particles). Even in the case where adhesion was observed, it was confirmed that the formation of a favorable film was observed in appearance with a porous and impractical state) and a gas temperature of 600 ° C. or higher.
On the other hand, in the current atmospheric plasma spraying method and low pressure plasma spraying method, YF 3 film formation is observed, but the AlF 3 film has many defects (poor and inferior in uniformity) and is practical. No film properties were obtained. This is presumably because AlF 3 has a very high vapor pressure, and thus vaporized or decomposed from the surface of AlF 3 particles when flying in a high-temperature plasma jet.

Figure 0005858431
Figure 0005858431

(実施例2)
この実施例では、SS400鋼の表面に形成したフッ化物溶射皮膜の気孔率に及ぼす成膜方法と基材の粗面化方法の影響について調査した。
(1)基材:基材として、SS400鋼(寸法:幅50mm×縦50mm×厚さ3.2mm)を用い、現行のアルミナ粒子によるブラスト粗面化処理(比較例)とWC−12mass%Co粒子(以下の実施例の数値はmass%を示す)を高速フレーム溶射法により飛行速度:720m/sec.溶射回数:6回、面積率:30〜32%の条件での吹き付け処理の2種類を施工した。
(2)溶射雰囲気:成膜用作動ガスとして750℃に加熱したArガスを用い、この中を飛行するYF粒子の飛行速度を650〜700m/sec.範囲に制御した。
(3)成膜用フッ化物:YF(粒径10〜40μm)を用い、本発明法及び比較例の成膜として現行の大気プラズマ溶射法、高速フレーム溶射法により、120μmの厚さに形成させた。
(4)フェロキシル試験(気孔率)
フェロキシル試験方法として、具体的には、次に示すような方法を用いた。すなわち、ヘキサシアノ鉄(III)酸カリウム10g及び塩化ナトリウム15gを1リットルの蒸留水に溶解し、これを分析用の濾紙に十分含浸させる。その後、この濾紙を試験片表面に貼り付けし、30分間静置した後、濾紙を剥がして、濾紙面での青色斑点の有無を目視判定した。これはアモルファス状膜に貫通気孔が存在するとフェロキシル試験液が浸透し、鉄基材界面に達して鉄イオンを生成させ、これにヘキサシアノ(III)酸カリウム塩が反応して、濾紙の表面に青色斑点を生成させることによって判定することができる。
(Example 2)
In this example, the influence of the film forming method and the roughening method of the base material on the porosity of the fluoride spray coating formed on the surface of SS400 steel was investigated.
(1) Substrate: SS400 steel (dimensions: width 50 mm × length 50 mm × thickness 3.2 mm) was used as the base material, and blast roughening treatment (comparative example) with current alumina particles and WC-12 mass% Co. Particles (numerical values in the following examples indicate mass%) are subjected to a flight speed of 720 m / sec. Two types of spraying treatment were applied under the conditions of the number of spraying times: 6 times and the area ratio: 30 to 32%.
(2) Thermal spraying atmosphere: Ar gas heated to 750 ° C. was used as a working gas for film formation, and the flight speed of YF 3 particles flying in the atmosphere was set to 650 to 700 m / sec. Controlled to range.
(3) Fluoride for film formation: YF 3 (particle size: 10 to 40 μm) is formed to a thickness of 120 μm by the present atmospheric plasma spraying method and high-speed flame spraying method as film formation of the method of the present invention and the comparative example. I let you.
(4) Feroxyl test (porosity)
Specifically, the following method was used as a ferroxyl test method. That is, 10 g of potassium hexacyanoferrate (III) and 15 g of sodium chloride are dissolved in 1 liter of distilled water, and the filter paper for analysis is sufficiently impregnated. Thereafter, the filter paper was affixed to the surface of the test piece and allowed to stand for 30 minutes, and then the filter paper was peeled off to visually determine the presence or absence of blue spots on the filter paper surface. This is because the ferroxyl test solution penetrates into the amorphous membrane when penetrating pores are present, reaches the iron substrate interface and generates iron ions, and this reacts with potassium hexacyano (III) and reacts with blue on the surface of the filter paper. It can be determined by generating spots.

(5)試験結果
試験結果を表2に示した。この表に示す結果から明らかなように、供試したすべてのフッ化物溶射皮膜から青色斑点が発生し、皮膜に貫通気孔が存在していることが判明した。ただ青色斑点数を見ると、比較例の大気プラズマ溶射法や高速フレーム溶射法で形成された皮膜(No.3、4)には、3〜7個の大きな青色斑点が見られるのに対し、本発明に適合する方法で溶射して形成した皮膜では斑点数が少なく、前者に比較して緻密化の傾向を示している。またWC−Co粒子を吹き付けた基材表面に形成した皮膜にも貫通気孔が少なく、フッ化物皮膜形成用の前処理として実用化できることが判明した。
(5) Test results The test results are shown in Table 2. As is apparent from the results shown in this table, it was found that blue spots were generated from all the fluoride spray coatings tested, and through pores were present in the coating. However, when looking at the number of blue spots, 3-7 large blue spots are seen in the coatings (Nos. 3 and 4) formed by the atmospheric plasma spraying method and the high-speed flame spraying method of the comparative example. The coating formed by thermal spraying according to the method of the present invention has a small number of spots and shows a tendency toward densification compared to the former. It was also found that the film formed on the surface of the base material sprayed with WC-Co particles has few through pores and can be put to practical use as a pretreatment for forming a fluoride film.

Figure 0005858431
(備考)
(1)供試皮膜の膜厚:120μm
(2)基材のブラスト粗面化処理の粗さ:Ra 0.6〜0.69μ、Rz 1.2〜1.8μm
(3)フェロキシル試験:JIS H8666セラミック溶射皮膜試験方法に準拠
Figure 0005858431
(Remarks)
(1) Test film thickness: 120μm
(2) Roughness of the blast roughening treatment of the substrate: Ra 0.6 to 0.69 μ, Rz 1.2 to 1.8 μm
(3) Feroxyl test: Compliant with JIS H8666 ceramic spray coating test method

(実施例3)
この実施例では、フッ化物粒子の飛行速度と基材の予熱温度をそれぞれ変化させ、フッ化物皮膜の形成に必要な飛行速度と予熱温度を求めた。
(1)基材:実施例1と同じステンレス鋼を用い、ブラスト粗面化処理を行い、20℃〜520℃の範囲で予熱した試験片を準備した。
(2)溶射雰囲気:成膜用作動ガスとして750℃に加熱したArガスを用い、この中を飛行するフッ化物粒子の速度を500m/sec.未満、600〜700m/sec.、750m/sec.の3条件で成膜した。
(3)成膜用フッ化物:YF(粒径:10〜35μm)
(Example 3)
In this example, the flying speed of the fluoride particles and the preheating temperature of the base material were respectively changed to obtain the flying speed and the preheating temperature necessary for forming the fluoride film.
(1) Substrate: Using the same stainless steel as in Example 1, a blast roughening treatment was performed, and a test piece preheated in the range of 20 ° C to 520 ° C was prepared.
(2) Thermal spray atmosphere: Ar gas heated to 750 ° C. was used as the working gas for film formation, and the velocity of the fluoride particles flying through this was set to 500 m / sec. Less than 600-700 m / sec. 750 m / sec. The film was formed under the three conditions.
(3) Fluoride for film formation: YF 3 (particle diameter: 10 to 35 μm)

(4)試験結果
試験結果を表3に示した。この表に示す結果から明らかなように、YF粒子の飛行速度が500m/sec.未満では基材の予熱温度を20℃〜520℃に変化しても十分な成膜が得られなかった(No.1)。しかし、粒子の飛行速度を600m/sec.以上にすると、基材の予熱温度を80℃以上に維持すると成膜し、この傾向は飛行速度を750m/sec.以上にしてもほぼ変化はなく、良好な状態の溶射皮膜の形成が認められた。このことから、フッ化物皮膜の形成に必要なフッ化粒子の飛行速度は600m/sec.以上、基材(SUS304鋼)の予熱温度を80℃〜500℃であれば所定の効果が得られることが判明した。
(4) Test results Table 3 shows the test results. As is apparent from the results shown in this table, the flight speed of YF 3 particles is 500 m / sec. If it is less than 1, sufficient film formation could not be obtained even when the preheating temperature of the substrate was changed from 20 ° C to 520 ° C (No. 1). However, the flying speed of the particles is 600 m / sec. As described above, when the preheating temperature of the substrate is maintained at 80 ° C. or more, the film is formed, and this tendency causes the flight speed to be 750 m / sec. Even with the above, there was almost no change, and the formation of a good thermal spray coating was observed. Therefore, the flying speed of the fluoride particles necessary for forming the fluoride film is 600 m / sec. As described above, it has been found that if the preheating temperature of the base material (SUS304 steel) is 80 ° C. to 500 ° C., a predetermined effect can be obtained.

なお、基材の予熱温度の最高は、基材質によって異なり、Al、Tiなどの非鉄金属は温度の上昇に伴って変形や冶金的変化を受け、鉄鋼材料は表面に酸化スケールを生成するなどの変化が発生するため、低い温度に抑制することが好ましい。この点、炭化物、酸化物などの焼結体は加熱温度の影響を受けることが少ないので、生産上可能な限り高くする方が良好な溶射皮膜が形成されるため、最高温度を700℃とした。   The maximum preheating temperature of the base material varies depending on the base material quality, and non-ferrous metals such as Al and Ti undergo deformation and metallurgical changes as the temperature rises, and steel materials generate oxide scale on the surface. Since a change occurs, it is preferable to suppress to a low temperature. In this respect, sintered bodies such as carbides and oxides are less affected by the heating temperature, so that a better thermal sprayed film is formed when the production temperature is as high as possible. .

Figure 0005858431
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(実施例4)
この実施例では、フッ化物粒子の飛行速度と基材表面の粗面化状態の相違による皮膜の形成状態を調査した。
(1)基材:実施例1と同じSUS304鋼試験片を用い、その表面をブラスト粗面化処理の有無、およびWC−Coサーメットの実施例2と同じ条件で、高速フレーム溶射法による疎ら模様となる吹き付け処理(750m/sec.)を行ったものを準備した。また基材は、いずれも200℃に予熱した。
(2)溶射雰囲気:成膜用作動ガスとして700℃に加熱したArガスを用い、この中を飛行するフッ化物粒子の飛行速度を500未満〜750m/sec.になるように調整した。
(3)成膜用フッ化物:YF(粒径:5〜30μm)
Example 4
In this example, the film formation state due to the difference in the flying speed of the fluoride particles and the roughened state of the substrate surface was investigated.
(1) Substrate: The same SUS304 steel test piece as in Example 1 was used, and the surface was subjected to a blast roughening treatment, and under the same conditions as Example 2 of WC-Co cermet, a sparse pattern by high-speed flame spraying method What performed the spraying process (750 m / sec.) Used as follows was prepared. All the substrates were preheated to 200 ° C.
(2) Thermal spraying atmosphere: Ar gas heated to 700 ° C. is used as the working gas for film formation, and the flying speed of fluoride particles flying in this is less than 500 to 750 m / sec. It was adjusted to become.
(3) Fluoride for film formation: YF 3 (particle size: 5 to 30 μm)

(4)試験結果
試験結果を表4に示した。この表に示す結果から明らかなように、フッ化物粒子の飛行速度が500m/sec.未満では、基材の表面を粗面化していてもフッ化物皮膜の形成は十分でなく、たとえ形成されたとしても多孔質、不均一なものであった。粒子速度を600m/S以上にすると、ブラスト粗面化したもの(No.2)WC−Coサーメット粒子吹き付けともに良好な皮膜を形成し、特にWC−Coサーメット粒子を吹き付けた試験片上の皮膜は、良好な外観を示した(No.3)。
(4) Test results Table 4 shows the test results. As is apparent from the results shown in this table, the flying speed of the fluoride particles is 500 m / sec. Below, the surface of the substrate was roughened, and the fluoride film was not sufficiently formed, and even if formed, it was porous and non-uniform. When the particle speed is 600 m / S or more, a blast roughened (No. 2) WC-Co cermet particle is sprayed and a good film is formed. Particularly, a film on a test piece sprayed with WC-Co cermet particles is A good appearance was shown (No. 3).

Figure 0005858431
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(実施例5)
この実施例では、Al合金基材(寸法:幅30mm×縦50mm×厚さ3mm)の表面に、本発明に適合するの方法によって、フッ化物溶射皮膜を形成し、その皮膜の耐プラズマエッチング特性を評価した。
(1)基材:Al合金(JIS H4000規定のA3003)の表面をブラスト粗面化処理した後、200℃に予熱した。
(2)溶射雰囲気:成膜用作動ガスとして800℃に加熱したHeガスを用い、この中を飛行するフッ化物粒子の飛行速度を650〜700m/sec.の範囲に制御した。
(3)成膜用フッ化物:YF、DyF、CeF(粒径5〜45μm)を用い、膜厚180μmに成膜した。なお、比較例の皮膜として、大気プラズマ溶射法によってY、Dy、CeOをそれぞれ180μmに成膜した皮膜を同一条件で評価した。
(4)プラズマエッチング雰囲気ガス組成とプラズマ出力
(i)雰囲気ガスと流量条件
(a)含Fガス:CHF/O/Ar=80/100/160(1分間当たりの流量cm
(b)含CHガス:C/Ar=80/100(1分間当たりの流量cm
(ii)プラズマ照射出力
高周波電力:1300W
圧力:4Pa
温度:60℃
(iii)プラズマエッチング試験の雰囲気
(a)含Fガス雰囲気中で実施
(b)含CHガス雰囲気中で実施
(C)含Fガス雰囲気1h⇔含CHガス雰囲気1hを交互に繰り返す雰囲気中で実施
(Example 5)
In this embodiment, a fluoride spray coating is formed on the surface of an Al alloy substrate (dimensions: width 30 mm × length 50 mm × thickness 3 mm) by a method suitable for the present invention, and the plasma etching resistance of the coating is formed. Evaluated.
(1) Substrate: The surface of an Al alloy (A3003 specified in JIS H4000) was subjected to a blast roughening treatment and then preheated to 200 ° C.
(2) Thermal spray atmosphere: He gas heated to 800 ° C. was used as the working gas for film formation, and the flying speed of fluoride particles flying in the gas was set to 650 to 700 m / sec. Controlled to the range.
(3) Fluoride for film formation: YF 3 , DyF 3 , CeF 3 (particle diameter 5 to 45 μm) was used to form a film with a film thickness of 180 μm. In addition, as a film of the comparative example, a film in which Y 2 O 3 , Dy 2 O 3 , and CeO 2 were formed to 180 μm by the atmospheric plasma spraying method was evaluated under the same conditions.
(4) Plasma etching atmosphere gas composition and plasma output (i) Atmosphere gas and flow rate conditions (a) F-containing gas: CHF 3 / O 2 / Ar = 80/100/160 (flow rate cm 3 per minute)
(B) CH-containing gas: C 2 H 2 / Ar = 80/100 (flow rate cm 3 per minute)
(Ii) Plasma irradiation output High frequency power: 1300W
Pressure: 4Pa
Temperature: 60 ° C
(Iii) Plasma etching test atmosphere (a) Conducted in an F-containing gas atmosphere (b) Implemented in a CH-containing gas atmosphere (C) Implemented in an atmosphere in which an F-containing gas atmosphere 1h and a CH-containing gas atmosphere 1h are alternately repeated

(5)評価方法
耐プラズマエロージョン試験の評価は、エッチング処理によって供試皮膜から飛散する皮膜成分のパーティクル数を計測することによって、耐プラズマエロージョン性と耐環境汚染性を調査した。パーティクル類は、試験容器内の配設した直径8インチのシリコンウェハーの表面に付着する粒径0.2μm以上の粒子数が30個に達するまでの時間を測定することにより実施した。
(5) Evaluation method In the evaluation of the plasma erosion resistance test, the plasma erosion resistance and the environmental pollution resistance were investigated by measuring the number of particles of the film component scattered from the test film by the etching treatment. The particles were measured by measuring the time required for the number of particles having a particle size of 0.2 μm or more attached to the surface of an 8-inch diameter silicon wafer disposed in the test container to reach 30 particles.

(6)試験結果
試験結果を表5に示した。この結果から明らかなように比較例の酸化物系皮膜(No.1、3、5)は、含CHガス中では最もパーティクルの発生が少なく、含Fガス中ではやや多くなり許容値に達する時間が短くなる状況が見られる。しかし、含Fガスと含CHガスを交互に繰り返す雰囲気下におけるパーティクルの発生数は一段と多くなっていることが判明した。この原因は、含Fガス中におけるフッ化ガスの酸化作用とCHガスの還元作用の繰り返しによって、酸化物セラミック皮膜の表面の酸化膜が常に不安定な状態となって飛散するためと考えられる。これに対して、フッ化物皮膜(No.2、4、6)は、含Fガス中、含CHガス中及びこれらのガス交互繰り返し雰囲気中でも化学的に安定な状態を維持し、パーティクルの発生を抑制したものと考えられる。なお、フッ化物皮膜からのものに比較して1/5〜1/10程度小さいものが多い点も耐環境汚染性をよくしているものと思われる。
(6) Test results Table 5 shows the test results. As is clear from this result, the oxide film (No. 1, 3, 5) of the comparative example has the least amount of generation of particles in the CH-containing gas, and is slightly increased in the F-containing gas to reach the allowable value. There is a situation where becomes shorter. However, it has been found that the number of particles generated in an atmosphere in which F-containing gas and CH-containing gas are alternately repeated is further increased. This is considered to be because the oxide film on the surface of the oxide ceramic film is always in an unstable state and scattered due to the repetition of the oxidizing action of the fluorinated gas and the reducing action of the CH gas in the F-containing gas. In contrast, the fluoride film (No. 2, 4, 6) maintains a chemically stable state in the F-containing gas, the CH-containing gas, and the atmosphere in which these gases are alternately repeated, and generates particles. It is thought to have been suppressed. In addition, it is thought that the environmental pollution resistance is also improved in that many are smaller by about 1/5 to 1/10 than those of the fluoride film.

Figure 0005858431
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(実施例6)
この実施例では、本発明の方法で形成されたフッ化物溶射皮膜のハロゲン系酸の蒸気に対する耐食性を調査した。
(1)基材:SS400鋼基材(寸法:横30mm×縦50mm×厚さ3.2mm)を用い、その表面をブラスト粗面化するとともに、180℃に予熱して成膜した。
(2)溶射雰囲気:成膜用作動ガスとして850℃に加熱したArガスを用い、この溶射雰囲気中を飛行するフッ化物粒子の飛行速度を680〜720m/sec.の範囲に制御した。
(3)成膜用フッ化物:フッ化物として、AlF、YF(粒径10〜60μm)を用いて、膜厚250μmの厚さに形成したものを準備した。
(4)腐食試験
(a)HCl蒸気による腐食試験は、化学実験用のデーシケ一夕ーの底部に30%HCl水溶液を100ml入れ、その上部に試験片を吊すことによってHCl水溶系から発生するHCl蒸気に曝露する方法を採用した。腐食試験温度は30℃〜50℃、時間は96hrである。
(b)HF蒸気による腐食試験は、SUS316製のオートクレーブの底部にHF水溶液を100ml入れ、その上部に試験片を吊すことによってHF蒸気による腐食試験を実施した。腐食試験温度は30℃〜50℃、曝露時間は96hrである。
(Example 6)
In this example, the corrosion resistance of the fluoride spray coating formed by the method of the present invention to the halogen acid vapor was investigated.
(1) Substrate: SS400 steel substrate (dimensions: width 30 mm × length 50 mm × thickness 3.2 mm) was used, and the surface was blast roughened and preheated to 180 ° C. to form a film.
(2) Thermal spray atmosphere: Ar gas heated to 850 ° C. was used as the working gas for film formation, and the flying speed of fluoride particles flying in this thermal spray atmosphere was 680 to 720 m / sec. Controlled to the range.
(3) Fluoride for film formation: A fluoride formed to a thickness of 250 μm using AlF 3 , YF 3 (particle size 10 to 60 μm) was prepared.
(4) Corrosion test (a) Corrosion test with HCl vapor is carried out by adding 100 ml of 30% HCl aqueous solution to the bottom of a dish for chemical experiments and suspending a test piece on the top to generate HCl generated from an aqueous HCl system. The method of exposure to vapor was adopted. The corrosion test temperature is 30 ° C. to 50 ° C., and the time is 96 hours.
(B) In the corrosion test with HF vapor, 100 ml of an HF aqueous solution was placed at the bottom of an SUS316 autoclave, and a test piece was hung on the top to suspend the corrosion test with HF vapor. The corrosion test temperature is 30 ° C. to 50 ° C., and the exposure time is 96 hours.

(6)試験結果
試験結果を表6に示した。表に示す結果から明らかなように、比較例の酸化物系皮膜(No.2、4)は、すべて多量の赤錆が皮膜表面にまで達していた。即ち、酸化物系皮膜には多くの貫通気孔が存在するため、HCl、HFなどの蒸気は、この貫通気孔を通って皮膜の内部に達してSS400鋼基材を腐食し、その腐食生成物としての鉄成分が貫通気孔を通して皮膜表面に達して赤錆状を呈したものと考えられる。これに対して、フッ化物皮膜(No.1、3)は、赤錆の発生は認められるものの、その程度は比較例の30〜40%程度にとどまっていた。この結果からフッ化物皮膜のも貫通気孔は存在するが、酸化物系皮膜に比較すると少なく、さらにフッ化物皮膜そのものにも、優れた耐食性があるため、総合的な耐ハロゲン系酸の蒸気に対して良好な耐食性を発揮したものと思われる。
(6) Test results The test results are shown in Table 6. As is clear from the results shown in the table, all of the oxide-based films (Nos. 2 and 4) of the comparative examples had a large amount of red rust reaching the film surface. That is, since there are many through pores in the oxide-based film, vapors such as HCl and HF reach the inside of the film through the through holes and corrode the SS400 steel base material. It is considered that the iron component of the iron reached the surface of the coating through the through pores and exhibited a red rust shape. On the other hand, in the fluoride films (Nos. 1 and 3), although the occurrence of red rust was observed, the degree was only about 30 to 40% of the comparative example. From these results, there are through-pores in the fluoride film, but there are few compared to the oxide film, and the fluoride film itself has excellent corrosion resistance. It seems to have demonstrated good corrosion resistance.

Figure 0005858431
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(実施例7)
この実施例では、フッ化物溶射皮膜の密着性に及ぼす基材表面の前処理の影響を調査した。
(1)前処理の種類
基材としてAl3003合金(寸法:直径25mm×厚さ5mm)の片面に、次に示すような前処理を行なった。
(i)脱脂した後、ワイヤブラシで軽く研磨する。
(ii)脱脂後、Ni−20mass%Crを大気プラズマ溶射法によって、50μm厚さの皮膜を形成する(金属アンダーコート)
(iii)脱脂後、WC−12mass%Coを高速フレーム溶射法によって、疎らな溶射粒子点在部を形成(面積率22%)
(iv)脱脂後、Al研削材を用いて、ブラスト粗面化処理を行なう。
(v)同上のブラスト処理面に、Ni−20mass%Crを大気プラズマ溶射法によって、80μm厚さの皮膜を形成(金属アンダーコート)
(vi)同上のブラスト処理面に、WC−12mass%Coを高速フレーム溶射法によって、疎らな林立した溶射粒子点在部を形成(面積率18%)
以上の(iii)、(vi)は本発明例、他の(i)、(ii)、(iv)、(v)は比較例である。
(Example 7)
In this example, the influence of the pretreatment of the substrate surface on the adhesion of the fluoride spray coating was investigated.
(1) Kind of pretreatment The following pretreatment was performed on one side of an Al3003 alloy (dimension: diameter 25 mm x thickness 5 mm) as a base material.
(i) After degreasing, lightly polish with a wire brush.
(ii) After degreasing, a film with a thickness of 50 μm is formed from Ni-20 mass% Cr by atmospheric plasma spraying (metal undercoat)
(iii) After degreasing, WC-12 mass% Co is formed by a high-speed flame spraying method to form sparse sprayed particle interspersed areas (area ratio 22%)
(iv) After degreasing, a blast roughening treatment is performed using an Al 2 O 3 abrasive.
(v) On the same blasted surface as above, a film with a thickness of 80 μm was formed by atmospheric plasma spraying of Ni-20mass% Cr (metal undercoat)
(vi) On the blasted surface as above, WC-12mass% Co is formed by a high-speed flame spraying method to form scattered forested sprayed particle interspersed areas (area ratio 18%)
The above (iii) and (vi) are examples of the present invention, and the other (i), (ii), (iv) and (v) are comparative examples.

(2)フッ化物溶射皮膜の形成
前記前処理後の基材表面に、800℃に加熱してHeガスを用い、この中を飛行するフッ化物粒子の飛行速度を680〜750m/sec.の範囲に制御したYF粒子によって、膜厚140μmのフッ化物溶射皮膜を形成した。
(2) Formation of fluoride spray coating The substrate surface after the pretreatment was heated to 800 ° C. and He gas was used, and the flying speed of fluoride particles flying through the surface was 680 to 750 m / sec. A fluoride sprayed coating with a film thickness of 140 μm was formed with YF 3 particles controlled in the above range.

(3)密着性試験方法
溶射皮膜の密着性は、JIS H8666セラミック溶射皮膜試験方法に規定されている密着強さ試験方法によって測定した。
(3) Adhesion test method The adhesion of the thermal spray coating was measured by the adhesion strength test method defined in the JIS H8666 ceramic thermal spray coating test method.

(4)試験結果
試験結果を表7に示した。この表に示す結果から明らかなように、基材表面を脱脂した後、軽ワイヤブラシングした面に形成したフッ化物溶射皮膜(No.1)は、密着力に乏しく0.5〜1.2MPaで皮膜が剥離し、また、金属アンダーコートを施したフッ化物溶射皮膜(No.2)は、若干の密着力の向上が見られる。これに対して、WC−12mass%Coが疎らに点在している面に形成したフッ化物溶射皮膜(No.3)は、13〜16MPaの高い密着力を発揮した。一方、ブラスト粗面化面に形成されたフッ化物溶射皮膜(No.4)の密着力は、4〜6MPaを示し、また、ブラスト粗面化面に金属質のアンダーコートを施工したフッ化物溶射皮膜の密着力は、それぞれNo.1、No.2の場合に比較すると高くなる傾向があり、基材の粗面化や金属質アンダーコートの施工は、皮膜の密着性の向上に効果が見られる。これに対して、本発明に係る炭化物サーメット粒子を吹き付けることによって形成された溶射粒子点在部を有する面(No.6)は、フッ化物溶射皮膜上との密着性が一段と向上し、13〜15MPaの高い密着力を示した。
(4) Test results Table 7 shows the test results. As is apparent from the results shown in this table, the fluoride sprayed coating (No. 1) formed on the light wire brushed surface after degreasing the substrate surface has poor adhesion and is 0.5 to 1.2 MPa. In the fluoride sprayed coating (No. 2) having a peeled coating and a metal undercoat, a slight improvement in adhesion is observed. On the other hand, the fluoride sprayed coating (No. 3) formed on the surface where WC-12 mass% Co is scattered sparsely exhibited a high adhesion of 13 to 16 MPa. On the other hand, the adhesion of the fluoride spray coating (No. 4) formed on the blast roughened surface is 4 to 6 MPa, and the fluoride spray sprayed with a metallic undercoat on the blast roughened surface. The adhesion of the film was No. 1, no. Compared with the case of 2, it tends to be higher, and the roughening of the base material and the construction of the metallic undercoat are effective in improving the adhesion of the film. On the other hand, the surface (No. 6) having the sprayed particle interspersed portion formed by spraying the carbide cermet particles according to the present invention further improves the adhesion with the fluoride sprayed coating. A high adhesion of 15 MPa was exhibited.

Figure 0005858431
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以上説明したように、本発明の比較的低温〜超高速、不活性ガスを作動流体として、溶射加工して得たフッ化物皮膜は、成膜用のフッ化物粒子が熱分解したり、脱F成分の現象を発生しないため、形成されるフッ化物皮膜は、フッ化物本来の物理化学的性質を発揮する。さらに、成膜に際し、大きな運動エネルギーによって衝突する基材側にも、予熱に加え硬質の炭化物サーメット粒子を斑らな状態になるよう吹き付け、この突き刺さった粒子を突起物とする粗面化処理とする工夫によって、緻密で密着力が高いフッ化物溶射皮膜を形成することができる。このようにして形成されたフッ化物溶射皮膜は、従来のプラズマ溶射法や高速フレーム溶射法によって形成された皮膜に比較して、耐酸性、耐ハロゲンガス性、耐プラズマエロージョン性などの物理化学的性質に優れ、現行の半導体加工装置部材用の被覆はもとより、一般の石油化学・化学プラント用被覆として、より厳しく、より優れた性能が求められる分野への新しい用途が期待できる。 As described above, the fluoride film obtained by thermal spraying using the inert gas as a working fluid at a relatively low temperature to an ultrahigh speed according to the present invention can be obtained by thermally decomposing fluoride particles for film formation or removing F Since the two- component phenomenon does not occur, the formed fluoride film exhibits the original physicochemical properties of fluoride. Furthermore, during film formation, a hard carbide cermet particle is sprayed on the side of the substrate that collides with large kinetic energy in addition to preheating so that it becomes a spotted state, and the roughened surface treatment uses the pierced particle as a projection. Thus, it is possible to form a fluoride sprayed coating that is dense and has high adhesion. The fluoride spray coating formed in this way is physicochemical, such as acid resistance, halogen gas resistance, plasma erosion resistance, etc., compared with coatings formed by conventional plasma spraying and high-speed flame spraying methods. It is excellent in properties and can be expected to be used in fields where more stringent and superior performance is required as a coating for general petrochemical and chemical plants as well as the coating for current semiconductor processing equipment members.

1 作動ガス源
2 溶射材料の供給器
3 ガス加熱用熱交換器
4 溶射容器
5 噴射ガン
6 ノズル
7 被処理体
8 消音器
9 主ガス管
10 副ガス管
11 作動ガス整流板
12、13 流量調整バルブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Working gas source 2 Spraying material supply device 3 Gas heating heat exchanger 4 Spraying vessel 5 Spray gun 6 Nozzle 7 Processed object 8 Silencer 9 Main gas pipe 10 Sub gas pipe 11 Working gas rectifying plates 12, 13 valve

Claims (14)

基材表面をまず前処理し、その前処理後の基材の表面に、炭化物サーメット材料を溶射して、その炭化物サーメットの溶射粒子の少なくとも一部の先端部が面積率にして8〜50%の割合いで、疎らにかつ該溶射粒子先端部が基材表面に杭のように突き刺さって林立した状態で付着している炭化物サーメットの非膜状の溶射粒子点在部を形成し、その後、フッ化物溶射材料を溶射するのに先立ちまず該基材表面および該炭化物サーメットの溶射粒子点在部を80〜700℃の温度に予熱し、その後、該基材表面および該炭化物サーメットの溶射粒子点在部上に、フッ化物溶射材料を、ArやN、Heまたはそれらの混合ガスのような不活性ガスを成膜用作動ガスとする溶射ガンを用い、600℃〜1300℃の温度に保持される溶射雰囲気中において、飛行速度:500m/sec.以上の速度で吹き付けて、フッ化物の溶射粒子を炭化物サーメットの溶射粒子点在の突き刺さり粒子間の間隙に食い込ませて該基材表面に付着させてこれを被覆することを特徴とするフッ化物溶射皮膜の形成方法。 First, the surface of the base material is pretreated, and a carbide cermet material is sprayed onto the surface of the base material after the pretreatment, and the tip portion of at least a part of the sprayed particles of the carbide cermet is 8 to 50% in terms of area ratio. Therefore, a non-film-like sprayed particle interspersed portion of carbide cermet adhered to the base material surface in a sparsely attached state in which the tip of the sprayed particle stabs like a pile on the surface of the base material is formed. Prior to spraying the spray material, the surface of the base material and the sprayed particles of the carbide cermet are preheated to a temperature of 80 to 700 ° C., and then the base material surface and the sprayed particles of the carbide cermet are scattered. On the part, a thermal spray gun using an inert gas such as Ar, N 2 , He or a mixed gas thereof as a film forming working gas is maintained at a temperature of 600 ° C. to 1300 ° C. Thermal spray atmosphere In the middle, flight speed: 500m / sec. Spraying at the above speed, the sprayed particles of fluoride are made to penetrate into the gaps between the sprayed particles of the carbide cermet sprayed particles and adhere to the surface of the base material to coat it. Method for forming a film. 前記炭化物サーメットの溶射粒子点在部は、基材の表面に対し、炭化物サーメット材料を飛行速度が150〜600m/sec.となる吹き付け速度で溶射することを特徴とする請求項1に記載のフッ化物溶射皮膜の形成方法。   The sprayed particle interspersed portion of the carbide cermet has a flight speed of 150 to 600 m / sec. The method for forming a fluoride sprayed coating according to claim 1, wherein the spraying is performed at a spraying speed of 基材表面の粗面化処理後、高速フレーム溶射装置を用いて、炭化物サーメット材料を、溶射ガンへの供給量100〜200g/min.、溶射ガンが基材表面上を繰り返し移動するとき移動速度を300〜1000mm/sec.に制御した条件下で、溶射回数5回以下の溶射ガン操作を行なうことによって、面積率にて8〜50%の割合の部分からなる炭化物サーメットの溶射粒子点在部を形成することを特徴とする請求項1または2に記載のフッ化物溶射皮膜の形成方法。   After the roughening treatment of the substrate surface, the carbide cermet material was supplied to the spray gun at a rate of 100 to 200 g / min. When the spray gun repeatedly moves on the substrate surface, the moving speed is set to 300 to 1000 mm / sec. The sprayed particle interspersed portion of the carbide cermet consisting of a portion of 8 to 50% in area ratio is formed by performing a spray gun operation with the number of sprays of 5 times or less under the conditions controlled in the above. The method for forming a fluoride sprayed coating according to claim 1 or 2. 前記前処理は、脱脂、脱スケール、基材表面の粗面化処理のいずれか1以上であることを特徴とする請求項1または2に記載のフッ化物溶射皮膜の形成方法。   3. The method for forming a fluoride sprayed coating according to claim 1, wherein the pretreatment is at least one of degreasing, descaling, and surface roughening treatment. 前記粗面化処理は、Al、SiCなどの研削材を吹き付ける粗面化処理によって、表面粗さがRa:0.05〜0.74μm、Rz:0.09〜2.0μmにすることを特徴とする請求項4に記載のフッ化物溶射皮膜の形成方法。 In the roughening treatment, the surface roughness is set to Ra: 0.05 to 0.74 μm and Rz: 0.09 to 2.0 μm by roughening treatment in which an abrasive such as Al 2 O 3 or SiC is sprayed. The method for forming a fluoride sprayed coating according to claim 4. 前記基材は、Alおよびその合金、Tiおよびその合金、炭素を含む鋼鉄、各種ステンレス鋼、Ni及びその合金、酸化物、窒化物、炭化物、珪化物、炭素焼結体のいずれかであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1に記載のフッ化物溶射皮膜の形成方法。   The base material is any one of Al and its alloys, Ti and its alloys, carbon-containing steel, various stainless steels, Ni and its alloys, oxides, nitrides, carbides, silicides, and carbon sintered bodies. The method for forming a fluoride sprayed coating according to any one of claims 1 to 5. 前記炭化物サーメット材料は、WC−Co、WC−Ni−Cr、WC−Co−Cr、Cr−Ni−Crなどから選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1に記載のフッ化物溶射皮膜の形成方法。 The carbide cermet material is at least one selected from WC—Co, WC—Ni—Cr, WC—Co—Cr, Cr 3 C 2 —Ni—Cr, and the like. The method for forming a fluoride sprayed coating according to any one of the above. 前記フッ化物溶射皮膜は、周期律表IIa族のMg、周期律表IIIb族のAl、周期律表IIIa族Y、原子番号57〜71のランタノイド系金属であるランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、プロメチウム(Pm)、サマリウム(Sm)、ユウロビウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジズプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)のフッ化物から選ばれる1種以上の、粒径が5μm〜80μmのフッ化物粒子を吹き付けて、20μm〜500μmの膜厚に形成されたものであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1に記載のフッ化物溶射皮膜の形成方法。   The fluoride spray coating is composed of Mg of periodic table group IIa, Al of group IIIb of periodic table, Group IIIa group Y of periodic table, lanthanum (La), cerium (Ce) which is a lanthanoid metal of atomic number 57-71. , Praseodymium (Pr), neodymium (Nd), promethium (Pm), samarium (Sm), eurobium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er) One or more fluoride particles having a particle size of 5 μm to 80 μm selected from fluorides of thulium (Tm), ytterbium (Yb), and lutetium (Lu) were sprayed to form a film thickness of 20 μm to 500 μm. The method for forming a fluoride sprayed coating according to any one of claims 1 to 7, wherein the method is a method. 不活性ガスを成膜用作動ガスとする溶射法により、フッ化物粒子を噴射するための溶射ノズルの先端と基材表面の間隔を5〜50mmに保持することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1に記載のフッ化物溶射皮膜の形成方法。   9. The interval between the tip of the spray nozzle for injecting fluoride particles and the substrate surface is maintained at 5 to 50 mm by a spraying method using an inert gas as a working gas for film formation. The method for forming a fluoride sprayed coating according to any one of the above. 前記フッ化物溶射皮膜は、膜厚が20〜500μmであることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1に記載のフッ化物溶射皮膜の形成方法。   The method for forming a fluoride sprayed coating according to any one of claims 1 to 9, wherein the fluoride sprayed coating has a thickness of 20 to 500 µm. 材と、その基材表面に被覆されたフッ化物溶射皮膜とを備え
該基材は、その表面の8〜50%の面積が、WC−Co、WC−Ni−Cr、WC−Co−CrおよびCr−Ni−Crから選ばれる1種以上の炭化物サーメットによる非膜状の溶射粒子点在部で覆われており、
該溶射粒子点在部の少なくとも一部は、炭化物サーメット溶射粒子が該基材の表面に突き刺さって疎らに林立してなるものであり、他の一部は、炭化物サーメット溶射粒子が基材表面に付着するか基材中に埋没してなるものであり、そして、
該フッ化物溶射皮膜は、上記溶射粒子点在部を介してかつその上から基材を覆うように形成されているものであることを特徴とするフッ化物溶射皮膜被覆部材。
Comprising a base material and a fluoride spray coating coated on the substrate surface,
The substrate has an area of 8 to 50% of the surface of one or more carbide cermets selected from WC—Co, WC—Ni—Cr, WC—Co—Cr and Cr 3 C 2 —Ni—Cr. It is covered with non-film-like sprayed particles ,
At least a part of the sprayed particle interspersed part is formed by sparsely depositing carbide cermet sprayed particles on the surface of the base material , and the other part is composed of carbide cermet sprayed particles on the base material surface. Is attached or buried in the substrate , and
The fluoride thermal spray coating, fluoride sprayed coating covering member characterized by those which are formed to cover the substrate from above the Katsuso through the spray particles interspersed section.
前記基材は、Ra:0.05〜0.74μm、Rz:0.09〜2.0μmの表面粗さの粗面を有することを特徴とする請求項11に記載のフッ化物溶射皮膜被覆部材。 12. The fluoride sprayed coating according to claim 11, wherein the substrate has a rough surface with a surface roughness of Ra: 0.05 to 0.74 [mu] m, Rz: 0.09 to 2.0 [mu] m. Element. 前記基材は、Alおよびその合金、Tiおよびその合金、炭素を含む鋼鉄、各種ステンレス鋼、Ni及びその合金、酸化物、窒化物、炭化物、珪化物、炭素焼結体のいずれかであることを特徴とする請求項11または12に記載のフッ化物溶射皮膜被覆部材。   The base material is any one of Al and its alloys, Ti and its alloys, carbon-containing steel, various stainless steels, Ni and its alloys, oxides, nitrides, carbides, silicides, and carbon sintered bodies. The fluoride sprayed coating-coated member according to claim 11 or 12, wherein: 前記フッ化物溶射皮膜は、膜厚が20μm〜500μmの、周期律表IIa族のMg、周期律表IIIb族のAl、周期律表IIIa族Y、原子番号57〜71のランタノイド系金属であるランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、プロメチウム(Pm)、サマリウム(Sm)、ユウロビウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジズプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)のフッ化物から選ばれる1種以上を含む皮膜であることを特徴とする請求項11〜1のいずれか1に記載のフッ化物溶射皮膜被覆部材。 The fluoride spray coating is a lanthanum metal having a film thickness of 20 μm to 500 μm, a lanthanoid metal of Group IIa of Mg, Group Al of Group IIIb, Group IIIa of Periodic Table Y, and atomic number 57-71. (La), Cerium (Ce), Praseodymium (Pr), Neodymium (Nd), Promethium (Pm), Samarium (Sm), Eurobium (Eu), Gadolinium (Gd), Terbium (Tb), Dysprosium (Dy), Holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), any claim from 11 to 1 3, characterized in that the coating contains at least one element selected from the fluorides of lutetium (Lu) The fluoride sprayed coating covering member according to claim 1.
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