DE3816585A1

DE3816585A1 - DEVICE FOR PLASMA SPRAYING

Info

Publication number: DE3816585A1
Application number: DE3816585A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dr Ing Kaiser; Bodo Dipl Ing Haeuser
Original assignee: Thyssen Guss AG
Current assignee: Thyssen Guss AG
Priority date: 1988-05-16
Filing date: 1988-05-16
Publication date: 1989-11-23
Also published as: EP0342428A3; EP0342428B1; EP0342428A2; ATE101781T1; DE58906964D1

Abstract

The invention relates to a device for carrying out the plasma spraying method under difficult conditions, in which there is arranged at the exit opening (13) of the anode (12) from which the plasma stream (14) emerges a ring nozzle (16) having a defined ring gap (17), through which water is forced at at least 6 bar, and the diameter of the ring nozzle exit (18) is at least five times the diameter of the plasma stream, resulting in a water jacket (19) around the plasma stream (14). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung des Plasmaspritzverfahrens unter erschwerten Bedingungen.The invention relates to a device for performing the Plasma spraying process under difficult conditions.

Beim atmosphärischen Plasmaspritzen wird ein gasförmiger Schutz mantel aufgebaut, der aus einer ringförmigen Düse vor der Front seite der Plasmapistole austritt und auf das zu bearbeitende Werkstück gerichtet ist. Der Nachteil besteht jedoch darin, daß das austretende Gas für den Schutzmantel mit der umgebenden Atmo sphäre verwirbelt, wodurch es zu Reaktionen mit den schmelz flüssigen Pulverpartikeln im Plasmastrahl kommt. Dies ist ins besondere bei sauerstoffempfindlichen Materialien der Fall. Die Grenze der zu verwendenden Beschichtungswerkstoffe für das Gas mantelspritzverfahren ist durch die Reaktionszeit der Elemente der umgebenden Atmosphäre mit dem schmelzflüssigen Werkstoff gegeben, das heißt durch einen metallographischen Schliff und dessen Unter suchung hat das konventionelle atmosphärische Plasmaspritzen insbesondere in bezug auf die Arbeitsplatz- und Umweltverträglich keit erhebliche Nachteile. Die hohen Temperaturen bis ca. 20 000°C bewirken eine starke Strahlung, so daß nur mit entsprechendem Körperschutz gearbeitet werden darf. Der Lärmpegel liegt aufgrund der hohen Plasmageschwindigkeit bei ca. 120 dBa, das heißt es muß in einer Schallkabine gearbeitet werden und das Personal steht außerhalb der Kabine oder das Personal muß Ohrenschützer tragen. Darüber hinaus entstehen verfahresnbedingt Spritzpulver verluste, die durch eine aufwendige Absaugung nach den Richt linien der TA-Luft entsorgt werden müssen.Atmospheric plasma spraying provides gaseous protection coat built up from an annular nozzle in front of the front side of the plasma gun emerges and onto the work piece Workpiece is directed. The disadvantage, however, is that the escaping gas for the protective jacket with the surrounding atmosphere sphere swirled, causing reactions with the enamel liquid powder particles in the plasma jet. This is ins especially the case with oxygen sensitive materials. The Limit of the coating materials to be used for the gas coat spraying process is due to the reaction time of the elements of the given surrounding atmosphere with the molten material, that means through a metallographic cut and its sub has the conventional atmospheric plasma spraying especially with regard to workplace and environmental compatibility significant disadvantages. The high temperatures up to approx. 20,000 ° C cause strong radiation, so that only with appropriate Body protection may be worked. The noise level is due the high plasma speed at approx. 120 dBa, that is to say must be worked in a sound cabin and the staff is outside the cabin or the staff must wear earmuffs wear. In addition, spray powder is produced due to the process losses caused by elaborate suction according to the direction lines of the TA-Luft have to be disposed of.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung des Plasmaspritzverfahrens unter erschwerten Bedingungen zu schaffen, insbesondere die Verarbeitung von Werkstoffen zu ermöglichen, die bisher nur im Versuch ver arbeitet werden konnten. The present invention is therefore based on the object a device for performing the plasma spraying process under create difficult conditions, especially processing of materials that were previously only ver could be worked.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß bei der erfindungs gemäßen Vorrichtung um die Austrittsöffnung der Anode, aus der der Plasmastrahl austritt, eine Ringdüse mit definiertem Ring spalt angeordnet ist, durch die Wasser mit mindestens 6 bar ge drückt wird und der Durchmesser der Ringdüse mindestens das fünffache des Plasmastrahldurchmessers beträgt.The solution to the problem is that in the Invention according to the device around the outlet opening of the anode the plasma jet emerges, a ring nozzle with a defined ring gap is arranged through which water with at least 6 bar ge is pressed and the diameter of the ring nozzle at least that is five times the plasma jet diameter.

Vorteilhaft beträgt die Temperatur des aus der Ringdüse austreten den Wassers, das zweckmäßig einen pH von 7 und eine Gesamthärte von 3° Deutsche Gesamthärte besitzt, etwa 32°C.The temperature of the exit from the ring nozzle is advantageous the water, which has a pH of 7 and a total hardness of 3 ° German total hardness, about 32 ° C.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß durch den absolut dichten Wassermantel auch bei sehr hohen Pulver geschwindigkeiten im Plasmastrahl und unter Verwendung sehr reiner Gase ähnliche Verhältnisse wie in einer Vakuumkammer zum Flamm spritzen geschaffen werden können. Durch den dichten Abschluß des Wassermantels entsteht quasi eine Kaverne und die hohen Ge schwindigkeiten der Gase führen zu einem Einschnüren des Wasser mantels auf der Wasseroberfläche, so daß auch sauerstoffaffine Werkstoffe verarbeitet werden können.The advantage of the device according to the invention is that due to the absolutely dense water jacket even with very high powder speeds in the plasma jet and using very pure Gases similar ratios as in a vacuum chamber to the flame syringes can be created. Because of the tight closure the water jacket creates a cavern and the high ge Gas velocities cause the water to constrict mantle on the water surface, so that also affinity for oxygen Materials can be processed.

Das Wasser bindet darüber hinaus die Spritzpulverluste und es läßt keine schädliche Strahlung für das Bedienungspersonal nach außen treten und die Schallquelle ist durch den dichten Wassermantel abgedeckt.The water also binds the spray powder losses and it leaves no harmful radiation for the operating personnel step outside and the sound source is through the dense Water jacket covered.

In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemäßen Plasmaspritzpistole 11 mit teilweisen Schnitten dargestellt, wobei die Plasmaspritzpistole 11 an der Vorderseite eine Anode 12 trägt, aus deren Austrittsöffnung 13 der Plasma strahl 14 austritt und auf das Werkstück 15 auftrifft. Um die Anode 12 ist eine Ringdüse 16 mit einem definierten Ringspalt 17 angeordnet. Die Größe des Ringspalts 17 ist nicht kritisch, sondern muß nur so eingestellt sein, daß aus dem vorderen Ende 18 der Ringdüse 16 ein zusammenhängender Wasserstrahl oder Wassermantel 19 austritt. Zur Erleichterung der Bildung des Wassermantels 19 ist die äußere vom Plasmastrahl abgewandte Seite 20 der Ringdüse 16 länger als die innere Düsenwand 21. Das vordere Ende 18 der Ringdüse 16, welche den Ringdüsenaus tritt darstellt, ist zwischen 50 und 100 mm vom Plasmastrahl austritt 13 aus der Anode 12 entfernt.In the drawing, an example embodiment of the plasma spray gun 11 according to the invention is shown with partial sections, the plasma spray gun 11 carrying an anode 12 on the front, from whose outlet opening 13 the plasma jet 14 emerges and strikes the workpiece 15 . An annular nozzle 16 with a defined annular gap 17 is arranged around the anode 12 . The size of the annular gap 17 is not critical, but only has to be set so that a coherent water jet or water jacket 19 emerges from the front end 18 of the annular nozzle 16 . To facilitate the formation of the water jacket 19 , the outer side 20 of the annular nozzle 16 facing away from the plasma jet is longer than the inner nozzle wall 21 . The front end 18 of the ring nozzle 16 , which represents the ring nozzle exits, is between 50 and 100 mm from the plasma jet exit 13 from the anode 12 .

Um einen möglichst gleichmäßigen Wassermantel 19 zu erhalten, ist der Ringspalt 17 am pistolenseitigen Ende der Ringdüse 16 mit vier gleichmäßig über den Umfang der Ringdüse 16 verteilten Einlaßöffnungen 22 verbunden. Es ist jedoch auch möglich mehr oder weniger Einlaßöffnungen 22 vorzusehen, was teilweise auch von dem zur Verfügung stehenden Wasserdruck abhängt.In order to obtain a water jacket 19 which is as uniform as possible, the annular gap 17 at the gun-side end of the annular nozzle 16 is connected to four inlet openings 22 evenly distributed over the circumference of the annular nozzle 16 . However, it is also possible to provide more or fewer inlet openings 22 , which partly also depends on the available water pressure.

Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn der Durchmesser des Ringdüsenaustritts 18 mindestens das fünffache des Durch messers des Plasmastrahls 14 beträgt und das Wasser eine Tem peratur von 32°C sowie eine pH von 7 und 3° Deutsche Gesamthärte besitzt. Diese Werte können aber auch dem Material des Spritz pulvers entsprechend verändert werden.The best results are obtained when the diameter of the ring nozzle outlet 18 is at least five times the diameter of the plasma jet 14 and the water has a temperature of 32 ° C and a pH of 7 and 3 ° German total hardness. These values can also be changed according to the material of the spray powder.

Der Wassermantel unterstützt die optimale Temperatureinstellung der zu beschichtenden Werkstückoberfläche 15, um die spezifischen Bindemechanismen beim Plasmaspritzen weitgehend zu nutzen. Durch den auf das Werkstück 15 auftreffenden Wassermantel wird eine gleichmäßige Wärmeabfuhr rund um den Auftreffpunkt der schmelzflüssigen Pulverpartikel gewährleistet und eine Oxydation der Oberfläche des Werkstücks 15 durch die hohe Temperaturbe lastung des Plasmastrahls wird weitgehend vermieden.The water jacket supports the optimal temperature setting of the workpiece surface 15 to be coated in order to largely use the specific binding mechanisms during plasma spraying. The water jacket striking the workpiece 15 ensures uniform heat dissipation around the point of impact of the molten powder particles, and oxidation of the surface of the workpiece 15 by the high temperature load on the plasma jet is largely avoided.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt auch ohne weiteres eine hohe Werkstücktemperatur bei besonderen Werkstoffen, ohne daß eine Oxydation der Oberfläche eintritt. Die Verhältnisse sind somit dem dem Vakuum-Plasmaspritzen vergleichbar, denn das auf die heiße Werkstückoberfläche auftreffende Wasser verdampft sofort und hat keinen Einfluß auf die aufzubringende Schutz schicht. Die hohe Geschwindigkeit des Plasmastrahls und der damit verbundene Einschnüreffekt des Wassermantels an der Auftreff stelle der aufgeschmolzenen Pulverpartikel sorgen für einen gleichmäßigen, dichten Schichtauftrag.The device according to the invention also allows without further ado a high workpiece temperature with special materials without that oxidation of the surface occurs. The ratios are thus comparable to vacuum plasma spraying, because that water hitting the hot workpiece surface evaporates immediately and has no influence on the protection to be applied layer. The high speed of the plasma jet and thus associated strangling effect of the water jacket at the impingement place of the melted powder particles ensure even, dense layer application.

Claims

1. An apparatus for performing the plasma spraying process under difficult conditions, in which an annular nozzle ( 16 ) with a defined annular gap ( 17 ) is arranged around the outlet opening ( 13 ) of the anode ( 12 ) from which the plasma jet ( 14 ) emerges, through which Water is pressed with at least 6 bar and the diameter of the ring nozzle outlet ( 18 ) is at least five times the plasma jet diameter, whereby a water jacket ( 19 ) is created around the plasma jet ( 14 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the temperature of the water jacket ( 19 ) is approximately 32 ° C.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the water of the water jacket ( 19 ) has a pH of 7 and at least 3 ° German total hardness.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the outer side of the plasma jet ( 14 ) facing away ( 20 ) of the ring nozzle outlet ( 18 ) is longer than the inner ring nozzle wall ( 21 ).

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the ring nozzle outlet ( 18 ) between 50 and 100 mm from the plasma jet outlet ( 13 ) from the anode ( 12 ) is removed.