KR102228093B1 - 인터널 플라즈마 스프레이 건의 불활성 가스 분사장치 - Google Patents

인터널 플라즈마 스프레이 건의 불활성 가스 분사장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인터널 플라즈마 스프레이 건의 불활성 가스 분사장치에 관한 것으로서, 인터널 플라즈마 스프레이 건과 용사 코팅되는 기재 사이의 대기 공간에 불활성 기체 분위기를 형성하여 플라즈마 스프레이 스트림을 보호함으로써 플라즈마 스프레이 스트림이 대기 중의 산소와 결합하지 못하도록 하는 인터널 플라즈마 스프레이 건의 불활성 가스 분사장치에 관한 것이다. 이를 위해 고주파 전기 아크에 의해 플라즈마를 형성하고, 이온화된 플라즈마의 재결합에 의해 고열을 발생시켜 용사 파우더를 용융함으로써 대기 분위기에서 플라즈마 스프레이 스트림을 통해 기재에 용사 코팅층을 형성시키는 인터널 플라즈마 스프레이 건 분사장치에 있어서, 플라즈마 스프레이 건의 애노드 및 노즐을 냉각시키는 냉각수가 흐르며, 냉각수가 실링되도록 인터널 플라즈마 스프레이 건의 전방에 결합되는 프런트 커버부, 및 프런트 커버부의 전방으로 결합되며, 불활성 가스를 분사하는 불활성 가스 분사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인터널 플라즈마 스프레이 건의 불활성 가스 분사장치가 개시된다.

Description

인터널 플라즈마 스프레이 건의 불활성 가스 분사장치{Injection apparatus for internal plasma spray gun}
본 발명은 인터널 플라즈마 스프레이 건의 불활성 가스 분사장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인터널 플라즈마 스프레이 건과 용사 코팅되는 기재 사이의 대기 공간에 불활성 기체 분위기를 형성하여 플라즈마 스프레이 스트림을 보호함으로써 플라즈마 스프레이 스트림이 대기 중의 산소와 결합하지 못하도록 하는 인터널 플라즈마 스프레이 건의 불활성 가스 분사장치에 관한 것이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 플라즈마 스프레이 건(110,120)은 대기 분위기하에서 기재(1)에 용사 코팅을 수행하기 때문에 대기 중에 포함된 산소와 플라즈마 불꽃이 서로 반응하여 기재(1)의 코팅층(2)에 산화막이 형성되는 문제점이 있다. 산화막이 코팅층(2)에 형성되면 제품의 전기적 특성이 좋지 못하여(일예로서 저항값, 기공 등이 발생됨) 공정 불량을 야기한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 진공 분위기하에서 용사 코팅을 수행하면 되나 진공 분위기를 만들기 위한 비용이 상승하는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 10-1007675 대한민국 공개특허공보 10-2017-0014281 대한민국 등록특허공보 10-1696872 일본국 특허공개번호 JP 2013-124378 일본국 특허공개번호 JP 2012-193431
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 인터널 플라즈마 스프레이 건의 전단부에 불활성 기체 분사장치(프런트 커버와 불활성 가스 분사부)를 접속 결합하여 플라즈마 불꽃을 감싸도록 하고 기재를 향하여 분사함으로써 플라즈마 불꽃이 대기 중의 산소와 반응하지 못하도록 하고, 이에 따라 기재의 코팅층에 산화막이 형성되지 않도록 하는 발명을 제공하는데 그 목적이 있다.
그러나, 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 본 발명의 목적은, 고주파 전기 아크에 의해 플라즈마를 형성하고, 이온화된 플라즈마의 재결합에 의해 고열을 발생시켜 용사 파우더를 용융함으로써 대기 분위기에서 플라즈마 스프레이 스트림을 통해 기재에 용사 코팅층을 형성시키는 인터널 플라즈마 스프레이 건 분사장치에 있어서, 플라즈마 스프레이 건의 애노드 및 노즐을 냉각시키는 냉각수가 흐르며, 냉각수가 실링되도록 인터널 플라즈마 스프레이 건의 전방에 결합되는 프런트 커버부, 및 프런트 커버부의 전방으로 결합되며, 불활성 가스를 분사하는 불활성 가스 분사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인터널 플라즈마 스프레이 건의 불활성 가스 분사장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 불활성 가스 분사부는 플라즈마 스프레이 스트림을 감싸도록 형성되는 불활성 가스 스트림을 불활성 가스의 분사에 의해 형성시킨다.
또한, 불활성 가스 스트림은 용사 코팅층이 형성되는 기재와 인터널 플라즈마 스프레이 건 사이의 대기 공간에 플라즈마 스프레이 스트림을 감싸도록 형성된다.
또한, 프런트 커버부는 불활성 가스 분사부로 공급되는 불활성 가스를 외부로부터 공급받는 불활성 가스 공급포트부를 포함한다.
또한, 불활성 가스 분사부는 기재 방향으로 불활성 가스를 분사하도록 둘레방향으로 불활성 가스 분사홀이 형성된다.
또한, 불활성 가스 분사홀은 불활성 가스 공급포트부와 서로 연통되며, 불활성 가스 공급포트부로부터 불활성 가스가 공급되어 기재 방향으로 불활성 가스가 분사된다.
또한, 불활성 가스 분사부는 불활성 가스 공급포트부와 불활성 가스 분사홀이 서로 연통되도록 내측에 복수의 불활성 가스 유로가 형성된다.
또한, 불활성 가스 분사부는 대기 분위기하에서 플라즈마 스프레이 스트림이 산소와 반응하지 않도록 불활성 가스 스트림을 형성시킨다.
또한, 용사 파우더는 인터널 플라즈마 스프레이 건의 내부로 공급된다.
또한, 프런트 커버부는 플라즈마 스프레이 스트림이 기재 방향으로 토출되도록 하는 제1 플레임 방출 홀이 중앙 영역에 형성되고, 불활성 가스 분사부는 플라즈마 스프레이 스트림이 기재 방향으로 갈수록 폭이 넓어지면서 토출되도록 하는 제1 플레임 방출 홀보다 지름이 더 큰 제2 플레임 방출 홀이 중앙 영역에 형성된다.
한편, 본 발명의 다른 목적은 고주파 전기아크에 의해 플라즈마를 형성하고, 이온화된 플라즈마의 재결합에 의해 고열을 발생시켜 용사 파우더를 용융함으로써 대기 분위기에서 플라즈마 스프레이 스트림을 통해 기재에 용사 코팅층을 형성시키는 익스터널 플라즈마 스프레이 건 분사장치에 있어서, 플라즈마 스프레이 건의 애노드 및 노즐을 냉각시키는 냉각수가 흐르며, 냉각수가 실링되도록 익스터널 플라즈마 스프레이 건의 전방에 결합되는 프런트 커버부, 및 프런트 커버부의 전방으로 결합되며, 불활성 가스를 분사하는 불활성 가스 분사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 익스터널 플라즈마 스프레이 건의 불활성 가스 분사장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 불활성 가스 분사부는 익스터널 플라즈마 스프레이 건의 외부에서 플라즈마 스프레이 스트림을 향하여 용사 파우더를 공급하는 제1 파우더 분사부를 포함한다.
또한, 불활성 가스 분사부는 제1 파우더 분사부와 대향되는 영역에 배치되는 제2 파우더 분사부를 더 포함하며, 대향되는 영역에 복수의 파우더 분사부를 배치함으로써 불할성 가스 분사부의 내측에 용사 파우더의 증착이 방지된다.
또한, 불활성 가스 분사부는 플라즈마 스프레이 스트림을 감싸도록 형성되는 불활성 가스 스트림을 불활성 가스의 분사에 의해 형성시킨다.
또한, 불활성 가스 스트림은 용사 코팅층이 형성되는 기재와 익스터널 플라즈마 스프레이 건 사이의 대기 공간에 플라즈마 스프레이 스트림을 감싸도록 형성된다.
또한, 프런트 커버부는 불활성 가스 분사부로 공급되는 불활성 가스를 외부로부터 공급받는 불활성 가스 공급포트부를 포함한다.
또한, 불활성 가스 분사부는 기재 방향으로 불활성 가스를 분사하도록 둘레방향으로 불활성 가스 분사홀이 형성된다.
또한, 불활성 가스 분사홀은 불활성 가스 공급포트부와 서로 연통되며, 불활성 가스 공급포트부로부터 불활성 가스가 공급되어 기재 방향으로 불활성 가스가 분사된다.
또한, 불활성 가스 분사부는 불활성 가스 공급포트부와 불활성 가스 분사홀이 서로 연통되도록 내측에 복수의 불활성 가스 유로가 형성된다.
또한, 불활성 가스 분사부는 대기 분위기하에서 플라즈마 스프레이 스트림이 산소와 반응하지 않도록 불활성 가스 스트림을 형성시킨다.
또한, 프런트 커버부는 플라즈마 스프레이 스트림이 기재 방향으로 토출되도록 하는 제1 플레임 방출 홀이 중앙 영역에 형성되고, 불활성 가스 분사부는 플라즈마 스프레이 스트림이 기재 방향으로 갈수록 폭이 넓어지면서 토출되도록 하는 제1 플레임 방출 홀보다 지름이 더 큰 제2 플레임 방출 홀이 중앙 영역에 형성된다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 인터널 플라즈마 스프레이 건의 전단부에 불활성 기체 분사장치(프런트 커버와 불활성 가스 분사부)를 접속 결합하여 플라즈마 불꽃을 감싸도록 기재를 향하여 분사함으로써 플라즈마 불꽃이 대기 중의 산소와 반응하지 못하도록 하고, 이에 따라 기재의 코팅층에 산화막이 형성되지 않도록 하는 효과가 있으며, 진공 분위기를 형성하지 않고도 대기 분위기하에서 용사 코팅을 수행함으로써 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 인터널 플라즈마 스프레이 건을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 익스터널 플라즈마 스프레이 건을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 3 및 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 인터널 플라즈마 스프레이 건에 부착 결합되는 불활성 가스 분사장치를 도시한 도면이고,
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 인터널 플라즈마 스프레이 건에 불활성 가스 분사장치를 결합한 것을 도시한 도면이고,
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 익스터널 플라즈마 스프레이 건에 부착결합되는 싱글 파우더 분사부를 구비하는 불활성 가스 분사장치를 도시한 도면이고,
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 익스터널 플라즈마 스프레이 건에 부착 결합된 싱글 파우더 분사부를 구비하는 불활성 가스 분사장치를 도시한 단면도이고,
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 익스터널 플라즈마 스프레이 건에 부착결합되는 더블 파우더 분사부를 구비하는 불활성 가스 분사장치를 도시한 도면이고,
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 익스터널 플라즈마 스프레이 건에 부착 결합된 더블 파우더 분사부를 구비하는 불활성 가스 분사장치를 도시한 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다. 또한, 종래 기술 및 당업자에게 자명한 사항은 설명을 생략할 수도 있으며, 이러한 생략된 구성요소(방법) 및 기능의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 충분히 참조될 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 플라즈마 스프레이 건은 용사 파우더(10)가 건의 내부에서 분사 공급되는 인터널 플라즈마 스프레이 건(110, 도 1 참조)과 용사 파우더(10)가 건의 외부에서 분사 공급되는 익스터널 플라즈마 스프레이 건(120, 도 2)으로 구분 설명할 수 있다.
인터널 및 익스터널 플라즈마 스프레이 건(110,120)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 하우징(110a,120a), 애노드 및 노즐(111,121), 캐소드(112,122), 절연체(113,123) 및 프런트 커버(200)로 대략 구성될 수 있다. 이러한 인터널 및 익스터널 플라즈마 스프레이 건(110,120)의 구성은 대략적인 설명을 위하여 간단히 설명한 것으로서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 공지된 내용이 참조될 수 있다. 애노드와 캐소드에 의해 고주파 전기 아크가 발생되어 플라즈마가 건 내부에 형성되고, 이온화된 플라즈마의 재결합에 의해 건 내부에서는 고열이 발생된다. 발생된 고열을 향해 용사 파우더를 공급하여 용융함에 따라 플라즈마 스프레이 스트림(20)이 기재(1) 방향으로 분사 형성되고, 이에 따라 기재(1)에 용사 코팅층(2)이 형성된다. 이러한 모든 작업은 대기 분위기하에서 실행된다.
도 1에 도시된 바와 같이 인터널 플라즈마 스프레이 건(110)은 인터널 파우더 분사부(114)에 의해 건 내부로 용사 파우더(10)가 분사 공급되는 것으로서, 좀 더 자세하게는 애노드 및 노즐(111)을 관통하여 건 중심부로 용사 파우더(10)가 분사 공급된다. 도 2에 도시된 바와 같이 익스터널 플라즈마 스프레이 건(120)은 건 외부에서 용사 파우더(10)가 익스터널 파우더 분사부(124)에 의해 분사 공급된다. 필요에 따라 용사 파우더(10)의 공급은 서로 대향되는 2방향에서 공급될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 인터널 및 익스터널 플라즈마 스프레이 건(110,120)은 애노드 및 노즐(111)을 냉각시키기 위해 냉각수가 공급되며, 불활성 플라즈마 가스가 공급되어 플라즈마를 형성시킨다. 이러한 불활성 플라즈마 가스는 주로 아르곤 또는 수소를 사용할 수 있으나 꼭 이에 한정되는 것은 아니다.
대기 분위기하에서 플라즈마 스프레이 스트림(20)을 이용하여 기재(1)에 용사 코팅층(2)을 형성하면, 플라즈마 스프레이 스트림(20)이 대기의 산소와 반응하여 용사 코팅층(2)에 불안정한 코팅 막이 형성된다. 이러한 대기 분위기하에서의 용사 코팅의 문제점을 해결하기 위해 이하에서는 제1,2 실시예에 따른 인터널 플라즈마 스프레이 건 분사장치 및 익스터널 플라즈마 스프레이 건 분사장치에 대해 설명하기로 한다.
(제1 실시예 : 인터널 플라즈마 스프레이 건의 불활성 가스 분사장치의 구성 및 기능)
본 발명의 제1 실시예에 따른 인터널 플라즈마 스프레이 건 분사장치는 도 1에 도시된 인터널 플라즈마 스프레이 건(110)의 전방 단부에 불활성 가스 분사장치인 프런트 커버부(200)와 불활성 가스 분사부(300)를 결합하여 불활성 가스 스트림(30)을 형성한다. 불활성 가스 분사장치는 후술하는 바와 같이 대기 중에 플라즈마 스프레이 스트림을 감싸도록 하는 불활성 가스 스트림을 형성한다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 불활성 가스 분사장치의 프런트 커버부(200)는 단면이 대략 원 또는 타원 형상으로서 외측의 일측 방향에 불활성 가스 공급포트부(201)가 접속 결합된다. 프런트 커버부(200)는 도 5에 도시된 바와 같이 건(110)의 전방 단부에 결합 접속된다. 프런트 커버부(200)의 내측 중앙 영역에는 플라즈마 스프레이 스트림(20)이 기재(1) 방향으로 토출되는 제1 플레임 방출 홀(202)이 형성된다. 또한, 프런트 커버부(200)의 내측에는 불활성 가스 공급포트부(201)로부터 공급되는 불활성 가스의 유로가 형성된다. 프런트 커버부(200)의 불활성 가스 유로는 후술하는 불활성 가스 분사부(300)의 불활성 가스 유로와 서로 연통되도록 형성된다. 프런트 커버부(200)의 내측에는 도 1에 도시된 바와 같이 공급된 냉각수가 흐르며, 냉각수의 공급에 따라 애노드 및 노즐(111)이 냉각된다. 이때, 냉각수의 방수를 위해 프런트 커버부(200)의 내측 원 둘레방향으로 오링(도면 미도시) 등을 이용하여 실링을 한다. 프런트 커버부(200)의 내측에는 도면에는 도시되어 있지 않으나 냉각수가 공급되고 회수되는 냉각수 유로가 형성될 수 있다.
인터널 파우더 분사부(114)는 외부의 파우더 공급부로부터 파우더를 공급받으며, 건(110)의 내부에 용사 파우더(10)가 공급 분사되도록 한다. 인터널 파우더 분사부(114)는 기존 건(110)에 이미 형성되어 있으며, 제어부의 제어에 따라 파우더 분사량이 조절될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이 불활성 기체 공급부는 불활성 가스 공급포트부(201)로 불활성 가스를 공급한다. 공급되는 불활성 가스의 량은 제어부에 의해 제어될 수 있다. 불활성 가스 공급포트부(201)로 유입된 불활성 가스는 후술하는 바와 같이 불활성 가스 분사부(300)에서 최종 분사된다.
불활성 가스 분사부(300)는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 단면이 대략 원 또는 타원 형상으로서(프런트 커버부와 동일한 형상) 내측의 중앙 영역에 제1 플레임 방출 홀(202)보다는 지름이 더 큰 제2 플레임 방출 홀(304)이 형성된다. 제2 플레임 방출 홀(304)이 제1 플레임 방출 홀(202)에 비해 지름이 상대적으로 더 크게 형성되기 때문에 기재(1) 방향으로 플라즈마 스프레이 스트림(20)이 토출될 때 기재(1) 방향으로 갈수록 스트림(20)의 폭이 더 커질 수 있다. 기재(1) 방향으로 갈수록 스트림(20)의 폭이 커짐에 따라 프런트 커버부(200)의 내측 내면에 용사 파우더가 증착되지 않게 하여 파티클을 낮출 수 있는 장점이 있다. 파티클이 생성되지 않으면 기재(1)에 코팅되는 용사 코팅층(2)에 불안정한 코팅 막이 형성되지 않아 공정 불량을 최대한 낮출 수 있는 장점이 있다. 다만, 상술한 프런트 커버부 및 불활성 가스 분사부의 단면 형상은 꼭 이에 한정되지 않고 직사각형 또는 정사각형 형상 등 설치 환경에 맞는 다양한 형상을 가질 수 있다.
한편, 불활성 가스 분사부(300)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 외측 둘레방향으로 가장자리를 따라 불활성 가스 분사홀(302a,….,302h)이 형성된다. 다만, 형성되는 불활성 가스 분사홀의 지름 및 개수는 필요에 따라 달라질 수 있다. 불활성 가스 분사 홀(302a,….,302h)은 상술한 프런트 커버부(200)의 내측 가스 유로와 서로 연통된다. 따라서, 불활성 가스 공급포트부(201)로부터 공급된 불활성 가스가 불활성 가스 분사 홀(302a,….,302h)을 통해 기재(1) 방향으로 토출되어 불활성 가스 분위기를 형성한다. 좀 더 상세히 설명하면, 도 5에 도시된 바와 같이 대기 분위기하에서 플라즈마 스프레이 스트림(20)이 기재(1) 방향으로 토출되면, 앞서 설명드린 바와 같이 스트림(20)이 공기 중에 있는 산소와 반응하여 용사 코팅층(2)에 산화막이 발생되어 공정 불량을 야기할 수 있다. 이에 따라, 도 5와 같이 기재(1)와 건(110) 사이의 대기 공간에 플라즈마 스프레이 스트림(20)을 감싸도록 불활성 가스 스트림(30)을 형성함으로써 플라즈마 스프레이 스트림(20)이 대기 중의 산소와 반응하지 못하도록 하여 코팅층(2)에 산화막이 생성되지 않게 할 수 있다. 따라서 불활성 가스 분사 홀(302a,….,302h)은 기재(1)와 건(110) 사이의 대기 공간에서 불활성 가스 스트림(30)의 폭이 플라즈마 스프레이 스트림(20)의 폭보다 더 크게 형성되도록 배치되는 것이 바람직하다. 불활성 가스 스트림(30)은 도 3에 도시된 바와 같이 둘레방향으로 형성된 불활성 가스 분사 홀(302a,….,302h)을 통해 기재(1) 방향으로 토출된다. 따라서 불활성 가스 스트림(30)은 플라즈마 스프레이 스트림(20)을 둘레방향으로 감싸도록 불활성 분위기를 형성할 수 있다.
불활성 가스 분사부(300)의 외측에는 둘레방향 가장자리에는 상술한 바와 같이 불활성 가스 분사홀(302a,...,302h)이 형성되고, 도면에는 도시되어 있지 않으나 각각의 불활성 가스 분사 홀(302a,….,302h)과 연통되는 복수의 내부 유로가 형성된다. 따라서 불활성 가스 분사부의 각각의 내부 유로와 프런트 커버부의 각각의 내부 유로가 서로 연통됨으로써 불활성 가스 공급포트부(201)로부터 공급된 불활성 가스가 불활성 가스 분사 홀(302a,….,302h)을 통해 기재(1) 방향으로 토출되어 불활성 가스 분위기(30)를 대기 중에 형성함으로써 코팅층(2)에 산화막이 생성되지 않도록 하는 장점이 있다.
(제2 실시예 : 익스터널 플라즈마 스프레이 건의 불활성 가스 분사장치의 구성 및 기능)
본 발명의 제2 실시예에 따른 익스터널 플라즈마 스프레이 건 분사장치는 도 2에 도시된 익스터널 플라즈마 스프레이 건(120)의 전방 단부에 후술하는 프런트 커버부(200)와 불활성 가스 분사부(300)를 결합하여 불활성 가스 스트림(30)을 형성한다. 이때, 도 2에 도시된 익스터널 파우더 분사부(124)가 도 6과 같이 불활성 가스 분사부(300)에 접속 결합된다. 본 발명의 제2 실시예의 설명에 있어서 동일한 원리는 제1 실시예의 설명에 갈음하기로 하고 다른 점만 기술하기로 한다.
도 6에 도시된 바와 같이 불활성 가스 분사부(300)는 건(120)의 외부에서 용사 파우더(10)를 분사 공급하는 파우더 분사부(303)를 포함한다. 불활성 가스 분사부(300)의 외측 둘레방향 중 일측 영역에 접속 결합된 파우더 분사부(303)를 통해 건(120)의 외부에서 용사 파우더(10)가 분사 공급된다.
다만, 상술한 인터널 플라즈마 스프레이 건(110, 이하 인터널 건이라 함)은 플라즈마 스프레이 스트림(20) 내의 가장 높은 에너지 지점(플라즈마 온도 또는 열량이 최대인 지점)에서 파우더(10)가 최대로 유입됨으로써 파우더 파티클이 내부에서 증착되지 않는다. 이에 비해 익스터널 플라즈마 스프레이 건(120, 이하 익스터널 건이라하 함)은 인터널 건(110)에 비해 에너지가 상대적으로 낮은 지점(플라즈마 온도 또는 열량이 인터널 건에 비해 상대적으로 낮은 지점)에서 파우더(10)가 피딩되어 도 7과 같이 불활성 가스 분사부(300)의 내측 면에 파티클(11)이 증착 또는 쌓이는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 도 8과 같이 불활성 가스 분사부(300)의 일측 둘레방향 영역에 제1 파우더 분사부(303a)를 접속 결합하고, 제1 파우더 분사부(303a)와 대향되는 영역에 제2 파우더 분사부(303b)를 접속 결합한다. 서로 대향 배치하여 파우더를 양쪽에서 분사 공급함으로써 도 7에 도시된 불활성 가스 분사부(300)의 내측면 아래에 쌓이는 파티클(11)을 없앨 수 있다.
제1 파우더 분사부(303a)는 일예로서 도 8 및 도 9를 기준으로 상측에서 하측 방향으로 분사 공급되도록 불활성 가스 분사부(300)의 둘레방향 중 일측 영역에 접속 결합된다. 제2 파우더 분사부(303b)는 하측에서 상측 방향으로 분사 공급되도록 불활성 가스 분사부(300)의 둘레방향 중 일측 영역에 접속 결합된다. 다만, 상술한 제1 파우더 분사부(303a)와 이에 대향 배치되는 제2 파우더 분사부(303b)는 대향 배치되는 것이 바람직하나, 대향 배치는 파티클(11)이 불활성 가스 분사부(300)의 내측 면에 증착 또는 쌓이지 않도록 배치하면 되는 것으로서 위치적으로 정확하게 대향 배치되는 것을 꼭 의미하는 것은 아니다. 즉, 제2 파우더 분사부(303b)의 파우더(10) 분사 공급에 의해 내측 면에 쌓이는 파티클(11)을 플라즈마 스프레이 스트림(20) 방향으로 밀어올려 파티클(11)이 플라즈마 스프레이 스트림(20)에 의해 용융되도록 대향 배치하면 된다.
도 9에 도시된 바와 같이 파우더 공급부는 제1,2 파우더 분사부(303a,303b)에 용사 파우더(10)를 각각 공급하며, 공급되는 파우더의 량은 제어부에 의해 제어될 수 있다. 불활성 기체 공급부는 불활성 가스 공급포트부(201)로 불활성 가스를 공급한다.
한편, 제1,2 실시예에서 불활성 가스 스트림(30)을 형성하도록 불활성 기체 공급부에서 공급되는 불활성 기체는 일예로서 아르곤(Ar) 또는 질소(N2)일 수 있다. 다만, 플라즈마 스프레이 스트림(20)이 대기 중에서 산소와 반응하지 않도록 불활성 가스 분위기(30)를 형성하면 되는 것으로서 꼭 위에 열거한 기체에 제한되지는 않는다.
불활성 가스 분사장치에 의해 불활성 가스 분위기(30)가 형성되며, 불활성 가스 분위기(30)는 불활성 가스 분사홀에서 기재(1) 또는 용사 코팅층(2)까지 끊이지 않고 이어지는 것이 바람직하다
본 발명을 설명함에 있어 종래 기술 및 당업자에게 자명한 사항은 설명을 생략할 수도 있으며, 이러한 생략된 구성요소(방법) 및 기능의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 충분히 참조될 수 있을 것이다. 또한, 상술한 본 발명의 구성요소는 본 발명의 설명의 편의를 위하여 설명하였을 뿐 여기에서 설명되지 아니한 구성요소가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 추가될 수 있다.
상술한 각부의 구성 및 기능에 대한 설명은 설명의 편의를 위하여 서로 분리하여 설명하였을 뿐 필요에 따라 어느 한 구성 및 기능이 다른 구성요소로 통합되어 구현되거나, 또는 더 세분화되어 구현될 수도 있다.
이상, 본 발명의 일실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않으며, 다양한 변형 및 응용이 가능하다. 즉, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 많은 변형이 가능한 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명과 관련된 공지 기능 및 그 구성 또는 본 발명의 각 구성에 대한 결합관계에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
1 : 기재(substrate)
2 : 코팅층 또는 용사 코팅층
10 : 파우더
11 : 증착된 파우더 또는 파티클
20 : 플라즈마 플레임(flame) 또는 플라즈마 스프레이 스트림
30 : 불활성 가스 스트림(또는 불활성 가스 분위기)
110 : 인터널 플라즈마 스프레이 건
110a : 하우징
111 : 애노드 및 노즐
112 : 캐소드
113 : 절연체
114 : 인터널 파우더 분사부
120 : 익스터널 플라즈마 스프레이 건
120a : 하우징
121 : 애노드 및 노즐
122 : 캐소드
123 : 절연체
124 : 익스터널 파우더 분사부
200 : 프런트 커버부
201 : 불활성 가스 공급포트부
202 : 제1 플레임 방출 홀
300 : 불활성 가스 분사부(또는 가스 인젝터부)
301 : 몸체부
302a,….,302h : 불활성 가스 분사홀
303, 303a : 제1 파우더 분사부(또는 파우더 입력 포트부)
303b : 제2 파우더 분사부
304 : 제2 플레임 방출 홀

Claims (10)

  1. 고주파 전기 아크에 의해 플라즈마를 형성하고, 이온화된 플라즈마의 재결합에 의해 고열을 발생시켜 용사 파우더를 용융함으로써 대기 분위기에서 플라즈마 스프레이 스트림을 통해 기재에 용사 코팅층을 형성시키는 인터널 플라즈마 스프레이 건 분사장치에 있어서,
    상기 플라즈마 스프레이 건의 애노드 및 노즐을 냉각시키는 냉각수가 흐르며, 상기 냉각수가 실링되도록 상기 인터널 플라즈마 스프레이 건의 전방에 결합되는 프런트 커버부, 및
    상기 프런트 커버부의 전방으로 결합되며, 불활성 가스를 분사하는 불활성 가스 분사부를 포함하며,
    상기 불활성 가스 분사부의 지름이 상기 프런트 커버부의 지름에 비해 작도록 형성되면서 상기 플라즈마 스프레이 건의 전단부에 상기 프런트 커버부 및 불활성 가스 분사부가 별도의 모듈로 접속 결합되고,
    상기 프런트 커버부는 상기 불활성 가스 분사부로 공급되는 불활성 가스를 외부로부터 공급받는 불활성 가스 공급포트부를 포함하고, 상기 불활성 가스 분사부는 상기 불활성 가스 공급포트부와 서로 연통되는 불활성 가스 분사홀을 포함함으로써 상기 프런트 커버부로 공급된 불활성 가스가 내측 가스 유로를 따라 상기 불활성 가스 분사부로 공급되며,
    상기 불활성 가스가 공급되는 상기 프런트 커버부의 중앙 영역에 형성된 제1 프레임 방출 홀의 지름이 상기 불활성 가스 분사부의 중앙 영역에 형성된 제2 프레임 방출 홀의 지름보다 더 작은 것을 특징으로 하는 인터널 플라즈마 스프레이 건의 불활성 가스 분사장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 불활성 가스 분사부는,
    상기 플라즈마 스프레이 스트림을 감싸도록 형성되는 불활성 가스 스트림을 상기 불활성 가스의 분사에 의해 형성시키는 것을 특징으로 하는 인터널 플라즈마 스프레이 건의 불활성 가스 분사장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 불활성 가스 스트림은,
    상기 용사 코팅층이 형성되는 기재와 상기 인터널 플라즈마 스프레이 건 사이의 대기 공간에 상기 플라즈마 스프레이 스트림을 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 인터널 플라즈마 스프레이 건의 불활성 가스 분사장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 불활성 가스 분사부는,
    상기 기재 방향으로 상기 불활성 가스를 분사하도록 둘레방향으로 상기 불활성 가스 분사홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 인터널 플라즈마 스프레이 건의 불활성 가스 분사장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 불활성 가스 분사홀은,
    상기 불활성 가스 공급포트부와 서로 연통되며, 상기 불활성 가스 공급포트부로부터 불활성 가스가 공급되어 상기 기재 방향으로 상기 불활성 가스가 분사되는 것을 특징으로 하는 인터널 플라즈마 스프레이 건의 불활성 가스 분사장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 불활성 가스 분사부는,
    상기 불활성 가스 공급포트부와 상기 불활성 가스 분사홀이 서로 연통되도록 내측에 복수의 불활성 가스 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 인터널 플라즈마 스프레이 건의 불활성 가스 분사장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 불활성 가스 분사부는,
    대기 분위기하에서 상기 플라즈마 스프레이 스트림이 산소와 반응하지 않도록 상기 불활성 가스 스트림을 형성시키는 것을 특징으로 하는 인터널 플라즈마 스프레이 건의 불활성 가스 분사장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 용사 파우더는,
    상기 인터널 플라즈마 스프레이 건의 내부로 공급되는 것을 특징으로 하는 인터널 플라즈마 스프레이 건의 불활성 가스 분사장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 프런트 커버부는,
    상기 플라즈마 스프레이 스트림이 상기 기재 방향으로 토출되도록 하는 상기 제1 프레임 방출 홀이 중앙 영역에 형성되고,
    상기 불활성 가스 분사부는,
    상기 플라즈마 스프레이 스트림이 상기 기재 방향으로 갈수록 폭이 넓어지면서 토출되도록 하는 상기 제1 프레임 방출 홀보다 지름이 더 큰 상기 제2 프레임 방출 홀이 중앙 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 인터널 플라즈마 스프레이 건의 불활성 가스 분사장치.
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