專利名稱：金屬被膜的形成方法及航空航天結(jié)構(gòu)部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬被膜的形成方法及形成有金屬被膜的航空航天結(jié)構(gòu)部件。
背景技術(shù)：
作為航空器等的結(jié)構(gòu)部件，使用含有纖維強(qiáng)化塑料等樹脂的樹脂基復(fù)合材料或鋁 合金等。樹脂基復(fù)合材料含有導(dǎo)電性低的樹脂作為母材，因此，在例如用于航空器主翼結(jié)構(gòu) 體的情況下，為了具有防雷性，在表面上形成有具有導(dǎo)電性的層(防雷層)。作為在樹脂基 復(fù)合材料表面形成防雷層的方法，已知有在形成樹脂基復(fù)合材料的同時加熱膠粘銅箔的方 法。但是，在樹脂基復(fù)合材料表面同時加熱膠粘銅箔的上述方法，由于將熱膨脹系數(shù) 不同的樹脂與銅箔粘合，因此密合性差，不能在樹脂基復(fù)合材料表面大面積地粘合銅箔。另 外，在樹脂基復(fù)合材料表面粘合薄銅箔的操作也具有在技術(shù)上難于實現(xiàn)的問題。因此，采用冷噴涂法形成金屬被膜引起關(guān)注(例如，非專利文獻(xiàn)1及非專利文獻(xiàn) 2)。冷噴涂法是指，將金屬粒子投入溫度低于原料金屬的熔點(diǎn)或軟化溫度的氣體中，使該氣 流成為超音速流而使金屬粒子加速，直接在固相狀態(tài)下以高速碰撞金屬，由此使金屬粒子 塑性變形并集聚、堆積，從而形成金屬被膜。冷噴涂法是不利用火焰或等離子體等高溫?zé)嵩?來熔化金屬粒子，而能夠在常溫下形成被膜的方法，因此，是形成易于被氧化的純金屬的被 膜的有效方法。非專利文獻(xiàn)2中公開有，通過噴射壓力為IMPa以下的低壓型冷噴涂法來形成純Al 被膜的技術(shù)。非專利文獻(xiàn)1 榊和彥，“ ^F ^ l·概要& W I:子的軽金屬被膜”，軽 金屬(《輕金屬》)，第56卷，第7號，2006年，第376-385頁非專利文獻(xiàn)2:小川和洋等，“低壓型-一> F ^ U^iz J >9施工L·^純Al被膜 的機(jī)械的特性評価”，日本溶射協(xié)會第85次(2007年度春季)演講大會概要集，演講序號 21
發(fā)明內(nèi)容
通過冷噴涂法形成被膜時，為了易于形成被膜，一般需要使用粒徑為50μπι以下 的粒徑一致的球狀微粒。但是，若使用球狀微粒，則存在的問題是，堆積效率差(被膜形成 速度慢)，只在適當(dāng)?shù)臈l件下形成被膜，以樹脂基復(fù)合材料作為基材的情況下表面碎裂，粒 徑一致的球狀微粒價格高。特別是在通過噴射氣體的壓力低的低壓型冷噴涂法來形成被膜 的情況下，由于球狀微粒在被膜成為一定程度的膜厚時產(chǎn)生剝離，因此也具有只能形成薄 膜的問題。另外，冷噴涂法中，為提高堆積效率，將混合有氧化鋁粒子的投射粒子用于金屬粒 子而以高速形成被膜，但是這不適于形成要求導(dǎo)電性的被膜的情況。本發(fā)明正是鑒于這樣的情況而進(jìn)行，提供使用簡易的冷噴涂裝置而以高速形成金屬被膜的方法、及通過冷噴涂法形成有金屬被膜的航空航天結(jié)構(gòu)部件。為解決上述課題，本發(fā)明提供一種金屬被膜的形成方法，其通過冷噴涂法向基材 表面投射由金屬構(gòu)成的非球狀的異形粒子，從而在所述基材表面形成金屬被膜。本發(fā)明的金屬被膜的形成方法使用非球狀的異形粒子作為投射金屬粒子。本發(fā)明 的非球狀的異形粒子為例如樹枝狀粒子、薄片狀粒子等?！皹渲盍Ｗ印笔侵妇哂蟹种螤?的粒子，“薄片狀粒子”是指具有如扁平的板的形狀的粒子。向基材表面投射非球狀的異形 粒子時，與球狀粒子相比，粒子更易于相互纏結(jié)，因此易于集聚、堆積，從而提高被膜形成速 度。特別是在將樹脂基復(fù)合材料作為基材的情況下，可以抑制基材表面的碎裂。因此，能夠 以高速形成密合性優(yōu)良的金屬被膜。另外，若使用冷噴涂法，則不會使金屬氧化，而能夠形 成純金屬的被膜。本發(fā)明的金屬被膜的形成方法對于形成膜厚為0. 5mm以上的厚度的金屬 被膜的情況特別有效。在上述發(fā)明中，所述金屬被膜的形成速度優(yōu)選為5μπι/秒以上。若金屬被膜的形 成速度處于上述范圍，則能夠以高生產(chǎn)率形成被膜。在上述發(fā)明中，所述金屬也可以為銅。若使用冷噴涂法，則能夠使例如適用于航空 器主翼結(jié)構(gòu)體的防雷層的銅被膜不發(fā)生氧化地形成。另外本發(fā)明提供使用上述的金屬被膜的形成方法而在表面形成有金屬被膜的航 空航天結(jié)構(gòu)部件。若使用本發(fā)明的金屬被膜的形成方法，則能夠得到金屬不發(fā)生氧化而形成有金屬 被膜的航空航天結(jié)構(gòu)部件。特別是在含有纖維強(qiáng)化塑料等樹脂的樹脂基復(fù)合材料上形成金 屬被膜的情況下，不易受到因基材表面碎裂造成的損傷，因此有利。形成的金屬被膜與基材 的密合性優(yōu)良且具有高的被膜強(qiáng)度，因此能夠適用于航空器主翼結(jié)構(gòu)體的防雷層等。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，能夠抑制基材表面的碎裂，并以高速在基材上形成密合性優(yōu)良的金 屬被膜。


圖1為說明本實施方式的金屬被膜的形成方法的概略圖。標(biāo)號說明10冷噴涂裝置11加熱器12投射粒子投入口13超音速噴嘴14 基材15金屬被膜
具體實施例方式以下說明本發(fā)明的金屬被膜的形成方法的實施方式?；臑殇X合金等金屬、碳纖維強(qiáng)化塑料(CFRP)、玻璃纖維強(qiáng)化塑料(GFRP)等樹脂 基復(fù)合材料。上述基材適合于航空器主翼等航空航天結(jié)構(gòu)體。
圖1為說明本實施方式的金屬被膜的形成方法的概略圖。本實施方式使用噴射壓 力低的冷噴涂裝置。用加熱器11加熱向冷噴涂裝置10中導(dǎo)入的噴射氣體。此時噴射氣體 受到加熱的溫度為比作為原料的金屬粒子的熔點(diǎn)或軟化溫度低的溫度。從投射粒子投入口 12向加熱的噴射氣體投入金屬粒子時，金屬粒子由噴射氣體加熱。噴射氣體在超音速噴嘴 13中成為超音速流，從噴嘴13的頂端向基材14噴射。被加熱的金屬粒子與噴射氣體一起 加速，向基材14投射。向基材14投射的金屬粒子直接在固相狀態(tài)下碰撞基材14。由此，金 屬粒子發(fā)生塑性變形，在基材表面集聚、堆積，形成金屬被膜15。投射金屬粒子優(yōu)選銅粒子，也能夠使用鋁粒子等。投射金屬粒子的形狀為非球狀 的異形粒子。非球狀的異形粒子是指具有球形以外的形狀的粒子，例如樹枝狀粒子、薄片狀 粒子等。特別是用電解法制造的樹枝狀粒子較軟質(zhì)且熱傳導(dǎo)性優(yōu)良，因此容易發(fā)生塑性變 形，進(jìn)而粒子通過塑性變形而相互纏結(jié)，因此易于堆積。因此，適于以高速形成金屬被膜。投 射金屬粒子的大小為IOOym以下，優(yōu)選為IOym以上且50 μ m以下。在使用簡易的冷噴涂裝置來向基材表面投射球狀粒子的情況下，堆積效率差而不 能以高速形成被膜。另外，膜較厚時被膜易于剝離，因此不能形成例如0. 5mm以上的厚膜。 根據(jù)條件，反而有使基材碎裂的情況。特別是基材為CFRP或GFRP時，易于碎裂，導(dǎo)致?lián)p傷 內(nèi)部的纖維。噴射壓力為0. IMPa以上且0. 9MPa以下，優(yōu)選為0. 4MPa以上且0. 6MPa以下。小 于0. IMPa時，不能保持穩(wěn)定的噴射狀態(tài)。冷噴涂裝置的噴嘴與基材的距離為5mm以上且IOOmm以下，優(yōu)選為IOmm以上且 30mm以下。小于5mm時，基材碎裂而損傷纖維，或堆積的膜碎裂而難于形成被膜。超過IOOmm 時，變得不能形成被膜。冷噴涂裝置的加熱器溫度為200°C以上且低于500°C，優(yōu)選為300°C以上且400°C 以下?；牡臏囟入S噴嘴與基材的距離或加熱器溫度而變化，但在本實施方式中為80°C以 上且180°C以下，優(yōu)選為120°C以上且150°C以下。加熱器溫度低于200°C時，投射金屬粒子 不在基材上堆積而導(dǎo)致基材碎裂并損傷纖維。加熱器溫度到達(dá)500°C以上時，投射金屬粒子 熔化而附著于噴嘴內(nèi)壁，從而易于堵塞噴嘴，并且形成的金屬被膜被氧化，因此被膜特性變 差，例如導(dǎo)電性下降等。作為噴射氣體優(yōu)選使用操作性優(yōu)良且廉價的壓縮空氣。根據(jù)本實施方式的金屬被 膜的形成方法，即使使用壓縮空氣作為噴射氣體，也能夠不發(fā)生氧化而形成金屬被膜。但是 為了更可靠地防止被膜的氧化，也可以使用氦或氮等惰性氣體。通過上述條件的冷噴涂法向基材投射樹枝狀粒子或薄片狀粒子等非球狀的異形 粒子時，金屬粒子不發(fā)生氧化而形成金屬被膜。特別是對于CFRP或GFRP等樹脂基復(fù)合材 料，能夠不使基材表面發(fā)生碎裂地形成金屬被膜，因此能夠防止基材的損傷。另外，通過上 述條件，能夠得到5 μ m/秒以上的快的被膜形成速度。因此，能夠提高生產(chǎn)率。根據(jù)本實施 方式的方法形成的金屬被膜，與基材之間的密合性、被膜強(qiáng)度優(yōu)良。本實施方式在基材上形成膜厚為0. 5mm以上的厚膜的情況下有效。但是，在滿足 金屬被膜所需要的特性例如導(dǎo)電性的情況下，即使為膜厚小于0. 5mm的金屬被膜，也沒有 影響。(實施例)
(金屬粒子形狀的效果)以表1所示的條件，通過冷噴涂法在拉伸用器具(組合2個直徑14mm、長17mm的 銅制試樣而成)上形成銅被膜。另外，冷噴涂條件為，噴射壓力0. 5MPa、噴嘴距離10mm、加 熱器溫度300°C (實施例2)或400°C (實施例1、3，比較例1、2)。測定被膜形成時的基材 溫度得知，實施例2為約120°C，實施例1、3及比較例1、2為約150°C。從被膜形成前后的拉伸用器具的直徑的變化，得到膜厚及成膜速度。測定各被膜 的拉伸強(qiáng)度。結(jié)果在表1中表示。表 權(quán)利要求
1.一種金屬被膜的形成方法，通過冷噴涂法向基材表面投射由金屬構(gòu)成的非球狀的異 形粒子，從而在所述基材表面形成金屬被膜。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬被膜的形成方法，其中，所述金屬被膜的形成速度為5μ m/ 秒以上。
3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的金屬被膜的形成方法，其中，所述金屬為銅。
4.一種航空航天結(jié)構(gòu)部件，使用如權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中任一項所述的金屬被膜 的形成方法而在表面形成有金屬被膜。
全文摘要
本發(fā)明提供使用簡易的冷噴涂裝置來以高速形成金屬被膜的方法、及通過冷噴涂法形成有金屬被膜的航空航天結(jié)構(gòu)部件。并提供通過冷噴涂法向基材表面投射由金屬構(gòu)成的非球狀的異形粒子，在所述基材表面形成金屬被膜的金屬被膜的形成方法。
文檔編號C23C24/04GK102089461SQ20098012656
公開日2011年6月8日 申請日期2009年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月25日
發(fā)明者關(guān)川貴洋, 千田誠, 小栗和幸 申請人:三菱重工業(yè)株式會社