KR100234574B1 - 유체 제트의 층류 차단 방법 - Google Patents

유체 제트의 층류 차단 방법 Download PDF

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조안 엠. 젤사
프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
로버트 지. 호헨스타인
도로시 엠. 보어
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Abstract

본 발명은 난류 유체를 차단하기 위한 공정 및 시스템에 관한 것으로, 바람직하게는 다공성 벽으로 부터 난류 유체 스트림의 흐름방향에 가로질러 차단 기체의 층상 흐름을 방사하는 단계를 포함한다. 난류 유체 스트림은 매우 고온이며, 코팅 물질을 가질 수 있다. 물질의 표면에서 난류 유체 스트림을 배향하거나 돌출시킴으로서 가열된 코팅 물질이 물질 표면에 침착된다.

Description

유체 제트의 층류 차단 방법
제1도, 제2도 및 제3도는 본 발명에 따라 각각 불활성 기체로 난류를 차단하기에 유용한 바람직한 실시예를 나타내는 도면이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 노즐 3 : 운반 수단
5 : 기판 13 : 플리넘
15 : 다공성 확산벽 17 : 외부표면
19 : 통로 21 : 직경
22 : 길이 25 : 깊이
27 : 망사 29 : 금속 커버
33 : 노즐 이격 거리
본 발명은 일반적으로 플라즈마 스프레이 용착과 같은 다양한 공업적 적용에 사용되는 유체 차단 방법 및 장치에 관한 것이다.
유체 스트림은 오염을 방지하기 위하여 많은 공업적 공정에서 주변 환경으로부터 차단된다. 차단은 전형적으로 불활성 기체와 같은 차단 유체에 의해 유체 스트림을 둘러싸고 행해진다. 차단 유체는 유체 스트림의 주변 환경내의 산소와 같은 반응성 기체가 유체 스트림으로 침투되는 것을 방지한다.
미합중국 특허 제3,470,347호는 플라즈마 방전 코팅 토치를 사용하여 기판상에 실질적으로 산소가 없는 피막을 형성시키는 방법을 기재하고 있다. 토치는 기판상에 용착되는 피복 물질을 운반하는 높은 점도, 높은 에너지의 방전 용출액을 제공하도록 제한된 노즐 구멍을 통해 아아크 플라즈마를 생성한다. 용출액은 특정한 너비 및 특정한 전방 추진력을 가지는 일정한 난류의 동축 환상 차단 기체 스트림에 의해 둘러싸여 환경으로부터 보호된다. 그러나, 동축 환상 차단 기체 스트림은 단지 짧은 거리에 대해서 피복 물질을 함유하는 용출액을 보호할 수 있을 뿐이다. 피복되는 기판이 토치로부터 너무 멀리 위치하는 경우, 용축액내의 피복 물질은 기판에 용착되기 전에 산화된다. 더욱이, 미합중국 특허 제5,154,354호에 따른 이러한 동축 환상 차단 스트림은 부분적인 횡방향의 바람에 의해 교란되기가 쉽다. 차단 기체의 흐름의 교란되면 공기가 용출액으로 침투하게 되고 피복 물질을 산화시켜 피막의 품질이 만족스럽지 못하게 한다. 또한, 이러한 동축 흐름의 차단 기체는 용축액(플라즈마 스트림)에 의해 발생되는 자외선 광을 차단하지 못한다. 자외선 광은 눈을 부시게 하고 대기중에 오존을 발생시킬 수 있다. 또한, 이러한 차단 배치는 특정한 플라즈마 용착 적용에 적합하지 않다. 예컨대, 가소성 분말 같은 저온 용융 물질이 기판을 피복하는데 사용될 수 있다. 이러한 물질은 용출액이 노즐로부터 빠져나옴에 따라 튜브를 통해서 토치의 용출액내로 취입되어, 물질의 과가열이 억제되어야 한다. 그러나, 튜브 뿐만아니라 물질을 취입하는 것은 동축 환상 차단 기체의 흐름을 교란시키고/거나 방해하고, 용출액이 보호되지 못하게 한다.
미합중국 특허 제4,869,936호에는 입자 운반 고속 산소 연료 화염 스트림을 차단하는 방법에 대해 기재하고 있다. 이러한 차단 방법은 차단 실린더내로 입자 운반 고속 산소 연료 화염 스트림을 분출시키고, 다수의 노즐을 사용하여 차단 실린더의 입자 운반 고속 산소 화염 스트림 주위에 고속의 접선 흐름을 생성시킴을 포함한다. 그러나, 차단 실린더는 높은 온도 및 고속의 기체에 기인되어 단시간 동안의 작동 후에 더 이상 사용할 수 없게 된다. 이는 차단 실린더를 교체하게 위해서 자주 가동을 중단하는 것을 필요로 할 수 있다.
미합중국 특허 제4,992,337호에는 반응성 금속의 용착을 위한 전기 방전 스프레이 공정이 기재되어 있다. 반응성 금속은 압축된 불활성 원자화 기체에 의해 전기 방전을 통해서 스프레이된다. 그러나, 스프레이된 반응성 금속은 기판상에 용착되기 전에 신속하게 공기와 혼합될 것이며, 다소 산화될 것이다. 이러한 공정은 어떠한 다른 공정 중에서도 플라즈마 방전 스프레이, 용융 금속의 기체 원자화 또는 고속의 산소연료 화염 스트림을 차단하는데 효과적이지 못하다.
따라서, 본 발명의 목적은 효과적인 방식으로 난류의 유체를 효과적으로 차단하는 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 난류의 고온 기체 스트림에 의해 발생되는 자외선 광의 대부분을 차단하는데 유용한 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 난류의 유체 스트림을 방출하는 토치 또는 노즐로부터 다양한 거리에 위치하는 상이한 크기의 기판에 피복 물질을 효과적으로 용착시키기 위한 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 추가의 목적은 물로 냉각시키거나 그밖의 외부 냉각이 없이 기존의 스프레이 장치에 용이하게 개장될 수 있는 차단 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 난류의 유체 스트림의 하류에 위치하는 튜브 또는 다른 고체 물체와 함께 사용될 수 있는 차단 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 한 가지 구체예에 따르면, 본 기술분야의 전문가에게는 자명한 상기된 목적 및 그밖의 목적이 유체 함유 스트림을 주위 한경으로부터 차단하는 방법에 의해 달성되는데, 이러한 방법은, (a) 하나 이상의 구멍으로부터 난류의 유체 함유 스트림을 분출시키는단계, (b) 난류의 유체 함유 스트림의 흐름 방향에 횡방향으로 층류의 차단 유체를 방출시키는 단계, 및 (c) 유체 함유 스트림의 주변환경으로부터 기체, 증기 또는 이의 혼합물의 침투를 방지하기 위하여 난류의 유체 함유 스트림에 차단 유체를 동반시키는 단계를 포함한다.
유체 함유 스트림은 하나 이상의 구멍으로부터 분출되기 전에 또는 후에 피복 물질과 함께 제공될 수 있다. 피복물질을 함유하는 유체 함유 스트림은 예열되어 피복 물질을 용융시키고 기판으로 유도되어 피복물질이 기판상에 용착되게 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구체예에 따르면, 본 기술분야의 전문가에게는 자명한 상기된 목적 및 그밖의 목적이, (a) 플리넘, 플리넘내로 차단 유체를 유입시키기 위한 하나 이상의 유입구, 및 플리넘내의 차단 유체를 방출시키며 적어도 일부의 통로를 형성하여 통로의 축방향에 횡방향 또는 수직방향으로 차단 유체를 방출시키는 다공성 확산면을 가지는 기다란 중공체, (b) 기다란 중공체의 하나 이상의 유입구와 통해 있으며 차단 유체를 함유하는 하나 이상의 차단 유체 공급원, (c) 난류의 유체 함유 스트림을 분출시키기 위한 하나 이상의 구멍을 지닌 하나 이상의 노즐, 및 (d) 하나 이상의 구멍이 통로의 방향으로 향하도록 하나 이상의 구멍을 지닌 하나 이상의 노즐을 설치하는 장착 수단을 포함하는 유체 차단 시스템에 의해 달성된다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "층류"는 0.1배 미만의 평균 속도인 속도 변동의 평방제곱근을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "난류"는 0.1배 이상의 평균 속도인 속도 변동의 평방제곱근을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "플리넘(plenum)"은 기체를 분배하는 밀폐된 챔버를 의미한다.
이하에서 본 발명을 첨부 도면을 참고로 보다 상세히 기재한다.
도면을 참조하면, 난류의 유체 함유 스트림은 하나 이상의 구멍을 가지는 하나 이상의 노즐로부터 분출된다. 난류의 유체 함유 스트림은 불활성 기체를 포함하는 액체 또는 기체 스트림으로부터 형성될 수 있다. 난류 스트림은, 예컨대, 플라즈마 스프레이 용착의 경우에서와 같이 약 1,000℃ 내지 약 10,000℃로 가열될 수 잇다. 가열된 난류의 유체 함유 스트림은 화학 연소 또는 전기 방전 가열을 이용하여 열을 발생시키는 공지된 열 스프레이 공정으로부터 얻을 수 있다. 어떠한 화학 연소 열 스프레이 기술은 분말 화염 스프레이, 와이어/로드 화염 스프레이 및 폭발/폭발성 스프레이를 포함한다. 어떠한 전기 가열 열 스프레이 기술은 와이어 아크 스프레이 및 플라즈마 아크 스프레이를 포함한다. 플라즈마 방전 스프레이에 있어서, 아르곤과 같은 불활성 기체는 전기 방전되며, 하나 이상의 노즐(1)로부터 분출되어, 난류의 고온 유체 함유 스트림, 예를 들어, 약 10,000℃ 온도의 난류의 유체 함유 스트림을 생성시킨다. 난류의 유체 함유 스트림은 그 밖의 어떠한 스트림 중에서도 전기 방전 스트림, 플라즈마 방전 스트림, 화염 스트림(산소-연료 또는 공기-연료 화염), 화염으로부터의 용출물, 용융적 스트림(압력 또는 기체 원자화에 의해 생성된 액체 스프레이 스트림), 및 미입자 또는 소적을 함유하는 그 밖의 스트림일 수 있다.
난류의 고온 유체 함유 스트림이 노즐(1)로부터 분출되기 전에 또는 후에, 피복물질이 난류의 고온 유체 함유 스트림내로 유입될 수 있다. 피복 물질은 특정의 공정에 따라 분말, 와이어, 또는 로드 형태일 수 있다. 흔히, 피복 물질은 분말 형태이며, 하나 이상의 튜브와 같은 운반수단(3)을 통해서 분말 운반 기체에 의해 난류의 고온 유체 함유 스트림내로 유입된다. 피복 물질이 난류의 고온 유체 함유 스트림내로 유입될 때, 피복 물질은 난류의 유체 함유 스트림과 동반되어 연화 및 용융 상태로 가열된다. 이러한 피복 물질이 와이어 또는 로드에 유입되는 경우, 피복 물질이 원자화된다. 난류의 유체 함유 스트림내에 함유되거나 동반된 용융 또는 연화된 피복 물질은 기판(5)에 유도되어 용착된다. 피복 물질은 그 밖의 것들 중에서도 플라스틱, 금속, 합금, 산화물, 세라믹, 경질의 금속간 화합물 경질 금속 화합물 및 특정 유리로부터 선택될 수 있다. 사용되는 분말의 형태는 요구되는 피막 특성에 따라 다양하다.
차단 유체는 공급원(7)으로부터 기다란 중공체(9)로 이동된다. 기다란 중공체는 차단 유체를 수용하는 하나 이상의 유입구(11), 차단 유체를 분배하는 하나 이상의 플리넘(13) 및 차단 유체를 방출시키는 하나 이상의 확산벽(15)을 지닌다. 이동된 차단 유체는 유입구(11)를 통해 플리넘(13)으로 유입되고 하나 이상의 다공성 확산벽(15)을 떠나서 유효한 층류를 생성시킨다. 층류의 형성은, 예컨대 ⅛ 이상의 바람직한 깊이를 지닌 플리넘(13)과 약 0.2 내지 약 1,000 마이크론, 바람직하게는 약 2 내지 약 20 마이크론의 직경을 가지는 잘 분배된 다수의 기공을 지닌 다공성 확산벽(15)을 사용함으로써 촉진된다. 플리넘(13)은 다공성 확산벽(15)를 통해 기체가 아주 균일하게 분배되도록 충분히 깊으며, 상기 다공성 확산벽(15)는 기체가 다공성 확산벽 또는 일정하게 분배된 기공으로부터 효과적은 층류를 방출되게 한다. 스크린과 같은 그밖의 기체 분배 수단이 또한 다소 덜 효과적이기는 하지만 층류를 생성시키는데 사용될 수 있다. 층류의 차단 유체는 난류의 난류의 유체 함유 스트림의 흐름 방향에 횡방향으로 유도된다. 차단 유체의 층류를 횡방향으로 제공함으로써, 차단 유체는 난류의 유체 함유 스트림이 요구되는 지점, 예를 들어, 피복되는 기판(5)을 향해 흐를 때 난류의 유체 함유 스트림의 길이 방향을 따라 효과적으로 동반되고 분배된다. 난류의 유체 함유 스트림의 길이 방향을 따라 차단 유체를 효과적으로 동반시키고 분배시키면 난류의 유체 함유 스트림내의 분말, 소적 및/또는 입자와 같은 물질의 산화, 오염 또는 분해가 최소화되는데, 그 이유는 난류의 유체 함유 스트림의 주변 환경으로부터의 산소와 같은 반응성 기체가 난류의 유체 함유 스트림내로 유입되는 것을 방지하거나 실질적으로 방지하기 때문이다. 일반적으로, 사용되는 차단 유체의 양은 충돌하는 지점, 예를들어, 피복되는 기판(5)의 표면에서의 산소 수준 또는 그밖의 반응성 기체 수준이 1% 미만, 바람직하게는 0.01% 미만이 되도록 사용된다. 층류의 차단 유체는 난류의 유체 함유 스트림이 분출되는 지점과 거의 인접한 지점, 즉, 난류의 유체 함유 스트림이 분출되는 지점으로부터 2인치 이내의 지점에 제공되어, 차단 유체가 난류의 유체 함유 스트림의 길이 방향을 따라 잘 분배되게 한다. 이러한 차단 유체는 질소, 아르곤, 수소, 또는 이들의 혼합물과 같은 불활성 유체이다. 질소와 같은 불활성 유체는 5부피% 이하로 산소를 함유할 수 있다. 이러한 불활성 유체는 압력 또는 온도 순환 흡착 시스템 또는 막 기체 분리 시스템으로부터 얻을 수 있다.
다공성 확산벽(15)은 임의의 고체 물질로 제조할 수 있다. 다공성 확산 표면을 제조하기에 유용한 물질에는 소결된 합금, 세라믹 입자, 세라믹 직물, 금속 입자, 플라스틱 입자, 스테인레스강 입자가 포함된다. 다공성 확산벽(15)을 제조하는데 사용되는 물질의 유형은 일반적으로 관련된 특정 공정, 즉, 최종 사용에 따라 다양한다. 그러나, 예컨대 스테인레스강과 같은 산화 방지 물질이, 특히 플라즈마 피복과 같은 고온 피복에 사용되는 경우, 다공성 확산 표면에 대한 제조 물질로서 일반적으로 바람직하다. 다공성 확산 표면은 차단 기체의 균일한 분배를 위하여 차단 기체가 약 1 내지 10psig의 압력 강하를 제공할 수 있기에 충분한 다공성 및 두께를 갖는다. 이러한 압력 강하는 예컨대 차단 기체가, 예컨대 고온 플라즈마 스트림에 의해 일어나는 과열의 감소와 같이 다공성 확산 표면을 냉각시키고, 다공성 확산 표면상에 난류 유체 함유 스트림으로부터의 스프레이 입자, 금속 또는 화학적 증기의 용착을 최소화시킨다. 스프레이 입자 또는 증기의 용착은 또한 약 1㎜ 내지 약 10㎜의 횡면적을 지닌 구멍을 지니는 스크린 수단, 예를 들어, 스테인레스강 스크린이 다공성 확산표면을 덮고 보호하는 경우에 최소화 될 수 있다.
다공성 확산벽(15)의 외부 표면(17)의 형태는 차단 유체가 난류의 유체 함유 스트림에 횡방향으로 방출되게 하는 형태일 수 있다. 외부 다공성 확산 표면(17)은 차단 유체가 통로(19)의 축(A)에 횡방향 또는 수직으로 흐르게 하는 다양한 크기 및 형태를 지닌 통로를 형성한다. 그러나, 다공성 확산벽(15)의 외부 표면(17)은 전체 통로를 형성할 필요가 없으며; 난류의 유체 함유 스트림의 길이부를 적어도 일부 툴러싸는데 이용될 수 있는 통로의 단지 일부 또는 적어도 일부를 형성할 수 있다. 물론, 실린더형 통로 또는 디버징 원뿔형 통로를 형성하는 다공성 확산벽(15)의 외부표면을 제공하여, 이를 통과하는 난류의 유체 함유 스트림이 횡으로 방출된 차단 유체에 의해 모든면에서 효과적으로 차단되게 하는 것이 가장 바람직하다. 통로(19)의 길이(22)는 특정의 공정에 따라서, 즉, 요구되는 목적에 따라서 다양하다. 바람직한 길이는 실린더형 통로의 경우에 통로(19) 반경의 1/4 보다 크거나 동일하다. 그러나, 가장 바람직한 길이는 통로(19)의 반경보다 크거나 동일한다. 확산벽(15)의 다공성 외부 표면(17)에 의해 적어도 부분적으로 형성된 통로는 난류의 유체 함유 스트림의 분출각에 실질적으로 영향을 주지 않는다. 제 3도에 도시된 바와 같은 디버징 원뿔형 통로가 형성될 때에도, 난류의 유체 함유 스트림은 통로의 축(A)으로부터 측정되는 경우 약 0 내지 ±70° 범위의 각도로 방출될 수 잇다. 사실상, 통로의 형태의 다공성 확산 표면은 바람직한 차단 유체 흐름을 바람직한 방향으로 제공하는데 유용할 뿐만 아니라, 예컨대 플라즈마 방전 스트림과 같은 특정 난류의 유체 함유 스트림에 의해 방사되는 자외선의 대부분을 차단하는데 유용하다. 그러나, 다공성 확산벽의 외부표면이 난류의 유체 함유 스트림을 차단 유체로 둘러싸게 하는 통로를 형성하거나 통로의 일부를 형성할 필요도 없다. 층류의 차단 유체가 난류의 유체 함유 스트림 흐름 방향에 적절한 방향으로부터 횡으로 방출될 수 있는 한, 난류의 유체 함유 스트림은 아주 효과적으로 차단된다.
하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
[실시예 1]
제 1도에 도시된 시스템이 차단 공정을 수행하는데 사용하였다. 난류 플라즈마 스트림을 형성시키기 위해서 1시간에 약 100 노르말 입방 피이트로 흐르는 90%의 아르곤 및 10%의 수소를 함유한 기체 스트림을 30㎾ 전기 방전에 가하였다. 난류 플라즈마 스트림이 노즐(1)로부터 분출되었다. 노즐(1)은 직경이 약 0.25인치인 구멍 또는 입구를 갖는다. 다공성 확산벽(15)의 외면(17)에 의해 한정되는 실린더형 통로(19)가 약 5인치의 직경(21)을 갖는다. 직경(21)은 플리넘 이격 거리(23), 즉, 통로의 출구단부와 목적물 또는 기판(5) 사이의 거리의 ¼ 이상인 것이, 난류 플라즈마 스트림이 목적물 또는 기판(5)과 충돌할 때까지 불활성 상태로 유지되게 하는데 바람직하다. 그러나, 직경(21)은 일반적으로 중요하지 않다. 이러한 직경은 편리한만큼 클 수 있다. 플리넘(13)의 깊이(25)는 2인치이다. 그러나, 이러한 깊이(25)는 ⅛ 인치 만큼 감소될 수 있으며, 그러한 깊이에서도 우수한 성능을 유지할 수 있다. 작은 깊이는 플리넘(13)과 관련된 크기 및 중량을 감소시키는데 중요하다. 플리넘(13)은 다공성 벽(15)을 통해 기체가 아주 균일하게 분배되게 하기에 단지 충분한 깊이를 필요로 한다. 내부 배플이 또한 제공되어 차단 기체를 더 균일하게 분배시킬 수 있다. 플리넘의 길이(22)는 약 3 인치이다. 통로(19) 직경(21)이 적어도 ⅛ 만큼 긴 것이 바람직하다. 길이를 더 짧게 하기 위하여, 차단 기체가 난류 제트로 들어가기 전에 공기가 차단 기체에 유입된다. 플리넘(13)의 길이(22)에는 상한선이 없다. 다공성 확산벽(15)의 두께는 약 0.062 인치이고 다공성은 약 2마이크론(기공 직경)이다. 두꺼운 다공성 벽은 높은 기계적 강도를 지니지만 높은 압력 강하를 나타낼 것이다. 보다 큰 다공성 벽은 낮은 압력 강하를 나타내지만, 이를 통해 흐르는 기체를 덜 균일하게 분배시킬 것이다. 100마이크론 만큼 큰 기공이 유용하게 사용된다. 망사(27)는 차단 기체가 다공성 튜브(14)와 같은 기체 분배 수단에 의한 플리넘(13)내에 균일하게 분배되는 경우에 적합하다. 제거 가능한 망사(27)가 다공성 벽(15)의 외부표면상에 위치되어 금속이 다공성 벽(15)에 유착되어 오염되는 것을 방지할 수 있다. 망사(27)가 막히게 되는 경우, 망사는 쉽게 제거되고 대체된다. 다공성 벽은 상표명 "316 스테인레스강"으로 시판되는 것과 같은 스테인레스강으로 제조된다. 그러나, 금속 합금, 세라믹, 세라믹 직물 및 플라스틱과 같은 다른 물질이 특정 적용에 따라 사용될 수 있다. 노즐(1)은 금속 커버(29)에 의해 플리넘(13)에 실링된다. 이러한 커버는 난류 제트의 내부에 공기 유입을 막는 역할을 하여 성능을 개선시킨다. 그러나, 필수적인 것은 아니다. 노즐(1)의 구멍으로부터 플리넘(13)의 가장 가까운 단부까지의 거리(31)는 약 1.5 인치이다. 이러한 거리(31)은 금속 커버(29)의 난류 스트림 가열의 순환을 방지하기 위하여 통로(19)의 직경(21)의 4배 미만이 바람직하다. 거리(31)은 플라즈마로부터의 방사에 의한 금속 커버(29)의 가열을 방지하기 위하여 다공성 벽 직경의 0.5배 내지 다공성 벽(15)의 길이의 -0.5배가 가장 바람직하다. 금속 커버(29)가 사용되지 않는 경우, 거리(31)는 통로 직경(21)의 4배 이하가 되어 공기가 난류의 유체 함유 스트림에 유입되는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 거리는 가장 바람직하게는 다공성 확산벽(15)의 길이(22)의 0 내지 -0.5배이다. 네가티브 거리(31)는 통로의 유입 단부로부터 노즐개구까지를 측정한 거리인 통로내로 유입된 노즐의 거리이다.
노즐 이격 거리(33), 즉, 노즐(11) 구멍과 기판 사이의 거리는 약 6인치이다. 이는 목적물 또는 기판(5)과 충돌할 때 난류의 유체 함유 스트림의 효과적인 열적 성질을 제공한다. 그러나, 다른 노즐 이격 거리(33)가 사용될 수도 있다. 이는 약 4인치의 이격 거리로 제한되는 미합중국 특허 제 3,470,347호에 기재된 바와 같은 동축 차단법 보다 개선되고 있는 것이다. 차단 기체의 유속은 약 3000 ncfh의 질소이다. 이는 약 0.01% 미만의 기판에서 측정되는 산소 수준을 제공한다. 이러한 유속은 목적물에서의 낮은 산소 수준을 부여하며, 용착물에서의 낮은 산화물 수준을 부여한다. 차단 기체의 유속은 일반적으로 노즐 이격 거리(33) 또는 난류의 유체 함유 스트림의 흐름에 비례한다.
본 발명의 놀라운 특징은 차단 기체 유속이 기판에서의 낮은 산소 수준을 얻는데 요구되는 수준 보다 낮은 경우에도 산화물 용착을 감소시킬 수 있다는 것이다. 유속이 500cfh로 감소할 때, 기판에서의 산소 수준은 약 10%이다. 그러나, 니켈 용착은 용이한 기계 가공성에 의해 입증되는 바와 같이 산화물 수준을 감소시킨다. 차단 기체를 중지시키면 니켈 용착물은 기계 가공이 어려움에 의해 입증되는 바와 같이 높은 산화물 수준을 나타낸다. 차단 기체는 온도가 최고이고 산화가 가장 빠르게 일어나는 구멍 근처에서 난류의 유체 함유 스트림과 동반되는 것이 바람직하다. 유속이 기판에서 기체내의 낮은 산소 수준을 얻는데 필요한 것보다 낮으면, 금속 커버(29)가 우선적으로 이용되어 차단 기체가 난류의 유체 함유 스트림의 최초 부분에 동반되게 한다. 고순도 질소(10ppm 미만의 불순물)가 차단 기체로 사용된다. 공정에 적합한 차단 기체는 모두 사용할 수 있다. 바람직한 차단 기체는 차단 기체와 주위 공기 사이의 계면에서 점화된 화염과의 가연성 혼합물이다. 이러한 화염은 흐름을 안정화시키고 플리넘 이격 거리(23)을 통로 직경(21)의 4배가 넘도록 한다. 높은 증기압 금속에 대한 바람직한 조성물은 O2, CO2및 ,H2O와 같은 조절된 수준의 산화 기체를 함유하는 혼합물이다. 혼합물의 전체 산화 포텐셜은 공기의 산화 포텐셜 보다 낮다. 조절된 산화 수준은 과다한 산화물을 형성시키지 않으면서 금속의 증기압을 감소시킨다. 아연, 마그네슘 및 철은 그 용융점 근처에서 현저한 증기압을 지니는 금속이다.
[실시예 2]
차단 공정은 제 1도에 도시된 차단 시스템을 사용하여 수행된다. 조건은 다음 사항을 제외하고는 실시예 1에서와 동일하다: 약 0.25인치의 구멍 직경을 가지는 노즐로부터 질소 제트 유속이 실온에서 약 200ncfh이며, 질소 차단 유속은 약 250ncfh이며; 다공성 표면에 의해 형성된 통로의 직경이 약 1⅞인치이고, 길이가 약 2인치이며; 금속 커버 또는 다른 실링 수단(29)과 플리넘(13)의 가장 가까운 단부 사이의 거리는 약 0인치이다. 실험은 질소 차단 기체가 플리넘(13)으로 도입되기 전에 약 540℉로 가열되는 것을 제외하고는 동일한 조건을 사용하여 반복한다. 하기의 표는 다양한 노즐 이격 거리 및 다양한 차단 기체 온도에서의 산소 수준을 기재하고 있다.
결과는 더 긴 노즐 이격 거리가 차단 기체에 의해 얻어질 수 있음을 나타낸다. 차단 기체를 540℉로 가열시키는 것은 1% O이격 거리를 2.94 인치에서 3.88인치로 증가시킨다. 이는 약 32% 증가이다. 더 이상의 증가는 추가의 차단 유체 또는 기체가 난류 유체 함유 스트림에 대해 동축으로 제공되는 경우 가능하다. 추가의 차단 유체 흐름은 바람직하게는 층류이다.
상기에서 기재한 바는 하나의 구체예에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 따라서, 첨부되는 특허청구범위에 따른 본 발명의 범위내에서 당해 기술 분야에 숙련자에게 다른 다양한 변형이 가능함은 자명한다.

Claims (10)

  1. (a) 하나 이상의 구멍으로부터 난류의 유체 함유 스트림을 분출시키는 단계, (b) 난류의 유체 함유 스트림의 흐름 방향에 횡방향으로 층류의 차단 유체를 방출시키는 단계, 및 (c) 유체 함유 스트림의 주변환경으로부터 기체, 증기 또는 이의 혼합물의 침투를 방지하기 위하여 난류의 유체 함유 스트림에 차단 유체를 동반시키는 단계를 포함하여, 유체 함유 스트림의 주변환경으로부터 유체 함유 스트림을 차단하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 난류가 생성되도록 분출시키기 전에 유체 함유 스트림을 가열 또는 연소시키고, 난류의 유체 함유 스트림에 분말을 유입시키는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 난류의 유체 함유 스트림을 기판으로 향하게 하고, 기판에 분말을 용축시키는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 난류의 유체 함유 스트림에 횡방향으로 방출시키기 전에 차단 유체를 가열하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 층류의 차단 유체가 다공성 확산면으로부터 방출되고, 난류의 유체 함유 스트림을 일부 또는 전부를 둘러쌈을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 다공성 확산면이 약 0.2 내지 100 마이크론 범위 직경의 기공을 가짐을 특징으로 하는 방법.
  7. 제5항에 있어서, 다공성 확산면이 난류의 유체 함유 스트림이 통과하는 실린더형 통로를 형성하여, 층류의 차단 유체가 난류의 유체 함유 스트림에 횡방향으로 흐르게 함을 특징으로 하는 방법.
  8. 제5항에 있어서, 다공성 확산면이 난류의 유체 함유 스트림이 통과하는 디버징 원뿔형 통로를 형성하여, 차단 유체가 난류의 유체 함유 스트림에 대해 횡방향으로 흐르게 함을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 난류의 유체 함유 스트림이 전기 방전 스트림, 플라즈마 방전 스트림 또는 화염임을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 난류의 유체 함유 스트림과 동축으로 층류의 추가 차단 유체를 방출시키는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
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Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5662266A (en) * 1995-01-04 1997-09-02 Zurecki; Zbigniew Process and apparatus for shrouding a turbulent gas jet
US5911249A (en) 1997-03-13 1999-06-15 Jescorp, Inc. Gassing rail apparatus and method
US6202388B1 (en) 1998-11-06 2001-03-20 Jescorp, Inc. Controlled environment sealing apparatus and method
US6589263B1 (en) 1999-07-30 2003-07-08 Incept Llc Vascular device having one or more articulation regions and methods of use
US6525288B2 (en) 2001-03-20 2003-02-25 Richard B. Rehrig Gas lens assembly for a gas shielded arc welding torch
KR100436540B1 (ko) * 2001-11-23 2004-06-19 한국수력원자력 주식회사 Ｃｏ₂ 분사제염 발생 오염입자 포집방법 및 장치
US20050026001A1 (en) * 2003-07-31 2005-02-03 Taylor Thomas A. Shielded ceramic thermal spray coating
US7045172B2 (en) * 2003-07-31 2006-05-16 Praxair S.T. Technology, Inc. Method of shielding effluents in spray devices
US11267003B2 (en) 2005-05-13 2022-03-08 Delta Faucet Company Power sprayer
US7850098B2 (en) 2005-05-13 2010-12-14 Masco Corporation Of Indiana Power sprayer
WO2007092850A2 (en) * 2006-02-06 2007-08-16 Masco Corporation Of Indiana Power sprayer
GB0621388D0 (en) * 2006-10-27 2006-12-06 Rolls Royce Plc A support matrix arrangement
EP2193307B1 (en) * 2007-08-28 2014-04-23 Air Products and Chemicals, Inc. Apparatus and method for providing condensation-and frost-free surfaces on cryogenic components
DE202007019184U1 (de) * 2007-09-11 2010-12-30 Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh Vorrichtung zur Behandlung oder Beschichtung von Oberflächen
DE102011002069A1 (de) * 2011-04-14 2012-10-18 Nordenia Deutschland Gronau Gmbh Klebstoffdüse zum Aufbringen von Klebstoff auf eine bewegte Materialbahn
KR102106179B1 (ko) * 2011-12-14 2020-04-29 프랙스에어 에스.티. 테크놀로지, 인코포레이티드 현탁액 플라즈마 용사 공정을 위한 반응성 기체 보호대 또는 화염 피복
MX2014007175A (es) * 2011-12-14 2014-11-25 Praxair Technology Inc Sistema y metodo para la utilizacion de atomizacion de plasma cubierto o inyeccion de suspension liquida cubierta en procesos de atomizacion de plasma de suspension.
KR101996433B1 (ko) * 2012-11-13 2019-07-05 삼성디스플레이 주식회사 박막 형성 장치 및 그것을 이용한 박막 형성 방법
CN104941844A (zh) * 2015-07-08 2015-09-30 福建省雾精灵环境科技有限公司 一种风送喷雾机
CN105289913B (zh) * 2015-11-09 2018-01-05 郑州立佳热喷涂机械有限公司 液体燃料轴心送粉环缝塞式超音速喷枪
CN105855078B (zh) * 2016-06-15 2017-05-03 北京航空航天大学 一种具有多孔旋流壁的离心喷嘴和喷雾方法
JP7090467B2 (ja) * 2018-05-15 2022-06-24 東京エレクトロン株式会社 溶射装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4869936A (en) * 1987-12-28 1989-09-26 Amoco Corporation Apparatus and process for producing high density thermal spray coatings
US5154354A (en) * 1988-02-01 1992-10-13 Nova-Werke Ag Device for the production of a protective gas mantle in plasma spraying

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL134583C (ko) * 1900-01-01
US3179783A (en) * 1962-06-20 1965-04-20 Giannini Scient Corp Method and apparatus for treating electrically-conductive surfaces to make them hardor corrosion resistant
US3470347A (en) * 1968-01-16 1969-09-30 Union Carbide Corp Method for shielding a gas effluent
BE795891A (fr) * 1972-02-23 1973-06-18 Electricity Council Perfectionnements aux chalumeaux a plasma
DE2254491C3 (de) * 1972-11-07 1975-04-17 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Verfahren zum Beschichten von Oberflächen an Werkstücken durch Aufspritzen von im Lichtbogen aufgeschmolzenen Schichtstoffen, sowie Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
US4104505A (en) * 1976-10-28 1978-08-01 Eaton Corporation Method of hard surfacing by plasma torch
US4121082A (en) * 1977-04-27 1978-10-17 Metco, Inc. Method and apparatus for shielding the effluent from plasma spray gun assemblies
USRE31018E (en) * 1980-11-13 1982-08-24 Metco Inc. Method and apparatus for shielding the effluent from plasma spray gun assemblies
GB2111879B (en) * 1981-12-04 1985-06-19 Air Prod & Chem Apparatus for shielding molten metal during teeming
US4634611A (en) * 1985-05-31 1987-01-06 Cabot Corporation Flame spray method and apparatus
CA1261927A (en) * 1985-11-25 1989-09-26 Hypertherm, Inc. Underwater and above-water plasma arc cutting torch and method
US4823680A (en) * 1987-12-07 1989-04-25 Union Carbide Corporation Wide laminar fluid doors
US5132512A (en) * 1988-06-07 1992-07-21 Hypertherm, Inc. Arc torch nozzle shield for plasma
US4992337A (en) * 1990-01-30 1991-02-12 Air Products And Chemicals, Inc. Electric arc spraying of reactive metals
US5220150A (en) * 1991-05-03 1993-06-15 Regents Of The University Of Minnesota Plasma spray torch with hot anode and gas shroud
US5195888A (en) * 1991-08-19 1993-03-23 Praxair Technology, Inc. Multi-layer fluid curtains for furnace openings
US5285967A (en) * 1992-12-28 1994-02-15 The Weidman Company, Inc. High velocity thermal spray gun for spraying plastic coatings

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4869936A (en) * 1987-12-28 1989-09-26 Amoco Corporation Apparatus and process for producing high density thermal spray coatings
US5154354A (en) * 1988-02-01 1992-10-13 Nova-Werke Ag Device for the production of a protective gas mantle in plasma spraying

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Publication number Publication date
KR960007015A (ko) 1996-03-22
CN1119401A (zh) 1996-03-27
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CA2155596C (en) 2000-07-18
EP0696477A2 (en) 1996-02-14
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BR9503570A (pt) 1996-05-28
CN1142829C (zh) 2004-03-24
US5486383A (en) 1996-01-23
EP0696477A3 (en) 1996-07-17

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