JPH05138084A - 高速溶射装置及び溶射コーテイングの形成方法 - Google Patents

高速溶射装置及び溶射コーテイングの形成方法

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JPH05138084A
JPH05138084A JP4115015A JP11501592A JPH05138084A JP H05138084 A JPH05138084 A JP H05138084A JP 4115015 A JP4115015 A JP 4115015A JP 11501592 A JP11501592 A JP 11501592A JP H05138084 A JPH05138084 A JP H05138084A
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JP
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fuel
oxidant gas
discharge
barrel
discharge port
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JP4115015A
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English (en)
Inventor
Markus Dietiker
マルクス・デイーテイカー
Andreas Bachmann
アンドレアス・バツハマン
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Oerlikon Metco AG
Original Assignee
Plasma Tecknik AG
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Publication date
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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
    • B05B7/16—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 incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed
    • B05B7/20—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 incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed by flame or combustion
    • B05B7/201—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 incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed by flame or combustion downstream of the nozzle
    • B05B7/205—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 incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed by flame or combustion downstream of the nozzle the material to be sprayed being originally a particulate material

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】ユニークなデザインを持ち且つ高品質コーティ
ングを作製するのに必要な粒子温度及び速度制御を損な
うことなく容易に製造され且つ維持され得る火炎溶射ガ
ンを提供する。 【構成】ほぼ中心の穴を規定するガン本体２２と、前記
中心穴に設けられた原料インジェクタアセンブリ受容穴
４８、並びに一連の酸化剤ガス通路９０及び燃料ガス通
路８８を有し、酸化剤ガス通路及び燃料ガス通路が一連
の燃料ガス吐出口１０２及び酸化剤ガス吐出口１００に
おいて終端するほぼ平面の吐出面９８を有する燃料／酸
化剤ガスノズル４２と、中心穴内に設けられており、原
料インジェクタアセンブリ受容穴に延伸する粉末原料送
り出しチューブアセンブリ４６と、中心穴内に設けられ
吐出端、及び燃料／酸化剤ガスノズルの吐出面９８に隣
接する吸込み端を有するバレル８０とを含む溶射ガン。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は概して火炎溶射の方法及
び装置の分野に関する。より特定的には、本発明は、多
種の原料を用いて高品質コーティングを形成する火炎溶
射ガンを提供するものである。本発明の新規な溶射ガン
は、ガン部品の組み立てを単純化し、且つメンテナンス
のための動作不能時間を減少させる、最新型で流線形デ
ザインを有するものである。この新規な火炎溶射ガンを
用いて火炎溶射コーティングを形成する方法も又提供さ
れる。
【０００２】
【従来の技術】火炎溶射は多くの適用、特に高性能コー
ティングの分野での適用に於いて好ましい処理となって
いる。一般に、火炎溶射技術は高温の粒子流を基板表面
に吹き付ける特殊設計の溶射ガンを使用して行われてい
る。火炎溶射は、金属、酸化物、セラミック及びある種
のガラス、プラスティックなど多くの原料を用いて首尾
よく行われてきた。溶射ガンの設計によって、原料は粉
末、線材又はロッド、若しくはこれらの形態の組合せで
供給可能である。粉末原料が使用される場合、粉末は一
般的にはホッパに入れられ、重力供給方式又はより好ま
しくは、搬送ガスにより溶射ガンに供給される。
【０００３】操作に際して、原料は、溶射ガンに計量し
て入れられ、あらかじめ選ばれた基板上に密度が高く、
付着性のあるコーティングを形成するのに充分な熱及び
運動エレルギを有する粒子流を形成するように加熱且つ
加速される。燃料ガスの燃焼により熱が生成され、ある
タイプの溶射ガンでは、燃料及び酸素流が化合して、入
ってくる原料流と同軸関係をもって火炎面を形成する。
固形原料が高温燃焼室に入ると、あらかじめ選ばれた温
度範囲内の温度まで加熱される（又、非粒子原料が使用
される場合には噴霧化される）。
【０００４】火炎内での粒子滞留時間及び火炎温度を含
む多くの要素が原料温度を決定する。大抵の適用に於い
て、原料粒子は火炎により溶解又は少なくとも軟化され
ねばならない。形成されたコーティング中に未溶解粒子
が含まれているとコーティングの耐久性を著しく低下さ
せる可能性があるので、均一な温度プロファイルが所望
される。
【０００５】原料への熱供給に加えて、燃焼ガスは、溶
融原料粒子を高品質コーティングの形成に必要とされる
高速度まで加速するのに必要な力を有している。多くの
溶射ガンでは、ガン本体の燃焼室内で燃焼が行われる。
高温燃焼ガスが膨脹すると、該ガスは溶射ノズルを介し
て指向され、溶融粒子を毎秒2,500フィートを越え得る
速度に加速する高速ガス流を形成する。粒子速度が低す
ぎる場合は、基板上の粒子による低衝撃力によって低品
質コーティングが形成される可能性がある。又、粒子が
ガンの高温領域に長く置かれると、原料の思わぬ蒸発が
起こる可能性がある。
【０００６】衝撃を受けると、軟化又は溶融された高速
粒子は基板に衝突し、平らにされて基板表面に合致する
薄い材料の小板を形成する。各々の「縦スプラット」は
互いに接着されて基板材料との機械的ボンド、より多く
は基板材料との金属的ボンドを形成する。次いで蒸着さ
れた材料は急速に凝固し、密度が高く、付着性のあるコ
ーティングを形成する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って、全ての火炎溶
射ガンについての二つの基本的な性能要件は、必要にし
て過剰でない粒子温度を与える能力と高密度のコーティ
ングを形成するための最低粒子速度を生成する能力とで
ある。しかし、上記に加えて従来の火炎ガン設計に於い
てしばしば見過ごされてきた性能要件は、ガンに耐久性
及び単純性が必要とされることである。多くの火炎溶射
ガンの試作品は実験室テスト時には高品質コーティング
を形成し得るが、これらのガンの全体の設計は常に校正
とメンテナンスを要するものである可能性がある。更
に、熟練した技師により機械加工され且つ組み立てられ
る試作品としてはよく機能する設計が、大量生産では製
造が困難であり得る。特に、試作品の組み立てに見合う
許容範囲が製造環境では制限的すぎる可能性があり、試
作品のテストで得られたコーティングを確実に再現する
製品を作り得ない結果となる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、ユニークなデ
ザインを持ち且つ高品質コーティングを作製するのに必
要な粒子温度及び速度制御を損なうことなく容易に製造
され且つ維持され得る火炎溶射ガンを提供することによ
りこれらの問題を処理している。
【０００９】従来の火炎溶射ガンを調べてみると、特許
文書には非常に多くのガンが見出だされる。米国特許第
4,416,421 号は「超高速火炎溶射装置」と題され、酸素
及び燃料ガスがあらかじめ混合され、燃焼されて燃焼ガ
スを生成する燃焼室を備えている。燃焼ガスはノズルを
介して吐出され、原料は延伸ノズルの喉部又はその上流
で導入される。上記特許には、ノズル穴の長さは該穴の
最低直径より実質的に大きく、且つ燃焼室内の圧力は75
PSIG以上に維持されねばならないと記載されている。
【００１０】米国特許第4,836,447 号に於いては、比較
的小さな直径の酸化剤吸込み口穴が発散型円錐ディフュ
ーザに通じ、該ディフューザが今度はより大きな直径の
穴部に通じてそこに合流する。大きな直径を持つ方の穴
が火炎溶射ダクトを規定する。該特許の請求項によれ
ば、その設計によって全ての流れ軌道をダクト穴を介し
て平行に通過させ、流れ再循環及び粒子再循環が排除さ
れる。米国特許第1,930,373 号には、同心環帯が切頭円
錐ガンノズル内で円錐火炎を形成するために使用されて
いる溶射ガンが記載されている。原料はガン本体の中央
穴を介して軸方向に火炎内に導入される。
【００１１】米国特許第2,125,764 号に、圧縮空気の噴
流がリング状で火炎の周りに流れ、粉末を推進させる働
きをする溶射装置が開示されている。粉末は装置本体を
介して中央通路内に運ばれる。米国特許第2,804,337 号
は、粒子が中を通って運ばれる中央穴を取り囲む複数の
ガス吐出口を含む部分を有する溶射装置を開示してい
る。米国特許第4,302,483号には、軸方向原料穴の周り
の同心環帯にガスが運ばれる溶射装置が開示されてい
る。
【００１２】米国特許第4,562,961 号に、ガンフィッテ
ィングノズル端部片が開示されており、該端部片は、内
部リングの周りにリング状に配置された複数の個別チュ
ーブを含み、該内部リングはチューブの第二のセットか
らなる。耐火性粉末は少なくとも１セットの複数チュー
ブを介して運ばれる。米国特許第4,634,611 号には、酸
素及び燃料ガス混合物が、軸方向の穴を介して原料が添
加されるストレート穴の燃焼喉部で点火される火炎溶射
装置が開示されている。
【００１３】
【作用】ある側面において、本発明は、ほぼ中心に置か
れた穴、燃料ガス流用の第一の通路及び酸化剤ガス流用
の第二の通路を規定するガン本体を有する火炎溶射ガン
を提供する。第一の多岐管が、燃料ガスを燃料ガス通路
からガン本体の穴に置かれている燃料ー酸化剤ガス複合
ノズルの吐出面上にリング状に配置された一連の間隔燃
料ガス吐出口まで実質的に均等に分布させるために備え
られている。第二の多岐管が、酸化剤ガスを燃料ガス吐
出口とは異なる位置で、酸化剤ガス通路から燃料ー酸化
剤ガス複合ノズルの吐出面上にリング状に配置された一
連の間隔酸化剤ガス吐出口まで実質的に均等に分布させ
るために備えられている。それぞれの吐出口から流れ出
る燃料ガス及び酸化剤ガスがバレルの穴に吐出されるよ
うに、バレルが燃料ー酸化剤ガス複合ノズルの面と軸関
連してガン本体穴に配置されている。燃料ー酸化剤ガス
複合ノズルによって規定された中央縦方向穴内に収めら
れて、ほぼガスノズルの面と同一平面内の吐出口で終端
している概して中央に配置されている原料通路を規定す
る粉末インジェクタアセンブリがある。ある好ましい実
施例では、燃料酸化剤ガス複合ノズルの吐出面上の各酸
化剤ガス吐出口の幾何中心が各燃料ガス吐出口の幾何中
心よりも外側に移されている。
【００１４】他の側面においては、吐出口として燃料ー
酸化剤ガス複合ノズルの面上で終端している燃料ガス通
路が切り欠き部又は流路として形成され、該流路は、中
心穴の部分と共延伸的な燃料ー酸化剤ガスノズルの内壁
の周辺から放射状に伸びる。粉末インジェクタアセンブ
リを燃料ー酸化剤ガスノズルに挿入することが、穴の周
りで流路を閉じる働きをし、このようにしてガス流に個
別の通路を提供する。更にもう一つの側面においては、
リング状の燃料ー酸化剤ガス複合ノズルの面上で終端す
る単一の環状燃料ガス通路が備えられている。この環状
通路は、燃料ー酸化剤ガスノズルの内壁の凹み部分と粉
末インジェクタアセンブリとにより規定される。
【００１５】更に、一連の冷却液通路が、燃料の燃焼に
より生成された熱をガン本体全体に放散すべく備えられ
ている。
【００１６】また、更に他の側面において、本発明は粒
子状原料の中央流れの周りにほぼ同軸配置されて燃焼火
炎を形成すべく単一平面に燃料ガス、酸化剤ガス及び粒
子状原料を導入する段階を含む材料の火炎溶射法を提供
する。燃焼ガスはバレル内で膨脹し、バレルの一端はこ
の単一平面に隣接している。燃焼ガス及び加熱且つ加速
された原料粒子はバレルを通過し、溶解または軟化原料
粒子を同伴して含む燃焼ガス高速流として噴出する。溶
解又は軟化粒子流れは次いで被工作物に導かれコーティ
ングを形成する。
【００１７】
【実施例】本発明の上記及び他の課題、特徴及び効果に
ついて、これから添付の図面を参照して記載する。
【００１８】図１及び２を参照すると、火炎溶射ガン20
は全体として前部本体部分24及びガスまたは後部本体部
分26からなるガン本体22を有しているように示されてい
る。ガス本体部分26は前部本体24の相対するねじ山30を
受け取るねじ山28を含む。従って、円錐形態の前部本体
24がガス本体26に簡単にねじ込まれ得るのが理解されよ
う。ガス本体26の短縮直径の前部分32は、前部本体24の
一部ねじ山付きカラー部分36によって規定された空洞34
内で密着して受容されている。後により詳しく記載され
るように、この２つの部分からなる本体構成により火炎
溶射ガン20が容易に製造され且つ組み立てられ、同様
に、メンテナンスのために容易に解体され得る。また、
この記載を通して、どのような数の材料も黄銅製、鉄鋼
製その他の様々な部品を製造するのに使用され得るのが
理解されよう。
【００１９】ガス本体26は燃料−酸化剤ガス複合ノズル
42を受け取る第一または拡大部分40と原料送り出しチュ
ーブアセンブリ46を受け取る第二の部分44とを有する中
央又は主穴38を備える。燃料−酸化剤ガス複合ノズル42
はまた、原料送り出しチューブ又はインジェクタアセン
ブリ46の一端がその中に係合する穴又は原料インジェク
タアッセンブリ受容穴48を規定する。原料送り出しチュ
ーブアセンブリ46は連続粉末チューブ50を含み、ガス本
体26を介して粒子状原料の通路となる。カラー52及び被
覆54が、粉末供給ホッパなどから原料送り出しチューブ
アセンブリ46まで原料粉末を運ぶホースとの結合用に備
えられている。被覆54は、ねじ山プラグ58、被覆54、及
びカラー52と共に全体の構成要素をなすカラー56と一緒
に示されている。但し、好ましい実施例においてカラー
56は、さまざまな直径の粉末チューブが交換可能に使用
され得るようにプラグ58にねじ止めされている。ある適
用例では、粉末チューブ50は使い古された場合簡単に交
換できるようにチューブアセンブリ46に着脱可能に取り
付けられ得る。このように、原料送り出しチューブアセ
ンブリ46は一端にねじ山が付いた本体部分60及びカラー
部分52を含み、被覆54によりとり囲まれている。中央穴
38の原料チューブ受容部分44内に密着して受容され、そ
こから粉末チューブ50が伸びている第二の本体部分62が
更に備えられている。従って、プラグ58は、原料送り出
しチューブアセンブリ46の第一の本体部分60及び被覆54
を受け取るように拡大されている第一の部分68及び原料
送り出しチューブアセンブリ46の第二の本体部分62を密
着して受容する第二の部分70を有する連続穴64を含む。
様々な部分の位置合わせは適切に機能させるのに重要で
あるので、これら部品がしっかり密着して取り付けられ
ることが肝心である。これで、中央穴38が異なる直径を
持つ３つのセクション又は部分、つまり第一の部分40,
第二の部分44及び第三のプラグ受容部分70を含み、第三
のプラグ受容部分70がプラグ58のねじ山72を受け取るよ
うにねじ山が付けられているのが理解されよう。特にこ
の実施例に限って、本体部分62は燃料−酸化剤ガス複合
ノズル42の内壁と結合されている。
【００２０】本発明の重要な特徴の一つは、燃料−酸化
剤ガス複合ノズル42へ及び該ノズルを介して燃料ガス及
び酸化剤ガスのコンスタントな定常流を送り出すことで
ある。本発明において、これは燃料ガス多岐管74及び酸
化剤ガス多岐管76を備えることにより達成されている。
燃料ガス多岐管74及び酸化剤ガス多岐管76は基本的にガ
ス本体26の中央穴38の拡大部分40のリング状伸長部であ
り、より詳細にいうと、中央穴38の拡大部分40は、後に
より詳しく述べられるように、開口78に隣接するねじ山
端82によってバレル80を受け取る端部分又は開口78を含
む。燃料ガス多岐管74が燃料−酸化剤ガス複合ノズル42
の周りに環状スペース又はリングを形成しているのが示
されている。同様にして、酸化剤ガス多岐管76は燃料−
酸化剤ガス複合ノズル42の周りにリングを形成してい
る。このように、燃料−酸化剤ガス複合ノズル42はバレ
ル構造体80のねじ山端82内に伸長し且つ密着して受容さ
れる。止めねじ84は、バレル構造体80のねじ山端82内に
燃料−酸化剤ガス複合ノズル42を固定するために備えら
れている。組み立て時に、燃料−酸化剤ガス複合ノズル
42はバレル構造体80のねじ山端82に挿入され、止めねじ
84が固定され、出来上がった構造体、つまり燃料−酸化
剤ガス複合ノズル42内のバレル構造体80は中央穴38にね
じ込まれる。また、Ｏ−リング86がしっかり摩擦はめ込
みを行うために備えられている。更に、多数のＯ−リン
グが燃料−酸化剤ガス複合ノズル42を定位置に固定する
べく備えられている。
【００２１】燃料ガス多岐管74及び酸化剤ガス多岐管76
にガスを供給するために、ガス本体26に燃料ガス通路88
及び酸化剤ガス通路90が設けられている。これら通路に
は冷却液コネクタ94及び96と同じ構成のものであってよ
いガスコネクタ（図示されていない）を受け取るべく開
口部にねじ山が付いている。更に、図１に示されている
ように、もう一つのガス通路が窒素流などのために設け
られ得る。この機能により窒素を燃料ガスの希釈用に使
用することができ、従って、この任意の通路は燃料ガス
多岐管74に通じている。
【００２２】本発明の主要特徴の一つは燃料−酸化剤ガ
ス複合ノズル42の吐出面98に離散的な半径方向分離火炎
面を形成することである。酸化剤吐出口100 及び燃料ガ
ス吐出口102 を戦略的に配置することにより、バレル80
内の炭素の堆積を減少させるほぼ化学量論的燃焼が与え
られると共に本発明の均一な粒子加熱及び高い粒子速度
が達成されることがわかる。また、より特定的には図４
及び図５を参照すると、上記に記載されているように、
原料送り出しチューブアセンブリ46の一部分を密着して
受容する中央穴48を有する燃料−酸化剤ガス複合ノズル
42が図５に示されている。更に、燃料−酸化剤ガス複合
ノズル42には多岐管74及び76からガスを受容し、且つ吐
出口100 及び102 を介してガスを吐出する一連のガス通
路が備えられている。従って微小穴104 リングは、燃料
−酸化剤ガス複合ノズル42の平面吐出面98を貫いて穿孔
され、図５を見ると一番よく分かるように、燃料−酸化
剤ガス複合ノズル42の本体を通って伸びている。これら
の通路は吐出口100 から垂直穴または吸込み口106 まで
延伸している。吸込み口106 、通路104 及び吐出口100
は、このように燃料−酸化剤ガス複合ノズル42を介して
連続的、個別的、分離的な酸化材ガス通路を形成してい
る。同様にして、燃料ガスの微小穴108 が、燃料−酸化
剤ガス複合ノズル42を介して吐出口102 から吸込み口11
0 まで伸びている。更に図１で、吸込み口110 が燃料−
酸化剤ガス複合ノズル42の周辺に沿って第一の不連続リ
ングを形成し、また吸込み口106 が燃料−酸化剤ガス複
合ノズル42の周辺に沿って第二の不連続リングを規定す
ることが見られよう。これらガス吸込み口リングは、燃
料ガス多岐管74及び酸化剤ガス多岐管76とにそれぞれ流
れが連絡するように中央穴38に位置している。
【００２３】上記に述べたように、又特に図４を参照す
ると、本発明の好ましい実施例に於いて、吐出口100 及
び102 の戦略的交互配列により燃料及び酸化剤ガスの燃
焼に関して好結果が得られ、それがまた最適な粒子加熱
及び加速特性が提供されることがわかる。吐出口100 及
び102 の設置位置に関しては、ある実施例においてそれ
らは中心点を結ぶリングで示されているように交互にな
っている。つまり、全ての吐出口に交差させて円が描け
るように酸素吐出口100 の幾何中心により形成されたリ
ングは、燃料ガス吐出口102 の中心を結ぶリングよりも
外側に変移されている。言い換えれば、全ての酸化剤ガ
ス吐出口100 と全ての燃料ガス吐出口102 とを通過する
が、それらの幾何中心を通過しないで単一の円が描ける
ということである。酸化剤吐出口100 の直径は燃料ガス
吐出口102 の直径の約４倍であるのが好ましい。燃料−
酸化剤ガス複合ノズル42の吐出面98は、吐出口100 及び
102 の位置と共にバレル構造体80の環状ショルダ114 が
結合する外領域112 を規定する。このように、吐出口10
0 及び102 は制限されておらず、燃料及び酸化剤ガスを
直接にバレル80の通路116 に吐出可能である。従って燃
焼は、バレル80の通路116 で行われる。
【００２４】本発明の他の実施例において、図６及び図
７を参照すると、燃料−酸化剤ガス複合ノズル42a は、
前述の図に示されているものとは幾らか異なる構造を有
している。より特定的には、燃料−酸化剤ガス複合ノズ
ル42a は、穴48a が異なる直径ｘ及びｙを二つの部分を
備えるように形成されている。吸込み口110aから吐出面
98a の間で延伸する燃料−酸化剤ガス複合ノズル42a の
その部分は、穴48a の上流部分よりも約２〜15％大きな
穴を備えるように機械加工されている。つまり、ｙはｘ
よりも約８％大きいのが最も好ましい。図10に最もよく
示されているように、原料送り出しチューブアセンブリ
46の位置は環帯108aの一方の壁を規定し、一方燃料−酸
化剤ガス42a の内部表面は環帯の他方の壁を形成する。
この結果が図６に示されているように、吐出面98a の連
続リング状吐出口102aである。単一吸込み口110aまたは
多数吸込み口からの燃料ガスは、吐出口102aから通路１
１６への燃料ガスの均一流れを生成させる。
【００２５】又もう一つの実施例において、図８及び９
を参照すると、燃料−酸化剤ガス複合ノズル４２ｂ は
またもう一つの好ましい構造を有している。より特定的
には、燃料−酸化剤ガス複合ノズル42b は、半円吐出口
102bとして吐出面98b で終端する複数の流路108bを有す
る。吐出口102bの正確な幾何学的位置はこの場合極めて
重要とは認められないが、それは流路108bが燃料−酸化
剤ガス複合ノズル42b の内壁に割り込む深さの関数であ
る。このように、ほぼ等間隔の複数の流路が、吐出面98
b から各吸込み口110bまで延伸する燃料−酸化剤ガス複
合ノズル42b の内壁表面に形成される。各流路108bの深
さは約0.2mm 〜約0.5mm あたりが望ましい。原料送り出
しチューブアセンブリ46を置くことにより、事実上各流
路108bが本体部分62の長さに沿って閉じられ、その結
果、微小穴108 に似た離散ガス通路が形成される。
【００２６】火炎溶射の間に生成された高熱を放散させ
るために、一連の冷却液通路118 が次のようにガス本体
26及び前部本体24により規定される。冷却液通路118
は、冷却液コネクタ94から冷却液環帯119 まで延伸して
いる。冷却液は環帯119 内を循環し、前部本体24の穴12
4 にバレル構造体80を設置することにより規定されるバ
レル冷却液環帯122 を通過する。バレル構造体80は前部
本体24に密着して受容され且つかみ合う拡張端部分126
を有しており、これは図２に最もよく示されている。冷
却液は次いで通路128 及び130 を通り、ガス本体26の第
二の冷却液環帯132 に達する。加熱された冷却液は冷却
液吐出コネクタ86を経て、冷却液吐出通路120 を介して
吐出される。ガス及び冷却液コネクタ用の様々なポート
が図３に最もよく示されている。
【００２７】図10に示されているように、更にもう一つ
の実施例においては、バレル80の吐出端が、穴の残部よ
りも好ましくは約５〜約25％大きい、つまりその吐出端
がバレル穴の残部に対して拡大されている大直径穴200
を作るように変えられている。この拡大部分の長さは典
型的には約1/8 インチ〜3/4 インチである。それがなけ
れば高品質コーティングの製造を妨害する可能性がある
飛散を、大直径穴部分200 が減少させているのがわかっ
ている。燃料−酸化剤ガスノズルは、止めねじの代わり
にＯ−リング300 により固定されている。
【００２８】上記に記載された構造に加えて、溶射ガン
の部品をシールし且つ固定するため様々なＯ−リングが
備えられている。また、火炎溶射ガン20を装着するのが
望ましいところにはブラケット140 が備えられている。
【００２９】操作において、説明的な図１及び図２を参
照すると、燃料ガス、好ましくはプロピレンが、図３に
示されているポート142 で燃料ガスコネクタと結合して
いる燃料ガス源（図示なし）から供給されている。同様
に、酸化剤ガス、好ましくは酸素が酸化剤ガスポート14
4 で適切な供給源（図示なし）から供給される。すでに
述べたように、ある適用例においては、窒素のような第
三のガスが、ポート148 を経由して任意の通路146 を介
して供給され得る。
【００３０】酸素は、通路90を通って、すでに述べたよ
うに燃料−酸化剤ガス複合ノズル42の外表面の周りにリ
ングを形成する複数の吸込み口106 と流れで連絡する酸
化剤ガス多岐管76に流される。多岐管76中の酸素は吐出
口106 に入り、吐出面98で吐出口100 を介して吐出され
るように酸素が別々の通路104 を通過する。同時にプロ
ピレンは、燃料ガス通路88を通って燃料ガス多岐管74に
送られ、燃料−酸化剤ガス複合ノズル42の吸込み口110
に入り、通路104 を通って吐出面98の吐出口102 に送ら
れる。このように、プロピレン及び酸素はバレル構造体
80により規定された通路116 に流れ込む。これらのガス
は、バレル構造体80の吐出口150 で火花点火器のような
幾つかの手段により点火される。
【００３１】原料送り出しチューブアセンブリ46を介し
てねじ山53及びその他端でホッパなどのような粉末源に
結合されているホース（図示なし）により、粉末が生成
された燃焼火炎に供給される。粉末は、好ましくは不活
性搬送ガスを使用して送られる。ある範囲のガス圧が使
用可能であるが、多くの適用例において、酸素ガス圧は
７bar 〜約２bar の間、燃料ガス圧は4.5bar〜約７bar
の間、搬送ガス圧は4.5 bar 〜約６bar の間であろう。
冷却液、好ましくは水は、前に示したように火炎溶射ガ
ン20を冷却するために約９bar 〜約３bar の圧力で連続
的に循環されている。
【００３２】原料粉末は酸素及び燃料ガスの燃焼により
作り出された火炎を通って動くので、溶射されている材
料の熱特性の特徴の一部である温度まで粉末は加熱され
る。更に、燃焼ガスは、溶解又は軟化原料粒子をしばし
ば400m/sを越える速度まで推進させながらバレル構造体
80の通路116 内で膨脹する。その結果として生成された
加熱粒子の高速流は、バレル構造体80の吐出口150 から
良好な円柱状で放出され、次いで目標基板上に溶射され
る。テストデータについて下記により詳しく述べられる
ように、高品質のコーティングがこのようにして形成さ
れる。
【００３３】従って、この新規の火炎溶射ガン20に加え
て、本発明により火炎溶射の方法が提供されることが理
解されよう。この方法により、燃料ガス、酸化剤ガス及
び原料粉末が、全てが平行な軌道を有しつつ、単一平面
内でバレル構造体80によって規定された拘束通路に吐出
される。言い換えれば、燃料ガス、酸化剤ガス及び粉末
はバレル内のガス及び粉末流に垂直な単一平面を通過す
る。この技術により、密度の高い、付着性の高品質コー
ティングが形成されることになる。つまり、燃料ガス、
酸化剤ガス及び粉末はガス及び粉末流に垂直な単一平面
を通過し、バレル内に送り込まれる。
【００３４】「実験例」下記の実際のテストは、上記に
記載された一般的な特徴を有する火炎溶射ガンを使って
行われた。使用された燃料−酸化剤ガス複合ノズルは図
８及び図９に描写されているものであった。図10に示さ
れているバレルの拡張端部分の機能もまた使用された。
下記の表で示された結果は次のキーにより読み取られ
る。
【００３５】 粉末番号 ロット番号 DE = 堆積効率 組成物 パラメータ = 酸素／燃料／搬送ガス 粉末供給速度 目標体までの距離 バレル長（mm) 堆積 微小硬さ 粉末 ロット番号 組成物 パラメータ 60 80 100 効率 HVO.3 R15N 19155 180658 TRIBALOY400 420/55/20 x 76% 473 84.0 34g/分 d=300mm 19155 180658 TRIBALOY400 420/55/20 x 83% 424 81.0 34g/分 d=300mm CDS4603 Hoegenaes NiCrBS1 420/55/20 x 63% 776 89.0 60g/分 d=300mm CDS4603 Hoegenaes NiCrBS1 420/75/20 x 75% 751 89.5 60g/分 d=300mm CDS4603 Hoegenaes NiCrBS1 420/55/20 x 68% 710 86.0 60g/分 d=300mm CDS4603 Hoegenaes NiCrBS1 420/55/20 x 68% 754 86.0 60g/分 d=300mm 1983 190388 WC 17% Co. 420/55/20 x 70% 1107 88.5 38g/分 d=300mm 1983 190388 WC 17% Co. 420/55/20 x 未計測 1132 88.0 38g/分 d=300mm 1983 190388 WC 17% Co. 420/55/20 x 未計測 911 86.0 38g/分 d=300mm バレル長（mm）堆積 微小硬さ 粉末 ロット番号 組成物 パラメータ 60 80 100 効率 BYO.3 R15M 1983 190997 WC 17% Co. 420/55/20 x 未計測 1157 90.0 d=300mm 1927 201058 WC 12% Co. 420/55/20 x 77% 1221 87 40g/分 d=300mm 1927 201058 WC 12% Co. 420/55/20 x 未計測 794 86.5 40g/分 d=300mm 1927 201058 WC 12% Co. 420/55/20 x 未計測 591 80 40g/分 d=300mm 1927 190176 WC 12% Co. 420/55/20 x 74% 未計測 未計測 45g/分 d=300mm 1927 190176 WC 12% Co. 420/55/20 x 70% 未計測 未計測 45g/分 d=300mm 1927 190176 WC 12% Co. 420/55/20 x 64% 未計測 未計測 45g/分 d=300mm 1301 200740 WC 12% Co. 420/55/35 x 71% 704 85.0 65g/分 d=300mm 1301 200740 WC 12% Co. 420/55/35 x 57% 590 82.5 65g/分 d=300mm バレル長（mm) 堆積 微小硬さ 粉末 ロット番号 組成物 パラメータ 60 80 100 効率 BYO.3 R15M 1301 200740 WC 12% Co. 420/55/35 x 32% 523 73.0 65g/分 d=300mm 1718 180646 INCONEL718 420/55/20 x 80% 415 83.0 31g/分 d=300mm 1718 180646 INCONEL718 420/75/20 x 88% 475 82.5 31g/分 d=300mm 1718 180646 INCONEL718 420/55/20 x 80% 346 80.5 31g/分 d=300mm 1718 180646 INCONEL718 420/55/20 x 80% 324 77 31g/分 d=300mm 19155 180658 TRIBALOY400 420/55/20 x 66% 552 85.0 34g/分 d=300mm 19155 180658 TRIBALOY400 420/75/20 x 70% 566 86.0 34g/分 d=300mm このように、上記に述べられた課題、目的及び効果を充
分に満足させる方法及び装置が本発明にしたがって提供
されていると言うことは明白である。本発明は特定的な
実施例と関連して記載されてはいるが、前記記載に照ら
して多くの代替、修正及び変形が当業者にとり明白であ
ることは明らかである。従って、本発明は従属請求項の
精神及び広い範囲内に属する全てのこのような代替、修
正及び変形を受け入れるように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶射ガンブラケット上に装着された本発明のフ
レーム溶射ガンの分解図である。
【図２】図３の線２ー２に沿った断面に於ける本発明の
溶射ガンの側面立面図である。
【図３】図１に於いて矢印Ａ方向に描かれた溶射ガンの
端面図である。
【図４】図５に於いて矢印Ｂ方向に描かれた燃料ー酸化
剤複合ノズルの端面図である。
【図５】図４の線５−５に沿った燃料−酸化剤複合ノズ
ルの断面図である。
【図６】図７で矢印Ｃ方向に描かれた燃料−酸化剤複合
ノズルの端面図である。
【図７】図６の線６−６に沿った燃料−酸化剤複合ノズ
ルの断面図である。
【図８】図９で矢印Ｄ方向に描かれた燃料−酸化剤複合
ノズルの端面図である。
【図９】図８の線８−８に沿った燃料−酸化剤複合ノズ
ルの断面図である。
【図１０】図９及び図10の燃料−酸化剤複合ノズルをも
つ断面に於ける図１の溶射ガンの側面立面図である。
【符号の説明】
20 火炎溶射ガン 24 前部本体 26 ガス又は後部本体 42 燃料−酸化剤ガス複合ノズル 46 原料送り出しチューブアセンブリ 74 燃料ガス多岐管 76 冷却液ガス多岐管 96 冷却液コネクタ 118 冷却液通路 128 通路

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ほぼ中心の穴を規定するガン本体と、前
    記中心穴に設けられると共に原料インジェクタアセンブ
    リ受容穴、並びに一連の酸化剤ガス通路及び一連の燃料
    ガス通路を規定しており、更に前記酸化剤ガス通路及び
    前記燃料ガス通路が一連の燃料ガス吐出口及び酸化剤ガ
    ス吐出口において終端するほぼ平面の吐出面を有する燃
    料／酸化剤ガスノズルと、前記ほぼ中心の穴内に設けら
    れており、前記原料インジェクタアセンブリ受容穴に延
    伸する粉末原料インジェクタアセンブリと、前記ほぼ中
    心の穴内に設けられると共に吐出端、及び前記燃料／酸
    化剤ガスノズルの吐出面に隣接する吸込み端を有するバ
    レルとを含む溶射ガン。
  2. 【請求項２】 前記燃料ガス吐出口及び前記酸化剤ガス
    吐出口が、前記吐出面上に配置されて前記酸化剤ガス吐
    出口の円および前記燃料ガス吐出口の円を形成し、前記
    酸化剤ガス吐出口の中心を結ぶリングが、前記燃料ガス
    吐出口の中心を結ぶリングよりも外側に変移されている
    請求項１に記載の溶射ガン。
  3. 【請求項３】前記酸化剤ガス吐出口のリングと前記燃料
    ガス吐出口との相対位置が、前記酸化剤ガス吐出口の全
    て及び前記燃料ガス吐出口の全てに交差する前記吐出面
    上に単一の円が描かれ得るようになっている請求項２に
    記載の溶射ガン。
  4. 【請求項４】 前記酸化剤ガス吐出口の各々の直径が、
    前記燃料ガス吐出口の各々の直径よりも大きい請求項１
    に記載の溶射ガン。
  5. 【請求項５】 ほぼ中心の穴を規定するガン本体と、前
    記中心穴に設けられると共に原料インジェクタアセンブ
    リ受容穴、並びに一連の酸化剤ガス通路及び一連の燃料
    ガス通路を規定しており、更に前記酸化剤ガス通路及び
    前記燃料ガス通路が一連の燃料ガス吐出口及び酸化剤ガ
    ス吐出口に於いて終端するほぼ平面の吐出面を有する燃
    料／酸化剤ガスノズルと、前記ほぼ中心の穴内に設けら
    れており、前記原料インジェクタアセンブリ受容穴内に
    延伸する粉末原料インジェクタアセンブリと、前記ほぼ
    中心の穴内に設けられると共に吐出端、及び前記燃料／
    酸化剤ガスノズルの吐出面に隣接する吸込み端を有する
    バレルとを含み、前記燃料ガス吐出口及び前記酸化剤ガ
    ス吐出口が、前記吐出面上に配置されて前記酸化剤ガス
    吐出口の円と前記燃料ガス吐出口の円とを形成し、前記
    酸化剤ガス吐出口の中心を結ぶリングが、前記燃料ガス
    吐出口の中心を結ぶリングよりも外側に変移されている
    溶射ガン。
  6. 【請求項６】 前記酸化剤ガス吐出口のリングと前記燃
    料ガス吐出口との相対位置が、前記酸化剤吐出口の全て
    及び前記燃料ガス吐出口の全てに交差する前記吐出面上
    に単一の円が描かれ得るようになっている請求項５に記
    載の溶射ガン。
  7. 【請求項７】 前記酸化剤ガス吐出口の各々の直径が、
    前記燃料ガス吐出口の各々の直径よりも大きい請求項５
    に記載の溶射ガン。
  8. 【請求項８】 ほぼ中心の穴を規定するガン本体と、前
    記中心穴に設けられると共に原料インジェクタアセンブ
    リ受容穴、並びに一連の酸化剤ガス通路及び一連の燃料
    ガス通路を規定しており、更に前記酸化剤ガス通路及び
    前記燃料ガス通路が一連の燃料ガス吐出口及び酸化剤ガ
    ス吐出口において終端するほぼ平面の吐出面を有する燃
    料／酸化剤ガスノズルと、前記ほぼ中心の穴内に設けら
    れており且つ前記原料インジェクタアセンブリ受容穴に
    延伸する粉末原料インジェクタアセンブリと、前記ほぼ
    中心の穴内に設けられると共に吐出端、及び前記燃料／
    酸化剤ガスノズルの吐出面に隣接する吸込み端を有する
    バレルとを含み、前記燃料ガス通路の少なくとも一つの
    一部分が前記原料インジェクタアセンブリ受容穴に通じ
    ている溶射ガン。
  9. 【請求項９】 全ての前記燃料ガス通路の一部分が前記
    原料インジェクタアセンブリ受容穴に通じている請求項
    ８に記載の溶射ガン。
  10. 【請求項１０】 前記燃料ガス吐出口及び前記酸化剤ガ
    ス吐出口が、前記吐出面上に配置されて前記酸化剤ガス
    吐出口の円と前記燃料ガス吐出口の円とを形成し、前記
    酸化剤ガス吐出口の中心を結ぶリングが、前記燃料ガス
    吐出口の中心を結ぶリングよりも外側に変移されている
    請求項８に記載の溶射ガン。
  11. 【請求項１１】 前記酸化剤ガス吐出口の各々の直径
    が、前記燃料ガス吐出口の各々の直径よりも大きい請求
    項８に記載の溶射ガン。
  12. 【請求項１２】 ほぼ中心の穴を規定するガン本体と、
    前記中心穴に設けられると共に原料インジェクタアセン
    ブリ受容穴、並びに一連の酸化剤ガス通路を規定してお
    り、更に前記酸化剤ガス通路が一連の酸化剤ガス吐出口
    において終端する吐出面を有する燃料／酸化剤ガスノズ
    ルと、前記ほぼ中心の穴内に設けられると共に前記原料
    インジェクタアセンブリ受容穴内に延伸する粉末原料イ
    ンジェクタアセンブリと、前記ほぼ中心の穴内に設けら
    れると共に、吐出端、及び前記燃料／酸化剤ガスノズル
    の吐出面に隣接する吸込み端を有するバレルとを含み、
    前記粉末原料インジェクタアセンブリと前記燃料／酸化
    剤ガスノズルとの相対位置が前記吐出面で連続リングと
    して終端する燃料環帯を規定する溶射ガン。
  13. 【請求項１３】 ほぼ中心の穴を規定するガン本体を有
    する溶射ガンを備える段階と、前記中心穴に設けられる
    と共に原料インジェクタアセンブリ受容穴、並びに一連
    の酸化剤ガス通路及び一連の燃料ガス通路を規定し、更
    に前記酸化剤ガス通路及び前記燃料ガス通路が一連の燃
    料ガス吐出口及び酸化剤ガス吐出口内で終端するほぼ平
    面の吐出面を有する燃料／酸化剤ガスノズルを介して酸
    化剤ガス及び燃料ガスを流す段階と、前記ほぼ中心の穴
    内に設けられており、前記原料インジェクタアセンブリ
    受容穴内に延伸する粉末原料インジェクタを介して粉末
    原料を供給する段階と、前記ほぼ中心の穴内に設けら
    れ、且つ吐出端及び吸込み端を有し、前記吸込み端が前
    記燃料／酸化剤ガスノズルの吐出面に隣接しているバレ
    ル内に於いて及び該バレルを介して前記粉末原料を加熱
    し、且つ加速する段階と、コーティングを形成するため
    に、前記加熱され、且つ加速された原料を基板上に吐出
    する段階とを含む溶射コーティングを形成する方法。
  14. 【請求項１４】 前記バレルの前記吐出端の内径が、前
    記燃料／酸化剤ガスノズルの前記吐出面と前記吐出端と
    の間に設けられたバレルの部分の内径よりも大きい請求
    項１に記載の溶射ガン。
  15. 【請求項１５】 前記バレルの前記吐出端の内径が前記
    燃料／酸化剤ガスノズルの前記吐出面と前記吐出端との
    間に設けられたバレルの部分の内径よりも大きい請求項
    ５に記載の溶射ガン。
  16. 【請求項１６】 前記バレルの前記吐出端の内径が、前
    記燃料／酸化剤ガスノズルの前記吐出面と前記吐出端と
    の間に設けられたバレルの部分の内径よりも大きい請求
    項８に記載の溶射ガン。
  17. 【請求項１７】 前記バレルの前記吐出端の内径が、前
    記燃料／酸化剤ガスノズルの前記吐出面と前記吐出端と
    の間に設けられたバレルの部分の内径よりも大きい請求
    項12に記載の溶射ガン。
  18. 【請求項１８】 前記バレルの前記吐出端の内径が前記
    燃料／酸化剤ガスノズルの前記吐出面と前記吐出端との
    間に配置されたバレルの部分の内径より大きい請求項13
    に記載の溶射ガン。
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