JPH05339699A - Plasma thermal spraying method - Google Patents

Plasma thermal spraying method

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JPH05339699A
JPH05339699A JP4147625A JP14762592A JPH05339699A JP H05339699 A JPH05339699 A JP H05339699A JP 4147625 A JP4147625 A JP 4147625A JP 14762592 A JP14762592 A JP 14762592A JP H05339699 A JPH05339699 A JP H05339699A
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JP
Japan
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plasma
torch
main
sub
gas
Prior art date
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Application number
JP4147625A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Fumiya
明 文屋
Kazuya Yakushinji
和八 薬真寺
Shinji Fukami
慎二 深見
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Onoda Cement Co Ltd
Original Assignee
Onoda Cement Co Ltd
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Publication date
Application filed by Onoda Cement Co Ltd filed Critical Onoda Cement Co Ltd
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Publication of JPH05339699A publication Critical patent/JPH05339699A/en
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Abstract

PURPOSE:To form a densely thermally sprayed film by increasing the temp. of the liquid drops of a thermal spraying material coexisting in the plasma flame ejected from a plasma torch to a high temp. and increasing the flow velocity thereof. CONSTITUTION:Carbon dioxide, oxygen or air 6 is supplied to an arc 15 generated between cathode 3 and anode 4 of a double torch type plasma thermal spraying device to form the plasma flame 23 and the powdery thermal spraying material 20 is supplied to this plasma flame 23, by which this material is fluidized together with this plasma flame 23 and is melted therebetween. The temp. thereof is thus increased and the speed is increased to bring the melt thereof into collision against a base material 25 for thermal spraying.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は一般の機械器具の表面
に、金属又はセラミック等の溶射膜を緻密に形成するた
めのプラズマ溶射方法の改良に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement of a plasma spraying method for forming a sprayed film of metal, ceramics or the like on a surface of a general machine tool with high precision.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のプラズマ溶射方法はプラズマトー
チの陰極と陽極との間に直流高電圧を印加して、その間
にアークを形成し、該陰極の周囲からプラズマトーチの
出口に向かって噴出するアルゴン等のプラズマガスで前
記アークを合流して、そこにプラズマフレームを形成
し、該プラズマフレーム中にタングステン等の粉末状溶
射材を供給し、これをプラズマフレームの流れに乗って
移動する間に、プラズマガスの高熱によって溶融して液
滴状態にし、この液滴を前記一般機械器具等の溶射母材
の表面に衝突させて、そこに溶射膜を形成する方法であ
る。
2. Description of the Related Art In a conventional plasma spraying method, a direct current high voltage is applied between a cathode and an anode of a plasma torch to form an arc therebetween, and an arc is ejected from around the cathode toward an outlet of the plasma torch. The arc is joined with a plasma gas such as argon to form a plasma flame there, and a powdered thermal spray material such as tungsten is supplied into the plasma flame, and while moving along with the flow of the plasma flame. A method of forming a sprayed film on the surface of a spray base material such as the general mechanical instrument by melting the melted plasma gas with high heat into a droplet state.

【0003】この溶射方法はプラズマトーチの電極を保
護することと、入手が容易であること等を考慮して上述
のようなプラズマガスとしてアルゴンガスを用いるが、
このガスの特性上、その質量と熱伝導率が定っているの
で、前述のアルゴンガスによるプラズマフレームにおけ
る流速と質量の相乗積である運動量、及びプラズマフレ
ームにおけるプラズマのもつ高熱を溶射材料に伝導する
際の熱量にはおのずから限度がある。
In this thermal spraying method, argon gas is used as the plasma gas as described above in consideration of protection of the electrode of the plasma torch and easy availability.
Due to the characteristics of this gas, its mass and thermal conductivity are determined, so the momentum, which is the product of the flow velocity and mass in the plasma flame due to the aforementioned argon gas, and the high heat of the plasma in the plasma flame is transferred to the thermal spray material. There is naturally a limit to the amount of heat that can be used.

【0004】従って、プラズマフレームによって運ばれ
る溶射材料が母材に衝突する際の速度及び液滴の温度も
夫々アルゴンガスの性質によって定まり、母材の表面に
液滴の堆積によって形成される溶射膜の緻密度を一定限
度以上向上することは困難である。
Therefore, the speed at which the spray material carried by the plasma flame collides with the base material and the temperature of the droplets are also determined by the nature of the argon gas, and the sprayed film formed by the deposition of droplets on the surface of the base material. It is difficult to improve the compactness of the product above a certain limit.

【0005】プラズマガスとして炭酸ガスを用いると、
それらの性質上プラズマフレームの高速化と高温化を期
待できるが、酸化を早めたりして電極を傷め易いので、
長期間使用することができない。
When carbon dioxide is used as the plasma gas,
Due to their properties, it can be expected that the plasma flame will be faster and the temperature will be higher, but it is easy to damage the electrode by accelerating oxidation.
Cannot be used for a long time.

【0006】また窒素を用いると、上述の理由で電極を
傷めることは少ないが、そのガスの特性上1気圧におけ
る比重が0.967であり、1000°Cにおける熱伝
導率が7.4であるので、前記アルゴンガスのそれらが
夫々1.380、5.0であることと比較すると前記溶
射膜の緻密度をアルゴンを用いた場合よりそれ程向上す
ることは無理である。
When nitrogen is used, the electrode is less likely to be damaged for the above-mentioned reason, but the specific gravity of the gas is 0.967 at 1 atmospheric pressure and the thermal conductivity at 1000 ° C. is 7.4. Therefore, it is impossible to improve the compactness of the sprayed film to a much greater extent than when argon is used, as compared with the cases where the argon gases are 1.380 and 5.0, respectively.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的はプラ
ズマトーチを用いた従来の溶射方法によって得られる母
材表面の溶射膜の内部構造を今までのそれより緻密にす
るための溶射方法を得ることである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to obtain a thermal spraying method for making the internal structure of the thermal spray coating on the surface of the base material denser than that obtained by the conventional thermal spraying method using a plasma torch. That is.

【0008】他の目的はアークを伸長させることで、高
電圧低電流とし、電極が損耗することを防止して、長期
間の使用に耐えられるようにすることである。
Another object is to extend the arc to obtain a high voltage and a low current, prevent the electrodes from being worn, and to withstand long-term use.

【0009】また他の目的はプラズマトーチから母材に
向かって噴出するプラズマフレームの運動量を増加して
溶射材料の液滴の流速を高速化することと、プラズマの
もっている熱量を粉末状の溶射材料に高い熱伝導率で伝
導して高温にすることを両立することである。
Another object is to increase the momentum of the plasma flame ejected from the plasma torch toward the base material to increase the flow velocity of the droplets of the spray material, and to reduce the amount of heat of the plasma in powder spraying. It is to achieve high temperature by conducting the material with high thermal conductivity.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この発明の溶射方法は主
プラズマトーチの陰極の周囲からその出口を経て保護ガ
スを噴出し、該陰極と副プラズマトーチの陽極間にアー
クを発生し、該アークにおける陰極側寄りに炭酸ガスと
粉末状の溶射材料を供給することである。
SUMMARY OF THE INVENTION The thermal spraying method of the present invention ejects a protective gas from around the cathode of a main plasma torch through its outlet to generate an arc between the cathode and the auxiliary plasma torch. That is, the carbon dioxide gas and the powder-form thermal spray material are supplied toward the cathode side in FIG.

【0011】[0011]

【作用】主プラズマトーチの陰極の周囲から出口に向っ
て噴出する保護ガスによって、その陰極を保護し、該プ
ラズマトーチの陰極と副プラズマトーチの陽極間に高圧
直流電源を接続してその間にアークを発生する。
The protective gas is ejected from the periphery of the cathode of the main plasma torch toward the outlet, and the cathode is protected. A high-voltage DC power supply is connected between the cathode of the plasma torch and the anode of the sub-plasma torch, and an arc is provided between them. To occur.

【0012】該アークにおける陰極側寄りに比較的比重
の大きな二酸化炭素を供給して、高速で流れるプラズマ
フレームを形成し、そのプラズマフレーム中に粉末状溶
射材料を供給して、高速に流動し、その流動する間にプ
ラズマの熱で粉末状溶射材料を溶解して、無数の液滴状
にする。
Carbon dioxide having a relatively large specific gravity is supplied toward the cathode side of the arc to form a plasma flame flowing at a high speed, and a powdery spray material is supplied into the plasma flame to flow at a high speed. While flowing, the powder thermal spray material is melted by the heat of the plasma to form innumerable droplets.

【0013】斯様にして形成された高速の液滴を液射母
材の表面に高速で衝突させて堆積し、そこに緻密な内部
構造の溶射膜の層を形成する。
The high-speed droplets thus formed are collided with the surface of the liquid spray base material at high speed to be deposited, and a sprayed film layer having a dense internal structure is formed thereon.

【0014】[0014]

【実施例】この発明の実施例を図1及び図2によって説
明すると、複合型プラズマトーチの主トーチ1と副トー
チ2の間にヘアピン状アーク17を形成し、該主トーチ
1にプラズマガスとして二酸化炭素を供給してプラズマ
フレーム21を形成し、そのプラズマフレーム21中に
供給された溶射材料20を液滴化すると共に高速化して
溶射母材に衝突して皮膜24を形成する溶射方法であ
る。
1 and 2, a hairpin-shaped arc 17 is formed between a main torch 1 and a sub-torch 2 of a composite type plasma torch, and a plasma gas is formed on the main torch 1 as a plasma gas. This is a thermal spraying method in which carbon dioxide is supplied to form a plasma flame 21, and the thermal spray material 20 supplied into the plasma flame 21 is made into droplets and speeded up to collide with the thermal spray base material to form a coating 24. ..

【0015】前記複合プラズマ装置の主トーチ1は主陰
極3を放出口4aを形成せる主外套4と絶縁物27で主
空間4bを隔てて同心的に包囲し、その主外套4に主プ
ラズマガス送入口5を図2に示すように主陰極3の周囲
に対して切線方向に形成し、ここから主空間4bに一次
プラズマガス6としてアルゴンガスを供給し、該主外套
4の外側を狭穿口31aを形成せる主第二外套31と絶
縁物29で主第2空間31bを隔てて同心的に包囲し、
その主第二外套31に主第二プラズマガス送入口32を
主外套4の周囲に対して切線方向に形成し、ここから第
二主空間31b内に二次プラズマガスとして二酸化炭素
ガス33を供給する。
The main torch 1 of the composite plasma apparatus concentrically surrounds the main cathode 4 with the main cathode 4 forming the emission port 4a and the main space 4b with an insulator 27, and the main plasma 4 is enclosed in the main outer jacket 4. As shown in FIG. 2, the inlet 5 is formed in a cutting line direction with respect to the periphery of the main cathode 3, and from this, argon gas is supplied as the primary plasma gas 6 to the main space 4b to narrow the outside of the main jacket 4. A second main mantle 31 forming the mouth 31a and an insulator 29 are concentrically surrounded by a second main space 31b.
A main second plasma gas inlet 32 is formed in the main second outer jacket 31 in a cutting line direction with respect to the periphery of the main outer jacket 4, and a carbon dioxide gas 33 is supplied as a secondary plasma gas into the second main space 31b from here. To do.

【0016】また副トーチ2は副トーチ起動電極9を囲
み、かつ放出口10aを有する副第一外套10が、副ト
ーチ起動電極9と同心をなすように絶縁物28によって
取り付けられており、更に副プラズマガス12としてア
ルゴンガスが副ガス送入口11から送入されるようにな
っている。
Further, the sub-torch 2 surrounds the sub-torch starting electrode 9, and a sub-first outer jacket 10 having an emission port 10a is attached by an insulator 28 so as to be concentric with the sub-torch starting electrode 9, and further. Argon gas is fed from the sub gas inlet 11 as the sub plasma gas 12.

【0017】又、副第二外套36は絶縁物30によって
副外套10と同心をなすように取り付けられており、副
第二プラズマガス送入口37を通って副二次プラズマガ
ス38としてアルゴンガスが送入される。
Further, the sub second outer jacket 36 is attached by an insulator 30 so as to be concentric with the sub outer jacket 10, and an argon gas is supplied as a sub secondary plasma gas 38 through a sub second plasma gas inlet 37. Sent in.

【0018】主電源7はその負端子が前記主陰極3に接
続されており、正端子にはそれぞれスイッチ手段8、3
4を介して、主外套4及び主第二外套31に接続されて
いる。
The negative terminal of the main power source 7 is connected to the main cathode 3, and the positive terminals thereof have switching means 8 and 3, respectively.
It is connected to the main outer jacket 4 and the main second outer jacket 31 via 4.

【0019】副電源13はその正端子が主電源7の正端
子及び副トーチ2の副外套10に接続されており、副電
源13の負端子はスイッチ手段14を介して副トーチ起
動電極9に接続されている。
The positive terminal of the sub power source 13 is connected to the positive terminal of the main power source 7 and the sub mantle 10 of the sub torch 2, and the negative terminal of the sub power source 13 is connected to the sub torch starting electrode 9 via the switch means 14. It is connected.

【0020】図1及び2に示した各トーチの起動は次に
示すような順序で行われる。すなわち、スイッチ8を閉
じて主電源7により、主陰極3と主外套4の放出口4a
の間に主起動アーク15をまず形成させ、これによって
一次プラズマガス6としてのアルゴンガスが加熱され
て、主外套4の放出口4aから放出される導電性のプラ
ズマが主第二外套31の狭窄口31aを通って、主トー
チ1から放出される。
The torches shown in FIGS. 1 and 2 are activated in the following order. That is, the switch 8 is closed and the main power source 7 is used to discharge the main cathode 3 and the discharge port 4a of the main jacket 4.
The main starting arc 15 is first formed between the two, and the argon gas as the primary plasma gas 6 is heated by this, so that the conductive plasma emitted from the emission port 4a of the main outer jacket 4 is constricted in the second main outer jacket 31. It is discharged from the main torch 1 through the mouth 31a.

【0021】この時、スイッチ手段34を閉じ、次いで
スイッチ手段8を開くと、既に形成されているプラズマ
を介して主起動アーク15が消去されると同時に主陰極
3の先端から放出されるアークは、主第二外套起動アー
ク35を形成し、これによって、一次プラズマ6として
供給されるアルゴンガスと、二次プラズマガス33とし
て供給される二酸化炭素ガスが加熱されて、その二酸化
炭素ガスの特性上密度と、熱伝導率が共に大きいプラズ
マ炎23となり、これが主トーチ1の外部に放出され
る。
At this time, if the switch means 34 is closed and then the switch means 8 is opened, the main starting arc 15 is extinguished through the plasma which has already been formed, and at the same time the arc emitted from the tip of the main cathode 3 is removed. , The main second mantle start arc 35 is formed, whereby the argon gas supplied as the primary plasma 6 and the carbon dioxide gas supplied as the secondary plasma gas 33 are heated, and due to the characteristics of the carbon dioxide gas. The plasma flame 23 having both high density and high thermal conductivity is emitted to the outside of the main torch 1.

【0022】次にスイッチ手段14を閉じて、副電源1
3によって副外套10と副トーチ起動電極9との間に副
起動アーク16を形成させると、副プラズマガス12が
このアークによって加熱され副外套10の放出口10a
よりの導電性プラズマが形成され、これは更に副第二外
套36の先端の狭窄口36aを通って導電性プラズマが
副トーチ2の外部に放出される。
Next, the switch means 14 is closed and the sub power source 1
When a sub-starting arc 16 is formed between the sub-mantle 10 and the sub-torch starting electrode 9 by 3, the sub-plasma gas 12 is heated by this arc and the discharge port 10a of the sub-mantle 10 is formed.
The conductive plasma is further formed, and the conductive plasma is further emitted to the outside of the sub-torch 2 through the narrowed opening 36a at the tip of the sub-second outer jacket 36.

【0023】これらのプロセスが終了すると、主トーチ
1と副トーチ2とは、その中心軸が交叉するように設置
されているので、それぞれから放出される導電性のプラ
ズマが導電路を形成し、この段階において、スイッチ3
4及び14を開くと、主電源7によって主陰極3の先端
から副外套10の放出口10aの外面に向かって定常ヘ
アピンアーク17が形成され、この時主トーチ1に送入
されるガスの量と、副トーチ2に送入されるガスの量を
各々調整することによって、図1に示された如く、主ト
ーチ1の中心軸とほぼ同心をなすプラズマ炎23が形成
される。
When these processes are completed, the main torch 1 and the sub torch 2 are installed so that their central axes intersect, so that the conductive plasma emitted from each of them forms a conductive path, At this stage, switch 3
When 4 and 14 are opened, a steady hairpin arc 17 is formed from the tip of the main cathode 3 toward the outer surface of the discharge port 10a of the sub-mantle 10 by the main power source 7, and the amount of gas fed into the main torch 1 at this time. By adjusting the amount of gas fed into the sub-torch 2 respectively, a plasma flame 23 is formed which is substantially concentric with the central axis of the main torch 1 as shown in FIG.

【0024】材料送入管19よりプラズマ炎23に向か
って送入された皮膜材料20は、高温で高いエンタルピ
ーを持つプラズマ18によって直ちに高温に加熱されて
溶融し、溶融皮膜材料の液滴21に示した如く前述のよ
うに密度と熱伝導率の大きなプラズマ炎23に同伴され
ながら、あまり広がらないで母材25に向かって進行す
る。そしてこの間に、該液滴は大きな密度のプラズマガ
スによって高速化され、かつ大なる熱伝導率によって高
温化される。このようにして溶融皮膜材料の液滴21を
含むプラズマ炎23は、フレーム外套26に形成され、
かつ、母材25の直前に設けられたプラズマ分離手段2
2によって、プラズマ18のみが分離され、その直後に
溶融した高温の皮膜材料の液滴21は母材に高速で衝突
し、皮膜24を緻密に形成する。
The coating material 20 fed toward the plasma flame 23 from the material feed pipe 19 is immediately heated to a high temperature by the plasma 18 having a high enthalpy at a high temperature and melted to form a droplet 21 of the molten coating material. As shown above, while entrained in the plasma flame 23 having high density and high thermal conductivity as described above, it advances toward the base material 25 without spreading much. In the meantime, the droplets are accelerated by the plasma gas having a large density and are heated to a high temperature by the large thermal conductivity. In this way, the plasma flame 23 containing the droplets 21 of the molten coating material is formed on the frame jacket 26,
Also, the plasma separation means 2 provided immediately before the base material 25
Due to 2, the plasma 18 alone is separated, and immediately after that, the molten droplets 21 of the high-temperature coating material collide with the base material at a high speed to form the coating 24 densely.

【0025】以上図1及び図2に示す複合型プラズマト
ーチを用いる場合のプラズマ溶射方法を説明したが、本
発明はそれに限定されるものでなく、図3及び図4に示
す複合型プラズマトーチを用いて実施することも可能で
ある。
The plasma spraying method using the hybrid plasma torch shown in FIGS. 1 and 2 has been described above. However, the present invention is not limited to this, and the hybrid plasma torch shown in FIGS. It is also possible to carry out by using.

【0026】図3のものは、主陰極3の中心軸上に同
心、同径の主ガス送入口5を設けた絶縁物27、放出口
4aを有する主外套4、主第二ガス送入口32を設けた
絶縁物29、そして狭窄口31aを有する主第二外套3
1によって主トーチ1が構成されている。
In FIG. 3, an insulator 27 having a main gas inlet 5 of the same diameter and the same diameter as the center axis of the main cathode 3, a main jacket 4 having a discharge port 4a, and a main second gas inlet 32 are shown. Second outer sheath 3 having an insulator 29 provided with a stenosis and a narrowed opening 31a
A main torch 1 is constituted by 1.

【0027】この時、図4に示されるように主ガス送入
口5或は主第二ガス送入口32より主プラズマガス6或
は主第二ガス33がまずガス環状室48へ送入され、一
個の旋回流形成孔49或は等分に配置された複数個の旋
回流形成孔49を通って、絶縁物27或は絶縁物29の
内壁50を旋回するように矢印51の如く送入される。
At this time, as shown in FIG. 4, the main plasma gas 6 or the main second gas 33 is first introduced into the gas annular chamber 48 from the main gas inlet 5 or the main second gas inlet 32. It is sent through one swirl flow forming hole 49 or a plurality of swirl flow forming holes 49 arranged in equal parts so as to swirl the inner wall 50 of the insulator 27 or the insulator 29 as shown by an arrow 51. It

【0028】次に主トーチ1の中心軸と交叉するように
配置された副トーチ起動電極9は、同心をなすように順
に絶縁物28、放出口10aを有する副第一外套10、
絶縁物30そして副第二外套36によって取り付けられ
ており、更に主トーチ1の絶縁物27或は絶縁物29と
同様の図4の旋回流ガス形成手段47を有する絶縁物2
8に設けられた副ガス送入口11から副ガス12が送入
され、絶縁物30に設けられた副第二ガス送入口37を
通って副第二ガス38が送入されるようになっている。
Next, the sub-torch starting electrode 9 arranged so as to intersect with the central axis of the main torch 1 has the insulator 28 and the sub-first outer jacket 10 having the emission port 10a in order so as to be concentric.
An insulator 2 which is attached by an insulator 30 and a secondary second jacket 36, and which further has a swirling gas forming means 47 of FIG. 4 similar to the insulator 27 or the insulator 29 of the main torch 1.
The sub gas 12 is fed from the sub gas inlet 11 provided in the No. 8, and the sub second gas 38 is fed through the sub second gas inlet 37 provided in the insulator 30. There is.

【0029】ここに、主電源7はその負端子が主陰極3
に接続されており、正端子にはそれぞれスイッチ手段
8、34を介して、主外套4及び主第二外套31に接続
されており、これらが全体として主トーチ1を構成して
いる。
The negative terminal of the main power supply 7 is the main cathode 3.
, And the positive terminals are connected to the main outer jacket 4 and the main second outer jacket 31 via the switch means 8 and 34, respectively, and these constitute the main torch 1 as a whole.

【0030】副電源13はその正端子が主電源7の正端
子及び副トーチ2の副外套10に接続されており、副電
源13の負端子はスイッチ手段14を介して副トーチ起
動電極9に接続され、これらが全体として副トーチ2を
形成している。
The positive terminal of the sub power source 13 is connected to the positive terminal of the main power source 7 and the sub mantle 10 of the sub torch 2, and the negative terminal of the sub power source 13 is connected to the sub torch starting electrode 9 via the switch means 14. They are connected, and these form the sub-torch 2 as a whole.

【0031】図3に示した各トーチの起動は次に示すよ
うな順序で行われる。すなわち、スイッチ8を閉じて主
電源7により、主陰極3と主外套4の放出口4aの間に
主起動アーク15をまず形成させ、これによって主プラ
ズマガス6が加熱されて、主外套4の放出口4aから導
電性のプラズマが主第二外套31の狭窄口31aを通っ
て、主トーチ1から放出される。
The torches shown in FIG. 3 are activated in the following order. That is, the switch 8 is closed, and the main power source 7 first forms the main starting arc 15 between the main cathode 3 and the emission port 4a of the main jacket 4, whereby the main plasma gas 6 is heated and the main jacket 4 of the main jacket 4 is heated. The conductive plasma is discharged from the main torch 1 from the discharge port 4a through the narrowed opening 31a of the main second outer jacket 31.

【0032】この時、スイッチ手段34を閉じ、次いで
スイッチ手段8を開くと、既に形成されている前記プラ
ズマ18を介して主起動アーク15が消去されると同時
に主陰極3の先端から放出されるアークは、主第二外套
起動アーク35を形成し、これによって、主プラズマガ
ス6と主第二ガス33が加熱されて、プラズマ炎23が
主トーチ1の外部に放出される。
At this time, when the switch means 34 is closed and then the switch means 8 is opened, the main starting arc 15 is extinguished via the plasma 18 already formed, and at the same time, it is emitted from the tip of the main cathode 3. The arc forms a main second mantle activation arc 35, which heats the main plasma gas 6 and the main second gas 33, and the plasma flame 23 is emitted to the outside of the main torch 1.

【0033】次にスイッチ手段14を閉じて、副電源1
3によって副外套10と副トーチ起動電極9との間に副
起動アーク16を形成させると、副ガス12がこのアー
クによって加熱され、副外套10の放出口10aよりの
導電性プラズマ18aが形成され、これは更に副第二外
套36の先端の狭窄口36aを通って前記導電性プラズ
マ18aが副トーチ2の外部に放出される。
Next, the switch means 14 is closed and the sub power source 1
When a sub-starting arc 16 is formed between the sub-mantle 10 and the sub-torch starting electrode 9 by 3, the sub-gas 12 is heated by this arc and a conductive plasma 18a is formed from the discharge port 10a of the sub-mantle 10. This further causes the conductive plasma 18a to be emitted to the outside of the sub torch 2 through the narrowed opening 36a at the tip of the sub second outer jacket 36.

【0034】これらのプロセスが終了すると、主トーチ
1と副トーチ2とは、前述のとおりその中心軸が交叉す
るように設置されているので、それぞれから放出される
導電性のプラズマ18、18aが導電路を形成する。
When these processes are completed, the main torch 1 and the sub-torch 2 are installed so that their central axes intersect, as described above, so that the conductive plasmas 18 and 18a emitted from the respective torches 1 and 2 are generated. Form a conductive path.

【0035】この段階において、スイッチ34及び14
を開くと、主電源7によって主陰極3の先端から副外套
10の放出口10aの外面に向かって定常ヘアピンアー
ク17が形成される。
At this stage, the switches 34 and 14 are
When is opened, a steady hairpin arc 17 is formed from the tip of the main cathode 3 toward the outer surface of the emission port 10a of the sub-mantle 10 by the main power supply 7.

【0036】この時主トーチ1に送入されるガスの量
と、副トーチ2に送入されるガスの量を各々調整するこ
とによって、図3に示された如く、主トーチ1の中心軸
とほぼ同心をなすプラズマ炎23が形成される。
At this time, by adjusting the amount of gas fed into the main torch 1 and the amount of gas fed into the auxiliary torch 2, respectively, as shown in FIG. A plasma flame 23 is formed which is substantially concentric with.

【0037】この時、図1に示されるように副トーチ2
の副トーチ起動電極9の先端を副第1外套10の放出口
10aの手前に位置させ、陽極点が放出口10aの内壁
であったものを、副トーチ起動電極9の先端を副第一外
套10の放出口10aの出口面上近傍に位置することに
より、副起動アーク16の陽極点を副第一外套10の放
出口10aの出口面上に形成させ、副起動アーク16を
副トーチ2の出口より図1のものと比較して伸長させ、
容易に定常ヘアピンアーク17を形成させることができ
る。
At this time, as shown in FIG. 1, the auxiliary torch 2
The tip of the sub-torch starting electrode 9 is located in front of the emission port 10a of the sub-first outer jacket 10 and the anode point is the inner wall of the emission port 10a. Since the auxiliary starting arc 16 is located near the exit surface of the discharge port 10a, the anode point of the sub-starting arc 16 is formed on the exit surface of the discharging port 10a of the sub-first outer jacket 10, and the sub-starting arc 16 of the sub-torch 2 moves. Compared to the one in Fig. 1 from the outlet,
The steady hairpin arc 17 can be easily formed.

【0038】また、副トーチ2のアーク18aの周りに
強い旋回流を形成するようにガスを供給する手段を設け
ることにより、アーク18aをトーチ2の軸心位置に維
持するとともに同心に旋回環状ガスシースを形成させ、
副トーチ2の副外套10の放出口10a及び副第二外套
36の狭窄口36aの内壁に及ぼす熱負荷は均一に軽減
され、アーク18aにより、局所的に損傷されることが
なく、保守、点検無しに安定した運転ができる。
Further, by providing means for supplying gas so as to form a strong swirling flow around the arc 18a of the auxiliary torch 2, the arc 18a is maintained at the axial center position of the torch 2 and is concentrically swirled. To form
The heat load exerted on the discharge port 10a of the sub-mantle 10 of the sub-torch 2 and the inner wall of the constriction port 36a of the sub-second mantle 36 is uniformly reduced, and is not locally damaged by the arc 18a. Stable operation is possible without it.

【0039】図3の材料送入管19よりプラズマ炎23
に向かって送入された皮膜材料20は、高温で高いエン
タルピーを持つプラズマ18によって直ちに高温に加熱
されて溶融し、溶融皮膜材料21に示した如くプラズマ
炎23に同伴されながら、あまり広がらないで母材25
に向かって進行する。
A plasma flame 23 is fed from the material feeding pipe 19 shown in FIG.
The coating material 20 fed toward the surface is immediately heated to a high temperature by the plasma 18 having a high enthalpy at a high temperature to be melted, and is entrained in the plasma flame 23 as shown in the molten coating material 21, but does not spread so much. Base material 25
Proceed toward.

【0040】この溶融皮膜材料21を含むプラズマ炎2
3は、母材25の直前に設けられたプラズマ分離手段2
2によって、プラズマ18のみが分離され、その直後に
溶融した皮膜材料21は母材25に衝突し、皮膜24を
形成する。
Plasma flame 2 containing this molten coating material 21
3 is a plasma separating means 2 provided immediately before the base material 25.
Due to 2, the plasma 18 alone is separated, and the coating material 21 melted immediately thereafter collides with the base material 25 to form the coating 24.

【0041】この時、アーク柱周りに強い旋回流を形成
するようにガスを供給する手段を設けることにより、ア
ーク柱をトーチの軸心位置に維持するとともに同心に旋
回環状ガスシースを形成させた結果、従来のプラズマ炎
23を形成する複合トーチ型プラズマ溶射装置ではなし
得なかった乱流域で、プラズマ炎23が高密度に絞ら
れ、伸長した安定な状態で溶射ができ、溶射溶材料はよ
く溶融し、高速度で母材25に吹き付けられるので、高
品質な皮膜24が高効率で得られる。
At this time, by providing means for supplying gas so as to form a strong swirling flow around the arc column, the arc column is maintained at the axial center position of the torch and the swirling annular gas sheath is formed concentrically. In the turbulent flow range that could not be achieved by the conventional composite torch type plasma spraying device that forms the plasma flame 23, the plasma flame 23 is squeezed to a high density and can be sprayed in a stable and extended state. However, since the base material 25 is sprayed at a high speed, a high quality coating 24 can be obtained with high efficiency.

【0042】図5に示すものは図3及び図4の実施例に
おいて、副トーチ2を主トーチ1の中心軸線上に複数個
等角度間隔をおいて放射状に設けたものであり、同図中
図3及び図4と同一符号で示す部分はその名称及び機能
についても同様である。
FIG. 5 shows a plurality of auxiliary torches 2 which are radially provided on the central axis of the main torch 1 at equal angular intervals in the embodiment of FIGS. 3 and 4, and are shown in FIG. Portions denoted by the same reference numerals as those in FIGS. 3 and 4 have the same names and functions.

【0043】上記図5に示す複合型プラズマ溶射装置を
用いて、その主第二ガス送入口33から第二プラズマガ
スとしてCO2 を送入した場合の2つの実例を以下に示
す。
Two examples of the case where CO 2 is fed as the second plasma gas from the main second gas inlet 33 using the composite type plasma spraying apparatus shown in FIG. 5 are shown below.

【0044】第1例 溶射粒子21の加熱より充分な加速が求められるプラズ
マ溶射法の一例として、WC−12%Coのような大気
下・高温域で材料が熱分解しやすい溶射材料20につい
て、表1に示すような低エンタルピーの溶射条件で溶射
した。
First Example As an example of the plasma spraying method in which sufficient acceleration is required by heating the sprayed particles 21, a thermal spraying material 20 such as WC-12% Co which is likely to be thermally decomposed in the atmosphere / high temperature region, The thermal spraying was performed under the low enthalpy thermal spraying conditions shown in Table 1.

【0045】[0045]

【表1】 [Table 1]

【0046】また、材料性状として、プラズマ中で熱分
解しやすい一次粒子の微細な造粒粉を用いた。その結
果、プラズマガス33にCO2 を用いたものは、従来の
窒素を用いたものに比べて、表2に示すように皮膜24
の硬度は、大幅に向上し、そして耐摩耗性についても図
6に示すJIS−H−8615に応じたアプレッシブ摩
耗試験結果から、極めて良好であった。
Further, as the material property, fine granulated powder of primary particles which is easily thermally decomposed in plasma was used. As a result, in the case where CO 2 is used as the plasma gas 33, as compared with the case where the conventional nitrogen is used, the film 24 is formed as shown in Table 2.
The hardness was significantly improved, and the wear resistance was also extremely good from the results of the aggressive wear test according to JIS-H-8615 shown in FIG.

【0047】[0047]

【表2】 [Table 2]

【0048】このようにCO2 プラズマ溶射により、高
品質な皮膜特性が得られたのは、溶射粒子21が充分に
加速されたことによるものである。それは、図7、図8
及び図9のX線回折結果から、ガス密度の大きいCO
2 、空気、窒素の順に、すなわちガス速度の大きい順に
WCの分解が抑えられていることからもわかる。
The high quality coating properties obtained by CO 2 plasma spraying in this way are due to the sufficient acceleration of the spray particles 21. 7 and 8
And from the X-ray diffraction results of FIG. 9, CO with a high gas density
2. It can also be seen from the fact that the decomposition of WC is suppressed in the order of air and nitrogen, that is, in the order of increasing gas velocity.

【0049】第2例 溶射粒子21の加速かつ加熱が求められるプラズマ溶射
法の一例として、Cr23 溶射材料について、表3に
示す溶射条件で溶射した。
Second Example As an example of the plasma spraying method required to accelerate and heat the sprayed particles 21, a Cr 2 O 3 sprayed material was sprayed under the spraying conditions shown in Table 3.

【0050】[0050]

【表3】 [Table 3]

【0051】その結果、プラズマガス33にCO2 を用
いたものは、従来の酸素、空気や窒素を用いたものに比
べて、第4表に示すように皮膜の硬度は、大幅に向上
し、そして耐摩耗性についても図6に示すJIS−H−
8615に応じたアブレッシブ摩耗試験結果から、良好
であった。
As a result, in the case of using CO 2 as the plasma gas 33, the hardness of the film is greatly improved as shown in Table 4 as compared with the case of using conventional oxygen, air or nitrogen. As for wear resistance, JIS-H- shown in FIG.
The result of the abrasive wear test according to 8615 was good.

【0052】[0052]

【表4】 [Table 4]

【0053】このようにCO2 プラズマ溶射により、高
品質な皮膜特性が得られたのは、CO2 が高温域で熱伝
達性が良くサーマルピンチ効果が促進されて、熱集中性
が高まり、溶射粒子21が充分に加熱かつ加速されたこ
とによるものである。溶射粒子21が充分に加熱された
ことは、表3の溶射条件でプラズマガス33にCO2
用いたときの溶射効率が、従来の酸素、空気や窒素を用
いたものに比べて、約50%向上したことからもわか
る。
As described above, high quality coating characteristics were obtained by CO 2 plasma spraying because CO 2 has a good heat transfer property in a high temperature range and a thermal pinch effect is promoted to increase heat concentration and thus thermal spraying. This is because the particles 21 are sufficiently heated and accelerated. The fact that the spray particles 21 are sufficiently heated means that the spray efficiency when CO 2 is used as the plasma gas 33 under the spray conditions of Table 3 is about 50 as compared with the conventional one using oxygen, air or nitrogen. You can also see from the improvement.

【0054】[0054]

【発明の効果】この発明は上述のとおりであるので、母
材の表面に形成される溶射膜の内部構造を従来の方法と
比較してそれよりも緻密にすることができる。
Since the present invention is as described above, it is possible to make the internal structure of the sprayed film formed on the surface of the base material denser than that of the conventional method.

【0055】また、アークを伸長させることで、高電圧
低電流とし、電極の先端部分の損耗することを防止して
表期間の使用に耐えられる。
Further, by extending the arc, a high voltage and a low current can be obtained, and it is possible to prevent the tip portion of the electrode from being worn and endure the use for the front period.

【0056】特に主トーチに二酸化炭素ガスを供給する
ことによって、そのガスの特性、即ち、密度と熱伝導率
が共に高いことを利用して、プラズマフレームの運動量
を増加し、溶射材料の液滴の流速を高速化するととも
に、プラズマのもっている高熱量をその高い熱伝導率で
高熱化することを両立させることができる。
In particular, by supplying carbon dioxide gas to the main torch, the momentum of the plasma flame is increased by utilizing the characteristics of the gas, that is, the high density and the high thermal conductivity, and the droplets of the sprayed material are increased. It is possible to achieve both high speed of flow velocity and high heat quantity of plasma with high heat conductivity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のプラズマ溶射方法の実施例を示す縦断
面図である。
FIG. 1 is a vertical sectional view showing an embodiment of a plasma spraying method of the present invention.

【図2】図1のII−II線部の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.

【図3】他の実施例の縦断面図である。FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of another embodiment.

【図4】図3のIV−IV線部の断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG.

【図5】更に他の実施例の縦断面図である。FIG. 5 is a vertical cross-sectional view of still another embodiment.

【図6】WC−12%Co溶射皮膜のアブレッシブ摩耗
試験結果を示す線図である。
FIG. 6 is a diagram showing the results of an abrasive wear test of a WC-12% Co sprayed coating.

【図7】WC−12%Co溶射皮膜のX線回折結果を示
す線図である。
FIG. 7 is a diagram showing an X-ray diffraction result of a WC-12% Co sprayed coating.

【図8】WC−12%Co溶射皮膜のX線回折結果を示
す他の線図である。
FIG. 8 is another diagram showing an X-ray diffraction result of the WC-12% Co sprayed coating.

【図9】WC−12%Co溶射皮膜のX線回折結果を示
す別の線図である。
FIG. 9 is another diagram showing an X-ray diffraction result of the WC-12% Co sprayed coating.

【図10】Cr23 溶射皮膜のアブレッシブ摩耗試験
結果を示す線図である。
FIG. 10 is a diagram showing the results of an abrasive wear test of a Cr 2 O 3 sprayed coating.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 主トーチ 2 副トーチ 3 主陰極 4 主外套 4a 放出口 4b 主空間 5 主ガス送入口 6 主プラズマガス 7 主電源 8 スイッチ手段 9 副トーチ起動電極 10 副外套 10a 放出口 11 副ガス送入口 12 副プラズマガス 13 副電源 14 スイッチ手段 15 主起動アーク 16 副起動アーク 17 定常ヘアピンアーク 18 プラズマ 19 材料送入管 20 皮膜材料 21 溶融被膜材料の液滴 22 プラズマ分離手段 23 プラズマ炎 24 皮膜 25 母材 26 フレーム外套 27 絶縁物 28 絶縁物 29 絶縁物 30 絶縁物 31 主第二外套 32 主第二ガス送入口 33 主第二ガス 34 スイッチ手段 35 主第二外套起動アーク 36 副第二外套 37 副第二ガス送入口 38 副第二ガス 39 旋回流ガス形成手段 40 ガス環状室 41 旋回流形成孔 42 内壁 43 矢印 1 Main Torch 2 Sub Torch 3 Main Cathode 4 Main Outer Cap 4a Outlet 4b Main Space 5 Main Gas Inlet 6 Main Plasma Gas 7 Main Power Supply 8 Switch Means 9 Sub Torch Starter Electrode 10 Sub Outer 10a Outlet 11 Sub Gas Inlet 12 Sub-plasma gas 13 Sub-power supply 14 Switch means 15 Main starting arc 16 Sub-starting arc 17 Steady hairpin arc 18 Plasma 19 Material feed tube 20 Coating material 21 Molten coating material droplet 22 Plasma separation means 23 Plasma flame 24 Coating 25 Base material 26 Frame Outer 27 Insulator 28 Insulator 29 Insulator 30 Insulator 31 Main Second Outer Coat 32 Main Second Gas Inlet 33 Main Second Gas 34 Switch Means 35 Main Second Outer Start Arc 36 Sub Second Outer 37 37 Sub Second Second gas inlet 38 Secondary second gas 39 Swirling flow gas forming means 40 Gas annular chamber 41 Swirling Forming hole 42 inner wall 43 arrow

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プラズマ溶射トーチのプラズマガスとし
て二酸化炭素、酸素又は空気を用いることを特徴とする
プラズマ溶射方法。
1. A plasma spraying method, wherein carbon dioxide, oxygen or air is used as the plasma gas of the plasma spraying torch.
【請求項2】 複合型プラズマ溶射トーチの主トーチの
陰極と副トーチの陽極間にアークを発生し、該主トーチ
にプラズマガスとして二酸化炭素を供給し、該主トーチ
の出口から外方に向かってプラズマ炎を主トーチの中心
軸と同心的に噴出し、そのプラズマ炎に粉末状の溶射材
料を供給して、それをプラズマ炎で溶融して高温化する
と共に高速化して溶射母材に衝突することを特徴とする
プラズマ溶射方法。
2. An arc is generated between the cathode of the main torch and the anode of the sub-torch of the composite plasma spray torch, carbon dioxide is supplied to the main torch as plasma gas, and the gas is directed outward from the outlet of the main torch. To eject the plasma flame concentrically with the central axis of the main torch, and to supply the plasma flame with a powdered spray material, which is melted by the plasma flame to raise the temperature and speed, and collides with the spray base material. A plasma spraying method comprising:
【請求項3】 複合型プラズマ溶射トーチの主トーチの
陰極と副トーチの陽極間にアークを発生し、該主トーチ
にプラズマガスとして酸素を供給し、該主トーチの出口
から主トーチの中心軸と同心的に旋回しながら外方に向
かってプラズマ炎を噴出し、そのプラズマ炎に粉末状の
溶射材料を供給して、それをプラズマ炎で溶融して高温
化すると共に高速化して溶射母材に衝突することを特徴
とするプラズマ溶射方法。
3. An arc is generated between the cathode of the main torch and the anode of the sub-torch of the composite plasma spray torch, oxygen is supplied as plasma gas to the main torch, and the central axis of the main torch is discharged from the outlet of the main torch. A plasma flame is ejected outward while swirling concentrically with the powder flame, and a powdered thermal spray material is supplied to the plasma flame. A plasma spraying method, characterized in that the plasma spraying method comprises:
【請求項4】 複合型プラズマ溶射トーチの主トーチの
陰極と副トーチの陽極間にアークを発生し、該主トーチ
にプラズマガスとして空気を供給し、該主トーチの出口
から主トーチの中心軸と同心的に旋回しながら外方に向
かってプラズマ炎を噴出し、そのプラズマ炎に粉末状の
溶射材料を供給して、それをプラズマ炎で溶融して高温
化すると共に高速化して溶射母材に衝突することを特徴
とするプラズマ溶射方法。
4. An arc is generated between the cathode of the main torch and the anode of the auxiliary torch of the hybrid plasma spray torch, air is supplied as plasma gas to the main torch, and the central axis of the main torch is supplied from the outlet of the main torch. A plasma flame is ejected outward while swirling concentrically with the powder flame, and a powdered thermal spray material is supplied to the plasma flame. A plasma spraying method, characterized in that the plasma spraying method comprises:
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006002242A (en) * 2004-06-21 2006-01-05 Ofic Co Plasma thermal spraying device
CN1313237C (en) * 2003-11-10 2007-05-02 中国石油天然气集团公司 Symmetrical arc swing mechanism of full position automatic double welding torch pipeline welder
JP2010043341A (en) * 2008-08-18 2010-02-25 Nihon Ceratec Co Ltd Composite torch type plasma generator
WO2016151826A1 (en) * 2015-03-25 2016-09-29 中国電力株式会社 Plasma thermal spray apparatus

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1313237C (en) * 2003-11-10 2007-05-02 中国石油天然气集团公司 Symmetrical arc swing mechanism of full position automatic double welding torch pipeline welder
JP2006002242A (en) * 2004-06-21 2006-01-05 Ofic Co Plasma thermal spraying device
JP2010043341A (en) * 2008-08-18 2010-02-25 Nihon Ceratec Co Ltd Composite torch type plasma generator
WO2016151826A1 (en) * 2015-03-25 2016-09-29 中国電力株式会社 Plasma thermal spray apparatus
JPWO2016151826A1 (en) * 2015-03-25 2017-04-27 中国電力株式会社 Plasma spraying equipment

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