TWI413552B - 冷噴霧器用噴嘴及冷噴霧器裝置 - Google Patents
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Description
本發明係有關為大幅減少操作中噴嘴之原料粉末附著或起因於前述粉末附著而發生之阻塞之冷噴霧器用噴嘴，以及使用該噴嘴之冷噴霧器裝置者。
已往，在製鐵製程中的鑄型或軋製、汽車車輪、燃汽輪機構成機件等的各種金屬構件上，為使其耐磨性或耐蝕性提升，以期其金屬構件的長壽命化，有所謂於金屬構件上形成鎳、銅、鋁、鉻或其合金等皮膜的技術為衆所週知。
形成其皮膜的方法中，有使用金屬電鍍者。惟因該金屬電鍍法無法施工於大面積且有容易發生裂痕的問題。
至於其他方法中，有以溶射方式形成皮膜的方法。作為該溶射，包含所謂的減壓電漿溶射(LPPS)、框體溶射、高速框體溶射(HVOF)以及大氣電漿溶射等。然而，以溶射方式形成皮膜時，有因溶射中的氧化作用，在形成嚴密皮膜上有其困難度，且導電率及導熱率較低，亦因附著率低而有不經濟的問題。
作為代替該方法的皮膜形成新技術，有一種以固相狀態之原料粉末形成皮膜的冷噴霧方式極受業界注目。此種冷噴霧方式係使低於原料粉末的熔點或軟化點的動作氣體成為超音速噴流，由該動作氣體中的輸送氣體，將搬送的原料粉末予以投入，再由噴嘴前端噴出，故得以其固相狀態衝撞基材而形成皮膜。也就是説，係將金屬、合金、金屬間化合物、陶瓷等原料粉末以超音速噴流溶射於基材表面，使其以固相狀態衝撞而形成為皮膜者。
進而詳細說明冷噴霧技術如下：自儲存有氮氣、氦氣、空氣等之壓縮氣體筒之氣體供給機構，係分岐為動作氣體及輸送氣體二管路。其中，係將高壓的動作氣體，以加熱器予以加熱至原料粉末之熔點或軟化點以下温度後，供給至冷噴霧器之噴霧槍腔體內。另一方面，高壓輸送氣體導入至原料粉末供給機構，將原料粉末搬送至上述噴霧槍腔體內。藉由輸送氣體搬送的原料粉末，藉由動作氣體經過噴嘴之圓錐狀壓縮部成為超音速噴流，由位於圓錐狀壓縮部前端的噴嘴出口噴出，且於基材表面以固相狀態相互衝撞形成皮膜。
而由冷噴霧器形成的皮膜，與以往提案的上述溶射所成皮膜相比，已知其為緻密、高密度、而導電性及導熱率亦高、氧化或熱變質亦少、且其密著性優異。
此種冷噴霧器最大的問題，為原料粉末附著於噴嘴或起因於該粉末附著引起的阻塞。惟因通常的噴嘴係使用不銹鋼、工具鋼、超硬合金等製造，故以鎳、銅、鋁、不銹鋼或該合金為原料藉由冷噴霧器形成皮膜之情形時，在噴嘴各部、尤係於擴張部容易附著原料粉末，進而導致噴嘴阻塞。此乃起因於操作時，原料粉末與噴嘴內面之間發生摩擦，致使噴霧器噴嘴內面的温度上升，而使原料粉末凝著在噴嘴內面而引起者。因而，其成為系統故障的原因，亦導致必須時常更換噴嘴的操作。此種起因於原料粉末附著於噴嘴引起的噴嘴阻塞，有時發生在開始操作後的數分鐘，因而，於冷噴霧器技術的實用化上造成極大障礙。
但在專利文獻1(日本專利案特開2004－298863號公報)揭示一種至少在噴嘴的擴張部(擴大部)使用聚苯并咪唑所成之冷噴霧器技術用噴嘴，且宣稱可藉由該噴嘴得以減少金屬粉末附著在該噴嘴上或造成噴嘴阻塞。
又於專利文獻2(日本專利案特開2005－95886號公報)揭示一種冷噴霧器用噴嘴，係由連接於噴嘴入口的圓錐狀前端細尖部、介由喉部連接至前端細尖埠之短噴嘴圓錐狀末端擴張部、及連接於末端擴張部之筒狀平行部所構成，且在平行部設置裝卸機構及/或粉末入口者(申請專利範圍第1項)。於專利文獻2中，由特定上述噴嘴的設計，即可使用廉價規格品之管材，同時亦得以使平行部的更換變容易，假定於0.5 ㎡以上之大面積施工中，若堆積粉末亦得以簡單地僅更換其圓筒部分，於喉部、末端擴張部等的噴嘴阻塞發生時，亦可使噴嘴的維護變得容易。
又如專利文獻1，使用聚苯并咪唑作為噴嘴材料之情況下，雖可將原料粉末對噴嘴的附著或噴嘴阻塞減低至一定限度，但尚未到達實用水準，其效果並不充分。又，因聚苯并咪唑係一種樹脂，故藉由溶射粒子的衝撞較容易耗損，因此，不僅其噴嘴壽命短，進而因耐熱性低故無法使用於500℃以上的高熱。
又，專利文獻2，由於係以噴嘴構件的交換變容易為目的，故並無意圖減低本質上原料粉末對噴嘴的附著或減少該起因所引起的阻塞。
因而如上述，在噴嘴的原料粉末附著或起因於原料粉末附著引起的噴嘴阻塞之冷噴霧器技術實用上尚有極大的問題未能解決。
因此，本發明之目的在於提供一種能大幅減少操作中噴嘴之原料粉末附著或起因於該粉末附著而發生的阻塞，以達成噴嘴的長壽命化之冷噴霧器用噴嘴及使用該噴嘴之冷噴霧器裝置。
本發明人等經由多次檢討結果，發現若使用玻璃、尤其是使用耐磨性玻璃作為噴嘴材料之一部分或全部，則可達成上述目的因而完成本發明。
本發明有關之冷噴霧器用噴嘴，其特徵係包含前端細尖之圓錐狀壓縮部及連通於該壓縮部之前端寬廣之圓錐狀擴張部，使用溫度為原料粉末之熔點或軟化點以下的動作氣體，使原料粉末由該壓縮部之噴嘴入口流入，而作為超音速噴流自該擴張部前端的噴嘴出口噴出者，其中至少上述噴嘴之該擴張部係以玻璃材料構成者。
因而，本發明有關的冷噴霧器用噴嘴，較好其噴嘴的全部係以玻璃材料構成者。
又，本發明有關的冷噴霧器用噴嘴，較好其全部係使用玻璃材料之一體成型品者。
進而，構成本發明有關之冷噴霧器用噴嘴之材料，較好係使用矽酸玻璃或矽酸鹼玻璃者。
本發明有關的冷噴霧器用噴嘴裝置，係特徵為包含下列機構：供給原料粉末的原料供給機構；供給動作氣體與輸送氣體之氣體供給機構；以及，具備以溫度為原料粉末熔點或軟化點以下的動作氣體，將原料粉末作為超音速噴流予以噴出之冷噴霧器用噴嘴之冷噴霧器槍，其中使用如申請專利範圍第1至4項中任一項之冷噴霧器用噴嘴作為冷噴霧器用噴嘴者。
本發明有關的冷噴霧器用噴嘴及使用該噴嘴之冷噴霧器裝置，得以大幅減少操作中噴嘴之原料粉末附著或起因於該粉末附著引起的阻塞，而達成噴嘴之長壽命化，因此，無需頻繁的更換噴嘴。同時，因該噴嘴係以玻璃材料成型，故為廉價，且因係以玻璃為材料其加工性特別優異。
茲參照圖式就實施本發明之最佳形態予以詳細説明。圖1係有關本發明冷噴霧器用噴嘴之一實施形態剖面圖。
圖1中，冷噴霧器用噴嘴1，係由於端部具有噴嘴入口1a之前端細尖之圓錐狀壓縮部1b、及與其連通且端部具有噴嘴出口1d之前端擴張之圓錐狀擴張部1c所成。本發明有關之冷噴霧器用噴嘴只要具有上述壓縮部1b及擴張部1c即可，而可為任意之其他形狀。例如，可在上述壓縮部1b與上述擴張部1c間設置狹小喉部、亦可在上述擴張部1c的噴嘴出口側設置筒狀平行部等。而於圖1中，箭頭表示原料粉末的流動。
在本發明中，至少上述擴張部1c係以玻璃材料成型而成。因擴張部1c最容易附著原料粉末，極容易發生起因於粉末附著引起的噴嘴阻塞，若該部分以玻璃材料成型，即可大幅減少原料粉末的附著及起因於該材料粉末附著引起的噴嘴阻塞。
如上述，於本發明中，至少上述擴張部1c係以玻璃材料成型，而上述壓縮部1b等其他部分，雖可由以往使用為噴嘴材料的不銹鋼等成型而成，惟較好以包括其他部分的全體皆以玻璃材料構成較宜。藉由以玻璃材料構成其全體，則不僅上述擴張部1c，亦且上述壓縮部1b等均得以大幅減少原料粉末的附著及起因於該粉末附著而引起的噴嘴阻塞。又，藉由噴嘴1之全體由玻璃材料一體成型，在經濟性之觀點以及於內周壁上不形成凹凸之觀點而言較適宜。
以玻璃材料構成上述擴張部1c等的製造方法，並不予以限制，但通常係使用模型予以熱壓成型等。
所成型的玻璃材料不特別予以限制，而可舉例如：矽酸玻璃、矽酸鹼玻璃、鈉石灰玻璃、鉀石灰玻璃、鉛玻璃、鋇玻璃、硼矽酸玻璃等，惟較好使用耐耗性玻璃，具體為矽酸玻璃或矽酸鹼玻璃。
圖2係有關本發明之冷噴霧器裝置概略圖。在圖2中，氣體供給機構係由以壓縮氣體高壓筒2、動作氣體用管線3及輸送氣體用管線4等形成。其中，於動作氣體用管線3及輸送氣體用管線4上分別具備有：壓力調整器5a、5b、流量調整閥6a、6b、流量表7a、7b以及壓力錶8a、8b等，予以調整來自上述壓縮氣體高壓筒2的動作氣體及輸送氣體的壓力與流量。
於動作氣體管線3中，配置藉由電源9加熱之加熱器10，將動作氣體加熱至低於原料粉末之熔點或軟化點温度後，導入冷噴霧器噴槍11的噴槍腔室12內。又於上述噴槍腔室12設置壓力錶13及温度計14，用於控制壓力與温度。
另一方面，原料供給機構係由原料粉末供給機構15以及附設其上的計量器16及原料粉末供給管路17所構成。
來自上述壓縮氣體高壓筒2的輸送氣體，通過上述輸送氣體用管線4，被導入上述原料粉末供給裝置15，將藉由上述計量器16計量後的特定量原料粉末，經由上述原料粉末供給管路17搬送至上述噴槍腔室12內。
此處使用的原料粉末舉例有：金屬、合金、金屬間化合物等，但具體舉例如鎳、鐵、銀、鉻或其合金之粉末等。
由上述輸送氣體搬送至上述噴槍腔室12內的上述原料粉末，使用上述動作氣體作為超音速噴流，由噴嘴1前端噴出，而以固相狀態(為含有一定液層之情況。因此亦包括半固相狀態)衝撞基材18而形成皮膜。
此處使用的噴嘴1，係如上述，包含前端細尖之圓錐狀壓縮部1b及與該壓縮部1b連通且前端部寬廣之圓錐狀擴張部1c，且至少該擴張部1c係以玻璃成型者。
為此，如上述，冷噴霧器操作時對噴槍附著原料粉末及起因於該原料粉末附著引起的噴槍阻塞得以大幅地減少。
茲以實施例予以具體説明如下：
圖1所示的冷噴霧器用噴嘴，係使用矽酸玻璃(石英玻璃)予以一體成型獲得。該冷噴霧器用噴嘴使用圖2所示構成的冷噴霧器裝置進行冷噴霧器操作。操作條件以及使用裝置如下：原料粉末：SUS－316L動作氣體及壓縮氣體：N2
動作氣體加熱温度：500℃噴嘴輪廓：槽孔徑：ψ 2 mm出口徑：ψ 6 mm長度：200 mm腔內氣體壓力：3MPa
其結果，操作一小時後，未發現冷噴霧器用噴嘴內壁部之原料粉末附著或噴嘴阻塞。
圖1所示的冷噴霧器用噴嘴以使用習用不銹鋼予以一體成型獲得。該噴嘴利用圖2所示構成的冷噴霧器裝置進行冷噴霧操作。此時之操作條件以及使用裝置與實施例1相同。
其結果，操作5分鐘後，冷噴霧器用噴嘴之擴張部內壁面開始有原料粉末附著，6分鐘後噴嘴阻塞。
本發明有關的冷噴霧器用噴嘴以及使用該冷噴霧器用噴嘴的冷噴霧器裝置，使冷噴霧器操作時之原料粉末對噴嘴的附著以及起因於原料粉末附著引起的噴嘴阻塞得以大幅度減少，而且能達成噴嘴長壽命化。因而，不需要頻繁的更換噴嘴。又，因噴嘴係以玻璃成型所成者故廉價，且因噴嘴材料為玻璃，故其加工性優異。因此，本發明對冷噴霧器技術的實用化極為有用。
1．．．冷噴霧器用噴嘴
1a．．．噴嘴入口
1b．．．圓錐狀壓縮部
1c．．．圓錐狀擴張部
1d．．．噴嘴出口
2．．．壓縮氣體高壓筒
3．．．動作氣體用管線
4．．．輸送氣體用管線
5a．．．壓力調整器
5b．．．壓力調整器
6a．．．流量調整閥
6b．．．流量調整閥
7a．．．流量錶
7b．．．流量錶
8a．．．壓力錶
8b．．．壓力錶
9．．．電源
10．．．加熱器
11．．．冷噴霧器噴槍
12．．．噴槍腔室
13．．．壓力錶
14．．．温度計
15．．．原料粉末供給裝置
16．．．計量器
17．．．原料粉末供給管路
18．．．基材
圖1係表示有關本發明冷噴霧器用噴嘴之一實施形態的概略剖面圖。
圖2係有關本發明冷噴霧器裝置之概略圖。
1．．．冷噴霧器用噴嘴
1a．．．噴嘴入口
1b．．．圓錐狀壓縮部
1c．．．圓錐狀擴張部
1d．．．噴嘴出口
Claims (5)
- 一種冷噴霧器用噴嘴，其特徵為包含前端細尖之圓錐狀壓縮部及與該壓縮部連通之前端寬廣之圓錐狀擴張部，利用加熱成為其溫度為原料粉末之熔點或軟化點以下的動作氣體，使原料粉末由該壓縮部之噴嘴入口流入，而由該擴張部前端的噴嘴出口，作為超音速噴流予以噴出者，其中至少上述噴嘴之該擴張部係由玻璃材料構成者。
- 如申請専利範圍第1項之冷噴霧器用噴嘴，其中上述噴嘴全部係由玻璃材料構成者。
- 如申請専利範圍第2項之冷噴霧器用噴嘴，其中上述噴嘴全部係使用玻璃材料之一體成型品者。
- 如申請専利範圍第1項之冷噴霧器用噴嘴，其中上述玻璃材料係矽酸玻璃或矽酸鹼玻璃者。
- 一種冷噴霧器裝置，其特徵為包含：供給原料粉末的原料供給機構；供給動作氣體與輸送氣體之氣體供給機構；以及具備有利用加熱使其溫度為原料粉末之熔點或軟化點以下的動作氣體，將原料粉末作為超音速噴流予以噴出之冷噴霧器用噴嘴的冷噴霧器噴槍，其中使用如申請専利範圍第1至4項任一項之冷噴霧器用噴嘴作為該冷噴霧器用噴嘴者。
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