JPH02217457A - プラズマ溶射方法 - Google Patents

プラズマ溶射方法

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JPH02217457A
JPH02217457A JP1036647A JP3664789A JPH02217457A JP H02217457 A JPH02217457 A JP H02217457A JP 1036647 A JP1036647 A JP 1036647A JP 3664789 A JP3664789 A JP 3664789A JP H02217457 A JPH02217457 A JP H02217457A
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JP
Japan
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flame
plasma
combustion gas
nozzle
plasma flame
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JP1036647A
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Toru Narisei
成清 徹
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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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、母材表面に耐摩耗性、耐熱性、耐食性等に優
れた材料を被覆するために使用されるプラズマ溶射方法
に関する。
〔従来の技術〕
プラズマ溶射方法は、溶射法のなかでは比較的簡便な方
法であり、その原理は、プラズマ炎中に溶射粉末を供給
し、プラズマの熱で溶射粉末を溶融すると共にプラズマ
の圧力でこれを加速して、ノズルより母材へ向けて噴射
するというものである。この方法は、高融点材料が使用
できる利点を有するが、その反面、次のような欠点も合
せ持っている。
第1の欠点は、溶融状態で飛行中の溶射粒子がプラズマ
炎への大気混入により酸化され、母材表面に形成された
皮膜の内部や母材と皮膜との界面に酸化物が混入し、皮
膜の接合強度や皮膜自体の強度を低下させることである
第2の欠点は、大気とのFJ擦や大気混入によりプラズ
マ炎の流速が減衰し、プラズマ炎中の溶射粒子が十分な
速度を保つことができないことである。また、第3の欠
点は、大気に熱を奪われてプラズマ炎が急冷され、溶射
粒子が十分に加熱されないことである。これらの欠点も
第1の欠点と同様に皮膜性能を低下させる。
このような欠点は、いずれもプラズマ炎が直接大気と接
触していることに起因しており、この接触を断てば溶射
皮膜の性能は改善されると考えられる。この考えに基づ
いたプラズマ溶射方法が、減圧プラズマ溶射方法とAr
シールドプラズマ溶射方法とである。
前者の減圧プラズマ溶射方法は溶射装置のうちの溶接ガ
ン、母材、移動装置を減圧チャンバ内に組み込んで溶射
を行う方法である(「溶射ハンドブック(日本溶射協会
績)P154〜P160」)。
排気装置によって減圧チャンバ内を10−1〜1O−2
Torr程度に減圧した後に、減圧チャンバ内にガスを
供給して減圧チャンバ内を20〜350Torrの使用
圧力に戻し、この状態で溶射を行う、減圧下なので大気
中に比べて溶射粒子速度が増大し、母材の予熱もできる
特長がある。また、減圧チャンバ内に供給するガスの種
類選択により、溶射粒子の酸化も抑止できる。
後者のArシールプラズマ溶射方法は、大気圧下で溶射
を行うことを前提としており、プラズマ炎を噴出する主
ノズル孔の周囲に同心状に副ノズル孔を設け、この副ノ
ズル孔より噴出するArガスでプラズマ炎をシールドし
なから溶射を行う方法である( rsurface E
r4tneering 1986  vof、2N[L
3  G11l and Ridding Argon
 5hrouded Plas+*aspray Te
chnology for production a
ppHcaLionsJ )  。
この方法ではプラズマ炎がArガスにてシールドされる
ことにより、プラズマ炎への空気混入量が減少し、溶射
粒子の酸化が抑止できる。
(発明が解決しようとする課題〕 これらの従来技術のうち、前者の減圧プラズマ溶射方法
では、装置規模が大きくなるだけでなく、母材寸法が減
圧チャンバの容量によって制限され、更に減圧チャンバ
内を減圧する関係から処理能率も低い問題がある。
また、後者のArシールドプラズマ溶射方法では、Ar
ガスのプラズマ炎への混入が避けられないために、プラ
ズマ炎が冷却され、またプラズマ炎中の溶射粒子が減速
される。その結果、溶射粒子は十分な速度、温度を持つ
ことができなくなる。
本発明は、これら従来技術の問題点を全て解決するもの
で、大気圧下で能率よく溶射が行なえて、しかも溶射粒
子に十分な速度および温度を与えることができるプラズ
マ溶射方法を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明のプラズマ溶射方法は、溶融状態の溶射粒子を含
むブラズム炎を噴出する主ノズル孔に対して同心状に設
けた副ノズル孔より、燃焼ガス炎を、該燃焼ガス炎がプ
ラズマ炎をとりかこむように噴出させながらプラズマ溶
射を行なう方法である。
第1図は本発明の溶射方法を実施するのに適したノズル
構造を示している。ノズル本体10は先端に主ノズル孔
11、その側方に粉末供給孔12を夫々有している。ノ
ズル本体lOの内部には同心状に電極13が設けられ、
外側には補助ノズル20が設けられている。補助ノズル
20は、ノズル本体lOの外周面に間隙をあけて同心状
に設けた外筒21と、その先端部を上記主ノズル孔11
の部分を残して閉塞する端板22と、燃焼用ガス送給管
32とを備えている。端板22には第2図に示すように
、主ノズル孔llに対して同心状に複数の副ノズル孔2
3が等間隔で開設されている。
プラズマ溶射を行うには、ノズル本体lOと電極13と
の間に高電圧を印加した状態でノズル本体10内にプラ
ズマ作動ガスを供給するとともに、粉末供給孔12より
ノズル本体lO内に溶射粒子を供給する。これにより、
ノズル本体10の主ノズル孔11から、溶融状態の溶射
粒子がプラズマ炎とともに噴射される。同時に、補助ノ
ズル20内の燃焼用ガス送給管32には燃焼用ガスが供
給°され、その副ノズル孔23より燃焼ガス炎が噴射さ
れる。これにより、主ノズル孔11から噴射されるプラ
ズマ炎は、副ノズル孔23から噴射される燃焼ガス炎に
より周囲を被包される。プラズマ炎とともに噴射される
溶融状態の溶射粒子は、母材30上に衝突して皮111
31を形成する。
燃焼用ガスとしては、アセチレン、プロパン等の汎用の
ガスを使用することができる。これらのガスは還元炎の
状態で燃焼させて副ノズル孔23から噴出させるのがよ
い。
〔作  用〕
本発明の溶射方法においては、プラズマ炎がその周囲を
燃焼ガスにて被包されるので、プラズマ炎が外気から遮
断され、プラズマ中の溶融状態の溶射粒子の酸化が抑制
される。燃焼ガスを還元炎とすれば、溶射雰囲気の還元
が可能になり、溶射粒子の酸化防止がより確実なものと
なる。溶射粒子の酸化が抑制されると、母材表面に形成
される反覆の内部や母材と皮膜との界面に介在する酸化
物が減少し、皮膜の接合強度や皮膜自体の強度が向上す
る。この効果は、溶射粒子が酸化しやすい場合に特に有
効になる。
更に、プラズマ炎を被包する燃焼ガス炎は、プラズマ炎
を大気から遮断するだけでなく、大気に比べて高温なた
めに密度が小さく、摩擦や燃焼ガスのプラズマ炎への混
入によるプラズマ炎の減速を抑える。その結果、プラズ
マ炎中の溶射粒子に十分な速度が与えられる。また、燃
焼ガスによるプラズマ炎の温度低下がない上に、外気に
よるプラズマ炎の温度低下もこの燃焼ガスによって防止
される。したがって、溶射粒子は十分な速度および温度
をもって母材上に到達し、酸化介在物が少ないこととあ
いまって、高品質、高性能な皮膜が母材上に形成される
また、減圧チャンバを必要とせず、減圧作業も不要であ
るので、装置が簡単で作業能率も優れる。
〔実施例〕
以下に本発明をその実施例について詳述する。
5S41からなる直径40■、長さ40鵬の円柱材の一
方の端面をアルミナ(#36)でブラスト処理して母材
となし、その処理端面に第1図および第2図に示す如き
ノズル構造の装置を用いて、プラズマ炎を燃焼ガス炎で
被包しながら、5ON150Crからなる溶射粒子を5
00μmの厚みに溶射した。プラズマ溶射条件を第1表
に、また燃焼ガスによるシールド条件を第2表に示す。
第 表 第 表 上記プラズマ溶射において、燃焼ガスを噴出する副ノズ
ルの個数8(一定)、配設用の直径60aim(一定)
として、個々の副ノズルにおけるガス流量をθ〜101
/minの範囲で変化させた時の、ガス流量と接合強度
との関係を第3図に示す、接合強度はJIS  H86
64に基づく接着剤引張り法による接合強度試験で評価
した。
第3図から明らかなように、ノズル当りのガス流量をO
とした場合、すなわち燃焼ガス炎によるプラズマ炎のシ
ールドを行わなかった場合は、接合強度は4 kg f
 /s”に達しないが、このガスシールドを行うことに
より接合強度は上昇し、ノズル当りのガス流量が27!
/winで6 kg f /a”を超え、44!/s+
In以上では約7 kg f /a”になり、好ましい
ガス流量は1ノズル当り41/sin以上である。
また、上記プラズマ溶射において、副ノズル1個当りの
燃焼ガス流量4 j!/mjn (一定)、配役用の直
径60am<一定)として、ノズル数を変化させた場合
のノズル数と接合強度との関係を第4図に示す、ノズル
数が2〜4でも、プラズマシールドを行わない場合(ノ
ズル数Oの場合)に比べれば接合強度は上昇するが、安
定な効果が得られるのは、ノズル個数が6以上の場合で
ある。したがって、ノズル個数は6以上が好ましい。
副ノズル1個当りの燃焼ガス流14 l/mjn (−
定)、ノズル個数8(一定)で、副ノズルの配設円直径
を種々変化させた場合は、第5図に示すように、この直
径が50〜7・OCIの範囲で、接合強度が特に向上す
る。なぜなら、副ノズルの配設円直径が小さくなると、
燃焼ガス炎がプラズマ炎に接近することから、燃焼ガス
炎がプラズマ炎の一部にとり込まれてプラズマ炎に対す
るシールド効果が低下し、逆に配役円直径が大きい場合
もプラズマ炎に対するシールド効果が低下するためであ
る。このことから、副ノズルの配設円直径は50〜70
cmの範囲が好ましい。
副ノズル個数8、その配設円直径60■、1ノズル当り
の燃焼ガス流14j!/a+inで本発明のプラズマ溶
射方法を実施した場合、上述のとおり約7kg f /
 111の接合強度が確保され、本発明のプラズマ溶接
方法を実施しない場合(燃焼ガス炎によるプラズマ炎の
シールドを行わない場合)の約4kg f /■1に比
べて、約75%の接合強度向上が図られており、これは
、減圧プラズマ溶射方法にほぼ匹敵する接合強度である
。また、上記とほぼ同じ条件で副ノズルからArガスを
噴出した場合の接合強度は約2 kg f /M”であ
り、本発明のプラズマ溶射方法はこのArシールドプラ
ズマ溶射方法と比べて約250%の接合強度向上を図る
ことができる。
なお、上記実施例では副ノズルの個数は12個を最大と
しているが、接合強度確保の上からはこの個数を増大さ
せても別設支障はない。しかし副ノズルを全周にわたっ
て連続的に形成して環状のスリットノズルとすると燃焼
が不安定となる。なお、副ノズルからの燃焼ガス流量を
増加させることは、接合強度確保の上からは特に支障な
く、その上限はガスコスト等の観点から適宜決定される
〔発明の効果] 本発明のプラズマ溶射方法は、減圧プラズマ溶射方法に
比べて装置構造が簡単で作業能率も優れ、A「ガスシー
ルプラズマ溶射方法と同程度の簡便さで溶射を行うこと
ができる。更に溶射性能についてはArガスシールドプ
ラズマ溶射方法より優れ、減圧プラズマ溶射方法に略匹
敵する能力を保有している。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のプラズマ溶射方法を実施するのに適し
たノズル構造を示す縦断面図、第2図はその底面図、第
3図〜第5図は本発明のプラズマ溶射方法におけるガス
シールド条件と接合強度との関係を示すグラフである。 図中、10:ノズル本体、11主ノズル孔、23:副ノ
ズル孔。 第  1  図 第  2  図 第 図 、ノズルあた〜シールドガス流t(し、1n)ノズル個
数 (II!> 第 図 ノ ズル配設円の直径(mm)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、溶融状態の溶射粒子を含むプラズマ炎を噴出する主
    ノズル孔に対して同心状に設けた副ノズル孔より、燃焼
    ガス炎を、該燃焼ガス炎がプラズマ炎をとりかこむよう
    に噴出させながらプラズマ噴射を行なうことを特徴とす
    るプラズマ溶射方法。
JP1036647A 1989-02-16 1989-02-16 プラズマ溶射方法 Granted JPH02217457A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001511484A (ja) * 1997-07-28 2001-08-14 フオルクスワーゲン・アクチエンゲゼルシヤフト 特に滑り軸受用のサーマルコーティング方法
EP1651790A1 (en) * 2003-07-31 2006-05-03 Praxair S.T. Technology, Inc. Method of shielding effluents in spray devices
JP2011017509A (ja) * 2009-07-10 2011-01-27 Time Auto Machine Co Ltd バーナー

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