JP2000507648A - 溶射システム - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
溶射システム(10)は燃焼ユニット(12)を備えており、これは外部の燃料および酸化剤ソースから可燃性流体の流れを供給するための少なくとも一つの供給口に接続されている。燃焼ユニットは、透過性バーナー部(30)を備え、可燃性流体を受け入れて高エネルギーガス流を発生させるように構成されている。この溶射システムは、また排出ノズル(50)を備え、高エネルギーガス流を基体(80)に向かわしめるように構成されており、また、溶射材料供給ユニット(52)を備え、溶射材料を高エネルギーのガス流中に供給し高エネルギーの粒子流を発生させるように構成されている。溶射材料供給ユニットは、射出管または電気アークユニットである。可燃性流体を燃焼する燃焼ユニットの代わりに、本溶射システムはプラズマ源のような高圧の予熱ガス源または電気的熱交換源を備えることができる。
Description
【発明の詳細な説明】
溶射システム
発明の背景
本発明は、高晶質の溶射コーテングを形成するための溶射システム(thermalsp
ray system)に関する。
従来から、種々の溶射方法が金属その他の表面をコートするのに使用されてお
り、例えば、火炎溶射(flame spraying)(この中には、高速度酸素炎(H.V.O.F.)
溶射装置、高速空気炎(H.V.A.F.)溶射装置が含まれる)、プラズマ溶射、および
、電気アーク溶射が使用されている。火炎溶射装置は、典型的には、金属、セラ
ミックス又はサーメット型材料を基体上に溶射堆積(deposit)する。この火炎溶
射装置は燃焼室を有し、これが燃料(プロピレンやプロパン等)および酸化剤(酸
素や空気)との混合ガスを加圧ガスとして受入れ、燃焼反応で高温、高圧の燃焼
流を発生させる。この装置は、燃焼室からの燃焼流を流体ノズルに導く。溶射材
料(spray material)、例えば、粒子、固体の棒またはワイヤー等は、高速の燃焼
流中に導入され、部分的に溶融する。この燃焼流はまた、溶融ないし軟化した溶
射材料を微粒子化(atomize)し、対象とする基体へ推進させる。設計上、異なっ
た装置により、粒子流を超音速または極超音速(例えば音速の数倍)に加速するこ
とが可能である。このような超音速の粒子流は、一段燃焼装置、二段燃焼装置も
しくは定常的な連続デトネーションを生じさせる装置により発生させられる。
プラズマ溶射装置は、高速かつ高温の気体プラズマを発生・放出し、該プラズ
マは粒子化または微粒子化した溶射材料を基体上に輸送する。この装置は、気体
プラズマを形成するのだが、これは、溶射ガンノズル中の電気アークを通過させ
てガスを流し、該ガスをイオン化してプラズマ流とすることにより形成する。溶
射材料は、所望により予熱され、該プラズマ流中に導入される。粒子−プラズマ
流は、最大極超音速にまで加速されて、基体に向かわしめられる。プラズマ溶射
は、良好な晶質のコーテングが可能であるが溶射装置は複雑かつ高価である。
アーク溶射装置は、二つの消耗性のワイヤー電極(ワイヤーとしては固体また
は複合ワイヤーでもよい。)の間で電気アークを発生させる。電極が溶融するに
つれて、該装置は連続的にアークの領域中に電極ワイヤーを供給し、かつ圧縮ガ
スをこの領域に吹き付けて、溶融した溶射材料を破壊し微粒子化する。圧縮ガス
は、微粒子化溶射材料を基体に向けて推進せしめ、コーティングを形成する。こ
の代わりに、アーク溶射装置は非消耗性の電極を使用することも可能であり、加
熱ガス中に粒子を導入してもよい。
発明の要旨
一般的に、本発明は、セラミックス、炭化物、金属またはセラミック型材料、
複合材料、合金、ステンレススチールおよび他の材料の溶射堆積コーテング
(spray deposition coating)の幾つかの新規なシステムであることを特徴とする
。この溶射堆積システム(deposition system)は、溶射堆積過程の間、溶射され
る粒子の粒径、温度、速度および組成を制御し最適化するように構成されている
。このシステムは、選択された組成および特性、例えば、高結合力、低空隙率(l
ow porosity)、高耐熱性、耐高温酸化性、高耐熱衝撃性、高耐腐食性、高耐透過
性(permeation)、目的に合致した電気的および磁気的特性を有する高品質で高度
技術のコーティング膜を形成するものである。このコーティングは航空、石油化
学、電気設備またはパルプおよび製紙産業等種々の産業分野で使用される。
一般的に、本発明の特徴の一つとして、ロボット、”知能化システム”(”sma
rt system”)、手動ガン等の如き形態の、高効率の溶射システムとして基体上に
コーティングを形成するよう構成される。本発明の溶射システムは、少なくとも
一つの外部ソースから供給される燃料と酸化剤から形成される加圧された可燃性
媒体を受け入れる燃焼ユニットを有する。この燃焼ユニットは、複数のオリフィ
スを有するバーナーを備えており、可燃性媒体を燃焼領域に輸送するように構成
されている。一方、この燃焼ユニットは、多孔性のセラミックブロックのごとき
低熱伝導性4の材料で形成された透過性バーナー部(permeable burner block)を
備えている。この燃焼工程では高エネルギーのガス流を発生させる。本溶射シス
テムは溶射材料供給ユニット(material delivery unit)を有し、該ユニットは、
選択された溶射材料を高エネルギーのガス流中に供給し、高エネルギーの粒子流
を発生させ、これを基体に向かわせるように構成されている。
溶射される材料に応じて、この溶射システムは粒子流の温度および速度を制御
する。溶融した状態でその化学的性質(chemistry)が変化するような粒子材料、
例えば流れにより推進されている間に分解・酸化されるようなものを溶射する場
合、本システムは溶射堆積に先立ち、粒子を部分的に溶融するか軟化させるだけ
とする。本システムは、主として所望の温度で燃焼する燃料および酸化剤を選択
することにより、主燃焼流の温度を制御する。さらに、本システムは、排出ノズ
ルを適当な長さとし、かつ、第二のガス流を適用することにより、エネルギー流
中の粒子の滞留時間を制御する。この目的のため、本システムは、幾つかの交換
可能な、異なった形態(geometries)の排出ノズル(exhaust nozzle)を備える。第
一および第二の流れの速度は、供給ガスの圧力および燃焼ユニットとノズルとの
相対的位置関係(relative geometry)により制御される。高速度においては、低
温かつ短い滞留時間が使用されよう。溶射材料供給ユニットは、固体状または粒
子状材料を高エネルギーの燃焼流中へ射出(inject)する。機械的な粒子供給手段
またはニューマチックな粒子供給手段が、制御された量の粒子を、選択された圧
力および温度を有するキャリヤガス中に射出することにより、溶射速度を制御す
る。粒子径は、原材料に依存する。溶射粒子の温度および圧力を調節して、軟化
粒子が基体に衝突する際、あまり跳ね飛んだりしないで、基体表面部を連続的に
覆って広がるようにする。
本発明の新規な燃焼ユニットは、効率的な燃焼過程のために最適化される。混
合装置は、予め混合された可燃性媒体をバーナーに供給し、該バーナーは、該媒
体をバーナーの燃焼領域へ進む間に予熱する。該バーナーは、オリフィスまたは
多孔性の開口部(porous opening)を備えており、選択された量の可燃性媒体を選
択された温度で燃焼し、選択された量の燃焼生成物を生ずるように設計されてい
る。該オリフィスや多孔性の開口部は、燃焼領域を、可燃性媒体の所望の圧力範
囲に限るように設計される。該バーナーは、効率的に可燃性流体を燃焼し、燃料
のグレードや純度に比較的依存しない燃焼生成物を生ずる。本燃焼過程において
は、燃焼爆音は比較的小さい。
一般的に、本発明の他の側面においては、基体を溶射材料でコーティングする
ための溶射システムは、少なくとも一つの開口部に接続されている燃焼ユニット
を備え、該開口部は燃料や酸化剤の外部ソースから、可燃性流体を供給するよう
に構成されている。燃焼ユニットは、透過性バーナー部を有し、これは可燃性流
体を受入れて高エネルギーのガス流を発生させる。本溶射システムは、ガス流を
受入れこれを基体へ向かわしめるように構成されている排出ノズルと、並びに、
選択された溶射材料を高エネルギーのガス流中に供給し高エネルギーの粒子流を
発生させるように構成された溶射材料供給ユニットとを備える。
発明のこの側面からの実施の形態は、以下の一つまたはそれ以上の特徴を備え
ていてもよい。該透過性バーナー部は、複数のオリフィスを備え、これが燃焼流
体を燃焼ユニットの燃焼領域に輸送するように構成されている。該透過性バーナ
ー部はセラミックス材料で形成されている。
溶射材料供給ユニットは、射出管(injecter)を備え、これは制御された量の選
択された溶射材料を、高エネルギー流中に射出する。該射出管は、該ノズルに接
続され、制御された量の粒子を、該ノズルを流れる該高エネルギー流中に射出す
るように構成されている。該射出管は、該ノズルに選択された角度で接続され、
制御された量の粒子を、該ノズルを流れる該高エネルギー流中に射出し、粒子の
滞留時間を制御するように構成されていてもよい。溶射材料供給ユニットは幾つ
かの射出管を備え、各々の射出管は、制御された量の選択された溶射材料を該高
エネルギー流中に射出するように構成されていてもよい。
溶射材料供給ユニットは、該射出管に接続されているキャリヤガス源と、分配
器(dispenser)をさらに備えており、これは選択された溶射材料の制御された量
の粒子をキャリヤガス中に導入し、粒子−ガス媒体を発生させる。該射出管は、
さらに、該粒子−ガス媒体を、高エネルギーのガス流中に射出するように構成さ
れていてもよい。該キャリヤガス源は、該キャリヤガスを選択された温度に予熱
するように構成されているプラズマアークトーチでもよい。該射出管は、燃焼ユ
ニットの開口部中に配設されていてもよく、粒子−ガス媒体を、高エネルギーの
ガス流中に軸方向に導入するように構成されていてもよい。
本溶射材料供給ユニットは、キャリヤガスを、選択された温度に予熱するよう
に構成されたヒーターをさらに備えている。溶射材料供給ユニットは、キャリヤ
ガスの圧力を制御するように構成・配置された圧カバルブをさらに備えている。
本溶射装置は、燃焼ユニットまたはノズルを少なくとも部分的に囲む熱交換用
導管(heat exchange conduit)を備えることができる。該熱交換用導管は、ガス
−粒子媒体を高エネルギー流中に射出するに先だち、キャリヤガスを輸送するよ
うに構成されている。
溶射材料供給ユニットは、供給機構(feeding machanism)を備え、これは、選
択された長尺部材(elongated member)の形態の溶射材料を徐々に高エネルギー
ガス流中に導入するように構成されている。長尺部材は、例えば、テープ、コー
ド、ワイヤ、または棒であり、選択された粒子からなるコアを含んでいてもよい
。
本溶射システムは、燃焼ユニット中の開口部を通して長尺部材を軸方向に導入
する供給機構を備えていてもよい。該溶射システムは、燃焼流体の圧力を制御す
るように構成された圧力制御手段をさらに備えている。該溶射システムは、混合
領域に接続している燃料供給口(fuel port)および酸化剤供給口を備えていても
よい。該燃料供給口および酸化剤供給口は、外部の燃料および酸化剤源にそれぞ
れ接続されている。該燃料供給口は、燃料圧力を制御するように構成されている
燃料圧力制御手段に接続され、該酸化剤供給口は、酸化剤圧力を制御するように
構成されている酸化剤圧力制御手段に接続されている。
本溶射システムは、さらに高圧ガスユニットを有していてもよい。該高圧ガス
ユニットは、高圧ガスを供給するように構成された外部のガス源と熱交換用導管
を有し、これは、燃焼ユニットかノズルを、少なくとも部分的に囲むものであり
、該外部ガス源から高圧ガスを受入れ、これを輸送して該燃焼ユニットかノズル
の外部表面を冷却するように構成されている。該高圧ガスは、該ノズルの先端部
に配設された環状の開口部を有し、これは、高エネルギーの粒子流を囲む環状の
ガス流を、軸方向に放出するように構成・配置されている。該ガス源は、環状の
開口部の口径に応じて選択されるガス圧を与えることにより、該環状のガス流が
高エネルギーの粒子流の速度と略同一の速度となるようにする。該ガス源は、不
活性ガスまたは窒素を供給しうる。
本溶射システムは、排出ノズルの周囲に環状の形状(annular geometry)の第二
の燃焼ユニットを備えていてもよい。該第二の燃焼ユニットは、環状の断面積
を有する第二の高エネルギー流を発生させるように構成されている。本システム
は、第二の排出ノズルを備えており、これは該第二の高エネルギーの環状流を受
入れ、高エネルギーの粒子流を囲む第二の高エネルギーの環状流を、軸方向に放
出するように構成・配置されている。該第二の燃焼ユニットは、第二の透過性バ
ーナーを有することができる。該第二の燃焼ユニットは、燃焼室を有することが
できる。該第二のノズルは、セラミック材料で形成されていてよい。
本溶射システムは、軸方向の開口部と該開口部中に部分的に配設されているプ
ラズマトーチとを有する燃焼ユニットを備えることができる。該プラズマトーチ
は、溶射材料を、少なくとも部分的に溶融した粒子の形状で、高エネルギーのガ
ス流中に軸方向に供給するように構成されている。
本溶射システムは、軸方向の開口部を有する燃焼ユニットと、該開口部中に部
分的に配設された溶射材料供給ユニツト、および、該開口部中を延伸する消耗性
電極を持つ電気アークユニットを備えることができる。
本溶射システムは、溶射材料供給ユニットと駆動装置を備えることができ、該
溶射材料供給ユニットは、該燃焼ユニットの開口部中を延伸する二つの消耗性電
極を有し、該駆動装置は、該二つの電極を交差路に沿って連続的に動かすように
構成されている。この溶射材料供給ユニットはまた、電気アーク源を有し、これ
は電弧(アーク)を電極先端部間に維持するように構成されている。該先端部は、
ノズル外またはノズル内部に配設してよい。電気アークは、該ノズルの軸方向に
配置され、該先端部を少なくとも部分的に溶融するように構成されている。排出
ノズルは、さらにガス流を電気アークに導き、高エネルギーの粒子流を発生させ
て基体に向かわしめるように構成されている。
本溶射システムは外部電気アークユニットを備えていてもよい。該外部アーク
ユニットは、選択された溶射材料の二つの消耗性電極と、該電極先端間に電気ア
ークを維持するように構成された電力供給源とを備える。電気アークは、少なく
ても先端部を溶融するように配置される。該外部アークユニットは、また駆動装
置を備え、これは、高エネルギーのガス−粒子流により溶射材料が先端から除去
される速度で、該消耗性電極を供給するように構成されている。
一般的に、本発明の他の側面において、研磨性材料を基体に供給するための溶
射システムは、燃焼ユニットを備えており、これは、外部の燃料源および酸化剤
源からの可燃性流体を供給するように構成された、少なくとも一つの開口部に接
続されている。該燃焼ユニットは、可燃性流体を受入れて高エネルギーのガス流
を発生させるように構成されている透過性バーナー部を備える。本溶射システム
は、また、排出ノズルと溶射材料供給ユニットを備えており、該排出ノズルはガ
ス流を受入れこのガス流を基体に向かって導くように構成されており、該溶射材
料供給ユニットは研磨性材料の粒子を高エネルギーガス流中に供給し高エネルギ
ーの研磨性粒子流を発生させるように構成されている。
かかる観点からの本発明の実施の形態においては、以下の如き一個またはそれ
以上の特徴が含まれる。該溶射材料供給ユニットは、制御された量の研磨性材料
を、高エネルギー流れに射出するように構成された射出管を備えていてもよい。
該溶射材料供給ユニットは、さらに該射出管に接続されているキャリヤガス源
と、および分配器を備え、該分配器は制御された量の研磨性材料粒子を該キャリ
ヤガス中に導入し、粒子−ガス媒体を発生させるように構成されている。さらに
該射出管は、該粒子−ガス媒体を高エネルギーのガス流中に射出するように構成
されている。該射出管は、燃焼ユニットの開口部中に配設され、該粒子−ガス媒
体を高エネルギーのガス流中に軸方向に導入するように構成されている。該射出
管または排出ノズルは、セラミックス材料で形成することができる。該セラミッ
クス材料は、炭化珪素、炭化ホウ素、炭化タングステン、窒化珪素、酸化アルミ
ニウムまたは酸化クロムである。
一般的に、本発明の他の側面としては、ロボット、”知能化システム”、手動
ガン等の如き形態の、高効率の電気アーク溶射システムとして基体上にコーティ
ングを形成するように構成される。該電気アーク溶射システムは、供給装置と電
気アークユニットを備えており、該供給装置は選択された材料で形成された二つ
の消耗性電極を交差路に沿って供給し、また該電気アークユニットは電極先端部
間で電気アークを維持する。該供給装置は、比較的狭い間隔で電極先端部を対向
させるように選択された相対的な配設状態に電極先端部を維持しながら、消耗性
電極を前方に進める。該電気アークユニットは、電圧および電流の制御を行う。
該電気アークユニットは、選択された電流を電極先端部に供給し、また安定的な
アークが得られる範囲で該先端部間の電圧を比較的低く調節する。該電気アーク
は、電極の溶射材料を少なくても部分的に溶融する。該ノズルは、高エネルギー
のガス流を該アークを通過するように導びいて溶射材料を微粒子化し、選択され
た速度を有する該高エネルギーのガス流中へ、該粒子を推進せしめる。
本発明の電気アーク溶射システムは、またアークを通過するガス流の速度を制
御して、濃く比較的絞り込んだ溶融粒子を発生させる。該供給装置が電極を前方
に進めるに従い、溶射材料は溶融し、ガス流中に選択された速度で微粒子化する
。高速度のガス流は、限界値(limiting critical value)いっばいまでの、より
小粒子を発生させ、また小さい粒子程、密度の高いコーティングを形成する。し
かしながら、この微粒子化を行うガス流は、また該流れに作用する散乱力を最小
とするような方向および速度を有している。すなわち、電気アークのローレンツ
力および超音速により形成された衝撃波である。さらに、ガスの温度は、音の速
度を増加させるため比較的高く維持され、このため逆に、ガス流の速度を大きく
できる。本発明の溶射システムは、また高エネルギーの粒子流を囲み、流れを絞
り込む(focus)第二の高速度の環状流れを採用することができる。本システムは
、高エネルギーの粒子を狭い流れとすることができ、また、流れが狭いほど、コ
ーティングの密度が高くなる。環状の不活性ガスまたは窒素流が溶融粒子の酸化
を制限するために使用される。溶融粒子は、溶融材料の跳ね飛びが生じないか無
視できるような速度で、基体に溶射堆積される。
一般的に、本発明の他の側面は、駆動装置と電気アークユニットを備えた、基
体を溶射材料でコートするための電気アークシステムであって、該駆動装置は溶
射材料で形成された二つの消耗性電極を供給するように構成されており、また該
アークユニットは電極先端部間で電気アークを維持するように構成された電力供
給源を有している。電気アークは、電極先端部を少なくとも部分的に溶融するよ
うに配置される。該電気アークシステムは、また、高圧ガス供給部と接続され、
25psi〜100psiの圧力の高温ガスを発生させるように構成された熱源
と、該高温ガスを該熱源から受入れ、高温、高速のガス流を該溶融した先端部に
放射(emit)し、少なくとも部分的に溶融した粒子の高エネルギー流れを発生させ
該基体に向かわしめるように構成されている排出ノズルとからなる。
発明のこの側面からの実施の形態としては、一つまたはそれ以上の、以下に述
べる特徴を含んでいてよい。電気アーク溶射システムは、さらに、該電力供給源
に接続され、選択された電流および電圧における電気アークを安定化するように
構成されたフィードバックユニットをさらに備えている。このフィードバックユ
ニットは、電圧のフィードバックユニットであってよい。
該熱源としては、該高温ガスを発生するように構成されているプラズマ源、電
気的熱交換ユニット、または燃焼ユニットを含んでいてよい。該燃焼ユニットは
透過性バーナーを備えていてよい。
電気アーク溶射システムは、第二のガス供給部(second supply of gas)と、熱
交換用導管とをさらに備えていてもよく、該第二のガス供給部は、高圧のガスを
供給するように構成されており、該熱交換用導管は、該ノズルの回りを、少なく
とも部分的に囲むものであり、上記高圧ガスを該第二のガス供給部から受入れて
、該高圧ガスを導管内を輸送することにより、該燃焼ユニットまたは該ノズルの
外部表面を冷却する。該高圧ガスユニットは、環状の開口部をさらに備えていて
もよく、該環状の開口部は、該ノズルの先端部に位置し、少なくとも部分的に溶
融した粒子の高エネルギー流を囲む環状のガス流を軸方向に放出するように構成
・配置されている。該環状流は、該少なくとも部分的に溶融した粒子の高エネル
ギー流の速度で、放出される。該環状流は、該少なくとも部分的に溶融した粒子
の高エネルギー流の温度で、放出される。
該排出ノズルの口径(diameter)は7.5mm〜25mmの範囲にあるか、10
mm〜15mmの範囲にある。
これらの特徴および幾つかのその他の特徴はまた、好ましい実施の形態に関し
て、および以下の図面を参照しながら説明される。
図面の簡単な説明
第1図は、透過性バーナーと溶射材料を供給する粒子射出管を備えた溶射装置
(thermal spray device)の断面図である。
第1A図は、第1図の透過性バーナーの部分を示す断面図である。
第1B図、第1C図および第1D図は、バーナ一部の異なった設計のオリフィ
スの断面図である。
第1E図は、多孔性セラミック製バーナー部の断面図である。
第2図は、透過性バーナー部と溶射材料を供給する軸状システムを備えた溶射
装置の断面図である。
第3図は、透過性バーナー部と予熱された溶射材料を供給する軸状粒子射出管
を備えた溶射装置の断面図である。
第4図と第5図は、透過性バーナー部と第二のバーナーを備えた溶射装置の他
の実施の形態の断面図である。
第6図は、プラズマ溶射ユニットと第二の透過性バーナーを備えた溶射装置の
断面図である。
第7図は、高速度サンドブラストのために配置された溶射装置の断面図である
。
第8図と第8A図は、アーク溶射装置の異なる実施の形態の断面図である。
第9図と第9A図は、燃焼流と、第8図および第8A図のアーク溶射装置の電
気アークを含む電極先端との相互作用(interaction)の模式的断面図である。
好ましい発明の実施の形態の説明
図1を参照しながら説明すると、溶射装置10は胴部(body)12内に位置する
燃焼ユニットと、溶射材料供給ユニットと、排出ノズル50を有する。燃焼ユニ
ットは、混合装置(mixing assembly)14と透過性バーナー30からなる。混合
装置14は、酸化剤分散室16と、混合室(mixing chamber)20と、混合部25
と、混合ガス分散室28からなる。酸化剤供給ライン18は、酸化剤を、酸化剤
分散室16に供給する。酸化剤分散室は、環状の開口部(cylindrical bores)2
4を介して混合室20に接続している。燃料供給ライン22は、燃料を接混合室
20に供給する。混合部25内に位置している複数の環状の開口部26は、混合
室20を混合ガス分散室28に接続している。また図1A〜1Dをも参照するに
、透過性バーナー30は、複数のオリフィス32を有する低熱伝導度の材料のブ
ロックから構成される。複数のオリフィス32は、円筒形状34、ベンチュリ形
状36または38等の形状であってよく、燃焼流体の種類、所望の流速、バーナ
ーブロックの大きさ、またはその他の設計パラメータ一に応じて、ミリメートル
またはそれより小さいオーダーの直径を有する。透過性バーナー30
の、その他の態様は、図1Eに示されているように、多孔質のセラミック部材か
らなっていてもよい。
溶射装置10は、燃焼プロセスの動作および制御を最適化するように組み立て
られる。50〜200psiの範囲で選択された圧力に圧縮された酸化剤が、酸化
剤供給ライン18から酸化剤分散室16に供給される。酸化剤は、次に環状の開
口部24を経て、混合室20に入り、燃料供給ライン22から混合室20に供給
される燃料と混合される。燃料供給ライン22は、プロパン、プロピレン、メタ
ン、天然ガス、マップ(Mapp)ガスのごとき気体燃料を35〜200psiの範
囲で選択された圧力で供給するように構成されている。もし、装置がケロセンや
ディーゼル油のような液体燃料を使用する場合は、液体燃料は蒸発装置により予
め気化する。酸化剤と燃料の混合比は、バルブ17と23により、それぞれの相
対圧力を調整することにより制御する。可燃性混合ガス(combustible mixture)
は、環状の開口部26を経て、混合ガス分散室28に流入する。混合ガス分散室
28は、透過性バーナー30の上流側表面31に、均一に可燃性混合ガスを分散
させるように構成されている。分散された混合ガスは、オリフィス32を通過し
、最初に、通常のピエゾ電気式点火装置や電気式点火装置(図示せず)により点火
される。
透過性バーナー30は可燃性混合ガスを燃焼し、溶射材料を溶射対象基体80
へ推進せしめる燃焼流を発生させる。バーナー部およびオリフィスの大きさは、
火炎速度(燃焼速度)を定める燃焼流体の種類および可燃性流体の操作領域に応じ
て選択する。一般的に、バーナー部(burner block)を通過する流体の流速は、火
炎速度の数倍である。可燃性混合ガスが極めて高圧または低圧であるため起きる
火炎の逆火(flashback)の危険性を無くすように、オリフィスを設計することが
できる。点火した後は、可燃性混合ガスは、主としてオリフィス32の内部で燃
焼し、火炎の位置は、下流表面33の近傍35に位置している。バーナー部は加
温され、上流表面31に熱を伝えるので、オリフィス中を流れる可燃性混合ガス
が、燃焼に先立って予熱される。しかしながら、バーナー部の部材は比較的熱伝
導度が低いので、上流表面31における可燃性混合ガスの温度が上昇しすぎて、
混合ガス分散室28内で、望ましくない発火が起こるような事態は生じな
い。
火炎の位置35は、混合ガスの速度に依存し、また、混合ガスの速度は燃料お
よび酸化剤の圧力に依存するので、通常オリフィス32中を、流れ方向に移動す
る。可燃性混合ガス流速が、バーナーの設計された操作範囲値より低くなる圧力
においては、上流表面31の温度は比較的低温に保持されるので、実質的に逆火
の可能性は無くなる。一方、高い圧力においては、下流表面33は上流表面31
より加熱され、オリフィスは高温になるので、火炎の位置35は比較的オリフィ
ス内部に閉じ込められる。(本システムにおいてはまた低圧センサーと高圧セン
サーを供給ライン中に組み込んである。これらセンサーは、圧力が設計範囲より
外れた場合は、全体のプロセスに介入(interrupt)することができる。)操作範囲
を広くし、火炎位置を安定化するため、ベンチュリ形状のオリフィス36を有す
る透過性バーナーが使用される。オリフィス36内では、内壁が拡大し、従って
断面積が増加するため、混合ガス流速は、上流表面31から下流表面33へ向か
って徐々に減少する。火炎の位置は35は、混合ガスがより高圧にある間、オリ
フィス内に保持される。かくして、火炎は、可燃性媒体の流速と、火炎の前進速
度が平衡に達するまで、オリフィス内に位置することになる。このようにして、
オリフィスの形状は、所望の操作範囲および燃焼混合ガスに対して最適化するこ
とができる。
バーナー30による燃焼生成物39は、排出ノズル50に接続している形成ブ
40に流入する。形成ブロックの複数の壁面は(下流に向かって)閉じていくた
め、燃焼生成物の流速は更に増加する。溶射材料供給ユニットは、排出ノズル5
0に接続しており、少なくとも一つの粒子射出管48を備えていて、該射出管は
異なる粒径で、かつ、異なる化学物質からなる粒子を燃焼ガス流(combustion je
t)中に射出するように構成されている。各射出管48は、排出ノズルの軸に対し
て、選択された角度を保持するようにされており、この角度により粒子の排出ノ
ズル50内での滞留時間(dwell time)が制御され、また、逆に、滞留時間により
、粒子温度が制御される。さらにまた、排出ノズル50の長さは、高速燃焼流6
6がコーティング表面(すなわち溶射する被基体の表面)80に向かって粒子を推
進せしめる際、射出された粒子が、軟化するか溶融するのに十分な滞留
時間を与えるように設計される。
冷却ジャケット69は、燃焼胴部(combustion body)12、形成ブロック胴部(
forming block body)42、およびノズル胴部(nozzle body)44を被覆し、これ
らが過熱するのを防止する。冷却ジャケット69は、ガス流入口(gas port)70
、冷却通路72および流出口74を有する。圧縮ガスがガス流入口70より導入
され、一組の環状の開口部71を経て、冷却通路72を流れる。圧縮ガスは、熱
交換プロセスにより予熱され、次に冷却通路72を通って流出口74に達する。
流出口では予熱ガスは、環状の流れ76を形成する。この環状流76の流速は、
ガス流入口70に位置するバルブにより制御されるとともに、流出口74の口径
にも依存する。環状流76は、第一の燃焼−粒子流66を包囲して、覆い(shrou
d)を形成することにより、第一の流れが減速するのを防止する。もし、不活性ガ
ス(または窒素ガス)が、ガス流入口70から導入された場合は、この「覆い」に
より、溶射堆積された粒子が酸化されるのが減少する。
本発明の他の実施の態様を図2を参照しながら説明する。溶射装置10Aは、
溶射装置10と同様の燃焼ユニットと、排出ノズルを有するが、異なる溶射材料
供給ユニットを備えている。燃焼ユニットは、混合装置14と環状の透過性バー
ナー30Aを備えている。溶射材料供給ユニットは、溶射材料からなる長尺の部
材53(例えば、SNMI社(Avignon、仏国)製のワイヤー、棒、テープまたはコード
)を供給するための軸方向に配設された管体52を備えている。管体52は、形
成ブロック40内に位置する先端部52Aから伸びて、透過性バーナー30Aお
よび混合装置14内を延伸し、二個のローラー54の近傍の基体端部52Bに達
する。先端部52Aは、燃焼生成物39の流れの中に配設されており、該燃焼生
成物はワイヤーを溶融・微粒子化して、この溶融粒子を基体80へ向かって加速
せしめる。溶射堆積速度は、燃焼の諸条件(combustion parameters)およびロー
ラー54により調節される溶射材料の供給速度により定まる。加速された粒子は
形成ブロック40内において溶融するので、比較的短い滞留時間で十分である。
滞留時間は、形成ブロックと排出ノズル50Aの相対的位置関係(relateve geom
etry)により定まる。この図の設計においては、排出ノズル50Aは、粒子が、
ノズル胴部44の内壁面へ固着するのを防止するため、比較的短めでなけ
ればならない。
溶射装置10Aは、圧縮空気を酸化剤および冷媒として使用する。圧縮空気は
、酸化剤供給ライン18を経て、酸化剤分散室16に導入され、さらに燃料混合
室20に達する。この関係は、図1の装置10に関して記載したとおりである。
さらに、圧縮空気は、開口部71および73から冷却通路72を流れ、燃焼胴部
12、形成ブロック胴部42およびノズル胴部44を冷却する。予熱された圧縮
空気は、開口部74から冷却ジャケット外に流出し、環状流76を形成する。
図3は、本発明の他の実施の形態であって、溶射装置10Bは、燃焼流中へ軸
方向に導入される溶射粒子と酸化剤の両者を予熱するように構成されている。溶
射装置10Bは、装置10Aと類似した混合装置14を有しており、ガス状の燃
料は、燃料供給ライン22を通って混合室20に供給される。しなしながら、圧
縮された酸化剤は、酸化剤供給口19を通って冷却通路72に導入される。酸化
剤は、ノズル胴部44、形成ブロック胴部42および燃焼胴部12を冷却するに
従い予熱される。予熱された酸化剤は、開口71および73から酸化剤分散室1
6に流入し、さらに環状の開口部24から混合室20に入る。混合室20におい
て、予熱された酸化剤は燃料と混合し、この可燃性混合ガスは、環状の開口部2
6を経て、混合ガス分散室28に流入する。
装置10Bにおける溶射材料供給ユニットは、粒子供給口(powder port)56
を有し、これは、ノズル胴部44と熱的に結合している熱伝導物質製の螺旋状導
管(helical conduit)58に接続している。螺旋状導管58は、還流管60によ
り、射出管62に接続している。射出管62は、形成ブロック40内に位置して
いる先端部62Aから伸びて、透過可能なバーナー30A、混合装置14内を延
伸し、還流管60に接続している基体端部62Bに達する。キャリヤガスにより
推進される溶射粒子は、粒子供給口56から導入され、螺旋状導管58内を移動
する間に予熱される。予熱された粒子は、射出管62内を流れ、燃焼生成物39
中に導入される。粒子の滞留時間は、キャリヤーガスと燃焼生成物39の流速に
より制御される。装置10Bは、比較的高い溶融温度の粒子を溶射することが可
能である。溶射粒子の温度は、予熱温度と滞留時間を制御することによりコント
ロールできる。
図4は、他の実施の形態であって、溶射装置10Cは、第一の加熱ステージ9
と、第二の加熱促進ステージ85とからなる。第一ステージは、溶射装置10B
と類似しているが、螺旋状予熱装置を備えた射材料供給ユニットも酸化剤の予熱
過程も有してはいない。第二の加熱促進ステージ85は、燃焼室88、セラミッ
クノズル87、およびガス分散器(gas distributor)90を有しており、このガ
ス分散器はガス状燃料を分散する多数の開口部(a set of bores)92と、酸化剤
を流す多数の開口部94を有する。供給ライン18より第一の加熱ステージに供
給された酸化剤は、冷却通路72を通過する間に予熱されて第二ステージ85に
到達する。予熱された酸化剤は、環状室96に達し、次に開口部98を通って環
状空隙部100に流入する。この環状空隙部100は、多数の開口部94を介し
て燃焼室88に接続している。第二の気体燃料は、開口部92に接続している環
状の燃料分散器104に、ライン102から供給される。開口部92を通じて、
燃料は燃焼室88に分配され、ここで、燃料と酸化剤が混合され、第二の可燃性
混合ガス(secondary combustible mixture)を形成する。
第一の加熱ステージ9は、装置10Aと同様に作動し、燃焼流39を発生させ
る。キャリヤーガスにより椎進される溶射粒子は、射出管64の粒子供給口64
Bから導入される。粒子は射出管64を経て、射出ノズル64Aから、燃焼生成
物39中に導入される。粒子の滞留時間は、これまた、キャリヤーガスおよび燃
焼生成物39の流速により制御される。
第一の燃焼生成物−粒子流は、該ノズル中を移動し、燃焼室88に達して第二
の可燃性混合ガスを点火せしめる。点火後は、第二の混合ガスは、第二の燃焼生
成物からなる環状の高エネルギーの流れ77を形成する。この第二の流れは、第
二の燃料と酸化剤の流速により制御される。燃料の流速は、供給ライン102に
接続されているバルブにより制御され、酸化剤の流速は、オリフィス71および
73の開口径(size)により制御される。第二の流れ77の流速は、ノズル45中
で「固着」(”build up”)しないような速度に調整される。また、該第二の流れ
77によって、燃焼生成物−粒子流66のエネルギー損失と、および該流れ66
近傍の空気による影響とが最小になるため、粒子の滞留時間がより長くなる。さ
らに、第二の流れ77は、燃焼生成物−粒子流66の到達距離を、Lから
L1にまで延長せしめる。
図5は、他の実施の形態であって、溶射装置10Dは、第一の加熱ステージ9
と、第二の加熱促進ステージ110とを有する。第一ステージは、実質的に、溶
射装置10Cの第一ステージと同一である。第二ステージ110は、混合装置1
4Aおよび透過性バーナー30Bを備え、これらは、中心軸に沿って挿入された
第一ステージ9のノズル胴部44を収容するように構成されている。混合装置1
4Aは、混合装置14と類似して設計されており、酸化剤分散室16A、混合室
20A、混合部25Aおよび混合ガス分散室28Aを備えている。混合装置14
Aには、冷却流路(cooling passage)72を経てきた第一ステージ9からの予熱
された酸化剤が流入する。予熱された酸化剤、すなわち、圧縮空気は、開口部7
5より酸化剤分散室16Aに入り、ついで環状の開口部24Aを通って、混合室
20Aに流入する。燃料供給ライン112は、燃料を混合室20Aに供給する。
酸化剤と燃料の混合比は、供給ライン112に接続しているバルブによりコント
ロールされる燃料の流速と、開口部75の開口径によりコントロールされる酸化
剤の流速との、相対的な流量比により制御される。可燃性混合ガスは、環状の開
口部26Aを経て、混合ガス分散室28Aに流入し、バーナー30B中で燃焼す
る。
予熱された酸化剤は、また、酸化剤分散室16Aから、開口73Aおよび71
Aを経て、冷却流路72Aを流れる。酸化剤は、燃焼胴部12A、形成ブロック
胴部42Aおよびノズル胴部44Aを冷却する間にさらに加熱される。加熱され
たガス(酸化剤)は、開口部74Aから冷却ジャケット外に流出し、第二の環状
流76Aを形成する。
なお、システム10Cと10Dによれば、溶射堆積速度を増加させうるととも
に、溶射中の粒子の酸化を少なくし、さらに、高融点の粒子を溶射するために重
要な粒子温度を高くすることができる。
図6は、他の実施の形態であって、溶射装置11は、第一の溶射ステージ、す
なわち、プラズマ溶射装置と、第二の加熱促進ステージ、すなわち、火炎溶射装
置とを有する。プラズマトーチ115は、第一の高エネルギーの粒子流を発生さ
せ、この粒子流は、図5の加熱促進ステージ110のような第二のステージによ
り、さらに加速される。プラズマトーチ115は、市販されているものが入手可
能であり、例えば、ミラー サーマル社(Miller Thermal,Inc.(Appleton,WI 54
912)やメトコン サーマル スプレー社(MetCon Thermal spray(Abotsford,Bri
tish Columbia,Canada)から販売されている。プラズマトーチ115は、粒子供
給口117から、キャリヤーガスで推進される溶射粒子を受けて、高温のプラズ
マー粒子流120を形成ブロック中に放出する。
すでに述べたように、バーナー30Bに達した可燃性混合ガスは、高温のプラ
ズマ−粒子流120により点火され、高エネルギーの燃焼生成物39Aを発生さ
せる。燃焼生成物39Aは、第二の流れ77Aを発生させるが、この流れは、溶
射装置10Cや10Dに関して述べたのと同様な仕方で、第一のプラズマ−粒子
流120と相互作用(interacts)を行う。
さらに他の実施の形態においては、溶射装置10、10A、10Bまたは10
Cが、付属的な外部アークユニットを備えているものである。図8および図8A
に関して後述するように、アークユニットは、電源と二個の電極ワイヤーを備え
、該電極ワイヤーはワイヤーガイド中を延伸する共にに、ワイヤー先端部(wire
tips)が排出ノズルに対して適当な位置になるように配設されている。燃焼過程
中、電気アークは、ワイヤーの先端部の間で発生し、パワーを供給することによ
り維持される。駆動装置(motor assembly)は、電極ワイヤーを前方に送り出し、
この送り出しは、電極の先端部間の間隔を所望の範囲に保持するべく制御するよ
うに行う。射出された燃焼−粒子流は、溶融した電極先端部の材料を微粒子化し
推進せしめる。かくして、本発明の溶射システムは、粒子供給ストック(powder
feed stock)からの材料と、固体もしくはコア形状の電極材料からの材料を、同
時に溶射することができる。
図7は、本発明の他の実施の態様であって、溶射装置10Eは、高速度の「サ
ンドブラスト」(sand blasting)のための構成・配置をしている。装置10Eは
、溶射装置10Dの第一の加熱ステージ9と全体的に類似する設計であるが、粒
子射出管64の代わりにグリット供給管(grit feeding tube)68を備えている
。グリット供給管68は、SiCや他のセラミック材料のような、高温における
エロージョンに耐える材質で形成されている。キャリヤーガスにより推進さ
れる研磨剤粒子(abrasive powder)は、管部68の粒子供給口68Bに供給され
、形成ブロック40中に導入される。導入されたグリットを、溶融する必要はな
いので、その滞留時間は、大幅に短縮することができる。グリットが、形成ブロ
ック胴部42およびノズル胴部44の内壁に衝突するのをできるだけ少なくする
ため、射出管ノズル68Aは、形成ブロック40の中心部にまで延伸し、かつ、
ノズル50の長さも短縮する。ここでも、圧縮空気は、酸化剤および冷却媒体と
して使用される。圧縮空気は、混合室20における可燃性混合ガスを形成すると
ともに、開口73および71より流入し冷却流路72を流れながら、燃焼胴部1
2、形成ブロック胴部42およびノズル胴部44を冷却する。予熱された圧縮空
気は、開口部74を経て冷却ジャケットから流出し、第二の環状流76を形成す
る。
図8には、本発明の他の重要な実施の形態であるアーク溶射装置(arc spray d
evice)130が示されている。アーク溶射装置130は、溶射材料供給ユニット
、燃焼ユニット、および、排出ノズルを有している。溶射材料供給ユニットは、
消耗性電極を備えたアーク溶射装置132である。アーク溶射装置132は、二
個の電極ワイヤー134を備えており、該電極ワイヤーは、ワイヤー供給装置(
図8では、ローラー135のみ示してある)からワイヤーガイド136およびガ
イド先端部(guide tips)138中を延伸する。ガイド先端部138は、セラミッ
ク製の断熱ブッシング(ceramic insulation bushing)140中に設置され、該断
熱ブッシングは、ワイヤー先端部134Aが互いに適当な位置に配設されるよう
に、また、これが排出ノズル154の中心軸に対して対称になるように維持する
。この装置は、7.5mm〜25mmの異なった口径の排出ノズルを使用することが
できる。好ましいノズル口径は、10〜15mmである。この口径範囲は、可燃性
媒体の消費が過度とはならない一方、高エネルギー粒子流の散逸(divergence)を
極めて減少させるかまたは完全に無くすことができる程度に充分大きい開口度だ
からである。
燃焼ユニットは、供給装置142と環状の透過性バーナー162とを有してい
る。透過性バーナー162は、形成ブロック胴部152の肩部151と、燃焼バ
ーナー胴部150の間に位置している。供給装置142は、冷却媒体供給ライン
146に接続している冷却媒体分散室144と、可燃性混合ガス供給ライン16
3に接続している混合ガス分散室160とを有する。混合ガス分散室160は、
バーナー162の上流表面161全面にわたって、溶射装置に関連して上で述べ
たのと同様な仕方で、可燃性混合ガスを均一に分散供給(distribute)するように
構成されている。冷却媒体分散室144は、多数の環状の開口部148を介して
冷却ジャケット149に接続されており、該冷却ジャケットは、燃焼バーナー胴
部150および形成ブロック胴部152を包囲しこれらが過熱するのを防止する
。
酸化剤と燃料は、装置130の外部において混合され、分散室160に供給さ
れる。ここで、可燃性混合ガスは、バーナー162の上流表面161全面に、均
一に分散供給される。混合ガスは、最初に従来の点火装置により点火され、生成
された燃焼流153は、排出ノズル154に接続している比較的短い形成ブロッ
ク内に流入する。冷却媒体供給ライン146から供給された圧縮ガスは、冷却媒
体室144を経て、冷却ジャケット149内を流れ、環状のスロット部156(a
nnular slot)から流出して、環状の流れ158を形成する。
燃焼過程中、電気アークは電極ワイヤー先端部134Aの間で発生し、電源1
37により維持される。電源137は、電源フィードバックユニットに接続され
、該ユニットは、電流・電圧を設定値に保持して、電気アークを安定化させるよ
うに構成されている。電気アークが、電極ワイヤー134を溶融させるに伴い、
溶融材料は、ノズル154からの燃焼流153により、微粒子化され、かつ基体
80に向かって加速される。駆動装置(例えば、リライアンス モーション コ
ントロール社(Reliance Motion Control,Eden Praire,MN))はローラー135に
結合しており、該ローラーは電極ワイヤー134を前方に送り出す。電極ワイヤ
ー先端部134Aの間隔・配置(separation and geometry)を実質的に一定に保
持するため、ローラー135は、電極ワイヤー134を、電極材料が先端部13
4Aから消失する量に応じた速度で、前方に送りだす。かくして、溶射速度が一
定に保持されるのである。
一方、本発明の他の実施の形態においては、アーク溶射装置は、環状の透過性
バーナー162の代わりに、従来型の燃焼室を備えた燃焼ユニットを有している
ものである。燃焼室は、図4の溶射装置10Cに示された燃焼室88と類似の構
成をとっていてもよい。燃焼室は、混合装置から可燃性混合ガスを受入れ、連続
的燃焼操作で、燃焼流を発生させる。燃焼過程の操作条件は、燃焼流の圧力が、
25psi〜100psiになるように調整される。この圧力は、燃焼流が排出
ノズルにおいて、0.9〜1.9音速の速度を有することに相当する。さらに、
アーク溶射装置130と同様に、このアーク溶射装置は、ノズル回りの環状のス
ロット部156から流出する環状流を使用して、ローレンツ力を打ち消し、また
、ノズル近傍で発生するその他の乱れ、例えば、音速を越える速度のため生ずる
衝撃波をも打ち消すようにしている。このようにして、第一の粒子流を絞り込む
のである。さらに、この環状流によって、溶融粒子の流れに対する近傍の空気の
影響は最小になり、粒子の酸化が少なくなり、また、粒子流の速度が減少するの
が抑えられる。
図8Aを参照すると、代替的な実施の形態として、アーク溶射装置130Aは
、排出ノズル154から比較的離れて位置している高エネルギーガス源を採用す
るように構成されている。この高エネルギーガス源は、アーク溶射装置130の
環状の透過性バーナー162を備えた燃焼ユニットに代替えするものである。こ
の高エネルギーガス源は、172Aおよび172Bに模式的に示されているよう
に、高圧ガス源と、熱交換器からなる。熱交換器は、プラズマ源や電気的熱源等
であり、形成室(forming chamber)170へ流れる高圧ガスを加熱する。所定の
圧力・温度を有する高エネルギーガスは、形成室170を通って排出ノズル15
4へ向かうように強制される。形成室170が締め付けられた空間形状(constri
cted geometry)を有しており、また、予熱されたガスが高い圧力を有しているの
で、排出ノズル154は、電極先端部134Aに向かう高エルギーで高速度の流
れ174を排出する。上記したように、溶射された溶射コーティングの品質は、
推進される粒子の粒径と温度、電極の供給速度、電極先端部の配置(alignment o
f the tips)、および、安定なアークを維持する能力に依存する。
アーク溶射装置130、130Aのいずれにおいても、ワイヤー先端部134
Aと電気アークは、ノズル154の外部に位置せしめられる。でないと、溶融し
た溶射材料の一部がノズル154の壁面に沈着するであろうからである。燃焼過
程の操作条件は、燃焼流164の圧力が25〜100psiの範囲になるように
調整される。(同様にして、流れ174の圧力は、ノズル154から流出する時
点でもおおよそ同一の範囲の圧力に維持される。)この流れの圧力の調整は、ま
た、溶射コーティングとしてどの様な型のものを目的とするかによっても行われ
る。より大粒径の粒子を発生させるためには、燃焼流164(または流れ174)
の圧力が25〜60psiの範囲になるように操作し、粒子流155の速度を下
げる。この大粒径の粒子が基体8に達すると、これらは比較的長時間かけて固化
する。かくして形成された薄膜は強度が高いが、同時により多孔性(larger poro
sity)のものである。このような薄膜は、基体上に初期に形成される比較的薄い
層として、しばしば好ましいものである。これは、かかる薄膜が高品質接着剤(h
igh quality bonding)となるからである。より小粒径の粒子を発生させるために
は、燃焼流164(または流れ174)の圧力が50〜80psiの範囲になるよ
うに操作する。小粒径の粒子は、より速く固化するが、多孔性の度合が低い薄膜
が形成される。
さらに、供給ライン146から供給される冷却媒体ガスの圧力を調節して、環
状のスロット部156から、所定の速度で環状流158が流出するようにする。
再度、環状流158は、ノズル近傍で発生するローレンツ力を打ち消し、第一の
粒子流を絞り込むように作用する。さらに、この環状流158によって、溶融粒
子の流れに対する近傍の空気の影響は最小になり、または、溶融粒子流の化学的
性質(chemistry)を変更することができる。
図9と図9Aは、燃焼流153と、ワイヤー先端部134A間で生ずる電気ア
ーク133との相互作用を模式的に示している。燃焼流153は、ノズル154
から速度V1で流出する(ただし、流れは層流ではないが、模式的に一連の矢印で
示している。)。非常に高速度の燃焼流153を使用することが好ましい。なぜ
なら、高速度ジェットは、溶融材料のより小粒径粒子を発生させることができる
からである(なお、最小の粒子径は、溶融粒子の表面張力にも依存する。)。し
かしながら、燃焼流の速度が、この媒体中の音速より大きくなると、燃焼流は、
主としてアークの領域133の中を横切るとき、一連の衝撃波178を励起せし
める。この衝撃波の強度(intensity)は、燃焼流の速度V 1がより増加する
に従い、さらに大きくなる。また、衝撃波の強度は、曲線178Aで示されてい
るように、アークの領域133から半径方向への距離とともに減少する。逆に、
衝撃波は、燃焼流155を散乱(disperse)せしめる。したがって、高エネルギー
のガス流は、三つの領域I、II、およびIIIにわけて記述できる。領域IとIIIは
、高速度、かつ、低い乱れの領域であり、領域IIは、衝撃波の強度に依存する比
較的高い乱れの領域である。ノズル154の口径を大きくしていくと、領域Iと
IIIの相対的な広がりも大きくなる。さらに、音速は、燃焼ガスの温度とともに
大きくなるので(a∽T1/2)、より高温にすることにより、衝撃波が励起される
前に、粒子流155の速度をより大きくすることができる。
環状流158(図8および図8A)は、また、ノズルの領域で発生する衝撃波の
ために引き起こされる散乱を打ち消すのに有用である。さらに、衝撃波は、主と
して、アークの領域で発生するものであるから、本発明のシステムは、超音速の
環状流158を使用することにより、燃焼粒子流155を加速するようにするこ
ともできる。本発明の装置は、上記した操作条件を最適化することにより、溶融
粒子が基体上に溶射堆積する際に、その跳ね飛び(splashing or sputtering)が
最も少なくなるような速度とすることができる。このようにして、各粒子は、基
体の微小領域にわたって、実質的に連続した溶射堆積層を形成する。
上記した溶射システムは、種々の溶射材料を溶射堆積コーティングすることが
できる。すなわち、種々の金属(鉄系材料やAl、Ni、CwTi等の非鉄金属)
、ホウ素化物(例えば、CrB2、SiB6、TiB2、W2B5、NbB2、ZrB3
、HFB2、AIB12)、炭化物(例えば、Cr3C2、SiC、TiC、WC、N
bC、ZrC、HfC)、窒化物(例えば、BN、Si3N4、AlN、TiN、C
rN、ZrN、HfN、NbN、No2N、W2N)、酸化物(例えば、Al2O3、
Cr2O3、SiO2、ZrO2、TiO2)、珪素化物(例えば、TiSi2、Cr3
Si2、WSi2、MoSi2、ZrSi2、HFSi2、VSi2、NbSi2、T
aSi2)、および、通常のセラミックガラスや金属ガラスのような種々のガラス
等である。
手動制御型のアーク溶射システム130を使用して、12''×12''×1/4
''の炭素鋼の基体の上に、INCO 625(組成21%Cr、8%Mo、3.
5%TaおよびNb、他はバランス量のNi)の溶射コートを形成した。溶射シ
ステム130は、ミラー社パワー電源(Miller power source)を使用した。制御
用の操作板には、毛細管式の空気質量流量計(capillary air mass-flow meter)
が空気供給部に、11−042パイロット操作の調整装置(pilot operated regu
lator)(Norgren社製)を介して接続されており、空気流量1000(s・ft3/hr
)(scfh)において、安定的に圧力90psiになるように調整される。
プロパンは、流量20〜60(s・t3/hr)に、1/2''のNPT D3 CT
/CT/82(CASHCO社製)のプロパン調整装置(regulator)に接続してい
る044−40C管(ColeParmer)を備えたH−03269−37流量計により、
調整されており、該プロパン調整装置は、90〜100psiのプロパンボンベ
に接続されていて、60psiのライン圧力を維持する。
溶射堆積に先立って、試供表面を、最初に鋳鉄の16グリッド粒子(粒径1mm
〜2.5mm)を使用するグリッドブラスト(grid blast)を行った。グリッド粒子
は、8mm径のノズルから角度90°で100psiにおいて射出した。幾つかの
溶射試験を、ガンの移動速度24インチ/secから0.5インチ刻みのステッ
プで行った。
他の実験例では、アーク電流150Amp〜25Amp、電圧約37Vを使用
した。アーク溶射装置では、7.5mmノズルか、10mmノズルを使用し、空気流
量は、圧力90psiで600(s・t3/hr)〜980(s・t3/hr)であり、プロ
パン流量は、60psiで23(s・t3/hr)〜43(s・t3/hr)であった。まず
、10mmノズルを使用して溶射したところ、アーク電流180Amp、空気流量
980(s・t3/hr)、プロパン流量43(s・t3/hr)の条件における実験で、良
い品質の溶射薄膜が得られた。この薄膜は、基体への接着強度(bond strength)
は約41MPaであり、透過係数は約7.4(9)・10-8cm2であった。
他の実施の形態は以下の請求の範囲に含まれる:
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フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L
U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF
,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,
SN,TD,TG),AP(GH,KE,LS,MW,S
D,SZ,UG),UA(AM,AZ,BY,KG,KZ
,MD,RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AU
,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,
CN,CU,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,G
B,GE,HU,IL,IS,JP,KE,KG,KP
,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,
LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,N
Z,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI
,SK,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,UZ,
VN
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1. 基体を溶射材料でコーテングするための溶射システムであって: 燃焼ユニットと、排出ノズルと、溶射材料供給ユニットとから少なくともな り、 該燃焼ユニットは、燃料および酸化剤の外部供給源から可燃性流体の流れを 供給するように構成されている少なくとも一つの開口部に接続しているとともに 、該ユニットは透過性バーナー部を有しており; 該透過性バーナー部は上記可燃性流体流体を受け入れて、高エネルギーのガス 流を発生させ; 該排出ノズルは、該高エネルギーのガス流を受け入れて、これを基体に向か って誘導するように構成され;さらに 該溶射材料供給ユニットは、選択された溶射材料を該高エネルギーのガス流 中に供給し、高エネルギー粒子流を形成するように構成されている前記溶射シス テム。 2. 該透過性バーナー部が、複数のオリフィスを有し、該オリフィスが該可燃 性流体を該燃焼ユニットの燃焼領域に輸送するように構成されている請求の範囲 第1項記載の溶射システム。 3. 該透過性バーナー部が、多孔性のセラミック材料で形成されている請求の 範囲第1項記載の溶射システム。 4. 該溶射材料供給ユニットが、射出管を有しており、該制御された量の選択 された溶射材料を、該高エネルギーのガス流中に射出するように構成されている 請求の範囲第1項〜第3項のいずれかに記載の溶射システム。 5. 該射出管が該排出ノズルに接続されており、該ノズル中を通過する高エネ ルギーのガス流中に、制御された量の粒子を射出するように該射出管を構成した 請求の範囲第4項記載の溶射システム。 6. 該射出管が該排出ノズルに対し選択された角度で接続されており、該ノズ ル中を通過する高エネルギーのガス流中に、制御された量の粒子を射出し、該粒 子の滞留時間を制御するように該射出管を構成した請求の範囲第4項記載の溶射 システム。 7. 該溶射材料供給ユニットが、幾つかの射出管を有しており、各々の該射出 管は、該制御された量の選択された溶射材料を該高エネルギーのガス流中に射出 するように構成されている請求の範囲第1項に記載の溶射システム。 8. 該射出管が該排出ノズルに接続されており、該射出管は、該ノズルを通過 する高エネルギーのガス流中に、制御された量の粒子を射出するように構成され ている請求の範囲第7項記載の溶射システム。 9. 該射出管が、該排出ノズルに選択された角度で接続されており、該射出管 は、該ノズル中を通過する高エネルギーのガス流中に、制御された量の粒子を射 出するようにし、かつ、該粒子の滞留時間を制御するように構成されている請求 の範囲第7項記載の溶射システム。 10. 該溶射材料供給ユニットが、さらに、 該射出管に接続されたキャリヤーガス源と、 該選択された溶射材料の制御された量の粒子を、該キャリヤーガスに導入し 、粒子−ガス媒体を生成するように構成されている分配器とを備え、 該射出管は、さらに該粒子−ガス媒体を、高エネルキーのガス流中に射出す るように構成されている請求の範囲第1項〜第3項のいずれかに記載の溶射シス テム。 11. 該キャリヤーガス源が、キャリヤーガスを所定の温度に予熱するプラズ マアークトーチである請求の範囲第10項記載の溶射システム。 12. 該射出管が、該燃焼ユニットの開口部の中に位置しており、該粒子−ガ ス媒体を、該高エネルギーのガス流中に、軸方向に導入するように構成されてい る請求の範囲第10項記載の溶射システム。 13. 該溶射材料供給ユニットが、該キャリヤーガスを所定の温度に予熱する ヒーターをさらに備えている請求の範囲第10項記載の溶射システム。 14. 溶射材料供給ユニットが、該キャリヤーガスの圧力を制御するように構 成・配置された圧力バルブをさらに備えている請求の範囲第10項記載の溶射シ ステム。 15. 該燃焼ユニット若しくはノズルの回りを、少なくとも部分的に囲む熱交 換用導管をさらに備えており、該ガス−粒子媒体を高エネルギー流中に射出する に先立って、該熱交換用導管中を、該キャリヤーガスを輸送(convey)するように 構成されている請求の範囲第10項記載の溶射システム。 16. 該溶射材料供給ユニットが、長尺に形成された選択溶射材料を、該高− エネルギーのガス流中へ徐々に導入する供給機構を有している請求の範囲第1項 〜第3項の何れかに記載の溶射システム。 17. 該長尺材料が、テープ、コード、ワイヤーおよび棒の一つである請求の 範囲第16項に記載の溶射システム。 18. 該長尺材料が、選択された粒子から形成されるコアを有するものである 請求の範囲第16項に記載の溶射システム。 19. 該長尺材料が、テープ、ワイヤーおよび棒の一つである請求の範囲第1 8項に記載の溶射システム。 20.該供給手段が、該長尺材料を、該燃焼ユニット中の開口部を通って長軸に 沿って供給するように構成されている請求の範囲第16項に記載の溶射システム 。 21. 可燃性流体の圧力を制御する圧力制御手段をさらに備えた請求の範囲第 1項記載の溶射システム。 22. 混合領域に接続されている燃料供給口と酸化剤供給口を備え、該燃料供 給口と酸化剤供給口は、外部の燃料源と酸化剤源にそれぞれ接続されている請求 の範囲第1項に記載の溶射システム。 23. 該燃料供給口が、燃料の圧力を制御するように構成されている燃料圧力 制御手段に接続され、かつ、該酸化剤供給口が、酸化剤の圧力を制御するように 構成されている酸化剤圧力制御手段に接続されている請求の範囲第22項に記載 の溶射システム。 24. 請求の範囲第1項〜第3項の何れかに記載の溶射システムにおいて、さ らに外部ガス源と、熱交換用導管と、環状の開口部とを有する高圧ガスユニット を備え; 該外部ガス源は、高圧のガスを供給するように構成されており; 該熱交換用導管は、該燃焼ユニット若しくはノズルの回りを、少なくとも部 分的に囲むものであり、上記高圧ガスを該外部ガス源から受入れて、該ガスを導 管内を輸送することにより、該燃焼ユニットまたは該ノズルの外部表面を冷却し ;さらに 該環状の開口部は、該ノズルの先端部に位置し、高エネルギー粒子流を囲む 環状のガス流を軸方向に放出するように該開口部が構成・配置されている前記溶 射システム。 25. 該ガス源が、該環状の開口部の開口径(size)に比例してガス圧力を選択 し、該環状のガス流の速度が該高エネルギー粒子流の速度とほぼ等しくなるよう にガス圧を印加する請求の範囲第24項に記載の溶射システム。 26. 該ガス源が、不活性ガスを供給する請求の範囲第24項に記載の溶射シ ステム。 27. 該ガス源が、窒素を供給する請求の範囲第24項に記載の溶射システム 。 28. 請求の範囲第1項〜第3項の何れかに記載の溶射システムにおいて、さ らに第二の燃焼ユニットと、第二の排出ノズルを備え; 該第二の燃焼ユニットは、該排出ノズルの回りに環状に配置され、環状の断 面積の第二の高エネルギー流を発生するように構成されており;かつ 該第二の排出ノズルは、該第二の高エネルギーの環状流を受け入れて、該高 エネルギー粒子流を囲む、第二の高エネルギー環状流を長軸方向に放出するよう に構成・配置されている前記溶射システム。 29. 該第二の燃焼ユニットが、第二の透過性バーナーを有する請求範囲第2 8項に記載の溶射システム。 30. 該第二の燃焼ユニットが、燃焼室を有する請求範囲第28項に記載の溶 射システム。 31. 該第二のノズルが、セラミック材料で形成されている請求範囲第28項 に記載の溶射システム。 32. 燃焼ユニットが、軸方向の開口部を有し、該溶射材料供給ユニットは、 部分的に該開口部中に配設されているプラズマトーチを備え、該溶射材料を少な くとも部分的に溶融した粒子として、該高エネルギーのガス流中に軸方向に供給 するように構成されている請求の範囲第1項〜第3項の何れかに記載の溶射シス テム。 33. 燃焼ユニットが、軸方向の開口部を有し、該溶射材料供給ユニットは、 該開口部中を延伸する消耗性電極を持つ電気アークユニットを備えた請求の範囲 第1項〜第3項の何れかに記載の溶射システム。 34. 請求の範囲第1項〜第3項の何れかに記載の溶射システムにおいて、該 燃焼ユニットは開口部を有し、また、該溶射材料供給ユニットは、 該開口部中を延伸する該材料からなる二つの消耗性電極と; 該電極を交差路(intersecting paths)に沿って連続的に移動させるように構成 された駆動装置と; 該電極の先端部間で電気アークを維持するように構成された電気アーク源とを 備えており、該電気アークは該電極先端部を少なくとも部分的に溶融するように 該ノズルに対しては軸方向に配置され;さらに 該排出ノズルは、該ガス流を該電気アークに導き、該高エネルギー粒子流を発 生させ、該基体に向かわしめるように構成されている前記溶射システム。 35. 該長尺材料の少なくとも一つが、金属製殻(matallic shell)で囲まれて いる粒子コア(powder core)である請求の範囲第34項記載の溶射システム。 36. 請求の範囲第4項記載の溶射システムにおいて、さらに外部電気アーク ユニットを備え、該アークユニットは: 該ノズルの前方にその先端部が位置するように配設された二つの消耗性の電極 と; 該電極の先端部間で電気アークを維持するように構成された電力供給源とを備 えており、該電気アークは該電極先端部を少なくとも部分的に溶融するように配 置され;さらに 高エネルギーガス−粒子流が該溶射材料を電極先端部から除去する速度で、該 二つの消耗性の電極を、供給するように構成された駆動装置を有する前記溶射シ ステム。 37. 基体を溶射材料でコーテングするための以下の工程からなる溶射方法で あって: 燃料および酸化剤の外部供給源から可燃性流体の流れを燃焼ユニットに供給し ; 該ユニットの透過性バーナー部は上記可燃性流体流体を受け入れ; 高エネルギーのガス流を燃焼過程中に発生させ; 該高エネルギーのガス流を、該排出ノズルの最も近い位置で受け入れて、これ を基体に向かって誘導し;さらに 選択された溶射材料を該高エネルギーのガス流中に供給し、高エネルギー粒子 流を形成することからなる前記溶射方法。 38. 該溶射材料供工程が、制御された量の選択された溶射材料を、該排出ノ ズルで該高エネルギーのガス流中に射出する工程を含む請求の範囲第37項に記 載の溶射方法。 39. 該溶射材料供給工程が以下の工程を含む溶射方法であって: キャリヤーガスを供給し; 選択された溶射材料の制御された量の粒子を、該キャリヤーガスに導入し、粒 子−ガス媒体を生成し;さらに 該粒子−ガス媒体を、該高エネルギーのガス流中に射出することからなる請求 の範囲第38項に記載の溶射方法。 40. 該キャリヤーガスを所定の温度に予熱する工程をさらに有する請求の範 囲第39項に記載の溶射方法。 41. 該射出工程が、該粒子−ガス媒体を、該高エネルギーのガス流中に、軸 方向に導入する工程を含む請求の範囲第39項に記載の溶射方法。 42. 該可燃性流体の圧力を制御する工程をさらに有する請求の範囲第37項 に記載の溶射方法。 43. 該供給工程が、外部の別々の燃料源と酸化剤源からそれぞれ燃料と酸化 剤を供給する工程を含む請求の範囲第37項に記載の溶射方法。 44. 請求の範囲第37項に記載の溶射方法において、さらに以下の工程を有 する溶射方法であって; 該燃焼ユニット若しくはノズルの回りを、少なくとも部分的に囲む熱交換用導 管を備え; 外部ガス源から高圧のガスを該熱交換用導管に供給し; 該ノズルの先端部に位置している環状の開口部に、この高圧ガスを輸送するこ とにより、該燃焼ユニットまたは該ノズルの外部表面を冷却し;さらに 該環状の開口部から、高エネルギー粒子流を囲む環状のガス流を軸方向に放出 することからなる前記溶射方法。 45. 該供給工程が、該環状の開口部の開口径に比例してガス圧力を選択し、 該環状のガス流の速度が該高エネルギー粒子流の速度とほぼ等しくなるようにす る工程をさらに含む請求の範囲第44項に記載の溶射方法。 46. 該供給工程が、不活性ガスを供給する工程を含む請求の範囲第44項に 記載の溶射方法。 47. 該供給工程が、窒素を供給する工程を含む請求の範囲第44項に記載の 溶射方法。 48. 請求の範囲第37項に記載の溶射方法において、さらに以下の工程を備 えるものであって: 該排出ノズルの回りに環状に配置された第二の燃焼ユニットを備え; 可燃性流体の流れを該第二の燃焼ユニットに供給し; 環状の断面積の第二の高エネルギー流を発生し;そして 該第二の排出ノズルから、該高エネルギー粒子流を囲む、第二の高エネルギー 環状流を長軸方向に放出する前記溶射方法。 49. 該供給工程が、プラズマトーチから、該溶射材料を少なくとも部分的に 溶融した粒子として、該高エネルギーのガス流中に軸方向に供給する工程を含む 請求の範囲第37項に記載の溶射方法。 50. 該供給工程が、電気アークユニットによって該溶射材料を溶融する工程 を含む請求の範囲第37項に記載の溶射方法。 51. 請求の範囲第37項に記載の溶射方法において、該供給工程が以下の工 程を含むものであり: 消耗性の二つの電極の先端部間で電気アークを維持するように構成された電力 源を有する電気アークユニットを準備し;そして 該高エネルギーガス流に曝されている電極先端部を少なくとも部分的に溶融す るように電気アークを発生させることからなる前記溶射方法。 52. 請求の範囲第37項に記載の溶射方法が、以下の工程を含む第二の供給 工程を有するものであり: 選択された第二の消耗性の二つの電極の先端部間で電気アークを維持するよう に構成された電力源を有する外部の電気アークユニットを準備し; 電極先端部を少なくとも部分的に溶融するように電気アークを発生させ;そし て 少なくとも部分的に溶融した電極先端部を、該高エネルギー粒子流に曝し、か くして、該第一と第二の選択された溶射材料の流れを発生させることからなる前 記溶射方法。 53. 基体を選択された溶射材料でコーテングするための電気アーク溶射シス テムであって: 該溶射材料からなる二つの消耗性の電極を供給するように構成されたモーター 手段と; 該電極の先端部間で電気アークを維持し、該電気アークが該電極先端部を少な くとも部分的に溶融するように構成された電力供給源を含む電気アークユニット と; 高圧ガス供給部と接続され、25psi〜100psiの圧力の高温ガスを発 生させるように構成された熱源と;および 該高温ガスを該熱源から受入れ、高温、高速のガス流を該溶融した先端部に射 出し、少なくとも部分的に溶融した粒子の高エネルギー流れを発生させ該基体に 向かわしめるように構成されている排出ノズルとからなる前記電気アーク溶射シ ステム。 54. 該電力供給源に接続され、選択された電流および電圧における電気アー クを安定化するように構成されたフィードバックユニットをさらに備えた請求の 範囲第53項に記載の電気アーク溶射システム。 55. 該熱源としてプラズマ源を含み、該高温ガスを発生するように構成され た請求の範囲第53項に記載の電気アーク溶射システム。 56. 該熱源として電気的熱交換ユニットを含み、該高温ガスを発生するよう に構成された請求の範囲第53項に記載の電気アーク溶射システム。 57. 該熱源として燃焼ユニットを含み、該高温ガスを発生するように構成さ れた請求の範囲第53項に記載の電気アーク溶射システム。 58. 燃焼ユニットが透過性バーナーを有する請求の範囲第57項に記載の電 気アーク溶射システム。 59. 請求の範囲第53項に記載の電気アーク溶射システムにおいて、第二の ガス供給部と、熱交換用導管と、環状の開口部とを有する高圧ガスユニットをさ らに備え; 該第二のガス供給部は、高圧のガスを供給するように構成されており; 該熱交換用導管は、該ノズルの回りを、少なくとも部分的に囲むものであり 、上記高圧ガスを該第二のガス供給部から受入れて、該高圧ガスを導管内を輸送 することにより、該燃焼ユニットまたは該ノズルの外部表面を冷却し;さらに 該環状の開口部は、該ノズルの先端部に位置し、少なくとも部分的に溶融し た粒子の高エネルギー流を囲む環状のガス流を軸方向に放出するように該開口部 が構成・配置されている前記電気アーク溶射システム。 60. 該高圧ガスユニットが、該少なくとも部分的に溶融した粒子の高エネル ギー流の速度で、該環状のガス流を放出するように配置されている請求の範囲第 59項記載の電気アーク溶射システム。 61. 該高圧ガスユニットが、選択した温度で、該環状のガス流を放出するよ うに配置されている請求の範囲第59項記載の電気アーク溶射システム。 62. 該排出ノズルの口径が7.5mm〜25mmの範囲にある請求の範囲第 52項記載の電気アーク溶射システム。 63. 該排出ノズルの口径が10mm〜15mmの範囲にある請求の範囲第5 3項記載の電気アーク溶射システム。 64. 基体を溶射材料でコーテングするための以下の工程からなる電気アーク 溶射方法であって: 二つの電極の先端部間で電気アークを維持するように構成された電力供給源を 含む電気アークユニットを備え; 25psi〜100psiの圧力の高温ガスを熱源から供給し; 該電極先端部を少なくとも部分的に溶融するように電気アークを発生させ;そ して 高温ガス流を該溶融した先端部に放射し、少なくとも部分的に溶融した粒子の 高エネルギー流れを発生させ該基体に向かわしめるようにした前記電気アーク溶 射方法。 65. 該電気アーク発生工程が、電力供給源に接続されたフィードバックユニ ットにより、選択された電流および電圧における電気アークを安定化する工程を 含む請求の範囲第64項に記載の電気アーク溶射方法。 66. 該供給工程が、プラズマ源により該高温ガスを加熱する工程を含む請求 の範囲第64項に記載の電気アーク溶射方法。 67. 該供給工程が、電気的熱交換により該高温ガスを加熱する工程を含む請 求の範囲第64項に記載の電気アーク溶射方法。 68. 該供給工程が、燃焼ユニットにより該高温ガスを加熱する工程を含む請 求の範囲第64項に記載の電気アーク溶射方法。 69. 請求の範囲第64項に記載の電気アーク溶射方法において、以下の工程 をさらに有するものであり: 該ノズルの回りを、少なくとも部分的に囲む熱交換用導管を備え; 外部ガス源から該熱交換用導管に高圧ガスを供給し; 該高圧ガスを該ノズルの先端部に位置する環状の開口部まで導管内を輸送する ことにより、該燃焼ユニットまたは該ノズルの外部表面を冷却し;さらに 該環状の開口部から、高エネルギー粒子流を囲む環状のガス流を軸方向に放出 する前記電気アーク溶射方法。 70. 該供給工程が、該環状の開口部の開口径に比例してガス圧力を選択し、 該環状のガス流の速度が該高エネルギー粒子流の速度とほぼ等しくなるようにす る工程をさらに含む請求の範囲第69項に記載の溶射方法。 71. 該供給工程が、不活性ガスを供給する工程を含む請求の範囲第69項に 記載の溶射方法。 72. 該供給工程が、窒素を供給する工程を含む請求の範囲第44項に記載の 溶射方法。 73. 研磨性材料を基体に供給するための溶射システムであって: 燃焼ユニットと、排出ノズルと、溶射材料供給ユニットとから少なくともなり、 該燃焼ユニットは、燃料および酸化剤の外部供給源から可燃性流体の流れを 供給するように構成されている少なくとも一つの開口部に接続しているとともに 、該ユニットは透過性バーナー部を有しており; 該透過性バーナー部は上記可燃性流体流体を受け入れて、高エネルギーのガス 流を発生させ; 該排出ノズルは、該高エネルギーのガス流を受け入れて、これを基体に向か って誘導するように構成され;さらに 該溶射材料供給ユニットは、研磨性材料の粒子を、該高エネルギーのガス流 中に供給し、高エネルギーの研磨性粒子流を形成するように構成されている前記 溶射システム。 74. 該溶射材料供給ユニットが、射出管を有しており、該制御された量の研 磨性材料を、該高エネルギーのガス流中に射出するように構成されている請求の 範囲第73項記載の溶射システム。 75. 該溶射材料供給ユニットが、さらに、 該射出管に接続されたキャリヤーガス源と、 該研磨性材料の制御された量の粒子を、該キャリヤーガスに導入し、粒子− ガス媒体を生成するように構成されている分配器とを備え、さらに 該射出管は、さらに該粒子−ガス媒体を、高エネルギーのガス流中に射出す るように構成されている請求の範囲第73項に記載の溶射システム。 76. 該射出管が、該燃焼ユニットの開口部の中に位置しており、該粒子−ガ ス媒体を、該高エネルギーのガス流中に、軸方向に導入するように構成されてい る請求の範囲第75項記載の溶射システム。 77. 該射出管が、セラミック材料で形成されている請求の範囲第74項に記 載の溶射システム。 78. セラミック材料が、炭化珪素、炭化ホウ素、炭化タングステン、窒化珪 素、酸化アルミニウムおよび酸化クロムの一つである請求の範囲第77項に記載 の溶射システム。 79. 排出ノズルが、セラミック材料で形成されている請求の範囲第73項に 記載の溶射システム。 80. セラミック材料が、炭化珪素、炭化ホウ素、炭化タングステン、窒化珪 素、酸化アルミニウムおよび酸化クロムの一つである請求の範囲第79項に記載 の溶射システム。 81. 研磨性材料を基体に供給するための以下の工程からなる溶射方法であっ て: 燃料および酸化剤の外部供給源から可燃性流体の流れを燃焼ユニットに供給し 該ユニットの透過性バーナー部は上記可燃性流体を受け入れ; 高エネルギーのガス流を燃焼過程中に発生させ; 該高エネルギーのガス流を、該排出ノズルの最も近い位置で受け入れて、これ を基体に向かって誘導し;さらに 研磨性材料の粒子を該高エネルギーのガス流中に供給し、高エネルギーの研磨 性粒子流を形成することからなる前記溶射方法。 82. 該溶射材料供工程が、制御された量の研磨性材料を、該排出ノズルで該 高エネルギーのガス流中に射出する工程を含む請求の範囲第81項に記載の溶射 方法。 83. 該溶射材料供給工程が以下の工程を含む溶射方法であって: キャリヤーガスを供給し; 該研磨性材料の制御された量の粒子を、該キャリヤーガスに導入し、粒子−ガ ス媒体を生成し;さらに 該粒子−ガス媒体を、該高エネルギーのガス流中に射出することからなる請求 の範囲第81項に記載の溶射方法。
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