DE10051907A1 - Thermosprühverfahren, Thermosprühgerät und Pulverdurchtrittsgerät - Google Patents

Abstract

Ein Thermosprühverfahren umfasst die folgenden Schritte: (1) Vorbereiten einer Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung für ein Hinzufügen von Energie zu einem erwärmten Material oder einem Erwärmungsmaterial, um eine Fluggeschwindigkeit des Materials zu erhöhen; und (2) Aufbringen von Energie auf das erwärmte Material oder dem Erwärmungsmaterial durch die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung in einer derartigen Weise, dass die Fluggeschwindigkeit des erwärmten Materials oder des Erwärmungsmaterials zunimmt, bis das Material eine Oberfläche eines Gegenstandes erreicht.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Thermosprühverfahren zum Erhöhen der Adhäsionsfestigkeit einer Thermosprühlage. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Thermosprühgerät und ein Pulverdurchtrittsgerät, das bei dem Thermosprühverfahren verwendet werden kann.

Es ist ein Thermosprühverfahren zum Ausbilden einer Thermosprühlage für eine industrielle Anwendung entwickelt worden. Bei diesem Thermosprühverfahren wird ein Material in Pulverform auf hohe Temperaturen erwärmt, wobei das erwärmte. Material auf eine Oberfläche eines Gegenstandes durch ein Thermosprühen gesprüht und aufgehäuft wird. Das Thermosprühen erhöht vorteilhafterweise die Verschleißfestigkeit und den die Korresionsfestigkeit des Gegenstandes durch die Thermosprühlage. Außerdem offenbaren die ungeprüften japanischen Patentveröffentlichungen 63-66 900 und 5-5 893 ein Thermosprühverfahren, das folgendes anwendet: eine Energiequelle für fliegendes Material, und eine andere Energiequelle für ein Erwärmen des Materials durch einen Laserstrahl, wobei diese Energiequelle von der erstgenannten Energiequelle unabhängig ist. Gemäß diesen Verfahren fliegt das Material für das Thermosprühen zu dem Gegenstand und das fliegende Material wird durch den Laserstrahl erwärmt, der parallel zu der Oberfläche des Gegenstandes läuft.

Bei dem herkömmlichen Thermosprühverfahren nimmt die Fluggeschwindigkeit des erwärmten Materials für das Thermosprühen ab, wenn es sich dem Gegenstand nähert. Außerdem nimmt bei den die vorstehend erwähnten Veröffentlichungen betreffenden Thermosprühverfahren die Fluggeschwindigkeit des erwärmten Materials für das Thermosprühen ab, wenn es sich dem Gegenstand nähert. Daher ist die Verschleißfestigkeit der Thermosprühlage nicht sehr verbessert, selbst wenn andere Sprühbedingungen verbessert sind.

Die vorliegende Erfindung ist unter Berücksichtigung der vorstehend erwähnten Umstände ausgeführt worden. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Thermosprühverfahren zum Verbessern der Verschleißfestigkeit einer Thermosprühlage zu schaffen. Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Thermosprühgerät zur Anwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung und zum Verbessern der Verschleißfestigkeit einer Thermosprühlage zu schaffen. Außerdem ist es ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Pulverdurchtrittsgerät zu schaffen, das beim Ausführen des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann und das ein Anhalten eines Pulvermaterials in einem Durchtritt unterdrücken kann.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Thermosprühverfahren zum Erzeugen einer Thermosprühlage durch ein Erwärmen eines Materials für ein Thermosprühen, Fliegen des erwärmten Materials oder des Erwärmungsmaterials zu einer Oberfläche eines Gegenstandes und Aufhäufen des erwärmten Materials auf der Oberfläche des Gegenstandes, die folgenden Schritte auf:

• 1. Vorbereiten einer Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung für ein Aufbringen von Energie auf das erwärmte Material oder dem Erwärmungsmaterial, um die Fluggeschwindigkeit des Materials zu erhöhen; und
• 2. Aufbringen von Energie auf das erwärmte Material oder das Erwärmungsmaterial durch die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung in einer derartigen Weise, dass die Fluggeschwindigkeit des erwärmten Materials oder des Erwärmungsmaterials zunimmt, bis das Material die Oberfläche des Gegenstandes erreicht.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Thermosprühgerät für ein Herstellen einer Thermosprühlage durch ein Erwärmen eines Materials für ein Thermosprühen, ein Fliegen des erwärmten Materials oder des Erwärmungsmaterials zu einer Oberfläche eines Gegenstandes und ein Aufhäufen des erwärmten Materials auf der Oberfläche des Gegenstandes, folgende Elemente auf:

• 1. ein Durchtrittsbildungselement für ein Ausbilden eines Durchtrittes, durch den das Material für das Thermosprühen durchtritt;
• 2. eine Erwärmungseinrichtung für ein Erwärmen des Materials, das durch das Durchtrittsbildungselement tritt oder aus dem Durchtrittsbildungselement herausgelassen worden ist; und
• 3. eine Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung für ein Erhöhen der Fluggeschwindigkeit des erwärmten Materials.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Pulverdurchtrittsgerät für ein Zuführen von Pulver folgende Elemente auf:

• 1. eine leitfähige Spule mit einem Leitvermögen und einer Achse und einer Vielzahl an Schleifen, die im Wesentlichen koaxial in Bezug auf die Achse angeordnet sind; und
• 2. ein Durchtrittsbildungselement, das entlang der Achse der leitfähigen Spule und in der leitfähigen Spule für ein Zuführen von Material für ein Thermosprühen angeordnet ist.

Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, bis das erwärmte Material die Oberfläche des Gegenstandes erreicht, Energie zu dem erwärmten Material oder dem Erwärmungsmaterial durch die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung in einer derartigen Weise hinzugefügt, dass die Fluggeschwindigkeit des erwärmten Materials zunimmt. Dem gemäß trifft das Material für das Thermosprühen auf dem Gegenstand mit einer hohen Geschwindigkeit auf. Somit ist die Verschleißfestigkeit der Thermosprühlage verbessert.

Außerdem ist bei einem bevorzugten Modus der Erfindung die Fluggeschwindigkeit des Materials im Vergleich zu derjenigen an der Erwärmungsposition höher. Anders ausgedrückt ist bei einem bevorzugten Modus die Fluggeschwindigkeit des Materials an der Erwärmungsposition d. h. die Fluggeschwindigkeit vor der Beschleunigung niedriger als die Fluggeschwindigkeit des Materials nach der Beschleunigung. Dieser Modus kann die Zeitspanne zum Erwärmen des Materials für das Thermosprühen verlängern, wodurch die Fähigkeit zum Erwärmen des Materials für das Thermosprühen auf hohe Temperaturen verbessert wird.

Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Thermosprühgerät folgende Elemente auf: (1) ein Durchtrittsbildungselement für ein Ausbilden eines Durchtrittes, durch den das Material für das Thermosprühen durchtritt; (2) eine Erwärmungseinrichtung für ein Erwärmen des Materials, das durch das Durchtrittsbildungselement tritt oder aus dem Durchtrittsbildungselement herausgelassen worden ist; und (3) eine Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung für ein Erhöhen der Fluggeschwindigkeit des erwärmten Materials. Somit kann das Thermosprühgerät gemäß dem zweiten Aspekt beim Ausführen des ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung d. h. des Thermosprühverfahrens angewendet werden. Dem gemäß trifft das Material für das Thermosprühen auf dem Gegenstand bei einer hohen Geschwindigkeit auf und die Adhäsionsfestigkeit der Thermosprühlage wird verbessert. Vorzugsweise ist durch die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung die Fluggeschwindigkeit des Materials höher als diejenige des Materials während des Erwärmens.

Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Pulverdurchtrittsgerät eine leitfähige Spule mit einem Leitvermögen und einer Achse und einer Vielzahl an Schleifen, die im Wesentlichen koaxial in Bezug auf die Achse angeordnet sind, auf. Außerdem ist das Durchtrittsbildungselement entlang der Achse der leitfähigen Spule angeordnet. Somit kann das Gerät gemäß dem dritten Aspekt beim Erwärmen des Materials für das Thermosprühen mittels Induktionserwärmen verwendet werden. Das Induktionserwärmen ist beim Erwärmen des Materials für das Thermosprühen bei einer kurzen Zeitspanne und beim Steuern der Erwärmungstemperatur vorteilhaft.

Des weiteren wird gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung beim Zuführen von Elektrizität zu der leitfähigen Spule ein Anhaften des Materials für das Thermosprühen an der Innenfläche des Durchtritts des Durchtrittsbildungselementes unterdrückt. Der Grund dafür wird nachstehend dargelegt: Die leitfähige Spule erzeugt eine magnetische Kraft entlang der Mittelachsenlinie des Durchtritts, d. h. der entlang der Mittelachsenlinie der leitfähigen Spule. Somit strömt das Pulvermaterial für das Thermosprühen, das eine Permeabilität hat, mit Leichtigkeit entlang des Mittelabschnittes in einer radialen Richtung des Durchtrittes.

Gemäß dem ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird, bis das erwärmte Material die Oberfläche des Gegenstandes erreicht, Energie zu dem fliegenden Material durch eine Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung in einer derartigen Weise hinzugefügt, dass die Fluggeschwindigkeit des Materials zunimmt. Wenn die Fluggeschwindigkeit des Materials für das Thermosprühen erhöht ist, trifft das Material auf dem Gegenstand mit einer hohen Geschwindigkeit auf, wird das Anhaften des Materials verbessert und wird die Adhäsionsfestigkeit der Thermosprühlage verbessert.

Gemäß dem bevorzugten Modus dieser Erfindung wird das Hinzufügen der Energie zum Erhöhen der Fluggeschwindigkeit des Materials nach dem Erwärmen des Materials ausgeführt. Das heißt, dass nach dem Erwärmen des Materials für das Thermosprühen die Fluggeschwindigkeit des Materials erhöht wird. Das Erwärmen vor dem Erhöhen der Fluggeschwindigkeit des Materials kann die Zeitspanne verlängern, die zum Erwärmen des Materials erforderlich ist.

Gemäß dem Thermosprühverfahren für einen anderen bevorzugten Modus des ersten Aspektes der Erfindung kann die Fluggeschwindigkeit des Materials während des Erwärmens des Materials erhöht werden. Das Thermosprühverfahren des ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung ermöglicht, dass die Fluggeschwindigkeit des Materials kaum vor dem Erwärmen des Materials erhöht wird.

Das Material für das Thermosprühen kann in der Form von Partikeln vorliegen, wenn es zu dem Gegenstand fliegt. Die Flugform der Partikel kann eine feste Form, eine Schmelzform oder eine teilweise geschmolzene Form sein. Der Zustand des Materials vor dem Thermosprühen kann ein Pulverzustand, ein Drahtzustand oder ein Stabzustand sein. Wenn die Form des Materials pulverartig ist, wird der durchschnittliche Durchmesser des Teilchens des Materials je nach Fall bestimmt. Der obere Grenzwert des durchschnittlichen Durchmessers des Teilchens kann beispielsweise 100 µm, 200 µm, 300 µm oder 500 µm betragen. Der untere Grenzwert des durchschnittlichen Durchmessers des Teilchens ist beispielsweise 1 µm, 10 µm oder 40 µm. Daher kann der durchschnittliche Durchmesser des Teilchens des Materials in einem Bereich von 1-500 µm, in einem Bereich von 10-300 µm oder in einem Bereich von 40-200 µm liegen. Der durchschnittliche Durchmesser des Teilchens ist nicht darauf beschränkt.

Das Material für das Thermosprühen ist vorzugsweise Metall und insbesondere ein Metallpulver. Wenn das Material für das Thermosprühen ein Metall ist, ist es leitfähig. Außerdem haben viele Metalle eine gute magnetische Permeabilität. Das Metall kann in einem normalen Temperaturbereich einen Ferromagnetismus oder einen Paramagnetismus aufweisen. Genauer gesagt kann das Metall, das das Material für das Thermosprühen darstellt, eisenhaltig sein, wie beispielsweise Gusseisen, kohlenstoffhaltiger Stahl, rostfreier Stahl oder Legierungsstahl. Außerdem kann das Metall, das das Material für das Thermosprühen darstellt, nicht eisenhaltig sein, wobei es zumindest ein Material sein kann, das aus der Gruppe gewählt wird, die aus Aluminium, Aluminiumlegierung, Kupfer, Kupferlegierung, Nickel, Nickellegierung, Titan oder Titanlegierung besteht. Außerdem kann das Material für das Thermosprühen Keramik oder Cermet sein, bei dem Keramik mit Metall vermischt ist. Die keramischen Materialien können ein Oxid, ein Nitrit, ein Karbid oder ein Borid sein. Die keramischen Materialien können ein Material sein, das zumindest ein Material ist, das aus der Gruppe gewählt worden ist, die aus Aluminiumoxid, Silizium, Magnesium, Siliziumkarbid, Siliziumnitrit, Boridtitan und dergleichen besteht. Selbst wenn das Material für das Thermosprühen aus einem keramischen Material ausgebildet ist, wird, bis das Material den Gegenstand erreicht, die Energie dem Material in einer derartigen Weise erteilt, dass die Fluggeschwindigkeit des Materials höher wird, die Aufprallgeschwindigkeit des Materials höher wird und das Material auf dem Gegenstand mit einer hohen Geschwindigkeit auftrifft. Daher ist die Adhäsionsfestigkeit der Thermosprühlage in vorteilhafterweise verbessert.

Wenn das Material für das Thermosprühen aus einem keramischen Material gebildet ist, wird das Induktionserwärmen bei dem Material, das kein Metall ist, nicht erzielt. Keramische Materialien haben im Wesentlichen keine Leitfähigkeit. In dem Fall, bei dem der Durchtritt, durch den das Material für das Thermosprühen passiert, aus einer Kohlenstoffröhre ausgebildet ist, kann die Kohlenstoffröhre durch Induktionserwärmen erwärmt werden, und das Material für das Thermosprühen in der Kohlenstoffröhre wird durch die Abstrahlungswärme von der Kohlenstoffröhre erwärmt.

Gemäß einem bevorzugten Modus wird das Erwärmen des Materials durch eine erste Energiequelle ausgeführt und das Hinzufügen von Energie zum Erhöhen der Fluggeschwindigkeit des Materials wird durch eine zweite Energiequelle ausgeführt. Außerdem hat gemäß einem anderen bevorzugten Modus die erste Energiequelle eine Bahn und eine andere Bahn für das Übertragen ihrer Energie, wird das Erwärmen des Materials durch die eine Bahn der ersten Energiequelle ausgeführt und wird das Hinzufügen von Energie zum Erhöhen der Fluggeschwindigkeit des Materials durch die andere Bahn der ersten Energiequelle ausgeführt. Die erste Energiequelle ist nicht in Bezug auf ihre Art eingeschränkt. Somit kann die erste Energiequelle eine Flammenerzeugungseinrichtung zum Erzeugen einer Flamme aus einem Brennstoff (Acetylen und Propan und dergleichen) und Sauerstoff, eine Plasmaflammenerzeugungseinrichtung zum Erzeugen einer Plasmaflamme, eine Lasereinrichtung zum Erzeugen eines Laserstrahls oder eine Induktionserwärmungseinrichtung zum Erwärmen des Materials für das Thermosprühen durch Induktionserwärmung sein. Die Induktionserwärmungseinrichtung umfasst den Fall, bei dem der Durchtritt oder das Durchtrittsbildungselement induktionserwärmt wird und das Material durch die Strahlungswärme des erwärmten Durchtrittes oder des erwärmten Durchtrittsbildungselementes erwärmt wird.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht den Fall, bei dem das Erwärmen des Materials für das Thermosprühen unter Verwendung der ersten Energiequelle ausgeführt wird und das Erhöhen der Fluggeschwindigkeit des Materials für das Thermosprühen unter Verwendung der zweiten Energiequelle ausgeführt wird, die sich von der ersten Energiequelle unterscheidet. Dieser Fall ermöglicht, dass die erste Energiequelle und die zweite Energiequelle unabhängig und einzeln gesteuert werden. Somit ermöglicht dieser Fall, dass das Erwärmen des Materials und das Erhöhen der Fluggeschwindigkeit des Materials unabhängig und einzeln gesteuert wird. Daher kann dieser Fall einen einstellbaren Bereich in Bezug auf die Temperatur und die Fluggeschwindigkeit des Materials für das Thermosprühen vergrößern. Dem gemäß kann dieser Fall einen Modus, bei dem die Temperatur des Materials hoch ist und die Fluggeschwindigkeit des Materials hoch ist, einen anderen Modus, bei dem die Temperatur des Materials gering ist und die Fluggeschwindigkeit des Materials hoch ist, oder einen wiederum anderen Modus, bei dem die Temperatur des Materials hoch ist und die Fluggeschwindigkeit des Materials gering ist, auswählen.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht den Fall, bei dem das Erwärmen des Materials durch die eine Bahn der ersten Energiequelle ausgeführt wird und das Hinzufügen von Energie für das Erhöhen der Fluggeschwindigkeit des Materials durch die andere Bahn der ersten Energiequelle ausgeführt wird. Dieser Fall ermöglicht, dass das Erwärmen des Materials und das Erhöhen der Fluggeschwindigkeit des Materials gesteuert werden. Dieser Fall kann einen einstellbaren Bereich in Bezug auf die Temperatur und die Fluggeschwindigkeit des Materials für das Thermosprühen vergrößern.

Die erste Energiequelle ist nicht in Bezug auf ihre Art zum Erwärmen des Materials beschränkt. Die erste Energiequelle kann eine Flammenerzeugungseinrichtung zum Erzeugen einer Flamme aus einem Brennstoff (Acetylen und Propan) und Sauerstoff, eine Plasmaflammenerzeugungseinrichtung zum Erzeugen einer Plasmaflamme oder eine Lasereinrichtung zum Erzeugen eines Laserstrahls sein. Bei einem bevorzugten Modus hat ein Material für das Thermosprühen eine gute Leitfähigkeit und eine magnetische Permeabilität und die erste Energiequelle kann durch eine Induktionserwärmungseinrichtung zum Erwärmen des Materials für das Thermosprühen gebildet werden. Die Induktionserwärmungseinrichtung kann den Grad des Erwärmens des Materials, d. h. eine niedrige Temperatur, eine mittlere Temperatur oder eine hohe Temperatur, durch ein Einstellen der Frequenzen des Wechselstroms, des Stromwertes, der elektrischen Energie und dergleichen steuern. Die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung kann eine Einrichtung sein, die einen Schwellgasdruck nutzt, der durch ein sich ausdehnendes Gas erhalten wird oder durch ein Verdampfen von Flüssigkeit innerhalb einer kurzen Zeitspanne wie beispielsweise durch ein Verdampfen von Flüssigkeit mit dem Laserstrahl erhalten wird.

Das Thermosprühgerät gemäß dem zweiten Aspekt hat: (1) ein Durchtrittsbildungselement für ein Ausbilden eines Durchtrittes, durch den das Material für das Thermosprühen durchtritt; (2) eine Erwärmungseinrichtung für ein Erwärmen des Materials, das durch das Durchtrittsbildungselement tritt oder aus dem Durchtrittsbildungselement herausgelassen worden ist; und (3) eine Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung für ein Aufbringen der Energie auf das Material für das Thermosprühen, um eine Fluggeschwindigkeit des Materials zu erhöhen und die Fluggeschwindigkeit des Materials zu beschleunigen. Die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung kann die Fluggeschwindigkeit des Materials gegenüber derjenigen des Materials während des Erwärmens erhöhen. Die Erwärmungseinrichtung für das Thermosprühgerät gemäß dem zweiten Aspekt kann eine Flammenerzeugungseinrichtung zum Erzeugen einer Flamme aus Brennstoff (Acetylen und Propan) und Sauerstoff, eine Plasmaflammenerzeugungseinrichtung zum Erzeugen einer Plasmaflamme, eine Lasereinrichtung zum Erzeugen eines Laserstrahls oder eine Induktionserwärmungseinrichtung zum Erwärmen des Materials für das Thermosprühen sein.

Das Thermosprühgerät gemäß dem vorstehend erwähnten zweiten Aspekt kann zum Ausführen des ersten Aspektes des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wobei die Fluggeschwindigkeit des Materials für das Thermosprühen erhöht wird.

Das Pulverdurchtrittsgerät gemäß dem dritten Aspekt weist folgendes auf: (1) eine leitfähige Spule mit einem Leitvermögen und einer Achse und einer Vielzahl an Schleifen, die im Wesentlichen koaxial in Bezug auf die Achse angeordnet sind; und (2) ein Durchtrittsbildungselement, das entlang der Achse der leitfähigen Spule und in der leitfähigen Spule für ein Zuführen von Material für ein Thermosprühen angeordnet ist.

Gemäß dem Pulverdurchtrittsgerät des dritten Aspektes wird, wenn das Pulvermaterial eine magnetische Permeabilität hat, ein Anhaften des Pulvermaterials für das Thermosprühen an der Innenfläche des Durchtrittes des Durchtrittsbildungselementes unterdrückt. Der Grund dafür wird nachstehend beschrieben: Wenn ein Strom zu der leitfähigen Spule geliefert wird, erzeugt die leitfähige Spule eine magnetische Kraft entlang der Mittelachsenlinie der leitfähigen Spule. Somit strömt das Pulvermaterial für das Thermosprühen, das eine magnetische Permeabilität hat, mit Leichtigkeit entlang des mittleren Abschnittes in einer radialen Richtung des Durchtrittes aufgrund des Einflusses der magnetischen Kraft. In dem Fall, bei dem das Material für das Thermosprühen ein Pulver ist, wird, wenn das Pulverdurchtrittsgerät gemäß dem dritten Aspekt als ein Pulverdurchtrittsgerät des Thermosprühgerätes verwendet wird, ein Anhaften des Pulvermaterials für das Thermosprühen an der Innenfläche des Durchtrittes unterdrückt. Daher kann dadurch eine anormale Blockierung des Materials für das Thermosprühen in dem Durchtritt unterdrückt werden. Somit kann dadurch eine Ungleichmäßigkeit beim Erwärmen des Pulvermaterials für das Thermosprühen unterdrückt werden. Somit wird das Pulvermaterial für das Thermosprühen so gut wie möglich auf eine hohe Temperatur gleichmäßig erwärmt und die Adhäsionsfestigkeit der Thermosprühlage wird vorteilhafterweise verbessert.

Die vorliegende Erfindung ist nachstehend in Bezug auf ihre konkreten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gezeigt und beschrieben.

Fig. 1 bezieht sich auf ein erstes Ausführungsbeispiel und zeigt in schematischer Weise einen Aufbau, bei dem Material durch ein Thermosprühgerät gesprüht wird.

Fig. 2 bezieht sich auf ein erstes Ausführungsbeispiel und zeigt in schematischer Weise einen Innenaufbau einer Pistole, die das Thermosprühgerät bildet.

Fig. 3 bezieht sich auf das erste Ausführungsbeispiel und zeigt eine graphische Darstellung, die die Wahlmöglichkeit zwischen der Temperatur der Materialpartikel und der Fluggeschwindigkeit der Materialpartikel wiedergibt.

Fig. 4 bezieht sich auf ein Vergleichsbeispiel und zeigt eine graphische Darstellung, die die Wahlmöglichkeit zwischen der Temperatur der Materialpartikel und der Fluggeschwindigkeit der Materialpartikel wiedergibt.

Fig. 5(A) bezieht sich auf das Vergleichsbeispiel und zeigt eine Photographie, die eine Sedimentationsform der Partikel wiedergibt, die eine Thermosprühlage bilden.

Fig. 5(B) bezieht sich auf das Vergleichsbeispiel und zeigt eine vergrößerte Photographie, die eine Sedimentationsform von Partikeln wiedergibt, die eine Thermosprühlage bilden.

Fig. 6 bezieht sich auf ein zweites Ausführungsbeispiel und zeigt einen Aufbau, der in schematischer Weise die Zustände wiedergibt, bei denen ein Material durch ein Thermosprühgerät thermogesprüht wird.

Fig. 7 zeigt in schematischer Weise ein Pulverdurchtrittsgerät, das das Material für das Thermosprühen mittels Induktionserwärmen erwärmt und die Temperatur des Partikelmaterials für das Thermosprühen misst.

Fig. 8 zeigt eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen der Frequenz eines Wechselstromes, der zu einer leitfähigen Spule geführt wird, die eine Induktionserwärmungsspule bildet, und der Temperatur des Partikelmaterials wiedergibt.

Fig. 9 zeigt eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen der Frequenz eines Wechselstroms, der zu einer leitfähigen Spule geführt wird, die eine Induktionserwärmungsspule bildet, und der Temperatur des Partikelmaterials wiedergibt.

Fig. 10 zeigt eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen dem Gasdruck und der Gasgeschwindigkeit wiedergibt.

Fig. 11 zeigt eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen der Gastemperatur und der Gasgeschwindigkeit wiedergibt.

Fig. 12 zeigt eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen den Arten und der Geschwindigkeit des Gases wiedergibt.

Fig. 13 zeigt eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen der Partikelgeschwindigkeit und der Partikeltemperatur bei jeder Thermosprühform wiedergibt.

Fig. 14 zeigt eine grafische Darstellung, die die Porösität der Thermosprühlage bei jeder Thermosprühlage wiedergibt.

Fig. 15 zeigt eine grafische Darstellung, die die Adhäsionsfestigkeit der durch jede Thermosprühform erzeugten Thermosprühlage wiedergibt.

Fig. 16 zeigt eine grafische Darstellung, die die Härte der durch jede Thermosprühform hergestellten Thermosprühlage wiedergibt.

Das erste bevorzugte Ausführungsbeispiel wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen 1 bis 5 erläutert.

Zunächst wird ein Thermosprühgerät des vorliegenden Ausführungsbeispiels erläutert. Wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, hat das Thermosprühgerät ein Durchtrittsbildungselement 1, eine Erwärmungseinrichtung 5 (eine erste Energiequelle) und eine Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung 7 (eine zweite Energiequelle). Das Durchtrittsbildungselement 1 bildet einen Durchtritt, durch den das für das Thermosprühen vorgesehene Material in einer Pulverform tritt. Die Erwärmungseinrichtung 5 erwärmt das Material in dem Durchtritt des Durchtrittsbildungselementes 1 für das Thermosprühen. Die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung 7 erhöht eine Fluggeschwindigkeit des Materials für das Thermosprühen im Vergleich zu der Fluggeschwindigkeit bei einer Erwärmungsposition 30k auf der Grundlage der Erwärmungseinrichtung 5.

Das Durchtrittsbildungselement 1 des Thermosprühgerätes hat eine Pistole 2, die als ein erstes Durchtrittsbildungselement zum Ausbilden eines ersten Durchtrittes 20 und als ein zweites Durchtrittsbildungselement 3 mit einer röhrenartigen Form zum Ausbilden eines zweiten Durchtrittes 30 für ein Zuführen des Materials für das Thermosprühen arbeitet. Die Pistole 2 weist folgendes auf: einen Pistolenkörper 22 mit einem Hochdruckraum 23, der mit dem ersten Durchtritt 20 in Verbindung steht, und eine Düse 25, die an dem Kopf des Pistolenkörpers 22 angeordnet ist und ein Düsenloch 24 hat, das mit dem Hochdruckraum 23 in Verbindung steht. Die Düse 25 ist als eine "Lavaldüse" ausgebildet, die für ein Ultraschallgasströmungsgerät wie beispielsweise ein Düsentriebwerk verwendet wird. Wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, ist der Hochdruckraum 23 und der erste Durchtritt 20 koaxial um den zweiten Durchtritt 20 angeordnet. Der erste Durchtritt 20 der Pistole 2 umgibt einen Ausgang 31 des zweiten Durchtrittes 30.

Wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, verbindet das zweite Durchtrittsbildungselement 3 eine Pulverzuführeinrichtung 8 mit der Pistole 2. Die Pulverzuführeinrichtung 8 enthält einen Behälter 81 mit einem Pulverraum 80, Material 82 mit einer Pulverform für das Thermosprühen, das in dem Behälter 81 aufbewahrt ist, und einen Druckabschnitt 83 für ein Erhöhen eines Innendruckes des Pulverraumes 80. Das Material 82 für das Thermosprühen ist aus einem eisenhaltigen Pulver mit einer Leitfähigkeit und einer magnetischen Permeabilität gebildet und soll durch ein Induktionserwärmen erwärmt werden. Dieses eisenhaltige Pulver ist eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung.

Wenn der Druck des Gases wie beispielsweise der Druck auf den Pulverraum 80 des Behälters 81 mittels des Druckabschnittes 83 aufgebracht wird, fliegt das Material 82 in dem Behälter 81 durch den zweiten Durchtritt 30 des zweiten Durchtrittsbildungselementes 3 zu der Pistole 2, wird aus dem an dem oberen Ende des zweiten Durchtrittes 30 ausgebildeten Ausgang 31 ausgestoßen und wird zusätzlich mittels des ersten Durchtrittes 20 und der Düse 25 der Pistole 2 nach vorn geblasen. Die Erwärmungseinrichtung 5 erwärmt das Material für das Thermosprühen unter Verwendung der Elektrizität. Die Erwärmungseinrichtung 5 ist an einer Erwärmungsposition 30k angeordnet, die sich an dem Ausgang 31 des zweiten Durchtrittes 30 befindet. Diese Erwärmungseinrichtung 5 enthält eine leitfähige Spule 51 und eine Zuführeinrichtung 52. Die leitfähige Spule 51 wirkt als eine Induktionserwärmungsspule, die durch eine Einspanneinrichtung 2a an der Erwärmungsposition 30k innerhalb der Pistole 2 angeordnet ist. Die Zuführeinrichtung 52 liefert einen Strom wie beispielsweise einen Wechselstrom mit einer hohen Frequenz zu der leitfähigen Spule 51 mittels einer Zuführleitung 52f. Die Zuführeinrichtung 52 wird durch einen Hochfrequenzoszillator zum Erzeugen eines Wechselstroms mit einer hohen Frequenz gebildet. Die leitfähige Spule 51 wirkt als eine Induktionserwärmungsspule, die die Induktionserwärmungseinrichtung ist. Die leitfähige Spule 51 hat eine Spulenform und wird aus einer Vielzahl an miteinander in Reihe verbundenen Schleifen 51a gebildet.

Wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, ist die leitfähige Spule 51 außerhalb des zweiten Durchtrittes 30 und im Wesentlichen koaxial in Bezug auf den zweiten Durchtritt 30 angeordnet. Das heißt, die leitfähige Spule 51 umgibt den Ausgang 31 des zweiten Durchtrittsbildungselementes 3, das den zweiten Durchtritt 30 bildet. Daher soll das Zuführen des Stromes zu der leitfähigen Spule 51 eine magnetische Kraft entlang der Mittelachsenlinie des zweiten Durchtrittes 30, das heißt entlang der Mittelachsenlinie der leitfähigen Spule 51, erzeugen.

Die Teile, die von der leitfähigen Spule 51 in dem zweiten Durchtrittbildungselement 3 umgeben sind, können aus einer nicht elektrisch leitfähigen Substanz wie beispielsweise einer Substanz auf der Basis von Silizium oder aus einer elektrisch leitfähigen Substanz wie beispielsweise einer Substanz auf der Basis von Kohlenstoff ausgebildet sein. Die nicht elektrisch leitfähige Substanz wie beispielsweise die Substanz auf der Basis von Silizium wird nicht wesentlich induktionserwärmt. Die elektrisch leitfähige Substanz wie beispielsweise eine Substanz auf der Basis von Kohlenstoff wird induktionserwärmt, erhält eine hohe Temperatur von beispielsweise über 1500°C und über 2000°C, kann Strahlungswärme zu dem Pulvermaterial für das Thermosprühen übertragen, das durch den zweiten Durchtritt 30 tritt, und kann das Material für das Thermosprühen auf hohe Temperaturen durch die Strahlungswärme erwärmen.

Der Innendurchmesser des zweiten Durchtrittes 30 wird unter Berücksichtigung von derartigen Faktoren bestimmt, wie beispielsweise das Durchtrittsvermögen und das Erwärmen des Pulvermaterials für das Thermosprühen. Der Innendurchmesser des zweiten Durchtrittes 30 kann beispielsweise in einem Bereich von 0,5 bis 20 mm, in einem Bereich von 1 bis 10 mm und in einem Bereich von 1 bis 5 mm liegen. Der Innendurchmesser ist nicht auf diese Bereiche beschränkt.

Die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung 7 wird unter Verwendung einer zweiten Energiequelle gebildet, die von der ersten Energiequelle unabhängig ist. Wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, hat die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung 7 folgendes: einen Gasspeicherabschnitt 70, der durch eine ein Hochdruckgas enthaltende Gasflasche ausgebildet wird; einen Kompressor 71, der mit dem Gasspeicherabschnitt 70 mittels eines mittleren Durchtrittes 70a verbunden ist; und einen Druckverstärker 72, der mit dem Kompressor 71 mittels eines mittleren Durchtritts 71a verbunden ist. Der Druckverstärker 72 hat eine Erwärmungseinheit 73 wie beispielsweise elektrische Erwärmungseinrichtungen zum Erwärmen des von dem Kompressor 71 gelieferten Gases.

Das in dem Gasspeicherabschnitt 70 enthaltene Gas wird kontinuierlich zu dem Kompressor 71 geliefert. Das Gas wird durch den Kompressor 71 komprimiert. Danach wird das Gas zu dem Druckverstärker 72 geliefert und wird auf eine hohe Temperatur in der Erwärmungseinheit 73 des Druckverstärkers 72 kontinuierlich erwärmt. Daher dehnt sich das Gas aus und der Schwelldruck des Gases wird zu einem hohen Druck. Genauer gesagt wird der Druck des Gases verstärkt. Das auf einen hohen Druck beaufschlagte Gas wird kontinuierlich zu dem Hochdruckraum 23 der Pistole 2 durch den mittleren Durchtritt 72 zugeführt, wird zu einem Hochgeschwindigkeitsgasstrom und wird fortlaufend aus der Düse 25 mittels des ersten Durchtrittes 20 der Pistole 2 nach vorn geblasen.

Die Art des in dem Gasspeicherabschnitt 70 enthaltenen Gases, das heißt die Art des Hochgeschwindigkeitsgasstromes zum Erhöhen der Fluggeschwindigkeit des Materials für das Thermosprühen ist nicht beschränkt - es kann beispielsweise zumindest ein Gas sein, das aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus einem Inertgas, wie beispielsweise Heliumgas, Stickstoffgas, Luft, Sauerstoffgas, Wasserstoffgas und dergleichen besteht. Bei einem bevorzugten Modus wird ein Gas ausgewählt, dessen Molekulargewicht gering ist, wie beispielsweise das Heliumgas, wobei dies im Hinblick auf ein Erzielen des Hochgeschwindigkeitsgasstromes geschieht, der unter Verwendung des Schwellgasdruckes auf der Basis der Gasausdehnung erzeugt wird. Außerdem ist Luft im Hinblick auf die Kosten zu bevorzugen.

Es ist erwünscht, dass die Oberfläche 90 des Gegenstandes 9 für das Thermosprühen eine Aufrauungsbehandlung erfahren hat. Die Aufrauungsbehandlung kann ein Bestrahlen sein, wie beispielsweise eine Schussbestrahlungsbehandlung, eine Gitterbestrahlungsbehandlung und dergleichen. Das Material des Gegenstandes 9 kann von Fall zu Fall ausgewählt werden, wobei es im Allgemeinen Metall ist. Das Metall des Gegenstandes 9 kann zumindest entweder eine nicht eisenhaltige Legierung oder eine eisenhaltige Legierung sein. Die nicht eisenhaltige Legierung kann Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Kupfer, eine Kupferlegierung, Titan, eine Titanlegierung und dergleichen sein. Die eisenhaltige Legierung kann Gusseisen, Kohlenstoffstahl, rostfreier Stahl, Legierungsstahl und dergleichen sein. Der Gegenstand 9 kann Gleitteile, Kolben, Zylinderblöcke, Zylinderköpfe und dergleichen sein, wobei die Anwendung keineswegs beschränkt ist.

Nachstehend ist unter Bezugnahme auf Fig. 1 das Thermosprühen erläutert. Der Gegenstand 9 wird vor der Düse 25 der Pistole 2 angeordnet. Die Düsen 25 der Pistole 2 sind dem Gegenstand 9 bei einem feststehenden Abstand zugewandt. Die Zuführeinrichtung 52 führt einen Strom zu der leitfähigen Spule 51 zu. Der Strom ist ein Wechselstrom mit einer hohen Frequenz. Die Frequenz wird in Abhängigkeit von den Materialarten für das Thermosprühen, den Materialarten des Gegenstandes 9, den Kosten für die Zuführeinrichtung 52 und dergleichen bestimmt. Beispielsweise kann für die Frequenz des zu der leitfähigen Spule 51 geführten Wechselstroms der obere Grenzwert 5000 kHz, 20 MHz oder 100 MHz sein und der untere Grenzwert ist beispielsweise 5 kHz, 20 kHz und 100 kHz oder 200 kHz. Die Frequenz ist nicht auf diese Angaben beschränkt.

Bei dem Thermosprühen wird der Druck des Gases wie beispielsweise Luft auf den Pulverraum 80 des Behälters 81 mittels des Druckabschnittes 83 aufgebracht. Das Pulvermaterial für das Thermosprühen in dem Behälter 81 wird zu dem zweiten Durchtritt 30 des zweiten Durchtrittsbildungselementes 3 zugeführt. Außerdem strömt das Pulvermaterial für das Thermosprühen zu dem Ausgang 31 des zweiten Durchtrittes 30 des zweiten Durchtrittsbildungselementes 3 und wird aus der Düse 25 mittels des ersten Durchtrittes 20 der Pistole 2 nach vorn geblasen. Das Pulvermaterial für das Thermosprühen wird auf eine hohe Temperatur innerhalb einer kurzen Zeitspanne durch die leitfähige Spule 51 induktionserwärmt, wenn es in der Nähe des Ausgangs 31 des zweiten Durchtrittes 30 das heißt an der Erwärmungsposition 30k vorbeikommt.

Die Temperatur des Materials für das Thermosprühen wird in Abhängigkeit von den Frequenzen des Wechselstroms der leitfähigen Spule 51 bestimmt, wie beispielsweise über 500°C, über 800°C, über 1000°C, über 1500°C, über 1700°C, über 2000°C oder über 2400°C, wie dies aus den Fig. 8 und 9 hervorgeht.

Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird bei dem Thermosprühen das in dem Gasspeicherabschnitt 70 gespeicherte Gas kontinuierlich durch den Kompressor 71 zugeführt, wird dieses durch den Kompressor 71 komprimiert und es wird auf eine hohe Temperatur in der Erwärmungseinheit 73 des Druckverstärkers 72 erwärmt. Als ein Ergebnis wird der Druck des Gases verstärkt und das Gas wird fortlaufend zu dem Hochdruckraum 23 der Pistole 2 zugeführt und dadurch wird es aus der Düse 25 als ein Hochgeschwindigkeitsgasstrom nach vorn geblasen. Daher wird, nachdem das Material auf die hohe Temperatur durch die leitfähige Spule 51 an der Erwärmungsposition 30k erwärmt worden ist, dieses aus dem Ausgang 31 des zweiten Durchtrittes 30 als der Hochgeschwindigkeitsgasstrom ausgestoßen. Der Hochgeschwindigkeitsgasstrom drängt das Material für das Thermosprühen zu einer Beschleunigung der Fluggeschwindigkeit. Der Hochgeschwindigkeitsgasstrom strömt von dem Hochdruckraum 23 zu der Düse 25. Genauer gesagt wird die Fluggeschwindigkeit des Material für das Thermosprühen an der Düse 25 mehr erhöht als an der Erwärmungsposition 30k, an der die Erwärmung durch die leitfähige Spule 51 geschieht. Das heißt, gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Energie dem Material für das Thermosprühen in einer derartigen Weise zugeführt, dass die Fluggeschwindigkeit des Materials für das Thermosprühen in der Pistole 2 erhöht wird, bis das Material den Gegenstand 9 erreicht hat.

Das Material, dessen Fluggeschwindigkeit erhöht worden ist, trifft auf der Oberfläche 90 des Gegenstandes 9 mit einer hohen Geschwindigkeit auf. Als ein Ergebnis wird das Material für das Thermosprühen auf der Oberfläche 90 des Gegenstandes 9 aufgehäuft, um eine Thermosprühlage 92 auszubilden. Die Fluggeschwindigkeit des Materials wird in Abhängigkeit von den Arten des Materials für das Thermosprühen und den Arten der Druckverstärker 72 auf beispielsweise über 400 m/s, über 500 m/s, über 600 m/s, über 700 m/s, über 800 m/s oder über 900 m/s bis unterhalb 3000 km/s bestimmt. Die Fluggeschwindigkeit bei dem Fall mit der Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung 7 kann 1- bis 70fach oder 5- bis 70fach so groß wie bei dem Fall sein, bei dem keine Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung 7 vorhanden ist. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel drängt oder zwingt die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung 7 das Material für das Thermosprühen in einer derartigen Weise, dass die Fluggeschwindigkeit des Materials für das Thermosprühen erhöht wird, bis das Material den Gegenstand 9 erreicht hat. Daher trifft das Material für das Thermosprühen auf der Oberfläche 90 des Gegenstandes 9 mit einer hohen Geschwindigkeit auf. Somit wird die Adhäsionsfestigkeit der Thermosprühlage 92 erhöht.

Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Fluggeschwindigkeit des beschleunigten Materials im Vergleich zu seiner Fluggeschwindigkeit an der Erwärmungsposition 30k erhöht. Anders ausgedrückt ist die Fluggeschwindigkeit des Materials an der Position 30k vor der Beschleunigung geringer als die Fluggeschwindigkeit des Materials nach der Beschleunigung. Daher kann das vorliegende Ausführungsbeispiel die Zeitspanne zum Erwärmen des Materials für das Thermosprühen auf einen Zieltemperaturbereich verlängern, wodurch die Fähigkeit zum Erwärmen des Materials für das Thermosprühen sichergestellt ist.

Fig. 5(A) zeigt eine Fotografie von einer Probe der an dem Gegenstand 9 ausgebildeten Thermosprühlage. Fig. 5(B) zeigt eine vergrößerte Fotografie. Wie dies in den Fig. 5(A) und 5(B) gezeigt ist, sollte verständlich sein, dass die auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigten Partikel des Materials in die Oberfläche des Gegenstandes in einer derartigen Weise eindringen bzw. diese beeinträchtigen, dass die Partikel des Materials sich innerhalb der Oberfläche des Gegenstandes nunmehr befinden. Daher wird die Adhäsionsfestigkeit der Thermosprühlage verbessert. Der Grund ist die Beschleunigung der Fluggeschwindigkeit des Materials für das Thermosprühen.

Das Erwärmen des Materials für das Thermosprühen wird durch die leitfähige Spule 51 ausgeführt, die als die Induktionserwärmungseinrichtung d. h. als die erste Energiequelle wirkt. Das Erhöhen der Fluggeschwindigkeit des Materials wird durch die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung 7, d. h. die zweite Energiequelle ausgeführt, die von der ersten Energiequelle sich unterscheidet. Daher ermöglicht das vorliegende Ausführungsbeispiel, das die leitfähige Spule 51 für das Erwärmen des Materials unabhängig von der Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung 7 für das Beschleunigen des Materials gesteuert wird. Somit ermöglicht das vorliegende Ausführungsbeispiel, dass das Beschleunigen des Materials unabhängig von dem Erwärmen des Materials gesteuert wird. Daher, kann dadurch ein Bereich zum Einstellen der Temperatur und der Geschwindigkeit des Materials für das Thermosprühen im Vergleich zu dem herkömmlichen Thermosprühen vergrößert werden.

Fig. 3 zeigt ein Steuermodell. Wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, ermöglicht das vorliegende Ausführungsbeispiel, dass die Temperatur des Materials für das Thermosprühen zwischen einer niedrigen Temperatur "T1" und hohen Temperatur "T2" eingestellt wird. Außerdem ermöglicht das vorliegende Ausführungsbeispiel, dass die Geschwindigkeit des Materials für das Thermosprühen zwischen einer niedrigen Geschwindigkeit "v1" und einer hohen Geschwindigkeit "v2" eingestellt wird. Daher ist das vorliegende Ausführungsbeispiel beim Vergrößern des einstellbaren Bereiches in Bezug auf die Temperatur und die Geschwindigkeit für das Material für das Thermosprühen und beim Erhalten der Thermosprühlage mit den erwünschten Eigenschaften vorteilhaft.

Im übrigen zeigt "M1" von Fig. 4 einen einstellbaren Bereich der Temperatur und der Geschwindigkeit des Materials für das Thermosprühen bei dem angewendeten Plasmasprühverfahren gemäß dem herkömmlichen Verfahren. "M2" von Fig. 4 zeigt einen einstellbaren Bereich der Temperatur und der Geschwindigkeit des Materials für das Thermosprühen bei einem HVOF-Thermosprühen (HVOF = Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Brennstoff- Thermosprühen) des herkömmlichen Verfahrens. Bei dem herkömmlichen Plasmasprühverfahren werden das Erwärmen und das Fliegen des Materials für das Thermosprühen durch eine gemeinsame Energiequelle der Plasmaflamme ausgeführt. Bei dem herkömmlichen HVOF-Thermosprühen werden das Erwärmen und das Fliegen des Materials für das Thermosprühen durch eine gemeinsame Energiequelle einer Gasverbrennung ausgeführt und die Partikelfluggeschwindigkeit des HVOF-Thermosprühens ist höher als diejenige des Plasmasprühverfahrens.

Bei dem herkömmlichen Plasmasprühverfahren, das durch "M1" in Fig. 4 gezeigt ist, wird die Temperatur des Materials für das Thermosprühen verringert, wenn die Fluggeschwindigkeit des Materials für das Thermosprühen erhöht wird. Außerdem wird die Temperatur des Materials für das Thermosprühen erhöht, wenn die Fluggeschwindigkeit des Materials für das Thermosprühen verringert wird. Bei dem herkömmlichen HVOF-Sprühverfahren, das durch "M2" in Fig. 4 gezeigt ist, wird die Temperatur des Materials für das Thermosprühen verringert, wenn die Fluggeschwindigkeit des Materials für das Thermosprühen erhöht wird. Außerdem wird die Temperatur des Materials für das Thermosprühen erhöht, wenn die Fluggeschwindigkeit des Materials für das Thermosprühen verringert wird. Das Plasmasprühverfahren und das HVOF-Thermosprühen gemäß dem Stand der Technik haben einen Grenzwert zum Vergrößern des einstellbaren Bereiches der Temperatur und der Fluggeschwindigkeit des Materials für das Thermosprühen.

Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erwärmt die leitfähige Spule 51 das eisenhaltige Material für das Thermosprühen mit einer Pulverform, die durch den zweiten Durchtritt 30 des zweiten Durchtrittsbildungselementes tritt. Gemäß dem Induktionserwärmen kann, wenn die Frequenz des Wechselstroms der leitfähigen Spule 51 eingestellt worden ist, die Erwärmungstemperatur des Materials für das Thermosprühen mit Leichtigkeit innerhalb eines beträchtlichen Bereiches eingestellt werden, wie dies in den Fig. 8 und 9 gezeigt ist. Das heißt, das vorliegende Ausführungsbeispiel kann mit Leichtigkeit die Erwärmungstemperatur des Materials für das Thermosprühen innerhalb eines beträchtlichen Bereiches so einstellen, dass die Adhäsionsfestigkeit der Thermosprühlage verbessert ist. In diesem Zusammenhang ist das Induktionserwärmen in Hinblick auf das Verbessern der Eigenschaften, wie beispielsweise der Adhäsionsfestigkeit der Thermosprühlage von Vorteil.

Ein Anhaften des Materials für das Thermosprühen an der Innenfläche des zweiten Durchtrittes 30 des zweiten Durchtrittsbildungselementes 3 wird unterdrückt, wenn der Strom zu der leitfähigen Spule 51 zugeführt wird. Diese Tatsache wird auf der Grundlage eines Versuchs durch die Erfinder der vorliegenden Anmeldung bestätigt. Der Grund ist nachstehend beschrieben. Die leitfähige Spule 51 erzeugt eine magnetische Kraft entlang der Mittelachsenlinie des zweiten Durchtrittes 30, d. h. entlang der Mittelachsenlinie der leitfähigen Spule 51. Somit strömt das Pulvermaterial für das Thermosprühen mit Leichtigkeit entlang des Mittelabschnittes in der radialen Richtung des zweiten Durchtrittes 30. Außerdem bildet die Umgebung des Ausgangs 31 des zweiten Durchtrittes 30 ausserdem das Pulverdurchtrittsgerät gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung.

Nachstehend ist ein zweites Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf Fig. 6 erläutert. Das zweite Ausführungsbeispiel ist dem ersten Ausführungsbeispiel in Bezug auf seinen Aufbau, seine Wirkungsweise und seinen Betrieb grundsätzlich ähnlich. Zunächst wird das Thermosprühgerät des vorliegenden Ausführungsbeispiels erläutert. Wie dies in Fig. 6 gezeigt ist, weist das Thermosprühgerät folgendes auf: ein Durchtrittsbildungselement 1 für ein Ausbilden eines Durchtrittes, durch das eisenhaltiges Pulvermaterial für das Thermosprühen hindurchtritt; eine Erwärmungseinrichtung 5B für ein Erwärmen des eisenhaltigen Pulvermaterials, das durch das Durchtrittsbildungselement 1 geliefert wird; und eine Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung 7B. Die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung 7B erhöht die Fluggeschwindigkeit des Materials für das Thermosprühen im Vergleich zu der Fluggeschwindigkeit an er Erwärmungsposition auf der Grundlage der Erwärmungseinrichtung 5B.

Das Durchtrittsbildungselement 1 des Thermosprühgerätes hat eine Pistole 2, die als ein erstes Durchtrittsbildungselement mit einem ersten Durchtritt 20 und ein zweites Durchtrittsbildungselement 3 mit einer röhrenartigen Form und . mit einem zweiten Durchtritt 30 für ein Zuführen des Materials wirkt.

Das zweite Durchtrittsbildungselement 3 verbindet eine Pulverzuführeinrichtung 8 mit der Pistole 2. Die Pulverzuführeinrichtung 8 enthält einen Behälter 81 mit einem Pulverraum 80, Material 82 in einer Pulverform für ein Thermosprühen, das in dem Behälter 81 aufbewahrt ist, und einen Druckabschnitt 83 zum Erhöhen eines Innendrucks des Pulverraums 80. Wenn der Gasdruck auf den Pulverraum 80 des Behälters 81 aufgebracht wird, strömt das in dem Behälter 81 aufbewahrte Pulvermaterial zu der Pistole 2 durch den zweiten Durchtritt 30 des zweiten Durchtrittsbildungselementes 3.

Die Erwärmungseinrichtung 5B erwärmt das Material in dem zweiten Durchtritt 30 für das Thermosprühen unter Verwendung eines Laserstrahls, der ein Energiestrahl mit einer hohen Dichte ist und von der ersten Energiequelle ausgesendet wird. Die Erwärmungseinrichtung 5B wird durch den Laseroszillator gebildet, der einen Laserstrahl 53x mit einer hohen Energiedichte, wie beispielsweise einen YAG-Laserstrahl und einen CO2-Laserstrahl ausgibt. Die Bahn des eine bahnbildenden Laserstrahls 53x ist mit einer Erwärmungsposition 30k des zweiten Durchtritts 30 verbunden. Somit wird, wenn das Pulvermaterial für das Thermosprühen durch den zweiten Durchtritt 30 des zweiten Durchtrittsbildungselementes 3 tritt, dieses durch den Laserstrahl 53x (eine Bahn), der durch die Erwärmungseinrichtung 5B ausgegeben wird, auf den Zieltemperaturbereich erwärmt.

Die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung 7B wird gebildet, um einen Gasdruck anzuwenden, der durch den Laserstrahl 53y (eine andere Bahn) erhöht wird, der von dem Laserstrahl 53 entsprechend der ersten Energiequelle separat ist. Das heißt, die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung 7B enthält einen Strahlteiler 55, einen Behälter 56, der eine Verdampfungssubstanz 57 (dies ist im Allgemeinen eine Flüssigkeit für eine Verdampfung) enthält, und eine Pumpe 58. Der Strahlteiler 55 teilt den Laserstrahl 53y von dem Laserstrahl 53x, um den Laserstrahl 53y zu einem Bestrahlungsabschnitt 23w in dem Hochdruckraum 23 der Pistole 2 zu senden. Die Pumpe 58 wirkt als eine Verdampfungssubstanzzuführeinrichtung, die die Verdampfungssubstanz 57 zu dem Bestrahlungsabschnitt 53w in dem Hochdruckraum 23 der Pistole 2 mittels einer Zuführleitung 58a kontinuierlich zuführt. Die Verdampfungssubstanz 57 kann durch ein Dispergieren von kleinen Partikeln in einer Flüssigkeit ausgebildet sein. Die Flüssigkeit kann zumindest entweder Wasser, Alkohol, organische Lösungsmittel und dergleichen sein. Die kleinen Partikel haben eine gute Absorbierfähigkeit in Bezug auf den Laserstrahl. Die kleinen Partikel, wie beispielsweise Kohlenstoffteilchen können aus einer Substanz mit einem guten Absorptionsvermögen in Bezug auf den Laserstrahl gebildet sein. Wenn die Verdampfungssubstanz 57 mit dem Laserstrahl 53y (andere Bahn) bestrahlt wird, wird sie augenblicklich vergast.

Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel liefert die Pumpe 58 die Verdampfungssubstanz 57 zu dem Bestrahlungsabschnitt 23w, der in dem Hochdruckraum 23 der Pistole 2 angeordnet ist, mittels der Zuführleitung 58a. Der Bestrahlungsabschnitt 23w in der Pistole 2 wird mit dem Laserstrahl 53y bestrahlt, der durch den Strahlteiler 55 als eine andere Bahn abgeteilt worden ist. Die Verdampfungssubstanz 57 hat die kleinen Partikel mit der guten Absorptionsfähigkeit in Bezug auf den Laserstrahl und sie wird augenblicklich auf eine hohen Temperatur vergast. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel liefert die Pumpe 58 die Verdampfungssubstanz 57 kontinuierlich zu dem Bestrahlungsabschnitt 23w des Hochdruckraums 23 und der Laserstrahl 53y, der durch den Strahlteiler 55 abgeteilt worden ist, wird kontinuierlich zu der Verdampfungssubstanz 57 in dem Bestrahlungsabschnitt 23w des Hochdruckraums 23 ausgegeben.

Somit wird die Verdampfungssubstanz 57 kontinuierlich vergast, um den Hochgeschwindigkeitsgasstrom in dem Hochdruckraum 23 zu erzeugen. Der Hochgeschwindigkeitsgasstrom wird aus der Düse 25 mittels des ersten Durchtrittes 20 der Pistole 2 nach vorn geblasen. Dadurch wird dem aus dem Ausgang 31 des zweiten Durchtrittes 30 ausgegebenen Materials für das Thermosprühen Energie verliehen. Dem gemäß wird dadurch die Fluggeschwindigkeit des aus dem Ausgang 31 des zweiten Durchtrittes 30 ausgegebenen Materials für das Thermosprühen beschleunigt. Als ein Ergebnis wird dadurch die Fluggeschwindigkeit des aus dem Ausgang 31 des zweiten Durchtrittes 30 ausgegebenen Materials für das Thermosprühen im Vergleich zu derjenigen an der Erwärmungsposition 30k erhöht.

Somit trifft das Material auf der Oberfläche 90 des Gegenstandes 9 mit einer hohen Geschwindigkeit auf, um dort aufgehäuft zu werden. Daher wird eine Thermosprühlage 92 auf der Oberfläche 90 des Gegenstandes 9 ausgebildet. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel drängt die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung 7B das Material für das Thermosprühen zu einer Beschleunigung in einer derartigen Weise, dass die Fluggeschwindigkeit des Materials für das Thermosprühen erhöht wird, bis das Material den Gegenstand 9 erreicht. Daher trifft das Material für das Thermosprühen auf der Oberfläche 90 des Gegenstandes 9 mit einer hohen Geschwindigkeit auf. Somit ist die Adhäsionsfestigkeit der Thermosprühlage 92 erhöht.

Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Fluggeschwindigkeit des beschleunigten Materials im Vergleich zu derjenigen an der Erwärmungsposition 30k erhöht. Anders ausgedrückt ist die Fluggeschwindigkeit des Materials an der Erwärmungsposition 30k vor der Beschleunigung niedriger als die Fluggeschwindigkeit des Materials unmittelbar nach der Beschleunigung. Daher kann das vorliegende Ausführungsbeispiel die Zeitspanne zum Erwärmen des Materials für das Thermosprühen auf einen Zieltemperaturbereich verlängern, wodurch die Fähigkeit zum Erwärmen des Materials für das Thermosprühen sichergestellt ist.

Nachstehend sind von den Erfindern der vorliegenden Anmeldung durchgeführte Versuche erläutert.

Fig. 7 zeigt das Pulverdurchtrittsgerät gemäß Beispiel 1. Bei Beispiel 1 wurde eine Siliziumröhre 95 vertikal und koaxial in Bezug auf den mittleren Bereich einer leitfähigen Spule 51 angeordnet und die leitfähige Spule 51 wurde vertikal angeordnet, um als eine Induktionserwärmungsspule zu wirken. Die Siliziumröhre 95 bildet ein Durchtrittsbildungselement. In diesem Zustand fiel das Metallpulver aufgrund des Eigengewichtes aus einem Trichter 96, der an der oberen Seite der leitfähigen Spule 91 angeordnet war, und die Temperatur des metallischen Pulvers, d. h. des Materials für das Thermosprühen, das von einem unteren Ende der Siliziumröhre 95 herausgegeben wurde, wurde unter Verwendung einer Messvorrichtung 97 durch die Erfinder gemessen. Mittels der Messvorrichtung 97 wurde die Temperatur und die Fluggeschwindigkeit der Partikel gemessen.

In Beispiel 1 änderten die Erfinder der vorliegenden Anmeldung die Frequenz des Wechselstroms der leitfähigen Spule 51 innerhalb eines Bereiches von 10 kHz-10000 kHz (10 MHz). Das metallische Pulver war eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung mit einem Leitvermögen und einer magnetischen Permeabilität mit einem Kohlenstoffgehalt von 1 Masse-% (1 Gew.-%) und mit einer Partikelgröße von 50-90 µm.

Fig. 8 zeigt das Versuchsergebnis. Wie dies in Fig. 8 gezeigt ist, ist mit der Zunahme der Frequenz des Wechselstroms, der zu der leitfähigen Spule 51 zugeführt wurde, die Partikeltemperatur des von dem unteren Ende der Siliziumröhre 95 ausgegebenen Pulvers zu einer hohen Temperatur. Genauer gesagt betrug die Pulverpartikeltemperatur ungefähr 300°C, wenn die Frequenz 100 kHz betrug. Die Pulverpartikeltemperatur betrug ungefähr 1000°C, wenn die Frequenz 400 kHz betrug. Die Pulverpartikeltemperatur überschritt 2000°C, wenn die Frequenz 10000 kHz betrug. Es sollte verständlich sein, dass die Frequenz des Wechselstroms der leitfähigen Spule 51 vorzugsweise oberhalb 400 kHz oder 1000 kHz zum Erhöhen der Partikeltemperatur auf der Grundlage des Ergebnisses von Fig. 8 liegt.

In Beispiel 1 haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung bestätigt, dass im Vergleich zu dem Fall, bei dem der Strom nicht zu der leitfähigen Spule 51 geliefert wird, das metallische Pulver entlang der Mittelachse der Siliziumröhre 95 in dem Fall strömt, bei dem der Strom zu der leitfähigen Spule 51 geliefert wird. Wenn ein Gleichstrom zu der leitfähigen Spule 51 geliefert wird, wird ein ähnlicher Umstand erzielt.

Bei einem Beispiel 2 wurde eine Kohlenstoffröhre anstelle der Siliziumröhre 95 in Fig. 7 verwendet, wobei die Erfinder der vorliegenden Anmeldung die Temperatur des von dem unteren Ende der Kohlenstoffröhre ausgegebenen Pulvers unter Verwendung einer Messvorrichtung 97 gemessen haben. Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung änderten die Frequenz des Wechselstroms innerhalb eines Bereiches von 10 kHz bis 10000 kHz (10 MHz). Die leitfähige Spule 51 wurde vertikal angeordnet und hatte eine Mittelachsenlinie, die senkrecht positioniert war. Das Metallpulver von Beispiel 2 war das gleiche wie bei Beispiel 1.

Fig. 9 zeigt das Versuchsergebnis. Wie dies in Fig. 9 gezeigt ist, stieg mit der Zunahme der Frequenz des zu der leitfähigen Spule 51 gelieferten Wechselstroms die Partikeltemperatur des Pulvers. Genauer gesagt betrug die Pulverpartikeltemperatur ungefähr 400°C, wenn die Frequenz 100 kHz betrug. Die Pulverpartikeltemperatur betrug ungefähr 1500-1600°C, wenn die Frequenz 400 kHz betrug. Die Pulverpartikeltemperatur betrug ungefähr 2000°C, wenn die Frequenz 2000 kHz betrug. Die Pulverpartikeltemperatur überschritt 3000°C, wenn die Frequenz 3000 kHz überschritt. Auf der Grundlage von Fig. 9 sollte verständlich sein, dass die Frequenz vorzugsweise oberhalb 400 kHz oder 1000 kHz zum Anheben der Pulverpartikeltemperatur liegt.

Bei Beispiel 2 wurde die Kohlenstoffröhre für ein Liefern des metallischen Pulvers in dem mittleren Bereich der leitfähigen Spule 51 angeordnet. Somit wurde die Kohlenstoffröhre auf eine hohe Temperatur auf einen rotglühenden Zustand oder einen weißglühenden Zustand induktionserwärmt. Das heißt, in Abhängigkeit von der Frequenz und der elektrischen Energie betrug die Temperatur der Kohlenstoffröhre an sich über 1000 K, 1500 K, 2000 K oder 2500 K. Daher wurde das metallische Pulver nicht nur durch das Induktionserwärmen erwärmt, da die leitfähige Spule 51 außerdem durch die Strahlungswärme aufgrund der erwärmten Kohlenstoffröhre erwärmt wurde, um so die Effizienz für das Erwärmen zu erhöhen.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung suchten eine Beziehung zwischen dem Gasdruck vor der "Lavaldüse" und der Geschwindigkeit des aus der "Lavaldüse" geblasenen Gases auf der Grundlage der Berechnung. Fig. 10 zeigt dieses Ergebnis. In Fig. 10 zeigt die Kennlinie "SHe" das Ergebnis bei einer Verwendung von Heliumgas und die Kennlinie "SLuft" zeigt das Ergebnis bei der Verwendung von Luft. Wie dies durch die Kennlinie "SLuft" von Fig. 10 gezeigt ist, betrug die Gasgeschwindigkeit ungefähr 500 m/s., wenn Luft verwendet wurde, wobei die Gasgeschwindigkeit ungefähr 500 m/s. betrug, wenn der Gasdruck 1 MPa betrug. Die Gasgeschwindigkeit betrug ungefähr 36 m/s, wenn der Gasdruck 3 MPa betrug. Jedoch betrug, wie dies durch die Kennlinie "SHe" von Fig. 10 gezeigt ist, bei der Verwendung von Heliumgas der Gasdruck 0,5 MPa und die Gasgeschwindigkeit war eine beträchtlich hohe Geschwindigkeit, die 1000 m/s überschritt. Des weiteren überschritt, wie dies durch die Kennlinie "SHe" von Fig. 10 gezeigt ist, die Gasgeschwindigkeit 1300 m/s, wenn der Gasdruck 1 MPa betrug, und die Gasgeschwindigkeit überschritt 1400 m/s, wenn der Gasdruck 2 MPa betrug. Daraus geht hervor, dass Heliumgas wirkungsvoller als Luft zum Erhöhen der Gasgeschwindigkeit ist.

Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung suchten eine Beziehung zwischen der Geschwindigkeit und der Temperatur des aus der "Lavaldüse" geblasenen Gases auf der Grundlage der Berechnung. Fig. 11 zeigt dieses Ergebnis. In Fig. 11 zeigt die Kennlinie "PHe" das Ergebnis bei der Verwendung von Heliumgas und die Kennlinie "PLuft" zeigt das Ergebnis bei der Verwendung von Luft. Die Geschwindigkeit des aus der Düse geblasenen Gases nimmt allmählich zu, wenn die Gastemperatur hoch ist, wie dies in den Kennlinien "PLuft" und "PHe" von Fig. 11 gezeigt ist. Daher geht daraus hervor, dass eine hohe Temperatur des Gases wirkungsvoll für ein Erhöhen der Fluggeschwindigkeit des Materials für das Thermosprühen ist.

Wie dies in der Kennlinie "PLuft" von Fig. 11 gezeigt ist, betrug bei der Verwendung von Luft bei einer Gastemperatur von 400-800 K die Gasgeschwindigkeit 600 m/s-900 m/s. Jedoch wurde bei der Verwendung von Heliumgas mit einem geringen Molekulargewicht, wie dies durch die Kennlinie "PHe" von Fig. 11 gezeigt ist, bei einer Gastemperatur von 400 K die Geschwindigkeit hoch und überschritt 1500 m/s. Wie dies durch die Kennlinie "PHe" von Fig. 11 gezeigt ist, wurde bei einer Gastemperatur von 600 K die Gasgeschwindigkeit hoch und überschritt 2000 m/s. Wenn die Gastemperatur 800°K, wurde die Gasgeschwindigkeit hoch und überschritt 2100 m/s. Außerdem zeigt die Kennlinie "PHVOF" von Fig. 11 die Gasgeschwindigkeit des herkömmlichen HVOF-Thermosprühverfahrens. Wie dies aus dem Vergleich zwischen den Kennlinien "PHe" und "PHVOF" in Fig. 11 hervorgeht, war bei der Verwendung von Heliumgas bei einer Gastemperatur oberhalb 400 K die Gasgeschwindigkeit höher als bei dem herkömmlichen HVOF-Verfahren.

Des weiteren wählten die Erfinder der vorliegenden Anmeldung jeweils ein Gas aus der Gruppe, die aus Wasserstoffgas (H₂), Heliumgas (He), Stickstoffgas (N₂), Luft, Sauerstoffgas (O₂), Argongas (Ar) besteht und suchten die Gasgeschwindigkeit bei einer Temperatur von 300°K, mit der aus der Düse der Pistole 2 geblasen wird, auf der Grundlage der Berechnung. Fig. 12 zeigt diese Ergebnisse. Wie dies in Fig. 12 gezeigt ist, war die Gasgeschwindigkeit hoch, wenn das Molekulargewicht des Gases gering war. Es ist offensichtlich, dass Heliumgas mit einem geringen Molekulargewicht beim Erhöhen der Fluggeschwindigkeit des Pulvermaterials für das Thermosprühen wirkungsvoll ist.

Nachstehend ist ein drittes Beispiel beschrieben.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung führten ein Thermosprühen auf der Grundlage der in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen aus. In diesem Fall hatte der Gegenstand eine polierte Oberfläche und wurde auf 100°C vorgewärmt.

Tabelle 1 Vergleichsbeispiel

Die Partikeltemperatur und die Partikelgeschwindigkeit bei dem Vergleichsbeispiel einer sind denen des Plasmaflammenthermosprühens ähnlich, das als ein herkömmliches Verfahren angewendet wurde.

Vergleichsbeispiel

Die Partikeltemperatur und die Partikelgeschwindigkeit bei dem Vergleichsbeispiel sind denjenigen des HVOF-Thermosprühens ähnlich, das als ein herkömmliches Verfahren angewendet wurde.

Vergleichsbeispiel

Die Partikeltemperatur und die Partikelgeschwindigkeit bei dem Vergleichsbeispiel sind niedriger als jene bei dem Plasmaflammenthermosprühen und dem HVOF-Thermosprühen, die als ein herkömmliches Verfahren angewendet wurden.

Vergleichsbeispiel

Die Partikeltemperatur ist höher bei Vergleichsbeispiel als jene bei dem Plasmaflammenthermosprühen und bei dem HVOF- Thermosprühen, die als ein herkömmliches Verfahren angewendet wurden, und die Partikelgeschwindigkeit ist bei dem Vergleichsbeispiel niedriger als jene des Plasmaflammenthermosprühens und des HVOF-Thermosprühens.

Vorliegendes Ausführungsbeispiel

Die Partikeltemperatur und die Partikelgeschwindigkeit des vorliegenden Ausführungsbeispiels sind höher als jene bei dem Plasmaflammenthermosprühen und dem HVOF-Thermosprühen, die als ein herkömmliches Verfahren angewendet wurden.

Vorliegendes Ausführungsbeispiel

Die Partikeltemperatur ist niedriger bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als jene bei dem Plasmaflammenthermosprühen und dem HVOF-Thermosprühen, die als ein herkömmliches Verfahren angewendet wurden, und die Partikelgeschwindigkeit ist höher bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als jene des Plasmaflammenthermosprühens und des HVOF-Thermosprühens.

Fig. 13 zeigt die Versuchsbedingungen der Tabelle 1. Wie dies in Fig. 13 gezeigt ist, betrug bei einer Versuchsbedingung die Partikeltemperatur bei dem Thermosprühen ungefähr 2800 K und die Partikelgeschwindigkeit betrug ungefähr 240 m/s. Bei einer Versuchsbedingung betrug die Partikeltemperatur ungefähr 2000 K und die Partikelgeschwindigkeit betrug ungefähr 400 m/s. Bei einer Versuchsbedingung betrug die Partikeltemperatur ungefähr 1800 K und die Partikelgeschwindigkeit betrug ungefähr 200 m/s. Bei einer Versuchsbedingung betrug die Partikeltemperatur ungefähr 3400 K und die Partikelgeschwindigkeit betrug ungefähr 160 m/s. Die Versuchsbedingungen - entsprechen den Vergleichsbeispielen. Die Geschwindigkeit der Versuchsbedingungen und war eine hohe Geschwindigkeit, die dem vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht. Bei der Versuchsbedingung betrug die Partikeltemperatur 3600 K, was eine hohe Temperatur ist, und die Partikelgeschwindigkeit betrug 620 m/s. Bei einer Versuchsbedingung des vorliegenden Ausführungsbeispiels betrug die Partikeltemperatur unter 1000 K und die Partikelgeschwindigkeit war hoch und betrug 780 m/s. Die Partikeltemperatur und die Partikelgeschwindigkeit wurden durch die Messvorrichtung 97, das heißt eine Vorrichtung zum Messen der Temperatur und der Geschwindigkeit von Thermosprühpartikeln, erzielt.

Außerdem haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung die Porosität durch ein Bildverarbeiten mit einem Lasermikroskop und die Adhäsionsfestigkeit der ausgebildeten Thermosprühlage auf der Grundlage der Tabelle 1 und Fig. 13 gemessen. In diesem Fall war der Gegenstand 9 aus einer Aluminiumlegierung (JIS-AC2C) hergestellt und das Material für das Thermosprühen war aus einem Eisen-Kohlenstoff-Legierungspulver (Kohlenstoff: 1 Masse-%) gebildet, das durch ein Gaszerstäuben hergestellt wurde und eine Dicke von 0,2 mm hatte.

Beim Messen der Adhäsionsfestigkeit verwendeten die Erfinder der vorliegenden Anmeldung Versuchsproben, die durch die Thermosprühlage bedeckt waren, brachten eine externe Kraft auf die Thermosprühlage durch eine Stanze entlang einer Verbindungsstelle zwischen der Thermosprühlage und dem Gegenstand 9 auf und erhielten die Adhäsionsfestigkeit auf der Grundlage der externen Kraft, als die Thermosprühlage abgeplatzt oder abgeblättert war. Fig. 14 zeigt das Versuchsergebnis der Porosität. Fig. 15 zeigt das Versuchsergebnis der Porosität. Fig. 15 zeigt das Versuchsergebnis der Adhäsionsfestigkeit der Thermosprühlage.

Wie dies in Fig. 14 gezeigt ist, zeigten die Versuchsbedingungen , und der Vergleichsbeispiele eine hohe Porosität von über 8%. Die Versuchsbedingung zeigte eine hohe Porosität von über 20%, wobei angenommen wurde, dass die Partikelgeschwindigkeit gering und die Partikeltemperatur niedrig war. Die Versuchsbedingungen und des vorliegenden Ausführungsbeispiels zeigten eine geringe Porosität von 2% oder weniger, wobei angenommen wurde, dass die Thermosprühlage einen feinen Aufbau hatte, da die Geschwindigkeit des Thermosprühens schnell war.

Außerdem war, wie dies in Fig. 15 gezeigt ist, in Bezug auf die Versuchsbedingungen , , und für die Vergleichsbeispiele die Adhäsionsfestigkeit der Thermosprühlage nicht ausreichend. Bei der Versuchsbedingung war die Adhäsionsfestigkeit gering und betrug ungefähr 34 MPa, wobei angenommen wurde, dass die Partikelgeschwindigkeit gering war und die Partikeltemperatur niedrig war. Für die Versuchsbedingungen und des vorliegenden Ausführungsbeispiels war die Adhäsionsfestigkeit der Thermosprühlage hoch und überschritt 100 MPa. Es wird angenommen, dass die Partikelgeschwindigkeit hoch war.

Im Vergleich zwischen den Versuchsbedingungen und des vorliegenden Ausführungsbeispiels zeigte die Versuchsbedingung eine ausgezeichnete Adhäsionsfestigkeit, die in der Nähe derjenigen der Versuchsbedingung war, obwohl die Partikeltemperatur gering war und ungefähr 800 K betrug. Aus diesem Umstand wird entnommen, dass die Erhöhung der Fluggeschwindigkeit des Pulvermaterials für das Thermosprühen beim Erhöhen der Adhäsionsfestigkeit der Thermosprühlage wirkungsvoll ist.

Nachstehend ist ein Beispiel 6 beschrieben.

Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung suchten die Härte der ausgebildeten Sprühlage auf der Grundlage der Bedingungen von Tabelle 1 und Fig. 13 unter Verwendung eines Vickerhärteversuchs (Last: 0,098 N (10 gf)). In diesem Fall war das Material für das Thermosprühen ein Eisen-Kohlenstoff-Legierungspulver (Kohlenstoff: 1 Masse-%), das durch Wasserzerstäubung hergestellt wurde. Das Material hatte vor dem Thermosprühen einen aus einer bainitischen Struktur bestehenden Aufbau und seine Härte betrug ungefähr Hv600. Fig. 16 zeigt das Ergebnis der Härte der Thermosprühlage. In dem Fall der bei der Versuchsbedingung des vorliegenden Ausführungsbeispiels hergestellten Thermosprühlage überschritt die Härte der Thermosprühlage Hv500. Der Grund, weshalb die Härte Hv500 überschritt, wird im Folgenden dargelegt. Im Falle der bei der Testbedingung hergestellten Thermosprühlage wurde trotz einer hohen Partikelgeschwindigkeit von über 700 m/s., da die Partikeltemperatur niedrig und bei ungefähr 800 K war, das Thermosprühpulver nicht geschmolzen, um mit Leichtigkeit den Aufbau und die Eigenschaften vor dem Thermosprühen zu halten.

Es ist möglich, die technische Lehre auch aus der vorstehend dargelegten Beschreibung zu entnehmen.

Gemäß den Patentansprüchen beträgt die Fluggeschwindigkeit des Materials für das Thermosprühen über 600 m/s, über 700 m/s und über 800 m/s.

Gemäß den Patentansprüchen beträgt die Adhäsionsfestigkeit (die Scheradhäsionsfestigkeit) der Thermosprühlage über 90 MPa, über 100 MPa, über 110 MPa oder über 120 MPa.

Gemäß den Patentansprüchen beträgt die Partikeltemperatur des Materials für das Thermosprühen über 2000 K und die Partikelgeschwindigkeit des Materials für das Thermosprühen beträgt über 600 m/s, über 700 m/s und über 800 m/s.

Gemäß den Patentansprüchen beträgt die Partikeltemperatur des Materials für das Thermosprühen über 3000 K und die Partikelgeschwindigkeit des Materials für das Thermosprühen beträgt über 600 m/s, über 700 m/s oder über 800 m/s.

Gemäß den Patentansprüchen beträgt die Partikeltemperatur des Materials für das Thermosprühen unter 1500 K oder unter 1000 K und die Partikelgeschwindigkeit des Materials für das Thermosprühen beträgt über 600 m/s, über 700 m/s oder über 800 m/s.

Eine Pistole für das Thermosprühen weist folgendes auf: einen Durchtritt für ein Zuführen des Materials für das Thermosprühen und einen Hochdruckraum für ein Erhöhen der Fluggeschwindigkeit des erwärmten Materials für das Thermosprühen.

Ein Thermosprühgerät weist folgendes auf: (1) eine Pistole mit einem Durchtritt für ein Zuführen des Materials für das Thermosprühen und einen Hochdruckraum für ein Erhöhen der Fluggeschwindigkeit des erwärmten Materials für das Thermosprühen; (2) eine Verdampfungssubstanzzuführeinrichtung für ein Zuführen einer Verdampfungssubstanz zu einem Bestrahlungsabschnitt; und (3) eine Erwärmungseinrichtung für ein Ausgeben eines Hochdicht-Energiestrahls (Laserstrahl) der Verdampfungssubstanz, die zu dem Bestrahlungsabschnitt in dem Hochdruckraum geliefert wird, damit die Verdampfungssubstanz innerhalb einer kurzen Zeitspanne verdampft.

Eine Pistole für ein Thermosprühen weist folgendes auf: einen Durchtritt für ein Zuführen des Materials für das Thermosprühen; eine Erwärmungseinrichtung für ein Erwärmen des Materials für das Thermosprühen; und einen Hochdruckraum für ein Erhöhen der Fluggeschwindigkeit des erwärmten Materials für das Thermosprühen.

Eine Pistole für das Thermosprühen weist folgendes auf: einen Durchtritt für ein Zuführen des Materials für das Thermosprühen und eine Induktionserwärmungseinrichtung, die das Material für das Thermosprühen in dem Durchtritt induktionserwärmt oder das aus dem Durchtritt abgegebene Material für das Thermosprühen induktionserwärmt.

Eine Pistole für ein Thermosprühen weist folgendes auf: einen Durchtritt für ein Zuführen des Materials für ein Thermosprühen und eine Induktionsspule, die das Material für das Thermosprühen in dem Durchtritt induktionserwärmt oder das aus dem Durchtritt abgegebene Material für das Thermosprühen induktionserwärmt.

Ein Pulverdurchtrittsgerät für ein Zuführen von Pulver weist folgendes auf: eine leitfähige Spule mit einer Leitfähigkeit und einer Achse und einer Vielzahl an Schleifen, die koaxial im Bezug auf die Achse angeordnet sind; ein Durchtrittsbildungselement, das entlang der Achse der leitfähigen Spule und in der leitfähigen Spule für ein Zuführen von Material für das Thermosprühen angeordnet ist; wobei die leitfähige Spule eine magnetische Kraft entlang der Mittelachsenlinie des Durchtritts erzeugt, wodurch das Pulvermaterial für das Thermosprühen mit einer Permeabilität entlang des Mittelabschnittes in einer radialen Richtung des Durchtritts strömt.

Das Thermosprühverfahren umfasst die folgenden Schritte: (1) Vorbereiten der Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung für das Aufbringen von Energie auf das erwärmte Material oder dem Erwärmungsmaterial, um die Fluggeschwindigkeit des Materials zu erhöhen; und (2) Aufbringen von Energie auf das erwärmte Material oder das Erwärmungsmaterial durch die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung in einer derartigen Weise, dass die Fluggeschwindigkeit des erwärmten Materials oder des Erwärmungsmaterials zunimmt, bis das Material die Oberfläche des Gegenstandes erreicht.

Claims (18)

1. Thermosprühverfahren zum Erzeugen einer Thermosprühlage durch ein Erwärmen eines Materials für ein Thermosprühen, Fliegen des erwärmten Materials oder des Erwärmungsmaterials zu einer Oberfläche eines Gegenstandes und Aufhäufen des erwärmten Materials auf der Oberfläche des Gegenstandes, mit den folgenden Schritten:
Vorbereiten einer Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung für ein Aufbringen von Energie auf das erwärmte Material oder dem Erwärmungsmaterial, um die Fluggeschwindigkeit des Materials zu erhöhen; und
Aufbringen von Energie auf das erwärmte Material oder das Erwärmungsmaterial durch die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung in einer derartigen Weise, dass die Fluggeschwindigkeit des erwärmten Materials oder des Erwärmungsmaterials zunimmt, bis das Material die Oberfläche des Gegenstandes erreicht.

2. Thermosprühverfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Aufbringen der Energie zum Erhöhen der Fluggeschwindigkeit des Materials nach dem Erwärmen des Materials für das Thermosprühen ausgeführt wird.

3. Thermosprühverfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Aufbringen der Energie zum Erhöhen der Fluggeschwindigkeit des Materials während des Erwärmens des Materials für das Thermosprühen ausgeführt wird.

4. Thermosprühverfahren gemäß Anspruch 1, wobei
das Erwärmen des Materials durch eine erste Energiequelle ausgeführt wird, die zu einem Erwärmen des Materials für das Thermosprühen in der Lage ist, und
das Aufbringen der Energie zum Erhöhen der Fluggeschwindigkeit des Materials durch eine zweite Energiequelle ausgeführt wird, die die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung für ein Aufbringen von Energie auf das erwärmte Material oder das Erwärmungsmaterial bildet, wobei die zweite Energiequelle von der ersten Energiequelle unabhängig ist.

5. Thermosprühverfahren gemäß Anspruch 1, wobei unter Verwendung einer ersten Energiequelle, die zu einem Erwärmen des Materials für ein Thermosprühen in der Lage ist und eine Bahn und eine andere Bahn für ein Übertragen von ihrer Energie hat, wobei die andere Bahn die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung für ein Aufbringen von Energie auf das erwärmte Material oder das Erwärmungsmaterial bildet; und wobei das Erwärmen des Materials durch eine Bahn der ersten Energiequelle ausgeführt wird und das Aufbringen der Energie zum Erhöhen der Fluggeschwindigkeit des Materials durch die andere Bahn der ersten Energiequelle ausgeführt wird.

6. Thermosprühverfahren gemäß Anspruch 4, wobei die erste Energiequelle für ein Erwärmen des Materials durch ein Induktionserwärmungsgerät für ein Erwärmen des Materials für das Thermosprühverfahren mittels eines Induktionserwärmens auf der Grundlage eines Wechselstroms mit einer hohen Frequenz gebildet ist.

7. Thermosprühverfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung die Fluggeschwindigkeit des Materials erhöht, indem ein Schwellgasdruck angewendet wird, der durch ein Ausdehnen des Gases oder durch ein Verdampfen einer Flüssigkeit bewirkt wird.

8. Thermosprühverfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung ein Lasergerät für ein Ausgeben eines Laserstrahls aufweist und die Fluggeschwindigkeit des Materials erhöht, indem der Laserstrahl zu einer Flüssigkeit mit einer Fähigkeit zum Absorbieren eines Laserstrahls ausgegeben wird, um so die Flüssigkeit zum Erzeugen eines Schwellgasdruckes zu verdampfen.

9. Thermosprühverfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung folgendes aufweist:
eine Pistole mit einem Hochdruckraum, in dem ein Bestrahlungsabschnitt enthalten ist, der mit einem Laserstrahl bestrahlt wird; einen Strahlteiler für ein Teilen des Laserstrahls aus einem Hauptlaserstrahl, um den abgeteilten Laserstrahl zu dem Bestrahlungsabschnitt des Hochdruckraumes zu senden; einen Behälter für ein Aufbewahren einer Verdampfungssubstanz und eine Zuführeinrichtung für ein Zuführen der Verdampfungssubstanz von dem Behälter zu dem Bestrahlungsabschnitt des Hochdruckraumes; und
wobei die zu dem Bestrahlungsabschnitt zugeführte Verdampfungssubstanz mit dem Laserstrahl bestrahlt wird, um einen Schwellgasdruck in dem Hochdruckraum zu erzeugen.

10. Thermosprühverfahren gemäß Anspruch 1, wobei
die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung folgendes aufweist: eine Pistole mit einem Hochdruckraum; einen Gasspeicherabschnitt für ein Aufbewahren von Gas; ein Kompressor, der mit dem Gasspeicherabschnitt verbunden ist und das von dem Gasspeicherabschnitt zugeführte Gas komprimiert; und einen Druckverstärker, der mit dem Kompressor verbunden ist, um den Druck des durch den Kompressor komprimierten Gases zu verstärken; und
wobei der verstärkte Druck zu dem Hochdruckraum zugeführt . wird, um einen Hochdruck in dem Hochdruckraum zu erhalten, damit die Fluggeschwindigkeit des Materials erhöht wird.

11. Thermosprühgerät für ein Herstellen einer Thermosprühlage durch ein Erwärmen eines Materials für ein Thermosprühen, ein Fliegen des erwärmten Materials oder des Erwärmungsmaterials zu einer Oberfläche eines Gegenstandes und ein Aufhäufen des erwärmten Materials auf der Oberfläche des Gegenstandes, mit:
einem Durchtrittsbildungselement für ein Ausbilden eines Durchtrittes, durch den das Material für das Thermosprühen durchtritt;
eine Erwärmungseinrichtung für ein Erwärmen des Materials, das durch das Durchtrittsbildungselement tritt oder aus dem Durchtrittsbildungselement herausgelassen worden ist; und
eine Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung für ein Aufbringen der Energie auf das Material für das Thermosprühen, um eine Fluggeschwindigkeit des Materials zu erhöhen und die Fluggeschwindigkeit des Materials zu beschleunigen.

12. Thermosprühgerät gemäß Anspruch 11, das des weiteren folgendes aufweist:
eine leitfähige Spule mit einem Leitvermögen und einer Achse und einer Vielzahl an Schleifen, die im Wesentlichen koaxial in Bezug auf die Achse angeordnet sind; und
wobei das Durchtrittsbildungselement entlang der Achse der leitfähigen Spule angeordnet ist, um das Material für das Thermosprühen zuzuführen.

13. Thermosprühgerät gemäß Anspruch 12, wobei zumindest Abschnitte des Durchtrittsbildungselementes in der leitfähigen Spule zum Erwärmen des Materials für das Thermosprühen mittels Induktionserwärmen angeordnet sind.

14. Thermosprühgerät gemäß Anspruch 11, wobei die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung die Fluggeschwindigkeit des Materials unter Verwendung eines Schwellgasdruckes erhöht, der durch ein Ausdehnen eines Gases oder ein Verdampfen einer Flüssigkeit erhalten wird.

15. Thermosprühgerät gemäß Anspruch 11, wobei die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung ein Lasergerät für ein Ausgeben eines Laserstrahls umfasst und die Fluggeschwindigkeit des Materials erhöht, indem der Laserstrahl auf eine Flüssigkeit aufgegeben wird, um einen Schwellgasdruck zu erzeugen.

16. Thermosprühgerät gemäß Anspruch 11, wobei die Geschwindigkeitserhöhungseinrichtung folgendes aufweist: eine Pistole mit einem Hochdruckraum; einen Gasspeicherabschnitt für ein Speichern von Gas; einen Kompressor, der mit dem Gasspeicherabschnitt verbunden ist, um das von dem Gasspeicherabschnitt zugeführte Gas zu komprimieren; und einen Druckverstärker, der mit dem Kompressor verbunden ist, um den Druck des von dem Kompressor komprimierten Gases zu verstärken, um den verstärkten Druck zu dem Hochdruckraum zuzuführen, um einen hohen Druck in dem Hochdruckraum für ein Erhöhen der Fluggeschwindigkeit des Materials zu erzielen.

17. Thermosprühgerät gemäß Anspruch 11, wobei die Erwärmungseinrichtung durch ein Induktionserwärmungsgerät gebildet ist.

18. Pulverdurchtrittsgerät für ein Zuführen von Pulver mit:
einer leitfähigen Spule mit einem Leitvermögen und einer Achse und einer Vielzahl an Schleifen, die im Wesentlichen koaxial in Bezug auf die Achse angeordnet sind; und
einem Durchtrittsbildungselement, das entlang der Achse der leitfähigen Spule und in der leitfähigen Spule für ein Zuführen von Material für ein Thermosprühen angeordnet ist.