JPH02131159A - 爆発溶射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、爆発溶射装置に係り、特に材料の特性が異な
る２種類の粉末溶射材料を溶射するに好適な爆発溶射装
置に関する。

〔従来の技術〕

材料の耐食性、耐摩耗性及び耐熱性等を向上させるため
、その表面にこれらの物理的性質が優れているセラミッ
クスやサーメット等を被覆する方法の一つとして溶射が
採用されている。この溶射に用いられる溶射材料は目的
に応じて２種類以上の材料を使用して、それぞれの特性
を生かした溶射被膜を形成する方法が試みられている。

特に、セラミックス材料は金属材料に溶射した場合、低
靭性、低密着力の被膜になるため、金属材料と同時に溶
射され利用される場合が多い。

溶射被膜を形成させる方法には例えばガス溶射法、プラ
ズマ溶射法、爆発溶射法等がある。これらのうち、爆発
溶射法は、アセチレン、プロパン等の燃焼ガスと酸素ガ
スとの混合気体を溶射ガン中で爆発燃焼させ、この時に
発生する高温で衝撃波を伴ったガス焔中に、セラミック
スやサーメット等の材料を混入させ、品物表面に衝突さ
せて溶射被膜を形成させる溶射法で、１秒間に数回爆発
が繰り返され、１回あたり数μｍから数十μｍの被膜を
形成することができる。

このように爆発溶射法は衝撃波を利用している点におい
てその特徴があり、溶射材料の飛行速度を音速の約２倍
としており、他の溶射法では得られない速度を有してい
る。従って溶射材料の品物との密着力が非常に高く、し
かも気孔率の低い分子結合力の優れた溶射被膜を形成す
ることが出来る利点を有している。

第４図はこのような爆発溶射を行う装置の従来例で、２
種類の溶射材料を供給するものを示す。

第４図において、爆発溶射装置は溶射ガン１が点火プラ
グ２を有する爆発室３から突き出しており、溶射ガン１
の内部に設けられた一つの供給ノズル４には粉末供給系
１１．１１′から２種類の溶射材料の粉末が供給経路で
混合して供給され、また爆発室３には燃焼ガス８が燃焼
ガス供給系１３から供給される。

燃焼ガス８は点火プラグ２で発生する火花により着火し
て爆発し、その燃焼ガス８は供給ノズル４から送り出さ
れる溶射材料の混合粉末を加熱、加速して溶射ガン１か
ら噴出して、かくして前方の被溶射体に溶射被膜を形成
する。

このように従来装置において２種類以上の溶射材料を供
給する場合、溶射材料の特性の違いに対する溶射条件に
ついては何ら考慮されておらず、２種類以上の材料を混
合状態または、混合焼結状態で１つのノズルから供給す
る方法以外手段が無かった。（特公昭６０−５６５４５
号公報及び特公昭６０−５６５４６号公報参照） 〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術においては、融点、熱伝導率及び熱容量等
特性の異なる溶射材料に同じ熱及び衝撃波の履歴しか与
えることができず、前記特性の著しく異なる溶射材料を
同時に溶射した場合、未溶融のまま被溶射物に衝突する
現象や溶融過剰で衝突する現象のため、溶射材料が付着
せずに飛び散り、良好な溶射被膜が得られない現象がし
ばしばみられた。また、特性の差異が軽微であっても未
溶融の材料や過剰の酸化物が被膜中に残留してしまう現
象を防げない。

また、２種類以上の異なる特性をもつ混合粉末を溶射す
る場合には、１回あたりのそれぞれの材料の配分が不安
定となり、溶射被膜中に偏積が起こり良好な被膜は得ら
れない。２種類以上の溶射材料を焼結した溶射材料を用
いると偏積は少なくなるが、材料のコストが高くなるば
かりでなく、焼結時に材料間に化合物が形成され靭性や
耐食性低下が問題となってくる。

本発明の目的は、熱的に違った特性を持つ２種類以上の
溶射材料を爆発燃焼時にそれぞれの特性にあった熱及び
衝撃波の履歴が受けられる爆発溶射装置を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の爆発溶射装置は、
点火プラグを設けた燃焼室と、該燃焼室から突き出した
溶射ガンと、該溶射ガン内に複数種類の粉末状溶射材料
を送り込む粉末ノズルと、該粉末ノズルに前記溶射材料
を供給する粉末供給系と、前記燃焼室に燃焼ガスを供給
する燃焼ガス供給系と、前記点火プラグに火花を発生さ
せる火花点火装置を備えた爆発溶射装置において、前記
粉末ノズルの出口を複数個前記燃焼室からの距離が異な
る位置にそれぞれ設けたことを特徴としている。

前記粉末ノズルは前記溶射ガンの周壁に立設してもよい
し、又は前記溶射ガン内で該溶射ガンと軸平行に設けて
もよい。

さらに、前記粉末ノズルは前記溶射ガンの軸心を中心と
して配置した多重管構造体とし、該粉末ノズルの出口は
該多重管構造体の中心孔の出口と、該中心孔の外周部を
通る環状断面の通路が外周面に一様な角度で拡開した開
口部としたものとしてもよい。

〔作用〕

上記の構成によれば、種類の異なる溶射材料は、それぞ
れ粉末供給系により、燃焼室からの距離が異なる位置に
出口を有する粉末ノズルを介して溶射ガンの内部に送り
込まれ、一方燃焼ガスは、燃焼ガス供給系により燃焼室
に供給され、火花点火装置が点火プラグに火花を発生さ
せた時に爆発を起し、異なる溶射材料はそれぞれこの爆
発した燃焼ガスの熱と衝撃波を受けなから溶射ガンを通
って飛行し、前方に置かれた被溶射物に衝突して溶射被
膜を形成する。

溶射材料についてさらに詳しく述べると、上記の溶射過
程において、燃焼室に近い位置に設けられた粉末ノズル
出口から供給された溶射材料は、遠い位置にある粉末ノ
ズル出口から供給された溶射材料よりも多量の熱を受け
て、より多量のエネルギーをもって被溶射物に衝突する
。

従って、燃焼室に近い位置に設けられた粉末ノズル出口
には、より高融点、低熱伝導又は高熱容量なる溶射材料
を供給することになる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図〜第３図により説明する
。第１図は本発明の第１実施例を示す図である。この爆
発溶射装置は、爆発燃焼させる燃焼室３と、この燃焼室
３内に発火点を持つ点火プラグ２と、点火プラグ２に火
花を発生させる点火装置１２と、燃焼室３内に溶射材料
を供給する２ケ所の粉末ノズル４．５を持つ粉末供給系
１１及び燃焼ガス８を供給する燃焼ガス供給系１３と、
さらにこれらの装置を制御する制御系１４とから構成さ
れている。

次に上記の構成からなる爆発溶射装置の動作について説
明する。

燃焼室３に燃焼ガス供給系１３から燃焼ガス８が送られ
て、そのタイミングと合わせ粉末供給系１１から粉末ノ
ズル４．５を通して溶射材料６、７が送られて来る。制
御系１１は２種類の溶射材料６．７と燃焼ガス８が供給
された後点火装置１２に信号を送り、点火プラグ２で着
火するよう指示を出す。

着火した燃焼ガス８は溶射材料６及び７と共に溶射ガン
１内部を飛行し、その際、溶射材料６及び７を加熱・加
速し、溶射ガン１出口に置かれた被溶射物１０の表面に
溶射被膜９を形成する。

この際、粉末ノズル４を粉末ノズル５により燃焼室に近
い位置に設け、粉末ノズル４からは溶射材料７と比較し
て高融点、低熱伝導率又は高熱容量である溶射材料６を
供給し、粉末ノズル５からは溶射材料７を供給し溶射を
実施すれば、溶射材料６．７とも溶射を行う上で適度の
エネルギーがえられ被溶射物１０上に溶射材料６と７の
良好な層状組織である溶射被膜が得られる。

Ｃｒ３Ｃ２とＮｉＣｒの組合わせ又はＡｌ□０３とＮｉ
Ｃｒの組合わせの溶射材料を用いてＳＵＳ　３０４ステ
ンレス鋼試験片上に本実施例の爆発溶射装置及び従来の
爆発溶射装置によりそれぞれ溶射被膜を形成し、それら
の試験片を６００℃及び８５０℃にそれぞれ加熱した後
に冷水中に投入して熱衝撃試験を行った結果を表１に示
す。その試験の結果によれば１本実施例の爆発溶射装置
により作製された溶射被膜は低靭性の材料であるセラミ
ックスと靭性の高い金属材料とが均一にかつ層状に分布
しているため、良好な熱衝撃性を示すようになっている
ことが分かる。

表１ 本発明の第２実施例を第２Ａ図及び第２Ｂ図に示す。第
２Ａ図では、溶射ガン１の内部に溶射材料６．７を供給
する粉末ノズル２４．２５を溶射方向１５と平行に設け
ることで本発明の鋼かを得ようとしたものである。この
実施例をもちいると溶射材料６．７による溶射ガン１内
面の摩耗を軽減できる効果がある。また、粉末ノズル２
４．２５の粉末供給口の直径や溶射材料を空送する場合
にはキャリアガスの圧力を変化させることや、高融点、
低熱伝導率又は高熱容量である溶射材料の供給角度を第
２Ｂ図に示すように変えることで容易に粉末の供給位置
を調節でき、溶射材料の種類がかわっても容易に対応で
きる利点がある。

本発明の第３実施例を第３図に示す。第３図では、溶射
ガン１の内部に溶射材料６．７を供給するノズルが２重
管構造となっており、外側からより高融点、低熱伝導率
又は高熱容量である溶射材料６を環状の粉末供給口３４
から供給できるようにしたものである。この方法を用い
ると前述した粉末の供給位置が容易に調節できるばかり
でなく、粉末ノズルの冷却系統が１系統で済み構造を簡
単にすることができる利点がある。また、前述した粉末
供給角度や粉末供給通路の断面積をコントロールするこ
とで、キャリアガスの圧力が一定でも供給位置を変化さ
せることができるため、キャリアガス供給系を１系列設
けるだけで済み構造及び制御法を容易にできるという利
点がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、溶射爆発装置において、溶射ガン内に
粉末ノズルの出口を熱的特性の異なる溶射材料側に設け
、その出口をそれぞれ燃焼室からの距離を異にして位置
させることにより、最も高融点、低熱伝導率または高熱
容量の熱特性をもつ溶射材料を燃焼室に最も近い位置の
出口を通して供給し、他方前記特性が緩やかな溶射材料
になるにつれて燃焼室から離れた位置の出口から供給し
て溶射することができて、溶射材料それぞれに特性に応
じて燃焼ガスの熱と衝撃波のエネルギーを与えることが
できるので、未溶融粒や不要の酸化物のない耐熱衝撃性
、靭性に優れた溶射被膜を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による爆発溶射装置の第１実施例、第２
Ａ図は本発明の第２実施例を示す図、第２Ｂ図は第２実
施例の粉末ノズルの詳細図、第３図は本発明の第３実施
例を示す図、第４図は従来の爆発溶射装置の構成図であ
る。 １・・・溶射ガン、２・・・点火プラグ、３・・・燃焼
室、４．５，２４，２５．３６・・・粉末ノズル、６，
７・・溶射材料、８・・・燃焼ガス、１１・・・粉末供
給系、１２・・・火花点火装置、１３・・・燃焼ガス供
給系、３４．３５・・・粉末供給口。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）点火プラグを設けた燃焼室と、該燃焼室から突き
   出した溶射ガンと、該溶射ガン内に複数種類の粉末状溶
   射材料を送り込む粉末ノズルと、該粉末ノズルに前記溶
   射材料を供給する粉末供給系と、前記燃焼室に燃焼ガス
   を供給する燃焼ガス供給系と、前記点火プラグに火花を
   発生させる火花点火装置を備えた爆発溶射装置において
   、前記粉末ノズルの出口を複数個前記燃焼室からの距離
   が異なる位置にそれぞれ設けたことを特徴とする爆発溶
   射装置。
2. （２）前記粉末ノズルを前記溶射ガンの周壁に立設した
   ことを特徴とする請求項１記載の爆発溶射装置。
3. （３）前記粉末ノズルを前記溶射ガン内で該溶射ガンと
   軸平行に設けたことを特徴とする請求項１記載の爆発溶
   射装置。
4. （４）前記粉末ノズルは前記溶射ガンの軸心を中心とし
   て配置した多重管構造体とし、該粉末ノズルの出口は該
   多重管構造体の中心孔の出口と、該中心孔の外周部を通
   る環状断面の通路が外周面に一様な角度で拡開した開口
   部としたことを特徴とする請求項１記載の爆発溶射装置
   。