JP2001512364A

JP2001512364A - 改良されたプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置及び方法

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Publication number: JP2001512364A
Application number: JP53550798A
Authority: JP
Inventors: ダニエル、アール、マランツ; キース、エイ、コワルスキー; ジェームズ、アール、バウマン; デビッド、ジェイ、クック
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 1997-02-14
Filing date: 1997-12-29
Publication date: 2001-08-21
Anticipated expiration: 2017-12-29
Also published as: CA2280019C; US5808270A; US5938944A; JP4013997B2; DE69729805T2; WO1998035760A1; DE69729805D1; EP0958061B1; EP0958061A1; CA2280019A1

Abstract

(57)【要約】表面の被覆をするプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置が記載される。装置は、第１の負電位を持つ陰極(51)、該陰極（51）の自由端を離間した関係でほぼ取囲み、上記陰極の自由端の反対側に絞りオリフィス（55）を持ち、第２の正電位を持つ、ノズル(50)、上記ノズル（50）の中へ上記陰極（51）を取囲みそして上記絞りノズル・オリフィス（55）から出て行くプラズマ・ガスを注ぐプラズマ・ガスの供給源、及び、上記絞りノズル・オリフィス（55）の反対側にあって、上記ノズル（50）と同じ第２正電位を持つワイヤー供給材料（56）の自由端を、連続的に送るワイヤー供給部(58a,58b)、を有し、上記装置は、それにより、上記ワイヤー供給材料の自由端と上記陰極（51）との間に、上記ワイヤー供給材料の自由端を溶かす、プラズマ移行式アークを確立し、上記絞りノズル（55）を出て行く上記プラズマ・ガスは融解供給材料を霧化し、霧化された融解供給材料を上記表面に向け推進し、それにより上記表面を被覆する。金属皮膜で表面を被覆する方法も、開示される。

Description

【発明の詳細な説明】改良されたプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置及び方法本発明は、概略的には、材料を溶射する溶射装置及び方法に関し、特に、皮膜及び独立した近似正味形状として非常に密な物質を生成するのに高速移行される絞りプラズマ・アークを用いるプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置及び方法に関し、同様に、溶射により形成され優れた冶金的及び物理的特性を持つ高密度材料を生産する絞りプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射ボア被覆装置及び方法にも関する。プラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射プロセスは、ワイヤー又は棒の形態となっているのが通常である供給材料を、ワイヤー又は棒の先端を溶かすための絞りプラズマ・アークを用いることにより、融解し、絞りオリフィスから発生するイオン化ガスの高速ジェット流により溶融材料を移動させる。イオン化ガスがプラズマであり、それがプロセスの名前である。プラズマ・アークは、華氏18,000から25,000度（10,000から14,000℃）であるのが一般的である。アーク・プラズマは、電流を導くのを可能とする少なくとも部分的にイオン化された状態まで、電気アークにより加熱されたガスである。プラズマはいかなる電気アーク中にも存在するが、プラズマ・アークの語は、絞りアークを用いるプラズマ生成器に付随したものである。プラズマ・アーク装置を他の種類のアーク生成器から区別する特徴の一つは、与えられる電流及びガス流量について、絞りアーク装置におけるアーク電圧が非常に高いということである。加えて、絞りアーク装置は、エネルギーが加えられたガス流の全てを、一般的には音速範囲である非常に高いガス速度を招く、絞りオリフィスを通して注ぐものである。絞られたプラズマ炎には、２つのモードがある。これらのモードの一つは、「非移行」モードとして知られる。特徴的なことに、非移行式プラズマ・トーチは、ノズルの形態で陰極及び陽極を持つ。一般的に、実用的な観点から、プラズマ・アークをノズル内に留め、アークがノズル内壁で終わるのが、望ましいとされる。しかしながら、ある種の作動条件の下で、アークをノズルの外側へ延ばしそして戻させ、陽極絞りノズルの外画にアークの終点を確立することが可能である。プラズマ作動の他のモードは、「移行式アーク」モードと名付けられている。プラズマ作動のこのモードにおいて、プラズマのアーク柱が、陰極から絞りノズルを通って延び、プラズマ・トーチ組立体から電気的に離間され絶縁されたワークの陽極にトーチを残しそこが終点とされる。プラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射プロセスにおいて、プラズマ・アークは、それを陰極下流のオリフィスに通すことにより、絞られる。プラズマ・ガスはアークを通り抜けるので、それは非常に高い温度まで加熱され、絞りオリフィスを通り抜ける時に膨張し加速され、ワイヤー供給材料の先端に向けオリフィスを出る際に音速に連することがしばしばある。一般的には、プラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射プロセスに用いられる種々のプラズマ・ガスは、空気、窒素若しくはアルゴン及び水素の混合物である。プラズマの強さ及び速度は、ガスの種類、その圧力、流れパターン、電流、オリフィスの大きさ及び形状、そして陰極電極からワイヤー供給材料までの距離を含むいくつかの変数により決まって来る。図１に示される従来技術のプラズマ移行式ワイヤー・アーク・プロセスは、我々の米国特許5,296,667号に開示された装置の概略図である。プロセスは、定電流型電源供給部17からの直流で作動する。陰極電極11は、陰極11と絞りノズル10との間に電気アークを発生させるのに用いられる高周波生成器21を介して電力供給部17の負端子に結合される。電源供給部17の正端子からパイロット抵抗19を介して絞りノズル10へ、陰極11と絞りノズル10との間に形成された高周波アークを通り、高周波生成器21を通り電源供給部の負端子へ、直流が流れるのを可能とする、パイロット・アーク・リレー接点の瞬間的な閉鎖により、高周波アーク発生回路が完結する。高周波回路は、バイパス・コンデンサー20により完結する。この作動が、オリフィス13を通って流れるプラズマ・ガスを加熱する。オリフィス13は、電力供給部17の正端子に結合されるワイヤー供給材料14の先端に向け、陰極電極11から加熱されたプラズマ流を、注ぐ。プラズマ・アークは、ワイヤーの先端へ付着するつまり「移行」し、それで、移行式アークと呼ばれる。ワイヤー供給材料14は、ワイヤー供給ロール16a及び16bにより進められ、それらは不図示のモーターにより駆動される。アークはワイヤーの先端を溶かし、高速プラズマ・ジェットがワイヤー先端に衝突し、溶融金属を取り外し、同時に、溶融金属を微粒子へと霧化し、その様に形成された溶融粒子を加速して、微細融解粒子を伴なう高速溶射流を形成する。移行式プラズマ・アークを起こすために、パイロット・アークが確立されなければならない。パイロット・アークは、陰極電極11と絞りノズル10との間のアークである。このアークは、移行式アークに比較して、ワイヤー供給材料へ移行又は取り付くことがないので、非移行式アークと呼ばれる。パイロット・アークは、主プラズマ移行式アーク電流が起こされ得る様に、プラズマ移行式ワイヤー・アーク・トーチ内の陰極電極11とワイヤー供給材料14との間に、導電性経路を与える。パイロット・アークを起こす最も一般的な手法は、陰極電極11と絞りノズル10との間に高周波又は高電圧直流（d.c.）火花を、発火することである。パイロット・アークが、プラズマ柱を生成するイオン化経路を越えて起こされる。パイロット・アークのプラズマ柱がワイヤー先端に触れると、陰極電極から陽極のワイヤー先端までの導電性経路が確立される。絞られた移行式プラズマ・アークは、この経路をワイヤー先端まで、辿ることになる。導電性ワイヤー又は棒を溶射するプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射プロセスの実用利用において、いくつかの問題がある。これらの問題の一つは、「二重アーク」として知られる状態である。二重アークは、ワイヤー供給システムの故障、ワイヤーのよじれ、ワイヤー供給の偶発的な遮断の様ないくつかの原因の一つの結果として、起こりうる。二重アーク現象の結果は、絞りノズル及びその他の、ワイヤーをプラズマ移行式アークへ誘導するのに用いられる他の部品に対する、重大な損傷となる可能性がある。二重アークの問題は、我々の米国特許5,29 6,667及び5,442,153号に記載された態様の一つで、取扱われてきた。プラズマ移行式ワイヤー・アーク・プロセスの実用利用により存在する別の問題は、ワイヤーと絞りノズルとの間に存在する電位の差に起因して、起こる。この電位差の結果として、金属ダストが絞りノズルの面に引き付けられる。この金属ダストが堆積すると、絞りノズルと陽極との間に電気的短絡の種々の状態が起こり得る。この電気的短絡は、プラズマ移行式ワイヤー・アーク・トーチ部品に対する深刻な損傷を生じる。加えて、ワイヤー供給の断続が起こると、大きな問題が起きていた。ワイヤー断続は、ワイヤー表面状態（ワイヤーのよじれ又は他の表面不規則性）又はワイヤー供給機構又はワイヤー供給部の故障のいずれかを取扱う多くの理由のいずれか一つにより起こされる可能性がある。ワイヤー供給の断続の結果は、ワイヤーに沿って移行式アークが逆燃焼する傾向であり、プラズマ移行式アーク・ガン・ヘッドのワイヤー・ガイド及び支持部品への重大な損傷をもたらすことになる。図１において判る様に、ワイヤーの先端がプラズマ移行式アークの中へ進む際に、それが完全にそして一様なワイヤー先端の融解を確実なものとするために、ワイヤー14への電気接触及び、ワイヤーのプラズマ・ジェット流の中心線近くへの配列の両方が、必要である。加えて、従来技術のボアを被覆する装置及び方法の作動中において、被覆材料の堆積が、被覆される表面に面するトーチの外面に、形成されることがある。基体へ推進されている融解粒子の小部分は基体へ付着せずにトーチ表面へ跳ね返るので、これは小さなボアを被覆する際に特に起こる。従来技術の作動中において、第２アークを防止するために、パイロット・ノズル面とワイヤーの軸との間の 90度の幾何学的関係を保持することが必要であるので、高温融解粒子は、その入射角が90度であるため直接プラズマ・トーチへ戻ることになり、それで、反射角も概略90度となることになる。金属粒子のこの堆積は、トーテの種々の部品の電気的短絡を起こすと共にパイロット・ノズルの種々のオリフィスからの適切なガス流と干渉する可能性があるので、プラズマ移行式ワイヤー・アーク・トーチの適切な性能に対する、劣化要因となることがある。加えて、被膜が基体上で堆積する際に、「唾」又は大きな溶滴が形成され基体へ推進され被膜へ含まれる様にするという問題が、溶射プロセスの開始時に起こることがある。この問題は、移行式アーク電源供給部とワイヤー供給部が励起された時間と、移行式アークが完全に確立される時間との間で起こることがある、50から100ミリ秒の間で変化する、時間遅れに起因して、起こる。一般的な毎分160インチのワイヤー供給速度と、50ミリ秒の時間遅れに基くと、移行式アークがワイヤーを溶かし始める前に、1/8インチ以上のワイヤーがアーク点を越えて動く可能性がある。この1/8インチのワイヤーの延びが、「唾」又は液滴となり得るものである。50ミリ秒の可変期間があるので、その問題は、ワイヤー供給部の開始点を単に制御するか、ワイヤー供給速度の所定の加速度を設定することにより、解決され得るものではない。本発明によれば、表面の被覆をするプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置が設けられ、その装置は、第１の負電位を持つ陰極、該陰極の自由端を離間した関係でほぼ取囲み、上記陰極の自由端の反対側に絞りオリフィスを持ち、第２の正電位を持つ、ノズル、上記ノズルの中へ上記陰極を取囲みそして上記絞りオリフィスから出ていくプラズマ・ガスを注ぐプラズマ・ガスの供給源、及び、上記絞りノズル・オリフィスの反対側にあって、上記ノズルと同じ第２正電位を持つワイヤー供給材料の自由端を、連続的に送るワイヤー供給部、を有し、上記装置はそれにより、上記ワイヤー供給材料の自由端と上記陰極との間に、上記ワイヤー供給材料の自由端を溶かす、プラズマ移行式アークを確立し、上記絞りノズルを出て行く上記プラズマ・ガスは融解供給材料を霧化し、霧化された融解供給材料を上記表面に向け推進し、それにより上記表面を被覆する。本発明によれば更に、プラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置を用いて、ち密な金属被膜で表面を被覆する方法が設けられ、上記装置は、陰極、該陰極の自由端を離間した関係でほぼ取囲み、上記陰極の自由端の反対側に絞りオリフィスを持つノズル及び、上記絞りノズル・オリフィスの反対側にワイヤー供給材料の自由端を送るワイヤー供給部を有し、上記方法は、上記陰極を取囲み、上記絞りノズル・オリフィスから出るプラズマ・ガスを上記ノズルの中へ注ぐ工程、上記陰極と上記ノズルとの間に、電位差を生成することにより、そこの間に電気パイロット・アークを起こし、上記陰極が負電位を持ち上記ノズルが正電位を持つこととする、工程、上記電気アークに対する電気エネルギーを増加し、絞り延ばされたプラズマ・アークを形成することにより、上記電気アークを上記絞りノズル・オリフィスを通して延ばす工程、及び上記ワイヤー供給材料と上記陰極との間で、電位差を生成することにより、上記絞り延ばされたプラズマ・アークを上記ノズルから上記ワイヤー供給材料の上記自由端へ移行する工程、を有し、上記ワイヤー供給材料と上記ノズルが同じ正電位を持ち、上記陰極が負電位を持ち、それにより、上記ワイヤー供給材料の自由端を融解し、上記プラズマ・ガスは融解供給材料を霧化し霧化された融解供給材料を上記表面へ向け推進させ、上記表面上に上記ち密な金属被膜を形成する。本発明は、プラズマ移送式ワイヤー・アーク溶射方法及び装置を与え、そこにおいて、延長されたプラズマ・アーク・ジェットが生成され、それが、金属ワイヤーに対する電気接触手段として用いられ、ワイヤーに沿って逆燃えするアークを無くしながら高密度の被膜を形成するのに融解金属粒子を霧化して基体へ向け推進し、そして、溶射プロセスの開始時における「唾」の形成を回避する。本発明を実施する装置及び方法は、絞りノズルへのダストの引き付け、ワイヤー供給部と絞りノズルとの間の第２アークを、無くす。更に、本発明を実施する改良されたプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射方法及び装置は、トーチ組立体の外面への金属粒子の堆積の発生を無くする。その装置及び方法は、組成がほぼ一様で、被膜内に形成され酸素成分量が非常に低く、非常に高い密度を持つ、高性能で、良好に結合された被膜を、提供する。更に、改良されたプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置及び方法は、構成が単純で、比較的低いガス消費量で作動でき、比較的に保守不要である。更に、改良されたプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射方法及び装置は、ワイヤーの軸回りにプラズマ移行式ワイヤー・アーク・トーチを回転することにより、溶射被膜を自動車エンジン・シリンダー・ボアの様なシリンダー・ボアの内側へ塗布するのに用いられ得る。本発明のプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置及び方法は、上述の従来技術に伴なう問題を無くしながら、非常にち密な材料を、被膜として、又は独立すた正味形状近似形状として、形成することになろう。本発明の装置及び方法は、延長されたアーク及び超音速のプラズマ・ジェットを発生することが出来る。陽極として作用する金属ワイヤーが、プラズマ・ジェット流の中へ連続的に供給され、そこにおいて、延長されたプラズマ・アークがそれ自身をワイヤーの先端に付着さえ、ワイヤーを溶かし、そして、音速プラズマ・ジェット流は、非常にち密な被膜を形成するのに、融解金属粒子を霧化しそして推進する。本発明のプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置及び方法は、アルミニウム・エンジン・ブロックのボアの様な内方凹面を、軟鋼の様なち密な耐摩耗性被膜で被覆するのにも、用いることが出来る。本発明のプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置は、陰極と、該陰極の自由端を離間した関係で少なくとも部分的に取囲み、反対側に絞りノズル・オリフィスを含むノズルを持つ、プラズマ生成トーチ組立体を含む。プラズマ・ガスは、絞りノズル・オリフィスから離間したポートを通り圧力下でノズルへと供給される。プラズマ・ガスは、陰極を取囲み、絞りノズル・オリフィスから出ていく。最も好ましい実施例において、プラズマ・ガスは、環状ノズル室へ接線方向に供給され、陰極の回りに渦流を生成する。しかしながら、ある種の用途においては、層状プラズマ・ガス流が好ましく、そこにおいては、層状ガス流を発生するのに、ノズル・ガス室内へバッフルが挿入されることがある。正極として作用するワイヤー金属供給材料は、プラズマ・ジェット流の中へ連続的に供給される。プラズマ移行式アークは、ワイヤー供給材料の自由端又は先端の間に確立され、ワイヤー供給材料の自由端を溶かし、そしてプラズマ・ジェット流は融解供給材料を被覆されるべき表面へ向け霧化し推進する。本発明のプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置及び方法において、ワイヤー供給材料及びノズルは、陰極に対して同じ正電位に維持され、それにより、ワイヤーとノズルとの間の電位差に起因する、二重アークと金属ダストの堆積を無くする。更に、本発明のプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置及び方法の好ましい実施例においては、別のパイロット電力供給部が用いられ、そして、適切な時期の開始シーケンスにより、溶射サイクルを開始する際の「唾」形成の発生を無くすことが可能である。負の陰極電位を確立するのに陰極に作用的に接続される負端子及び、正のノズル電位を確立するのにノズルに作用的に接続される正端子を持つ高電圧直流電源により、溶射サイクルが開始され、それにより陰極とノズルとの間で電気アークを発生する。陰極に接続される負端子及びノズルに接続される正端子を持つパイロット・プラズマ直流電源供給部は、電気アークのエネルギー状態を増加するのを開始させられ、それにより、電気アークをノズル・オリフィスを通して延ばし、それ自身をワイヤー供給材料の自由端に付着させる絞りプラズマ・アークを形成する。絞りノズル・オリフィスの反対側に適切に配置されたワイヤー供給材料が無い場合には、延長された絞りプラズマ・アークが、ノズル又はオリフィス面へ向け、曲げ戻され、つまり「ヘアピン」状に戻される。これは、ワイヤーに沿っての逆燃え及び、プラズマ移行式ワイヤー・アーク・トーチの周囲の部品への損害を無くする。最終的に、陰極に接続される負端子及びワイヤー供給材料に作用的に接続される正端子を持つ別個の直流主電力供給部は、絞りプラズマ・アークのエネルギー状態を増加させるのを開始させられる。本発明の装置及び方法の最も好ましい実施例において、ワイヤー供給材料及びノズルは電気的に接続され、同じ正の電位をノズルとワイヤー供給材料に維持し、二重アークと金属ダスト堆積を無くする。本発明のプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置はボア被覆機として用いられる際に、陰極とノズルを含むプラズマ生成トーチ組立体が、ノズルとワイヤー供給材料の同じ正電位を維持しながら、ワイヤー供給材料の長軸回りに回転自在に取付けられ、そして、ボア被覆装置における本発明の装置及び方法の効果を実現する。最も好ましい実施例においては、ワイヤーが筒状の導電性ワイヤー・ガイドを通り長手方向に供給され、ワイヤー・ガイドはノズルと連続的に電気接触する。主電源の正端子は、ワイヤー供給材料とノズルとの同じ正電位を維持するのに、導電性ワイヤー供給ガイドへ接続される。ボア被覆装置において、トーチ組立体は、陽極ノズルとの電気接触が維持されるワイヤー・ガイドを受けるボアを持つ回転部材に回転自在に取付けられ得る。本発明の装置及び方法の好ましい実施例においては、ガス渦流がノズル中で用いられる場合には、絞りプラズマ・アークを取囲む円錐の第２ガス・シュラウドを、プラズマ・ジェット流を加速し安定化させるのに用いても良い。この実施例において、装置は第２ガス源を含み、ノズルは、第２ガス源に接続された絞りノズル・オリフィスを取囲むほぼ環状の円錐ガス・ポートを含む。この環状円錐ポートは、、第２ガスの環状円錐流がワイヤー供給材料の自由端を囲む様に、第２ガスをワイヤー供給材料の自由端から下流の点へ、注ぐのが好ましい。開示された実施例において、ノズルは、円錐第２ガス流を生成する絞りノズル・オリフィスを取囲む複数の相互に近接して離間配置されたガス・ポートを含む。好ましい装置は更に、ワイヤー・ガイドの回りにガスを注ぎワイヤー・ガイドとワイヤー供給材料とを冷却する、第２ガス源に接続されたワイヤー・ガイドの回りのガス・ポート開口を含む。先に引用した米国特許に開示された従来のプラズマ移送式ワイヤー・アーク溶射装置において、ワイヤーのいかなる部分も、供給方向におけるワイヤー供給材料の先端よりも、プラズマ移行式アークに近付かない様に、ワイヤー供給材料をプラズマ移行式アーク内へ、直角に供給する必要があった。それで、ワイヤー供給材料の長軸は、絞りプラズマ・アークに対し、ほぼ垂直であった。融解され霧化された供給材料ワイヤー粒子は、入射及び反射角が90度であったので、装置に直接跳ね返ったであろう。この問題も、ワイヤー供給材料とノズルが同じ電位を持つために、本発明の装置及び方法で、解消され得る。それで、本発明の装置及び方法の好ましい実施例において、ワイヤー供給材料の長軸は、霧化粒子の反射又は被覆面からの跳ね返りの角度が90度よりも大きくならない様に、プラズマ移行式アークに対し、90度未満の角度をなし、この問題を解消する。改良されたプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置を用いる上述の本発明の方法は、圧力下でノズル内へ、陰極を取囲み絞りノズル・オリフィスから出て行くプラズマ・ガスを注ぐ工程を含む。開始後に、本発明の方法は、ワイヤー供給材料とノズルとの間にほぼ同じ正電位を保ちながら、陰極とワイヤー供給材料の自由端との間に絞られたプラズマ・アークを生成する工程を、含む。絞りプラズマ・アークは、ワイヤーの先端又はワイヤー供給材料の自由端を溶かし、ノズル・オリフィスを出るプラズマが融解供給材料を霧化し、霧化した融解供給材料を被覆されるべき表面に向け推進し、上述の様に、ち密な金属被膜を形成する。好ましい開始手順は、陰極が負電位を持ちノズルが正電位を持つという電位差を生成することにより、陰極とノズルとの間に電気パイロット・アークを起こす工程、を含む。その方法は、そして、上述の様に、電気アークの電気エネルギーを増加させ、ノズル又はオリフィス面に曲がって戻る絞りプラズマ・アークを形成することにより、電気アークを絞りノズル・オリフィスを通して延ばす工程を、含む。最後に、その方法は、ワイヤー供給材料及びノズルが同じ正電位を持つ、ワイヤー供給材料の自由端と陰極との間の電位を生成することにより、別個の主電源を用いて、絞り延ばされたプラズマ・アークをノズルからワイヤー供給材料の自由端へと移行する工程を、含む。上述の様に、本発明の最も好ましい方法においては、プラズマ・ガスは、圧力の下で、陰極を取囲む環状ノズル室の中へ接線方向で注がれ、陰極を取囲んで陰極の回りに渦流を生成し、絞りノズル・オリフィスを出て行く。本発明のボアの内表面の様な内方凹表面を被覆する方法は、プラズマ・ガス源からノズル内へ、ノズルを取囲み絞りノズル・オリフィスから出るプラズマ・ガスを、注ぐ。その方法は、そして、陰極とワイヤーの先端又はワイヤー供給材料の自由端との間に絞りプラズマ・アークを生成する工程を含み、それにより、ワイヤー供給材料の自由端を溶かし、そして絞り延ばされたプラズマ・アークが、溶けた供給材料を霧化し、霧化し融解した供給材料を内方凹面へ向け推進する。最後に、この方法は、ワイヤー供給材料とノズルとの間の電気接続を維持しながら、ワイヤー供給材料の長軸回りにプラズマ生成トーチ組立体を回転する工程を、含み、それにより、霧化された融解供給材料を円弧状に推進し、内方凹面を被覆する。ボアの内表面を被覆するのにこの方法が用いられる場合に、プラズマ・トーチ組立体がワイヤー供給材料の長軸回りに回転するのと同時に、装置が往復運動させられて、ボアの内表面に連続的に一様な被膜を与える。プラズマ生成トーチ組立体がワイヤー軸回りに同心状に回転させられる時に、移行式アークが支持され、プラズマ・ジェットが、ワイヤーの先端に形成された融解霧化液滴を霧化しそして加速し、同時にボア構造体の内壁に対して推進する間、移行式アークがワイヤー供給材料の自由端の連続融解を起こす。同時に、組立体全体がボア内を前後運動する。本発明のプラズマ移行式ワイヤー・アークのボア被覆装置は、往復運動支持部に取付けられる回転自在に取付けられた本発明のプラズマ移行式ワイヤー・アーク装置を並列に複数取付けることにより、エンジン・ブロックの様な複数のボアを被覆するのにも、用いることが出来る。以下に本発明を、例を用いて、添付の図面を参照して、説明する。図１は、従来技術のプラズマ移行式ワイヤー・アーク構成の概略図である。図2aは、プラズマ形成ガスの層流で、延長されたプラズマ・アークを発生するプラズマ・トーチの従来技術の例の図である。図2bは、渦状のプラズマ・ガス流で延長プラズマ・アークを発生するプラズマ・トーチの従来技術の例の図である。図３は、改良されたプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射システムを示す本発明の好ましい実施例を示す本発明の好ましい実施例の概略図である。図４は、プラズマ・トーチ組立体の代替実施例の横断面概略図である。図５は、本発明のプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置の好ましい実施例の横断面図である。図６は、本発明のプラズマ移行式ワイヤー・アーク・ボア塗装溶射装置の好ましい実施例の横断面図である。図７は、図６に示される装置の端面図である。ここで、延長されたプラズマ・アーク35を渦流プラズマ・ガス流36から（図2a ）及び層状プラズマ・ガス流44から（図2b）発生するプラズマ・トーチの図である図2a及び2bに対し、参照がなされる。図2aは、強いプラズマ渦が、形成され、短い絞りオリフィス34により絞りノズル31を通して流れさせられる。プラズマ・アーク35は、陰極32の先端又は自由端から、プラズマ・ガス渦の中央に形成された低圧領域を通って、ある距離まで延ばされる。その距離は、プラズマ・アークを取囲むプラズマの外殻41を通ってアークが曲がるか「ヘアピン」状にノズル31 の面へ戻るであろう点40における最大のアーク延びを表す。「ヘアピン状」アーク35の陰極32の先端からノズル31の面へ戻る最大アーク延び点40までの長さが、プラズマ・アーク電圧を決める。延ばされたプラズマ・アーク35の長さは、定電流電源37の正端子から、リード38を通り、絞りプラズマ・ノズル31へ流れ、陰極32からリード39を通り電源37の陰極へ戻るプラズマ・アーク電流の強さに影響される。陰極32は、陰極32を取囲む環状ノズル室43を形成する絞りノズル31の裏を閉じる絶縁部材33により、電気的に絶縁・される。プラズマ・ガスは、その様に形成された室43へ、圧力下で接線方向に導入され、ガス渦流36が形成される。プラズマ・ガスは、室42から絞りオリフィス34へつながる円錐部43を通って出て行く。角運動量保存の原理が、強度の渦流を、ガス流の外径の減少と共に生成する。その様に形成された渦の小径中心は、オリフィス34の壁近くのガス圧に比較して、低圧域を、表す。延びたアーク・プラズマ柱35は、低圧域を通り、絞りオリフィス34の出口をかなり越え最大プラズマ・アーク延長点40まで通り、絞りノズル31の面へ渦流を取囲む低圧域を通って戻る様に位置するアーク柱となる。図2bは、プラズマ・ガスが短い絞りオリフィス34を含む絞りノズル31を通り層状に流される状態を示す。プラズマ・ガスＧ、を絞りノズル内の室42aから、各々が穴の直径よりも大きいボアを持つ多数の穴を含むバッフル板45を通り、室42 bへと進ませることにより、層流が生成される。この層流ガスは、室42bからの一様な移行により、絞りオリフィス34を通って進む。100psig(ポンド・パー平方インチ・ゲージ)を越えるのが一般的であろう高圧ガスを室42b内へ起こすことにより、プラズマ・アークがそれ自身を絞りオリフィス34の出口をかなり越え、最大アーク延長長さを示す点40まで延ばすことになる。この最大プラズマ・アーク延長点40から、アークが「ヘアピン」状に、延長プラズマ・アークを取囲むより高い圧力の延長プラズマを取囲む低圧域を通り、絞りノズルの面へ戻る。層流ガスの場合のプラズマ・アークの延長が起こるのは、層流プラズマの中心に形成された圧力域がないのと、それでアークが渦流と比較してこの場合程遠くに延びないという点を除いて、プラズマ渦流ガスの場合にアーク延長が起こるのと同様であり、プラズマ・ガス流のその他の状態、圧力およびプラズマ電流は、同じである。図３を参照すると、本発明の好ましい実施例が概略形態で示されている。プラズマ移行式アーク・トーチ50'が、銅の様な導電性材料から作っても良い円筒体の形状である絞りノズル50からなるのが、円筒体の一端に配置された絞りオリフィス55と共に示されていて、その他端は絶縁板52で閉鎖されている。２％のトリウム・タングステンから構成されても良い陰極電極51は、絞りノズル50と同軸上に配置され、絶縁板52により絞りノズル50から電気的に絶縁され、陰極電極51と絞りノズル50の内壁との間に、環状プラズマ・ガス室を形成する。加えて、絞りノズル50内に形成され内方に角度を付けて配置されたボア54に接続された絞りノズル50の外方区域内に、別室53が形成される。ワイヤーの接触端及びワイヤー・ガイド57が、絞りノズル50と電気的に接触し、そこを通ってワイヤー50がワイヤー供給ロール58a及び58bにより、一定して供給される。ワイヤー供給ロールは、不図示の一般的なモーターにより駆動される。プラズマ移行式アーク・トーチ50'に付随する電気回路は、パイロット電力供給組立体61からなり、その負端子は、電気リード66及び69を通り陰極電極51へ接続される。パイロット電源組立体は、直流（d.c.）定電流パイロット電源供給部 61a及びパイロット電源供給部を跨ぎ電気的に並列接続された高電圧d.c.電力供給部61bからなる。適切なパイロット電力供給組立体は、テスコム社のスミス・イキップメント・ディビジョン（Smith Equipment Division of TESCOM Corp.）から入手可能なモデル「パワープロ55(PowerPro55)」である。高電圧d.c.阻止フィルター61cが、いかなる高電圧もパイロット電源供給部61a へ戻るのを阻止する高電圧電力供給部61bの負の脚鉄に配置される。パイロット電源供給組立体61は、リード65を介して、リード64を介してワイヤー接触端又は供給材料の自由端へ接続されるパイロット・リレー接点62及び、絞りノズル50と電気的に接触するワイヤー・ガイド57へ接続される。別個の主プラズマ移行式ワイヤー・アーク電力供給部59も用いられ、その正端子はリード63によりワイヤー接触端57へ接続されるリード64へ、そして、ワイヤー56と同じく絞りノズルへ接続される電気接点により、接続される。電源供給部59の負端子が、リード67を介して接触遮断器60の接点へ、そして、リード68及びリード69を介して陰極電極61 へ接続される。適切な主電力供給部は、ESAB ウェルディング・アンド・カッティング・プロダクツ（ESAB Welding and Cutting Products）から入手可能なモデルPCM-100である。作動中に、プラズマ・ガスが、ポートG1を通り、絞りオリフィス55から出される渦流70を形成する様に、絞りノズル50の環状内方室の壁の接線方向に、絞りノズルの内方室内へ入る。適切なプラズマ・ガスは、65％アルゴン及び35％水素からなるガス混合物である。水素の様な他のガスも用いられて来た。プラズマ移行式ワイヤー・アーク・プロセスの動作を開始するために、パイロット・プラズマを起こすのが必要である。パイロット・プラズマを起こすために、パイロット・プラズマ電力供給部61aが作動され、正端子がパイロット・リレー接触遮断器62 を介して絞りノズル50へ接続され、負端子は陽極電極51へと接続される。同時に、高電圧電力供給部61bは、陰極電極51と絞りノズル50との間に高電圧アークを点火するのに充分な時間「オン」パルスされる。その様に形成された高電圧アークは、パイロット・プラズマ・電力供給部からのd.c.電流の導電経路を与え、陰極電極51から絞りノズル50へと流れる。この加えられた電力エネルギーの結果として、プラズマ・ガスが強く加熱され、渦流レジム内にあるガスを、非常に高速で絞りオリフィスから出させて、絞りオリフィスから出る音速プラズマ・ジェットを概して形成する。その様に形成されたプラズマ・アークは、陰極から、渦流のプラズマ・ジェットの中央を通り、最大延長点まで延び、それから、絞りノズルの面へ「ヘアピン状に」戻る、延長プラズマ・アークである。最大アーク延長点を越え延びる、高速プラズマ・ジェットは、陰極電極51とワイヤー56の先端との間に導電性経路を与える。パイロット・プラズマが確立されるとすぐに、接触遮断器60が閉じられて、追加電力をパイロット・プラズマへ加える。陰極電極51からある距離に配置され、その距離が、図2a及び2bにより規定される様な、陰極電極51から最大アーク延長点までの距離の、２倍に等しいか又は少し小さいものである、ワイヤー56により、延長されたプラズマ・アークが、絞りノズル50の面からワイヤー50の先端まで移行し、ワイヤーの先端56を、それがプラズマ・ジェット内へ連続的に供給されるにつれて、融解させる。ポートG2を通り入ってくる、例えば空気である様な、二次ガスは、高圧下で室53へと導入される。室53は、この二次ガスを一連の角度を付けて配置されたノズル・ポート54 へ分配する充填空間である。二次ガスの流れは、延長プラズマ・アークを取囲む本質的に円錐状とされたガス流を与えると共に、絞りノズル50を冷却する手段を、提供する。この円錐状の高速ガスの流れは、ワイヤー56の先端よりも下流の延長プラズマ・ジェットと、交差し、ワイヤー56の融解により形成された融解粒子を霧化し加速させる追加手段を与える。図４に概略的に示された本発明の別実施例は、絞りオリフィス303から生じるプラズマ流301の軸が、ワイヤー302の長軸に対し90度未満の開先角度をなす様なトーチ体の主要部分の構成を示す。この構成の結果として、基体305へ推進される高温金属粒子流304は、基体305へ鋭角で衝突し、それにより、90度未満の傾斜角307をなす。傾斜角306は反射角307と等しいので、基体から跳ね返るそれらの高温金属粒子は、傾斜角が90度よりある程度小さい限り、トーチの面に集まることはない。実際の角度は、トーチの面の特定の寸法と共に、パイロット・ノズルから基体表面までの実際の噴射距離に応じて変わるであろうが、75度から85度の角度が問題を解消するであろう。ワイヤーとノズル・アークが同じ電位であるので、ワイヤー軸とプラズマ流301との間の90度未満の角度306においてのみ、プラズマ移行式ワイヤー・アーク・トーチ300を作動させることが可能であり、そうでなければ、二重アークが発生する。以下に図５に対しての参照がなされ、そこには、プラズマ移行式ワイヤー・アーク・トーチ組立体100の商業的実施例の詳細図が示されている。プラズマ移行式ワイヤー・アーク・トーチ組立体100は、プラズマ・ガス・ポート102と二次ガス・ポート108を含むトーチ体101からなる。トーチ体101は、黄銅の様な導電性金属から形成することも出来る。プラズマ・ガスはポート102により陰極ホルダー103へと接続され、そこを通って、プラズマ・ガスが陰極組立体104の内側へと流れ込み、陰極ホルダー103内に配置された接線ポート105を通って出て行く。プラズマ・ガスは、陰極組立体104の外側とパイロット・プラズマ・ノズル106との間に渦流を形成し、そして、絞りオリフィス107を通って出て行く。出て行く前に陰極組立体104の内側を流れて渦流を形成するプラズマ・ガスの効果は、陰極の作用により放散される熱を実質的に冷却するということである。陰極組立体104は、２％のトリウム・タングステンの様な高い自由エネルギーを保有する高温材料のインサート104aを含む銅のハウジングからなる。陰極組立体104は、２つの部品（103及び104）それぞれのねじ切り部により、陰極ホルダー103へ取付けられる。二次ガスは、ガス入口ポート108を通り、プラズマ移行式ワイヤー・アーク・トーチ組立体100へ入り、ポート108は二次ガスを、バッフル板110とトーチ体101との間に形成されたガス・マニフォールド109へ注ぐ。バッフル板の材料は、高温で、電気絶縁性特性を持たねばならない。この材料は、例えば、ポリアミド又はポリイミドとすることが出来る。二次ガス流は、複数ポート111を介して、パイロット・ノズル106とバッフル板110との間に形成された不図示の第２マニフォールド・キャビティへ均一に分配され、それから、絞りオリフィス107の外側を同心状に取囲む角度をつけて離間配置されたボア112を通る。パイロット・ノズル116内で角度をつけて離間配置されたボア112を通るこの二次ガスの流れは、その機能により通常生成される熱からパイロット・ノズル106 を冷却する機能を奏すると共に、後述されるであろう他の有用な目的を与える。ワイヤー供給材料113は、ワイヤー接触チップ114を通り、一様にそして一定に供給される。ワイヤー接触チップ114の目的は、それを通ってワイヤー供給材料113 がスライドする際にそれに対し強固な電気的接触を作ることであり、この実施例においては、ラバー・リング116又は他の適切な手段によりワイヤー供給材料113 と、ばね又は圧力印加接触状態に保持される２部品（114a及び114b）からなる。ワイヤー接触チップは、銅の様な高導電性材料からなる。ワイヤーがワイヤー接触チップ114から出る際に、それは、硬化工具鋼の様な高硬度材料からなるのが一般的であるワイヤー誘導チップ115に入る。ワイヤー・ガイド・チップの目的は、ワイヤー供給材料113を、絞りオリフィス107の中心線に対する正確な配列位置へガイドすることである。ワイヤー誘導チップ115は、黄銅から形成され得るワイヤー誘導チップ・ブロック117内に支持される。ワイヤー誘導チップ・ブロック117は、ワイヤー接触チップと同じく、負電位に保持される主体101とワイヤー誘導チップ・ブロック117と正電位に保持されるワイヤー接触チップ114との間の電気絶縁をする絶縁ブロック118内に保持される。絶縁ブロック118内の小ポート119は、ブロック117からの熱除去をするために、少量の二次ガスが分離されてワイヤー誘導チップ・ブロック117を通って流れるのを可能とする。ワイヤー誘導チップ・ブロック117は、パイロット・ノズル106との圧力接触が維持され、パイロット・ノズル106とワイヤー誘導チップ・ブロック117との間の電気接触を与える。主体101への電気接触がなされ、それにより、パイロット電力供給部61 （図３）の負端子から陰極ホルダー103を通り陰極組立体104までと共に、電気リード61（図３）による主電力供給部59（図３）の負端子から絶縁接触遮断器60（図３）を通る、電気接続が形成される。プラズマ移行式ワイヤー・アーク・トーチ100のワイヤー接触チップ114への、パイロット電力供給部61（図３）からパイロット・アーク・リレー接触遮断器62（図３）を通り、そしてリード64（図３）を通る、正電気接続がなされる。ワイヤー接触チップ114への、主電力供給部59 （図３）からリード64（図３）へ接続するリード63（図３）を通る、正電気接続もなされる。ワイヤー113は、プラズマ移行式ワイヤー・アーク・トーチ組立体100の中央軸に向け、供給される。ワイヤーの中央軸は、パイロット・ノズル106から約4.5mm離れている。陰極組立体104は、陰電荷で電気的に励起され、それと共に、パイロット・ノズル106が陽電荷で荷電される。システムの作動を開始するために、オン制御スイッチ（不図示）の操作後、プラズマ・ガスがポート102を通ってプラズマ移行式ワイヤー・アーク・トーチへと流される。約２秒間の開始期間後に、パイロット電力供給部61a（図３）及び高電圧d.c.電力供給部61b（図３）がパイロット・アーク・リレー接触遮断器６２と共に励起され、同時に、パイロット・プラズマを瞬間的に作動させる。代わりに、高周波電力供給部が、高電圧電力供給部61b（図３）に機能的に代替しても良い。これらの事象が起こるのと同時に、主電力供給部59（図３）が励起され、その瞬間に、パイロット・プラズマが確立され、高電圧d.c.電力供給部61b（図３）が逆励起されそして絶縁遮断接続器60（図３）が閉じられる。これが起こると、追加のエネルギーが、パイロット・プラズマへ、プラズマ・ガスの強い渦流と共に加えられ、延長パイロット・プラズマ・アークが確立される。この延長プラズマ・アークは、プラズマ・アークがノズルからワイヤー113の先端へ移行するための電気経路を与える。絶縁接触遮断器60（図３）の閉鎖と同時に、ワイヤーが、ワイヤー供給ロール58a（図３）及び58b（図３）により、その様にして形成され延ばされ、ワイヤー113の先端が融解している時でさえ、移行式アークを保持する移行式プラズマ・アーク内へ、供給される。ワイヤー113が連続的に供給される時に、ワイヤー113の先端が、移行式アーク120の強い熱と、移行式アーク120を取囲むそれに付随するプラズマ121により、融解される。融解金属液滴がワイヤー113の先端に形成され、それは、加速され、高速の音速プラズマ・ジェットと初期の低速融解液滴との間に確立される粘性せん断力により、微細融解粒子へと、初期の霧化がなされる。融解液滴は、はるかに大きな質量の二次ガスの流れにより、更に霧化され加速される。二次ガスは、融解材料の微細に分割され加速された粒子を含むプラズマ流121を越えた収束区域122で収束される。粒子は、堆積物124が形成される基体表面123へ推進される。システムの動作中に、ワイヤー供給の断続や停止の際には、ワイヤー113の先端の戻り融解が起こるであろう。ワイヤー供給におけるこの断続や停止は、供給ローラー上でのワイヤーの滑り又はワイヤー113でのよじれにより起こるある主のワイヤー供給の不均一に起因して、不規則に起こる可能性がある。その中において、ワイヤー113及びパイロット・プラズマ・ノズル106が電気的に接続され同じ正電位を持つプラズマ移行式ワイヤー・アーク・トーチ装置を設けることにより、延長プラズマ・アークが、ワイヤー113の先端への更なる戻り融解を起こし続けるのではなく、パイロット・ノズルへ「ヘアピン状に」戻るであろう。この場合において、そうでなければ起こるであろうワイヤー誘導チップ及び周囲領域における他のトーチ部品の破壊が、防止される。これは、ワイヤーとワイヤー・ガイドとの間の電位差が維持されたプラズマ移行式ワイヤー・アーク・トーチのワイヤーと周囲部品との間に、臨界的幾何学関係が確立されるのを要求していた従来技術に対する、効果である。更に、この改良された方法及び装置は、その中で、プラズマ移行式ワイヤー・アーク・トーチ100のパイロット・ノズル106とワイヤー113とワイヤー113に付随する全ての部品（ワイヤー誘導チップ115、ワイヤー誘導チップ・ブロック117及びワイヤー接触チップ114）が電気的に接続され、いかなる電位差でも作動しない、配置からなる。ワイヤー113とパイロット・ノズル106との間に本質的にはゼロの電位差の結果として、金属つまり導電性のダストをパイロット・ノズルの面に引き付けられさせる電荷が存在しない。従来技術の作動中においては、電位差がワイヤーとパイロット・ノズルとの間に確立され、それにより、金属ダストがパイロット・ノズル面に引き付けられていた。従来技術の装置によりこのダストが堆積する時に、それは、パイロット・ノズルとワイヤーに付随する周囲の部品との間のアークの追従を起こす導電性経路をこれらの部品間で起こし、これらの部品の重大な損傷及び／又は破壊を招くことがあり得る。この状態は、ここで述べた改良された方法及び装置を用いることにより、解消される。更に、パイロット・プラズマ・ノズル106とワイヤー113が電気的に接続される改良された方法及び装置において、パイロット・ノズル106とワイヤー113に対し、別個の電気接続が必要とされないので、プラズマ移行式ワイヤー・アーク・トーチ100はより単純な構造である。従来技術の装置は、パイロット・ノズルへの電気接続と、ワイヤーに対する別個の電気接続を要していた。従来技術におけるこの構成は、パイロット・ノズルの電気接続が、d.c.電位差だけでなく、ワイヤーのd.c.電位から絶縁されなければならない高周波電位も、保持するので、プラズマ移行式ワイヤー・トーチのはるかに複雑な物理的構成を要した。本発明の改良された装置及び方法は、互いに電気的に同じであるワイヤー113とパイロット・ノズル106への電気接続を一つ必要とするのみであり、一本のリードのみがd.c .電力と高電圧開始パルスの両方を搬送するのに必要とされ、それにより、プラズマ移行式ワイヤー・アーク・トーチ100の構造を簡単にする。以下に図６及び７に対し参照がなされる。それらの図において、ボア131の様な凹面に均一な塗膜130を溶着するのに適した方法で用いられるべき、プラズマ移行式ワイヤー・アーク・トーチ組立体100の断面及び端面図が示される。この実施例は、図５に図示されたプラズマ移行式ワイヤー・アーク・トーチ組立体100と同様の、プラズマ移行式ワイヤー・アーク・トーチ組立体1 00を含み、その差は、プラズマ移行式ワイヤー・アーク・トーチ組立体100が回転部材133上に取付けられ、不図示のモーター駆動部により、ボア131に関して同心的に、ワイヤー供給材料132の長軸回りの回転可能とするという点である。回転部材133は、静止端板134に取付けられる。回転部材133は、その回転軸を通って延びる絶縁ワイヤー供給通路135に、適応される。プラズマ移行式ワイヤー・アーク・トーチ組立体100は、プラズマ・ジェット137がワイヤー供給材料132の軸に向け延びる様に、静止端板134の端部の反対の回転部材133の端部に配置される。ワイヤー132は、ボアの中心軸上を、回転部材133から電気的に絶縁されているワイヤー供給通路135を通り、硬直な電気絶縁性ワイヤー供給通路により、供給される。プラズマ移行式ワイヤー・アーク・トーチ組立体100へのガス及び電気的接続は、静止端板134を通り、回転部材13 3まで及びそこを通り、プラズマ移行式ワイヤー・アーク組立体100まで、もたらされる。プラズマ・ガスは、静止端板134のポート102を通って受け入れられ、静止端板134において、それは、回転部材133における環状室102aに受入れられ、そして、ボデー100の同軸配列ポート102bを通って移送される。同様に、二次ガスが、静止部材134のポート108を通り、同軸配列ポート108bを通りノズルと連通する環状室108a内へ、受入れられる。静止端板134は、回転部材133の端部との圧力接触状態に、圧縮ばねの様な不図示の圧力手段により、維持される。延ばされた移行式プラズマ・アークが、前述の様に、確立され、ワイヤー132がプラズマ・ジェット137内へ連続的に供給されるのにつれて、ワイヤー 132の先端を融解する。それが、ワイヤー132の先端から融解されると、融解液滴は、ボア131の内壁に向けてのプラズマ流により霧化され推進される。回転部材1 33とプラズマ移行式ワイヤー・アーク・トーチ組立体100が、矢印Ｂ（図７）の方向に回転させられると、塗膜130がボア131の壁に均一に溶着される。溶着金属 130が回転運動により形成されている間に、ワイヤー供給通路135、ワイヤー132 、静止端板134、回転部材133及びプラズマ移行式ワイヤー・アーク・トーチ組立体100からなる組立体、はボア131内で矢印Ａの軸方向に、上下に往復動させられ、それにより、溶着金属130がボア131の周縁及びボア131の長さ方向に沿う全てに形成する。これらの動き及び作用の組合わせにより、ボア131は、均一な溶着金属130で、一様に覆われる。理解されるであろうが、図４に示される角度をつけて配置されたボア塗装プラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置300を、ボア1 31の内表面からノズルへの霧化融解粒子の跳ね返りを回避するために、同じ様に取付けても良い。溶射における当業者により理解される様に、本発明の装置及び方法に用いられる好ましいワイヤー供給材料又は棒は、結果として生じる被覆の用途により変わるであろう。ワイヤーは、同じか又は異なった組成の固体のコアを持つことがある。例えば、ある材料の外殻と別の材料の内コアを持つ共押出しワイヤー又は棒、又は管状外殻により囲まれた粉末コア、である。例えば、軟鋼、炭素鋼及びステンレス鋼を含む鉄系つまり鉄合金材料が、摩擦の対象となるボアの被覆の様な、多くの用途に対し好ましい。他の用途は、アルミニウム、ニッケル、銅又は青銅系つまり合金被覆を要することがあり、その際には、ワイヤー供給材料は、好ましい被覆材料を有するか含むことになる。鉄管状外殻により囲まれた焼結炭素粉末コアの様な、粉末コア・ワイヤーを用いて、特殊被覆及び近似正味形状を形成しても良い。ワイヤー、ワイヤー供給材料及び棒という語は、同義語である。最後に、本発明のプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置及び方法は、例えば、粉末状供給材料が粉末射出管を介してプラズマ・ジェット流へ導入される、我々の先に引用された米国特許5,296,667及び5,442,153号に開示された様に、ワイヤー供給材料の下流に導入されるのが好ましい、第２の供給材料を含むこともある。従来技術において、プラズマ移行式ワイヤー・アーク・トーチが用いられ、それは、装置にもたらされる損傷故に、装置の生産使用におけるかなりの故障時間を起こしたある欠陥を本来的に有していた。加えて、ガンの偶発的な「跳ね」が溶着金属に欠陥を生じ、それにより、従来技術により被覆された部品を捨てることとし、その様に捨てられた部品が破棄されるのを要求することとする。改良されたプラズマ移行式ワイヤー・アーク・トーチ組立体を用いる、溶着金属をボアの内表面へ塗布する改良された方法及び装置は、さもなければ製造速度を落とし、製品の排気を要する欠陥溶着金属を生成する事象の発生を大幅に抑え、それにより、改良された方法及び装置を、自動車用エンジン・ブロックのシリンダー・ボアの被覆の様な、高生産用途における使用について経済的に実行可能とする。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１１年１月９日（１９９９．１．９）【補正内容】とワイヤー供給部が励起された時間と、移行式アークが完全に確立される時間との間で起こることがある、50から100ミリ秒の間で変化する、時間遅れに起因して、起こる。一般的な毎分160インチのワイヤー供給速度と、50ミリ秒の時間遅れに基くと、移行式アークがワイヤーを溶かし始める前に、1/8インチ以上のワイヤーがアーク点を越えて動く可能性がある。この1/8インチのワイヤーの延びが、「唾」又は液滴となり得るものである。50ミリ秒の可変期間があるので、その問題は、ワイヤー供給部の開始点を単に制御するか、ワイヤー供給速度の所定の加速度を設定することにより、解決され得るものではない。本発明によれば、表面の被覆をするプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置が設けられ、その装置は、第１の負電位を持つ陰極、該陰極の自由端をそこと離間した関係でほぼ取囲み、そして上記陰極の自由端の反対側に絞りオリフィスを持ち、第２の正電位を持つ、ノズル、上記陰極を取囲みそして上記絞りオリフィスから出ていくために、上記ノズルの中へプラズマ・ガスを注ぐプラズマ・ガスの供給源、及び、上記絞りノズル・オリフィスの反対側にあって、上記ノズルと同じ第２正電位を持つワイヤー供給材料の自由端を、連続的に送るワイヤー供給部、を有し、上記装置はそれにより、上記ワイヤー供給材料の自由端を溶かすために、上記ワイヤー供給材料の自由端と上記陰極との間にプラズマ移行式アークを確立し、上記絞りノズルを出て行く上記プラズマ・ガスは、上記表面上に被覆を形成するために、融解供給材料を霧化し、霧化された融解供給材料を上記表面に向け推進する。本発明によれば更に、プラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置を用いて、ち密な金属被膜で表面を被覆する方法が設けられ、上記装置は、陰極、該陰極の自由端をそこと離間した関係でほぼ取囲み、そして上記陰極の自由端の反対側に絞りオリフィスを持つノズル及び、上記絞りノズル・オリフィスの反対側にワイヤー供給材料の自由端を送るワイヤー供給部を有し、上記方法は、上記陰極を取囲み、上記絞りノズル・オリフィスから出るプラズマ・ガスを上記ノズルの中へ注ぐ工程、上記陰極と上記ノズルとの間に、電位差を生成することにより、そこの間に電気パイロット・アークを起こし、上記陰極が負電位を持ち上記ノズルが正電位を持つこととする、工程、上記電気アークに対する電気エネルギーを増加し、絞り延ばされたプラズマ・アークを形成することにより、上記電気アークを上記絞りノズル・オリフィスを通して延ばす工程、及び上記ワイヤー供給材料と上記陰極との間で、電位差を生成することにより、上記絞り延ばされたプラズマ・アークを上記ノズルから上記ワイヤー供給材料の上記自由端へ移行する工程、を有し、上記ワイヤー供給材料と上記ノズルが同じ正電位を持ち、上記陰極が負電位を持ち、それにより、上記ワイヤー供給材料の自由端を融解し、上記プラズマ・ガスは、上記表面上に上記ち密な金属被膜を形成するために、融解供給材料を霧化し霧化された融解供給材料を上記表面へ向け推進させる。本発明は、プラズマ移送式ワイヤー・アーク溶射方法及び装置を与え、そこにおいて、延長されたプラズマ・アーク・ジェットが生成され、それが、金属ワイヤーに対する電気接触手段として用いられ、ワイヤーに沿って逆燃えするアークを無くしながら高密度の被膜を形成するのに融解金属粒子を霧化して基体へ向け推進し、そして、溶射プロセスの開始請求の範囲１．表面の被覆をするプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置であって、第１の負電位を持つ陰極(51)、該陰極（51）の自由端をそことの離間した関係でほぼ取囲み、そして上記陰極の自由端の反対側に絞りオリフィス（55）を持ち、第２の正電位を持つ、ノズル(50)、上記陰極（51）を取囲みそして上記絞りノズル・オリフィス（55）から出て行くために、上記ノズル（50）の中へプラズマ・ガスを注ぐプラズマ・ガスの供給源、及び、上記絞りノズル・オリフィス（55）の反対側にあって、上記ノズル（50）と同じ第２正電位を持つワイヤー供給材料（ 56）の自由端を、連続的に送るワイヤー供給部(58a,58b)、を有し、上記装置は、それにより、上記ワイヤー供給材料の自由端を溶かすために、上記ワイヤー供給材料の自由端と上記陰極（51）との間に、プラズマ移行式アークを確立し、上記絞りノズル（55）を出て行く上記プラズマ・ガスは、上記表面上に被膜を形成するために、融解供給材料を霧化し、霧化された融解供給材料を上記表面に向け推進する、装置。２．上記陰極及び上記ノズルが、組立体として、上記ノズルと上記ワイヤー供給材料の同じ正電位を維持しながら、上記ワイヤー供給材料の長軸回りに回転自在に取付けられ、上記プラズマ移行式アークを回転自在に上記ワイヤー供給供給材料の上記長軸を通り向けるために、上記陰極及びノズルの組立体は上記ワイヤー供給材料回りに回転自在であり、上記ノズルの上記絞りオリフィスの反対側の内側円弧面を被覆する、請求項１に記載のプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置。３．上記ノズルは、上記陰極をそことの離間関係で取囲み、そして上記絞りノズル・オリフィスから離間し上記環状室の軸に対してある角度で規定される入口ポートを持つ囲まれた環状室を含み、上記プラズマ・ガスが、上記プラズマ・アークを安定化させるために、圧力下で上記囲み環状室内へ注がれ、上記陰極回りに上記絞りノズル・オリフィスから出て行くプラズマ・ガス渦流を生成する、請求項１に記載のプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置。４．上記ワイヤー供給材料の上記長軸と上記プラズマ移行式アークとの間の角度が90度未満である、請求項２に記載のプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置。５．上記ワイヤー供給部は、上記ワイヤー供給材料がそこを通って上記ノズルの絞りオリフィスへそれと接触して供給される略管状の導電性ワイヤー・ガイドを含み、上記陰極及びノズルの組立体が上記ワイヤー供給材料の上記長軸回りに回転させられる際に、上記ワイヤー・ガイドが上記ノズルと連続的な電気接触をしている、請求項２に記載のプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置。６．上記装置が、負の陰極電位を確立するのに上記陰極に作用的に接続される負端子及び、上記ノズルの正の電位を確立するのに上記ノズルに作用的に接続される正端子を持ち、それにより、上記陰極と上記ノズルとの間に電気アークを起こす、高電圧直流電源、電気アークのエネルギー状態を増加するのに、上記陰極に接続される負端子及び上記ノズルに接続される正端子を持ち、それにより、上記電気アークを上記ノズル・オリフィスを通して延ばし、絞りプラズマ・アークを形成するパイロット・プラズマ直流電源供給部、及び上記絞りプラズマ・アークのエネルギー状態を増加させるのに、上記陰極へ接続される負端子及び上記ワイヤー供給材料へ作用的に接続される正端子を持つ、別個の主要直流電力供給部、を有し、上記ノズル及び上記ワイヤー供給材料に同じ第２正電位を保つために、上記ワイヤー供給材料と上記ノズルが電気的に接続され、それにより、上記絞りプラズマ・アークを上記ワイヤー供給材料まで延ばし、上記ワイヤー供給材料と上記陰極との間に、上記プラズマ移行式ワイヤー・アークを確立する、請求項１に記載のプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置。７．プラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置を用いて、密な金属皮膜で表面を被覆する方法であって、上記装置が、陰極、該陰極の自由端をそこから離間した関係でほぼ取囲み、そして上記陰極の自由端の反対側に絞りオリフィスを持つノズル及び、上記絞りノズル・オリフィスの反対側にワイヤー供給材料の自由端を送るワイヤー供給部を含み、上記陰極を取囲み、上記絞りノズル・オリフィスから出て行くプラズマ・ガスを上記ノズルの中へ注ぐ工程、上記陰極と上記ノズルとの間に、電位差を生成することにより、そこの間に電気パイロット・アークを起こし、上記陰極が負電位を持ち上記ノズルが正電位を持つこととする、工程、上記電気アークに対する電気エネルギーを増加し、絞り延ばされたプラズマ・アークを形成することにより、上記電気アークを上記絞りノズル・オリフィスを通して延ばす工程、及び上記ワイヤー供給材料と上記陰極との間で、電位差を生成することにより、上記絞り延ばされたプラズマ・アークを上記ノズルから上記ワイヤー供給材料の上記自由端へ移行する工程、を有し、上記ワイヤー供給材料と上記ノズルが同じ正電位を持ち、上記陰極が負電位を持ち、それにより、上記ワイヤー供給材料の自由端を融解し、上記プラズマ・ガスが、上記表面上に上記ち密な金属被膜を形成するために、融解供給材料を霧化し霧化された融解供給材料を上記表面へ向け推進させる、方法。８．上記方法が、上記陰極及び上記ノズルを、組立体として、上記ノズルと上記ワイヤー供給材料の同じ正電位を維持しながら、上記ワイヤー供給材料の長軸回りに回転させ、それにより、上記霧化された融解供給材料を回転しながら進めて上記密な金属皮膜で内方円弧面を被覆する工程を、含む、請求項７に記載の、ち密な金属皮膜で表面を被覆する方法。９．上記方法は、プラズマ・ガスを圧力下で上記ノズル内へ接線方向に注ぐ工程及び、上記陰極回りにあり上記絞りノズル・オリフィスから出て行く渦流を生成する工程、を含む、請求項７に記載のち密な金属皮膜で表面を被覆する方法。１０．上記方法が、第２ガス流を、上記ワイヤー供給材料の自由端へ向かって、上記ワイヤー供給材料の自由端を囲み、上記ワイヤー供給材料の自由端の下流に位置する交差点を持つ形態で、向ける工程を含む、請求項７に記載のち密な金属皮膜で表面を被覆する方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ジェームズ、アール、バウマンアメリカ合衆国ミシガン州プリムス、パインリッジ・ドライブ、49632 (72)発明者デビッド、ジェイ、クックアメリカ合衆国ミシガン州ファーミントン・ヒルズ、ワイルドウッド・トレイル、 28420

Claims

【特許請求の範囲】１．表面の被覆をするプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置であって、第１の負電位を持つ陰極(51)、該陰極（51）の自由端を離間した関係でほぼ取囲み、上記陰極の自由端の反対側に絞りオリフィス（55）を持ち、第２の正電位を持つ、ノズル(50)、上記ノズル（50）の中へ上記陰極（51）を取囲みそして上記絞りノズル・オリフィス（55）から出て行くプラズマ・ガスを注ぐプラズマ・ガスの供給源、及び、上記絞りノズル・オリフィス（55）の反対側にあって、上記ノズル（50）と同じ第２正電位を持つワイヤー供給材料（56）の自由端を、連続的に送るワイヤー供給部(58a,58b)、を有し、上記装置は、それにより、上記ワイヤー供給材料の自由端と上記陰極（51）との間に、上記ワイヤー供給材料の自由端を溶かす、プラズマ移行式アークを確立し、上記絞りノズル（55）を出て行く上記プラズマ・ガスは融解供給材料を霧化し、霧化された融解供給材料を上記表面に向け推進し、それにより上記表面を被覆する、装置。２．上記陰極及び上記ノズルが、組立体として、上記ノズルと上記ワイヤー供給材料の同じ正電位を維持しながら、上記ワイヤー供給材料の長軸回りに回転自在に取付けられ、上記プラズマ移行式アークを回転自在に上記ワイヤー供給供給材料の上記長軸を通り向けるために、上記ワイヤー供給材料回りに回転自在である上記陰極及びノズルの組立体が、上記ノズルの上記絞りオリフィスの反対側の内側円弧面を被覆する、請求項１に記載のプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置。３．上記ノズルは、上記陰極を離間関係で取囲む囲まれた環状室及び、上記絞りノズル・オリフィスから離間し上記環状室の軸に対してある角度で規定される入口ポートを、含み、上記プラズマ・ガスが、圧力下で上記囲み環状室内へ注がれ、上記陰極回りに上記絞りノズル・オリフィスから出て行くプラズマ・ガス渦流を生成する、請求項１に記載のプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置。４．上記ワイヤー供給材料の上記長軸と上記プラズマ移行式アークとの間の角度が90度未満である、請求項２に記載のプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置。５．上記ワイヤー供給部は、上記ワイヤー供給材料がそこを通って上記ノズルの絞りオリフィスへそれと接触して供給される略管状の導電性ワイヤー・ガイドを含み、上記陰極及びノズルの組立体が上記ワイヤー供給材料の上記長軸回りに回転させられる際に、上記ワイヤー・ガイドが上記ノズルと連続的な電気接触をしている、請求項２に記載のプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置。６．上記装置が、負の陰極電位を確立するのに上記陰極に作用的に接続される負端子及び、上記ノズルの正の電位を確立するのに上記ノズルに作用的に接続される正端子を持ち、それにより、上記陰極と上記ノズルとの間に電気アークを起こす、高電圧直流電源、電気アークのエネルギー状態を増加するのに、上記陰極に接続される負端子及び上記ノズルに接続される正端子を持ち、それにより、上記電気アークを上記ノズル・オリフィスを通して延ばし、絞りプラズマ・アークを形成するパイロット・プラズマ直流電源供給部、及び上記絞りプラズマ・アークのエネルギー状態を増加させるのに、上記陰極へ接続される負端子及び上記ワイヤー供給材料へ作用的に接続される正端子を持つ、別個の主要直流電力供給部、を有し、上記ノズル及び上記ワイヤー供給材料に同じ第２正電位を保つために、上記ワイヤー供給材料と上記ノズルが電気的に接続され、それにより、上記絞りプラズマ・アークを上記ワイヤー供給材料まで延ばし、上記ワイヤー供給材料と上記陰極との間に、上記プラズマ移行式ワイヤー・アークを確立する、請求項１に記載のプラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置。７．プラズマ移行式ワイヤー・アーク溶射装置を用いて、密な金属皮膜で表面を被覆する方法であって、上記装置が、陰極、該陰極の自由端を離間した関係でほぼ取囲み、上記陰極の自由端の反対側に絞りオリフィスを持つノズル及び、上記絞りノズル・オリフィスの反対側にワイヤー供給材料の自由端を送るワイヤー供給部を含み、上記陰極を取囲み、上記絞りノズル・オリフィスから出て行くプラズマ・ガスを上記ノズルの中へ注ぐ工程、上記陰極と上記ノズルとの間に、電位差を生成することにより、そこの間に電気パイロット・アークを起こし、上記陰極が負電位を持ち上記ノズルが正電位を持つこととする、工程、上記電気アークに対する電気エネルギーを増加し、絞り延ばされたプラズマ・アークを形成することにより、上記電気アークを上記絞りノズル・オリフィスを通して延ばす工程、及び上記ワイヤー供給材料と上記陰極との間で、電位差を生成することにより、上記絞り延ばされたプラズマ・アークを上記ノズルから上記ワイヤー供給材料の上記自由端へ移行する工程、を有し、上記ワイヤー供給材料と上記ノズルが同じ正電位を持ち、上記陰極が負電位を持ち、それにより、上記ワイヤー供給材料の自由端を融解し、上記プラズマ・ガスが融解供給材料を霧化し霧化された融解供給材料を上記表面へ向け推進させ、上記表面上に上記ち密な金属被膜を形成する、方法。８．上記方法が、上記陰極及び上記ノズルを、組立体として、上記ノズルと上記ワイヤー供給材料の同じ正電位を維持しながら、上記ワイヤー供給材料の長軸回りに回転させ、それにより、上記霧化された融解供給材料を回転しながら進めて上記密な金属皮膜で内方円弧面を被覆する工程を、含む、請求項７に記載の、ち密な金属皮膜で表面を被覆する方法。９．上記方法は、プラズマ・ガスを圧力下で上記ノズル内へ接線方法に注ぐ工程及び、上記陰極回りにあり上記絞りノズル・オリフィスから出て行く渦流を生成する工程、を含む、請求項７に記載のち密な金属皮膜で表面を被覆する方法。１０．上記方法が、第２ガス流を、上記ワイヤー供給材料の自由端へ向かって、上記ワイヤー供給材料の自由端を囲み、上記ワイヤー供給材料の自由端の下流に位置する交差点を持つ形態で、注ぐ工程を含む、請求項７に記載のち密な金属皮膜で表面を被覆する方法。