JP2000507648A - 溶射システム - Google Patents

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∽Ｔ^1/2)、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：

───────────────────────────────────────────────────── 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)

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。