JP2004068034A - Nozzle apparatus and intermetallic compound formation apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nozzle apparatus in which clogging hardly occurs even on continuous operation for a long period of time, and the smooth and continuous discharge of a molten material is possible. <P>SOLUTION: A discharge nozzle 31 is formed of mutually separable inner cylinder part 32 and outer cylinder parts 33, 34 and 35. A space 370 is formed between the outer circumferential face of the inner cylinder part 32 and the inner circumferential faces of the outer cylinder parts 34 and 35. A flat space 371 is formed between the bottom face 324 of the circumferential wall part 320 in the inner cylinder part 32 and the upper face 353 of the bottom part 352 in the outer cylinder part 35. The center of the bottom part 352 in the outer cylinder part 35 is provided with a discharge hole 351. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基材に溶融材料を吐出するためのノズル装置およびそれを備えた金属間化合物形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
次世代の自動車、船舶、航空宇宙機器などの輸送機関あるいはエネルギプラントの熱機関などに用いる構造材料として、軽く耐熱性に優れた材料の開発が不可欠である。高強度耐熱材料として期待されるアルミナイド系などの金属間化合物はこのような条件に適合する素材である。NiAl,TiAlなどの金属間化合物は、800℃〜1000℃で使用できる高温材料としてエンジン部品、宇宙航空機機体部品などへの応用が期待されている。
【0003】
そこで、金属間化合物の組成または組織の最適化および高性能化、所望の構造体を得るための加工方法の開発など実用化に向けた研究が行われている。特開2002−30463号公報には、金属材料表面に耐食性および耐摩耗性を付与する目的で金属間化合物の被覆を行う被覆方法および被覆装置が記載されている。特開2002−30463号公報に記載された被覆装置では、ニッケルなどの粉末金属が堆積用ノズルから基材表面に堆積され、続いてアルミニウムなどの溶融金属が吐出用ノズルから基材表面に吐出され、粉末金属と溶融金属の自己発熱反応により基材上に金属間化合物の被覆層が形成される。
【0004】
図8は、従来の被覆装置に用いられる吐出用ノズルの模式的断面図である。吐出用ノズル301内には溶融アルミニウム302が収容される。吐出用ノズル301の内部にアルゴンガス303が供給され、溶融アルミニウム302の上面を加圧することにより、吐出用ノズル301の先端の孔304からアルミニウム液滴305が吐出される。それにより、予め基材2上に形成された粉末ニッケルの堆積層306に、アルミニウム液滴305が吐出され、焼成合成反応により微小なNiAl要素片が形成される。吐出用ノズル301を移動させることにより基材2上に金属間化合物NiAlからなる被覆層を形成することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
実用的に被覆層を形成するためには、ある程度連続的に被覆装置の運転を継続する必要がある。しかしながら、図8の吐出用ノズル301では、溶融アルミニウム302とノズル内面との摩擦または温度勾配により、先端部の孔304に目詰まりが生じる場合がある。先端部の孔304に目詰まりが生じた場合には、被覆装置の運転を停止し、吐出用ノズル301の清掃および再調整もしくは吐出用ノズル301の交換などを行う必要がある。したがって、長時間に渡り連続的に溶融アルミニウムを吐出することは困難である。また、被覆層の厚さまたは吐出用ノズル301の移動速度に応じてアルミニウムの液滴305のサイズなどの最適化を行う場合も、その都度、先端部の孔304の調整や吐出用ノズル301の交換を行う必要があり、生産的ではない。
【0006】
本発明の目的は、長時間の連続稼動を行った場合にも目詰まりが生じにくく溶融材料の円滑かつ連続的な吐出が可能なノズル装置を提供することである。
【0007】
本発明の他の目的は、吐出する溶融材料の液滴の最適化を容易に行うことが可能なノズル装置を提供することである。
【0008】
本発明のさらに他の目的は、長時間の連続稼動を行った場合にも高品質の金属間化合物を形成することが可能な金属間化合物形成装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明に係るノズル装置は、溶融材料を吐出するノズル装置であって、互いに分離可能に構成された外筒部および内筒部を備え、外筒部は、内周面を有する周壁部と吐出孔が設けられた底部とを有し、内筒部は、外周面を有する周壁部と気体導入孔が設けられた底面とを有し、外筒部の内周面と内筒部の外周面との間に材料源を収容するための第1の空間が形成されるとともに、外筒部の底部上面と内筒部の底面との間に第1の空間内の材料源に基づく溶融材料の薄膜層を保持するための第2の空間が形成されたものである。
【0010】
本発明に係るノズル装置においては、外筒部の内周面と内筒部の外周面との間の第1の空間に材料源を収容し、外筒部の底部上面と内筒部の底面との間の第2の空間に第1の空間から供給された溶融材料の薄膜層を形成することができる。薄膜層は表面張力により第2の空間に保持される。気体導入孔を通して薄膜層の上面を気体により加圧することにより溶融材料の液滴を吐出孔から吐出させることができる。液滴の吐出後は第1の空間からさらに溶融材料が第2の空間に供給され、その溶融材料が表面張力により薄膜層を形成する。したがって、吐出孔には溶融材料が残留せず目詰まりが生じにくく、溶融材料の円滑かつ連続的な吐出が可能となる。
【0011】
また、外筒部と内筒部は互いに分離することができる。したがって、吐出孔に目詰まりが生じても外筒部のみを取り外して清掃または交換することができるため、清掃作業または交換作業が容易である。また、交換部品のコストが低減される。
【0012】
外筒部の底部上面および内筒部の底面がそれぞれ平坦面からなってもよい。この場合、外筒部の底部上面および内筒部の底面により平坦な第2の空間が形成される。したがって、その平坦な第2の空間に溶融材料が供給されることにより、溶融材料の平坦な薄膜層が形成される。
【0013】
吐出孔と気体導入孔とが対向するように配置されることが好ましい。この場合、吐出孔と気体導入孔が対向するため、気体導入孔から導入した気体を溶融材料とともに吐出孔から円滑に吐出させることができる。したがって、気体導入孔から気体を導入することにより溶融材料の液滴を吐出孔から円滑に吐出させることができる。
【0014】
外筒部は、互いに分離可能に結合された複数の部材により構成されてもよい。この場合、外筒部を構成する複数の部材を互いに取り外すことにより、清掃作業または交換作業を容易に行うことができる。
【0015】
外筒部は、底部を含む第1の部材と周壁部を含む第2の部材とにより構成され、第1の部材と第2の部材とが互いに分離可能に結合されてもよい。この場合、吐出孔に目詰まりが生じても底部を含む第1の部材を取り外して清掃または交換することができるため、清掃作業または交換作業が容易である。また、交換部品のコストが低減される。
【0016】
吐出孔および気体導入孔の各々は0.1mm以上1mm以下の範囲の直径を有することが好ましい。この場合、外筒部の底部上面と内筒部の底面との間の第2の空間に形成される溶融材料の薄膜層が表面張力により第2の空間に確実に保持される。したがって、吐出孔に溶融材料が残留せず目詰まりが生じにくい。
【0017】
ノズル装置は、第1の空間に導入する溶融材料を収容する収容部をさらに備えてもよい。この場合、収容部から第1の空間に溶融材料を補充することができる。したがって、溶融材料の補充のために稼動を停止する必要がなく効率的である。
【0018】
ノズル装置は、内筒部の内部空間に気体を供給する気体供給装置をさらに備えてもよい。この場合、内筒部の内部空間に気体を供給することにより、外筒部の底部上面と内筒部の底面との間の第2の空間に保持される溶融材料の薄膜層を加圧し、溶融材料の液滴を吐出孔から吐出させることができる。
【0019】
気体供給装置は、第1の空間に気体を供給してもよい。この場合、第1の空間に収容された溶融材料の液面を気体により加圧することにより、外筒部の底部上面と内筒部の底面との間の第2の空間に溶融材料の吐出後に溶融材料を確実に供給することができる。
【0020】
気体供給装置により供給される気体の圧力をパルス状に制御する制御装置をさらに備えてもよい。この場合、気体導入孔から導入される気体の圧力がパルス状に制御される。したがって、溶融材料の液滴を連続的または間欠的に吐出させることができる。
【0021】
制御装置は、パルスの時間幅および時間間隔のうち少なくとも一方を制御してもよい。この場合、気体供給装置により供給される気体の供給時間および供給間隔を制御することができる。したがって、吐出孔から吐出される溶融材料の液滴のサイズおよび吐出速度を制御することができる。その結果、吐出する液滴の最適化を容易に行うことができる。
【0022】
本発明に係る金属間化合物形成装置は、基材上に第1の物質を堆積する堆積装置と、基材上の第1の物質上に第2の物質からなる溶融材料を吐出することにより第1および第2の物質の金属間化合物層を形成する上記2のノズル装置とを備えたものである。
【0023】
本発明に係る金属間化合物形成装置においては、基材上に第1の物質からなる堆積層が形成され、上記のノズル装置により基材上の堆積層に第2の物質からなる溶融材料が吐出される。それにより、基材上に第1および第2の物質からなる金属間化合物が形成される。上記のノズル装置を用いるので、長時間の稼動を行った場合にも目詰まりが生じにくく溶融材料の円滑かつ連続的な吐出が可能となる。その結果、長時間の連続稼動を行った場合にも高品質の金属間化合物を形成することが可能となる。
【0024】
【発明の実施の形態】
本発明に係る金属間化合物形成装置によれば、第1の物質の堆積と第2の物質の吐出とにより、基材上に金属間化合物の被覆層を効率良く形成できる。金属間化合物とは、複数の金属元素が結合し、成分の金属元素とは異なる新たな性質を有する化合物を意味する。ここで、「被覆層」は、基材を被覆する場合には「肉盛り被覆層」と呼ばれ、複数の基材を溶接する場合には「肉盛り溶接部」と呼ばれる。第1の物質および第2の物質は、所望する金属間化合物の特性(例えば、耐熱性、耐久性、耐環境性、摺動性など)に応じて、適当に選択する。
【0025】
以下、本発明の実施の形態に係る金属間化合物形成装置について説明する。なお、本実施の形態においては、第1の物質としてニッケル、第2の物質としてアルミニウムを用いる。
【0026】
図1は、本発明の一実施の形態に係る金属間化合物形成装置を示す模式図である。
【0027】
金属間化合物形成装置1は、チャンバ60を備える。チャンバ60内には、XYテーブル10が水平面内で互いに直交する2方向に移動可能に設けられている。XYテーブル10上には、基台11a,11bを上下方向に昇降する昇降装置12a,12bが設けられている。基台11a,11b上にはそれぞれ基材2が載置される。これにより、基台11a,11b上の基材2が前後左右方向および上下方向に移動可能となっている。それにより、吐出ユニット30の下方に基台11aを移動させ、堆積ユニット20の下方に基台11bを移動させることができる。
【0028】
また、チャンバ60内には、基台11aに載置された基材2上に粉末ニッケル21を堆積する堆積ユニット20と、基台11bに載置された基材2上に溶融アルミニウムを吐出可能な吐出ユニット30とが設けられている。XYテーブル10は、例えば、図示しない回転装置により鉛直方向の軸の周りで回転可能に構成される。
【0029】
堆積ユニット20は、粉末ニッケルの供給装置として機能する。堆積ユニット20は、内部に粉末ニッケルを収容する。また、堆積ユニット20の下部には、所定の粒径の粉末ニッケル21を適宜に落下供給するための篩(ふるい)機23が設けられている。加振機22で篩機23を振動させることにより堆積ユニット20から粉末ニッケル21が落下し、基材2上に粉末堆積層80が形成される。
【0030】
吐出ユニット30は、吐出ノズル31を有し、溶融アルミニウムの液滴吐出装置として機能する。吐出ノズル31の構造の詳細は後述する。吐出ノズル31内の溶融アルミニウムを加熱溶融するため、吐出ノズル31の周囲を取り囲むように抵抗ヒータなどの熱源35が設けられている。
【0031】
チャンバ60の内部は、真空の状態、あるいはアルゴンなどの不活性ガスまたは窒素などの反応性ガス(以下、「ガス体」という。)の雰囲気に気密に保たれる。チャンバ60の外部には、チャンバ60の内部を排気して真空状態にするためのポンプなどからなる減圧装置62が設けられている。また、チャンバ60内には、高周波熱源などからなる加熱機61、ブロアなどからなるガス循環装置63、温度検知器64および圧力計65が設けられている。加熱機61によりチャンバ60内が加熱され、ガス循環装置63によりチャンバ60内のガス体が循環される。また、温度検知器64により、基台11a,11b上の基材2の温度が検知され、圧力計65によりチャンバ60内の圧力が測定される。
【0032】
チャンバ60の外側には、ガス体をチャンバ60内に供給するためのガス管51が設けられている。ガス管51は、ガス体をチャンバ60に直接導くガス管52と、ガス体を吐出ノズル31に導くガス管53とに分岐する。チャンバ60内を真空にするときは、ガス管52からチャンバ60にガス体は供給されない。また、ガス管51には、ガス供給装置54が設けられており、ガス管53に供給するガス体の圧力を制御する。
【0033】
金属間化合物形成装置1の外部には制御ユニット70および計算機ユニット71が設けられており、金属間化合物形成装置1が自動的に制御される。
【0034】
計算機ユニット71は、基材2を2次元的または3次元的に被覆するための設計パターンに基づいて座標データなどの設計データを作成するために用いられる。制御ユニット70は、計算機ユニット71により得られた設計データ、温度検知器64により検知された温度、圧力計65により測定された圧力に基づいて、XYテーブル10、昇降装置12a,12b、加振機22、熱源35、ガス供給装置54、加熱機61、減圧装置62およびガス循環装置63を制御する。
【0035】
まず、基台11aに載置された基材2上に堆積ユニット20から粉末ニッケル21が堆積され、粉末堆積層80が形成される。所望の領域に粉末堆積層80が得られるように、XYテーブル10は前後左右に移動する。次に、基台11aが吐出ユニット30の下方に移動する。次いで、基材2上の粉末堆積層80に吐出ユニット30から溶融アルミニウムが吐出される。これにより、基材2上で発熱を伴いながらNiAlの被覆層81が形成される。基材2上の領域に所望の被覆層81が得られるようにXYテーブル10が前後左右に移動する。金属間化合物の被覆層を複数重ねる場合には、同様な動作を繰り返す。それにより、基材2上に形成される被覆層を厚くすることができる。また、3次元的形状を有する被覆層のパターンを形成することができる。
【0036】
図2は、図1の金属間化合物形成装置1に用いられる吐出ノズル31の断面図であり、図3は、図1の金属間化合物形成装置1に用いられる吐出ノズル31の分解断面図であり、図4は、図2の吐出ノズル31のA−A線断面図である。
【0037】
図2または図3に示すように、吐出ノズル31は、内筒部32および外筒部33,34,35により構成される。これらの内筒部32および外筒部33,34,35は、例えば、グラファイト、アルミナ、炭化ケイ素などのセラミックスにより形成される。
【0038】
内筒部32は、円筒状の周壁部320を有し、周壁部320の内部に円柱状の通路321が設けられている。周壁部320の下端部は漸次径小となっている。周壁部320の底面324は平坦に形成され、底面324の中心に通路331に連通する噴出孔(気体導入孔)322が開口している。噴出孔322の直径は0.1mm〜1mm程度であることが好ましい。周壁部320の外側には径大な円柱状の嵌合部325が一体的に設けられている。嵌合部325には複数の通路323が上下に貫通するように形成されている。嵌合部325の外周面には雄ねじ326が形成されている。
【0039】
外筒部33は円筒状の周壁部330を有し、周壁部330の内部に円柱状の通路331が設けられている。周壁部330の外周面の下端部には雄ねじ332が形成されている。
【0040】
外筒部34は、円筒状の周壁部340を有する。周壁部340は、上端部側に径大な内周面を有し、中央部に中間径の内周面を有し、下端部側に径小な円周面を有する。また、周壁部340は、下端部に径小な外周面を有する。上端部側の径大な内周面には雌ねじ341が形成され、中央部の中間径の内周面には雌ねじ342が形成され、下端部の径小な外周面には雄ねじ343が形成されている。
【0041】
外筒部35は、円筒状の周壁部350および底部352を有する。周壁部350は、上端部側に径大な内周面を有し、下端部側に径小な内周面を有する。周壁部350の上端部側の内周面には雌ねじ354が形成されている。底部352の中央部の上面353は平坦に形成されている。底部352の中心には吐出孔351が設けられている。吐出孔351の直径は0.1mm〜1mm程度であることが好ましい。
【0042】
内筒部32の雄ねじ326を外筒部34の雌ねじ342に螺合させ、外筒部33の雄ねじ332を外筒部34の雌ねじ341に螺合させ、外筒部34の雄ねじ343を外筒部35の雌ねじ354に螺合させることにより、吐出ノズル31を組み立てることができる。
【0043】
図2に示すように、内筒部32および外筒部33,34,35を組み立てた状態では、内筒部32の外周面と外筒部34,35の内周面との間に空間370が形成される。また、内筒部32の底面324と外筒部35の底部352の上面353との間に平坦な空間371が形成される。空間370は内筒部32の通路323を通して外筒部33の通路331に連通している。また、吐出孔351は空間371を通して噴出孔322、通路321および通路331に連通している。内筒部32の底面324と外筒部35の底部352の上面353との間の距離は、0.1mm以上1mm以下とすることが好ましい。
【0044】
図5は、吐出ノズル31の吐出孔351から溶融アルミニウム38が吐出される様子を描いた模式図である。
【0045】
吐出ノズル31内の空間370には、溶融アルミニウム38が貯留されている。溶融アルミニウム38は、例えば粉末アルミニウムまたは固形アルミニウム片の状態で内筒部32の通路323を通して空間370内に充填され、図1の加熱源35により加熱溶融することにより得られる。内筒部32の底面324と外筒部35の底部352の上面353との間の平坦な空間371には、空間370から供給される溶融アルミニウム38により溶融アルミニウムの薄膜層381が形成される。薄膜層381は表面張力により平坦な空間371に保持される。この状態で図1のガス供給装置54により通路331にガス体が供給される。
【0046】
通路331に供給されたガス体は、内筒部32の通路321を通して噴出孔322から溶融アルミニウムの薄膜層381を加圧する。それにより、外筒部35の吐出孔351から溶融アルミニウムの液滴382が吐出される。
【0047】
また、通路331に供給されたガス体は、内筒部32の通路323を通して溶融アルミニウム38の液面を加圧する。それにより、溶融アルミニウムの液滴382の吐出後も絶えず溶融アルミニウム38が平坦な空間371に供給され、溶融アルミニウムの薄膜層381が空間371に保持される。そのため、連続的に溶融アルミニウムの液滴382の吐出が可能である。
【0048】
このように、内筒部32の底面324と外筒部35の底部352の上面353との間の平坦な空間371に溶融アルミニウムの薄膜層381が保持され、ガス体による加圧時に吐出孔351から吐出されるので、吐出孔351の目詰まりが生じにくい。
【0049】
また、吐出孔351の目詰まりが生じた場合でも、吐出ノズル31から外筒部35のみを取り外して清掃または交換することができるので、清掃作業または交換作業が容易である。また、交換部品のコストが低減される。
【0050】
図1に示すガス供給装置54によりガス体を短い時間間隔でパルス状に断続的に加圧することができる。この場合、断続的なガス体の供給により溶融アルミニウムの液滴382を連続的または間欠的に吐出させることが可能である。さらに、パルスの時間幅および時間間隔の少なくとも一方を制御することにより、溶融アルミニウムの液滴382の大きさや吐出速度を制御することができる。
【0051】
図6は、図1のガス供給装置54により供給されるガス体の圧力変化を示す図である。縦軸はガス供給装置54から供給されるガス体の圧力であり、横軸は時間である。パルスの時間幅OPはガス体がガス供給装置54から供給される時間であり、パルスの時間間隔CLはガス体がガス供給装置54から供給されない時間である。
【0052】
図6(a)はパルスの時間幅OPが大きく、パルスの時間間隔CLが小さい場合であり、図6(b)はパルスの時間幅OPが小さく、パルスの時間間隔CLが大きい場合である。
【0053】
図6(a)の場合には、ガス体の供給時間が長く供給間隔が短くなっている。それにより、吐出ノズル31から大きなサイズの液滴382が短い間隔で連続的に吐出される。
【0054】
図6(b)の場合には、ガス体の供給時間が短く供給間隔が長くなっている。それにより、小さいサイズの液滴382が間欠的に吐出される。
【0055】
このパルスの時間幅OPおよびパルスの時間間隔CLを制御することにより、吐出ノズル31から吐出される液滴382のサイズおよび吐出速度を制御することができる。したがって、被覆層の厚さおよびXYテーブル10の移動速度に応じて液滴のサイズおよび吐出速度を最適化することにより、溶融アルミニウムの液滴とニッケル粉末堆積層との反応域および反応相の制御を容易に行うことが可能となる。その結果、金属間化合物からなる被覆層の気孔率および組織を最適化し、高品質の被覆層を形成することが可能となる。
【0056】
図7は、図1の金属間化合物形成装置1に用いられる吐出ノズルの他の例を示す模式図である。
【0057】
吐出ノズル31aは、内筒部32aおよび外筒部35aにより構成される。
内筒部32aは、円筒状の周壁部320aを有し、周壁部320aの上端部側に径大な外周面を有し、下端部側に径小な外周面を有する。周壁部320aの内部に円柱状の通路321aが設けられており、通路321aの下端部は漸次径小となっている。周壁部320aの底面324aは平坦に形成され、周壁部320aの外周面の下端部には雄ねじ326aが形成されている。また、内筒部32aは底面324aの中心に噴出孔322aを有する。噴出孔322aの直径は0.1mm〜1mm程度であることが好ましい。
【0058】
外筒部35aは円筒状の周壁部350aおよび底部352aを有する。周壁部350aの上端部側の内周面には雌ねじ354aが形成されている。底部352aの中央部の上面353aは平坦に形成されている。底部352aの中心には吐出孔351aが設けられている。吐出孔351aの直径は0.1mm〜1mm程度であることが好ましい。
【0059】
内筒部32aの雄ねじ326aを外筒部35aの雌ねじ354aに螺合させることにより、吐出ノズル31aを組み立てることができる。
【0060】
内筒部32aおよび外筒部35aを組み立てた状態では、内筒部32aの下端部側の外周面と外筒部35aの内周面との間に空間370aが形成される。また、内筒部32aの底面324aと外筒部35aの底部352aの上面353aとの間に平坦な空間371aが形成される。吐出孔351aは空間371aを通して噴出孔322a、通路321aに連通している。
【0061】
また、吐出ノズル31aの側部に溶融アルミニウム38を貯蔵する貯蔵槽91が設けられている。貯蔵槽91の内部は空間370aに連通している。貯蔵槽91は、ガス体が供給される入り口92と、アルミニウム粉末材料39が供給される入り口93とを備える。
【0062】
平坦な空間371aには、空間370aから供給される溶融アルミニウム38aにより溶融アルミニウムの薄膜層381aが形成される。薄膜層381aは表面張力により平坦な空間371aに保持される。
【0063】
通路321aに供給されたガス体は、内筒部32aの通路321aを通して噴出孔322aから溶融アルミニウムの薄膜層381aを加圧する。それにより、外筒部35aの吐出孔351aから溶融アルミニウムの液滴382aが吐出される。
【0064】
また、入り口92から供給されたガス体は、貯蔵槽91内の溶融アルミニウム38aの液面を加圧する。それにより、溶融アルミニウムの液滴382aの吐出後も絶えず貯蔵槽91から溶融アルミニウム38aが平坦な空間371aに供給され、溶融アルミニウムの薄膜層381aが空間371aに保持される。そのため、連続的に溶融アルミニウムの液滴382aの吐出が可能である。
【0065】
貯蔵槽91から空間370aに溶融アルミニウム38aを供給することが可能であるため、空間370aにアルミニウム粉末材料を補充するために金属間化合物形成装置を停止する必要がなく、生産性が向上する。
【0066】
また、貯蔵槽91に入り口93からアルミニウム粉末材料を供給することが可能であり、貯蔵槽91内の溶融アルミニウム38aは常に供給される。
【0067】
上記実施の形態では、吐出ノズル31,31aの吐出孔351,351aが円形である場合を説明したが、吐出孔は円形に限られず楕円形、略多角形などの他の形状であってもよく、あるいはスリット状であってもよい。これらの場合、吐出孔の短辺または短軸の長さが0.1mm以上1.0mm以下であることが好ましい。
【0068】
また、上記実施の形態では、第1の物質がニッケルであり、第2の物質がアルミニウムである場合を説明したが、第1および第2の物質としては任意の金属材料を用いることができ、あるいは、任意の金属材料および任意のセラミックス材料の混合物を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る金属間化合物形成装置を示す模式図である。
【図2】図1の金属間化合物形成装置に用いられる吐出ノズルの断面図である。
【図3】図1の金属間化合物形成装置に用いられる吐出ノズルの分解断面図である。
【図4】図2の吐出ノズルのA−A線断面図である。
【図5】吐出ノズルの吐出孔から溶融アルミニウムが吐出される様子を描いた模式図である。
【図6】図1のガス供給装置により供給されるガス体の圧力変化を示す図である。
【図7】図1の金属間化合物形成装置に用いられる吐出ノズルの他の例を示す模式図である。
【図8】従来の被覆装置に用いられる吐出用ノズルの模式的断面図である。
【符号の説明】
1 金属間化合物形成装置
2 基材
10 XYテーブル
11a,11b 基台
12a,12b 昇降装置
20 堆積ユニット
22 加振機
23 篩機
30 吐出ユニット
31,31a 吐出ノズル
32,32a 内筒部
33,34,35,33a,34a,35a 外筒部
35 熱源
54 ガス供給装置
60 チャンバ
61 加熱機
62 減圧装置
63 ガス循環装置
64 温度検知器
65 圧力計
70 制御ユニット計算機ユニット
71 計算機ユニット
91 貯蔵槽
351,351a 吐出孔
322,322a 噴出孔
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a nozzle device for discharging a molten material to a substrate and an intermetallic compound forming device provided with the nozzle device.
[0002]
[Prior art]
It is essential to develop a light-weight and excellent heat-resistant material as a structural material for use in next-generation automobiles, ships, transportation equipment such as aerospace equipment, and heat engines of energy plants. Intermetallic compounds such as aluminides, which are expected as high-strength heat-resistant materials, are materials meeting such conditions. Intermetallic compounds such as NiAl and TiAl are expected to be applied to engine parts, space aircraft body parts, and the like as high-temperature materials that can be used at 800 ° C. to 1000 ° C.
[0003]
Therefore, researches for practical use, such as optimization of the composition or structure of the intermetallic compound and improvement in performance, development of a processing method for obtaining a desired structure, and the like have been conducted. JP-A-2002-30463 discloses a coating method and a coating apparatus for coating an intermetallic compound for the purpose of imparting corrosion resistance and wear resistance to the surface of a metal material. In the coating apparatus described in JP-A-2002-30463, powder metal such as nickel is deposited on a substrate surface from a deposition nozzle, and subsequently, molten metal such as aluminum is discharged from a discharge nozzle onto the substrate surface. A self-heating reaction between the powder metal and the molten metal forms a coating layer of an intermetallic compound on the substrate.
[0004]
FIG. 8 is a schematic sectional view of a discharge nozzle used in a conventional coating apparatus. A molten aluminum 302 is accommodated in the ejection nozzle 301. An argon gas 303 is supplied into the inside of the discharge nozzle 301, and the upper surface of the molten aluminum 302 is pressurized, so that an aluminum droplet 305 is discharged from the hole 304 at the tip of the discharge nozzle 301. As a result, aluminum droplets 305 are ejected onto the powdered nickel deposition layer 306 formed on the base material 2 in advance, and minute NiAl element pieces are formed by the firing synthesis reaction. By moving the discharge nozzle 301, a coating layer made of the intermetallic compound NiAl can be formed on the base material 2.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In order to form a coating layer practically, it is necessary to continue the operation of the coating apparatus to some extent continuously. However, in the discharge nozzle 301 of FIG. 8, the hole 304 at the tip may be clogged due to friction or temperature gradient between the molten aluminum 302 and the inner surface of the nozzle. If the hole 304 at the distal end is clogged, it is necessary to stop the operation of the coating apparatus and perform cleaning and readjustment of the discharge nozzle 301 or replacement of the discharge nozzle 301. Therefore, it is difficult to continuously discharge molten aluminum for a long time. Also, when optimizing the size of the aluminum droplet 305 or the like according to the thickness of the coating layer or the moving speed of the discharge nozzle 301, adjustment of the hole 304 at the front end portion or adjustment of the discharge nozzle 301 is performed each time. Need to make a replacement and not productive.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a nozzle device which is less likely to be clogged even when operated continuously for a long time and which can discharge a molten material smoothly and continuously.
[0007]
Another object of the present invention is to provide a nozzle device that can easily optimize droplets of a molten material to be discharged.
[0008]
Still another object of the present invention is to provide an intermetallic compound forming apparatus capable of forming a high-quality intermetallic compound even when a long-time continuous operation is performed.
[0009]
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention
A nozzle device according to the present invention is a nozzle device that discharges a molten material, and includes an outer cylinder portion and an inner cylinder portion that are configured to be separable from each other, and the outer cylinder portion discharges a peripheral wall portion having an inner peripheral surface. A bottom portion provided with a hole, the inner cylinder portion has a peripheral wall portion having an outer peripheral surface, and a bottom surface provided with a gas introduction hole, and an inner peripheral surface of the outer cylinder portion and an outer peripheral surface of the inner cylinder portion. And a first space for accommodating the material source is formed between the bottom surface of the outer cylinder portion and the bottom surface of the inner cylinder portion. A second space for holding the thin film layer is formed.
[0010]
In the nozzle device according to the present invention, the material source is accommodated in the first space between the inner peripheral surface of the outer cylindrical portion and the outer peripheral surface of the inner cylindrical portion, and the bottom upper surface of the outer cylindrical portion and the bottom surface of the inner cylindrical portion The thin film layer of the molten material supplied from the first space can be formed in the second space between the first and second spaces. The thin film layer is held in the second space by surface tension. By pressing the upper surface of the thin film layer with a gas through the gas introduction hole, droplets of the molten material can be discharged from the discharge hole. After the ejection of the droplets, the molten material is further supplied from the first space to the second space, and the molten material forms a thin film layer by surface tension. Therefore, the molten material does not remain in the discharge holes and clogging hardly occurs, so that the molten material can be smoothly and continuously discharged.
[0011]
Further, the outer tube portion and the inner tube portion can be separated from each other. Therefore, even if the discharge holes are clogged, only the outer tube portion can be removed and cleaned or replaced, so that the cleaning operation or replacement operation is easy. Also, the cost of replacement parts is reduced.
[0012]
The top surface of the bottom of the outer cylinder and the bottom surface of the inner cylinder may each be a flat surface. In this case, a flat second space is formed by the bottom upper surface of the outer cylinder portion and the bottom surface of the inner cylinder portion. Therefore, by supplying the molten material to the flat second space, a flat thin film layer of the molten material is formed.
[0013]
It is preferable that the discharge hole and the gas introduction hole are arranged so as to face each other. In this case, since the discharge hole and the gas introduction hole face each other, the gas introduced from the gas introduction hole can be smoothly discharged from the discharge hole together with the molten material. Therefore, by introducing the gas from the gas introduction hole, the droplet of the molten material can be smoothly discharged from the discharge hole.
[0014]
The outer cylinder may be constituted by a plurality of members that are separably connected to each other. In this case, a cleaning operation or an exchange operation can be easily performed by removing a plurality of members constituting the outer cylindrical portion from each other.
[0015]
The outer cylinder portion may be configured by a first member including a bottom portion and a second member including a peripheral wall portion, and the first member and the second member may be separably coupled to each other. In this case, even if the discharge hole is clogged, the first member including the bottom portion can be removed and cleaned or replaced, so that the cleaning operation or the replacement operation is easy. Also, the cost of replacement parts is reduced.
[0016]
Preferably, each of the discharge hole and the gas introduction hole has a diameter in the range of 0.1 mm or more and 1 mm or less. In this case, the thin film layer of the molten material formed in the second space between the bottom upper surface of the outer cylinder portion and the bottom surface of the inner cylinder portion is reliably held in the second space by surface tension. Therefore, the molten material does not remain in the discharge holes and clogging is unlikely to occur.
[0017]
The nozzle device may further include a storage unit that stores the molten material to be introduced into the first space. In this case, the molten material can be replenished from the storage section to the first space. Therefore, there is no need to stop the operation for replenishment of the molten material, which is efficient.
[0018]
The nozzle device may further include a gas supply device that supplies gas to the internal space of the inner cylinder. In this case, by supplying gas to the inner space of the inner cylinder, the thin film layer of the molten material held in the second space between the bottom upper surface of the outer cylinder and the bottom of the inner cylinder is pressurized, Droplets of the molten material can be discharged from the discharge holes.
[0019]
The gas supply device may supply gas to the first space. In this case, after the liquid surface of the molten material accommodated in the first space is pressurized by gas, after the molten material is discharged into the second space between the bottom upper surface of the outer cylinder portion and the bottom surface of the inner cylinder portion, Molten material can be supplied reliably.
[0020]
The apparatus may further include a controller that controls the pressure of the gas supplied by the gas supply device in a pulsed manner. In this case, the pressure of the gas introduced from the gas introduction hole is controlled in a pulsed manner. Therefore, the droplets of the molten material can be discharged continuously or intermittently.
[0021]
The control device may control at least one of a time width and a time interval of the pulse. In this case, the supply time and supply interval of the gas supplied by the gas supply device can be controlled. Therefore, the size and the discharge speed of the droplet of the molten material discharged from the discharge hole can be controlled. As a result, it is possible to easily optimize the droplet to be discharged.
[0022]
An intermetallic compound forming apparatus according to the present invention includes a deposition apparatus that deposits a first substance on a base material, and discharges a molten material including a second substance onto the first substance on the base material. A nozzle device for forming an intermetallic compound layer of the first and second substances.
[0023]
In the apparatus for forming an intermetallic compound according to the present invention, a deposited layer made of the first substance is formed on the base material, and the molten material made of the second substance is discharged to the deposited layer on the base material by the nozzle device. Is done. Thereby, an intermetallic compound composed of the first and second substances is formed on the base material. Since the above-described nozzle device is used, clogging hardly occurs even when the nozzle device is operated for a long time, and the molten material can be smoothly and continuously discharged. As a result, a high-quality intermetallic compound can be formed even when a long-time continuous operation is performed.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the intermetallic compound formation apparatus which concerns on this invention, the coating layer of an intermetallic compound can be efficiently formed on a base material by depositing a 1st substance and discharging a 2nd substance. The intermetallic compound means a compound in which a plurality of metal elements are bonded and have new properties different from those of the component metal elements. Here, the “coating layer” is referred to as a “build-up coating layer” when covering a base material, and is referred to as a “build-up welded portion” when welding a plurality of base materials. The first substance and the second substance are appropriately selected according to the desired properties of the intermetallic compound (for example, heat resistance, durability, environmental resistance, slidability, etc.).
[0025]
Hereinafter, an intermetallic compound forming apparatus according to an embodiment of the present invention will be described. Note that in this embodiment, nickel is used as the first substance and aluminum is used as the second substance.
[0026]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an intermetallic compound forming apparatus according to one embodiment of the present invention.
[0027]
The intermetallic compound forming apparatus 1 includes a chamber 60. The XY table 10 is provided in the chamber 60 so as to be movable in two directions orthogonal to each other in a horizontal plane. On the XY table 10, elevating devices 12a and 12b for vertically moving the bases 11a and 11b are provided. The base material 2 is placed on each of the bases 11a and 11b. Thereby, the base material 2 on the bases 11a and 11b can move in the front-rear, left-right, and up-down directions. Thereby, the base 11a can be moved below the discharge unit 30 and the base 11b can be moved below the deposition unit 20.
[0028]
Further, in the chamber 60, a deposition unit 20 for depositing the powdered nickel 21 on the base material 2 placed on the base 11a, and molten aluminum can be discharged onto the base material 2 placed on the base 11b Discharge unit 30 is provided. The XY table 10 is configured to be rotatable around a vertical axis by a rotating device (not shown), for example.
[0029]
The deposition unit 20 functions as a powder nickel supply device. The deposition unit 20 contains powdered nickel inside. In addition, a sieve (sieving) machine 23 for appropriately dropping and supplying powdered nickel 21 having a predetermined particle size is provided below the deposition unit 20. By vibrating the sieving machine 23 with the vibrator 22, the powder nickel 21 drops from the deposition unit 20, and a powder deposition layer 80 is formed on the base material 2.
[0030]
The discharge unit 30 has a discharge nozzle 31 and functions as a molten aluminum droplet discharge device. Details of the structure of the discharge nozzle 31 will be described later. In order to heat and melt the molten aluminum in the discharge nozzle 31, a heat source 35 such as a resistance heater is provided so as to surround the periphery of the discharge nozzle 31.
[0031]
The inside of the chamber 60 is kept airtight under a vacuum state or an atmosphere of an inert gas such as argon or a reactive gas such as nitrogen (hereinafter, referred to as a “gas body”). Outside the chamber 60, a pressure reducing device 62 including a pump or the like for evacuating the inside of the chamber 60 to a vacuum state is provided. Further, in the chamber 60, a heater 61 composed of a high-frequency heat source or the like, a gas circulation device 63 composed of a blower or the like, a temperature detector 64, and a pressure gauge 65 are provided. The inside of the chamber 60 is heated by the heater 61, and the gas body in the chamber 60 is circulated by the gas circulation device 63. Further, the temperature of the substrate 2 on the bases 11 a and 11 b is detected by the temperature detector 64, and the pressure in the chamber 60 is measured by the pressure gauge 65.
[0032]
A gas pipe 51 for supplying a gas body into the chamber 60 is provided outside the chamber 60. The gas pipe 51 branches into a gas pipe 52 that directly guides the gas body to the chamber 60 and a gas pipe 53 that guides the gas body to the discharge nozzle 31. When the inside of the chamber 60 is evacuated, no gas is supplied from the gas pipe 52 to the chamber 60. Further, the gas pipe 51 is provided with a gas supply device 54 for controlling the pressure of the gas supplied to the gas pipe 53.
[0033]
A control unit 70 and a computer unit 71 are provided outside the intermetallic compound forming apparatus 1, and the intermetallic compound forming apparatus 1 is automatically controlled.
[0034]
The computer unit 71 is used to create design data such as coordinate data based on a design pattern for covering the substrate 2 two-dimensionally or three-dimensionally. The control unit 70 is based on the design data obtained by the computer unit 71, the temperature detected by the temperature detector 64, and the pressure measured by the pressure gauge 65, based on the XY table 10, the elevating devices 12 a and 12 b, 22, a heat source 35, a gas supply device 54, a heater 61, a decompression device 62, and a gas circulation device 63 are controlled.
[0035]
First, the powder nickel 21 is deposited from the deposition unit 20 on the base material 2 placed on the base 11a, and the powder deposition layer 80 is formed. The XY table 10 is moved back and forth and left and right so that the powder deposition layer 80 is obtained in a desired area. Next, the base 11a moves below the discharge unit 30. Next, molten aluminum is discharged from the discharge unit 30 to the powder deposition layer 80 on the base material 2. Thus, the NiAl coating layer 81 is formed on the substrate 2 while generating heat. The XY table 10 moves back and forth and left and right so that a desired coating layer 81 is obtained in a region on the base material 2. When a plurality of intermetallic compound coating layers are stacked, the same operation is repeated. Thereby, the coating layer formed on the substrate 2 can be thickened. Further, a pattern of the coating layer having a three-dimensional shape can be formed.
[0036]
FIG. 2 is a sectional view of a discharge nozzle 31 used in the intermetallic compound forming apparatus 1 of FIG. 1, and FIG. 3 is an exploded sectional view of the discharge nozzle 31 used in the intermetallic compound forming apparatus 1 of FIG. 4 is a cross-sectional view of the discharge nozzle 31 of FIG.
[0037]
As shown in FIG. 2 or FIG. 3, the discharge nozzle 31 includes an inner cylindrical portion 32 and outer cylindrical portions 33, 34, and 35. The inner cylindrical portion 32 and the outer cylindrical portions 33, 34, 35 are formed of, for example, ceramics such as graphite, alumina, and silicon carbide.
[0038]
The inner cylindrical portion 32 has a cylindrical peripheral wall portion 320, and a cylindrical passage 321 is provided inside the peripheral wall portion 320. The lower end of the peripheral wall 320 is gradually reduced in diameter. The bottom surface 324 of the peripheral wall portion 320 is formed flat, and an ejection hole (gas introduction hole) 322 communicating with the passage 331 is opened at the center of the bottom surface 324. The diameter of the ejection hole 322 is preferably about 0.1 mm to 1 mm. A large-diameter cylindrical fitting part 325 is integrally provided outside the peripheral wall part 320. A plurality of passages 323 are formed in the fitting portion 325 so as to penetrate vertically. A male screw 326 is formed on the outer peripheral surface of the fitting portion 325.
[0039]
The outer cylinder part 33 has a cylindrical peripheral wall part 330, and a cylindrical passage 331 is provided inside the peripheral wall part 330. A male screw 332 is formed at the lower end of the outer peripheral surface of the peripheral wall 330.
[0040]
The outer cylinder part 34 has a cylindrical peripheral wall part 340. The peripheral wall portion 340 has a large-diameter inner peripheral surface at an upper end portion, an intermediate-diameter inner peripheral surface at a central portion, and a small-diameter circular peripheral surface at a lower end portion. The peripheral wall portion 340 has a small diameter outer peripheral surface at the lower end. A female screw 341 is formed on a large-diameter inner peripheral surface on the upper end portion side, a female screw 342 is formed on an intermediate peripheral inner peripheral surface at a central portion, and a male screw 343 is formed on a small-diameter outer peripheral surface at the lower end portion. ing.
[0041]
The outer cylinder 35 has a cylindrical peripheral wall 350 and a bottom 352. The peripheral wall portion 350 has a large-diameter inner peripheral surface on the upper end portion side and a small-diameter internal peripheral surface on the lower end portion side. A female screw 354 is formed on the inner peripheral surface on the upper end side of the peripheral wall portion 350. The upper surface 353 at the center of the bottom 352 is formed flat. A discharge hole 351 is provided at the center of the bottom 352. The diameter of the discharge hole 351 is preferably about 0.1 mm to 1 mm.
[0042]
The male screw 326 of the inner cylinder part 32 is screwed into the female screw 342 of the outer cylinder part 34, the male screw 332 of the outer cylinder part 33 is screwed with the female screw 341 of the outer cylinder part 34, and the male screw 343 of the outer cylinder part 34 is screwed into the outer cylinder. By screwing into the female screw 354 of the part 35, the discharge nozzle 31 can be assembled.
[0043]
As shown in FIG. 2, when the inner cylindrical portion 32 and the outer cylindrical portions 33, 34, 35 are assembled, a space 370 is provided between the outer peripheral surface of the inner cylindrical portion 32 and the inner peripheral surfaces of the outer cylindrical portions 34, 35. Is formed. In addition, a flat space 371 is formed between the bottom surface 324 of the inner cylinder portion 32 and the upper surface 353 of the bottom portion 352 of the outer cylinder portion 35. The space 370 communicates with the passage 331 of the outer cylinder 33 through the passage 323 of the inner cylinder 32. Further, the discharge hole 351 communicates with the ejection hole 322, the passage 321, and the passage 331 through the space 371. The distance between the bottom surface 324 of the inner cylinder portion 32 and the upper surface 353 of the bottom portion 352 of the outer cylinder portion 35 is preferably 0.1 mm or more and 1 mm or less.
[0044]
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a state in which the molten aluminum 38 is discharged from the discharge holes 351 of the discharge nozzle 31.
[0045]
The molten aluminum 38 is stored in the space 370 in the discharge nozzle 31. The molten aluminum 38 is filled into the space 370 through the passage 323 of the inner cylindrical portion 32 in the form of, for example, powdered aluminum or solid aluminum pieces, and is obtained by being heated and melted by the heating source 35 in FIG. In a flat space 371 between the bottom surface 324 of the inner cylinder portion 32 and the upper surface 353 of the bottom portion 352 of the outer cylinder portion 35, a thin film layer 381 of molten aluminum is formed by the molten aluminum 38 supplied from the space 370. The thin film layer 381 is held in a flat space 371 by surface tension. In this state, a gas body is supplied to the passage 331 by the gas supply device 54 of FIG.
[0046]
The gas supplied to the passage 331 presses the molten aluminum thin film layer 381 from the ejection hole 322 through the passage 321 of the inner cylindrical portion 32. As a result, the molten aluminum droplet 382 is discharged from the discharge hole 351 of the outer cylindrical portion 35.
[0047]
Further, the gas supplied to the passage 331 presses the liquid surface of the molten aluminum 38 through the passage 323 of the inner cylindrical portion 32. Thus, even after the ejection of the molten aluminum droplet 382, the molten aluminum 38 is constantly supplied to the flat space 371, and the thin film layer 381 of molten aluminum is held in the space 371. Therefore, it is possible to continuously discharge the molten aluminum droplets 382.
[0048]
In this manner, the thin film layer 381 of molten aluminum is held in the flat space 371 between the bottom surface 324 of the inner cylinder portion 32 and the upper surface 353 of the bottom portion 352 of the outer cylinder portion 35, and the discharge holes 351 are pressurized by the gas. , The ejection holes 351 are not easily clogged.
[0049]
Further, even when the discharge hole 351 is clogged, only the outer cylinder 35 can be removed from the discharge nozzle 31 for cleaning or replacement, so that cleaning or replacement is easy. Also, the cost of replacement parts is reduced.
[0050]
The gas supply device 54 shown in FIG. 1 allows the gas body to be intermittently pressurized in a pulsed manner at short time intervals. In this case, it is possible to discharge the molten aluminum droplets 382 continuously or intermittently by intermittent gas supply. Further, by controlling at least one of the time width and the time interval of the pulse, the size and ejection speed of the molten aluminum droplet 382 can be controlled.
[0051]
FIG. 6 is a diagram showing a change in pressure of the gas supplied by the gas supply device 54 of FIG. The vertical axis represents the pressure of the gas supplied from the gas supply device 54, and the horizontal axis represents time. The pulse time width OP is the time during which the gas is supplied from the gas supply device 54, and the pulse time interval CL is the time during which the gas is not supplied from the gas supply device 54.
[0052]
FIG. 6A shows a case where the pulse time width OP is large and the pulse time interval CL is small, and FIG. 6B shows a case where the pulse time width OP is small and the pulse time interval CL is large.
[0053]
In the case of FIG. 6A, the supply time of the gas body is long and the supply interval is short. Thus, large-sized droplets 382 are continuously discharged from the discharge nozzle 31 at short intervals.
[0054]
In the case of FIG. 6B, the supply time of the gas body is short and the supply interval is long. Thus, the small-sized droplets 382 are intermittently ejected.
[0055]
By controlling the time width OP of the pulse and the time interval CL of the pulse, the size and the discharge speed of the droplet 382 discharged from the discharge nozzle 31 can be controlled. Therefore, by optimizing the droplet size and ejection speed according to the thickness of the coating layer and the moving speed of the XY table 10, control of the reaction zone and reaction phase between the molten aluminum droplet and the nickel powder deposition layer Can be easily performed. As a result, the porosity and structure of the coating layer made of an intermetallic compound can be optimized, and a high-quality coating layer can be formed.
[0056]
FIG. 7 is a schematic view showing another example of the discharge nozzle used in the intermetallic compound forming apparatus 1 of FIG.
[0057]
The discharge nozzle 31a includes an inner cylinder 32a and an outer cylinder 35a.
The inner cylindrical portion 32a has a cylindrical peripheral wall portion 320a, and has an outer peripheral surface with a large diameter on the upper end side of the peripheral wall portion 320a and an outer peripheral surface with a small diameter on the lower end side. A cylindrical passage 321a is provided inside the peripheral wall 320a, and the lower end of the passage 321a is gradually reduced in diameter. The bottom surface 324a of the peripheral wall 320a is formed flat, and a male screw 326a is formed at the lower end of the outer peripheral surface of the peripheral wall 320a. The inner cylindrical portion 32a has an ejection hole 322a at the center of the bottom surface 324a. The diameter of the ejection hole 322a is preferably about 0.1 mm to 1 mm.
[0058]
The outer cylinder 35a has a cylindrical peripheral wall 350a and a bottom 352a. A female screw 354a is formed on the inner peripheral surface on the upper end side of the peripheral wall portion 350a. The upper surface 353a at the center of the bottom 352a is formed flat. An ejection hole 351a is provided at the center of the bottom 352a. The diameter of the discharge hole 351a is preferably about 0.1 mm to 1 mm.
[0059]
By screwing the male screw 326a of the inner cylinder part 32a with the female screw 354a of the outer cylinder part 35a, the discharge nozzle 31a can be assembled.
[0060]
When the inner cylinder part 32a and the outer cylinder part 35a are assembled, a space 370a is formed between the outer peripheral surface on the lower end side of the inner cylinder part 32a and the inner peripheral surface of the outer cylinder part 35a. In addition, a flat space 371a is formed between the bottom surface 324a of the inner cylinder portion 32a and the upper surface 353a of the bottom portion 352a of the outer cylinder portion 35a. The discharge hole 351a communicates with the ejection hole 322a and the passage 321a through the space 371a.
[0061]
In addition, a storage tank 91 for storing the molten aluminum 38 is provided on a side portion of the discharge nozzle 31a. The inside of the storage tank 91 communicates with the space 370a. The storage tank 91 includes an inlet 92 to which a gas body is supplied, and an inlet 93 to which the aluminum powder material 39 is supplied.
[0062]
In the flat space 371a, a thin layer 381a of molten aluminum is formed by the molten aluminum 38a supplied from the space 370a. The thin film layer 381a is held in a flat space 371a by surface tension.
[0063]
The gas supplied to the passage 321a presses the thin film layer 381a of molten aluminum from the ejection hole 322a through the passage 321a of the inner cylindrical portion 32a. Thus, a droplet 382a of molten aluminum is discharged from the discharge hole 351a of the outer cylindrical portion 35a.
[0064]
The gas supplied from the inlet 92 pressurizes the liquid surface of the molten aluminum 38 a in the storage tank 91. Thus, even after the ejection of the molten aluminum droplet 382a, the molten aluminum 38a is constantly supplied from the storage tank 91 to the flat space 371a, and the thin film layer 381a of molten aluminum is held in the space 371a. Therefore, it is possible to continuously discharge the molten aluminum droplet 382a.
[0065]
Since the molten aluminum 38a can be supplied from the storage tank 91 to the space 370a, it is not necessary to stop the intermetallic compound forming apparatus to replenish the space 370a with the aluminum powder material, and the productivity is improved.
[0066]
Further, it is possible to supply the aluminum powder material from the inlet 93 into the storage tank 91, and the molten aluminum 38a in the storage tank 91 is always supplied.
[0067]
In the above-described embodiment, the case where the ejection holes 351 and 351a of the ejection nozzles 31 and 31a are circular has been described. Or a slit shape. In these cases, the length of the short side or short axis of the discharge hole is preferably 0.1 mm or more and 1.0 mm or less.
[0068]
Further, in the above embodiment, the case where the first substance is nickel and the second substance is aluminum has been described, but any metal material can be used as the first and second substances. Alternatively, a mixture of any metal material and any ceramic material can be used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an intermetallic compound forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a discharge nozzle used in the intermetallic compound forming apparatus of FIG.
FIG. 3 is an exploded sectional view of a discharge nozzle used in the intermetallic compound forming apparatus of FIG.
FIG. 4 is a sectional view taken along line AA of the discharge nozzle of FIG. 2;
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a state in which molten aluminum is discharged from a discharge hole of a discharge nozzle.
FIG. 6 is a diagram showing a change in pressure of a gas body supplied by the gas supply device of FIG. 1;
FIG. 7 is a schematic view showing another example of a discharge nozzle used in the intermetallic compound forming apparatus of FIG.
FIG. 8 is a schematic sectional view of a discharge nozzle used in a conventional coating apparatus.
[Explanation of symbols]
1 Intermetallic compound forming equipment
2 Base material
10 XY table
11a, 11b base
12a, 12b lifting device
20 Deposition unit
22 Exciter
23 sieve machine
30 Discharge unit
31, 31a discharge nozzle
32, 32a Inner cylinder
33, 34, 35, 33a, 34a, 35a Outer cylinder
35 heat source
54 Gas supply device
60 chambers
61 heating machine
62 decompression device
63 Gas circulation device
64 temperature detector
65 Pressure gauge
70 Control unit Computer unit
71 Computer Unit
91 storage tank
351,351a Discharge hole
322,322a Vent hole

Claims (12)

溶融材料を吐出するノズル装置であって、
互いに分離可能に構成された外筒部および内筒部を備え、
前記外筒部は、内周面を有する周壁部と吐出孔が設けられた底部とを有し、
前記内筒部は、外周面を有する周壁部と気体導入孔が設けられた底面とを有し、
前記外筒部の内周面と前記内筒部の外周面との間に材料源を収容するための第1の空間が形成されるとともに、前記外筒部の底部上面と前記内筒部の底面との間に前記第1の空間内の材料源に基づく溶融材料の薄膜層を保持するための第2の空間が形成されたことを特徴とするノズル装置
A nozzle device for discharging molten material,
Comprising an outer tube portion and an inner tube portion configured to be separable from each other,
The outer cylinder has a peripheral wall having an inner peripheral surface and a bottom provided with a discharge hole,
The inner cylinder portion has a peripheral wall portion having an outer peripheral surface and a bottom surface provided with a gas introduction hole,
A first space for accommodating a material source is formed between an inner peripheral surface of the outer cylindrical portion and an outer peripheral surface of the inner cylindrical portion, and a bottom upper surface of the outer cylindrical portion and the inner cylindrical portion are formed. A second space formed between the first space and a bottom surface for holding a thin film layer of a molten material based on a material source in the first space;
前記外筒部の底部上面および前記内筒部の底面がそれぞれ平坦面からなることを特徴とする請求項1記載のノズル装置2. The nozzle device according to claim 1, wherein a bottom upper surface of the outer cylinder portion and a bottom surface of the inner cylinder portion are respectively flat surfaces. 前記吐出孔と前記気体導入孔とが対向するように配置されたことを特徴とする請求項1または2記載のノズル装置The nozzle device according to claim 1, wherein the discharge hole and the gas introduction hole are arranged to face each other. 前記外筒部は、互いに分離可能に結合された複数の部材により構成されたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のノズル装置The nozzle device according to any one of claims 1 to 3, wherein the outer cylinder portion includes a plurality of members that are separably coupled to each other. 前記外筒部は、前記底部を含む第1の部材と前記周壁部を含む第2の部材とにより構成され、前記第1の部材と前記第2の部材とが互いに分離可能に結合されたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のノズル装置The outer cylindrical portion is configured by a first member including the bottom portion and a second member including the peripheral wall portion, and the first member and the second member are separably coupled to each other. The nozzle device according to any one of claims 1 to 4, wherein 前記吐出孔および前記気体導入孔の各々は0.1mm以上1mm以下の範囲の直径を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のノズル装置The nozzle device according to any one of claims 1 to 5, wherein each of the discharge hole and the gas introduction hole has a diameter in a range of 0.1 mm or more and 1 mm or less. 前記第1の空間に導入する溶融材料を収容する収容部をさらに備えたことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のノズル装置The nozzle device according to any one of claims 1 to 6, further comprising a storage unit that stores the molten material to be introduced into the first space. 前記内筒部の内部空間に気体を供給する気体供給装置をさらに備えたことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のノズル装置The nozzle device according to claim 1, further comprising a gas supply device that supplies gas to an internal space of the inner cylinder portion. 前記気体供給装置は、前記第1の空間に気体を供給することを特徴とする請求項8記載のノズル装置The nozzle device according to claim 8, wherein the gas supply device supplies a gas to the first space. 前記気体供給装置により供給される気体の圧力をパルス状に制御する制御装置をさらに備えたことを特徴とする請求項8または9記載のノズル装置The nozzle device according to claim 8, further comprising a control device that controls a pressure of the gas supplied by the gas supply device in a pulse shape. 前記制御装置は、前記パルスの時間幅および時間間隔のうち少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項10記載のノズル装置The nozzle device according to claim 10, wherein the control device controls at least one of a time width and a time interval of the pulse. 基材上に第1の物質を堆積する堆積装置と、
前記基材上の第1の物質上に第2の物質からなる溶融材料を吐出することにより前記第1および第2の物質の金属間化合物層を形成する請求項1〜11のいずれかに記載のノズル装置とを備えたことを特徴とする金属間化合物形成装置
A deposition device for depositing a first substance on a substrate;
The intermetallic compound layer of the first and second substances is formed by discharging a molten material composed of a second substance onto the first substance on the base material. Apparatus for forming an intermetallic compound, comprising:
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CN111455381A (en) * 2020-05-22 2020-07-28 新疆汇翔激光科技有限公司 Laser cladding device and laser cladding forming method

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