JPH08167497A - プラズマ溶射トーチ - Google Patents

プラズマ溶射トーチ

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JPH08167497A
JPH08167497A JP6307482A JP30748294A JPH08167497A JP H08167497 A JPH08167497 A JP H08167497A JP 6307482 A JP6307482 A JP 6307482A JP 30748294 A JP30748294 A JP 30748294A JP H08167497 A JPH08167497 A JP H08167497A
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JP
Japan
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plasma
passage
anode
plasma jet
cathode
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Withdrawn
Application number
JP6307482A
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English (en)
Inventor
Yasuyuki Takeda
恭之 武田
Hiroshi Notomi
啓 納富
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 効率よく溶射粉体を加熱するプラズマ溶射ト
ーチを得る。 【構成】 基端部が拡大した径のプラズマジェット流路
を持つとともにその周囲に冷却水通路を持つ陽極1、プ
ラズマジェット流路の基端部の径とほぼ同径の穴を持つ
とともに同穴の先端部に導通する周囲ガス通路を持ち前
先が陽極の基端に同軸に結合された絶縁体4、同軸に作
動ガス・溶射粉体混合路を持つとともにその周囲に冷却
水路を持ち前部が絶縁体の周囲ガス通路近くまで同軸に
密着挿入された陰極台6、同陰極台の先端に基端が同軸
に結合され外径が陽極のプラズマジェット流路の基部径
よりも小さい筒形の陰極を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は溶射粉体を効率よく加熱
するようにしたプラズマ溶射トーチに関する。
【0002】
【従来の技術】陽極と陰極との間に電流を流して発生さ
せたプラズマをジェットとして噴出させるとともに、同
ジェットに溶射粉体を供給して被加工物表面に溶射皮膜
を形成するプラズマ溶射トーチとしては、従来一般的な
ものとして図2の縦断面図に示すものが知られている。
すなわち図2において、銅製の陽極21の軸線上には基
部が拡大した径のプラズマジェット流路23が開口され
ており、この陽極21の基部側には穴を持つ絶縁体24
が同軸に固着されている。この絶縁体24の穴に、先端
にタングステン製の陰極25を取付けた陰極電流導入部
26が挿入され、陰極25が陽極21の基端部(プラズ
マ発生チャンバーa)内に配置されている。
【0003】また絶縁体24には、先端がプラズマジェ
ット流路23基部に通ずるように作動ガス供給路27が
設けられており、一方陽極21の先端部寄りには、先端
がプラズマジェット流路23の出口(噴口b)寄りにほ
ぼ直角に通ずるように溶射粉体供給通路28が設けられ
ている。更に陽極21には冷却水通路29が設けられ
て、その冷却水入口部が陽極電流導入部30に形成され
ており、陰極電流導入部26にも陽極21の冷却水通路
29と通じた冷却水通路31が設けられている。
【0004】このようなプラズマ溶射トーチによりプラ
ズマ溶射を行うにあたっては、まず陽極21及び陰極2
5を冷却するために、冷却水通路29,31に冷却水を
流すとともに作動ガス供給通路27からプラズマ発生チ
ャンバ22へ、Arガス,Heガス,N2 ガス、または
これらの混合ガスなどの作動ガスを流す。次に直流電源
より陽極21に正、陰極25に負の印加電圧を加え、続
いて高周波電源より陽極21と陰極25との間に高周波
電圧を印加して両電極21,25間に火花放電を発生さ
せる。
【0005】この火花放電により、先に印加されている
直流電源からの印加電圧によって陽極21と陰極25と
の間にプラズマが発生し、プラズマ発生チャンバaには
高温プラズマが充満し、プラズマジェット噴口bから高
温高速のプラズマジェットとして噴出する。このとき電
流を徐々に増してプラズマジェットが安定したのち、溶
射粉体供給路28から溶射粉体を、プラズマ発生チャン
バaのプラズマジェット噴口b寄りに供給する。プラズ
マジェットに供給された溶射粉体の粒子は昇温され、加
速されて高温高速のプラズマジェットと一緒に噴出す
る。
【0006】しかしながら、このようなプラズマ溶射ト
ーチにおいては、溶射粉体の供給がプラズマジェット噴
口bの近くで、かつ噴出方向に対してほぼ直交するの
で、供給された溶射粉体の粒子の加熱の効率が悪い上
に、粒子が均一に加熱,加速されることがなく、プラズ
マジェット中に昇温,加速が不十分で、エネルギーの低
い粒子が多数存在することになり、従って溶射皮膜の緻
密度,強度及び密着性が低下する。
【0007】また金属とセラミックの混合皮膜の形成に
あたっても、上述と同様に溶射粉体供給路28に金属,
セラミックの2種の溶射粉体を供給する。供給された金
属,セラミックの2種の溶射粉体は密度、粒径及び融点
が異なるため、溶射粉体の供給をプラズマジェット噴口
bの近くで、かつ噴出方向に対してほぼ直交して行う
と、それぞれの粒子の昇温,加速がより不均一になり、
従って混合溶射皮膜の混合比率の不安定、緻密度,強度
及び密着性が低下する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のものは、溶
射粉体の粒子の加熱の効率が悪い上に、粒子が均一に加
熱,加速されないという問題点があった。
【0009】本発明はこれらの問題点を解決することを
技術的課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため次の手段を講ずる。
【0011】すなわち、プラズマ溶射トーチとして、基
端部が拡大した径のプラズマジェット流路を持つととも
にその周囲に冷却水通路を持つ陽極と、上記プラズマジ
ェット流路の基端部の径とほぼ同径の穴を持つとともに
同穴の先端部に導通する周囲ガス通路を持ち先端が上記
陽極の基端に同軸に結合された絶縁体と、同軸に作動ガ
ス・溶射粉体混合路を持つとともにその周囲に冷却水路
を持ち前部が上記絶縁体の周囲ガス通路近くまで同軸に
密着挿入された陰極台と、同陰極台の先端に基端が同軸
に結合され外径が上記陽極のプラズマジェット流路の基
部の径よりも小さい筒形の陰極とを設ける。
【0012】
【作用】本発明において、陰極台と陽極間に電圧が印加
され、作動ガス・溶射粉体混合路から作動ガスが送られ
ると、陽極と陰極間(陽極の径の大きいプラズマジェッ
ト流路部)でプラズマが発生する。このとき周囲ガス通
路からプラズマ安定化ガスが供給されるとプラズマが安
定する。その後、作動ガス・溶射粉体混合路から作動ガ
スおよび溶射粉体の混合が送られると、これらは陰極の
先端からプラズマ中に供給され・そこで溶射粉体は急速
に昇温されて高温高速のプラズマジェットとともにプラ
ズマジェットと流路出口から噴出される。
【0013】このようにして、安定なプラズマが得られ
るとともに、溶射粉体は陰極の先端、すなわち陽極のプ
ラズマジェット流路の基部からプラズマに軸方向に供給
されるので、効率よくかつ均一に加熱される。
【0014】
【実施例】上記本発明の一実施例を図1により説明す
る。陽極1は銅製の円柱形で、同軸に基端部が拡大(プ
ラズマ発生チャンバa)した径のプラズマジェット流路
3を持つ。この周囲に冷却水通路10が設けられ、外側
面に径方向の入口と出口があり、これが陽極電流導入部
11と兼用になっている。
【0015】絶縁体4は陽極1と同径の円柱形で、陽極
1のプラズマジェット流路3の基端部の径とほぼ同径の
穴cがあけられている。また先端部に先端部が径方向に
向き穴cに導通する周囲ガス通路9が設けられている。
この絶縁体4はその先端が陽極1の基端に同軸に結合さ
れている。
【0016】陰極台6は先端部が穴cと同径で基端部の
径が大きい段差の円柱形で、同軸に先端部が絞られ先端
が開で、基端が閉の作動ガス・溶射粉体混合路7が設け
られている。また混合路7の内面にはら旋状の溝dが切
られている。さらに混合路7の基端に導通する作動ガス
通路13と溶射粉体通路14が設けられている。
【0017】混合路7の周囲には冷却水通路12が設け
られ、基部側面に径方向の入口と出口が配置され、陰極
電流導入部15と兼用になっている。
【0018】陰極台6の前部はその先端が周囲ガス通路
9の近くに達するまで、絶縁体4の基端部から穴cに密
着挿入される。
【0019】陰極台6の先端にはプラズマジェット流路
3の基部の径よりも小さい径の筒形のタングステン製の
陰極5の基端が同軸に取付けられている。
【0020】このようなプラズマ溶射トーチによりプラ
ズマ溶射を行うにあたり、まず陽極1及び陰極5を冷却
するために冷却水通路10,12に冷却水を流すととも
に作動ガス・溶射粉体の混合路7を介して陰極5の穴
(作動ガス及び溶射粉体供給路8)からプラズマ発生チ
ャンバaへ、例えばArガス約25 l/min の流量で作
動ガスを流す。次に直流電源より陽極1に正,陰極5に
負の印加電圧を加え、続いて高周波電源より、陽極1と
陰極5との間に高周波電圧を印加して両電極1,5間に
火花放電を発生させる。
【0021】この火花放電により、先に印加されている
直流電源からの印加電圧によって陽極1と陰極5との間
にプラズマが発生し、プラズマ発生チャンバaには高温
プラズマが充満し、プラズマジェット噴口bから高温高
速のプラズマジェットとして噴出する。このとき電流を
徐々に増して、例えば約700Aとし、次に周囲ガス通
路9から、例えばN2 ガス約1.5 l/minを流すと、電
流,電圧は約700A,約38Vとなりプラズマジェッ
トが安定する。
【0022】プラズマジェットが安定したのち、作動ガ
ス・溶射粉体混合路7を介して作動ガス及び溶射粉体供
給路8からプラズマ発生チャンバaへ、溶射粉体例えば
粒度分布約10〜40μm のAl2 3 粉体を、Arガ
ス約5 l/minをキャリアガスとして約20 g/minの流量
で供給する。プラズマに供給された溶射粉体の粒子は急
速に昇温され加速されて、高温高速のプラズマジェット
と一緒に噴出する。このときプラズマに供給される溶射
粉体はプラズマジェットの噴出方向と同一方向に供給さ
れるため、粒子の加熱,加速が均一となり、十分な緻密
度,強度及び密着性を有する高品質の溶射皮膜が形成さ
れる。また溶射粉体は作動ガス・溶射粉体の混合路7で
作動ガスとともに、ら旋状の溝dにより旋回され直進性
を与えられプラズマ中心に供給されるので加熱の効率が
よい。更に周囲ガス通路9から供給されるH2 ガスによ
り、陽極1と陰極5の距離が離れた部分でアーク点が形
成されプラズマが安定するとともに、陰極5がH2 ガス
により冷却されその寿命が長くなる。なおこのH2 ガス
により溶射粉体がプラズマの中心部に寄せられるので、
溶射粉体が陽極1内周面に付着してプラズマジェットの
流れを阻害することが防止できる。
【0023】また金属とセラミックの混合皮膜の形成に
あたっても、2種の溶射粉体は作動ガス・溶射粉体の混
合路7で作動ガスとともに旋回され、均一に混合されか
つ直進性を与えられプラズマ中心に供給されるので、2
種の粒子の加熱,加速が均一となり、安定した混合比
率、十分な緻密度,強度及び密着性を有する高品質の溶
射皮膜が形成される。
【0024】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
安定なプラズマが得られるとともに、溶射粉体は陰極の
先端、すなわち陽極のプラズマジェット流路の基部から
プラズマに軸方向に供給されるので、効率よくかつ均一
に加熱される。従って、高品質の溶射皮膜を省エネで形
成できるとともに粒子の加熱,加速が均一化され、また
プラズマの発生が安定化され、ひいては高品質の溶射皮
膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の縦断面図である。
【図2】従来例の縦断面図である。
【符号の説明】
1 陽極 3 プラズマジェット流路 4 絶縁体 5 陰極 6 陰極台 7 作動ガス・溶射粉体の混合路 8 作動ガス及び溶射粉体供給路 9 周囲ガス通路 10 冷却水通路 11 陽極電流導入部 12 冷却水通路 13 作動ガス通路 14 溶射粉体通路 15 陰極電流導入部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基端部が拡大した径のプラズマジェット
    流路を持つとともにその周囲に冷却水通路を持つ陽極
    と、上記プラズマジェット流路の基端部の径とほぼ同径
    の穴を持つとともに同穴の先端部に導通する周囲ガス通
    路を持ち先端が上記陽極の基端に同軸に結合された絶縁
    体と、同軸に作動ガス・溶射粉体混合路を持つとともに
    その周囲に冷却水路を持ち前部が上記絶縁体の周囲ガス
    通路近くまで同軸に密着挿入された陰極台と、同陰極台
    の先端に基端が同軸に結合され外径が上記陽極のプラズ
    マジェット流路の基部径よりも小さい筒形の陰極とを備
    えてなることを特徴とするプラズマ溶射トーチ。
JP6307482A 1994-12-12 1994-12-12 プラズマ溶射トーチ Withdrawn JPH08167497A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6544597B2 (en) 2000-06-21 2003-04-08 Suzuki Motor Corporation Mixed powder thermal spraying method
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JP2025527487A (ja) * 2023-01-10 2025-08-22 コミコ リミテッド 大気プラズマ溶射法による高密度イットリア皮膜の製造方法およびそれを用いて製造されたイットリア溶射皮膜

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Date Code Title Description
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20020305