KR102424988B1 - Method for controlling plasma spray device - Google Patents
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Abstract
코팅층을 형성하는 용융 입자를 가속하여 코팅층을 치밀하게 제조할 수 있는 플라즈마 용사 장치 및 그 제어 방법을 제공한다. 플라즈마 용사 장치는 i) 음전극, ii) 음전극과 이격되어 제1 이격 공간을 형성하고, 그 내부에 통로가 형성된 제1 양전극, iii) 제1 양전극을 통해 가속되면서 플라스마 제트화되도록 적용된 가스의 진행 방향을 따라 제1 양전극과 제2 이격 공간을 형성하고, 제1 양전극을 사이에 두고, 음전극의 반대편에 위치하고, 그 내부에 통로를 둘러싸는 제2 양전극, iv) 제2 양전극과 이격되어 제3 이격 공간을 형성하고, 제2 양전극을 사이에 두고 진행 방향을 따라 제1 양전극의 반대편에 위치하는 제3 양전극, v) 제1 양전극과 전기적으로 연결되고, 제1 양전극에 제1 전압을 인가하는 제1 전원, vi) 제1 전원과 독립되어 별도로 제공되고, 제2 양전극에 전기적으로 연결되어 제2 전압을 인가하는 제2 전원, 및 vii) 제1 전원 및 제2 전원과 독립되어 별도로 제공되고, 제3 양전극에 전기적으로 연결되어 제3 전압을 인가하는 제3 전원을 포함한다.Provided are a plasma spraying apparatus capable of precisely manufacturing a coating layer by accelerating molten particles forming a coating layer, and a method for controlling the same. Plasma spraying device is a first positive electrode spaced apart from the i) negative electrode, ii) the negative electrode to form a first space, and a passage is formed therein, iii) the first positive electrode accelerates through the first positive electrode, and the gas is applied to form a jet. a second positive electrode and a second spaced apart space are formed along the a third positive electrode that forms a space and is positioned opposite the first positive electrode along the traveling direction with the second positive electrode interposed therebetween; v) a first positive electrode electrically connected to the first positive electrode and applying a first voltage to the first positive electrode 1 power source, vi) a second power source that is provided independently of the first power source, is electrically connected to the second positive electrode to apply a second voltage, and vii) is provided independently of the first power source and the second power source, and a third power source electrically connected to the third positive electrode to apply a third voltage.
Description
본 발명은 플라즈마 용사 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 코팅층을 형성하는 용융 미립자의 크기를 작게 하여 코팅층을 치밀하게 제조할 수 있는 플라즈마 용사 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma spraying apparatus and a method for controlling the same. More particularly, it relates to a plasma spraying apparatus capable of densely manufacturing a coating layer by reducing the size of molten fine particles forming the coating layer, and a method for controlling the same.
고온용 부품이나 내식용 부품, 예를 들면 가스 터빈 엔진 또는 가스 챔버 내벽에 적용되는 초합금계 소재를 고온 가스로부터 보호하기 위해 고융점 소재로 된 열차폐 코팅이 필요하다. 열차폐 코팅을 위해 대기 플라즈마 용사법(atmospheric plasma spray, APS) 등의 용사법이 사용된다. 대기 플라즈마 용사에서는 혼합 분말을 사용한다. 혼합 분말을 사용하는 경우, 다양한 조성비의 혼합 분말을 사전에 준비해야 하고 용사 공정 중 분말을 계속 교체해야 한다. 또한, 분말을 원료로 사용하므로, 크기 및 밀도 등이 상이한 분말이 공급되어 균일하게 혼합되지 않은 코팅이 형성될 수 있다.In order to protect high-temperature components or corrosion-resistant components, for example, superalloy-based materials applied to gas turbine engines or gas chamber inner walls from high-temperature gases, a thermal barrier coating made of a high-melting-point material is required. A thermal spraying method such as atmospheric plasma spray (APS) is used for thermal barrier coating. In atmospheric plasma spraying, mixed powder is used. When mixed powder is used, mixed powder of various composition ratios must be prepared in advance and the powder must be continuously replaced during the thermal spraying process. In addition, since powder is used as a raw material, powders having different sizes and densities may be supplied to form a coating that is not uniformly mixed.
한편, 대기 플라즈마 용사법을 대체하기 위해 서스펜션을 용사하는 서스펜션 플라즈마 용사법(suspension plasma spray, SPS)이 사용되기도 한다. 코팅 원료가 액상인 서스펜션으로 공급되므로, 혼합 분말보다 이종 성분 소재간의 혼합이 균일하고, 액상의 특성상 미세한 부피 조절이 가능하다. 따라서 코팅의 조성이 그 수평 방향으로 균일하고, 그 두께 방향으로도 조성 변화의 연속성을 달성할 수 있어서 경사 기능성을 가지는 코팅층을 제조할 수 있다.On the other hand, in order to replace the atmospheric plasma spraying method, the suspension plasma spraying method (suspension plasma spray, SPS) is also used. Since the coating raw material is supplied as a liquid suspension, the mixing between different component materials is more uniform than the mixed powder, and fine volume control is possible due to the nature of the liquid. Accordingly, the composition of the coating is uniform in the horizontal direction, and continuity of composition change can be achieved even in the thickness direction, so that a coating layer having a gradient function can be manufactured.
한국등록특허 제1,398,884호Korean Patent No. 1,398,884
높은 용착률을 가지면서 치밀한 코팅층을 형성할 수 있는 플라즈마 용사 장치를 제공하고자 한다. 또한, 전술한 플라즈마 용사 장치를 이용한 플라즈마 용사 장치의 제어 방법을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a plasma spraying apparatus capable of forming a dense coating layer while having a high deposition rate. In addition, an object of the present invention is to provide a method of controlling a plasma spraying apparatus using the aforementioned plasma spraying apparatus.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 용사 장치는, i) 음전극, ii) 음전극과 이격되어 제1 이격 공간을 형성하고, 그 내부에 통로가 형성된 제1 양전극, iii) 제1 양전극을 통해 가속되면서 플라스마 제트화되도록 적용된 가스의 진행 방향을 따라 제1 양전극과 제2 이격 공간을 형성하고, 제1 양전극을 사이에 두고, 음전극의 반대편에 위치하고, 그 내부에 통로를 둘러싸는 제2 양전극, iv) 제2 양전극과 이격되어 제3 이격 공간을 형성하고, 제2 양전극을 사이에 두고 진행 방향을 따라 제1 양전극의 반대편에 위치하는 제3 양전극, v) 제1 양전극과 전기적으로 연결되고, 제1 양전극에 제1 전압을 인가하는 제1 전원, vi) 제1 전원과 독립되어 별도로 제공되고, 제2 양전극에 전기적으로 연결되어 제2 전압을 인가하는 제2 전원, 및 vii) 제1 전원 및 제2 전원과 독립되어 별도로 제공되고, 제3 양전극에 전기적으로 연결되어 제3 전압을 인가하는 제3 전원을 포함한다.Plasma spraying apparatus according to an embodiment of the present invention is accelerated through i) a negative electrode, ii) a first positive electrode spaced apart from the negative electrode to form a first spaced space, a first positive electrode having a passage therein, and iii) a first positive electrode A second positive electrode that forms a space between the first positive electrode and the second spaced apart space along the flow direction of the gas applied to be plasma jetted, is positioned opposite the negative electrode with the first positive electrode therebetween, and surrounds the passage therein, iv) a third positive electrode spaced apart from the second positive electrode to form a third separation space, and a third positive electrode positioned opposite to the first positive electrode along the traveling direction with the second positive electrode interposed therebetween; v) electrically connected to the first positive electrode; a first power source for applying a first voltage to the positive electrodes, vi) a second power source provided independently of the first power source, and electrically connected to the second positive electrode to apply a second voltage, and vii) the first power source and the first power source and a third power source provided separately from the second power source and electrically connected to the third positive electrode to apply a third voltage.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 용사 장치는, 제1 이격공간, 제2 이격공간, 제3 이격공간, 제1 양전극, 제2 양전극, 제3 양전극 및 가스가 플라스마 용사 장치의 외부로 분사되는 제3 양전극의 외측부로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 위치에서 통로에 서스펜션을 공급하도록 적용된 서스펜션 주입관을 더 포함할 수 있다. 가스에 의해 서스펜션에 포함된 액적이 아토마이징 및 용융되도록 적용될 수 있다.Plasma spraying apparatus according to an embodiment of the present invention, the first separation space, the second separation space, the third separation space, the first positive electrode, the second positive electrode, the third positive electrode and the gas is sprayed to the outside of the plasma spraying apparatus It may further include a suspension injection tube adapted to supply a suspension to the passage at one or more positions selected from the group consisting of the outer portion of the third positive electrode. The gas may be applied to atomize and melt the droplets contained in the suspension.
통로를 둘러싸는 제3 양전극의 내경은 통로를 둘러싸는 제2 양전극의 내경보다 크고, 제2 양전극의 내경은 통로를 둘러싸는 제1 양전극의 내경보다 클 수 있다. 제1 양전극의 내경에 대한 제2 양전극의 내경의 제1 비율은 제2 양전극의 내경에 대한 제3 양전극의 내경의 제2 비율보다 큰 제1 비율은 제2 비율의 1.3 내지 2일 수 있다.The inner diameter of the third positive electrode surrounding the passage may be greater than the inner diameter of the second positive electrode surrounding the passage, and the inner diameter of the second positive electrode may be greater than the inner diameter of the first positive electrode surrounding the passage. The first ratio of the inner diameter of the second positive electrode to the inner diameter of the first positive electrode greater than the second ratio of the inner diameter of the third positive electrode to the inner diameter of the second positive electrode may be 1.3 to 2 of the second ratio.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 용사 장치의 제어 방법은, i) 음전극, ii) 음전극과 이격되어 제1 이격 공간을 형성하고, 그 내부에 통로가 형성된 제1 양전극, iii) 제1 양전극을 통해 가속되면서 플라스마 제트화되도록 적용된 가스의 진행 방향을 따라 제1 양전극과 제2 이격 공간을 형성하고, 제1 양전극을 사이에 두고, 음전극의 반대편에 위치하고, 그 내부에 통로를 둘러싸는 제2 양전극, iv) 제2 양전극과 이격되어 제3 이격 공간을 형성하고, 제2 양전극을 사이에 두고 진행 방향을 따라 제1 양전극의 반대편에 위치하는 제3 양전극, v) 제1 양전극과 전기적으로 연결된 제1 전원, vi) 제1 전원과 독립되어 별도로 제공되고, 제2 양전극에 전기적으로 연결된 제2 전원, vii) 제1 전원 및 제2 전원과 독립되어 별도로 제공되고, 제3 양전극에 전기적으로 연결된 제3 전원을 포함하는 플라스마 용사 장치를 제공하는 단계, 제1 전원이 제1 전압을 제1 양전극에 인가하는 단계, 제2 전원이 제1 전압보다 큰 제2 전압을 제2 양전극에 인가하는 단계, 및 제3 전원이 제2 전압보다 큰 제3 전압을 제3 양전극에 인가하는 단계를 포함한다.A method of controlling a plasma spraying apparatus according to an embodiment of the present invention comprises: i) a negative electrode, ii) a first positive electrode spaced apart from the negative electrode to form a first spaced space, a first positive electrode having a passage therein, iii) a first positive electrode A second positive electrode is formed on the opposite side of the negative electrode with the first positive electrode interposed therebetween and a second positive electrode surrounding the passage therein to form a first positive electrode and a second spaced apart space along the traveling direction of the gas applied to form a plasma jet while being accelerated through the second positive electrode , iv) a third positive electrode spaced apart from the second positive electrode to form a third separation space, and positioned opposite the first positive electrode along the traveling direction with the second positive electrode interposed therebetween, v) a first positive electrode electrically connected to the first
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 용사 장치의 제어 방법은 제1 이격공간, 제2 이격공간, 제3 이격공간, 제1 양전극, 제2 양전극, 제3 양전극 및 가스가 플라스마 용사 장치의 외부로 분사되는 제3 양전극의 외측부로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 위치에서 통로에 하나 이상의 서스펜션을 공급하는 단계, 및 가스에 의해 서스펜션에 포함된 액적이 아토마이징되는 단계를 더 포함할 수 있다. 서스펜션을 공급하는 단계에서, 하나 이상의 서스펜션은 제1 서스펜션 및 제2 서스펜션을 포함할 수 있다. 제1 서스펜션은 제1 양전극을 관통하여 통로에 공급되고, 제2 서스펜션은 제3 이격공간을 통해 통로에 공급되며, 제1 서스펜션에 포함된 제1 물질과 제2 서스펜션에 포함된 제2 물질이 화합물로 형성되어 플라스마 용사되고, 제1 물질의 용융점과 제2 물질의 용융점의 차는 500℃ 이상일 수 있다.The control method of the plasma spraying apparatus according to an embodiment of the present invention is a first separation space, a second separation space, a third separation space, the first positive electrode, the second positive electrode, the third positive electrode and the gas to the outside of the plasma spraying apparatus The method may further include supplying one or more suspensions to the passage at one or more positions selected from the group consisting of the outer side of the third positive electrode to be sprayed, and atomizing the droplets included in the suspension by gas. In the step of supplying the suspension, the one or more suspensions may include a first suspension and a second suspension. The first suspension is supplied to the passage through the first positive electrode, the second suspension is supplied to the passage through the third separation space, and the first material included in the first suspension and the second material included in the second suspension are The compound is formed by plasma spraying, and the difference between the melting point of the first material and the melting point of the second material may be 500° C. or more.
서스펜션을 공급하는 단계에서, 하나 이상의 서스펜션은 제1 서스펜션 및 제2 서스펜션을 포함할 수 있다. 제1 서스펜션은 제1 양전극을 관통하여 통로에 공급되고, 제2 서스펜션은 외측부를 통해 통로에 공급되며, 제1 서스펜션에 포함된 제1 물질과 제2 서스펜션에 포함된 제2 물질이 화합물로 형성되어 플라스마 용사될 수 있다.In the step of supplying the suspension, the one or more suspensions may include a first suspension and a second suspension. The first suspension is supplied to the passage through the first positive electrode, the second suspension is supplied to the passage through the outer part, and the first material included in the first suspension and the second material included in the second suspension are formed of a compound and can be plasma sprayed.
제3 전압을 제3 양전극에 인가하는 단계에서, 제3 전압은 제2 전압의 1.5배 내지 2배이고, 제2 전압을 제2 양전극에 인가하는 단계에서, 제2 전압은 제1 전압의 3배 내지 4배일 수 있다.In the step of applying the third voltage to the third positive electrode, the third voltage is 1.5 to 2 times the second voltage, and in the step of applying the second voltage to the second positive electrode, the second voltage is 3 times the first voltage to 4 times.
플라즈마 용사 장치를 사용하여 코팅층을 형성하는 용융 입자를 가속시켜 코팅재를 제조할 수 있다. 그 결과, 공정 효율이 우수하고 치밀한 조직의 코팅재를 제조하여 내식성 분위기에서도 장기간 오래 사용할 수 있는 제품을 얻을 수 있다.A coating material may be prepared by accelerating the molten particles forming the coating layer using a plasma spraying device. As a result, it is possible to obtain a product that can be used for a long time even in a corrosion-resistant atmosphere by manufacturing a coating material with excellent process efficiency and a dense structure.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 용사 장치의 개략적인 분해도이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 용사 장치의 개략적인 사시도이다.
도 3는 일반적인 직류 아크 플라스마의 전압 변이 그래프이다.
도 4 및 도 5는 도 1의 플라즈마 용사 장치의 작동시의 직류 아크 플라스마의 전압 변이 그래프이다.
도 6은 도 1의 플라즈마 용사 장치의 개략적인 작동 개념도이다.
도 7은 도 1의 플라즈마 용사 장치를 사용하여 α-알루미나를 제조하는 방법을 개략적으로 예시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 용사 장치의 작동 개념도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 용사 장치의 작동 개념도이다.1 is a schematic exploded view of a plasma spraying apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic perspective view of the plasma spraying apparatus of FIG. 1 .
3 is a voltage variation graph of a typical DC arc plasma.
4 and 5 are graphs of voltage variation of DC arc plasma during operation of the plasma spraying apparatus of FIG. 1 .
6 is a schematic operation conceptual diagram of the plasma spraying apparatus of FIG. 1 .
7 is a graph schematically illustrating a method for manufacturing α-alumina using the plasma spraying apparatus of FIG. 1 .
8 is an operation conceptual diagram of a plasma spraying apparatus according to a second embodiment of the present invention.
9 is an operation conceptual diagram of a plasma spraying apparatus according to a third embodiment of the present invention.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of referring to specific embodiments only, and is not intended to limit the invention. As used herein, the singular forms also include the plural forms unless the phrases clearly indicate the opposite. The meaning of "comprising," as used herein, specifies a particular characteristic, region, integer, step, operation, element and/or component, and other specific characteristic, region, integer, step, operation, element, component, and/or group. It does not exclude the existence or addition of
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Although not defined otherwise, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Commonly used terms defined in the dictionary are additionally interpreted as having a meaning consistent with the related art literature and the presently disclosed content, and unless defined, are not interpreted in an ideal or very formal meaning.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily implement them. However, the present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 용사 장치(100)를 분해 구조를 개략적으로 나타낸다. 도 1의 플라즈마 용사 장치(100)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 플라즈마 용사 장치의 구조를 다른 형태로도 변형할 수 있다.1 schematically shows a disassembled structure of a
도 1에 도시한 바와 같이, 플라즈마 용사 장치(100)는, 음전극(10), 양전극들(12, 14, 15), 절연체들(11, 13, 16, 18, 19) 및 한 쌍의 지지봉들(17)을 포함한다. 이외에, 플라즈마 용사 장치(100)는 필요한 부품들을 더 포함할 수 있다. 양전극들(12, 14, 15)은 제1 양전극(12), 제2 양전극(14) 및 제3 양전극(15)을 포함한다. 제1 양전극(12), 제2 양전극(14) 및 제3 양전극(15)은 관 형상을 형성하고, 그 내부를 통하여 가스와 플라스마 제트가 흐른다.As shown in FIG. 1 , the
음전극(10)과 제1 양전극(12)은 상호 이격되어 위치한다. 가스관(31)(도 2에 도시)을 통해 그 내부로 아르곤 또는 헬륨 등의 플라스마 제트용 가스를 주입한다. 이 가스들은 아크 플라즈마 제트를 형성한다. 플라스마 제트화되는 가스의 진행 방향을 따라 제1 양전극(12), 제2 양전극(14) 및 제3 양전극(15)은 차례로 이격 공간을 형성한다.The
음전극(10), 제1 양전극(12), 제2 양전극(14) 및 제3 양전극(15)은 상호 이격되어 이격 공간을 형성하거나 그 사이에 절연체를 삽입해 상호간의 접촉에 의한 쇼트 현상을 방지한다. 즉, 절연체들(11, 13, 16, 18, 19)을 사용하여 음전극(10), 제1 양전극(12), 제2 양전극(14) 및 제3 양전극(15)을 상호 이격시켜 쇼트 발생을 방지할 수 있다. 절연체들(11, 13, 16, 18, 19)은 제1 절연체(11), 제2 절연체(13), 제3 절연체(16), 제4 절연체(18) 및 제5 절연체(19)를 포함한다. 절연을 위해 절연체들(11, 13, 16, 18, 19)은 세라믹 등의 전기 절연성 소재로 제조할 수 있다. 제1 양전극(12)은 제3 절연체(16)의 내부에 수납되어 고정될 수 있다. 제3 절연체(16)는 제1 양전극(12)을 수납 고정하면서 그 전방면(161)이 제2 양전극(14)와 맞닿는다. 따라서 제1 양전극(12)과 제2 양전극(14)을 상호 이격시킬 수 있다. 또한, 점선으로 도시한 바와 같이, 제3 절연체(16)의 돌출부(163)는 제2 절연체(13)의 관통공(131)에 삽입 고정된다. 그리고 관통공(131)에는 음전극(10)이 그 후방에서 삽입 고정된다. 그 결과, 음전극(10)과 제1 양전극(12)을 이격 고정할 수 있다.The
한 쌍의 지지봉들(17)은 점선 화살표로 도시한 바와 같이, 제1 절연체(11)의 나사공(111)과 제4 절연체(18)의 나사공(181)에 삽입되어 플라즈마 용사 장치(100)를 고정한다. 도 1에는 편의상 도시하지 않았지만, 또다른 한 쌍의 지지봉들을 제5 절연체(19)의 나사공(191)에 삽입하여 플라즈마 용사 장치(100)를 고정한다.The pair of
제1 양전극(12)은 용접용 아크 스타트 등의 점화기를 이용하여 최초로 점화된다. 제1 양전극(12)이 안정화되는 경우, 제2 양전극(14)에 전압을 인가하여 정전류 모드에서 적정 전류값에 도달시킨다. 제2 양전극(14)에서는 제1 양전극(12)에서 생성된 아크에 추가적으로 아크 부하가 형성되어 정전류 모드에서 조절된다. 제2 양전극(14)은 제1 양전극(12)의 플라스마가 도선 역할을 하도록 하여 전류가 인가되도록 한다.The first
도 2는 도 1의 플라즈마 용사 장치(100)의 사시도를 개략적으로 나타낸다. 도 2의 플라즈마 용사 장치(100)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 플라즈마 용사 장치(100)의 구조를 다른 형태로도 변형할 수 있다.FIG. 2 schematically shows a perspective view of the
도 2에 도시한 바와 같이, 가스관(31)을 통해 플라스마 제트용 가스를 주입해 플라즈마 용사 장치(100)를 구동한다. 음전극(10)(도 1에 도시, 이하 동일)과 제1 양전극(12)(도 1에 도시, 이하 동일)은 제2 절연체(13)와 제3 절연체(16)의 내부에 삽입되므로 외부에서는 보이지 않는다. 제2 양전극(14)은 제1 양전극(12)을 사이에 두고 음전극(10)의 반대편에 위치한다. 그리고 제3 양전극(15)은 제2 양전극(14)을 사이에 두고 제1 양전극(12)의 반대편에 위치한다.As shown in FIG. 2 , a plasma jet gas is injected through the
본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 용사 장치(100)와는 대조적으로, 음전극 또는 양전극을 그 폭방향으로 다중 배치하여 단전극의 아크 변이를 다중으로 발생시키는 플라즈마 용사 장치가 존재한다. 그러나 이 플라즈마 용사 장치는 각 전극마다 파워가 독립적으로 운영되므로 고가이다. 또한, 공용 전극으로 사용하는 음극의 손상 정도가 커서 음극도 각 파워마다 분리하여 통상 3개의 건을 하나로 만들어야 한다. 이는 단전극 용사건에 비해 5배 이상, 예를 들면 6억원 정도이므로, 사용하기가 어렵다.In contrast to the
한편, 원료로서 투입되는 분말을 미세화하여 저전압 아크 변이 상태애서도 정전류 방식의 전력이 제공되는 고정 전류로 분말을 용융시키는 방법이 존재한다. 그러나 분말이 너무 미세화되는 경우, 미세 분말의 자유 운동으로 이송이 어려워진다. 따라서 본 발명의 일 실시예처럼 액체에 분말을 혼합한 서스펜션을 이용하여 플라스마 용사하는 것이 바람직하다. 이하에서는 도 3 및 도 4를 통하여 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 용사 장치(100)의 기본 작동 원리를 좀더 상세하게 설명한다.On the other hand, there is a method of refining the powder input as a raw material and melting the powder with a fixed current in which constant current type power is provided even in a low voltage arc transition state. However, if the powder is too fine, the free movement of the fine powder makes it difficult to transport. Therefore, it is preferable to use plasma spraying using a suspension in which powder is mixed with liquid as in an embodiment of the present invention. Hereinafter, the basic operating principle of the
도 3은 일반적인 직류 아크 플라스마의 전압 변이 그래프이다.3 is a voltage variation graph of a typical DC arc plasma.
도 3에 도시한 바와 같이, 단전극 상태에서 직류 아크 플라즈마는 크게 3가지 전압 변이 현상이 나타난다. 이를 양전극과 아크가 접하는 상태로 나타내는 경우, 리스트라이크(restrike), 테이크 오버(takeover), 스테디(steady)로 정의된다. 이 아크 형상은 옴의 법칙(V=IR)에서 I가 정전류 방식의 파워에서 공급되고, 아크 부하가 가스의 흐름, 플라즈마화 정도, 전극의 건강 상태에 따라 주기적으로 변화해 전압 변이가 일어나는 것으로 관찰된다.As shown in FIG. 3 , in the single-electrode state, three voltage variations occur in DC arc plasma. When this is represented as a state in which the positive electrode and the arc are in contact, it is defined as a restrike, a takeover, and a steady state. This arc shape is observed in Ohm's Law (V=IR), where I is supplied from a constant current type power, and the arc load changes periodically depending on the flow of gas, the degree of plasmaization, and the health of the electrode, resulting in voltage variation. do.
용사 용도로 사용 가능한 전압 변이의 형상은 리스트라이크와 테이크 오버의 혼합 범위에서 일어난다. 이 전압 변이는 플라즈마 용사 코팅의 박리 등 품질 저하에 영향을 미친다. 이러한 전압 변이를 회피하기 위해 철판 절단용 플라즈마 절단 장치 등에 사용되는 200V 이상의 고전압을 인가하는 방법과 80V 이하의 저전압을 인가하는 방법이 알려져 있다. 또한, 용융할 재료를 미분화하는 방법도 가능하지만, 이송상의 어려움으로 인해 서스펜션화가 필요하다.The shape of the voltage transition that can be used for thermal spraying occurs in a mixed range of restrike and takeover. This voltage variation affects quality degradation such as delamination of the plasma spray coating. In order to avoid such voltage variations, a method of applying a high voltage of 200V or more used in a plasma cutting apparatus for cutting iron plates, etc. and a method of applying a low voltage of 80V or less are known. In addition, a method of pulverizing the material to be melted is also possible, but suspension is required due to difficulties in transport.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 용사 장치의 작동시의 직류 아크 플라스마의 전압 변이 그래프를 나타낸다.4 and 5 are graphs showing voltage variation graphs of DC arc plasma during operation of the plasma spraying apparatus according to the first embodiment of the present invention.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 용사 장치에서는 제1 양전극, 제2 양전극 및 제3 양전극을 이용해 저전압 전극과 다단의 고전압 전극들을 직렬화해 전압 변이폭을 넓힌다. 그 결과, 용융 구간을 안정적으로 형성하여 입자가 완전히 용융되는 기회가 커진다. 저전압 전극과 고전압 전극 모두 정전류 모드에서 전압 변이를 제거하지 못하더라도 언멜팅 현상이 제거된 플라즈마 제트를 얻을 수 있다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 용사 장치에서는 30kW 이상의 전력을 사용하여 높은 용융점을 가진 세라믹을 용융시키되 고엔탈피 방식이 아닌 저엔탈피 방식의 체류 시간 연장을 통해 치밀한 코팅층을 얻는다.As shown in FIG. 4, in the plasma spraying apparatus according to the first embodiment of the present invention, a low voltage electrode and a multi-stage high voltage electrode are serialized using the first positive electrode, the second positive electrode, and the third positive electrode to widen the voltage variation. As a result, there is a greater chance that the particles are completely melted by stably forming a melting zone. Even if both the low-voltage electrode and the high-voltage electrode fail to eliminate voltage variations in the constant current mode, a plasma jet in which the unmelting phenomenon is removed can be obtained. In the plasma spraying apparatus according to the first embodiment of the present invention, a ceramic having a high melting point is melted using an electric power of 30 kW or more, but a dense coating layer is obtained by extending the residence time of the low enthalpy method rather than the high enthalpy method.
본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 용사 장치에서는 제1 양전극에 낮은 제1 전압이 인가된다. 그리고 제2 양전극과 제3 양전극에는 각각 상대적으로 높은 제2 전압과 제3 전압이 인가된다. 즉, 양전극은 음전극으로부터 멀어질수록 고전압이 된다.In the plasma spraying apparatus according to the first embodiment of the present invention, a low first voltage is applied to the first positive electrode. In addition, relatively high second and third voltages are applied to the second positive electrode and the third positive electrode, respectively. That is, the higher the positive electrode is from the negative electrode, the higher the voltage becomes.
그 결과, 도 4에 도시한 바와 같이, 시간이 흐르면서 지속적으로 고전압 변이가 형성되므로, 서스펜션에 포함된 입자가 용융되어 미세 입자화될 가능성이 높아진다. 따라서 특정 시간에는 인가 전압이 낮아 해당 미세 입자가 용융되지 않을 수도 있지만, 시간 경과에 따라 고전압 변이에 의해 실선 화살표로 나타낸 바와 같이 입자가 용융되어 미립자화된다.As a result, as shown in FIG. 4 , since a high voltage transition is continuously formed over time, the possibility that the particles included in the suspension are melted and formed into fine particles increases. Therefore, the fine particles may not be melted due to the low applied voltage at a specific time, but as indicated by the solid arrow due to the high voltage transition over time, the particles melt and become fine particles.
좀더 구체적으로, 도 5에 도시한 바와 같이, 도 4의 전압변이를 제1 양전극, 제2 양전극, 및 제3 양전극으로 나누어 보면, 입자가 장시간 동안 제1 양전극, 제2 양전극, 및 제3 양전극을 통과하게 된다. 따라서 서스펜션에 함유된 입자가 아토마이징 및 용융될 가능성이 제1 양전극만 사용하는 경우에 비해 3배 이상 높아진다. 즉, 종래 기술에서는 도 3에 도시한 바와 같이, 일반적인 플라즈마 용사 장치에서는 시간이 흐르면서 드문드문 고전압 변이가 형성된다. 따라서 서스펜션에 함유된 입자가 양전극을 통과시 고전압 변이가 인가되지 않는 경우 용융될 가능성이 낮다.More specifically, as shown in FIG. 5 , when the voltage variation of FIG. 4 is divided into a first positive electrode, a second positive electrode, and a third positive electrode, the particles are formed at the first positive electrode, the second positive electrode, and the third positive electrode for a long time. will pass through Therefore, the probability of atomizing and melting particles contained in the suspension is increased three times or more compared to the case where only the first positive electrode is used. That is, in the prior art, as shown in FIG. 3 , in a general plasma spraying apparatus, sparsely high voltage variations are formed over time. Therefore, when the particles contained in the suspension pass through the positive electrode, the possibility of melting is low if a high voltage transition is not applied.
본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 용사 장치에서는 지속적인 고전압 변이, 즉 아크 변이가 다수 중첩되어 발생하므로 코팅층이 미세 입자들로 형성될 수 있다. 즉, 고전압 변이에도 불구하고, 입자가 거의 동시에 제1 양전극, 제2 양전극, 및 제3 양전극으로부터 큰 에너지를 받아 고품질의 코팅층을 제조할 수 있다. 이와는 대조적으로, 종래 기술에서는 큰 입자들이 혼합되어 코팅층이 치밀하게 형성되지 못하고 이로부터 낙하할 수 있다.In the plasma spraying apparatus according to the first embodiment of the present invention, since a number of continuous high voltage variations, that is, arc variations, overlap and occur, the coating layer may be formed of fine particles. That is, despite the high voltage variation, the particles receive a large amount of energy from the first positive electrode, the second positive electrode, and the third positive electrode almost simultaneously, and a high-quality coating layer can be manufactured. In contrast to this, in the prior art, large particles are mixed so that the coating layer is not densely formed and may fall therefrom.
도 6은 도 1의 플라즈마 용사 장치(100)의 작동 개념을 개략적으로 나타낸다. 도 6의 플라즈마 용사 장치(100)의 작동 개념은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 그 작동 개념을 다르게 변형할 수도 있다.6 schematically shows an operation concept of the
도 6에 도시한 바와 같이, 제1 전원(20)은 음전극(10)과 제1 양전극(12)에 전기적으로 연결되고, 제2 전원(22)은 음전극(10)과 제2 양전극(14)에 전기적으로 연결되며, 제3 전원(24)은 음전극(10)과 제3 양전극(16)에 전기적으로 연결된다. 즉, 제1 양전극(12), 제2 양전극(14) 및 제3 양전극(16)은 각각 독립적으로 별개로 제1 전원(20), 제2 전원(22) 및 제3 양전극(16)에 전기적으로 연결된다. 따라서 제1 양전극(12), 제2 양전극(14) 및 제3 양전극(16)에는 각각 독립적으로 전압이 인가될 수 있다. 즉, 제1 양전극(12), 제2 양전극(14), 제3 양전극(16)은 릴레이 전극이 아니므로, 고압 기체에 의해 아크가 단절되는 현상이 발생하지 않는다. 따라서 플라즈마 용사 장치(100)의 내부에 위치하는 이격 공간들(32, 34, 36)에 서스펜션 주입관들을 배치하여 서스펜션을 주입할 수 있다.As shown in FIG. 6 , the
여기서, 제1 전원(20)은 1차 저전압 직류 파워를 형성하고, 제2 전원(22)은 2차 고전압 직류 파워를 형성하며, 제3 전원(24)은 3차 고전압 직류 파워를 형성한다. 따라서 제2 양전극(14)에는 제1 양전극(12)보다 높은 전압이 인가되어 고전압 구간을 형성한다. 플라즈마 용사 장치(100)의 기동시에는 제1 전압을 제1 양전극(12)에 인가한 후 제2 전압을 제2 양전극(14)에 인가할 수 있다. 제1 양전극(12)은 아크 스타트로 점화되고, 전류가 상승한다. 반대로, 플라즈마 용사 장치(100)의 정지시에는 제2 전압을 차단한 후 제1 전압을 차단할 수 있다.Here, the
다음으로, 음전극(10)과 제1 양전극(12) 사이로 헬륨 가스가 주입되면 음전극(10)과 제1 양전극(12)에 인가되는 전압이 상승하면서 헬륨 가스가 플라스마 제트화되어 화살표 방향으로 흐름이 형성된다. 이 흐름은 서브소닉에서 마하까지의 유속을 가진다. 서스펜션 주입관(50)을 통해 주입된 서스펜션은 미세 액적을 형성하면서 아토마이징된다. 용매를 함유한 미세 액적은 제2 양전극(14)을 통과하면서 고온 플라즈마 제트에 투입된다. 그러면 용매는 기화되고 용질인 고형분은 남아 뭉치면서 용융된다.Next, when the helium gas is injected between the
남은 미분이 용융되어 비행하면서 서로 충돌해 입도가 증가된 용융 입자로 된다. 따라서 용융 입자들의 자유 운동의 기회는 줄어들고 플라스마 제트의 유속에 의해서만 비행하므로, 용융 입자들이 손실없이 타겟에 정확히 안착해 양호한 품질의 코팅층을 형성할 수 있다. 타겟에 충돌하는 용융 입자들의 입도는 1㎛ 내지 10㎛일 수 있다.The remaining fine particles are melted and collided with each other while flying to form molten particles with increased particle size. Therefore, the chance of free movement of the molten particles is reduced and they fly only by the flow velocity of the plasma jet, so that the molten particles can accurately land on the target without loss and form a good quality coating layer. The particle size of the molten particles colliding with the target may be 1 μm to 10 μm.
그리고 제3 전원(24)은 제2 전원(22)보다 다소 큰 3차 고전압 직류 파워를 생성한다. 즉, 제3 양전극(15)에 제2 양전극(14)보다 높은 전압을 인가하여 용융 입자의 비행을 가속화한다. 즉, 서스펜션 주입관(50)을 통해 주입된 물이 제1 양전극(12)과 제2 양전극(14)을 거치면서 기화된 상태에서 더 높은 온도로 증폭되므로 용융 입자의 이동을 가속화할 수 있다. 즉, 일정한 부피의 통로내에서 제3 양전극(15)에 의해 더 높은 온도의 가열이 이루어지므로, 이에 비례해 용융 입자에 큰 압력이 가해지면서 가속된다. 따라서 용융 입자들은 화살표 방향을 따라 고속으로 비행하여 기재에의 코팅 입자의 부착력을 향상시킨다. 또한, 용융 입자들에 비행 방향성을 부여함으로써 용융 입자들의 손실율을 최소화할 수 있다.In addition, the
이를 위해 제3 전압을 제3 양전극에 인가하는 단계에서, 제3 전압을 제2 전압의 1.5배 내지 2배로 조절할 수 있다. 제3 전압이 제2 전압보다 너무 크면, 고전압에 의해 용융 입자들이 타버릴 수 있다. 반대로, 제3 전압이 제2 전압과 유사하거나 그 이하이면 용융 입자들의 가속을 기대할 수 없다. 한편, 제2 전압을 제2 양전극에 인가하는 단계에서, 제2 전압은 제1 전압의 3배 내지 4배일 수 있다. 이 범위내에서 아토마이징된 입자들을 용융시킬 수 있다.To this end, in the step of applying the third voltage to the third positive electrode, the third voltage may be adjusted to 1.5 to 2 times the second voltage. If the third voltage is too greater than the second voltage, the molten particles may be burned by the high voltage. Conversely, if the third voltage is similar to or lower than the second voltage, acceleration of the molten particles cannot be expected. Meanwhile, in the step of applying the second voltage to the second positive electrode, the second voltage may be 3 to 4 times the first voltage. Within this range, the atomized particles can be melted.
도 6에 도시한 이격 공간들(32, 34, 36, 38)에는 절연체가 위치할 수도 있고, 빈 공간으로 남겨질 수도 있다. 이격 공간에는 서스펜션 주입관(50)을 위치하여 서스펜션을 플라스마 제트 흐름에 주입한다. 서스펜션 주입관(50)을 통해 발화 열량을 가진 알코올을 포함하는 서스펜션을 공급할 수도 있다.An insulator may be positioned in the spaced
서스펜션 주입관(50)은 플라즈마 용사 장치(100)의 원주 방향을 따라 나란히 이격되어 위치할 수 있다. 도 6에는 하나의 서스펜션 주입관(50)만 도시하였지만, 이와는 달리 다양한 형태로 배치될 수 있으며, 그 수도 한정되지 않는다. 서스펜션 주입관(50)의 설치 각도도 변경할 수 있다.The
한편, 제2 양전극(14)의 내경(d14)은 제1 양전극(12)의 내경(d12)보다 크다. 즉, 제2 양전극(14)에서는 플라스마 제트를 형성하면서 미분을 용융하고 상호 충돌시킨 용융 입자들을 형성하기 위해 비교적 넓은 공간이 필요하다. 따라서 제2 양전극(14)의 내경(d14)을 제1 양전극(12)의 내경(d12)보다 크게 형성하는 것이 바람직하다. Meanwhile, the inner diameter d14 of the second
제1 양전극(12)의 내경(d12)은 4mm 내지 6mm일 수 있다. 그리고 제2 양전극(14)의 내경(d14)은 6mm보다 크고 8mm 미만일 수 있다. 한편, 제3 양전극(15)의 내경(d15)은 8mm 내지 10mm일 수 있다. 좀더 구체적으로, 제1 양전극(12)의 내경(d12)은 4mm이고, 제2 양전극(14)의 내경(d14)은 7mm이며, 제3 양전극(15)의 내경(d15)은 8mm일 수 있다.The inner diameter d12 of the first
전술한 범위내에서 제1 양전극(12)의 내경(d12)에 대한 제2 양전극(14)의 내경(d14)의 비율은 제2 양전극(14)의 내경(d14)에 대한 제3 양전극(15)의 내경(d15)의 비율보다 크다. 좀더 구체적으로, 제1 양전극(12)의 내경(d12)에 대한 제2 양전극(14)의 내경(d14)의 비율은 제2 양전극(14)의 내경(d14)에 대한 제3 양전극(15)의 내경(d15)의 비율의 1.3 내지 2일 수 있다. 이러한 상대적인 비율이 너무 작은 경우, 예를 들면, 제3 양전극(15)의 내경(d15)이 작으므로, 다량의 용융 입자들이 빠져나갈 수 있는 공간 확보가 어려울 수 있다. 또한, 이러한 상대적인 비율이 너무 큰 경우, 제2 양전극(14)의 내경(d14)이 커지므로, 서스펜션에서 아토마이징된 입자들이 화살표 방향으로 직선 운동하기 어려울 수 있다.Within the above range, the ratio of the inner diameter d14 of the second
도 7은 도 1의 플라즈마 용사 장치를 사용하여 α-알루미나를 제조하는 방법을 개략적으로 예시한 그래프이다. 도 7의 α-알루미나의 제조 방법은 단지 본 발명을 예시히기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 α-알루미나의 제조 방법을 다르게 변형할 수 있다.7 is a graph schematically illustrating a method for manufacturing α-alumina using the plasma spraying apparatus of FIG. 1 . The method for producing α-alumina of FIG. 7 is only for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto. Therefore, the method for producing α-alumina can be modified differently.
도 7에서 x축은 시간(t)이고, y축은 깁스 자유 에너지를 나타낸다. 따라서 좌측에서 우측으로 가면서, 즉 플라스마 용사 장치의 제1 양전극, 제2 양전극 및 제3 양전극을 차례로 거치면서 Al(OH)3(수산화알루미늄) 등의 알루미나 전구체 분산액의 상변태에 따라 α-알루미나를 제조할 수 있다. 상변태가 일어나는 경우, 깁스 자유에너지의 변화량은 0이다. 먼저, 서스펜션 주입관을 통해 주입된 알루미나 전구체 분산액은 제1 양전극을 통과하면서 γ상이 형성되고, 제2 양전극을 통과하면서 β상이 형성되며, 제3양전극을 통과하면서 α상을 형성하고 깁스 자유에너지는 점차 증가한다. 즉, 알루미나는 그 하소 온도에 따라 500℃ 부근에서는 γ상을 형성하고, 1200℃ 이상에서는 α상을 형성하여 α-알루미나의 제조가 가능하다. α-알루미나는 γ-알루미나에 비해 고밀도를 가진다. 즉, γ-알루미나의 밀도는 3.65g/cm3인 반면에 α-알루미나의 밀도는 3.97g/cm3이다. 이는 γ-알루미나의 열전도율을 낮출 수 있기 때문에 내열성 코팅재를 본 발명의 일 실시예에 따른플라스마 용사 장치를 사용해 바로 제조하기에 적합하다. 이를 도 8을 통하여 좀더 상세하게 설명한다.In FIG. 7 , the x-axis represents time (t), and the y-axis represents Gibbs free energy. Therefore, α-alumina is produced according to the phase transformation of an alumina precursor dispersion such as Al(OH) 3 (aluminum hydroxide) while going from left to right, that is, passing through the first positive electrode, the second positive electrode, and the third positive electrode of the plasma spraying device in turn. can do. When a phase transformation occurs, the change in Gibbs free energy is zero. First, the alumina precursor dispersion injected through the suspension injection pipe passes through the first positive electrode to form a γ phase, passes through the second positive electrode to form a β phase, passes through the third positive electrode to form an α phase, and the Gibbs free energy is gradually increases That is, depending on the calcination temperature, alumina forms a γ phase at around 500° C., and forms an α phase at 1200° C. or higher, so that α-alumina can be produced. α-alumina has a higher density than γ-alumina. That is, the density of γ-alumina is 3.65 g/cm 3 while that of α-alumina is 3.97 g/cm 3 . Since this can lower the thermal conductivity of γ-alumina, it is suitable for directly manufacturing a heat-resistant coating material using the plasma spraying apparatus according to an embodiment of the present invention. This will be described in more detail with reference to FIG. 8 .
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 용사 장치(200)를 개략적으로 나타낸다. 도 8의 플라즈마 용사 장치(200)의 구조는 도 6의 플라즈마 용사 장치(100)와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하여 나타내고 그 상세한 설명을 생략한다.8 schematically shows a
도 8에 도시한 바와 같이, 서스펜션 주입관들(501, 503)을 각각 제1 양전극(12)과 제3 이격공간(36)에 설치한다. 이러한 서스펜션 주입관들(501, 503)의 설치 위치는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. As shown in FIG. 8 ,
서스펜션 주입관(501)은 제1 양전극(12)을 관통하여 가스가 화살표 방향을 따라 진행하는 통로에 삽입된다. 예를 들면, 탄소 성분이 없고 물을 포함하는 서스펜션은 단순 이송제로서 기능하므로, 제1 양전극(12)에 주입한다. 그 결과, 가스가 플라스마 제트화되는 가까운 위치부터 이송되기 시작하여 충분한 용융 에너지, 즉, 엔탈피와 플라즈마내 입자 용융이 가능한 정체 시간의 곱을 가지므로 타겟에 코팅층을 잘 용착할 수 있다. 또한, 서스펜션 주입관(503)을 통해서는 기화가 잘되는 알코올을 용매로 하는 서스펜션을 주입할 수도 있다.The
한편, 경우에 따라 서스펜션 주입관들(501, 503)을 함께 사용할 수도 있다. 서스펜션 주입관(501)을 통해 주입되는 제1 물질과 화합물을 형성하는 제2 물질을 서스펜션 주입관(503)을 통해 주입한다. 이 경우, 제1 물질의 용융점과 제2 물질의 용융점의 차는 500℃ 이상일 수 있다. 제1 물질과 제2 물질의 주입 위치를 상이하게 하여 상을 제어한 양질의 코팅재를 제조할 수 있다. 물론, 서스펜션 주입관들(501, 503) 중 어느 한 서스펜션 주입관만 선택하여 서스펜션을 주입할 수도 있다.Meanwhile, in some cases, the
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 용사 장치(300)를 개략적으로 나타낸다. 도 9의 플라즈마 용사 장치(300)의 구조는 도 8의 플라즈마 용사 장치(100)와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하여 나타내며, 그 상세한 설명을 생략한다.9 schematically shows a
도 9에 도시한 바와 같이, 서스펜션 주입관들(501, 503)을 각각 제1 양전극(12)과 제3 이격공간(36)에 설치한다. 이러한 서스펜션 주입관들(501, 503)의 설치 위치는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.As shown in FIG. 9 , the
도 9에 도시한 바와 같이, 서스펜션 주입관들(501, 505)을 각각 제1 양전극(12)과 외측부(38)에 설치한다. 이 경우, 서스펜션 주입관(501)에 의한 서스펜션 플라스마 용사와 서스펜션 주입관(505)에 의한 대기 플라즈마 용사를 혼용해 사용할 수 있다. 따라서 생성되는 코팅재의 상을 자유롭게 조절할 수 있다. 물론, 이와는 달리 서스펜션 주입관들(501, 505) 중 어느 한 서스펜션 주입관만 사용해도 무방하다.As shown in FIG. 9 ,
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.Although the present invention has been described as described above, it will be readily understood by those skilled in the art to which the present invention pertains that various modifications and variations are possible without departing from the spirit and scope of the appended claims.
10. 음전극
12, 14, 15. 양전극
11, 13, 16, 18, 19. 절연체
14. 제2 양전극
17. 지지봉
20, 22, 24. 전원부
32, 34, 36, 38. 이격 공간
50, 501, 503, 505. 서스펜션 주입관
100, 200, 300. 플라즈마 용사 장치
111, 181, 191. 개구부
131. 관통공
161. 전방부
163. 돌출부
181, 191. 나사공
P. 플라스마 제트10. Negative Electrode
12, 14, 15. Positive electrode
11, 13, 16, 18, 19. Insulator
14. Second positive electrode
17. Support bar
20, 22, 24. Power part
32, 34, 36, 38. Separation space
50, 501, 503, 505. Suspension injection tube
100, 200, 300. Plasma thermal spraying device
111, 181, 191. Openings
131. Through hole
161. Front
163. Overhang
181, 191. Screwdriver
P. plasma jet
Claims (10)
ii) 상기 제1 절연체(11)에 수납되어 고정되는 음전극(10),
iii) 상기 음전극(10)이 삽입 고정되는 관통공(131)이 형성되고, 상기 제1 절연체(11)와 접하는 제2 절연체(13),
iv) 상기 관통공(131)에 삽입되는 돌출부(163)를 포함하고, 상기 제2 절연체(13)와 접하는 제3 절연체(16),
v) 상기 음전극(10)과 이격되어 제1 이격 공간(32)을 형성하고, 그 내부에 통로가 형성되며, 상기 제3 절연체(16)의 내부에 수납되어 고정된 제1 양전극(12),
vi) 상기 제1 양전극(12)을 통해 가속되면서 플라스마 제트화되도록 적용된 가스의 진행 방향을 따라 상기 제1 양전극(12)과 제2 이격 공간(34)을 형성하고, 상기 제1 양전극(12)을 사이에 두고, 상기 음전극(10)의 반대편에 위치하고, 그 내부에 상기 통로를 둘러싸며, 상기 제3 절연체(16)와 맞닿은 제2 양전극(14),
vii) 상기 제2 양전극(14)과 이격되어 빈 공간으로 남겨진 제3 이격 공간(36)을 형성하고, 상기 제2 양전극(14)을 사이에 두고 상기 진행 방향을 따라 상기 제1 양전극(12)의 반대편에 위치하는 제3 양전극(15),
viii) 상기 제2 양전극(14)과 상기 제3 양전극(15) 사이에 위치하고, 복수의 제2 나사공들(181)이 형성된 제4 절연체(18),
ix) 상기 제3 양전극(15)을 그 사이에 두고 상기 제4 절연체(18)의 반대편에 위치하고, 복수의 제3 나사공들(191)이 형성된 제5 절연체(19),
x) 상기 복수의 제1 나사공들(111)과 상기 복수의 제2 나사공들(181)에 삽입되고, 상기 음전극(10), 상기 제2 절연체(13), 상기 제3 절연체(16), 상기 제1 양전극(12), 및 상기 제2 양전극(14)과 이격되어 그 외주에 위치하는 한 쌍의 제1 지지봉들(17),
xi) 상기 복수의 제1 나사공들(111)과 상기 복수의 제3 나사공들(191)에 삽입되고, 상기 음전극(10), 상기 제2 절연체(13), 상기 제3 절연체(16), 상기 제1 양전극(12), 및 상기 제2 양전극(14)과 이격되어 그 외주에 위치하는 또다른 한 쌍의 제1 지지봉들(17),
xii) 상기 제1 양전극(12)과 전기적으로 연결된 제1 전원(20),
xiii) 상기 제1 전원(20)과 독립되어 별도로 제공되고, 상기 제2 양전극(14)에 전기적으로 연결된 제2 전원(22),
xiv) 상기 제1 전원(20) 및 상기 제2 전원(22)과 독립되어 별도로 제공되고, 상기 제3 양전극(15)에 전기적으로 연결된 제3 전원(24)
을 포함하는 플라스마 용사 장치(100)를 대기 중에 제공하는 단계,
상기 제1 전원(20)이 제1 전압을 상기 제1 양전극(12)에 인가하는 단계,
상기 제2 전원(22)이 상기 제1 전압보다 큰 제2 전압을 상기 제2 양전극(14)에 인가하는 단계,
상기 제3 전원(24)이 상기 제2 전압보다 큰 제3 전압을 상기 제3 양전극(15)에 인가하는 단계,
상기 제2 이격 공간(34)의 위치에서 상기 통로에 하나 이상의 코팅 물질이 포함된 하나 이상의 서스펜션을 공급하는 단계, 및
상기 가스에 의해 상기 서스펜션에 포함된 액적이 아토마이징되면서 상기 액적에 포함된 용매가 기화되는 단계
를 포함하고,
상기 플라스마 용사 장치(100)를 제공하는 단계에서, 상기 제1 이격 공간(32), 상기 제2 이격 공간(34), 및 상기 제3 이격 공간(36)은 상기 플라스마 용사 장치(100)의 외부와 연통되어 상기 통로가 상기 외부와 연결된 플라스마 용사 장치(100)의 제어 방법.i) a first insulator 11 having a plurality of first screw holes 111 formed therein;
ii) the negative electrode 10 accommodated in the first insulator 11 and fixed;
iii) a through hole 131 into which the negative electrode 10 is inserted and fixed, and a second insulator 13 in contact with the first insulator 11;
iv) a third insulator 16 including a protrusion 163 inserted into the through hole 131 and in contact with the second insulator 13;
v) a first positive electrode 12 spaced apart from the negative electrode 10 to form a first separation space 32, a passage is formed therein, and is accommodated and fixed in the third insulator 16;
vi) forming the first positive electrode 12 and the second separation space 34 along the traveling direction of the gas applied to form a plasma jet while being accelerated through the first positive electrode 12, and the first positive electrode 12 A second positive electrode 14 positioned opposite the negative electrode 10 with the
vii) forming a third spaced-apart space 36 that is spaced apart from the second positive electrode 14 and left as an empty space, and the first positive electrode 12 along the traveling direction with the second positive electrode 14 interposed therebetween The third positive electrode 15 located on the opposite side of the
viii) a fourth insulator 18 positioned between the second positive electrode 14 and the third positive electrode 15 and having a plurality of second screw holes 181 formed therein;
ix) a fifth insulator 19 positioned opposite the fourth insulator 18 with the third positive electrode 15 interposed therebetween, and having a plurality of third screw holes 191 formed therebetween;
x) is inserted into the plurality of first screw holes 111 and the plurality of second screw holes 181 , and the negative electrode 10 , the second insulator 13 , and the third insulator 16 . , a pair of first support rods 17 spaced apart from the first positive electrode 12 and the second positive electrode 14 and positioned on the outer periphery thereof;
xi) inserted into the plurality of first screw holes 111 and the plurality of third screw holes 191 , the negative electrode 10 , the second insulator 13 , and the third insulator 16 . , the first positive electrode 12, and the second positive electrode 14 and spaced apart from another pair of first support rods 17 located on the outer periphery;
xii) a first power source 20 electrically connected to the first positive electrode 12;
xiii) a second power source 22 provided separately from the first power source 20 and electrically connected to the second positive electrode 14;
xiv) a third power source 24 provided independently of the first power source 20 and the second power source 22 and electrically connected to the third positive electrode 15
Providing a plasma spraying device 100 in the atmosphere comprising a;
applying, by the first power source 20, a first voltage to the first positive electrode 12;
applying, by the second power source (22), a second voltage greater than the first voltage to the second positive electrode (14);
applying, by the third power source (24), a third voltage greater than the second voltage to the third positive electrode (15);
supplying at least one suspension comprising at least one coating material to the passage at a location in the second spaced-apart space (34), and
A step of vaporizing the solvent included in the droplet while the droplet included in the suspension is atomized by the gas
including,
In the step of providing the plasma spraying device 100 , the first separation space 32 , the second separation space 34 , and the third separation space 36 are outside the plasma spraying device 100 . The control method of the plasma spraying device 100 is in communication with the passage is connected to the outside.
상기 제3 전압을 상기 제3 양전극에 인가하는 단계에서, 상기 제3 전압은 상기 제2 전압의 1.5배 내지 2배이고,
상기 제2 전압을 상기 제2 양전극에 인가하는 단계에서, 상기 제2 전압은 상기 제1 전압의 3배 내지 4배인 플라스마 용사 장치(100)의 제어 방법.In claim 6,
In the step of applying the third voltage to the third positive electrode, the third voltage is 1.5 to 2 times the second voltage,
In the step of applying the second voltage to the second positive electrode, the second voltage is three to four times the first voltage, the control method of the plasma spraying apparatus 100.
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