JPH09148094A - プラズマ溶射トーチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来形のプラズマ溶射トーチでは溶射材料が
粉末又は線材のいずれを用いた場合にも、その供給方向
はプラズマジェットの流れの方向に対してほぼ直角であ
った。従って、プラズマジェット中の溶射粒子の飛行挙
動は不均一となり、均質な皮膜の形成を阻害していた。 【解決手段】 本発明のプラズマ溶射トーチは、内面を
電気的に絶縁した中空陰極２２と陽極ノズル２１とから
なるものにおいて、前記陽極ノズルの外周に磁石２６を
配置するとともに、中空陰極２２の孔から溶射材料線材
２７をプラズマジェット中に供給することを特徴として
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は表面被覆や材料合成
などのためのプラズマ溶射に用いられるプラズマ溶射ト
−チに関する。なお、プラズマ溶射は、ボイラ、タ−ビ
ンなどの耐摩耗、耐腐食コ−ティングまたは固体電解質
型燃料電池の製造に用いられる。

【０００２】

【従来の技術】従来のプラズマ溶射ト−チは、陰極と陽
極ノズルとの間に発生させた直流ア−ク放電によって陽
極ノズルから高温、高速のプラズマジェットを噴出し、
このプラズマジェットの流れとほぼ直角方向に溶射材料
粉末または線材を提供して溶射するものであった。図２
は従来のプラズマ溶射ト−チの概略の構造を示す。１１
は銅合金の陽極ノズルであり水冷されている。１２はタ
ングステン陰極である。陽極ノズル１１と陰極１２は図
示されない直流電源の正極と負極にそれぞれせつぞくさ
れている。

【０００３】１３は陽極ノズル１１と陰極１２で構成さ
れるプラズマ発生室１４にプラズマ作動ガスを提供する
プラズマガス供給口である。該プラズマ発生室に発生し
たア−クプラズマは陽極ノズル口１５からプラズマジェ
ットとなって噴出する。１６は粉末供給ポ−トであり溶
射材料粉末をプラズマジェットへ供給する。該粉末粒子
はプラズマジェットによって加熱、加速され基材表面に
衝突し皮膜を形成する。溶射材料が線材の場合も基本的
にはそのプラズマ溶射ト−チの構造は図２と同様であ
り、粉末供給ポ−ト１６が線材供給口となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のプラズマ溶射ト
−チでは、溶射材料が粉末または線材のいずれを用いた
場合にも、その供給方向はプラズマジェットの流れ方向
に対してほぼ直角である。従って、プラズマジェット中
の溶射粒子の飛行挙動は不均一となり均質な皮膜の形成
を阻害していた。

【０００５】特に溶射材料が粉末の場合はその傾向が強
い。つまり、粉末粒子がプラズマジェットに供給される
際にそれぞれの粉子の大きさ、形態、供給速度などが異
なるために粒子の飛行挙動は不均一となる。

【０００６】また、溶射材料が線材の場合は、プラズマ
ジェットへの線材の供給位置の微妙なずれが、線材の溶
融条件を変えるため、溶射粒子の形成が不安定となり易
い。また、いずれの材料を用いた場合においても、溶射
材料のプラズマジェットへの供給は、その高温部から離
れた位置であるため、材料の溶融効率が低い。

【０００７】本発明のプラズマ溶射ト−チは、従来のプ
ラズマ溶射ト−チが抱えている皮膜の不均質性、溶射材
料の溶融効率の低さという問題点を解決し、高効率で高
い皮膜品質を実現できる新しいプラズマ溶射ト−チを提
供するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、内面を電気的
に絶縁した中空陰極２２と陽極ノズル２１とからなるプ
ラズマ溶射ト−チにおいて、前記陽極ノズルの外周に磁
石２６を配置するとともに、前記中空陰極の孔から溶射
材料の線材２７をプラズマジェット中に供給することを
特徴としている。

【０００９】本発明では溶射材料を線材とすることによ
り、粉末材料の場合のように粒子の直径、形態などの不
均一性をなくすことができる。この線材を中空陰極の孔
からプラズマジェットの最高温度部へ供給することによ
り溶融効率を著しく高めることができる。また線材を用
いることにより溶射粒子は線材から生成された溶融粒子
のみによって形成されるため、粉末を用いた場合のよう
に未溶融粒子は存在しない。従って、形成される皮膜は
極めて高い品質のものとなる。

【００１０】一般に中空陰極を用いたプラズマ溶射ト−
チによるプラズマジェットは非常に不安定となる。これ
は陰極点が非定常的に移動したり、一箇所に固定してプ
ラズマジェットの流れ方向が不安定であったり、中心軸
からずれたりするためである。

【００１１】よって本発明では陽極ノズルの外周部に磁
石を配置し、プラズマア−クと磁石との相互作用つまり
ロ−レンツ力によってプラズマア−クを陰極を軸にして
回転させることによりプラズマジェットを安定的に発生
させることができるようにしている。またプラズマア−
クと磁束との相互作用に溶射材料の線材が影響を及ぼし
プラズマジェットを不安定にしないように、中空陰極の
孔の内面には絶縁物質が配置されている。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下図１を参照して本発明の実施
の形態について説明する。本発明は溶射材料の溶融効率
が高く、成膜速度が早く、材料の付着効率が高く、得ら
れる皮膜の品質が従来のものと比較して著しく向上する
ものをねらっている。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の第１実施例を示す。２１は銅
合金の陽極ノズルであり水冷されている。２２は中空陰
極でありトリウム入りタングステンを用いている。２２
ａは中空陰極２２の孔の内面に配置された絶縁層であ
り、耐熱性が優れた炭化珪素を用いている。２３は陽極
ノズル２１と中空陰極２２で構成されたプラズマ発生室
２４にプラズマ作動ガスを供給するプラズマガス供給口
である。

【００１４】２５は陽極ノズル口であり、ここから高
温、高速のプラズマジェットが噴出する。２６は陽極ノ
ズル２１の外周部に設置された電磁コイルである。２７
は図示されないワイヤ供給装置から中空陰極の孔を通っ
てきた溶射材料の線材であり、材質は５０Ｎｉ−５０Ｃ
ｒ（Ｗｔ％）で線径は１．６ｍｍとした。

【００１５】プラズマ溶射ト−チの作動は先ず、プラズ
マガス供給口２３からＡｒを３０ｌ／ｍｉｎ供給し、陽
極ノズル２１と中空陰極２２との間にプラズマア−クを
発生させる。この時のプラズマア−ク電流は８００Ａ、
プラズマア−ク電圧は３７Ｖであり、電磁コイル２６に
は８Ａの電流を流した。このようにして発生したプラズ
マジェットに溶射材料の線材を８ｋｇ／ｈの供給速度で
送った。この時のプラズマジェットは非常に安定してお
り、スプレイパタ−ンも安定し高い密度の溶射粒子群が
観察された。

【００１６】これにより形成された皮膜の組織を観察し
た結果、皮膜は緻密であり、未溶融粒子は存在せず非常
に均質な組織を呈していた。溶射材料の線材としては、
前記実施例の他にも多くの材料が適用される。例えば各
種ステンレス鋼、銅合金、アルミニウム合金などの他に
も各種高質合金やステライト合金にも適用される。また
セラミックスについても被覆材を用いて複合ワイヤとす
ることで溶射可能となる。

【００１７】

【発明の効果】本発明に係るプラズマ溶射ト−チによれ
ば、溶射材料の溶融効率が高いため成膜速度が早く、ま
た材料の付着効率も高く、溶射を高能率且つ高効率で実
施することができ、経済的な効果は非常に高い。また、
得られる皮膜の品質は従来品と比較して著しく向上し、
その産業界における商品価値は顕著である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係わる全構成説明図。

【図２】従来例の図１応当図。

【符号の説明】

２１…陽極ノズル、２２…中空陰極、２２ａ…絶縁層、
２３…プラズマガス供給口、２４…プラズマ発生室、２
５…陽極ノズル口、２６…電磁コイル（磁石）、２７…
線材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内面を電気的に絶縁した中空陰極（２
   ２）と陽極ノズル（２１）とからなるプラズマ溶射ト−
   チにおいて、前記陽極ノズルの外周に磁石（２６）を配
   置するとともに、前記中空陰極の孔から溶射材料の線材
   （２７）をプラズマジェット中に供給することを特徴と
   するプラズマ溶射ト−チ。