EP1955775A1 - Air cap for high speed flame spraying and its use - Google Patents

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EP1955775A1
EP1955775A1 EP07005942A EP07005942A EP1955775A1 EP 1955775 A1 EP1955775 A1 EP 1955775A1 EP 07005942 A EP07005942 A EP 07005942A EP 07005942 A EP07005942 A EP 07005942A EP 1955775 A1 EP1955775 A1 EP 1955775A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
air cap
chamber
spraying
nozzle
air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07005942A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Heinrich
Werner Krömmer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Publication of EP1955775A1 publication Critical patent/EP1955775A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/16—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed
    • B05B7/20—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed by flame or combustion
    • B05B7/201—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed by flame or combustion downstream of the nozzle
    • B05B7/203—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed by flame or combustion downstream of the nozzle the material to be sprayed having originally the shape of a wire, rod or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/16—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed
    • B05B7/20—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed by flame or combustion
    • B05B7/201—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed by flame or combustion downstream of the nozzle
    • B05B7/205—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed by flame or combustion downstream of the nozzle the material to be sprayed being originally a particulate material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/129—Flame spraying

Definitions

  • the present invention relates to an air cap according to the preamble of claim 1.
  • High-speed flame spraying has become increasingly important over the past two decades.
  • the particular advantage of high-speed flame spraying is that the spray material, for example at least one layer material, is heated to a lesser degree and is spun onto the parts to be coated at a significantly higher speed than during flame spraying, arc spraying or plasma spraying. This provides advantages for many sprayed materials and applications with regard to the properties of the sprayed-on layer or of the sprayed-on layers.
  • combustion occurs at a pressure of about 0.3 megapascals to about 0.5 megapascals, or from about 0.5 megapascals to about 1.5 megapascals.
  • the flame jet reaches its high speed through expansion.
  • the expansion can take place at the outlet of a nozzle of the spray gun or directly behind the high-pressure combustion chamber of the nozzle of the spray gun.
  • the spray material reaches speeds in the range of about four hundred meters per second to about 600 meters per second.
  • an air cap is used.
  • the air cap body in the air cap chamber facing region is shaped so that the air cap body acts like a nozzle;
  • the air cap has at least one convergent in the flow direction of the flame jet section which constricts the flame jet to increase the flame jet velocity or the gas velocity of the combustion gases (fuel gas and oxygen or kerosene and oxygen).
  • the air cap is thus the element of a nozzle, through the form of the nozzle effect achieved and the burning gas is accelerated.
  • the air cap either after the convergent section at least one divergent in the flow direction of the flame jet section, or the expansion takes place at the exit of the flame jet from the air cap.
  • air caps for HVOF burners are made of aluminum. As the thermal load on the air cap increases with increasing HVOF burner performance and with increasing flame jet temperature, conventional air caps reduce the HVOF process by causing the aluminum air cap to soften and melt.
  • the maximum flame jet temperature that can be used for high-speed flame spraying as well as the maximum loadable power are thus limited by the relatively low thermal load capacity of the aluminum air cap.
  • the thermal load capacity of aluminum air caps is exceeded when ethene is used as fuel gas in high-speed flame spraying.
  • the present invention has the object, an air cap of the type mentioned in such a way that the air cap even at higher flame jet temperature, for example at a flame jet temperature above about 660 degrees Celsius, does not melt.
  • the present invention is based on producing a per se known air cap at least in the air cap chamber facing portion of the air cap body of at least one material, in particular of at least one material that is thermally resilient than aluminum. This reduces the wear of the air cap and thus improves the economy of the high speed flame spraying process.
  • the air cap of the invention also makes it possible to make the high-speed flame spraying process more efficient.
  • fuel gases or fuels can be used, the use of which was not or only to a limited extent possible.
  • fuel gases are, for example, propane, propylene, hydrogen, ethene and acetylene or the fuel kerosene.
  • the melting point of the material is above the melting point of aluminum, in particular above about 660 degrees Celsius or above about 933 Kelvin.
  • the material may, for example, essentially be formed from copper and / or essentially from brass and / or substantially from at least one copper-brass alloy.
  • contact area at least one region (hereinafter referred to as contact area) of the air cap body, in particular the inside of the air cap body region of the air cap body, substantially of at least one mechanically stronger material than aluminum, for example substantially at least one hard metal or substantially of silicon carbide.
  • the more wear-resistant material may be formed in the form of at least one insert.
  • This embodiment in which, for example, at least one cemented carbide insert or at least one silicon carbide insert is introduced into the air cap body formed, for example, as a shell, essentially made of copper and / or substantially of brass and / or essentially of at least one copper-brass alloy the advantage of a very simple feasibility and thus a cost-effective manufacturability.
  • the insert is detachably connected to the air cap body.
  • the use can be replaced in case of wear.
  • At least the region of the air cap body facing the air cap chamber can be formed substantially from a material or material mixture that is both thermally stronger and more wear-resistant than aluminum.
  • a material which combines both of the aforementioned properties, is for example silicon carbide.
  • the present invention further relates to a nozzle for high-speed flame spraying, comprising at least one air cap according to the kind set forth above.
  • the present invention relates to a high-speed flame spray burner (HVOF burner), for example a conventional HVOF burner, with at least one nozzle of the kind set forth above.
  • HVOF burner corresponds, for example, to the model DJ Diamond Jet, DJ Diamond Jet St or DJ Diamond Jet 1000.
  • the present invention relates to the use of at least one air cap of the type set forth above in a high-speed flame spray burner according to the manner set forth above for coating at least one material having a high melting temperature, for example for coating ceramics.
  • FIG. 1 illustrated first embodiment of the present invention shows an air cap 100 with an air cap body 10 limited by an air cap chamber 20 through which a high-speed flame spraying (H [igh] V [elocity] O [xy-Fuel] F [lame Spraying]).
  • the body 10 of this air cap 100 is essentially formed of at least one material that is thermally more resilient than aluminum, namely copper and / or brass and / or at least one copper-brass alloy.
  • the air cap 100 has at least one divergent section of characteristic length adjoining the convergent section in the flow direction.
  • a Laval nozzle further has a characteristic ratio of the outlet cross section to the narrowest cross section, wherein the narrowest cross section of the Laval nozzle is referred to as nozzle throat.
  • the air cap 100 For supplying spray material 40 and of air, fuel gas and oxygen into the air cap chamber 20, the air cap 100 has an inlet opening 30.
  • the powder tube 240' of the nozzle 200 is formed shorter and ends in the region of the air cap chamber 20 '.
  • this contact area 14 ' is essentially formed of at least one hard metal, namely a sintered carbide hard metal.
  • the air cap body 10 'of the air cap 100' is, as in the air cap 100 off Fig. 1 , formed essentially of copper and / or substantially of brass and / or substantially of at least one copper-brass alloy.

Abstract

The cap (100) has an air cap chamber (20) narrowed by an air cap body (10), where a flame jet (50) produced by high velocity oxy-fuel flame spraying is conducted via the chamber. A region (12) of the body facing the chamber is made of a material e.g. brass, copper, or copper-brass alloy, that is thermally resilient than aluminum and have a melting point over 660 degrees Celsius. An inlet (30) supplies a spraying material (40) into the chamber, where a region of the body that is in contact with the spraying material is made of a wear-resistant material e.g. hard metal or silicon carbide. An independent claim is also included for a nozzle with a supplying device for supplying gases in an air cap chamber.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftkappe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to an air cap according to the preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Es ist bekannt, Beschichtungen mittels thermischen Spritzens auf Werkstoffe unterschiedlichster Art aufzubringen. Bekannte Verfahren hierfür sind beispielsweise das Flammspritzen, das Lichtbogenspritzen, das Plasmaspritzen oder das Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen (H[igh]V[elocity]O[xy-Fuel]F[lame Spraying]).It is known to apply coatings by thermal spraying on materials of various kinds. Known methods for this are, for example, flame spraying, arc spraying, plasma spraying or high-speed flame spraying (H [igh] V [elocity] O [xy-Fuel] F [lame Spraying]).

Hierbei hat das Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen in den letzten beiden Jahrzehnten zunehmend an Bedeutung gewonnen. Der besondere Vorteil des Hochgeschwindigkeits-Flammspritzens besteht darin, dass das Spritzmaterial, beispielsweise mindestens ein Schichtwerkstoff, weniger stark erwärmt wird und mit deutlich höherer Geschwindigkeit auf die zu beschichtenden Teile aufgeschleudert wird als beim Flammspritzen, beim Lichtbogenspritzen oder beim Plasmaspritzen. Dies bringt für viele Spritzmaterialien und Anwendungen Vorteile in Bezug auf die Eigenschaften der aufgespritzten Schicht bzw. der aufgespritzten Schichten.High-speed flame spraying has become increasingly important over the past two decades. The particular advantage of high-speed flame spraying is that the spray material, for example at least one layer material, is heated to a lesser degree and is spun onto the parts to be coated at a significantly higher speed than during flame spraying, arc spraying or plasma spraying. This provides advantages for many sprayed materials and applications with regard to the properties of the sprayed-on layer or of the sprayed-on layers.

Beim Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen wird durch Verbrennung unter hohem Druck mindestens ein über zweitausend Meter pro Sekunde schneller Flammstrahl erzeugt, und das Spritzmaterial, beispielsweise mindestens ein Vorschubdraht oder Spritzpartikel bzw. Spritzpulver, wird in diesen Flammstrahl injiziert. Zur Erzeugung des Flammstrahls werden

  • mindestens ein Brenngas und Sauerstoff oder
  • Kerosin und Sauerstoff
in mindestens eine Hochdruckbrennkammer einer Spritzpistole geleitet. Die Hochdruckbrennkammer kann beispielsweise durch den Düsenkörper der Spritzpistole gebildet werden.In high-velocity flame spraying, at least one flame jet over two thousand meters per second is produced by combustion under high pressure, and the spray material, for example at least one feed wire or spray particles, is injected into this flame jet. To generate the flame jet
  • at least one fuel gas and oxygen or
  • Kerosene and oxygen
passed into at least one high-pressure combustion chamber of a spray gun. The high-pressure combustion chamber can, for example, through the nozzle body of the spray gun be formed.

In der Hochdruckbrennkammer findet die Verbrennung bei einem Druck von etwa 0,3 Megapascal bis etwa 0,5 Megapascal bzw. von etwa 0,5 Megapascal bis etwa 1,5 Megapascal statt. Der Flammstrahl erreicht seine hohe Geschwindigkeit durch Expansion. Hierbei kann die Expansion am Ausgang einer Düse der Spritzpistole oder direkt hinter der Hochdruckbrennkammer der Düse der Spritzpistole erfolgen. Das Spritzmaterial erreicht dabei Geschwindigkeiten im Bereich von etwa vierhundert Meter pro Sekunde bis etwa 600 Meter pro Sekunde.In the high pressure combustion chamber, combustion occurs at a pressure of about 0.3 megapascals to about 0.5 megapascals, or from about 0.5 megapascals to about 1.5 megapascals. The flame jet reaches its high speed through expansion. In this case, the expansion can take place at the outlet of a nozzle of the spray gun or directly behind the high-pressure combustion chamber of the nozzle of the spray gun. The spray material reaches speeds in the range of about four hundred meters per second to about 600 meters per second.

Zur Beschleunigung des Flammstrahls wird beispielsweise eine Luftkappe eingesetzt. Dabei ist der Luftkappenkörper im der Luftkappenkammer zugewandten Bereich so geformt, dass der Luftkappenkörper nach Art einer Düse wirkt; insbesondere weist die Luftkappe mindestens einen in Stromrichtung des Flammstrahls konvergenten Abschnitt auf, der den Flammstrahl einschnürt, um die Flammstrahlgeschwindigkeit bzw. die Gasgeschwindigkeit der Verbrennungsgase (Brenngas und Sauerstoff bzw. Kerosin und Sauerstoff) zu erhöhen.To accelerate the flame jet, for example, an air cap is used. In this case, the air cap body in the air cap chamber facing region is shaped so that the air cap body acts like a nozzle; In particular, the air cap has at least one convergent in the flow direction of the flame jet section which constricts the flame jet to increase the flame jet velocity or the gas velocity of the combustion gases (fuel gas and oxygen or kerosene and oxygen).

Die Luftkappe ist somit das Element einer Düse, durch dessen Form die Düsenwirkung erreicht und das brennde Gas beschleunigt wird. Zur Expansion weist die Luftkappe entweder im Anschluss an den konvergenten Abschnitt mindestens einen in Stromrichtung des Flammstrahls divergenten Abschnitt auf, oder die Expansion erfolgt beim Austritt des Flammstrahls aus der Luftkappe.The air cap is thus the element of a nozzle, through the form of the nozzle effect achieved and the burning gas is accelerated. For expansion, the air cap either after the convergent section at least one divergent in the flow direction of the flame jet section, or the expansion takes place at the exit of the flame jet from the air cap.

Eine Düsenanordnung mit einer Luftkappe zum Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen (HVOF = High Velocity Oxy-Fuel Flame Spraying) ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 103 07 492 A1 bekannt.A nozzle assembly with an air cap for high-speed flame spraying (HVOF = High Velocity Oxy-Fuel Flame Spraying) is for example from the document DE 103 07 492 A1 known.

Üblicherweise sind Luftkappen für HVOF-Brenner aus Aluminium. Da die thermische Belastung der Luftkappe mit zunehmender Leistung des HVOF-Brenners sowie mit zunehmender Flammstrahltemperatur steigt, wird bei Verwendung konventioneller Luftkappen der HVOF-Prozess dadurch begrenzt, dass die Aluminiumluftkappe zu erweichen und zu schmelzen beginnt.Usually, air caps for HVOF burners are made of aluminum. As the thermal load on the air cap increases with increasing HVOF burner performance and with increasing flame jet temperature, conventional air caps reduce the HVOF process by causing the aluminum air cap to soften and melt.

Die beim Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen einsetzbare maximale Flammstrahltemperatur sowie die maximal anlegbare Leistung werden somit durch die relativ geringe thermische Belastbarkeit der Aluminiumluftkappe limitiert. Beispielsweise wird die thermische Belastbarkeit von Aluminiumluftkappen überschritten, wenn beim Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen Ethen als Brenngas eingesetzt wird.The maximum flame jet temperature that can be used for high-speed flame spraying as well as the maximum loadable power are thus limited by the relatively low thermal load capacity of the aluminum air cap. For example, the thermal load capacity of aluminum air caps is exceeded when ethene is used as fuel gas in high-speed flame spraying.

Darstellung der vorliegenden Erfindung: Aufgabe, Lösung, VorteilePresentation of the present invention: object, solution, advantages

Ausgehend von den vorstehend dargelegten Nachteilen und Unzulänglichkeiten sowie unter Würdigung des umrissenen Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Luftkappe der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass die Luftkappe auch bei höherer Flammstrahltemperatur, beispielsweise bei einer Flammstrahltemperatur oberhalb von etwa 660 Grad Celsius, nicht schmilzt.Based on the disadvantages and inadequacies set out above and in appreciation of the outlined prior art, the present invention has the object, an air cap of the type mentioned in such a way that the air cap even at higher flame jet temperature, for example at a flame jet temperature above about 660 degrees Celsius, does not melt.

Diese Aufgabe wird durch eine Luftkappe mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen gekennzeichnet.This object is achieved by an air cap with the features specified in claim 1. Advantageous embodiments and expedient developments of the present invention are characterized in the respective subclaims.

Mithin basiert die vorliegende Erfindung darauf, eine an sich bekannte Luftkappe zumindest im der Luftkappenkammer zugewandten Bereich des Luftkappenkörpers aus mindestens einem Material, insbesondere aus mindestens einem Werkstoff, zu fertigen, der thermisch belastbarer als Aluminium ist. Dies verringert den Verschleiß der Luftkappe und verbessert folglich die Wirtschaftlichkeit des Hochgeschwindigkeits-Flammspritz-Prozesses.Thus, the present invention is based on producing a per se known air cap at least in the air cap chamber facing portion of the air cap body of at least one material, in particular of at least one material that is thermally resilient than aluminum. This reduces the wear of the air cap and thus improves the economy of the high speed flame spraying process.

Die erfindungsgemäße Luftkappe ermöglicht es ferner, den Hochgeschwindigkeits-Flammspritz-Prozess effizienter zu gestaltet. Beispielsweise können bei Verwendung der erfindungesgemäßen Luftkappe zum Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen Brenngase bzw. Brennstoffe eingesetzt werden, deren Einsatz bisher nicht oder nur begrenzt möglich war. Derartige Brenngase sind beispielsweise Propan, Propylen, Wasserstoff, Ethen und Acetylen bzw. der Brennstoff Kerosin.The air cap of the invention also makes it possible to make the high-speed flame spraying process more efficient. For example, when using the erfindungesgemäßen air cap for high-speed flame spraying fuel gases or fuels can be used, the use of which was not or only to a limited extent possible. Such fuel gases are, for example, propane, propylene, hydrogen, ethene and acetylene or the fuel kerosene.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt der Schmelzpunkt des Materials über dem Schmelzpunkt von Aluminium, insbesondere über etwa 660 Grad Celsius oder über etwa 933 Kelvin.According to an advantageous embodiment of the present invention, the melting point of the material is above the melting point of aluminum, in particular above about 660 degrees Celsius or above about 933 Kelvin.

Das Material kann beispielsweise im Wesentlichen aus Kupfer und/oder im Wesentlichen aus Messing und/oder im Wesentlichen aus mindestens einer Kupfer-Messing-Legierung gebildet sein.The material may, for example, essentially be formed from copper and / or essentially from brass and / or substantially from at least one copper-brass alloy.

Hierbei ist auch denkbar, mindestens einen mit Spritzmaterial in Kontakt gelangenden Bereich (nachfolgend Kontaktbereich genannt) des Luftkappenkörpers, insbesondere die Innenseite des der Luftkappenkammer zugewandten Bereichs des Luftkappenkörpers, im Wesentlichen aus mindestens einem mechanisch belastbareren Material als Aluminium, beispielsweise im Wesentlichen aus mindestens einem Hartmetall oder im Wesentlichen aus Siliciumcarbid, zu bilden.In this case, it is also conceivable to arrange at least one region (hereinafter referred to as contact area) of the air cap body, in particular the inside of the air cap body region of the air cap body, substantially of at least one mechanically stronger material than aluminum, for example substantially at least one hard metal or substantially of silicon carbide.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung kann das verschleißfestere Material in Form mindestens eines Einsatzes ausgebildet sein. Diese Ausgestaltung, bei der beispielsweise mindestens ein Hartmetalleinsatz oder mindestens ein Siliciumcarbideinsatz in den beispielsweise als Hülle ausgestalteten, im Wesentlichen aus Kupfer und/oder im Wesentlichen aus Messing und/oder im Wesentlichen aus mindestens einer Kupfer-Messing-Legierung gebildeten Luftkappenkörper eingebracht wird, bietet den Vorteil einer sehr einfachen Realisierbarkeit und somit einer kostengünstigen Herstellbarkeit.According to an advantageous embodiment of the present invention, the more wear-resistant material may be formed in the form of at least one insert. This embodiment, in which, for example, at least one cemented carbide insert or at least one silicon carbide insert is introduced into the air cap body formed, for example, as a shell, essentially made of copper and / or substantially of brass and / or essentially of at least one copper-brass alloy the advantage of a very simple feasibility and thus a cost-effective manufacturability.

Zweckmäßigerweise ist der Einsatz lösbar mit dem Luftkappenkörper verbunden. So kann der Einsatz bei Verschleiß ausgewechselt werden.Conveniently, the insert is detachably connected to the air cap body. Thus, the use can be replaced in case of wear.

Ferner ist es möglich, den Kontaktbereich des Luftkappenkörpers mit dem Material, das mechanisch belastbarer als Aluminium ist, zu beschichten.Furthermore, it is possible to coat the contact area of the air cap body with the material that is more mechanically resistant than aluminum.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Luftkappe im der Luftkappenkammer zugewandten Bereich des Luftkappenkörpers mindestens zwei Materalien auf, nämlich

  • das Material, das thermisch belastbarer als Aluminium ist, und
  • in den Bereichen, in denen Kontakt mit Spritzmaterial möglich ist, das Material, das mechanisch belastbarer als Aluminium ist,
wobei sich das thermisch belastbarere Material vom mechanisch belastbareren Material unterscheidet. Beispielsweise kann der Körper der Luftkappe im Wesentlichen aus Kupfer und/oder im Wesentlichen aus Messing und/oder im Wesentlichen aus mindestens einer Kupfer-Messing-Legierung sein, wohingegen der Kontaktbereich des Luftkappenkörpers im Wesentlichen aus Hartmetall und/oder im Wesentlichen aus Siliciumcarbid gebildet sein kann.In a further advantageous embodiment of the present invention, the air cap in the region of the air cap body facing the air cap chamber has at least two materials, viz
  • the material that is thermally stronger than aluminum, and
  • in areas where contact with spray material is possible, the material that is more mechanically resistant than aluminum,
wherein the thermally stronger material differs from the mechanically stronger material. For example, the body of the air cap may consist essentially of copper and / or substantially brass and / or substantially at least a copper-brass alloy, whereas the contact area of the air cap body may be formed substantially of cemented carbide and / or substantially of silicon carbide.

Alternativ hierzu kann zumindest der der Luftkappenkammer zugewandte Bereich des Luftkappenkörpers im Wesentlichen aus einem im Vergleich zu Aluminum sowohl thermisch belastbareren als auch verschleißfesteren Material bzw. Materialgemisch gebildet sein. Ein derartiges Material, das beide vorgenannten Eigenschaften vereinigt, ist beispielsweise Siliciumcarbid.Alternatively, at least the region of the air cap body facing the air cap chamber can be formed substantially from a material or material mixture that is both thermally stronger and more wear-resistant than aluminum. Such a material, which combines both of the aforementioned properties, is for example silicon carbide.

Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren eine Düse zum Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen, aufweisend mindestens eine Luftkappe gemäß der vorstehend dargelegten Art.The present invention further relates to a nozzle for high-speed flame spraying, comprising at least one air cap according to the kind set forth above.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung kann die Düse mindestens eine Zufuhreinrichtung zum Zuführen mindestens eines Gases in die Luftkappenkammer aufweisen, wobei diese Zufuhreinrichtung mindestens ein zum Zuführen von Sauerstoff und/oder von Druckluft und/oder von mindestens einem Brenngas, insbesondere

  • von Propan und/oder
  • von Propylen und/oder
  • von Wasserstoff und/oder
  • von Ethen und/oder
  • von Acetylen und/oder
  • von Kerosin,
ausgebildeter Gasströmungskanal sein kann.According to an advantageous embodiment of the present invention, the nozzle may have at least one supply device for supplying at least one gas into the air cap chamber, said supply device being at least one for supplying oxygen and / or compressed air and / or at least one fuel gas, in particular
  • of propane and / or
  • of propylene and / or
  • of hydrogen and / or
  • of ethene and / or
  • of acetylene and / or
  • of kerosene,
may be formed gas flow channel.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Hochgeschwindigkeits-Flammspritzbrenner (HVOF-Brenner), beispielsweise einen konventionellen HVOF-Brenner, mit mindestens einer Düse der vorstehend dargelegten Art. Vorteilhafterweise entspricht der HVOF-Brenner beispielsweise dem Modell DJ Diamond Jet, DJ Diamond Jet St oder DJ Diamond Jet 1000.Furthermore, the present invention relates to a high-speed flame spray burner (HVOF burner), for example a conventional HVOF burner, with at least one nozzle of the kind set forth above. Advantageously, the HVOF burner corresponds, for example, to the model DJ Diamond Jet, DJ Diamond Jet St or DJ Diamond Jet 1000.

Die vorliegende Erfindung betrifft schließlich die Verwendung mindestens einer Luftkappe gemäß der vorstehend dargelegten Art in einem Hochgeschwindigkeits-Flammspritzbrenner gemäß der vorstehend dargelegten Art zum Beschichten mindestens eines Werkstoffs mit hoher Schmelztemperatur, zum Beispiel zum Beschichten von Keramik.Finally, the present invention relates to the use of at least one air cap of the type set forth above in a high-speed flame spray burner according to the manner set forth above for coating at least one material having a high melting temperature, for example for coating ceramics.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Wie bereits vorstehend erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird einerseits auf die dem Anspruch 1 sowie dem Anspruch 7 nachgeordneten Ansprüche verwiesen, andererseits werden weitere Ausgestaltungen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung nachstehend unter Anderem anhand der durch Fig. 1 und durch Fig. 2 veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert.As already discussed above, there are various possibilities for embodying and developing the teaching of the present invention in an advantageous manner. For this purpose, reference is made on the one hand to the claims subordinate to claim 1 and claim 7, on the other hand, further embodiments, features and advantages of the present invention will be described below, inter alia, with reference to the Fig. 1 and through Fig. 2 illustrated embodiments explained in more detail.

Es zeigt:

  • Fig. 1 in schematischer Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Luftkappe gemäß der vorliegenden Erfindung; und
  • Fig. 2 in schematischer Schnittdarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Luftkappe gemäß der vorliegenden Erfindung.
It shows:
  • Fig. 1 in a schematic sectional view of a first embodiment of an air cap according to the present invention; and
  • Fig. 2 in a schematic sectional view of a second embodiment of an air cap according to the present invention.

Gleiche oder ähnliche Ausgestaltungen, Elemente oder Merkmale sind in Fig. 1 und in Fig. 2 mit identischen Bezugszeichen versehen.Same or similar embodiments, elements or features are in Fig. 1 and in Fig. 2 provided with identical reference numerals.

Bester Weg zur Ausführung der vorliegenden ErfindungBest way to carry out the present invention

Zur Vermeidung überflüssiger Wiederholungen beziehen sich die nachfolgenden Erläuterungen hinsichtlich der Ausgestaltungen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung (soweit nicht anderweitig angegeben) sowohl auf das in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel einer Luftkappe 100 als auch auf das in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel einer Luftkappe 100'.In order to avoid superfluous repetitions, the following explanations concerning the embodiments, features and advantages of the present invention (unless stated otherwise) refer to both the Fig. 1 illustrated first embodiment of an air cap 100 and on the in Fig. 2 illustrated second embodiment of an air cap 100 '.

Das anhand Fig. 1 veranschaulichte erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt eine Luftkappe 100 mit einer durch einen Luftkappenkörper 10 begrenzten Luftkappenkammer 20, durch die ein beim Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen (H[igh]V[elocity]O[xy-Fuel]F[lame Spraying]) erzeugter Flammstrahl 50 geleitet wird.The basis Fig. 1 illustrated first embodiment of the present invention shows an air cap 100 with an air cap body 10 limited by an air cap chamber 20 through which a high-speed flame spraying (H [igh] V [elocity] O [xy-Fuel] F [lame Spraying]).

Der Körper 10 dieser Luftkappe 100 ist im Wesentlichen aus mindestens einem Material gebildet, das thermisch belastbarer als Aluminium ist, nämlich aus Kupfer und/oder aus Messing und/oder aus mindestens einer Kupfer-Messing-Legierung.The body 10 of this air cap 100 is essentially formed of at least one material that is thermally more resilient than aluminum, namely copper and / or brass and / or at least one copper-brass alloy.

Um nach Art einer Düse zu wirken, weist der Luftkappenkörper 10 im der Luftkappenkammer 20 zugewandten Bereich 12 einen in Stromrichtung des Flammstrahls 50 konvergenten Abschnitt auf.In order to act in the manner of a nozzle, the air cap body 10 in the air cap chamber 20 facing region 12 on a converging in the direction of flow of the flame jet 50 section.

Ferner kann die Luftkappe 100 zumindest im der Luftkappenkammer 20 zugewandten Bereich 12 nach Art einer Lavaldüse (= sogenannte de Laval'sche Düse) geformt sein. In diesem Fall weist die Luftkappe 100 mindestens einen sich in Stromrichtung an den konvergenten Abschnitt anschließenden divergenten Abschnitt mit charakteristischer Länge auf. Eine Lavaldüse weist des Weiteren ein charakteristisches Verhältnis des Austrittsquerschnitts zum engsten Querschnitt auf, wobei der engste Querschnitt der Lavaldüse als Düsenhals bezeichnet wird.Furthermore, the air cap 100 can be shaped, at least in the region 12 facing the air cap chamber 20, in the manner of a Laval nozzle (= so-called de Laval nozzle). In this case, the air cap 100 has at least one divergent section of characteristic length adjoining the convergent section in the flow direction. A Laval nozzle further has a characteristic ratio of the outlet cross section to the narrowest cross section, wherein the narrowest cross section of the Laval nozzle is referred to as nozzle throat.

Zum Zuführen von Spritzmaterial 40 sowie von Luft, von Brenngas und von Sauerstoff in die Luftkappenkammer 20 weist die Luftkappe 100 eine Eintrittsöffnung 30 auf.For supplying spray material 40 and of air, fuel gas and oxygen into the air cap chamber 20, the air cap 100 has an inlet opening 30.

Die Luftkappe 100 ist in den Mündungsbereich bzw. in die Spitze einer Düse 200 eingesetzt. Diese Düse 200 weist

  • eine Spritzmaterialzufuhreinrichtung 240, nämlich ein Pulverrohr, zum Zuführen von Spritzmaterial 40 in die Luftkappenkammer 20,
  • eine als Gasströmungskanal ausgebildete Zufuhreinrichtung 220 zum Zuführen von Luft oder von mindestens einem Luftgemisch und
  • eine weitere, als Gasströmungskanal ausgebildete Zufuhreinrichtung 230 zum Zuführen von Brenngas und/oder von Kerosin und/oder von Sauerstoff
auf.The air cap 100 is inserted into the mouth region or into the tip of a nozzle 200. This nozzle 200 has
  • an injection material supply device 240, namely a powder tube, for supplying injection material 40 into the air cap chamber 20,
  • a supply device 220 designed as a gas flow channel for supplying air or at least one air mixture and
  • another, designed as a gas flow channel supply device 230 for supplying fuel gas and / or kerosene and / or oxygen
on.

Beim in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der Luftkappe 100' gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Pulverrohr 240' der Düse 200 kürzer ausgebildet und endet im Bereich der Luftkappenkammer 20'.When in Fig. 2 illustrated second embodiment of the air cap 100 'according to the present invention, the powder tube 240' of the nozzle 200 is formed shorter and ends in the region of the air cap chamber 20 '.

Um übermäßigen Verschleiß des mit Spritzmaterial 40 in Kontakt gelangenden Bereichs 14' der Luftkappe 100' zu vermeiden, ist dieser Kontaktbereich 14' im Wesentlichen aus mindestens einem Hartmetall, nämlich aus einem gesinterten Karbidhartmetall, ausgebildet.In order to avoid excessive wear of the area 14 'of the air cap 100' which comes into contact with the spray material 40, this contact area 14 'is essentially formed of at least one hard metal, namely a sintered carbide hard metal.

Dieses Hartmetall kann beispielsweise

  • als Hartstoff Wolframcarbid und/oder Titancarbid und/oder Titannitrid und
  • als Bindemittel Nickel und/oder Kobalt und/oder Molybdän
aufweisen. Vorteilhafterweise ist das Hartmetall als auswechselbarer Einsatz in die Luftkappe 100' einsetzbar.This carbide can, for example
  • as hard material tungsten carbide and / or titanium carbide and / or titanium nitride and
  • as binder nickel and / or cobalt and / or molybdenum
exhibit. Advantageously, the hard metal can be used as a replaceable insert in the air cap 100 '.

Der Luftkappenkörper 10' der Luftkappe 100' ist, wie bei der Luftkappe 100 aus Fig. 1, im Wesentlichen aus Kupfer und/oder im Wesentlichen aus Messing und/oder im Wesentlichen aus mindestens einer Kupfer-Messing-Legierung ausgebildet.The air cap body 10 'of the air cap 100' is, as in the air cap 100 off Fig. 1 , formed essentially of copper and / or substantially of brass and / or substantially of at least one copper-brass alloy.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100
Luftkappe (erstes Ausführungsbeispiel; vgl. Fig. 1)Air cap (first embodiment; Fig. 1 )
100'100 '
Luftkappe (zweites Ausführungsbeispiel; vgl. Fig. 2)Air cap (second embodiment; Fig. 2 )
1010
Körper der Luftkappe 100 (erstes Ausführungsbeispiel; vgl. Fig. 1)Body of the air cap 100 (first embodiment; Fig. 1 )
10'10 '
Körper der Luftkappe 100' (zweites Ausführungsbeispiel; vgl. Fig. 2)Body of the air cap 100 '(second embodiment; Fig. 2 )
1212
der Luftkappenkammer 20 zugewandte Bereich des Luftkappenkörpers 10 (erstes Ausführungsbeispiel; vgl. Fig. 1)the air cap chamber 20 facing region of the air cap body 10 (first embodiment; Fig. 1 )
12'12 '
der Luftkappenkammer 20' zugewandte Bereich des Luftkappenkörpers 10' (zweites Ausführungsbeispiel; vgl. Fig. 2)the area of the air cap body 10 'facing the air cap chamber 20' (second embodiment; Fig. 2 )
14'14 '
mit Spritzmaterial 40 in Kontakt gelangender Bereich des Luftkappenkörpers 10', insbesondere Kontaktbereich, beispielsweise Innenseite des Bereichs 12' (zweites Ausführungsbeispiel; vgl. Fig. 2)area of the air cap body 10 'which comes into contact with the spray material 40, in particular the contact area, for example the inside of the area 12' (second exemplary embodiment; Fig. 2 )
2020
Kammer der Luftkappe 100 (erstes Ausführungsbeispiel; vgl. Fig. 1)Chamber of the air cap 100 (first embodiment; Fig. 1 )
20'20 '
Kammer der Luftkappe 100' (zweites Ausführungsbeispiel; vgl. Fig. 2)Chamber of the air cap 100 '(second embodiment; Fig. 2 )
3030
Eintrittsöffnung der Luftkappe 100 (erstes Ausführungsbeispiel; vgl. Fig. 1)Inlet opening of the air cap 100 (first embodiment; Fig. 1 )
30'30 '
Eintrittsöffnung der Luftkappe 100' (zweites Ausführungsbeispiel; vgl. Fig. 2)Inlet opening of the air cap 100 '(second embodiment; Fig. 2 )
4040
Spritzmaterial, insbesondere insbesondere Schichtwerkstoff, beispielsweise Vorschubdraht und/oder Spritzpartikel, etwa SpritzpulverSpray material, in particular in particular layer material, for example feed wire and / or spray particles, such as spray powder
5050
Flammstrahlscarfing
200200
Düsejet
210210
Düsenkörpernozzle body
220220
Zufuhreinrichtung der Düse 200, insbesondere Gasströmungskanal zum Zuführen eines ersten Gases, zum Beispiel zum Zuführen von Luft oder LuftgemischSupply means of the nozzle 200, in particular gas flow channel for supplying a first gas, for example for supplying air or air mixture
230230
weitere Zufuhreinrichtung, insbesondere weiterer Gasströmungskanal zum Zuführen eines weiteren Gases, zum Beispiel zum Zuführen von Brenngas, von Sauerstoff, von einer Brenngasmischung oder von einer Brenngas-Sauerstoffmischungfurther supply means, in particular further gas flow channel for supplying a further gas, for example for supplying fuel gas, oxygen, a fuel gas mixture or a fuel gas-oxygen mixture
240240
Spritzmaterialzufuhreinrichtung der Düse 200, insbesondere Pulverrohr (erstes Ausführungsbeispiel; vgl. Fig. 1)Spray material supply device of the nozzle 200, in particular powder tube (first embodiment; Fig. 1 )
240'240 '
Spritzmaterialzufuhreinrichtung der Düse 200, insbesondere Pulverrohr (zweites Ausführungsbeispiel; vgl. Fig. 2)Spray material supply device of the nozzle 200, in particular powder tube (second embodiment; Fig. 2 )
300300
Werkstoffmaterial

Claims (10)

Luftkappe (100; 100') zum Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen (H[igh]V[elocity]O[xy-Fuel]F[lame Spraying]), aufweisend mindestens eine durch mindestens einen Luftkappenkörper (10; 10') begrenzte Luftkappenkammer (20; 20'), durch die mindestens ein beim Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen erzeugter Flammstrahl (50) geleitet wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest der der Luftkappenkammer (20; 20') zugewandte Bereich (12; 12') des Luftkappenkörpers (10; 10') im Wesentlichen aus mindestens einem Material ist, das thermisch belastbarer als Aluminium ist.Air cap (100; 100 ') for high-speed flame spraying (H [igh] V [elocity] O [xy-fuel] F [lame spraying]), comprising at least one air cap chamber (20) bounded by at least one air cap body (10; 10') 20 ') through which at least one flame jet (50) generated during high-velocity flame spraying is passed,
characterized,
in that at least the region (12; 12 ') of the air cap body (10; 10') facing the air cap chamber (20; 20 ') is substantially made of at least one material that is more thermally resistant than aluminum. Luftkappe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzpunkt des Materials über dem Schmelzpunkt von Aluminium, insbesondere über etwa 660 Grad Celsius oder über etwa 933 Kelvin, liegt.An air cap according to claim 1, characterized in that the melting point of the material is above the melting point of aluminum, in particular above about 660 degrees Celsius or above about 933 Kelvin. Luftkappe gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material im Wesentlichen aus Kupfer und/oder aus Messing und/oder aus mindestens einer Kupfer-Messing-Legierung gebildet ist.Air cap according to claim 1 or 2, characterized in that the material is formed substantially of copper and / or brass and / or at least one copper-brass alloy. Luftkappe gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch mindestens eine Eintrittsöffnung (30; 30') zum Zuführen von Spritzmaterial (40) in die Luftkappenkammer (20; 20).An air cap according to at least one of claims 1 to 3, characterized by at least one inlet opening (30; 30 ') for supplying spray material (40) into the air cap chamber (20; 20). Luftkappe gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein mit dem Spritzmaterial (40) in Kontakt gelangender Bereich (14') des Luftkappenkörpers (10') aus mindestens einem verschleißfesteren Material als Aluminium gebildet ist, insbesondere im Wesentlichen aus mindestens einem Hartmetall oder im Wesentlichen aus Siliciumcarbid gebildet ist.Air cap according to claim 4, characterized in that at least one with the spray material (40) in contact reaching region (14 ') of the air cap body (10') is formed of at least one more wear-resistant material than aluminum, in particular substantially at least one hard metal or im Is formed essentially of silicon carbide. Luftkappe gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, - dass das Hartmetall mindestens ein gesintertes Karbidhartmetall ist und/oder - dass das Hartmetall -- als Hartstoff Wolframcarbid und/oder Titancarbid und/oder Titannitrid und -- als Bindemittel Nickel und/oder Kobalt und/oder Molybdän aufweist.Air cap according to claim 5, characterized in that - That the cemented carbide is at least one sintered carbide hard metal and / or - that the carbide as hard material tungsten carbide and / or titanium carbide and / or titanium nitride and - As binder nickel and / or cobalt and / or molybdenum having. Düse (200) zum Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen (H[igh]V[elocity]O[xy-Fuel]F[lame Spraying]), aufweisend mindestens eine Luftkappe (100; 100') gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6.A nozzle (200) for high-speed flame spraying (H [igh] V [elocity] O [xy-fuel] F [lame spraying]), comprising at least one air cap (100, 100 ') according to at least one of claims 1 to 6. Düse gemäß Anspruch 7, gekennzeichnet durch mindestens eine Zufuhreinrichtung (220, 230) zum Zuführen mindestens eines Gases in die Luftkappenkammer (20; 20'), wobei die Zufuhreinrichtung (220, 230) mindestens ein zum Zuführen von Sauerstoff und/oder von Druckluft und/oder von mindestens einem Brenngas, insbesondere - von Propan und/oder - von Propylen und/oder - von Wasserstoff und/oder - von Ethen und/oder - von Acetylen und/oder - von Kerosin,
ausgebildeter Gasströmungskanal ist. A nozzle according to claim 7, characterized by at least one supply means (220, 230) for feeding at least one gas into the air cap chamber (20, 20 '), the supply means (220, 230) at least one for supplying oxygen and / or compressed air and / or of at least one fuel gas, in particular - of propane and / or - of propylene and / or - of hydrogen and / or - of ethene and / or - of acetylene and / or - of kerosene,
is formed gas flow channel. Hochgeschwindigkeits-Flammspritzbrenner, gekennzeichnet durch mindestens eine Düse (200) gemäß Anspruch 7 oder 8.High-speed flame spray burner, characterized by at least one nozzle (200) according to claim 7 or 8. Verwendung mindestens einer Luftkappe (100; 100') gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6 in einem Hochgeschwindigkeits-Flammspritzbrenner gemäß Anspruch 9 zum Beschichten mindestens eines Werkstoffs (300) mit hoher Schmelztemperatur, zum Beispiel zum Beschichten von Keramik.Use of at least one air cap (100, 100 ') according to at least one of claims 1 to 6 in a high speed flame spray torch according to claim 9 for coating at least one high melting temperature material (300), for example for coating ceramics.
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DE10307492A1 (en) 2002-02-22 2003-09-11 Gen Motors Corp Nozzle arrangement for a thermal HVOF spray system

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