JPH01298145A - 溶射方法及び溶射装置の雰囲気ガス制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、溶射方法及び溶射装置の雰囲気ガス制御装
置に関するもので、特に、気体中を流れるアーク等の大
電流によって生ずる高温度のプラズマを利用して、金属
やセラミック停の物質を溶解して、それを表面処理対象
物、即ち母材の表面に吹き付けて、そこに強固な溶射皮
膜を形成するための所謂プラズマ溶射装πにおいて、そ
の皮膜を形成する部分のガスの雰囲気を所定の状態に保
持するための方法及び装置に関するものである。

従来技術 従来のプラズマ溶射装置を使用して溶射する場合は、皮
膜形成がプラズマ１〜−チの先端部分で行われるが、そ
の部分にはガスの雰囲気を制御するための手段が具備さ
れていない。

すなわち、プラズマ溶射装置のプラズマトーチの先端部
に若干の間隙を隔てて母材の表面を対向して配置し、そ
の母材をその表面と平行に移動しながら母材に皮膜を形
成している。

発明が解決しようとする課題 前記従来のプラズマ溶射装置は、それを用いて溶射する
際、上述のようにプラズマ１−−チの先端部と対向する
位置において、母材、あるいは、プラズマトーチを移動
しながら、その母材の表面にその一端から他端に至るま
で皮膜を形成するので、皮膜形成部分に外部からガスが
流入し、その皮膜形成部分のガスの雰囲気が制御できず
、該皮膜の成分２母材表面の全面にわたって均一にする
ことが不可能である。

この発明の目的は、前記皮膜を母材の表面の端部に形成
する場合、或は、その中央部に形成する場合に係わらず
、常に各雰囲気ガスの状態を変化しないように制ばする
ことである。

又、他の目的は、その母材表面の全面に均一成分の溶射
皮膜を形成することである。

課題を解決するための手段 本発明の溶射装置の雰囲気ガス制御装置は、プラズマ溶
射装置、アーク溶射装置、フレーム溶射装置などにおけ
る溶射用トーチにフレーム外套を付設し、これと対向し
て空隙を隔てて母材設置手段を具備せる母材ホルダーを
配置し、該母材ホルダーの前記フレーム外套に対向する
面と、母材の溶射面を含む平均の延長面とをほぼ一致せ
しめて所望の雰囲気ガス中で溶射を行うものである。

作用 溶射装置、例えば、プラズマ溶射装置に電源を接続する
と共に、その装置のプラズマガス送入孔からプラズマガ
スを供給し、またその溶射材ｆ−１供給孔から金属又は
セラミック等の溶射材料をそれぞれ供給し、プラズマト
ーチの先端から母材に向けてプラズマフレームを発生せ
しめ、そのプラズマフレームをフレーム外套の巾を通し
て噴出する。

その際、該フレーム外套の先端部にこれと対向して空隙
を隔てて配置せる母材ホルダーに、母材設置手段で母材
を取り付けて、該母材ホルダーの前記フレーム外套に対
向する面と、母材の溶射面を含む平均の延長面とをほぼ
一致せしめ、この状態で前記プラズマトーチの先端部か
ら噴出するプラズマフレームで溶射材料を溶融し、これ
を母材の表面に当て、ここに溶射皮膜を形成する。

又、これと同時にフレーム外套を付設したプラズマトー
チをその母材の表面に沿って移動し、その間に母材の表
面の全体に互って溶射層を形成するものである。

実施例 この発明のプラズマ溶射装置の雰囲気ガス制御装置の実
施例を添付図面によって説明すると、第１図に示ずごと
く、複１〜−チ型のプラズマ溶射装置１におけるプラズ
マト−チ２のフレーム外ｇ３の主外套３ｂの先端部に、
これより内径の大なるフレーム外套３の補助外ｇ３ａを
設け、これと対向するように空隙４を隔てて母材設置手
段として窪み５を形成せる母材ホルダー６を配置し、該
母材ホルダー６の前記補助外套３ａに対向する面６ａと
、母材７の溶射面７ａを通る延長面７ｂとを一致せしめ
たものである。

この装置を使用してグラズマ溶射を行う際はまず、プラ
ズマ溶射装置１に１１源８を接続すると共に、その装置
１のプラズマガス送入孔９７Ｊ１らアルゴンや窒素ガス
等のプラズマガス１０を供給し、また、その装；■１の
溶射材ｆ′：＋供給孔１１から銅又はチタン等の金属、
または、サーメット或はセラミック等の溶射材ゼＮ２の
何れかを供給し、プラズマトーチ２の先端から母材に向
けてプラズマフレーム１５を発生せしめ、そのプラズマ
フレーム１５を主外套３ｂを通して噴出する。

その際、該補助外套３ａの先端部にこれと対向して空隙
４を隔てて予め配置せる母材ホルダー６の＠材設置用窪
み５内に母材７を埋め込んで、該母材ホルダー６の前記
補助外套３ａに対向する面６ａと、母材７の溶射面７ａ
を通る延長面７ｂとを一致せしめ、この状態で溶融した
溶射材Ｆ１５３を母材７の表面に当て、ここに溶射皮膜
７ｃを形成する。

又、これと同時にフレーム外套を付設したプラズマト−
チを母材７の表面に沿って移動し、その間に母Ｎ７の表
面の全体に互って溶射波膜７ｃを形成するものである。

更にこの際、補助外套３ａのシールガス入口１６から窒
素ガス等のシールガス１７を供給し、補助外套３ａ内に
おける上記シールガス１７および前記プラズマガスｌＯ
を混合してなる雰囲気ガスの間隙４から矢印Ａ１８方向
に流出する流量を所定の価に一定に保持しておくもので
ある。

そのため、この部分で前記雰囲気ガスの成分が制御され
るので、形成される溶射被膜７Ｃの成分は外気の影響を
受ける虞がない。

なお、母材７の表面に凹凸が存在する場合には、溶射面
７ａを通る延長面７ｂとして凹凸をならした平均面をと
っても実用上問題はない。

また、母材ホルダーのフレーム外套に対する面は、母材
の溶射面を含む延長面と完全に一致していなくても実用
上問題が無いので、それらの面は、はぼ一致していれば
十分である。

以上本発明を第１図によって説明したが、本発明はそれ
に限定されるものでなく、上記本発明の要旨を変更する
事なく部分的構造を多少変更して実施することが出来る
。

例えば、第１図の複トーチ型の溶射装置の代わりに、第
２図に示す様に、単トーチ型のものを使用しても差し支
えなく、又、補助外套３ａを第４〜６図に示す構造のよ
うにすることも出来る。

訣た、プラズマフレームが乱流となる場合には、第３図
に示す様に、シールガス人口５５よりシールガスをｆ共
給し、スリット５４よりフ゛ラズマフレームを囲むよう
にシールガスを噴出せしめることにより、溶融した溶射
材料５３を更に外部からの混入ガスとの接触を防ぐこと
が出来る。

更に、スリット５４よりシールガスを円周方向に噴出せ
しめることによりシール性能を高めることも可能である
。

第４図に示すものは、主外套３ｂの先端部の補助外套３
ａを内外二重構造とし、その二重構造の間にシールガス
通路２０を形成し、また該シールガス通路２０の上流側
にシールガス人口２１を、下流側にシールガス出口２２
をそれぞれ設け、前記シールガス人口２１から窒素ガス
等のシールガス１７を圧入し、そのシールガス出口２２
から前記空ＶｊＪ内に排出し、補助外ｇ３ａ内にその外
部のガスが前記空１！３！　４を経て入り込まないよう
にしている。

第５図に示すものは、第４図のものにおいてそのシール
ガス出口２２の外周に外向きの耳部２３を張り出して形
成し、外部のガスが前記空隙４を介して補助外套３ａ内
に入り込むことを一層確実に防止するものである。

第６図に示すものは、第４図のものにおいてシールガス
通路２０の他にもう一つのシールガス通路２４を同心的
に形成すると共に、シールガス出口２２と同心的に（ｌ
Ｕ！のシールガス出口２５を形成し、この部分の空隙４
を経て外部のガスの補助外套３ａ内に入り込むことを一
層確実に防止するものである。

この・実施例において金属銅（Ｃｕ）を溶射した場合に
形成される溶射皮膜のＸ線回折図形を示すと第１０図の
ようになる。

この図形は、金属銅（Ｃｕ）の結晶相のみが存在し、そ
れ以外の成分の結晶相は存在していないことを示してい
る。

第７図は、第６図においてシールガス通路２０．２４の
間に隔壁５０を設け、シールガス通路２０．２４の各々
にシールガス人口５１．５２を設け、各々に供給するシ
ールガス量を調節することによりシール性能を向上させ
るものである。

更に第８Ｕ！Ｊに示すものは、円弧状の曲面からなって
いる母材２６にプラズマ溶射する際の実施例であり、こ
の場合は円筒形の偉材ホルダー２８の外周の一部分に形
成した母材設置用窪み２９に前記母材２６を設置し、主
外套３ｂの先端部に設けた補助外套３ａの先端縁に断面
円弧状の張り出し耳部２７を形成し、この張り出し耳部
２７と母材２６の溶射面２６ａを含む延長曲面２６ｂと
の間に空隙４を形成したものである。

上記円筒形の母材の溶射面にプラズマ溶射を行う時は、
それを設置した母材を矢印Ａ３０方向に回転すると共に
、矢印Ａ３１方向の長さ方向に移動しながら、溶融した
溶射材料を母材２６の表面に吹き付け、母材２６の全面
に溶射するものである。

その際、吹き付けられた後のプラズマガスは、主外套３
ｂに穿設せるシールガス入口１６から補助外套３ａ内に
供給されたシールガス１７と一緒になって、前記空隙４
を通って矢印Ａ４の方向に排出する。

該母材２６の端部を溶射するときも、又、その中央部を
溶射するときも、前記空隙４の状態は変化しないので、
その空隙４を経て外部から補助外套３ａ内に外気が入り
込むことがない６なお、第８図、第９図の母材２６は円
弧状であるが、その円弧の中心角θを増加して３６０度
とし、円筒状にすることも可能である。

この場合、母材ホルダー２８の周面に形成した母材設置
用窪み２９は、図示してないがその全周に互って形成さ
れることになり、そこに設置さノした円筒形母材はその
全周面に溶射皮膜を形成される。

第１２図及び第１３図に示すものは、主外套３ｂのみを
付設するｆｉＣ来の溶射方法で溶射する場合の互いに異
なる状態を示すものであり、主外套３ｂの先端部に空隙
４を隔てて母材７を配置して、その母材７の表面に溶融
した溶射材料５３を吹き付けて溶射するものであるが、
この場合は主外套３ｂの先端部前方が母材７で遮断され
ずに開放している部分もあるので、ここから外部のガス
が主外套３ｂ内に入り込み、その部分の雰囲気ガスの成
分念不安定にし、溶射皮膜中に不純物が形成されるおそ
れがある。

しかも第１２図の状態のように母材７の端部を溶射する
ときの、母材７の端部と主外套３ｂの端部との距ｆｌＪ
Ｌと、第８図の状！ぷのようにその中央部を溶射すると
きの、母材７の端部と生性ｇ３ｂの端部との距離りが互
いに異なるので、ここから主外套３ｂ内に入るガスの量
がそれぞれ異なり、その結果、母材７の端部の溶射皮膜
の成分と中央部の成分とではその構成が異なり、母材７
の全面に互って均一成分にすることができない。

この状態で金属銅（Ｃ１１）を溶射した場合の溶射皮膜
のＸ線回折図形を示したものが第１！図であり、この図
は金ｆｉｇ（Ｃｕ）の他に酸化銅（Ｃｕ　２０　）の結
晶相が存在している事を示している。

なお、この発明は、プラズマ溶射装置だけでなく、アー
ク溶射装置、フレーム溶射装置などにも用いることが出
来ることは勿論である。

発明の効果 この発明は、上述の通りであり、母材ホルダーのフレー
ム外套に対する対向面を、母材の溶射面を含む平均の延
長面とほぼ一致せしめであるから、溶射の際におけるフ
レーム外套の内部に外部の不純ガスが入り込まず、その
内部の雰囲気ガスの成分状態が制御され、かつ、一定に
なり、その際に形成される溶射皮膜が酸化されしたり、
あるいは、還元されたりしてその性能を妨げるおそれが
なく、所定の溶射皮膜を安定して形成することが出来る
。

むろん、溶射Ｎ　ｆ５＋に対して適当なシールガスをｊ
１！定することにより、積極的に、例えば、酸化物、窒
化物などの溶射被膜を形成することら可能である。

【図面の簡単な説明】

添付図面の第１図は、本発明の実施例を示ず図で、復１
・−チ型プラズマ溶射装置の一部分の切断した側面図、
第２図は、他の実施例を示す図で、単ｌ〜−チ型プラズ
マ溶射装置の一部分の切断した側面図、第３図は、更に
他の実施例を示す図で、第２図に相当する図、第４１２
Ｉ、第５図、第６１２Ｉ、第７図は、夫々、第１図、第
２図、第３図の一部分の他の実施例の断面図、第８図は
、本発明の他の実施例の断面図、第９図は第８１２Ｉの
■−■線部の断面図、第１０図は、本発明によって形成
した溶射皮膜のＸ線回折図形、第１１図は、従来例のＸ
線回折図形、第１２［３は、従来例の断面図、第１３図
は、第１２図の他、の状態の断面図である。 １・・・プラズマ溶射装置 ２・・・プラズマトーチ ３・・・フレーム外套 ４・・・空隙 ５・・・母材設置用窪み ６・・・母材ホルダー ７・・・母材 ７ａ・・・溶射面 ７ｂ・・・延長面 ９・・・プラズマガス送入孔 １０　　・・プラズマガス １１・・・溶射材料供給孔 １２・・・溶射材料 １５・・・プラズマフレーム １６・・・シールガス入口 １７・・・シールガス

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶射用トーチにフレーム外套を付設し、これと対向
   して空隙を隔てて母材設置手段を具備せる母材ホルダー
   を配置し、該母材ホルダーの前記フレーム外套に対向す
   る面を、前記母材の溶射面を含む平均の延長面とほぼ一
   致せしめ、前記フレーム外套内を所望の雰囲気ガスで充
   満して溶射することを特徴とする溶射方法。 ２、溶射用トーチのフレーム外套が、円筒形の主外套と
   、それよりも内径の大きな円筒形の補助外套で形成され
   ているとともに、該補助外套にシールガス供給孔が穿設
   されていることを特徴とする請求項１記載の溶射方法。 ３、溶射用トーチにフレーム外套を付設し、これと対向
   して空隙を隔てて母材設置手段を具備せる母材ホルダー
   を配置し、該母材ホルダーの前記フレーム外套に対向す
   る面を、前記母材の溶射面を含む平均の延長面とほぼ一
   致せしめることを特徴とする溶射装置の雰囲気ガス制御
   装置。 ４、溶射用トーチのフレーム外套が、円筒形の主外套と
   、それよりも内径の大きな円筒形の補助外套で形成され
   ているとともに、該補助外套にシールガス供給孔が穿設
   されていることを特徴とする請求項３記載の溶射装置の
   雰囲気ガス制御装置。 ５、溶射用トーチのフレーム外套の補助外套が、ガス通
   路を隔てて二重に形成され、その二重円筒の外側の円筒
   に、前記ガス通路に通ずるシールガス供給孔を穿設する
   ことを特徴とする請求項４記載の溶射装置の雰囲気ガス
   制御装置。 ６、溶射用トーチのフレーム外套の補助外套が、ガス通
   路を隔てて二重に形成され、その二重円筒の外側の円筒
   に前記ガス通路に通ずるシールガス供給孔を穿設すると
   ともに、該外側の円筒の先端縁に外向きの耳部を形成す
   ることを特徴とする請求項４記載の溶射装置の雰囲気ガ
   ス制御装置。 ７、溶射用トーチのフレーム外套の補助外套が、ガス通
   路を隔てて二重に形成された二組の二重円筒で構成され
   、その二重円筒の外側に前記ガス通路に通ずるシールガ
   ス供給孔を形成することを特徴とする請求項４記載の溶
   射装置の雰囲気ガス制御装置。 ８、溶射用トーチのフレーム外套の補助外套が、ガス通
   路を隔てて二重に形成された二組の二重円筒で構成され
   、各組の二重円筒のガス通路を互いに隔壁で区分すると
   ともに、各ガス通路に夫々互いに区分されたシールガス
   供給孔を連通せしめたことを特徴とする請求項７記載の
   溶射装置の雰囲気ガス制御装置。 ９、溶射用トーチのフレーム外套の先端部の補助外套に
   シールガス供給孔を穿設するとともに、該補助外套の先
   端縁に外向きの円弧状耳部を形成することを特徴とする
   請求項４記載の溶射装置の雰囲気ガス制御装置。 １０、溶射用トーチのフレーム外套の先端部の補助外套
   にシールガス供給孔を穿設するとともに、該補助外套の
   先端縁に外向きの円弧状耳部を形成し、該補助外套の先
   端縁の外向きの円弧状耳部に対向して、空隙を隔てて円
   弧状曲面の母材を保持するための母材ホルダーを配置し
   、該母材ホルダーの前記フレーム外套に対向する面を、
   前記母材の溶射面を含む平均の延長面とほぼ一致せしめ
   たことを特徴とする請求項９記載の溶射装置の雰囲気ガ
   ス制御装置。 １１、溶射用トーチのフレーム外套の先端部の補助外套
   にシールガス供給孔を穿設するとともに、該補助外套の
   先端縁に外向きの円弧状耳部を形成し、該補助外套の先
   端縁の外向きの円弧状耳部に対向して、空隙を隔てて円
   筒状の母材を保持するための母材ホルダーを配置するこ
   とを特徴とする請求項９記載の溶射装置の雰囲気ガス制
   御装置。 １２、溶射用トーチのフレーム外套が、円筒形の主外套
   と、それよりも内径の大きな円筒形の補助外套で形成さ
   れているとともに、該主外套及び該補助外套に、夫々シ
   ールガス供給孔が穿設されていることを特徴とする請求
   項３記載の溶射装置の雰囲気ガス制御装置。１３、溶射
   用トーチが、プラズマトーチであることを特徴とする請
   求項３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、または
   、１２記載の溶射装置の雰囲気ガス制御装置。 １４、溶射用トーチが、アークトーチであることを特徴
   とする請求項３、４、５、６、７、８、９、１０、１１
   、または、１２記載の溶射装置の雰囲気ガス制御装置。 １５、溶射用トーチが、フレームトーチであることを特
   徴とする請求項３、４、５、６、７、８、９、１０、１
   １、または、１２記載の溶射装置の雰囲気ガス制御装置
   。