DE2144872C3 - Plasmaspritzvorrichtung - Google Patents

Plasmaspritzvorrichtung

Info

Publication number
DE2144872C3
DE2144872C3 DE2144872A DE2144872A DE2144872C3 DE 2144872 C3 DE2144872 C3 DE 2144872C3 DE 2144872 A DE2144872 A DE 2144872A DE 2144872 A DE2144872 A DE 2144872A DE 2144872 C3 DE2144872 C3 DE 2144872C3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
channel
plasma
channels
arc
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
DE2144872A
Other languages
English (en)
Other versions
DE2144872A1 (de
DE2144872B2 (de
Inventor
Mille New York N.Y. Stand
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sealectro Corp Mamaroneck Ny Us
Original Assignee
Sealectro Corp Mamaroneck Ny Us
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sealectro Corp Mamaroneck Ny Us filed Critical Sealectro Corp Mamaroneck Ny Us
Publication of DE2144872A1 publication Critical patent/DE2144872A1/de
Publication of DE2144872B2 publication Critical patent/DE2144872B2/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2144872C3 publication Critical patent/DE2144872C3/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/26Plasma torches
    • H05H1/32Plasma torches using an arc
    • H05H1/42Plasma torches using an arc with provisions for introducing materials into the plasma, e.g. powder, liquid
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/16Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed
    • B05B7/22Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed electrically, magnetically or electromagnetically, e.g. by arc
    • B05B7/222Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed electrically, magnetically or electromagnetically, e.g. by arc using an arc
    • B05B7/226Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed electrically, magnetically or electromagnetically, e.g. by arc using an arc the material being originally a particulate material
    • 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
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/26Plasma torches
    • H05H1/32Plasma torches using an arc
    • H05H1/34Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3478Geometrical details
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/26Plasma torches
    • H05H1/32Plasma torches using an arc
    • H05H1/34Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/38Guiding or centering of electrodes
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/26Plasma torches
    • H05H1/32Plasma torches using an arc
    • H05H1/34Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3484Convergent-divergent nozzles

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Nozzles (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Plasmaspritzen ichlung für auf einem Substrat abzulagerndes wärnieschmelzbares, pulverförmiges Material, mit einer einen Plasmakanal einschließenden Düse, in deren der Austrittsöffnung abgewandtem Teil ein Lichtbogenkanal mit einer sich konisch erweiternden Fläche als erster Elektrode und einem hierzu axial ausgerichteten Zylinder als zweiter Elektrode gebildet ist, mit einer an dem der Austrittsöffnung der Düse entgegengesetzten Ende des Lichtbogenkanals angeordneten Gaszuführung, und mit einer in den Plasmakanal stromabwärts des Lichtbogenkanals mündenden Materialzuführung.
ίο Die Verwendung von isolierenden Schichten aus Kunststoff, die auf Metall, Keramik und andere Träger aufgebracht werden, erlangt in der modernen Technik immer größere Bedeutung. Es werden neue Beschichtungswerkstoffe verwendet, beispielsweise Polytetrafluoräthylen und andere gegen hohe Temperaturen beständige Kunststoffe, die auf viele Arten von Grundwerkstoffen aufgetragen werden können, um beispielsweise die Reibung zu mindern, Schutz zu bieten oder eine chemisch inerte Oberfläche zu schaf-2n fen. Wenn diese Materialien als Paste oder in Pulverform aufgebrach! weiden, können sie dadurch geschmolzen werden, daß der Träger in einen Ofen mit erhöhter Temperatur eingebracht wird. Wenn jedoch der Träger der zum Schmelzen des Pulvers bzw. der Paste erforderlichen hohen Temperatur nicht gewachsen ist oder wenn er zu groß ist, um wirtschaftlich auf diese Weise verarbeitet werden zu können, dann muß ein anderes Verfahren angewendet werden.
Dazu ist in der DE-OS 1571 171 eine Plasmaspritzen vorrichtung der eingangs genannten Gattung beschrieben, bei der das Beschichtungsmaterial in einem heißen Plasmastrom erhitzt und geschmolzen und, getragen vom heißen Plasmast rom, auf das Substrat aufgeschleudert wird. Bei dieser bekannten Vorrichtung is wird in das hintere Ende eines Düsenkanals ein Gasstrom eingeleitet, der durch eine innerhalb des Düsenkanals aufrechterhaltene Bogenentladung ionisiert, also in einen heißen Plasmastrom verwandelt wird. Stromabwärts der Bogenentladung ist in der in Wand ein Zuführungskanal für das in Pulverform vorliegende Beschichtungsmaterial angeordnet. Dieser Zuführungskanal ist als um den Umfang des Düsenkanals herum verlaufender Kingkanal ausgebildet, der das pulverförmige Material etwa senkrecht zur l.äugsis achse des Düsenkanals in den Plasmastrom einleitet. Durch diese Art der Einbringung des pulverförmigen Materials tritt eine heftige Verwirbelung und damit eine Störung der an sich erwünschten laminaren Stiomung lies Plasmas auf, wodurch das pulveiförmige in Material lief in das Innere des Plasmastroms eindringt. Da nun in dem Plasmastrom ein sehr starker Temperaturgradient vorliegt, wobei im Inneren sehr hohe Temperaturen herrschen, wird durch eine derartige Vermischung des pulverförmigen Materials mit dem ss Plasma in unerwünschter Weise teilweise eine Verdampfung oiler Zersetzung des mit dem heißen Teil des Plasmas in Verbindung tretenden pulverförmigen Materials hervorgerufen. Inbesondere bei Verwendung eines pulverförmigen Kunslstoffmateiials führt du die thermische Zersetzung zu einer schlechten (Qualität der hergestellten Beschichtung.
Die der Erfindung zugiundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Plasniaspritzvorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei welcher im Hüls trieb eine laminare Störung des Plasmas aufrechterhalten wird.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Plasmaspiitzvorriehtungder eingangs genannten Gat-
tung dadurch gelöst, daß die Gaszuführung eine Gasverteilerplatte mit einer Vielzahl von zur Bildung eines rotierenden Gasstroms bezüglich der Längsachse des Plasmakanals im Winkel geneigten Gaszuführungskanälen aufweist, und daß die Materialzuführung wenigstens einen in den Plasmakanal mündenden, in Strömungsrichtung im spitzen Winkel bezüglich der Längsachse des Plasmakanals ausgerichteten Kanal aufweist.
Bei dieser erfindungsgemäßen Ausbildung sind clso κι die Gaszuftihrungskanäle im Winkel schräg zur Längsachse des Plasmakanals und schräg auf die Längsachse verlaufend angeordnet, so daß das durch die Gaszuführungskenäle eingeleitete Gas einen um die Längsachse rotierenden Gasmantel bildet. Dieser Gasmantel wird im Lichtbogenraum ionisiert, und das entstandene Plasma tritt als rotierender Plasmastrom durch den Plasmakanal der Düse hindurch. Zusätzlich sind die Kanäle der Materialzuführung derart im spitzen Winkel zur Austrittsöffnung des Plasr.,akanals hin ausgerichtet, daß das pulverförmige Material etwa tangential, also im Sinne der Rotation in Bewegungsrichtung in den Randbereich des Plasmastroms eingeleitet wird. Durch diese Art der Einleitung wird praktisch keine Störung der laminaren Plasmaströmung hervorgerufen, so daß eine Verwirbelung und damit ein Eindringen des pulverförmigen Materials in das heiße Innere des Plasmastroms vermieden wird. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, daß das Material unter dem Einfluß von Zentrifugalkräften in ei- κι nein äußeren Bereich des Plasmastroms mit mäßiger Temperatur gehalten wird, bis es auf das zu beschichtende Suostrat auftritt. Gleichzeitig aber wird durch die spiraligc Rotation erreicht, daß bei vorgegebener Länge des Plasmakanals das Material einen längeren Weg mit dem Plasma zurücklegt und daher die Verweilzeit in erwünschtem Maße erhöht wird, so daß das Material bei mäßiger Temperatur allmählich ohne Verdampfung oder Zersetzung geschmolzen wild. Die auf diese Weise erzielbare Beschichtung weist daher in eine hohe Qualität auf.
Die tangential Einleitung des pulverförmigen Materials in den Plasniastrom erreicht man dadurch, daß die Kanäle für das pulverförmige Material etwa die gleiche Winkellage aufweisen, wie die Gaszufüh- i^ lungskanäle in der Gasverteilerplatt·.:. Besonders vorteilhafte Ergebnisse erzielt man mit einem Licht bogcnkanal, der durch ein der Kegelfläche der Düse gegenüberstehendes konisches Ende des die /weite Elektrode bildenden Zylinders gestaltet ist, wobei der mi Winkel des konischen Endes etwa um K) bis 30" größer ist als der Winkel tier Kegelfläche, tier bevorzugt etwa 4 V zur Längsachse der Düse beträgt. Besontleis gute praktische Ergebnisse sind erzielbar, wenn die Kanäle zur Zuführung des pulverförmigen Materials ss 'in Winkel \on Id,5 ' /111 Längsachse der Düse ausgerichtet sind.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die sich zur Austrittsöffnung der Düse hin verjüngende Kegelfläche des Liehtbogenkanals zur Vermeidung von Turbulenzen mi im Plasmastrom mit stetiger Krümmung in den anschließenden PUtsmakanal üN.-ijieht, der sich seinerseits bis in den Hereich dei LiiHiittsöffnungen der Kanäle für ilis pulverlönnige Material mit stetiger Krümmung erweitert, bis er den Durchmesset der (0 Austrittsöflnun^der Düsi jrreieht. Bei dieser Ausbildung wird lintel Vermeidung von Turbulenzen ein Venturieffekt indem sieh an den Lichthogcnkanal anschließenden verengten Teil des Plasmakanals hervorgerufen.
Vorteilhafterweise ist der die zweite Elektrode für die Lichtbogenentladung darstellende Zylinder unmittelba-:' in der Gasverteilerplatte gehaltert. Diese Gasverteilerpiatte kann entweder zur Zuführung der elektrischen Energie aus leitendem Material hergestellt und mittels eines Isolierteils am Körper der Düse verankert sein. Alternativ hierzu kann die Zuführung der elektrischen Energie auch unmittelbar über den Zylinder erfolgen, wobei vorteilhafterweise die Gasverteilerplatte als Isolator ausgebildet ist.
Besonders bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Plasmaspritzvorrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine PlasmaspritzVorrichtung in 'Miiem bevorzugten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 eine Seitenansicht einer Gasverteilerplatte mit den Gaszuführungs-Kanälen. die in der Spritzvorrichtung Verwendung findet.
Fig. 3 eine Einzelheit im Schnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 1,
Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine Spritzvorrichtung in einem zweiten Ausführungsbeispiel, bei der die Isolierung an einer anderen Stelle sitzt,
Fig. 5 eine Seitenansicht einer isolierenden Gasverteilerplatte,
Fig. 6 eine Einzelheit im Schnitt entlang der Liii!j 6-6 der Fig. 4,
Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine Variante einer Düse, die zur Verbreiterung der Flamme verwendet wird und um eine gleichmäßigere Beschichtung abzulagern,
Fig. X eine Seitenansicht der Plasmaspritzvorrichtung in Pistolenform mit angesetzten Verkleidungen.
Fig. 1J ein Schaltbild, das zeigt, wie die Spritzvorrichtung mittels eines normalen Wechselstromnet/es mit Energie versorgt werden kann, und
Fig. K) eine Einzelheit einer bevorzugten Anordnung der Elektroden.
G'-inäß der Darstellung in Fig. 1 bis 3 weist die l'lasmaspiitzvorriehlimg einen äußeren isolierenden I laltezylinder IO und mehrere zylindrische Hülsen 11, 12 und 13 auf, von denen die letztere eine Verlängerung der Düse 14 ist. Die Düse 14 ist ein hohler Zylinder mii einer geraden Bohrung als Plasmakanal 15, der mit einem Absatz 16 an einer Anzahl von Kanälen 17 versehen ist. Die Kanäle stehen unter einem spitzen Winkel zur Längsachse des Plasmakanals 15, um einen Strom pulverförmigen Materials in den Plasmakanal 15 zu treiben, ohne den Plasmastrom im Plasmakanal 15 zu stören. Die Kanäle 17 sind mit flexiblen Pulverlcitungcn 18 verbunden, die aus Kunststoff bestehen können, beispielsweise aus Polyäthylen. Gummi oder dergleichen.
Die Hülse 13 weist einen kegelförmigen Hohlraum 20 auf, dessen Fläche als eine erste Elektrode einer Lichtbogenentladung dient. Ein kleinerer Kegel 21 an dem Finde eines massiven Zylinders 22 dient als die /weite Elektrode für die Lichtbogenentladung, wobei die (-'»sächliche Lage des Lichtbogens am Rand des Kegels 21 ist. Die Anode kann beispielsweise aus Kupier, die Kathode aus Wolfram bestehen. Der Zylinder 22 kann mit Hilfe größerer Zylinder 23 und
24 gehaltcrt sein, wobei der letztere Zylinder durch eine metallische Gasverteilerplatte 25 in ausgerichteter Stellung gehalten wird.
Man erhält Ergebnisse mit einem besseren Wirkungsgrad, wenn die Winkelstellungen der Elektroden unterschiedlich sind. Die besten Ergebnisse erhält man, wenn der Unterschied zwischen den Winkeln zwischen H) und 30° liegt, beispielsweise mit einem Kegelwinkel von etwa 120° und einem Winkel der Kegelfläche von ctw<i W, wie in Fig. 10 dargestellt.
Strom für den Lichtbogen kommt von einem Generator 26, wobei ein Anschluß mit der Düse 14 und der andere Anschluß mit dem Zylinder 24 verbunden ist. Ein Schalter 19 dient zur Zuleitung von Energie zur Spritzvorrichtung.
Ein Mantel 2? wird von einem kurzen Zylinder 28 und einem Flansch 30 gebildet; er dient zur Verteilung von Gas um den Rand der Gasverteilerplatte 25 herum. Der Vorrichtung wird Gas über eine Leitung 31 zugeleitet, das dann durch einen entlang des Umfiings verlaufenden Randschutz 32 um die Gasverteilerplatte 25 herum verteilt wird. Eine Anzahl von Gaszufiihrungskanälen 33 leitet Gasströme von dem vertikalen Schlitz 32 in den Raum um die Zylinder 23 und 22 und dann durch die Lichtbogenentladung in den Plasmakanal 15.
Die Gaszuführungskanäle 33 lenken das Gas im wesentlichen in Richtung zur Längsachse des Plasmakanals 15, wie das durch die Winkellage in Fig. I gezeigt ist. Sie lenken den Gasstrom ferner leicht aus der Achse heraus, wie das durch Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Das Ergebnis ist eine Kombination von schraubenlinienförmig gerichteten Gasströmen, die ineinander übergehen und einen rotierenden Gas/.y linder bilden, welcher sich in Längsrichtung des Plasinakanals 15 bewegt. Wenn das Gas durch den Lichtbogen wandert, wird es erhitzt und ionisiert. Wenn die entstehende Hitze 220° C und mehr beträgt, bleibt das Gas in seinem ionisierten Zustand, bis es sich abkühlt. Es kann ein Plasmastrahl mit 5500 bis N3(M)° C erreicht werden. Indem die Energiemenge am Lichtbogen reguliert wird und indem der Gasdurchfluß /um Lichtbogen festgelegt wird, läßt sich die Temperatur des Plasmasauf einen Wert unter 5500° C begrenzen und dort innerhalb eines einigermaßen engen Bereichs hallen.
Die Kanäle 17 für die Zuführung von Pulver sind jeweils unter einem Winkel gebohrt, der im wesentlichen parallel zu dem eines entsprechenden Gaszuführungskanals 33 liegt. Das Pulver wird damit in den rotierenden heißen Plasmastrom in einer Richtung eingespritzt, die nicht dazu führt, daß die Richtung des Plasmastroms abgelenkt oder geändert wird. Die eingespritzten Kunststoffpartikcl bewegen sich an der äußeren Fläche des Plasmastroms und werden wegen der Fliehkraft in dieser Lage gehalten. Da die Richtung und Lage der eingespritzten Partikel fixiert bleiben, ist es einfach, das Verhältnis des Durchflusses und der Stromstärke des Lichtbogens einzustellen, so daß alle Partikel die Spritzvorrichtung mit einer Solltemperatur verlassen. Da die Partikel mit dem Plasma rotieren, durchlaufen sie einen längeren Weg von der Einspritzstellc bis zum Ende der Düse und haben damit ausreichend Zeit, durch das heiße Plasma auf eine festgelegte Temperatur erhitzt zu werden. Jedes geeignete nicht korrodierende inerte Gas kann verwendet werden. Stickstoff, Argon, Kohlendioxid und Helium haben zu guten Ergebnissen geführt. Sauerstoff dürfte zu vermeiden sein, weil er den lilektrodenwerkstoff im Bereich des Lichtbogens angreift.
In Fig. 4 bis 6 ist eine Plasmaspritzvorrichtung gezeigt, die der in Fig. 1 bis 3 gezeigten Vorrichtung ähnlich ist. jedoch einen metallischen Haltezylindci H)A aufweist, der geerdet werden kann und der aK einer der Anschlüsse für die elektrische Energie verwendet wird. Die Gasverteilerplatte 25/1, die das Ga^ in seine schrauhcnlinicnförmigc Bewegung lenkt, ist
in aus einem geeigneten isolierenden Werkstoff gefei lij'.t, beispielsweise aus duroplastischem Kunststoff. Die Wirkung ist die gleiche, außer daß hier die zweiu Elektrode 21, 22, 23, 24 die Kathode ist, während alle anderen Metallteile geerdet sind.
ι? In den in Fig. 1 und -4 gezeigten Aiisführungsbcispieleii sind keine Kühlcinrichiungcii gezeig!. Die Vorrichtung erzeugt erhebliche Warme, so daß eine Wasserkühlung im allgemeinen einen Teil der Vorrichtung bildet. Ringförmige Räume /wischen den
:n Elementen 11 und 12 lassen sich für Kühlungszweckc verwenden. Solche Kühlmelhoden sind bekannt.
Die in I- ig. 7 gezeigte Düse 14/4 entspricht der in Fig. 1 und -4 gezeigten Düse, außer daß sie kürzer ist und einen Plasmakanal aufweist, der gekrümmt und
:> stromlinienförmig ist. Die Kegelfläche 20/4 mit einem Winkel von vorzugsweise etwa 45° hat einen gerundeten Ubergangsteil 35. um eine Turbulenz im Gasstrom an dieser Stelle zu mindern. Forner erweitert sich der Plasmakanal im Querschnitt allmählich bis
mi zu einem Punkt in der Nähe der Austrittsöffnung, so daß die Düse wie ein Venturirohr wirkt. Die Kanäle YIA, die das PuUei 1 uhren, liegen mit ihren Ausgangsöffnungen nahe am größten Durchmesser der Düse. Das Ergebnis ist eine größere Flamme mit ei-
H nein größeren Durchmesser. Mit einer solchen größeren Düse ist es möglich, einen gleichförmigen Film Polytetrafluorethylen bis herab zu einer Dicke von 0,025 mm auf Aluminium, nichtrostendem Stahl usw. abzulagern.
4Ii Während die spezifischen Abmessungen unterschiedlich sein können, hat eine Düse, die zu ausgezeichneten Ergebnissen geführt hat, beispielsweise einen Eintrittsdurchmesser von 1.X.0S5 mm vor dem Lichtbogenkanal. Die dem Lichtbogenkanal folgende
4> Einschnürung ist 7.°3 mm groß, und der Austrittsbereich der Düse nimmt allmählich bis zu einem Durchmesser von 13,665 mm zu. In diesem Ausführungsbeispiel tritt das zu verspritzende Pulver durch kurze Kanäle YIB ein. die vertikal angeordnet sein können.
Sn wie dargestellt, oder die unter einem Winkel von etwa 30° nach vorn geneigt sein können - der Senkrechten gegenüber -, so daß mit dem Kanal YIA ein Gesamtwinkel von etwa 46-7,° gebildet wird. Dabei ist ein stetig gekrümmter Übergang vorgesehen. Die
Kanäle YIA stehen vorzugsweise unter einem Winkel von etwa 16° 30' zur Waagerechten. Die Durchmesser der Kanäle YIA und YIB betragen vorzugsweise etwa 2,5 mm. Einige dieser als Beispiel angegebenen Abmessungen sind in den Zeichnungen darge-
1.1 ■ stellt.
Das Pulver wird dann durch die winklig angeordneten Kanäle YIA getrieben, um sich mit dom Plasmastrom zu vereinigen. Zur Vereinfachung der Herstellung werden die Kanäle YIA zunächst von der Fläche
ιό 54 aus gebohrt, dann werden die Eingänge verstöpselt, und es werden neue Eingangskanäle YIB gebohrt, so daß die Pulverleitungen 18 (Fig. 4) angeschlossen werden können.
Die Partikelgroßc schwankt erheblich, je nach verwendetem Pulver. Für die heslen Ablagerungen von Metallen wie Kupfer und nichtrostendem Stahl soll die Partikelgiöße klein sein, nämlich etwa 0,05 nun im Dm eh messe r. I-ür Polytctrafluoiäthylen und andere Kunststoffe, die einen niedrigeren Schmelzpunkt haben, kann die Partikelgröße im Bereich \"ii 0,2.1S bis O,fi35 mm liegen.
In l-ig. S ist die fertig montierte Plasmaspiitzvori iehtung mit einem Griff 36 und mit einer Verkleidung 37 gezeigt. Das Pulver wird durch die Leitung 18 zugeführt; Kühlwasser-Zufluß- und -Ablaulleitiingen 40 und 41 sjiul am unteren Teil des Hauptgehäuses angebracht, hs ist eine I lamme 42 aus Plasma mit pulverföimigem Material gezeigt, die Material auf ein Substrat 43 aus einem geeigneten Werkstoff ablagert.
Wenn die Gleichslromcnergic μ η einem normalen Wechsclstiomnet/.ansehluß a'.is ei/eugt werden soll, kann eine Glcichrichterschalumg gemäß tier Darstel·
lung in lig. K> eingesetzt werden. Die Schaltung ist bekannt und umfaßt einen Transformator 45 mit einer Primärwicklung 46, die in Reihe mit einem Regelwideistand 47 geschaltet ist. Hine Sekundärwicklung 48 ist mit einem Zweiweggleichrichter 50 verbunden, der \ier Halbleiterdioden 51 umlaßt. Hin Amperemeter 52 ist in Reihe zu dem Lastleiter geschaltet, und ein Voltmeter 53 ist parallel zur Last geschaltet. Diese Instrumente sind erforderlich, um den Lichtbogen auf die richtige Stärke einzustellen, da der Lichtbogen sieh inncrhalbder Vorrichtung befindet und nicht zu sehen ist. Der Schalter 19 verbindet die Gleiehriehtersehaliung mit den Lichtbogenanschlüssen.
I'.s sind Polytetrafluorüthylen, Polyäthylen und Polypropylen in Pulverform auf ein Substrat aufgespritzt worden, um einen einheitliehen, geschlossenen HIm zu bilden, leinersind mit der Vorrichtung Metallpulver wie Aluminiuni, Kupfer. Zinn und Blei erfolgreich verspritzt wurden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Plasmaspritzvorrichtung für auf einem Substrat abzulagerndes wärmeschmelzbares, pulverförmiges Material, mit einer einen Plasmakanal einschließenden Düse, in deren der Austrittsöffnung abgewandtem Teil ein Lichtbogenkanal mit einer sich konisch erweiternden Fläche als erster Elektrode und einem hierzu axial ausgerichteten Zylinder als zweiter Elektrode gebildet ist, mit einer an dem der Austrittsöffnung der Düse entgegengesetzten Ende des Lichtbogenkanals angeordneten Gaszuführung, und mit einer in den Plasmakanal stromabwärts des Lichtbogenkanals mündenden Materialzuführung, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Gaszuführung eine Gasvcrteilerplattc (25; 2SA) mit einer Vielzahl von zur Bildungeines rotierenden Gasstroms bezüglich der Längsachse des Plasmakanals (15) im Winkel geneigten Gaszuführungskanälen (33) aufweist, und
- daß die Materialzuführung (18, 17; MB) wenigstens einen in den Plasmakanal (15) mündenden, in Strömungsrichtung im spitzen Winkel bezüglich der Längsachse des Plasmakanals (15) ausgerichteten Kanal (17; 17a) aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere diametral am Düsenzylinder (14; 14/4) gegenüberliegende Kanäle (17; 17/4) für die Zuleitung des pulverföimigen Materials vorgesehen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zylinderförmig ausgebildete zweite Elektrode (21, 22, 23, 24) an dem der Kcgelf.äche (20; H)A) gegenüberliegenden Ende (21) konisch ausgebildet ist und einen Winkel aufweist, der größer als der Winkel der Kcgclfläche (20; 20/1) ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmakanal (15) in seinem Teilbereich zwischen der Kegelfläche (20/1) und den Eintrittsöffnungen der Kanäle (MA) für das pulverförmige Material sich stetig erweitert und in die angrenzenden Bereiche stetig übergeht.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß der vor dem Lichtbogenkanal liegende Raum eine größere lichte Weite aufweist als der sich in Strönuingsrichtung an den Lichtbogenkanal anschließende Plasmakanal (15).
iS. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Gaszuführungskanälen (33) auf der Gasverteileiplatte (25; 25A) gleichmäßig verteilt auf einem Kreis angeordnet ist.
DE2144872A 1971-01-25 1971-09-08 Plasmaspritzvorrichtung Expired DE2144872C3 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10936971A 1971-01-25 1971-01-25

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE2144872A1 DE2144872A1 (de) 1972-09-14
DE2144872B2 DE2144872B2 (de) 1980-09-11
DE2144872C3 true DE2144872C3 (de) 1981-05-14

Family

ID=22327296

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2144872A Expired DE2144872C3 (de) 1971-01-25 1971-09-08 Plasmaspritzvorrichtung

Country Status (7)

Country Link
US (1) US3676638A (de)
BE (1) BE771967A (de)
CH (1) CH531899A (de)
DE (1) DE2144872C3 (de)
FR (1) FR2151487A5 (de)
GB (1) GB1320809A (de)
NL (1) NL155706B (de)

Families Citing this family (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3760151A (en) * 1972-08-11 1973-09-18 Westinghouse Electric Corp Arc detecting material admission apparatus for use in combination with an electric arc heater
US3851140A (en) * 1973-03-01 1974-11-26 Kearns Tribune Corp Plasma spray gun and method for applying coatings on a substrate
NL7600738A (nl) * 1976-01-23 1977-07-26 Plasmainvent Ag Inrichting voor het plasma-spuiten.
US4256779A (en) * 1978-11-03 1981-03-17 United Technologies Corporation Plasma spray method and apparatus
US4506136A (en) * 1982-10-12 1985-03-19 Metco, Inc. Plasma spray gun having a gas vortex producing nozzle
DE3438439A1 (de) * 1983-10-26 1985-05-09 Daido Tokushuko K.K., Nagoya, Aichi Pulveroberflaechenschweissverfahren
US4694990A (en) * 1984-09-07 1987-09-22 Karlsson Axel T Thermal spray apparatus for coating a substrate with molten fluent material
US4788402A (en) * 1987-03-11 1988-11-29 Browning James A High power extended arc plasma spray method and apparatus
US4933241A (en) * 1987-05-29 1990-06-12 United States Department Of Energy Processes for forming exoergic structures with the use of a plasma and for producing dense refractory bodies of arbitrary shape therefrom
US4806384A (en) * 1987-05-29 1989-02-21 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Process for forming exoergic structures with the use of a plasma
SE462266B (sv) * 1987-07-16 1990-05-28 Spt Plasmatek Ab Plasmabraennare med anordningar foer centrering och fasthaallning av elektroden
US5041713A (en) * 1988-05-13 1991-08-20 Marinelon, Inc. Apparatus and method for applying plasma flame sprayed polymers
US4866240A (en) * 1988-09-08 1989-09-12 Stoody Deloro Stellite, Inc. Nozzle for plasma torch and method for introducing powder into the plasma plume of a plasma torch
AT391883B (de) * 1989-05-03 1990-12-10 Chemiefaser Lenzing Ag Verfahren zum beschichten von oberflaechen durch flammspritzen
US5271965A (en) * 1991-01-16 1993-12-21 Browning James A Thermal spray method utilizing in-transit powder particle temperatures below their melting point
US5120582A (en) * 1991-01-16 1992-06-09 Browning James A Maximum combustion energy conversion air fuel internal burner
US5233153A (en) * 1992-01-10 1993-08-03 Edo Corporation Method of plasma spraying of polymer compositions onto a target surface
US5518178A (en) * 1994-03-02 1996-05-21 Sermatech International Inc. Thermal spray nozzle method for producing rough thermal spray coatings and coatings produced
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
AT4599U1 (de) * 2000-06-21 2001-09-25 Inocon Technologie Gmbh Plasmabrenner
US6986471B1 (en) * 2002-01-08 2006-01-17 Flame Spray Industries, Inc. Rotary plasma spray method and apparatus for applying a coating utilizing particle kinetics
US7216814B2 (en) * 2003-10-09 2007-05-15 Xiom Corp. Apparatus for thermal spray coating
US20110104381A1 (en) * 2004-01-15 2011-05-05 Stefan Laure Plasma Treatment of Large-Scale Components
JP3965696B2 (ja) * 2004-02-05 2007-08-29 日立金属株式会社 粉末のプラズマ処理装置および粉末のプラズマ処理方法
CA2527764C (en) * 2005-02-11 2014-03-25 Suelzer Metco Ag An apparatus for thermal spraying
JP5305900B2 (ja) * 2005-04-11 2013-10-02 ドクトル・ラウレ・プラスマテヒノロギー・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング プラズマコーティングを施す装置および方法
SE529058C2 (sv) * 2005-07-08 2007-04-17 Plasma Surgical Invest Ltd Plasmaalstrande anordning, plasmakirurgisk anordning, användning av en plasmakirurgisk anordning och förfarande för att bilda ett plasma
SE529053C2 (sv) * 2005-07-08 2007-04-17 Plasma Surgical Invest Ltd Plasmaalstrande anordning, plasmakirurgisk anordning och användning av en plasmakirurgisk anordning
SE529056C2 (sv) * 2005-07-08 2007-04-17 Plasma Surgical Invest Ltd Plasmaalstrande anordning, plasmakirurgisk anordning och användning av en plasmakirurgisk anordning
JP5161241B2 (ja) * 2007-02-02 2013-03-13 プラズマ スルギカル インベストメントス リミテッド プラズマスプレー装置および方法
US7928338B2 (en) * 2007-02-02 2011-04-19 Plasma Surgical Investments Ltd. Plasma spraying device and method
WO2008140786A1 (en) 2007-05-11 2008-11-20 Sdc Materials, Inc. Method and apparatus for making uniform and ultrasmall nanoparticles
US7589473B2 (en) * 2007-08-06 2009-09-15 Plasma Surgical Investments, Ltd. Pulsed plasma device and method for generating pulsed plasma
US8735766B2 (en) * 2007-08-06 2014-05-27 Plasma Surgical Investments Limited Cathode assembly and method for pulsed plasma generation
US8481449B1 (en) 2007-10-15 2013-07-09 SDCmaterials, Inc. Method and system for forming plug and play oxide catalysts
US9126191B2 (en) 2009-12-15 2015-09-08 SDCmaterials, Inc. Advanced catalysts for automotive applications
US8803025B2 (en) * 2009-12-15 2014-08-12 SDCmaterials, Inc. Non-plugging D.C. plasma gun
US8652992B2 (en) 2009-12-15 2014-02-18 SDCmaterials, Inc. Pinning and affixing nano-active material
US8613742B2 (en) * 2010-01-29 2013-12-24 Plasma Surgical Investments Limited Methods of sealing vessels using plasma
US9089319B2 (en) 2010-07-22 2015-07-28 Plasma Surgical Investments Limited Volumetrically oscillating plasma flows
US8669202B2 (en) 2011-02-23 2014-03-11 SDCmaterials, Inc. Wet chemical and plasma methods of forming stable PtPd catalysts
US9156025B2 (en) 2012-11-21 2015-10-13 SDCmaterials, Inc. Three-way catalytic converter using nanoparticles
US9511352B2 (en) 2012-11-21 2016-12-06 SDCmaterials, Inc. Three-way catalytic converter using nanoparticles
US9987703B2 (en) * 2012-12-17 2018-06-05 Fuji Engineering Co., Ltd. Plasma spraying apparatus
EP3024571B1 (de) 2013-07-25 2020-05-27 Umicore AG & Co. KG Reinigungsbeschichtungen und beschichtete substrate für katalytische wandler
WO2015061477A1 (en) 2013-10-22 2015-04-30 SDCmaterials, Inc. Catalyst design for heavy-duty diesel combustion engines
EP3068517A4 (de) 2013-10-22 2017-07-05 SDCMaterials, Inc. Zusammensetzungen aus mager-nox-falle
US9560733B2 (en) 2014-02-24 2017-01-31 Lincoln Global, Inc. Nozzle throat for thermal processing and torch equipment
CN106470752A (zh) 2014-03-21 2017-03-01 Sdc材料公司 用于被动nox吸附(pna)系统的组合物
WO2022047227A2 (en) 2020-08-28 2022-03-03 Plasma Surgical Investments Limited Systems, methods, and devices for generating predominantly radially expanded plasma flow

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2973426A (en) * 1956-06-05 1961-02-28 Joseph J Casey Electric-arc torch
US2960594A (en) * 1958-06-30 1960-11-15 Plasma Flame Corp Plasma flame generator
US3061710A (en) * 1961-01-24 1962-10-30 Thermal Dynamics Corp Electric arc torches
US3145287A (en) * 1961-07-14 1964-08-18 Metco Inc Plasma flame generator and spray gun
US3167633A (en) * 1962-05-07 1965-01-26 Thermal Dynamics Corp Electric arc torch
US3114826A (en) * 1962-06-06 1963-12-17 Plasmadyne Corp High-temperature spray apparatus
DE1571153A1 (de) * 1962-08-25 1970-08-13 Siemens Ag Plasmaspritzpistole
US3179784A (en) * 1962-12-20 1965-04-20 Giannini Scient Corp Method and apparatus for spraying plastics

Also Published As

Publication number Publication date
US3676638A (en) 1972-07-11
DE2144872A1 (de) 1972-09-14
GB1320809A (en) 1973-06-20
FR2151487A5 (de) 1973-04-20
NL155706B (nl) 1978-01-16
BE771967A (fr) 1971-12-31
NL7112335A (de) 1972-07-27
CH531899A (de) 1972-12-31
DE2144872B2 (de) 1980-09-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2144872C3 (de) Plasmaspritzvorrichtung
DE69923360T2 (de) Thermische Lichtbogenspritzpistole und ihre Gaskappe
EP0252954B1 (de) Elektrostatische pulversprühvorrichtung mit triboelektrischer pulveraufladung
DE3929960A1 (de) Duese fuer einen plasmabrenner und verfahren zum einbringen eines pulvers in die plasmaflamme eines plasmabrenners
EP0295366A2 (de) Sprühbeschichtungseinrichtung
DE2615679A1 (de) Lichtbogen-metallspritzgeraet
DE4228064A1 (de) Plasmaspritzgerät
DE2422597A1 (de) Spritzvorrichtung
DE19900128A1 (de) Düse sowie Düsenanordnung für einen Brennerkopf eines Plasmaspritzgeräts
DE2133381A1 (de) Vorrichtung zum zerstaeuben eines plasmas
DE3514523C2 (de)
DE1564328A1 (de) Plasmastrahlgenerator
EP0941145B1 (de) Pulversprüheinrichtung
EP0423370A1 (de) Verfahren zur plasmabearbeitung und plasmatron
EP1113711A2 (de) Plasmabrenner und Verfahren zur Erzeugung eines Plasmastrahls
EP0723815B1 (de) Sprühvorrichtung für Beschichtungsmaterial
DE2509851A1 (de) Pulverzerstaeuber mit prallkoerper zum beschichten von gegenstaenden im elektrostatischen feld
DE1546810A1 (de) Vorrichtung zum Ausstoss von pulverfoermigem Material mittels eines ionisierten Gasstrahles
DE2327395C3 (de) Plasmaspritzgerät
EP0610827B1 (de) Verfahren zur Herstellung von verzinkten Stabelementen für Fachwerke, insbesondere Raumfachwerke
DE19542863A1 (de) Pulversprüheinrichtung
DE2229716A1 (de) Verfahren und einrichtung zur energiebeladung eines reaktionsfaehigen werkstoffs mittels einer bogenentladung
DE3247792A1 (de) Verfahren und aufspritzkopf zum aufspritzen von metallueberzuegen, insbesondere fuer schwer zugaengliche oberflaechen
WO1997016947A1 (de) Plasmabrenner
DE1276518B (de) Spritzpistole zum Verspritzen von schmelzbarem Pulver

Legal Events

Date Code Title Description
OD Request for examination
C3 Grant after two publication steps (3rd publication)
8330 Complete disclaimer