【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は溶射装置に関する。本発明の溶射装置は、例えば、溶射粉末を溶融するための熱源としてプラズマジェットを用いたプラズマ溶射装置に好適に適用することができる。また、本発明の溶射装置は、例えば、中空部をもつ筒状部材の内周面に溶射皮膜を形成する際に好適に利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
車両、航空機や各種機械部品等について、耐摩耗性、耐食性や耐熱性等の性質を向上させる目的で、溶射が利用されている。溶射は、金属や金属化合物等よりなる溶射粉末を燃焼炎や電気エネルギーにより加熱・溶融して溶射粒子とし、これを母材表面に吹き付けて皮膜を作る方法である。この溶射には、溶射粉末を溶融するための熱源によりプラズマ溶射、アーク溶射、フレーム溶射や爆発溶射等がある。
【０００３】
上記熱源としてプラズマジェットを用いるプラズマ溶射では、噴射ノズルと、インジェクタとを備えたプラズマ溶射装置が使われる。噴射ノズルは、プラズマジェットを噴射するプラズマジェット噴出口を外面に有している。インジェクタは噴射ノズルの外面に沿って配設される。このインジェクタは、プラズマジェット噴出口から噴射されたプラズマジェットに対して、溶射粉末を搬送ガスにより供給する供給口を有している。
【０００４】
かかるプラズマ溶射装置では、インジェクタの供給口から流出した溶射粉末及び搬送ガスは、噴射ノズルの外面に沿って流れ、プラズマジェット噴出口から母材表面（被溶射面）に向かって噴射されたプラズマジェットに対して、横（プラズマジェットの噴射方向に対して略直角方向）から供給される。これにより、プラズマジェットの熱で溶射粉末が溶融して溶射粒子とされ、この溶射粒子が母材表面に付着、堆積して、溶射皮膜が形成される。
【０００５】
ところで、中空部をもつ筒状部材、例えばシリンダ等の中空円筒管の内周面にプラズマ溶射により溶射皮膜を形成する溶射方法も知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
この溶射方法では、駆動装置に連結された固定用チャックに中空円筒管を固定するとともに、この中空円筒管内に溶射距離を一定に保持した状態でプラズマ溶射装置を挿入し、該駆動装置により中空円筒管を円周方向に回転させながら、回転する中空円筒管の内周面に向けてプラズマジェットで溶融した溶射粒子を噴射することにより、該内周面に溶射皮膜を形成する。
【０００７】
【特許文献１】
特許第３１７２１２１号公報（第５頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような溶射方法では、中空円筒管の狭い空間内でプラズマ溶射するところ、円筒管の内径により溶射距離が制限されるため、円筒管の内径によっては溶射距離を十分に確保することができない場合がある。溶射距離が短いと、プラズマジェット中に供給された溶射粉末がプラズマジェット中に滞留する時間も短くなるため、プラズマジェットによる溶射粉末の加熱時間も短くなる。このため、プラズマジェットの熱による溶射粉末の溶融が不十分となって、未溶融粒子が母材表面に付着して溶射皮膜が不均質となったり、あるいは溶射粉末に無駄を生じてしまったりする場合がある。
【０００９】
そこで、加熱時間が短くても十分に溶融しうる溶射粉末として、粒度の小さい（例えば−４５μｍ、すなわち４５μｍ以下の粒径をもつ）微粉末を採用する解決手段が考えられる。ところが、微粉末には、静電気力やファンデルワールス力により壁面等に付着し易いという特性がある。また、前述のとおりインジェクタは噴射ノズルの外面に沿って配設され、このインジェクタから流出した溶射粉末及び搬送ガスは該外面に沿って流れるため、この搬送ガスの流れは層流になっている。このため、微粉末が噴射ノズルの外面に引き寄せられ易い。したがって、図５に示されるように、噴射ノズル８０の外面８１に微粉末が付着、堆積し易く、場合によっては微粉末の堆積物（スピッティング）８２によりインジェクタ８３の供給口８４が塞がれてしまうという問題がある。
【００１０】
かかる問題を解決するための手法として、例えば１０μｍ程度よりも粒径の小さい微粉側を気流分級等を用いてカットした微粉末を溶射粉末に用いることが考えられるが、この手法では分級工程を要する分だけ溶射粉末の製造工程が煩雑となり、コストアップに繋がる。
【００１１】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、中空部をもつ筒状部材の内周面に溶射皮膜を形成する場合など、微粉末を溶射粉末に用いるときであっても噴射ノズルの外面に微粉末が付着、堆積することを効果的に防止しうる溶射装置を提供することを解決すべき技術課題とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の溶射装置は、溶射粉末を溶融するための熱源が噴射される噴出口を外面に有する噴射ノズルと、該噴出口から噴射される該熱源に対して該噴射ノズルの該外面に沿って溶射粉末を搬送ガスにより供給するインジェクタとを備えた溶射装置において、前記噴射ノズルは、前記インジェクタから流出して前記外面に沿って流れる前記搬送ガスの流れを乱すことが可能な乱流発生用凹部を前記噴出口近傍の該外面に有していることを特徴とするものである。
【００１３】
この溶射装置では、噴射ノズルの噴出口近傍の外面に乱流発生用凹部が設けられていることから、インジェクタから流出して噴射ノズルの外面に沿って流れる搬送ガスの流れが該乱流発生用凹部により乱され、乱流が発生する。このため、溶射粉末として微粉末を用いた場合であっても、静電気力やファンデルワールス力等により噴射ノズルの外面に微粉末が付着することを搬送ガスの乱流で阻止することができる。したがって、微粉末が噴射ノズルの外面に付着、堆積することを効果的に防止することができる。
【００１４】
よって、本発明の溶射装置によれば、中空部をもつ筒状部材、例えばシリンダ、パイプやチューブの内周面に溶射皮膜を形成する場合など、微粉末を溶射粉末に用いるときであっても、微粉末の堆積物（スピッティング）によりインジェクタの供給口が塞がれてしまうという弊害を防止することが可能となる。
【００１５】
また、上記スピッティングによる弊害を防止することができるため、例えば−１０μｍの微粉側をカットした微粉末を溶射粉末に用いる必要がなくなり、分級工程によるコストアップを防ぐことができる。
【００１６】
ここに、前記乱流発生用凹部の態様としては、インジェクタから流出して噴射ノズルの外面に沿って流れる前記搬送ガスの流れを乱して乱流を発生させることができるものであれば特に限定されないが、好適には以下のものを採用することができる。
【００１７】
すなわち、好適な態様において、前記乱流発生用凹部は、前記搬送ガスの前記インジェクタからの流出方向に対して交差する方向に延びる複数の溝状凹部よりなる。このような溝状凹部が噴射ノズルの外面に形成されていれば、インジェクタから流出した搬送ガスが溝状凹部の内壁面に当たって反射等することにより、噴射ノズルの外面から離れる方向等へ搬送ガスの流れ方向が変化するので、搬送ガスの流れが三次元的に乱れた乱流が発生する。この溝状凹部の幅、深さ及びピッチ（隣接する溝状凹部の間隔）や、その加工方法は特に限定されず、適宜設定、選定可能である。例えば、ローレット加工により、幅：０．１〜０．５ｍｍ程度、深さ：０．１〜０．５ｍｍ程度、ピッチ：１〜２ｍｍ程度の溝状凹部を加工することができる。また、より効果的に乱流を発生させる観点より、前記乱流発生用凹部は、前記搬送ガスの流れ方向に対して交差する方向に延びる複数の第１溝状凹部と、該搬送ガスの流れ方向に対して交差し、かつ、該第１溝状凹部が延びる方向に対しても交差する方向に延びる複数の第２溝状凹部とから構成することが好ましい。こうすることで、溝状凹部の内壁面との当接により搬送ガスの流れが変化する方向を、第１溝状凹部と第２溝状凹部とで異ならせることができるため、より効果的に乱流を発生されることが可能となる。
【００１８】
また、好適な態様において、前記乱流発生用凹部は複数の穴状凹部よりなる。このように噴射ノズルの外面に複数の穴状凹部が散在して形成されていれば、インジェクタから流出した搬送ガスが穴状凹部の内壁面に当たって反射等することにより、噴射ノズルの外面から離れる方向等へ搬送ガスの流れ方向が変化するので、搬送ガスの流れが三次元的に乱れた乱流が発生する。この穴状凹部の幅（内径）、深さ及びピッチ（隣接する穴状凹部の間隔）や、その加工方法は特に限定されず、適宜設定、選定可能である。例えば、先端に丸みをもつ工具を噴射ノズルの外面に所定荷重で押し付けて加工することにより、幅（内径）：０．５〜２ｍｍ程度、深さ：０．０５〜０．３ｍｍ程度、ピッチ：１〜４ｍｍ程度の穴状凹部を加工することができる。
【００１９】
なお、噴射ノズルの外面に所定の凸部を設けた場合も、凹部を設けた場合と同様に乱流を発生させることができる。しかし、凸部を設けた場合は、噴射ノズルの外面から突出している該凸部の側面に溶射粉末が衝突して付着し易く、かえって上記スピッティングによる弊害を助長する結果となる。この点、前記乱流発生用凹部によれば、噴射ノズルの外面から凹んでいる該乱流発生用凹部の側面には溶射粉末が付着し難く、上記スピッティングによる弊害を効果的に防止することができる。
【００２０】
また、前記溶射粉末及びこの溶射粉末を溶融するための熱源の種類としては、特に限定されない。例えば、溶射粉末として、鉄系粉末、アルミニウム系粉末、銅系粉末、コバルト系粉末、クロム系粉末やニッケル系粉末等の金属粉末の他に、アルミナやジルコニア等のセラミックス粉末、ポリエチレン等のプラスチックス粉末を用いることができ、また、溶射粉末を溶融するための熱源の種類として、プラズマジェットや燃焼ガスを用いることができる。なお、用いる溶射粉末としては、平均粒径が２０〜５０μｍ程度のものを用いることが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の溶射装置の実施形態について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２２】
（実施形態１）
本実施形態は、本発明をプラズマ溶射装置に適用して、中空部をもつ筒状部材としてのシリンダの内周面に溶射皮膜を形成するものである。
【００２３】
このプラズマ溶射装置は、図２に示されるように、噴射ノズル１０と、インジェクタ２０とを備えている。噴射ノズル１０は、プラズマジェット１１が噴射される噴出口１２を外面１３に有している。この噴射ノズル１０の外面１３には、後述するように乱流発生用凹部３０が設けられている。
【００２４】
上記噴射ノズル１０は、陽極部材１と、陰極部材２と、両部材１、２間に介装されて両部材１、２間を電気的に絶縁する絶縁部材３とを備えている。なお、陽極部材１及び絶縁部材３には貫通孔４が設けられており、この貫通孔４の開口が上記噴出口１２を構成する。この貫通孔４内には、上記プラズマジェット１１を形成するための作動ガス（Ａｒガス及び水素ガス）が図示しないガス供給手段から供給されるようになっている。また、陽極部材１及び陰極部材２は銅よりなり、電源５に接続されている。そして、陰極部材２には、タングステン製の円錐状陰極部６が貫通孔４内に同軸的に配置されるように固定されている。
【００２５】
一方、上記インジェクタ２０は、先端に供給口２１を有し、この供給口２１が上記噴出口１２の中心を向き（インジェクタ２０の軸線上に噴出口１２の中心が位置し）、かつ、該噴出口１２から所定距離離れたところに位置するように、噴射ノズル１０の外面１３に沿って配設されている。このインジェクタ２０は、溶射粉末２２及び搬送ガスの粉末供給手段（図示せず）に接続されている。そして、噴出口１２から噴射される上記プラズマジェット１１に対して、インジェクタ２０の供給口２１から溶射粉末２２が搬送ガスにより供給されるようになっている。
【００２６】
ここに、本実施形態に係るプラズマ溶射装置では、図１に示されるように、上記噴射ノズル１０の外面１３で上記噴出口１２の近傍に乱流発生用凹部３０が設けられている。この乱流発生用凹部３０は、インジェクタ２０の供給口２１から流出する搬送ガスの流出方向（インジェクタ２０の軸線方向Ｌ。以下、同様）に対する角度θ（図１に示すように軸線方向Ｌに対する時計回りの角度θ）が所定の角度（θが約１０〜５０度。本実施形態ではθが約４５度）で交差する方向に延びる複数の第１溝状凹部３１と、搬送ガスの上記流出方向に対して所定の角度（θが約３１０〜３５０度。本実施形態では約３１５度）で交差し、かつ、該第１溝状凹部３１が延びる方向に対しても交差する方向に延びる複数の第２溝状凹部３２とから構成されている。これらの第１及び第２溝状凹部３１及び３２は、ローレット加工により加工されたもので、幅が０．５ｍｍ、深さが０．２５ｍｍ、ピッチが１．５ｍｍとされている。なお、インジェクタ２０の供給口２１と噴出口１２との間における噴射ノズル１０の外面１３に上記乱流発生用凹部３０を設けておけば、後述するスピッティングの発生を抑える効果を奏し得るが、本実施形態ではそれよりも広範囲、すなわち噴出口１２の周囲全体及びインジェクタ２０の先端部付近までの広範囲に乱流発生用凹部３０を設けている。
【００２７】
かかる構成を有する本実施形態に係るプラズマ溶射装置では、電源５の作動により陽極部材１及び陰極部材２に電圧を印加すると、両部材１、２間でプラズマアークが発生する。このとき、ガス供給手段から貫通孔４内に作動ガス（Ａｒガス、水素ガス）を供給することにより、高温高圧のプラズマガスよりなるプラズマジェット１１を形成し、このプラズマジェット１１を噴出口１２から噴出させる。そして、粉末供給手段を作動させれば、インジェクタ２０の供給口２１からインジェクタ２０の軸線方向に溶射粉末２２及び搬送ガス（Ａｒガス）が流出して、噴出口１２から噴射されたプラズマジェット１１に対して、横（プラズマジェット１１の噴射方向に対して略直角方向）から供給される。これにより、プラズマジェット１１の熱で溶射粉末２２が溶融して溶射粒子とされ、この溶射粒子が母材表面に付着、堆積して、溶射皮膜が形成される。
【００２８】
このとき、本実施形態のプラズマ溶射装置では、噴射ノズル１０の噴出口１２近傍の外面１３に、第１及び第２溝状凹部３１及び３２よりなる乱流発生用凹部３０が設けられている。このため、インジェクタ２０の供給口２１からインジェクタ２０の軸線方向に流出した搬送ガスが第１及び第２溝状凹部３１及び３２の内壁面に当たって反射等することにより、噴射ノズル１０の外面１３から離れる方向やインジェクタ２０の軸線方向に対して傾いた方向等へ搬送ガスの流れ方向が変化して、搬送ガスの流れが三次元的に乱れた乱流が発生する。したがって、このため、溶射粉末２２として微粉末を用いた場合であっても、静電気力やファンデルワールス力等により噴射ノズル１０の外面１３に微粉末が付着することを搬送ガスの乱流で阻止することができる。よって、微粉末が噴射ノズル１０の外面１３に付着、堆積することを効果的に防止することが可能となる。
【００２９】
そして、上記プラズマ溶射装置を用いて、以下に示すように、シリンダ（内径：８０ｍｍ）の内周面に溶射皮膜を形成した。
【００３０】
まず、高圧水アトマイズ法により作成した鉄系粉末から、電磁振動式篩分機により、−４５μｍ、すなわち４５μｍ以下の溶射粉末を準備した。この溶射粉末について、レーザ回折散乱法により測定した粒度分布を図３に示す。なお、図３から明らかなように、この溶射粉末中には異形状の粉末も含まれているため、４５μｍを超える粉末も含まれている。また、この溶射粉末の平均粒径は２８μｍである。
【００３１】
そして、図示しない駆動装置に連結された固定用チャック（図示せず）にシリンダを固定するとともに、このシリンダ内に溶射距離を一定に保持した状態で前記プラズマ溶射装置を挿入し、該駆動装置によりシリンダを所定の回転数（２００ｒｐｍ）で回転させながら、回転するシリンダの内周面に向けてプラズマジェット１１を噴射することにより、内周面に溶射皮膜を形成した。なお、このときの条件は以下のとおりである。
【００３２】
Ａｒガス流量：４０Ｌ／ｍｉｎ
水素ガス流量：４Ｌ／ｍｉｎ
電流 ：３４０Ａ
溶射距離 ：４０ｍｍ
その結果、正常にプラズマ溶射することができた。
【００３３】
このように、例えば１０μｍ程度よりも粒径の小さい微粉側を気流分級等を用いてカットすることなく、４５μｍ以下の溶射粉末をそのまま用いてプラズマ溶射した場合であっても、微粉末の堆積物（スピッティング）によりインジェクタ２０の供給口２１が塞がれてしまうようなことはなかった。
【００３４】
（比較例）
この比較例に係るプラズマ溶射装置は、前記噴射ノズル１０の外面１３に乱流発生用凹部３０を設けないこと以外は、前記実施形態１に係るプラズマ溶射装置と同様の構成である。
【００３５】
そして、前記実施形態１と同様に、４５μｍ以下の溶射粉末を用いてプラズマ溶射を行った。
【００３６】
その結果、スピッティングが発生し、インジェクタ２０の供給口２１がスピッティングにより塞がれてしまい、途中で溶射が不可能になった。
【００３７】
（実施形態２）
本実施形態に係るプラズマ溶射装置は、図４に示されるように、前記乱流発生用凹部３０が複数の穴状凹部３３よりなる。この穴状凹部３３は、インジェクタ２０の先端部付近から噴出口１２の周囲全体に及ぶ広範囲の外面１３にほぼ均一に散在している。なお、この穴状凹部３３は、先端にＲ１ｍｍの丸みをもつ工具（図示せず）を噴射ノズル１０の外面１３に所定荷重で押し付けて加工したもので、幅（内径）が１ｍｍ、深さが０．１４ｍｍ、ピッチが１．５ｍｍとされている。
【００３８】
それ以外の構成は前記実施形態１と同様である。
【００３９】
したがって、本実施形態に係るプラズマ溶射装置では、噴射ノズル１０の外面１３に複数の穴状凹部３３が散在して形成されているので、インジェクタ２０の供給口２１からインジェクタ２０の軸線方向に流出した搬送ガスが穴状凹部３３の内壁面に当たって反射等することにより、噴射ノズル１０の外面１３から離れる方向やインジェクタ２０の軸線方向に対して傾いた方向等へ搬送ガスの流れ方向が変化して、搬送ガスの流れが三次元的に乱れた乱流が発生する。このため、溶射粉末２２として微粉末を用いた場合であっても、静電気力やファンデルワールス力等により噴射ノズル１０の外面１３に微粉末が付着することを搬送ガスの乱流で阻止することができる。したがって、微粉末が噴射ノズル１０の外面１３に付着、堆積することを効果的に防止することが可能となる。
【００４０】
そして、前記実施形態１と同様に、４５μｍ以下の溶射粉末を用いてプラズマ溶射を行った。
【００４１】
その結果、前記実施形態１と同様、微粉末の堆積物（スピッティング）によりインジェクタ２０の供給口２１が塞がれてしまうようなことはなく、正常にプラズマ溶射することができた。
【００４２】
（その他の実施形態）
前記乱流発生用凹部３０の態様としては、前記実施形態１及び２に係るものに限定されない。例えば、インジェクタ２０の軸線に対して略直角方向に延びる複数の溝状凹部により乱流発生用凹部３０を構成してもよい。
【００４３】
また、前述の実施形態では、溶射粉末を溶融するための熱源としてプラズマジェットを利用するプラズマ溶射装置に本発明を適用したが、これに限定されるものではなく、例えば、該熱源としてアセチレン等の燃焼ガスを用いるガス溶射装置に本発明を適用してもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の溶射装置では、噴射ノズルの外面に設けられた乱流発生用凹部により、インジェクタから流出する搬送ガスの流れを乱して乱流を発生させることができるので、溶射粉末として微粉末を用いた場合であっても、噴射ノズルの外面に微粉末が付着することを搬送ガスの乱流で阻止することができ、微粉末が噴射ノズルの外面に付着、堆積することを効果的に防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ溶射装置を部分的に示した正面図である。
【図２】上記プラズマ溶射装置の部分断面図である。
【図３】レーザ回折散乱法により測定した溶射粉末の粒度分布を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係るプラズマ溶射装置を部分的に示した正面図である。
【図５】従来のプラズマ溶射装置でスピッティングが発生した状態を模式的に示す正面図である。
【符号の説明】
１０…噴射ノズル １１…プラズマジェット（熱源）
１２…噴出口 １３…外面
２０…インジェクタ ２１…供給口
３０…乱流発生用凹部 ３１…第１溝状凹部
３２…第２溝状凹部 ３３…穴状凹部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a thermal spraying apparatus. The thermal spraying apparatus of the present invention can be suitably applied to, for example, a plasma spraying apparatus that uses a plasma jet as a heat source for melting the thermal spray powder. Moreover, the thermal spraying apparatus of this invention can be utilized suitably, for example when forming a thermal spray coating on the internal peripheral surface of the cylindrical member which has a hollow part.
[0002]
[Prior art]
Thermal spraying is used for the purpose of improving properties such as wear resistance, corrosion resistance, and heat resistance of vehicles, aircraft, various machine parts, and the like. Thermal spraying is a method in which a thermal spray powder made of a metal, a metal compound, or the like is heated and melted by a combustion flame or electric energy to form thermal spray particles, which are sprayed onto the surface of a base material to form a coating. Examples of the thermal spraying include plasma spraying, arc spraying, flame spraying, and explosive spraying using a heat source for melting the sprayed powder.
[0003]
In plasma spraying using a plasma jet as the heat source, a plasma spraying apparatus including an injection nozzle and an injector is used. The injection nozzle has a plasma jet outlet on the outer surface for injecting a plasma jet. The injector is disposed along the outer surface of the injection nozzle. This injector has a supply port for supplying thermal spray powder with carrier gas to a plasma jet ejected from a plasma jet ejection port.
[0004]
In such a plasma spraying apparatus, the sprayed powder and the carrier gas flowing out from the supply port of the injector flow along the outer surface of the injection nozzle, and are jetted from the plasma jet outlet toward the base material surface (sprayed surface). On the other hand, it is supplied from the side (a direction substantially perpendicular to the jet direction of the plasma jet). Thereby, the thermal spray powder is melted by the heat of the plasma jet to form thermal spray particles, and the thermal spray particles adhere to and deposit on the surface of the base material to form a thermal spray coating.
[0005]
By the way, a thermal spraying method is also known in which a thermal spray coating is formed by plasma spraying on an inner peripheral surface of a cylindrical member having a hollow portion, for example, a hollow cylindrical tube such as a cylinder (for example, see Patent Document 1).
[0006]
In this thermal spraying method, a hollow cylindrical tube is fixed to a fixing chuck connected to a driving device, and a plasma spraying device is inserted into the hollow cylindrical tube with a spraying distance kept constant. While spraying the sprayed particles melted by the plasma jet toward the inner peripheral surface of the rotating hollow cylindrical tube while rotating the tube in the circumferential direction, a sprayed coating is formed on the inner peripheral surface.
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3172121 (5th page, Fig. 1)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the spraying method as described above, when the plasma spraying is performed in a narrow space of the hollow cylindrical tube, since the spraying distance is limited by the inner diameter of the cylindrical tube, a sufficient spraying distance may be secured depending on the inner diameter of the cylindrical tube. May not be possible. When the spraying distance is short, the time during which the sprayed powder supplied in the plasma jet stays in the plasma jet is shortened, so that the time for heating the sprayed powder by the plasma jet is also shortened. For this reason, the thermal spray powder is not sufficiently melted by the heat of the plasma jet, and unmelted particles adhere to the surface of the base material and the thermal spray coating becomes non-uniform, or the thermal spray powder is wasted. There is a case.
[0009]
Therefore, a solution means is conceivable in which fine powder having a small particle size (for example, having a particle size of −45 μm, that is, 45 μm or less) is used as the sprayed powder that can be sufficiently melted even if the heating time is short. However, fine powder has a characteristic that it easily adheres to a wall surface or the like due to electrostatic force or van der Waals force. Further, as described above, the injector is disposed along the outer surface of the injection nozzle, and since the sprayed powder and the carrier gas flowing out from the injector flow along the outer surface, the flow of the carrier gas is a laminar flow. For this reason, the fine powder is easily attracted to the outer surface of the injection nozzle. Therefore, as shown in FIG. 5, the fine powder easily adheres and accumulates on the outer surface 81 of the injection nozzle 80, and in some cases, the fine powder deposit (spitting) 82 blocks the supply port 84 of the injector 83. There is a problem that it ends up.
[0010]
As a technique for solving such a problem, for example, it is conceivable to use fine powder obtained by cutting the fine powder side having a particle diameter smaller than about 10 μm by using airflow classification or the like as the thermal spraying powder, but this technique requires a classification process. The manufacturing process of the thermal spray powder becomes complicated by the amount, leading to an increase in cost.
[0011]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and even when a fine powder is used as a thermal spray powder, such as when a thermal spray coating is formed on the inner peripheral surface of a cylindrical member having a hollow portion, the outer surface of the injection nozzle. It is a technical problem to be solved to provide a thermal spraying apparatus that can effectively prevent fine powder from adhering and depositing on the surface.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The thermal spraying apparatus of the present invention that solves the above-described problems includes an injection nozzle having an outer surface on which a heat source for injecting a thermal spray powder is injected, and the injection nozzle with respect to the heat source that is injected from the injection port. In the thermal spraying apparatus including an injector that supplies thermal spray powder along the outer surface by a carrier gas, the spray nozzle can disturb the flow of the carrier gas that flows out of the injector and flows along the outer surface. A turbulent flow generation recess is provided on the outer surface in the vicinity of the jet port.
[0013]
In this thermal spraying device, since the turbulent flow generation recess is provided on the outer surface near the injection nozzle outlet, the flow of the carrier gas flowing out from the injector and flowing along the outer surface of the injection nozzle is used for generating the turbulent flow. Disturbed by the recess, turbulent flow is generated. For this reason, even when a fine powder is used as the thermal spray powder, it is possible to prevent the fine powder from adhering to the outer surface of the injection nozzle due to electrostatic force, van der Waals force, or the like by the turbulent flow of the carrier gas. Therefore, it is possible to effectively prevent the fine powder from adhering to and depositing on the outer surface of the injection nozzle.
[0014]
Therefore, according to the thermal spraying apparatus of the present invention, even when a fine powder is used for the thermal spray powder, such as when a thermal spray coating is formed on the inner peripheral surface of a cylindrical member having a hollow portion, for example, a cylinder, a pipe or a tube. Further, it is possible to prevent the adverse effect that the injector supply port is blocked by the deposit (spitting) of fine powder.
[0015]
In addition, since the adverse effects due to the above-mentioned spitting can be prevented, for example, it is not necessary to use fine powder obtained by cutting the fine powder side of −10 μm for the thermal spraying powder, and cost increase due to the classification process can be prevented.
[0016]
Here, the aspect of the concave portion for generating turbulent flow is particularly limited as long as it can generate the turbulent flow by disturbing the flow of the carrier gas flowing out from the injector and flowing along the outer surface of the injection nozzle. However, the following can be preferably used.
[0017]
In other words, in a preferred aspect, the turbulent flow generation recess comprises a plurality of groove-shaped recesses extending in a direction intersecting with a direction in which the carrier gas flows out from the injector. If such a groove-like recess is formed on the outer surface of the injection nozzle, the carrier gas flowing out from the injector will hit the inner wall surface of the groove-like recess and be reflected, thereby causing the carrier gas to flow away from the outer surface of the injection nozzle. Since the flow direction changes, a turbulent flow is generated in which the flow of the carrier gas is three-dimensionally disturbed. The width, depth, and pitch of the groove-like recesses (interval between adjacent groove-like recesses) and the processing method thereof are not particularly limited, and can be set and selected as appropriate. For example, a groove-shaped recess having a width of about 0.1 to 0.5 mm, a depth of about 0.1 to 0.5 mm, and a pitch of about 1 to 2 mm can be processed by knurling. Further, from the viewpoint of more effectively generating turbulent flow, the turbulent flow generating recess includes a plurality of first groove-shaped recesses extending in a direction intersecting the flow direction of the carrier gas, and the flow of the carrier gas. It is preferable to comprise a plurality of second groove-shaped recesses that intersect the direction and extend in a direction that also intersects the direction in which the first groove-shaped recess extends. By doing so, the direction in which the flow of the carrier gas changes due to the contact with the inner wall surface of the groove-shaped recess can be made different between the first groove-shaped recess and the second groove-shaped recess, and thus more effectively. Turbulence can be generated.
[0018]
In a preferred aspect, the turbulent flow generation recess comprises a plurality of hole-shaped recesses. In this way, if a plurality of hole-shaped recesses are formed scattered on the outer surface of the injection nozzle, the carrier gas that has flowed out of the injector hits the inner wall surface of the hole-shaped recess and reflects, thereby causing a direction away from the outer surface of the injection nozzle. Since the flow direction of the carrier gas changes to the turbulent flow, a turbulent flow in which the carrier gas flow is three-dimensionally disturbed is generated. The width (inner diameter), depth, and pitch (interval between adjacent hole-shaped recesses) of the hole-shaped recesses and the processing method thereof are not particularly limited, and can be set and selected as appropriate. For example, a tool having a round end is pressed against the outer surface of the injection nozzle with a predetermined load and processed to obtain a width (inner diameter) of about 0.5 to 2 mm, a depth of about 0.05 to 0.3 mm, and a pitch: Hole-shaped recesses of about 1 to 4 mm can be processed.
[0019]
In addition, also when a predetermined | prescribed convex part is provided in the outer surface of an injection nozzle, a turbulent flow can be generated similarly to the case where a recessed part is provided. However, when the convex portion is provided, the thermal spray powder is likely to collide and adhere to the side surface of the convex portion protruding from the outer surface of the injection nozzle, which in turn promotes the adverse effects of the spitting. In this regard, according to the turbulent flow generation recess, the thermal spray powder hardly adheres to the side surface of the turbulent flow generation recess that is recessed from the outer surface of the injection nozzle, and effectively prevents the harmful effects caused by spitting. Can do.
[0020]
Moreover, it does not specifically limit as a kind of the thermal spray powder and the heat source for melting this thermal spray powder. For example, in addition to metal powders such as iron-based powders, aluminum-based powders, copper-based powders, cobalt-based powders, chromium-based powders and nickel-based powders, ceramic powders such as alumina and zirconia, and plastics such as polyethylene Powder can be used, and a plasma jet or combustion gas can be used as a kind of heat source for melting the thermal spray powder. In addition, as a thermal spraying powder to be used, it is preferable to use a thing with an average particle diameter of about 20-50 micrometers.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the thermal spraying apparatus of the present invention will be specifically described, but the present invention is not limited to these.
[0022]
(Embodiment 1)
In the present embodiment, the present invention is applied to a plasma spraying apparatus, and a sprayed coating is formed on the inner peripheral surface of a cylinder as a cylindrical member having a hollow portion.
[0023]
As shown in FIG. 2, the plasma spraying apparatus includes an injection nozzle 10 and an injector 20. The injection nozzle 10 has an outlet 12 on the outer surface 13 from which the plasma jet 11 is injected. The outer surface 13 of the injection nozzle 10 is provided with a turbulent flow generation recess 30 as will be described later.
[0024]
The injection nozzle 10 includes an anode member 1, a cathode member 2, and an insulating member 3 interposed between the members 1 and 2 to electrically insulate the members 1 and 2 from each other. The anode member 1 and the insulating member 3 are provided with a through hole 4, and the opening of the through hole 4 constitutes the jet port 12. A working gas (Ar gas and hydrogen gas) for forming the plasma jet 11 is supplied into the through hole 4 from a gas supply means (not shown). The anode member 1 and the cathode member 2 are made of copper and are connected to a power source 5. Then, a conical cathode portion 6 made of tungsten is fixed to the cathode member 2 so as to be coaxially disposed in the through hole 4.
[0025]
On the other hand, the injector 20 has a supply port 21 at the tip, the supply port 21 faces the center of the jet port 12 (the center of the jet port 12 is located on the axis of the injector 20), and the jet port It is disposed along the outer surface 13 of the injection nozzle 10 so as to be located at a predetermined distance from the outlet 12. The injector 20 is connected to a thermal spray powder 22 and a carrier gas powder supply means (not shown). And with respect to the said plasma jet 11 injected from the jet nozzle 12, the spraying powder 22 is supplied with the carrier gas from the supply port 21 of the injector 20. FIG.
[0026]
Here, in the plasma spraying apparatus according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, a turbulent flow generation recess 30 is provided in the vicinity of the jet outlet 12 on the outer surface 13 of the jet nozzle 10. The turbulent flow generation recess 30 is formed in a timepiece with respect to an angle θ (the axial direction L of the injector 20; hereinafter the same) with respect to the flow direction of the carrier gas flowing out from the supply port 21 of the injector 20 (as shown in FIG. 1). A plurality of first groove-like recesses 31 extending in a direction intersecting at a predetermined angle (θ is about 10 to 50 degrees, θ is about 45 degrees in this embodiment), and the above-described outflow direction of the carrier gas Are intersected at a predetermined angle (θ is about 310 to 350 degrees; in this embodiment, about 315 degrees), and a plurality of directions extending in a direction intersecting with the direction in which the first groove-shaped recess 31 extends The second groove-shaped recess 32 is formed. These first and second groove-like recesses 31 and 32 are processed by knurling, and have a width of 0.5 mm, a depth of 0.25 mm, and a pitch of 1.5 mm. In addition, if the turbulent flow generation recess 30 is provided on the outer surface 13 of the injection nozzle 10 between the supply port 21 and the injection port 12 of the injector 20, an effect of suppressing the occurrence of spitting described later can be achieved. In the present embodiment, the turbulent flow generation recess 30 is provided in a wider range than that, that is, in a wide range up to the entire periphery of the ejection port 12 and the vicinity of the tip of the injector 20.
[0027]
In the plasma spraying apparatus according to this embodiment having such a configuration, when a voltage is applied to the anode member 1 and the cathode member 2 by the operation of the power source 5, a plasma arc is generated between the members 1 and 2. At this time, a working gas (Ar gas, hydrogen gas) is supplied from the gas supply means into the through hole 4 to form a plasma jet 11 made of high-temperature and high-pressure plasma gas. Erupt. When the powder supply means is operated, the sprayed powder 22 and the carrier gas (Ar gas) flow out from the supply port 21 of the injector 20 in the axial direction of the injector 20, and flow into the plasma jet 11 injected from the injection port 12. On the other hand, it is supplied from the side (substantially perpendicular to the jet direction of the plasma jet 11). As a result, the thermal spray powder 22 is melted by the heat of the plasma jet 11 to form thermal spray particles, and the thermal spray particles adhere to and deposit on the surface of the base material to form a thermal spray coating.
[0028]
At this time, in the plasma spraying apparatus of the present embodiment, the turbulent flow generation recess 30 including the first and second groove-shaped recesses 31 and 32 is provided on the outer surface 13 in the vicinity of the jet nozzle 12 of the spray nozzle 10. For this reason, the carrier gas that has flowed out from the supply port 21 of the injector 20 in the axial direction of the injector 20 hits the inner wall surfaces of the first and second groove-shaped recesses 31 and 32 and is reflected away from the outer surface 13 of the injection nozzle 10. The flow direction of the carrier gas changes in the direction or the direction inclined with respect to the axial direction of the injector 20, and a turbulent flow in which the carrier gas flow is three-dimensionally disturbed is generated. Therefore, even when a fine powder is used as the thermal spraying powder 22, the turbulent flow of the carrier gas prevents the fine powder from adhering to the outer surface 13 of the injection nozzle 10 due to electrostatic force, van der Waals force, or the like. can do. Therefore, it is possible to effectively prevent the fine powder from adhering to and depositing on the outer surface 13 of the injection nozzle 10.
[0029]
And using the said plasma spraying apparatus, as shown below, the sprayed coating was formed in the internal peripheral surface of a cylinder (inner diameter: 80 mm).
[0030]
First, a sprayed powder of −45 μm, that is, 45 μm or less was prepared from an iron-based powder prepared by a high-pressure water atomizing method using an electromagnetic vibration sieving machine. FIG. 3 shows the particle size distribution of this sprayed powder measured by the laser diffraction scattering method. As is apparent from FIG. 3, since this sprayed powder also includes irregularly shaped powder, it also includes powder exceeding 45 μm. Moreover, the average particle diameter of this thermal spraying powder is 28 micrometers.
[0031]
Then, the cylinder is fixed to a fixing chuck (not shown) connected to a driving device (not shown), and the plasma spraying device is inserted with the spraying distance kept constant in the cylinder. While spraying the plasma jet 11 toward the inner peripheral surface of the rotating cylinder while rotating the cylinder at a predetermined rotational speed (200 rpm), a thermal spray coating was formed on the inner peripheral surface. The conditions at this time are as follows.
[0032]
Ar gas flow rate: 40 L / min
Hydrogen gas flow rate: 4L / min
Current: 340A
Thermal spraying distance: 40mm
As a result, plasma spraying was successfully performed.
[0033]
Thus, for example, even when the fine powder side having a particle diameter smaller than about 10 μm is not cut using airflow classification or the like, and the plasma spray is performed using the spray powder of 45 μm or less as it is, the fine powder deposit The supply port 21 of the injector 20 was not blocked by (spitting).
[0034]
(Comparative example)
The plasma spraying apparatus according to this comparative example has the same configuration as the plasma spraying apparatus according to the first embodiment except that the outer surface 13 of the spray nozzle 10 is not provided with the turbulent flow generation recess 30.
[0035]
And like the said Embodiment 1, plasma spraying was performed using the spraying powder of 45 micrometers or less.
[0036]
As a result, spitting occurred, the supply port 21 of the injector 20 was blocked by spitting, and spraying became impossible on the way.
[0037]
(Embodiment 2)
In the plasma spraying apparatus according to the present embodiment, as shown in FIG. 4, the turbulent flow generation recess 30 includes a plurality of hole-shaped recesses 33. The hole-shaped recesses 33 are distributed almost uniformly over a wide range of the outer surface 13 extending from the vicinity of the tip of the injector 20 to the entire periphery of the ejection port 12. This hole-shaped recess 33 is formed by pressing a tool (not shown) having a roundness of R1 mm at the tip against the outer surface 13 of the injection nozzle 10 with a predetermined load, and has a width (inner diameter) of 1 mm and a depth of The pitch is 0.14 mm and the pitch is 1.5 mm.
[0038]
Other configurations are the same as those of the first embodiment.
[0039]
Therefore, in the plasma spraying apparatus according to the present embodiment, the plurality of hole-shaped recesses 33 are formed in a scattered manner on the outer surface 13 of the injection nozzle 10, and thus flows out from the supply port 21 of the injector 20 in the axial direction of the injector 20. When the carrier gas strikes the inner wall surface of the hole-shaped recess 33 and is reflected, the flow direction of the carrier gas changes in a direction away from the outer surface 13 of the injection nozzle 10 or a direction inclined with respect to the axial direction of the injector 20. A turbulent flow is generated in which the flow of the carrier gas is three-dimensionally disturbed. For this reason, even if a fine powder is used as the thermal spraying powder 22, it is prevented by the turbulent flow of the carrier gas that the fine powder adheres to the outer surface 13 of the injection nozzle 10 due to electrostatic force or van der Waals force. Can do. Therefore, it is possible to effectively prevent the fine powder from adhering to and depositing on the outer surface 13 of the injection nozzle 10.
[0040]
And like the said Embodiment 1, plasma spraying was performed using the spraying powder of 45 micrometers or less.
[0041]
As a result, as in the first embodiment, the supply port 21 of the injector 20 was not blocked by the deposit (spitting) of fine powder, and plasma spraying could be performed normally.
[0042]
(Other embodiments)
The aspect of the turbulent flow generation recess 30 is not limited to that according to the first and second embodiments. For example, the turbulent flow generation recess 30 may be configured by a plurality of groove-like recesses extending in a direction substantially perpendicular to the axis of the injector 20.
[0043]
In the above-described embodiment, the present invention is applied to a plasma spraying apparatus that uses a plasma jet as a heat source for melting the spray powder. However, the present invention is not limited to this, and examples of the heat source include acetylene. The present invention may be applied to a gas spraying apparatus that uses combustion gas.
[0044]
【The invention's effect】
As described above in detail, in the thermal spraying apparatus of the present invention, the turbulent flow generation recess provided on the outer surface of the injection nozzle can disturb the flow of the carrier gas flowing out from the injector and generate turbulent flow. Even when fine powder is used as the thermal spray powder, it is possible to prevent the fine powder from adhering to the outer surface of the injection nozzle by the turbulent flow of the carrier gas, and the fine powder adheres to and accumulates on the outer surface of the injection nozzle. This can be effectively prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view partially showing a plasma spraying apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the plasma spraying apparatus.
FIG. 3 is a view showing a particle size distribution of a thermal spray powder measured by a laser diffraction scattering method.
FIG. 4 is a front view partially showing a plasma spraying apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a front view schematically showing a state in which spitting has occurred in a conventional plasma spraying apparatus.
[Explanation of symbols]
10 ... Injection nozzle 11 ... Plasma jet (heat source)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Outlet 13 ... Outer surface 20 ... Injector 21 ... Supply port 30 ... Concave for generating turbulent flow 31 ... 1st groove-shaped recessed part 32 ... 2nd groove-shaped recessed part 33 ... Hole-shaped recessed part
