DE2701671C3

DE2701671C3 - Einrichtung zum Plasmaspritzen

Info

Publication number: DE2701671C3
Application number: DE2701671A
Authority: DE
Inventors: Johan Martin Lieshout Houben (Niederlande)
Original assignee: PLASMAINVENT AG ZUG (SCHWEIZ)
Current assignee: PLASMAINVENT AG ZUG (SCHWEIZ)
Priority date: 1976-01-23
Filing date: 1977-01-17
Publication date: 1979-07-19
Also published as: JPS5922582B2; GB1570025A; JPS52113334A; FR2339312B3; FR2339312A1; US4199104A; NL7600738A; DE2701671B2; DE2701671A1; CH607541A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Plasmaspritzen, mit einem zu einer Austrittsöffnung hin konvergierenden Gehäuse, einer Zufuhr für Schutzgas, einer Kathode, von welcher zu dem als Anode dienenden Gehäuse eine Bogenentladung aufrechterhalten wird, und wenigstens einer Zufuhr für Spritzpulver in einstellbarer Menge, durch welche das Spritzpulver unter einem Winkel zum Plasmastrom eingeführt wird. Eine derartige Einrichtung kann zum Aufspritzen einer Schicht auf eine Unterlage verwendet werden.

In der US-PS 35 73 090 ist das Aufspritzen einer Schicht auf eine Unterlage mit Hilfe eines Plasmaspritzvorgangs beschrieben.

Eine Einrichtung der eingangs beschriebenen Art ist beispielsweise durch die CH-PS 410 701 bekannt geworden. Bei dieser Einrichtung läßt sich die gewünschte Pulvermenge für den Brenner durch Veränderung des Abstandes zwischen der unteren Wand eines Pulverfüllbehälters und einem in diesen hineinragenden Wirbel- und Saugrohr verschieben. Auch durch die Zeitschrift »Welding and Metal Fabrication, August 1963, S. 346—348 ist eine Plasmaspritzeinrichtung mit Steuermitteln für den Durchsatz des Spritzpulvers bekannt geworden.

Die DE-AS 12 76518 schließlich zeigt eine Anordnung mehrerer Injektionsrohre um den Plasmastrahl, ohne daß auf besondere Mittel zur Einstellung der Pulvermenge eingegangen ist.

Bei bekannten Plasmaspritzeinrichtungen, die an sich bezüglich der Pulverzufuhr in den Plasmastrahl sehr einfach und betriebssicher aufgebaut sind, besteht die Gefahr, daß der Plasmastrahl durch das das Spritzpulver treibende Zufuhrgas aus seiner Richtung abgelenkt wird und sich hieraus ein ungleichförmiger Auftrag des Spritzpulvers auf die Unterlage ergibt. Auch läßt sich das Spritzpulver nicht genügend gleichmäßig durch das Schutzgas hindurch zentral in den Plasmastrahl einbringen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Impuls der Spritzpulverteilchen während des letzten Teiles ihres Transportweges zum Plasmastrahl derart zu regulieren, daß die Spritzpulverteilchen gleichmäßig von dem Plasmastrahl mitgenommen werden, ohne daß das die Spritzpulverteilchen treibende Gas die Richtung und Temperatur des Plasmastrahls beeinflußt.

Diese Aufgabe wird mit einer Einrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Zuleitung zu dem Injektionsrohr für die Spritzpulverzugabe eine Vorrichtung zum einstellbaren Entspannen des das Spritzpulver treibenden Gases vorgesehen ist.

Mit einer solchen Vorrichtung kann die Gasmenge zum Injizieren der Spritzpulverteilchen in den Plasmastrom mit genau dem richtigen Impuls in einfacher Weise eingestellt werden. Es kann vermieden werden, daß das das Spritzpulver treibende Gas den Plasmastrom mit Schutzgas ablenkt.

Zusätzlich zu der Entspannungsvorrichtung können auch mehrere Injektionsrohre um den Plasmastrahl angeordnet sein.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die Entspannungsvorrichtung aus einem Zufuhrrohr, in dessen Wandung Bohrungen vorgesehen sind, welche mit einem am Zufuhrrohr verschiebbaren, gasundurchlässigen Schieber selektiv abdeckbar sind. Der Schieber ist zweckmäßig eine auf dem Zufuhrrohr gleitende Hülse. Durch die Verschiebung der Hülse läßt sich auf einfache Weise der richtige Impuls für die Spritzpulverteilchen einstellen.

Die Bohrungen in der Wandung des Zufuhrrohres weisen zweckmäßig einen Durchmesser zwischen 0,1 und 0,5 mm auf. Alternativ können statt der Bohrungen

Wandbereiche des Zufuhrrohres aus porösem Material vorgesehen sein.

Bei einer Weiterbildung dieses Ausführungsbeispiels sind in einem weiteren Bereich des Zufuhrrohrs Bohrungen vorgesehen, welche mit einem vetteren, am Zufuhrrohr verschiebbaren Schieber selektiv abdeckbar sind. Die Bohrungen können Durchmesser zwischen 0,005 und 0,5 mm aufweisen, und zwar vorzugsweise im Bereich des ersten Schiebers 0,005 bis 0,1 mm, und im Bereich des zweiten Schiebers 0,1 bis 0,5 mm. Damit I⁵Bt sich im Bereich des ersten Schiebers eine Feineinstellung und im Bereich des zweiten Schiebers eine Grobeinstellung der Spritzpulverzufuhr vornehmen. Auch hier können statt der Bohrungen wiederum Wandbereiche des Zufuhrrohres aus porösem und mikroporösem Material — Grobeinstellung und Feineinstellung — vorgesehen sein.

Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel besteht die Entspannungseinrichtung aus einer Wirbelkammer mit einstellbarem Gasauslaß. In dem Gasauslaß sind dabei zweckmäßig ein Filter und ein Regelventil vorgesehen. Das Filter vermeidet ein Austreten von Spritzpulverteilchen durch den Gasauslaß, und das Regelventil gibt die Möglichkeit der genauen Einstellung des Entspannungsdruckes in der Wirbelkammer bzw. der erforderlichen Abführung von treibendem Gas.

Schließlich ist es zweckmäßig, an dem dem Injektionsrohr abgekehrten Ende der Wirbelkammer ein in die Wirbelkammer schiebbares und aus dieser herausziehbares Rohr vorgesehen, durch welches das Spritzpulver der Wirbelkammer zuführbar ist. Das Hineinschieben und Herausziehen dieses Rohres in die bzw. aus der Wirbelkammer ermöglicht eine weitere Einstellung der Pulverzufuhr.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Einrichtung zum Plasmaspritzen mit im Bereich des Gehäuses senkrecht zum Plasmastrahl angeordnetem Injektionsrohr,

Fig.2 eine Einrichtung zum Plasmaspritzen mit außerhalb der Austrittsöffnung für den Plasmastrahl senkrecht zu diesem angeordnetem Injektionsrohr und einer zugehörigen Entspannungsvorrichtung für das das Spritzpulver treibende Gas,

Fig.3 eine Stirnansicht einer Einrichtung zum Plasmaspritzen mit vier symmetrisch um den Plasmastrahl angeordneten Injektionsrohren für das Spritzpulver,

F i g. 4 einen Längsschnitt durch eine weitergebildete Entspannungsvorrichtung für das das Spritzpulver treibende Gas und

F i g. 5 einen Längsschnitt durch eine im Aufbau andere Ausführungsform einer Entspannungsvorrichtung für das das Spritzpulver treibende Gas.

Wie aus den F i g. 1 und 2 hervorgeht, besteht die Einrichtung aus einem Gehäuse 1 mit einer Austrittsöffnung 2 für einen Plasmastrahl 5. Das Gehäuse 1 konvergiert in Richtung dieser Austrittsöffnung 2. Innerhalb des Gehäuses 1 sind eine nicht dargestellte Zufuhr für ein Schutzgas und eine Kathode 3 vorgesehen. Zwischen dieser Kathode 3 und dem als Anode dienenden Gehäuse 1 wird eine Bogenentladung 4 aufrechterhalten. Weiter ist eine Zufuhr für Spritzpulver vorgesehen. Das Spritzpulver besteht z. B. aus Metallen, Oxiden, Nitriden, Boriden, Siliciden, Karbiden. Die Zufuhr weist ein lotrecht auf den Plasmastrahl 5 gerichtetes Injektionsrohr 6 auf.

Bei der Ausführung nach F i g. 1 ist im Anschluß an die Austrittsöffnung 2 ein divergierendes Schirmrohr 7 koaxial hinsichtlich der Mittelachse 8 des Gehäuses 1 und um den Plasmastrahl 5 herum angebracht. In der Wand dieses Schirmrohres 7 sind öffnungen 9 zur Zuführung eines Ergänzungsrnediums vorgesehen. Diese öffnungen 9 sind axial oder tangential gerichtet Sie können auch in unterschiedlichen Abständen von der Austrittsöffnung 2 des Plasmastrahls 5 angebracht sein.

ιυ Mittels dieser Einrichtung kann eine Deckschicht 10 auf eine Unterlage 11 aufgetragen werden.

Durch die Zuführung des Ergänzungsmediums über die öffnungen 9 kann verhütet werden, daß Luft aus der Atmosphäre über den Schlitz zwischen dem Rand des Schirmrohres 7 und der Unterlage 11 angesogen wird. Zusammen mit dem Schutzgas, meist Argon oder Stickstoff, das über das Gehäuse 1 zugeführt wird, soll das Ergänzungsmedium gleichfalls zur chemischen und physikalischen Konditionierung des Rauminhaltes innerhalb des Schirmrohres 7 beitragea Das Ergänzungsmedium kann ganz oder teilweise aus einer Flüssigkeit, z. B. flüssigem Stickstoff, bestehen, wodurch eine Kühlung und Abschirmung der Innenwand des Schirnirohres 7 erzielt wird.

Während bei dem Ausfuhrungsbeispiel nach F i g. 1 das Injektionsrohr 6 für das Spritzpulver innerhalb des Gehäuses 1 am Plasmakanal vorgesehen ist, weist die Ausführungsform nach F i g. 2 ein lotrecht auf den Plasmastrahl 5 gerichtetes Injektionsrohr 6 für das

ω Spritzpulver in Plasmaströmungsrichtung nach der Austrittsöffnung 2 auf. Die Wand eines Zufuhrrohres 17 zu dem Injektionsrohr 6 weist feine Bohrungen 15 auf. Weiter ist um einen Teil des Zufuhrrohres 17 ein verschiebbarer, mantel- oder hülsenförmiger Schieber

Vi 16 angebracht Da das Spritzpulver über ein Trägergas zugeführt wird, ist es mittels der Verschiebung des Schiebers 16 möglich, eine bestimmte Trägergasmenge aus dem Zufuhrrohr 17 abzuführen, ehe dieses Gas an die auf den Plasmastrahl 5 gerichtete öffnung des Injektionsrohres 6 gelangt. Hierdurch kann der Injektionsimpuls des Spritzpulvers unabhängig von der zum Transport durch das Zufuhrrohr 17 und Injektionsrohr 6 hindurch minimal erforderlichen Trägergasmenge reguliert werden. Auf diese Weise können alle

r> Pulverteilchen über den Plasmastrahl 5 in einei verhältnismäßig engen Bahn auf die Unterlage 11 aufgebracht werden, ohne daß eine asymmetrische Streuung stattfindet, welche oft bei Verwendung des herkömmlichen, unter einem Winkel zum Plasmastrahl

vi gerichteten Injektionsrohrs auftritt.

Das Injektionsrohr 6 kann auch einen von 90° abweichenden Winkel mit dem Plasmastrahl 5 bilden. Die Bohrungen 15 können einen Durchmesser von 0,01 bis 0,5 mm aufweisen. Statt dem Versehen von

3> Bohrungen 15 kann auch ein Teil des Zufuhrrohres 17 aus beliebigem porösem. Gas, aber nicht die Pulverteilchen durchlassenden Material hergestellt sein.

F i g. 3 zeigt eine Stirnansicht einer Einrichtung zum Spritzen von Plasma ähnlich der in F i g. 2 dargestellten

ι !■ Einrichtung. Bei der in F i g. 3 gezeigten Einrichtung ist jedoch nicht nur ein Injektionsrohr 6 vorgesehen, sondern es sind als Beispiel 4 Injektionsrohre 6 um die Austrittsöffnung 2 für den Plasmastrahl 5 angeordnet.

F i g. 4 zeigt ein Zuführungsrohr 17 mit aufgesetztem

• ι Injektionsrohr 6 für das Spritzpulver im Schnitt, bei welchem eine Grob- und Feineinstellung für das Einbringen des Spritzpulvers in den Plasmastrahl 5 möglich ist.

In Fig.4 ist zu erkennen, daß auf das dem Injeklionsrohr 6 abgewandten Ende des Zufuhrrohres 17 ein Pulverschlauch 18 aufgesteckt ist. Im Bereich des Pulverschlauches 18 sind in dem Zufuhrrohr 17 Bohrungen 25 vorgesehen, welche einen Durchmesser in der Größenordnung von 0,1 bis 0.5 mm haben. Alternativ kann die Wandung des Zufuhrrohres 17 t ntspreehend porös ausgeführt sein. Über den Bohrungen 25 sitzt ein mantelförmiger Schieber 26, mit dessen Hilfe die Bohrungen 25 abgedeckt oder offengelassen werden können. Die Bohrungen 25 und der Schieber 26 dienen der Grobeinstellung bei der Zufuhr der Spritzpulverteilchen.

An dem dem Injektionsrohr 6 zugekehrten Ende des Zufuhrrohres 17 sind, wie bei dem Ausführungsbcispic! gemäß F i g. 2, feine Bohrungen 15 vorgesehen, welche einen Durchmesser im Bereich von 0,005 bis 0,1 mm haben. Alternativ kann die Wand hier auch mikroporös sein. Über diesen Bohrungen 15 sitzt der verschiebbare, hülsenförmige Schieber 16. Die Bohrungen 15 und der Schieber 16 dienen der Feineinstellung der Spritzpulverzufuhr.

In Fig. 5 schließlich ist ein weitet es Ausführungsbeispiel für die Pulverziifuhr dargestellt, bei welcheir zwischen dem Injektionsrohr 6 und dem Pulverschlauch

18 eine Wirbelkammer 19 und ein in diese eingeschobe nes, verschiebbares Rohr 20 vorgesehen sind. Das Injektionsrohr 6 sitzt an einem Ende der Wirbelkammer 19. In das andere Ende der Wirbelkammer 19 ist das Rohr 20 eingeschoben. Am freien Ende des Rohres 20 isl der Puiverschlauch 18 aufgeschoben.

Die Wirbelkammer 19 weist am Ende des eingeschobene·! Ruhres 20 einen seitlichen Gasauslaß 21 mil eingefügtem Regelventil 22 auf. Zwischen Wirbelkammer 19 und Regelventil 22 ist weiter ein Filter 23 vorgesehen.

Die Einstellung der richtigen Impulse für die Spritzpulverteilchen erfolgt dadurch, daß einmal das verschiebbare Rohr 20 gegenüber der Wirbelkammei

19 verschoben wird, und zum anderen dadurch, daß das Regelventil 22 mehr oder minder geöffnet und geschlossen wird, wodurch der Gasaustritt durch den Gasauslaß 21 den Erfordernissen angepaßt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Plasmaspritzen, mit einem zu einer Austrittsöffnung hin konvergierenden Gehäu- ■> se, einer Zufuhr für Schutzgas, einer Kathode, von welcher zu dem als Anode dienenden Gehäuse eine Bogenentladung aufrechterhalten wird, und wenigstens einer Zufuhr für Spritzpulver in einstellbarer Menge, durch welche das Spritzpulver unter einem Winkel zum Plasmastrom eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuleitung zu dem Injektionsrohr (6) für die Spritzpulverzugabe eine Vorrichtung zum einstellbaren Entspannen des das Spritzpulver treibenden Gases vorgesehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Injektionsrohre (6) um den Plasmastrahl (5) angeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannungsvorrichtung aus >o einem Zufuhrrohr (17) besteht, in dessen Wandung Bohrungen (15) vorgesehen sind, welche mit einem •m Zufuhrrohr (17) verschiebbaren, gasundurchlässigen Schieber (16) selektiv abdeckbar sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (16) eine auf dem Zufuhrrohr(17)gleitende Hülse ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (15) Durchmesser zwischen 0,01 und 0,5 mm aufweisen. so

6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß statt der Bohrungen (15) Wandbereiche des Zufuhrrohres (17) aus porösem Material vorgesehen sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn-' zeichnet, daß in einem weiteren Bereich des Zufuhrrohres (17) Bohrungen (25) vorgesehen sind, welche mit einem weiteren, am Zufuhrrohr (17) verschiebbaren Schieber (26) selektiv abdeckbar sind. w

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (15, 25) Durchmesser zwischen 0,005 und 0,5 mm aufweisen.

9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß statt der Bohrungen (15, 25) Wandbe- r. reiche des Zufuhrrohres (17) aus porösem und mikroporösem Material vorgesehen sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannungsvorrichtung aus einer Wirbelkammer (19) mit einstellbarem Gasauslaß (21) ■> <> besteht.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gasauslaß (21) ein Filter (23) und ein Regelventil (22) vorgesehen sind.

12. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch ge- ">j kennzeichnet, daß an dem dem Injektionsrohr (6) abgekehrten Ende der Wirbelkammer (19) ein in die Wirbelkammer (19) schiebbares und aus dieser herausziehbares Rohr (20) vorgesehen ist, durch welches das Spritzpulver der Wirbelkammer (19) im zuführbar ist.