JP2021527164A - 1つまたは2つのワイヤから高い生産速度で高純度球状金属粉末を製造するための方法および装置 - Google Patents
1つまたは2つのワイヤから高い生産速度で高純度球状金属粉末を製造するための方法および装置 Download PDFInfo
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Abstract
Description
本出願は、2018年6月6日付けで出願され、現在係属中である、米国仮出願番号第62/681,623に対する優先権を主張し、参照により本明細書に組み込まれる。
熱プラズマトーチと、
連続的に供給される1つまたは2つの噴霧対象のワイヤと、
1つまたは複数の噴霧対象のワイヤに伝達される電気アークと、
粒子を球状粉末に固化するように適合された冷却プロセスと、を含むプラズマ噴霧プロセスを提供する。
熱プラズマトーチを提供するステップと、
1つまたは2つの噴霧対象のワイヤを連続的に供給するステップと、
粒子を製造するために前記1つまたは複数のワイヤに伝達されるように適合された電気アークと、
前記粒子を球状粉末に固化するための冷却を提供するステップと、を含む、プラズマ噴霧プロセスを提供する。
熱プラズマトーチを提供するステップと、
1つまたは2つの噴霧対象のワイヤを連続的に供給し、それによって、噴霧された金属液滴をそこから生成するステップと、
前記液滴を、微細粉末の再循環、ひいてはサテライト形成を防止するように適合されたアンチサテライトディフューザを通過させるステップと、を含む、プラズマ噴霧プロセスを提供する。
熱プラズマトーチを提供するステップと、
1つまたは2つの噴霧対象のワイヤを提供するステップと、
前記2つのワイヤ間、または前記単一ワイヤと前記プラズマトーチの1つの電極との間のアークを制御するために、少なくとも2つの電源を並列に提供し、それによって粒子を製造するステップと、を含む、プラズマ噴霧プロセスを提供する。
以下、本実施形態の詳細について説明する。
図9に示される第2の実施例では、導電性ワイヤ原料から金属粉末を製造するための装置A’も開示され、ワイヤ405は、超音速ノズル411を備えた、伝達されたプラズマトーチ401の前で矢印409に沿って中心に供給され、アーク403がワイヤ405と1つの電極402との間に形成される。プラズマトーチ401の前のワイヤガイド407を通して導電性ワイヤ405を挿入することによって、ワイヤ405自体は、伝達されたアークを介して非常に効率的に溶融され得る。次いで、残りのエネルギーは、予熱されたガスチャネル404を介して供給される不活性ガス(例えば、アルゴン)をプラズマ状態に加温するために使用され、次いで、ガスは、超音速ノズル411を通して加速される。キャリアガスのこの加速は、金属液滴を細断することによって金属液滴をさらに噴霧する。次いで、粒子は、例えば不活性ガス(例えばアルゴン)で満たされた(図3に例示されるような)冷却チャンバ内で小球状粒子に固化する。参照番号408はプラズマプルームを示す。
図10に示される第3の実施例では、導電性ワイヤ原料から金属粉末を製造するための装置A’’も開示され、ワイヤ110は、プラズマトーチ112内に矢印111に沿って中心に供給され、アーク128は、カソードとして作用するワイヤ110と1つの電極(アノード114を参照)との間に形成される。プラズマトーチ112のワイヤガイド116を通して導電性ワイヤ110を挿入することによって、ワイヤ110自体は、伝達されたアークを介して非常に効率的に溶融され得る。この方法は、ワイヤを直径2.5インチまでのロッドまたはビレットと最も容易に交換できるという意味で、スケールアップ能力を有するものとして選択される。ワイヤガイド116は、点火カソードを兼ねることができる。次いで、残りのエネルギーは、予熱されたガスチャネル118を介して供給される不活性ガス(例えば、アルゴン)をプラズマ状態に加温するために使用され、次いで、ガスは、超音速ノズル120を通して加速される。キャリアガスのこの加速は、金属液滴を細断することによって金属液滴をさらに噴霧する。次いで、粒子は、例えば不活性ガス(例えばアルゴン)で満たされた(図3に例示されるような)冷却チャンバ内で小球状粒子に固化する。参照番号122はプラズマプルームを示す。
[1] Peter G. Tsantrizos, Francois Allaire and Majid Entezarian, “Method of Production of Metal and Ceramic Powders by Plasma Atomization”, U.S. Patent No. 5,707,419, January 13, 1998.
[2] Christopher Alex Dorval Dion, William Kreklewetz and Pierre Carabin, “Plasma Apparatus for the Production of High-Quality Spherical Powders at High Capacity”, PCT Publication No. WO 2016/4 A1, December 8, 2016.
[3] Michel Drouet, “Methods and Apparatuses for Preparing Spheroidal Powders”, PCT Publication No. WO 2011/3 A1, May 12, 2011.
[4] Maher I. Boulos, Jerzy W. Jurewicz and Alexandre Auger, “Process and Apparatus for Producing Powder Particles by Atomization of a Feed Material in the Form of an Elongated Member”, U.S. Patent Application Publication No. 2017/49 A1, November 16, 2017.
[5] Pierre Fauchais, Joachim Heberlein, and Maher Boulos, “Thermal Spray Fundamentals - From Powder to Part”, pp 577-605, Springer, New York, 2014.
Claims (54)
- プラズマ噴霧プロセスであって、
・ 熱プラズマトーチと、
・ 連続的に供給される1つまたは2つの噴霧対象のワイヤと、
・ 1つまたは複数の噴霧対象のワイヤに伝達される電気アークと、
・ 粒子を球状粉末に固化するように適合された冷却プロセスと、
を含むプラズマ噴霧プロセス。 - 前記プラズマトーチが超音速ノズルを備える、請求項1に記載のプロセス。
- 電気アークが、前記プラズマトーチの超音速流内の頂点で前記ワイヤに伝達される、請求項1に記載のプロセス。
- 噴霧された金属液滴が、微細粉末の再循環、したがってサテライト形成を防止するように適合されたアンチサテライトディフューザを通過する、請求項1〜3のいずれか一項に記載のプロセス。
- 2つ以上の電源が、前記2つのワイヤ間、または前記単一ワイヤと前記トーチの1つの電極との間の前記アークを制御するために並列に使用される、請求項1に記載のプロセス。
- ワイヤアーク用の少なくとも1つの電源が電圧制御される、請求項1〜5のいずれか一項に記載のプロセス。
- ワイヤアーク用の少なくとも1つの電源が電流制御される、請求項1〜6のいずれか一項に記載のプロセス。
- 並列電源が、電圧制御モードと電流制御モードとの組み合わせで同時に使用される、請求項1〜7のいずれか一項に記載のプロセス。
- ワイヤ原料から金属粉末を製造するための装置であって、プラズマトーチと、前記プラズマトーチに供給されるように適合されたワイヤとを備え、前記プラズマトーチは、溶融ワイヤを粒子に噴霧するように適合され、アークは、カソードとして作用する前記ワイヤと電極との間に形成されるように適合される、装置。
- 前記ワイヤは、前記プラズマトーチの中心に供給される、請求項9に記載の装置。
- 超音速ノズルが設けられ、前記電気アークが前記超音速ノズル内で生成される、請求項9または10に記載の装置。
- 前記ワイヤ原料が、0.25〜2.5インチの直径を有するロッドまたはビレットによって置き換えられる、請求項9〜11のいずれか一項に記載の装置。
- 冷却チャンバが、前記粒子を球状粉末に固化するために前記プラズマトーチの下流に設けられる、請求項9〜12のいずれか一項に記載の装置。
- プラズマ噴霧プロセスであって、
・ 熱プラズマトーチを提供するステップと、
・ 1つまたは2つの噴霧対象のワイヤを連続的に供給するステップと、
・ 粒子を製造するために前記1つまたは複数のワイヤに伝達されるように適合された電気アークと、
・ 前記粒子を球状粉末に固化するための冷却を提供するステップと、を含む、プラズマ噴霧プロセス。 - 前記プラズマトーチが超音速ノズルを備える、請求項14に記載のプロセス。
- 電気アークが、前記プラズマトーチの超音速流内の頂点で前記ワイヤに伝達されるように適合される、請求項14に記載のプロセス。
- 噴霧された金属液滴が、微細粉末の再循環、したがってサテライト形成を防止するように適合されたアンチサテライトディフューザを通過する、請求項14〜16のいずれか一項に記載のプロセス。
- 少なくとも2つの電源が、前記2つのワイヤ間、または前記単一ワイヤと前記プラズマトーチの1つの電極との間の前記アークを制御するために並列に使用される、請求項14に記載のプロセス。
- ワイヤアークのための少なくとも1つの電源が電圧制御される、請求項14〜18のいずれか一項に記載のプロセス。
- ワイヤアークのための少なくとも1つの電源が電流制御される、請求項14〜19のいずれか一項に記載のプロセス。
- 並列電源が、電圧制御モードと電流制御モードとの組み合わせで同時に使用される、請求項14〜20のいずれか一項に記載のプロセス。
- ワイヤ原料から金属粉末を製造するための装置であって、プラズマトーチと、前記プラズマトーチ内に供給されるように適合されたワイヤとを備え、前記プラズマトーチは、溶融ワイヤを粒子に噴霧するように適合され、アークは、カソードとして作用する前記ワイヤと電極との間に形成されるように適合される、装置。
- 前記ワイヤは、前記プラズマトーチの中心に供給される、請求項22に記載の装置。
- 超音速ノズルが設けられ、前記電気アークが前記超音速ノズル内で生成される、請求項22または23に記載の装置。
- 前記ワイヤ原料が、0.25〜2.5インチの直径を有するロッドまたはビレットの形態をとる、請求項22〜24のいずれか一項に記載の装置。
- 冷却チャンバが、前記粒子を球状粉末に固化するために前記プラズマトーチの下流に設けられる、請求項22〜25のいずれか一項に記載の装置。
- ワイヤ原料から金属粉末を製造するための装置であって、プラズマトーチと、前記装置に供給されるように適合された少なくとも1つのワイヤとを備え、前記プラズマトーチは、溶融ワイヤを粒子に噴霧するように適合され、冷却チャンバは、前記粒子を粉末に固化するように適合され、前記ワイヤは、前記プラズマトーチにおいてカソードとして機能するように適合される、装置。
- 前記プラズマトーチによって送達されるプラズマ流が、超音速ジェットへと超音速に加速されるように適合される、請求項27に記載の装置。
- 超音速ノズルが設けられ、前記ワイヤが、前記超音速ノズルのスロートの前または後のいずれかで、前記超音速ノズル内に供給されるように適合される、請求項27または28に記載の装置。
- ワイヤ原料から金属粉末を製造するための装置であって、プラズマトーチと、前記装置に供給されるように適合された少なくとも1対のワイヤとを備え、前記プラズマトーチは、溶融ワイヤを粒子に噴霧するように適合され、前記ワイヤの一方はアノードとして機能するように適合され、他方のワイヤはカソードとして機能するように適合される、装置。
- 冷却チャンバが、前記粒子を粉末に固化するために、前記プラズマトーチの下流に設けられる、請求項30に記載の装置。
- 前記プラズマトーチによって送達されるプラズマ流が、超音速ジェットへと超音速に加速されるように適合される、請求項30または31に記載の装置。
- 超音速ノズルが設けられ、前記ワイヤが、前記超音速ノズルのスロートの前または後のいずれかで、前記超音速ノズル内に供給されるように適合される、請求項32に記載の装置。
- 電源が提供され、電流を前記ワイヤに強制的に通過させるように適合され、電気アークが前記2つのワイヤ間に生成される、請求項30から33のいずれか一項に記載の装置。
- 電源が提供され、電流を前記ワイヤに強制的に通過させるように適合され、電気アークが前記2つのワイヤの間および前記超音速ノズル内に生成される、請求項33に記載の装置。
- ワイヤ原料から金属粉末を製造するための装置であって、プラズマトーチと、前記プラズマトーチ内に供給されるように適合されたワイヤとを備え、前記プラズマトーチは、溶融ワイヤを粒子に噴霧するように適合され、アークは、カソードとして作用する前記ワイヤと電極との間に形成されるように適合される、装置。
- 前記ワイヤは、前記プラズマトーチの中心に供給される、請求項36に記載の装置。
- ワイヤガイドが前記ワイヤのために提供され、それによって、前記ワイヤガイドを通して前記ワイヤを挿入することによって、前記ワイヤは、伝達されたアークを介して効率的に溶融されることができる、請求項36または37に記載の装置。
- 前記ワイヤガイドは、点火カソードを兼ねるように適合される、請求項38に記載の装置。
- 超音速ノズルが設けられ、前記電気アークが前記超音速ノズル内で生成される、請求項36〜39のいずれか一項に記載の装置。
- 冷却チャンバが、前記粒子を粉末に固化するために前記プラズマトーチの下流に設けられる、請求項36〜40のいずれか一項に記載の装置。
- ワイヤ原料から金属粉末を製造するための装置であって、プラズマトーチと、前記プラズマトーチに供給されるように適合された少なくとも1つのワイヤとを備え、前記プラズマトーチは、溶融ワイヤを粒子に噴霧するように適合され、前記装置は、ガスによって冷却され、それによって前記ガスを加熱するように適合され、そのように加熱されたガスは、プラズマガスとして使用されるように適合される、装置。
- 前記ガスが、アルゴンなどの不活性ガスを含む、請求項42に記載の装置。
- 前記ガスを前記プラズマトーチに供給するためのガスチャネルが設けられる、請求項42または43に記載の装置。
- 超音速ノズルが提供され、前記ガスが、前記超音速ノズルを通して加速され、前記粒子を細断するように適合される、請求項42〜44のいずれか一項に記載の装置。
- 冷却チャンバが、前記粒子を粉末に固化するために前記プラズマトーチの下流に設けられる、請求項42〜45のいずれか一項に記載の装置。
- ガスチャネルが設けられ、前記ガスは、前記ワイヤの先端に設けられた電気アークに接触する前に加熱されるように適合される、請求項42または43に記載の装置。
- 前記冷却チャンバが、アルゴンなどの不活性ガスを含有する、請求項27、31、41および46のいずれか一項に記載の装置。
- プラズマ噴霧プロセスであって、
・ 熱プラズマトーチを提供するステップと、
・ 1つまたは2つの噴霧対象のワイヤを連続的に供給し、それによって、噴霧された金属液滴をそこから生成するステップと、
・ 前記液滴を、微細粉末の再循環、ひいてはサテライト形成を防止するように適合されたアンチサテライトディフューザを通過させるステップと、
を含む、プラズマ噴霧プロセス。 - プラズマ噴霧プロセスであって、
・ 熱プラズマトーチを提供するステップと、
・ 1つまたは2つの噴霧対象のワイヤを提供するステップと、
・ 前記2つのワイヤ間、または前記単一ワイヤと前記プラズマトーチの1つの電極との間のアークを制御するために、少なくとも2つの電源を並列に提供し、それによって粒子を製造するステップと、
を含む、プラズマ噴霧プロセス。 - 少なくとも2つの電源が、前記2つのワイヤ間、または前記単一ワイヤと前記プラズマトーチの1つの電極との間の前記アークを制御するために並列に使用される、請求項50に記載のプロセス。
- ワイヤアークのための少なくとも1つの電源が電圧制御される、請求項50または51に記載のプロセス。
- ワイヤアークのための少なくとも1つの電源が電流制御される、請求項50〜52のいずれか一項に記載のプロセス。
- 並列電源が、電圧制御モードと電流制御モードとの組み合わせで同時に使用される、請求項50〜53のいずれか一項に記載のプロセス。
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