JP2005002446A - Method and apparatus for supplying slurry-like fine powder - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スラリー状微粉末供給方法及び装置に関し、さらに詳しくは、微粉末のHVOF(High Velocity Oxy Fuel)溶射により諸特性に優れた高密度皮膜を得ようとする際に使用されるスラリー状微粉末供給方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
微粉末のHVOF溶射により諸特性に優れた高密度皮膜が得られることが、最近の溶射講演会等で発表され、多大な関心が寄せられている。特に、アフターバーナーを適用し、微粉末を使用すれば、セラミックのHVOF溶射が可能となり、その溶射皮膜はD−Gun溶射皮膜と異なり、物性変化が極めて少ないバルクに近い皮膜であることが解明されたので、新たなアプリケーションの開発が期待されている(非特許文献1参照)。
【0003】
【非特許文献1】産報出版株式会社発行「溶射技術」第22巻第3号第33−38頁(平成15年2月28日発行)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
微粉末は、熱エネルギーの吸収が速く、瞬時にジェット速度に近くまで加速されるので、溶射ガンに従来のような過大なエネルギーを求める必要もなく、エネルギーコストの低減も可能である。しかし、現存する微粉末供給装置では、微粉末(〜10μm)を安定的に供給することは困難であり、アプリケーションの実現が遅れている。
安定供給が困難である主たる原因は、微粉末の気体(空気及びキャリアガス)中における凝固であると考えられるので、本発明は、これを液体中で取り扱うことを試み、良好な微粉末供給システムを実現するスラリー状微粉末供給方法及び装置を提供すること課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
そのために本発明のスラリー状微粉末供給方法は、スラリー状微粉末とキャリアガスを混合し、アトマイズした後、パウダーポートより噴出させ、溶射フレームに投入して皮膜を形成する。
【0006】
また、本発明の他のスラリー状微粉末供給方法は、スラリー状微粉末を直接、パウダーポートより噴出させ、溶射フレームに投入して皮膜を形成する。
【0007】
そして、本発明のスラリー状微粉末供給装置は、スラリーフィード制御部、キャリアガス制御部及びパウダーポートを備えるスラリー状微粉末供給装置であって、前記パウダーポートの直前に配管され、前記スラリーフィード制御部により送給されるスラリー状微粉末と前記キャリアガス制御部より送給されるキャリアガスとを混合し、アトマイズする混合器を備え、前記パウダーポートは、前記混合器でアトマイズされたスラリー状微粉末を霧状に噴出することを特徴とする。
【0008】
また、本発明の他のスラリー状微粉末供給装置は、スラリーフィード制御部及びパウダーポートを備えるスラリー状微粉末供給装置であって、前記パウダーポートは、前記スラリーフィード制御部から送給されたスラリー状微粉末を霧状に噴出することを特徴とする。
【0009】
なお、前記キャリアガスに可燃性ガスを用いて、溶射フレームの温度及び熱エネルギーを上昇させ、セラミックの皮膜を形成可能とすることが望ましい。
【0010】
さらに、キャリアガスに反応性ガス及び/又はスラリー溶液に反応性液体を用いて、溶射フレームに投入後、溶射粒子に化学反応を起こさせるようにても良い。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一例を、図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明の実施の形態におけるスラリー状微粉末供給装置の概略図、図2は本発明のスラリー状微粉末供給装置が適用される溶射ガンの概略図である。
【0012】
スラリー状微粉末供給装置は、図1に示されるように、スラリーフィード制御部10、キャリアガス制御部20及びパウダーポート30を備える。スラリーフィード制御部10は、スラリーホッパー11とスラリーポンプ12からなり、スラリー状微粉末を後述する混合器40に送給する働きを担う。キャリアガス制御部20は、キャリアガスが充填されたボンベ21とレギュレータ22からなり、キャリアガスを前記混合器40に送給する働きを担う。
【0013】
前記スラリーホッパー11の撹拌器11aにより微粉末は、水、工業用アルコール又は灯油等の溶媒と混合し、撹拌することによりスラリー(又はペースト状)とし、前記スラリーホッパー11に配管されたスラリーポンプ12に自重で供給される。このようにスラリーは、自重でスラリーポンプ12に供給されるか、又はチューブ式ポンプを配管した場合には、チューブで吸引されるので、スラリーホッパー11を加圧する必要がなく、また、バイブレーター等の補助機能を付加する必要もないが、時間経過とともに、微粉末を溶媒が分離してしまうので、スラリーをゆるやかに撹拌する撹拌器を備えるスラリーホッパー11を必要とする。
【0014】
前記スラリーポンプ12は、スクリュー式ポンプやチューブ式ポンプ等、粉末をスラリーで搬送する際に使用される通常のポンプを使用する。また、スラリーを形成する溶媒は、粉末の物性を変化させない限り、種々選択可能である。後述する実験では、水、工業用アルコール、及び灯油を使用した。
【0015】
前記混合器40は、前記パウダーポート30の直前に配管され、前記スラリーフィード制御部10により送給されるスラリー状微粉末と前記キャリアガス制御部20より送給されるキャリアガスとを混合し、アトマイズする。前記パウダーポート30は、前記混合器40でアトマイズされたスラリー状微粉末を霧状に噴出する働きを担う。図2に示すようにスラリー状微粉末は、従来のHVOF溶射ガンのガンノズルから供給され、溶射フレームの吐出部に送給される。
【0016】
キャリアガスの流量等は、前記キャリアガス制御部20により、パウダーポート30の直前に配管された混合器40まで、独立系統で制御される。キャリアガスの種類としては、酸素及び有害ガスを発生するもの以外、すべて使用可能である。後述する実験例では、ドライエア及びアセチレンを使用した。アセチレンの燃焼で、投入粉末周りの温度が上昇し、セラミックの溶射が可能となる。
【0017】
コンプレッサーから吐出された圧縮エアは、多量の水分、油分を含んでいるため、溶射用のキャリアガスとしては望ましくないので、コンプレッサーの出力部にドライヤー及びフィルターを接続して水分及び油分を除去する。水分及び油分を除去されたエアをドライエアという。
【0018】
また、キャリアガスに反応性ガス及び/又はスラリー溶液に反応性液体を用いて、溶射フレームに投入後、溶射粒子に化学反応を起こさせるようにしてもよい。溶射フレームに投入されたキャリアガスやスラリー溶液は、酸素と結びついて燃焼反応を起こすが、反応性液体を加えた場合は、分解して溶融粒子と窒化反応、硼化反応等を起こして違う物質に変えてから皮膜を形成する。
【0019】
ここで、スラリー状微粉末供給方法の特徴を整理すると、
(1)粉末の粒度、形状等を問わない。
(2)ブレンド粉末も編積することなく供給できる。
(3)高精度での定量供給が可能である。
(4)最大供給量が大きく、供給レンジも広い。
(5)粉末供給量とキャリアガス流量がそれぞれ独立して制御できる。
(6)キャリアガスに可燃性ガスを使用することができる。なお、溶射に使用される可燃性ガスとしては、プロパン、プロピレン、MAPガス、水素ガス、アセチレン等が望ましい。このうち、アセチレンがセラミックを溶融する最高燃焼温度を発生するので、セラミックの溶射に適している。微粉末の粒子が小さく(サブミクロン)になると、その物質の融点以下で溶融が始まるので、この場合は、アセチレン以外のキャリアガスも有効である。
(7)粉末供給を瞬時にON/OFFすることが可能である。
(8)粉末を乾燥保管する必要がない。
【0020】
上記特徴を備えるスラリー状部粉末供給方法が有効であることを実証するために実験を行った。実験例のうち微粉末供給パラメータの代表例を表1に示す。なお、本実験においては、HVOF溶射ガンとして図2に示す株式会社ウィテコジャパン製のθガンを使用した。
【0021】
【表1】
【0022】
表1に示すように、
(1)灯油(液体供給量:20cc/min)を溶媒とする粒度が10μm程度のWC・12Co(タングステンカーバイト12%コバルト)のスラリー状微粉末を150g/minの供給量で供給し、圧力0.5Mpa、供給量20l/minでドライエアーをキャリアガスとして供給して、これらを混合し、アトマイズした後、パウダーポートより噴出させ、溶射フレームに投入して良質な皮膜を形成することに成功した。
(2)水(液体供給量:30cc/min)を溶媒とする粒度が25μm程度のAl(アルミニウム)のスラリー状微粉末を200g/minの供給量で供給し、圧力0.5Mpa、供給量25l/minでドライエアーをキャリアガスとして供給して、これらを混合し、アトマイズした後、パウダーポートより噴出させ、溶射フレームに投入して良質な皮膜を形成することに成功した。
(3)アルコール(液体供給量:25cc/min)を溶媒とする粒度が3μm程度のAl2O3(酸化アルミニウム)のスラリー状微粉末を80g/minの供給量で供給し、圧力0.14Mpa、供給量30l/minでアセチレンをキャリアガスとして供給して、これらを混合し、アトマイズした後、パウダーポートより噴出させ、溶射フレームに投入して良質な皮膜を形成することに成功した。
(4)アルコール(液体供給量:20cc/min)を溶媒とする粒度が1μm程度のY2O3(イットリア)のスラリー状微粉末を60g/minの供給量で供給し、圧力0.14Mpa、供給量26l/minでアセチレンをキャリアガスとして供給して、これらを混合し、アトマイズした後、パウダーポートより噴出させ、溶射フレームに投入して良質な皮膜を形成することに成功した。
【0023】
【産業上の利用可能性】
上記スラリー状微粉末供給方法を使用したHVOF溶射皮膜の特性を活かしたアプリケーションの例として、以下のものが考えられる。
(1)セラミックス、耐酸・耐アルカリ金属又はサーメットのスラリー状微粉末により、水や薬液等の浸透を防ぐ皮膜を形成する。
(2)セラミックス又はサーメットのスラリー状微粉末により、鏡面フィルムロールを形成する。
(3)サーメット又はセラミックのスラリー状微粉末により、研磨が要らない耐摩耗皮膜を形成する。
(4)セラミック(As sprayed)のスラリー状微粉末により、低摩擦抵抗皮膜を形成する。
(5)サーメット又はセラミックのスラリー状微粉末により、耐粒子磨耗皮膜を形成する。
(6)セラミックのスラリー状微粉末により、絶縁皮膜を形成する。
(7)銀、銅又はアルミニウムのスラリー状微粉末により、導電皮膜を形成する。
(8)セラミック(TiO2)のスラリー状微粉末により、抗菌皮膜を形成する。
【0024】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明のスラリー状微粉末供給方法によれば、スラリー状微粉末とキャリアガスを混合し、アトマイズした後、パウダーポートより噴出させ、溶射フレームに投入して皮膜を形成し、スラリーにより脈動がなく高精度で溶射フレームに安定供給されるので、粉末濃度、粉末形状、粉末比重等を問わず、どうのような粉末であっても溶射フレームに送給可能である。そして、スラリー濃度は、液状から粘土状に至るまで、幅広い範囲で選定できる。
【0025】
本発明の他のスラリー状微粉末供給方法である、スラリー状微粉末を直接、パウダーポートより噴出させ、溶射フレームに投入して皮膜を形成する方法でも、上記の効果が期待できる。
【0026】
また、本発明の後者の方法によれば、スラリーを例えばスラリーポンプにより高圧(最大圧力1.2MPa)で吐出することも可能なので、スラリーは細い径のチューブ(最小内径2.0mm)を経由しても送給されるが、溶射ガンからのジェットフレーム(溶射フレーム)に投入可能な程の勢いは得られない。
【0027】
しかし、本発明の前者の方法によれば、スラリー状微粉末を吸引、アトマイズし、パウダーポートよりジェットフレームに投入するためのキャリアガスの供給圧力及び流量を調節することによって、スラリー状微粉末の供給量に影響を与えることなく、ジェットフレームへの投入圧力を制御することができる。
【0028】
さらに、本発明のスラリー状微粉末供給装置は、スラリーフィード制御部、キャリアガス制御部及びパウダーポートを備えるスラリー状微粉末供給装置であって、前記パウダーポートの直前に配管され、前記スラリーフィード制御部により送給されるスラリー状微粉末と前記キャリアガス制御部より送給されるキャリアガスとを混合し、アトマイズする混合器を備え、前記パウダーポートは、前記混合器でアトマイズされたスラリー状微粉末を霧状に噴出することを特徴とするので、従来のHVOF溶射ガンをそのまま利用することが出来、ガンノズルの外部からスラリー状微粉末を供給し、溶射フレームの吐出部に簡単に微粉末を送給することができる。また、従来のプラズマ溶射ガンにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態におけるスラリー状微粉末供給装置の概略図である。
【図2】本発明のスラリー状微粉末供給装置が適用される溶射ガンの概略図である。
【符号の説明】
10 スラリーフィールド制御部 20 キャリアガス制御部
30 パウダーポート 40 混合器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a slurry fine powder supply method and apparatus, and more specifically, a slurry form used when obtaining a high-density coating excellent in various properties by spraying HVOF (High Velocity Oxy Fuel) of fine powder. The present invention relates to a fine powder supply method and apparatus.
[0002]
[Prior art]
It has been announced at recent thermal spraying lectures and the like that a high-density coating excellent in various properties can be obtained by HVOF thermal spraying of fine powder, and has received great interest. In particular, if an afterburner is applied and a fine powder is used, HVOF thermal spraying of ceramic becomes possible, and the thermal spray coating is different from D-Gun thermal spray coating, and it has been elucidated that the coating has almost no bulk property change. Therefore, development of a new application is expected (see Non-Patent Document 1).
[0003]
[Non-patent document 1] "Spraying technology" published by Sangyo Publishing Co., Ltd., Vol. 22, No. 3, pp. 33-38 (issued February 28, 2003)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The fine powder absorbs heat energy quickly and is instantaneously accelerated to near the jet velocity, so that it is not necessary to require excessive energy as in the conventional spray gun, and the energy cost can be reduced. However, in the existing fine powder supply apparatus, it is difficult to stably supply fine powder (-10 μm), and the realization of the application is delayed.
Since it is considered that the main cause of difficulty in stable supply is coagulation of fine powder in gas (air and carrier gas), the present invention tries to handle this in a liquid, and an excellent fine powder supply system. It is an object of the present invention to provide a slurry fine powder supply method and apparatus that realizes the above.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, in the slurry-like fine powder supply method of the present invention, the slurry-like fine powder and the carrier gas are mixed and atomized, and then ejected from the powder port and put into a thermal spray frame to form a film.
[0006]
In another slurry fine powder supply method of the present invention, the slurry fine powder is directly ejected from the powder port and put into a thermal spray frame to form a coating.
[0007]
The slurry-like fine powder supply device of the present invention is a slurry-like fine powder supply device including a slurry feed control unit, a carrier gas control unit, and a powder port, and is piped immediately before the powder port, and the slurry feed control The slurry-like fine powder fed by the unit and the carrier gas fed from the carrier gas control unit are mixed and atomized, and the powder port is a slurry-like fine powder atomized by the mixer. It is characterized by ejecting powder in the form of a mist.
[0008]
Another slurry fine powder supply apparatus of the present invention is a slurry fine powder supply apparatus including a slurry feed control unit and a powder port, wherein the powder port is a slurry fed from the slurry feed control unit. The fine powder is ejected in the form of a mist.
[0009]
In addition, it is desirable to use a combustible gas as the carrier gas to increase the temperature and thermal energy of the thermal spray frame so that a ceramic film can be formed.
[0010]
Further, a reactive gas may be used for the carrier gas and / or a reactive liquid for the slurry solution, and the chemical sprayed particles may be caused to undergo a chemical reaction after being introduced into the thermal spray frame.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view of a slurry fine powder supply apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic view of a thermal spray gun to which the slurry fine powder supply apparatus of the present invention is applied.
[0012]
As shown in FIG. 1, the slurry fine powder supply apparatus includes a slurry
[0013]
The fine powder is mixed with a solvent such as water, industrial alcohol, or kerosene by the
[0014]
The
[0015]
The
[0016]
The carrier gas flow rate and the like are controlled by the carrier
[0017]
Since the compressed air discharged from the compressor contains a large amount of moisture and oil, it is not desirable as a carrier gas for thermal spraying. Therefore, a dryer and a filter are connected to the output of the compressor to remove the moisture and oil. Air from which moisture and oil have been removed is referred to as dry air.
[0018]
Alternatively, a reactive gas may be used for the carrier gas and / or a reactive liquid for the slurry solution, and a chemical reaction may be caused to occur on the sprayed particles after being introduced into the spray frame. The carrier gas and slurry solution put into the spray flame are combined with oxygen and cause a combustion reaction. However, when a reactive liquid is added, it decomposes and causes nitriding reaction and boriding reaction with the molten particles, resulting in different substances. The film is formed after changing to.
[0019]
Here, the characteristics of the slurry fine powder supply method are arranged,
(1) It does not ask | require the particle size, shape, etc. of powder.
(2) Blend powder can also be supplied without knitting.
(3) A quantitative supply with high accuracy is possible.
(4) The maximum supply amount is large and the supply range is wide.
(5) The powder supply amount and the carrier gas flow rate can be controlled independently.
(6) A combustible gas can be used as the carrier gas. In addition, as a combustible gas used for thermal spraying, propane, propylene, MAP gas, hydrogen gas, acetylene, or the like is desirable. Of these, acetylene generates the highest combustion temperature at which the ceramic is melted, and is therefore suitable for ceramic spraying. When the fine powder particles become small (submicron), melting starts below the melting point of the substance, and in this case, a carrier gas other than acetylene is also effective.
(7) The powder supply can be turned ON / OFF instantaneously.
(8) It is not necessary to store the powder dry.
[0020]
An experiment was conducted to demonstrate that the slurry-like part powder supply method having the above characteristics is effective. Table 1 shows typical examples of fine powder supply parameters among experimental examples. In this experiment, a θ gun manufactured by Witeco Japan Co., Ltd. shown in FIG. 2 was used as the HVOF spraying gun.
[0021]
[Table 1]
[0022]
As shown in Table 1,
(1) Supply a slurry fine powder of WC.12Co (
(2) Al (aluminum) slurry fine powder having a particle size of about 25 μm using water (liquid supply rate: 30 cc / min) as a solvent is supplied at a supply rate of 200 g / min, pressure 0.5 Mpa, supply rate 25 l After supplying dry air as a carrier gas at / min, these were mixed and atomized, and then ejected from a powder port and put into a thermal spray frame to successfully form a good quality film.
(3) A slurry-like fine powder of Al 2 O 3 (aluminum oxide) having a particle size of about 3 μm using alcohol (liquid supply amount: 25 cc / min) as a solvent is supplied at a supply amount of 80 g / min, and a pressure of 0.14 Mpa. Then, acetylene was supplied as a carrier gas at a supply rate of 30 l / min, and these were mixed, atomized, ejected from a powder port, and put into a thermal spraying frame to form a good quality film.
(4) A slurry-like fine powder of Y 2 O 3 (yttria) having a particle size of about 1 μm using alcohol (liquid supply amount: 20 cc / min) as a solvent is supplied at a supply amount of 60 g / min, and a pressure of 0.14 Mpa, Acetylene was supplied as a carrier gas at a supply rate of 26 l / min, these were mixed and atomized, and then ejected from a powder port and introduced into a thermal spraying frame to form a good film.
[0023]
[Industrial applicability]
The following can be considered as examples of applications utilizing the characteristics of the HVOF sprayed coating using the above slurry fine powder supply method.
(1) A film that prevents penetration of water, chemicals, or the like is formed from ceramic, acid / alkali metal or cermet slurry fine powder.
(2) A mirror film roll is formed from ceramic or cermet slurry fine powder.
(3) A wear-resistant film that does not require polishing is formed from cermet or ceramic slurry fine powder.
(4) A low frictional resistance film is formed with a slurry fine powder of ceramic (As sprayed).
(5) A particle wear-resistant film is formed with a cermet or ceramic slurry fine powder.
(6) An insulating film is formed from ceramic slurry fine powder.
(7) A conductive film is formed from a slurry powder of silver, copper or aluminum.
(8) An antibacterial film is formed from ceramic (TiO 2 ) slurry fine powder.
[0024]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the slurry fine powder supply method of the present invention, the slurry fine powder and the carrier gas are mixed and atomized, and then ejected from the powder port and put into the thermal spray frame to form the coating. Since it is formed and stably supplied to the thermal spray frame with high precision without pulsation by slurry, it can be fed to the thermal spray frame regardless of powder concentration, powder shape, powder specific gravity, etc. . The slurry concentration can be selected in a wide range from liquid to clay.
[0025]
The above effect can also be expected by a method of forming a film by directly ejecting a slurry fine powder from a powder port, which is another slurry fine powder supply method of the present invention, and putting it in a thermal spray frame.
[0026]
Further, according to the latter method of the present invention, the slurry can be discharged at a high pressure (maximum pressure 1.2 MPa) by, for example, a slurry pump, so that the slurry passes through a thin tube (minimum inner diameter 2.0 mm). However, it is not possible to get enough momentum to be put into the jet frame (spray frame) from the spray gun.
[0027]
However, according to the former method of the present invention, the slurry-like fine powder is sucked and atomized, and the supply pressure and flow rate of the carrier gas for feeding into the jet frame from the powder port are adjusted, whereby the slurry-like fine powder is The injection pressure to the jet flame can be controlled without affecting the supply amount.
[0028]
Furthermore, the slurry-like fine powder supply device of the present invention is a slurry-like fine powder supply device comprising a slurry feed control unit, a carrier gas control unit and a powder port, and is piped immediately before the powder port, and the slurry feed control The slurry-like fine powder fed by the unit and the carrier gas fed from the carrier gas control unit are mixed and atomized, and the powder port is a slurry-like fine powder atomized by the mixer. Since it is characterized by spraying the powder in a mist form, the conventional HVOF spray gun can be used as it is, supplying the slurry fine powder from the outside of the gun nozzle, and easily supplying the fine powder to the discharge part of the spray frame. Can be sent. It can also be applied to conventional plasma spray guns.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a slurry fine powder supply apparatus in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of a thermal spray gun to which the slurry fine powder supply apparatus of the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
10 Slurry
Claims (6)
前記パウダーポートの直前に配管され、前記スラリーフィード制御部により送給されるスラリー状微粉末と前記キャリアガス制御部より送給されるキャリアガスとを混合し、アトマイズする混合器を備え、
前記パウダーポートは、前記混合器でアトマイズされたスラリー状微粉末を霧状に噴出することを特徴とするスラリー状微粉末供給装置。A slurry fine powder supply device comprising a slurry feed control unit, a carrier gas control unit and a powder port,
A mixer which is piped immediately before the powder port and mixes and atomizes the slurry fine powder fed by the slurry feed controller and the carrier gas fed from the carrier gas controller,
The powder port sprays the slurry fine powder atomized by the mixer in the form of a mist.
前記パウダーポートは、前記スラリーフィード制御部から送給されたスラリー状微粉末を霧状に噴出することを特徴とするスラリー状微粉末供給装置。A slurry-like fine powder supply device comprising a slurry feed control unit and a powder port,
The powder port is a slurry-like powder supply device that ejects the slurry-like powder fed from the slurry feed control unit in a mist form.
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