JPH07135090A - 溶射トーチ - Google Patents

溶射トーチ

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JPH07135090A
JPH07135090A JP5281210A JP28121093A JPH07135090A JP H07135090 A JPH07135090 A JP H07135090A JP 5281210 A JP5281210 A JP 5281210A JP 28121093 A JP28121093 A JP 28121093A JP H07135090 A JPH07135090 A JP H07135090A
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JP
Japan
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thermal spray
nozzle
spray material
anode
torch
Prior art date
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Pending
Application number
JP5281210A
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English (en)
Inventor
Tetsuya Shiratori
哲也 白鳥
Shigeo Suzuki
茂夫 鈴木
Mitsuo Asabe
光男 浅辺
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶射中での溶射材料の溶射トーチノズル内壁
への付着、および「たれ」の発生を防止する。 【構成】 例えば銅からなる陽極1と、先端が例えばタ
ングステンからなる陰極2との間でアーク3を発生さ
せ、後方から供給される作動ガス4をこれにより熱する
ことにより高温プラズマジェット5として前記陽極1の
ノズル部1aから噴出させる。こで前記ノズル部1aの前
記溶射材料搬送穴8からノズル出口にいたる部分はセラ
ミックス材料1bにて形成しているので、ノズル部1aの
内壁面の温度としては比較的高温に保つことが可能であ
る。したがって、前記溶射材料7のうち前記陽極1のノ
ズル部1aの壁面に沿って下流へ流動するものが発生し
ても、ノズル部1a壁面との接触により融点以下に冷却
されることはなく、ノズル内で固化し難くなる。また溶
射膜自身、金属に比べセラミックスに対しての方が付着
し難く、その結果、ノズル内部での滞りも非常に少なく
なる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、特にセラミックス等、
高融点材料を溶射する溶射トーチに関するものであり、
詳しくは溶射中での溶射材料の溶射トーチノズル内壁へ
の付着、および「たれ」の発生を防止する溶射トーチに
関するものである。
【0002】
【従来の技術】以下、図面を参照しながら、従来の溶射
トーチの一例について説明する。
【0003】図4は一般的な溶射トーチの一例の要部断
面図である。例えば、銅からなる陽極1と先端が例えば
タングステンからなる陰極2との間でアーク3を発生さ
せ、後方から供給される作動ガス4をこれにより熱する
ことにより、高温プラズマジェット5として前記陽極1
のノズル部1aから噴出させる。
【0004】この状態で搬送ガス6により粉末等固体の
溶射材料7を溶射材料搬送穴8を通じて前記高温プラズ
マジェット5中へ投入・溶融させ、液体微粒子9として
素材10の表面に高速度で衝突させ、偏平粒子11aの積層
により溶射被膜11を形成する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな溶射トーチでは、以下に述べるような問題点を有し
ていた。図5は図4の問題点を説明する一部拡大図であ
り、図5に示すように、前記溶射材料搬送穴8内の現象
は傾斜管内固気2相流となり、前記溶射材料搬送穴8内
での、前記搬送ガス6単体の速度分布および前記溶射材
料7の重力による密度分布の発生等により、一般的に前
記溶射材料7の搬送速度は前記溶射材料搬送穴8内部で
分布が発生し、その出口において半径方向に分布をもっ
たものとなってしまう。このため、前記溶射材料搬送穴
8の下壁面を摺動・通過した前記溶射材料7aは前記溶
射材料搬送穴8の中央部を通過した溶射材料7bに比
べ、前記溶射材料搬送穴出口での噴出速度は小さくなっ
てしまい、前記溶射材料7aは前記高温プラズマジェッ
ト5内へ勢いよく投入されず、前記陽極1のノズル部1
aの壁面に沿って下流へ流動する。
【0006】ここで、陽極1および陰極2は内部を冷却
することにより、発生する高温プラズマジェット5の熱
による溶融を防止しているが、一般に陽極は銅など金属
材料が用いられており、その融点は1000℃前後であり、
冷却も前記ノズル部1aの表面温度が融点を超えないよ
うに行われる。
【0007】しかしながら、前記溶射材料7の融点は、
例えばセラミックス材料の場合、2000℃程度であるの
で、前記溶射材料7は前記高温プラズマジェット5によ
り一旦は加熱され溶融するが、ノズル部1aの内壁面に
沿って接触しながら流動する過程において融点以下に急
激に冷却され、内壁面もしくはノズル部1aの出口部エ
ッジに7c,7dのように固化・付着してしまう。
【0008】ここでノズル部1aの内壁面および出口部
エッジに溶射材料が、7c,7dのように固化・付着して
しまうと前記高温プラズマジェット5の流れは乱され、
その形状は非常に不安定となり、溶射材料7の溶融状態
も不安定となってしまう。そして結果として形成された
溶射被膜11は膜厚精度の非常に悪いものとなっていた。
【0009】さらに、ノズル出口エッジ部に固化・付着
した前記溶射材料7dは、溶射中につらら状に成長する
とともに、高温プラズマジェット5により再加熱・溶融
され、ある大きさになったところで飛散し、素材10に付
着してしまい膜質を著しく低下させていた。
【0010】本発明は上記問題点に鑑み、溶射中での溶
射材料の溶射トーチノズル内壁への付着、および「た
れ」の発生を防止する溶射トーチを提供することを目的
とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
し、目的を達成するために、第1の手段は、少なくと
も、陰極と、溶射材料を搬送する溶射材料搬送穴が設け
られている陽極とからなるプラズマ溶射装置の溶射トー
チにおいて、前記陽極のノズル内壁の少なくとも前記溶
射材料搬送穴部からノズル出口にいたる部分をセラミッ
クス材料にて形成したことを特徴とする。
【0012】また第2の手段は、少なくとも、陰極と、
溶射材料を搬送する溶射材料搬送穴が設けられている陽
極とからなるプラズマ溶射装置の溶射トーチにおいて、
前記陽極のノズル出口エッジ部を面取り加工した面取り
部を有することを特徴とする。
【0013】さらに、第3の手段は、少なくとも、陰極
と、溶射材料を搬送する溶射材料搬送穴が設けられてい
る陽極とからなるプラズマ溶射装置の溶射トーチにおい
て、前記陽極のノズル内壁の少なくとも前記溶射材料搬
送穴部からノズル出口にいたる部分をセラミックス材料
にて形成し、かつノズル出口エッジ部を面取り加工した
面取り部を有することを特徴とする。
【0014】
【作用】本発明の第1の手段によれば、陽極のノズル内
壁の少なくとも溶射材料搬送穴部からノズル出口にいた
る部分をセラミックス材料にて形成したことにより、ノ
ズル内壁の耐熱温度は向上するので、ノズル内壁、特に
溶射材料搬送穴部からノズル出口にいたる部分の表面を
比較的高温に保つことが可能となる。その結果、溶射材
料搬送穴下部を通過した溶射材料がノズル内壁に沿って
流動しても、壁面との接触により著しく冷却されること
はなく、ノズル内で固化し難くなる。また溶射膜自身、
金属に比べセラミックスに対しての方が付着し難く、そ
の結果、ノズル内部での滞りも非常に少なくなる。
【0015】また、本発明の第2の手段によれば、陽極
のノズルノズル出口エッジ部を面取り加工した面取り部
を有することにより、溶射材料搬送穴から噴出した噴出
速度の小さい溶射材料は、ノズル内壁に沿って流動し固
化・付着するが、その位置は面取り部分となりプラズマ
ジェットの流れを乱すことがなくなる。
【0016】さらに本発明の第3の手段によれば、陽極
のノズル内壁の少なくとも前記溶射材料搬送穴部からノ
ズル出口にいたる部分をセラミックス材料にて形成し、
かつノズル出口エッジ部を面取り加工した面取り部を有
することにより、ノズル内壁の耐熱温度は向上するの
で、ノズル内壁、特に溶射材料搬送穴部からノズル出口
にいたる部分の表面を比較的高温に保つことが可能とな
る。その結果、溶射材料搬送穴下部を通過した溶射材料
がノズル内壁に沿って流動しても、壁面との接触により
著しく冷却されることはなく、ノズル内で固化し難くな
る。また溶射膜自身、金属に比べセラミックスに対して
の方が付着し難く、その結果、ノズル内部での滞りも非
常に少なくなる。また、たとえ固化・付着したとして
も、その位置は面取り部分となりプラズマジェットの流
れを乱すことがなくなる。
【0017】
【実施例】以下、本発明の各実施例の溶射トーチについ
て、図面を参照しながら説明する。
【0018】図1は本発明の第1の実施例の溶射トーチ
の要部断面図である。例えば、銅からなる陽極1と、先
端が例えばタングステンからなる陰極2との間でアーク
3を発生させ、後方から供給される作動ガス4をこれに
より熱することにより高温プラズマジェット5として前
記陽極1のノズル部1aから噴出させる。
【0019】ここで前記ノズル部1aの前記溶射材料搬
送穴8からノズル出口にいたる部分はセラミックス材料
1bにて形成していることを特徴とする。
【0020】この状態で搬送ガス6により粉末等固体の
溶射材料7を溶射材料搬送穴8を通じて前記高温プラズ
マジェット5中へ投入・溶融させ、液体微粒子9として
素材10の表面に高速度で衝突させ、偏平粒子11aの積層
により溶射被膜11を形成する。
【0021】ここで、陽極1および陰極2は内部を冷却
することにより、発生する高温プラズマジェットによる
加熱・溶融を防止しているが、ノズル部1aの内壁はセ
ラミックス材料1bとしているので、ノズル部1aの内壁
面の温度としては比較的高温に保つことが可能である。
例えば、前記溶射材料7としてアルミナを用いる場合、
その融点は約2000℃であるが、そのような場合、前記ノ
ズル部1aのセラミック材料1bとしては、例えば融点が
約2600℃のジルコニア等を用いれば、陽極1のセラミッ
クス材料1b以外の金属部分は、その融点以下に冷却し
つつ、かつノズル部1aの内壁面の温度は溶射材料7の
融点以上とするといった状態が可能である。
【0022】したがって、前記溶射材料7のうち前記陽
極1のノズル部1aの壁面に沿って下流へ流動するもの
が発生しても、ノズル部1aの内壁面との接触により融
点以下に冷却されることはなく、ノズル内で固化し難く
なる。また溶射膜自身、金属に比べセラミックスに対し
ての方が付着し難く、ノズル内部での滞りも非常に少な
くなる。
【0023】その結果、前記高温プラズマジェット5の
流れは乱されることがなく、形状は安定し、形成された
溶射被膜11の膜厚精度・膜質も非常に良くなった。
【0024】ここでセラミックス材料1bの形成方法と
しては、別部品として加工した後、陽極1にはめ込む方
法でもよいし、製膜方法で陽極1のノズル部1aの内壁
をコーティングする方法でもよい。
【0025】図2は本発明の第2の実施例の溶射トーチ
の要部断面図である。本発明の第1の実施例と同様の動
作を行うものについては同一の番号を付した。
【0026】陽極1のノズル部1aの出口エッジ部分に
はCもしくはRの面取り加工が施され面取り部1Aが形
成されており、溶射材料搬送穴8から噴出した噴出速度
の小さい溶射材料は、ノズル部1aの内壁に沿って流動
し固化・付着する(図中7c)が、その位置は面取り部1
Aとなり、高温プラズマジェット5の流れを乱すことは
ない。
【0027】面取りの大きさについては最大、溶射材料
搬送穴8からノズル出口にかけての部分とすることがで
きるが、高温プラズマジェット5として必要な助走区間
との兼ね合いを考慮しつつ最適な大きさとすることが望
ましい。
【0028】図3は本発明の第3の実施例の溶射トーチ
の要部断面図である。本発明の第1および第2の実施例
と同様の動作を行うものについては同一の番号を付し
た。
【0029】陽極1はノズル部1aの内壁の少なくとも
前記溶射材料搬送穴8からノズル出口にいたる部分をセ
ラミックス材料1bにて形成し、かつノズル出口エッジ
部を面取り加工した面取り部1Aを有する構造である。
【0030】この構造によると、ノズル部1aの内壁の
耐熱温度は向上し、ノズル部1aの内壁、特に溶射材料
搬送穴8からノズル出口にいたる部分の表面を比較的高
温に保つことができ、溶射材料搬送穴8の下部を通過し
た吐出速度の遅い溶射材料がノズル部1aの内壁に沿っ
て流動しても、壁面との接触により著しく冷却されるこ
とはなく、ノズル部1a内で固化し難くなる。また溶射
膜自身、金属に比べセラミックスに対しての方が付着し
難く、その結果、ノズル内部での滞りも非常に少なくな
る。また、たとえ固化・付着したとしても、その位置は
面取り部分となり高温プラズマジェット5の流れを乱す
ことがなくなる。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の溶射トー
チは、溶射中での溶射材料の溶射トーチノズル内壁への
付着、および「たれ」の発生を防止し、プラズマジェッ
トの安定発生を可能とした。その結果、膜厚精度,膜質
の安定した溶射膜の形成を可能ならしめた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の溶射トーチの要部断面
図である。
【図2】本発明の第2の実施例の溶射トーチの要部断面
図である。
【図3】本発明の第3の実施例の溶射トーチの要部断面
図である。
【図4】従来の一般的な溶射トーチの一例の要部断面図
である。
【図5】図4の溶射トーチにおける問題点を説明する一
部拡大図である。
【符号の説明】
1…陽極、 1A…面取り部、 1a…ノズル部、 1b
…セラミックス材料、2…陰極、 7…溶射材料、 8
…溶射材料搬送穴。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも、陰極と、溶射材料を搬送す
    る溶射材料搬送穴が設けられている陽極とからなるプラ
    ズマ溶射装置の溶射トーチにおいて、前記陽極のノズル
    内壁の少なくとも前記溶射材料搬送穴部からノズル出口
    にいたる部分をセラミックス材料にて形成したことを特
    徴とする溶射トーチ。
  2. 【請求項2】 少なくとも、陰極と、溶射材料を搬送す
    る溶射材料搬送穴が設けられている陽極とからなるプラ
    ズマ溶射装置の溶射トーチにおいて、前記陽極のノズル
    出口エッジ部を面取り加工した面取り部を有することを
    特徴とする溶射トーチ。
  3. 【請求項3】 少なくとも、陰極と、溶射材料を搬送す
    る溶射材料搬送穴が設けられている陽極とからなるプラ
    ズマ溶射装置の溶射トーチにおいて、前記陽極のノズル
    内壁の少なくとも前記溶射材料搬送穴部からノズル出口
    にいたる部分をセラミックス材料にて形成し、かつノズ
    ル出口エッジ部を面取り加工した面取り部を有すること
    を特徴とする溶射トーチ。
  4. 【請求項4】 前記セラミックス材料は、その融点が前
    記溶射材料の融点より高いことを特徴とする請求項1ま
    たは3記載の溶射トーチ。
  5. 【請求項5】 前記面取り加工された面取り部は、前記
    溶射溶射材料搬送穴からノズル出口にいたる部分に行っ
    たことを特徴とする請求項2または3記載の溶射トー
    チ。
JP5281210A 1993-11-10 1993-11-10 溶射トーチ Pending JPH07135090A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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