DE3434110A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines metallgegenstandes - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines metallgegenstandes

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Earl N. Wareham Mass. Stuck
Victor F. New Canaan Conn. Zackay
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Description

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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Metallgegenstandes
Die Erfindung betrifft Verfahren zum schichtweisen Aufbringen, Verfestigen und Gießen von durch den Coanda-Effekt erzeugten Metallteilchen auf ein Substrat oder auf einen Sammler/Halter/ und eine Vorrichtung zum Durchführen dieser Verfahren.
Verbundstrukturen werden oft dadurch hergestellt, daß eine Schicht aus einem speziellen Metallwerkstoff auf ein Substrat aus einem Grundmetall aufgebracht wird, um zu einer einteiligen Struktur zu werden, welche gewünschte Oberflächeneigenschaften besitzt. Eine Hardbeschichtung für Anwendungsfälle mit starkem Verschleiß ist ein typischer Fall, welcher die Aufbringung von speziellen Oberflächen durch eine andere Technik als Galvanisieren erfordert. Die gegenwärtig anwendbaren Techniken sind sehr langsam und teuer.
Zu den Metallbeschichtungsverfahren, die anders als das Galvanisierverfahren sind, gehören thermisches Spritzen (spray coating), chemisches Aufdampfen, Vakuumbeschichten, Sputtern, Ionenbeschichten und die Ionenimplantation. Diese Verfahren sind im Band 5 der 9. Ausgabe des von der American Society for Metals herausgegebenen Metals Handbook beschrieben.
Zur Herstellung von Superlegierungen mit überragenden Eigenschaften und einer großen Feinheit der Mikro-Struktur gibt es eine Vielzahl von verschiedenen Techniken wie z.B. Schmelz-, pulvermetallurgische und Verfestigungstechniken, zu denen das Vakuuminduktionsschmelzen, das Umschmelzen im Vakuum-Lichtbogen, die Pulvermetallurgie, das isostatische Warmpressen, das Strangpressen, ,das Schmieden und das VADER-Verfahren gehören.
Diese Verfahren sind typischerweise teuer und erfordern komplizierte Arbeiten, da durch die strengen Anforderungen, die an diese Superlegierungen gestellt werden, eine extreme Reinheit und die praktisch vollständige Ausschaltung von Einschlüssen erforderlich sind. Viele der extremsten Anwendungsfälle werden als unerreichbar durch bestehende pulvermetallurgische Techniken angesehen. Neuere Entwicklungen, wie das VADER-Verfahren, vermeiden den Pulverherstellungsschritt durch die Verfestigung von halbflüssigen Tröpfchen (über der Solidus-Temperatur, aber unter der Liquidus-Temperatur), welche von zwei sich verbrauchenden Elektroden erzeugt verden. Dieses Verfahren wird als eine aussichtsreiche Verbesserung der Herstellung von Superlegierungen, die für schwierige Anwendungsfälle benötigt werden, angesehen. Dieses Verfahren ist schon an sich mehr energiesparend und in der Lage, einen feinkörnigen superlegierten Werkstoff hervorzubringen, der praktisch frei von Einschlüssen ist.
Das Verfahren ist jedoch langsam, und seine Kosten können seine Verwendung bei fast allen speziellen Anwendungsfällen ausschließen.
Es besteht daher ein Bedürfnis nach einem Beschichtungsverfahren und einer Vorrichtung, das bzw. die Beschichtungen mit besonderen Merkmalen hervorbringt, die schneller und billiger als die heute bekannten herzustellen sind. Ferner besteht ein Bedürfnis nach einem·Verfahren zum Herstellen dieser besonderen Superlegierungen, die OQ frei von Verunreinigungen und Schwächen, die sich aus den bekannten Verfahren ergeben, sind. Es besteht auch ein Bedürfnis nach einem Verfahren, das weniger teuer und schneller als die bekannten Verfahren ist, und auch ein Bedürfnis nach einer Vorrichtung zur Durchführung
oe dieses Verfahrens.
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Erfindungsgemäß ist gefunden worden, daß Metallbeschichtungen erzeugt, aufgebracht und in Metallsubstrate eingegliedert werden können, um Verbundstrukturen zu bilden, wobei der Coanda-Effekt benutzt wird, um diese Beschichtungen herzustellen.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Herstellen eines Metallgegenstandes angegeben, das gekennzeichnet ist durch Bilden einer Strömung eines ersten Fluids entlang
IQ einer Coanda-Oberflache und Anordnen'eines zweiten Fluids neben der Coanda-Oberflache, wobei der Strom des ersten Fluids das zweite Fluid derart beeinflußt, daß es in ei-■ ne Richtung strömt, die das erste Fluid schneidet, durch Bilden einer Strömung eines geschmolzenen Metalles neben
lg der Coanda-Oberflache zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid, Führen des ersten und des zweiten Fluids und des ■geschmolzenen Metalles zu einer Schnittstelle, an welcher sich das erste und das zweite Fluid schneiden und ver-.mischen, um den Schmelzfluß in Metalltröpfchen aufzuteilen, und durch Aufbringen der Metalltröpfchen auf ein Substrat, um einen Metallgegenstand herzustellen.
Die Beschichtung wird bei der Erfindung durch die Aufbringung eines Hochgeschwindigkeitssprühnebels aus geschmolzenem Metall oder aus einer Mischung von Metallen auf ein Substrat gebildet, wodurch eine Anhäufung von Beschichtungsmaterial verursacht wird, das in sich selbst homogen ist und mit dem Substrat zu einem Teil verbunden wird. Sehr hohe Beschichtungsgeschwindigkeiten sind durch
3Q die Verwendung eines Coanda-Effekterzeugers als Vorrichtung zum Aufbringen des Sprühnebels möglich. Das Verfahren kann mit einem geeigneten Schmelzverfahren zur Erzeugung von Metallteilchen, die auf einem Substrat zu verfestigen sind und zu einem einteiligen Gebilde werden,
op- das die gewünschten Oberflächeneigenschaften hat, zusammenwirken. Für das Verfahren wird eine Vorrichtung zur
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-τ ι Erzeugung von geschmolzenen Metalltröpfchen unterschiedlicher Größe verwendet, und es gestattet die Einführung von verschiedenen Gashüllen, um den erzeugten Tröpfchen spezielle Eigenschaften zu geben. Diese Gashülle kann auch als Träger für andere Abwandlungselements in Teilchen-. oder flüssiger Form verwendet werden.
Außerdem können mit der Erfindung Met.allgußteile mit der Erfindung Metallgußteile mit einer sehr feinen Kornstruktür und mit einer viel größeren Geschwindigkeit als beim Stand der Technik erzeugt werden. Die Erfindung kombiniert die Verwendung des Coanda-Effekts., um Metallteilchen herzustellen, die in feste Formen gegossen werden können.
Die Verwendung des Coanda-Effekts zum Herstellen und Gewinnen von einzelnen Metallteilchen durch Abschrecken ist in der US-PS 43 74 789 dargelegt, aber nirgends für die hier angegebenen Zwecke beschrieben oder vorgeschlagen worden.
Der Coanda-Effekt kann als das Bestreben eines oder einer aus einer Düse austretenden Gases bzw. Flüssigkeit sich entlang einer Wandfläche zu bewegen,selbst wenn die Wand sich von der Achse der Düse wegkrümmt, beschrieben werden. Hierbei wird ein Unterdruck erzeugt (ähnlich wie bei der Tragfläche eines Flugzeugs), der bewirkt, daß ein benachbartes Umgebungsfluid mitgerissen wird. Diese Mitreißerscheinung führt zu einer heftigen Turbulenz an der Grenzschicht. Wenn ein drittes Fluid in die Mitreißzone eingeführt wird, wird es zu einem Teil des Systems und wird von den Mitreißkräften stark angegriffen. Wenn dieses eingeführte Fluid ein Schmelzmetallstrom ist, wird der Strom durch die turbulenten Gase in einen Sprühnebel zerlegt, der von der Flügeloberfläche wegtritt.
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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Vorrichtung durch eine Einrichtung zum Erzeugen eines Coanda-Ef fektes, eine Einrichtung zum Schaffen einer Quelle von geschmolzenem Metall/ das in dem Coanda-Effekt mitzureissen ist, und eine Einrichtung zum Aufnehmen der dadurch erzeugten Metalltröpfchen, um einen Metallgegenstand zu bilden, gekennzeichnet ist.
Die Vorrichtung ist einfach und leicht zu benutzen.
Die Hauptelemente der hier verwendeten Coanda-Effektvorrichtung können eine Kammer, in die ein Fluid (Gas) unter Druck eingeführt werden kann, einen Schlitz mit einer geeigneten Größe, um dem Fluid den Austritt mit der gewünschten Geschwindigkeit zu gestatten, und eine Flügeloberfläche neben dem Schlitz, an welcher das Primärfluid haften kann und die oben beschriebene Mitreißerscheinung einleiten kann, aufweisen.
Ein breiter Ausstoßbereich des Verfahrens kann durch die Anwendung der vielen in der Vorrichtung und dem Verfahren nach der Erfindung vorhandenen Variablen erzielt werden.
Die durch die Coanda-Effektvorrichtung erzeugten Teilchen können eine einzelne Phase haben, d.h. sie sind entweder geschmolzen oder fest, oder sie können zwei Phasen haben, die ein breiiges, teilweise verfestigtes Teilchen ergeben.. Diese Teilchen werden auf Substrate aufgebracht oder in Formen eingebracht, um Gießerzeugnisse herzustellen. Wenn gewünscht, können bei der Herstellung von festen Teilchen diese auch durch Verdichten oder Pressen •weitergeformt werden.
Ein Hauptvorteil der Coanda-Vorrichtung ist die ihr eigene Geschwindigkeit und die Leichtigkeit, mit der die
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Vorrichtung maßstäblich vergrößert oder größenmäßig erweitert werden kann. Die Herstellungsgeschwindigkeit dieser Teilchen ist sehr hoch, so daß die vorbekannten Verfahren des Umschmelzens im Vakuum-Lichtbogen, der Pulvermetallurgie und das VADER-Verfahren sowohl in der Geschwindigkeit als auch in der Wirtschaftlichkeit der Herstellung zurückgelassen werden. Dieses Ergebnis eliminiert außerdem viele der nachfolgenden Behandlungen des Gießerzeugnisses/ außer wenn feste Teilchen hergestellt werden. Die zum Gießen hergestellten Teilchen können abhängig, von der Form des Gießerzeugnisses mit verschiedenen Vorrichtungen gemacht werden.
Außerdem können die hergestellten Teilchen infolge der Einzigartigkeit der Vorrichtung verschiedene Qualitäten und Merkmale haben, die ihnen während der Herstellung gegeben werden, was zu unzähligen Erzeugnissen führt.
Außerdem beinhaltet die Erfindung eine Vorrichtung zum Erzeugen einer großen Menge von geschmolzenen Metalltröpfchen entweder in einer einzelnen Phase (geschmolzen) oder vorzugsweise' in zwei Pha.sen (breiig) aus einem flüssigen .Strom mit geeigneter Geometrie, und zum an- ■ schließenden Verfestigen derselben in einer Vielzahl von Formen, um eine feste Masse mit äußerster Feinheit der MikroStruktur und mit der geringsten Verunreinigung durch nichtmetallische Teilchen zu erhalten. Dieses Verfahren beruht auf der Anwendung des Coanda-Effekts, um die Schmelzmetalltröpfchen zu erzeugen. Natürlich kann die Form des gegossenen Metallgegenstandes durch eine geeignete Plazierung, Geometrie und Form der Erzeugungsvorrichtung und der zugeordneten Sammeloberflächen geändert werden. Knüppel oder Blöcke können auch mit einer Vorrichtung hergestellt werden, die einen Sammler, der sich von der Coanda-Erzeugungsvorrichtung wegbewegt, auf- . weist.
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-ιοί Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die Herstellung einer Platte oder eines Bandes aus Gußmaterial durch einen geradlinigen Coanda-Erzeuger, dem eine sich quer dazu bewegende Oberfläche zugeordnet ist. Diese Anordnung kann bei Werkstoffbeschichtungsverfahren verwendet· werden, zu denen das Beschichten von Legierungen mit Hartmetall gehören würde.
Eine andere Vorrichtung kann dazu verwendet werden, ein längliches Rohr durch Besprühen zu beschichten, das während des Beschichtungsverfahrens sowohl vorgerückt als auch gedreht wird. Es können wieder ein geradliniger Coanda-Erzeuger oder kreisförmige Typen oder andere verschiedene Formen verwendet werden. In manchen Fällen kann das Rohr vorgewärmt·werden, so daß die aufgebrachten Metallteilchen sich mit ihm verbinden. Diese Fälle können für Rollen oder Walzen mit einer Hartmetallauflage verwendet werden. Korrosionsschutzbeschichtungen für Rohre und andere Bauteile können zur Verwendung in der chemischen Verarbeitungsindustrie ebenfalls durch das Verfahren und die Vorrichtung aufgebracht werden.
Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung ist auch die Erzeugung, Aufbringung und Eingliederung einer Beschichtung aus gewünschten Metallteilchen mit einem Metallsubstrat, um einen Verbund am Übergang zu schaffen. Bei . solchen Strukturen wird die Beschichtung durch den Niederschlag eines Sprühnebels aus geschmolzenem Metall auf ein Substrat gebildet, wodurch eine Anhäufung des Be-Schichtungsmaterials bewirkt wird, das· in sich selbst homogen und mit dem Substrat einteilig, verbunden ist. Mit einer solchen Vorrichtung und mit solchen Verfahren sind sehr hohe Beschichtungsgeschwindigkeiten möglich.
Eine andere Ausführungsform schafft eine Reihe von Coanda-Erzeugungsvorrichtungen in der Kombination für die
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gewünschte Beschichtung und/oder Aufbringung auf der Sammleroberfläche. Vorrichtungen in verschiedenen Formen können durch Sprühen in verschiedene Richtungen einen Block aufbauen.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen
Fig.' 1 eine perspektivische Darstellung, einer Ausführungsform einer Coanda-Effektvor-
richtung, die bei der Erfindung verwendet wird,
Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 !5 von Fig. 1,
Fig. 3A und 3B schematische Darstellungen von Vorrichtungsformen, die bei der Erfindung verwendet werden, wobei Fig. 3A einen Rückziehhalter/Samml.er und Fig. 3B einen sich
geradlinig bewegenden Halter/Sammler zeigt und
Fig. 4, 5 und 6 verschiedene Sammler/Halter-Formen, die · erfindungsgemäß verwendbar sind.
In Fig. 1 ist eine Coanda-Vorrichtung 10 gezeigt, die aus einer Kammer 12 besteht, die von einem Gehäuse 22 umgeben wird, bei welchem eine Seite eine gekrümmte Oberfläche
3Q hat, die eine Coanda-Oberflache bildet. Die Krümmung kann entsprechend den Erfordernissen von einzelnen Anwendungsfällen gewählt sein. Das Gehäuse weist eine Öffnung 40 auf, durch welche das Pr'imärfiuid unter dem erforderlichen Druck eingeführt wird, um die geeignete
gg Strömungsgeschwindigkeit durch den Schlitz 50 zu erzielen, um das Anhaften des Primärfluids an der gekrümmten Oberfläche zu bewirken.
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Ein Umgebungs- oder zweites Fluid, das.in einer äußeren Kammer 60 enthalten sein kann, wird von dem Primärfluid mitgerissen, was zu einer heftigen Turbulenz an der Grenzschicht führt.
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Ein drittes Fluid M, das in· die Mitreißzone P, die in Fig. 2 gezeigt ist, eingeführt wird, wird zu einem Teil des Systems und wird von den Mitreißkräften heftig angegriffen. Wenn dieses dritte Fluid ein Strom aus einem geschmolzenen Metall ist, wird es in einen Sprühnebel zerteilt, der von der Flügelfläche 30 wegtritt. Dieser Metallstrom M kann in die Mitreißzone.P durch Löcher, Schlitze oder andere Öffnungsformen 70 eingeführt werden, die den Strom aus einem Zwischenbehälter oder Tundish 80 gestatten, der den Metallvorrat enthält.
Der Tundish 80 kann entsprechend der Anwendung (Aufbringungsform) geformt sein und kann so konstruiert sein, um das geschmolzene Material in einer geraden Linie, einem Kreis oder in irgendeiner anderen Form, welche die Anwendung erfordert, auszugeben. Je feiner der Metallstrom, desto feiner und zusammenhängender ist der sich • ergebende Tröpfchensprühnebel. Daher kann.das geschmolzene Metall beispielsweise durch Löcher mit verschiedenen Durchmessern und Schlitze ausgegeben werden.
Wie der Tundish 80 kann auch die Coanda-Vorrichtung 10 in einer großen Anzahl von verschiedenen Formen ausgebildet sein. Sie kann in einer geraden Linie, kreisförmig, quadratisch, unregelmäßig, spiralförmig oder in irgendeiner anderen Form ausgebildet sein, welche der Anwendung genügt.
Die gekrümmte Oberfläche 30 der Vorrichtung 10 kann ein Teil der Vorrichtungskammer 12 oder, falls erforderlich, von der Kammer getrennt sein, um eine zusätzliche Flexi-
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bilität bei der Änderung der Sprühnebelrichtung zu gestatten. Durch das Verstellen der Flügelhaltung kann die Richtung des Sprühnebels geändert werden, um eine andere Aufbringung und andere Richtungen als gerade nach unten zu erzielen.
Die Größe des Schlitzes 50 kann für eine gewünschte Wirkung auf das Mitreißen oder die Geschwindigkeit und das Volumen des austretenden Primärfluids für bestimmte Bedingungen eingestellt werden. Die Anordnung des Schlitzes 50 bezüglich der gekrümmten Oberfläche 30 ergibt eine weitere Variable, die verwendet werden kann,, um die für eine bestimmte Anwendung erforderlichen Geschwindigkeitsund Mitreißmerkmale des Primärfluids zu erfüllen. Der Fachmann weiß, wie die Variablen entsprechend der besonderen Anforderungen einzustellen sind.
Das Primärfluid, das gewöhnlich ein Gas .ist/ kann in die Kammer 12 mit verschiedenen Drücken eingeführt werden, die eine für besondere Anwendungsfälle erforderliche Primärf luidströmung ergeben. . ·
Die Temperatur des Primärfluids kann je nach Bedarf eingestellt werden, um die Kühlwirkung auf das Verfahren zu verzögern oder zu beschleunigen. Ebenso kann die Temperatur des Metallvorrats eingestellt werden, um die zum Abkühlen der Teilchen oder Tröpfchen erforderliche Zeit zu verlängern oder zu verkürzen.
Wie oben angegeben, können mit den Coanda-Vorrichtungen nach der Erfindung nicht nur hohe Aufbringungsmengen erzielt werden, die weit über denen von herkömmlichen thermischen Sprühverfahren liegen, sondern sie haben auch die einzigartige Fähigkeit, daß mit ihnen Elemente und chemisehe Verbindungen entweder des Keramik- oder Metall-Typs hinzugefügt werden können, wobei diese Zusätze gänzlich
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Diese inaktiven oder chemisch aktiven Teilchen können der Legierung im Augenblick der Verfestigung zugesetzt werden.. In manchen Fällen. z.B. kann es wünschenswert sein, den sich verfestigenden Tröpfchen kleine Mengen von einem chemisch aktiven Gas einzuimpfen. Dieses Merkmal könnte besonders interessant für die Herstellung von neuen kriechfesten Aluminiumlegierungen, die thermisch stabile Oxiddispersoide enthalten, sein. Außerdem können große Volumenanteile von Carbiden, Boriden oder Siliciden in Schnellarbeitsstähle für eine zusätzliche Verschleißfestigkeit und für eine verbesserte Schneidleistung eingebaut werden. Es ist möglich, diese Oxide, Carbide, Boride oder Silicide sowohl Eisen- als auch Nichteisenmetallen wie z.B. Aluminium, Titan, Zirkonium und Legierungen auf Eisen- und Nickel-Basis, zuzusetzen.
Die Flexibilität des Coanda-Aufbringungsverfahrens eröffnet eine große Anzahl von verschiedenen Möglichkeiten der Legierungsbildung und Verfestigung. Beispielsweise können,wie zuvor erwähnt, inaktive oder chemisch aktive Teilchen von dem aus dem Schlitz austretenden Gasstrom, mitgerissen oder ihm zugesetzt werden und anschließend in die flüssigen Tröpfchen ohne übermäßige Seigerung oder Klumpenbildung eingebaut werden. Große Volumenanteile von Hartcarbiden, Boriden oder Siliciden können hochlegierten Stählen hinzugefügt werden, um die Verschleiß- und Abriebfestigkeit der Auflageplatten für Bergbau und Erdbewegungsmaschinen zu erhöhen.
Die dem System eigene Geschwindigkeit gestattet es, die erforderliche hohe Tröpfchenaufschlaggeschwindigkeit und die Zerteilung in äußerst feine Tröpfchen zu erzielen. Eine Kombination mit anderen Technologien, wie dem Plasmalichtbogen kann eingesetzt werden, um das Verfahren
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zu verbessern.
Die Vorrichtung und das Verfahren sowohl zum Gießen als auch zum Beschichten gemäß der;Erfindung können fünf Grundbauteile, wie in Fig. 3A und 3B zu sehen ist, aufweisen: eine Kammer 200, ein Ofen 300, ein Zwischenbehälter oder Tundish 400, eine Coanda-Erzeugungsvorrichtung 500 und einen Sammler 600. Eine Kammer'200 ist für beide Ausführungsformen erforderlich. Die tatsächliche körperliche Anordnung der jeweiligen Kammern 200 unterscheidet sich wßgen den Unterschieden in der Bewegung des Sammlers 600. Die bevorzugte Form der Kammer 200 hängt natürlich von der speziellen Anwendung und den Gebrauch der beschriebenen Verfahren ab und kann sich von einer Einzelzweckkammer, die für eine spezielle Art des Gießens oder der Blockanhäufung konstruiert und gebaut ist, bis zu einer Allzweckkammer ändern, die in der Lage ist, für eine Vielzahl, von verschiedenen Anwendungsfällen eingesetzt zu werden. Es sind jedoch bestimmte Grunderfordernisse für jede Kammer erforderlich. Die Kammern 200 müssen das Gesamtverfahren enthalten und ausführen können und sollten in der Lage sein,;eine genaue Gashüllenkontrolle und-steuerung zu gestatten, und müssen so bemessen und geformt sein, um die verschiedenen Formen, die zu gießen und/oder zu beschichten sind, unterzubringen.
Das Heizelement-300 hängt von dem eingesetzten Metall, den verwendeten Gasarten, den erforderlichen Temperatüren und davon, welche Gashüllensteuerung vorgenommen werden muß,u.dgl. ab. Eine Anzahl von bekannten Metallschmelztechniken kann verwendet werden, und Öfen dazu, wie sie bereits in der Metallurgie bekannt sind, können der Ofenstruktur nach der Erfindung zufriedenstellend angepaßt werden.
O ^r O ^ ί ι U
Fig. 4 zeigt eine Sammler/Halter-Anordnung, wobei ein längliches Rohr 601 mit einer geeigneten Coanda-Erzeugungsvorrichtung sprühbeschichtet wird. Das Rohr kann durch nicht gezeigte Mittel gedreht und in einer seitlichen Richtung bezüglich der Coanda-Vorrichtung wie durch die Pfeile in der Zeichnung angedeutet, bewegt werden.
Fig. 5 zeigt einen anderen Typ des Sammler/Halters mit einer ebenen, geradlinig sich bewegenden Oberfläche oder Substrat 610, die bzw. das in der Richtung des Pfeiles durch nicht gezeigte Mittel bewegt wird. Eine Beschichtung oder ein Guß 611 wird durch eine geeignete Coanda-Vorrichtung. darauf aufgebracht.
Fig. 6 zeigt schematisch einen Rückziehhalter/Sammler zum Aufbringen von Gießblöcken oder -knüppeln mittels . einer Coanda-Vorrichtung. In diesem Fall ist die Coanda-Vorrichtung kreisförmig. Gegenstände können in besondere Formen durch Bereitstellen der geeigneten Gießform,in der die Sprühteilchen aufgebracht werden, gegossen werden.
Wie durch die oben beschriebenen Ausführungsformen ersichtlich ist, ist die Anzahl der möglichen Kombinationen und Variationen der Sammler/Halter ziemlich groß, und die oben beschriebenen Ausführungsformen sind nicht einschränkend, sondern nur als erläuternde Beispiele von solchen., die mit der Erfindung verwendet werden können, anzusehen.
Das Primär- und Sekundärfluid sind gewöhnlich Gase. Wie oben angegeben, können verschiedene Mischungen von Gasen verwendet werden, um bestimmte gewünschte Effekte zu erzielen, und natürlich können zusätzliche Flüssigkeiten, Gase oder sogar Feststoffe diesen Gasen zum Ändern ihrer Zusammensetzung hinzugefügt werden.
Die hier beschriebene Erfindung ist zum Herstellen von Teilchen aus verschiedenen Metallen wie Blei, Zinn, Gußeisen und nichtrostender Stahl (Reihe 300) verwendet worden. Sie ist verwendet worden, um ein Substrat aus nichtrostendem Stahl mit Gußeisen zu beschichten, um einen vollständig nahtlosen Übergang zu erzielen. Zinnpulver ist mit einem so kleinen Bereich wie einige Mikron und zur Verdichtung geeignet hergestellt worden. Auch ist Pulver aus nichtrostendem Stahl, das ebenfalls zur Verdichtung geeignet ist, hergestellt worden.
Einige typische Beispiele, welche die Verwendung der Erfindung zeigen, sind unten dargelegt. Diese Beispiele dienen nur zur Erläuterung und sind nicht so auszulegen, daß sie die Grenzen und Schranken der Erfindung darlegen.
BEISPIEL I
HERSTELLUNG VON ZINNPULVER
Flügel: Schlitz:
Schlitzöffnung: Material: Temperatur von Sn: Primärfluid: Kammerdruck: Sekundärfluid: Schmelzstromöffnung: Tropfenentfernung von öffnung bis zu Schlitz;
0° Stellung
um 30° von 0 an gekrümmter Flügeloberfläche gedreht 0,031 cm
Sn :
345°C
N2 (bei Raumtemperatur)
34 5 kPa
N2 (bei Raumtemperatur)
0,32 cm Innendurchmesser
0,95 cm
-18-
BEISPIEL II
GUSSEISEN AUF NICHTROSTENDEM STAHL
3434
Flügel: ' ' Schlitz:· Schlitzöffnung: Material:
Temperatur des Eisens: Primär-und Sekundärfluid: Kammerdruck: Schmelzstromöffnung: Tropfenentfernung von Öffnung zu Schlitz:· Tropfenentfernung (Flügel zu Substrat): Gußbeschichtung:
20° Stellung
30° von O-Achse an Flügel 0,020 cm
Gußeisenbeschichtung/nichtrostendes Stahlsubstrat 145O0C
N2 (bei Raumtemperatur)
345 kPa, 330C
0,32 cm Innendurchmesser
5,1 cm
ungefähr 30 cm 0,32 bis 0,64 cm
Zusammenfassend'ist festzustellen, daß diese Erfindung ein neues Verfahren zum Aufbringen von durch den Coanda-Effekt erzeugten Metalltröpfchen auf ein Substrat zum Herstellen eines Metallgegenstandes schafft. Abwandlungen sind innerhalb des Umfangs der Erfindung möglich.
■ή-
- Leerseite -

Claims (11)

Opl.-Chem. Dr. Stehen ANDRAE Dipl.-Phys. Dieter FLACH Dlpl.-mg. Dietmar HAUG , , „ Dlpl.-Cnem. Dr. Richard KNEISSL '-7.060/1984 PATENTANWÄLTE ^ Stelretr. 44. D-8000 München 80 Anm: Teledyne Industries, Inc. Los Angeles, V. St.A. Az: 252/DH/sc Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Metallgegenstandes Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines Metallgegenstandes, gekennzeichnet. durch Bilden einer Strömung eines ersten Fluids entlang einer Coanda-Oberflache und Anordnen eines zweiten Fluids neben der Coanda-Oberflache, wobei der Strom des ersten Fluids das zweite Fluid so beeinflußt, daß es in eine Richtung strömt, die das erste Fluid schneidet, durch Bilden einer Strömung eines geschmolzenen Metalles neben der Coanda-Oberflache zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid, durch .Führen des ersten und des zweiten Fluids und des geschmolzenen Metalles zu einer Schnittstelle, an welcher sich das erste und das zweite Fluid1schneiden und vermischen, um den Schmelzstrom in Metalltröpfchen aufzuteilen, und durch Aufbringen der Metalltröpfchen auf ein Substrat·, um einen Metallgegen-
stand herzustellen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalltröpfchen auf das Substrat aufgebracht
B werden, um einen beschichteten Gegenstand herzustellen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalltröpfchen auf einen das Substrat darstellenden Sammler aufgebracht werden, um eine Gußform herzustellen.·
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tröpfchen in einem flüssigen Zustand,· teilweise verfestigt oder in einem festen Zustand sind, wenn sie auf das Substrat aufgebracht sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Fluid inaktiv oder chemisch reaktionsfähig ist und Teilchenmaterial enthalten kann, und daß das zweite Fluid inaktiv oder chemisch reaktionsfähig ist und Teilchenmaterial enthalten kann.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche -1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Metall ein
■ einzelnes Metall, eine Legierung oder eine Mischung aus Metallen ist und feste Teilchen enthalten kann.
7. Vorrichtung zum Herstellen eines Metallgegengo Standes, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (50,500)
zum Erzeugen eines Coanda-Effektes, eine Einrichtung (M 4 00) zum Schaffen einer Quelle von geschmolzenem Metall, das in dem Coanda-Effekt mitzureißen ist, und eine Einrichtung (600,601,610,620) zum Aufnehmen von gg dadurch gebildeten Metalltröpfchen zum Bilden eines Metallgegenstandes.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Gehäuseeinrichtung (200) zum Abtrennen und Steuern der Bildung des Metallgegenstandes.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (10) für den Coanda-Effekt ein Gehäuse (12) aufweist, das auf seiner einen Seite die Coanda-Oberflache (30) und einen Fluidaustritt (50) hat, der an dem Gehäuse neben -der Coanda-Oberflache (30) gebildet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche .7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeeinrichtung ein Substrat oder einen Sammler (600, 601, 610) aufweist, das bzw. der quer zu dem oder in derselben Richtung wie der Metallteilchenstrom, aber im wesentlichen weg von diesem beweglich ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die den Coanda-Effekt erzeugende Einrichtung (30, 500) relativ zu der Aufnahmeeinrichtung (600, 601, 610, 620) beweglich ist.
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