WO2022202169A1 - コールドスプレーノズル、コールドスプレー装置、および、コールドスプレー方法 - Google Patents

コールドスプレーノズル、コールドスプレー装置、および、コールドスプレー方法 Download PDF

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cold spray
area
gas
raw material
spray nozzle
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健太朗 松永
大輔 櫻井
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • 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
    • B05B7/14—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 designed for spraying particulate materials
    • 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
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/02—Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
    • C23C24/04—Impact or kinetic deposition of particles

Definitions

  • the present disclosure relates to a cold spray nozzle, a cold spray device, and a cold spray method.
  • Metals used for film formation include nickel, copper, aluminum, chromium, or alloys thereof.
  • Thermal spraying is a method of forming a film by thermally spraying raw materials.
  • thermal spraying methods including low pressure plasma spraying (LPPS), flame spraying, high velocity flame spraying (HVOF), and atmospheric plasma spraying.
  • LPPS low pressure plasma spraying
  • HVOF high velocity flame spraying
  • atmospheric plasma spraying it is difficult to precisely form the coating because the metal that is the raw material is oxidized during the thermal spraying. As a result, the electrical conductivity and thermal conductivity of the formed film are low.
  • the thermal spraying method has a low adhesion rate of the raw material to the metal member, so the cost is high.
  • the cold spray method is attracting attention as a new film formation technology.
  • the cold spray method is a method of forming a film by colliding raw material powders of metals, alloys, intermetallic compounds, ceramics, etc. against the substrate surface at high speed in a solid state. Specifically, first, a gas having a temperature lower than the melting point or softening point of the raw material powder is accelerated to supersonic flow (flow at the speed of sound or higher). Then, the raw material powder is introduced into the supersonic flow of gas. As a result, the raw material powder in a solid phase state is guided to the target for film formation by the supersonic flow of gas.
  • Patent Document 1 discloses a cold spray nozzle in which a part of the inner wall is made of a glass material.
  • a cold spray nozzle includes a throttle through which gas and raw material powder accompanying the gas pass, a downstream portion that guides the gas that has passed through the throttle to an outlet, and the and a drive unit that changes the flow path area of the throttle in accordance with the ejection amount of the raw material powder.
  • a cold spray method is a process in which a gas and raw material powder entrained in the gas are sprayed into a constriction of a cold spray nozzle and a downstream portion between the constriction and an outlet of the cold spray nozzle. a step of blowing the raw material powder ejected from the outlet onto an object; and a step of spraying the raw material powder ejected from the outlet onto an object; changing the flow area.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the cold spray nozzle according to the first embodiment of the present disclosure
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the cold spray nozzle according to the second embodiment of the present disclosure
  • the raw material powder collides with the inner wall of the nozzle many times, causing deformation or damage to the inner wall of the nozzle. Furthermore, the raw material powder is deposited on the deformed or damaged portion, and the supply amount of the raw material powder is reduced.
  • An object of the present disclosure is to provide a cold spray nozzle, a cold spray apparatus, and a cold spray method that maintain the supply amount of raw material powder over a long period of time.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a cold spray device 100 according to the first embodiment.
  • 200 is an object for film formation.
  • the cold spray device 100 includes a raw material supply device 10, a gas supply device 20, a cold spray gun 30, a cold spray nozzle 40, a sensor 60, and a controller 70.
  • the raw material supply device 10 is a device that supplies the raw material powder 300 to the cold spray gun 30 .
  • the raw material supply device 10 includes a hopper 11, blades (not shown), a turntable (not shown), and a turntable driving section (not shown).
  • the hopper 11 is a container in which the raw material powder 300 is stored.
  • the blades are arranged in the hopper 11 and rotate around a shaft (not shown) to agitate the raw material powder 300 and discharge the raw material powder 300 to the outside of the hopper 11 .
  • the turntable By rotating around a predetermined axis, the turntable supplies a fixed amount of raw material powder 300 discharged from the hopper 11 to the cold spray gun 30 via the raw material supply line 91 .
  • the turntable supplies the cold spray gun 30 with an amount of raw material powder 300 that is determined according to the number of rotations per unit time (hereinafter sometimes simply referred to as the number of rotations), and when the number of rotations is changed , the feed rate of the raw material powder 300 changes.
  • the turntable drive unit drives the turntable at a predetermined number of revolutions.
  • the raw material powder 300 is metal such as copper (Cu), zinc (Zn), silver (Ag), nickel (Ni), aluminum (Al), and chromium (Cr), or a combination thereof.
  • the raw material powder 300 is an alloy or oxide of these metals or a combination of these metals, such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
  • the particle diameter of the raw material powder 300 is about 5 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less.
  • the gas supply device 20 is a device that supplies the gas used for conveying the raw material powder 300 to the cold spray gun 30 through the gas supply line 92 .
  • the gas supply device 20 is, for example, a gas cylinder or a gas generator such as a nitrogen generator. In FIG. 1 the gas supply device 20 is shown as a gas cylinder.
  • the pressure (gauge pressure) of the gas supplied from the gas supply device 20 is, for example, 0.70 MPa.
  • the pressure of the gas supplied from the gas supply device 20 is preferably 0.1 MPa or more and 4.5 MPa or less.
  • the gas supplied to the cold spray gun 30 by the gas supply device 20 is preferably a gas that does not contain oxygen and does not form an oxidizing atmosphere, such as an inert gas or a neutral gas.
  • gas such as nitrogen gas or helium gas. be.
  • the raw material powder 300 is a substance that does not oxidize, such as aluminum oxide (Al 2 O 3 )
  • the gas may be any gas, for example, air.
  • the cold spray gun 30 is a device that mixes gas and raw material powder 300 and supplies the mixture to the cold spray nozzle 40 .
  • the cold spray gun 30 is formed with a channel 31, which is an internal space through which gas flows.
  • the cold spray gun 30 also has a heater 32 .
  • the heater 32 heats the gas in the channel 31 .
  • the gas expands into a hot and high pressure gas.
  • the temperature of the heater 32 is set to 200° C. or higher and 600° C. or lower.
  • a supply port 33 is formed in the cold spray gun 30 .
  • a raw material supply line 91 is connected to the supply port 33 , and raw material powder 300 is supplied into the channel 31 from the supply port 33 . Thereby, the high-temperature and high-pressure gas and the raw material powder 300 are mixed.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the cold spray nozzle 40 in the first embodiment.
  • the cold spray nozzle 40 is a component attached to the tip of the cold spray gun 30 .
  • the cold spray nozzle 40 is formed with an inlet 41 , an outlet 42 and a channel 43 .
  • the cold spray nozzle 40 accelerates the gas supplied from the cold spray gun 30 through the inlet 41 into a supersonic flow. Then, the cold spray nozzle 40 ejects the raw material powder 300 supplied from the cold spray gun 30 from the outlet 42 together with the accelerated gas.
  • the shape of the flow path 43 when viewed from the inlet 41 or outlet 42 side is substantially circular.
  • the cold spray nozzle 40 includes an upstream portion 44 , a driven constriction portion 45 and a downstream portion 48 .
  • the upstream portion 44 is a portion between the inlet port 41 of the cold spray nozzle 40 and the driven restrictor portion 45 .
  • the upstream portion 44 is made of metal or ceramic.
  • the driven aperture unit 45 includes an aperture 46 and a drive unit 47 .
  • the aperture 46 reduces or enlarges the flow passage area of the aperture 46 as the drive unit 47 is driven.
  • the passage area of the throttle 46 is the passage area of a portion of the cold spray nozzle 40 that has the smallest cross-sectional area when cut along a plane perpendicular to the direction of gas flow.
  • the space of the flow path 43 surrounded by the surface F46 of the throttle 46 has a substantially truncated cone shape or bell shape.
  • the inner wall surface of the throttle 46 that is, the surface F46 of the portion of the throttle 46 that contacts the gas, has high hardness and is smooth.
  • the surface F46 desirably has a Vickers hardness of 500 Hv or more and an arithmetic mean roughness of 1.3 ⁇ m or less.
  • the throttle 46 may be made of, for example, high-speed tool steel SKH40 with a Vickers hardness of 830 Hv or silicon carbide ceramics with a Vickers hardness of 2400 Hv.
  • the drive unit 47 changes the flow passage area of the aperture 46 under the control of the control unit 70 .
  • the drive unit 47 is an actuator such as an electromagnetic actuator, a fluid drive actuator, a polymer actuator, or the like. In the following description, the drive unit 47 is assumed to be an electromagnetic actuator.
  • the driving section 47 has an electromagnet 471 and a movable core 472 .
  • the electromagnet 471 is composed of a coil, a yoke, a sleeve, a movable iron core, and a fixed iron core.
  • a current flows through the coil, the movable iron core and the fixed iron core are magnetized, and the mutual attraction force drives the movable core 472.
  • the flow passage area of the throttle 46 is changed. A change in the flow area of the throttle 46 will be described later in detail.
  • the downstream portion 48 is a portion between the restrictor 46 and the outlet 42 in the cold spray nozzle 40 and guides the gas that has passed through the restrictor 46 to the outlet 42 .
  • the downstream portion 48 is made of metal or ceramic.
  • the inner wall surface of the downstream portion 48 that is, the surface F48 of the portion of the downstream portion 48 that contacts the gas has high hardness and is smooth.
  • the surface F48 desirably has a Vickers hardness of 500 Hv or more and an arithmetic mean roughness of 1.3 ⁇ m or less.
  • the inner wall surface of the upstream portion 44 that is, the surface F44 of the portion of the upstream portion 44 that contacts the gas is also high in hardness and smooth.
  • the surface F44 desirably has a Vickers hardness of 500 Hv or more and an arithmetic mean roughness of 1.3 ⁇ m or less.
  • downstream portion 48 and the upstream portion 44 may be made of high-speed tool steel SKH40 with a Vickers hardness of 830 Hv or silicon carbide ceramics with a Vickers hardness of 2400 Hv.
  • the surface F46 of the diaphragm 46, the surface F48 of the downstream portion 48, and the surface F44 of the upstream portion 44 are described as having a Vickers hardness of 500 Hv or more and an arithmetic mean roughness of 1.3 ⁇ m or less. .
  • the surface F48 and the surface F44 may be collectively referred to as the inner wall surface of the cold spray nozzle 40 .
  • the senor 60 is arranged downstream of the outlet 42 .
  • the sensor 60 measures the ejection amount of the raw material powder 300 ejected from the outlet 42 and outputs the measurement result to the controller 70 .
  • the sensor 60 measures the ejection amount of the object 200 being sprayed.
  • the control unit 70 is a control device that controls the driving unit 47 according to the measurement result of the sensor 60.
  • the control unit 70 controls the driving unit 47 so that the flow passage area of the throttle 46 becomes smaller as the ejection amount of the raw material powder 300 per unit time becomes smaller. In response to this control, the driving section 47 reduces the flow passage area of the aperture 46 .
  • control unit 70 controls the driving unit 47 so that the passage area of the throttle 46 increases as the amount of the raw material powder 300 ejected per unit time increases.
  • the drive section 47 increases the flow passage area of the throttle 46 .
  • the amount of movement (that is, the amount of driving) of the drive-type restrictor 45 toward the flow path 43 is 1/2 or less of the inner diameter of the restrictor 46 when the flow path area is the maximum. It is desirable that the inner diameter of the throttle 46 when the flow area of the throttle 46 is the minimum is 1/2 or more of the inner diameter of the throttle 46 when the flow area of the throttle 46 is the maximum. For example, when the inner diameter of the throttle 46 is 6 mm when the channel area is maximum, the amount of movement of the driven throttle portion 45 toward the flow channel 43 is preferably 3 mm or less. That is, if the inner diameter of the throttle 46 is 6 mm when the flow passage area is the maximum, it is desirable that the inner diameter of the throttle 46 is 3 mm or more when the flow passage area is the minimum.
  • Step S1 includes the following steps S11, S12, and S13.
  • step S1 first, high-pressure gas is supplied from the gas supply device 20 to the cold spray gun 30 (step S11).
  • step S12 the heater 32 of the cold spray gun 30 heats the gas (step S12).
  • the gas becomes a high-temperature and high-pressure gas and is supplied to the cold spray nozzle 40 .
  • the gas supplied to the cold spray nozzle 40 passes through the upstream portion 44 , the throttle 46 and the downstream portion 48 along the flow path 43 toward the outlet 42 .
  • the gas is accelerated as it passes downstream of the minimum flow area portion of the restriction 46 and downstream 48 .
  • the gas becomes a supersonic flow.
  • the raw material powder 300 is supplied from the raw material supply device 10 to the cold spray gun 30 (step S13). Thereby, the gas and the raw material powder 300 are mixed within the cold spray gun 30 . Then, the raw material powder 300 is supplied to the cold spray nozzle 40 along with the gas, passes through the upstream portion 44 , the throttle 46 and the downstream portion 48 and is ejected from the outlet 42 . The raw material powder 300 is also accelerated to supersonic speed when ejected.
  • step S2 the raw material powder 300 ejected from the outlet 42 is sprayed onto the object 200 (step S2).
  • the outlet 42 of the cold spray nozzle 40 is directed at the object 200 .
  • the blowing pressure of the gas is about 5 bar or more and 10 bar or less.
  • the raw material powder 300 adheres and deposits on the deformed or damaged portion. As a result, the passage 43 is blocked and the acceleration of the gas is hindered, so that the ejection amount per unit time fluctuates. In addition, since the raw material powder 300 is accumulated, the ejection amount per unit time is reduced.
  • step S2 the flow passage area of the throttle 46 is changed according to the ejection amount of the raw material powder 300 ejected from the outlet 42 (step S3).
  • step S3 the control unit 70 calculates the ejection amount per unit time based on the measurement result of the sensor 60, and when it is determined that the ejection amount per unit time is decreasing, the flow passage area is reduced. to control the drive unit 47.
  • the gas flowing through the flow path 43 is accelerated by reducing the flow path area. Accelerating the gas increases the ejection amount of the raw material powder 300 per unit time.
  • the raw material powder 300 adhered and accumulated on the inner wall surface of the cold spray nozzle 40 is peeled off by accelerating the gas. This further increases the ejection amount of the raw material powder 300 per unit time.
  • the control unit 70 calculates the ejection amount per unit time based on the measurement result of the sensor 60, and when it is determined that the ejection amount per unit time is increasing, the control unit 70 controls the driving unit 47 to increase the flow passage area. to control.
  • the gas flowing through the flow path 43 is decelerated by increasing the flow area. This reduces the ejection amount of the raw material powder 300 per unit time.
  • the cold spray device 100 changes the flow passage area of the throttle 46 according to the ejection amount of the raw material powder 300 . Therefore, even if the raw material powder 300 adheres and accumulates due to deformation and damage to the inner wall surface of the cold spray nozzle 40, and the acceleration of the gas is hindered, the cold spray device 100 can reduce the flow passage area. to increase the gas flow velocity. Therefore, the ejection amount per unit time increases. In addition, since the raw material powder 300 adhered and accumulated on the inner wall surface of the cold spray nozzle 40 is peeled off, the ejection amount per unit time is further increased.
  • the cold spray device 100 By increasing the passage area of the throttle 46, the flow velocity of the gas can be reduced. This reduces the ejection amount per unit time.
  • the cold spray device 100 prevents fluctuations in the ejection amount per unit time by adjusting the flow path area of the throttle 46, and maintains the ejection amount substantially constant. be able to. Therefore, the cold spray apparatus 100 can maintain the supply amount of the raw material powder 300 per unit time to the object 200 for a long period of time. As a result, it is possible to stably form a film over a long period of time, so that it is possible to form a high-quality film while reducing variations in film thickness.
  • a surface F46 of the throttle 46, a surface F48 of the downstream portion 48, and a surface F44 of the upstream portion 44 have a Vickers hardness of 500 Hv or more. Therefore, deformation and damage due to collision of raw material powder 300 with surfaces F46, F48, and F44 are less likely to occur.
  • the surface F46 of the diaphragm 46, the surface F48 of the downstream portion 48, and the surface F44 of the upstream portion 44 have an arithmetic mean roughness of 1.3 ⁇ m or less. Therefore, deposition of raw material powder 300 on surfaces F46, F48, and F44 is suppressed.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the cold spray nozzle 40 in the second embodiment.
  • An injection port 80 for injecting gas from the side surface of the cold spray nozzle 40 toward the flow path 43 is formed in the downstream portion 48 . At least one injection port 80 may be formed.
  • the injected gas moderates the collision of the raw material powder 300 against the surface F48. By injecting the gas from the injection port 80 into the flow path 43, the raw material powder 300 is less likely to collide with the surface F48.
  • the gas injected from the injection port 80 is called injection gas.
  • the cold spray device 100 further includes a gas supply line 93 for supplying injection gas.
  • the gas supply line 93 is arranged on the side of the cold spray nozzle 40 and connected to the injection port 80 .
  • the injection gas is the same type of gas as the gas supplied from the gas supply device 20, or gas such as air or inert gas.
  • the injection gas is injected so that the pressure of the injection gas is 1/2 or less of the pressure of the gas moving through the flow path 43 toward the outlet 42 .
  • nitrogen gas is used as the gas for conveying the raw material powder 300 and the pressure in the flow path 43 of the gas is 0.70 MPa
  • nitrogen gas is used as the injection gas and is injected from each injection port 80.
  • the pressure of the injected gas may be 0.35 MPa.
  • the cold spray device 100 of the second embodiment has the downstream portion 48 in which the injection port 80 is formed, and supplies injection gas from the injection port 80 toward the flow path 43 . Therefore, it is possible to reduce the collision of the raw material powder 300 with the surface F48 of the downstream portion 48 . Therefore, deformation and damage to the surface F48 of the downstream portion 48 can be suppressed.
  • a kind of heat insulating layer is formed on the outer peripheral portion of the flow path 43 by injecting the injection gas into the flow path 43 . Therefore, the heat of the gas that flows through the central portion of the flow path 43 and accompanies the raw material powder 300 is less likely to be transmitted to the downstream portion 48 . In other words, it is prevented that the temperature of the gas entraining the raw material powder 300 decreases, the gas contracts, and the flow velocity of the gas decreases or becomes difficult to accelerate. Therefore, the gas moving through the flow path 43 toward the outlet 42 is accelerated more efficiently.
  • the cold spray device 100 injects the injection gas into the flow path 43 so that the pressure of the injection gas is 1/2 or less of the pressure of the gas in the flow path 43 . Therefore, the flow of the raw material powder 300 within the flow path 43 is less likely to be hindered. That is, the cold spray apparatus 100 can suppress the collision of the raw material powder 300 with the surface F48 without hindering the flow of the raw material powder 300.
  • the shape of the channel 43 when viewed from the inlet 41 or outlet 42 side may not necessarily be substantially circular, and may be substantially rectangular, for example.
  • the following (1) or (2) may be adopted as the driving method of the driving unit 47.
  • control unit 70 determines that the ejection amount of the raw material powder 300 per unit time has decreased to a value equal to or lower than the lower limit threshold value, the control unit 70 reduces the flow passage area of the throttle 46 from the first area to the second area. It controls the drive unit 47 .
  • control unit 70 changes the flow passage area of the throttle 46 from the second area to the first
  • the drive unit 47 is controlled so that the area is increased to .
  • control unit 70 controls the drive unit 47 so that the flow passage area of the throttle 46 becomes the first area.
  • the control unit 70 controls the driving unit 47 so that the passage area of the throttle 46 becomes the second area when the ejection amount of the raw material powder 300 per unit time is equal to or less than the lower limit threshold.
  • control unit 70 controls the drive unit 47 so that the flow passage area of the throttle 46 becomes the third area.
  • the present disclosure can be suitably used for a cold spray nozzle, a cold spray apparatus, and a cold spray method that maintain the supply amount of raw material powder for a long time.

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Abstract

コールドスプレーノズルは、ガスおよび前記ガスに同伴する原料粉末が通過する絞りと、前記絞りを通過した前記ガスを流出口に導く下流部と、前記流出口から噴出する前記原料粉末の噴出量に応じて、前記絞りの流路面積を変更する駆動部と、を備える。

Description

コールドスプレーノズル、コールドスプレー装置、および、コールドスプレー方法
　本開示はコールドスプレーノズル、コールドスプレー装置、および、コールドスプレー方法に関する。
　製鉄プロセスで使用される鋳型、および、ロール、並びに、自動車のホイール、および、ガスタービンの構成部品等の各種金属部材の耐摩耗性、および、耐食性を向上させ、さらに、金属部材の長寿命化を図るために、金属部材に金属の皮膜が形成されている。皮膜形成に使用される金属としては、ニッケル、銅、アルミニウム、クロム、または、これらの合金等がある。
　皮膜を形成する方法に金属メッキ法がある。しかし、金属メッキ法が用いられる場合、広範囲に施工することができない。また、皮膜にクラックが発生しやすい。
　皮膜を形成する他の方法として溶射法がある。溶射法は、原料を溶射することで皮膜を形成する方法である。溶射法には多くの種類があり、減圧プラズマ溶射（ＬＰＰＳ）法、フレーム溶射法、高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）法、および、大気プラズマ溶射法等がある。しかし、溶射法が用いられる場合、原料である金属が溶射中に酸化するため、皮膜形成を緻密に行うことが難しい。このため、形成された皮膜の導電率および熱伝導率が低くなる。また、溶射法は、金属部材に対する原料の付着率が低いので、コストが高い。
　新たな皮膜形成技術として、コールドスプレー法が注目されている。コールドスプレー法は、金属、合金、金属間化合物、および、セラミックス等の原料粉末を、固相状態のまま高速で基材表面に衝突させることで皮膜を形成するという方法である。具体的には、まず、原料粉末の融点または軟化点よりも低い温度のガスが、超音速流（音速以上の流れ）となるように加速される。そして、超音速流のガス中に原料粉末が投入される。これにより、固相状態の原料粉末が超音速流のガスによって皮膜形成の対象物に導かれる。
　しかしながら、コールドスプレー法で使用されるノズル内壁に原料粉末が付着してしまうと、付着した原料粉末によりノズルが閉塞され、原料粉末の供給量が低下する。ひいては、皮膜の形成効率の低下、皮膜の膜厚のばらつき、および、皮膜の品質低下につながる。
　内壁への原料粉末の付着が低減できるノズルとして、特許文献１には、内壁の一部がガラス材で形成されたコールドスプレー用ノズルが開示されている。
特開２００８－９３６３５号公報
　本開示の一態様に係るコールドスプレーノズルは、ガスおよび前記ガスに同伴する原料粉末が通過する絞りと、前記絞りを通過した前記ガスを流出口に導く下流部と、前記流出口から噴出する前記原料粉末の噴出量に応じて、前記絞りの流路面積を変更する駆動部と、を備える。
　本開示の一態様に係るコールドスプレー方法は、ガスおよび前記ガスに同伴する原料粉末を、コールドスプレーノズルの絞り、および、前記絞りと前記コールドスプレーノズルの流出口との間の部位である下流部を通過させて前記流出口から噴出させる工程と、前記流出口から噴出された前記原料粉末を対象物に吹き付ける工程と、前記流出口から噴出する前記原料粉末の噴出量に応じて、前記絞りの流路面積を変更する工程と、を備える。
本開示の第１実施形態におけるコールドスプレー装置の構成を示す概略図 本開示の第１実施形態におけるコールドスプレーノズルの構成を示す縦断面図 本開示の第２実施形態におけるコールドスプレーノズルの構成を示す縦断面図
　長時間にわたって皮膜を形成する場合、原料粉末がノズル内壁に多数回衝突するため、ノズル内壁の変形、または、ノズル内壁の損傷が生じる。さらに、その変形箇所、または、損傷箇所に原料粉末が堆積することになり、原料粉末の供給量が低下する。
　本開示は、長時間にわたって原料粉末の供給量を維持するコールドスプレーノズル、コールドスプレー装置、および、コールドスプレー方法を提供することを目的とする。
　以下、図面を参照しつつ、本開示の各実施形態および変形例に係るコールドスプレーノズル、コールドスプレー装置およびコールドスプレー方法について説明する。なお、各図において共通する構成要素については同一の符号を付し、それらの説明は適宜省略する。
　（第１実施形態）
　＜構成＞
　図１は、第１実施形態におけるコールドスプレー装置１００の構成を示す概略図である。なお、２００は、皮膜形成の対象物である。
　コールドスプレー装置１００は、原料供給装置１０、ガス供給装置２０、コールドスプレーガン３０、コールドスプレーノズル４０、センサ６０、および、制御部７０を備えている。
　原料供給装置１０は、コールドスプレーガン３０に原料粉末３００を供給する装置である。原料供給装置１０は、ホッパー１１、ブレード（不図示）、回転台（不図示）、および、回転台駆動部（不図示）を備えている。
　ホッパー１１は、原料粉末３００が保管されている容器である。
　ブレードは、ホッパー１１内に配置されており、軸部（不図示）まわりに回転することで原料粉末３００を攪拌するとともに原料粉末３００をホッパー１１の外部に排出する。
　回転台は、所定の軸周りに回転することで、ホッパー１１から排出された原料粉末３００を、原料供給ライン９１を介してコールドスプレーガン３０に定量供給する。回転台は、単位時間当たりの回転数（以下、単に、回転数と呼ぶことがある）に応じて定まる量の原料粉末３００をコールドスプレーガン３０に供給しており、回転数が変更された場合、原料粉末３００の供給速度が変化する。
　回転台駆動部は、回転台を所定の回転数で駆動する。
　原料粉末３００は、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、および、クロム（Ｃｒ）等の金属、または、それらの組み合わせである。または、原料粉末３００は、これらの金属またはこれらの金属の組み合わせの合金若しくは酸化物であり、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）である。原料粉末３００の粒子径は、５μｍ以上１５０μｍ以下程度である。
　ガス供給装置２０は、ガス供給ライン９２を介してコールドスプレーガン３０に原料粉末３００の搬送に使用されるガスを供給する装置である。ガス供給装置２０は、例えば、ガスボンベ、または、窒素発生装置等のガス発生装置である。図１には、ガス供給装置２０がガスボンベとして示されている。
　ガス供給装置２０がガスボンベである場合、ガス供給装置２０から供給されるガスの圧力（ゲージ圧）は例えば０．７０ＭＰａである。ガス供給装置２０がガス発生装置である場合、ガス供給装置２０から供給されるガスの圧力は０．１ＭＰa以上４．５ＭＰa以下であることが好ましい。
　ガス供給装置２０がコールドスプレーガン３０に供給するガスは、不活性ガスまたは中性ガスのように、酸素を含まず酸化雰囲気を形成しないガスが好ましく、例えば、窒素ガス、ヘリウムガス等のガスである。なお、原料粉末３００が酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等のように酸化しない物質である場合には、ガスはどのようなガスでもよく、例えば、空気であってもよい。
　コールドスプレーガン３０は、ガスと原料粉末３００とを混合し、その混合物をコールドスプレーノズル４０に供給する装置である。
　コールドスプレーガン３０には、ガスが流通する内部空間である流路３１が形成されている。また、コールドスプレーガン３０は、ヒータ３２を有している。ヒータ３２は、流路３１のガスを加熱する。その結果、ガスは膨張し、高温かつ高圧のガスとなる。なお、ガスを加熱する際、ヒータ３２の温度は２００℃以上かつ６００℃以下に設定される。
　コールドスプレーガン３０には、供給口３３が形成されている。原料供給ライン９１が供給口３３に接続しており、供給口３３から原料粉末３００が流路３１内に供給される。これにより、高温かつ高圧のガスと原料粉末３００とが混合される。
　以下、図２を参照しつつ、コールドスプレーノズル４０について説明する。図２は、第１実施形態におけるコールドスプレーノズル４０の構成を示す縦断面図である。
　コールドスプレーノズル４０は、コールドスプレーガン３０の先端に取り付けられている部品である。コールドスプレーノズル４０には、流入口４１、流出口４２、および、流路４３が形成されている。
　コールドスプレーノズル４０は、コールドスプレーガン３０から流入口４１を介して供給されたガスを超音速流に加速する。そして、コールドスプレーノズル４０は、コールドスプレーガン３０から供給された原料粉末３００を、加速されたガスとともに流出口４２から噴出させる。
　流入口４１または流出口４２側から見た時の流路４３の形状は、略円形である。
　コールドスプレーノズル４０は、上流部４４、駆動式絞り部４５、および、下流部４８を備えている。
　上流部４４は、コールドスプレーノズル４０の流入口４１と駆動式絞り部４５との間の部位である。上流部４４は、金属またはセラミックで形成されている。
　駆動式絞り部４５は、絞り４６、および、駆動部４７を備えている。
　絞り４６は、駆動部４７の駆動に伴い、絞り４６の流路面積を小さくするまたは大きくする。本明細書において、絞り４６の流路面積とは、コールドスプレーノズル４０におけるガスの流れ方向に直交する平面で切断したときの断面積が最小となる部分の流路面積である。絞り４６が、流路面積が小さくなるように動作する場合、絞り４６の対向する表面Ｆ４６間の距離が短くなる。一方、絞り４６が、流路面積が大きくなるように動作する場合、対向する表面Ｆ４６間の距離が長くなる。
　絞り４６の表面Ｆ４６で囲まれた流路４３の空間は、略円錐台形状またはベル状の形状となっている。
　絞り４６の内壁面、つまり、絞り４６のガスに接触する部位の表面Ｆ４６は、硬度が高く、かつ、平滑であることが望ましい。具体的には、表面Ｆ４６は、５００Ｈｖ以上のビッカース硬度、および、１．３μｍ以下の算術平均粗さを有することが望ましい。
　この硬度の条件を満たすために、絞り４６は、例えば、ビッカース硬度８３０Ｈｖの高速度工具鋼ＳＫＨ４０、または、ビッカース硬度２４００Ｈｖの炭化ケイ素系セラミックスで形成されていてもよい。
　駆動部４７は、制御部７０による制御の下、絞り４６の流路面積を変更する。駆動部４７は、電磁アクチュエータ、流体駆動アクチュエータ、および、高分子アクチュエータ等のアクチュエータである。以下、駆動部４７が、電磁アクチュエータであるとして説明する。
　駆動部４７は、電磁石４７１および可動コア４７２を有している。電磁石４７１は、コイル、ヨーク、スリーブ、可動鉄心、および、固定鉄心から構成されており、コイルに電流が流れると可動鉄心と固定鉄心が磁化され、互いの吸引力により可動コア４７２が駆動する。これにより、絞り４６の流路面積が変更される。絞り４６の流路面積の変更については、後に詳細に説明する。
　下流部４８は、コールドスプレーノズル４０における絞り４６と流出口４２との間の部位であり、絞り４６を通過したガスを流出口４２に導く。下流部４８は、金属またはセラミックで形成されている。
　下流部４８の内壁面、つまり、下流部４８のガスに接触する部位の表面Ｆ４８は、硬度が高く、かつ、平滑であることが望ましい。具体的には、表面Ｆ４８は、５００Ｈｖ以上のビッカース硬度、および、１．３μｍ以下の算術平均粗さを有することが望ましい。
　また、上流部４４の内壁面、つまり、上流部４４のガスに接触する部位の表面Ｆ４４も、硬度が高く、かつ、平滑であることが望ましい。下流部４８と同様、表面Ｆ４４は、５００Ｈｖ以上のビッカース硬度、および、１．３μｍ以下の算術平均粗さを有することが望ましい。
　この硬度の条件を満たすために、下流部４８および上流部４４は、ビッカース硬度８３０Ｈｖの高速度工具鋼ＳＫＨ４０またはビッカース硬度２４００Ｈｖである炭化ケイ素系セラミックスで形成されていてもよい。
　本実施形態において、絞り４６の表面Ｆ４６、下流部４８の表面Ｆ４８、および、上流部４４の表面Ｆ４４は、５００Ｈｖ以上のビッカース硬度、および、１．３μｍ以下の算術平均粗さを有するとして説明する。また、以下の説明において、表面Ｆ４８および表面Ｆ４４をまとめてコールドスプレーノズル４０の内壁面と称することもある。
　図１に示されているように、センサ６０は、流出口４２の下流側に配置されている。センサ６０は、流出口４２から噴出される原料粉末３００の噴出量を測定し、測定結果を制御部７０に出力する。例えば、センサ６０は、対象物２００に吹き付けられている噴出量を測定する。
　制御部７０は、センサ６０の測定結果に応じて駆動部４７を制御する制御装置である。
　＜駆動部の駆動＞
　以下、制御部７０による駆動部４７の駆動制御について説明する。
　制御部７０は、単位時間当たりの原料粉末３００の噴出量が少なくなるほど、絞り４６の流路面積が小さくなるように駆動部４７を制御する。この制御を受けて、駆動部４７は、絞り４６の流路面積を小さくする。
　一方、制御部７０は、単位時間当たりの原料粉末３００の噴出量が多くなるほど、絞り４６の流路面積が大きくなるように駆動部４７を制御する。この制御を受けて、駆動部４７は、絞り４６の流路面積を大きくする。
　駆動式絞り部４５の流路４３側への移動量（つまり、駆動量）は、流路面積が最大であるときの絞り４６の内径の１／２以下であることが望ましい。絞り４６の流路面積が最小であるときの絞り４６の内径は、絞り４６の流路面積が最大であるときの絞り４６の内径の１／２以上であることが望ましい。例えば、流路面積が最大であるときの絞り４６の内径が６ｍｍである場合、駆動式絞り部４５の流路４３側への移動量は、３ｍｍ以下であることが望ましい。すなわち、流路面積が最大であるときの絞り４６の内径が６ｍｍである場合、絞り４６の内径は、流路面積が最小のときで３ｍｍ以上確保されることが望ましい。
　＜吹き付け方法（コールドスプレー方法）＞
　以下、コールドスプレー装置１００の動作を説明する。
　まず、ガスおよび原料粉末３００を、コールドスプレーノズル４０の絞り４６、および、下流部４８を通過させて流出口４２から噴出させる（工程Ｓ１）。工程Ｓ１は、以下の工程Ｓ１１、工程Ｓ１２、および、工程Ｓ１３を含む。
　工程Ｓ１において、はじめに、高圧のガスをガス供給装置２０からコールドスプレーガン３０に供給する（工程Ｓ１１）。
　次に、コールドスプレーガン３０のヒータ３２が、ガスを加熱する（工程Ｓ１２）。これにより、ガスは、高温かつ高圧のガスとなり、コールドスプレーノズル４０に供給される。
　そして、コールドスプレーノズル４０に供給されたガスは、流路４３に沿って、上流部４４、絞り４６、および、下流部４８を通過して流出口４２に向う。ガスは、絞り４６における最小流路面積部分よりも下流側および下流部４８を通過しているときに加速される。そして、ガスは、流出口４２から噴出されるときには、超音速流になる。
　次に、原料供給装置１０から原料粉末３００をコールドスプレーガン３０に供給する（工程Ｓ１３）。これにより、コールドスプレーガン３０内でガスと原料粉末３００とが混合する。そして、原料粉末３００がガスに同伴してコールドスプレーノズル４０に供給され、上流部４４、絞り４６、および、下流部４８を通過して流出口４２から噴出する。原料粉末３００も、噴出時には超音速に加速されている。
　次に、流出口４２から噴出された原料粉末３００を対象物２００に吹き付ける（工程Ｓ２）。工程Ｓ２において、または工程Ｓ２の前に、コールドスプレーノズル４０の流出口４２が、対象物２００に向けられる。なお、ガスの吹き付け圧力は５ｂａｒ以上１０ｂａｒ以下程度である。
　超音速に加速された原料粉末３００が対象物２００に衝突することで対象物２００の表面洗浄、金属接合、および、原料粉末３００と対象物２００の粘性変形が同時に起こり、対象物２００の表面に皮膜が形成され始める。
　下流部４８の表面Ｆ４８および上流部４４の表面Ｆ４６が高硬度、かつ、平滑であったとしても、長時間、原料粉末３００がコールドスプレーノズル４０を通じて噴出されると、表面Ｆ４８および表面Ｆ４６、特に表面Ｆ４８に変形または損傷が生じる可能性がある。
　表面Ｆ４８に変形または損傷が生じた状態で皮膜形成が継続されると、変形された箇所、または、損傷箇所に原料粉末３００が付着し、堆積する。これにより、流路４３が閉塞されてガスの加速が阻害されるので、単位時間当たりの噴出量が変動する。また、原料粉末３００が堆積するため、単位時間当たりの噴出量が少なくなる。
　そこで、工程Ｓ２の次の工程として、流出口４２から噴出される原料粉末３００の噴出量に応じて、絞り４６の流路面積を変更する（工程Ｓ３）。
　工程Ｓ３において、制御部７０は、センサ６０の測定結果に基づいて単位時間当たりの噴出量を算出し、単位時間当たりの噴出量が減少していると判定した場合、流路面積が小さくなるように駆動部４７を制御する。流路面積が小さくなることで、流路４３を流動するガスが加速される。ガスが加速されることで、単位時間当たりの原料粉末３００の噴出量が増加する。また、ガスが加速されることで、コールドスプレーノズル４０の内壁面に付着および堆積していた原料粉末３００がはがれる。これにより、単位時間当たりの原料粉末３００の噴出量がより増加する。
　コールドスプレーノズル４０の内壁面に付着および堆積されていた原料粉末３００がはがれてガスの加速が阻害されなくなると、単位時間当たりの噴出量が過多になる。
　制御部７０は、センサ６０の測定結果に基づいて単位時間当たりの噴出量を算出し、単位時間当たりの噴出量が増加していると判定した場合、流路面積が大きくなるように駆動部４７を制御する。流路面積が大きくなることで、流路４３を流動するガスが減速される。これにより、単位時間当たりの原料粉末３００の噴出量が減少する。
　以上説明したように、コールドスプレー装置１００は、原料粉末３００の噴出量に応じて、絞り４６の流路面積を変更する。よって、コールドスプレーノズル４０の内壁面の変形および損傷により、原料粉末３００の付着および堆積が生じ、ガスの加速が阻害されるようになった場合でも、コールドスプレー装置１００は、流路面積を小さくして、ガスの流速を高くすることができる。よって、単位時間当たりの噴出量が増加する。また、コールドスプレーノズル４０の内壁面に付着および堆積していた原料粉末３００がはがれるので、単位時間当たりの噴出量がより一層増加する。
　また、コールドスプレーノズル４０の内壁面に付着および堆積されていた原料粉末３００がはがれてガスの加速が阻害されなくなり、単位時間当たりの噴出量が過多になった場合でも、コールドスプレー装置１００は、絞り４６の流路面積を大きくして、ガスの流速を低くすることができる。これにより、単位時間当たりの噴出量が減少する。
　したがって、コールドスプレー装置１００は、一時的に単位時間当たりの噴出量が増減したとしても、絞り４６の流路面積を調整して単位時間当たりの噴出量の変動を防止し、ほぼ一定に維持することができる。よって、コールドスプレー装置１００は、長時間にわたって、対象物２００に対する単位時間当たりの原料粉末３００の供給量を維持することができる。ひいては、長時間にわたって安定した皮膜形成を行うことができるので、膜厚のばらつきを低下させつつ高品質の皮膜を形成することができる。
　絞り４６の表面Ｆ４６、下流部４８の表面Ｆ４８および上流部４４の表面Ｆ４４は、５００Ｈｖ以上のビッカース硬度を有している。よって、原料粉末３００が表面Ｆ４６、Ｆ４８、Ｆ４４に衝突することに起因する変形および損傷が発生しにくくなる。
　また、絞り４６の表面Ｆ４６、下流部４８の表面Ｆ４８および上流部４４の表面Ｆ４４は、１．３μｍ以下の算術平均粗さを有している。よって、原料粉末３００の表面Ｆ４６、Ｆ４８、Ｆ４４への堆積が抑制される。
　（第２実施形態）
　以下、第２実施形態について、主に第１実施形態と異なる点について説明する。
　図３は、第２実施形態におけるコールドスプレーノズル４０の構成を示す縦断面図である。
　下流部４８には、コールドスプレーノズル４０の側面から流路４３に向けてガスを噴射させる噴射口８０が形成されている。噴射口８０は、少なくとも１以上形成されていればよい。噴射されるガスは、表面Ｆ４８に対する原料粉末３００の衝突を緩和する。噴射口８０からガスが流路４３に噴射されることで、原料粉末３００が表面Ｆ４８に衝突しにくくなる。本明細書では、噴射口８０から噴射されるガスを噴射ガスと称する。
　また、コールドスプレー装置１００は、噴射ガスを供給するガス供給ライン９３をさらに備えている。ガス供給ライン９３は、コールドスプレーノズル４０の側面に配置されており、噴射口８０に接続されている。
　噴射ガスは、ガス供給装置２０から供給されるガスと同じ種類のガス、または、空気、不活性ガス等のガスである。
　噴射ガスの圧力が流路４３を流出口４２に向けて移動しているガスの圧力の１／２以下となるように、噴射ガスが噴射される。
　例えば、原料粉末３００を搬送するガスとして窒素ガスが使用され、かつ、当該ガスの流路４３における圧力が０．７０ＭＰaである場合、噴射ガスとして窒素ガスを使用し、各噴射口８０から噴射される噴射ガスの圧力を０．３５ＭＰaとしてもよい。
　以上説明したように、第２実施形態のコールドスプレー装置１００は、噴射口８０が形成されている下流部４８を有し、噴射口８０から流路４３に向けて噴射ガスを供給する。よって、下流部４８の表面Ｆ４８に原料粉末３００が衝突するのを緩和することができる。このため、下流部４８の表面Ｆ４８の変形および損傷を抑制できる。流路４３に噴射ガスが噴射されることで、流路４３の外周部分に一種の断熱層が形成される。よって、流路４３の中心部分を流れ、原料粉末３００を同伴しているガスの熱が下流部４８に伝わりにくくなる。つまり、原料粉末３００を同伴しているガスの温度が低下することによって、当該ガスが収縮し、当該ガスの流速が低下することまたは加速しにくくなることが防止される。よって、流路４３を流出口４２に向かって移動するガスが、より効率的に加速される。
　また、コールドスプレー装置１００は、噴射ガスの圧力が、流路４３内のガスの圧力の１／２以下となるように噴射ガスを流路４３に噴射させる。よって、流路４３内での原料粉末３００の流動が阻害されるにくい。すなわち、コールドスプレー装置１００は、原料粉末３００の流動を阻害することなく、原料粉末３００の表面Ｆ４８への衝突を抑制できる。
　＜変形例＞
　流入口４１または流出口４２側から見た時の流路４３の形状は、必ずしも略円形でなくともよく、例えば略四角形であってもよい。
　また、駆動部４７の駆動方法として、以下の（１）または（２）が採用されてもよい。
　（１）流路面積の２値制御
　まず、単位時間当たりの原料粉末３００の噴出量の上限閾値および上限閾値よりも小さい値である下限閾値、並びに、絞り４６の流路面積の設定値である第１の面積、および、第２の面積を決めておく。なお、第２の面積は、第１の面積よりも小さい。
　制御部７０は、単位時間当たりの原料粉末３００の噴出量が下限閾値以下の値まで減少したと判定した場合、絞り４６の流路面積が第１の面積から第２の面積まで小さくなるように駆動部４７を制御する。
　また、制御部７０は、単位時間当たりの原料粉末３００の噴出量が下限閾値以下の値から、上限閾値を上回る値に増加した場合、絞り４６の流路面積が、第２の面積から第１の面積まで大きくなるように駆動部４７を制御する。
　（２）流路面積の３値制御
　まず、単位時間当たりの原料粉末３００の噴出量の上限閾値および上限閾値よりも小さい値である下限閾値、並びに、絞り４６の流路面積の設定値である第１の面積、第２の面積、および、第３の面積を決めておく。第２の面積は、第１の面積よりも小さく、第３の面積は、第１の面積よりも大きい。
　制御部７０は、単位時間当たりの原料粉末３００の噴出量が上限閾値以下かつ下限閾値よりも大きい場合、絞り４６の流路面積が第１の面積となるように駆動部４７を制御する。
　制御部７０は、単位時間当たりの原料粉末３００の噴出量が下限閾値以下である場合、絞り４６の流路面積が第２の面積となるように駆動部４７を制御する。
　制御部７０は、単位時間当たりの原料粉末３００の噴出量が上限閾値よりも大きい場合、絞り４６の流路面積が第３の面積となるように駆動部４７を制御する。
　本開示によれば、長時間にわたって原料粉末の供給量を維持するコールドスプレーノズル、コールドスプレー装置、および、コールドスプレー方法を提供できる。
　本開示は、長時間にわたって原料粉末の供給量を維持するコールドスプレーノズル、コールドスプレー装置、および、コールドスプレー方法に好適に利用できる。
　１００　コールドスプレー装置
　１０　原料供給装置
　１１　ホッパー
　２０　ガス供給装置
　３０　コールドスプレーガン
　３１　流路
　３２　ヒータ
　３３　供給口
　４０　コールドスプレーノズル
　４１　流入口
　４２　流出口
　４３　流路
　４４　上流部
　４５　駆動式絞り部
　４６　絞り
　４７　駆動部
　４７１　電磁石
　４７２　可動コア
　４８　下流部
　６０　センサ
　７０　制御部
　８０　噴射口
　９１　原料供給ライン
　９２　ガス供給ライン
　２００　対象物
　３００　原料粉末
　Ｆ４４、Ｆ４６、Ｆ４８　表面
　Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３　工程

Claims (10)

  1. 　ガスおよび前記ガスに同伴する原料粉末が通過する絞りと、
    　前記絞りを通過した前記ガスを流出口に導く下流部と、
    　前記流出口から噴出する前記原料粉末の噴出量に応じて、前記絞りの流路面積を変更する駆動部と、
    　を備えるコールドスプレーノズル。
  2. 　前記駆動部は、前記噴出量が多くなるほど前記流路面積を大きくし、前記噴出量が少なくなるほど前記流路面積を小さくする、
    　請求項１に記載のコールドスプレーノズル。
  3. 　前記駆動部は、前記噴出量が下限閾値以下の値まで減少した場合、前記流路面積を第１の面積から前記第１の面積よりも小さい第２の面積まで小さくし、前記噴出量が下限閾値以下の値から、上限閾値を上回る値に増加した場合、前記流路面積を前記第２の面積から前記第１の面積まで大きくする、
    　請求項２に記載のコールドスプレーノズル。
  4. 　前記駆動部は、前記噴出量が上限閾値以下かつ下限閾値よりも大きい場合、前記流路面積を第１の面積とし、前記噴出量が下限閾値以下の場合、前記流路面積を前記第１の面積よりも小さい第２の面積とし、前記噴出量が上限閾値よりも大きい場合、前記流路面積を前記第１の面積よりも大きい第３の面積とする、
    　請求項２に記載のコールドスプレーノズル。
  5. 　前記流路面積が最小であるときの前記絞りの径は、前記流路面積が最大であるときの前記絞りの径の１／２以上である、
    　請求項１から４のいずれか一項に記載のコールドスプレーノズル。
  6. 　前記絞りの前記ガスに接触する部位の表面は、５００Ｈｖ以上のビッカース硬度、および、１．３μｍ以下の算術平均粗さを有する、
    　請求項１から５のいずれか一項に記載のコールドスプレーノズル。
  7. 　前記下流部の前記ガスに接触する部位の表面は、５００Ｈｖ以上のビッカース硬度、および、１．３μｍ以下の算術平均粗さを有する、
    　請求項１から６のいずれか一項に記載のコールドスプレーノズル。
  8. 　前記下流部は、前記コールドスプレーノズルの側面から、前記ガスが流通する流路に噴射ガスを噴射させる噴射口を有する、
    　請求項１から７のいずれか一項に記載のコールドスプレーノズル。
  9. 　請求項１から８のいずれか一項に記載のコールドスプレーノズルと、
    　前記噴出量を測定するセンサと、を備え、
    　前記駆動部は、前記センサの測定結果に応じて、前記流路面積を変更する、
    　コールドスプレー装置。
  10. 　ガスおよび前記ガスに同伴する原料粉末を、コールドスプレーノズルの絞り、および、前記絞りと前記コールドスプレーノズルの流出口との間の部位である下流部を通過させて前記流出口から噴出させる工程と、
    　前記流出口から噴出された前記原料粉末を対象物に吹き付ける工程と、
    　前記流出口から噴出する前記原料粉末の噴出量に応じて、前記絞りの流路面積を変更する工程と、
    　を備えるコールドスプレー方法。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007245105A (ja) * 2006-03-20 2007-09-27 Toshiba Corp コーティング装置及びその方法
WO2008098336A1 (en) * 2007-02-12 2008-08-21 Doben Limited Adjustable cold spray nozzle
JP2011240314A (ja) * 2010-05-21 2011-12-01 Kobe Steel Ltd コールドスプレー装置
WO2018154599A1 (en) * 2017-02-26 2018-08-30 International Advanced Research Centre For Powder Metallurgy And New Materials (Arci) An improved gas dynamic cold spray device and method of coating a substrate
WO2020010109A1 (en) * 2018-07-06 2020-01-09 Divergent Technologies, Inc. Cold-spray nozzle

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007245105A (ja) * 2006-03-20 2007-09-27 Toshiba Corp コーティング装置及びその方法
WO2008098336A1 (en) * 2007-02-12 2008-08-21 Doben Limited Adjustable cold spray nozzle
JP2011240314A (ja) * 2010-05-21 2011-12-01 Kobe Steel Ltd コールドスプレー装置
WO2018154599A1 (en) * 2017-02-26 2018-08-30 International Advanced Research Centre For Powder Metallurgy And New Materials (Arci) An improved gas dynamic cold spray device and method of coating a substrate
WO2020010109A1 (en) * 2018-07-06 2020-01-09 Divergent Technologies, Inc. Cold-spray nozzle

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