DD224876A1

DD224876A1 - DEVICE FOR INDUCTION SPRAYING OF METALS AND METAL ALLOYS

Info

Publication number: DD224876A1
Application number: DD26008484A
Authority: DD
Inventors: Klaus Broulik; Renate Broulik
Original assignee: Mittweida Ing Hochschule
Priority date: 1984-02-15
Filing date: 1984-02-15
Publication date: 1985-07-17

Abstract

Die Erfindung ermoeglicht das induktive Verspritzen von Metallen und Metall-Legierungen, insbesondere von Legierungen mit teilweiser oder voelliger Nichtmischbarkeit im fluessigen Zustand, bei der durch eine geeignete konstruktive Gestaltung eine Phasentrennung der Legierungsbestandteile durch Schwerkraftsteigerung bei gleichzeitiger Optimierung des Zerstaeubungsvorganges durch Duesenjustierung verhindert wird. Durch Einsatz weitestgehend temperaturbestaendiger induktiv nicht erwaermbarer Werkstoffe im Haupteinflussbereich des durch den Induktor aufgebauten HF-Feldes wird einem unzulaessig hohen Duesenverschleiss vorgebeugt. Bei entsprechender Dimensionierung des Zerstaeubungssystems kann die Vorrichtung zur gewichtsdosierten Erzeugung metallischer Niederschlaege bzw. zur selektiven Flaechenbeschichtung eingesetzt werden.The invention enables the inductive spattering of metals and metal alloys, in particular of alloys with partial or complete immiscibility in the liquid state, in which by a suitable structural design phase separation of the alloy components by increasing the force of gravity while optimizing the Zerstaeubungsvorganges by Duesenjustierung is prevented. The use of largely temperature-resistant inductively non-heatable materials in the main area of influence of the HF field built up by the inductor avoids inadmissibly high nozzle wear. With appropriate dimensioning of the atomization system, the device can be used for the weight-metered generation of metallic precipitates or for selective surface coating.

Description

Titel der ErfindungTitle of the invention

Vorrichtung zum Induktionsspritzen von Metallen und Metall- ^?w legierungen . Apparatus for induction spraying of metals and metal ^? w alloys.

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum induktiven Verspritzen von Metallen, Metall-Legierungen und insbesondere Metall-Legierungen mit teilweiser oder ,völliger Mchtmischbarkeit im flüssigen Zustand.The invention relates to a device for the inductive spattering of metals, metal alloys and in particular metal alloys with partial or complete Mastmischbarkeit in the liquid state.

Die Vorrichtung kann einerseits zur gewichtsdosierten Erzeugung metallischer Niederschläge und andererseits zur selektiven Beschichtung eingesetzt werden.The device can be used on the one hand for weight-metered generation of metallic precipitates and on the other hand for selective coating.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

\/ Die einzige bekannte technische Lösung zum induktiven Verspritzen von Metall-Legierungen mit teilweiser oder völliger Uichtmischbarkeit im flüssigen Zustand stellt der Glasstrahlapparat nach Patentschrift DD 133 445 dar. Er besteht aus zwei konzentrischen Düsen aus Glas, die mit den Mündungen in einen spiralförmigen Induktor mit vorzugsweise drei Windungen aus Kupferrohr hineinragt. Die äu3ere Düse dient dabei der Zufuhr der Zerstäuberdruckluft und die innere als Drahtführungsdüse. Im unteren Bereich der Innendüse wird der kontinuierlich zugeführte Spritzdraht induktiv geschmolzen und beim Austritt aas der Innendüse durch die seitlich vorbeiströmende Druckluft zerstäubt. Dabei kommt es zur Ausbildung eines Schmelzbades, in weichem bei Legierungen \ / The only known technical solution for inductive splashing of metal alloys with partial or total Uichtmischbarkeit in the liquid state, the glass jet apparatus according to patent DD 133,445. It consists of two concentric nozzles from glass, with the openings in a spiral inductor preferably protrudes three turns of copper pipe. The outer nozzle serves to supply the atomizing compressed air and the inner as a wire guide. In the lower area of the inner nozzle, the continuously fed spray wire is inductively melted and, when leaving the inner nozzle, is atomized by the compressed air flowing sideways. This leads to the formation of a molten bath, in soft alloys

^ Ω 5 ΊΆ ^ Ω 5 ΊΆ

mit teilweiser oder völliger lichtmischbarkeit im flüssigen Zustand abhängig v.on den Dichteunterschieden der Legierungspartner eine Phasentrennung durch Schwerkraftseigerung auftritt. Liegt die Schmelztemperatur des leichten Legierungspartners oberhalb des Transformationspunktes des Düsenglases, tritt neben der Verstopfung der Innendüse eine zusätzliche induktive Glaserwärmung auf, und das Düsenende beginnt deutlich sichtbar zu glühen. Dieser Vorgang führx zum Punktionsausfall· des Düsensystems..with partial or complete light miscibility in the liquid state depending on v.on the density differences of the alloying partners a phase separation by gravity segregation occurs. If the melting temperature of the light alloy partner is above the transformation point of the nozzle glass, an additional inductive glass heating occurs in addition to the blockage of the inner nozzle, and the nozzle end begins to glow clearly visible. This procedure leads to the puncture failure of the nozzle system.

Durch die starre Anordnung von Innen- und Außendüse sowie -ν, deren gleiche Längen ist eine Optimierung des Abschmelz- ~'^: und Zerstäubungsvorganges nicht gegeben. Die an der Stirnfläche entlangfließende Schmelze wird von der seitlich vorbeiströmenden Zerstäuberdruckluft mitgerissen, so daß es teilweise zur Bildung größerer flockiger Spritzpartikel mit Durchmessern bis zu 0,7 mm kommt.Due to the rigid arrangement of inner and outer nozzle and -ν, their equal lengths, an optimization of the Abschmelz- ~ ' ^: and sputtering process is not given. The flowing along the face melt is entrained by the laterally flowing atomizing air atomizer, so that it sometimes comes to the formation of larger flockiger spray particles with diameters up to 0.7 mm.

Pertigungsbedingte Maß-, Form- und Lageabweichungen (Exzentrizitäten, Elliptizitäten usw.)'beeinflussen in starkem Maße die Symmetrie, der Strömungsverhältnisse während der Zerstäubung und tragen mit zur Ausbildung gröberer Spritzpartikel· bei.Pertigungsbedingte dimensional, shape and position deviations (eccentricities, ellipticities, etc ..) 'influence greatly the symmetry, the flow conditions during atomization and contribute to the formation of coarser spray particles · at.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel· der Erfindung ist es, durch eine geeignete konstruktive Ausbiidung des Zerstäubungssystems eine feinere Zerstäubung . zu erreichen, eine Optimierung des Abschmelz- und Zerstäubungsvorganges durch axiale Verstelibarkeit von Innen- und AuSendüse zu gewährleisten, eine Kompensation der störenden Einflüsse der Maß-, Porm- und Lageabweichung durch Justierung vornehmen zu können, die Verhinderung der Innendüsen-.verstopfung durch'Verkürzung der Drahtführungsdüse und damit eine Verlagerung der Schmelzzone aus der Innendüse in den Zerstäubungsraum sowie eine Anpassung der Schmelzzonengeometrie, an die Strömungsverhäitnisse im Zerstäubungsraum durch Einsatz größerer Düsenwinkel· zu erreichen.The aim of the invention is a finer atomization by means of a suitable structural design of the atomization system. To achieve an optimization of the Abschmelz- and Zerstäubungsvorganges by axial Verstelbarkeit of inner and AuSendüse to ensure a compensation for the disturbing influences of dimensional, Porm- and position deviation by adjustment to make the prevention of the Innendüsen- .verstopfung durch'Kürzung the Drahtführungsdüse and thus a shift of the melting zone from the inner nozzle in the Zerstäubungsraum and an adjustment of the melt zone geometry, the Strömungsverhäitnisse in Zerstäubungsraum by using larger nozzle angle · to achieve.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Das Wesen der Erfindung bestebt nach Fig. 1 und Pig. 2 inder Anpassung des Abschmelz- und Zerstäubungsvorganges an die Strömungsverbältnisse im Zerstäubungsraum 7 dergestalt, daß durch die Verstellung des Abstandes zwischen Innen- 2 und Außendiise 3 die Abschmelzstelle in den Bereich der größten Strömungsgeschwindigkeit unter Beachtung der Yerfahrensparameter Luftdruck, Drahtvorschubgeschwindigkeit und Induktionsstrom sowie der Induktorbauform verlagert wird. Die Zerstäubung der Metallschmelze verläuft optimal, (_.' wenn sich eine kegelförmige Abschmelzzone ausbildet, deren Winkel oC im Bereich von ca. 20°...40° liegt. Die so erzeugten Schichten zeichnen sich durch eine niedrige mittlere Rauheit R_ aus.The essence of the invention consists of FIG. 1 and Pig. 2 inder adjustment of Abschmelz- and sputtering process to the Strömungsverbältnisse in the atomization chamber 7 such that displaced by the adjustment of the distance between inner 2 and Außenendiise 3 the Abschmelzstelle in the range of the largest flow rate, taking into account the Yerfahrensparameter air pressure, wire feed speed and induction current and the Induktorbauform becomes. The atomization of the molten metal proceeds optimally when a cone-shaped melting zone is formed, whose angle oC is in the range of approximately 20 ° to 40 ° C. The layers produced in this way are characterized by a low average roughness R_.

Erfindungsgemäß erfolgt der Justiervorgang durch eine Grobjustierung mittels einer Überwurfmutter 5 und eine Peinjustierung mittels dreier um 120° versetzter Gewindestifte 6, so daß nach einer groben axialen Einstellung des Abstandes b zwischen Innen- und Außendüse eine Einstellung der symmetrischen Lage der beiden Düsenmündungen mit Hilfe der Gewindestifte 6 vorgenommen wird.According to the adjustment process by a coarse adjustment by means of a union nut 5 and a Peinjustierung means of three offset by 120 ° threaded pins 6, so that after a coarse axial adjustment of the distance b between the inner and outer nozzle adjustment of the symmetrical position of the two nozzle orifices with the aid of screws 6 is made.

Drei um 120 versetzt angeordnete Federelemente bzw. Druckfedern 4 verhindern eine unbeabsichtigte zusätzliche Yer- ^/ kürzung des Abstandes b zwischen Innen- 2 und Außendüse 3. Auf den Einsatz von Stiftschrauben und Federelementen kann verzichtet werden, wenn ein Distanzring verwendet wird, der entsprechend des Arbeitspunktes und der Toleranzen der Düsenteile individuell anzupassen ist.Three staggered by 120 spring elements or compression springs 4 prevent inadvertent additional Yer ^ / shortening of the distance b between the inner 2 and outer nozzle 3. On the use of stud bolts and spring elements can be omitted if a spacer ring is used, according to the Operating point and the tolerances of the nozzle parts is to be adjusted individually.

ErfindungsgemäS ist die Dimensionierung der Düsen 2 und 3 so vorzunehmen, daß im Betriebszustand ein Mindestabstand e zwischen Beginn der Schmelzzone und Innendüsenmündung nach Fig. 1 vorhanden ist.ErfindungsgemäS the dimensioning of the nozzles 2 and 3 is to be made so that a minimum distance e between the beginning of the melting zone and inner nozzle orifice of FIG. 1 is present in the operating state.

Sin weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der konstruktiven Ausführung von Innen- 2 und Außendüse 3 nach Fig. 3 und Fig. 4 darin, daß im Abstand a vom Induktor metallische¹ Werkstoffe, vorzugsweise Uichtferromagnetika und im Einfluß-Sin further feature of the invention consists in the structural design of the inner 2 and outer nozzle 3 of Fig. 3 and Fig. 4 in that at a distance from the inductor metallic ¹ materials, preferably Uichtferromagnetika and in the influence

bereich des HP-Feldes induktiv nicht erwärmbare Werkstoffe, eingesetzt werden. Demnach bestehen Innendüse 2 und Außendüse 3 nach Fig. 3 aus einem metallischen Flansch 3a bzw.·.. 2a, in dem die eigentliche Düse 2b bzw. 3b, bestehend aus einem hochtemperaturbeständigen induktiv nicht erwärmbaren Material, vorzugsweise Keramik oder Sinterwerkstoff, eingeklebt ist. Des weiteren ist entsprechend der Erfindung der Außenwinkel |3 der Innendüse kleiner oder gleich dem Innenwinkel f der Außendüse.range of the HP field inductively non-heatable materials used. According to FIG. 3, inner nozzle 2 and outer nozzle 3 consist of a metallic flange 3 a and / or 2 a, in which the actual nozzle 2 b or 3 b, consisting of a high-temperature-resistant inductively non-heatable material, preferably ceramic or sintered material, is glued. Furthermore, according to the invention, the outer angle | 3 of the inner nozzle is smaller than or equal to the inner angle f of the outer nozzle.

Ausführungsbeispielembodiment

Hach Fig. 2 erfolgt die Aufnahme von Innendüse 2 (Drahtführungsdüse) und Außendüse 3 in einem metallischen Grundkörper 1.Hach Fig. 2 takes the inclusion of inner nozzle 2 (wire guide nozzle) and outer nozzle 3 in a metallic base body. 1

Drei um. 120° versetzte Druckfedern 4 dienen in Verbindung mit der Überwurfmutter 5 der Grobeinstellung des Abstandes zwischen Innendüse 2 und Außendüse 3. Mit drei um 120 versetzten Gewindestiften 6 kann die KoaJeLalität der beiden. Düsen im Zerstäubungszonenbereich 7 eingestellt werden. Die Druckscheibe 8 verhindert eine Beschädigung der Stirnfläche der Innendüse 2 durch die Gewindestifte 6. Der zugeführte Spritzdraht 9 wird durch den wassergekühlten Induktor 10 kegelförmig abgeschmolzen und durch die Zerstäuberdruckluft 11, die durch entsprechende Druckluftbohrungen 12 zugeführt wird, im Zerstäubungsraum 7 zerstäubt und auf das Werkstück 13 geschleudert. Der Zylinderstift 14 dient der Sicherung gegen Verdrehung von Grundkörper 1, Innendüse 2 und AuSendüse 3. Der Verbund der metallischen Düsenteile 2a und 3a mit den induktiv nicht erwärmbaren Düsenteilen 2b und 3b kann durch geeignete Bindemittel (Kleber, Kitt usw.) erfolgen.Three um. 120 ° offset compression springs 4 are used in conjunction with the union nut 5 of the coarse adjustment of the distance between the inner nozzle 2 and outer nozzle 3. With three staggered by 120 setscrews 6, the KoaJeLalität of the two. Nozzles are set in the atomization zone area 7. The pressure plate 8 prevents damage to the end face of the inner nozzle 2 by the threaded pins 6. The supplied spray wire 9 is tapered conical by the water-cooled inductor 10 and atomized by the atomizing compressed air 11, which is supplied through appropriate compressed air holes 12 in the atomization chamber 7 and the workpiece 13 thrown. The cylindrical pin 14 serves to secure against rotation of the base body 1, inner nozzle 2 and AuSendüse 3. The composite of the metallic nozzle parts 2a and 3a with the inductively non-heatable nozzle parts 2b and 3b can be done by suitable binder (adhesive, cement, etc.).

Claims

1. A device for the induction spraying of metals and metal alloys, characterized in that the spray head consists of a base body which serves to receive a shorter Innen- bzw..Drahtführungsdüse and a longer outer nozzle for the purpose of relocating the molten zone from the Drahtführungsdüse in the Zerstäubungsraum in that a cone-shaped melting zone is formed, which is located in the region of the highest flow velocity, the nozzle spacing being offset by three springs or resilient elements arranged offset by 120

y N _{1 is} maintained, with the help of a union nut

^v -., coarse adjustment and an additional fine adjustment and alignment of the inner nozzle relative to the outer nozzle to ensure symmetrical conditions in the Abschmelz- and Zerstäubungszone can be made by three offset by 120 ° set screws, the inner and outer nozzle of a composite construction of a metallic material, Preferably lichtferromagnetika and an inductively non-heatable largely temperature-resistant material, preferably ceramic or sintered material represent, and the outer angle of the inner nozzle is smaller than or equal to the inner angle of the outer nozzle in the molten zone, and that to achieve a low coupling distance and high efficiency an adaptation of dimensions and geometry between outside nozzle and

Inductor and its winding number and arrangement is made.

2. An apparatus for induction spraying of metals and metal alloys according to item 1, characterized in that are used to achieve high flow velocities in Abschmelz- and Zerstäubungsraum by special nozzle geometries, preferably Laval nozzles ·

3. Apparatus for the induction spraying of metals and metals

-Vall alloys according to item 1, characterized by J

the wire guiding or inner nozzle consists of a less thermally loadable inductively non-heatable material, preferably plastic.

4. An apparatus for induction spraying of metals and metal alloys according to item 1 and 3 »characterized in that the inner and outer nozzles do not constitute a composite construction, but consist entirely of an inductively non-heatable material.

5 · Device for induction spraying of metals and metal alloys according to item 1, characterized in that ') that in addition a concentrator for energy transformation is used.

- 5 -
(.), Inventions

6. An apparatus for induction spraying of metals and metal alloys according to item 1, characterized in that a compressed air supply in.der wire guide bore of the inner nozzle is made directly or laterally mounted holes.

HierzojL-Be drawings