DE60302967T2

DE60302967T2 - Hochgeschwindigkeitsflammspritzpistole und Flammspritzmethode mit Verwendung der Pistole

Info

Publication number: DE60302967T2
Application number: DE60302967T
Authority: DE
Inventors: Tsuyoshi Nishikasugai-gun Itsukaichi; Satoru Nishikasugai-gun Osawa; Tohru Saitama-shi Morishita
Original assignee: Fujimi Inc
Current assignee: Fujimi Inc
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2003-10-10
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2023-10-11
Also published as: EP1407824A1; EP1407824B1; US20040124256A1; JP2004131828A; KR20040033259A; JP3965103B2; DE60302967D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine thermische Spritzpistole gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf ein thermisches Spritzverfahren unter Verwendung einer thermischen Spritzpistole gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5, wobei die thermische Spritzpistole und das thermische Spritzverfahren unter Verwendung einer thermischen Spritzpistole schon in der US-A-5 834 066 offenbart sind.
Bei einem Hochgeschwindigkeits-Flammspritzverfahren wird eine Flamme eingesetzt, die durch die Verbrennung von Brennstoff und Sauerstoff oder durch die Verbrennung eines Brennstoffs und Luft als Hitzequelle für das thermische Spritzen eingesetzt wird. Die Flammtemperatur ist beim Hochgeschwindigkeits-Flammspritzverfahren relativ gering. Es ist deshalb, wie dies in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 10-60617 und der japanischen Offenlegungschrift Nr. 11-222662 beschrieben wurde, schwierig, keramische Stoffe mit einem hohen Schmelzpunkt beim Hochgeschwindigkeits-Flammspritzverfahren zu spritzen.
Bei einem Plasmaspritzverfahren wird als Hitzequelle eine Plasmaflamme zum thermischen Spritzen eingesetzt. Die Temperatur der Plasmaflamme ist bei dem Plasmaspritzverfahren relativ hoch. In der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 5-339699 wird beschrieben, dass das Plasmaspritzverfahren allgemein als Verfahren zum Spritzen von keramischen Stoffen eingesetzt wurde.
Mit dem Plasmaspritzverfahren kann indessen kein dichter Spritzüberzug erhalten werden. Der Grund liegt darin, dass die Fluggeschwindigkeit der gespritzten Partikel bei dem Plasmaspritzverfahren nicht so hoch ist. Deshalb ist der Spritzüberzug, der durch das Spritzen im Plasmaspritzverfahren mit keramischen Stoffen erzielt wird einem keramisch gesinterten Material in verschiedenen Eigenschaften unterlegen, wie zum Beispiel in der Strapazierfestigkeit.
Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine thermische Spritzpistole zur Verfügung zu stellen, mit der eine keramische Beschichtung guter Qualität hergestellt werden kann, sowie ein thermisches Spritzverfahren unter Verwendung dieser Pistole.
Um das oben genannte Ziel zu erreichen, sieht die vorliegende Erfindung eine thermische Spritzpistole gemäß Anspruch 1 vor, wobei weitere Ausführungsbeispiel in den Unteransprüchen 2 bis 4 enthalten sind.
Um das oben genannte Ziel zu erreichen, sieht die vorliegende Erfindung auch ein thermisches Spritzverfahren unter Verwendung der thermischen Spritzpistole gemäß Anspruch 5 vor, wobei weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele in den Unteransprüchen 6 bis 11 enthalten sind.
Die vorliegende Erfindung sieht somit eine thermische Spritzpistole vor, die eine Brennkammer, einen Spritzmaterial-Zuführabschnitt, einen Durchlass, eine Austrittsöffnung und einen Zusatzbrennstoff-Zuführabschnitt aufweist. Die Brennkammer dient dazu eine Flamme zu erzeugen. Der Spritzmaterial-Zuführabschnitt, der mit der Brennkammer in Verbindung steht, ist vorgesehen, um der Flamme Spritzmaterial zuzuführen, so dass das Spritzmaterial durch die Flamme erweicht oder geschmolzen werden kann. Die Austrittsöffnung, die mit der Brennkammer in Verbindung steht, dient dazu, die Flamme aus der thermischen Spritzpistole nach außen austreten zu lassen und das durch die Flamme erweichte oder geschmolzene Spritzmaterial auszustoßen. Der Durchlass wird von der Brennkammer aus und durch die Austrittsöffnung geformt. Der ZusatzbrennstoffZuführabschnitt, der in diesem Durchlass angeordnet ist, ist vorgesehen, um der durch den Durchlass gehenden Flamme zusätzlichen Kraftstoff zuzuführen, so dass die Temperatur der Flamme erhöht wird.
Die vorliegende Erfindung sieht auch ein Verfahren zum thermischen Spritzen unter Verwendung einer thermischen Spritzpistole vor. Das thermische Spritzverfahren umfasst den Schritt, eine Flamme in einer Brennkammer zu erzeugen, die in der thermischen Spritzpistole angeordnet ist, wobei die erzeugte Flamme in einen Durchlass geschickt wird, der von der Brennkammer gebildet wird, sowie durch eine Austrittsöffnung, die mit der Brennkammer kommuniziert, wobei die Flamme dann aus der Austrittsöffnung zur Außenseite der thermischen Spritzpistole ausgestoßen wird; ein weiterer Verfahrensschritt besteht darin, dass ein Spritzmaterial der durch den Durchlass tretenden Flamme derart zugeführt wird, dass das Spritzmaterial durch die Flamme erweicht oder geschmolzen und ausgestrahlt wird; schließlich besteht ein Schritt darin, der durch den Durchlass tretenden Flamme zur Erhöhung ihrer Temperatur einen zusätzlichen Brennstoff zuzuführen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung verständlicher, die beispielsweise die Prinzipien der Erfindung erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Erfindung kann zusammen mit deren Zielen und Vorteilen am besten mit Bezug auf die folgende Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung verstanden werden.
Dabei zeigt:
1 einen Längsschnitt durch eine Hochgeschwindigkeits-Flammspritzpistole entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 1 beschrieben.
Eine gemäß dem Ausführungsbeispiel in 1 ausgebildete Hochgeschwindigkeits-Flammspritzpistole verbrennt einen Brennstoff und Sauerstoff, um eine Flamme mit hoher Temperatur und hohem Druck zu erzeugen, so dass das Spritzmaterial durch die Flamme erweicht oder geschmolzen wird und das erweichte oder geschmolzene Material von der Spritzpistole abgesprüht wird. Die Spritzpistole weist eine Brennkammer 11 auf, in der der Brennstoff und der Sauerstoff verbrannt werden. Ein erster Durchlass 12, der mit der Brennkammer 11 in Verbindung steht und der sich an dem hinteren Ende (linkes Ende in 1) der Spritzpistole nach außen öffnet, führt den Brennstoff und den Sauerstoff in die Brennkammer 11 ein. Ein zweiter Durchlass 13, der mit der Brennkammer 11 in Verbindung steht und der sich zur Außenseite am vorderen Ende (rechtes Ende in 1) der Spritzpistole öffnet, stößt die in der Brennkammer 11 durch Verbrennung von Brennstoff und Sauerstoff gebildete Flamme nach außen aus. Die Flamme strömt durch den zweiten Durchlass 13 und wird durch eine Austrittsöffnung 13a am vorderen Ende (rechtes Ende in 1) des zweiten Durchlasses 13 ausgestoßen.
Auf halbem Weg des zweiten Durchlasses 13 ist eine treppenförmige Fläche 14 angeordnet, die in Richtung auf die Austrittsöffnung 13a ausgerichtet ist. An der treppenförmigen Fläche 14 sind Spritzöffnungen 16 angeordnet, die eine zylindrische Luftströmung 15 in Richtung zur Austrittsöffnung 13a ausstoßen. Die durch den zweiten Durchlass 13 zu der Austrittsöffnung 13a strömende Flamme geht durch die Innenseite der zylindrischen Luftströmung 15, die aus den Spritzöffnungen 16 ausgestoßen wird.
Auf dem Teil des zweiten Durchlasses 13 ist zwischen der treppenförmigen Fläche 14 und der Austrittsöffnung 13a ein Paar von Material-Zuführabschnitten 17 angeordnet. Jeder Material-Zuführabschnitt l7 stellt einen Auslass auf dem stromabwärts gerichteten Ende eines Verbindungsrohres 18 dar, das sich von dem dargestellten Spritzmaterial-Zuführer aus erstreckt. Die Spritzmaterial-Zuführabschnitte 17 speisen ein Spritzmaterial in die Flamme ein, die durch die Innenseite der zylindrischen Luftströmung 15 strömt. Dadurch wird das von den Spritzmaterial-Zuführabschnitten 17 eingeführte Material durch die Flamme in der zylindrischen Luftströmung 15 erweicht oder geschmolzen, so dass das auf diese Weise erweichte oder geschmolzene Material ausgestoßen wird.
Auf dem Abschnitt des zweiten Durchlasses 13 zwischen dem Spritzmaterial-Zuführabschnitt 17 und der Austrittsöffnung 13a ist ein Paar von Zusatzbrennstoff-Zuführabschnitten 19 angeordnet. Dieser ZusatzbrennstoffZuführabschnitt 19 stellt einen Auslass am stromabwärts gelegenen Ende einer Verbindungsröhre 20 dar, die sich von dem dargestellten Zusatzbrennstoff-Zuführabschnitt 19 aus erstreckt. Der Zusatzbrennstoff-Zuführabschnitt 19 speist einen zusätzlichen Brennstoff in die Flamme ein, die durch die Innenseite der zylindrischen Luftströmung 15 strömt.
Es gibt keine besondere Beschränkung für die Art des zusätzlichen Brennstoffs und es kann zum Beispiel Acetylen, Propan, Propylen usw. eingesetzt werden. Der bevorzugte zusätzliche Brennstoff ist Acetylen, weil es große Wärmemengen erzeugen kann. Der Abstand zwischen dem thermischen Spritzmaterial-Zuführabschnitt 17 und dem Zusatzbrennstoff-Zuführabschnitt 19 liegt vorzugsweise innerhalb 25 mm. Die Strömungsgeschwindigkeit des zusätzlichen Brenn stoffs liegt vorzugsweise bei wenigstens 10 L/min.
Wenn unter den folgenden Bedingungen unter Verwendung der in 1 gezeigten Spritzpistole ein Spritzvorgang durchgeführt wird, dann hat die Flamme wenigstens eine Temperatur von 2500°C und die durch die Austrittsöffnung ausströmende Flamme wenigstens eine Geschwindigkeit von 1000 m/sec.
Durchflussmenge des Sauerstoffs: 1900 scfh (893 mL/min)
Durchflussmenge des Brennstoffs (Kerosin): 5,1 gph (0,32 L/min)
innerer Durchmesser der Verbindungsröhre 20: 2 mm
Durchflussmenge des zusätzlichen Brennstoffs: 30 L/min.
Wenn im Gegensatz hierzu ein Spritzvorgang mit einer üblichen Hochgeschwindigkeits-Flammspritzpistole unter den folgenden Bedingungen durchgeführt wird, dann liegt die Temperatur der Flamme im Bereich von 1600 bis 1800°C, was geringer ist, verglichen mit der Temperatur bei Verwendung der in 1 gezeigten Spritzpistole.
Durchflussmenge des Sauerstoffs: 1900 scfh (893 mL/min)
Durchflussmenge des Kerosins: 5,1 gph (0,32 L/min)
Falls ein Spritzvorgang unter den folgenden Bedingungen unter Einsatz einer Plasma-Spritzpistole „SG-100" der PRAXAIR Corp durchgeführt wird, dann liegt die Geschwindigkeit der Plasmaflamme in Bereich von 500 bis 600 m/sec, die kleiner ist verglichen mit der Geschwindigkeit der Flamme bei Verwendung der in 1 gezeigten Spritzpistole.
Argon Gasdruck: 65 psi (45 MPa)
Helium Gasdruck: 100 psi (69 MPa).
Als nächstes wird ein Verfahren zum Spritzen von keramischen Stoffen bei Einsatz der in 1 gezeigten Spritzpistole beschrieben.
Das von dem Spritzmaterial-Zuführabschnitt 17 zu der Flamme geführte Spritzmaterial besteht vorzugsweise aus keramischem Pulver. Besondere Beispiele von geeignetem keramischen Pulvern sind Aluminiumoxid-, Titandioxid-, Zirkonoxid-, Chromoxid-, Magnesiumoxid-, Kobaltoxid- und Yttriumoxidpulver, sowie Mullit-, Cordierit- und Spinellpulver, die deren komplexe Verbindungen sind. Das Spritzmaterial kann auch aus einer Mischung verschiedener Arten von keramischen Pulvern bestehen.
Wenn das Spritzmaterial aus einem keramischen Pulver besteht, dann weist vorzugsweise der 50ste percentile Durchmesser D_50% (weiter unten definiert) des keramischen Pulvers wenigstens 0,1 μm bevorzugter wenigstens 0.5 μm und am bevorzugtesten wenigstens 1 μm auf. Der 50ste percentile Durchmesser D_50% des keramischen Pulvers hat bevorzugt nicht mehr als 25 μm, bevorzugter nicht mehr als 15 μm und am bevorzugtesten nicht mehr als 5 μm. Ein Wert, der durch Subtraktion des 10ten percentilen Durchmessers D_10% (weiter unten definiert) des keramischen Pulvers von dem 90sten percentilen Durchmesser D_90% (ebenso weiter unten definiert) des keramischem Pulvers erhalten wird und der durch den 50sten percentilen Durchmesser D_50% des keramischen Pulvers dividiert wird, beträgt bevorzugt nicht mehr als 5,0, bevorzugter nicht mehr als 2,5 und am bevorzugtesten nicht mehr als 1,5.
Der 50ste percentile Durchmesser D_50% ist der Durchmesser eines in dem keramischen Pulver enthaltenen Partikels, das schließlich integriert wird, indem man das Volumen jedes in dem keramischen Pulver enthaltenen Partikels in aufsteigender Ordnung integriert, bis der integrierte Wert 50% des Gesamtvolumens aller in dem keramischen Pulver enthaltenen Partikel erreicht. Mit anderen Worten ist es der Durchmesser eines keramischen Partikels, unter dem 50% (des Volumens) aller in dem keramischen Pulver enthaltenen Partikel kleiner sind.
Der zehnte percentile Durchmesser D_10% ist der Durchmesser eines in dem keramischen Pulver enthaltenen Partikels, das schließlich integriert wird, indem man das Volumen jedes in dem keramischen Pulver enthaltenen keramischen Partikels in aufsteigender Ordnung integriert, bis der integrierte Wert 10% des Gesamtvolumens aller in dem keramischen Pulver enthaltenen Partikel erreicht. Mit anderen Worten ist es der Durchmesser eines keramischen Partikels, unter dem 10% (des Volumens) aller in dem keramischen Pulver enthaltenen Partikel kleiner ist.
Der 90ste percentile Durchmesser D_90% ist der Durchmesser eines in dem keramischen Pulver enthaltenen keramischen Partikels, das schließlich integriert wird, indem man das Volumen jedes in dem keramischen Pulver enthaltenen keramischen Partikels in aufsteigender Ordnung integriert, bis der integrierte Wert 90% des Gesamtvolumens aller in dem keramischen Pulver enthal tenen keramischen Partikel erreicht. Mit anderen Worten ist es der Durchmesser eines keramischen Partikels, unter dem 90% (des Volumens) aller in dem keramischen Pulver enthaltenen Partikel kleiner ist.
Der 50ste percentile Durchmesser D_50%, der 10te percentile Durchmesser D_10% und der 90ste percentile Durchmesser D_90% werden aus Daten von Messungen der Partikelgröße des keramischern Pulvers erhalten, die durch Einsatz eines Laser-Diffraktionsverfahrens erhalten werden.
Dieses Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist folgende Vorteile auf:
Bei der in 1 gezeigten Spritzpistole ist wegen der Zuführung von zusätzlichem Brennstoff zu der Flamme die Temperatur der Flamme höher als bei einer konventionellen Spritzpistole. Somit kann die Spritzpistole nach 1 in zufriedenstellender Weise sogar ein Spritzmaterial aufspritzen, das einen hohen Schmelzpunkt aufweist, wie zum Beispiel keramische Stoffe, die mit der herkömmlichen Spritzpistole nur schwierig aufgespritzt werden konnten.
Die Spritzbeschichtung, die durch ein keramisches Spritzen unter Verwendung einer in 1 gezeigten Spritzpistole aufgebracht wurde, weist Merkmale auf, die denen von keramisch gesinterten Produkten ähnlich sind und die – verglichen mit einer Spritzbeschichtung, die durch ein keramisches Spritzen mit einer herkömmlichen Plasma-Spritzpistole aufgebracht wurden – insbesondere eine gute Strapazierfähigkeit aufweisen. Die Hochgeschwindigkeits-Flammspritzpistole stößt das geschmolzene oder erweichte Spritzmaterial mit relativ hoher Geschwindigkeit aus und bringt das Spritzmaterial auf dem Substrat mit einer hohen Aufprallkraft auf. Somit ist die mittels der Hochgeschwindigkeits-Flammspritzpistole aufgebrachte Spritzbeschichtung dicht. Wegen dieser dichten Ausbildung kann erwartet werden. dass die Strapazierfähigkeit hoch ist.
Bei der in 1 dargestellen Flammspritzpistole wird das Spritzmaterial zu der Flamme geführt und strömt durch die Innenseite der zylindrischen Lufströmung 15 auf die Austrittsöffnung 13a zu. Somit wird das Spritzmaterial durch die Flamme in der zylindrischen Luftströmung 15 erweicht oder geschmolzen und dann ausgestoßen. Somit wird ein Anhaften oder eine Ablagerung des erweichten oder geschmolzenen Spritzmaterials auf der Innenfläche des zweiten Durch lasses 13 verhindert. Wenn das auf der Innenfläche des zweiten Durchlasses 13 abgelagerte Spritzmaterial abfällt und mit der Spritzbeschichtung vermischt wird, dann wird die Qualität der Spritzbeschichtung verringert. Das Phänomen der Vermischung des abgelagerten Spritzmaterials in der Spritzbeschichtung wird Spucken genannt. Da das Spucken im allgemeinen eher dann vorkommt. wenn die Temperatur der Flamme höher ist, wird normalerweise angenommen. dass das Spucken in der in 1 dargestellten Spritzpistole eher vorkommt, in der die Temperatur der Flamme – verglichen mit den herkömmlichen Hochgeschwindigkeits-Flammspritzpistolen – höher ist. Es wird jedoch in der in 1 dargestellten Spritzpistole das Vorkommen von Spucken wegen der oben geschilderten Einrichtung verhindert, bei der das Spritzmaterial in der zylindrischen Luftströmung 15 erweicht und geschmolzen und dann das erweichte oder geschmolzene Material ausgestoßen wird.
Bei der in 1 dargestellten Spritzpistole wird der in dem Abschnitt 19 zugeführte zusätzliche Brennstoff in dem Abschnitt des zweiten Durchlasses 13 zwischen den Spritzmaterial-Zuführabschnitten 17 und der Austrittsöffnung 13a eingeführt. Somit wird das in dem Spritzmaterial-Zuführabschnitt 17 eingespeiste Spritzmaterial durch die Flamme, die durch den an dem ZusatzbrennstoffZuführabschnitt 19 zugeführten zusätzlichen Brennstoff auf eine hohe Temperatur aufgeheizt wurde, sicher erweicht oder geschmolzen.
Wenn der Abstand zwischen dem Spritzmaterial-Zuführabschnitt 17 und der Zusatzbrennstoff-Zuführabschnitt 19 innerhalb 25 mm liegt, dann wird das Spritzmaterial durch die durch den zusätzlichen Brennstoff auf eine hohe Temperatur aufgeheizte Flamme wirksam erweicht oder geschmolzen. Wenn umgekehrt der Abstand zwischen dem Spritzmaterial-Zuführabschnitt 17 und dem ZusatzbrennstoffZuführabschnitt 19 25 mm übersteigt dann kann es sein, dass das Spritzmaterial der Flamme in ungünstiger Weise zugeführt wird. Das Spritzmaterial, das der Flamme in ungünstiger Weise zugeführt wird, wird ausgestoßen, ohne dass es ausreichend erweicht oder geschmolzen wurde. Dadurch verringert sich die Qualität der Spritzbeschichtung.
Wenn das keramische Pulver, bei dem der 50ste percentile Durchmesser D_50%, wenigstens 0,1 μm beträgt, unter Verwendung der in 1 gezeigten Spritzpistole aufgespritzt wird, dann erhält man auf sicherere Weise eine dichte keramische Spritzbeschichtung mit einer hohen Strapazierfähigkeit. Wenn der 50ste percentile Durchmesser D_50% des keramischen Pulvers wenigstens 0,5 μm beträgt, dann kann die oben erwähnte Wirkung verstärkt und ebenso weiter verstärkt werden, wenn er wenigstens 1 μm beträgt. Wenn andererseits keramisches Pulver aufgespritzt wird, in dem der 50ste percentile Durchmesser D_50% außerordentlich gering ist, dann wird es der Flamme in ungünstiger Weise zugeführt, so dass in der Konsequenz die Bildung der Spritzbeschichtung schwierig wird.
Wenn das keramische Pulver, in dem der 50ste percentile Durchmesser D_50% nicht mehr als 25 μm beträgt, unter Verwendung der in 1 dargestellten Spritzpistole aufgespritzt wird, dann kann auf sicherere Weise eine dichte keramische Spritzbeschichtung mit einer hohen Strapazierfähigkeit erhalten werden. Wenn der 50ste percentile Durchmesser D_50% des keramischen Pulvers nicht mehr als 15 μm beträgt, dann kann die oben erwähnte Wirkung verstärkt werden und ebenso weiter verstärkt werden, wenn er nicht mehr als 5 μm beträgt. Wenn andererseits das keramische Pulver aufgespritzt wird, in dem der 50ste percentile Durchmesser D_50% außerordentlich hoch ist, dann wird es nicht leicht geschmolzen oder erweicht, so dass in der Konsequenz die Spritzbeschichtung schwierig wird.
Wenn das keramische Pulver, in dem ein Wert, der durch Subtraktion eines 10ten percentilen Durchmessers D_10% von einem 90sten percentilen Durchmesser D_90% und durch Teilung mit dem 50sten percentilen Durchmesser D_50% erhalten wird, nicht mehr als 5,0 beträgt, und unter Verwendung der in 1 gezeigten Spritzpistole aufgespritzt wird, dann erhält man auf sicherere Weise eine dichte Spritzbeschichtung mit hoher Strapazierfähigkeit. Wenn der Wert des keramischen Pulvers nicht mehr als 2,5 beträgt, dann kann die oben erwähnte Wirkung verstärkt und ebenso weiter verstärkt werden, wenn er nicht mehr als 1,5 beträgt. Wenn andererseits keramisches Pulver aufgespritzt wird, in dem der Wert außerordentlich hoch ist, dann wird es der Flamme auf ungünstige Weise zugeführt und nicht leicht geschmolzen oder erweicht, so dass in der Konsequenz die Bildung einer Spritzbeschichtung schwierig wird.
Es sollte für den durchschnittlichen Fachmann klar sein, dass die vorliegende Erfindung in vielen anderen spezifischen Formen verwirklicht werden kann, ohne von dem Geist oder dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Es sollte insbesondere klar sein, dass die Erfindung in den folgenden Formen ausgeführt werden kann:
Der Zusatzbrennstoff-Zuführabschnitt 19 kann in dem Teil des zweiten Durchlasses 13 zwischen der Brennkammer 11 und der treppenförmigen Fläche 14 angeordnet sein anstatt in dem Teil des zweiten Durchlasses 13 zwischen der treppenförmigen Fläche 14 und der Austrittsöffnung 13a.
Der Zusatzbrennstoff-Zuführabschnitt 19 kann im dem Teil des zweiten Durchlasses 13 zwischen der Brennkammer 11 und dem Spritzmaterial-Zuführabschnitt 17 anstatt in dem Teil des zweiten Durchlasses 13 zwischen dem Spritzmaterial-Zuführabschnitt 17 und der Austrittsöffnung 13a angeordnet sein. Alternativ kann der Zusatzbrennstoff-Zuführabschnitt 19 in dem Teil des zweiten Durchlasses 13 zwischen der Brennkammer 11 und dem Spritzmaterial-Zuführabschnitt 17 zusätzlich zu dem Teil des zweiten Durchlasses 13 zwischen dem Spritzmaterial-Zuführabschnitt 17 und der Austrittsöffnung 13a angeordnet sein.
Die Spritzöffnungen 16 können weggelassen werden.
Die Anzahl der Spritzmaterial-Zuführabschnitte 17 kann eins, drei oder mehr betragen.
Die Anzahl der Zusatzbrennstoff-Zuführabschnitte 19 kann ein, drei oder mehr betragen.
Der durch den ersten Durchlass 12 der Brennkammer zugeführte Sauerstoff kann durch Luft ersetzt werden. Das heißt, dass die in 1 dargestellte Spritzpistole das Spritzmaterial durch eine Flamme hoher Temperatur und hohen Druckes erweichen oder schmelzen kann, die durch Verbrennung des Brennstoffs mit Luft anstelle einer Verbrennung von Brennstoff mit Sauerstoff entsteht und das erweichte oder geschmolzene Material ausstoßen kann.
Die in 1 gezeigte Spritzpistole kann auch dann eingesetzt werden wenn ein anderes Spritzmaterial als keramisches Pulver eingesetzt wird.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung mit Hilfe von Beispielen und Vergleichsbeispielen noch genauer erläutert.
In jedem der Beispiele 1 bis 36 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 6 werden keramische Pulver auf einen Gegenstand gespritzt, der aus einer SS400 Stahlplatte besteht, um eine keramische Spritzbeschichtung zu bilden, die eine Dicke von 100 μm aufweist. Details über Spritzpistolen und keramische Pulver, die in den Beispielen und den Vergleichsbeispielen eingesetzt werden, sind in Tabelle 1 und 2 gezeigt.
In jedem Beispiel wurde die Dicke einer in einem Zug aufgebrachten Beschichtung gemessen. Eine Dicke von wenigstens 10 μm wurde als ⊙ bewertet, eine Dicke von wenigstens 7 μm bis weniger als 10 μm wurde als 0 bewertet, eine Dicke von wenigstens 5 μm bis weniger als 7 μm wurde als ∆ bewertet eine Dicke von wenigstens 3 μm bis weniger als 5 μm wurde als
bewertet und eine Dicke von weniger als 3 μm wurde als x bewertet. Die Ergebnisse sind in den Abschnitten „Wirksamkeit der Beschichtung" in Tabelle 1 und 2 angegeben.
Um die Strapazierfähigkeit der Spritzbeschichtung in jedem Beispiel zu bewerten, wurde die Spritzbeschichtung einer Abnutzungsprüfung gemäß JIS H8682-1 unterworfen. Diese wird unter Einsatz der SUGA Abnutzungsprüf- einrichtung durchgeführt, wobei die Oberfläche der Spritzbeschichtung mit Schleifpapier (SiC#240) unter einer Belastung von 2 kg geschliffen wurde. Ein Abriebvolumen von weniger als 0,4 mal eines Abriebvolumens bei einem ähnlichen Test mit einer SS400 Stahlplatte wurde als ⌾ bewertet, ein Abriebvolumen von wenigstens 0,4 mal bis weniger als 0.6 mal wurde als ❍ bewertet. ein Abriebvolumen von wenigstens 0.6 mal bis weniger als 0.8 mal wurde als ∆ bewertet, ein Abriebvolumen von wenigstens 0.8 mal bis weniger als 1.0 mal wurde als
bewertet und ein Abnutzungsvolumen von wenigstens 1.0 mal wurde als x bewertet. Die Ergebnisse sind in den Spalten „Strapazierfähigkeit" der Tabellen 1 und 2 aufgeführt.
Um die Dichte der Spritzbeschichtung zu bewerten, die man bei jedem Beispiel erhalten hat, wurde die Porosität eines Abschnitts der Spritzbeschichtung unter Verwendung der Bilderkennungs- und verarbeitungsvorrichtung „NSFJ1-A der Firma N-Support Corp gemessen. Eine gemessene Porosität von weniger als 3% wurde als ⌾ bewertet eine Porosität von wenigstens 3% bis weniger als 5% wurde als ❍ bewertet, eine Porosität von wenigstens 5% bis weniger als 7% wurde als ∆ bewertet eine Porosität von 7% bis weniger als 10% wurde als
bewertet und eine Porosität von wenigstens 10% wurde als x bewertet. Die Ergebnisse sind in den Spalten „Dichte" in den Tabellen 1 und 2 aufgeführt.
Die Werte des 50sten percentilen Durchmessers D_50%, des 90sten percentilen Durchmessers D_90% und des 10ten percentilen Durchmessers D_10% des keramischen Pulvers sind in den Tabellen 1 und 2 aufgeführt und wurden unter Verwendung einer Laserbeugungs-/streuungseinrichtung zur Messung von Partikeldurchmessern „LA-300" der Firma Horiba Ltd. gemessen. Ein numerischer Wert, der in den Spalten „Lage des Zusatzbrennstoff-Zuführabschnitts" aufgeführt ist, zeigt den Abstand zwischen dem Spritzmaterial-Zuführabschnitt und dem Zusatzbrennstoff-Zuführabschnitt an. Falls der Zusatzbrennstoff-Zuführabschnitt weiter als der Spritzmaterial-Zuführabschnitt auf der stromabwärts gerichteten Seite des zweiten Durchlasses gelegen ist, dann ist das durch einen positiven Wert dargestellt. Falls der Zusatzbrennstoff- Zuführabschnitt weiter als der Spritzmaterial-Zuführabschnitt auf der stromaufwärts gerichteten Seite des zweiten Durchlasses liegt, dann ist dies durch einen negativen Wert dargestellt. In der Spalte „Spritzmaschinentyp" bezeichnet „A" eine Spritzmaschine, in der zwei Zusatzbrennstoff-Zuführeinrichtungen in einer Hochgeschwindigkeits-Flammspritzmaschine vom Typ „Θ-Gun" der Firma WHITO JAPAN angeordnet sind, „B" bezeichnet eine Hochgeschwindigkeits-Flammspritzmaschine vom Typ „Θ-Gun" der Firma WHITO Japan und „C" bezeichnet eine Hochgeschwindigkeits-Flammspritzmaschine vom Typ „JP-5000" der Firma PRAXAIR TAFA Corp und D bezeichnet eine Plasma-Spritzmaschine „SG100" der Firma PRAXAIR Corp. Diese Spritzmaschinen werden unter den folgenden Bedingungen eingesetzt:
„Θ-Gun" ausgestattet mit den ZusatzbrennstoffZuführabschnitten:

SauerstoffDurchflussmenge: 1900 scfh (803 mL/ min)
Kerosin-Durchflussmenge: 5,1 gph (0,32 L/min)
Innendurchmesser des Verbindungsrohres des Zusatzbrennstoff-Zuführabschnitts: 2 mm
Spritzabstand: 150 mm
Bewegungsgeschwindigkeit der Spritzpistole: 750 mm
Abstandsbreite: 6,0 mm
Menge des zugeführten keramischen Pulvers: 30 g/min

„Θ-Gun"

Sauerstoff-Durchflussmenge: 1900 scfh (893 mL/min)
Kerosin- Durchflussmenge: 5,1 gph (0,32 L/min)
Spritzabstand: 150 min
Bewegungsgeschwindigkeit der Spritzpistole: 750 mm
Abstandsbreite: 6.00 mm
Menge des zugeführten keramischen Pulvers: 30 g/min

„JP-5000"

Sauerstoff-Durchflussmenge: 1900 scfh (893 mL/min)
Kerosin- Durchflussmenge: 5,1 gph (0,32 L/min)
Spritzabstand: 380 min
Düsenlänge: 4 inches (ungefähr- 100 mm)
Bewegungsgeschwindigkeit der Spritzpistole: 750 mm
Abstandsbreite: 6.00 mm
Menge des zugeführten keramischen Pulvers: 30 g/min

„SG-100"

Gasdruck des Argons: 65 psi (45 MPa)
Gasdruck des Heliums: 100 psi (69 MPa)
Spritzabstand: 100 mm
Bewegungsgeschwindigkeit der Spritzpistole: 750 mm
Abstandsbreite: 6,0 mm
Menge des zugeführten keramischen Pulvers: 30 g/min

Tabelle 1
Tabelle 2
Wie in den Tabellen 1 und 2 gezeigt wurde, wurden in den Beispielen 1 bis 36 Spritzbeschichtungen hergestellt, bei denen die mit einem zusätzlichen Zusatzbrennstoff-Zuführabschnitt ausgerüstete Hochgeschwindigkeits-Flammspritzpistole eingesetzt wurde; während fast keine Spritzbeschichtung in den Vergleichsbeispielen 1, 2, 4 und 5 ausgebildet wurde. bei denen eine Hochgeschwindigkeits-Flammspritzpistole eingesetzt wurde, bei der der Zusatzbrennstoff-Zuführabschnitt fehlte. Die in den Beispielen 1 bis 36 erzielten Spritzbeschichtungen hatten eine höhere Dichte und eine höhere Strapazierfähigkeit verglichen mit den Spritzbeschichtungen, die in den Vergleichsbeispielen 3 und 6 unter Verwendung einer Plasmaspritzpistole erzielt wurden.

Claims

Thermische Spritzpistole, mit: einer Brennkammer (11) zur Erzeugung einer Flamme; einem Durchlass (13), der mit der Brennkammer (11) kommuniziert, wobei der Durchlass (13) eine Austrittsöffnung (13a) besitzt und die in der Brennkammer (11) erzeugte Flamme aus der Austrittsöffnung (13) durch den Durchlass (13) zur Außenseite der thermischen Spritzpistole ausgestoßen wird; und mit einem Spritzmaterial-Zuführabschnitt (17), der in dem Durchlass (13) zum Zuführen eines Spritzmaterials zu der durch den Durchlass (13) tretenden Flamme derart angeordnet ist, dass das Spritzmaterial durch die Flamme erweicht oder geschmolzen werden kann; gekennzeichnet durch einen Zusatzbrennstoff-Zuführabschnitt (19), der in dem Durchlass (13) beabstandet von dem Spritzmaterial-Zuführabschnitt (17) zum Zuführen von zusätzlichem Kraftstoff zu der durch den Durchlass (13) tretenden Flamme zur Erhöhung einer Temperatur der Flamme angeordnet ist.
Pistole nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Spritzöffnung (16), die in einem Abschnitt des Durchlasses (13) zwischen der Brennkammer (11) und dem Spritzmaterial-Zuführabschnitt (17) angeordnet ist, wobei eine zylindrische Luftströmung (15) aus der Spritzöffnung (16) gespritzt wird, wobei wenigstens ein Abschnitt der in der Brennkammer (11) erzeugten Flamme durch das Innere der zylindrischen Luftströmung (15) von der Austrittsöffnung (13a) ausgestoßen wird, und wobei das von dem Spritzmaterial-Zuführabschnitt (17) zugeführte Spritzmaterial durch die Flamme im Inneren der zylindrischen Luftströmung (15) erweicht oder geschmolzen und herausgestrahlt wird.
Pistole nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzbrennstoff-Zuführabschnitt (19) in einem Abschnitt des Durchlasses (13) zwischen dem Spritzmaterial-Zuführabschnitt (17) und der Austrittsöffnung (13a) angeordnet ist.
Pistole nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzmaterial ein keramisches Pulver ist.
Thermisches Spritzverfahren unter Verwendung einer thermischen Spritzpistole, bestehend aus: einem Verfahrensschritt, bei dem eine Flamme in einer Brennkammer (11) erzeugt wird, die in der thermischen Spritzpistole angeordnet ist, wobei die erzeugte Flamme in einen Durchlass (13) geschickt wird, der mit der Brennkammer (11) kommuniziert und eine Austrittsöffnung (13a) besitzt, wobei die Flamme dann aus der Austrittsöffnung (13a) zur Außenseite der thermischen Spritzpistole ausgestoßen wird: und einem Verfahrensschritt, bei dem ein Spritzmaterial der durch den Durchlass (13) tretenden Flamme derart zugeführt wird, dass das Spritzmaterial durch die Flamme erweicht oder geschmolzen und ausgestrahlt werden kann; gekennzeichnet durch: einen Verfahrensschritt, bei dem zusätzlicher Brennstoff, der durch den Durchlass (13) tretenden Flamme zur Erhöhung einer Temperatur der Flamme zugeführt wird, wobei das Zuführen zusätzlichen Brennstoffs zu der durch den Durchlass (13) tretenden Flamme getrennt von dem Zuführen eines Spritzmaterials zu der durch den Durchlass (13) tretenden Flamme vorgenommen wird.
Thermisches Spritzverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Flamme, die in der Brennkammer (11) erzeugt wird, durch das Innere einer zylindrischen Lufströmung (16) ausgestoßen wird, welche aus der thermischen Spritzpistole durch die Austrittsöffnung (13a) ausgestoßen wird, und dass das Spritzmaterial, das der durch den Durchlass (13) tretenden Flamme zugeführt wird, durch die Flamme im Inneren der zylindrischen Luftströmung (15) erweicht oder geschmolzen und herausgestrahlt wird.
Thermisches Spritzverfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Brennstoff der durch den Durchlass (13) tretenden Flamme zugeführt wird, zu der das Spritzmaterial zugeführt worden ist.
Thermisches Spritzverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzmaterial ein keramisches Pulver ist.
Thermisches Spritzverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein 50%-Teilchendurchmesser D_50% des keramischen Pulvers nicht mehr als 25 μm beträgt.
Thermisches Spritzverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wert, der sich durch Subtrahieren eines 10%-Durchmessers D_10% des keramischen Pulvers von einem 90%-Durchmesser D_90% des keramischen Pulvers und deren Teilung durch ein 50%-Durchmesser D_50% des keramischen Pulvers ergibt, nicht mehr als 5,0 beträgt.
Thermisches Spritzverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuführgeschwindigkeit des der Flamme zugeführten Zusatzbrennstoffs wenigstens 10 L/min beträgt.