TWI779043B - 電漿熔射頭、電漿熔射裝置及電漿熔射方法 - Google Patents
電漿熔射頭、電漿熔射裝置及電漿熔射方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI779043B TWI779043B TW107118257A TW107118257A TWI779043B TW I779043 B TWI779043 B TW I779043B TW 107118257 A TW107118257 A TW 107118257A TW 107118257 A TW107118257 A TW 107118257A TW I779043 B TWI779043 B TW I779043B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- plasma
- spray
- powder
- spraying
- mentioned
- Prior art date
Links
- 239000007921 spray Substances 0.000 title claims abstract description 159
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 55
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 42
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 21
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 claims description 34
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 31
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 3
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 3
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims 1
- 239000012768 molten material Substances 0.000 claims 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 52
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 48
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 32
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 7
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 6
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 5
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920006351 engineering plastic Polymers 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000006748 scratching Methods 0.000 description 1
- 230000002393 scratching effect Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
- H05H1/3468—Vortex generators
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
- C23C4/134—Plasma spraying
-
- 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
- H05H1/28—Cooling arrangements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
- Nozzles (AREA)
Abstract
本發明提供一種能夠將複數個熔射槍之間隔配置為較窄之電漿熔射頭。 一實施形態之電漿熔射頭係利用電漿使熔射材料之粉末熔融，藉由已熔融之粉末於被對象物上成膜者，且具有：熔射槍，其包含噴嘴及電漿產生部，該噴嘴係利用電漿產生氣體運送上述熔射材料之粉末，並將該粉末自前端部之開口噴射，該電漿產生部係藉由直流電源輸出之電力將上述噴嘴所噴射之上述電漿產生氣體分解，產生軸芯與上述噴嘴共通之電漿；以及本體部，其將複數個上述熔射槍一體支持，且於內部包含供冷媒流經之冷媒流路。
Description
本發明係關於一種電漿熔射頭、電漿熔射裝置及電漿熔射方法。
已知有一種電漿熔射裝置，其係將熔射材料之粒子粉末一面利用由高速氣體形成之電漿噴流之熱熔融一面向基材之表面噴出，從而於基材之表面形成覆膜(例如參照專利文獻1)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2014-123663號公報
[發明所欲解決之問題]
此外，例如於長條物上成膜之情形時或於成膜前後進行退火處理之情形時，要求以窄間距配置複數個熔射槍。
但是，於上述電漿熔射裝置中，由於粉末之尺寸較大，且自熔射槍外部供給熔射材料之粉末，故熔射槍之尺寸較大，以窄間距配置複數個熔射槍較為困難。又，由於使粉末熔融時之電力較高，故就放熱問題而言，以窄間距配置複數個熔射槍較為困難。
本發明係鑒於上述內容而完成者，其目的在於提供一種能夠將複數個熔射槍之間隔配置為較窄之電漿熔射頭。 [解決問題之技術手段]
為達成上述目的，本發明之一態樣之電漿熔射頭係利用電漿使熔射材料之粉末熔融，藉由已熔融之粉末於被對象物上成膜者；且具有：熔射槍，其包含噴嘴及電漿產生部，該噴嘴係利用電漿產生氣體運送上述熔射材料之粉末，並將該粉末自前端部之開口噴射，該電漿產生部係藉由直流電源輸出之電力將上述噴嘴所噴射之上述電漿產生氣體分解，產生軸芯與上述噴嘴共通之電漿；以及本體部，其將複數個上述熔射槍一體支持，且於內部包含供冷媒流經之冷媒流路。 [發明之效果]
根據發明之電漿熔射頭，能夠將複數個熔射槍之間隔配置為較窄。
以下，參照圖式說明用以實施本發明之形態。再者，於本說明書及圖式中，關於實質上相同之構成，藉由附加相同元件符號而省略重複之說明。
[電漿熔射裝置] 對本發明之實施形態之電漿熔射裝置進行說明。圖1係本發明之實施形態之電漿熔射裝置之概略圖。圖2係表示圖1之電漿熔射裝置之電漿熔射頭之一例的立體圖。圖3係用以說明圖2之電漿熔射頭之本體部之圖。圖4係通過圖2之電漿熔射頭之噴嘴之中心軸之縱向剖視圖。圖5係圖2之電漿熔射頭之橫向剖視圖。
如圖1所示，本發明之實施形態之電漿熔射裝置1係如下裝置：自噴嘴26之前端部26b之開口26c噴射熔射材料之粉末R1，一面利用由高速氣體形成之電漿噴流P之熱使熔射材料之粉末熔融，一面將其向作為被對象物之基材之表面噴出，從而於基材之表面形成包含熔射材料之膜。作為基材之一例，可列舉鋰(Li)、鋁(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、鎳(Ni)、金屬化合物(不鏽鋼等)、絕緣膜(工程塑膠、陶瓷)等。
電漿熔射裝置1具有給料器10、電漿熔射頭20、氣體供給部30、冷卻器單元40及直流電源50。
給料器10將熔射材料之粉末R1供給至噴嘴26。熔射材料之粉末R1被收納於給料器10內之容器11中。熔射材料之粉末R1例如為粒徑1 μm～50 μm之細粉末。給料器10設置有致動器12。
電漿熔射頭20具有本體部21及複數個熔射槍25。於本實施形態中，如圖1及圖2所示，電漿熔射頭20中，4個熔射槍25一體地支持於本體部21。
本體部21係將複數個熔射槍25一體支持之陶瓷等絕緣構件。如圖3所示，本體部21中形成有以能夠供複數個熔射槍25插通之方式構成之複數個貫通孔21a。於本實施形態中，4個貫通孔21a沿本體部21之長邊方向形成。本體部21之長邊方向之長度L1為155 mm，鄰接之貫通孔21a之中心間距離L2為35 mm。
如圖1及圖4所示，本體部21之內部形成有供冷媒流經之冷媒流路21b。冷媒流路21b設置於複數個熔射槍25各者之周邊。自冷卻器單元40向冷媒流路21b供給冷媒。藉此，本體部21被冷卻，故能夠防止本體部21因電漿之熱而溫度變高。
本體部21例如係基於讀取至3D印表機之本體部用3D資料，利用3D印表機而成形。本體部3D資料包含形成於本體部21之內部之回旋流構造、冷媒流路21b、及供熔射槍25插入之複數個貫通孔21a之形狀、配置及尺寸資料。3D印表機基於本體部用3D資料，一體形成內部組裝有回旋流構造、冷媒流路21b、供熔射槍25插入之複數個貫通孔21a之本體部21，由此能夠以窄間距配置複數個熔射槍25，謀求裝置之小型化及硬體之零件個數之減少(減少O形環等)。
又，本體部21亦可利用陶瓷3D燒成等3D燒結技術而成形，上述陶瓷3D燒成係使用光造形3D印表機製作包含陶瓷原料之成形物，使製作出之成形物燒結。
熔射槍25係藉由自氣體供給部30供給之電漿產生氣體運送自給料器10供給之熔射材料之粉末R1，使用由直流電源50供給之電力使電漿產生氣體游離(解離)而產生電漿噴流P。然後，一面利用電漿噴流P之熱使熔射材料之粉末R1熔融，一面將其向基材之表面噴出。熔射槍25具有噴嘴26、旋轉流圓盤27及陽極部28。
噴嘴26係棒狀之環狀構件，其內部形成有運送熔射材料之粉末R1之流路26a。噴嘴26之流路26a與容器11內連通。熔射材料之粉末R1係藉由利用致動器12之動力使容器11振動，而自容器11被投入至噴嘴26內之流路26a。電漿產生氣體與熔射材料之粉末R1一起被供給至噴嘴26。電漿產生氣體係用以產生電漿之氣體，且亦作為於流路26a中運送熔射材料之粉末R1之載氣發揮功能。
噴嘴26貫通本體部21，其前端部26b突出至電漿產生空間U。於本實施形態中，噴嘴26藉由固定構件29a及緊固構件29b被固定於本體部21。熔射材料之粉末R1藉由電漿產生氣體被輸送至噴嘴26之前端部26b，與電漿產生氣體一起自前端部26b之開口26c被噴射至電漿產生空間U。噴嘴26係由金屬材料形成。噴嘴26連接於直流電源50，亦作為自直流電源50供給電流之電極(陰極)發揮功能。
旋轉流圓盤27插通於本體部21之貫通孔21a。旋轉流圓盤27由絕緣材料形成。旋轉流圓盤27之內部形成有向電漿產生空間U供給電漿產生氣體之氣體流路27a。自氣體供給部30向氣體流路27a供給電漿產生氣體。
陽極部28自本體部21之下方插通於貫通孔21a。陽極部28由金屬材料形成。陽極部28連接於直流電源50，作為電極(陽極)發揮功能。
電漿產生空間U係主要由旋轉流圓盤27之內周部27b及陽極部28之上部28a劃定之空間。噴嘴26之前端部26b突出至電漿產生空間U。
氣體供給部30具有氣體供給源31、閥32、質量流量控制器33、配管34及配管35。電漿產生氣體由氣體供給源31供給，通過閥32及質量流量控制器33進行開閉及流量控制，且通過配管34被供給至噴嘴26內之流路26a。作為電漿產生氣體，可利用氬氣、氦氣、氮氣、氫氣、及組合該等各種氣體而成之氣體等。
又，電漿產生氣體由氣體供給源31供給，通過閥32及質量流量控制器33進行開閉及流量控制，且通過配管35流經旋轉流圓盤27內部之氣體流路27a，自橫向被供給至電漿產生空間U。更具體而言，如圖1及圖5所示，被導入至電漿產生空間U之電漿產生氣體自旋轉流圓盤27之氣體流路27a於橫向變成回旋流而被供給至電漿產生空間U。由此，防止產生之電漿之擴散，電漿噴流P呈直線偏轉。即，產生軸芯與噴嘴26共通之電漿噴流P。再者，於本實施形態中，所謂「軸芯共通」係指噴嘴26之中心軸C與電漿噴流P之吹送方向之中心軸一致或於大致同一方向上一致。
冷卻器單元40向冷媒流路21b供給冷卻水等冷媒。自冷卻器單元40供給之冷媒通過冷媒管41、冷媒流路21b及冷媒管42循環後返回至冷卻器單元40。於本實施形態中，形成於熔射槍25各者之周圍之冷媒流路21b相互並聯連接。再者，形成於熔射槍25各者之周圍之冷媒流路21b亦可相互串聯連接。
直流電源50向噴嘴26之前端部26b與陽極部28之間供給特定電力(例如500 W～20 kW)。由此，於噴嘴26之前端部26b與陽極部28之間產生放電，於電漿產生空間U自噴嘴26噴射之電漿產生氣體被游離(分解)，產生電漿。
如以上所說明般，本發明之實施形態之電漿熔射裝置1具有本體部21將複數個熔射槍25一體支持之構造，故能夠將複數個熔射槍25之間隔配置為較窄。由此，能夠實現電漿熔射頭20之省空間化。
又，本發明之實施形態之電漿熔射裝置1中，由於本體部21之內部形成有供冷媒流經之冷媒流路21b，故能夠防止本體部21因電漿之熱而溫度變高。
又，本發明之實施形態之電漿熔射裝置1中，對於複數個熔射槍25，自1個給料器10供給熔射材料之粉末R1，自1個氣體供給部30供給電漿產生氣體。又，自1個冷卻器單元40供給冷媒，自1個直流電源50供給電力。由此，能夠削減構成電漿熔射裝置1之零件個數。因此，能夠實現電漿熔射裝置1之省空間化。再者，亦可對應於複數個熔射槍25之各者而設置複數個給料器10、複數個氣體供給部30、複數個冷卻器單元40及複數個直流電源50。該情形時，能夠使各熔射槍25於不同條件下動作。
其次，對圖1之電漿熔射裝置1之電漿熔射頭之另一例進行說明。圖6係表示圖1之電漿熔射裝置1之電漿熔射頭之另一例之剖視圖。
如圖6所示，電漿熔射頭120與圖2之電漿熔射頭20之不同點在於：本體部21之內部形成有氣體流路27a，該氣體流路27a係將電漿產生氣體之回旋流(以下稱作「回旋氣體」)供給至電漿產生空間U。
圖6所示之電漿熔射頭120中，本體部21之內部形成有向電漿產生空間U供給回旋氣體之氣體流路27a，故能夠削減構成電漿熔射頭120之零件個數。又，能夠削減電漿熔射頭120之組裝步驟數。
[效果] 對本發明之實施形態之電漿熔射裝置1所發揮之效果進行說明。
首先，關於藉由使用本發明之實施形態之電漿熔射裝置1對提高生產性之貢獻進行說明。圖7係於長條物上進行成膜處理之情形時之電漿熔射頭之動作的說明圖。
如圖7所示，基材W為長條物之情形時，一面使基材W向於本體部21一體支持有4個熔射槍25之電漿熔射頭20之短邊方向(圖中箭頭所示之方向)移動，一面利用電漿噴流P之熱使熔射材料之粉末R1熔融並且將其向基材W之表面噴出，從而於基材W之表面形成包含熔射材料之膜。
利用該方法，於長條物上形成包含熔射材料之膜時，能夠藉由使基材W於1方向(或單軸往返)移動而形成所需之膜。因此，能夠提高生產性。又，能夠簡化使基材W移動之機構。
再者，圖7之例中，舉例說明了一面使基材W移動一面進行電漿熔射之情形，但並不限於此，亦可代替基材W之移動，或與基材W之移動一起，一面使電漿熔射頭20移動一面進行電漿熔射。
其次，說明退火處理對膜之密接性之影響。圖8係用以評估退火處理對膜之密接性之影響之評估系統的說明圖。
如圖8所示，於自4個熔射槍25A、25B、25C、25D中之熔射槍25B噴射添加5%氫(H2
)之Ar電漿(以下稱作「添加氫之電漿」)，自熔射槍25C熔射Cu之狀態下，使基材W沿電漿熔射頭20之長邊方向，按照熔射槍25A之下方、熔射槍25B之下方、熔射槍25C之下方、熔射槍25D之下方之順序移動，向基材W之表面噴射添加氫之電漿並進行退火處理後，熔射Cu而形成Cu熔射膜。再者，圖8中，用箭頭表示基材W之移動方向。
此時，將鄰接之熔射槍25之中心間距離L2設為35 mm，將基材W之表面與熔射槍25之下表面之距離L3設為50 mm左右，將基材W之移動速度設為數百mm/秒。又，作為基材W，使用Al、氧化鋁(Al2
O3
)、鐵(Fe)系金屬。
又，為進行比較，於不自熔射槍25B噴射添加氫之電漿而自熔射槍25C熔射Cu之狀態下，使基材W沿電漿熔射頭20之長邊方向，按照熔射槍25A之下方、熔射槍25B之下方、熔射槍25C之下方、熔射槍25D之下方之順序移動，向基材W之表面不噴射添加氫之電漿(不進行退火處理)而熔射Cu以形成Cu熔射膜。
圖9係表示評估退火處理對膜之密接性之影響所得之結果的圖。圖9中表示出對8種試樣評估膜之密接性之試驗結果。膜之密接性評估試驗係依據JISK5400-8.5(JISD0202)而實施。圖9中，自左側之行依次表示有基材材質、基材之表面粗糙度、Cu熔射膜之厚度(Cu熔射厚度)、添加氫之電漿之有無、膜切斷時之膜狀態、及膠帶剝離時之膜狀態。
如圖9所示，於添加氫之電漿處理後形成有Cu熔射膜之試樣(添加氫之電漿：有)中，不論基材之種類如何，膜切斷時並未觀察到「膜剝落」。又，於添加氫之電漿處理後形成有Cu熔射膜之試樣中，使用Al或Fe系金屬作為基材之情形時，膠帶剝離時並未觀察到「膜剝落」，但使用Al2
O3
作為基材之情形時，觀察到於100塊中之多數塊中殘留有膜。
與之相對，於不進行添加氫之電漿處理而形成有Cu熔射膜之試樣(添加氫之電漿：無)中，不論基材之種類如何，膠帶剝離時於多數塊中觀察到「膜剝落」。具體而言，使用Al作為基材之情形時，於100塊中之多數塊中觀察到「膜剝落」。又，使用Al2
O3
作為基材之情形時，於全部100塊中觀察到「膜剝落」。又，使用Fe系金屬作為基材之情形時，於88塊中未觀察到「膜剝落」及「膜捲縮」(圖中用「○」表示)，但於8塊中觀察到「膜捲縮」(圖中用「△」表示)，於4塊中觀察到「膜剝落」(圖中用「×」表示)。
認為藉由如此般於形成Cu熔射膜之前進行添加氫之電漿處理，能夠除去(還原)基材W之表面之氧化膜等，基材W與Cu熔射膜之間之密接性提高。
其次，說明退火處理後之經過時間對膜之密接性之影響。圖10係用以評估退火處理後之經過時間對膜之密接性之影響之評估系統的說明圖。
如圖10(a)所示，於自4個熔射槍25A、25B、25C、25D中之熔射槍25B噴射添加氫之電漿，自熔射槍25C熔射Cu之狀態下，使基材W沿電漿熔射頭20之長邊方向，按照熔射槍25A之下方、熔射槍25B之下方、熔射槍25C之下方、熔射槍25D之下方之順序移動，向基材W之表面噴射添加氫之電漿並進行退火處理後，熔射Cu而形成Cu熔射膜。再者，圖10(a)中，用箭頭表示基材W之移動方向。
熔射條件如下。
＜熔射槍25B＞ ・電力：6 kW左右 ・供給至流路26a之氣體：添加5%氫之Ar氣體 ・回旋氣體：添加5%氫之Ar氣體 ・熔射材料之粉末R1：無 ＜熔射槍25C＞ ・電力：6 kW左右 ・供給至流路26a之氣體：添加5%氫之Ar氣體 ・回旋氣體：添加5%氫之Ar氣體 ・熔射材料之粉末R1：Cu ・粉末R1之噴出量：數g/分鐘 ＜基材W＞ ・材質：Al ・移動速度：數百mm/秒 ・基材W與熔射槍25之下表面之距離L3：50 mm左右
又，如圖10(b)所示，於自4個熔射槍25A、25B、25C、25D中之熔射槍25B噴射添加氫之電漿，自熔射槍25D熔射Cu之狀態下，使基材W沿電漿熔射頭20之長邊方向，依序移動至熔射槍25A之下方、熔射槍25B之下方、熔射槍25C之下方、熔射槍25D之下方，向基材W之表面噴射添加氫之電漿並進行退火處理後，熔射Cu而形成Cu熔射膜。再者，圖10(b)中，用箭頭表示基材W之移動方向。又，熔射條件除了代替熔射槍25C而自熔射槍25D熔射Cu之方面以外與上述相同。即，自熔射槍25D熔射Cu之條件與上述之自熔射槍25C熔射Cu之條件相同。
又，鄰接之熔射槍25之中心間距離L2設為35 mm。即，於自熔射槍25B噴射添加氫之電漿，自熔射槍25C熔射Cu之情形時，向基材W噴射添加氫之電漿後，0.1秒後Cu被熔射。又，於自熔射槍25B噴射添加氫之電漿，自熔射槍25D熔射Cu之情形時，向基材W噴射添加氫之電漿後，0.2秒後Cu被熔射。
圖11係表示評估退火處理後之時間對膜之密接性之影響所得之結果的圖。圖11中示出了對3種試樣評估膜之密接性之試驗結果。膜之密接性評估試驗係藉由觀察以25 g負重之鑷子刮擦Cu熔射膜時之膜之剝離狀態的試驗(刮痕試驗)而實施。圖11中，自左側之行依次表示有噴射添加氫之電漿後經過15秒後、0.2秒後、0.1秒後形成Cu熔射膜之試樣之膜狀態(上段)及刮痕試驗結果(下段)。
如圖11之上段所示，於噴射添加氫之電漿後經過0.2秒後形成Cu溶射膜之試樣、及噴射添加氫之電漿後經過0.1秒後形成Cu熔射膜之試樣中，觀察到於基材W之表面成膜有Cu熔射膜。另一方面，於噴射添加氫之電漿後經過15秒後形成Cu熔射膜之試樣中，觀察到於基材W之表面未形成Cu熔射膜之部分較多。即，就於基材W之表面易形成Cu熔射膜之觀點而言，較佳為於噴射添加氫之電漿後經過0.2秒以下熔射Cu，尤佳為於噴射添加氫之電漿後經過0.1秒以下熔射Cu。
如圖11之下段所示，於噴射添加氫之電漿後經過0.1秒後熔射Cu之試樣中，藉由刮痕試驗觀察到Cu熔射膜不易剝離。又，於噴射添加氫之電漿後經過0.2秒後熔射Cu之試樣中，刮痕試驗之結果為觀察到Cu熔射膜之一部分剝離。另一方面，於噴射添加氫之電漿後經過15秒後熔射Cu之試樣中，刮痕試驗之結果為觀察到Cu熔射膜易剝離。即，就提高Cu相對於基材W之密接性之觀點而言，較佳為於噴射添加氫之電漿後經過0.2秒以下熔射Cu，尤佳為於噴射添加氫之電漿後經過0.1秒以下熔射Cu。
如上所述，本發明之實施形態之電漿熔射裝置1中，能夠將複數個熔射槍25之間隔配置為較窄，故能夠於噴射添加氫之電漿後短時間內藉由電漿噴流P之熱使熔射材料之粉末R1熔融並且將其向基材W之表面噴射。因此，能夠形成對於基材W之密接性較高之Cu熔射膜。
以上，對將熔射槍25之間隔配置為較窄之情形時之效果進行了說明。再者，存在根據熔射材料或熔射條件不同，宜將所使用之熔射槍25之間隔擴大之情形。例如，存在因鄰接之熔射槍25之電漿熔射而產生熱干渉，導致熔射膜之特性降低之情形。該情形時，亦可使用不鄰接之熔射槍25。
以上，對用以實施本發明之形態進行了說明，但上述內容並不限定發明之內容，能夠於本發明之範圍內進行各種變化及改良。
1‧‧‧電漿熔射裝置10‧‧‧給料器11‧‧‧容器12‧‧‧致動器20‧‧‧電漿熔射頭21‧‧‧本體部21a‧‧‧貫通孔21b‧‧‧冷媒流路25‧‧‧熔射槍25A‧‧‧熔射槍25B‧‧‧熔射槍25C‧‧‧熔射槍25D‧‧‧熔射槍26‧‧‧噴嘴26a‧‧‧流路26b‧‧‧前端部26c‧‧‧開口27‧‧‧旋轉流圓盤27a‧‧‧氣體流路27b‧‧‧內周部28‧‧‧陽極部28a‧‧‧上部29a‧‧‧固定構件29b‧‧‧緊固構件30‧‧‧氣體供給部31‧‧‧氣體供給源32‧‧‧閥33‧‧‧質量流量控制器34‧‧‧配管35‧‧‧配管40‧‧‧冷卻器單元41‧‧‧冷媒管42‧‧‧冷媒管50‧‧‧直流電源C‧‧‧中心軸L1‧‧‧長度L2‧‧‧中心間距離L3‧‧‧距離P‧‧‧電漿噴流R1‧‧‧熔射材料之粉末U‧‧‧電漿產生空間W‧‧‧基材
圖1係本發明之實施形態之電漿熔射裝置之概略圖。 圖2係表示圖1之電漿熔射裝置之電漿熔射頭之一例的立體圖。 圖3係用以說明圖2之電漿熔射頭之本體部之圖。 圖4係通過圖2之電漿熔射頭之噴嘴之中心軸之縱向剖視圖。 圖5係圖2之電漿熔射頭之橫向剖視圖。 圖6係表示圖1之電漿熔射裝置之電漿熔射頭之另一例之剖視圖。 圖7係於長條物上進行成膜處理之情形時之電漿熔射頭之動作的說明圖。 圖8係用以評估退火處理對膜之密接性之影響之評估系統的說明圖。 圖9係表示評估退火處理對膜之密接性之影響所得之結果的圖。 圖10(a)、(b)係用以評估退火處理後之經過時間對膜之密接性之影響之評估系統的說明圖。 圖11係表示評估退火處理後之經過時間對膜之密接性之影響所得之結果的圖。
1‧‧‧電漿熔射裝置
10‧‧‧給料器
11‧‧‧容器
12‧‧‧致動器
20‧‧‧電漿熔射頭
21‧‧‧本體部
21b‧‧‧冷媒流路
25‧‧‧熔射槍
26‧‧‧噴嘴
26a‧‧‧流路
26b‧‧‧前端部
26c‧‧‧開口
27‧‧‧旋轉流圓盤
27a‧‧‧氣體流路
27b‧‧‧內周部
28‧‧‧陽極部
28a‧‧‧上部
29a‧‧‧固定構件
29b‧‧‧緊固構件
30‧‧‧氣體供給部
31‧‧‧氣體供給源
32‧‧‧閥
33‧‧‧質量流量控制器
34‧‧‧配管
35‧‧‧配管
40‧‧‧冷卻器單元
41‧‧‧冷媒管
42‧‧‧冷媒管
50‧‧‧直流電源
C‧‧‧中心軸
P‧‧‧電漿噴流
R1‧‧‧熔射材料之粉末
U‧‧‧電漿產生空間
Claims (9)
- 一種電漿熔射頭，其係利用電漿使熔射材料之粉末熔融，藉由已熔融之粉末於被對象物上成膜者，且具有：複數個熔射槍，其等分別包含噴嘴及電漿產生部，該噴嘴係利用電漿產生氣體運送上述熔射材料之粉末，並將該粉末自前端部之開口噴射，該電漿產生部係藉由直流電源輸出之電力將上述噴嘴所噴射之上述電漿產生氣體分解，產生軸芯與上述噴嘴共通之電漿；以及本體部，其將上述複數個熔射槍一體支持，且於內部包含供冷媒流經之冷媒流路，且上述本體部具有以能夠供上述複數個熔射槍插通之方式構成之複數個貫通孔。
- 如請求項1之電漿熔射頭，其中鄰接之上述貫通孔之中心間距離為70mm以下。
- 如請求項1或2之電漿熔射頭，其具有氣體流路，該氣體流路向被噴射上述電漿產生氣體之電漿產生空間供給形成回旋流之氣體。
- 如請求項3之電漿熔射頭，其中上述氣體流路形成於上述本體部之內部。
- 如請求項1或2之電漿熔射頭，其中上述本體部係基於讀取至3D印表機之本體部用3D資料，利用3D印表機或3D燒結技術而成形。
- 一種電漿熔射裝置，其具備：如請求項1至5中任一項之電漿熔射頭；及給料器，其向上述電漿熔射頭供給上述熔射材料之粉末。
- 一種電漿熔射方法，其係使用電漿熔射頭於被對象物上成膜者，該電漿熔射頭具有：複數個熔射槍，其等分別包含噴嘴及電漿產生部，該噴嘴係利用電漿產生氣體運送熔射材料之粉末，並將該粉末自前端部之開口噴射，該電漿產生部係藉由直流電源輸出之電力將上述噴嘴所噴射之上述電漿產生氣體分解，產生軸芯與上述噴嘴共通之電漿；以及本體部，其將上述複數個熔射槍一體支持，且於內部包含供冷媒流經之冷媒流路；且該電漿熔射方法具有如下步驟：自上述複數個熔射槍中之一個熔射槍對上述被對象物不噴射上述熔射材料之粉末而噴射上述電漿；及自上述複數個熔射槍中之與上述一個熔射槍不同之熔射槍噴射上述熔射材料之粉末及上述電漿。
- 如請求項7之電漿熔射方法，其中於噴射上述電漿之步驟後，進行噴射上述熔射材料之粉末及上述電 漿之步驟。
- 如請求項7或8之電漿熔射方法，其中噴射上述電漿之步驟中使用之熔射槍係與噴射上述熔射材料之粉末及上述電漿之步驟中使用之熔射槍鄰接配置者。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017-113771 | 2017-06-08 | ||
| JP2017113771A JP6895813B2 (ja) | 2017-06-08 | 2017-06-08 | プラズマ溶射ヘッド、プラズマ溶射装置及びプラズマ溶射方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201904355A TW201904355A (zh) | 2019-01-16 |
| TWI779043B true TWI779043B (zh) | 2022-10-01 |
Family
ID=64612177
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW107118257A TWI779043B (zh) | 2017-06-08 | 2018-05-29 | 電漿熔射頭、電漿熔射裝置及電漿熔射方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6895813B2 (zh) |
| KR (1) | KR102550835B1 (zh) |
| CN (1) | CN109023215B (zh) |
| TW (1) | TWI779043B (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07142192A (ja) * | 1993-11-16 | 1995-06-02 | Fuji Electric Co Ltd | プラズマ溶射装置 |
| TW434745B (en) * | 1995-06-07 | 2001-05-16 | Tokyo Electron Ltd | Plasma processing apparatus |
| JP2012017486A (ja) * | 2010-07-06 | 2012-01-26 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 溶射粉の再利用方法、この方法を実行する設備、及びコーティング部材の製造方法 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60186048U (ja) * | 1984-05-21 | 1985-12-10 | 昭和電工株式会社 | プラズマ溶射ガン |
| JPH02225653A (ja) * | 1989-02-23 | 1990-09-07 | Komatsu Ltd | 高密着力プラズマ溶射法 |
| JPH04131649U (ja) * | 1991-05-16 | 1992-12-03 | 三菱重工業株式会社 | プラズマ溶射ガン |
| US6861101B1 (en) * | 2002-01-08 | 2005-03-01 | Flame Spray Industries, Inc. | Plasma spray method for applying a coating utilizing particle kinetics |
| US20070066076A1 (en) | 2005-09-19 | 2007-03-22 | Bailey Joel B | Substrate processing method and apparatus using a combustion flame |
| KR100964220B1 (ko) * | 2005-12-27 | 2010-06-17 | 엘아이지에이디피 주식회사 | 멀티노즐 용사코팅 장치 |
| JP6084841B2 (ja) | 2012-12-21 | 2017-02-22 | 東京エレクトロン株式会社 | リチウムイオンキャパシタ用電極の製造装置及び製造方法 |
| JP5983450B2 (ja) * | 2013-02-07 | 2016-08-31 | 株式会社デンソー | 溶融金属塗布装置 |
| US20170058389A1 (en) * | 2014-05-12 | 2017-03-02 | Jianyong Liu | Lithium battery fabrication process using multiple atmospheric plasma nozzles |
| KR101696872B1 (ko) * | 2016-08-26 | 2017-01-17 | 동양엠더블유주식회사 | 플라즈마 용사 시스템의 플라즈마건 장치 및 이를 구비한 플라즈마 용사 시스템 |
-
2017
- 2017-06-08 JP JP2017113771A patent/JP6895813B2/ja active Active
-
2018
- 2018-05-29 TW TW107118257A patent/TWI779043B/zh active
- 2018-06-05 KR KR1020180064851A patent/KR102550835B1/ko active IP Right Grant
- 2018-06-07 CN CN201810581457.4A patent/CN109023215B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07142192A (ja) * | 1993-11-16 | 1995-06-02 | Fuji Electric Co Ltd | プラズマ溶射装置 |
| TW434745B (en) * | 1995-06-07 | 2001-05-16 | Tokyo Electron Ltd | Plasma processing apparatus |
| JP2012017486A (ja) * | 2010-07-06 | 2012-01-26 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 溶射粉の再利用方法、この方法を実行する設備、及びコーティング部材の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109023215B (zh) | 2021-06-25 |
| KR20180134296A (ko) | 2018-12-18 |
| JP6895813B2 (ja) | 2021-06-30 |
| TW201904355A (zh) | 2019-01-16 |
| JP2018202361A (ja) | 2018-12-27 |
| KR102550835B1 (ko) | 2023-07-03 |
| CN109023215A (zh) | 2018-12-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107109626B (zh) | 用于在部件的表面上形成涂层的装置 | |
| US5744777A (en) | Small particle plasma spray apparatus, method and coated article | |
| US3839618A (en) | Method and apparatus for effecting high-energy dynamic coating of substrates | |
| TWI747982B (zh) | 電漿熔射裝置及熔射控制方法 | |
| US20140251255A1 (en) | Piston | |
| JP2008223105A (ja) | 直進プラズマによる処理装置、処理方法及び処理物 | |
| TWI779043B (zh) | 電漿熔射頭、電漿熔射裝置及電漿熔射方法 | |
| JP7278174B2 (ja) | プラズマ溶射装置及びプラズマ溶射方法 | |
| US10060020B2 (en) | Device for thermally coating a surface | |
| JPH06122956A (ja) | プラズマ溶射方法及び溶射製膜装置 | |
| KR20080082283A (ko) | 플라즈마 용사 코팅 방법 | |
| JP2023038080A (ja) | プラズマ溶射装置 | |
| JP2016043287A (ja) | プラズマ溶射装置およびプラズマ溶射方法 | |
| JP2595365B2 (ja) | 熱プラズマジェット発生装置 | |
| JP5842766B2 (ja) | プラズマ塗装方法及び装置 | |
| JPH06325895A (ja) | プラズマ溶射法及びプラズマ溶射装置 | |
| JPH04131649U (ja) | プラズマ溶射ガン | |
| KR101953608B1 (ko) | 복수의 노즐을 포함하는 플라즈마 용사 코팅 장치 | |
| US20150060413A1 (en) | Wire alloy for plasma transferred wire arc coating processes | |
| JPH04346649A (ja) | プラズマ溶射方法及びプラズマ溶射装置 | |
| JPH05339699A (ja) | プラズマ溶射方法 | |
| JPH0713290B2 (ja) | 溶射トーチ | |
| JP2007327095A (ja) | 金属クラスター生成装置 | |
| JPH05106012A (ja) | 熱プラズマ発生方法及び装置 | |
| JPS6425964A (en) | Arc thermal spraying method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GD4A | Issue of patent certificate for granted invention patent |