JPH06504227A - 融点以下である搬送過程粉末粒温度を利用した熱スプレー法 - Google Patents
融点以下である搬送過程粉末粒温度を利用した熱スプレー法Info
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Abstract
Description
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1。熱スプレー法であって、 限定された容積のコンバスチョンチャンバー内で上昇した圧力にて燃料と酸化剤 を連続的に燃焼させ、長いノズル内で少なくとも音速の熱ガス流を発生させ、さ らに該熱ガス流の超音速ジェット流を発生させ、コーティング対象物表面に方向 誘導するステップと、前記流体に粉末材料を供給し、該流体にて加熱し、高速に て前記対象物表面に衝突させるステップと、 を有しており、 前記粉末材料を前記ジェット流にて加熱する前記ステップは該粉末粒をその融点 以下の温度に上昇させるように制御していることを特徴とし、前記スプレー法は さらに前記粒子が前記対象物に到達するまでの搬送過程における該粒子の温度を 前記融点以下に維持し、該対象物に衝突する該粒子に充分な速度を付与してその 衝突エネルギーを熱に変換し、該粒子の温度をその溶融温度にまで高め、この粉 末材料を溶融して前記対象物表面に高密度のコーティング層を形成する ことを特徴とする熱スプレー法。 2。前記粉末材料を前記流体に供給するステップは、前記ガス体の充分な膨張が 該流体の温度をスプレーされる該材料の融点以下の温度に下げている該流体に沿 ったポイントにて該粉末材料を該流体に供給することを特徴とする請求項1記載 の熱スプレー法。 3。前記酸化剤は空気であることを特徴とする請求項1記載の熱スプレー法。 4。前記酸化剤は空気と純粋酸素との混合物であることを特徴とする請求項1記 載の熱スプレー法。 5。前記酸化剤は純粋酸素であることを特徴とする請求項1記載の熱スプレー法 。 6。前記燃料及び酸化剤を非常に高い燃焼圧力にて燃焼させるが、前記対象体に 衝突する前記粉末材料の固体粒子の温度を該粒子の溶融を生じさせてコーティン グ層を形成するに充分な衝突エネルギー値が達成される程度に可能な限り低温度 にすることを特徴とする請求項1記載の熱スプレー法。 7。前記燃焼は250psig以上の圧力下で実施されることを特徴とする請求 項6記載の熱スプレー法。 8。前記燃焼は500psig以上の圧力下で実施されることを特徴とする請求 項6記載の熱スプレー法。 9。前記燃焼は1,000psig以上の圧力下で実施されることを特徴とする 請求項6記載の熱スプレー法。 10。前記粉末粒子をその融点以下に加熱する前記加熱ステップは第1高温ジェ ット流を使用して行い、さらに第2高速ジェット流を使用して加熱された固体粒 子を前記対象物に加速誘導することを特徴とする請求項1記載の熱スプレー法。 11。熱スプレー法であって、 高圧にてプラズマトーチを作動させ、熱ジェット流を発生させて長いノズルから 噴出し、該ジェット流をコーティングされる対象物に方向誘導するステップと、 前記流体に粉末材料を供給し、該流体により加熱させ、該対象物表面に高速で衝 突させるステップと、 を有しており、 前記粉末材料を前記ジェット流にて加熱する前記ステップを該粉末粒子の融点以 下の温度に上昇させるように製御することを特徴とし、 さらに前記粒子が前記対象物に到達するまでの搬送過程における該粒子の温度を 前記融点以下に維持し、該対象物に衝突する該粒子に充分な速度を付与し、その 衝突エネルギーが該粒子をさらに加熱して該粒子の温度をその溶融温度にまで高 め、この粉末材料を溶融して前記対象物表面に高密度のコーティング層を形成す る ことを特徴とする熱スプレー法。 12。前記粉末材料を前記プラズマ熱ジェット流に供給する前記ステップは該粉 末材料を該流体の温度がスプレーされる該材料の融点よりも低いポイントにて該 流体に供給することを特徴とする請求項11記載の熱スプレー法。 13。プラズマトーチの電気アークによる加熱直前の前記ガス圧力は100ps ig以上であることを特徴とする請求項11記載の熱スプレー法。 14。スプレーされる前記粉末は異なる融点を有する少なくとも2種類の材料の 混合物であり、衝突すると低い方の融点を有する材料が溶融し、高い方の融点を 有する材料は本方法を通して固体のままであることを特徴とする請求項1記載の 熱スプレー法。 15。スプレーされる前記粉末は異なる融点を有する少なくとも2種類の材料の 混合物であり、衝突した際に低い方の融点を有する材料が溶融し、高い方の融点 を有する材料は本方法を通じて固体のままであることを特徴とする請求項11記 載の熱スプレー法。 16。スプレーされる前記粉末はタングステンカーバイドとコバルトの混合物で あり、衝突によって該コバルトのみが溶融することを特徴とする請求項1記載の 熱スプレー法。 17。スプレーされる前記粉末はタングステンカーバイドとコバルトの混合物で あり、衝突によって該コバルトのみが溶融することを特徴とする請求項11記載 の熱スプレー法。 18。前記粉末材料を加熱する前記ステップは高温測定法による該粉末材料の加 熱であって、該粒子を含む加熱粒子流を該粉末材料の融点近辺であってそれ以下 の温度に維持することを特徴とする請求項1記載の熱スプレー法。 19。前記粉末材料を加熱する前記ステップは高温測定法による該粉末材料の加 熱であって、該粒子を含む加熱粒子流を該粉末材料の融点近辺であってそれ以下 の温度に維持することを特徴とする請求項11記載の熱スプレー法。 20。前記粉末材料の速度は衝突エネルギーが充分に大きく、該粉末材料の衝突 する粒子と衝突される前記対象物の材料との間の冶金的結合を生じさせることを 特徴とする請求項1記載の熱スプレー法。 21。前記粉末材料の速度は衝突エネルギーが充分に大きく、該粉末材料の衝突 する粒子と衝突される前記対象物の材料との間の冶金的結合を生じさせることを 特徴とする請求項11記載の熱スプレー法。 22。閉鎖式コンバスチョンチャンバーを形成するコンバスターを含む部材を有 する再生的に(regeneratively)冷却されたインターナルバーナ ーを使用したフレームスプレー法であって、圧搾空気を前記部材の臨界的に(c ritically)加熱されたバーナーエレメントと接触状態で通過させて冷 却剤/酸化剤としての該圧搾空気で前記バーナーを冷却し、ガス燃料あるいは液 体燃料と共に該冷却剤/酸化剤を前記コンバスチョンチャンバーに供給し、該圧 搾空気を該閉鎖式コンバスチョンチャンバー内に供給するに先立ち該冷媒空気流 を再生的に高温加熱すると同時に前記エレメントの適当な冷却を行い、該閉鎖式 コンバスチョンチャンバー内の急速燃焼反応に作用させるステップと、 前記コンバスターのターミナルフェースからの燃焼による熱ガス産物をL/D比 3以上のボアを有する限定ノズルを適して膨張させるステップと、 スプレーされる材料の扮末流を少なくとも前記ノズルボアの入口付近のポイント にて前記燃焼産物の前記熱ガス流内に通過させるステップと、 を有しており、 前記熱ガス流は前記粒子を少なくとも可塑的状態にまで加熱し、同時に該粒子を 秒速1,500ft/sec以上に加速して、前記限定ノズル出口の下流に存在 するスプレーコーティング対象基材の表面に衝突させることを特徴とするフレー ム(flame)スプレー法。 23。前記粉末を通過させるステップは、取替え可能なノズルエレメント内に包 含されている数個の注入穴のうち所定の1穴を通して前記粒子をコールドガス流 によって前記燃焼の高速産物内に注入するステップを有しており、該所定の注入 穴は前記バーナー部材内に包含されている粉末供給システム通路に前記限定ノズ ルを回転させて位置合わせすることで選択されることを特徴とする請求項22記 載のフレームスプレー法。 24。前記数個の注入穴は前記限定ノズルボアの軸に対して異なる注入角にて前 記ノズルエレメントに包含されており、前記粉末を通過させるステップは該ノズ ルエレメントを前記部材の通路と回転させてアラインさせるステップを有してお り、前記粒子流を望む方向で前記ノズルボア内に供給することを特徴とする請求 項23記載のフレームスプレー法。 25。水滴の浮遊体を前記圧搾空気流に追加するステップをさらに有しており、 前記エレメントに冷却フィルム層を付与して冷却を促進するために霧状体を形成 し、前記コンパスターの燃焼圧力を該霧状体が存在しないときには再生的空気冷 却が前記バーナーを有している1個あるいは複数のエレメントに対する熱影響を 防止するには不十分である程度に増加可能であり、前記霧状体を形成する水滴量 を制御して前記コンバスチョンチャンバーで空気と燃料の混合体の適正な燃焼反 応を確実なものとすることを特徴とする請求項22記載のフレームスプレー法。 26。前記コンバスチョンチャンバー内に圧搾空気流内に純粋酸素を混合させて 追加的酸素を導入するステップをさらに有しており、圧搾空気に対する霧状体の 量が前記燃焼反応に悪影響を及ぼさないようにすることを特徴とする請求項25 記載のフレームスプレー法。 27。300psigを越える圧力での空気燃料混合体燃焼中に前記コンバスチ ョンチャンバー内の圧力を維持するステップをさらに有していることを特徴とす る、含有されている水の霧状体によって増強された圧搾空気流による前記インタ ーナルバーナーの再生的冷却を利用している請求項25記載のフレームスプレー 法。 28。500psigを越える圧力での空気燃料混合体燃焼中に前記コンバスチ ョンチャンバー内の圧力を維持するステップをさらに有していることを特徴とす る請求項25に記載のフレームスプレー法。 29。前記コンバスチョンチャンバーに追加的注入空気流を追加し、前記主体バ ーナーエレメントの増強された冷却を達成するステップと、該エレメントの少な くとも1つに対する熱影響を防止し、前記コンバスチョンチャンバー内に燃料を 注入するに先だって化学量を越える空気流を外気に放出するステップとをさらに 有していることを特徴とする請求項22記載のフレームスプレー法。 30。少なくとも前記インターナルバーナーの熱せられるバーナーエレメントの 放射状外部表面を断熱するステップをさらに有しており、前記閉鎖コンバスチョ ンチャンバー内への注入に先だつ前記冷却空気流と、前記限定ノズルを通過する 前記コンバスターの前記ターミナルフェースからの膨張する燃焼の熱ガス産物と の間での再生的熱交換を増強させることを特徴とする請求項22記載のフレーム スプレー法。 31。前記コンバスチョンチャンバーの長さと直径の比は2:1以下であること を特徴とする請求項22記載のフレームスプレー法。 32。前記限定ノズルの内部面をカ氏1,200度以上にて使用し、再生的冷却 システムでの粉末材料のフレームスプレー機能を向上させ、前記長いノズルボア を通過して前記高速ガス流から冷却剤に対する熱損失を減少させ、さらに前記ス プレー材料から前記長い限定ノズルのボア内壁に対する幅射熱損失を減少させる ことを特徴とする請求項22記載のフレームスプレー法。 33。前記限定ノズルの放射状外部面を断熱するステップと、前記圧搾空気を前 記主体の臨界的に加熱されたバーナーエレメントと接触させる前に該限定ノズル の放射状外部面と接触するように通過させるステプとをさらに有しており、該圧 搾空気と前記限定ノズルを通過する膨張する燃焼の熱ガス産物との間の再生的熱 交換を増強させることを特徴とする請求項30記載のフレームスプレー法。
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