DE3816585A1 - Vorrichtung zum plasmaspritzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung des Plasmaspritzverfahrens unter erschwerten Bedingungen.

Beim atmosphärischen Plasmaspritzen wird ein gasförmiger Schutz­ mantel aufgebaut, der aus einer ringförmigen Düse vor der Front­ seite der Plasmapistole austritt und auf das zu bearbeitende Werkstück gerichtet ist. Der Nachteil besteht jedoch darin, daß das austretende Gas für den Schutzmantel mit der umgebenden Atmo­ sphäre verwirbelt, wodurch es zu Reaktionen mit den schmelz­ flüssigen Pulverpartikeln im Plasmastrahl kommt. Dies ist ins­ besondere bei sauerstoffempfindlichen Materialien der Fall. Die Grenze der zu verwendenden Beschichtungswerkstoffe für das Gas­ mantelspritzverfahren ist durch die Reaktionszeit der Elemente der umgebenden Atmosphäre mit dem schmelzflüssigen Werkstoff gegeben, das heißt durch einen metallographischen Schliff und dessen Unter­ suchung hat das konventionelle atmosphärische Plasmaspritzen insbesondere in bezug auf die Arbeitsplatz- und Umweltverträglich­ keit erhebliche Nachteile. Die hohen Temperaturen bis ca. 20 000°C bewirken eine starke Strahlung, so daß nur mit entsprechendem Körperschutz gearbeitet werden darf. Der Lärmpegel liegt aufgrund der hohen Plasmageschwindigkeit bei ca. 120 dBa, das heißt es muß in einer Schallkabine gearbeitet werden und das Personal steht außerhalb der Kabine oder das Personal muß Ohrenschützer tragen. Darüber hinaus entstehen verfahresnbedingt Spritzpulver­ verluste, die durch eine aufwendige Absaugung nach den Richt­ linien der TA-Luft entsorgt werden müssen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung des Plasmaspritzverfahrens unter erschwerten Bedingungen zu schaffen, insbesondere die Verarbeitung von Werkstoffen zu ermöglichen, die bisher nur im Versuch ver­ arbeitet werden konnten.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß bei der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung um die Austrittsöffnung der Anode, aus der der Plasmastrahl austritt, eine Ringdüse mit definiertem Ring­ spalt angeordnet ist, durch die Wasser mit mindestens 6 bar ge­ drückt wird und der Durchmesser der Ringdüse mindestens das fünffache des Plasmastrahldurchmessers beträgt.

Vorteilhaft beträgt die Temperatur des aus der Ringdüse austreten­ den Wassers, das zweckmäßig einen pH von 7 und eine Gesamthärte von 3° Deutsche Gesamthärte besitzt, etwa 32°C.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß durch den absolut dichten Wassermantel auch bei sehr hohen Pulver­ geschwindigkeiten im Plasmastrahl und unter Verwendung sehr reiner Gase ähnliche Verhältnisse wie in einer Vakuumkammer zum Flamm­ spritzen geschaffen werden können. Durch den dichten Abschluß des Wassermantels entsteht quasi eine Kaverne und die hohen Ge­ schwindigkeiten der Gase führen zu einem Einschnüren des Wasser­ mantels auf der Wasseroberfläche, so daß auch sauerstoffaffine Werkstoffe verarbeitet werden können.

Das Wasser bindet darüber hinaus die Spritzpulverluste und es läßt keine schädliche Strahlung für das Bedienungspersonal nach außen treten und die Schallquelle ist durch den dichten Wassermantel abgedeckt.

In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemäßen Plasmaspritzpistole 11 mit teilweisen Schnitten dargestellt, wobei die Plasmaspritzpistole 11 an der Vorderseite eine Anode 12 trägt, aus deren Austrittsöffnung 13 der Plasma­ strahl 14 austritt und auf das Werkstück 15 auftrifft. Um die Anode 12 ist eine Ringdüse 16 mit einem definierten Ringspalt 17 angeordnet. Die Größe des Ringspalts 17 ist nicht kritisch, sondern muß nur so eingestellt sein, daß aus dem vorderen Ende 18 der Ringdüse 16 ein zusammenhängender Wasserstrahl oder Wassermantel 19 austritt. Zur Erleichterung der Bildung des Wassermantels 19 ist die äußere vom Plasmastrahl abgewandte Seite 20 der Ringdüse 16 länger als die innere Düsenwand 21. Das vordere Ende 18 der Ringdüse 16, welche den Ringdüsenaus­ tritt darstellt, ist zwischen 50 und 100 mm vom Plasmastrahl­ austritt 13 aus der Anode 12 entfernt.

Um einen möglichst gleichmäßigen Wassermantel 19 zu erhalten, ist der Ringspalt 17 am pistolenseitigen Ende der Ringdüse 16 mit vier gleichmäßig über den Umfang der Ringdüse 16 verteilten Einlaßöffnungen 22 verbunden. Es ist jedoch auch möglich mehr oder weniger Einlaßöffnungen 22 vorzusehen, was teilweise auch von dem zur Verfügung stehenden Wasserdruck abhängt.

Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn der Durchmesser des Ringdüsenaustritts 18 mindestens das fünffache des Durch­ messers des Plasmastrahls 14 beträgt und das Wasser eine Tem­ peratur von 32°C sowie eine pH von 7 und 3° Deutsche Gesamthärte besitzt. Diese Werte können aber auch dem Material des Spritz­ pulvers entsprechend verändert werden.

Der Wassermantel unterstützt die optimale Temperatureinstellung der zu beschichtenden Werkstückoberfläche 15, um die spezifischen Bindemechanismen beim Plasmaspritzen weitgehend zu nutzen. Durch den auf das Werkstück 15 auftreffenden Wassermantel wird eine gleichmäßige Wärmeabfuhr rund um den Auftreffpunkt der schmelzflüssigen Pulverpartikel gewährleistet und eine Oxydation der Oberfläche des Werkstücks 15 durch die hohe Temperaturbe­ lastung des Plasmastrahls wird weitgehend vermieden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt auch ohne weiteres eine hohe Werkstücktemperatur bei besonderen Werkstoffen, ohne daß eine Oxydation der Oberfläche eintritt. Die Verhältnisse sind somit dem dem Vakuum-Plasmaspritzen vergleichbar, denn das auf die heiße Werkstückoberfläche auftreffende Wasser verdampft sofort und hat keinen Einfluß auf die aufzubringende Schutz­ schicht. Die hohe Geschwindigkeit des Plasmastrahls und der damit verbundene Einschnüreffekt des Wassermantels an der Auftreff­ stelle der aufgeschmolzenen Pulverpartikel sorgen für einen gleichmäßigen, dichten Schichtauftrag.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Durchführung des Plasmaspritzverfahrens unter erschwerten Bedingungen, bei dem um die Austrittsöffnung (13) der Anode (12), aus der der Plasmastrahl (14) austritt, eine Ringdüse (16) mit definiertem Ringspalt (17) angeordnet ist, durch die Wasser mit mindestens 6 bar gedrückt wird und der Durchmesser des Ringdüsenaustritts (18) mindestens das fünffache des Plasmastrahldurchmessers beträgt, wodurch um den Plasmastrahl (14) ein Wassermantel (19) entsteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Wassermantels (19) etwa 32°C beträgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser des Wassermantels (19) einen pH von 7 und mindestens 3° Deutsche Gesamthärte besitzt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die äußere vom Plasmastrahl (14) abgewandte Seite (20) des Ringdüsenaustritts (18) länger ist als die innere Ringdüsenwand (21).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ringdüsenaustritt (18) zwischen 50 und 100 mm vom Plasmastrahlaustritt (13) aus der Anode (12) entfernt ist.