专利名称：金属被膜的形成方法及航空航天结构部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属被膜的形成方法及形成有金属被膜的航空航天结构部件。
背景技术：
作为航空器等的结构部件，使用含有纤维强化塑料等树脂的树脂基复合材料或铝 合金等。树脂基复合材料含有导电性低的树脂作为母材，因此，在例如用于航空器主翼结构 体的情况下，为了具有防雷性，在表面上形成有具有导电性的层(防雷层)。作为在树脂基 复合材料表面形成防雷层的方法，已知有在形成树脂基复合材料的同时加热胶粘铜箔的方 法。但是，在树脂基复合材料表面同时加热胶粘铜箔的上述方法，由于将热膨胀系数 不同的树脂与铜箔粘合，因此密合性差，不能在树脂基复合材料表面大面积地粘合铜箔。另 外，在树脂基复合材料表面粘合薄铜箔的操作也具有在技术上难于实现的问题。因此，采用冷喷涂法形成金属被膜引起关注(例如，非专利文献1及非专利文献 2)。冷喷涂法是指，将金属粒子投入温度低于原料金属的熔点或软化温度的气体中，使该气 流成为超音速流而使金属粒子加速，直接在固相状态下以高速碰撞金属，由此使金属粒子 塑性变形并集聚、堆积，从而形成金属被膜。冷喷涂法是不利用火焰或等离子体等高温热源 来熔化金属粒子，而能够在常温下形成被膜的方法，因此，是形成易于被氧化的纯金属的被 膜的有效方法。非专利文献2中公开有，通过喷射压力为IMPa以下的低压型冷喷涂法来形成纯Al 被膜的技术。非专利文献1 榊和彦，“ ^F ^ l·概要& W I:子的軽金属被膜”，軽 金属(《轻金属》)，第56卷，第7号，2006年，第376-385页非专利文献2:小川和洋等，“低压型-一> F ^ U^iz J >9施工L·^純Al被膜 的機械的特性評価”，日本溶射协会第85次(2007年度春季)演讲大会概要集，演讲序号 21
发明内容
通过冷喷涂法形成被膜时，为了易于形成被膜，一般需要使用粒径为50μπι以下 的粒径一致的球状微粒。但是，若使用球状微粒，则存在的问题是，堆积效率差(被膜形成 速度慢)，只在适当的条件下形成被膜，以树脂基复合材料作为基材的情况下表面碎裂，粒 径一致的球状微粒价格高。特别是在通过喷射气体的压力低的低压型冷喷涂法来形成被膜 的情况下，由于球状微粒在被膜成为一定程度的膜厚时产生剥离，因此也具有只能形成薄 膜的问题。另外，冷喷涂法中，为提高堆积效率，将混合有氧化铝粒子的投射粒子用于金属粒 子而以高速形成被膜，但是这不适于形成要求导电性的被膜的情况。本发明正是鉴于这样的情况而进行，提供使用简易的冷喷涂装置而以高速形成金属被膜的方法、及通过冷喷涂法形成有金属被膜的航空航天结构部件。为解决上述课题，本发明提供一种金属被膜的形成方法，其通过冷喷涂法向基材 表面投射由金属构成的非球状的异形粒子，从而在所述基材表面形成金属被膜。本发明的金属被膜的形成方法使用非球状的异形粒子作为投射金属粒子。本发明 的非球状的异形粒子为例如树枝状粒子、薄片状粒子等。“树枝状粒子”是指具有分支形状 的粒子，“薄片状粒子”是指具有如扁平的板的形状的粒子。向基材表面投射非球状的异形 粒子时，与球状粒子相比，粒子更易于相互缠结，因此易于集聚、堆积，从而提高被膜形成速 度。特别是在将树脂基复合材料作为基材的情况下，可以抑制基材表面的碎裂。因此，能够 以高速形成密合性优良的金属被膜。另外，若使用冷喷涂法，则不会使金属氧化，而能够形 成纯金属的被膜。本发明的金属被膜的形成方法对于形成膜厚为0. 5mm以上的厚度的金属 被膜的情况特别有效。在上述发明中，所述金属被膜的形成速度优选为5μπι/秒以上。若金属被膜的形 成速度处于上述范围，则能够以高生产率形成被膜。在上述发明中，所述金属也可以为铜。若使用冷喷涂法，则能够使例如适用于航空 器主翼结构体的防雷层的铜被膜不发生氧化地形成。另外本发明提供使用上述的金属被膜的形成方法而在表面形成有金属被膜的航 空航天结构部件。若使用本发明的金属被膜的形成方法，则能够得到金属不发生氧化而形成有金属 被膜的航空航天结构部件。特别是在含有纤维强化塑料等树脂的树脂基复合材料上形成金 属被膜的情况下，不易受到因基材表面碎裂造成的损伤，因此有利。形成的金属被膜与基材 的密合性优良且具有高的被膜强度，因此能够适用于航空器主翼结构体的防雷层等。发明效果根据本发明，能够抑制基材表面的碎裂，并以高速在基材上形成密合性优良的金 属被膜。
图1为说明本实施方式的金属被膜的形成方法的概略图。标号说明10冷喷涂装置11加热器12投射粒子投入口13超音速喷嘴14 基材15金属被膜
具体实施例方式以下说明本发明的金属被膜的形成方法的实施方式。基材为铝合金等金属、碳纤维强化塑料(CFRP)、玻璃纤维强化塑料(GFRP)等树脂 基复合材料。上述基材适合于航空器主翼等航空航天结构体。
图1为说明本实施方式的金属被膜的形成方法的概略图。本实施方式使用喷射压 力低的冷喷涂装置。用加热器11加热向冷喷涂装置10中导入的喷射气体。此时喷射气体 受到加热的温度为比作为原料的金属粒子的熔点或软化温度低的温度。从投射粒子投入口 12向加热的喷射气体投入金属粒子时，金属粒子由喷射气体加热。喷射气体在超音速喷嘴 13中成为超音速流，从喷嘴13的顶端向基材14喷射。被加热的金属粒子与喷射气体一起 加速，向基材14投射。向基材14投射的金属粒子直接在固相状态下碰撞基材14。由此，金 属粒子发生塑性变形，在基材表面集聚、堆积，形成金属被膜15。投射金属粒子优选铜粒子，也能够使用铝粒子等。投射金属粒子的形状为非球状 的异形粒子。非球状的异形粒子是指具有球形以外的形状的粒子，例如树枝状粒子、薄片状 粒子等。特别是用电解法制造的树枝状粒子较软质且热传导性优良，因此容易发生塑性变 形，进而粒子通过塑性变形而相互缠结，因此易于堆积。因此，适于以高速形成金属被膜。投 射金属粒子的大小为IOOym以下，优选为IOym以上且50 μ m以下。在使用简易的冷喷涂装置来向基材表面投射球状粒子的情况下，堆积效率差而不 能以高速形成被膜。另外，膜较厚时被膜易于剥离，因此不能形成例如0. 5mm以上的厚膜。 根据条件，反而有使基材碎裂的情况。特别是基材为CFRP或GFRP时，易于碎裂，导致损伤 内部的纤维。喷射压力为0. IMPa以上且0. 9MPa以下，优选为0. 4MPa以上且0. 6MPa以下。小 于0. IMPa时，不能保持稳定的喷射状态。冷喷涂装置的喷嘴与基材的距离为5mm以上且IOOmm以下，优选为IOmm以上且 30mm以下。小于5mm时，基材碎裂而损伤纤维，或堆积的膜碎裂而难于形成被膜。超过IOOmm 时，变得不能形成被膜。冷喷涂装置的加热器温度为200°C以上且低于500°C，优选为300°C以上且400°C 以下。基材的温度随喷嘴与基材的距离或加热器温度而变化，但在本实施方式中为80°C以 上且180°C以下，优选为120°C以上且150°C以下。加热器温度低于200°C时，投射金属粒子 不在基材上堆积而导致基材碎裂并损伤纤维。加热器温度到达500°C以上时，投射金属粒子 熔化而附着于喷嘴内壁，从而易于堵塞喷嘴，并且形成的金属被膜被氧化，因此被膜特性变 差，例如导电性下降等。作为喷射气体优选使用操作性优良且廉价的压缩空气。根据本实施方式的金属被 膜的形成方法，即使使用压缩空气作为喷射气体，也能够不发生氧化而形成金属被膜。但是 为了更可靠地防止被膜的氧化，也可以使用氦或氮等惰性气体。通过上述条件的冷喷涂法向基材投射树枝状粒子或薄片状粒子等非球状的异形 粒子时，金属粒子不发生氧化而形成金属被膜。特别是对于CFRP或GFRP等树脂基复合材 料，能够不使基材表面发生碎裂地形成金属被膜，因此能够防止基材的损伤。另外，通过上 述条件，能够得到5 μ m/秒以上的快的被膜形成速度。因此，能够提高生产率。根据本实施 方式的方法形成的金属被膜，与基材之间的密合性、被膜强度优良。本实施方式在基材上形成膜厚为0. 5mm以上的厚膜的情况下有效。但是，在满足 金属被膜所需要的特性例如导电性的情况下，即使为膜厚小于0. 5mm的金属被膜，也没有 影响。(实施例)
(金属粒子形状的效果)以表1所示的条件，通过冷喷涂法在拉伸用器具(组合2个直径14mm、长17mm的 铜制试样而成)上形成铜被膜。另外，冷喷涂条件为，喷射压力0. 5MPa、喷嘴距离10mm、加 热器温度300°C (实施例2)或400°C (实施例1、3，比较例1、2)。测定被膜形成时的基材 温度得知，实施例2为约120°C，实施例1、3及比较例1、2为约150°C。从被膜形成前后的拉伸用器具的直径的变化，得到膜厚及成膜速度。测定各被膜 的拉伸强度。结果在表1中表示。表 权利要求
1.一种金属被膜的形成方法，通过冷喷涂法向基材表面投射由金属构成的非球状的异 形粒子，从而在所述基材表面形成金属被膜。
2.如权利要求1所述的金属被膜的形成方法，其中，所述金属被膜的形成速度为5μ m/ 秒以上。
3.如权利要求1或权利要求2所述的金属被膜的形成方法，其中，所述金属为铜。
4.一种航空航天结构部件，使用如权利要求1至权利要求3中任一项所述的金属被膜 的形成方法而在表面形成有金属被膜。
全文摘要
本发明提供使用简易的冷喷涂装置来以高速形成金属被膜的方法、及通过冷喷涂法形成有金属被膜的航空航天结构部件。并提供通过冷喷涂法向基材表面投射由金属构成的非球状的异形粒子，在所述基材表面形成金属被膜的金属被膜的形成方法。
文档编号C23C24/04GK102089461SQ20098012656
公开日2011年6月8日 申请日期2009年8月20日 优先权日2008年8月25日
发明者关川贵洋, 千田诚, 小栗和幸 申请人:三菱重工业株式会社