JPH0657397A - 基材等の対象物のプラズマ表面処理方法および装置 - Google Patents
基材等の対象物のプラズマ表面処理方法および装置Info
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- JPH0657397A JPH0657397A JP4100665A JP10066592A JPH0657397A JP H0657397 A JPH0657397 A JP H0657397A JP 4100665 A JP4100665 A JP 4100665A JP 10066592 A JP10066592 A JP 10066592A JP H0657397 A JPH0657397 A JP H0657397A
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Classifications
-
- 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
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- B05B7/222—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 electrically, magnetically or electromagnetically, e.g. by arc using an arc
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-
- 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
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 所定の噴射形状を有するプラズマを利用し
て、基材等の対象物の表面を被覆材の溶射により被覆し
たり、プラズマの熱により表面処理したりする改良され
た方法および装置を提供する。 【構成】 アノード1とカソード5との間のチャンバ2
内に電気アークを形成し、このチャンバ2内に不活性ガ
スを導入して、不活性ガスがアーク中を通過する際にイ
オン化して高温のプラズマを形成し、プラズマをチャン
バ2からスリット状噴射口4を有する噴射ノズル3を通
して噴射させる。噴射ノズル3のスリット状噴射口4の
軸とほぼ平行な軸に沿って、前記アノード1と前記カソ
ード5との間に、前記電気アークを形成することを特徴
とし、従来の方法によって形成される被覆層よりも幅寸
法を大きくでき、また、形成された各層の特性をその全
域において均一化することができる。
て、基材等の対象物の表面を被覆材の溶射により被覆し
たり、プラズマの熱により表面処理したりする改良され
た方法および装置を提供する。 【構成】 アノード1とカソード5との間のチャンバ2
内に電気アークを形成し、このチャンバ2内に不活性ガ
スを導入して、不活性ガスがアーク中を通過する際にイ
オン化して高温のプラズマを形成し、プラズマをチャン
バ2からスリット状噴射口4を有する噴射ノズル3を通
して噴射させる。噴射ノズル3のスリット状噴射口4の
軸とほぼ平行な軸に沿って、前記アノード1と前記カソ
ード5との間に、前記電気アークを形成することを特徴
とし、従来の方法によって形成される被覆層よりも幅寸
法を大きくでき、また、形成された各層の特性をその全
域において均一化することができる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、基材等の対象物の表面
をプラズマの放射によって処理する方法、およびその方
法の実施に使用される装置に関するもである。
をプラズマの放射によって処理する方法、およびその方
法の実施に使用される装置に関するもである。
【0002】
【従来の技術】この処理方法は、例えば、カソードとア
ノードとの間のチャンバ内に電気アークを形成する工程
と、そのチャンバ内に不活性ガスを導入し、不活性ガス
がアーク中を通過する際にイオン化して高温のプラズマ
を形成する工程と、このプラズマをチャンバからスリッ
ト状噴射口を有する噴射ノズルを通して噴射させる工程
とを含む。処理が対象物上に被覆層を形成する処理であ
る場合には、一般に、被覆層の材料として粉体状のもの
が用いられ、その粉体材料の粒子がプラズマジェット中
に導入されることにより溶融状態とされて、基材上に噴
射される。
ノードとの間のチャンバ内に電気アークを形成する工程
と、そのチャンバ内に不活性ガスを導入し、不活性ガス
がアーク中を通過する際にイオン化して高温のプラズマ
を形成する工程と、このプラズマをチャンバからスリッ
ト状噴射口を有する噴射ノズルを通して噴射させる工程
とを含む。処理が対象物上に被覆層を形成する処理であ
る場合には、一般に、被覆層の材料として粉体状のもの
が用いられ、その粉体材料の粒子がプラズマジェット中
に導入されることにより溶融状態とされて、基材上に噴
射される。
【0003】基材の被覆に使用される材料塗布ないしは
材料放射技術のうち、上記プラズマ溶射技術はその他の
技術に比べいくつかの利点を有している。特に、材料を
高温(5000°C〜15000°C)に加熱すること
が可能であり、比エネルギ密度が高いため、安定な溶融
相を有する全ての材料を溶融することができる。したが
って、プラズマ溶射技術は融点の高いセラミックス材料
に対して有利に適用し得るものである。
材料放射技術のうち、上記プラズマ溶射技術はその他の
技術に比べいくつかの利点を有している。特に、材料を
高温(5000°C〜15000°C)に加熱すること
が可能であり、比エネルギ密度が高いため、安定な溶融
相を有する全ての材料を溶融することができる。したが
って、プラズマ溶射技術は融点の高いセラミックス材料
に対して有利に適用し得るものである。
【0004】しかしながら、従来のプラズマ溶射装置に
は、その作動原理に基づく制約が有り、噴射ノズルの噴
射口における噴射プラズマの形状、および被覆される基
材上での噴射プラズマの形状に制限があった。すなわ
ち、ノズル噴射口と基材表面との間における噴射プラズ
マの形状は円錐形状に近いものであった。したがって、
基材上の溶射部位を多角形、特に四角形にすることが不
可能であった。さらに、ある特定の溶射被覆作業におい
て、所定の厚みを持つ被覆層を比較的少ない溶射回数で
形成する場合、1回の溶射により形成される層の幅を大
きくすることが望まれる。
は、その作動原理に基づく制約が有り、噴射ノズルの噴
射口における噴射プラズマの形状、および被覆される基
材上での噴射プラズマの形状に制限があった。すなわ
ち、ノズル噴射口と基材表面との間における噴射プラズ
マの形状は円錐形状に近いものであった。したがって、
基材上の溶射部位を多角形、特に四角形にすることが不
可能であった。さらに、ある特定の溶射被覆作業におい
て、所定の厚みを持つ被覆層を比較的少ない溶射回数で
形成する場合、1回の溶射により形成される層の幅を大
きくすることが望まれる。
【0005】上記プラズマ溶射の制約を緩和するため
に、円錐形以外の噴射プラズマの形状を得るための試み
や1回の溶射により形成される層の幅を広げる試みが行
われてきた。
に、円錐形以外の噴射プラズマの形状を得るための試み
や1回の溶射により形成される層の幅を広げる試みが行
われてきた。
【0006】英文雑誌「溶接法(Welding Pr
oduction)」,第26巻,No.12,pp.
32〜37における記事「スリット状噴射口を有するプ
ラズマノズル」において、噴射ノズルの直径を大きくす
ることにより微小なプラズマ溶射層の幅を大きくするこ
と、およびノズルへ粉体状材料を導入するために互いに
対向する2つの材料供給口を設けることに関する研究が
発表されている。この記事はさらに、噴射ノズルの直径
を増大させるとプラズマジェットの温度が下がり、プラ
ズマジェット中に噴射される材料粒子の溶融に悪影響を
与えることとなるので、噴射ノズルの直径の増大には限
界が有るとしている。上記の記事は、その結論として、
噴射ノズルの噴射口をスリット状にし、粉体材料を導入
するために対向する2つの材料供給口を設ける折衷案を
提案している。
oduction)」,第26巻,No.12,pp.
32〜37における記事「スリット状噴射口を有するプ
ラズマノズル」において、噴射ノズルの直径を大きくす
ることにより微小なプラズマ溶射層の幅を大きくするこ
と、およびノズルへ粉体状材料を導入するために互いに
対向する2つの材料供給口を設けることに関する研究が
発表されている。この記事はさらに、噴射ノズルの直径
を増大させるとプラズマジェットの温度が下がり、プラ
ズマジェット中に噴射される材料粒子の溶融に悪影響を
与えることとなるので、噴射ノズルの直径の増大には限
界が有るとしている。上記の記事は、その結論として、
噴射ノズルの噴射口をスリット状にし、粉体材料を導入
するために対向する2つの材料供給口を設ける折衷案を
提案している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本出願
人は上記提案の解決法にも欠点が有ることを見いだし
た。すなわち、チャンバの円筒状出口から円錐状の噴射
ノズルの円錐状入口に流れるプラズマの流速が変化する
ため、形成される層の特性が不均一なってしまうのであ
る。この欠点はカソードとアノードとの間に形成される
電気アークと同軸的に不活性ガスがチャンバ内に流され
るという事実に本来的に起因しているものであると、本
出願人は考える。
人は上記提案の解決法にも欠点が有ることを見いだし
た。すなわち、チャンバの円筒状出口から円錐状の噴射
ノズルの円錐状入口に流れるプラズマの流速が変化する
ため、形成される層の特性が不均一なってしまうのであ
る。この欠点はカソードとアノードとの間に形成される
電気アークと同軸的に不活性ガスがチャンバ内に流され
るという事実に本来的に起因しているものであると、本
出願人は考える。
【0008】したがって、本発明の主たる課題は、上記
従来の方法および装置の欠点が緩和され、さらに利点を
有する改良されたプラズマ処理方法および装置を提供す
ることである。
従来の方法および装置の欠点が緩和され、さらに利点を
有する改良されたプラズマ処理方法および装置を提供す
ることである。
【0009】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明は、カソードとアノードとの間のチャンバ内
に電気アークを形成する工程と、このチャンバ内に不活
性ガスを導入し、不活性ガスがアーク中を通過する際に
イオン化して高温のプラズマを形成する工程と、プラズ
マをチャンバからスリット状噴射口を有する噴射ノズル
を通して噴射させる工程とを含む対象物の表面をプラズ
マにより処理する方法であって、前記噴射ノズルのスリ
ット状噴射口の長手方向とほぼ平行な軸に沿って、カソ
ードとアノードとの間に、前記電気アークを形成するこ
とを特徴とするプラズマ処理方法を提供するものであ
る。
に、本発明は、カソードとアノードとの間のチャンバ内
に電気アークを形成する工程と、このチャンバ内に不活
性ガスを導入し、不活性ガスがアーク中を通過する際に
イオン化して高温のプラズマを形成する工程と、プラズ
マをチャンバからスリット状噴射口を有する噴射ノズル
を通して噴射させる工程とを含む対象物の表面をプラズ
マにより処理する方法であって、前記噴射ノズルのスリ
ット状噴射口の長手方向とほぼ平行な軸に沿って、カソ
ードとアノードとの間に、前記電気アークを形成するこ
とを特徴とするプラズマ処理方法を提供するものであ
る。
【0010】本発明の一態様においては、不活性ガス
を、前記アークの軸に対して異なる複数の方向からチャ
ンバ内に導入する。
を、前記アークの軸に対して異なる複数の方向からチャ
ンバ内に導入する。
【0011】本発明の別の態様においては、前記不活性
ガスを、前記スリット状噴射口と平行に延びるように形
成したチャンバ内に、そのチャンバの長手方向および外
周方向における異なる位置から、前記噴射口の長さとほ
ぼ同一の長さに渡って導入する。
ガスを、前記スリット状噴射口と平行に延びるように形
成したチャンバ内に、そのチャンバの長手方向および外
周方向における異なる位置から、前記噴射口の長さとほ
ぼ同一の長さに渡って導入する。
【0012】対象物が基材であって、その基材上に被覆
層を形成する場合には、この被覆層を形成するための被
覆材料をキャリヤガスと共に前記噴射ノズル内に導入す
るか、または、この噴射ノズルの出口側の部分に、その
出口側での前記プラズマの噴射方向とほぼ平行な方向に
導入する。
層を形成する場合には、この被覆層を形成するための被
覆材料をキャリヤガスと共に前記噴射ノズル内に導入す
るか、または、この噴射ノズルの出口側の部分に、その
出口側での前記プラズマの噴射方向とほぼ平行な方向に
導入する。
【0013】本発明は、また、カソードおよびアノード
を有する少なくとも1つのチャンバと、それらカソード
とアノードとの間に電気アークを形成するための手段
と、前記電気アークによりイオン化が可能で高温プラズ
マを形成するための不活性ガスを前記チャンバ内に供給
するための少なくとも一つの供給ダクトと、前記チャン
バと連通する連通口およびスリット状の噴射口を有する
噴射ノズルとを含む上記のプラズマ処理方法を実施する
装置であって、前記チャンバが長手形状を有し、そのチ
ャンバの両端面を前記カソードおよび前記アノードがそ
れぞれ互いに同軸的に貫通していることにより、前記電
気アークが前記チャンバ内において、前記噴射ノズルの
スリット状噴射口の長手方向とほぼ平行な軸に沿って形
成されることを特徴とする装置を提供するものである。
を有する少なくとも1つのチャンバと、それらカソード
とアノードとの間に電気アークを形成するための手段
と、前記電気アークによりイオン化が可能で高温プラズ
マを形成するための不活性ガスを前記チャンバ内に供給
するための少なくとも一つの供給ダクトと、前記チャン
バと連通する連通口およびスリット状の噴射口を有する
噴射ノズルとを含む上記のプラズマ処理方法を実施する
装置であって、前記チャンバが長手形状を有し、そのチ
ャンバの両端面を前記カソードおよび前記アノードがそ
れぞれ互いに同軸的に貫通していることにより、前記電
気アークが前記チャンバ内において、前記噴射ノズルの
スリット状噴射口の長手方向とほぼ平行な軸に沿って形
成されることを特徴とする装置を提供するものである。
【0014】本発明の装置の一態様においては、前記不
活性ガスを前記チャンバに供給する複数の供給ダクトを
設け、それら供給ダクトを、前記カソードと前記アノー
ドとの間に形成される前記電気アークの軸に対して複数
の半径方向において、前記チャンバ内へ開口させる。こ
の場合、前記複数の供給ダクトが複数のオリフィスを介
して前記チャンバ内に開口するようにすることができ、
これらの複数のオリフィスを複数の列に沿って配置する
ことができる。
活性ガスを前記チャンバに供給する複数の供給ダクトを
設け、それら供給ダクトを、前記カソードと前記アノー
ドとの間に形成される前記電気アークの軸に対して複数
の半径方向において、前記チャンバ内へ開口させる。こ
の場合、前記複数の供給ダクトが複数のオリフィスを介
して前記チャンバ内に開口するようにすることができ、
これらの複数のオリフィスを複数の列に沿って配置する
ことができる。
【0015】本発明の別の態様においては、前記チャン
バを前記噴射ノズルの前記噴射口と平行にかつその噴射
口とほぼ同一の長さで形成し、前記チャンバの入口側の
連通口を前記チャンバのほぼ全長にわたって形成する。
バを前記噴射ノズルの前記噴射口と平行にかつその噴射
口とほぼ同一の長さで形成し、前記チャンバの入口側の
連通口を前記チャンバのほぼ全長にわたって形成する。
【0016】対象物が基材であり、その基材上に被覆層
を形成する場合の一態様においては、被覆層を形成する
ための粉体材料を前記噴射ノズル内に供給する少なくと
も一つの材料供給ダクトを設ける。この場合、供給ダク
トは噴射ノズルの内部に開口させてもよく、また、前記
噴射ノズルの外側において、噴射ノズルから噴射された
プラズマと粉体材料が出会うように、材料供給ダクトを
配設してもよい。後者の場合には、供給ダクトからの粉
体材料の噴射方向はプラズマの噴射ノズルからの噴射方
向とほぼ平行にすることが望ましい。
を形成する場合の一態様においては、被覆層を形成する
ための粉体材料を前記噴射ノズル内に供給する少なくと
も一つの材料供給ダクトを設ける。この場合、供給ダク
トは噴射ノズルの内部に開口させてもよく、また、前記
噴射ノズルの外側において、噴射ノズルから噴射された
プラズマと粉体材料が出会うように、材料供給ダクトを
配設してもよい。後者の場合には、供給ダクトからの粉
体材料の噴射方向はプラズマの噴射ノズルからの噴射方
向とほぼ平行にすることが望ましい。
【0017】
【作用】本発明に係るプラズマ処理方法および装置にお
いては、電気アークが噴射ノズルのスリット状噴射口の
長手方向とほぼ平行な軸に沿って、すなわち、噴射方向
とはほぼ直角な方向に形成され、従来、噴射方向とほぼ
平行に形成されたのと対照的である。
いては、電気アークが噴射ノズルのスリット状噴射口の
長手方向とほぼ平行な軸に沿って、すなわち、噴射方向
とはほぼ直角な方向に形成され、従来、噴射方向とほぼ
平行に形成されたのと対照的である。
【0018】
【発明の効果】そのため、本発明に従うプラズマ溶射方
法によれば、従来の方法によって形成された被覆層より
もその幅寸法を大きくでき、また、形成された各層の特
性をその全域において均一化することが可能である。
法によれば、従来の方法によって形成された被覆層より
もその幅寸法を大きくでき、また、形成された各層の特
性をその全域において均一化することが可能である。
【0019】このようにして形成された被覆層は、多く
の場合、基材を周囲環境から保護する機能を有してい
る。現在、航空宇宙,自動車,電子工学等の多くの産業
分野において、周囲環境から保護された状態で使用また
は作動することが求められる部材や部品が多種存在して
いる。
の場合、基材を周囲環境から保護する機能を有してい
る。現在、航空宇宙,自動車,電子工学等の多くの産業
分野において、周囲環境から保護された状態で使用また
は作動することが求められる部材や部品が多種存在して
いる。
【0020】本発明は、このような部材や部品の保護機
能の向上に貢献するものであるが、これは特に、本発明
の溶射方法が高融点材料に適用可能であることに負うも
のである。加えて、本発明の方法および装置によって噴
射形成されるプラズマジェットの形状は、形成される被
覆層のその全域における特性の均一化をもたらすもので
あり、特に、ミクロ組織(顕微鏡組織),厚さ寸法,硬
度,靱性,接着強度,多孔率,耐磨耗性,絶縁耐力,熱
絶縁性,耐食性および耐磨損性等の特性もしくはパラメ
ータの均一化が顕著である。これらの特性のうちの少な
くとも一部が改良された被覆層は、多くの産業分野(最
も広義な意味における産業の分野)、特に、航空宇宙産
業において、その需要が増大している。
能の向上に貢献するものであるが、これは特に、本発明
の溶射方法が高融点材料に適用可能であることに負うも
のである。加えて、本発明の方法および装置によって噴
射形成されるプラズマジェットの形状は、形成される被
覆層のその全域における特性の均一化をもたらすもので
あり、特に、ミクロ組織(顕微鏡組織),厚さ寸法,硬
度,靱性,接着強度,多孔率,耐磨耗性,絶縁耐力,熱
絶縁性,耐食性および耐磨損性等の特性もしくはパラメ
ータの均一化が顕著である。これらの特性のうちの少な
くとも一部が改良された被覆層は、多くの産業分野(最
も広義な意味における産業の分野)、特に、航空宇宙産
業において、その需要が増大している。
【0021】本発明に従うプラズマを利用した処理技術
は、基材上に被覆層を溶射により形成するものに限定さ
れるものではなく、各種の材料の表面処理または表面の
特性を変える目的にも適用し得るものである。例えば、
プラズマの熱を利用して、材料の表面を熱処理し、この
表面から酸化物の層を除去するために、本処理技術を適
用することができる。特に、従来表面浄化に使用されて
来たフレオンがオゾン層を破壊する物質であるとすれ
ば、そのフレオンに代えて本処理技術を使用することが
できる。また、本発明の装置を、溶接装置やプラズマ・
ウインド・トンネル(plasma wind tun
nels)の熱源として使用することができる。
は、基材上に被覆層を溶射により形成するものに限定さ
れるものではなく、各種の材料の表面処理または表面の
特性を変える目的にも適用し得るものである。例えば、
プラズマの熱を利用して、材料の表面を熱処理し、この
表面から酸化物の層を除去するために、本処理技術を適
用することができる。特に、従来表面浄化に使用されて
来たフレオンがオゾン層を破壊する物質であるとすれ
ば、そのフレオンに代えて本処理技術を使用することが
できる。また、本発明の装置を、溶接装置やプラズマ・
ウインド・トンネル(plasma wind tun
nels)の熱源として使用することができる。
【0022】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
するが、その前に、対比検討のために、まず従来のプラ
ズマ溶射装置を図1を参照して説明する。本プラズマ溶
射装置には、銅等の材料から成る円環状のアノード1に
よりチャンバ2が形成されており、このチャンバ2の両
端部にチャンバ2の入口部および出口部がそれぞれ形成
されている。チャンバ入口部は半径方向外方に開くテー
パ形状を有しており、チャンバ出口部には、円形の断面
形状を持つオリフィス4を有する噴射ノズル3が形成さ
れている。
するが、その前に、対比検討のために、まず従来のプラ
ズマ溶射装置を図1を参照して説明する。本プラズマ溶
射装置には、銅等の材料から成る円環状のアノード1に
よりチャンバ2が形成されており、このチャンバ2の両
端部にチャンバ2の入口部および出口部がそれぞれ形成
されている。チャンバ入口部は半径方向外方に開くテー
パ形状を有しており、チャンバ出口部には、円形の断面
形状を持つオリフィス4を有する噴射ノズル3が形成さ
れている。
【0023】アノード1と同軸的にロッド状のカソード
5が配設されいる。このカソード5は、通常、トリウム
めっきされたタングステン材から成り、その一端部は、
チャンバ2のテーパ状入口部内に延びている。カソード
5に近接して、開口部を有するダクト10が配設されて
おり、このダクト10の開口部からアルゴン等のイオン
化可能な不活性ガスが、チャンバ2の軸方向に放出され
る。
5が配設されいる。このカソード5は、通常、トリウム
めっきされたタングステン材から成り、その一端部は、
チャンバ2のテーパ状入口部内に延びている。カソード
5に近接して、開口部を有するダクト10が配設されて
おり、このダクト10の開口部からアルゴン等のイオン
化可能な不活性ガスが、チャンバ2の軸方向に放出され
る。
【0024】噴射ノズル3内には、ダクト12がアノー
ド1の半径方向に開口しており、このダクト12から粉
体状の材料を含むキャリヤガスが噴射ノズル3内に注入
される。
ド1の半径方向に開口しており、このダクト12から粉
体状の材料を含むキャリヤガスが噴射ノズル3内に注入
される。
【0025】また、プラズマ溶射装置は、電極であるア
ノード1およびカソード5に接続されたDC電源14、
アノード1を冷却するための冷却手段(図示せず)、お
よびプラズマ溶射時の作動条件を最適化するその他の手
段を有している。本従来例においては、例えば、アノー
ド1の周りに配設されたコイル15がこのその他の手段
として設けられている。このコイル15によって、チャ
ンバ2内のプラズマジェットの位置決め、安定化および
収束化を計る磁界が形成される。
ノード1およびカソード5に接続されたDC電源14、
アノード1を冷却するための冷却手段(図示せず)、お
よびプラズマ溶射時の作動条件を最適化するその他の手
段を有している。本従来例においては、例えば、アノー
ド1の周りに配設されたコイル15がこのその他の手段
として設けられている。このコイル15によって、チャ
ンバ2内のプラズマジェットの位置決め、安定化および
収束化を計る磁界が形成される。
【0026】このように構成されたプラズマ溶射装置に
より実施されるプラズマ溶射方法は、カソード5,アノ
ード1間に電気アーク(以下、単にアークと称す)を形
成する工程と、このアークと同軸的に不活性ガスをチャ
ンバ2内に導入してアーク中を通過させることにより不
活性ガスをイオン化し、チャンバ2内に高温のプラズマ
を形成する工程とを含むものである。このプラズマはチ
ャンバ2内を流れ、噴射ノズル3中を通過することによ
り加速される。一方、ダクト12から導入された粉体材
料の粒子はノズル3中を流れるプラズマジェット中に注
入され、高温のプラズマジェットの作用により溶融状態
とされる。このように溶融した粒子はノズル3のオリフ
ィス4から基材17上に噴射され、基材17上に被覆層
18が形成される。
より実施されるプラズマ溶射方法は、カソード5,アノ
ード1間に電気アーク(以下、単にアークと称す)を形
成する工程と、このアークと同軸的に不活性ガスをチャ
ンバ2内に導入してアーク中を通過させることにより不
活性ガスをイオン化し、チャンバ2内に高温のプラズマ
を形成する工程とを含むものである。このプラズマはチ
ャンバ2内を流れ、噴射ノズル3中を通過することによ
り加速される。一方、ダクト12から導入された粉体材
料の粒子はノズル3中を流れるプラズマジェット中に注
入され、高温のプラズマジェットの作用により溶融状態
とされる。このように溶融した粒子はノズル3のオリフ
ィス4から基材17上に噴射され、基材17上に被覆層
18が形成される。
【0027】それに対して、本発明を適用したプラズマ
溶射装置は、例えば、図2および図3に略示するように
構成される。なお、上記従来装置と同様な機能を果たす
要素には同一の符号を用いて説明する。
溶射装置は、例えば、図2および図3に略示するように
構成される。なお、上記従来装置と同様な機能を果たす
要素には同一の符号を用いて説明する。
【0028】本装置においては、チャンバ2と噴射ノズ
ル3とは同軸的に配置されておらず、噴射ノズル3のオ
リフィスがスリット状の噴射口4となっている点が上述
の従来装置と異なる。すなわち、ノズル3のスリット状
噴射口4はチャンバ2の長手方向に平行に、またチャン
バ2とほぼ同一の長さで形成されている。噴射ノズル3
は、チャンバ2側の一端から他端に向かう方向に厚さが
増大するテーパ状を成し、チャンバ2側の一端にはチャ
ンバ2とその全長に渡って連通する連通口6が形成され
ている。また、チャンバ2の他端において、前記噴射口
4がチャンバ2の前記一端から前記他端に向かう方向に
開口している。
ル3とは同軸的に配置されておらず、噴射ノズル3のオ
リフィスがスリット状の噴射口4となっている点が上述
の従来装置と異なる。すなわち、ノズル3のスリット状
噴射口4はチャンバ2の長手方向に平行に、またチャン
バ2とほぼ同一の長さで形成されている。噴射ノズル3
は、チャンバ2側の一端から他端に向かう方向に厚さが
増大するテーパ状を成し、チャンバ2側の一端にはチャ
ンバ2とその全長に渡って連通する連通口6が形成され
ている。また、チャンバ2の他端において、前記噴射口
4がチャンバ2の前記一端から前記他端に向かう方向に
開口している。
【0029】チャンバ2はその長手方向の両端部に平坦
な面若しくは壁部2a,2bを有しており、これらの壁
部をアノード1およびカソード5がそれぞれ貫通してい
る。これらの電極1,5はいずれもロッド状をなし、互
いに同軸的に配設されている。図1の従来装置における
と同様に、電極1,5はDC電源に接続され、またチャ
ンバ2はコイル15の内側に配置され、図示しない冷却
手段がチャンバ2の外側に設けられている。
な面若しくは壁部2a,2bを有しており、これらの壁
部をアノード1およびカソード5がそれぞれ貫通してい
る。これらの電極1,5はいずれもロッド状をなし、互
いに同軸的に配設されている。図1の従来装置における
と同様に、電極1,5はDC電源に接続され、またチャ
ンバ2はコイル15の内側に配置され、図示しない冷却
手段がチャンバ2の外側に設けられている。
【0030】チャンバ2内への不活性ガスの導入はチャ
ンバ2の周方向および長手方向に配列されたオリフィス
群20を通して行われる。本実施例においては、オリフ
ィス群20は少なくとも3列20a,20b,20cか
ら成り、オリフィス列20a,20bはチャンバ2の直
径方向において対向するように、噴射ノズル3の連通口
6の両側に位置しており、また、オリフィス列20cは
連通口6とチャンバ2の直径方向において対向するよう
に設けられている。
ンバ2の周方向および長手方向に配列されたオリフィス
群20を通して行われる。本実施例においては、オリフ
ィス群20は少なくとも3列20a,20b,20cか
ら成り、オリフィス列20a,20bはチャンバ2の直
径方向において対向するように、噴射ノズル3の連通口
6の両側に位置しており、また、オリフィス列20cは
連通口6とチャンバ2の直径方向において対向するよう
に設けられている。
【0031】したがって、図3に示すように、オリフィ
ス列20a,20b,20cによって不活性ガスがチャ
ンバ2内に導入される3方向F1と、プラズマが噴射ノ
ズル3のスリット状噴射口4から噴射される方向F2と
は、全体として十字形を成している。
ス列20a,20b,20cによって不活性ガスがチャ
ンバ2内に導入される3方向F1と、プラズマが噴射ノ
ズル3のスリット状噴射口4から噴射される方向F2と
は、全体として十字形を成している。
【0032】図3に示すように、同一のオリフィス列2
0a,20b,20cに属するオリフィス群20は接続
ダクト21(供給ダクト)を介して中間ダクト22に接
続されており、この中間ダクト22は不活性ガス供給源
(図示せず)に接続されたメインダクト23と連通して
いる。
0a,20b,20cに属するオリフィス群20は接続
ダクト21(供給ダクト)を介して中間ダクト22に接
続されており、この中間ダクト22は不活性ガス供給源
(図示せず)に接続されたメインダクト23と連通して
いる。
【0033】本実施例においては、ロッド状の電極1,
5が用いられているが、管状の電極を使用することも可
能で、この場合には、電極を利用して不活性ガスをチャ
ンバ2内へ導入できることが利点である。
5が用いられているが、管状の電極を使用することも可
能で、この場合には、電極を利用して不活性ガスをチャ
ンバ2内へ導入できることが利点である。
【0034】本装置にはさらに、粉体材料を噴射ノズル
3内に導入するための複数のダクト12が噴出ノズル3
内に開口するように設けられている。本実施例において
は、図2に示すように、ダクト12のノズル3内に位置
する開口端は、噴射ノズル3のスリット状噴射口4の長
手方向と平行な方向に並んで互いに対向する2列(12
a,12b)に配置されている。
3内に導入するための複数のダクト12が噴出ノズル3
内に開口するように設けられている。本実施例において
は、図2に示すように、ダクト12のノズル3内に位置
する開口端は、噴射ノズル3のスリット状噴射口4の長
手方向と平行な方向に並んで互いに対向する2列(12
a,12b)に配置されている。
【0035】以上の説明から明らかなように、本装置は
従来のプラズマ溶射方法を実施するのに一般的に必要な
全ての手段を備えているが、それらの手段の形態および
配置が従来のものと異なるものである。
従来のプラズマ溶射方法を実施するのに一般的に必要な
全ての手段を備えているが、それらの手段の形態および
配置が従来のものと異なるものである。
【0036】本装置の作動時には、チャンバ2の軸方向
(長手方向)にほぼ沿って、すなわち、ノズル3の噴射
口4とほぼ平行に、アークが電極間1,5に形成される
一方、不活性ガスはチャンバ2の長手方向および円周方
向に開口部が配置されたオリフィス20を通して、互い
に異なる複数の方向からチャンバ2内へ導される。この
ように、不活性ガスはチャンバ2の半径方向(アークの
軸方向Aに直交する方向)に放射状に導入されるのであ
り、従来のようにアークの軸方向Aまたはアークに沿っ
て導入されるものではない。
(長手方向)にほぼ沿って、すなわち、ノズル3の噴射
口4とほぼ平行に、アークが電極間1,5に形成される
一方、不活性ガスはチャンバ2の長手方向および円周方
向に開口部が配置されたオリフィス20を通して、互い
に異なる複数の方向からチャンバ2内へ導される。この
ように、不活性ガスはチャンバ2の半径方向(アークの
軸方向Aに直交する方向)に放射状に導入されるのであ
り、従来のようにアークの軸方向Aまたはアークに沿っ
て導入されるものではない。
【0037】上記図2および図3に示す実施例において
は、基材17上に被覆層を形成するための材料が噴射ノ
ズル3内に導入され、そのスリット状噴射口4から基材
27に向かって噴射される構成になっていたが、材料の
導入位置および噴射位置を図4に示すように変更するこ
ともできる。
は、基材17上に被覆層を形成するための材料が噴射ノ
ズル3内に導入され、そのスリット状噴射口4から基材
27に向かって噴射される構成になっていたが、材料の
導入位置および噴射位置を図4に示すように変更するこ
ともできる。
【0038】すなわち、図4の実施例においては、噴射
ノズル3の本体3aにはプラズマジェット噴射用第一噴
射口4に加えて、その噴射口4の両側にそのほぼ全長に
沿って延びる第二噴射口4′が形成されている。これら
2つの第二噴射口4′は、本体3aに形成された内部空
所13とそれぞれ連通している。本実施例においては、
基材上に溶射される材料を供給するダクト12の2つの
ダクト列12a,12bが上記2つの第二噴射口4′に
対応する内部空所13内に開口しており、この内部空所
13に導入された材料は第二噴射口4′から、プラズマ
ジェット噴射用第一噴射口4からのプラズマジェット噴
射方向F2とほぼ平行な方向F3に噴射される。
ノズル3の本体3aにはプラズマジェット噴射用第一噴
射口4に加えて、その噴射口4の両側にそのほぼ全長に
沿って延びる第二噴射口4′が形成されている。これら
2つの第二噴射口4′は、本体3aに形成された内部空
所13とそれぞれ連通している。本実施例においては、
基材上に溶射される材料を供給するダクト12の2つの
ダクト列12a,12bが上記2つの第二噴射口4′に
対応する内部空所13内に開口しており、この内部空所
13に導入された材料は第二噴射口4′から、プラズマ
ジェット噴射用第一噴射口4からのプラズマジェット噴
射方向F2とほぼ平行な方向F3に噴射される。
【0039】上記実施例においては、材料粒子は噴射ノ
ズル3内においてはプラズマと混合されず、ノズル3の
前方において混合される。すなわち、粉体材料はプラズ
マの温度が余り高くない場所においてプラズマと混合さ
れる。したがって、本実施例は、プラスチックやポリマ
のような、噴射ノズル3内のプラズマの高温には耐えら
れない材料にも適用することができる。
ズル3内においてはプラズマと混合されず、ノズル3の
前方において混合される。すなわち、粉体材料はプラズ
マの温度が余り高くない場所においてプラズマと混合さ
れる。したがって、本実施例は、プラスチックやポリマ
のような、噴射ノズル3内のプラズマの高温には耐えら
れない材料にも適用することができる。
【0040】以上、基材上に被覆層を形成する場合に本
発明を適用した一例を述べてきたが、本発明はこの例に
限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲に
おいて、種々の改良,変更,修正等が加えられ得るもの
と理解されるべきである。例えば、噴射ノズルから噴出
されるプラズマを熱源として利用することにより、基材
等の対象物に対して熱処理を施すことが可能であり、対
象物の表面に所定の材料を溶射することは必須ではな
い。
発明を適用した一例を述べてきたが、本発明はこの例に
限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲に
おいて、種々の改良,変更,修正等が加えられ得るもの
と理解されるべきである。例えば、噴射ノズルから噴出
されるプラズマを熱源として利用することにより、基材
等の対象物に対して熱処理を施すことが可能であり、対
象物の表面に所定の材料を溶射することは必須ではな
い。
【図1】基材上に被覆層を形成するための、従来のプラ
ズマ溶射方法を実施するプラズマ溶射装置を示す断面略
図である。
ズマ溶射方法を実施するプラズマ溶射装置を示す断面略
図である。
【図2】本発明の一実施例に従って、基材上に被覆層を
形成するための装置を示す斜視略図である。
形成するための装置を示す斜視略図である。
【図3】図2の装置に設けられたチャンバ内に不活性ガ
スが導入される方向を示す図である。
スが導入される方向を示す図である。
【図4】図2および図3に示す実施例の一変形例を示す
斜視略図である。
斜視略図である。
1 電極(アノード) 2 チャンバ 3 噴射ノズル 4 (4′) スリット状噴射口 5 電極(カソード) 6 連通口 12 粉体導入ダクト 13 内部空所 20 不活性ガス導入用オリフィス
Claims (13)
- 【請求項1】 カソードとアノードとの間のチャンバ内
に電気アークを形成する工程と、そのチャンバ内に不活
性ガスを導入し、その不活性ガスが前記アーク中を通過
する際にイオン化して高温のプラズマを形成する工程
と、そのプラズマを前記チャンバからスリット状噴射口
を有する噴射ノズルを通して噴射させる工程とを含む、
対象物の表面をプラズマにより処理する方法において、 前記スリット状噴射口の長手方向とほぼ平行な軸に沿っ
て、前記カソードと前記アノードとの間に、前記電気ア
ークを形成することを特徴とするプラズマ処理方法。 - 【請求項2】 前記不活性ガスを、前記アークの軸に対
して異なる複数の方向から前記チャンバ内に導入するこ
とを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理方法。 - 【請求項3】 前記不活性ガスを、前記スリット状噴射
口と平行に延びるように形成した前記チャンバ内に、そ
のチャンバの長手方向および周方向における異なる位置
から、前記スリット状噴射口の長さとほぼ同一の長さに
わたって導入することを特徴とする請求項2に記載のプ
ラズマ処理方法。 - 【請求項4】 さらに、前記対象物が基材であって、そ
の基材上に被覆層を形成するための被覆材料を前記噴射
ノズル内に導入する工程を含むことを特徴とする請求項
3に記載のプラズマ処理方法。 - 【請求項5】 さらに、前記対象物が基材であって、そ
の基材上に被覆層を形成するための被覆材料を、前記噴
射ノズルの出口側の部分に、その出口側での前記プラズ
マの噴射方向とほぼ平行な方向において導入する工程を
含むことを特徴とする請求項3に記載のプラズマ処理方
法。 - 【請求項6】 カソードおよびアノードを有する少なく
とも一つのチャンバと、それらカソードとアノードとの
間に電気アークを形成するための手段と、その電気アー
クによりイオン化が可能で高温プラズマを形成する不活
性ガスを前記チャンバ内に供給するための少なくとも一
つの供給ダクトと、前記チャンバと連通する連通口およ
びスリット状の噴射口を有する噴射ノズルとを含む請求
項1ないし請求項5のいずれかに記載のプラズマ処理方
法を実施する装置であって、 前記チャンバを長手形状を有するものとし、そのチャン
バの両端壁に前記カソードおよび前記アノードを同軸的
に保持させることにより、前記電気アークが前記チャン
バ内において、前記噴射ノズルのスリット状噴射口の長
手方向とほぼ平行な軸に沿って形成されるようにしたこ
とを特徴とする装置。 - 【請求項7】 前記不活性ガスを前記チャンバに供給す
る前記少なくとも一つの供給ダクトを、複数の供給ダク
トから構成し、それら供給ダクトを、前記カソードと前
記アノードとの間に形成される前記電気アークの軸に対
して複数の半径方向から前記チャンバ内へ開口させたこ
とを特徴とする請求項6に記載の装置。 - 【請求項8】 前記複数の供給ダクトを複数のオリフィ
スを介して前記チャンバ内へ開口させ、それら複数のオ
リフィスを複数の列に沿って配置したことを特徴とする
請求項7に記載の装置。 - 【請求項9】 前記複数のオリフィスを3列のオリフィ
ス列とし、それら3列のオリフィス列のうちの2列は前
記チャンバのほぼ直径方向において互いに対向し、かつ
前記噴射ノズルのスリット状噴射口の両側に位置するよ
うに配設し、残りの1列は前記チャンバの直径方向にお
いて前記スリット状噴射口と対向するように配設したこ
とを特徴とする請求項8に記載の装置。 - 【請求項10】 前記アノードおよび前記カソードを管
状の部材とし、前記複数の供給ダクトを形成させたこと
を特徴とする請求項7に記載の装置。 - 【請求項11】 前記対象物が基材であり、その基材上
に被覆層を形成するための材料を前記噴射ノズル内に供
給する少なくとも一つの材料供給ダクトを設けたことを
特徴とする請求項6に記載の装置。 - 【請求項12】 前記対象物が基材であり、その基材上
に被覆層を形成するための材料を前記噴射ノズル内に供
給する少なくとも一つの材料供給ダクトを設け、その材
料供給ダクトを、第一噴射口である前記噴射口と平行に
形成した少なくとも一つのスリット状第二噴射口に連通
させたことを特徴とする請求項6に記載の装置。 - 【請求項13】 前記チャンバを前記噴射ノズルの前記
噴射口と平行に、かつその噴射口とほぼ同一の長さで形
成し、前記チャンバの前記連通口を前記チャバのほぼ全
長にわたって形成したことを特徴とする請求項6に記載
の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9103621 | 1991-03-26 | ||
| FR9103621A FR2674450B1 (fr) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | Procede pour deposer un revetement sur un substrat par projection au plasma, et dispositif pour la mise en óoeuvre du procede. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0657397A true JPH0657397A (ja) | 1994-03-01 |
Family
ID=9411110
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4100665A Pending JPH0657397A (ja) | 1991-03-26 | 1992-03-26 | 基材等の対象物のプラズマ表面処理方法および装置 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5239161A (ja) |
| EP (1) | EP0506552B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0657397A (ja) |
| CA (1) | CA2063899A1 (ja) |
| DE (1) | DE69203127T2 (ja) |
| DK (1) | DK0506552T3 (ja) |
| ES (1) | ES2076703T3 (ja) |
| FR (1) | FR2674450B1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10507227A (ja) * | 1994-08-18 | 1998-07-14 | サルザー メトコ エイジー | 大型基体上に均一な薄い被膜を形成するための装置および方法 |
| US7977598B2 (en) | 2003-04-28 | 2011-07-12 | Air Products And Chemicals, Inc. | Apparatus and method for removal of surface oxides via fluxless technique involving electron attachment and remote ion generation |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0851720B1 (de) * | 1996-12-23 | 1999-10-06 | Sulzer Metco AG | Indirektes Plasmatron |
| DE19820240C2 (de) | 1998-05-06 | 2002-07-11 | Erbe Elektromedizin | Elektrochirurgisches Instrument |
| DE10011274A1 (de) * | 2000-03-08 | 2001-09-13 | Wolff Walsrode Ag | Plasmabehandelte bahnförmige Werkstoffe |
| US6476342B1 (en) * | 2000-11-24 | 2002-11-05 | Creo Srl | Method of surface preparation using plasma in air |
| TWI274622B (en) * | 2003-04-28 | 2007-03-01 | Air Prod & Chem | Apparatus and method for removal of surface oxides via fluxless technique involving electron attachment and remote ion generation |
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