DE19707699C1

DE19707699C1 - Plasmabrenner für Plasmaspritzanlagen

Info

Publication number: DE19707699C1
Application number: DE19707699A
Authority: DE
Inventors: Oliver Dr Ing Prause
Original assignee: Oliver Dr Ing Prause
Current assignee: GESELLSCHAFT FUER WOLFRAM-INDUSTRIE MBH, 83278 TRA
Priority date: 1997-02-26
Filing date: 1997-02-26
Publication date: 1998-07-23
Anticipated expiration: 2017-02-27
Also published as: WO1998038841A1; EP1013155A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Plasmabrenner für eine thermische Plasmaspritzanlage, umfassend eine als Anode an eine zugeordnete Strom quelle anschließbare erste Elektrode und eine als Kathode an die Stromquelle anschließbare zweite Elektrode.

Thermische Plasmaspritzanlagen weisen in der Regel einen sogenannten Plasmabrenner auf. Der Plasmabrenner setzt sich im wesentlichen aus einer Kathode und einer Anode zusammen. Die Anordnung der Kathode und Anode sowie die gesamte Anordnung des Plasmabrenners ist im Allgemeinen derart ausgeführt, daß über einen Lichtbogen ein elektrischer Strom zwischen der Kathode und Anode fließt. Durch die Zuführung eines Gasstroms in den Lichtbogen wird ein heißes Plasma erzeugt. Das erzeugte Plasma wird beispielsweise genutzt, um mit oder ohne Zusatzwerkstoffen beliebige Oberflächen zu beschichten (z. B. keramische Wärmedämmschichten auf Turbinenschaufeln) oder thermisch zu behandeln (z. B. Randschichthärten). Zur Kühlung des thermisch belasteten Plasmabrenners ist im Allgemeinen eine geeignete Zu- und Ableitung eines Kühlmediums (z. B. Wasser) an dem Plasmabrenner vorzusehen.

Üblicherweise werden die Elektroden für Plasmabrenner aus einem hochschmelzenden Metall mit ein oder mehreren elektronenemissionsfördernden Dotierungen, d. h. Werkstoffzusätzen mit niedriger Elektronenaustrittsarbeit, gebildet. Zur pulvermetall urgischen Herstellung der Elektroden wird in der Regel ein metallisches Pulver mit den Dotierungen gemischt, in Stangen bzw. Stäbe gepreßt und gesintert. Nach dem Sintern werden die Stangen mehrfach umgeformt, bis der geforderte Durchmesser erreicht ist. Danach werden die Stangen geschliffen und geschnitten. In der Regel sind die Elektroden mit einem weiterem Metall (z. B. Kupfer), das eine gute thermische Leitfähigkeit besitzt, in wärmeleitender Verbindung, um die während des Betriebseinsatzes auftretende Wärme an ein Kühlmedium abzuführen. Hierzu werden die geschnittenen Elektrodenrohlinge in eine Graphitform gegeben und in einem Ofen mit Kupfer umgossen. Abschließend wird dieser Verbundwerkstoff spanend bearbeitet, wobei u. a. die hinzugegebene Dotierung zu einer verbesserten Zerspanbarkeit (z. B. Bohren) des hochschmelzenden Metalls (z. B. Wolfram) führt.

Herkömmliche, als Kathode dienende Hochstromelektroden, die bei einem Plasmabrenner als Plasmabrenner-Kathode eingesetzt werden können, sind beispielsweise aus der DE 35 44 657 A1 bekannt. Die Offenlegungsschrift beschreibt vor allem Hochstromkathoden mit einem Wolframkern und einer hochschmelzenden und eine geringe Elektronenaustrittsarbeit aufweisenden Beschichtung. Die Beschichtung besteht aus Wolfram und dem Wolfram zugesetzten, die geringe Elektronenaustrittsarbeit hervorrufende Werkstoff zusätzen (sogenannte Dotierungen; nach den Ansprüchen 3 und 4 der Offenlegungsschrift wenigstens 4 Gewichtsprozent ThO₂ oder CeO₂, vorzugsweise etwa 10 Gewichtsprozent ThO₂ oder CeO₂). Die Hochstrom kathoden werden mit einer Vergleichskathode aus reinem Wolfram sowie mit einer herkömmlichen Sinterkathode verglichen, um verbesserte Abbrenn-Ei genschaften nachzuweisen. Die Sinterelektrode weist einen Elektrodenkörper aus Wolfram und dem Wolfram zugesetzten, die Elektronenaustrittsarbeit reduzierenden Dotierungen (2 Gewichtsprozent ThO₂; gemäß der Beschrei bungseinleitung der Offenlegungsschrift ein in der Plasmatechnik üblicher Wert, um die Elektronen-Austrittsarbeit bei Wolfram von 4,4 eV auf etwa 2,63 bis 2,86 eV zu reduzierend auf.

Weitere Elektroden mit elektronenemissionsfördernden Dotierungen sind aus der DE 27 55 213 C2 und der DE 31 06 164 A1 bekannt.

Die Zugabe von elektronenemissionsfördernden Dotierungen führt, wie auch der diskutierte Stand der Technik deutlich macht, zu einer deutlichen Verbesserung der Kathodeneigenschaften. Dies läßt sich dadurch erklären, daß durch die Dotierung die Ionisierungsenergie der äußeren Elektronen im Vergleich zum reinen Metall (z. B. Wolfram) verringert wird. Bei einer niedrigen Elektronenaustrittsarbeit und vorgegebener Stromdichte verringert sich gemäß der Richard-Dushmann-Gleichung die Temperatur in der Kathode. Eine niedrige Temperatur führt folgerichtig zu einer längeren Standzeit der Kathode. Aus dieser praktisch bewiesenen Tatsache wurde gefolgert, daß sich die Anodenstandzeit durch Zugabe von Dotierungen ebenfalls verbessert. Man ging davon aus, daß beim Wiedereintritt der Elektronen in die Anode die Ionisierungsenergie als Wärme energie anfällt. Da die Standzeit der Anode durch die Wärmebelastung beeinflußt wird, wurde gefolgert, daß die Verringerung der Ionisierungsenergie durch Zugabe von Dotierungen auch zu einer Verringerung der Wärmebelastung in der Anode führt, so daß sich dadurch die Standzeit erhöht. Obwohl elektronenemissionsfördernde Dotierungen zugegeben wurden, waren die Standzeiteigenschaften der Anode dennoch nicht zufriedenstellend.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Plasmabrenner der eingangs angegebenen Art dahingehend auszubilden, daß sowohl für die als Anode dienende erste Elektrode als auch für die als Kathode dienende zweite Elektrode eine hohe Standzeit bzw. Lebensdauer erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch den Plasmabrenner mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die als Kathode dienende zweite Elektrode (genauer: ihr mit dem Lichtbogen wechselwirkender aktiver Elektrodenabschnitt, der aus einem hochschmelzen den metallischen Elektrodenmaterial hergestellt ist und vorzugsweise Wolfram oder/und Molybdän umfaßt) weist erfindungsgemäß - wie Kathoden des Stands der Technik - einen im Hinblick auf die Elektronenaustrittsarbeit wesentlichen Anteil an Werkstoffzusätzen in Form von Dotierungen mit niedriger Elektronen austrittsarbeit (oder - anders ausgedrückt - mit energetisch instabiler Elek tronenkonfiguration) auf. Als Dotierungen können Elemente mit unvollständig besetzten d- bzw. f-Elektrodenschalen, oder/und mit Elektronendonatoren wirkung, beispielsweise Oxide und Boride der Elemente der IIIb bis IVb Nebengruppe des Periodensystems der Elemente sowie den ersten drei Elementen aus der Lanthanoiden- und Actinoidengruppe, wie ThO₂, La₂O₃, CeO₂, Y₂O₃ und LaB₆, verwendet werden.

Die als Anode dienende erste Elektrode (genauer: ihr mit dem Lichtbogen wechselwirkender aktiver Elektrodenabschnitt, der aus einem hochschmelzen den metallischen Elektrodenmaterial hergestellt ist und vorzugsweise Wolfram oder/und Molybdän umfaßt) weist erfindungsgemäß keinen im Hinblick auf die Elektronenaustrittsarbeit wesentlichen Anteil an Werkstoffzusätzen in Form von Dotierungen mit niedriger Elektronenaustrittsarbeit (oder - anders ausgedrückt - mit energetisch instabiler Elektronenkonfiguration) auf.

Wider Erwarten wurde nämlich gefunden, daß für die Anode eine wesentliche Standzeiterhöhung durch einen Verzicht auf elektronenemissionsfördernde Dotierungen erreichbar ist, ganz im Widerspruch zu den bisher geltenden Vorstellungen über den (positiven) Einfluß von Dotierungen auf die Standzeit von Anoden aufgrund der Absenkung der Ionisierungsenergie.

Das Ergebnis der Standzeiterhöhung durch Verzicht auf Dotierungen läßt sich möglicher weise dadurch erklären, daß in erster Linie eine hohe thermische Stabilität des Anoden werkstoffs von maßgeblicher Bedeutung für die Standzeit ist. In besonderem Maße ist Wolfram mit dem höchsten Schmelzpunkt aller Metalle geeignet. Weiterhin kann es sein, daß der theoretisch erklärbare niedrige Energiebetrag beim Wiedereintrift der Elektronen in die Anode, aufgrund der durch die Dotierung hervorgerufenen niedrigen Ionisierungs energie, praktisch nicht auftritt. Dies wäre dadurch erklärbar, daß sich aufgrund der hohen Temperatur und der Sputterwirkung des Lichtbogens keine oberflächennahe Schicht mit niedriger Elektronenaustrittsarbeit auf der Anode ausbilden kann.

Bei den bekannten Anoden mit Dotierungen mögen auch die folgenden werkstoffbezogenen Ursachen zu einer Beeinträchtigung der Anodenlebensdauer führen:

- Ausbildung von Mikrorissen durch Verdampfung von oberflächennahen elektronen emissionsfördernden Dotierungen (z. B. ThO₂, La₂O₃);
- Verdampfung von Wolfram durch Oxidation mit Sauerstoffradikalen, die durch die thermische Dissoziation der elektronenemissionsfördernden oxidischen Dotierungen entstehen;
- Lokale Überhitzung der Anode durch Festbrennen des bewegten Lichtbogens an einer energetisch günstigen Stelle (z. B. Mikrorisse und/oder oberflächenmorphologische Veränderungen, die mit den Dotierungen im Zusammenhang stehen).

Eine lokale Überhitzung des Anodenwerkstoffs führt in der Regel zu einem Versagen des Plasmabrenners. Zum einen sind die aufgeprägten elektrischen Größen nicht mehr kontrollierbar bzw. steuerbar und zum anderen führt der Materialabtrag des Anodenwerk stoffs zu einer Qualitätsbeeinträchtigung der zu behandelnden Oberfläche. Soweit auf die Dotierungen zurückzuführen, treten diese Nachteile erfindungsgemäß nicht mehr auf.

Es hat sich weiterhin gezeigt, daß geringfügige Werkstoffzusätze im hochschmelzendem Metall, insbesondere sinteraktivierende Werkstoffzusätze im Falle von Sinterelektroden (durch ein Sinterverfahren hergestellte Elektroden), keinen signifikanten negativen Einfluß auf die Standzeit des Anodenwerkstoffs haben. Dies kann möglicherweise dadurch erklärt werden, daß bei einer vollständigen oder teilweisen Löslichkeit der sinteraktivierenden Werkstoffzusätze und des hochschmelzenden Metalls eine homogene und feindisperse Verteilung vorliegt. Im Gegensatz dazu liegen beispielsweise die oxidischen Dotierungen, aufgrund der vollständigen Unlöslichkeit im hochschmelzenden Metall (z. B. Wolfram), als vergleichsweise grobe Partikel an den Korngrenzen des Werkstoffgefüges vor. Man kann davon ausgehen, daß die hohe thermische Belastung der Anode und die Sputterwirkung des Lichtbogens stets zu einer mehr oder weniger ausgeprägten Verdampfung des Anodenwerk stoffs, insbesondere der elektronenemissionsfördernden Werkstoffzusätze (Dotierungen), führt. Demnach wäre denkbar, daß beispielsweise an lokalen Stellen oberflächennahe Mikrorisse durch selektive und/oder rasche Verdampfung der Dotierungen entstehen. Diese lokalen Stellen weisen im Vergleich zu benachbarten Bereichen einen energetisch höherwertigen Zustand auf, so daß der heiße, elektrische Lichtbogen bevorzugt an diesen Stellen auf die Anode trifft. Dadurch kommt es wiederum zu einem verstärkten Material abtrag, der schließlich zum sogenannten "Festbrennen" des Lichtbogens und somit zum Ausfall des Plasmabrenners führt. Im Gegensatz dazu, wurde eine feindisperse Verteilung von niedrigschmelzenden Werkstoffzusätzen zu einem homogeneren Materialabtrag auf der Werkstoffoberfläche führen. Dies hätte zur Folge, daß die lokalen energetischen Differenzen nur gering sind und der Lichtbogen keine bevorzugten Stellen auf der Werkstoffoberfläche der Anode vorfindet. Daraus läßt sich ein gleichmäßiger Material abtrag der Werkstoffoberfläche ableiten und somit eine Verlängerung der Standzeit begründen.

Im Fall von Sinterelektroden (die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektroden) können somit sowohl im Fall der als Anode dienenden ersten Elektrode als auch im Fall der als Kathode dienenden zweiten Elektrode sinteraktivierende Werkstoffzusätze dem Metallpulver beigegeben werden, da sinterakti vierende Werkstoffzusätze, wenn sie einen geringen Anteil der Elektrode bzw. des Elektrodenmaterials ausmachen, keinen signifikanten Einfluß auf die Standzeit haben. Durch die Zugabe von sinteraktivierenden Werkstoffzusätzen läßt sich die Sintertemperatur bzw. die Sinterzeit verringern und/oder die Bearbeitbarkeit (z. B. Bohren) des hoch schmelzenden Sinterwerkstoffs (bevorzugt aus hochschmelzenden Wolframpulver gesintert) verbessern.

Gute Ergebnisse wurden mit einem Gewichtsanteil der sinteraktivierenden Werkstoff zusätze, insbesondere Nickel, im Metallpulver von bis zu 1 Gewichtsprozent erzielt. Insbesondere werden Gehafte von etwa 0, 12 bis 0,5 Gewichtsprozent empfohlen.

Die erfindungsgemäßen Elektroden, insbesondere Anoden, lassen sich beispielsweise nach dem aus der deutschen Patentschrift DE 44 42 161 C1 bekannten Verfahren herstellen (vgl. insbesondere deren Ansprüche 11 bis 18), wobei aber im Fall der ersten Elektrode bzw. Anode erfindungsgemäß keine oder nur ein unwesentlicher Anteil von elektronen emissionsfördernden Dotierungen vorzusehen ist und unter Umständen (ggf. in Abwei chung von Anspruch 1 der DE 44 42 161 C1) eine Nachbearbeitung der mit dem Lichtbogen wechselwirkenden Elektrodenoberfläche angezeigt ist.

Bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Elektrode sind in den Unter ansprüchen angegeben. Besonders bevorzugt ist, wie schon erwähnt, die Ausbildung beider Elektroden als Sinterelektroden, wobei bei deren Herstellung sinteraktivierende Werkstoffzusätze verwendet werden können. Es hat sich gezeigt, daß im Hinblick auf möglichst große Anodenstandzeiten für jegliche Werkstoff zusätze ein Höchstwert des Gewichtsanteils nicht überschritten werden sollte, wobei das Ergebnis um so besser ist, je kleiner der Höchstwert ist. Als Höchstwert wird maximal 1,0 Gewichtsprozent, vorzugsweise maximal 0,5 Gewichtsprozent vor geschlagen. Da sich elektronenemissionsfördernde Werkstoffzusätze (Dotierungen) stärker auf die Standzeit der ersten Elektrode bzw. Anode auswirken als sinterakti vierende Werkstoffzusätze, sollte im Fall der ersten Elektrode bzw. Anode für die Dotierungen möglichst ein kleiner Höchstwert eingehalten werden (vorgeschlagen wird ein Höchstwert von 1,0 Gewichtsprozent, vorzugsweise maxinial 0,1 Gewichtsprozent, höchstvorzugsweise maximal 0,01 Gewichtsprozent) oder am besten auf diese vollständig verzichtet werden.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Plasma brenners mit zwei Elektroden: einer Kathode und einer Anode; und

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht der Anode gemäß Fig. 1.

In Fig. 1 ist im Längsschnitt eine Kathode 22 und eine erfindungsgemäße Anode 20 als Teile eines Plasmabrenners 10 dargestellt.

Die Kathode 22 und die Anode 20 als Bestandteil des Plasmabrenners 10 sind geometrisch so gestaltet, daß ein Kühlmedium 40 (z. B. Wasser) an einen Werkstoff 32 mit hoher thermischer Leitfähigkeit (z. B. Kupfer) herangeführt werden kann, der mit dem eigentlichen Elektrodenmaterial 30 in wärmelei tender Verbindung steht. Die Kathode 22 und die Anode 20 sind derart an geordnet, daß sich ein Lichtbogen zwischen der Kathode 22 und der Anode 20 ausbilden kann, um mittels eines herangeführten Gasstroms ein Plasma im Lichtbogen zu erzeugen. Das erzeugte Plasma wird über den Plasma- Durchtrittskanal 50 in Richtung der zu behandelnden Oberfläche geleitet.

In Fig. 2 ist die bezeichnete Anode 20 - auch Plasmadüse genannt - als Ver bund des Elektrodenmaterials 30 und des Werkstoffs 32 mit hoher thermi scher Leitfähigkeit dargestellt.

Das beim beschriebenen Ausführungsbeispiel unter Anwendung eines Sinter verfahrens hergestellte Elektrodenmaterial 30 einer Anode 20 besteht aus Metallpulver, das sich im wesentlichen nur aus chemisch, reinem Wolfram oder aus 95,5 bis 98,8 Gewichtsprozent chemisch reinem Wolfram mit einem sinteraktivierenden Werkstoffzusatz, nämlich bei dem hier beschriebenen Beispiel 0,12 bis 0,5 Gewichtsprozent Nickel, zusammengesetzt. In Abhängig keit von der Zusammensetzung des Metallpulvers ergeben sich zwei unter schiedliche Verarbeitungsverfahren, insbesondere Sinterverfahren.

In bekannter Weise wird bei der Verwendung von chemisch reinem Wolf rampulver ohne Werkstoffzusätze das Metallpulver in elastische, zylindrische Schläuche gefüllt und wasserdicht verschlossen. Anschließend wird das Me tallpulver in einer kaltisostatischen Presse bei 2000 bis 3000 bar verdichtet. Alternativ kann das Metallpulver auch in eine entsprechend geformte Preßma trize gegeben werden und anschließend mechanisch-hydraulisch verdichtet werden. Danach wird das gepreßte Metallpulver im direkten Stromdurchgang -Coolidge Verfahren - bei ca. 2600° bis 3200°C und einer Haltezeit von 15 bis 30 Minuten in einer Wasserstoffatmosphäre gesintert. In einem weiteren Arbeitsschritt wird in der Regel der gesinterte Stab bzw. das Elektrodenmate rial 30 bei Temperaturen von 900° bis 1600°C, die Temperatur ist abhängig vom Verformungsgrad, umgeformt, beispielsweise durch Hämmern.

Bei Verwendung des Metallpulvers mit einem sinteraktivierendem Werkstoff zusatz kann folgendes Verarbeitungsverfahren angewandt werden: Zunächst wird das Metallpulver und der sinteraktivierende Werkstoffzusatz durch troc ken-mechanisches Mischen oder durch ein naßchemisch-hydrometallurgisches Verfahren aufbereitet. Im letztgenannten Fall wird eine flüssige Nickelnitrat lösung in Wolframtrioxid eingesprüht und durchmischt sowie einem Trocknungs-, Reduzier- und Siebungsprozeß unterzogen. Das aufbereitete Metallpulver mit dem Werkstoffzusatz wird in elastische, zylindrische Schläu che gefüllt, wasserdicht verschlossen und kaltisostatisch bei 2000 bis 3000 bar verdichtet. Das verdichtete Metallpulver wird im Ofen bei Temperaturen von 1400° bis 1600°C und Haltezeiten von 30 bis 180 Minuten in einer Wasser stoffatmosphäre gesintert. Durch das Sintern wird das gepreßte Metallpulver in den metallischen Zustand des Elektrodenmaterials 30 überführt, wobei Dichten von 80 bis 97% der theoretischen Dichte erreicht werden.

Das Elektrodenmaterial 30 aus dem chemisch reinem Wolfram bzw. aus Wolfram mit sinteraktivierendem Werkstoffzusatz kann nach dem Sinterver fahren materialabtragend (beispielsweise drehend und/oder schleifend und/oder erodierend) bearbeitet werden, insbesondere kann durch Bohren und/oder Erodieren der Plasma-Durchtrittskanal 50 der als Plasmadüse die nenden Anode 20 eingebracht werden. Das zweckentsprechend vorbereitete Elektrodenmaterial 30 wird schließlich in eine geeignet gestaltete Graphitform eingelegt. Nach der Zugabe von Kupfer als Werkstoff 32 mit hoher thermi scher Leitfähigkeit in die Graphitform, wird diese in einen Absenk- oder Gradientenofen gegeben. Bei Temperaturen von 1050° bis 1200°C wird das Kupfer in einer Wasserstoffatmosphäre vollständig aufgeschmolzen und an schließend kontinuierlich abgekühlt, um einen porenfreien Werkstoffverbund zu erhalten.

Die Kathode 22 läßt sich mit beiden genannten Verarbeitungsverfahren prin zipiell auf gleiche Art und Weise herstellen, wobei allerdings vorzugsweise zusätzlich elektronenemissionsfördernde Werkstoffzusätze (Dotierungen) ein gebracht werden, wie gemäß dem Stand der Technik für Anoden und Katho den für Plasmabrenner bekannt ist. Derartige elektronenemissionsfördernde Werkstoffzusätze sind bei der Anode 20 erfindungsgemäß nicht vorgesehen.

Die Anode 20 kann nach der oben beschriebenen materialabtragenden Bear beitung, insbesondere nach dem Bohren und/oder Erodieren des Plasma- Durchtrittskanals 50, in einem Plasmabrenner 10 als Teil einer Plasmaspritzan lage eingebaut werden. Die Kathode 22 und die Anode 20 wird elektrisch an eine Stromquelle angeschlossen, wobei die Kathode 22 mit dem negativen Pol und die Anode 20 mit dem positiven Pol der Stromquelle verbunden ist.

Der Lichtbogen zwischen der Kathode 22 und Anode 20 wird durch eine hochfrequente Spannungsüberlagerung oder Kondensatorentladung gezündet. Hierbei treten aus der Kathode 22 Elektroden aus, werden durch eine elektri sche Spannung in Richtung der Anode 20 beschleunigt und treten in das Elektrodenmaterial 30 der Anode 20 wieder ein, wodurch der elektrische Stromkreis geschlossen wird.

In einer vergleichenden Untersuchung wurden unterschiedliche Anoden materialien (Wolfram mit etwa 2 Gewichtsprozent ThO₂ und Wolfram mit 0,5 Gewichtsprozent Nickel) getestet. Bei einer atmosphärischen Plasmaspritzan lage (APS) wurden folgende Betriebsparameter verwendet:

Spannung: 30-80 V
Strom: 400 oder 600 A
Stromart: Gleichstrom
Gasart: 47 Standardlitermenge (SLM) Argon oder 47 SLM Argon mit 12 SLM Wasserstoff
Kühlmedium: Wasser

Im Vergleich zum herkömmlichen Elektrodenmaterial als Anode mit etwa 2 Gewichtsprozent ThO₂ zeigte das erfindungsgemäße Elektrodenmaterial 30 als Amode ein verbessertes Standzeitverhalten, insbesondere eine geringere Veränderung der Oberflächenmorphologie im Plasma-Durchtrittskanal 50.

Bezugszeichenliste

10

Plasmabrenner

20

Anode (Plasmadüse)

22

Kathode

30

Elektrodenmaterial (gesintertes Wolframpulver)

32

Werkstoff mit hoher thermischer Leitfähigkeit (Kupfer)

40

Kühlmedium (Wasser)

50

Plasma-Durchtrittskanal

Claims

1. Plasmabrenner (10) für eine thermische Plasmaspritzanlage, umfassend:

- eine als Anode an eine zugeordnete Stromquelle an schließbare erste Elektrode (20), und
- eine als Kathode an die Stromquelle anschließbare zwei te Elektrode (22),
- wobei ein aktiver Elektrodenabschnitt der ersten Elek trode (20), der nach Zündung eines Lichtbogens zwi schen den beiden Elektroden (20, 22) mit dem Lichtbo gen direkt wechselwirkt, aus einem hochschmelzenden metallischen Elektrodenmaterial (30) besteht und höch stens einen im Hinblick auf die Elektronenaustrittsarbeit unwesentlichen Anteil an Werkstoffzusätzen in Form von Dotierungen mit niedriger Elektronenaustrittsarbeit aufweist,
- wobei ein aktiver Elektrodenabschnitt der zweiten Elek trode (22), der nach Zündung des Lichtbogens zwischen den beiden Elektroden (20, 22) mit dem Lichtbogen di rekt wechselwirkt, aus einem hochschmelzenden metalli schen Elektrodenmaterial besteht und zur Verringerung der Ionisierungsenergie einen im Hinblick auf die Elek tronenaustrittsarbeit wesentlichen Anteil an Werkstoff zusätzen in Form von Dotierungen mit niedriger Elektro nenaustrittsarbeit aufweist.

2. Plasmabrenner (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Gewichtsanteil der Dotierungen des aktiven Abschnitts der ersten Elektrode (20) maximal 1,0 Gewichts prozent, vorzugsweise maximal 0,1 Gewichtsprozent, höchstvorzugsweise maximal 0,01 Gewichtsprozent beträgt.

3. Plasmabrenner (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der aktive Elektrodenabschnitt der ersten Elektrode (20) keine Dotierungen aufweist.

4. Plasmabrenner (10) nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenmaterial (30) des aktiven Abschnitts der ersten Elektrode (20) oder/und das Elektrodenmaterial des aktiven Abschnitts der zweiten Elektrode (22) unter Anwendung eines pulvermetall urgischen Verfahrens und unter Verwendung eines metalli schen Pulvers hergestellt ist.

5. Plasmabrenner (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß das pulvermetallurgische Verfahren ein Pulveraufbe reitungsverfahren, ein Preßverfahren und ein Sinterverfahren umfaßt.

6. Plasmabrenner (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge kennzeichnet, daß dem metallischen Pulver wenigstens ein Werkstoffzusatz in Form eines sinteraktivierenden Materials zugesetzt ist.

7. Plasmabrenner (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß als sinteraktivierendes Material wenigstens ein Ele ment der VIII. Nebengruppe des Periodensystems der Elemen te vorgesehen ist.

8. Plasmabrenner (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtsanteil des sinteraktivieren den Materials bis zu 1 Gewichtprozent beträgt.

9. Plasmabrenner (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das sinteraktivierende Material Nickel, Palladium und/oder Platin umfaßt.

10. Plasmabrenner (10) nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenmaterial Wolfram und/oder Molybdän umfaßt.

11. Plasmabrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (20) als Plasmadüse mit einem Plasma-Durchtrittskanal (50) ausge bildet ist.

12. Plasmabrenner nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasma-Durchtrittskanal (50) im aktiven Elektroden abschnitt der ersten Elektrode (20) vorgesehen ist.