JPH04254570A - 低周波数無線周波数プラズマ溶射 - Google Patents
低周波数無線周波数プラズマ溶射Info
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- JPH04254570A JPH04254570A JP3133399A JP13339991A JPH04254570A JP H04254570 A JPH04254570 A JP H04254570A JP 3133399 A JP3133399 A JP 3133399A JP 13339991 A JP13339991 A JP 13339991A JP H04254570 A JPH04254570 A JP H04254570A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
- C23C4/137—Spraying in vacuum or in an inert atmosphere
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は無線周波数（ＲＦ）プラ
ズマ溶射装置に関し、特に、約１ＭＨｚ 未満の周波数
レベルでの溶射のための装置と方法に関する。
ズマ溶射装置に関し、特に、約１ＭＨｚ 未満の周波数
レベルでの溶射のための装置と方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】無線周波数（ＲＦ）プラズマ溶射は高温
ガス状プラズマを発生する周知のプラズマ溶射方法であ
る。プラズマを発生する装置は時々プラズマガンと呼ば
れる。これらは、高温化学反応、固体ターゲットの加熱
、超合金のような粒子の溶融のような様々な加熱用途と
、表面被覆および溶射工程とに利用される。プラズマ方
式はまた、格子間わり込み量の低いチタン，耐火金属お
よび超合金の付着物の生成にも使用される。加えて、Ｒ
Ｆプラズマ方式により溶射した材料の付着効率はほぼ１
００ ％に達し得る。
ガス状プラズマを発生する周知のプラズマ溶射方法であ
る。プラズマを発生する装置は時々プラズマガンと呼ば
れる。これらは、高温化学反応、固体ターゲットの加熱
、超合金のような粒子の溶融のような様々な加熱用途と
、表面被覆および溶射工程とに利用される。プラズマ方
式はまた、格子間わり込み量の低いチタン，耐火金属お
よび超合金の付着物の生成にも使用される。加えて、Ｒ
Ｆプラズマ方式により溶射した材料の付着効率はほぼ１
００ ％に達し得る。
【０００３】ＲＦプラズマ溶射は、格子間わり込み量の
低いチタン，耐火金属および超合金の付着物の生成に使
用できるプラズマ溶射方法である。例えば、米国特許第
４８０５８３３ 号は、ＲＦプラズマガンを含むＲＦプ
ラズマ装置と２〜５ＭＨｚ の周波数範囲でのその作用
を記載している。プラズマは誘導ＲＦエネルギーにより
発生し、これにより、ガン内を流れるガスがプラズマの
柱状流または噴流を形成し、この噴流が隣にある基材に
向かう。
低いチタン，耐火金属および超合金の付着物の生成に使
用できるプラズマ溶射方法である。例えば、米国特許第
４８０５８３３ 号は、ＲＦプラズマガンを含むＲＦプ
ラズマ装置と２〜５ＭＨｚ の周波数範囲でのその作用
を記載している。プラズマは誘導ＲＦエネルギーにより
発生し、これにより、ガン内を流れるガスがプラズマの
柱状流または噴流を形成し、この噴流が隣にある基材に
向かう。
【０００４】ＲＦプラズマ装置を一層低い周波数レベル
で働かせる技術を開発する努力がなされてきた。約１Ｍ
Ｈｚ 未満の周波数でのガンを動作させると、多種多様
な合金と粒子寸法に対して適切な加熱をなすガンの能力
を減らすことがわかっている。低周波数レベルでは、プ
ラズマガンはプラズマへの電力結合が困難である。加え
て、２ＭＨｚ で良好に作用する従来のガス混合物とガ
ン設計は、約４００ｋＨｚの周波数レベルでの作用時で
は、プラズマを包囲するガンの石英管部分を劣化するか
または割れを引起こす傾向がある。
で働かせる技術を開発する努力がなされてきた。約１Ｍ
Ｈｚ 未満の周波数でのガンを動作させると、多種多様
な合金と粒子寸法に対して適切な加熱をなすガンの能力
を減らすことがわかっている。低周波数レベルでは、プ
ラズマガンはプラズマへの電力結合が困難である。加え
て、２ＭＨｚ で良好に作用する従来のガス混合物とガ
ン設計は、約４００ｋＨｚの周波数レベルでの作用時で
は、プラズマを包囲するガンの石英管部分を劣化するか
または割れを引起こす傾向がある。
【０００５】従って、ＲＦプラズマ溶射ガンを使用し、
粒子加熱を改善しかつ既知のＲＦプラズマ付着の技術と
条件の使用に伴う欠点をもたらすことなく、供給材料を
好適に付着させる必要がある。
粒子加熱を改善しかつ既知のＲＦプラズマ付着の技術と
条件の使用に伴う欠点をもたらすことなく、供給材料を
好適に付着させる必要がある。
【０００６】
【発明の目的】本発明の目的は低い無線周波数で作用し
得るプラズマガンを提供することである。
得るプラズマガンを提供することである。
【０００７】
【発明の概説】本発明は、加熱特性に改善をもたらすこ
とにより多様な粒子寸法の供給材料の加熱に特に有効な
低周波プラズマ溶射装置を提供する。
とにより多様な粒子寸法の供給材料の加熱に特に有効な
低周波プラズマ溶射装置を提供する。
【０００８】本装置の使用は、選択した供給材料、例え
ば、粉末状合金の被覆を高密度の密着した層として基材
上に付着させる方法と言えるものである。
ば、粉末状合金の被覆を高密度の密着した層として基材
上に付着させる方法と言えるものである。
【０００９】広く表現すれば、本発明の方法は、基材上
に供給材料を付着させる次のような低周波プラズマ溶射
方法、すなわち、タンクと、無線周波数プラズマガンと
、このガンの内部にガスを供給する手段と、真空ポンプ
とを含む無線周波数プラズマ溶射装置を設けることと、
真空ポンプを作動してタンク内の圧力を約５００ ミク
ロンＨｇ未満の圧力に低減することと、タンクにアルゴ
ンとヘリウムとの混合物を含むプラズマガスを約２００
〜３００ｔｏｒｒの圧力まで再充填することと、作用
中プラズマを形成して供給材料の少なくとも一部を溶融
するプラズマガンの内部にプラズマガスを供給すること
と、プラズマガンを１ＭＨｚ 未満の周波数範囲で作用
させてプラズマを発生させることと、供給材料をプラズ
マに供給して受け面上に供給材料の付着物を形成するこ
とを包含する低周波プラズマ溶射方法である。
に供給材料を付着させる次のような低周波プラズマ溶射
方法、すなわち、タンクと、無線周波数プラズマガンと
、このガンの内部にガスを供給する手段と、真空ポンプ
とを含む無線周波数プラズマ溶射装置を設けることと、
真空ポンプを作動してタンク内の圧力を約５００ ミク
ロンＨｇ未満の圧力に低減することと、タンクにアルゴ
ンとヘリウムとの混合物を含むプラズマガスを約２００
〜３００ｔｏｒｒの圧力まで再充填することと、作用
中プラズマを形成して供給材料の少なくとも一部を溶融
するプラズマガンの内部にプラズマガスを供給すること
と、プラズマガンを１ＭＨｚ 未満の周波数範囲で作用
させてプラズマを発生させることと、供給材料をプラズ
マに供給して受け面上に供給材料の付着物を形成するこ
とを包含する低周波プラズマ溶射方法である。
【００１０】低周波数ＲＦプラズマを形成するアルゴン
・ヘリウムガス混合物は、一般に、約４０〜６０容積％
のアルゴンと、約６０〜４０容積％のヘリウムとで構成
される。しかし、最適比は、様々なガン設計パラメータ
ならびに供給材料の溶融特性、特に金属種または合金組
成やプラズマに送給される粒子の寸法に依存しよう。
・ヘリウムガス混合物は、一般に、約４０〜６０容積％
のアルゴンと、約６０〜４０容積％のヘリウムとで構成
される。しかし、最適比は、様々なガン設計パラメータ
ならびに供給材料の溶融特性、特に金属種または合金組
成やプラズマに送給される粒子の寸法に依存しよう。
【００１１】約５％程度の低い容積割合のヘリウムでも
、５０ミクロン以下の粒子寸法を用いる場合には有効で
ある。一般に、粒子寸法が小さい程、供給材料は、主に
アルゴンからなるガス混合物により形成されるプラズマ
により有効に溶融される。
、５０ミクロン以下の粒子寸法を用いる場合には有効で
ある。一般に、粒子寸法が小さい程、供給材料は、主に
アルゴンからなるガス混合物により形成されるプラズマ
により有効に溶融される。
【００１２】本発明の他の実施例では、ＲＦプラズマガ
ンを４００ 〜５００ｋＨｚの周波数範囲で働かせる。 真空ポンプを用いてＲＦプラズマ溶射装置のタンクを約
５００ ミクロンＨｇ以下の圧力に排気し、その後タン
クをアルゴンガスで２０〜５０ｔｏｒｒの圧力まで再充
填し、そしてプラズマガスとしてアルゴンのみを用い２
０〜５０ｔｏｒｒでトーチの点火を行う。点火後、ガン
をアルゴンガスのみで作用させ、そしてタンクを１５０
〜３５０ｔｏｒｒ の作用圧力まで再充填する。 最終作用圧力の実現後、トーチガス混合物をアルゴンと
ヘリウムと水素との混合物に調整する。様々なアルゴン
とヘリウムと水素の混合物がチタン合金、超合金、耐火
金属のような相異なる材料の溶融に選択的に適合するこ
とがわかった。
ンを４００ 〜５００ｋＨｚの周波数範囲で働かせる。 真空ポンプを用いてＲＦプラズマ溶射装置のタンクを約
５００ ミクロンＨｇ以下の圧力に排気し、その後タン
クをアルゴンガスで２０〜５０ｔｏｒｒの圧力まで再充
填し、そしてプラズマガスとしてアルゴンのみを用い２
０〜５０ｔｏｒｒでトーチの点火を行う。点火後、ガン
をアルゴンガスのみで作用させ、そしてタンクを１５０
〜３５０ｔｏｒｒ の作用圧力まで再充填する。 最終作用圧力の実現後、トーチガス混合物をアルゴンと
ヘリウムと水素との混合物に調整する。様々なアルゴン
とヘリウムと水素の混合物がチタン合金、超合金、耐火
金属のような相異なる材料の溶融に選択的に適合するこ
とがわかった。
【００１３】加えて、ガン内の旋回ガスとしてアルゴン
を用いるのが有利であることと、そのラジアル方向流に
ヘリウムと水素を添加すべきであることがわかった。
を用いるのが有利であることと、そのラジアル方向流に
ヘリウムと水素を添加すべきであることがわかった。
【００１４】ガンの適正な結合と作用を実現するために
、プラズマガンにおけるコイルの巻数を４巻から７巻に
増すことが望ましいかもしれない。無線周波数プラズマ
ガンのプレート入力電力は好ましくは約５０〜１００ｋ
Ｗ の範囲にあり、また水素ガスの流量は好ましくは５
リットル毎分（標準状態）より多い。ガンはまた、接地
した銅製の出口ノズルを具備し得る。
、プラズマガンにおけるコイルの巻数を４巻から７巻に
増すことが望ましいかもしれない。無線周波数プラズマ
ガンのプレート入力電力は好ましくは約５０〜１００ｋ
Ｗ の範囲にあり、また水素ガスの流量は好ましくは５
リットル毎分（標準状態）より多い。ガンはまた、接地
した銅製の出口ノズルを具備し得る。
【００１５】本発明の装置と方法は添付図面と関連する
以下の説明からさらに良く理解されよう。
以下の説明からさらに良く理解されよう。
【００１６】
【実施例の記載】ＲＦプラズマ溶射装置の一例１０を図
１に示す。この装置１０は、端部１４、１６を有する真
空タンク１２を含み、端部の一方または両方を取外すこ
とができる。また、プラズマガン３０と真空ポンプ５０
と真空弁５２を概略的に示す。
１に示す。この装置１０は、端部１４、１６を有する真
空タンク１２を含み、端部の一方または両方を取外すこ
とができる。また、プラズマガン３０と真空ポンプ５０
と真空弁５２を概略的に示す。
【００１７】タンク１２には、通常筒形のガン取付け容
器２６が装備され、真空密封オリフィスを介して真空タ
ンク内に突入している。プラズマガンはリード線３４、
３６によりＲＦ電源３２に接続される。通常、プラズマ
ガンには冷却剤回路（図示せず）により、通例水である
冷却剤が供給される。
器２６が装備され、真空密封オリフィスを介して真空タ
ンク内に突入している。プラズマガンはリード線３４、
３６によりＲＦ電源３２に接続される。通常、プラズマ
ガンには冷却剤回路（図示せず）により、通例水である
冷却剤が供給される。
【００１８】プラズマガンには、プラズマまたはトーチ
ガス供給系（図示せず）が従来のように設けられ、１種
以上のガス用のガス貯蔵タンクと、プラズマの形成に用
いるべき個々のガスに対してガスの選択と流量とを調整
する弁を含んでいる。
ガス供給系（図示せず）が従来のように設けられ、１種
以上のガス用のガス貯蔵タンクと、プラズマの形成に用
いるべき個々のガスに対してガスの選択と流量とを調整
する弁を含んでいる。
【００１９】図１に示した装置において、プラズマガン
３０により生じるプラズマは、タンク内に配置した基材
またはターゲット６３の表面に向けられる。プラズマは
基材またはターゲットの表面を加熱して供給材料、例え
ば、粉末状の超合金の粒子を溶融する。この時発生した
溶滴が基材の表面に噴射され、そこで合体し凝固して被
覆を形成する。
３０により生じるプラズマは、タンク内に配置した基材
またはターゲット６３の表面に向けられる。プラズマは
基材またはターゲットの表面を加熱して供給材料、例え
ば、粉末状の超合金の粒子を溶融する。この時発生した
溶滴が基材の表面に噴射され、そこで合体し凝固して被
覆を形成する。
【００２０】図１の装置に適用するプラズマガンの概略
を図２に示す。この種のガンは、プラズマ流４１がタン
ク１２内にターゲット６３に向かって延びるように容器
２６内に設置される。プラズマガン３０は一般に断面形
状が円形で、閉端と、タンク１２の内部と連通する開端
とを有する。
を図２に示す。この種のガンは、プラズマ流４１がタン
ク１２内にターゲット６３に向かって延びるように容器
２６内に設置される。プラズマガン３０は一般に断面形
状が円形で、閉端と、タンク１２の内部と連通する開端
とを有する。
【００２１】例示のように、ガン３０は、石英製内壁４
２と非導電性外壁４４とに連結した頂部金属部材４１を
有する。両壁は相互間に室４５を画成する。部材４３が
、図示のように、室４５を密閉しそして石英内壁４２と
外壁４４とを連結している。室４５内に配置したＲＦコ
イル４６の巻線がリード線３４、３６を介して図１のＲ
Ｆ電源に接続される。電流と冷却剤とを適当に導通する
導管５０、５２として当該技術上既知のものを設け得る
。 室４５もまた、導管５０、５２を介して冷却剤源（図示
せず）と連通しているので、室４５は流れる冷却剤で充
填され、冷却剤は石英壁４２の内面およびコイル４６と
直接接触する。好適水流方向を矢印で示す。図１の電源
リード線３４、３６はコイル４６に接続される。
２と非導電性外壁４４とに連結した頂部金属部材４１を
有する。両壁は相互間に室４５を画成する。部材４３が
、図示のように、室４５を密閉しそして石英内壁４２と
外壁４４とを連結している。室４５内に配置したＲＦコ
イル４６の巻線がリード線３４、３６を介して図１のＲ
Ｆ電源に接続される。電流と冷却剤とを適当に導通する
導管５０、５２として当該技術上既知のものを設け得る
。 室４５もまた、導管５０、５２を介して冷却剤源（図示
せず）と連通しているので、室４５は流れる冷却剤で充
填され、冷却剤は石英壁４２の内面およびコイル４６と
直接接触する。好適水流方向を矢印で示す。図１の電源
リード線３４、３６はコイル４６に接続される。
【００２２】水冷材料噴射手段４７が、部材４１を貫通
してプラズマガン３０のプラズマ室３１内に突入してお
り、これは材料流を通す中央導管と、冷却剤例えば水の
流入流出用の同心管とからなる。管形絶縁部材４４が、
コイル４６と石英壁４２の周囲に同心的に配置される。 絶縁部材４４はポリテトラフルオロエチレン等のような
材料で作製され得る。
してプラズマガン３０のプラズマ室３１内に突入してお
り、これは材料流を通す中央導管と、冷却剤例えば水の
流入流出用の同心管とからなる。管形絶縁部材４４が、
コイル４６と石英壁４２の周囲に同心的に配置される。 絶縁部材４４はポリテトラフルオロエチレン等のような
材料で作製され得る。
【００２３】水冷粒子噴射手段４７をさらに図３と図３
Ａに例示する。中央導管１０１が図１のキャリヤガスを
含む粉末源と連通している。冷却剤回路方向を矢印１０
３、１０５で示す。
Ａに例示する。中央導管１０１が図１のキャリヤガスを
含む粉末源と連通している。冷却剤回路方向を矢印１０
３、１０５で示す。
【００２４】図３Ａは噴射手段４７の線ＡーＡ’に沿う
断面図で、内側導管１０１と冷却剤回路部分１０３、１
０５を示す。
断面図で、内側導管１０１と冷却剤回路部分１０３、１
０５を示す。
【００２５】再度図１を参照するに、ターゲット６３は
機械的作動装置に支持され、この作動装置は、例えば、
機構６６による回転等の操作によりプラズマガンに対す
るターゲットの位置決めを可能にする。簡単に言えば、
作動装置は回転自在かつ滑動自在のマンドレルと言える
ものである。単純または複雑な形状の基材に対する操作
機構は当該技術において知られており、ターゲットの形
状と寸法により公知の機械的技術に従って構成される。
機械的作動装置に支持され、この作動装置は、例えば、
機構６６による回転等の操作によりプラズマガンに対す
るターゲットの位置決めを可能にする。簡単に言えば、
作動装置は回転自在かつ滑動自在のマンドレルと言える
ものである。単純または複雑な形状の基材に対する操作
機構は当該技術において知られており、ターゲットの形
状と寸法により公知の機械的技術に従って構成される。
【００２６】前述のようなプラズマガン３０は、米国ニ
ューハンプシャー州コンコードのＴＡＦＡコーポレーシ
ョンにより製造される市販のプラズマガン、例えば、Ｔ
ＡＦＡモデル６６プラズマトーチと類似のものである。 しかし、本発明によれば、低い無線周波数、例えば、４
００ 〜５００ｋＨｚでの始動、操作、並びにセラミッ
ク上へのチタン、超合金、耐火合金の付着を可能とする
ように、市販ガンの機構と操作方法の広範な変更が可能
である。
ューハンプシャー州コンコードのＴＡＦＡコーポレーシ
ョンにより製造される市販のプラズマガン、例えば、Ｔ
ＡＦＡモデル６６プラズマトーチと類似のものである。 しかし、本発明によれば、低い無線周波数、例えば、４
００ 〜５００ｋＨｚでの始動、操作、並びにセラミッ
ク上へのチタン、超合金、耐火合金の付着を可能とする
ように、市販ガンの機構と操作方法の広範な変更が可能
である。
【００２７】１ＭＨｚ 未満の周波数でのガンの使用は
、粒子流を送給するガンの能力の低下を招く。加えて、
殊に水素、窒素および酸素のような分子状ガス、あるい
はアルゴン・水素混合物を使用してガンを働かせた場合
、１ＭＨｚ未満の周波数範囲でプラズマへの電力結合の
問題が起こる。
、粒子流を送給するガンの能力の低下を招く。加えて、
殊に水素、窒素および酸素のような分子状ガス、あるい
はアルゴン・水素混合物を使用してガンを働かせた場合
、１ＭＨｚ未満の周波数範囲でプラズマへの電力結合の
問題が起こる。
【００２８】１ＭＨｚ 未満の周波数範囲でＲＦプラズ
マガンを用いるためには標準のアルゴン・水素混合物の
代りにアルゴン・ヘリウム混合物を用いるべきことがわ
かった。水素のような第３成分をアルゴン・ヘリウム混
合物に混合することもできる。
マガンを用いるためには標準のアルゴン・水素混合物の
代りにアルゴン・ヘリウム混合物を用いるべきことがわ
かった。水素のような第３成分をアルゴン・ヘリウム混
合物に混合することもできる。
【００２９】アルゴン・ヘリウム混合物は多くの理由で
優れた結果をもたらす。アルゴンだけでは、微細粉末は
別として粉末を加熱して溶融するのに有効ではない。ア
ルゴン・水素混合物は低周波数でもっと有効ではあるが
、プラズマは約１容積％を超える水素レベルでは不安定
である。プラズマの不安定性は石英管の破損をもたらす
。ヘリウムの混合は、かなりの量をアルゴンと混ぜる場
合でさえ、粉末の溶融に充分な加熱能力と安定性を有す
るプラズマを発生させる。一般に、任意の量のヘリウム
の添加で加熱能力が改善されるが、２０〜９０容積％の
ヘリウムが広範に好適である。ガス組成物のより好まし
い範囲は、ヘリウムが約４０〜６０容積％で、アルゴン
と、随意に含め得る６容積％までの水素とが残部を占め
る。最適なガス混合物は、約５７％のヘリウムと約３７
％のアルゴンと約６％の水素で構成されることがわかっ
た。
優れた結果をもたらす。アルゴンだけでは、微細粉末は
別として粉末を加熱して溶融するのに有効ではない。ア
ルゴン・水素混合物は低周波数でもっと有効ではあるが
、プラズマは約１容積％を超える水素レベルでは不安定
である。プラズマの不安定性は石英管の破損をもたらす
。ヘリウムの混合は、かなりの量をアルゴンと混ぜる場
合でさえ、粉末の溶融に充分な加熱能力と安定性を有す
るプラズマを発生させる。一般に、任意の量のヘリウム
の添加で加熱能力が改善されるが、２０〜９０容積％の
ヘリウムが広範に好適である。ガス組成物のより好まし
い範囲は、ヘリウムが約４０〜６０容積％で、アルゴン
と、随意に含め得る６容積％までの水素とが残部を占め
る。最適なガス混合物は、約５７％のヘリウムと約３７
％のアルゴンと約６％の水素で構成されることがわかっ
た。
【００３０】さらに、アルゴン・ヘリウム混合物を用い
る場合、水素、窒素、酸素のような分子状ガスを、その
１種以上を含むようにガス混合物を変えることにより、
電力結合問題を引起こすことなく添加することができ、
それにより基本的なプラズマガスの加熱特性を適宜変更
することができる。
る場合、水素、窒素、酸素のような分子状ガスを、その
１種以上を含むようにガス混合物を変えることにより、
電力結合問題を引起こすことなく添加することができ、
それにより基本的なプラズマガスの加熱特性を適宜変更
することができる。
【００３１】以下の表１は、本発明の他の実施例による
低周波数作用条件を示す。４００ｋＨｚでの作用は、ス
トライクオーバーを防止するカーテンガスの使用を必要
としない。タンク内でのアーク発生は、ガンの銅製出口
ノズルを接地することにより阻止され得る。２ＭＨｚ
での作用の場合、カーテンガスの使用が必要であるとと
もに、プラズマガンとタンクとの間に絶縁板を用いるこ
とによりプラズマガンを接地されたタンクから隔離する
必要がある。これに対し、特定範囲のガス流量と混合物
の使用と、プラズマガン装置とその作用方式の特定の改
変とにより、カーテンガスの使用と、プラズマガンの接
地タンクからの絶縁なしに、４００ 〜５００ｋＨｚの
作用周波数でチタンおよび耐火金属合金を好適に付着さ
せることができる。
低周波数作用条件を示す。４００ｋＨｚでの作用は、ス
トライクオーバーを防止するカーテンガスの使用を必要
としない。タンク内でのアーク発生は、ガンの銅製出口
ノズルを接地することにより阻止され得る。２ＭＨｚ
での作用の場合、カーテンガスの使用が必要であるとと
もに、プラズマガンとタンクとの間に絶縁板を用いるこ
とによりプラズマガンを接地されたタンクから隔離する
必要がある。これに対し、特定範囲のガス流量と混合物
の使用と、プラズマガン装置とその作用方式の特定の改
変とにより、カーテンガスの使用と、プラズマガンの接
地タンクからの絶縁なしに、４００ 〜５００ｋＨｚの
作用周波数でチタンおよび耐火金属合金を好適に付着さ
せることができる。
【００３２】４００Ｈｚでの作用はまた、アルゴン・ヘ
リウム・水素ガス混合物の使用を必要とする。一連の実
験において、高周波数での作用に用いる単純なアルゴン
・水素混合物はプラズマの不安定性（噴流の曲がりまた
は反り上がり）をもたらし、これは融解石英製管壁の破
損を招くおそれがあることがわかった。表１に示すアル
ゴン・ヘリウム・水素混合物は、ト−チの安定な作用に
必要な総ガス流量を最少にし、しかも一層高い周波数を
用いた場合に得られる溶融状態を実現する。例えば４０
０ｋＨｚでのトーチの作用中、ヘリウムと水素からなる
２次ガスが、旋回流の代りにラジアル方向流内に噴射さ
れ得る。
リウム・水素ガス混合物の使用を必要とする。一連の実
験において、高周波数での作用に用いる単純なアルゴン
・水素混合物はプラズマの不安定性（噴流の曲がりまた
は反り上がり）をもたらし、これは融解石英製管壁の破
損を招くおそれがあることがわかった。表１に示すアル
ゴン・ヘリウム・水素混合物は、ト−チの安定な作用に
必要な総ガス流量を最少にし、しかも一層高い周波数を
用いた場合に得られる溶融状態を実現する。例えば４０
０ｋＨｚでのトーチの作用中、ヘリウムと水素からなる
２次ガスが、旋回流の代りにラジアル方向流内に噴射さ
れ得る。
【００３３】
【表１】
４００ｋＨｚでは、４〜５標準リットル毎分を超え
る水素流に対しては、アーク消失を防止するためにプレ
ート入力電力を約８０ｋＷから１００ｋＷ もの高い値
に増大する必要があることも認められた。もっと低い周
波数と大きな割合の水素やヘリウムのような２次ガス流
はプラズマと比較的低い効率でしか結合せず、従ってア
ークを維持するのに一層大きな電力が必要である。４０
０ｋＨｚでの結合を改善するために、ガンのコイルの巻
き数を４巻から７巻へと増すことができる。
る水素流に対しては、アーク消失を防止するためにプレ
ート入力電力を約８０ｋＷから１００ｋＷ もの高い値
に増大する必要があることも認められた。もっと低い周
波数と大きな割合の水素やヘリウムのような２次ガス流
はプラズマと比較的低い効率でしか結合せず、従ってア
ークを維持するのに一層大きな電力が必要である。４０
０ｋＨｚでの結合を改善するために、ガンのコイルの巻
き数を４巻から７巻へと増すことができる。
【００３４】２ＭＨｚでは、アルゴンガスのみを用いれ
ば、ガンを大気圧で始動し得る。４００ｋＨｚでは、点
火は低圧で比較的容易であるが、１０ｔｏｒｒ程度の圧
力でグロー型放電が始まり、これが融解石英製管壁を損
傷するおそれがあることが判明した。２０〜５０ｔｏｒ
ｒでの点火が最適であることがわかった。このような圧
力はアルゴンの点火を容易にするには十分低いが、グロ
ー型放電を防止するには十分高い。
ば、ガンを大気圧で始動し得る。４００ｋＨｚでは、点
火は低圧で比較的容易であるが、１０ｔｏｒｒ程度の圧
力でグロー型放電が始まり、これが融解石英製管壁を損
傷するおそれがあることが判明した。２０〜５０ｔｏｒ
ｒでの点火が最適であることがわかった。このような圧
力はアルゴンの点火を容易にするには十分低いが、グロ
ー型放電を防止するには十分高い。
【図１】受け面または基材上への供給材料の低周波数Ｒ
Ｆプラズマ溶射に用いる装置の概略図である。
Ｆプラズマ溶射に用いる装置の概略図である。
【図２】図１の装置において有用なプラズマガンの細部
を示す概略図である。
を示す概略図である。
【図３】水冷粒子噴射管の垂直断面図である。図３Ａは
図３の線ＡーＡに沿う水平断面図である。
図３の線ＡーＡに沿う水平断面図である。
１０ 無線周波数プラズマ溶射装置
１２ 真空タンク
３０ プラズマガン
３２ 無線周波数電源
４２ 石英製内壁
４４ 非導電性外壁
４６ 無線周波数コイル
４７ 材料噴射手段
５０ 真空ポンプ
６３ 基材
Claims (12)
- 【請求項１】 基材上に供給材料を付着させる無線周
波数プラズマ溶射方法であって、タンクと、無線周波数
プラズマガンと、このガンの内部にガスを供給する手段
と、前記ガンの内部に供給材料を供給する手段と、真空
ポンプとを含む無線周波数プラズマ溶射装置を設け、前
記真空ポンプを作動して前記タンク内の圧力を５００
ミクロンＨｇ未満の圧力に低減し、前記タンクにアルゴ
ンとヘリウムとの混合物を含むガスを１５０ 〜３５０
ｔｏｒｒ の圧力まで再充填し、作用中プラズマを形成
して供給材料の少なくとも一部を溶融する前記プラズマ
ガンの内部に前記ガスを供給し、前記プラズマガンを１
ＭＨｚ 未満の周波数範囲で作用させてプラズマを発生
させ、供給材料を前記プラズマに供給して受け面上に供
給材料の付着物を形成することを特徴とする無線周波数
プラズマ溶射方法。 - 【請求項２】 前記のアルゴンとヘリウムの混合物は
約２０〜９０容積％のヘリウムと約１０〜８０容積％の
アルゴンからなる、請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記ガス混合物は約６０容積％のヘリ
ウムと約４０容積％のアルゴンからなる、請求項２記載
の方法。 - 【請求項４】 水素と窒素と酸素からなる群から選ん
だガスを前記プラズマガンの内部でアルゴン・ヘリウム
ガスと混合する請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 前記ガス混合物は約５７容積％のヘリ
ウムと約３７容積％のアルゴンと約６容積％の水素から
なる、請求項４記載の方法。 - 【請求項６】 基材上に供給材料を付着させる無線周
波数プラズマ溶射方法であって、タンクと、無線周波数
プラズマガンと、このガンの内部に旋回流としてガスを
供給する手段と、前記ガンの内部にラジアル方向流とし
てガスを供給する手段と、前記ガンの内部に供給材料を
供給する手段と、真空ポンプとを含む無線周波数プラズ
マ溶射装置を設け、前記真空ポンプにより前記タンクを
約５００ ミクロンＨｇ未満の圧力に排気し、前記タン
クを実質上アルゴンからなるガスで２０〜５０ｔｏｒｒ
の圧力まで再充填し、前記旋回ガス供給手段と前記ラジ
アル方向ガス供給手段により前記プラズマガンの内部に
前記ガスを供給し、前記プラズマガンを４００ 〜５０
０ｋＨｚの周波数範囲で作用させてプラズマを発生させ
、前記タンクを再充填して圧力を１５０ 〜３５０ｔｏ
ｒｒ に高めることと、前記タンク内の圧力が２００
〜３００ｔｏｒｒ に達した後、前記ラジアル方向ガス
供給手段によりアルゴンとヘリウムと水素との混合物を
含むガスを前記プラズマガン内に導入し、供給材料を前
記ガン内で前記プラズマに供給して前記供給材料の少な
くとも一部を溶融しそして受け面上に付着させることを
特徴とする無線周波数プラズマ溶射方法。 - 【請求項７】 前記供給材料をチタン基合金とニッケ
ル基超合金と鉄基超合金と耐火金属合金とセラミックス
からなる群から選択する請求項６記載の方法。 - 【請求項８】 前記無線周波数プラズマガンは少なく
とも７巻線を具備するらせんコイルを含む、請求項６記
載の方法。 - 【請求項９】 前記旋回ガス供給手段はアルゴンガス
を１６標準リットル毎分の流量で供給する、請求項８記
載の方法。 - 【請求項１０】 前記ラジアル方向ガス供給手段はア
ルゴンガスを７０標準リットル毎分の流量で、ヘリウム
ガスを１４８ 標準リットル毎分の流量で、そして水素
ガスを３．６ 標準リットル毎分の流量で供給する、請
求項９記載の方法。 - 【請求項１１】 前記無線周波数プラズマガンのプレ
ート入力電力が８０〜１００ｋＷ の範囲にありそして
水素ガスの流量が５標準リットル毎分より多い請求項６
記載の方法。 - 【請求項１２】 前記無線周波数プラズマガンは接地
した銅製の出口ノズルを有する、請求項６記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/524,527 US5120567A (en) | 1990-05-17 | 1990-05-17 | Low frequency plasma spray method in which a stable plasma is created by operating a spray gun at less than 1 mhz in a mixture of argon and helium gas |
| US524,527 | 1990-05-17 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04254570A true JPH04254570A (ja) | 1992-09-09 |
Family
ID=24089586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3133399A Withdrawn JPH04254570A (ja) | 1990-05-17 | 1991-05-10 | 低周波数無線周波数プラズマ溶射 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5120567A (ja) |
| JP (1) | JPH04254570A (ja) |
| CA (1) | CA2034459C (ja) |
| DE (1) | DE4114474C2 (ja) |
| FR (1) | FR2662182B1 (ja) |
| GB (1) | GB2244064B (ja) |
| IT (1) | IT1247907B (ja) |
Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| JPH09170060A (ja) * | 1995-09-28 | 1997-06-30 | Sulzer Metco Irvine Inc | 単一陰極プラズマ銃及びそれに用いる陽極アタッチメント |
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1991
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