JPH03505104A - Plasma treatment method and plasmatron - Google Patents

Plasma treatment method and plasmatron

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JPH03505104A
JPH03505104A JP90506395A JP50639590A JPH03505104A JP H03505104 A JPH03505104 A JP H03505104A JP 90506395 A JP90506395 A JP 90506395A JP 50639590 A JP50639590 A JP 50639590A JP H03505104 A JPH03505104 A JP H03505104A
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jet
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エルマコフ セルゲイ アレクサンドロヴィチ
カラセフ ミハイル ヴァレンティノヴィチ
クルブニキン ヴァレリイ ステパノヴィチ
マスレンニコフ ヴィクトル ミハイロヴィチ
ソスニン ニコライ アレクセエヴィチ
トポルヤンスキイ パヴェル アブラモヴィチ
フェドロフ セルゲイ ユリエヴィチ
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レニングラードスキイ ポリテフニチェスキイ インスティトゥト イメニ エム イ カリニナ
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/134Plasma spraying

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 プラズマ処理法およびプラズマトロン 発明の分野 本発明番イプラズマ技術、より詳細には、プラズマ処理法およびプラズマトロン に係る0本発明は、好ましくは耐火物粉末を用いる溶射被覆(spray−co ating) 、粒子球状化処理、粉末表面仕上のためならびに製品のプラズマ −化学処理のために使用されうる。[Detailed description of the invention] Plasma treatment method and plasmatron field of invention The present invention relates to plasma technology, more specifically, plasma processing method and plasmatron. The invention relates to a spray-coated coating, preferably using a refractory powder. ating), particle spheroidization treatment, powder surface finishing and product plasma - Can be used for chemical processing.

従来技術 プラズマジェットを発生させ、そして円筒形ダクトを通して供給されるキャリヤ ガスによって噴霧されるべき材料粉末をプラズマジェット中へ導入することを含 んでいるプラズマ溶射法(plasma spraying)が当技術において 知られている(FR,B。Conventional technology A carrier that generates a plasma jet and is fed through a cylindrical duct It involves introducing into the plasma jet the material powder to be atomized by the gas. In this technology, the plasma spraying method Known (FR, B.

202600B) 。202600B).

該方法を実行するプラズマトロンは、慣用の設計であり、すなわち、それは、ノ ズルによって形成されるアノードおよびカソードを含んでなり、粉末をプラズマ ジェット中に供給するための円筒形ダクトが、アノード内に設けられている(F R,B、 2026006) 。The plasmatron carrying out the method is of conventional design, i.e. it is The powder consists of an anode and a cathode formed by a plasma A cylindrical duct is provided in the anode for feeding into the jet (F R, B, 2026006).

この方法およびこの方法を実行するプラズマトロンの1つの欠点は、プラズマジ ェット中のその断面を横切る粉末分布が不均一であるということである。これに より、プラズマ中の粉末の不均一な溶融および加速のような好ましくない作用が もならされ、これが、続いて噴霧された被覆物の性質の低い再現性へと導く。One drawback of this method and the plasmatron that implements it is that the plasmatron The distribution of powder across its cross section in the jet is non-uniform. to this This reduces undesirable effects such as non-uniform melting and acceleration of powder in the plasma. This leads to low reproducibility of the properties of the subsequently sprayed coating.

従って、最近、粉末のような加工成分を、プラズマ流を取り囲んでいる環状スロ ットに沿って、流れ方向に対しである角度をなして、プラズマ流中へ導入するこ とを含んでいるプラズマ処理法がますます使用されるようになってきた(ELS 、^、 4080550)、いくつかのプラズマトロンにおいては(FR,B、  2376580゜SU、^、 503601) 、環状スロットがカソードと アノードとの間に配置されており、他の場合には、環状スロットは、ノズル型ア ノードとその後に位置したノズルとの間に、すなわちプラズマジェットの電圧の 印加されていない(deenergized)領域内に配置されている(US、 ^、 3071678) 、後者の場合、プラズマトロンの電気領域および加工 領域は、お互いに隔離されている。Therefore, recently, process components such as powders have been transferred to an annular slot surrounding the plasma stream. into the plasma stream along the cut and at an angle to the flow direction. Plasma processing methods are increasingly being used (ELS , ^, 4080550), in some plasmatrons (FR,B, 2376580゜SU, ^, 503601), the annular slot is connected to the cathode. In other cases, the annular slot is located between the anode and the nozzle-type aperture. between the node and the nozzle located after it, i.e. the voltage of the plasma jet. located in a deenergized region (US, ^, 3071678), In the latter case, the electrical area and processing of the plasmatron The areas are isolated from each other.

それが好まれうる。なぜならば、粉末運搬ガスは、アークの電気的性質に対して いかなる顕著な作用も及ぼさないからである。That can be liked. Because the powder-carrying gas is sensitive to the electrical properties of the arc. This is because it does not have any significant effect.

環状スロットに沿った加工成分の供給を使用する上記プラズマ処理法の全ておよ び対応するプラズマトロンは、加工成分がプラズマジェットの断面にわたってか なり均一に分布されるけれども、その横断面にわたる気体力学的および熱力学的 性質の分布が決して均一でないという点にある不利益をこうむる。その結果とし て、プラズマジェットの周辺領域にある粉末は、軸方向領域にある粉末よりも少 ない程度だけ加熱されまた加速される。これにより、処理された製品、例えばプ ラズマ溶射被覆物の性質の劣化がもたらされる。All of the above plasma processing methods that use the delivery of processing components along an annular slot and and the corresponding plasmatron, in which the processed components are distributed over the cross-section of the plasma jet. Although uniformly distributed, the gas-dynamic and thermodynamic It suffers from the disadvantage that the distribution of properties is never uniform. As a result Therefore, the powder in the peripheral region of the plasma jet is less than the powder in the axial region. It is heated and accelerated to a certain extent. This allows processed products, e.g. This results in a deterioration of the properties of the plasma sprayed coating.

プラズマジェット−所要の加工パラメータに依存する層流ジェットまたは乱流ジ ェットのいずれか−が発生され、加工成分およびキャリヤガスが、プラズマジェ ットを取り囲んでいる環状スロットに沿って供給され、そしてプラズマおよび加 工成分の流れが合併した後に、集束用ガスがプラズマの均質流れ中に導入されて 、プラズマジェットを加工成分で集束するようなプラズマ処理法(SU、^、  656669)には、上記のようないかなる欠点も存しない、この場合、加工成 分(キャリヤガスと共に)および集束用成分は、ジェット運動方向に対して直角 にまたは一定の角度をなして供給される。Plasma jet – laminar or turbulent jet depending on required processing parameters The process components and carrier gas are transferred to the plasma jet. plasma and heating along an annular slot surrounding the cut. After the streams of components have merged, a focusing gas is introduced into the homogeneous flow of the plasma. , a plasma processing method that focuses the plasma jet with processing components (SU, ^, 656669) does not have any of the drawbacks mentioned above, in this case the processing (along with the carrier gas) and focusing components perpendicular to the direction of jet motion. or at an angle.

この方法を実現するように設計されたプラズマトロンは、カソードおよびノズル 型アノードを含み、続いてその後にプラズマジェットの方向に配置されたアノー ドと同軸の1つまたはそれ以上のノズルを設けてなる(SO,^、 65686 9) 、お互いに向い合っている隣接ノズルの表面は、プラズマトロン軸に対し て直角をなしているかまたは同じ角度をなしている。アノードとすぐに続くノズ ルとの間にある環状スロットは、加工成分をキャリヤガスと共にプラズマジェッ トへ導入するのに役立ち、またアノードの後に位置した隣接ノズル間の環状スロ ットは、集束用ガスを供給するように設計されている。そのため、加工成分を供 給するための環状スロットおよび集束用ガスを供給するための環状スロットは平 行に延びているか、あるいはむしろそれらはプラズマトロン軸と同じ角度をなし ている。A plasmatron designed to implement this method consists of a cathode and a nozzle. type anode, followed by an anode placed in the direction of the plasma jet. (SO, ^, 65686 9), the surfaces of adjacent nozzles facing each other are relative to the plasmatron axis. make a right angle or the same angle. Nozzle immediately following the anode An annular slot between the plasma jet and the carrier gas allows the processing components to be An annular slot between adjacent nozzles located after the anode The kit is designed to supply focusing gas. Therefore, processing ingredients are The annular slot for supplying gas and the annular slot for supplying focusing gas are flat. lines, or rather they make the same angle as the plasmatron axis. ing.

集束される加工成分によるプラズマジェットにもとづいて、ジェットの横断面積 は減少し、そしてその成分は、より簡潔にすなわちその経路に沿っているが、わ ずかにそれて運動し、プラズマ処理によって製造された製品の性質を改良せしめ うる。Based on the plasma jet with focused processing components, the cross-sectional area of the jet decreases, and its components are more concise, i.e. along that path, but It moves slightly and improves the properties of products manufactured by plasma treatment. sell.

しかしながら、これらの改良された性質は、プラズマジェット、かくしてプラズ マトロンの電力の増加と共に可能であるにすぎない、この現象についての説明を 以下に行う。However, these improved properties make the plasma jet and thus the plasma An explanation for this phenomenon is only possible with an increase in Matron's power. Do the following.

SU、^、 656669のプラズマトロンを使用して実行する方法においては 、加工成分の集束は、その成分がプラズマジェットとすでに合併した時点で、す なわち成分がジェット中で十分に加速されて、高速度を得た時点で達成される。In the method performed using the plasmatron of SU, ^, 656669, , the focusing of the processing component is complete at the point when the component has already merged with the plasma jet. This is achieved when the components are sufficiently accelerated in the jet to obtain high velocities.

従って、加工成分を集束するために、すなわちその速度ベクトルの方向を変える ために、プラズマジェットに対する集束用ガスの有意な気体力学的作用が要求さ れる。換言すれば、集束用ガスの流量は、十分に高くかつプラズマ発生ガスの場 合に匹敵できるべきである。Therefore, in order to focus the machining component, i.e. change the direction of its velocity vector This requires a significant gas-dynamic action of the focusing gas on the plasma jet. It will be done. In other words, the flow rate of the focusing gas is sufficiently high and the plasma generating gas field is should be able to match the current situation.

しかしながら、これは、プラズマジェットの冷却(cool ing−d。However, this is due to the cooling of the plasma jet.

wn)ならびにその横断面を横切る有意な温度および速度の勾配をもたらすかも しれない、それが発生しないようにするため、プラズマジェット電力を増加せし めなければならない。しかしながら、プラズマトロンの電力増加は、製作工程を 実施するための電力消費量(すなわち、処理されるべき商品当たりの電力消費量 、例えばプラズマまたはプラズマ−化学被覆の場合における単位面積当たりの電 力消費量)の上昇へと導く。wn) and may result in significant temperature and velocity gradients across its cross-section. increase the plasma jet power to prevent this from occurring. must be met. However, the increased power of the plasmatron has changed the fabrication process. Power consumption for carrying out (i.e. power consumption per product to be processed) , e.g. electric current per unit area in the case of plasma or plasma-chemical coatings. power consumption).

発明の要約 本発明は、加工成分を集束するための集束用ガス(focusinggas ) が、本質的にプラズマジェットを冷却することなく、すなわちその気体力学的お よび熱力学的性質を減じることなく導入され、それによってプラズマトロン電力 を増加せしめる必要性もなしに高性能プラズマ処理が得られうるようなプラズマ 処理法およびプラズマトロンを提供しようと試みるものである。Summary of the invention The present invention provides a focusing gas for focusing processing components. However, without essentially cooling the plasma jet, i.e. its aerodynamic and thermodynamic properties, thereby increasing the plasmatron power Plasma such that high performance plasma processing can be obtained without the need to increase It attempts to provide a processing method and plasmatron.

この問題は、プラズマジェットを発生させ、プラズマジェットを取り囲んでいる 環状スロットに沿ってプラズマジェットにキャリヤガスと共に加工成分を供給し 、そしてプラズマジェット中の加工成分を集束用ガスによって集束すること(f oeusing)を含むプラズマ処理法において、本発明によれば、集束用ガス をプラズマジェットと加工成分を有するキャリヤガス流との合併領域へ導入する ということを提供することによって解決される。This problem generates a plasma jet and surrounds the plasma jet. Supplying processing components along with a carrier gas to a plasma jet along an annular slot , and focusing the processed components in the plasma jet with a focusing gas (f According to the present invention, in a plasma processing method including a focusing gas into the region where the plasma jet merges with the carrier gas flow containing the processing components. This is solved by providing that.

加工成分およびプラズマジェットの合併領域においては、この成分流れは、それ がジェットとの相互作用の結果として手に入れる高速度をいまだ達成していなか った。そのため、加工成分を集束するには、すなわちこの領域における加工成分 の速度ベクトルを変化するには、ジェットに対する集束用ガスのさらにより小さ な気体力学的作用が要求され、かくして、Stl、^、656669のプラズマ トロンにおいてそうであるように、集束がプラズマジェットに沿って下流で行わ れる場合に、それよりも少ないこのガスの流量が必要となる。少ない流量で供給 された集束用ガスは、プラズマジェットの気体−熱力学的性質に対するどんな有 意な作用も生じない、そのため、提案した方法は、プラズマジェットの一定の電 力に、より質の高いプラズマ処理を見込んでいる。In the merged region of processing components and plasma jet, this component flow has not yet achieved the high speeds obtained as a result of interaction with the jet. It was. Therefore, in order to focus the processing components, i.e. the processing components in this region To change the velocity vector of the focusing gas to the jet, an even smaller gas dynamic action is required, thus the plasma of Stl,^,656669 As in trons, focusing occurs downstream along the plasma jet. A smaller flow rate of this gas is required if the Supply with low flow rate The focused focusing gas has no effect on the gas-thermodynamic properties of the plasma jet. Therefore, the proposed method uses a constant electric current of the plasma jet. We are looking forward to using higher quality plasma processing in the future.

プラズマジェットが層流である場合、加工成分をプラズマジェット中へ導入する 領域におけるキャリヤガスの平均速度v2および集束用ガスの平均速度vコは、 好ましくは次式によって与えられる: ρ2V2”= (55〜83)ρ+V+2/ (90−α)2゜p−5Vx2=   (0,03〜 0.1)p IVI”(上式中、ρ3.ρ7.ρ、は、加工 成分をプラズマジェット中へ導入する領域におけるプラズマ、キャリヤガスおよ び集束用ガスのそれぞれの平均密度であり、 ■、は、プラズマジェット中への加工成分の導入点におけるプラズマジェットの 平均速度であり、 αは、プラズマジェットと共に導入される加工成分によって形成される角度(度 )である、) プラズマジェットが乱流である場合、加工成分をプラズマジェット中へ導入する 場所でのキャリヤガスの平均速度V、および集束用ガスの平均速度V、は、次式 によって与えられることが好ましい: 110− (1,2〜1.8)10− ” (90−α)2ρ3Vs2− (0 ,91〜1.43) 10−’、o IVl”プラズマジェットが層流である場 合およびそれが乱流である場合の両方におけるキャリヤガス速度および集束用ガ ス速度の適切な選択を可能にする上記関係式が、本発明者らによって実験的に見 い出され、その決定は、集束後のプラズマジェット軸からの、加工成分がジェッ トに入る一定の角度での加工成分経路の最小かたよりに基づいていた。If the plasma jet is a laminar flow, the processing components are introduced into the plasma jet. The average velocity of the carrier gas v2 and the average velocity of the focusing gas v in the region are: Preferably given by: ρ2V2”= (55~83)ρ+V+2/ (90-α)2゜p-5Vx2= (0,03~0.1)p IVI” (in the above formula, ρ3.ρ7.ρ is the processing Plasma, carrier gas and and the average density of the focusing gas, ■ is the flow of the plasma jet at the point of introduction of processing components into the plasma jet. is the average speed, α is the angle (in degrees) formed by the machining components introduced with the plasma jet. ) is, ) If the plasma jet is turbulent, introduce processing components into the plasma jet. The average velocity V of the carrier gas and the average velocity V of the focusing gas at a location are given by the following formula: Preferably given by: 110-(1,2~1.8)10-"(90-α)2ρ3Vs2-(0 ,91~1.43) 10-', o IVl'' If the plasma jet is laminar flow Carrier gas velocity and focusing gas both when the flow is turbulent and when it is turbulent. The above relational expression, which enables appropriate selection of speed, has been experimentally determined by the present inventors. The determination is based on the fact that the machining component from the focused plasma jet axis is was based on the minimum deviation of the processing component path at a constant angle into the path.

加工成分は、プラズマジェットの流れ方向で、その軸に対して20°〜40°の 角度で供給されるのが好ましい、それは、加工成分の経路(paths )の、 プラズマジェット軸からの最小かたより、すなわち、その最適藁束を可能にする 。The processed components are placed at an angle of 20° to 40° to the axis of the plasma jet in the flow direction of the plasma jet. Preferably, the paths of the processing components are fed at an angle, which Minimum deflection from the plasma jet axis, i.e. allowing for its optimal straw bundle .

上記問題はまた、環状出力電極と続いて同軸方向に配置した2つのノズルとを組 み合わせて有してなり、加工成分の供給のためのダクトとして役立つ環状スロッ トが、出力電極と第一ノズルとの間に設けられておりそして集束用ガスの供給の ためのダクトを形成する環状スロットが第一ノズルと第二ノズルとの間に設けら れているプラズマトロンであって、本発明によれば、出力電極に向い合っている 第一ノズルの表面および第二ノズルに向い合っている第一ノズルの表面が、出力 電極の出口開口部と第二ノズルの入口開口部との間に配置された円筒状領域内に あるその頂点と一定の角度をなしており、この円筒状領域の直径が、第二ノズル の入口開口部の直径に等しいものであるようなプラズマトロンを提供することに よっても解決される。The above problem can also be solved by combining an annular output electrode with two coaxially arranged nozzles. an annular slot which serves as a duct for the supply of processing ingredients; is provided between the output electrode and the first nozzle and for supplying the focusing gas. an annular slot forming a duct for the first and second nozzles; According to the present invention, the plasmatron is located opposite to the output electrode. The surface of the first nozzle and the surface of the first nozzle facing the second nozzle are in a cylindrical region located between the outlet opening of the electrode and the inlet opening of the second nozzle. The diameter of this cylindrical area forms a certain angle with the apex of the second nozzle. by providing a plasmatron such that the diameter of the inlet opening is equal to the diameter of the inlet opening of It is also solved.

出力電極に続く第一ノズルの該表面が、出力電極の出口開口部と第二ノズルの入 口開口部との間の領域内にあるその頂点と一定の角度をなすという事実に基づい て、加工成分供給ダクトおよび集束用ガス供給ダクトの相互整列は、プラズマジ ェットと加工成分を運ぶガス流との合併領域内への集束用ガスの供給を提供する ように達成される。かくして、提案した方法は、方法の上記利点の全てがプラズ マトロンの提案した設計にも等しく適用できるように、適切に実行される。The surface of the first nozzle following the output electrode is in contact with the outlet opening of the output electrode and the input of the second nozzle. Based on the fact that it makes a certain angle with its apex in the area between the mouth opening Therefore, the mutual alignment of the processing component supply duct and the focusing gas supply duct is providing a focusing gas supply into the merging region of the gas stream carrying the jet and processing components; is achieved as follows. Thus, the proposed method has all the above advantages of the method. Properly executed, it is equally applicable to Matron's proposed design.

出口電極と第一ノズルとの対立する表面は、40°〜80’の範囲の円錐角度を 有する円錐形であるのが好ましく、また出カ@極の円錐形表面は、第一ノズルの 円錐形表面によって取り囲まれているのが好ましい、これは、加工成分の最適集 束をもたらす。The opposing surfaces of the exit electrode and the first nozzle have a cone angle ranging from 40° to 80'. The conical surface of the output @pole is preferably conical in shape and has a conical surface of the first nozzle. Preferably surrounded by a conical surface, this provides an optimal concentration of processing components. bring a bunch.

本発明をさらに、添付図面を参照してその好ましい具体例について詳細に説明す ることによって示す。The present invention will be further described in detail with reference to preferred embodiments thereof with reference to the accompanying drawings. Show by

図面の簡単な説明 第1a、lbおよび16図は、本発明の方法に従って、キャリヤガスおよび集束 用ガスを供給する可能な方式を示し、第2図は、加工成分をプラズマジェット中 へ導入する領域におけるプラズマジェットおよびキャリヤガスの速度ヘッド比と 、加工成分の流入角度との間の関係を示し、第3図は、加工成分をプラズマジェ ット中へ導入する領域におけるプラズマジェットおよび集束用ガスの速度ヘッド 比と、加工成分の流入角度との間の関係を示し、第4図は、発生ノズルの三角形 縦断面を有する提案したプラズマトロンであり、そして 第5図は、発生ノズルの台形縦断面を有する提案したプラズマトロンの出力部を 示している。Brief description of the drawing Figures 1a, 1b and 16 show carrier gas and focusing according to the method of the invention. Figure 2 shows a possible method of supplying the processing gas for processing components during a plasma jet. The velocity head ratio of plasma jet and carrier gas in the region of introduction into , and the inflow angle of processing components. velocity head of the plasma jet and focusing gas in the region of introduction into the jet; Figure 4 shows the relationship between the ratio and the inflow angle of the processed components. The proposed plasmatron has a longitudinal section, and Figure 5 shows the output section of the proposed plasmatron with a trapezoidal longitudinal section of the generation nozzle. It shows.

発明を実施するための最良の形態 提案したプラズマ処理法は、次のようにして実現される。プラズマ発生ガスをプ ラズマトロンに供給し、そしてアークをとばす6アークとプラズマ発生ガスとの 間の相互作用の結果として、均質プラズマジェットがプラズマトロンの出口にお いて発生する0次いで、噴霧されるべき粉末のような加工成分と共にキャリヤガ スを、プラズマジェットを取り囲んでいる環状スロットに沿って供給する。プラ ズマジェットと粉末運搬ガス流との合併領域内へ集束用ガスを導入する。この合 併領域は、プラズマジェットの周辺の囲りに延びている環状領域である。集束用 ガスを、この領域に、プラズマジェットを取り囲んでいる環状スロットおよびジ ェットの囲りに位置する出口開口部を有する個々のダクトの両方を通して供給し てもよい、さて、集束用ガスは、プラズマジェットに対して一定の角度および直 角の両方で導入されてもよい。プラズマジェットが乱流である場合、キャリヤガ スは、ジェットに対して一定の角度または直角のいずれかで同様に供給されても よく、またジェットが層流である場合、プラズマジェットに対して直角でキャリ ヤガスを導入することは好ましくない。この点については、以下説明する。しか しながら、いずれにしても、集束用ガスは、ジェットと粉末運搬ガスとを合併す る領域に、一定不変に供給されなければならない、キャリヤガスおよび藁束用ガ スを供給する可能な方式は、第1a、1bおよび16図に示されており、そこで は、プラズマジェットは1で示され、キャリヤガスは加工成分と共に参照数字2 を有し、集束用ガスは3で示され、そして粉末粒子(加工成分)は4で示されて いる。プラズマジェットならびにキャリヤガス流および集束用ガス流の運動方向 は、それぞれの矢印によって示されている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The proposed plasma processing method is realized as follows. Pump the plasma generating gas 6 arcs and plasma generating gas that are supplied to the lasmatron and blow the arc As a result of the interaction between The carrier gas is then mixed with the process components such as powders to be sprayed. The plasma jet is supplied along an annular slot surrounding the plasma jet. plastic A focusing gas is introduced into the merged region of the Zumajet and powder carrying gas stream. In this case The co-region is an annular region extending around the periphery of the plasma jet. For focusing Gas is introduced into this region through the annular slot and jet surrounding the plasma jet. through individual ducts with outlet openings located around the Now, the focusing gas is at a certain angle and perpendicular to the plasma jet. May be introduced at both corners. If the plasma jet is turbulent, the carrier gas The water may equally be fed either at an angle or perpendicular to the jet. Often, and if the jet is laminar, the carrier should be at right angles to the plasma jet. It is not desirable to introduce Yagas. This point will be explained below. deer However, in any case, the focusing gas is a combination of jet and powder carrying gas. The carrier gas and straw bundle gas must be constantly supplied to the Possible ways of supplying the power are shown in Figures 1a, 1b and 16, where The plasma jet is designated by 1 and the carrier gas is designated by reference numeral 2 along with the processing components. , the focusing gas is denoted by 3 and the powder particles (processing component) are denoted by 4. There is. Direction of movement of plasma jet and carrier gas flow and focusing gas flow are indicated by the respective arrows.

プラズマ−化学表面処理の場合、加工成分として役立つのは、蒸気−ガス混合物 中の化学的に活性な物質の蒸気である。一方、化学的に活性な物質がガスである 場合、それは、キャリヤガスおよび加工成分の両方として機能する。プラズマ処 理の場合の全てにおいて、一番最後にあげた場合を除いて、キャリヤガスおよび 集束用ガスは同じ組成を有していてもよい。In the case of plasma-chemical surface treatments, steam-gas mixtures serve as processing components. Vapors of chemically active substances inside. On the other hand, chemically active substances are gases. In some cases, it functions as both a carrier gas and a processing component. plasma treatment In all cases except the last mentioned, the carrier gas and The focusing gases may have the same composition.

集束用ガス3は、プラズマジェットの周辺から離れた粉末をその軸方向領域へと 押しやり、ジェット1に沿って同軸方向を向きかつ処理されるべき表面に適用さ れた不均質な流れ5を形成する。プラズマジェット1とキャリヤガス流2との合 併領域においては、このガスによって導入される粉末粒子4の速度はいまだ比較 的小さいので、集束用ガス3の部分に対するいかなる有意な気体力学的作用も、 ジェット1の軸の方に向う粉末4の置換のためには要求されずそしてプラズマジ ェット1の気体−熱力学的性質におけるかなりの変化を避けるために低流量を選 択してもよい、得られたプラズマジェット1の冷却されないことにより、完全に かつ均一に溶融されまたより均一に加、速されうる粉末粒子4が生じ、それは被 覆物のより良好な品質およびプラズマジェットの比較的小さい電力を有するより 高い電力利用率を提供する。The focusing gas 3 directs the powder away from the periphery of the plasma jet into its axial region. forcing, oriented coaxially along jet 1 and applied to the surface to be treated. A non-uniform flow 5 is formed. Combination of plasma jet 1 and carrier gas flow 2 In the parallel region, the velocity of the powder particles 4 introduced by this gas is still comparable. Since the target is small, any significant gas-dynamic effect on the portion of the focusing gas 3 is For the displacement of the powder 4 towards the axis of the jet 1 is not required and the plasma radiation A low flow rate is chosen to avoid appreciable changes in the gas-thermodynamic properties of Jet 1. The resulting plasma jet 1 may be completely cooled by not being cooled. And powder particles 4 are produced which can be uniformly melted and even more uniformly accelerated, which With better quality of covering and relatively small power of plasma jet than Provides high power utilization.

集束用ガス3をプラズマジェット1および粉末4の合併領域内へ導入する場合、 粉末粒子経路発散角度(powder parttielepath dive rgence angle)βは、粉末がもつと先で運動するので、比較的小さ い。この角度βの値は、粉末をプラズマジェット1中へ導入する流入角度αなら びにプラズマ処理工程条件、すなわち粉未導入領域におけるプラズマジェット1 、キャリヤガス2および集束用ガス3の速度ヘッドに依存している。各流入角度 αについて、最適操作条件下で、粉末が集束された後に、特定の最小粉末経路発 散角度βが存在しているということが、実験的に見い出された。When introducing the focusing gas 3 into the combined region of the plasma jet 1 and the powder 4, powder particle path diverging angle rgence angle) β is relatively small because the powder moves at the tip. stomach. The value of this angle β is given by the inflow angle α for introducing the powder into the plasma jet 1. and plasma treatment process conditions, that is, plasma jet 1 in the area where powder is not introduced. , depending on the velocity heads of the carrier gas 2 and the focusing gas 3. Each inflow angle For α, under optimal operating conditions, a certain minimum powder path is generated after the powder is focused. It was experimentally found that a dispersion angle β exists.

第2図は、角度βの最小値を確保するρ+V+”/ρ2v、′比と粉末をプラズ マジェット中へ導入する流入角度αとの閏の実験による関係を示している。ここ で、ρ1およびρ、は、それぞれ粉未導入領域におけるプラズマおよびキャリヤ ガスの密度であり、そしてvIおよび■2はそれぞれ、この領域におけるプラズ マジェットおよびキャリヤガスの平均速度である。用語ρ1v、′は、プラズマ ジェットの速度ヘッドを示しそして ρ2v22はキャリヤガスの速度ヘッドで ある。第2図の関係は、種々の密度を有する粉末材料について得られている。こ れらの関係のプロット点は、次のような粉末材料に対応している=6,7−それ ぞれ、プラズマジェットの乱流および層流の場合に、密度2.4 g/ cm’ のアルミニウムー珪素台金;8,9−それぞれ、プラズマジェットの乱流および 層流の場合に、密度7,4g/c−3のコバルト基台金、10.0−それぞれ、 プラズマジェットの乱流および層流の場合に、密度3.9 g/Cmコのコラン ダム;ならびに12.13−それぞれ、プラズマジェットの乱流および層流の場 合に、密度6.2 g/ cva’の金属間化合物ニッケルーアルミニウム系。Figure 2 shows the ratio of ρ+V+”/ρ2v,′ to ensure the minimum value of the angle β and the powder The experimental relationship of the leapfrog to the inlet angle α introduced into the mudget is shown. here where ρ1 and ρ are the plasma and carriers in the region where no powder is introduced, respectively. is the density of the gas, and vI and ■2 are the plasma density in this region, respectively. is the average velocity of the madget and carrier gas. The term ρ1v,' is the plasma denotes the velocity head of the jet and ρ2v22 is the velocity head of the carrier gas. be. The relationship of FIG. 2 has been obtained for powder materials with various densities. child The plot points of these relationships correspond to powder materials such as =6,7−that Density 2.4 g/cm’ for turbulent and laminar plasma jets, respectively. 8,9-respectively, the turbulent flow of the plasma jet and In the case of laminar flow, a cobalt base metal with a density of 7.4 g/c-3, 10.0-respectively, In the case of turbulent and laminar flow of the plasma jet, a colan with a density of 3.9 g/Cm dam; and 12.13-turbulent and laminar fields of plasma jet, respectively. In this case, the intermetallic compound nickel-aluminum system has a density of 6.2 g/cva'.

曲線14は、プラズマジェットの乱流についてのρ、V、2/ρ2v2′比の境 界値を示し、そして曲線15はプラズマジェットの層流についてのこの比の境界 値である。該パラメータの境界値は、集束後のプラズマジェット中を動く粉末粒 子について、最小経路発散角度βが、その限界内で達成されうる値を意味してい る。Curve 14 is the boundary of ρ, V, 2/ρ2v2′ ratio for plasma jet turbulence. and curve 15 is the limit for this ratio for laminar flow of the plasma jet. It is a value. The boundary value of the parameter is determined by the powder particles moving in the plasma jet after focusing. For a child, the minimum path divergence angle β means the value that can be achieved within its limits. Ru.

第2図かられかるように、曲線14および15は放物線である。乱流プラズマジ ェットの運動については、(曲線14) 、放物線の比例定数は、1.2X10 −2(上方の放物線)および1.8X10−2(下方の放物線)である、プラズ マジェットの層流については、上方の放物線14の比例定数は55であり、そし て下方の放物線15の場合は83である。そのため、粉末のプラズマジェットへ の導入領域におけるキャリヤガス速度は、乱流の場合、次の関係式を満足するよ うに選択されるように要求される。As can be seen from FIG. 2, curves 14 and 15 are parabolas. turbulent plasma For the motion of the jet, (curve 14), the proportionality constant of the parabola is 1.2X10 -2 (upper parabola) and 1.8X10-2 (lower parabola). For Mudgett laminar flow, the proportionality constant of the upper parabola 14 is 55, and In the case of the downward parabola 15, it is 83. Therefore, powder plasma jet In the case of turbulent flow, the carrier gas velocity in the introduction region of is requested to be selected.

プラズマジェットが層流の場合、粉末のプラズマジェットへの導入領域における キャリヤガス速度は、次の関係式を満足するようなものであるべきである。If the plasma jet is laminar, the area where the powder is introduced into the plasma jet is The carrier gas velocity should be such that it satisfies the following relationship:

ρ、V22−(55〜83)ρIVI”/ (90−α)2後者の式によって示 されるように、プラズマジェットが層流の場合、角度αは90°以外でなければ ならない、なぜならば、この場合には、速度ヘッドまたはキャリヤガス速度が無 限大へ向かうだろうからである。ρ, V22-(55-83)ρIVI”/(90-α)2 is shown by the latter equation. If the plasma jet is laminar, the angle α must be other than 90°, as shown in in this case, the velocity head or carrier gas velocity is null. This is because it will reach its limit.

第3図は、粉末導入領域における、最小角度βを確保する1) 、■12/ / ) iV*2(ρff、 L オよびp−L’ LL そh ぞh集束用ガスの 密度、その速度およびその速度ヘッドである)比と、粉末をプラズマジェット中 へ導入する流入角度αとの間で実験的に見い出された関係を示している。該関係 のプロット点6−13は、第2図において示されたものと同じ粉末材料に対応し ている。@ 16は、プラズマジェットの乱流に対応し、そして線17は、その 層流に対応している。第3図かられかるように、ρ1V+2/ρ、■、2比は、 角度αに依っていない、それは、プラズマジェット流のパターンに依っているだ けである。ジェットが乱流である場合、線16は、粉末導入領域におけるプラズ マジェットと集束用ガスとの間の該速度ヘッド比の境界値を与える。Figure 3 shows how to ensure the minimum angle β in the powder introduction area 1), ■12// ) iV*2 (ρff, L o and p-L' LL soh soh of the focusing gas The ratio of density, its velocity and its velocity head during the plasma jet of the powder It shows the relationship found experimentally between the inflow angle α introduced into the the relationship Plot points 6-13 correspond to the same powder material shown in FIG. ing. @16 corresponds to the turbulence of the plasma jet, and line 17 corresponds to its Compatible with laminar flow. As can be seen from Figure 3, the ρ1V+2/ρ,■,2 ratio is It does not depend on the angle α, it depends on the pattern of the plasma jet flow. That's it. If the jet is turbulent, the line 16 will reflect the plasma in the powder introduction region. Give a boundary value for the velocity head ratio between the magget and the focusing gas.

これらの線は、比例定数0.91(上方の線16)および1.43(下方の線) によって決められる。そのため、プラズマジェットが乱流である場合、集束後の 最小粉末経路発散角度βは、粉末導入領域における集束用ガス速度■、が次の関 係式を満足させるように選ばれる時に、得られる。These lines have proportionality constants of 0.91 (upper line 16) and 1.43 (lower line) determined by. Therefore, if the plasma jet is turbulent, after focusing The minimum powder path divergence angle β is determined by the following relationship between the focusing gas velocity in the powder introduction region and obtained when the equation is chosen to satisfy the equation.

p 3V)2= (0,91〜1.43) 10−27’) +vL’ジェット が層流である場合、粉末導入領域におけるプラズマジェットと集束用ガスとの間 の速度ヘッド比の境界値は、線17によって示され、比例定数は0.03 (上 方の@ 17)および0.1(下方の線17)に等しい、換言すれば、プラズマ ジェットが層流の場合、粉末導入領域における集束用ガス速度vコが、/:)s ’b”= (0,03〜0.1) f) 1vI2によって与えられると、集束 後の最小粉末経路発散角度βが提供される。p3V)2=(0,91~1.43)10-27')+vL'jet is laminar, between the plasma jet and the focusing gas in the powder introduction region. The boundary value of the velocity head ratio of is shown by line 17, with a proportionality constant of 0.03 (upper 17) and 0.1 (lower line 17), in other words, the plasma If the jet is laminar, the focusing gas velocity v in the powder introduction region is /:)s ’b” = (0,03~0.1) f) 1vI2, the focusing The later minimum powder path divergence angle β is provided.

そのため、プラズマ処理工程の操作条件ρ+V+”/ρ2v、2およびρ+N’ +”/ρ、■、2の選択は、粉末からプラズマジェットへの流入角度αおよびそ の流れパターンによって決められる。Therefore, the operating conditions of the plasma treatment process ρ+V+"/ρ2v, 2 and ρ+N' The selection of +”/ρ,■,2 depends on the inflow angle α from the powder to the plasma jet and its determined by the flow pattern.

提案した方法について、第2および3図に示された操作条件の関係は、普遍的で あり、すなわち、それらの上方および下方の境界は噴霧される材料の密度に依存 しないということが特記される。それがこの場合でなかったならば、第2図にお けるプロット14および15ならびに第3図におけるプロット16および17は 、最大密度または最小密度に対応する点を通過してしまうだろう。For the proposed method, the relationship between the operating conditions shown in Figures 2 and 3 is universal. Yes, i.e. their upper and lower boundaries depend on the density of the material being sprayed It is noted that it does not. If that were not the case, then in Figure 2 Plots 14 and 15 in Figure 3 and plots 16 and 17 in Figure 3 are , it will pass through the point corresponding to the maximum or minimum density.

集束後に、プラズマジェット中を運動する粉末についての最小経路発散角度βは 、20’乃至40°の範囲内にある流入角度αで達成されるということが実験的 に見い出される。ここで、角度βは、2〜3°の範囲内にある。角度αが該限界 の外側にある場合、角度βは増加し、12・〜13°になる。その結果、粉末を プラズマジェット中へ導入する角度を制御することによって、集束する粉末の程 度を変えることが可能である。それは、処理される表面の形状および寸法が種々 であるために、プラズマ処理の実施においては、多いに重要である。After focusing, the minimum path divergence angle β for the powder moving in the plasma jet is , 20' to 40°. is found in Here, the angle β is in the range of 2 to 3 degrees. Angle α is the limit outside, the angle β increases to 12·˜13°. As a result, the powder By controlling the angle of introduction into the plasma jet, the degree of focusing of the powder can be controlled. It is possible to change the degree. It varies in the shape and dimensions of the surface being treated. Therefore, it is of great importance in the implementation of plasma processing.

提案したプラズマトロンは、カソード18(第4図)、入口ノズル19、内部電 極インサート20、出力電極として役立つノズル型アノード21、発生ノズル2 2および出口ノズル23を有してなり、すべてが同軸に整列されている。お互い に向い合っているアノード21および発生ノズル22の表面は、円錐形状であり 、そして40〜80°の範囲の円錐角度γを有している。この場合に、発生ノズ ル22の円錐形表面は、アノード21の円錐形表面を取り囲んでいる。すなわち 、アノード21の円錐形表面は凸であり、一方、ノズル22の円錐形表面は凹で ある。アノード21および発生ノズル22の円錐形表面によって形成され、40 〜80゛の限界内で選択された円錐角度γにより、加工成分をプラズマジェット 中へ導入するための最適条件、すなわちプラズマの冷却を避けて、加工成分を運 搬するガスの最小流量と共にジェットの軸方向領域におけるその最大濃度が確保 される。The proposed plasmatron consists of a cathode 18 (Fig. 4), an inlet nozzle 19, and an internal voltage. Pole insert 20, nozzle-shaped anode 21 serving as output electrode, generation nozzle 2 2 and an outlet nozzle 23, all coaxially aligned. each other The surfaces of the anode 21 and generation nozzle 22 facing each other are conical. , and has a cone angle γ ranging from 40 to 80°. In this case, the generated nozzle The conical surface of the tube 22 surrounds the conical surface of the anode 21. i.e. , the conical surface of the anode 21 is convex, while the conical surface of the nozzle 22 is concave. be. formed by the conical surface of the anode 21 and the generating nozzle 22; With a cone angle γ selected within the limits of ~80°, the machining component is plasma jetted The optimum conditions for introducing the processing components into the plasma, i.e., avoiding cooling of the plasma and Ensures a minimum flow rate of the transported gas as well as its maximum concentration in the axial region of the jet be done.

お互いに向い合っているアノード21および発生ノズル22の円錐形表面の間に 、環状スロット24が設けられている。このスロットは、加工成分をプラズマ処 理・yト中へ導入するためのダクトとして役立つ。お互いに向い合っている発生 ノズル2Zおよび出口ノズル23の表面は平らであり、それらの間に環状スロッ ト27が設けてあり、これは集束用ガスを供給するためのダクトである。環状ス ロット24は、粉末秤りのような装置(図示されていない)と通じており、また 環状スロット25は、集束用ガス源(図示されていない)と通じている。Between the conical surfaces of the anode 21 and the generating nozzle 22 facing each other , an annular slot 24 is provided. This slot allows processing components to be plasma-treated. It is useful as a duct for introducing it into the laboratory. occurrences facing each other The surfaces of the nozzle 2Z and the outlet nozzle 23 are flat, and there is an annular slot between them. A duct 27 is provided, which is a duct for supplying focusing gas. cyclic su Lot 24 communicates with equipment such as a powder scale (not shown) and The annular slot 25 communicates with a focusing gas source (not shown).

本発明によれば、アノード21と向い合っている発生ノズル22の表面26は、 出口ノズル23と向い合っている発生ノズル22の表面27と一定の角度δを形 成する。この角度δの頂点28は、アノード21の出口開口部と出口ノズル23 の入口開口部との間に配置された円筒状領域内にある。集束用ガスを、プラズマ ジェットと加工成分を運ぶガス流との合併領域内に供給することが必要である。According to the invention, the surface 26 of the generation nozzle 22 facing the anode 21 is Forms a constant angle δ with the surface 27 of the generating nozzle 22 facing the outlet nozzle 23. to be accomplished. The apex 28 of this angle δ is located between the outlet opening of the anode 21 and the outlet nozzle 23. within a cylindrical region located between the inlet opening of the Focusing gas, plasma It is necessary to feed into the region of the merger of the jet and the gas stream carrying the processing components.

第4図を参照すれば、プラズマトロン集成体、すなわち、アノード21および出 口ノズル23は、同じ内径を有しており、これは、耐火物粉末材料(酸化アルミ ニウム、酸化ジルコニウムなど)の被覆物を付着する場合およびプラズマ−化学 表面処理のために好ましい、この場合において、角度δの頂点28を含んでいる 該円筒状領域の直径は、アノード21および出口ノズル23の内径に等しい、一 方、出口ノズル23の内径がアノード21の内径を超える場合、この円筒状領域 の直径は、出口ノズル23の内径、すなわち、その入口開口部の直径に等しいべ きである。なぜならば、加工成分を導入する点でプラズマジェットの横断面寸法 を決めるのは、まさに出口ノズル23の内径であるからである。アノードおよび 出口ノズルの異なった内径を有する設計の改良は、低融点粉末材料〈例えば、錫 、亜鉛など)の被覆物を取り扱う時に適切であることがわかるかもしれない。Referring to FIG. 4, the plasmatron assembly, namely the anode 21 and output The mouth nozzles 23 have the same inner diameter, which is made of refractory powder material (aluminum oxide). zirconium, zirconium oxide, etc.) and plasma chemistry. preferred for surface treatment, in this case comprising a vertex 28 of angle δ The diameter of the cylindrical region is equal to the inner diameter of the anode 21 and the outlet nozzle 23. On the other hand, if the inner diameter of the outlet nozzle 23 exceeds the inner diameter of the anode 21, this cylindrical region has a diameter equal to the inner diameter of the outlet nozzle 23, i.e. the diameter of its inlet opening. It is possible. This is because the cross-sectional dimension of the plasma jet is This is because it is precisely the inner diameter of the outlet nozzle 23 that determines. anode and An improvement in the design with different inner diameters of the outlet nozzle allows the use of low melting point powder materials (e.g. tin). may prove suitable when dealing with coatings such as zinc, zinc, etc.).

第5図は、発生ノズル22が別の形状を有しているような提案したプラズマトロ ンの出力部を示している。第4図に示されたプラズマトロンにおいては、ノズル 22の表面26および27は交差しており、その結果、角度δの頂点は、該円筒 状領域の境界にあるが、第5図のプラズマトロンにおいては、ノズル22は円筒 形内面29を有しておりそして交差するようになるのは、表面26および27で はなく、それらの延長部分である。FIG. 5 shows a proposed plasma controller in which the generating nozzle 22 has a different shape. This shows the output section of the engine. In the plasmatron shown in Figure 4, the nozzle The surfaces 26 and 27 of 22 intersect, so that the vertex of the angle δ In the plasmatron shown in FIG. 5, the nozzle 22 is a cylindrical region. It has a shaped inner surface 29 and intersects at surfaces 26 and 27. rather than an extension of them.

この場合において、角度δの頂点28は、アノード21の出口開口部およびノズ ル23の入口開口部によって規定された円筒状領域内にある。換言すれば、第4 区の具体例では、発生ノズル22は、三角形の縦断面を有しており、また第5図 の具体例では、縦断面は台形である。In this case, the apex 28 of the angle δ is the exit opening of the anode 21 and the nozzle. within the cylindrical area defined by the inlet opening of the tube 23. In other words, the fourth In the specific example of the invention, the generating nozzle 22 has a triangular longitudinal section, and as shown in FIG. In the specific example, the longitudinal section is trapezoidal.

発生ノズル22の円筒形内面29の高さは、プラズマトロンの操作条件によって 決められることが特記される。そのため、プラズマ流が乱流である場合、アノー ド21の出口開口部の直径は小さく(4〜8m5)、そして角度の頂点28の位 置を上記した円筒状領域内に確保するためには、ノズル22の表面29の高さも また、ごくわずかに小さくまたはゼロでなければならない(これは、第4図に対 応する)、プラズマが層流である場合、アノード21のより大きな内径が好まし い(7〜20m+s)、この場合において、ノズル22の円筒形内面29の高さ が増加してもよい。The height of the cylindrical inner surface 29 of the generation nozzle 22 depends on the operating conditions of the plasmatron. It is noted that it can be determined. Therefore, if the plasma flow is turbulent, the anode The diameter of the exit opening of the door 21 is small (4-8 m5) and the position of the apex 28 of the angle In order to secure the position within the cylindrical area described above, the height of the surface 29 of the nozzle 22 must also be adjusted. It must also be very slightly small or zero (this corresponds to Figure 4). corresponding), if the plasma is laminar, a larger inner diameter of the anode 21 is preferred. (7 to 20 m+s), in this case, the height of the cylindrical inner surface 29 of the nozzle 22 may increase.

提案したプラズマトロンの他の具体例もまた可能である0例えば、集束用ガスを 供給するための環状スロット25は、プラズマトロン軸に対して一定の角度をな して傾斜していてもよく、またスロット24および25の相互位置は、第1c図 の略図に示したものと同じである。Other embodiments of the proposed plasmatron are also possible. For example, with a focusing gas The annular feeding slot 25 is at an angle to the plasmatron axis. The mutual positions of slots 24 and 25 are as shown in FIG. 1c. This is the same as shown in the schematic diagram.

プラズマトロンは次のように操作する。The plasmatron operates as follows.

カソード18(第4図)とアノード21との間でアークをとばしそして均質のプ ラズマジェットがアノード21の出口で発生した後、集束用ガスを環状スロット 25を通して供給しそして粉末のような加工成分のためのキャリヤガスを環状ス ロット24を通して供給する。プラズマ発生ガス、キャリヤガスおよび集束用ガ スの供給方向は、第4図においてそれぞれの矢印によって示されている。プラズ マジェットの軸方向領域における粉末の導入およびその集束を同時に実施する0 発生ノズル22の表面26および27は、角度δで交差し、その頂点はアノード 21の出口開口部と出口ノズル23の入口開口部との間にあるので、粉末がプラ ズマジェットと合併したまさにその時に、すなわち、粉末がジェットによってい まだ加速されていなかった時に、粉末の集束は行われる。この場合において、粉 末の運動方向を変えるためには、すなわち粉末がプラズマジェットの軸方向領域 内で集束せしめられるためには、集束用ガスの部分に対していかなる有意な作用 も要求されない、従って、このガスの流量は、低レベルに設定され、そのためプ ラズマジェットの冷却が回避される。全体的に不均質なジェットが集束されてい るSU、^、 856669の既知プラズマトロンに反して、提案したプラズマ トロンにおいては、粉末をジェット中で集束するが、それに対する作用は無視し てよい。これは、すぐれた被覆物が得られることを可能にするのみならず、高い 加工成分利用率が得られ、続いてプラズマト・ロンの有効寿命が増大しまた処理 される製品を過熱する危険が除かれる。An arc is blown between the cathode 18 (FIG. 4) and the anode 21 and a homogeneous plate is formed. After the lasma jet is generated at the exit of the anode 21, the focusing gas is passed through the annular slot. 25 and a carrier gas for processing components such as powders is supplied through the annular stream. Supply through lot 24. Plasma generation gas, carrier gas and focusing gas The direction of supply of gas is indicated by the respective arrows in FIG. plaz 0 to simultaneously carry out the introduction of the powder in the axial region of the magget and its focusing The surfaces 26 and 27 of the generation nozzle 22 intersect at an angle δ, the apex of which is the anode. 21 and the inlet opening of the outlet nozzle 23 so that the powder At the very moment of merging with Zumajet, i.e. the powder is Focusing of the powder takes place when it has not yet been accelerated. In this case, powder In order to change the direction of the final motion, i.e. the powder moves in the axial region of the plasma jet. In order for the focusing gas to be focused within the is also not required, therefore the flow rate of this gas is set to a low level so that the Cooling of the lasma jet is avoided. The overall inhomogeneous jet is focused. Contrary to the known plasmatron of SU, ^, 856669, the proposed plasma In TRON, the powder is focused in the jet, but the effect on it is ignored. It's fine. This not only allows an excellent coating to be obtained, but also a high Processing component utilization is obtained, which subsequently increases the useful life of Plasmatron and processing The risk of overheating the product being used is eliminated.

提案したプラズマ処理法を具体化する特定の実施例を以下に与える: 実施例1 次の設計仕様および操作条件を有するプラズマトロンを使用して、酸化チタ〉′ 粉末被覆物(メト3(Netco) 102)を噴霧し7′−: 角度γ、60゜ アーチ状のダクトの長さくカソードとアノードの入口開口部との間の間隔) 、  35 am角度δ、600 プラズマ発生ガス、    空気 プラズマトロン電力、    30kH粉末の噴霧粒径、20〜30IJm 噴霧距離、         140 am噴霧される被覆物の厚さ、  0. 35 +u+次の性質を示している被覆物が得られた:接着力、            70〜898Pa多孔度、          1%未満粉末の利用率 は85%であった。A specific example embodying the proposed plasma processing method is given below: Example 1 titanium oxide〉′ using a plasmatron with the following design specifications and operating conditions. Sprayed with powder coating (Netco 102) 7'-: Angle γ, 60° length of the arched duct (distance between the cathode and the anode inlet opening), 35 am angle δ, 600 Plasma generation gas, air Plasmatron power, 30kHz powder spray particle size, 20-30IJm Spraying distance, 140 am Thickness of the coating to be sprayed, 0. 35 + u + A coating was obtained exhibiting the following properties: adhesion, 70-898Pa porosity, less than 1% powder utilization was 85%.

文献(”Gazotermicheskie pokrytia iz por oshkovykb mate−riaiov″Referenee Book 、 Yu、 S、 Borisov et al、、 1987゜Naukov a Dumka、 Kiev、 p。359)で入手可能なデータからは、メト 3102の付着により、1%以上の被覆物の多孔度および138Paの接着力が もたらされる。Literature (“Gazotermicheskie pokrytia iz por oshkovykb mate-riaiov"Referenee Book , Yu, S., Borisov et al., 1987゜Naukov a Dumka, Kiev, p. From the data available in 359), Adhesion of 3102 results in a coating porosity of over 1% and an adhesion strength of 138 Pa. brought about.

実施例2 実施例1で示した設計仕様を有するプラズマトロンを使用して、次のような操作 条件下で、コランダム粉末を噴霧した。Example 2 Using a plasmatron with the design specifications shown in Example 1, the following operations were carried out: Under these conditions, corundum powder was sprayed.

プラズマトロン電力、       15 kl?プラズマ発生ガス、       空気 プラズマジェットと集束用ガスとの間の速度ヘッド比ρl■12/ρsV*2.  75プラズマジエツトとキャリヤガスとの間の速度ヘット比ρ+’/+2/  I) 2V2”、  44集束後の粉末経路発散角度β、 3゜ 粉末粒径、20〜401Ill 噴霧距離、           120 vam噴霧される被覆物の厚さ、     0.35 +uw次のような性質を有する被覆物が得られた:接着力、             30〜508Pa多孔度、1.5%未満 粉末の利用率は82%であり、噴霧工程の効率は3 kg/時間であった。その ため、工程の比電力消費量は、5 kill・時/kgであった。Plasmatron power, 15 kl? Plasma generation gas, air Velocity head ratio between plasma jet and focusing gas ρl■12/ρsV*2. 75 Velocity head ratio between plasma jet and carrier gas ρ+’/+2/ I) 2V2”, 44 Powder path divergence angle β after focusing, 3° Powder particle size, 20-401Ill Spraying distance, 120 vam Thickness of the coating to be sprayed, 0.35 +uw A coating was obtained with the following properties: adhesion; 30-508Pa porosity, less than 1.5% The powder utilization was 82% and the efficiency of the spraying process was 3 kg/hour. the Therefore, the specific power consumption of the process was 5 kill hours/kg.

文献(+Cazotermieheskie pokrytia iz por oshkovykh waterialov” Reference Book 、 Yu、 S、 Borisov et al、、 1987.Naukov a Dumka、 Kiev、 p、 333.表5.7)中に述べられている ように、コランダムを空気プラズマ中に、天然ガスと共に噴霧した場合、上記し た値と近い効率を達成するのに要する電力は、70〜100 k−の範囲であり 、アルゴン−水素プラズマの場合、その電力は32〜35 kHの範囲にあり、 メト口(にETCO)装置を使用する窒素プラズマの場合、電力は50 kWで ある。ここで、噴霧された被覆物は、次のような特性を示す:10〜30 MP aの接着力、2〜5%の多孔度。Literature (+Cazotermieheskie pokrytia iz por oshkovykh waterialov” Reference Book , Yu, S., Borisov et al., 1987. Naukov a Dumka, Kiev, p, 333. Table 5.7) As shown above, when corundum is sprayed into air plasma with natural gas, The power required to achieve efficiencies close to that of , for argon-hydrogen plasma, its power is in the range of 32-35 kHz, In the case of nitrogen plasma using a Metco (ETCO) device, the power is 50 kW. be. Here, the sprayed coating exhibits the following properties: 10-30 MP Adhesive strength of a, porosity of 2-5%.

実施例3 クロム鋼の製品のプラズマ−化学表面処理を1次の設計仕様および操作条件を有 するプラズマトロンを用いて実施した:角度γ、70゜ プラズマ発生ガス、キャリヤガスおよび集束用ガス、       アルゴン 加工成分、        金属−有機蒸気プラズマトロン電力、     1 2kNO+V+2/ ρ3Vl” 比、    75ρ、v+”/ρ、v22比 、44 得られた被覆物は、次の性質を持っていた:材料、           2  lJm厚の炭化珪素多孔度、         0% 微小硬度、         1400〜16008Pa加工出力範囲は、3〜 10 m+m2/秒であった。Example 3 Plasma-chemical surface treatment of chrome steel products with primary design specifications and operating conditions. It was carried out using a plasmatron: angle γ, 70° Plasma generation gas, carrier gas and focusing gas, Argon Processing ingredients, Metal-organic vapor plasmatron power, 1 2kNO+V+2/ρ3Vl” ratio, 75ρ, v+”/ρ, v22 ratio , 44 The resulting coating had the following properties: Material, 2. lJm thick silicon carbide porosity, 0% Micro hardness, 1400~16008Pa processing output range is 3~ It was 10 m+m2/sec.

産業上の利用可能性 本発明は、好ましくは耐火物粉末を用いる溶射被覆、粒子球状化処理、粉末表面 仕上のため、ならびに製品のプラズマ−化学処理のために使用されうる。Industrial applicability The present invention preferably includes thermal spray coating using refractory powder, particle spheroidization treatment, powder surface It can be used for finishing as well as for plasma-chemical treatment of products.

F15J n54− 国際調査報告 ++111−−1−一  pこTt<++cntnnnn。F15J n54- international search report ++111--1-1 pkoTt<++cntnnnn.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1.プラズマジェット(1)を発生させ、その中に加工成分(4)を、キャリヤ ガス(2)と共に、プラズマジェット(1)を取り囲んでいる環状スロットに沿 って導入し、そして集束用ガス(3)によって、プラズマジェット(1)中で加 工成分(4)を集束する工程を有してなるプラズマ処理法であって、集束用ガス (3)が、プラズマジェット(1)と加工成分(4)を有するキャリヤガス流( 2)との合併領域内へと導入されることを特徴とするプラズマ処理法。 2.プラズマジェット(1)が層流である場合、加工ガス(4)をプラズマジェ ット(1)中へ導入する領域におけるキャリヤガス(2)の平均速度V2および 集束用ガス(3)の平均速度V3が、 ρ2V22=(55〜83)ρ1V12/(90−α)2ρ3V32=(0.0 3〜0.1)ρ1V12(但し、式中、ρ1,ρ2,ρ3は、加工成分をプラズ マジェット中へ導入する領域におけるプラズマ、キャリヤガスおよび集束用ガス のそれぞれの平均密度であり、V1は、加工成分の導入領域におけるプラズマジ ェットの平均速度であり、 αは、加工成分をプラズマジェット中へ導入する角度(度)である) によって与えられることを特徴とする請求の範囲1に記載のプラズマ処理法。 3.プラズマジェット(1)が乱流である場合、加工成分(4)をプラズマジェ ット(1)中へ導入する領域におけるキャリヤガス(2)の平均速度V2および 集束用ガス(3)の平均速度V3が、 ρ2V22=ρ1V12/(110−(1.2〜1.8)102890−α)2 )ρ3V32=(0.91〜1.43)10−2ρ1V12(但し、式中、ρ1 ,ρ2,ρ3は、加工成分をプラズマジェット中へ導入する領域におけるプラズ マ、キャリヤガスおよび集束用ガスのそれぞれの平均密度であり、V1は、加工 成分を導入する領域におけるプラズマジェットの平均速度であり、 αは、加工成分をプラズマジェット中へ導入する角度である)によって与えられ ることを特徴とする請求の範囲1に記載のプラズマ処理法。 4.加工成分(4)が、プラズマジェット(1)の下流方向において、その軸に 対して20〜40°の角度で供給されることを特徴とする請求の範囲1記載のプ ラズマ処理法。 5.環状出力電極(21)および続いて同軸関係で配置されている一対のノズル (22、23)を有してなり、加工成分を供給するためのダクトを形成する環状 スロット(24)が、出力電極(21)と第一ノズル(22)との同に設けられ ており、集束用ガスを供給するためのダクトを形成する環状スロット(25)が 、第一ノズル(22)と第二ノズル(23)との間に設けられているプラズマト ロンであって、出力電極(21)に向い合っている第一ノズル(22)の表面( 26)と第二ノズル(23)に向い合っている第一ノズル(22)の表面(27 )とが一定の角度をなし、その頂点(28)が出力電極(21)の出口開口部と 第二ノズル(23)の入口開口部との間に配置された円筒状領域内にあり、この 円筒状領域の直径が第二ノズル(23)の入口開口部の直径に等しいことを特徴 とするプラズマトロン。 6.出力電極(21)と第一ノズル(22)との対向表面が円錐形であり、40 〜80°の円錐角度を有し、出力電極(21)の円錐形表面が第一ノズル(22 )の円錐形表面内に囲まれていることを特徴とする請求の範囲5に記載のプラズ マトロン。[Claims] 1. Generate a plasma jet (1) and place the processing component (4) in it as a carrier. along with the gas (2) along the annular slot surrounding the plasma jet (1). and is heated in the plasma jet (1) by the focusing gas (3). A plasma processing method comprising a step of focusing a chemical component (4), the method comprising a focusing gas. (3) is a carrier gas stream ( 2) A plasma processing method characterized by being introduced into the merged area with. 2. When the plasma jet (1) is a laminar flow, the processing gas (4) is the average velocity V2 of the carrier gas (2) in the region of introduction into the cut (1) and The average velocity V3 of the focusing gas (3) is ρ2V22=(55~83)ρ1V12/(90-α)2ρ3V32=(0.0 3 to 0.1) ρ1V12 (However, in the formula, ρ1, ρ2, ρ3 are processed components Plasma, carrier gas, and focusing gas in the region of introduction into the Mudget , and V1 is the average density of each of the is the average speed of the jet, α is the angle (degrees) at which the processed components are introduced into the plasma jet) The plasma processing method according to claim 1, characterized in that it is provided by: 3. If the plasma jet (1) is turbulent, the processing component (4) is the average velocity V2 of the carrier gas (2) in the region of introduction into the cut (1) and The average velocity V3 of the focusing gas (3) is ρ2V22=ρ1V12/(110-(1.2~1.8)102890-α)2 ) ρ3V32 = (0.91 to 1.43) 10-2ρ1V12 (however, in the formula, ρ1 , ρ2, ρ3 are the plasma values in the region where processing components are introduced into the plasma jet. V1 is the average density of the carrier gas, carrier gas, and focusing gas, and V1 is the average density of the is the average velocity of the plasma jet in the region where the components are introduced, α is the angle at which the processed components are introduced into the plasma jet). The plasma processing method according to claim 1, characterized in that: 4. Processing component (4) is attached to the axis of the plasma jet (1) in the downstream direction. The plastic according to claim 1, characterized in that it is supplied at an angle of 20 to 40 degrees with respect to the Lasma treatment method. 5. an annular output electrode (21) followed by a pair of nozzles arranged in coaxial relationship; (22, 23), forming a duct for supplying processing components A slot (24) is provided in the output electrode (21) and the first nozzle (22). and an annular slot (25) forming a duct for supplying the focusing gas. , a plasma plate provided between the first nozzle (22) and the second nozzle (23). the surface of the first nozzle (22) facing the output electrode (21) ( 26) and the surface (27) of the first nozzle (22) facing the second nozzle (23). ) forms a certain angle, and its apex (28) is connected to the exit opening of the output electrode (21). in a cylindrical region located between the inlet opening of the second nozzle (23); characterized in that the diameter of the cylindrical region is equal to the diameter of the inlet opening of the second nozzle (23) Plasmatron. 6. The opposing surfaces of the output electrode (21) and the first nozzle (22) are conical, and With a cone angle of ~80°, the conical surface of the output electrode (21) is connected to the first nozzle (22 ) is surrounded within a conical surface of the plasma according to claim 5. Matron.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005539143A (en) * 2002-09-17 2005-12-22 スマトリ アクチボラゲット Plasma spraying equipment
WO2019065629A1 (en) * 2017-09-28 2019-04-04 三菱重工業株式会社 Thermal spray nozzle and plasma thermal spray device

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5043548A (en) * 1989-02-08 1991-08-27 General Electric Company Axial flow laser plasma spraying
US5518178A (en) * 1994-03-02 1996-05-21 Sermatech International Inc. Thermal spray nozzle method for producing rough thermal spray coatings and coatings produced
WO1996029443A1 (en) * 1995-03-17 1996-09-26 Hoechst Aktiengesellschaft Thermal deposition method for depositing thin ceramic layers and an associated device
US5858469A (en) * 1995-11-30 1999-01-12 Sermatech International, Inc. Method and apparatus for applying coatings using a nozzle assembly having passageways of differing diameter
US6371448B1 (en) * 1999-10-29 2002-04-16 Inventio Ag Rope drive element for driving synthetic fiber ropes
DE29919142U1 (en) * 1999-10-30 2001-03-08 Agrodyn Hochspannungstechnik G Plasma nozzle
US6881386B2 (en) 2002-05-30 2005-04-19 Massachusetts Institute Of Technology Low current plasmatron fuel converter having enlarged volume discharges
US7407634B2 (en) 2003-04-11 2008-08-05 Massachusetts Institute Of Technology Plasmatron fuel converter having decoupled air flow control
US7381382B2 (en) 2004-03-29 2008-06-03 Massachusetts Institute Of Technology Wide dynamic range multistage plasmatron reformer system
DE202010016599U1 (en) * 2010-12-15 2012-03-16 Leoni Bordnetz-Systeme Gmbh Apparatus for spraying a structure of conductive material onto a substrate
RU2474983C1 (en) * 2011-07-07 2013-02-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) Unit for circular input of powder material of electric arc plasmatron
CN115505864B (en) * 2022-08-08 2023-12-29 中国人民解放军陆军装甲兵学院 Small-size axial powder feeding inner hole plasma spraying gun

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2155217A1 (en) * 1971-11-06 1973-05-10 Philips Patentverwaltung Electrostatic photocopying material prodn - by plasma spraying dielectric and/or photoconductive layer
SU503601A1 (en) * 1974-05-17 1976-02-25 Научно-Исследовательский И Конструкторско-Технологический Институт Эмалированного Химического Оборудования Spray Torch
SU656669A1 (en) * 1976-07-13 1979-04-15 Предприятие П/Я М-5729 Plasma torch nozzle
JPS5638799A (en) * 1979-09-04 1981-04-14 Daido Steel Co Ltd Plasma torch
DD151401A1 (en) * 1980-05-30 1981-10-14 Karl Spiegelberg BY MEANS OF GAS MIXED PLASMABRENNER
SE447461B (en) * 1985-04-25 1986-11-17 Npk Za Kontrolno Zavaratschni COMPOSITION NOZZLE COVER
JPS61259777A (en) * 1985-05-13 1986-11-18 Onoda Cement Co Ltd Single-torch type plasma spraying method and apparatus
FR2600229B1 (en) * 1986-06-17 1994-09-09 Metallisation Ind Ste Nle PLASMA RECHARGING TORCH

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005539143A (en) * 2002-09-17 2005-12-22 スマトリ アクチボラゲット Plasma spraying equipment
JP4664679B2 (en) * 2002-09-17 2011-04-06 プラズマ サージカル インベストメンツ リミテッド Plasma spraying equipment
WO2019065629A1 (en) * 2017-09-28 2019-04-04 三菱重工業株式会社 Thermal spray nozzle and plasma thermal spray device

Also Published As

Publication number Publication date
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