JPH0726362A - 皮膜形成方法および皮膜形成用プラズマトーチ並びに該トーチ用プラズマアーク揺動装置 - Google Patents
皮膜形成方法および皮膜形成用プラズマトーチ並びに該トーチ用プラズマアーク揺動装置Info
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- JPH0726362A JPH0726362A JP5173136A JP17313693A JPH0726362A JP H0726362 A JPH0726362 A JP H0726362A JP 5173136 A JP5173136 A JP 5173136A JP 17313693 A JP17313693 A JP 17313693A JP H0726362 A JPH0726362 A JP H0726362A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 プラズマトーチを用いて金属材料等の表面に
皮膜を形成する際に、材料の形状や大きさに制限され
ず、短時間で処理できる簡便な方法および装置並びに該
装置に適用されるプラズマアーク揺動装置の提供を目的
とする。 【構成】 陰極とプラズマノズルとの間および外電極と
の間に直流電圧を印加し、プラズマノズルと外電極の間
に反応ガスを導入して反応ガスのプラズマを発生させ、
プラズマアークを被処理材に噴射させるとともに、交流
磁界をかけてプラズマアークを外電極のノズル径を越え
て揺動させることにより、外電極のノズル面を構成する
金属を蒸発させ、プラズマジェット流により被処理材に
該金属を成分とする皮膜を蒸着形成する。
皮膜を形成する際に、材料の形状や大きさに制限され
ず、短時間で処理できる簡便な方法および装置並びに該
装置に適用されるプラズマアーク揺動装置の提供を目的
とする。 【構成】 陰極とプラズマノズルとの間および外電極と
の間に直流電圧を印加し、プラズマノズルと外電極の間
に反応ガスを導入して反応ガスのプラズマを発生させ、
プラズマアークを被処理材に噴射させるとともに、交流
磁界をかけてプラズマアークを外電極のノズル径を越え
て揺動させることにより、外電極のノズル面を構成する
金属を蒸発させ、プラズマジェット流により被処理材に
該金属を成分とする皮膜を蒸着形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマトーチを用い
大気圧下で金属材料等の表面に皮膜等を形成する方法お
よび皮膜形成用プラズマトーチ並びに該トーチ用プラズ
マアーク揺動装置に関するものである。
大気圧下で金属材料等の表面に皮膜等を形成する方法お
よび皮膜形成用プラズマトーチ並びに該トーチ用プラズ
マアーク揺動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、プラズマトーチは、金属の加熱・
溶融等、物体の高温処理や加工用に広く使用されてい
る。金属材料等の表面にプラズマトーチを用いて皮膜を
形成する方法として、例えば特開平２−２６７２５９号
公報には、大気圧よりも低い圧力下で熱プラズマを発生
させ、該プラズマ中で粉状物質を蒸発させ、プラズマガ
ス成分との反応物を基板上に堆積させる成膜法が開示さ
れている。また、本出願人は、非移行式のプラズマトー
チにおいて、噴射されるプラズマジェットの振れ角を大
きくしても外電極ノズルに当らないように、該ノズルの
形状を、外電極内側の円形開口と外側の長円形開口をつ
なぐ偏平化した円錐形状にすることを特開平４−２７９
２８４号公報により提案しているが、本発明とは目的が
異なる。
溶融等、物体の高温処理や加工用に広く使用されてい
る。金属材料等の表面にプラズマトーチを用いて皮膜を
形成する方法として、例えば特開平２−２６７２５９号
公報には、大気圧よりも低い圧力下で熱プラズマを発生
させ、該プラズマ中で粉状物質を蒸発させ、プラズマガ
ス成分との反応物を基板上に堆積させる成膜法が開示さ
れている。また、本出願人は、非移行式のプラズマトー
チにおいて、噴射されるプラズマジェットの振れ角を大
きくしても外電極ノズルに当らないように、該ノズルの
形状を、外電極内側の円形開口と外側の長円形開口をつ
なぐ偏平化した円錐形状にすることを特開平４−２７９
２８４号公報により提案しているが、本発明とは目的が
異なる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】特開平２−２６７２５
９号公報の例にみられるように、プラズマトーチを用い
た従来の皮膜形成法は、大気圧より低い圧力下で行われ
るため、被処理材料はチャンバーに入れて排気する必要
性から、形状や大きさに制限があった。またチャンバー
や排気装置等の設置費用がかかり、その維持や保守のた
めの負荷も大きかった。本発明は、プラズマトーチを用
いて金属材料等の表面に皮膜を形成する際に、材料の形
状や大きさに制限されず、短時間で処理できる簡便な方
法および装置並びに該装置に適用されるプラズマアーク
揺動装置の提供を目的とする。
９号公報の例にみられるように、プラズマトーチを用い
た従来の皮膜形成法は、大気圧より低い圧力下で行われ
るため、被処理材料はチャンバーに入れて排気する必要
性から、形状や大きさに制限があった。またチャンバー
や排気装置等の設置費用がかかり、その維持や保守のた
めの負荷も大きかった。本発明は、プラズマトーチを用
いて金属材料等の表面に皮膜を形成する際に、材料の形
状や大きさに制限されず、短時間で処理できる簡便な方
法および装置並びに該装置に適用されるプラズマアーク
揺動装置の提供を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する手段
として、請求項１は、陰極とプラズマノズルとの間およ
び外電極との間に直流電圧を印加し、プラズマノズルと
外電極の間に反応ガスを導入して反応ガスのプラズマを
発生させ、プラズマアークを被処理材に噴射させるとと
もに、交流磁界をかけてプラズマアークを外電極のノズ
ル径を越えて揺動させることにより、外電極のノズル面
を構成する金属を蒸発させ、プラズマジェット流により
被処理材に該金属を成分とする皮膜を蒸着形成すること
を特徴とする皮膜形成方法である。請求項２は、上記請
求項１の方法において、プラズマノズルを２段に設け、
該２段のプラズマノズルの間に反応ガスを導入すること
を特徴とする皮膜形成方法である。
として、請求項１は、陰極とプラズマノズルとの間およ
び外電極との間に直流電圧を印加し、プラズマノズルと
外電極の間に反応ガスを導入して反応ガスのプラズマを
発生させ、プラズマアークを被処理材に噴射させるとと
もに、交流磁界をかけてプラズマアークを外電極のノズ
ル径を越えて揺動させることにより、外電極のノズル面
を構成する金属を蒸発させ、プラズマジェット流により
被処理材に該金属を成分とする皮膜を蒸着形成すること
を特徴とする皮膜形成方法である。請求項２は、上記請
求項１の方法において、プラズマノズルを２段に設け、
該２段のプラズマノズルの間に反応ガスを導入すること
を特徴とする皮膜形成方法である。
【０００５】請求項３は、陰極、プラズマノズル、およ
び扁平円錐状のノズルを有する外電極が順に配設され、
陰極とプラズマノズルの間の直流電圧印加手段、陰極と
外電極の間の直流電圧印加手段、プラズマノズルの外電
極側に配設された反応ガス導入口を有する絶縁カラー、
絶縁カラーと外電極の間に配設された扁平円錐孔を有す
る断熱カラー、および断熱カラーに接合されたコアと該
コアに巻回されたコイルからなる交流磁界発生装置が設
けられていることを特徴とする皮膜形成用プラズマトー
チである。
び扁平円錐状のノズルを有する外電極が順に配設され、
陰極とプラズマノズルの間の直流電圧印加手段、陰極と
外電極の間の直流電圧印加手段、プラズマノズルの外電
極側に配設された反応ガス導入口を有する絶縁カラー、
絶縁カラーと外電極の間に配設された扁平円錐孔を有す
る断熱カラー、および断熱カラーに接合されたコアと該
コアに巻回されたコイルからなる交流磁界発生装置が設
けられていることを特徴とする皮膜形成用プラズマトー
チである。
【０００６】請求項４は、陰極、内プラズマノズル、外
プラズマノズル、および扁平円錐状のノズルを有する外
電極が順に配設され、陰極と内プラズマノズルの間の直
流電圧印加手段、陰極と外プラズマノズルの間の直流電
圧印加手段、陰極と外電極の間の直流電圧印加手段、内
プラズマノズルと外プラズマノズルの間に配設された反
応ガス導入口を有する絶縁カラー、外プラズマノズルと
外電極の間に配設された扁平円錐孔を有する断熱カラ
ー、および断熱カラーに接合されたコアと該コアに巻回
されたコイルからなる交流磁界発生装置が設けられてい
ることを特徴とする皮膜形成用プラズマトーチである。
プラズマノズル、および扁平円錐状のノズルを有する外
電極が順に配設され、陰極と内プラズマノズルの間の直
流電圧印加手段、陰極と外プラズマノズルの間の直流電
圧印加手段、陰極と外電極の間の直流電圧印加手段、内
プラズマノズルと外プラズマノズルの間に配設された反
応ガス導入口を有する絶縁カラー、外プラズマノズルと
外電極の間に配設された扁平円錐孔を有する断熱カラ
ー、および断熱カラーに接合されたコアと該コアに巻回
されたコイルからなる交流磁界発生装置が設けられてい
ることを特徴とする皮膜形成用プラズマトーチである。
【０００７】請求項５は、扁平円錐孔を有する断熱カラ
ー、両端が該断熱カラーに接合された馬蹄型のコア、該
コアに巻回されたコイル、および該コイルに接続された
交流電源接続端子からなることを特徴とする、皮膜形成
用プラズマトーチ用プラズマアーク揺動装置である。
ー、両端が該断熱カラーに接合された馬蹄型のコア、該
コアに巻回されたコイル、および該コイルに接続された
交流電源接続端子からなることを特徴とする、皮膜形成
用プラズマトーチ用プラズマアーク揺動装置である。
【０００８】
【作用】まず請求項１の本発明法を図１により説明す
る。陰極１とプラズマノズル２の間に、陰極１側をマイ
ナスとして直流電圧を印加し（電流Ｉb ）、陰極１とプ
ラズマノズル２の間に導入されたＡｒ等の電極ガスでプ
ラズマアークを噴射させる。また、プラズマノズル２と
外電極の間に、反応ガス導入口６を有する絶縁カラー５
が配設されてあり、ここに反応ガスを旋回流にして導入
し、陰極１と外電極３の間に、陰極１側をマイナスとし
て直流電圧を印加し（電流Ｉa ）、反応ガスのプラズマ
アーク１０を噴射させる。そして、絶縁カラー５と外電
極３の間で交流磁界をかけ、プラズマアーク１０を揺動
させる。揺動の幅を外電極ノズル４の径よりも広くし、
該ノズル４の面にプラズマアーク１０を衝突させて、該
ノズル面の構成物質を蒸発させ、該構成物質中の蒸発金
属あるいは該金属と反応ガスとの反応物質をプラズマジ
ェットフレームにて被処理材に吹き付け、皮膜を形成さ
せる。
る。陰極１とプラズマノズル２の間に、陰極１側をマイ
ナスとして直流電圧を印加し（電流Ｉb ）、陰極１とプ
ラズマノズル２の間に導入されたＡｒ等の電極ガスでプ
ラズマアークを噴射させる。また、プラズマノズル２と
外電極の間に、反応ガス導入口６を有する絶縁カラー５
が配設されてあり、ここに反応ガスを旋回流にして導入
し、陰極１と外電極３の間に、陰極１側をマイナスとし
て直流電圧を印加し（電流Ｉa ）、反応ガスのプラズマ
アーク１０を噴射させる。そして、絶縁カラー５と外電
極３の間で交流磁界をかけ、プラズマアーク１０を揺動
させる。揺動の幅を外電極ノズル４の径よりも広くし、
該ノズル４の面にプラズマアーク１０を衝突させて、該
ノズル面の構成物質を蒸発させ、該構成物質中の蒸発金
属あるいは該金属と反応ガスとの反応物質をプラズマジ
ェットフレームにて被処理材に吹き付け、皮膜を形成さ
せる。
【０００９】請求項２の本発明法は、図３に示すよう
に、上記請求項１の方法において、プラズマノズルを２
段に設け、すなわち請求項１におけるプラズマノズル２
に相当する内プラズマノズル１２を設けるほかに、外プ
ラズマノズル１３を設け、該２段のプラズマノズル１２
および１３の間に、反応ガス導入口６を有する絶縁カラ
ー５を設けて反応ガスを導入する。陰極１と内プラズマ
ノズル１２の間に、陰極１側をマイナスとして直流電圧
を印加し（電流Ｉb ）、陰極１と内プラズマノズル１２
の間に導入されたＡｒ等の電極ガスでプラズマアークを
噴射させたうえ、陰極１と外プラズマノズル１３の間
に、陰極１側をマイナスとして直流電圧を印加し（電流
Ｉc ）て、反応ガスのプラズマアーク１０を外プラズマ
ノズル１３から噴射させる。そして、陰極１と外電極３
の間に、陰極１側をマイナスとして直流電圧を印加し
（電流Ｉa ）、反応ガスのプラズマアーク１０を外電極
３から噴射させる。
に、上記請求項１の方法において、プラズマノズルを２
段に設け、すなわち請求項１におけるプラズマノズル２
に相当する内プラズマノズル１２を設けるほかに、外プ
ラズマノズル１３を設け、該２段のプラズマノズル１２
および１３の間に、反応ガス導入口６を有する絶縁カラ
ー５を設けて反応ガスを導入する。陰極１と内プラズマ
ノズル１２の間に、陰極１側をマイナスとして直流電圧
を印加し（電流Ｉb ）、陰極１と内プラズマノズル１２
の間に導入されたＡｒ等の電極ガスでプラズマアークを
噴射させたうえ、陰極１と外プラズマノズル１３の間
に、陰極１側をマイナスとして直流電圧を印加し（電流
Ｉc ）て、反応ガスのプラズマアーク１０を外プラズマ
ノズル１３から噴射させる。そして、陰極１と外電極３
の間に、陰極１側をマイナスとして直流電圧を印加し
（電流Ｉa ）、反応ガスのプラズマアーク１０を外電極
３から噴射させる。
【００１０】このような、プラズマノズルを２段設けた
請求項２の方法によれば、プラズマアーク長を長くでき
るため、反応ガスとアークの接触時間が長く、またアー
ク電圧が高く、プラズマジェットをより高温にかつ長く
することができる。その結果、高温のプラズマジェット
により外電極ノズル４面の金属の蒸発が加速され、かつ
プラズマジェットのフレームが長いことより、被処理材
の材料面の吸着度を良くすることができる。したがっ
て、より効率的な皮膜形成が行われる。
請求項２の方法によれば、プラズマアーク長を長くでき
るため、反応ガスとアークの接触時間が長く、またアー
ク電圧が高く、プラズマジェットをより高温にかつ長く
することができる。その結果、高温のプラズマジェット
により外電極ノズル４面の金属の蒸発が加速され、かつ
プラズマジェットのフレームが長いことより、被処理材
の材料面の吸着度を良くすることができる。したがっ
て、より効率的な皮膜形成が行われる。
【００１１】請求項１および２の方法において、反応ガ
スおよび外電極ノズル４面の構成物質は、被処理材に形
成すべき皮膜の種類および成分に応じて選択することが
できる。たとえば、反応ガスとして水素あるいはアルゴ
ンを使用し、外電極４面をＣｕ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｔｉ等の
金属で構成し、水素あるいはアルゴンプラズマを当てて
これら金属の皮膜を形成する。また、反応ガスとして窒
素あるいは炭化水素ガスを使用し、外電極４面をＡｌ，
Ｓｉ，Ｔｉ等で構成し、窒素プラズマあるいは炭化水素
プラズマを当て、ＡｌＮ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＴｉＮ等の窒化
物あるいはＳｉＣ，ＴｉＣ等の炭化物からなる皮膜を形
成することができる。
スおよび外電極ノズル４面の構成物質は、被処理材に形
成すべき皮膜の種類および成分に応じて選択することが
できる。たとえば、反応ガスとして水素あるいはアルゴ
ンを使用し、外電極４面をＣｕ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｔｉ等の
金属で構成し、水素あるいはアルゴンプラズマを当てて
これら金属の皮膜を形成する。また、反応ガスとして窒
素あるいは炭化水素ガスを使用し、外電極４面をＡｌ，
Ｓｉ，Ｔｉ等で構成し、窒素プラズマあるいは炭化水素
プラズマを当て、ＡｌＮ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＴｉＮ等の窒化
物あるいはＳｉＣ，ＴｉＣ等の炭化物からなる皮膜を形
成することができる。
【００１２】また、プラズマアーク１０の揺動は、絶縁
カラー５と外電極３の間に設けたプラズマアーク揺動装
置により行うことができる。該装置は、図１および図２
（図１は図２のＡ−Ａ矢視図である）に示すように、断
熱カラー７と、両端が断熱カラー７に接合された馬蹄型
のコア８と、コア８に巻回されたコイル９と、コイル９
に接続された交流電源接続端子からなり、絶縁カラー５
内に交流磁界を発生させて、プラズマアーク１０を揺動
する。
カラー５と外電極３の間に設けたプラズマアーク揺動装
置により行うことができる。該装置は、図１および図２
（図１は図２のＡ−Ａ矢視図である）に示すように、断
熱カラー７と、両端が断熱カラー７に接合された馬蹄型
のコア８と、コア８に巻回されたコイル９と、コイル９
に接続された交流電源接続端子からなり、絶縁カラー５
内に交流磁界を発生させて、プラズマアーク１０を揺動
する。
【００１３】請求項１において、陰極１とプラズマノズ
ル２の間の直流電流Ｉb 、陰極１と外電極３の間の直流
電流Ｉa が、それぞれ、Ｉb ＝１０〜２０Ａ，Ｉa ＝２
００〜４００Ａとなるように直流電圧を印加してプラズ
マジェットを噴射させるのが好ましい。プラズマアーク
１０を揺動させて外電極ノズル４の面に衝突させる条件
としては、図１において、外電極ノズル４を扁平円錐状
にして、出側の長径を３０〜５０mmとし、絶縁カラー５
内の磁束密度１００〜２００ガウス、揺動周波数２〜１
０Ｈｚとするのが好ましい。
ル２の間の直流電流Ｉb 、陰極１と外電極３の間の直流
電流Ｉa が、それぞれ、Ｉb ＝１０〜２０Ａ，Ｉa ＝２
００〜４００Ａとなるように直流電圧を印加してプラズ
マジェットを噴射させるのが好ましい。プラズマアーク
１０を揺動させて外電極ノズル４の面に衝突させる条件
としては、図１において、外電極ノズル４を扁平円錐状
にして、出側の長径を３０〜５０mmとし、絶縁カラー５
内の磁束密度１００〜２００ガウス、揺動周波数２〜１
０Ｈｚとするのが好ましい。
【００１４】請求項２においては、陰極１と内プラズマ
ノズル１２の間の直流電流Ｉb 、陰極１と外プラズマノ
ズル１３の間の直流電流Ｉc 、陰極１と外電極３の間の
直流電流Ｉa が、それぞれ、Ｉb ＝１０〜２０Ａ，Ｉc
＝５０〜１００Ａ，Ｉa ＝２００〜４００Ａとなるよう
に直流電圧を印加してプラズマジェットを噴射させるの
が好ましい。プラズマアーク１０を揺動させて外電極ノ
ズル４の面に衝突させる条件としては、図３において、
外電極ノズル４を扁平円錐状にして、出側の長径を３０
〜５０mmとし、絶縁カラー５内の磁束密度１００〜２０
０ガウス、揺動周波数２〜１０Ｈｚとするのが好まし
い。
ノズル１２の間の直流電流Ｉb 、陰極１と外プラズマノ
ズル１３の間の直流電流Ｉc 、陰極１と外電極３の間の
直流電流Ｉa が、それぞれ、Ｉb ＝１０〜２０Ａ，Ｉc
＝５０〜１００Ａ，Ｉa ＝２００〜４００Ａとなるよう
に直流電圧を印加してプラズマジェットを噴射させるの
が好ましい。プラズマアーク１０を揺動させて外電極ノ
ズル４の面に衝突させる条件としては、図３において、
外電極ノズル４を扁平円錐状にして、出側の長径を３０
〜５０mmとし、絶縁カラー５内の磁束密度１００〜２０
０ガウス、揺動周波数２〜１０Ｈｚとするのが好まし
い。
【００１５】請求項３のプラズマトーチは、上記請求項
１の方法に使用されるものであり、図４および図２（図
４は図２のＡ−Ａ矢視図）に示すように構成される。上
記請求項１の方法に関し図１および図２で説明した事項
以外について述べると、断熱カラー７が扁平円錐孔１１
を有している。そして扁平円錐孔１１は、扁平円錐状の
外電極ノズル４に連続した形状であることが好ましい。
図４において１５は電極ガス導入管、１６は反応ガス導
入管、１７は冷却水導入管、１８は陰極１のキャップ、
１９は陰極１を支持するチャック、２０は陰極台、２１
はトーチの基幹、２２はセンタリングストーンである。
請求項４のプラズマトーチは、上記請求項２の方法に使
用されるものであり、図５に示すように構成され、その
構成は、上記請求項２および請求項３に関し図３および
図４で説明したとおりである。
１の方法に使用されるものであり、図４および図２（図
４は図２のＡ−Ａ矢視図）に示すように構成される。上
記請求項１の方法に関し図１および図２で説明した事項
以外について述べると、断熱カラー７が扁平円錐孔１１
を有している。そして扁平円錐孔１１は、扁平円錐状の
外電極ノズル４に連続した形状であることが好ましい。
図４において１５は電極ガス導入管、１６は反応ガス導
入管、１７は冷却水導入管、１８は陰極１のキャップ、
１９は陰極１を支持するチャック、２０は陰極台、２１
はトーチの基幹、２２はセンタリングストーンである。
請求項４のプラズマトーチは、上記請求項２の方法に使
用されるものであり、図５に示すように構成され、その
構成は、上記請求項２および請求項３に関し図３および
図４で説明したとおりである。
【００１６】請求項５のプラズマアーク揺動装置は、図
６に示すように、扁平円錐孔１１を有する断熱カラー
７、両端が断熱カラー１１に接合された馬蹄型のコア
８、コア８に巻回されたコイル９、およびコイル９に接
続された交流電源接続端子１４からなり、上記のとおり
プラズマアーク１０を揺動させるものである。断熱カラ
ー７は、断熱性および絶縁性に優れた窒化珪素などで構
成し、扁平円錐孔１１内を揺動しつつ通過するプラズマ
アークによる損傷を防止する。そして、コイル９に０．
１〜１．２Ａ、周波数２〜１０Ｈｚの交流電流を供給
し、扁平円錐孔１１内に磁束密度１００〜２００ガウス
の交流磁界を発生させるのが望ましい。
６に示すように、扁平円錐孔１１を有する断熱カラー
７、両端が断熱カラー１１に接合された馬蹄型のコア
８、コア８に巻回されたコイル９、およびコイル９に接
続された交流電源接続端子１４からなり、上記のとおり
プラズマアーク１０を揺動させるものである。断熱カラ
ー７は、断熱性および絶縁性に優れた窒化珪素などで構
成し、扁平円錐孔１１内を揺動しつつ通過するプラズマ
アークによる損傷を防止する。そして、コイル９に０．
１〜１．２Ａ、周波数２〜１０Ｈｚの交流電流を供給
し、扁平円錐孔１１内に磁束密度１００〜２００ガウス
の交流磁界を発生させるのが望ましい。
【００１７】以上説明した本発明法および本発明装置に
おいて、外電極ノズル４の面は、深さ２０mm以上まで、
被処理材に形成する皮膜構成物質で構成するのが好まし
い。外電極ノズル４の面はプラズマアーク１０により消
耗し、消耗速度は該ノズル４の構成物質、プラズマの種
類および投射条件により異なるが、構成物質がＣｕ，Ｚ
ｎ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｔｉ、プラズマが水素ガス，アルゴン
ガス，窒素ガス，炭化水素ガスで、投射条件および揺動
条件が前述の範囲の場合、１〜５mm/hour 程度である。
したがって、プラズマアーク１０を外電極ノズル４の長
径±２０mmの範囲で揺動させた場合には、２〜１０時間
の間、一定の揺動条件で一定の皮膜を形成することがで
きる。このとき、１回の照射で形成される皮膜は厚さ１
μｍ、面積０．０１ｍ2 程度となる。これ以上の厚さ面
積の皮膜を形成する場合は、複数回照射するか、または
複数のトーチを使用すればよい。
おいて、外電極ノズル４の面は、深さ２０mm以上まで、
被処理材に形成する皮膜構成物質で構成するのが好まし
い。外電極ノズル４の面はプラズマアーク１０により消
耗し、消耗速度は該ノズル４の構成物質、プラズマの種
類および投射条件により異なるが、構成物質がＣｕ，Ｚ
ｎ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｔｉ、プラズマが水素ガス，アルゴン
ガス，窒素ガス，炭化水素ガスで、投射条件および揺動
条件が前述の範囲の場合、１〜５mm/hour 程度である。
したがって、プラズマアーク１０を外電極ノズル４の長
径±２０mmの範囲で揺動させた場合には、２〜１０時間
の間、一定の揺動条件で一定の皮膜を形成することがで
きる。このとき、１回の照射で形成される皮膜は厚さ１
μｍ、面積０．０１ｍ2 程度となる。これ以上の厚さ面
積の皮膜を形成する場合は、複数回照射するか、または
複数のトーチを使用すればよい。
【００１８】また、本発明による皮膜の形成は、真空中
でのプラズマＰＶＤあるいはプラズマＣＶＤによる従来
法の１／１０〜１／５０の短時間で行うことができる。
また一般に行われているプラズマ溶射と比較すると、溶
射では１〜１００μｍの粒径の粉体を溶融して、１回の
溶射で３０〜１０００μｍ程度の膜厚の皮膜が形成され
るのに対し、本発明では、蒸発物質のみが利用されるた
め、薄く高密度の皮膜が形成される。さらに、本発明に
より皮膜を形成した材料は、カラーステンレス、カラー
鉄板等、工業的あるいは装飾用に広く用いることができ
る。ＴｉＮは金に近い色を呈しており、ＡｌＮ，Ｓｉ3
Ｎ4 ，ＳｉＣ，ＴｉＣ等それぞれの色を活用した装飾用
には、耐摩耗性にも優れていて特に有効である。
でのプラズマＰＶＤあるいはプラズマＣＶＤによる従来
法の１／１０〜１／５０の短時間で行うことができる。
また一般に行われているプラズマ溶射と比較すると、溶
射では１〜１００μｍの粒径の粉体を溶融して、１回の
溶射で３０〜１０００μｍ程度の膜厚の皮膜が形成され
るのに対し、本発明では、蒸発物質のみが利用されるた
め、薄く高密度の皮膜が形成される。さらに、本発明に
より皮膜を形成した材料は、カラーステンレス、カラー
鉄板等、工業的あるいは装飾用に広く用いることができ
る。ＴｉＮは金に近い色を呈しており、ＡｌＮ，Ｓｉ3
Ｎ4 ，ＳｉＣ，ＴｉＣ等それぞれの色を活用した装飾用
には、耐摩耗性にも優れていて特に有効である。
【００１９】
【実施例】図５に示した本発明のプラズマトーチを使用
し、図７のように該トーチＴを５本並べた処理室２３
に、板幅５００mmのステンレス鋼帯Ｓを６ｍ／分の速度
で通板した。なお、プラズマトーチＴは、ステンレス鋼
帯Ｓの幅方向に１００mm間隔でずらして設けてある。プ
ラズマトーチの外電極３には厚さ４０mmのＣｕ板を用
い、外電極ノズル４の出側長径を３５mmとし、水素ガス
を反応ガスとして使用した。プラズマトーチの条件は、
図３においてＩb ＝１５Ａ，Ｉc ＝７０Ａ，Ｉa＝３０
０Ａとし、１５０ガウスの磁束密度を与えてプラズマア
ーク１０を３Ｈｚで±１７．５mm幅揺動させた。ステン
レス鋼帯Ｓはリール２４からデフレクタロール２５を経
て処理室２３に入り、表面に厚さ１μｍのＣｕ皮膜が形
成されて、反対側のデフレクタロールを経てリールに巻
かれた。得られた製品は表面がＣｕでかつステンレス鋼
の強度を有し、切断面はステンレス鋼の耐食性を有し、
各種インテリア、エクステリア材用に適したものであ
る。
し、図７のように該トーチＴを５本並べた処理室２３
に、板幅５００mmのステンレス鋼帯Ｓを６ｍ／分の速度
で通板した。なお、プラズマトーチＴは、ステンレス鋼
帯Ｓの幅方向に１００mm間隔でずらして設けてある。プ
ラズマトーチの外電極３には厚さ４０mmのＣｕ板を用
い、外電極ノズル４の出側長径を３５mmとし、水素ガス
を反応ガスとして使用した。プラズマトーチの条件は、
図３においてＩb ＝１５Ａ，Ｉc ＝７０Ａ，Ｉa＝３０
０Ａとし、１５０ガウスの磁束密度を与えてプラズマア
ーク１０を３Ｈｚで±１７．５mm幅揺動させた。ステン
レス鋼帯Ｓはリール２４からデフレクタロール２５を経
て処理室２３に入り、表面に厚さ１μｍのＣｕ皮膜が形
成されて、反対側のデフレクタロールを経てリールに巻
かれた。得られた製品は表面がＣｕでかつステンレス鋼
の強度を有し、切断面はステンレス鋼の耐食性を有し、
各種インテリア、エクステリア材用に適したものであ
る。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、従来のように被処理材
をチャンバーに入れて排気する必要がないので、大きな
材料の処理が可能である。また排気系が不要なため、設
備の維持および保守が容易で、かつ短時間での処理が可
能であり、設備はコンパクトにすることができる。そし
て、得られた皮膜は密着性、強度、耐摩耗性に優れ、各
種工業用および装飾用途に広く用いることができる。
をチャンバーに入れて排気する必要がないので、大きな
材料の処理が可能である。また排気系が不要なため、設
備の維持および保守が容易で、かつ短時間での処理が可
能であり、設備はコンパクトにすることができる。そし
て、得られた皮膜は密着性、強度、耐摩耗性に優れ、各
種工業用および装飾用途に広く用いることができる。
【図１】本発明法を示す断面図であり、図２のＡ−Ａ矢
視図である。
視図である。
【図２】本発明装置の底面図である。
【図３】本発明法の別の例を示す断面図である。
【図４】本発明装置の断面図であり、図２のＡ−Ａ矢視
図である。
図である。
【図５】本発明装置の別の例を示す断面図である。
【図６】本発明プラズマアーク揺動装置の例を示す全体
図である。
図である。
【図７】本発明の実施例を示す図である。
１：陰極 ２：プラズマノズル ３：外電極 ４：外電極ノズル ５：絶縁カラー ６：反応ガス導入口 ７：断熱カラー ８：コア ９：コイル １０：プラズマアーク １１：扁平円錐孔 １２：内プラズマノズル １３：外プラズマノズル １４：交流電源接続端子 １５：電極ガス導入管 １６：反応ガス導入管 １７：冷却水導入管 １８：キャップ １９：チャック ２０：陰極台 ２１：基幹 ２２：センタリングストーン ２３：処理室 ２４：リール ２５：デフレクタロール Ｓ：ステンレス鋼帯 Ｔ：プラズマトーチ
Claims (5)
- 【請求項１】 陰極とプラズマノズルとの間および外電
極との間に直流電圧を印加し、プラズマノズルと外電極
の間に反応ガスを導入して反応ガスのプラズマを発生さ
せ、プラズマアークを被処理材に噴射させるとともに、
交流磁界をかけてプラズマアークを外電極のノズル径を
越えて揺動させることにより、外電極のノズル面を構成
する金属を蒸発させ、プラズマジェット流により被処理
材に該金属を成分とする皮膜を蒸着形成することを特徴
とする皮膜形成方法。 - 【請求項２】 プラズマノズルを２段に設け、該２段の
プラズマノズルの間に反応ガスを導入することを特徴と
する請求項１記載の皮膜形成方法。 - 【請求項３】 陰極、プラズマノズル、および扁平円錐
状のノズルを有する外電極が順に配設され、陰極とプラ
ズマノズルの間の直流電圧印加手段、陰極と外電極の間
の直流電圧印加手段、プラズマノズルの外電極側に配設
された反応ガス導入口を有する絶縁カラー、絶縁カラー
と外電極の間に配設された扁平円錐孔を有する断熱カラ
ー、および断熱カラーに接合されたコアと該コアに巻回
されたコイルからなる交流磁界発生装置が設けられてい
ることを特徴とする皮膜形成用プラズマトーチ。 - 【請求項４】 陰極、内プラズマノズル、外プラズマノ
ズル、および扁平円錐状のノズルを有する外電極が順に
配設され、陰極と内プラズマノズルの間の直流電圧印加
手段、陰極と外プラズマノズルの間の直流電圧印加手
段、陰極と外電極の間の直流電圧印加手段、内プラズマ
ノズルと外プラズマノズルの間に配設された反応ガス導
入口を有する絶縁カラー、外プラズマノズルと外電極の
間に配設された扁平円錐孔を有する断熱カラー、および
断熱カラーに接合されたコアと該コアに巻回されたコイ
ルからなる交流磁界発生装置が設けられていることを特
徴とする皮膜形成用プラズマトーチ。 - 【請求項５】 扁平円錐孔を有する断熱カラー、両端が
該断熱カラーに接合された馬蹄型のコア、該コアに巻回
されたコイル、および該コイルに接続された交流電源接
続端子からなることを特徴とする、皮膜形成用プラズマ
トーチ用プラズマアーク揺動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5173136A JPH0726362A (ja) | 1993-07-13 | 1993-07-13 | 皮膜形成方法および皮膜形成用プラズマトーチ並びに該トーチ用プラズマアーク揺動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5173136A JPH0726362A (ja) | 1993-07-13 | 1993-07-13 | 皮膜形成方法および皮膜形成用プラズマトーチ並びに該トーチ用プラズマアーク揺動装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0726362A true JPH0726362A (ja) | 1995-01-27 |
Family
ID=15954790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5173136A Withdrawn JPH0726362A (ja) | 1993-07-13 | 1993-07-13 | 皮膜形成方法および皮膜形成用プラズマトーチ並びに該トーチ用プラズマアーク揺動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0726362A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100949111B1 (ko) * | 2007-06-01 | 2010-03-22 | 홍용철 | 대기압에서 상온 플라즈마를 발생시키는 장치 |
| CN109536874A (zh) * | 2019-01-22 | 2019-03-29 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | 一种具有偏角喷涂功能的内孔等离子喷涂装置 |
| CN115976491A (zh) * | 2021-10-14 | 2023-04-18 | 新烯科技有限公司 | 粉体的成膜方法及装置 |
-
1993
- 1993-07-13 JP JP5173136A patent/JPH0726362A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100949111B1 (ko) * | 2007-06-01 | 2010-03-22 | 홍용철 | 대기압에서 상온 플라즈마를 발생시키는 장치 |
| CN109536874A (zh) * | 2019-01-22 | 2019-03-29 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | 一种具有偏角喷涂功能的内孔等离子喷涂装置 |
| CN109536874B (zh) * | 2019-01-22 | 2024-01-09 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | 一种具有偏角喷涂功能的内孔等离子喷涂装置 |
| CN115976491A (zh) * | 2021-10-14 | 2023-04-18 | 新烯科技有限公司 | 粉体的成膜方法及装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20001003 |