DD224876A1

DD224876A1 - Vorrichtung zum induktionsspritzen von metallen und metallen-legierungen

Info

Publication number: DD224876A1
Application number: DD26008484A
Authority: DD
Inventors: Klaus Broulik; Renate Broulik
Original assignee: Mittweida Ing Hochschule
Priority date: 1984-02-15
Filing date: 1984-02-15
Publication date: 1985-07-17

Abstract

Die Erfindung ermoeglicht das induktive Verspritzen von Metallen und Metall-Legierungen, insbesondere von Legierungen mit teilweiser oder voelliger Nichtmischbarkeit im fluessigen Zustand, bei der durch eine geeignete konstruktive Gestaltung eine Phasentrennung der Legierungsbestandteile durch Schwerkraftsteigerung bei gleichzeitiger Optimierung des Zerstaeubungsvorganges durch Duesenjustierung verhindert wird. Durch Einsatz weitestgehend temperaturbestaendiger induktiv nicht erwaermbarer Werkstoffe im Haupteinflussbereich des durch den Induktor aufgebauten HF-Feldes wird einem unzulaessig hohen Duesenverschleiss vorgebeugt. Bei entsprechender Dimensionierung des Zerstaeubungssystems kann die Vorrichtung zur gewichtsdosierten Erzeugung metallischer Niederschlaege bzw. zur selektiven Flaechenbeschichtung eingesetzt werden.

Description

Titel der Erfindung

Vorrichtung zum Induktionsspritzen von Metallen und Metall- ^?w legierungen .

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum induktiven Verspritzen von Metallen, Metall-Legierungen und insbesondere Metall-Legierungen mit teilweiser oder ,völliger Mchtmischbarkeit im flüssigen Zustand.

Die Vorrichtung kann einerseits zur gewichtsdosierten Erzeugung metallischer Niederschläge und andererseits zur selektiven Beschichtung eingesetzt werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

\/ Die einzige bekannte technische Lösung zum induktiven Verspritzen von Metall-Legierungen mit teilweiser oder völliger Uichtmischbarkeit im flüssigen Zustand stellt der Glasstrahlapparat nach Patentschrift DD 133 445 dar. Er besteht aus zwei konzentrischen Düsen aus Glas, die mit den Mündungen in einen spiralförmigen Induktor mit vorzugsweise drei Windungen aus Kupferrohr hineinragt. Die äu3ere Düse dient dabei der Zufuhr der Zerstäuberdruckluft und die innere als Drahtführungsdüse. Im unteren Bereich der Innendüse wird der kontinuierlich zugeführte Spritzdraht induktiv geschmolzen und beim Austritt aas der Innendüse durch die seitlich vorbeiströmende Druckluft zerstäubt. Dabei kommt es zur Ausbildung eines Schmelzbades, in weichem bei Legierungen

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mit teilweiser oder völliger lichtmischbarkeit im flüssigen Zustand abhängig v.on den Dichteunterschieden der Legierungspartner eine Phasentrennung durch Schwerkraftseigerung auftritt. Liegt die Schmelztemperatur des leichten Legierungspartners oberhalb des Transformationspunktes des Düsenglases, tritt neben der Verstopfung der Innendüse eine zusätzliche induktive Glaserwärmung auf, und das Düsenende beginnt deutlich sichtbar zu glühen. Dieser Vorgang führx zum Punktionsausfall· des Düsensystems..

Durch die starre Anordnung von Innen- und Außendüse sowie -ν, deren gleiche Längen ist eine Optimierung des Abschmelz- ~'^: und Zerstäubungsvorganges nicht gegeben. Die an der Stirnfläche entlangfließende Schmelze wird von der seitlich vorbeiströmenden Zerstäuberdruckluft mitgerissen, so daß es teilweise zur Bildung größerer flockiger Spritzpartikel mit Durchmessern bis zu 0,7 mm kommt.

Pertigungsbedingte Maß-, Form- und Lageabweichungen (Exzentrizitäten, Elliptizitäten usw.)'beeinflussen in starkem Maße die Symmetrie, der Strömungsverhältnisse während der Zerstäubung und tragen mit zur Ausbildung gröberer Spritzpartikel· bei.

Ziel der Erfindung

Ziel· der Erfindung ist es, durch eine geeignete konstruktive Ausbiidung des Zerstäubungssystems eine feinere Zerstäubung . zu erreichen, eine Optimierung des Abschmelz- und Zerstäubungsvorganges durch axiale Verstelibarkeit von Innen- und AuSendüse zu gewährleisten, eine Kompensation der störenden Einflüsse der Maß-, Porm- und Lageabweichung durch Justierung vornehmen zu können, die Verhinderung der Innendüsen-.verstopfung durch'Verkürzung der Drahtführungsdüse und damit eine Verlagerung der Schmelzzone aus der Innendüse in den Zerstäubungsraum sowie eine Anpassung der Schmelzzonengeometrie, an die Strömungsverhäitnisse im Zerstäubungsraum durch Einsatz größerer Düsenwinkel· zu erreichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Das Wesen der Erfindung bestebt nach Fig. 1 und Pig. 2 inder Anpassung des Abschmelz- und Zerstäubungsvorganges an die Strömungsverbältnisse im Zerstäubungsraum 7 dergestalt, daß durch die Verstellung des Abstandes zwischen Innen- 2 und Außendiise 3 die Abschmelzstelle in den Bereich der größten Strömungsgeschwindigkeit unter Beachtung der Yerfahrensparameter Luftdruck, Drahtvorschubgeschwindigkeit und Induktionsstrom sowie der Induktorbauform verlagert wird. Die Zerstäubung der Metallschmelze verläuft optimal, (_.' wenn sich eine kegelförmige Abschmelzzone ausbildet, deren Winkel oC im Bereich von ca. 20°...40° liegt. Die so erzeugten Schichten zeichnen sich durch eine niedrige mittlere Rauheit R_ aus.

Erfindungsgemäß erfolgt der Justiervorgang durch eine Grobjustierung mittels einer Überwurfmutter 5 und eine Peinjustierung mittels dreier um 120° versetzter Gewindestifte 6, so daß nach einer groben axialen Einstellung des Abstandes b zwischen Innen- und Außendüse eine Einstellung der symmetrischen Lage der beiden Düsenmündungen mit Hilfe der Gewindestifte 6 vorgenommen wird.

Drei um 120 versetzt angeordnete Federelemente bzw. Druckfedern 4 verhindern eine unbeabsichtigte zusätzliche Yer- ^/ kürzung des Abstandes b zwischen Innen- 2 und Außendüse 3. Auf den Einsatz von Stiftschrauben und Federelementen kann verzichtet werden, wenn ein Distanzring verwendet wird, der entsprechend des Arbeitspunktes und der Toleranzen der Düsenteile individuell anzupassen ist.

ErfindungsgemäS ist die Dimensionierung der Düsen 2 und 3 so vorzunehmen, daß im Betriebszustand ein Mindestabstand e zwischen Beginn der Schmelzzone und Innendüsenmündung nach Fig. 1 vorhanden ist.

Sin weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der konstruktiven Ausführung von Innen- 2 und Außendüse 3 nach Fig. 3 und Fig. 4 darin, daß im Abstand a vom Induktor metallische¹ Werkstoffe, vorzugsweise Uichtferromagnetika und im Einfluß-

bereich des HP-Feldes induktiv nicht erwärmbare Werkstoffe, eingesetzt werden. Demnach bestehen Innendüse 2 und Außendüse 3 nach Fig. 3 aus einem metallischen Flansch 3a bzw.·.. 2a, in dem die eigentliche Düse 2b bzw. 3b, bestehend aus einem hochtemperaturbeständigen induktiv nicht erwärmbaren Material, vorzugsweise Keramik oder Sinterwerkstoff, eingeklebt ist. Des weiteren ist entsprechend der Erfindung der Außenwinkel |3 der Innendüse kleiner oder gleich dem Innenwinkel f der Außendüse.

Ausführungsbeispiel

Hach Fig. 2 erfolgt die Aufnahme von Innendüse 2 (Drahtführungsdüse) und Außendüse 3 in einem metallischen Grundkörper 1.

Drei um. 120° versetzte Druckfedern 4 dienen in Verbindung mit der Überwurfmutter 5 der Grobeinstellung des Abstandes zwischen Innendüse 2 und Außendüse 3. Mit drei um 120 versetzten Gewindestiften 6 kann die KoaJeLalität der beiden. Düsen im Zerstäubungszonenbereich 7 eingestellt werden. Die Druckscheibe 8 verhindert eine Beschädigung der Stirnfläche der Innendüse 2 durch die Gewindestifte 6. Der zugeführte Spritzdraht 9 wird durch den wassergekühlten Induktor 10 kegelförmig abgeschmolzen und durch die Zerstäuberdruckluft 11, die durch entsprechende Druckluftbohrungen 12 zugeführt wird, im Zerstäubungsraum 7 zerstäubt und auf das Werkstück 13 geschleudert. Der Zylinderstift 14 dient der Sicherung gegen Verdrehung von Grundkörper 1, Innendüse 2 und AuSendüse 3. Der Verbund der metallischen Düsenteile 2a und 3a mit den induktiv nicht erwärmbaren Düsenteilen 2b und 3b kann durch geeignete Bindemittel (Kleber, Kitt usw.) erfolgen.

Claims

1. Vorrichtung zum Induktionsspritzen von Metallen und Metall-Legierungen, gekennzeichnet dadurch, daß der Spritzkopf aus einem Grundkörper besteht, der der Aufnahme einer kürzeren Innen- bzw..Drahtführungsdüse und einer längeren Außendüse zwecks Verlagerung der Schmelzzone aus der Drahtführungsdüse in den Zerstäubungsraum dergestalt dient, daß sich eine kegelförmige Abschmelzzone herausbildet, die sich im Bereich der höchsten Strömungsgeschwindigkeit befindet, der Düsenabstand durch drei um 120 versetzt angeordnete Federn bzw. federnde Elemente

y N₁ aufrecht erhalten wird, mit Hilfe einer Überwurfmutter

^v-., grob eingestellt und eine zusätzliche Feineinstellung und Ausrichtung der Innendüse gegenüber der Außendüse zur Gewährleistung symmetrischer Verhältnisse in der Abschmelz- und Zerstäubungszone durch drei um 120° versetzte Gewindestifte vorgenommen werden kann, wobei Innen- und Außendüse eine Verbundkonstruktion aus einem metallischen Werkstoff, vorzugsweise lichtferromagnetika und einem induktiv nicht erwärmbaren weitestgehend temperaturbeständigen Material, vorzugsweise Keramik oder Sinterwerkstoff, darstellen und der Außenwinkel der Innendüse kleiner oder gleich dem Innenwinkel der Außendüse im Schmelzzonenbereich ist, und daß zur Erzielung eines geringen Kopplungsabstandes bzw. hohen Wirkungsgrades eine Anpassung von Abmessungen und Geometrie zwischen Außendüse und

Induktor und dessen Windungszahl und -anordnung vorgenommen wird.

2. Vorrichtung zum Induktionsspritzen von Metallen und Metall-Legierungen nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Erzielung hoher Strömungsgeschwindigkeiten im Abschmelz- und Zerstäubungsraum durch spezielle Düsengeometrien, vorzugsweise Lavaldüsen, eingesetzt werden·

3. Vorrichtung zum Induktionsspritzen von Metallen und Me-

-V tall-Legierungen nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, J

daß die Drahtführungs- bzw· Innendüse aus einem weniger thermisch belastbaren induktiv nicht erwärmbaren Material, vorzugsweise Plaste, besteht·

4. Vorrichtung zum Induktionsspritzen von Metallen und Metall-Legierungen nach Punkt 1 und 3» gekennzeichnet dadurch, daß Innen- und Außendüse keine Verbundkonstruktion darstellen, sondern durchgängig aus einem induktiv nicht erwärmbaren Material bestehen.

5· Vorrichtung zum Induktionsspritzen von Metallen und Metall-Legierungen nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, ') daß zusätzlich ein Konzentrator zur Energietransformation eingesetzt wird.

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(.' , ErfindungsanapruGh

6. Vorrichtung zum Induktionsspritzen von Metallen und Metall-Legierungen nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine Druckluftzufuhr in.der Drahtführungsbohrung der Innendüse direkt oder über seitlich angebrachte Bohrungen vorgenommen wird.

HierzojL-Seiien Zeichnungen