溶射（プラズマ、HVOF、アーク）

溶けた液滴を部品に吹き付け、積み重ねて皮膜にする

溶射は、皮膜にする材料を小さな液滴に溶かし、部品に吹き付けます。液滴は衝突して平らにつぶれ、積み重なって厚い層になります。溶射した亜鉛は鋼橋を守り、溶射したセラミックはジェットエンジン部品を熱から守り、溶射した金属は摩耗した軸を再生します。

写真：zircotec.com, Attribution, 提供： Wikimedia Commons

溶射 · プラズマガン、液滴のスプラット、3 種類の熱源上はプラズマガンの作業の様子、拡大図は皮膜ができていく様子です。丸数字は下の手順に対応しています。

しくみ

表面を準備する。 部品を洗浄し、むき出しのままにする部分はマスキングして、表面をグリットブラスト（硬い粒子を吹き付けること）で粗くします。粗い表面が、液滴がしがみつく足がかりになります。
材料を溶かす。 ガンが粉末またはワイヤーを溶かします。プラズマガンは電気アークでガスを約 10,000 °C のプラズマ（電気を帯びたガス）にします。HVOF ガン（高速フレーム溶射）は燃料を酸素で燃やし、ワイヤーアークガンは 2 本の金属ワイヤーを電気アークで溶かします。
液滴を撃ち出す。 熱いガスのジェットが、溶けた液滴を毎秒数百メートルで部品に叩きつけます。
つぶれて凍る。 液滴は衝突すると薄いパンケーキのような形（スプラット）に平らにつぶれ、ほぼ一瞬で凍ります。部品自体は比較的低温のままで、約 150 °C 未満であることがよくあります。
積み上げて仕上げる。 ロボットがガンを往復させるので、スプラットが積み重なって、通常 0.1–1 mm の厚さの皮膜になります。表面は粗く仕上がるため、精密な部品はあとで研削や研磨をします。

材料: 金属（亜鉛、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル合金）、炭化物（炭化タングステン–コバルト）、セラミック（アルミナ、ジルコニア）、一部のプラスチック
代表的な部品: 軸、ロール、タービンブレード、ボイラー管、ポンプ部品、インプラント、橋
部品サイズ: 小さなインプラントから橋全体や貯蔵タンクまで。ガンが表面に届きさえすれば加工できます
精度: 皮膜の厚さは約 0.05–3 mm、溶射したままで約 ±0.05 mm。研削後はさらに高精度
表面仕上げ: 溶射したままではマットで粗く、細かいサンドペーパーのよう。炭化物は研削して鏡面にできます
向いているロット数: 1 点ものの補修から、航空宇宙や自動車部品の量産まで
金型・設備コスト: フレームガンやアークガンは数千ドル。ロボットとブース付きのプラズマや HVOF のセルは数十万ドルになることも多い
速度: 通常、皮膜を 1 時間に数キログラム。部品 1 個で数分から数時間