DE1281769B

DE1281769B - Method and device for feeding a powder into the plasma jet during plasma spraying

Info

Publication number: DE1281769B
Application number: DEM72242A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hartmut Beuscher
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1966-12-30
Filing date: 1966-12-30
Publication date: 1968-10-31

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Zuführung eines Pulvers in den Plasmastrahl beim Plasmaspritzen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zuführung eines mindestens aus zwei Komponenten bestehenden Pulvers in den Plasmastrahl beim Plasmaspritzen, wobei die Komponenten des Pulvers dem Plasmastrahl gesondert zugeführt werden.Method and device for feeding a powder into the plasma jet in plasma spraying The invention relates to a method for supplying at least one powder consisting of two components into the plasma jet during plasma spraying, the components of the powder being fed separately to the plasma jet.

Beim Plasmaspritzen ist es üblich, das zu verarbeitende Pulver von einem Pulverdosiergerät über einen Zuführungsschlauch mittels eines Trägergases durch eine radiale Bohrung in der Düse dem Plasmastrahl zuzuführen.In plasma spraying, it is common to use the powder to be processed from a powder dosing device via a supply hose by means of a carrier gas to be fed to the plasma jet through a radial bore in the nozzle.

Das Pulverdosiergerät besteht aus einem Vorratsbehälter, von dem das Pulver entweder direkt oder über eine Dosierschnecke dem Pulverträgergas zugeführt wird. Um ein Verstopfen des Vorratsbehälters zu vermeiden, wird dieser ständig durch einen Vibrator in Schwinprigen versetzt.The powder dosing device consists of a storage container from which the Powder fed to the powder carrier gas either directly or via a metering screw will. In order to avoid clogging of the storage container, this is constantly through put a vibrator in Schwinprigen.

Es ist bekannt, das Pulver über mehrere Bohrungen auf dem gleichen Umfang dem Plasmastrahl zuzuführen, mit dem Ziel, das Pulver gleichmäßiger über den Querschnitt des Plasmastrahls zu verteilen. Es ist ebenfalls bekannt, diese Bohrungen leicht gegen die Strömungsrichtung des Plasmastrahles zu neigen, um die Verweilzeit des Pulvers im Plasmastrahl zu erhöhen.It is known to drill the powder through several holes on the same Scope of supplying the plasma jet with the aim of making the powder more evenly over to distribute the cross-section of the plasma jet. It is also known this Bores to incline slightly against the direction of flow of the plasma jet in order to avoid the Increase the residence time of the powder in the plasma jet.

Diese im allgemeinen übliche Pulverdosierung und Förderung genügt den Anforderungen, wenn ein homogenes Pulver verarbeitet wird. Wird aber ein Verbundpulver - das ist eine Vermengung mehrerer Pulver, meist Oxyde oder Karbide, mit Metall zur Erzielung bestimmter Eigenschaften der gespritzten Schicht - verarbeitet, dessen Komponenten zumeist unterschiedliches spezifisches Gewicht und Oberflächenbeschaffenheit besitzen, so werden sich diese Pulverkomponenten im Vorratsbehälter unter dem Einfluß der Vibration entmischen, so daß die prozentuale Zusammensetzung des Pulvers nach der Dosierung nicht garantiert werden kann.This generally customary powder metering and conveyance meet the requirements when a homogeneous powder is processed. If, however, a composite powder - that is a mixture of several powders, usually oxides or carbides, with metal to achieve certain properties of the sprayed layer - is processed, the components of which usually have different specific gravity and surface properties, then these powder components will be in the storage container under the influence of the Separate the vibration so that the percentage composition of the powder cannot be guaranteed after dosing.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die beim Plasmaspritzen von Verbundpulvern auftretende Gefahr der Entmischung der Pulverkomponenten auf Grund der unterschiedlichen spezifischen Gewichte der Pulverkomponenten zu beseitigen und darüber hinaus noch weitere im folgenden zu beschreibende Vorteile zu erreichen. Zur Lösung des Problems wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Pulverkomponenten dem Plasmastrahl entsprechend ihren spezifischen Gewichten mit unterschiedlicher Geschwindigkeit zugeführt werden, wobei zur Steuerung der Pulvergeschwindigkeit das Pulverträgergas dient.The invention is based on the task of plasma spraying of composite powders, there is a risk of the powder components segregating Eliminate the reason for the different specific weights of the powder components and furthermore to achieve further advantages to be described below. To solve the problem, it is proposed according to the invention that the powder components the plasma jet according to their specific weights with different Speed are supplied, whereby to control the powder speed the powder carrier gas is used.

Entgegen der bisher üblichen Anordnung beim Plasmaspritzen von Verbundpulvern werden gemäß der Erfindun- die Komponenten des Verbundpulvers t' in verschiedenen Dosiergeräten dosiert. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird vorteilhaft nicht nur eine Entmischung der unterschiedliche spezifische Gewichte aufweisenden Pulverkomponenten verhindert, sondern es kann vielmehr durch die getrennte Zuführung der Komponenten im Plasmadüsenkanal jedes gewünschte Mischungsverhältnis hergestellt werden, wobei auf eine Vibration des Vorratsbehälters nicht verzichtet zu werden braucht.Contrary to the previously usual arrangement for plasma spraying of composite powders are according to the invention the components of the composite powder t 'in different Dosing devices dosed. The measure according to the invention is not advantageous only a segregation of the powder components, which have different specific weights prevented, but rather it can be done by the separate supply of the components any desired mixing ratio can be produced in the plasma nozzle channel, with there is no need to forego vibration of the storage container.

Bei der getrennten Zuführung der Pulverkomponenten zum Plasmastrahl ist es ferner zweckmäßig, für jede Pulverkomponente einen gesonderten Trägergasstrahl vorzusehen. Dies hat den Vorteil, daß die Geschwindigkeit des Pulverträgergases dem unterschiedlichen spezifischen Gewicht des einzelnen Pulvers angepaßt werden kann.When the powder components are fed separately to the plasma jet it is also expedient to have a separate carrier gas jet for each powder component to be provided. This has the advantage that the speed of the powder carrier gas be adapted to the different specific gravity of the individual powder can.

Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens der gemeinsamen Zuführung zweier Pulverkomponenten aus einem gemeinsamen Behälter mittels eines einzigen Trägergasstromes ist die Tatsache, daß unterschiedliche Schmelzverhalten der Komponenten nicht ausgeglichen werden, zumal - um ein allzu starkes Entmischen zu verhindern - die Korngrößen beider Pulverkomponenten nahezu gleich sein müssen. Geht man von dem theoretischen Idealfall aus, daß die einzelnen Pulverkörnchen völlig durchschmolzen mit maximaler kinetischer Energie auf das zu beschichtende Blech aufprallen, so wird beim Mischpulver nur eine Komponente diesen Zustand erreichen, während die übrigen Pulverkomponenten überhitzt, oxydiert oder verdampft werden.Another disadvantage of the known method of feeding two powder components together from a common container by means of a single stream of carrier gas is the fact that the different melting behavior of the components is not compensated, especially since - in order to prevent excessive separation - the grain sizes of both powder components must be almost the same . Assuming the theoretical ideal case that the individual powder grains are completely melted and hit the sheet to be coated with maximum kinetic energy, only one component of the mixed powder will reach this state, while the remaining powder components will be overheated, oxidized or evaporated.

Der obige Haupterfindungsgedanke ermöglicht es jedoch auch, den vorstehenden Nachteil zu vermeiden. Dies kann im einzelnen beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die Pulverkomponenten dem Plasmastrahl an unterschiedlichen Stellen in bezug auf die Entfernung zur Elektrode bzw. zur Werkstückoberfläche zugeführt werden.However, the above main inventive concept also makes it possible to use the above Avoid disadvantage. This can be achieved in detail, for example, by that the powder components are related to the plasma jet at different points on the distance to the electrode or to the workpiece surface can be supplied.

Unterschiedliche Schmelzverhalten von Pulverkomponenten, die, einzeln gespritzt, unterschiedliche Einstelldaten der Plasmaspritzanlage, wie Plasmagasart, Plamagasmenge und elektrische Eingangsleistung erfordern würden, können somit auf einfache und vorteilhafte Weise durch verschieden lange Verweilzeiten im Plasmastrahl ausgeglichen werden. Die Zuführung der Komponente mit höherem Schmelzpunkt erfolgt dabei in größerem Abstand von der Werkstückoberfläche als die Zuführung der Komponente mit niederem Schmelzpunkt. Je länger ein Pulverkörnchen sich im Plasmastrahl befindet, desto höher ist seine Temperatur und desto weiter ist das Körnchen durchgewärmt.Different melting behavior of powder components, which, individually sprayed, different setting data of the plasma spray system, such as type of plasma gas, Plasma gas volume and electrical input power can thus be used simple and advantageous way through different lengths of dwell times in the plasma jet be balanced. The component with a higher melting point is fed in at a greater distance from the workpiece surface than the feed of the component with a low melting point. The longer a powder grain is in the plasma jet, the higher its temperature and the more the granule is warmed through.

Eine weitere Möglichkeit, einen vorteilhaften Ef- fekt zu erreichen, ist erfindungsgemäß dadurch gegeben, daß verschiedene Pulverkomponenten dem Plasmastrahl zu unterschiedlichen Zeitpunkten zugeführt werden.Another possibility of achieving an advantageous effect is given according to the invention in that different powder components are fed to the plasma jet at different times.

Der Aufbau der Auftragsschweißschicht kann dadurch beispielsweise derart gesteuert werden, daß der untere Teil derselben aus einem zähen und der obere Teil aus einem harten, verschleißfesten Material besteht.The build-up of the build-up welding layer can thereby, for example be controlled so that the lower part of the same from a tough and the upper Part consists of a hard, wear-resistant material.

Darüber hinaus ist es noch möglich, und zwar primär auf Grund des obigen Haupterfindungsgedankens der getrennten Zuführung der Pulverkomponenten, das schwerer schmelzende Pulver in kleinerer Korngröße als das leichter schmelzende zuzuführen, um auch dadurch das unterschiedliche Schmelzverhalten der Pulverkomponenten auszugleichen. Dadurch werden die Pulverkomponenten gleichmäßig aufgeschmolzen auf dem zu beschichtenden Untergrund auftreffen.In addition, it is still possible, primarily due to the above main inventive concept of the separate supply of the powder components, the heavier melting powder in smaller grain size than the easier melting in order to also thereby reduce the different melting behavior of the powder components balance. As a result, the powder components are melted evenly hit the substrate to be coated.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsmündungen gegenüber dem Plasmadüsenkanal verstellbar ausgebildet sind. Dadurch können mit ein- und derselben Spritzvorrichtung beliebige Pulverarten mit jeweils unterschiedlichen Gewichts- und Schmelzeigenschaften verspritzt werden.A device for carrying out the method according to the invention is characterized in that the line mouths opposite the plasma nozzle channel are adjustable. This allows you to use one and the same spray device any types of powder, each with different weight and melting properties be splashed.

In der Zeichnung ist zur näheren Erläuterung der Erfindung ein Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 eine Plasmaspritzeinrichtung im Längsschnitt und F i g. 2 eine Ansicht der Plasmaspritzeinrichtung nach F i g. 1 in Richtung des Pfeiles A. In the drawing, an embodiment is shown to explain the invention in more detail, namely FIG. 1 shows a plasma spray device in longitudinal section and FIG. 2 shows a view of the plasma spray device according to FIG. 1 in the direction of arrow A.

Nach der Zeichnung ist die Kathode der Plasmaspritzeinrichtung mit 10 bezeichnet. Sie besteht aus einer Elektrode 11, die in einem Elektrodenhalter 12 befestigt ist. In einer Bohrung 13 im Elektrodenhalter 12 ist eine Rohrleitung 14 angeordnet, die der Kühlwasserzuführung zur Elektrode 11 dient. Das Kühlwasser strömt innerhalb der Rohrleitung 14 zur Elektrode 11, gelangt dort in eine Ausnehmung 15, staut sich am Boden 16 der Ausnehmung 15 und strömt dann außerhalb der Rohrleitung 14 durch die Bohrung 13 zurück zum nicht dargestellten Kühlwasserbehälter.According to the drawing, the cathode of the plasma spray device is designated by 10 . It consists of an electrode 11 which is fastened in an electrode holder 12. A pipe 14 is arranged in a bore 13 in the electrode holder 12 and is used to supply cooling water to the electrode 11. The cooling water flows inside the pipeline 14 to the electrode 11, arrives there in a recess 15, accumulates at the bottom 16 of the recess 15 and then flows outside the pipeline 14 through the bore 13 back to the cooling water tank (not shown).

Die Anode der Plasmaspritzeinrichtung ist mit 17 bezeichnet und stellt die Plasmadüse dar. Die Düse weist einen zentralen Kanal 18 auf, welcher der Zuführung des Plasmagases dient. Der Kanal 18 erweitert sich in rückwärtiger Richtung und dient dort zur Aufnahme des oben beschriebenen Elektrodenhalters 12. Die äußere Begrenzung des Kanals 18 erfolgt in diesem erweiterten Bereich durch einen Mantel 19, an dem der Düsenkörper 20 befestigt ist. Der Mantel 19 ist von einem weiteren Mantel um-eben, welcher mit 21 bezeichnet ist. Zwischen den beiden Mänteln 19, 21 erstreckt sich ein Ringkanal 22, welcher der Kühlwasserzuführung zum Düsenkörper 20 dient.The anode of the plasma spray device is designated 17 and represents the plasma nozzle. The nozzle has a central channel 18 which is used to supply the plasma gas. The channel 18 widens in the rearward direction and is used there to accommodate the electrode holder 12 described above. The outer boundary of the channel 18 in this extended area is provided by a jacket 19 to which the nozzle body 20 is attached. The jacket 19 is surrounded by a further jacket, which is denoted by 21. An annular channel 22, which is used to supply cooling water to the nozzle body 20, extends between the two jackets 19, 21.

Die in der Zeichnung dargestelle Plasniaspritzeinrichtung arbeitet mit einem aus zwei Komponenten bestehenden Pulver. Die beiden Pulverkomponenten werden in je einer Leitung 23 bzw. 24 dem Düsenkanal 18 zugeführt. Die schwerer schmelzbare Pulverkomponente wird dabei durch die Leitung 23 an einem näher an der Elektrode 11 lie-enden Punkt zu-eführt als die leichter schmelzbare Pulverkomponente. Die schwerer schmelzbare Pulverkomponente verweilt dadurch etwas länger im Plasmastrahl und kann auf diese Weise ebenso vollständig aufgeschmolzen werden wie die kürzere Zeit im Plasmastrahl befindliche leichter schmelzbare Pulverkomponente. Um die Verweilzeit der schwerer schmelzbaren Komponente im Plasmastrahl weiterhin zu erhöhen, ist der Mündun-sabschnitt 25 der Leitung 23 dem Plasmastrahl um etwa 30' entgegengerichtet. Um den gleichen Betrag weist dagegen der Mündungsabschnitt 26 der Leitune, 24 in Richtung der durch einen Pfeil 27 angezeigten Strömungsrichtung des Plasmastrahls.The plasma spray device shown in the drawing works with a powder consisting of two components. The two powder components are supplied in a respective line 23 and 24, the nozzle channel eighteenth The more difficult to melt powder component is fed through the line 23 to a point closer to the electrode 11 than the more easily meltable powder component. The powder component, which is more difficult to melt, thus remains in the plasma jet for a little longer and can in this way be completely melted just as the more easily meltable powder component which is in the plasma jet for a shorter time. In order to further increase the dwell time of the more difficult to melt component in the plasma jet, the mouth section 25 of the line 23 is directed in the opposite direction to the plasma jet by approximately 30 ' . In contrast, the mouth section 26 of the guide tube 24 points by the same amount in the direction of the flow direction of the plasma jet indicated by an arrow 27.

Das im Vorstehenden beschriebene und in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel dient nur zur Erläuterung der Erfindung, welche aber keinesweggs auf dieses Beispiel beschränkt zu sein braucht. Es gibt vielmehr mannig altige Abwandlungsmög-C --f C lichkeiten, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.The exemplary embodiment described above and shown in the drawing serves only to explain the invention, which, however, need by no means be restricted to this example. Rather, there are protean Mannig Abwandlungsmög-C --f C possibilities, without limiting the scope of the invention.

Claims

Patentanspräche: 1. A method for Zufühlung of an at least two-component powder into the plasma jet in plasma spraying, the components of the powder are the plasma jet separately eführt to-, d a d u rch g e k hen - characterized in that the powder components corresponding to the plasma jet Their specific weights are fed at different speeds, the powder carrier gas being used to control the powder speed.

2. The method according to claim 1, characterized in that the grain size of a more easily melting powder component is selected to be larger than that of a more difficultly melting powder component. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that different powder components are fed to the plasma jet at different times. 4. Device for carrying out the method according to the preceding claims, characterized in that the line openings (25, 26) are adjustable relative to the plasma nozzle channel (18). Documents considered: French Patent No. 1 412 272.