NO148113B - PROCEDURE AND APPARATUS FOR PLASMA SPRAYING OF METALS - Google Patents
PROCEDURE AND APPARATUS FOR PLASMA SPRAYING OF METALS Download PDFInfo
- Publication number
- NO148113B NO148113B NO753361A NO753361A NO148113B NO 148113 B NO148113 B NO 148113B NO 753361 A NO753361 A NO 753361A NO 753361 A NO753361 A NO 753361A NO 148113 B NO148113 B NO 148113B
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- plasma
- nozzle
- powder
- cooled
- stream
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 9
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 title abstract 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 47
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 32
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 27
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims 2
- 238000010790 dilution Methods 0.000 claims 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 claims 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 28
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 9
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- 238000010283 detonation spraying Methods 0.000 description 7
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 6
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 6
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 4
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 238000005474 detonation Methods 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N Raney nickel Chemical compound [Al].[Ni] NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 2
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 2
- 231100000040 eye damage Toxicity 0.000 description 2
- 238000010285 flame spraying Methods 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
- 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
- B05B7/16—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
- B05B7/222—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 using an arc
- B05B7/226—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 using an arc the material being originally a particulate material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
- 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
- B05B7/16—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
- B05B7/1606—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 the spraying of the material involving the use of an atomising fluid, e.g. air
- B05B7/1613—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 the spraying of the material involving the use of an atomising fluid, e.g. air comprising means for heating the atomising fluid before mixing with the material to be sprayed
- B05B7/162—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 the spraying of the material involving the use of an atomising fluid, e.g. air comprising means for heating the atomising fluid before mixing with the material to be sprayed and heat being transferred from the atomising fluid to the material to be sprayed
- B05B7/1626—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 the spraying of the material involving the use of an atomising fluid, e.g. air comprising means for heating the atomising fluid before mixing with the material to be sprayed and heat being transferred from the atomising fluid to the material to be sprayed at the moment of mixing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
- 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
- B05B7/16—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
- B05B7/168—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 with means for heating or cooling after mixing
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/26—Plasma torches
- H05H1/32—Plasma torches using an arc
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Nozzles (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
Abstract
Fremgangsmåte og apparat for plasma-sprøyting av metaller.Method and apparatus for plasma spraying of metals.
Description
Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte The present invention relates to a method
ved plasma-sprøyting av metallpulver, innbefattet generering av et plasma, innføring av et beleggingspulver i en plasma-strøm i en dyse og tilførsel av pulveret til en flate som skal belegges samt oppbygging av et belegg på flaten til ønsket tykkelse. by plasma spraying of metal powder, including generating a plasma, introducing a coating powder into a plasma stream in a nozzle and supplying the powder to a surface to be coated as well as building up a coating on the surface to the desired thickness.
Oppfinnelsen vedrører også et apparat for plasma-sprøyting av metallpulver til utførelse av fremgangsmåten, utstyrt med en plasma-generator og en dyse for en plasma-strøm, idet dysen har åpninger for innføring av pulver i plasma-strømmen i dysen. The invention also relates to an apparatus for plasma spraying of metal powder for carrying out the method, equipped with a plasma generator and a nozzle for a plasma stream, the nozzle having openings for introducing powder into the plasma stream in the nozzle.
For tiden benyttes det tre teknikker for termisk sprøy-ting, nemlig flamme-, plasma- og detonasjonsprøyting. Alle disse er basert på dannelse av en varm gasstrøm som anvendes for å oppvarme og drive fremover et findelt beleggsmateriale til en overflate som skal belegges. Currently, three techniques are used for thermal spraying, namely flame, plasma and detonation spraying. All of these are based on the formation of a hot gas stream which is used to heat and propel forward a finely divided coating material to a surface to be coated.
Ved flammesprøyting danner forbrenningen av en gassblan-ding, såsom oksygen og acetylen, den nødvendige varme. Plasma-sprøyting er ikke avhengig av en forbrenning. Istedenfor magne-tiseres en inertgass, vanligvis argon, noe som resulterer i et høytemperaturplasma. Ved detonasjonsprøyting foregår det en kontrollert eksplosjon av gasser, såsom en blanding av oksygen, acetylen og nitrogen, inne i en detonasjonskanon, og pulverne drives bort fra denne på en sjokkbølge. In flame spraying, the combustion of a gas mixture, such as oxygen and acetylene, produces the necessary heat. Plasma spraying does not depend on a combustion. Instead, an inert gas, usually argon, is magnetized, resulting in a high-temperature plasma. In detonation spraying, a controlled explosion of gases, such as a mixture of oxygen, acetylene and nitrogen, takes place inside a detonation cannon, and the powders are driven away from this on a shock wave.
Flammetemperaturene i flammekannen er selvfølgelig bestemt av de temperaturer som kan oppnås ved forbrenningen. Ved detona-sjonsprøyting er temperaturer på ca. 3350°C og gassutstrømnings-hastigheter i størrelsesorden 750 m/sek. typisk. Men plasma-gasstemperaturer er ytterst høye idet de når opp til ca. 11.000°C,-og det kan oppnås meget høye gasshastigheter. The flame temperatures in the flame jug are of course determined by the temperatures that can be achieved during combustion. During detonation spraying, temperatures of approx. 3350°C and gas outflow velocities of the order of 750 m/sec. typical. But plasma-gas temperatures are extremely high, reaching up to approx. 11,000°C, and very high gas velocities can be achieved.
På grunn av de betydelige forskjeller i de ulike prosess-parametre, særlig temperatur og gasshastighet, vil det kunne iakttas betydelige forskjeller i de avsatte belegg avhengig av den prosess som er benyttet til tross for at det sprøytes med pulvere av samme sammensetning. De høyere temperaturer i plasma-sprøyten resulterer, i noen beleggsystemer, i et avsatt belegg som har en annen fasestruktur enn et belegg som er dannet med detonasjonskanonen. Denne forskjell i fasestruktur resulterer i en forskjell i beleggets fysikalske egenskaper. Forskjel-len er i mange tilfeller stor nok til å være avgjørende for om belegget er akseptabelt eller uakseptabelt for det aktuelle formål. Due to the significant differences in the various process parameters, especially temperature and gas velocity, significant differences can be observed in the deposited coatings depending on the process used, despite the fact that powders of the same composition are sprayed. The higher temperatures in the plasma spray result, in some coating systems, in a deposited coating having a different phase structure than a coating formed with the detonation gun. This difference in phase structure results in a difference in the coating's physical properties. In many cases, the difference is large enough to be decisive for whether the coating is acceptable or unacceptable for the purpose in question.
Et beleggmateriale som er egnet til avsetting ved sprøy-ting, vanligvis ved plasma- eller detonasjonsprøyting, er et nikkelaluminiummateriale. Dette anvendes for å frembringe ero-sjons- og rivebestandighet hos visse titanlegeringer i gasstur-binmotordeler. Erfaring har vist at mange belegg som er avsatt ved konvensjonell plasma-sprøyting har god tetthet, men har høye spenninger, og er derfor tilbøyelig til å sprekke og skalle av, særlig under forhold med termiske sjokk. De belegg som dannes ved detonasjonsprøyting med lavere dannelsestemperatur er mer tilfredsstillende når det gjelder sprekking og avskalling, men er ikke optimale, særlig når det gjelder krav til maskering og økonomi. A coating material suitable for deposition by spraying, usually by plasma or detonation spraying, is a nickel aluminum material. This is used to produce erosion and tear resistance in certain titanium alloys in gas turbine engine parts. Experience has shown that many coatings deposited by conventional plasma spraying have good density, but have high stresses, and are therefore prone to cracking and peeling, particularly under conditions of thermal shock. The coatings that are formed by detonation spraying with a lower formation temperature are more satisfactory in terms of cracking and peeling, but are not optimal, especially when it comes to requirements for masking and economy.
Med eksisterende prosesser og apparater er det mulig, With existing processes and devices it is possible,
i det minste i svært mange tilfeller, å frembringe sprøytebelegg som har ikke bare den forlangte sammensetning og metallurgiske struktur, men også ønsket heft og tetthet. Det er også ønskelig å minimalisere noen av produksjonsproblemene som følger med konvensjonell sprøyting. F.eks. utføres detonasjonsprøyting av sikkerhetsgrunner med operatøren på et annet sted enn der hvor beleggingen foregår, noe som krever nøyaktig forhåndsan-bringelse av delen som skal belegges og/eller fjernkontroll. Konvensjonell plasma-sprøyting krever nøyaktig overflatepre-parering og maskering og kan gi en viss fare for overheting av underlaget. at least in very many cases, to produce spray coatings having not only the desired composition and metallurgical structure, but also the desired adhesion and density. It is also desirable to minimize some of the production problems associated with conventional spraying. E.g. detonation spraying is carried out for safety reasons with the operator at a different location than where the coating takes place, which requires precise pre-positioning of the part to be coated and/or remote control. Conventional plasma spraying requires precise surface preparation and masking and can present a certain risk of overheating the substrate.
Ifølge britiske patentskrifter 972.183, 1.125.806 og 1.320.809 utføres det kjøling av deler av apparatene eller sprøytene. Men det utføres ingen kjøling av selve plasmaet før innføring av pulveret, som påføres i smeltet tilstand. Høy plasma-temperatur medfører de ovenfor anførte problemer med det ferdige belegg. According to British patent documents 972,183, 1,125,806 and 1,320,809, parts of the devices or syringes are cooled. But no cooling of the plasma itself is carried out before introducing the powder, which is applied in a molten state. High plasma temperature causes the above-mentioned problems with the finished coating.
Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kjennetegnes ved The method according to the invention is characterized by
at plasmaet - som føres med høy hastighet gjennom en langstrakt dyse - avkjøles i den langstrakte dyse, idet det dannes en plasma-strøm med noe lavere temperatur enn plasma-strømmen har idet den genereres, that the plasma - which is fed at high speed through an elongated nozzle - cools in the elongated nozzle, as a plasma stream is formed with a somewhat lower temperature than the plasma stream has when it is generated,
det kjølte plasma akselereres deretter og beleggpulver innføres i den avkjølte plasma-strøm i den langstrakte dyse, hvori det sikres tilstrekkelig oppholdstid i den kjølte plasma-strøm til å plastifisere pulveret og tilføre dette høy hastighet, the cooled plasma is then accelerated and coating powder is introduced into the cooled plasma stream in the elongated nozzle, in which sufficient residence time is ensured in the cooled plasma stream to plasticize the powder and feed it at high speed,
hvoretter pulveret i plastifisert tilstand rettes an mot after which the powder in a plasticized state is directed towards
flaten som skal belegges. the surface to be coated.
Apparatet ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved The device according to the invention is characterized by
en plasma-kjøleanordning, som er anbrakt nedstrøms for a plasma cooling device, which is placed downstream of
en plasma-genererende innretning, for å frembringe en kjølt plasma-strøm, a plasma-generating device, to produce a cooled plasma stream,
en plasma-akselerator for akselerering av den kjølte a plasma accelerator for accelerating the cooled
plasma-strøm inne i apparatet, og plasma current inside the device, and
én eller flere porter for innføring av metallpulver, som skal tilføres til plasma-strømmen, anbrakt i et område av apparatet hvori plasma-strømmen er kjølt av nevnte plasma-kjøleanord-ning. one or more ports for the introduction of metal powder, which is to be supplied to the plasma flow, located in an area of the apparatus in which the plasma flow is cooled by said plasma cooling device.
Ifølge oppfinnelsen avkjøles altså plasmaet før innføring av pulveret. Dette blir derved påført i plastisk tilstand. Men for å oppnå tilfredsstillende densitet og adhesjon må det av-kjølte plasma akselereres, noe som oppnås ved fremgangsmåten og med apparatet ifølge oppfinnelsen, som derved gjør det mulig å redusere de problemer man tidligere hadde på dette området og som er anført ovenfor. According to the invention, the plasma is thus cooled before introducing the powder. This is thereby applied in a plastic state. But in order to achieve satisfactory density and adhesion, the cooled plasma must be accelerated, which is achieved by the method and with the apparatus according to the invention, which thereby makes it possible to reduce the problems previously experienced in this area and which are listed above.
Det er altså mulig å danne en optimal beleggstruktur, It is therefore possible to form an optimal coating structure,
i forskjellige beleggsystemer, med utmerket heft og tetthet. Denne fordel oppnås sogar ved samtidig forbedring i prosess-økonomi og -sikkerhet. I bruk anvendes helium som plasmagass. in various coating systems, with excellent adhesion and density. This advantage is even achieved by simultaneous improvement in process economy and safety. In use, helium is used as plasma gas.
Oppfinnelsen vil bli nærmere forklart i det etterfølgende under henvisning til den medfølgende tegning som viser et snitt gjennom plasma-sprøyteapparatet ifølge oppfinnelsen. The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawing which shows a section through the plasma spraying apparatus according to the invention.
En langstrakt dyse 2 er innrettet til å passe om en dyse An elongated nozzle 2 is arranged to fit about a nozzle
4 på en standard plasma-sprøyte 6, såsom plasma-sprøyte "METCO 3MB". Dysen 2 omfatter en rørformet del 8 som er utstyrt med ribber, og en kanal 10. Denne del er fremstilt av et materiale med høy varmeledningsevne, såsom kobber,, og er omgitt av en 4 on a standard plasma syringe 6, such as plasma syringe "METCO 3MB". The nozzle 2 comprises a tubular part 8 which is equipped with ribs, and a channel 10. This part is made of a material with high thermal conductivity, such as copper, and is surrounded by a
vannkappe 14 av stål med et innløp 16 og et utløp 18 for kjøle-vann. Kjølefluidet som passerer gjennom et vannkammer 19 avkjøler delen 8 med ribbene og hindrer smelting eller annen varmeskade som skyldes varmt plasma som strømmer gjennom kanalen 10 når apparatet er i bruk. Når det strømmer gjennom kanalen i delen utstyrt med ribber blir plasmaet selv avkjølt betydelig. For å opprettholde høy gasshastighet er i dette apparat kanalen 10 utformet for aerodynamisk effektivitet ved å anordne et innløpsparti 20, et dyseparti 22 og et utløpsparti 24. Den viste enhet har en lengde på 16 cm, med et innløpsparti på 4 x 0,545 cm, et dyseparti med en lengde på ca. 0,63 cm som har en munningsdiameter på 0,35 cm, samt et utløpsparti som har en diameter på 0,38 cm. water jacket 14 of steel with an inlet 16 and an outlet 18 for cooling water. The cooling fluid passing through a water chamber 19 cools the part 8 with the ribs and prevents melting or other heat damage caused by hot plasma flowing through the channel 10 when the apparatus is in use. As it flows through the channel in the part equipped with ribs, the plasma itself is cooled significantly. In order to maintain high gas velocity, in this apparatus the channel 10 is designed for aerodynamic efficiency by providing an inlet portion 20, a nozzle portion 22 and an outlet portion 24. The unit shown has a length of 16 cm, with an inlet portion of 4 x 0.545 cm, a nozzle section with a length of approx. 0.63 cm which has a mouth diameter of 0.35 cm, as well as an outlet part which has a diameter of 0.38 cm.
Typisk er det ønskelig å bringe pulverne frem til flaten som skal belegges, ikke bare med høy hastighet og oppvarmet, Typically, it is desirable to bring the powders to the surface to be coated, not only at high speed and heated,
men i plastisk istedenfor smeltet tilstand. Når plasmaet strøm-mer gjennom kanalen avkjøles det, og følgelig vil innføring av pulverne på et sted lenger fremme i kanalen generelt resultere i mindre oppvarming av pulverne idet temperaturen er lavere enn temperaturen lenger bak i kanalen. Følgelig er dysen fremstilt med tilstrekkelig lengde til at plasma-temperaturen senkes betydelig. Med "langstrakt" menes det derfor tilstrekkelig lengde til å frembringe betydelig avkjøling av plasmaet. Av det som er anført ovenfor fremgår det at ifølge den foreliggende oppfinnelse utsettes pulverne for en syklus med lav temperatur og lang tid i motsetning til syklus med høy temperatur og kort tid ved konvensjonell plasma-sprøyting. but in a plastic instead of molten state. When the plasma flows through the channel it cools, and consequently introducing the powders at a place further forward in the channel will generally result in less heating of the powders as the temperature is lower than the temperature further back in the channel. Consequently, the nozzle is produced with sufficient length for the plasma temperature to be lowered significantly. By "elongated" is therefore meant sufficient length to produce significant cooling of the plasma. From what has been stated above, it appears that according to the present invention, the powders are subjected to a cycle of low temperature and long time in contrast to the cycle of high temperature and short time in conventional plasma spraying.
Den langstrakte dyse 2 er utstyrt med innløpskanal(er) The elongated nozzle 2 is equipped with inlet channel(s)
40, 42 for innføring av pulver i plasma-gasstrømmen. Plasseringen av disse pulverinnløpskanaler vil være avhengig av pulverne som skal sprøytes og de spesielle prosessparametre og apparatet som anvendes. Men generelt velges plasseringen slik at det oppnås riktig oppvarming av pulverne. 40, 42 for introducing powder into the plasma gas stream. The location of these powder inlet channels will depend on the powders to be sprayed and the special process parameters and the apparatus used. But in general, the location is chosen so that the powders are properly heated.
Ved sprøyting av nikkel-aluminium i det beskrevne apparat tilføres pulverne i en inert bærergass gjennom innløpskanalene 42 som har diameter på 0,16 cm og befinner seg ca. 9 cm fra den langstrakte dyses innløp, dvs. like ved dysepartiet 22. When spraying nickel-aluminium in the described apparatus, the powders are supplied in an inert carrier gas through the inlet channels 42 which have a diameter of 0.16 cm and are located approx. 9 cm from the inlet of the elongated nozzle, i.e. close to the nozzle section 22.
Det kan anvendes én eller flere kanaler for tilførselen One or more channels can be used for the supply
av pulver med forskjellig- sammensetning når slike pulver skal sprøytes samtidig eller etter hverandre, eller for tilførsel of powders of different composition when such powders are to be sprayed simultaneously or one after the other, or for supply
av pulver med samme sammensetning hvor prosessparametrene skal forandres. Dannelsen av graderte belegg ved gradvis innkopling av én sammensetning mens en annen koples ut slik at en plan grenseflate mellom sammensetningen unngås, kan lettvint oppnås. of powder with the same composition where the process parameters are to be changed. The formation of graded coatings by gradually switching on one composition while another is switched off, so that a flat interface between the compositions is avoided, can be easily achieved.
Som anført ovenfor kan pulvertemperaturen reguleres lettvint i et gitt system ved nøye valg av det sted pulverne inn-føres i de varme gasstrømmer langs kanalen. Apparatet kan også lettvint tilpasses andre anordninger for pulvertemperaturregu-lering. F.eks. kan innløpskanalen 40 eller en annen åpning anvendes for innføring av en temperaturregulerende gass i plasma-strømmen. Denne temperaturregulerende gass kan være en kald gasstrøm med samme sammensetning som plasma-gassen, eller den kan være en gass som forandrer varmeoverføringsegenskapene eller en annen egenskap hos plasmaet. As stated above, the powder temperature can be easily regulated in a given system by careful selection of the place where the powders are introduced into the hot gas streams along the channel. The device can also be easily adapted to other devices for powder temperature regulation. E.g. the inlet channel 40 or another opening can be used for introducing a temperature-regulating gas into the plasma flow. This temperature-regulating gas can be a cold gas stream with the same composition as the plasma gas, or it can be a gas that changes the heat transfer properties or another property of the plasma.
Som vist omfatter den langstrakte dyse 2 et apparat som As shown, the elongated nozzle 2 comprises an apparatus which
er atskilt fra selveplasmapistolen. Denne spesielle konstruk-sjon ble valgt av praktiske grunner for å muliggjøre anvendelse av den foreliggende oppfinnelse sammen med eksisterende plasma-utstyr. Det er selvfølgelig ingen grunn til at den langstrakte dyse ikke skal kunne være utformet i ett stykke med selve plasma-sprøyten. Selv om også delen 8 som er utstyrt med ribber også is separate from the plasma gun itself. This particular construction was chosen for practical reasons to enable the use of the present invention together with existing plasma equipment. There is of course no reason why the elongated nozzle should not be designed in one piece with the plasma sprayer itself. Although also the section 8 which is equipped with ribs as well
er vist utformet i ett stykke, kan ulike deler av den med fordel være utformet som separate deler for å muliggjøre tilpassing av enheten til alternative beleggingsoperasjoner eller -utstyr, eller også for å muliggjøre reparasjon eller utskifting av deler når de er blitt slitt ved bruk. is shown designed in one piece, various parts thereof may advantageously be designed as separate parts to enable adaptation of the unit to alternative coating operations or equipment, or also to enable repair or replacement of parts when they have become worn in use.
For optimal .faseoppbygning i det påførte belegg er det vanligvis fordelaktig å sørge for at pulverpartiklene treffer flaten som skal belegges i plastisk tilstand, men med en så For optimal phase build-up in the applied coating, it is usually advantageous to ensure that the powder particles hit the surface to be coated in a plastic state, but with such
lav temperatur som mulig. Men jo kaldere partiklene er, desto større må treffhastigheten være for å frembringe maksimal tetthet og heft. Det kan således oppnås en betydelig fordel med å sørge for muligheten til å bevirke høy beleggpartikkelhastighet. low temperature as possible. But the colder the particles, the greater the impact speed must be to produce maximum density and adhesion. A significant advantage can thus be achieved by providing the possibility of effecting a high coating particle velocity.
Partikkelhastighetene begrenses automatisk av gasshastig-heten i det spesielle system som anvendes. Ved detonasjonsprøy-ting er partiklene typisk begrenset til sjokkbølgehastigheter i størrelsesorden 750 m pr. sek. Plasma-sprøyter, hvor det etter anbefaling av produsentene anvendes argon, kan nå gasshastigheter på opp til 1200 m/sek. Ifølge den foretrukne utførelses-form av oppfinnelsen er det mulig med gasshastigheter på opp til 3600 m/sek. eller høyere. The particle velocities are automatically limited by the gas velocity in the particular system used. In detonation spraying, the particles are typically limited to shock wave velocities of the order of 750 m per Sec. Plasma sprayers, where argon is used as recommended by the manufacturers, can reach gas velocities of up to 1200 m/sec. According to the preferred embodiment of the invention, gas velocities of up to 3600 m/sec are possible. or higher.
I motsetning til vanlig praksis innen industrien foretrekkes ifølge den foreliggende oppfinnelse helium som plasmagass. Selv om det er kjent at helium eventuelt kan anvendes ved plasma-sprøyting, har dens lave vekt og dårlige varmeover-føringsegenskaper resultert i at industrien har unnlatt å an-vende den i konvensjonelt plasma-sprøyteutstyr. Ifølge den foreliggende oppfinnelse er bruken av den ikke bare mulig, men sogar fordelaktig. In contrast to common practice in industry, according to the present invention, helium is preferred as the plasma gas. Although it is known that helium can possibly be used in plasma spraying, its low weight and poor heat transfer properties have resulted in the industry failing to use it in conventional plasma spraying equipment. According to the present invention, its use is not only possible, but even advantageous.
I konvensjonelt utstyr spres gassene som strømmer ut fra plasma-sprøyten hurtig. Pulver som innføres til en slik gasstrøm forblir der bare i et meget kort tidsrom. I løpet av den korte oppholdstid ville bruken av helium, med dens dårlige varmeover-føringsegenskaper, istedenfor argon, øke vanskelighetene med å tilføre tilstrekkelig varme til pulverne. Den korte oppholdstid og det forhold at gassen spres hurtig øker også problemet med å overføre hastighetskomponenten til pulverne. In conventional equipment, the gases that flow out of the plasma spray are quickly dispersed. Powder introduced into such a gas stream remains there only for a very short time. During the short residence time, the use of helium, with its poor heat transfer properties, instead of argon, would increase the difficulty of supplying sufficient heat to the powders. The short residence time and the fact that the gas spreads quickly also increases the problem of transferring the velocity component to the powders.
Bruk av helium, som foretrekkes ifølge oppfinnelsen, bevirker regulert oppvarming og mulighet for høy hastighet. I tillegg oppnås det.andre fordeler. I enhver beleggingsprosess er det vesentlig å ta i betraktning ikke bare beleggbestand-delenes og prosessparametrenes innvirkning på belegget, men også deres virkning på underlaget som skal belegges. Ofte er underlagets beskaffenhet slik at visse temperaturer i underlaget ikke må overskrides. Heliums relativt dårlige varmeoverførings-•egenskaper sammenliknet med argon, f.eks., resulterer automatisk i minsket varmeoverføring til underlaget. The use of helium, which is preferred according to the invention, results in regulated heating and the possibility of high speed. In addition, other benefits are achieved. In any coating process, it is essential to take into account not only the effect of the coating components and process parameters on the coating, but also their effect on the substrate to be coated. Often, the nature of the substrate is such that certain temperatures in the substrate must not be exceeded. Helium's relatively poor heat transfer properties compared to argon, for example, automatically result in reduced heat transfer to the substrate.
Ved konvensjonell plasma-sprøyting resulterer spredningen av de oppvarmete gasser i at et forholdsvis stort område av underlaget opptar varme, særlig områder hvor det ikke-er ønskelig med oppvarming og som kan være maskert. Ifølge den foreliggende oppfinnelse fokuseres strømmen i mye høyere grad. Min-.dre områder av underlaget utsettes derfor til ethvert tidspunkt for de varme gasser, og som følge av større varmeinntrengning forblir underlagene kaldere. Som en ytterligere fordel har det vist seg at som følge av bedre avsettingsområderegulering senkes behovet for og omfanget av maskering. Variasjoner i beleggstruktur og -tykkelse reguleres bedre, og det er mindre pulver-avfall, noe som bevirker bedre økonomi. In conventional plasma spraying, the spread of the heated gases results in a relatively large area of the substrate absorbing heat, particularly areas where heating is not desirable and which may be masked. According to the present invention, the current is focused to a much higher degree. Smaller areas of the substrate are therefore exposed to the hot gases at any time, and as a result of greater heat penetration, the substrates remain colder. As a further advantage, it has been shown that as a result of better deposition area regulation, the need for and extent of masking is reduced. Variations in coating structure and thickness are better regulated, and there is less powder waste, which results in better economy.
Belegging kan også utføres på en annen måte ifølge den foreliggende oppfinnelse. Ved bruk av en detonasjonsprøyte ut-føres operasjonene vanligvis med operatøren på et annet sted enn der hvor beleggingen foregår av sikkerhetsgrunner. Med kon-vensjonelle plasma-sprøyter har den utstrømmende gass så høy temperatur at det lett kan oppstå øyeskader som følge av ultra-fiolett stråling, og egnet øyebeskyttelse er nødvendig. Ifølge den foreliggende oppfinnelse er temperaturen til den utstrøm-mende gass senket, og muligheten for øyeskade er minsket, selv om hensiktsmessige sikkerhetsforanstaltninger selvfølgelig bør iakttas i alle fall. Coating can also be carried out in another way according to the present invention. When using a detonation sprayer, the operations are usually carried out with the operator in a place other than where the coating takes place for safety reasons. With conventional plasma syringes, the escaping gas has such a high temperature that eye damage can easily occur as a result of ultra-violet radiation, and suitable eye protection is necessary. According to the present invention, the temperature of the flowing gas is lowered, and the possibility of eye damage is reduced, although appropriate safety measures should of course be observed in any case.
I en konvensjonell prosess forbehandles en del som skal belegges typisk ved først å maskere slik at bare områdene som skal belegges blir blottlagt, deretter sandblåsing og deretter rengjøring for å fjerne partikler fra sandblåsingen, og til slutt maskering på nytt. Ifølge den foreliggende oppfinnelse elimineres i mange tilfeller behovet for mange av disse kon-vensjonelle trinn. Idet fokuseringen er særlig god er graden av maskering meget mindre. Idet partikkelhastighetene er meget høye, har det dessuten vist seg å være mulig å eliminere sandblåsingen og maskeringen og rengjøringen som er forbundet med denne. En enkel overflateavtørking med et fluorhydrokarbon-vaskemiddel ("Freon") har vist seg å være tilstrekkelig. In a conventional process, a part to be coated is typically pre-treated by first masking so that only the areas to be coated are exposed, then sandblasting and then cleaning to remove particles from the sandblasting, and finally masking again. According to the present invention, the need for many of these conventional steps is eliminated in many cases. As the focusing is particularly good, the degree of masking is much less. Furthermore, since the particle velocities are very high, it has been found possible to eliminate the sandblasting and masking and cleaning associated with it. A simple surface wipe with a fluorocarbon detergent ("Freon") has proven to be sufficient.
Eksempel Example
Prosess-parametre: Process parameters:
Avsetting: Deposition:
Med plasma-sprøyten, som hadde en tilhørende langstrakt With the plasma syringe, which had an associated elongated
dyse, og som ble holdt i hånden, ble det på den ene side av den flate skive påført et 0,20-0,25 mm tykt belegg som var be- nozzle, and which was held in the hand, a 0.20-0.25 mm thick coating was applied to one side of the flat disk, which was
standig mot erosjon og riving. resistant to erosion and demolition.
Resultater: Results:
Det ble oppnådd en beleggtetthet på godt over 99% av den teoretiske tetthet. Dette er over det som er oppnåelig ved en- A coating density of well over 99% of the theoretical density was achieved. This is beyond what is achievable by a
hver tradisjonell plasma-prosess. Heft var utmerket. Gjentatte termiske sjokk fra høy temperatur resulterte ikke i noen som helst tegn på sprekking eller avflaking. every traditional plasma process. Booklet was excellent. Repeated thermal shocks from high temperature did not result in any signs of cracking or flaking.
Claims (10)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US51258574A | 1974-10-07 | 1974-10-07 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO753361L NO753361L (en) | 1976-04-08 |
| NO148113B true NO148113B (en) | 1983-05-02 |
| NO148113C NO148113C (en) | 1983-08-10 |
Family
ID=24039722
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO753361A NO148113C (en) | 1974-10-07 | 1975-10-06 | PROCEDURE AND APPARATUS FOR PLASMA SPRAYING OF METALS |
Country Status (15)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (2) | JPS5632031B2 (en) |
| AU (1) | AU503161B2 (en) |
| BE (1) | BE834234A (en) |
| BR (1) | BR7506565A (en) |
| CA (1) | CA1065203A (en) |
| CH (1) | CH604914A5 (en) |
| DE (1) | DE2544847C2 (en) |
| FR (1) | FR2287276A1 (en) |
| GB (1) | GB1529455A (en) |
| IL (1) | IL48254A (en) |
| IT (1) | IT1043176B (en) |
| NL (1) | NL177286C (en) |
| NO (1) | NO148113C (en) |
| SE (1) | SE427804B (en) |
| ZA (1) | ZA756342B (en) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5941214U (en) * | 1982-09-08 | 1984-03-16 | 株式会社大食美術 | paper container |
| JPS623418U (en) * | 1985-06-24 | 1987-01-10 | ||
| JPH0251898A (en) * | 1988-08-13 | 1990-02-21 | Nippon Steel Corp | Plasma spray gun |
| US5858469A (en) * | 1995-11-30 | 1999-01-12 | Sermatech International, Inc. | Method and apparatus for applying coatings using a nozzle assembly having passageways of differing diameter |
| CH693083A5 (en) * | 1998-12-21 | 2003-02-14 | Sulzer Metco Ag | Nozzle and nozzle assembly for a burner head of a plasma spray device. |
| JP5185641B2 (en) * | 2008-01-30 | 2013-04-17 | 日鉄住金ハード株式会社 | High-speed gas spraying device, plasma spraying device, and injection port member |
| JP2012193431A (en) * | 2011-03-17 | 2012-10-11 | Hiroyuki Shimada | Plasma spraying device |
| US10612122B2 (en) * | 2017-08-25 | 2020-04-07 | Vladimir E. Belashchenko | Plasma device and method for delivery of plasma and spray material at extended locations from an anode arc root attachment |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1571153A1 (en) * | 1962-08-25 | 1970-08-13 | Siemens Ag | Plasma spray gun |
| JPS432978Y1 (en) * | 1965-11-09 | 1968-02-07 | ||
| DE1281769B (en) * | 1966-12-30 | 1968-10-31 | Messer Griesheim Gmbh | Method and device for feeding a powder into the plasma jet during plasma spraying |
| US3627204A (en) * | 1969-06-18 | 1971-12-14 | Sealectro Corp | Spray nozzle for plasma guns |
-
1975
- 1975-10-03 FR FR7530300A patent/FR2287276A1/en active Granted
- 1975-10-04 CH CH1284975A patent/CH604914A5/xx not_active IP Right Cessation
- 1975-10-06 NO NO753361A patent/NO148113C/en unknown
- 1975-10-06 SE SE7511150A patent/SE427804B/en not_active IP Right Cessation
- 1975-10-06 BE BE160726A patent/BE834234A/en not_active IP Right Cessation
- 1975-10-06 NL NLAANVRAGE7511712,A patent/NL177286C/en not_active IP Right Cessation
- 1975-10-07 DE DE2544847A patent/DE2544847C2/en not_active Expired
- 1975-10-07 JP JP12117675A patent/JPS5632031B2/ja not_active Expired
- 1975-10-07 IT IT28037/75A patent/IT1043176B/en active
- 1975-10-07 BR BR7506565*A patent/BR7506565A/en unknown
- 1975-10-07 IL IL48254A patent/IL48254A/en unknown
- 1975-10-07 GB GB41015/75A patent/GB1529455A/en not_active Expired
- 1975-10-07 ZA ZA00756342A patent/ZA756342B/en unknown
- 1975-10-07 CA CA237,226A patent/CA1065203A/en not_active Expired
- 1975-10-07 AU AU85494/75A patent/AU503161B2/en not_active Expired
-
1983
- 1983-02-28 JP JP58033710A patent/JPS6029542B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| IT1043176B (en) | 1980-02-20 |
| CA1065203A (en) | 1979-10-30 |
| DE2544847C2 (en) | 1986-05-15 |
| NL177286B (en) | 1985-04-01 |
| JPS5163324A (en) | 1976-06-01 |
| DE2544847A1 (en) | 1976-04-15 |
| SE427804B (en) | 1983-05-09 |
| NO148113C (en) | 1983-08-10 |
| AU503161B2 (en) | 1979-08-23 |
| JPS6029542B2 (en) | 1985-07-11 |
| AU8549475A (en) | 1977-04-21 |
| IL48254A (en) | 1978-07-31 |
| IL48254A0 (en) | 1975-12-31 |
| ZA756342B (en) | 1976-09-29 |
| JPS58202062A (en) | 1983-11-25 |
| NO753361L (en) | 1976-04-08 |
| NL177286C (en) | 1985-09-02 |
| FR2287276B1 (en) | 1983-04-15 |
| JPS5632031B2 (en) | 1981-07-24 |
| GB1529455A (en) | 1978-10-18 |
| BR7506565A (en) | 1976-08-10 |
| CH604914A5 (en) | 1978-09-15 |
| FR2287276A1 (en) | 1976-05-07 |
| SE7511150L (en) | 1976-04-08 |
| BE834234A (en) | 1976-02-02 |
| NL7511712A (en) | 1976-04-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5285967A (en) | High velocity thermal spray gun for spraying plastic coatings | |
| NO162499B (en) | PREVENTION PLASTER AND APPARATUS. | |
| US4235943A (en) | Thermal spray apparatus and method | |
| Amin et al. | A review on thermal spray coating processes | |
| US4853250A (en) | Process of depositing particulate material on a substrate | |
| JP2683134B2 (en) | Laser plasma spraying apparatus and method | |
| US5271965A (en) | Thermal spray method utilizing in-transit powder particle temperatures below their melting point | |
| US3064114A (en) | Apparatus and process for spraying molten metal | |
| US2920001A (en) | Jet flame spraying method and apparatus | |
| WO1989010818A1 (en) | Apparatus and method for applying plasma flame sprayed polymers | |
| US4121083A (en) | Method and apparatus for plasma flame-spraying coating material onto a substrate | |
| EP2654966B2 (en) | Improved thermal spray method and apparatus using plasma transferred wire arc | |
| US3707615A (en) | Nozzle for a plasma generator | |
| NO170060B (en) | PROCEDURE FOR AA APPLYING A POWDER COAT | |
| WO1993013906A1 (en) | Method of plasma spraying of polymer compositions onto a target surface | |
| US6372298B1 (en) | High deposition rate thermal spray using plasma transferred wire arc | |
| AU2018297846A1 (en) | Cold spray gun and cold spray apparatus equipped with the same | |
| JPH01266868A (en) | Apparatus and method for producing heat-spray coating | |
| NO148113B (en) | PROCEDURE AND APPARATUS FOR PLASMA SPRAYING OF METALS | |
| US20150225833A1 (en) | Plasma-Kinetic Spray Apparatus and Method | |
| US4236059A (en) | Thermal spray apparatus | |
| US6083330A (en) | Process for forming a coating on a substrate using a stepped heat treatment | |
| CN109295455A (en) | Coating for metal surfaces preparation facilities | |
| JP2002542391A (en) | Liquid crystal polymer coating method | |
| US5544195A (en) | High-bandwidth continuous-flow arc furnace |