DE2523435C2

DE2523435C2 - Verfahren und Vorrichtungen zum Plasma-Flammspritzen

Info

Publication number: DE2523435C2
Application number: DE2523435A
Authority: DE
Inventors: Arthur J. Amherst Mass. Fabel; Herbert S. Northport N.Y. Ingham jun.
Original assignee: Metco Inc
Current assignee: Metco Inc
Priority date: 1974-05-30
Filing date: 1975-05-27
Publication date: 1984-10-31
Also published as: DE2523435A1; IT1035231B; FR2272754B1; US3958097A; GB1484652A; FR2272754A1; JPS5228807B2; CA1052638A; JPS50153020A

Description

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zum Plasma-Flammsprltzen von pulverförmiger! Metallen, MetaHoxlden, Carbiden, Keramikstoffen o. dgl., wobei verbesserte Spritzschichten aufgetragen werden und eine längere Lebensdauer der Düse und der Plasma-FIammspritzanlage erzielt wird. Die Erfindung Ist Insbesondere auf ein verbessertes Verfahren zum Plasma-Flammspritzen gerichtet, bei dem höhere Gasgeschwindigkeiten zusammen mit kleineren Gasdurchgängen angewandt werden und die anderen Parameter so gewählt werden, daß der während des Plasma-Flammsprltzprozesses gebildete Lichtbogen am Austrittsrand der Düse gezündet wird, wodurch ein wesentlich höherer Strom In Kauf genommen werden kann. Dies führt darum zu einem wesentlich erhöhten Auftragswirkungsgrad bezüglich der Spritzschicht und ermöglicht Pulverzuführungsmengen In die gebildete Flamme, die allgemein höher sind als die bisher angewandten.

Das Plasma-Flammsprltzen Ist ein spezielles Verfahren, bei dem wenigstens ein Gas durch einen Lichtbogen geführt und hierdurch In einen hoch angeregten Zustand versetzt wird. Dieser Zustand entspricht einem höheren Energiezustand als der Gaszustand. Es hat sich gezeigt, daß das Gas bei diesem höheren Energiezustand Eigenschaften annimmt, die es zu einem ausgezeichneten Helz.nedlum machen. Beispielsweise wird In der US-PS 29 60 594 beschrieben, daß extrem hohe Temperaturen In der Größenordnung von 4700° C und höher erzeugt werden können, wenn ein Gasgemisch durch eine Düse geführt wird. In der ein Lichtbogen brennt. Weitere US-PS, die auf diesem Gebiet von Interesse sind, sind dl? US-PS 31 45 287, 33 04 402 und 35 73 090, um nur einige wenige zu nennen. Der Lichtbogen wird zwischen zwei entgegengesetzt polarisierten Elektroden unter Verwendung eines Stroms gebildet, der im allgemeinen Im Bereich von 155 bis 1000 A liegt.

Das Gas kann In einem solchen Maß erhitzt werden, daß ein Pulver, das an der Düse der Spritzpistole zugeführt wird, geschmolzen oder durch Hitze erweicht wird und In diesem Zustand auf ein verhältnismäßig kühles Werkstück gespritzt werften kann. Der energiereiche Plasmazustand des Gases bewirkt, daß die Teilchen eine erhöhte Temperatur annehmen, wodurch sie leicht am Werkstück haften, das eine völlig andere Temperatur hat.

Für das Plasma-Flammsprltzen können zahlreiche Gase verwendet werden. Geelgr.it sind Insbesondere Stickstoff oder Argon, die sich als ausgezeichnete Prlrr.ärgase erwljsen. Das Flammspritzen kann unter Verwendung nur eines Primärgases, z. B. Argon, durchgeführt werden. Es Ist auch In der Flammspritztechnik bekannt, ein zusätzliches Gas, als Sekundärgas bezeichnet, zu verwenden, wobei äußerst erwünschte Ergebnisse ethalten werden. Beispielsweise verbessert eine geringe Wasserstoffmenge, die einem Stickstoff- oder Argonstrcm zugesetzt wird, die Charakteristiken des Lichtbogens und die Temperatur des Plasmagases. Als weitere typische Sekundärgase sind Helium, das Argon oder N2 zugesetzt wird, Argon, das SUrkstoff zugesetzt wird, und Stickstoff, der Argon zugesetzt wird, zu nennen.

Bei der Flammsprltzteehnlk wird der Lichtbogen über einem Bereich Innerhalb der Düse gezündet. Es Ist bekannt, daß der Lichtbogen nach dem Zünden veranlaßt wird, zwischen der Elektrode und der Wand de: Düse zu verlaufen. Es lsi ferner bekannt, daß die Lage des Lichtbogens In der Düse In einem gewissen Maße durch Veränderung der Prozeßparameter reguliert werden kann, obwohl die Bewegung des Lichtbogens als Reaktion auf diese Prozeßoirameter begrenzt ist.

Das Flammspritzen kann bekanntlich mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden. Indem mit höheren Strömungsgeschwlndlgl/Mten des Gases durch die Düse gearbeitet wird. Wie jedoch In der US-PS 35 73 090 beschrieben, 1st dieser Prozeß durch geringen Aufiragswlrkungsgrad der Sprltzschlcht gekennzeichnet. Der Grund hierfür liegt darin, daß zwar die höheren Geschwindigkeiten zur Verbesserung des Verfahrens In gewisser

Hinsicht erwünscht sind, jedoch der Prozeß durch die Begrenzungen, denen der durch den Lichtbogen gehende Strom unterliegt, begrenzt Ist. Ferner besteht bei Anwendung hoher Strömungsgeschwindigkeiten bei niedriger Leistung In erhöhtem Maße die Möglichkeit, daß ein Teil des In die gebildete Flamme geführten Pulvers In andere als die Zonen gelenkt wird, In denen die Flamme am heißesten 1st Dies hat schlechtes Schmelzen der Teilchen und geringen Auftragswirkungsgrad zur Folge. Außer dem niedrigen Abscheldungswlrkungsgrad führt das schlechte Schmelzen zu Spritzschichten von geringer Qualität.

Es Ist somit erwünscht, ein unter Anwendung hoher Gasströmungsgcschwindlgkelten durch die Düse durchgeführtes Flammspritzverfahren verfügbar zu machen, bei dem das Schmelzen der Teilchen und der Auftragswirkungsgrad wesentlich verbessert sind. Ferner Ist ein mit hoher Geschwindigkeit durchgeführtes Plasma-

Flammspritzverfahren erwünscht, bei dem wesentlich höhere Leistungen ohne Schädigung der Düse erzlelbar

sind. Ein noch größeres Bedürfnis besteht für ein mil hoher Geschwindigkeit durchgeführtes Plasma-Flamm sprltzverfahren, bei dem Spritzschichten gebildet werden, die den bisher bei anderen mit hoher Geschwindigkeit durchgeführten Verfahren gebildeten Spritzschichten überlegen sind.

Die seit langem angestrebten Ziele In der Plasma-Flammsprltztechnlk werden bei einem mit hoher Geschwln-

IS dlgkelt durchgeführten Verfahren zum Plasma-Flammsprltzen eines Pulvers auf ein Werkstück, wobei das Plasmagas durch die Düse einer Plasma-Flammsprltzanlage mit hoher Geschwindigkeit Im nicht gezündeten Zustand von wenigstens 90 m/s geführt und ein Lichtbogen zwischen einer Elektrode In der Spritzpistole und einem Teil der Dü5c gezündet and das Pulver !n die gebildete Flamme außerhalb der Düse und außerhalb der Spritzpistole eingeführt wird, durch eine Verbesserung erreicht, die eine Erhöhung des Auftragswirkungsgrades

y> des Pulvers auf dem Werkstück ermöglicht. Indem der Prozeß so durchgeführt wird, daß der Bogenstrom wenigstens 15 kW, vorzugsweise wenigstens 20, Insbesondere wenigstens 25 kW betragt und die Gasströmungs geschwlndlgkelt Im Verhältnis zur Lange der Düse und zum Durchmesser der Düsenbohrung so geregelt wird, daß der Lichtbogen am Austrittsrand der Düse gezündet wird.

Gemäß der Erfindung kann mit wesentlich höheren Leistungspegeln bei mit hoher Geschwindigkeit durchge-

führtem Plasma-Flammsprltzen ohne die bisher aufgetretenen Probleme sehr kurzer Lebensdauer der Düse oder selbst des sofortigen Ausfalls der Düse gearbeitet werden. Durch die Durchführung des Verfahrens bei diesen höheren Leistungspegeln und bei erhöhter Gasströmungsgeschwim'tskelt wird ein wesentlich verbesserter thermischer Wirkungsgrad erzielt. Da ferner die Temperaturen des Gases durch den erhöhten Bogenstrom so gewaltig gesteigert wer !en. können erhöhte Pulvermengen In das Gas eingeführt werden. Beispielswelse wurde gefun- den, daß bei Durchführung eines mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Prozesses In der hler beschriebenen Welse die In die gebildete Flamme eingeführten Pulvermengen zwischen I und 7 kg/h oder noch mehr betragen können. Spezieil wurde gefunden, daß die Pulverzuführungsmengen zwischen 2,5 und 5 kg/h liegen können. Hierdurch wird ein wesentlich erhöhter Auftragswirkungsgrad erzielt und das Verfahren bedeutend wirtschaftlicher gestaltet.

Die durch das Verfahren erzielten Vorteile werden nur erreicht, wenn gewisse Maßnahmen ergriffen werden, durch die der Lichtbogen am Dttsenrand gezündet wird. Wenn der Lichtbogen nicht am Rand der Düse gelegt wird. Hegt er Innerhalb der Düsenbohrung. Wenn mit hohem Strom gearbeitet wird, verschließt die Düse schnell durch Anfressung u. dgl. Bei dem höheren Strom und den höheren Geschwindigkeiten, die erflndungsgemäß angewendet werden, kann sofortiges Verbrennen der Düse stattfinden.

Das Verfahren wird Im allgemeinen mit hoher Strömungsgeschwindigkeit des nicht gezündeten Gases durch die Düse durchgeführt. Das »ungezündete« Gas bezieht sich auf die Zuführungsgeschwindigkeit des Gases ohne Stromzuführung zur Spritzanlage. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit des nicht gezündeten Gases geringer 1st als 90 m/s, kann der Lichtbogen sich vom Rand verlagern und steh Innerhalb der Bohrung bilden. Wenn mit hoher Leistung gearbeitet wird, wird der Strom erhöht. Dies verursacht Beschädigung der Düse und drastische Verkürzung der Lebensdauer der Düse. Ferner gehen durch Bildung des Lichtbogens innerhalb der Düsenbohrung Im Gegensatz zur Bildung des Lichtbogens am Rand der Düse die Vorteile des erhöhten thermischen Wirkungsgrades und des Auftragswirkungsgrades verloren.

Wenn andererseits die Leistung geringer Ist als 15 kW, schmilzt das Pulver unter den angewandten Bedingungen nicht in genügendem Maße. Dies gilt Insbesondere für Fälle von höheren Pulverzuführungsmengen von 1 bis 7, insbesondere 2,5 bis 5 kg/h. Dieser Prozeßparameter muß daher unbedingt eingehalten werden. %orzugswelse liegt die Leistung, die durch den am Austrittsrand der Düse gebildeten Lichtbogen fließt, zwischen 20 und 80 kW, insbesondere zwischen 25 und 60 kW.

Die Durchflußmenge des nicht gezündeten Gases durch die Düse arbeitet Hand In Hand mit mehreren anderen Prozeßparametern zusätzlich zum Leistungspegel des Lichtbogens. Es Ist beispielsweise wichtig, daß der Durchmesser der Bohrung der Düse so bemessen wird, daß der eingeengte Bereich in der Düse einen Durchmesser zwischen 3,18 und 4,76 mm, vorzugsweise zwischen 3,81 und 4,06 mm hat. Wenn der Bohrungsdurchmesser der Düse trotz höherer Leistung und Gasdurchflußmengen nicht verkleinert wird, wird die Gasgeschwindigkeit nicht wesentlich erhöht. In einem solchen Fall pflegt sich der Lichtbogen vom Düsenrand zu entfernen und In die Düsenbohrung zu wandern, wodurch die vorstehend dargelegte Korrosion oder der Verschleiß der

Düse selbst verursacht wird.

Es Ist ferner wichtig, daß die Düseniänge so gewählt wird, daß die Lange der Düsenbohrung zwischen 5,08 und 12,7 mm, vorzugsweise zwischen 7.62 und 10,16 mm Hegt. Wenn die Düsenlänge größer 1st als beispielsweise 12,7 mm. kann sich der Lichtbogen zu leicht Innerhalb der Düsenbohrung, d. h. nicht am Austrittsrand der Düse, biiden. Die Eiektrodenspitzc muß in einem Abstand von 10,16 bis 22,86 mm, vorzugsweise 16,51 bis 19.56 mm vom Düsenrand angeordnet werden. Auch dies hat zur Folge, daß bei höheren Leistungen, die der Prozeß sonst tolerieren könnte, der Strom steigt und Erosion der Düse stattfindet.

Es !st zu bemerken, daß alle diese Faktoren Hand in Hand arbeiten und die verschiedenen Prozeßparameter in Wechselbeziehung zueinander stehen. Es Ist jedoch wesentlich, daß eine bestimmte Kombination von

ProzeQparametern so gewähU wird, daß der Lichtbogen am Rand der Düse gebildet wird, da nur unter diesen Bedingungen die höheren Leistungspegel toleriert und mit dem Vorteil einer Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades und des Auftragswirkungsgrades des Verfahrens ausgenutzt werden kann.

Bei der Durchführung des Verfahrens wird das Pulver vorzugsweise außerhalb der Düse In die Flamme eingeführt. Pulver, das an einer Stelle vor dem Düsenauslrltl eingeführt wird, kann In der Düsenbohrung geschmol- zen werden oder erweichen und sich an den Wanden der Düse ansetzen. Dies kann ungleichmäßige Strömung verursachen und den sonst hohen Wirkungsgrad des Prozesses beeinträchtigen. Ferner Ist wenig Grund vorhan- S

den, das Pulver an einer Stelle In der Düse selbst einzuführen, Insbesondere In den nachstehend erläuterten y

Fällen, In denen mit extrem hohen Geschwindigkeiten gearbeitet wird. Unter gewissen Arbeltsbedingungen ί

können sogar Probleme durch Abscheidung des Pulvers Innerhalb der Düsenbohrung auftreten. Dieses bekannte io f

Verfahren zur Einführung des Pulvers darf somit bei det erfindungsgemäßen Kombinatton von Bedingungen |

nicht angewandt werden. I

Wie bereits erwähnt, beträgt die Strömungsgeschwindigkeit des nicht gezündeten Gases durch die Düse I

wenigstens 90 m/s, vorzugsweise 120 bis 300 m/s. Hand In Hand mit diesem Prozeßparameter arbeitet die |

Gaszuführungsmenge, die wenigstens 0,70 l/s (I gemessen bei 1,013 bar und 25° C), vorzugsweise 1,2 bis 4,0 l/s betragen sollte. Im allgemeinen Ist es zweckmäßig, das Gas In möglichst hoher Menge zuzuführen. Es hat sich t

gezeigt, daß ein Bereich zwischen 1,4 und 3,0 l/s äußerst vorteilhaft Ist und nicht nur verbesserten thermischen I

Wirkungsgrad und Auftragswirkungsgrad, sondern auch verbesserte Spritzschichten ergibt. \

Bei Durchflußraten des ungezündeten Gases von weniger als 90 m/s genügt der Gasdurchsatz nicht, um den Lichtbogen am Rand der Düse zu bilden. Wenn die Leistung hoch 1st und der Lichtbogen sich nicht am Rand der Düse bildet, kann Beschädigung der Düse durch Anfressen usw. die Folge sein. Es Ist somit wichtig, mit Durchflußraten des nicht gezündeten Gases von wenigstens 90 m/s, vorzugsweise 120 bis 300 m/s zu arbeiten.

Da eines der Hauptziele der Erfindung die Verbesserung des Auftragswirkungsgrades bei einem mit hoher Geschwindigkeit durchgeführten Plasma-FIammsprltzverfahren Ist, Ist es wichtig, daß das Pulver In die Flamme an einer Stelle Im Abstand von 2 bis 10 mm vom DUsenaustrltt eingeführt wird. Im allgemeinen wird das Pulver In einer Menge zwischen 1 und 7 kg/h Insbesondere zwischen 2,5 und 5 kg/h In die Flamme eingeführt. Dies 1st eine wesentliche Verbesserung gegenüber den bekannten mit hoher Geschwindigkeit durchgeführten Plasma-FIammsprltzverfahren, z. B. gegenüber dem In der US-PS 35 73 090 beschriebenen Verfahren. Bei den höheren Leistungspegeln mit der hohen Geschwindigkeit 1st es zweckmäßig, ein drittes tertiäres Gas zu verwenden, beispielsweise kann als Plasma-Gas ein Gemisch von drei Gasen aus der aus Argon, Helium, Stickstoff und Wasserstoff bestehenden Gruppe verwendet werden. Vorzugswelse dient Argon als Primärgas, Helium als Sekundärgas und entweder Wasserstoff oder der besonders bevorzugte Stickstoff als Tertiärgas. Die Durchflußmenge des Tertiärgases beträgt 0,5 bis 10%, vorzugsweise 0,8 bis 5% der Durchflußmenge des Primärgases. Relative Einstellungen und Veränderungen der verschiedenen Gase erwiesen sich als sehr vorteilhaft für die Erzielung eines stabilen Lichtbogens am Rand bei minimaler Erosion, Insbesondere bei Verwendung von drei Gasen.

Vorstehend wurde eine Arbeltswelse beschrieben, durch die der Gesamtwirkungsgrad eines mit hoher Geschwindigkeit durchgeführten Plasma-Flammsprltzverfahrens verbessert werden kann. Überraschenderweise wurde gefunden, daß durch Befolgung gewisser Prozeßparameter von völlig anderer Natur die gebildete Sprltzschlcht ebenfalls so verbessert werden kann, daß sie Normen erfüllt, die bisher von Spritzschichten, die durch Plasma-Flammsprltzen aufgebracht wurden, nicht erfüllt werden konnten. Das Flammspritzen Ist zwar ein außergewöhnlich vorteilhaftes Verfahren, überlegene Spritzschichten auf Werkstücke aufzutragen, jedoch gibt es gewisse Fälle, in denen zwischen Spritzschicht und Werkstück Haftfestigkelten erforderlich sind, die der durch bekannte Flammspritzverfahren erreichbaren Haftfestigkeit überlegen sind. Ein solcher Fall Hegt beim Beschichten gewisser Teile von Strahltriebwerken vor, wie sie beispielsweise In den größeren Flugzeugen verwendet werden.

Die Spritzschichten für diese speziellen Anwendungen wurden bisher durch ein Detonationsspritzverfahren aufgebracht, bei dem die Teilchen durch die Verbrennungsprodukte durch einen langen Lauf, der einen Gewehrlauf oder dem Lauf einer Kanone mit kleiner Bohrung ähnelt, herausgeschleudert werden. Das Pulver bleibt während einer längeren Zelt In Resten innerhalb des bei hoher Temperatur befindlichen Gases und erreicht somit eine hohe Geschwindigkeit. Ein solches Detonationsverfahren 1st somit sehr teuer, sehr gefahrlich so durch die explosive Natur und erfordert daher die Verwendung eines »Blockhauses« (Schutzvorrichtung). Es wurde nun gefunden, daß Spritzschichten, die bisher altein durch ein solches Verfahren gebildet werden konnten, durch ein mit hoher Geschwindigkeit durchgeführtes Plasma-Flammspritzverfahren gebildet werden können. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben werden wird. Ist es zur Bildung dieser verbesserten Spritzschichten notwendig, das Plasma-Flammspritzverfahren mit hoher Geschwindigkeit In der oben beschriebenen Welse durchzuführen, aber hierbei zusätzliche Prozeßparameter zu befolgen. So 1st bei dem mit hoher Geschwindigkeit durchgeführten Plasma-Flammspritzverfahren die Geschwindigkeit des nicht gezündeten Gases ebenfalls wenigstens 90 m/s, der Lichtbogen wird zwischen der Kathode und dem Rand der Düse gezündet und das Pulver wird außen In die gebildete Flamme eingeführt. Ferner müssen die Bedingungen so gewählt werden, daß der am Austrittsrand der Düse gebildete Lichtbogen an dieser Stelle bleibt. Auch müssen Leistungspegel einer Größenordnung von wenigstens 15 kW, vorzugsweise von wenigstens 20 kW, insbesondere oberhalb von 25 kW angewendet werden.

Die spezifische Enthalpie oder der Wärmegehalt ist für das Erhitzen der Pulverteilchen wichtig. Die spezifische Enthalpie kann berechnet werden durch Dividieren der Durchflußmenge des Primärgases (In l/s) durch den Leistungspegel (in kW) und Multiplizieren des Ergebnisses mit einem geeigneten Faktor des thermischen Wirkungsgrades. Der thermische Wirkungsgrad beträgt beim Betrieb der Plasma-Flsmmsprltzanlage gemäß der Erfindung typischerweise 75% und Hegt bei den verschiedenen Anlagen zwischen 25 und 8096. Es wurde festgestellt, daß bei den längeren Düsen, bei denen der Lichtbogen Innerhalb der Düsenwand gebildet wird, der ther-

mische Wirkungsgrad wesentlich niedriger, z. B. bei 60% oder darunter liegt

Zwar kann die spezifische Enthalpie mit Hilfe einer gasdynamischen Theorie mit einer »Plasmastillstandstemperatur« (piasma »stagnation« temperature) In Wechselbeziehung gebracht rverden, jedoch sind diese Daten nur angenähert. Die »Stillstandstemperatur« Ist die theoretische Temperatur, die das Plasma In Ruhezustand haben 5 würde. Ein ml», hoher Geschwindigkeit strömendes Plasma hat eine tatsächliche oder »statische« Temperatur, die aufgrund der Energie In der Strömung etwas niedriger Ist. Zweckmäßig sind die folgenden Arbeltsbedingungen:

Argon bei 15 kW Leistungsaufnahme und 1,6 l/s und einem thermischen Wirkungsgrad von 75% ergibt eine spezifische Gasenthalple von 7150 J/l bei einer Stillstandstemperatur von etwa 7200° C. (Eine Durchflußmenge 10 des Gases von 1 l/s Ist die Durchflußmenge eines Gases unter der Annahme, daß das Gas unter einem Druck von 1,013 bar steht und eine Temperatur von 25° C hat.)

Argon bei 20 kW und 1,6 l/s ergibt eine spezifische Enthalpie von 9500 J/l und entspricht 9150° C. 35 kW und eine gleiche Durchflußmenge entsprechen einer spezifischen Enthalpie von 16 000 J/l oder etwa 11 000° C.

Zur Erzielung der verbesserten Spritzschichten, die dichter sind als die bisher bekannten Spritzschichten und 15 sich durch höhere Verschleißfestigkeit auszeichnen. Ist es notwendig,

1) einen Gasrückdruck In der Düse von mehr als 2 bar aufrecht zu erhalten, wodurch Verdlchtungs- und ~ YcrduriiiüRgszcncri, d!s sich tlbsr die Länge der Flamme erstrecken, gebildet werden und

2) eine spezifische Enthalpie des gezündeten Plasmagases am Austrittsrand der Düse von wenigstens 7000 J/l 20 Gas aufrecht zu erhalten.

Es Ist ferner notwendig, das Pulver In die Verdünnungszonen einzuführen. Bei der Durchführung des Verfahrens unter Anwendung dieser bestimmten Kombinationen von Prozeßpara-

% metern ergibt sich ein Überschallprozeß, bei dem die Gasbedingungen Überschallwerten äquivalent sind.

K 25 Vorzugswelse liegt der Rückdruck des Gases bei über 4,5 bis zu 8 bar, und die spezifische Enthalpie des Plasma-

,£ gases beträgt wenigstens 9500 J/l Gas. Bei der Durchführung dieses Flammspritzverfahrens mit extrem hoher

I Geschwindigkeit betragt die Geschwindigkeit des nicht gezündeten Gases durch die Düse wenigstens 90,

»i vorzugsweise wenigstens 120 m/s und Hegt Im allgemeinen Im Bereich von 120 bis 300 m/s.

|1 Bei Rückdrücken von 2 bar und einer spezifischen Enthalpie von 7150 oder Temperaturen von 7200° C stellt

M 30 sich eine Kombinatton von Bedingungen ein, die etwa Mach 1 entsprechen. Wenn der Rückdruck bei gleicher

$■ Temperatur auf 3 bar erhöht wird, entsprechen die Bedingungen etwa Mach 1,3. Wenn der Rückdruck etwa 5

'ή bar bei 7200° C betragt, stellt sich ein Mach-Wert von etwa 1,7 ein. Bei höherer spezifischer Enthalpie und

S Temperatur werden die Berechnungen der Mach'schen Zahl komplizierter und weniger genau, jedoch Ist eine

§ Mach'sche Zahl.von mehr als 1 erwünscht. Bei der Durchführung des Verfahrens Ist es zweckmäßig, daß das

0 35 Verhältnis von Umgebungsdruck zu Rückdruck Im Bereich von 0,487 bis 0,100, vorzugsweise zwischen 0,300 !§ und 0,150 Hegt.

% Innerhalb dieser Kombination von Bedingungen werden Verdlchtungs- und Verdünnungsbereiche gebildet,

ir- die einer geradlinigen Reihe von »dlamantfOrmlgen« Verdichtungsstößen (shock diamonds) ähnelt, die durch

hi elliptisch geformte Zonen miteinander verbunden sind. Natürlich sind bei den Werten, die niedrigeren 3 AO Mach'schen Zahlen entsprechen, die Verdichtungsstöße nicht so sichtbar als wenn höhere Mach'sci-e Zahlen

!;; gewählt werden. In jedem Fall Ist eine sichtbare Änderung In den Flammencharakterlstlken selbst feststellbar,

ΐ wodurch gewisse Verdlchtungs- und Verdünnungszonen erzeugt werden.

Ij Der erste Verdichtungsstoßeffekt (shock diamond effect) 1st direkt an der Mündung der Düse festzustellen,

|| und dieser Verdichtungsstoß Ist mit einem Verdichtungsstoß, der in Richtung zum Werkstück Hegt, durch eine Sj 45 elliptisch geformte langgestreckte Zone verbunden. Anschließend an diese elliptisch geformte Zone und den

1 dahinter in Richtung zum Werkstück liegenden Verdichtungsstoß folgt eine zweite elliptisch geformte Zone, die fi den zweiten Verdichtungsstoß mit einem dritten Verdichtungsstoß verbindet. Es wird angenommen, daß die |jj Ausbildung dieses speziellen FlammenefTekts einen erheblichen Anstieg der Turbulenz des In die Flamme S| eingeführten Pulvers zur Folge hat.

j| 50 Überraschenderwelse wurde gefunden, daß bei Einführung des Pulvers an der richtigen Stelle In die Flamme

f| das Pulver besser schmilzt als man dies aus der Temperatur der Flamme allein voraussagen würde. Die reine

Jf Wirkung auf den Spritzvorgang Ist In der Tat so ausgesprochen, daß die Spritzschichten den bisher durch

2§ Plasma-Flammspritzen aufgebrachten Spritzschichten überlegen sind.

j» Beispielsweise wurde gefunden, daß die verbesserten Spritzschichten gebildet werden können. Indem gemäß

:» 55 der Erfindung solche Kombinationen von Parametern gewählt werden, mit denen ein Auftrag des Pulvers mit

I Überschallgeschwindigkeit erfolgt. Überraschenderwelse wurde festgestellt, daß der Pulverauftrag mit Ober

fl Schallgeschwindigkeit durch die Bildung dieser Verdlchtungs- und Verdünnungszonen erreichbar Ist, ohne daß

H zu einer ausgeweiteten Mündung vom Typ der Laval-Düse In der Düse Zuflucht genommen wird. (Eine Laval- I ExpanslonsdO.se wird In der US-PS 29 22 869 und In Elements of Gasdynamlcs, Galclt Aeronautical Series, I 60 S. 124-125 beschrieben.) Im Rahmen der Erfindung geht man In einer Richtung entgegengesetzt zu dem allge-

fjj meinen Denken In der Plasma-Flammsprltztechnlk vor.

I Während dieses mit extrem hoher Überschallgeschwindigkeit durchgeführten Plasma-Flammsprltzverfahrens

ist es entscheidend wichtig, daß das Pulver an einer bestimmten Stelle, d. h. In dem Bereich zwischen benachbarten VerdichiungssiöBen (shock diamonds), der einem VcrdOnnungsberelch entspricht, in die Flamme e!n-65 geführt wird. Es hat sich gezeigt, daß bei Einführung des Pulvers In die Flamme Innerhalb eines Verdichtungsstoßes, der einem Vcrdlchiungsberelch entspricht, die Innerhalb eines solchen Verdlchiungsbcrelchs an diesen Stellen erzeugte Turbulenz so stark lsi, dall das Spritzpulver von der Flamme hinweg abgelenkt wird. Dies hat natürlich zur Folge, daß das Pulver nicht auf das Werkstück aufgetragen wird.

Bei Anwendung der Überschalhechnik lsi es ferner von entscheidender Bedeutung, daß das Pulver außerhalb der Düse der Spritzanlage ausgetragen wird. Der Grund herfür liegt darin, daß bei der erhöhten Geschwindigkeit der Gase durch die Düse und bei der Erzeugung noch höherer Spannungen Im Lichtbogen die große Wahrscheinlichkeit besteht, daß erhebliche Pulvermen&en auf die Innenwände der Düse aufgetragen werden können, wenn das Pulver Im Innern der Plasma-Pistole zugeführt wird. Es Ist jedoch wichtig, daß die Stelle, an df das Pulver In die Flamme eintritt. In eine Wechselbeziehung zu dom Punkt gebracht wird, an dem der Lichtbogen gezogen wird. Daher wird das Pulver In die Flamme an einer Stelle eingeführt, die von dem Punkt, an dem der Lichtbogen gezündet wird, nach außen einen Absland von 2 bis 10 mm, vorzugsweise von 4 bis 8 mm hai. Durch Einführung des Pulvers an dieser Stelle, durch Regulierung der Gasdurchflußmenge, der Gasgeschwindigkeit, des Durchmessers und der Länge der Düse und des Stroms Im Lichtbogen sind verbesserte Flammen- Charakteristiken mit erwünschter Turbulenz erreichbar, so daß die an dieser Stelle der Turbulenz In die Flamme eintretenden Teilchen In einen solchen Zustand überfuhrt und so gegen das kühle Werkstück geschleudert werden, daß eine Art von Bindung erzeugt wird, die bisher durch die Flammspritztechnik nicht erreichbar war. Es ist natürlich entscheidend wichtig, daß der Rückdruck Innerhalb der Düse höher Ist als 2 bar und daß die , Stillstandstemperatur (stagnation temperature) des gezündeten Plasma-Gases wenigstens 7000° C, vorzugsweise ' 9000° C beträgt, wobei eine Temperatur von 11 000 bis 17 000° C besonders bevorzugt wird.

Die Bindungen, die durch dieses verbesserte, mit hoher Gasströmungsgeschwindigkeit durchgeführte Verfah-• ren erzielt werden, sind durch Zugfestigkeitswerte über 68,6 N/mm² gekennzeichnet, ermittelt gemäß ASTM C-633-69. Dem stehen Haftfestigkeiten von weniger als 49,0 N/mm' gegenüber, die nach dem bekannten Verfahren erzielt werden.

Die mit Hilfe dieser Überschalltechnlk gebildeten Spritzschichten sind außerdem dichter als die nach den bekannten Verfahren aufgebrachten Spritzschichten und zeichnen sich durch einen wesentlich geringeren Oxldatlonsgrad aus.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Abbildungen welter erläutert.

Flg. 1 Ist ein Querschnitt durch eine Plasma-Flammsprltzanlage, die für das Verfahren gemäß der Erfindung zur Bildung verbesserter Spritzschichten verwendet werden kann;

Flg. 2 zeigt auseinandergezogen die Düse gemäß der Erfindung und veranschaulicht die Einführung des ι Pulvers In die Bereiche zwischen Verdichtungsstößen (shock diamonds).

Die Pulverspritzanlage 2 weist eine Kathode 4 und eine Düse 6 mit Düsenbohrung 8 und Außenrand 10 der '. Düse auf. Die Plasma-Flammsprltzanlage Ist mit einer Zuführung 12 für ein Plasma-Gas versehen, dem ein ^; Sekundärgas zugemischt werden kann. Elektrische Kabel sind an die Anlage an den Stellen 20 und 22 angeschlossen, damit der Lichtbogen zunächst von der Spitze 5 der Kathode In üblicher Welse gezündet werden kann. Durch einen Durchgang 30 kann Kühlwasser geführt werden. Dieser Durchgang steht in Verbindung mit ' dem Durchgang 32 und dem Durchgang 34. Das Wasser hat die Aufgabe, die Spritzpistole so zu kühlen, daß , Erosion des Materials durch die hohen Temperaturen, die andernfalls erzeugt würden, vermieden werden. Ferner ist ein Durchgang 38 vorhanden, der es ermöglicht, Wasser In die Blindbohrungen 39 einzuführen. Die Plasma-Spritzanlage 1st In ähnlicher Welse wie die in der US-PS 3145 287 beschriebene Plasma-Spritzanlage ausgebildet.

Ein erster Unterschied liegt darin, daß die Düsenbohrung 8 eine allgemein gleichbleibende Querschnittsfläche hat. Besonders Interessant ist die Feststellung, daß mit der eine gleichbleibende Querschnlttsfiäche aufweisenden Düse der In Flg. 1 dargestellten Plasma-Sprltzplstole Überschalleffekte erzeugt werden können. Dies wird erreicht, ohne daß man dem Gas wie In einer Laval-Düse erlaubt, sich beim Durchgang durch Gasdüsen und ■ die Düsenbohrung zu expandieren.

Ein zweiter Unterschied der in Flg.! dargestellten Spritzpistole gegenüber der Spritzpistole der US-PS 31 45 287 besteht darin, daß an der Pistole gemäß der Erfindung die Pulverzuführung 45 außerhalb der Düse so angeordnet Ist, daß das Pulver In den Lichtbogen, der am Rand der Düse gebildet wird, eingeführt werden kann. Flg. 1 veranschaulicht die Art und Welse, wie der Lichtbogen am Rand gezogen wird. Natürlich Ist die Situation bei weitem dynamischer, als dies bildmäßig in Flg. 1 dargestellt werden kann.

Das Merkmal, das bei einer Betrachtung von Flg. 1 nicht erkennbar aber von erheblicher Bedeutung Ist, Ist die Tatsache, daß der Durchmesser der Düsenbohrung kleiner Ist als der Durchmesser der Bohrung der bisher so τ verwendeten Düsen. Bei der Konstruktion wird der Düsenbohrung ein Durchmesser zwischen 3,18 und 4,76 mm gegeben und ferner wird die Länge der Düse so gewählt, daß die Bohrung eine Länge von 5,08 bis 12,7 mm, vorzugsweise von 7,6/ bis 10,16 mm hat. Dies kann bei den meisten vorhandenen Plasma-Flammsprltzanlagen erreicht werden. Indem die normalerweise verwendete Kupferdüse durch eine Düse ersetzt wird, die mit den ';. gleichen Armaturen versehen 1st, jedoch andere Innendurchmesser, die vorstehend genannt wurden, und eine ; an einer geeigneten Stelle angeordnete äußere Pulverzuführungsöffnung aufweist.

Flg. 2 veranschaulicht, wie das Metall In die Verdünnungsbereiche eingeführt wird. Es ist zu bemerken, daß der Lichtbogen zwischen der Kathode 4 mit der Spitze 5 am Rand 10 der Düse gezündet wird. An der Düsenmündung tritt ein erster Verdichtungsstoß (shock diamond) 50, d. h. ein Verdichtungsbereich auf, auf den eine allgemein elliptische Zone 52 folgt, d. h. ein Verdünnungsbereich mit einem anschließenden Verdichtungsstoß 54. Diese Verdichtungsstöße wechseln sich mit elliptisch geformten Zonen ab, d. h. die Verdichtungszonen wechseln sich Im Verlauf der aus der Düse austretenden Flamme mit Verdünnungszonen ab. Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele welter erläutert.

Beispiel 1

Ein Wolframcarbld-Aggregatpulver mit 12% Cobalt wurde mit einer Plasma-Flammsprltzanlage unter verschiedenen Bedingungen verspritzt. Die Teilchengröße des Pulvers betrug 15 bis 44 μΐη. Die Plasma-Spritz-

anlage gehorte zu dem In Fi g. 1 dargestellten Typ. Die Resultate sind In Tabelle I angegeben.

Beispiel 2

Ein ι?» K.obsr-1 enthaltendes Wolframcarbldpulver, dessen Teilchen zu 90* kleiner waren als 30 μπι, wurde unter den In Tabelle II genannten Bedingungen verspritzt. Die Ergebnisse sind In Tabelle II genannt. Die Spritzschichten hauen eine solche Qualität, daß sie den durch Detonationsspritzen aufgebrachten Spritzschichten für kritische Teile von Strahltriebwerken In Flugzeugen, insbesondere auf Turbinenschau fei trägern mit mittlerer Spannweite, gleichwertig waren.

Beispiel 3

Ein verschmolzenes Wolframcarbldpulver mit 12% Kobalt und 5 bis 44 μπι Teilchengröße wurde bei 24 kW mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten (Menge/Zeiteinheit) verspritzt. Die Güte der Spritzschichten blieb IS auch bei den sehr hohen Spritzgeschwindigkeiten ausgezeichnet (s. Tabelle HI).

Beispiel 4

Mit ähnlichen hohen Spritzgeschwindigkeiten wurden andere Pulver aus einer Kobaltleglerung, Aluminiumoxid, Molybdän, Chromcarbld-Nlckel-Leglerungsgemlsch, Tltandloxld-Alumlnlumoxld-Verbundtellchen und einer Chromnickellegierung verspritzt. In jedem Fall wurde eine Spritzschicht von hoher Qualität erhalten.

Beispiel S

Der In Beispiel 2 beschriebene Versuch wurde mit der gleichen Düse und dem gleichen Pulver wiederholt, wobei jedoch kein Sekundärgas verwendet wurde (das Gas bestund ausschließlich aus Argon). Die Durchflußmenge des Argongases betrug 1,49 l/h, der Strom 3S0 A und die Spannung 85 V (Leistung - 30 kW). Das mit der Spritzschicht versehene Werkstück hatte ungefähr die gleichen Eigenschaften wie das gemäß Beispiel 2 behandelte Werkstück.

Tabelle 1

Übliche Geschwindigkeit	5,54	hohe Geschwindigkeit	(b)	(C)
	16,6	(a)	3,96	3,96
Durchmesser der Düse, mm	Argon	3.96	9,09	9,09
Lange der Düse, mm	Helium	9,09	Argon	Argon
Primärgas	-	Argon	Wasserst.	Helium
Sekundärgas	i .255	Wasserst.	-	Stickstoff
Tertiärgas	1,132	-	1,49	2,124
Primärgasmenge, l/s	-	1,6	0,086	2,690
Sekundärgasmenge, l/s	70 bis 75	0,039	-	0.0665
Tertiärgasmenge, l/s	500	-	100	115
Spannung V	35 bis 37,5	100	400	550
Strom A	2,7 bis 4,1	300	40	63
Leistung, kW	0,16	30	2,7	2.7
Durchsatz, kg/h	70	2,7	0.118	0,016
Trägergas, l/s	48,2	0,118	60	65
Auftragswirkungsgrad, %	55 bis 60	50	68,9	68,9
Haftfestigkeit¹) N/mm¹	(Standard)	68,9	55 bis 60	55 bis 60
Rockwell-C-Härte		55 bis 60	l,25mal	l,25mal
Verschleiß²)		-	besser als	besser als
		Standard	Standard

') ASTM-Methode C633-69

') siehe Beschreibung der Prüfung Im Anhang zu Tabelle I

Anhang zu Tabelle I Beschreibung des Abriebversuchs

Die Pulver wurden unter den In Tabelle I genannten Bedingungen verspritzt. Die Sprltzschlchtcn wurden wie folgt auf ihren Widerstand gegen rclbcmlc Abnutzung geprüft:

1. Man mißt die Dicke der als Proben verwendeten »Knöpfe« (einschl. Spritzschicht) an vier Stellen unter Verwendung eines Supermlkrometers und notiert die Werte. (Man legt die vier Punkte für eine anschließende Messung fest. Indem man Markierungen oder Zahlen am Umfang des zylindrischen Prüfkörpers anbringt).

2. Man wiegt jeden Knopf genau mit einer Analysenwaage und notiert das Gewicht.

3. Man setzt einen Antriebsmechanismus In die Spindel einer Bohrmaschine ein.

4. Man stelle eine Tafelwaage auf den Tisch der Bohrmaschine, zieht den Arm (Handgriff) der Bohrmaschine nach unten in eine waagerechte Lage und legt Ihn In dieser Lage fest.

5. Man hebt den tisch der Bohrmaschliie, bis der Antriebsmechanismus eine Belastung von 11,25 kg auf der Tafelwaage anzeigt.

, 6. Man entriegelt die Spindel der Bohrmaschine, hängt an deren Arm ein Gewicht an einer solchen Stelle, daß j die Skala 11,25 kg angibt und markiert die Stelle, wo die Skala diesen Wert anzeigt am Arm der Bohrma- ; schlne.

7. Man entfernt die Waage.

I 8. Man hebt die Spindel an und ersetzt den Einstellstift durch einen Blindstift von 31,8 mm. I 9. Man stellt zwei Prüfknöpfe auf eine Schleißspur, senkt die Spindel, bis die Mitnehmerstifte In die Mitneh- ! merlöcher In den Knöpfen greifen und verriegelt ohne Belastung der Knöpfe.

! 10. Man schaltet die Bohrmaschine ein, gießt In die Schale eine gut gemischte Aufschlämmung von Alumlnii umoxldschlelfpulver, Teilchengröße 15 bis 53 μπι In einer Aufschlämmung von 25 g Schleifmittel In 200 ml : leichtem Maschinenöl und löst die Verriegelung der Spindel, so daß die Belastung von 11,25 kg auf den Prüfknöpfen ruht. Dabei notiert man die Anfangszeil.

11. Man läßt den Test 20 Minuten ablaufen.

12. Man entfernt die Prüfknöpfe und wäscht sie in einem Lösungsmittel. Man wiegt sie, mißt die Dicke und notiert die Meßwerte zum Vergleich mit den ursprünglichen Werten.

Tabelle II	3,96 mm Durchmesser, 10,92 mm Länge	Standard-	mm	33%	hohe
Düse	Argon - 1,6 l/s	Geschwindigkeit	mm	20%	Geschwindigkeit
Gase		5,54		18%	3,96 mm
	Wasserstoff- 0,032 bis 0,047 l/s	16,6		1 Blau Zeichnungen	10,9 mm
Strom	20 kW, 100 V, 200 A	0,8			1,6
Spritzmenge	2,7 kg/h	0,08			0,0316 bis 0,0472
Auftragswirkungsgrad	60%	57 V	Auftragswirkungsgrad		100 V
Hfirte der Spritzschicht	Rockwell C 55 bis 65	420 A	60%		240 A
Haftfestigkeit	Ober 68,9 N/mm²
Tabelle III		40%
	Hierzu

Durchmesser der Düse,
Länge der Düse
Argon, l/s
Wasserstoff, l/s
Spannung
Strom
Sprltzmengen
3,6 kg/h
6,8 kg/h
11,25 kg/h

Claims

Patentansprüche:

I. Verfahren zum Plasma-Flammspritzen eines Pulvers auf ein Werkstück mit hoher Geschwindigkeit, wobei man ein Plasmagas durch die Düse einer Plasma-Flammsprltzplstole mit einer Geschwindigkeit des

s nicht gezündeten Plasmagases von wenigstens 90 m/s leitet und einen Lichtbogen zwischen einer Elektrode Innerhalb der Spritzpistole und einem Teil der Düse zündet, dadurch gekennzeichnet, daß man das Pulver In die gebildete Flamme außerhalb der Düse und der Spritzpistole einführt und die Leistung im Lichtbogen auf wenigstens 15 kW einstellt und die Gasgeschwindigkeit Im Verhältnis zur Länge der Düsr und zum Durchmesser der Düsenbohrung so reguliert, daß der Lichtbogen am Austrittsrand der Düse brennt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ungezündete Gas mit einer Geschwindigkeit von 120 bis 300 m/s durch die Düse strömt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gas durch einen verengten Bereich In der Düse leitet, der einen Durchmesser zwischen 3,18 und 4,76 mm hat.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gas durch einen verengten IS Bereich In der Düse leitet, der eine Länge zwischen 5,08 und 12,7 mm hat.
5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den Lichtbogen In einem Abstand von 10,16 bis 22,86 mm zum Außenrand der Düse bildet.
6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gas durch einen verengten Bereich in der Düse mit gleichbleibender Querschnlttsfläche leitet.

2ö
7. Verfahren nach Ansprach ! bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Leistung In dem am Austrittsrand der Düse brennenden Lichtbogen auf 15 bis 80 kW, vorzugsweise auf 30 bis 60 kW einstellt.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man als Primärgas Argon verwendet.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man das Primärgas in einer Menge von 1,2 bis 4 l/s, vorzugsweise 1,4 bis 3,0 l/s durch die Düse führt.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man das Pulver außerhalb der Düse an einer Stelle, die einen Abstand von 2 bis 10 mm vom Düsenaustritt hat, in*Me Flamme einführt.

II. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man das Pulver In einer Menge von 1 bis 7 kg/h, vorzugsweise in einer Menge von 2,5 bis 5 kg/h In die Flamme einführt.

12. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man

einen Rückdrack des Gases Innerhalb der Düse von wenigstens 2 bar aufrecht erhält,

eine spezifische Enthalpie des gezündeten Plasmagases am Austritt der Düse von wenigstens 7000 J/l Gas aufrecht erhall und

das Pulver In die Verdünnungszonen einführt.

Ϊ3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) das nicht gezündete Gas mit einer Geschwindigkeit von wenigstens 120 bis 300 m/s durch die Düse führt,

b) den Rückdruck des Gases In der Düse über 4,3 bar, vorzugsweise Im Bereich von 4,2 bis 8 bar hält und c) die spezifische Enthalpie des Plasmagases b?J wenigstens 9500 J/l Gas hält.

14. Verfahren nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß man mit einer theoretischen Stillstandstemperatur (stagnation temperature) des gezündeten Plasmagases von 11 000 bis 17 000° C arbeitet.

15. Verfahren nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß man das Verhältnis des Drucks der umgebenden Atmosphäre außerhalb der Düse zum Rückdruck zwischen 0,487 und 0,100, vorzugsweise zwischen 0,300 und 0,150 hält.

16. Verfahren nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß man drei Plasmagase durch die Düse leitet.

17. Verfahren zur Bildung eines Metallüberzuges auf einem Werkstück durch Plasma-Flammsprltzen eines Pulvers, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Lichtbogen mit einer Leistung von wenigstens 15 kW zwischen einer Düsenelektrode und einer zweiten Elektrode, die, In Strömungsrichtung gesehen, am Elntrlttsende der DUsenelektrode liegt, zündet, ein plasmabildendes Gas mit einer Geschwindigkeit Im nicht gezündeten Zustand von wenigstens 90 m/s und einem Elntrlttsdruck von wenigstens 2 bar ohne Laval-Expanslon durch die DUsenelektrode leitet und In den am Austrittsrand der Düse brennenden Lichtbogen ein Flammspritzpulver In den Plasmastrom zwischen den Verdichtungsstoßzonen am Düsenaustritt und einer In Strömungsrichtung gesehen abwärts liegenden Verdichtungszone einführt und hierdu^rch die Teilchen durch die Hitze wenigstens erweicht und sie unter Bildung einer Spritzschicht auf ein Werkstück aufschleudert.

18. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 17 mit einer Plasmaflammspritzplstole mit einer Innen angeordneten Kathode und einer Düse, Mitteln zum Zünden eines Lichtbogens zwischen der Kathode und der Düse und Mitteln zur Führung eines Plasmagases durch die Düse und einen zwischen der Kathode und der Düse gezündeten Lichtbogen, Mitteln zur Zuführung eines Spritzpulvers In eine am Austritt der Düse gebildete Flamme, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente zur Zuführung des Pulvers außerhalb angeordnet und Mittel zur Einführung des Pulvers In die Flamme außerhalb der Düse

(6) vorhanden sind, die Düse (6) einen Bohrungsdurchmesser zwischen 3,18 und 4,76 mm und eine Bohrungslänge zwischen 5,08 und 12,7 mm hat, die Bohrung eine Im wesentlichen gleichbleibende Querschnlttsfläche hat, MIttel zur Bildung eines Lichtbogens mit einer Leistung von wenigstens 15 kW von der Kathode (4) zum Austrittsrand (10) der Düse (6) und Mittel, die den gebildeten Lichtbogen zwischen der

ff 30 a) i b) I O I 35 »1

Kathode (4) und dem Rand (10) der Düse (6) hallen, vorhanden sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dall die Bohrung der Düse (6) eine Lange zwischen 7,62 und 10,16 mm hat.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 und 19, gekennzeichnet durch eine negative Elektrode (4), die In der Düse (6) In einem Abstand von 10,16 und 22,86 mm vom Rand (10) der Düse (6) angeordnet Ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze der Elektrode (4) einen Abstand von 16,51 bis 19,56 mm vom Rand (10) der Düse (6) hat.

22. Vorrichtung nach Anspruch 18 bis 21, gekennzeichnet durch Bauteile (12), die die Führung eines nicht gezündeten ?iasmagases In die Düse (6) mi; einer Geschwindigkeit des nicht gezündeten Plasmagases von wenigstens 90 m/s und In einer Menge von 1,2 bis 4 l/s ermöglichen.

23. Vorrichtung nach Anspruch 18 bis 22, gekennzeichnet durch MIttel zur Fühmng mehrerer Plasmagase durch die Düse (6).

24. Mit hoher Geschwindigkeit arbeitende Plasma-Flammsprltzanlage, gekennzeichnet durch eine Düsenelektrode (6), die für die Durchleitung eines Gases mit hoher Geschwindigkeit ohne Laval-Expanslon bemessen Ist, eine In Strömungsrichtung aufwärts mit Abstand zur Düsenelektrode (6) angeordnete zweite Elektrode (4), MIttel zum Zünden eines Lichtbogens mit einer Leistung von wenigstens 15 kW zwischen den Elektroden, Mittel (12), die dazu dienen, ein plasmablldendes Gas mit hoher Geschwindigkeit Im ungezündeten Zustand von wenigstens 90 m/s und einem Elntrittsdruck von wenigstens 1 bar durch die Düse (6) zu führen, Verlegung des Lichtbogens zum Austrittsrand (10) der DOseneleklrode (6) und Mittel zur Zuführung eines Flammspritzpulvers In den Plasmastrom zwischen den Verdichtungsstoßzonen (52, 54).

25. Vorrichtung nach Anspruch Ί8 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenelekiroue (ö) eine zylindrische Bohrung hat und die zweite Elektrode (4) eine Stabelektrode Ist, die. In Strömungsrichtung gesehen, koaxial vor der Düsenelektrode (6) mit einem Abstand von 10,61 bis 22,86 mm vom Außenrand (10) der Düsenelektrode (6) angeordnet Ist.