JPH0798990B2 - 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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- G21B1/11—Details
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- B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
- B05B7/14—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas designed for spraying particulate materials
- B05B7/1481—Spray pistols or apparatus for discharging particulate material
- B05B7/1486—Spray pistols or apparatus for discharging particulate material for spraying particulate material in dry state
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
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- B05B7/16—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed
- B05B7/22—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed electrically, magnetically or electromagnetically, e.g. by arc
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- B23K26/144—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor the fluid stream containing particles, e.g. powder
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- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
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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け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
破壊靱性を有し、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け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
破壊靱性を有し、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。
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。
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。
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くい位置に堆積（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
い位置い堆積するため、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
い位置い堆積するため、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。
別の発明い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
た流れをプレ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脹するのを
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
た流れをプレ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脹するのを
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10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18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10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18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22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
て両側から釣合っ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26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。
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22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
て両側から釣合っ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26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30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24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26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。
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30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24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26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。
粉末導入口20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。
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40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。
し、レーザビーム40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脹能力を
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16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。
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16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。
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。
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、溶融金属およびプレ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10が損傷を受けるおそれがある。
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、溶融金属およびプレ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10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。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、プレ
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。
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、プレ
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。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。
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。
好適な装置10を用い、粒度−200メッシュの合金粒子を
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）718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
化した流量10g/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治金学的に
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。
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）718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
化した流量10g/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治金学的に
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。
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、52……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、52……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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バノン・デイビット・プラット アメリカ合衆国、オハイオ州、ハミルト ン、ミルビル・アベニュー、719番 (56)参考文献 特開 昭62−177166（ＪＰ，Ａ)
Claims (9)
- 【請求項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、 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と平行に流れないようにする
軸線方向閉じ込めガスの供給源を含む、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に交
差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。 - 【請求項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。 - 【請求項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供給手段を含
む請求項１に記載の装置。 - 【請求項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、二酸化炭素およびこれらの
混合物からなる群から選ばれる請求項３に記載の装置。 - 【請求項５】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。 - 【請求項６】供給材料がチタン合金、ニッケル合金、コ
バルト合金、鉄合金および非金属材料からなる群から選
ばれる請求項１に記載の装置。 - 【請求項７】供給材料が酸化アルミニウム、酸化ジルコ
ニウムおよび酸化クロムからなる群から選ばれる請求項
１に記載の装置。 - 【請求項８】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。 - 【請求項９】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を有する請求項１に記載の装置。
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| JPH0798990B2 true JPH0798990B2 (ja) | 1995-10-25 |
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| DE (1) | DE3942049A1 (ja) |
| FR (1) | FR2642673A1 (ja) |
| GB (1) | GB2229196B (ja) |
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| SE (1) | SE9000442L (ja) |
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| US5612099A (en) * | 1995-05-23 | 1997-03-18 | Mcdonnell Douglas Corporation | Method and apparatus for coating a substrate |
| US5814152A (en) * | 1995-05-23 | 1998-09-29 | Mcdonnell Douglas Corporation | Apparatus for coating a substrate |
| DE19606383C2 (de) * | 1996-01-19 | 1998-04-30 | Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt | Pulverbeschichtungseinrichtung |
| US5993549A (en) * | 1996-01-19 | 1999-11-30 | Deutsche Forschungsanstalt Fuer Luft- Und Raumfahrt E.V. | Powder coating apparatus |
| DE19616844B4 (de) * | 1996-04-26 | 2007-07-05 | Aga Ab | Verfahren zum Laserbeschichten sowie zum Laserschweißen von metallischen Werkstücken |
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| DE19643029A1 (de) * | 1996-10-18 | 1998-04-23 | Bayerische Motoren Werke Ag | Verfahren zum Beschichten eines aus einer Aluminium-Legierung bestehenden Bauteils einer Brennkraftmaschine mit Silicium |
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| GB0011284D0 (en) * | 2000-05-11 | 2000-06-28 | Univ Belfast | Coating process |
| US6555180B2 (en) | 2000-06-02 | 2003-04-29 | Vanderbilt University | System and method for direct fabrication of micro/macro scale objects in a vacuum using electromagnetic steering |
| GB0028215D0 (en) * | 2000-11-18 | 2001-01-03 | Rolls Royce Plc | Nickel alloy composition |
| US6495793B2 (en) | 2001-04-12 | 2002-12-17 | General Electric Company | Laser repair method for nickel base superalloys with high gamma prime content |
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| CA2782698C (en) * | 2009-12-04 | 2018-02-13 | The Regents Of The University Of Michigan | Coaxial laser assisted cold spray nozzle |
| US10119195B2 (en) | 2009-12-04 | 2018-11-06 | The Regents Of The University Of Michigan | Multichannel cold spray apparatus |
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| RU2640114C2 (ru) * | 2016-01-22 | 2017-12-26 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Лазерный плазмотрон для осаждения композитных алмазных покрытий |
| CN110424011B (zh) * | 2019-09-06 | 2021-07-30 | 武汉洛克斯模具技术有限公司 | 一种激光熔覆送粉装置 |
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| JPS62177166A (ja) * | 1986-01-30 | 1987-08-04 | Agency Of Ind Science & Technol | レ−ザ溶射法 |
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| JPH0621335B2 (ja) * | 1988-02-24 | 1994-03-23 | 工業技術院長 | レ−ザ溶射法 |
| JPH01249611A (ja) * | 1988-03-31 | 1989-10-04 | Fujikura Ltd | 酸化物系超電導体の製造方法 |
| JPH01249613A (ja) * | 1988-03-31 | 1989-10-04 | Fujikura Ltd | 超電導体の製造方法 |
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- 1989-11-24 IL IL92426A patent/IL92426A0/xx not_active IP Right Cessation
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- 1989-12-20 DE DE3942049A patent/DE3942049A1/de not_active Withdrawn
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1990
- 1990-01-17 FR FR9000503A patent/FR2642673A1/fr active Pending
- 1990-02-01 CA CA002009128A patent/CA2009128C/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-02-06 GB GB9002568A patent/GB2229196B/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-02-07 SE SE9000442A patent/SE9000442L/xx not_active Application Discontinuation
- 1990-02-08 JP JP2027346A patent/JPH0798990B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| GB9002568D0 (en) | 1990-04-04 |
| US4958058A (en) | 1990-09-18 |
| IL92426A0 (en) | 1990-07-26 |
| GB2229196A (en) | 1990-09-19 |
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| SE9000442L (sv) | 1990-08-09 |
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