JPH02247369A - 交差流れレーザ溶射ノズル - Google Patents
交差流れレーザ溶射ノズルInfo
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- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は材料の気化および溶射に関し、特にレーザ加
熱による材料の溶射に関する。
熱による材料の溶射に関する。
発明の背景
現代の多数の材料系において、現存する基体（母材）に
適当な材料の層を付は加える必要があることがよくある
。たとえば、硬質な耐摩耗性材料の被膜を強い延性の材
料に重ねる。こうして得られる複合体が形成する構造部
品は、良好な機械的性質、たとえば強度、延性および破
壊靭性を有し、またその表面は侵食性および／または腐
食性の環境でも迅速に摩耗しない。別の用途では、基体
に基体と同じ（または異なる）組成の新しい材料を付加
し、付加材料の厚さを徐々に積み上げていって使用中に
失われた厚み分に置き換えることにより部品を修理する
ことができる。必要な材料系を設計する上での汎用性が
高いので、このような被膜は他の多くの用途に広範に利
用されている。
適当な材料の層を付は加える必要があることがよくある
。たとえば、硬質な耐摩耗性材料の被膜を強い延性の材
料に重ねる。こうして得られる複合体が形成する構造部
品は、良好な機械的性質、たとえば強度、延性および破
壊靭性を有し、またその表面は侵食性および／または腐
食性の環境でも迅速に摩耗しない。別の用途では、基体
に基体と同じ（または異なる）組成の新しい材料を付加
し、付加材料の厚さを徐々に積み上げていって使用中に
失われた厚み分に置き換えることにより部品を修理する
ことができる。必要な材料系を設計する上での汎用性が
高いので、このような被膜は他の多くの用途に広範に利
用されている。
材料の層の基体への付加は、基体、付加材料および必要
性能に応じて多くの異なる方法で行なうことができる。
性能に応じて多くの異なる方法で行なうことができる。
付加材料をバルク形態で設けてもよいし、また基体に積
層、結合または固着してもよい。あるいはまた、付加す
べき材料を最終形状とは異なる形態で設け、基体に、大
抵の場合溶融または蒸気状態で、原子レベルで付着する
ことができる。多くの場合、後者の形式のアプローチが
付加材料の基体への良好な結合を生成し、また制御しや
すい最終製品を生成するのに好適である。
層、結合または固着してもよい。あるいはまた、付加す
べき材料を最終形状とは異なる形態で設け、基体に、大
抵の場合溶融または蒸気状態で、原子レベルで付着する
ことができる。多くの場合、後者の形式のアプローチが
付加材料の基体への良好な結合を生成し、また制御しや
すい最終製品を生成するのに好適である。
電気アークでプラズマを形成する方法が広く採用されて
いる。ガス流にのせた金属粉末をプラズマ中に導き、金
属を溶融させ、金属液滴を形成する。つぎに溶融金属を
基体に吹き付けると、被膜または堆積層として固化する
。プラズマ溶射その他の類似技術はある種の金属には適
用できず、たとえばチタン合金を大気環境で溶射するに
は適さない。さらに、プラズマ溶射装置の幾何形状は、
溶射金属をある種の形態の基体、たとえば内腔（ボア）
の内面に適用するには不適当である。
いる。ガス流にのせた金属粉末をプラズマ中に導き、金
属を溶融させ、金属液滴を形成する。つぎに溶融金属を
基体に吹き付けると、被膜または堆積層として固化する
。プラズマ溶射その他の類似技術はある種の金属には適
用できず、たとえばチタン合金を大気環境で溶射するに
は適さない。さらに、プラズマ溶射装置の幾何形状は、
溶射金属をある種の形態の基体、たとえば内腔（ボア）
の内面に適用するには不適当である。
したがって、材料を狭いか接近しに（い位置に堆積（溶
着）することのできる、材料を基体に堆積（溶着）する
新しい方法が求められている。この発明はこの要求にこ
たえ、それにともなう利点をもたらす。
着）することのできる、材料を基体に堆積（溶着）する
新しい方法が求められている。この発明はこの要求にこ
たえ、それにともなう利点をもたらす。
発明の要旨
この発明が提供する材料溶射装置は、従来の溶射技術の
利点を維持し、しかも材料を基体の通常だと接近しにく
い位置に堆積するため、装置の幾何形状を選択する際の
融通性がきわめて高い。基体をレーザで直接加熱しない
ので、基体は比較的低温に保たれる。
利点を維持し、しかも材料を基体の通常だと接近しにく
い位置に堆積するため、装置の幾何形状を選択する際の
融通性がきわめて高い。基体をレーザで直接加熱しない
ので、基体は比較的低温に保たれる。
この発明の溶融した供給材料の流れを生成する装置は、
相互作用領域に向けてビームを発生し、このビームは相
互作用領域に導入されたときに供給材料を溶融するのに
十分な強度を相互作用領域内でもつレーザ熱源と、供給
材料を相互作用領域に導入する手段と、溶融した供給材
料を相互作用領域内に部分的に閉じ込めるとともに、溶
融した供給材料を相互作用領域からレーザビームに交差
する成分を有する方向に射出する手段とを備える。
相互作用領域に向けてビームを発生し、このビームは相
互作用領域に導入されたときに供給材料を溶融するのに
十分な強度を相互作用領域内でもつレーザ熱源と、供給
材料を相互作用領域に導入する手段と、溶融した供給材
料を相互作用領域内に部分的に閉じ込めるとともに、溶
融した供給材料を相互作用領域からレーザビームに交差
する成分を有する方向に射出する手段とを備える。
別の発明に係る溶融した供給材料の流れを生成する装置
は、プラズマを相互作用領域に閉じ込める封じ込め手段
と、レーザビームの方向に沿って相互作用領域に向けて
ビームを発生し、このビームは相互作用領域に導入され
たときに相互作用領域内にプラズマを生成するとともに
供給材料を溶融するのに十分なビームエネルギー密度を
もつレーザと、供給材料を相互作用領域に導入する手段
と、溶融した供給材料を相互作用領域からレーザビーム
の方向とは異なる方向に射出する手段とを備える。
は、プラズマを相互作用領域に閉じ込める封じ込め手段
と、レーザビームの方向に沿って相互作用領域に向けて
ビームを発生し、このビームは相互作用領域に導入され
たときに相互作用領域内にプラズマを生成するとともに
供給材料を溶融するのに十分なビームエネルギー密度を
もつレーザと、供給材料を相互作用領域に導入する手段
と、溶融した供給材料を相互作用領域からレーザビーム
の方向とは異なる方向に射出する手段とを備える。
好適な実施態様では、レーザビームをミラーまたはレン
ズにより相互作用領域中に、そこでプラズマを生成する
のに十分な強度に収束する。供給材料のガスで流動化し
た流れをプラズマ中にその側方から供給する。したがっ
て、供給装置はレーザビームにさらされない。プラズマ
および溶融した供給材料を釣合ったガス圧で、限定され
た相互作用領域（空間）に閉じ込め、プラズマおよび溶
融供給材料がレーザビームの軸線に沿って膨張するのを
防止する。容器の側壁に、供給材料の流れを導入する導
入口とは反対側に開口を設け、こうして溶融した供給材
料がレーザビームの軸線に直交する方向に進行できるよ
うにする。したがって、基体はレーザビームに直接露呈
されず、供給材料の流れはレーザビームの軸線に直交す
る方向に堆積される。この構造とすれば、長いプローブ
形の溶着装置を構成することができ、これを用いて内腔
の内面その他の比較的接近しにくい位置に材料を溶着す
ることができる。基体がレーザビームにより直接加熱さ
れないので、通例その構造が溶着工程の間に有意な変化
を受けることはない。
ズにより相互作用領域中に、そこでプラズマを生成する
のに十分な強度に収束する。供給材料のガスで流動化し
た流れをプラズマ中にその側方から供給する。したがっ
て、供給装置はレーザビームにさらされない。プラズマ
および溶融した供給材料を釣合ったガス圧で、限定され
た相互作用領域（空間）に閉じ込め、プラズマおよび溶
融供給材料がレーザビームの軸線に沿って膨張するのを
防止する。容器の側壁に、供給材料の流れを導入する導
入口とは反対側に開口を設け、こうして溶融した供給材
料がレーザビームの軸線に直交する方向に進行できるよ
うにする。したがって、基体はレーザビームに直接露呈
されず、供給材料の流れはレーザビームの軸線に直交す
る方向に堆積される。この構造とすれば、長いプローブ
形の溶着装置を構成することができ、これを用いて内腔
の内面その他の比較的接近しにくい位置に材料を溶着す
ることができる。基体がレーザビームにより直接加熱さ
れないので、通例その構造が溶着工程の間に有意な変化
を受けることはない。
さらに具体的な実施態様では、この発明の溶融した供給
材料を生成する装置は、側壁および一端にレーザビーム
エネルギー廃棄部を有する容器と、ビームを上記容器の
内部にビーム軸線に沿ってレーザビームエネルギー廃棄
部に向けて発生するレーザと、上記容器の側壁に設けら
れ、供給材料の粉末を容器内のレーザビーム軸線に沿っ
て位置する相互作用領域に導入する粉末導入口と、レー
ザビーム軸線に沿って相互作用領域から互いに反対方向
にかつ等距離隔たった位置で、容器内に実質的に等しい
ガス圧を生成する閉じ込めガス源と、容器の側壁に相互
作用領域に隣接して設けられた金属噴射口とを備える。
材料を生成する装置は、側壁および一端にレーザビーム
エネルギー廃棄部を有する容器と、ビームを上記容器の
内部にビーム軸線に沿ってレーザビームエネルギー廃棄
部に向けて発生するレーザと、上記容器の側壁に設けら
れ、供給材料の粉末を容器内のレーザビーム軸線に沿っ
て位置する相互作用領域に導入する粉末導入口と、レー
ザビーム軸線に沿って相互作用領域から互いに反対方向
にかつ等距離隔たった位置で、容器内に実質的に等しい
ガス圧を生成する閉じ込めガス源と、容器の側壁に相互
作用領域に隣接して設けられた金属噴射口とを備える。
この発明はレーザ加熱を利用して金属を溶射する方法も
包含する。この観点によれば、相互作用領域にレーザビ
ームを差し向け、このレーザビームは相互作用領域内で
そこに導入された供給材料を溶融するのに十分なエネル
ギー密度を有し、供給材材を相互作用領域に導入し、溶
融した供給材料の流れを相互作用領域からレーザビーム
の方向とは異なる方向に取り出す工程を含む溶融供給材
料の流れを形成する方法が提供される。
包含する。この観点によれば、相互作用領域にレーザビ
ームを差し向け、このレーザビームは相互作用領域内で
そこに導入された供給材料を溶融するのに十分なエネル
ギー密度を有し、供給材材を相互作用領域に導入し、溶
融した供給材料の流れを相互作用領域からレーザビーム
の方向とは異なる方向に取り出す工程を含む溶融供給材
料の流れを形成する方法が提供される。
この発明の装置および方法は、供給材料を溶射する技術
に重要な進歩をもたらす。レーザエネルギーを用いて供
給材料をきわめて効率よくかつ制御可能な方法で溶融す
る。溶射の軸線をレーザビームの軸線とは相違させるの
で、基体の不必要な加熱を回避し、限られた空間に使用
するのに適当な溶着装置を構成することができる。この
発明の他の特徴、効果および利点は、以下に添付図面を
参照しながら説明する好適な実施例の説明から明らかに
なるだろう。なお、図面はこの発明の原理を具体的に説
明する例を示す。
に重要な進歩をもたらす。レーザエネルギーを用いて供
給材料をきわめて効率よくかつ制御可能な方法で溶融す
る。溶射の軸線をレーザビームの軸線とは相違させるの
で、基体の不必要な加熱を回避し、限られた空間に使用
するのに適当な溶着装置を構成することができる。この
発明の他の特徴、効果および利点は、以下に添付図面を
参照しながら説明する好適な実施例の説明から明らかに
なるだろう。なお、図面はこの発明の原理を具体的に説
明する例を示す。
具体的な構成
この発明の好適な実施態様として、第１図に交差流れレ
ーザ溶射装置工Ｏを示す。装置１０はレーザ１２を含み
、レーザ１２はレーザビームを光学装置１４に差し、向
ける。光学装置１４はレーザビームを交差流れノズル１
８内の相互作用領域１６に収束する。相互作用領域１６
でのレーザビームのエネルギー密度がプラズマを生成す
るのに十分な高密度であるのが好ましい。ガスで流動化
された粉末供給材料の流れを相互作用領域１６にノズル
１８の円筒形壁の粉末導入口２０から導入する。相互作
用領域１６では、レーザビームが供給材料を迅速に加熱
し、溶融する。
ーザ溶射装置工Ｏを示す。装置１０はレーザ１２を含み
、レーザ１２はレーザビームを光学装置１４に差し、向
ける。光学装置１４はレーザビームを交差流れノズル１
８内の相互作用領域１６に収束する。相互作用領域１６
でのレーザビームのエネルギー密度がプラズマを生成す
るのに十分な高密度であるのが好ましい。ガスで流動化
された粉末供給材料の流れを相互作用領域１６にノズル
１８の円筒形壁の粉末導入口２０から導入する。相互作
用領域１６では、レーザビームが供給材料を迅速に加熱
し、溶融する。
溶融金属を相互作用領域１６内に部分的に閉じ込める。
すなわち、溶融金属がレーザビームの軸線に沿って流れ
るのを許さないが、粉末供給材料を流動化するのに用い
たガス流による加速と後押しの作用で、粉末導入口２０
とは反対側のノズル１８の壁に設けられた金属溶射口２
２から溶融金属が流出するのを許す。この部分的な閉じ
込めは、閉じ込めガス装置２４を通してレーザビームの
軸線に沿って両側から釣合りたガス圧を与えることによ
って達成する。供給材料を加熱する際に供給材料により
また生成していればプラズマにより吸収されなかったレ
ーザビームの余剰エネルギーは、レーザビーム廃棄部２
６に衝突する。廃棄部２６は冷却管２８に流れる水によ
り冷却されている。
るのを許さないが、粉末供給材料を流動化するのに用い
たガス流による加速と後押しの作用で、粉末導入口２０
とは反対側のノズル１８の壁に設けられた金属溶射口２
２から溶融金属が流出するのを許す。この部分的な閉じ
込めは、閉じ込めガス装置２４を通してレーザビームの
軸線に沿って両側から釣合りたガス圧を与えることによ
って達成する。供給材料を加熱する際に供給材料により
また生成していればプラズマにより吸収されなかったレ
ーザビームの余剰エネルギーは、レーザビーム廃棄部２
６に衝突する。廃棄部２６は冷却管２８に流れる水によ
り冷却されている。
溶融供給材料の流れはレーザビームの軸線に交差（直交
）して、スプレー３０としてノズル１８から外に流出す
る。この後、スプレー３ｏを所望通りに利用でき、代表
的には基体３４の上に溶着物３２を形成する。
）して、スプレー３０としてノズル１８から外に流出す
る。この後、スプレー３ｏを所望通りに利用でき、代表
的には基体３４の上に溶着物３２を形成する。
交差流れノズル１８を第２図にさらに詳しく示す。ノズ
ル１８は円筒形ハウジング容器３６を含む。容器３６の
第１端３８は開口しており、光学装置１４に連結されて
いるので、収束するレーザビーム４０は容器３６中にそ
の円筒軸線４２に沿って導入される。容器３６の他端ま
たは第２端４４には、レーザビームエネルギー廃棄部２
６として機能する水冷アルミニウムブロックが位置する
。
ル１８は円筒形ハウジング容器３６を含む。容器３６の
第１端３８は開口しており、光学装置１４に連結されて
いるので、収束するレーザビーム４０は容器３６中にそ
の円筒軸線４２に沿って導入される。容器３６の他端ま
たは第２端４４には、レーザビームエネルギー廃棄部２
６として機能する水冷アルミニウムブロックが位置する
。
ビームエネルギー廃棄部２６は、レーザビーム４０のエ
ネルギーの相互作用領域１６を通過した部分を吸収し、
消散する。
ネルギーの相互作用領域１６を通過した部分を吸収し、
消散する。
粉末導入口２θは容器３６の円筒形側壁６４に位置する
。導入口２０は側壁６４に差し込まれた取付部４６を含
む。取付部４６はその外端に流動化粉末送給管４８が連
結され、この送給管４８を通して供給材料の粉末を容器
３６の内部に導入する。流動化ガス管５２に流れる流動
化ガスの流れに粉末管５０から粉末の流れを導入するこ
とによって、流動化粉末流れを生成する。
。導入口２０は側壁６４に差し込まれた取付部４６を含
む。取付部４６はその外端に流動化粉末送給管４８が連
結され、この送給管４８を通して供給材料の粉末を容器
３６の内部に導入する。流動化ガス管５２に流れる流動
化ガスの流れに粉末管５０から粉末の流れを導入するこ
とによって、流動化粉末流れを生成する。
送給管４８からの流動化粉末の流れは容器３６の内部に
流入し、レーザビーム４ｏの通路にその焦点５４でまた
はその付近で入る。ガスおよび粉末はレーザビーム４０
からエネルギーを吸収して迅速に加熱される。この説明
に拘束されたくはないが、粉末分子が粉末粒子の表面か
ら気化すると考えられる。ガスおよび供給材料の気化原
子の加熱は、それが十分に高い温度までの加熱であれば
、分子から電子を奪い、プラズマを形成する。プラズマ
は熱を放射し、供給材料の粉末粒子を溶融させる。たと
えプラズマが生成しないとしても、粉末粒子は溶融され
る。しかし、粒子の加熱が一層効率的かつ均一になるの
で、プラズマを生成するのが好ましい。自己放射するプ
ラズマは、相互作用領域１６の体積を拡大し、溶着すべ
き材料を基体に向けて加速する作用もなす。
流入し、レーザビーム４ｏの通路にその焦点５４でまた
はその付近で入る。ガスおよび粉末はレーザビーム４０
からエネルギーを吸収して迅速に加熱される。この説明
に拘束されたくはないが、粉末分子が粉末粒子の表面か
ら気化すると考えられる。ガスおよび供給材料の気化原
子の加熱は、それが十分に高い温度までの加熱であれば
、分子から電子を奪い、プラズマを形成する。プラズマ
は熱を放射し、供給材料の粉末粒子を溶融させる。たと
えプラズマが生成しないとしても、粉末粒子は溶融され
る。しかし、粒子の加熱が一層効率的かつ均一になるの
で、プラズマを生成するのが好ましい。自己放射するプ
ラズマは、相互作用領域１６の体積を拡大し、溶着すべ
き材料を基体に向けて加速する作用もなす。
相互作用領域１６内の溶融した供給材料はその膨張能力
を部分的に拘束される。ここで「部分的拘束」とは、溶
融供給材料が円筒軸線４２に沿った膨脹または移動を拘
束されていることを意味する。溶融供給材料の部分的拘
束を達成するために、容器３６の内部に相互作用領域１
６の軸線方向位置の両側に釣合ったガス圧を確立する。
を部分的に拘束される。ここで「部分的拘束」とは、溶
融供給材料が円筒軸線４２に沿った膨脹または移動を拘
束されていることを意味する。溶融供給材料の部分的拘
束を達成するために、容器３６の内部に相互作用領域１
６の軸線方向位置の両側に釣合ったガス圧を確立する。
相互作用領域１６にかかるガス圧およびガス流は、相互
作用領域内の材料が円筒軸線４２に平行な方向に相互作
用領域から流れ出るのを防止する。
作用領域内の材料が円筒軸線４２に平行な方向に相互作
用領域から流れ出るのを防止する。
部分的拘束系を形成するために、側壁６４の内部に２つ
の円錐形封じ込めノズル５６が、それらの円錐軸線を円
筒軸線４２と一致させて、固定されている。円錐形ノズ
ル５６の頂部開口５８は相互作用領域１６に隣接し、か
つそこに向かってすぼまっている。各ノズル５６の内部
にガス圧を確立し、軸線４２に沿って相互作用領域１６
に向かって流れるガスの流れをつくる。レーザビームは
各ノズル５６の頂点開口５８を邪魔されることなく通過
し、相互作用領域１６に達するが、溶融した供給材料が
ガス流に抗して軸線４２、に沿って外向きにかつ相互作
用領域１６から遠去かる方向に拡散することは簡単には
できない。
の円錐形封じ込めノズル５６が、それらの円錐軸線を円
筒軸線４２と一致させて、固定されている。円錐形ノズ
ル５６の頂部開口５８は相互作用領域１６に隣接し、か
つそこに向かってすぼまっている。各ノズル５６の内部
にガス圧を確立し、軸線４２に沿って相互作用領域１６
に向かって流れるガスの流れをつくる。レーザビームは
各ノズル５６の頂点開口５８を邪魔されることなく通過
し、相互作用領域１６に達するが、溶融した供給材料が
ガス流に抗して軸線４２、に沿って外向きにかつ相互作
用領域１６から遠去かる方向に拡散することは簡単には
できない。
容器３６内に２つのノズル５６の上側および下側でガス
圧を確立するために、閉じ込めガス装置２４の一部であ
る閉じ込めガス配管６０を通してガス流を導入する。２
つの封じ込めノズル５６の頂点開口５８を通る２つのガ
ス流およびそのガス圧が互いに大体等しく、溶融供給材
料およびプラズマ（生成した場合）を不安定にするのを
避けることが重要である。２つのノズル５６間のガス流
およびガス圧の差が大きいと、溶融金属およびプラズマ
が相互作用領域１６から押し出されることになる。そう
なると、溶融の効率が悪くなり、装置１Ｇが損傷を受け
るおそれがある。
圧を確立するために、閉じ込めガス装置２４の一部であ
る閉じ込めガス配管６０を通してガス流を導入する。２
つの封じ込めノズル５６の頂点開口５８を通る２つのガ
ス流およびそのガス圧が互いに大体等しく、溶融供給材
料およびプラズマ（生成した場合）を不安定にするのを
避けることが重要である。２つのノズル５６間のガス流
およびガス圧の差が大きいと、溶融金属およびプラズマ
が相互作用領域１６から押し出されることになる。そう
なると、溶融の効率が悪くなり、装置１Ｇが損傷を受け
るおそれがある。
溶融した供給材料およびプラズマは、ガスによる封じ込
めのため円筒軸線４２に沿って拡散することができず、
またキャリヤガス流のため粉末導入口２０に向かって逆
戻り拡散することもできない。したがって、溶融供給材
料およびプラズマは、導入口２０から遠去かる方へ膨脹
し、そして円筒軸線４２ともレーザビーム４０とも一致
しない軸線６２に沿って金属噴射口２２から外へ流れる
。
めのため円筒軸線４２に沿って拡散することができず、
またキャリヤガス流のため粉末導入口２０に向かって逆
戻り拡散することもできない。したがって、溶融供給材
料およびプラズマは、導入口２０から遠去かる方へ膨脹
し、そして円筒軸線４２ともレーザビーム４０とも一致
しない軸線６２に沿って金属噴射口２２から外へ流れる
。
噴射口２２は通常基体３４から十分に離れたところに位
置するので、プラズマが基体３４を過熱することはない
。溶融供給材料が基体３４に到達し溶着物３２を形成す
る。
置するので、プラズマが基体３４を過熱することはない
。溶融供給材料が基体３４に到達し溶着物３２を形成す
る。
この発明の１実施例では、容器３６が長さ約６゜５イン
チ、直径約１．４インチの中空黄銅製シリンダである。
チ、直径約１．４インチの中空黄銅製シリンダである。
頂点開口は直径約０．０７０インチである。各配管６０
内のガスの流量は約５ｆｔ３／時で、ガスはアルゴンで
ある。そのほかに使用できるガスとして、窒素、ヘリウ
ム、水素、酸素、二酸化炭素およびこれらの混合物があ
る。レーザは、出力３ｋＷ以上の二酸化炭素レーザをマ
ルチモードで作動するのがよい。このような条件下で、
相互作用領域にプラズマが形成された。したがって、こ
の相互作用領域はプラズマ形成領域ともなる。
内のガスの流量は約５ｆｔ３／時で、ガスはアルゴンで
ある。そのほかに使用できるガスとして、窒素、ヘリウ
ム、水素、酸素、二酸化炭素およびこれらの混合物があ
る。レーザは、出力３ｋＷ以上の二酸化炭素レーザをマ
ルチモードで作動するのがよい。このような条件下で、
相互作用領域にプラズマが形成された。したがって、こ
の相互作用領域はプラズマ形成領域ともなる。
好適な装置１０を用い、粒度−２００メツシユの合金粒
子をプラズマ溶射することにより、ニッケル合金、イン
コネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ）７１ｇを交差方向に溶射した
。上述した装置を用いることにより、３０ｆｔ３／時の
アルゴンガスで流動化した流ｆｆ１１０ｇ／分の合金粉
末を粉末導入口２０から導入した。粉末をプラズマ中で
溶融し、金属噴射口２２を通して基体３４の上に溶射し
た。
子をプラズマ溶射することにより、ニッケル合金、イン
コネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ）７１ｇを交差方向に溶射した
。上述した装置を用いることにより、３０ｆｔ３／時の
アルゴンガスで流動化した流ｆｆ１１０ｇ／分の合金粉
末を粉末導入口２０から導入した。粉末をプラズマ中で
溶融し、金属噴射口２２を通して基体３４の上に溶射し
た。
溶射金属の溶着物を冶金学的に分析したところ、基体に
よく結合していることが確認された。溶着できる材料の
他の例としては、チタン合金、コバルト合金、鉄合金お
よび非金属材料、たとえばアルミニウム、ジルコニウム
およびクロムの酸化物がある。
よく結合していることが確認された。溶着できる材料の
他の例としては、チタン合金、コバルト合金、鉄合金お
よび非金属材料、たとえばアルミニウム、ジルコニウム
およびクロムの酸化物がある。
この発明の方法は、基体に種々の材料を溶射被覆するこ
とができる。レーザエネルギーを用いて供給材料を溶融
し、好ましくはプラズマを生成し、そのプラズマ内で溶
融を起す。この発明の重要な点として、溶融金属の溶射
はレーザビームの方向とは異なる方向に生起きする。し
たがって、レーザビームは基体に衝突せず、その結果基
体の加熱は他の方法の場合より少なくなる。
とができる。レーザエネルギーを用いて供給材料を溶融
し、好ましくはプラズマを生成し、そのプラズマ内で溶
融を起す。この発明の重要な点として、溶融金属の溶射
はレーザビームの方向とは異なる方向に生起きする。し
たがって、レーザビームは基体に衝突せず、その結果基
体の加熱は他の方法の場合より少なくなる。
この発明を特定の実施態様および実施例について説明し
たが、この発明は特許請求の範囲を逸脱することなく、
種々に変更可能であることが当業者には明らかである。
たが、この発明は特許請求の範囲を逸脱することなく、
種々に変更可能であることが当業者には明らかである。
第１図はこの発明のレーザ溶射装置の概略側面図、そし
て 第２図は交差流れノズルの断面図である。 １０・・・レーザ溶射装置、１２・・・レーザ、１４・
・・光学装置、１６・・・相互作用領域、１８・・・ノ
ズル、２０・・・粉末導入口、２２・・・噴射口、２４
・・・閉じ込めガス装置、２６・・・レーザビーム廃棄
部、２８・・・冷却配管、３０・・・スプレー、３２・
・・溶着物、３４・・・基体、３６・・・容器、４６・
・・取付具、４８・・・送給管、５０・・・粉末管、５
２・・・流動化ガス管、５６・・・ノズル、５８・・・
頂部開口、６０・・・封じ込めガス配管、６４・・・側
壁。
て 第２図は交差流れノズルの断面図である。 １０・・・レーザ溶射装置、１２・・・レーザ、１４・
・・光学装置、１６・・・相互作用領域、１８・・・ノ
ズル、２０・・・粉末導入口、２２・・・噴射口、２４
・・・閉じ込めガス装置、２６・・・レーザビーム廃棄
部、２８・・・冷却配管、３０・・・スプレー、３２・
・・溶着物、３４・・・基体、３６・・・容器、４６・
・・取付具、４８・・・送給管、５０・・・粉末管、５
２・・・流動化ガス管、５６・・・ノズル、５８・・・
頂部開口、６０・・・封じ込めガス配管、６４・・・側
壁。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、ビームが相互作用領域に導入されたとき供給材料を
溶融するのに十分な強度を相互作用領域内でもっている
、相互作用領域に向けたビームを有するレーザ熱源と、 供給材料を相互作用領域内に導入する手段と、溶融した
供給材料を相互作用領域内に部分的に閉じ込めるととも
に、溶融した供給材料を相互作用領域からレーザビーム
に交差する成分を有する方向に射出する手段とを備える
溶融供給材料の流れを生成する装置。 ２、相互作用領域内でプラズマを生成する請求項１に記
載の装置。 ３、材料導入手段が供給材料の粉末をガスの流れと混合
し、相互作用領域に導入する粉末フィーダを含む請求項
１に記載の装置。 ４、供給材料と混合するガスがアルゴン、窒素、ヘリウ
ム、水素、酸素、二酸化炭素またはこれらの混合物であ
る請求項３に記載の装置。 ５、部分的閉じ込め手段が軸線方向閉じ込めガスの供給
源を含み、ここからレーザビームの方向に沿って相互作
用領域の両側から釣合いのとれたガス圧を生成し、これ
により溶融した供給材料がレーザビームの方向に平行に
流れないようにする請求項１に記載の装置。６、閉じ込
めガスがアルゴン、窒素、ヘリウム、水素、酸素、二酸
化炭素またはこれらの混合物である請求項５に記載の装
置。 ７、溶融した供給材料が相互作用領域からレーザビーム
に直交する方向に出てゆく請求項１に記載の装置。 ８、供給材料がチタン合金、ニッケル合金、コバルト合
金、鉄合金または非金属材料である請求項１に記載の装
置。 ９、供給材料が酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムま
たは酸化クロムである請求項１に記載の装置。 １０、さらにレーザビームを相互作用領域に収束する手
段を備える請求項１に記載の装置。 １１、プラズマを相互作用領域に閉じ込める封じ込め手
段と、 レーザビームの方向に沿って相互作用領域に向けてビー
ムを発生し、このビームは相互作用領域に導入されたと
きに相互作用領域内にプラズマを生成するとともに供給
材料を溶融するのに十分なビームエネルギー密度をもつ
レーザと、 供給材料を相互作用領域に導入する手段と、溶融した供
給材料を相互作用領域からレーザビームの方向とは異な
る方向に射出する手段とを備える溶融供給材料の流れを
生成する装置。 １２、溶融した供給材料が相互作用領域からレーザビー
ムに直交する方向に出てゆく請求項１１に記載の装置。 １３、射出手段が溶融した供給材料がレーザビームの方
向に沿って流れるのを防止する手段を含む請求項１１に
記載の装置。 １４、防止手段が、レーザビームに平行な方向において
相互作用領域の両側で実質的に等しい釣合ったガス圧を
相互作用領域に加える手段を含む請求項１３に記載の装
置。 １５、側壁および一端にレーザビームエネルギー廃棄部
を有する容器と、 ビームを上記容器の内部にビーム軸線に沿ってレーザビ
ームエネルギー廃棄部に向けて発生するレーザと、 上記容器の側壁に設けられ、供給材料の粉末を容器内の
レーザビーム軸線に沿って位置する相互作用領域に導入
する粉末導入口と、 レーザビーム軸線に沿って相互作用領域から互いに反対
方向にかつ等距離隔たった位置で、容器内に実質的に等
しいガス圧を生成する閉じ込めガス源と、 容器の側壁に相互作用領域に隣接して設けられた金属噴
射口とを備える溶融供給材料を生成する装置。 １６、上記容器が円筒形である請求項１５に記載の装置
。 １７、相互作用領域にレーザビームを差し向け、このレ
ーザビームは相互作用領域内でそこに導入された供給材
料を溶融するのに十分なエネルギー密度を有し、 供給材料を相互作用領域に導入し、 溶融した供給材料の流れを相互作用領域からレーザビー
ムの方向とは異なる方向に取り出す工程を含む溶融供給
材料の流れを形成する方法。 １８、溶融した供給材料が相互作用領域からレーザビー
ムに直交する方向に出てゆく請求項１７に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/307,794 US4958058A (en) | 1989-02-08 | 1989-02-08 | Transverse flow laser spray nozzle |
| US307,794 | 1989-02-08 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02247369A true JPH02247369A (ja) | 1990-10-03 |
| JPH0798990B2 JPH0798990B2 (ja) | 1995-10-25 |
Family
ID=23191193
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2027346A Expired - Fee Related JPH0798990B2 (ja) | 1989-02-08 | 1990-02-08 | 交差流れレーザ溶射ノズル |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4958058A (ja) |
| JP (1) | JPH0798990B2 (ja) |
| AU (1) | AU617268B2 (ja) |
| CA (1) | CA2009128C (ja) |
| DE (1) | DE3942049A1 (ja) |
| FR (1) | FR2642673A1 (ja) |
| GB (1) | GB2229196B (ja) |
| IL (1) | IL92426A0 (ja) |
| SE (1) | SE9000442L (ja) |
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