CN102560323B - 等离子体喷镀装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种小型等离子体喷镀装置，其在第二气体喷嘴的喷嘴口附近供给金属丝的情况下，与金属丝所固有的畸变缺陷无关，并不设置对金属丝进行超过了其弹性极限的第二弯曲的第二弯曲导向构件，即可使金属丝运送稳定喷镀。该等离子体喷镀装置具备：第一气体喷嘴(10)，在阴极(40)的外周形成第一气体通路(11)以覆盖阴极(40)的前端部；第二气体喷嘴(20)，配置于第一气体喷嘴(10)的外侧形成第二气体通路(21)；以及金属丝通路(50)，其是向第二气体喷嘴(20)的喷嘴口(22)附近供给喷镀用的金属丝(W)的金属丝通路，具有在等离子体火焰(F)的伸展方向上长的大致呈长方形的剖面形状，对金属丝(W)施予不超出弹性极限的范围的弯曲。

Description

等离子体喷镀装置

技术领域

本发明涉及使等离子体电弧转移至导电性的金属丝上以产生等离子体火焰并一边使金属丝成为熔滴一边进行喷射的等离子体喷镀装置。

背景技术

图6是示意性地示出了现有的等离子体喷镀装置的剖面图。如图6所示，现有的等离子体喷镀装置90具备：形成第一气体通路91a的第一气体喷嘴91；配置于第一气体喷嘴91的外侧，形成第二气体通路92a的第二气体喷嘴92；配置于第一气体喷嘴91的喷嘴口91b和第二气体喷嘴92的喷嘴口92a的大致中心轴上的阴极93；电源装置94；以及在第二气体喷嘴92的喷嘴口92a的附近供给喷镀用的导电性的金属丝W的金属丝导向孔95。

金属丝W从金属丝导向孔95朝向喷嘴口92a的中心轴向斜前方进行供给。然后，从第一气体通路91a喷出的第一气体借助于经第二气体喷嘴92与电源装置94的阳极侧间接连接的金属丝W和与电源装置94的阴极侧连接的阴极93之间所生成的电弧被等离子体化，成为等离子体火焰F，使金属丝W成为熔滴D进行喷射。该熔滴D借助于从第二气体通路92a向第二气体喷嘴92的前方喷射的第二气体被进一步微细化并进一步被加速，被喷射至被处理物T上，形成喷镀覆膜S。

这样，在借助于等离子体火焰F和第二气流一边使金属丝W成为熔滴一边进行喷射的方式的等离子体喷镀装置中，为了使等离子体火焰F稳定地生成，喷射均匀的熔滴D，必须使金属丝W的前端始终位于等离子体火焰F的内部。

可是，在现有的等离子体喷镀装置中，供给金属丝W的金属丝导向孔95呈圆形剖面形状，为了避免因金属丝W所固有的畸变缺陷引起的挂住及堵塞等，应具有比金属丝W的外径大的口径。因此，一边矫正金属丝W的扭曲一边进行送给是有困难的，具有因金属丝W的畸变缺陷而反复出现时而偏离等离子体火焰F的中心、时而恢复与该中心一致，无法向等离子体火焰F的中心稳定地进行金属丝供给的问题。

因此，例如，如专利文献1中所述，在与等离子体电弧焰炬一体化了的支撑板上设置夹入金属丝材料以矫正其第一弯曲的矫正导向构件和从该矫正导向构件一边对金属丝导向一边对金属丝进行超出了其弹性极限的第二弯曲的第二弯曲导向构件，进行金属丝的供给，通过在去除掉该金属丝所固有的畸变缺陷之后进行金属丝的供给，从而使金属丝的前端始终位于等离子体气流的中心，进行了使稳定的等离子体火焰产生的改良。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9-308970号公报。

可是，如专利文献1中所述，在将对金属丝进行超出了弹性极限的第二弯曲的第二弯曲导向构件与等离子体电弧焰炬一体化了的情况下，由于利用第二弯曲导向构件对金属丝进行超出了弹性极限的第二弯曲，所以送出金属丝的力变得过大。因此，具有金属丝供给机构变为大型、从而焰炬整体也变为大型的趋势。

发明内容

因此，在本发明中，其目的在于，提供一种小型等离子体喷镀装置，其在第二气体喷嘴的喷嘴口附近供给金属丝的情况下，与金属丝所固有的畸变缺陷无关，并不设置对金属丝进行超过了其弹性极限的第二弯曲的第二弯曲导向构件，即可使金属丝运送稳定。

本发明的等离子体喷镀装置具备：阴极；在该阴极的外周形成第一气体通路以覆盖阴极的前端部的第一气体喷嘴；配置于该第一气体喷嘴的外侧形成第二气体通路的第二气体喷嘴；以及向该第二气体喷嘴的喷嘴口附近供给喷镀用的金属丝的金属丝通路，在利用在由金属丝通路供给的金属丝的前端与阴极之间生成的电弧，使得从第一气体喷嘴喷射的第一气体等离子体化，形成由第一气体喷嘴喷射的等离子体火焰，使金属丝的前端成为熔滴，利用从等离子体火焰和第二气体喷嘴喷射的第二气体将该熔滴喷射至被处理物上，金属丝通路具有在等离子体火焰的伸展方向上长的大致呈长方形的剖面形状，对金属丝施予不超出弹性极限的范围的弯曲。

按照本发明的等离子体喷镀装置，通过对金属丝施予不超过弹性极限的范围的弯曲，在等离子体火焰的伸展方向上可逃过金属丝的畸变缺陷，可防止向相对于等离子体火焰的伸展方向呈直角的方向的错位。再有，金属丝的前端部分即使相对于等离子体火焰的伸展方向有一些错位发生，也由于位于等离子体火焰的轴线上，故等离子体火焰不会变得不稳定。因此，按照本发明的等离子体喷镀装置，稳定地向等离子体火焰的中心部供给金属丝成为可能。

在此处，希望金属丝通路的大致呈长方形的剖面形状其短边方向的宽度以3％以上且不到10％的范围大于金属丝的直径。由此，实质上仅在等离子体火焰的伸展方向上可逃过金属丝的畸变缺陷，可防止向相对于等离子体火焰的伸展方向呈直角的方向的错位。再有，在短边方向的宽度比金属丝的直径仅超出不足3％的情况下，在等离子体火焰的伸展方向上用于逃过金属丝的畸变缺陷的间隙不足，有发生挂住及堵塞的可能性。另一方面，在短边方向的宽度比金属丝的直径超出10％以上的情况下，由于间隙过大，不仅在等离子体火焰的伸展方向逃过金属丝的畸变缺陷，也有向直角方向逃逸的可能性。

金属丝通路具有第一金属丝通路和第二金属丝通路，其中，上述第一金属丝通路具有在第二气体喷嘴的喷嘴口附近形成的金属丝出口，上述第二金属丝通路对该第一金属丝通路以规定的倾角供给金属丝。由此，当金属丝从第二金属丝通路向第一金属丝通路送给时，对金属丝以规定的倾角在不超过金属丝的弹性极限的范围内施予弯曲，在等离子体火焰的伸展方向上可逃过金属丝的畸变缺陷，可防止向相对于等离子体火焰的伸展方向呈直角的方向的错位。

此时，优选规定的倾角为1～5°。由此，对金属丝施予不超过金属丝的弹性极限的范围的弯曲，进一步稳定地向等离子体火焰的中心部供给金属丝成为可能。再有，在规定的倾角不足1°时，不能对金属丝施予规定的弯曲，金属丝运送有变得不稳定的可能性。另一方面，在规定的倾角超过5°时，有施予超过金属丝弹性极限的范围的弯曲的可能性。

另外，优选第一金属丝通路和第二金属丝通路隔开3～10mm的间隙而配置。由此，利用第一金属丝通路、第二金属丝通路和间隙可形成模拟性大的曲线状金属丝通路，可对金属丝施予不超过弹性范围的范围的弯曲。再有，在间隙不足3mm的情况下，实质上与依靠一个第一金属丝通路来形成的没什么不同。另一方面，在间隙超过10mm的情况下，依靠第二金属丝通路对金属丝所施加的弯曲的效果减弱了，这种情况下也实质上与依靠一个第一金属丝通路来形成的没什么不同。

发明的效果

(1)通过金属丝通路具有在等离子体火焰的伸展方向上长的大致呈长方形的剖面形状，对金属丝施予不超过弹性极限的范围的弯曲，从而不设置对金属丝进行超过了其弹性极限的第二弯曲的第二弯曲导向构件，在等离子体火焰的伸展方向上逃过金属丝所固有的畸变缺陷，防止向相对于等离子体火焰的伸展方向呈直角的方向的错位，稳定地向等离子体火焰的中心部供给金属丝成为可能。

(2)通过金属丝通路的大致呈长方形的剖面形状其短边方向的宽度以3％以上且不到10％的范围大于金属丝的直径，从而实质上仅在等离子体火焰的伸展方向上可逃过金属丝的畸变缺陷，可防止向相对于等离子体火焰的伸展方向呈直角的方向的错位，更稳定地向等离子体火焰的中心部供给金属丝成为可能。

(3)通过金属丝通路包括具有在第二气体喷嘴的喷嘴口附近形成的金属丝出口的第一金属丝通路和对该第一金属丝通路以1～5°的倾角供给金属丝的第二金属丝通路，从而对金属丝施予不超过金属丝的弹性极限的范围的弯曲，更稳定地向等离子体火焰的中心部供给金属丝成为可能。

(4)通过第一金属丝通路和第二金属丝通路隔开3～10mm的间隙而配置，从而可形成比第一金属丝通路和第二金属丝通路模拟性大的曲线状的金属丝通路，能对金属丝施予不超过弹性范围的范围的弯曲。

附图说明

图1是本发明的实施方式中的等离子体喷镀装置的概略构成图。

图2是示出图1的等离子体喷镀焰炬的主要部分的细节的纵剖面图。

图3是图2的A向视图。

图4是图1的等离子体喷镀焰炬的动作说明图。

图5是示出金属丝通路的剖面形状和金属丝所受的力的方向的说明图。

图6是示意性地示出了现有的等离子体喷镀装置的剖面图。

具体实施方式

图1是本发明的实施方式中的等离子体喷镀装置的概略构成图。图2是示出图1的等离子体焰炬的主要部分的细节的纵剖面图。图3是图2的A向视图。图4是图1的等离子体焰炬的动作说明图。

在图1中，本发明的实施方式中的等离子体喷镀装置1具有：利用等离子体火焰将成为了熔滴的金属丝W喷射至被处理物上的等离子体喷镀焰炬2；向等离子体喷镀焰炬2供给第一气体和第二气体的气体供给源3；向等离子体喷镀焰炬2供给工作电力的电源4；卷绕了金属丝W的金属丝卷轴5；矫正从金属丝卷轴5引出的金属丝W的卷绕缺陷的金属丝矫正机6；以及由金属丝运送管8向等离子体喷镀焰炬2供给金属丝W的金属丝供给机构7。

如图2所示，等离子体喷镀焰炬2具备：形成第一气体通路11的第一气体喷嘴10；配置于第一气体喷嘴10的外侧形成第二气体通路21的第二气体喷嘴20；配置于第一气体喷嘴10与第二气体喷嘴20之间形成第三气体通路31的第三气体喷嘴30；配置于第一气体喷嘴10的喷嘴口12和第二气体喷嘴20的喷嘴口22的大致中心轴上的阴极40；以及向第二气体喷嘴20的喷嘴口22附近供给喷镀用的金属丝W的金属丝通路50。

第一气体喷嘴10以覆盖阴极40的前端部的方式形成，在阴极40的外周形成第一气体通路11。供给到该第一气体通路11中的第一气体为氮气或氩气等惰性气体。或者，作为该第一气体，用压缩空气也是可能的。由第一气体通路11所供给的第一气体从第一气体喷嘴10的喷嘴口12向第二气体喷嘴20的前方喷射。

第三气体喷嘴30以包围第一气体喷嘴10的外侧的方式形成，在第一气体喷嘴10的外周形成第三气体通路31。第三气体为压缩空气或二氧化碳等气体。第二气体喷嘴20以包围第三气体喷嘴30的外侧的方式形成，在第三气体喷嘴30的外周形成第二气体流路21。第二气体为压缩空气或二氧化碳等气体。

金属丝通路50由具有在第二气体喷嘴20的喷嘴口22附近形成的金属丝出口51b的第一金属丝通路51a和对该第一金属丝通路51a以规定的倾角θ供给金属丝W的第二金属丝通路52a构成。金属丝通路50由第一金属丝通路51a和第二金属丝通路52a对金属丝W施予不超过弹性极限的范围的弯曲。

如图3所示，第一金属丝通路51a具有在等离子体火焰的伸展方向上长的大致呈长方形的剖面形状，且呈直线状贯通配置于第二气体喷嘴20的外侧的第一金属丝导向构件51而形成。同样，第二金属丝通路52a也具有在等离子体火焰的伸展方向上长的大致呈长方形的剖面形状，且呈直线状贯通配置于偏离了第一金属丝通路51a的位置的第二金属丝导向构件52而形成。

第一金属丝通路51a的长边方向的宽度a被设定为以10％以上且95％以下的范围大于金属丝W的直径d。另外，第一金属丝通路51a的短边方向的宽度b被设定为以3％以上且不到10％的范围大于金属丝W的直径d。再有，本实施方式中的金属丝W的直径d为1.6mm，长边方向的宽度a被设定为比金属丝W的直径d大0.2～1.5mm左右，短边方向的宽度b被设定为比金属丝W的直径d大0.05～0.15mm左右。至于第二金属丝通路52a也与此相同。

再有，第一金属丝通路51a和第二金属丝通路52a所具有的所谓大致呈长方形的剖面形状除长方形的剖面形状外，还包含长方形的剖面形状的角部在不触及金属丝W的外表面的范围内实施了C倒角或R倒角等加工的形状。因此，在本实施方式中，金属丝W在第一金属丝通路51a和第二金属丝通路52a内也仅受相对于长边方向的平面或短边方向的平面中的任一平面都垂直的方向的力。

另外，第二金属丝通路52a相对于第一金属丝通路51a的倾角θ为第一金属丝通路51a的中心线与第二金属丝通路52a的中心线所成的夹角。在本实施方式中，倾角θ设定为1～5°左右。另外，第二金属丝导向构件52被设置在隔开间隙c而配置第一金属丝通路51a和第二金属丝通路52a的位置上。在本实施方式中，间隙c设定为3～10mm左右。

这样，在本实施方式中的等离子体喷镀焰炬2中，通过隔开间隙c配置第一金属丝通路51a和第二金属丝通路52a，分别利用直线状的第一金属丝通路51a和第二金属丝通路52a，形成拟合性大的曲线状的金属丝通路50，对金属丝W施予不超过弹性范围的范围的弯曲。再有，也能将第一金属丝通路51a和第二金属丝通路52a分别形成为曲线状。

电源4的阳极侧与第一金属丝导向构件51连接，对通过该第一金属丝导向构件51的第一金属丝通路51a内的金属丝W则间接地连接。另一方面，电源4的阴极侧与阴极40连接。再有，电源4的阳极侧也有时与金属丝W直接连接。

在上述构成的等离子体喷镀装置1中，卷绕在金属丝卷轴5上的金属丝W由金属丝供给机构7向等离子体喷镀焰炬2送给时，金属丝W的强卷绕缺陷由金属丝矫正机6进行矫正，伸展为舒缓的曲线状。然后，金属丝W经金属丝运送管8供给向金属丝通路50。在金属丝通路50内，金属丝W在第一金属丝通路51a和第二金属丝通路52a内也仅受相对于长边方向的平面或短边方向的平面中的任一平面都垂直的方向的力，如图4所示，对等离子体火焰F的伸长方向施予不超过弹性极限的范围的弯曲。

在此处，第一金属丝通路51a和第二金属丝通路52a由于具有在等离子体火焰F的伸展方向上长的大致呈长方形的剖面形状，故会在等离子体火焰F的伸展方向上逃过畸变缺陷。特别是，在本实施方式中，由于短边方向的宽度b仅被设定为以3％以上且不到10％的范围大于金属丝W的直径d，故不会逃向相对于等离子体火焰F的伸展方向呈直角的方向。因此，金属丝W的前端部分即使相对于等离子体火焰F的伸展方向有一些错位发生，也可防止向相对于等离子体火焰F的伸展方向呈直角的方向的错位，会使之位于等离子体火焰F的轴线上。

图5表示金属丝通路的剖面形状和金属丝所受的力的方向。在图5中，大致呈长方形的剖面A是长方形剖面形状，大致呈长方形的剖面B的长方形剖面形状的角部是在不触及金属丝W的外表面的范围内实施了C倒角加工的形状，大致呈长方形的剖面C的长方形剖面形状的角部是在不触及金属丝W的外表面的范围内实施了R倒角加工的形状。在这些大致呈长方形的剖面形状中，金属丝W无论是触及长边方向的平面还是触及短边方向的平面，仅受相对于各自的平面垂直的方向的力。

金属丝W由于利用金属丝矫正机构7也无法完全矫正为直线状，故残留有畸变缺陷。然后，金属丝运送管8由于作业时的等离子体喷镀焰炬2的处理，弯曲形状变化成各种状态，形不成恒定的形状。因此，当将残留有畸变缺陷的金属丝W在像这样形状不恒定的金属丝运送管8内运送时，与金属丝运送管8的形状相匹配地弯曲或扭曲的力对金属丝W起作用。利用该弯曲或扭曲的力，金属丝W一边在弹性极限内与弹簧同样自由地弯曲，一边在力的方向稳定的位置处在金属丝运送管8内曲折行进，一边被运送。

此时，在上述的大致呈长方形的剖面形状中，金属丝W在触及短边方向的平面的情况下，受到相对于该短边方向的平面垂直的方向、即等离子体火焰F的伸展方向(以下称为“X方向”。)的力，在等离子体火焰F的伸展方向逃过畸变缺陷。而且，在仅接触该短边方向的平面时，在相对于等离子体火焰F的伸展方向呈直角的方向(以下称为“Y方向”。)的力起作用的情况下，金属丝W自由移动了短边方向的宽度b的间隙的量，触及长边方向的平面，但此时也由于相对于长边方向的平面垂直的方向(Y方向)的力起作用，故金属丝W的位置稳定。特别是，在受到扭曲力的情况下，作为X方向和Y方向的力，被分散为短边方向和长边方向的力，在相对于各面垂直的方向上力起作用，由于起了抑制金属丝W的扭曲的作用，故金属丝W的位置稳定。

另一方面，在圆形剖面或椭圆剖面的情况下，当金属丝W触及圆形剖面或椭圆剖面的曲面时，仅受到相对于该曲面垂直的方向的力，金属丝W可沿曲面自由移动。特别是，在受到扭曲力的情况下，由于金属丝W沿曲面自由旋转，故金属丝W的扭曲得不到抑制。因此，金属丝W所受的力的方向不确定，金属丝W的位置变得不定。

这样，在本实施方式的等离子体喷镀装置1中，金属丝W的前端部分可向等离子体火焰F的中心部稳定地供给金属丝W。然后，从第一气体通路11喷出的第一气体借助于经第一金属丝导向构件51与电源4的阳极侧间接连接的金属丝W与连接至电源4的阴极侧的阴极40之间生成的电弧而被等离子体化，成为等离子体火焰F，使金属丝W成为熔滴D进行喷射。该熔滴D借助于从第二气体通路21喷射至第二气体喷嘴20的前方的第二气体而进一步被微细化，进一步被加速并被喷射至被处理物T上，形成喷镀覆膜S。

此时，在本实施方式的等离子体喷镀装置1中，从配置于第一气体通路11与第二气体通路21之间的第三气体通路31喷射的第三气流的内侧受到等离子体火焰F的热，而形成高温的气体喷射G。利用该高温的气体喷射G，抑制了因喷射至其外侧的第二气体的急剧会聚而从等离子体火焰F的外周部产生的扰乱，由此可防止等离子体火焰F的气体扩散，减少已成为熔滴D的粒子的表面的氧化。由此，在被处理物T上形成氧化少的喷镀覆膜S成为可能。

另外，在使用了惰性气体即氮气或氩气等作为第三气体的情况下，如上所述，防止了因第二气体的急剧会聚而从等离子体火焰F的外周部产生的扰乱，并且在等离子体火焰F的外周部形成受到了等离子体火焰F的热的高温惰性气体喷射。由此，由于熔滴D的粒子在利用高温惰性气体喷射防止了粒子的成分变化的状态下被微细化并被加速，故得到保护而免受第二气体造成的氧化。由此，形成氧化更少的喷镀覆膜S成为可能。

再有，虽然在本实施方式中，将第一金属丝通路51a和第二金属丝通路52a双方均做成具有在等离子体火焰的伸展方向上长的大致呈长方形的剖面形状的通路，但也可仅将任意一方做成具有在等离子体火焰的伸展方向上长的大致呈长方形的剖面形状的通路。在这种情况下，利用具有在等离子体火焰的伸展方向上长的大致呈长方形的剖面形状的第一金属丝通路或第二金属丝通路，在等离子体火焰F的伸展方向上可逃过金属丝W的畸变缺陷，可对等离子体火焰F的中心部供给金属丝W的前端部分。

产业上的可利用性

本发明的等离子体喷镀装置作为用于在钢构物的表面上形成防锈用喷镀覆膜的装置是有用的。

附图标记说明

1   等离子体喷镀装置

2   等离子体喷镀焰炬

3   气体供给源

4   电源

5   金属丝卷轴

6   金属丝矫正机

7   金属丝供给机构

10  第一气体喷嘴

11  第一气体通路

12  喷嘴口

20  第二气体喷嘴

21  第二气体通路

22  喷嘴口

30  第三气体喷嘴

31  第三气体通路

40  阴极

50  金属丝通路

51  第一金属丝导向构件

51a 第一金属丝通路

52  第二金属丝导向构件

52a 第二金属丝通路。

Claims (4)

1.一种等离子体喷镀装置，具备：阴极；在该阴极的外周形成第一气体通路以覆盖上述阴极的前端部的第一气体喷嘴；配置于该第一气体喷嘴的外侧形成第二气体通路的第二气体喷嘴；以及向该第二气体喷嘴的喷嘴口附近供给喷镀用的金属丝的金属丝通路，其中，利用在由上述金属丝通路供给的上述金属丝的前端与上述阴极之间生成的电弧，使得从上述第一气体喷嘴喷射的第一气体等离子体化，形成由上述第一气体喷嘴喷射的等离子体火焰，使上述金属丝的前端成为熔滴，利用从上述等离子体火焰和上述第二气体喷嘴喷射的第二气体将该熔滴喷射至被处理物上，其中，

上述金属丝通路具有在上述等离子体火焰的伸展方向上长的大致呈长方形的剖面形状，对上述金属丝施予不超出弹性极限的范围的弯曲。

2.如权利要求1所述的等离子体喷镀装置，其特征在于，

上述金属丝通路的大致呈长方形的剖面形状其短边方向的宽度以3％以上且不到10％的范围大于金属丝的直径。

3.如权利要求1或2所述的等离子体喷镀装置，

上述金属丝通路具有第一金属丝通路和第二金属丝通路，其中，上述第一金属丝通路具有在上述第二气体喷嘴的喷嘴口附近形成的金属丝出口，上述第二金属丝通路对该第一金属丝通路以1～5°的倾角供给上述金属丝。

4.如权利要求3所述的等离子体喷镀装置，

上述第一金属丝通路和上述第二金属丝通路隔开3～10mm的间隙而配置。