JP5556004B2 - Cold spray device and cold spray method - Google Patents

Description

本発明は、コールドスプレー装置及びコールドスプレー方法に関するものである。   The present invention relates to a cold spray apparatus and a cold spray method.

近年、新しいコーティング方法として、コールドスプレー方法が注目されている。このコールドスプレー方法は、材料粉末を作動ガスと共にノズルから所定速度（音速〜超音速程度の高速度）で噴射し、固相状態のまま基材に衝突・付着させて被膜を形成する技術である。
材料粉末としては、金属、合金、金属間化合物、セラミックス等が用いられる。また、作動ガスとしては、空気、窒素、ヘリウム等が用いられ、この作動ガスをノズルに供給する際は、作動ガスの温度は材料粉末の融点よりも低い温度に設定される。 In recent years, a cold spray method has attracted attention as a new coating method. This cold spray method is a technique in which a material powder is sprayed together with a working gas from a nozzle at a predetermined speed (a high speed such as a sonic speed to a supersonic speed) and collides with and adheres to a substrate in a solid state to form a coating. .
As the material powder, metals, alloys, intermetallic compounds, ceramics, and the like are used. In addition, air, nitrogen, helium or the like is used as the working gas, and when the working gas is supplied to the nozzle, the temperature of the working gas is set to a temperature lower than the melting point of the material powder.

このコールドスプレー方法では、従来のプラズマ溶射法、フレーム溶射法、高速フレーム溶射法等に比べて、材料粉末を高温に加熱する必要がない。このため、加熱による材質変化（酸化や熱変質）が殆どなく、意図した性質を有する被膜を形成することができる。つまり、緻密で密度が高く、密着性が良好な被膜が得られる。
このようなコールドスプレー方法及びこのコールドスプレー方法を実施するコールドスプレー装置としては、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載されるものが知られている。
特開２００６−５２４４９号公報 特開２００８−９３６３５号公報 In this cold spray method, it is not necessary to heat the material powder to a high temperature as compared with the conventional plasma spray method, flame spray method, high-speed flame spray method and the like. For this reason, there is almost no material change (oxidation and thermal alteration) by heating, and the coating film which has the intended property can be formed. That is, a dense film with high density and good adhesion can be obtained.
As such a cold spray method and a cold spray apparatus for carrying out this cold spray method, for example, those described in Patent Document 1 and Patent Document 2 are known.
JP 2006-52449 A JP 2008-93635 A

ところで、コールドスプレー方法を用いて、ノズルから噴射される材料粉末を基材上に付着させる付着臨界条件としては、材料粉末の噴射速度がその重要な因子となることが知られている。このことから従来、コールドスプレー方法を用いて基材上に被膜を形成する施工が可能か否かを判定するに際しては、材料粉末の噴射速度に基づいてその施工条件を判定しており、このような材料粉末の噴射速度は、粉末速度測定装置を用いて実際に測定してその判定を行っていた。
しかしながら、材料粉末の噴射速度を測定する粉末速度測定装置は、高価でありコスト高になるという問題がある。また、材料粉末の種類と基材の種類との組合せにより、付着臨界条件は変化することから、その都度粉末速度測定装置を用いて材料粉末の噴射速度を測定しなければならず、施工に移行するまでに時間が掛かるという問題がある。 By the way, it is known that the spraying speed of the material powder is an important factor as an adhesion critical condition for depositing the material powder sprayed from the nozzle on the substrate using the cold spray method. Therefore, conventionally, when determining whether or not it is possible to form a film on a substrate using a cold spray method, the conditions for the application are determined based on the spraying speed of the material powder. The injection speed of the material powder was actually measured using a powder speed measuring device and judged.
However, there is a problem that the powder velocity measuring device for measuring the injection speed of the material powder is expensive and expensive. In addition, since the critical adhesion conditions change depending on the combination of the type of material powder and the type of base material, the injection speed of the material powder must be measured each time using a powder speed measuring device, and the process proceeds to construction. There is a problem that it takes time to do.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、粉末速度計測装置を用いて実際に材料粉末の噴射速度を測定することなく施工条件を判定することが可能な、コールドスプレー装置及びコールドスプレー方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and a cold spray apparatus and a cold apparatus capable of determining construction conditions without actually measuring the injection speed of the material powder using the powder speed measuring apparatus. An object is to provide a spraying method.

上記の課題を解決するために、本発明は、材料粉末をノズルから作動ガスと共に所定の施工条件で噴射して基材上に付着させるコールドスプレー装置であって、上記ノズル内の上記作動ガスの流れ場を上記施工条件に基づいて解析して上記材料粉末の噴射速度を推定することで、上記ノズルから噴射される上記材料粉末を上記基材上に付着させることが可能か否かを判定する施工条件判定システムを有するという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、所定の施工条件の下、ノズル内の作動ガスの流れ場を解析することによって、その流れ場において材料粉末に作用する力を算出して、材料粉末の噴射速度を推定することが可能となる。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is a cold spray device for spraying material powder from a nozzle together with a working gas under a predetermined construction condition and depositing the material powder on a substrate, By analyzing the flow field based on the construction conditions and estimating the injection speed of the material powder, it is determined whether or not the material powder injected from the nozzle can be deposited on the base material. A configuration having a construction condition determination system is adopted.
By adopting such a configuration, the present invention calculates the force acting on the material powder in the flow field by analyzing the flow field of the working gas in the nozzle under predetermined construction conditions, It becomes possible to estimate the injection speed of the material powder.

また、本発明では、上記施工条件判定システムは、上記ノズルに供給する上記作動ガスのガス圧力と、上記ノズルに供給する上記作動ガスのガス温度と、上記ノズルに供給する上記作動ガスのガス種類と、上記ノズルの形状とに基づいて、上記解析を行うという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、ノズル内の作動ガスの流れ場の形成に影響をもたらす、作動ガスのガス圧力、ガス温度、ガス種類、及びノズルの形状に基づいて解析を行う。 In the present invention, the construction condition determination system includes the gas pressure of the working gas supplied to the nozzle, the gas temperature of the working gas supplied to the nozzle, and the gas type of the working gas supplied to the nozzle. And the structure of performing the said analysis based on the shape of the said nozzle is employ | adopted.
By adopting such a configuration, in the present invention, the analysis is performed based on the gas pressure, gas temperature, gas type, and nozzle shape of the working gas, which affects the formation of the flow field of the working gas in the nozzle. Do.

また、本発明では、上記ノズルには、上記ノズルの長さ方向の温度分布を計測するための複数の温度センサが設けられており、上記施工条件判定システムは、上記解析により推定される上記ノズルの長さ方向の温度分布と、上記温度センサにより計測される上記温度分布との差が、所定の許容値の範囲内に収まる場合に、施工可能と判定するという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、解析により推定されるノズルの長さ方向の温度分布と、実測したノズルの長さ方向の温度分布との差が、所定の許容値の範囲内、つまり、解析結果と実測結果とのノズルの温度分布を比較することにより、解析が実際の流れ場を適切に再現している場合に、施工可能とする判定が行われる。 In the present invention, the nozzle is provided with a plurality of temperature sensors for measuring a temperature distribution in the length direction of the nozzle, and the construction condition determination system is configured to estimate the nozzle estimated from the analysis. A configuration is adopted in which it is determined that the construction is possible when the difference between the temperature distribution in the length direction of the slab and the temperature distribution measured by the temperature sensor falls within a predetermined allowable value range.
By adopting such a configuration, in the present invention, the difference between the temperature distribution in the length direction of the nozzle estimated by the analysis and the temperature distribution in the length direction of the measured nozzle is within a predetermined allowable range. In particular, by comparing the nozzle temperature distribution between the analysis result and the actual measurement result, when the analysis appropriately reproduces the actual flow field, it is determined that construction is possible.

また、本発明では、上記施工条件判定システムは、上記解析により推定される上記ノズルの噴射口の作動ガス温度と、上記基材の種類に応じて設定される施工可能な基材臨界温度とに基づいて、上記施工条件を判定するという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、解析により推定されるノズルの噴射口の作動ガス温度と、基材の種類に応じて設定される施工可能な基材臨界温度とに基づいて、施工条件の判定が行われる。 Further, in the present invention, the construction condition determination system includes a working gas temperature of the nozzle injection port estimated by the analysis and a workable base material critical temperature set according to the type of the base material. Based on this, a configuration is adopted in which the construction conditions are determined.
By adopting such a configuration, in the present invention, based on the working gas temperature of the nozzle injection port estimated by analysis and the base material critical temperature that can be set according to the type of base material. The construction conditions are determined.

また、本発明では、上記施工条件判定システムは、上記解析により推定される上記ノズル内の第２作動ガス温度と、上記材料粉末の種類に応じて設定される施工可能な材料粉末臨界温度とに基づいて、上記施工条件を判定するという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、解析により推定されるノズル内の第２作動ガス温度と、材料粉末の種類に応じて設定される施工可能な材料粉末臨界温度とに基づいて、施工条件の判定が行われる。 Further, in the present invention, the construction condition determination system includes a second working gas temperature in the nozzle estimated by the analysis and a workable material powder critical temperature set according to the type of the material powder. Based on this, a configuration is adopted in which the construction conditions are determined.
By adopting such a configuration, in the present invention, based on the second working gas temperature in the nozzle estimated by analysis and the workable material powder critical temperature set according to the type of material powder. The construction conditions are determined.

また、本発明では、上記施工条件判定システムは、上記解析結果と上記材料粉末の粒子径とに基づいて推定される上記噴射速度と、上記基材の種類と上記材料粉末の種類との組合せによって設定される施工可能な臨界噴射速度とに基づいて、上記施工条件を判定するという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、解析結果と材料粉末の粒子径とに基づいて推定される噴射速度と、基材の種類と材料粉末の種類との組合せによって設定される施工可能な臨界噴射速度とに基づいて、施工条件の判定が行われる。 In the present invention, the construction condition determination system is based on a combination of the injection speed estimated based on the analysis result and the particle diameter of the material powder, and the type of the base material and the type of the material powder. A configuration is adopted in which the construction condition is determined based on a settable critical injection speed.
By adopting such a configuration, in the present invention, the construction set by the combination of the injection speed estimated based on the analysis result and the particle diameter of the material powder, the type of the base material, and the type of the material powder The construction conditions are determined based on the possible critical injection speed.

また、本発明では、上記施工条件判定システムは、上記材料粉末のうち異なる粒子径を複数選択し、選択した複数の上記材料粉末の粒子径毎に上記噴射速度を複数推定して、複数の上記噴射速度と上記臨界噴射速度とに基づいて、上記材料粉末が上記基材上に付着する歩留まり率を推定し、推定した上記歩留まり率と、所定の歩留まり率とに基づいて、上記施工条件を判定するという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、材料粉末のうち異なる粒子径を複数選択し、選択した複数の材料粉末の粒子径毎に噴射速度を複数推定して、複数の噴射速度と臨界噴射速度とに基づいて、材料粉末が基材上に付着する歩留まり率を推定し、推定した歩留まり率と、所定の歩留まり率とに基づいて、施工条件の判定が行われる。 In the present invention, the construction condition determination system selects a plurality of different particle diameters from the material powder, estimates a plurality of the injection speeds for each particle diameter of the selected plurality of material powders, Based on the injection speed and the critical injection speed, the yield rate at which the material powder adheres to the substrate is estimated, and the construction condition is determined based on the estimated yield rate and a predetermined yield rate. Adopting a configuration to do.
By adopting such a configuration, in the present invention, a plurality of different particle diameters are selected from the material powder, a plurality of injection speeds are estimated for each particle diameter of the selected plurality of material powders, and a plurality of injection speeds are obtained. Based on the critical injection speed, the yield rate at which the material powder adheres to the base material is estimated, and the construction condition is determined based on the estimated yield rate and the predetermined yield rate.

また、本発明では、上記施工条件判定システムは、上記判定の結果が施工不可である場合に、上記ノズルに供給する上記作動ガスのガス圧力と、上記ノズルに供給する上記作動ガスのガス温度と、上記ノズルに供給する上記作動ガスのガス種類と、上記ノズルの形状と、上記材料粉末の粒子径とのうち少なくともいずれか一つのパラメータを調整するように指示するという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、判定の結果が施工不可である場合に、材料粉末の噴射速度に影響をもたらす、作動ガスのガス圧力、ガス温度、ガス種類、ノズルの形状、及び材料粉末の粒子径のパラメータを調整するように指示することで、施工条件を変化させて施工可能に導くことができる。 Further, in the present invention, the construction condition determination system, when the result of the determination is impossible, the gas pressure of the working gas supplied to the nozzle, and the gas temperature of the working gas supplied to the nozzle A configuration is adopted in which an instruction is given to adjust at least one parameter of the type of the working gas supplied to the nozzle, the shape of the nozzle, and the particle diameter of the material powder.
By adopting such a configuration, in the present invention, when the result of the determination is impossible, the gas pressure of the working gas, the gas temperature, the gas type, the shape of the nozzle, which affects the injection speed of the material powder. By instructing to adjust the parameter of the particle diameter of the material powder, it is possible to guide the construction by changing the construction conditions.

また、本発明では、材料粉末をノズルから作動ガスと共に所定の施工条件で噴射して基材上に付着させるコールドスプレー方法であって、上記ノズル内の上記作動ガスの流れ場を上記施工条件に基づいて解析して上記材料粉末の噴射速度を推定することで、上記ノズルから噴射される上記材料粉末を上記基材上に付着させることが可能か否かを判定する施工条件判定工程を有するという構成を採用する。   Further, the present invention is a cold spray method in which the material powder is sprayed from the nozzle together with the working gas under a predetermined construction condition to adhere to the substrate, and the flow field of the working gas in the nozzle is set to the construction condition. It is said that it has a construction condition determination step of determining whether or not the material powder injected from the nozzle can be adhered onto the base material by analyzing the estimation based on the analysis and estimating the injection speed of the material powder. Adopt the configuration.

本発明によれば、材料粉末をノズルから作動ガスと共に所定の施工条件で噴射して基材上に付着させるコールドスプレー装置であって、上記ノズル内の上記作動ガスの流れ場を上記施工条件に基づいて解析して上記材料粉末の噴射速度を推定することで、上記ノズルから噴射される上記材料粉末を上記基材上に付着させることが可能か否かを判定する施工条件判定システムを有するという構成を採用することによって、所定の施工条件の下、ノズル内の作動ガスの流れ場を解析することで、その流れ場において材料粉末に作用する力を算出して、材料粉末の噴射速度を推定することが可能となる。すなわち、推定した材料粉末の噴射速度に基づいて施工条件を判定することで、実際に粉末速度計測装置を用いて噴射速度を測定することなく、施工可能か否かの判定することができる。
したがって、本発明は、粉末速度計測装置を用いることと比べて、低コスト化及び施工に移行する時間の短縮化を図ることができるコールドスプレー装置を提供することができる効果がある。 According to the present invention, a cold spray device that sprays material powder from a nozzle together with a working gas under a predetermined construction condition and adheres the material powder onto a substrate, wherein the flow field of the working gas in the nozzle is set to the construction condition. It is said that it has a construction condition judging system that judges whether it is possible to adhere the material powder ejected from the nozzle on the base material by analyzing based on estimation of the jetting speed of the material powder. By adopting the configuration, by analyzing the flow field of the working gas in the nozzle under predetermined construction conditions, the force acting on the material powder in the flow field is calculated, and the injection speed of the material powder is estimated It becomes possible to do. That is, by determining the construction conditions based on the estimated injection speed of the material powder, it is possible to determine whether or not construction is possible without actually measuring the injection speed using the powder speed measuring device.
Therefore, the present invention has an effect that it is possible to provide a cold spray device capable of reducing the cost and shortening the time for shifting to the construction as compared with using the powder velocity measuring device.

以下、本発明に係るコールドスプレー装置及びコールドスプレー方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るコールドスプレー装置１の概略構成を示す模式図である。
図２は、本実施形態に係るコールドスプレー部１０の概略構成を示す模式図である。
図３は、本実施形態に係る施工条件判定システム１００の概略構成を示すブロック図である。
コールドスプレー装置１は、コールドスプレー方法を用いて基材Ｂの表面上に保護層Ｒを形成するものであり、材料粉末Ａをスプレーするコールドスプレー部１０と、基材Ｂを載置すると共に基材Ｂを一定温度に温度制御する基材温度調整部５０と、スプレーガン１１（より詳しくはノズル１１Ｎ）から噴射される材料粉末Ａを基材Ｂ上に付着させることが可能か否かを判定する施工条件判定システム１００から概略構成される。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a cold spray apparatus and a cold spray method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a cold spray apparatus 1 according to the present embodiment.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the cold spray unit 10 according to the present embodiment.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the construction condition determination system 100 according to the present embodiment.
The cold spray apparatus 1 forms the protective layer R on the surface of the base material B by using a cold spray method. The cold spray device 10 sprays the material powder A, and the base material B is placed on the base. It is determined whether or not the base material temperature adjusting unit 50 that controls the temperature of the material B to a constant temperature and the material powder A sprayed from the spray gun 11 (more specifically, the nozzle 11N) can adhere to the base material B. The construction condition determination system 100 to be configured is generally configured.

コールドスプレー部１０は、材料粉末Ａを所定速度（例えば、音速〜超音速）で基材Ｂの表面に固相状態で衝突させて保護層Ｒを形成するための装置であって、図２に示すように、材料粉末Ａを高圧の作動ガスＧと共に噴射するスプレーガン１１、所望量の材料粉末Ａを作動ガスＧと共にスプレーガン１１に供給する粉末供給部１２、作動ガスＧを加熱してスプレーガン１１に供給するガス加熱器１３、粉末供給部１２及びガス加熱器１３に対して作動ガスＧを供給する不図示のガス供給部、ノズル１１Ｎの長さ方向の温度分布を計測する複数の温度センサ１５を概略備えている。   The cold spray unit 10 is an apparatus for forming the protective layer R by causing the material powder A to collide with the surface of the base material B in a solid state at a predetermined speed (for example, sonic speed to supersonic speed). As shown, a spray gun 11 that injects a material powder A together with a high-pressure working gas G, a powder supply unit 12 that supplies a desired amount of material powder A to the spray gun 11 together with the working gas G, and the working gas G is heated and sprayed. Gas heater 13 supplied to gun 11, powder supply unit 12, gas supply unit (not shown) that supplies working gas G to gas heater 13, and a plurality of temperatures that measure the temperature distribution in the length direction of nozzle 11N A sensor 15 is schematically provided.

ガス供給部から供給される高圧の作動ガスＧは２つの経路に分岐され、一方の作動ガスＧ１はガス加熱器１３を経て、室温以上に加熱された後、スプレーガン１１に供給される。他方の作動ガスＧ２は、粉末供給部１２へ送気され、キャリアガスとして材料粉末Ａと共にスプレーガン１１に供給される。
そして、スプレーガン１１に供給された作動ガスＧ（Ｇ１，Ｇ２）と材料粉末Ａは、スプレーガン１１の先端のノズル１１Ｎを経て音速〜超音速流となり、ノズル１１Ｎの先端部（噴射口１１Ｎ１）から噴出される。
なお、作動ガスＧとしては、空気、窒素、ヘリウムなどが用いられる。 The high-pressure working gas G supplied from the gas supply unit is branched into two paths, and one working gas G1 is heated to room temperature or higher via the gas heater 13 and then supplied to the spray gun 11. The other working gas G2 is supplied to the powder supply unit 12 and supplied to the spray gun 11 together with the material powder A as a carrier gas.
The working gas G (G1, G2) and the material powder A supplied to the spray gun 11 become a sonic to supersonic flow through the nozzle 11N at the tip of the spray gun 11, and the tip of the nozzle 11N (injection port 11N1). Erupted from.
As the working gas G, air, nitrogen, helium or the like is used.

ノズル１１Ｎは、スプレーガン１１に対して取り外し／取り付け自在な構成となっており、いわゆる段付きノズルやストレートノズル等を採用することができる。本実施形態のノズル１１Ｎは、図２に示すようにストレートノズルを採用している。
温度センサ１５は、ノズル１１Ｎの長さ方向において所定距離離間して複数その外壁に接続されており、接続された位置のノズル１１Ｎの温度を検出すると共に、その検出結果を施工条件判定システム１００に出力する構成となっている。温度センサ１５としては、熱電対が好適に用いられる。 The nozzle 11N is configured to be detachable / attachable to the spray gun 11, and a so-called stepped nozzle, straight nozzle, or the like can be employed. The nozzle 11N of the present embodiment employs a straight nozzle as shown in FIG.
The temperature sensor 15 is connected to a plurality of outer walls at a predetermined distance in the length direction of the nozzle 11N, detects the temperature of the nozzle 11N at the connected position, and sends the detection result to the construction condition determination system 100. It is configured to output. A thermocouple is preferably used as the temperature sensor 15.

図１に戻り、基材温度調整部５０は、基材Ｂを載置すると共に基材Ｂを加熱可能な加熱プレート５２と、加熱プレート５２内に埋め込まれて加熱ヒータ５４と、加熱プレート５２の温度を検出する温度センサ５６と、温度センサ５６の検出結果に基づいて加熱ヒータ５４を作動させる温度制御部５８等から構成されている。   Returning to FIG. 1, the base material temperature adjusting unit 50 places the base material B and can heat the base material B, the heater plate 54 embedded in the heating plate 52, and the heating plate 52. A temperature sensor 56 that detects the temperature, a temperature control unit 58 that operates the heater 54 based on the detection result of the temperature sensor 56, and the like.

加熱プレート５２としては、熱伝導率が高い材料、例えば、銅やアルミニウム等が好適に用いられる。
加熱ヒータ５４としては、高周波コイル（高周波誘導加熱装置）が好適に用いられる。
交流電源に接続された加熱ヒータ５４（高周波コイル）を作動させると、加熱プレート５２の表面付近に高密度のうず電流が発生し、そのジュール熱で加熱プレート５２が誘導加熱するようになっている。 As the heating plate 52, a material having high thermal conductivity, such as copper or aluminum, is preferably used.
As the heater 54, a high frequency coil (high frequency induction heating device) is preferably used.
When the heater 54 (high frequency coil) connected to the AC power source is operated, a high-density eddy current is generated near the surface of the heating plate 52, and the heating plate 52 is induction-heated by the Joule heat. .

温度センサ５６としては、熱電対が好適に用いられる。加熱プレート５２に埋め込んだ温度センサ５６（熱電対）により加熱プレート５２の温度を検出する。加熱プレート５２の温度は、基材Ｂの加熱温度とほぼ等しいので、この温度を基材Ｂの加熱温度とみなすことができる。
したがって、温度制御部５８は、温度センサ５６の検出結果に基づいて加熱ヒータ５４を制御することで、基材Ｂを所望の温度に加熱・維持することが可能となっている。 A thermocouple is preferably used as the temperature sensor 56. The temperature of the heating plate 52 is detected by a temperature sensor 56 (thermocouple) embedded in the heating plate 52. Since the temperature of the heating plate 52 is substantially equal to the heating temperature of the base material B, this temperature can be regarded as the heating temperature of the base material B.
Therefore, the temperature control unit 58 can heat and maintain the base material B at a desired temperature by controlling the heater 54 based on the detection result of the temperature sensor 56.

施工条件判定システム１００は、ノズル１１Ｎ内の作動ガスＧの流れ場を所定の施工条件に基づいて解析して材料粉末Ａの噴射速度を推定することで、ノズル１１Ｎから噴射される材料粉末Ａを基材Ｂ上に付着させることが可能か否かを判定するものであり、図３に示すように、判定結果を出力する表示部１０１と、所定の施工条件を入力する操作部１０２と、解析や判定に用いられる所定の情報を記憶する記憶部１０３と、表示部１０１、操作部１０２、記憶部１０３及び複数の温度センサ１５と電気的に接続されて所定の演算を行い、流れ場の解析と施工条件の判定とを概略行う演算部１０４とを備える構成となっている。   The construction condition determination system 100 analyzes the flow field of the working gas G in the nozzle 11N on the basis of predetermined construction conditions and estimates the injection speed of the material powder A, whereby the material powder A injected from the nozzle 11N is determined. As shown in FIG. 3, a display unit 101 that outputs a determination result, an operation unit 102 that inputs predetermined construction conditions, and an analysis, as shown in FIG. Analyzing the flow field by performing a predetermined calculation electrically connected to the storage unit 103 for storing predetermined information used for the determination, the display unit 101, the operation unit 102, the storage unit 103, and the plurality of temperature sensors 15. And a calculation unit 104 that outlines the determination of the construction conditions.

表示部１０１は、ディスプレイ等から構成されており、演算部１０４の制御の下に所定の情報を表示することによって、例えばユーザに施工条件の判定結果を通知させ、また、施工条件のパラメータの調整を指示するマンマシンインタフェースとして機能する。
操作部１０２は、ハードウエアキーとして物理的に備えられたキーボードやマウス等から構成されており、例えば施工条件のパラメータの入力に用いられる構成となっている。 The display unit 101 is composed of a display or the like, and displays predetermined information under the control of the calculation unit 104, for example, to notify the user of the determination result of the construction condition, and to adjust the parameter of the construction condition It functions as a man-machine interface that instructs
The operation unit 102 includes a keyboard, a mouse, and the like that are physically provided as hardware keys. For example, the operation unit 102 is used to input parameters for construction conditions.

記憶部１０３は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の記憶媒体を有しており、その記憶媒体に予め、解析データ、基材データ、材料粉末データ、臨界噴射速度データ等が記憶されている。
解析データは、本実施形態におけるノズル１１Ｎ内の作動ガスＧの流れ場の熱流体解析を行うＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics）ソフトに関する情報、例えば、ノズル１１Ｎ内の流れ場のメッシュ情報や、作動ガスＧのガス圧力、ガス温度、ガス種類及びノズル１１Ｎの形状をパラメータとし、これらパラメータに基づいてノズル１１Ｎ内の流れ場を解析する演算式の情報等から構成される。また、この解析結果と材料粉末Ａの粒子径とに基づいて材料粉末Ａの噴射速度を推定する演算式の情報等を有している。なお、これら演算式は、実験等によって予め求められるものである。 The storage unit 103 has a storage medium such as a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and an HDD (Hard Disk Drive). The storage medium is preliminarily analyzed data, base material data, and material powder. Data, critical injection speed data, etc. are stored.
The analysis data includes information related to CFD (Computational Fluid Dynamics) software for performing the thermal fluid analysis of the flow field of the working gas G in the nozzle 11N in the present embodiment, for example, mesh information of the flow field in the nozzle 11N, the working gas G The gas pressure, the gas temperature, the gas type, and the shape of the nozzle 11N are used as parameters, and information on an arithmetic expression for analyzing the flow field in the nozzle 11N based on these parameters is included. Further, it has information on an arithmetic expression for estimating the injection speed of the material powder A based on the analysis result and the particle diameter of the material powder A. These arithmetic expressions are obtained in advance by experiments or the like.

基材データは、基材Ｂの種類に応じて設定される施工可能な基材臨界温度（以下、Ｔcrit,sの符号で示すことがある）に関する情報から構成される。記憶されている基材Ｂの種類としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、Ａｌ合金、ステンレス鋼、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、Ｎｉ合金、タングステン・カーバイド（ＷＣ−Ｃo）等が挙げられ、この種類に応じた基材臨界温度がそれぞれ記憶されている。なお、基材臨界温度とは、コールドスプレー方法において基材Ｂが許容できる上限の温度であり、例えば、所定温度の作動ガスＧの噴き付けによって基材Ｂに材質変化、熱変形や溶融等が生じない臨界温度（例えば、基材ＢがＡｌの場合、基材臨界温度は３００℃程度）に設定される。   The base material data is composed of information related to a base material critical temperature at which the work can be performed, which is set according to the type of the base material B (hereinafter, may be indicated by a sign of Tcrit, s). Examples of the stored base material B include aluminum (Al), Al alloy, stainless steel, copper (Cu), nickel (Ni), Ni alloy, tungsten carbide (WC-Co), and the like. The base material critical temperature corresponding to this type is stored. The base material critical temperature is an upper limit temperature that the base material B can tolerate in the cold spray method. For example, the material change, thermal deformation, melting, etc. are caused to the base material B by spraying the working gas G at a predetermined temperature. It is set to a critical temperature that does not occur (for example, when the base material B is Al, the base material critical temperature is about 300 ° C.).

材料粉末データは、材料粉末Ａの種類に応じて設定される施工可能な材料粉末臨界温度（以下、Ｔcrit,pの符号で示すことがある）に関する情報から構成される。記憶されている材料粉末Ａの種類としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、Ａｌ合金、ステンレス鋼、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、Ｎｉ合金、タングステン・カーバイド（ＷＣ−Ｃo）等が挙げられ、この種類に応じた材料粉末臨界温度がそれぞれ記憶されている。なお、材料粉末臨界温度とは、コールドスプレー方法において材料粉末Ａが許容できる上限の温度であり、例えば、所定温度の作動ガスＧによって材料粉末Ａが材質変化、熱変形や溶融等しない臨界温度（例えば、材料粉末ＡがＡｌの場合、材料粉末臨界温度は３００℃程度）に設定される。   The material powder data is composed of information relating to a workable material powder critical temperature set in accordance with the type of the material powder A (hereinafter, sometimes referred to as Tcrit, p). Examples of the stored material powder A include aluminum (Al), Al alloy, stainless steel, copper (Cu), nickel (Ni), Ni alloy, tungsten carbide (WC-Co), and the like. Each material powder critical temperature corresponding to this type is stored. The material powder critical temperature is an upper limit temperature that the material powder A can tolerate in the cold spray method. For example, the critical temperature (the material powder A does not change, heat deform, melt, etc.) by the working gas G at a predetermined temperature ( For example, when the material powder A is Al, the material powder critical temperature is set to about 300 ° C.).

臨界噴射速度データは、基材Ｂの種類と材料粉末Ａの種類との組合せによって設定される施工可能な臨界噴射速度（以下、Ｖcritの符号で示すことがある）に関する情報から構成される。この臨界噴射速度データは、基材Ｂの種類と材料粉末Ａの種類とで臨界噴射速度が決定されるデータテーブル形式となっており、例えば、Ａｌの基材Ｂに対し、Ａｌの材料粉末Ａを選択した場合の臨界噴射速度、あるいはＡｌの基材Ｂに対し、Ｎｉの材料粉末Ａを選択した場合の臨界噴射速度等がこのデータテーブルと照合することで導出される。なお、臨界噴射速度とは、所定の基材Ｂに対し、所定の材料粉末Ａが付着・堆積する臨界の噴射速度であり、例えば、基材ＢがＡｌ、材料粉末ＡがＡｌの場合、臨界噴射速度は４００ｍ／ｓ程度に設定される。   The critical injection speed data is composed of information relating to a workable critical injection speed (hereinafter sometimes referred to as Vcrit) set by a combination of the type of the base material B and the type of the material powder A. The critical injection speed data is in a data table format in which the critical injection speed is determined by the type of the base material B and the type of the material powder A. For example, for the Al base material B, the Al material powder A Or the critical injection speed when Ni material powder A is selected with respect to the Al base material B is derived by checking this data table. The critical injection speed is a critical injection speed at which a predetermined material powder A adheres to and deposits on a predetermined base material B. For example, when the base material B is Al and the material powder A is Al, the critical injection speed is critical. The injection speed is set to about 400 m / s.

演算部１０４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の電子部品、並びに表示部１０１、操作部１０２、記憶部１０３、温度センサ１５との間で電気信号の授受を行う各種入出力インターフェース回路等から構成されている。この演算部１０４は、以下に説明する施工条件判定システム１００のフローチャートに沿って所望の演算や、各構成機器の制御を行う構成となっている。   The arithmetic unit 104 includes electronic parts such as a CPU (Central Processing Unit), various input / output interface circuits that exchange electric signals with the display unit 101, the operation unit 102, the storage unit 103, and the temperature sensor 15. Has been. The calculation unit 104 is configured to perform desired calculation and control of each component device according to a flowchart of the construction condition determination system 100 described below.

続いて、上記構成の施工条件判定システム１００の施工条件判定の動作（施工条件判定工程）を図４〜図８を参照して説明する。なお、以下の説明では、基材ＢとしてＡｌを選択し、材料粉末Ａとして同じくＡｌを選択した場合の施工条件の判定の例に沿って説明する。
図４は、本実施形態に係る施工条件判定システム１００の動作を説明するフローチャートである。
図５は、本実施形態に係る施工条件判定システム１００の動作を説明するフローチャートである。
図６は、本実施形態に係るノズル１１Ｎの長さ方向の温度分布の解析結果と実測結果とを示す図である。
図７は、本実施形態に係る材料粉末Ａの粒度分布を示す図である。
図８は、本実施形態に係る材料粉末Ａの代表粒径毎の噴射速度の算出結果を示す図である。 Next, the operation (determining condition determining process) of determining the operating condition of the operating condition determining system 100 having the above configuration will be described with reference to FIGS. In addition, in the following description, it demonstrates along the example of determination of the construction conditions when Al is selected as the base material B and Al is selected as the material powder A.
FIG. 4 is a flowchart for explaining the operation of the construction condition determination system 100 according to this embodiment.
FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of the construction condition determination system 100 according to this embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing an analysis result and an actual measurement result of the temperature distribution in the length direction of the nozzle 11N according to the present embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing the particle size distribution of the material powder A according to the present embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating a calculation result of the injection speed for each representative particle size of the material powder A according to the present embodiment.

図４に示すように、先ず、ユーザは、ＣＦＤによるノズル１１Ｎ内の作動ガスＧの流れ場の解析に係るパラメータ（第１パラメータ）である、ガス圧力、ガス温度、ガス種類、及びノズル形状を、操作部１０２を操作して施工条件判定システム１００に入力する（ステップＳ１）。
本実施形態では、例えば、ガス圧力は０．６ＭＰａ、ガス温度は４００℃、ガス種類は空気（圧縮空気）、ノズル形状は長さ１２０ｍｍのストレートノズル、と入力する。 As shown in FIG. 4, first, the user sets parameters (first parameters) relating to the analysis of the flow field of the working gas G in the nozzle 11N by CFD, which are gas pressure, gas temperature, gas type, and nozzle shape. The operation unit 102 is operated and input to the construction condition determination system 100 (step S1).
In this embodiment, for example, the gas pressure is 0.6 MPa, the gas temperature is 400 ° C., the gas type is air (compressed air), and the nozzle shape is 120 mm long straight nozzle.

次に、演算部１０４は、入力された第１パラメータと記憶部１０３の解析データとに基づいて、ノズル１１Ｎ内の作動ガスＧの流れ場を解析する（ステップＳ２）。ここで、上記解析により、図６に示すような、縦軸に温度、横軸にノズル長さが設定されるグラフにより、ノズル１１Ｎの長さ方向の温度分布が算出・推定される。
また、上記第１パラメータに基づいて、図２に示すコールドスプレー部１０を動作させる。具体的には、ガス加熱器１３及び不図示のガス供給部を駆動させ、１２０ｍｍのストレートノズルのノズル１１Ｎに作動ガスＧ（圧力が０．６ＭＰａ、温度が４００℃の圧縮空気）を供給する。そして、複数の温度センサ１５は、作動ガスＧが供給されたノズル１１Ｎの長さ方向の温度分布を実測して検出すると共に、この実測結果を演算部１０４に出力する。 Next, the calculation unit 104 analyzes the flow field of the working gas G in the nozzle 11N based on the input first parameter and the analysis data in the storage unit 103 (step S2). Here, by the above analysis, the temperature distribution in the length direction of the nozzle 11N is calculated and estimated by a graph in which the temperature is set on the vertical axis and the nozzle length is set on the horizontal axis as shown in FIG.
Further, the cold spray unit 10 shown in FIG. 2 is operated based on the first parameter. Specifically, the gas heater 13 and a gas supply unit (not shown) are driven to supply the working gas G (compressed air having a pressure of 0.6 MPa and a temperature of 400 ° C.) to the nozzle 11N of a 120 mm straight nozzle. The plurality of temperature sensors 15 measure and detect the temperature distribution in the length direction of the nozzle 11 </ b> N supplied with the working gas G, and output the result of the measurement to the calculation unit 104.

次に、演算部１０４は、解析により推定されるノズル１１Ｎの長さ方向の温度分布と、複数の温度センサ１５により実測されるノズル１１Ｎの長さ方向の温度分布とに基づいて、施工条件を判定する（ステップＳ３）。より詳しくは、図６に示すノズル１１Ｎの温度分布の解析結果と実測結果との差が所定の許容値の範囲内にあるか否かを判断することで、施工条件を判定する。すなわち、ここでは、ノズル１１Ｎの温度分布を指標として解析結果と実測結果とを比較することによって、解析により現実のノズル１１Ｎ内の作動ガスＧの流れ場が適切に再現されているかを判定する。   Next, the calculation unit 104 determines the construction conditions based on the temperature distribution in the length direction of the nozzle 11N estimated by the analysis and the temperature distribution in the length direction of the nozzle 11N measured by the plurality of temperature sensors 15. Determine (step S3). More specifically, the construction condition is determined by determining whether or not the difference between the analysis result of the temperature distribution of the nozzle 11N shown in FIG. 6 and the actual measurement result is within a predetermined allowable range. That is, here, by comparing the analysis result and the actual measurement result using the temperature distribution of the nozzle 11N as an index, it is determined whether the actual flow field of the working gas G in the nozzle 11N is appropriately reproduced by the analysis.

なお、本実施形態の当該所定の許容値は、解析結果と実測結果との差分の温度（ΔＴｎ）がΔＴｎ＜４０Ｋ（ケルビン）で示される範囲内にあるときに解析が適当になされていると経験則から判断できるため、４０Ｋに設定されている。すなわち、ΔＴｎ＜４０Ｋであれば、解析が現実のノズル１１Ｎ内の作動ガスＧの流れ場を適切に再現されていると判断し、次のステップＳ４に移行する。一方、ΔＴｎ≧４０Ｋであれば、解析が現実のノズル１１Ｎ内の作動ガスＧの流れ場を適切に再現しておらず、施工条件の判定の信用性が低下することから、演算部１０４は、表示部１０１にエラー表示（すなわち施工不可）を表示させた後（ステップＳ３１）、動作を終了させる。
なお、ΔＴｎ≧４０Ｋである場合は、記憶部１０３に記憶されている解析データを修正するとともに再検討し、再び解析を行うこととなる。 Note that the predetermined allowable value of the present embodiment is analyzed appropriately when the temperature (ΔTn) of the difference between the analysis result and the actual measurement result is within the range indicated by ΔTn <40K (Kelvin). Since it can be judged from an empirical rule, it is set to 40K. That is, if ΔTn <40K, it is determined that the analysis properly reproduces the actual flow field of the working gas G in the nozzle 11N, and the process proceeds to the next step S4. On the other hand, if ΔTn ≧ 40K, the analysis does not appropriately reproduce the actual flow field of the working gas G in the nozzle 11N, and the reliability of the determination of the construction condition is reduced. After displaying an error display (that is, construction is impossible) on the display unit 101 (step S31), the operation is terminated.
When ΔTn ≧ 40K, the analysis data stored in the storage unit 103 is corrected and reexamined, and the analysis is performed again.

ΔＴｎ＜４０Ｋである場合、演算部１０４は、上記解析により推定される噴射口１１Ｎ１の作動ガス温度である噴射口ガス温度（Ｔg out）を算出すると共に、上記解析により推定されるノズル１１Ｎ内の作動ガス温度（第２作動ガス温度）であるノズル内ガス温度（Ｔg in）を算出する（ステップＳ４）。
なお、噴射口ガス温度は、上記解析により算出される基材Ｂに衝突する作動ガス温度のこと（つまり、噴射口１１Ｎ１近傍の作動ガス温度）であり、本実施形態では図６に示す解析結果より（すなわち、ノズル長さ０．１３ｍの位置の）２００℃となる。
また、ノズル内ガス温度は、上記解析により算出されるノズル１１Ｎ内の作動ガス温度（より詳しくは、ノズル１１Ｎ内において最も温度が高い温度）のことであり、本実施形態では図６に示す解析結果より（すなわち、ノズル長さの２／３の位置である０．０８ｍの位置の）２８０℃となる。 When ΔTn <40K, the calculation unit 104 calculates the injection port gas temperature (Tg out) that is the working gas temperature of the injection port 11N1 estimated by the above analysis, and also calculates the inside of the nozzle 11N estimated by the above analysis. The nozzle internal gas temperature (Tg in) which is the working gas temperature (second working gas temperature) is calculated (step S4).
The jet gas temperature is the temperature of the working gas that collides with the base material B calculated by the above analysis (that is, the working gas temperature in the vicinity of the jet 11N1). In this embodiment, the analysis result shown in FIG. (That is, at a position where the nozzle length is 0.13 m).
The nozzle gas temperature is the working gas temperature in the nozzle 11N calculated by the above analysis (more specifically, the temperature having the highest temperature in the nozzle 11N). In this embodiment, the analysis shown in FIG. The result is 280 ° C. (that is, at a position of 0.08 m, which is 2/3 of the nozzle length).

次に、演算部１０４は、入力された第２パラメータである基材Ｂの種類と記憶部１０３の基材データとに基づいて、基材臨界温度（Ｔcrit,s）を導出する。また、入力された第２パラメータである材料粉末Ａの種類と記憶部１０３の材料粉末データとに基づいて、材料粉末臨界温度（Ｔcrit,p）を導出する（ステップＳ５）。
本実施形態では、基材Ｂは、Ａｌを選択しているため、基材臨界温度は３００℃となる。また、材料粉末Ａは、Ａｌを選択しているため、材料粉末臨界速度は３００℃となる。 Next, the arithmetic unit 104 derives the base material critical temperature (Tcrit, s) based on the type of the base material B that is the input second parameter and the base material data in the storage unit 103. Further, the material powder critical temperature (Tcrit, p) is derived based on the inputted second parameter, which is the type of material powder A, and the material powder data in the storage unit 103 (step S5).
In this embodiment, since the base material B has selected Al, the base material critical temperature is 300 ° C. Moreover, since Al is selected as the material powder A, the material powder critical speed is 300 ° C.

そして、演算部１０４は、算出した噴射口ガス温度と導出した基材臨界温度とに基づいて、施工条件を判定する（ステップＳ６）。すなわち、ここでは、噴射ガス温度を推定することによって噴射される作動ガスＧが基材Ｂに材質変化、熱変形や溶融等の影響を及ぼすか否かに基づいて、施工条件の判定が行われる。
より詳しくは、噴射口ガス温度と基材臨界温度との関係が、Ｔg out≦Ｔcrit,sで示される場合は、施工可能であるとして次のステップＳ７に移行し、一方、当該関係が、Ｔg out＞Ｔcrit,sで示される場合は、施工不可であるとしてステップＳ１００に移行する。 And the calculating part 104 determines construction conditions based on the calculated injection port gas temperature and the derived base-material critical temperature (step S6). That is, here, the construction condition is determined based on whether or not the working gas G injected by estimating the injection gas temperature affects the base material B due to material change, thermal deformation, melting, or the like. .
More specifically, when the relationship between the jet gas temperature and the substrate critical temperature is expressed by Tg out ≦ Tcrit, s, it is determined that the work can be performed, and the process proceeds to the next step S7. If it is expressed by out> Tcrit, s, it is determined that the construction is impossible, and the process proceeds to step S100.

ステップＳ１００では、演算部１０４は、表示部１０１に施工不可表示をさせて、ユーザに判定結果を通知させると共に、入力したパラメータを調整するように指示する。ここでは、演算部１０４は、ステップＳ１に戻り、第１パラメータのうち、例えば、ガス温度のパラメータを調整するように指示することとなる。   In step S <b> 100, the calculation unit 104 causes the display unit 101 to display a work disapproval display, notifies the user of the determination result, and instructs the user to adjust the input parameter. Here, the calculation unit 104 returns to step S1 and instructs to adjust, for example, the gas temperature parameter among the first parameters.

Ｔg out≦Ｔcrit,sである場合、次に演算部１０４は、算出したノズル内ガス温度と導出した材料粉末臨界温度とに基づいて、施工条件を判定する（ステップＳ７）。すなわち、ここでは、ノズル内ガス温度を推定することによってノズル１１Ｎ内において材料粉末Ａに材質変化、熱変形や溶融等の影響を及ぼすか否かに基づいて、施工条件の判定が行われる。
より詳しくは、ノズル内ガス温度と材料粉末臨界温度との関係が、Ｔg in≦Ｔcrit,pで示される場合は、施工可能であるとして次のステップＳ８に移行し、一方、当該関係が、Ｔg in＞Ｔcrit,pで示される場合は、施工不可であるとしてステップＳ１００に移行する。 When Tg out ≦ Tcrit, s, the operation unit 104 determines the construction condition based on the calculated nozzle gas temperature and the derived material powder critical temperature (step S7). That is, here, the construction conditions are determined based on whether the material powder A is affected by material change, thermal deformation, melting or the like in the nozzle 11N by estimating the gas temperature in the nozzle.
More specifically, when the relationship between the gas temperature in the nozzle and the critical temperature of the material powder is expressed by Tg in ≦ Tcrit, p, the process proceeds to the next step S8 as being possible to perform the work. If in> Tcrit, p, it is determined that construction is not possible and the process moves to step S100.

Ｔg in≦Ｔcrit,pである場合、ユーザは、噴射速度の算出に係るパラメータ（第３パラメータ）である材料粉末Ａの粒度分布を、施工条件判定システム１００に入力する（ステップＳ８、図５参照）。材料粉末Ａの粒度分布は、例えば、図７に示す縦軸に累積度数、横軸に粒子径が設定されるグラフにて示される。材料粉末Ａは、購入時に何マイクロメートル（μｍ）以下と指定でき、本実施形態では７５μｍ以下と指定している。   When Tg in ≦ Tcrit, p, the user inputs the particle size distribution of the material powder A, which is a parameter (third parameter) relating to the calculation of the injection speed, to the construction condition determination system 100 (step S8, see FIG. 5). ). The particle size distribution of the material powder A is shown, for example, in a graph in which the cumulative frequency is set on the vertical axis and the particle diameter is set on the horizontal axis shown in FIG. The material powder A can be specified as a number of micrometers (μm) or less at the time of purchase, and is specified as 75 μm or less in the present embodiment.

次に、演算部１０４は、入力された第３パラメータと解析結果とに基づいて、ノズル１噴射速度（Ｖp）を算出する（ステップＳ９）。
噴射速度は、材料粉末Ａの粒子径に基づいて算出される（後述）が、図７に示すように、市販の材料粉末Ａにおいては、異なる粒子径のものが混在している。したがって、ここでは、材料粉末Ａの噴射速度をより正確に推定するため、当該異なる粒子径を複数選択して、その選択した材料粉末Ａの粒子径毎に噴射速度を算出する。具体的には、上記購入時に指定した粒子径（７５μｍ）をｄ_４とし、図７に示すように、累積度数２５％、５０％、７５％の粒子径ｄ_１、ｄ_２、ｄ_３を噴射速度の算出のための代表値とする。すなわち、５μｍの粒子径ｄ_１、２０μｍの粒子径ｄ_２、５０μｍの粒子径ｄ_３を代表値とする。 Next, the computing unit 104 calculates the nozzle 1 injection speed (Vp) based on the input third parameter and the analysis result (step S9).
The injection speed is calculated on the basis of the particle diameter of the material powder A (described later), but as shown in FIG. 7, commercially available material powder A has a mixture of different particle diameters. Therefore, here, in order to estimate the injection speed of the material powder A more accurately, a plurality of the different particle diameters are selected, and the injection speed is calculated for each particle diameter of the selected material powder A. Specifically, the particle diameter (75 μm) designated at the time of purchase is d ₄ and, as shown in FIG. 7, the particle diameters d ₁ , d ₂ , d ₃ having a cumulative frequency of 25%, 50%, and 75% are injected. It is a representative value for speed calculation. That is, a representative value is a particle diameter d _{1 of} 5 μm, a particle diameter d _{2 of} 20 μm, and a particle diameter d _{3 of} 50 μm.

次に、演算部１０４は、代表値である粒子径ｄ_１、ｄ_２、ｄ_３を有する材料粉末Ａを、解析したノズル１１Ｎ内の作動ガスＧの流れ場中に投入することで、噴射速度を推定・算出する。
噴射速度の推定には、先ず、作動ガスＧの流れ場中に投入された材料粉末Ａに作用する力を求める。作用する力は、材料粉末Ａを所定の粒子径を有する球体であるとモデル化して、球体に対して作用する力（抗力）の演算式（実験等によって予め求められ、記憶部１０３に記憶されているもの）を用いて算出する。そして、投入された材料粉末Ａが、解析において噴射口１１Ｎ１に向かって移動するたびに、順次、その位置の作動ガスＧの流れ場によって作用する力を算出して、材料粉末Ａを進めていき、噴射速度を推定することとなる。
噴射速度（Ｖp）の結果は、例えば、図８に示すように、粒子径ｄ_１の材料粉末Ａの噴射速度（平均）は４５８ｍ／ｓと、粒子径ｄ_２の材料粉末Ａの噴射速度（平均）は４４８ｍ／ｓと、粒子径ｄ_３の材料粉末Ａの噴射速度（平均）は３２６ｍ／ｓと算出される。 Next, the calculation unit 104 throws the material powder A having particle diameters d ₁ , d ₂ , and d ₃ that are representative values into the flow field of the working gas G in the analyzed nozzle 11N, thereby causing an injection speed. Is estimated and calculated.
To estimate the injection speed, first, the force acting on the material powder A introduced into the flow field of the working gas G is obtained. The acting force is obtained by modeling the material powder A as a sphere having a predetermined particle diameter, and is calculated in advance by an experiment (such as an experiment) and stored in the storage unit 103. To calculate. Then, each time the charged material powder A moves toward the injection port 11N1 in the analysis, the force acting on the flow field of the working gas G at that position is sequentially calculated to advance the material powder A. The injection speed is estimated.
The result of the injection speed (Vp) is, for example, as shown in FIG. 8, the injection speed (average) of the material powder A with the particle diameter d ₁ is 458 m / s, and the injection speed of the material powder A with the particle diameter d ₂ ( The average) is calculated to be 448 m / s, and the injection speed (average) of the material powder A having the particle diameter d ₃ is calculated to be 326 m / s.

次に、演算部１０４は、基材Ｂの種類と材料粉末Ａの種類との組合せによって設定される臨界噴射速度（Ｖcrit）を、記憶部１０３に記憶された臨界噴射速度データから導出する（ステップＳ１０）。本実施形態の場合、基材ＢがＡｌ、材料粉末ＡがＡｌであるため、臨界噴射速度は４００ｍ／ｓとなる。
そして、演算部１０４は、算出した噴射速度と導出した臨界噴射速度とに基づいて、施工条件を判定する（ステップＳ１１）。すなわち、ここでは、噴射速度と臨界噴射速度を比較することによって、噴射された材料粉末Ａが基材Ｂ上に付着・堆積することが可能か否かに基づいて、施工条件の判定が行われる。
より詳しくは、複数算出される噴射速度と臨界噴射速度との関係が一つでも、Ｖp≧Ｖcritで示される場合は、施工可能であるとして次のステップＳ１２に移行し、一方、全ての当該関係が、Ｖp＜Ｖcritで示される場合は、施工不可であるとしてステップＳ１００に移行する。 Next, the calculation unit 104 derives the critical injection speed (Vcrit) set by the combination of the type of the base material B and the type of the material powder A from the critical injection speed data stored in the storage unit 103 (step) S10). In this embodiment, since the base material B is Al and the material powder A is Al, the critical injection speed is 400 m / s.
And the calculating part 104 determines construction conditions based on the calculated injection speed and the derived critical injection speed (step S11). That is, here, the construction conditions are determined based on whether or not the injected material powder A can adhere to and deposit on the base material B by comparing the injection speed and the critical injection speed. .
More specifically, even if there is one relationship between the plurality of calculated injection speeds and the critical injection speed, if Vp ≧ Vcrit, the process proceeds to the next step S12 because it is possible to construct, while all the relations However, when Vp <Vcrit is indicated, it is determined that the construction is impossible, and the process proceeds to step S100.

本実施形態では、臨界噴射速度が４００ｍ／ｓであるため、図８に示すように粒子径ｄ_１の材料粉末Ａ及び粒子径ｄ_２の材料粉末Ａは基材Ｂ上に付着・堆積し、粒子径ｄ_３の材料粉末Ａは基材Ｂ上に付着・堆積することができないことがわかる。すなわち、粒度分布でいえば、累積度数５０％程度までの材料粉末Ａは、基材Ｂ上に付着することとなる。
次に、演算部１０４は、算出した複数の噴射速度と導出した臨界噴射速度に基づいて、材料粉末Ａが基材Ｂ上に付着する歩留まり率（ｙ％）を算出する（ステップＳ１２）。
ここで歩留まり率とは、供給する材料粉末Ａの量（個数）に対して、基材Ｂ上にどれだけの材料粉末Ａの量が付着・堆積するかを示すものである。 In this embodiment, since the critical injection speed is 400 m / s, the material powder A with the particle diameter d _{1 and} the material powder A with the particle diameter d ₂ adhere and deposit on the base material B as shown in FIG. It can be seen that the material powder A having the particle diameter d ₃ cannot adhere to and deposit on the base material B. That is, in terms of the particle size distribution, the material powder A having a cumulative frequency of about 50% adheres to the base material B.
Next, the computing unit 104 calculates a yield rate (y%) at which the material powder A adheres to the base material B based on the calculated plurality of injection speeds and the derived critical injection speed (step S12).
Here, the yield rate indicates how much material powder A adheres to and accumulates on the base material B with respect to the amount (number) of the material powder A to be supplied.

概略的な歩留まり率（ｙ％）を算出するために、以下の式（１）、（２）、（３）を用いる場合もある（ｎ＝１、２、３）。
ｙ＝｛Σｄ_ｎ×ｉ（ｄ_ｎ）／（ｄ_１ ^３＋ｄ_２ ^３＋ｄ_３ ^３＋ｄ_４ ^３）｝×１００ …（１）
ｉ（ｄ_ｎ）＝１ （ｆ（ｄ_ｎ）＝Ｖp≧Ｖcrit） …（２）
ｉ（ｄ_ｎ）＝０ （ｆ（ｄ_ｎ）＝Ｖp＜Ｖcrit） …（３）
すなわち、材料粉末Ａの粒子径（ｄ_ｎ）から所定の関係式（ｆ（ｄ_ｎ））で算出される噴射速度（Ｖp）が臨界噴射速度（Ｖcrit）以上ならばｉ（ｄ_ｎ）＝１となり、当該粒子径の三乗が分子に積算され、一方、算出される噴射速度（Ｖp）が臨界噴射速度（Ｖcrit）より小さいならばｉ（ｄ_ｎ）＝０となることで、歩留まり率（ｙ％）が算出される。
本実施形態では、歩留まり率は、ｙ＝２．５％となる。また、パラメータを調整して、例えば、材料粉末Ａの粒子径ｄ_３でｆ（ｄ_ｎ）＝Ｖp≧Ｖcritの場合であれば、４１％の歩留まり率と算出される。 In order to calculate the approximate yield rate (y%), the following equations (1), (2), and (3) may be used (n = 1, 2, 3).
y = {Σd _n × i (d _n ) / (d ₁ ³ + d ₂ ³ + d ₃ ³ + d ₄ ³ )} × 100 (1)
i (d _n ) = 1 (f (d _n ) = Vp ≧ Vcrit) (2)
i (d _n ) = 0 (f (d _n ) = Vp <Vcrit) (3)
That is, a predetermined relational expression from the particle size of the material powder _{A (d n) (f (} d n)) injection speed calculated (Vp) is if the critical injection velocity (Vcrit) or with _{i (d} n) = 1 And the cube of the particle diameter is integrated into the numerator. On the other hand, if the calculated injection speed (Vp) is smaller than the critical injection speed (Vcrit), i (d _n ) = 0 and the yield rate ( y%) is calculated.
In the present embodiment, the yield rate is y = 2.5%. Further, by adjusting the parameters, for example, in the case the particle diameter d ₃ of the material powder A of _{f (d n) = Vp ≧} Vcrit, is calculated to be 41% of the yield rate.

次に、演算部１０４は、算出した歩留まり率と所定の歩留まり率とに基づいて、施工条件を判定する（ステップＳ１３）。すなわち、ここでは、算出した歩留まり率とユーザが予め設定する所定の歩留まり率（例えば、５０％や８０％等）とを比較することによって、施工条件の判定が行われる。
より詳しくは、算出した歩留まり率（ｙ％）と所定の歩留まり率（Ｙ％）との関係が、ｙ≧Ｙで示される場合は、理想的に施工可能であるとして次のステップＳ１４に移行し、一方、当該関係が、ｙ＜Ｔで示される場合は、施工不可であるとしてステップＳ１００に移行する。 Next, the computing unit 104 determines construction conditions based on the calculated yield rate and a predetermined yield rate (step S13). That is, here, the construction condition is determined by comparing the calculated yield rate with a predetermined yield rate (for example, 50%, 80%, etc.) preset by the user.
More specifically, if the relationship between the calculated yield rate (y%) and the predetermined yield rate (Y%) is indicated by y ≧ Y, the process proceeds to the next step S14 because it can be ideally constructed. On the other hand, if the relationship is represented by y <T, it is determined that the construction is impossible, and the process proceeds to step S100.

ここで、算出した歩留まり率が所定の歩留まり率より悪い（低い）場合には、コストの面から考慮して第１パラメータのガス温度を上げることが行われる。ここで、例えば、演算部１０４は、噴射口ガス温度（Ｔg out）及びノズル内ガス温度（Ｔg in）のいずれか一方が臨界の温度に至るまで温度を上昇させるような指示を表示部１０１に表示させる。
上記指示によっても、歩留まり率が改善されない場合は、演算部１０４は、次にコスト安のガス圧力を上げるような指示を表示部１０１に表示させる。
ガス温度、ガス圧力の調整によっても、歩留まり率が改善されない場合は、演算部１０４は、最終的には他のパラメータであるガス種類（ガス種類の分子量が小さいと材料粉末Ａの加速性が向上するため、例えば、空気からヘリウム等への変更）、材料粉末Ａの粒子径（購入時の材料粉末Ａの粒子径を小さいものへ変更）あるいは、ノズル１１Ｎの形状を調整するような指示を表示部１０１に表示させる。 Here, when the calculated yield rate is worse (lower) than the predetermined yield rate, the gas temperature of the first parameter is increased in consideration of cost. Here, for example, the calculation unit 104 instructs the display unit 101 to increase the temperature until either the injection port gas temperature (Tg out) or the nozzle gas temperature (Tg in) reaches a critical temperature. Display.
If the yield rate is not improved by the above instruction, the calculation unit 104 causes the display unit 101 to display an instruction to increase the gas pressure at the next lowest cost.
If the yield rate is not improved even by adjusting the gas temperature and gas pressure, the calculation unit 104 finally improves the acceleration of the material powder A when the other parameter is the gas type (the molecular weight of the gas type is small). In order to do so, for example, change from air to helium, etc.), the particle diameter of the material powder A (change the particle diameter of the material powder A at the time of purchase) or an instruction to adjust the shape of the nozzle 11N is displayed. Be displayed on the unit 101.

ｙ≧Ｙである場合、演算部１０４は、表示部１０１に施工可能表示をさせ、ユーザに施工条件の判定結果を通知させる（ステップＳ１４）。
そして、ユーザは、当該判定結果に基づいた所望の施工条件の下でコールドスプレー装置１を用いてコールドスプレー方法を実施することとなる。 When y ≧ Y, the calculation unit 104 causes the display unit 101 to display that the work is possible, and notifies the user of the determination result of the work condition (step S14).
And a user will implement a cold spray method using the cold spray apparatus 1 under the desired construction conditions based on the said determination result.

したがって、上述した本実施形態では、材料粉末Ａをノズル１１Ｎから作動ガスＧと共に所定の施工条件で噴射して基材Ｂ上に付着させるコールドスプレー装置１であって、ノズル１１Ｎ内の作動ガスＧの流れ場を上記施工条件に基づいて解析して材料粉末Ａの噴射速度を推定することで、ノズル１１Ｎから噴射される材料粉末Ａを基材Ｂ上に付着させることが可能か否かを判定する施工条件判定システム１００を有するという構成を採用することによって、所定の施工条件の下、ノズル１１Ｎ内の作動ガスＧの流れ場を解析することで、その流れ場において材料粉末Ａに作用する力を算出して、材料粉末Ａの噴射速度を推定することが可能となる。すなわち、推定した材料粉末Ａの噴射速度に基づいて施工条件を判定することで、実際に粉末速度計測装置を用いて噴射速度を測定することなく、施工可能か否かを判定することができる。また、材料粉末Ａを実際に噴射する必要が無くなるためコスト安を図ることができる。
したがって、本実施形態では、粉末速度計測装置を用いることと比べて、低コスト化及び施工に移行する時間の短縮化を図ることができるコールドスプレー装置１を提供することができる効果がある。 Therefore, in the present embodiment described above, the cold spray device 1 sprays the material powder A from the nozzle 11N together with the working gas G under predetermined construction conditions and adheres the material powder A onto the base material B, and the working gas G in the nozzle 11N. It is determined whether or not the material powder A injected from the nozzle 11N can be deposited on the base material B by analyzing the flow field of the material based on the above construction conditions and estimating the injection speed of the material powder A By adopting the configuration of having the construction condition determination system 100 to perform, by analyzing the flow field of the working gas G in the nozzle 11N under predetermined construction conditions, the force acting on the material powder A in the flow field It is possible to estimate the injection speed of the material powder A. That is, by determining the construction condition based on the estimated injection speed of the material powder A, it is possible to determine whether or not the construction is possible without actually measuring the injection speed using the powder speed measuring device. Moreover, since it is not necessary to actually inject the material powder A, the cost can be reduced.
Therefore, in this embodiment, compared with using a powder velocity measuring device, there exists an effect which can provide the cold spray apparatus 1 which can aim at cost reduction and shortening of the time which shifts to construction.

また、本実施形態では、施工条件判定システム１００は、ノズル１１Ｎに供給する作動ガスＧのガス圧力と、ノズル１１Ｎに供給する作動ガスＧのガス温度と、ノズル１１Ｎに供給する作動ガスＧのガス種類と、ノズル１１Ｎの形状とに基づいて、上記解析を行うという構成を採用することによって、ノズル１１Ｎ内の作動ガスＧの流れ場の形成に影響をもたらす、作動ガスＧのガス圧力、ガス温度、ガス種類、及びノズル１１Ｎの形状に基づいて流れ場の解析を行うことで噴射速度を推定することができる。   Moreover, in this embodiment, the construction condition determination system 100 includes the gas pressure of the working gas G supplied to the nozzle 11N, the gas temperature of the working gas G supplied to the nozzle 11N, and the gas of the working gas G supplied to the nozzle 11N. By adopting the configuration in which the above analysis is performed based on the type and the shape of the nozzle 11N, the gas pressure and gas temperature of the working gas G that affect the formation of the flow field of the working gas G in the nozzle 11N. The injection speed can be estimated by analyzing the flow field based on the gas type and the shape of the nozzle 11N.

また、本実施形態では、ノズル１１Ｎには、ノズル１１Ｎの長さ方向の温度分布を計測するための複数の温度センサ１５が設けられており、施工条件判定システム１００は、上記解析により推定されるノズル１１Ｎの長さ方向の温度分布と、温度センサ１５により計測される上記温度分布とに基づいて、上記施工条件を判定するという構成を採用することによって、解析により推定されるノズル１１Ｎの長さ方向の温度分布と、実測したノズル１１Ｎの長さ方向の温度分布とに基づいて、施工条件の判定が行われる。   In the present embodiment, the nozzle 11N is provided with a plurality of temperature sensors 15 for measuring the temperature distribution in the length direction of the nozzle 11N, and the construction condition determination system 100 is estimated by the above analysis. By adopting a configuration in which the construction condition is determined based on the temperature distribution in the length direction of the nozzle 11N and the temperature distribution measured by the temperature sensor 15, the length of the nozzle 11N estimated by analysis is adopted. The construction conditions are determined based on the temperature distribution in the direction and the temperature distribution in the length direction of the nozzle 11N that has been actually measured.

また、本実施形態では、施工条件判定システム１００は、上記解析により推定されるノズル１１Ｎの長さ方向の温度分布と、温度センサにより計測される上記温度分布との差が、所定の許容値の範囲内に収まる場合に、施工可能と判定するという構成を採用することによって、解析により推定されるノズル１１Ｎの長さ方向の温度分布と、実測したノズル１１Ｎの長さ方向の温度分布との差が、所定の許容値の範囲内、つまり、解析結果と実測結果とのノズル１１Ｎの温度分布を比較することにより、解析が実際の流れ場に沿って適切に再現されているときに、施工可能とする判定が行われる。このことから、施工条件の判定の信用性を向上させることが可能となる。   In the present embodiment, the construction condition determination system 100 determines that the difference between the temperature distribution in the length direction of the nozzle 11N estimated by the above analysis and the temperature distribution measured by the temperature sensor is a predetermined allowable value. The difference between the temperature distribution in the length direction of the nozzle 11N estimated by analysis and the temperature distribution in the length direction of the nozzle 11N actually measured by adopting a configuration in which it is determined that construction is possible when it falls within the range. Can be constructed when the analysis is appropriately reproduced along the actual flow field by comparing the temperature distribution of the nozzle 11N between the analysis result and the actual measurement result within a predetermined allowable range. Is determined. From this, it becomes possible to improve the reliability of determination of construction conditions.

また、本実施形態では、施工条件判定システム１００は、上記解析により推定されるノズル１１Ｎの噴射口の噴射口ガス温度と、基材Ｂの種類に応じて設定される施工可能な基材臨界温度とに基づいて、上記施工条件を判定するという構成を採用することによって、噴射される作動ガスＧが基材Ｂに材質変化、熱変形や溶融等の影響を及ぼすか否かに基づいた施工条件の判定が行われる。   Moreover, in this embodiment, the construction condition determination system 100 is a base material critical temperature that can be set according to the jet gas temperature of the jet port of the nozzle 11N estimated by the above analysis and the type of the base material B. Based on the above, the construction condition based on whether the working gas G to be sprayed affects the base material B due to material change, thermal deformation, melting, etc. Is determined.

また、本実施形態では、施工条件判定システム１００は、上記解析により推定されるノズル１１Ｎ内のノズル内ガス温度と、材料粉末Ａの種類に応じて設定される施工可能な材料粉末臨界温度とに基づいて、上記施工条件を判定するという構成を採用することによって、ノズル１１Ｎ内において作動ガスＧが材料粉末Ａに材質変化、熱変形や溶融等の影響を及ぼすか否かに基づいた施工条件の判定が行われる。   Moreover, in this embodiment, the construction condition determination system 100 sets the gas temperature in the nozzle 11N estimated by the above analysis and the material powder critical temperature that can be constructed according to the type of material powder A. Based on this, the construction condition is determined based on whether the working gas G affects the material powder A due to material change, thermal deformation, melting, or the like in the nozzle 11N. A determination is made.

また、本実施形態では、施工条件判定システム１００は、上記解析結果と材料粉末Ａの粒子径とに基づいて推定される上記噴射速度と、基材Ｂの種類と材料粉末Ａの種類との組合せによって設定される施工可能な臨界噴射速度とに基づいて、上記施工条件を判定するという構成を採用することによって、噴射された材料粉末Ａが基材Ｂ上に付着・堆積することが可能か否かに基づいた施工条件の判定が行われる。   Moreover, in this embodiment, the construction condition determination system 100 is a combination of the injection speed estimated based on the analysis result and the particle diameter of the material powder A, the type of the base material B, and the type of the material powder A. Whether or not the sprayed material powder A can adhere to and deposit on the base material B by adopting the construction in which the construction condition is determined based on the critical jet speed that can be constructed and set by The construction condition is determined based on the above.

また、本実施形態では、施工条件判定システム１００は、材料粉末Ａのうち異なる粒子径を複数選択し、選択した複数の材料粉末Ａの粒子径毎に上記噴射速度を複数推定して、複数の上記噴射速度と上記臨界噴射速度とに基づいて、材料粉末Ａが基材Ｂ上に付着する歩留まり率を推定し、推定した上記歩留まり率と、所定の歩留まり率とに基づいて、上記施工条件を判定するという構成を採用することによって、材料粉末Ａが基材Ｂ上に付着する歩留まり率を推定し、推定した歩留まり率と、所定の歩留まり率とに基づいて、施工条件の判定が行われる。   In the present embodiment, the construction condition determination system 100 selects a plurality of different particle diameters from the material powder A, estimates a plurality of the injection speeds for each particle diameter of the selected plurality of material powders A, and Based on the injection speed and the critical injection speed, the yield rate at which the material powder A adheres to the base material B is estimated. Based on the estimated yield rate and the predetermined yield rate, the construction condition is determined. By adopting the configuration of determining, the yield rate at which the material powder A adheres to the base material B is estimated, and the construction condition is determined based on the estimated yield rate and a predetermined yield rate.

また、本実施形態では、施工条件判定システム１００は、上記判定の結果が施工不可である場合に、ノズル１１Ｎに供給する作動ガスＧのガス圧力と、ノズル１１Ｎに供給する作動ガスＧのガス温度と、ノズル１１Ｎに供給する作動ガスＧのガス種類と、ノズル１１Ｎの形状と、材料粉末Ａの粒子径とのうち少なくともいずれか一つのパラメータを調整するように指示するという構成を採用することによって、判定の結果が施工不可である場合に、材料粉末Ａの噴射速度に影響をもたらす、作動ガスＧのガス圧力、ガス温度、ガス種類、ノズル１１Ｎの形状、及び材料粉末Ａの粒子径のパラメータを調整するように指示することで、施工条件を変化させて施工可能に導くことができる。   Further, in the present embodiment, the construction condition determination system 100 determines the gas pressure of the working gas G supplied to the nozzle 11N and the gas temperature of the working gas G supplied to the nozzle 11N when the result of the determination is not possible. By adopting a configuration instructing to adjust at least one parameter of the type of the working gas G supplied to the nozzle 11N, the shape of the nozzle 11N, and the particle diameter of the material powder A The parameters of the gas pressure of the working gas G, the gas temperature, the gas type, the shape of the nozzle 11N, and the particle diameter of the material powder A that affect the injection speed of the material powder A when the result of the determination is impossible By instructing to adjust the construction, it is possible to guide the construction by changing the construction conditions.

また、本実施形態では、上記指示は、上記ガス温度を、他の上記パラメータより優先して第１番目に調整するように指示するという構成を採用することによって、先ず、上記パラメータのうち調整することが最もコスト安のガス温度について調整指示がなされる。   Moreover, in this embodiment, the said instruction | indication adjusts among the said parameters first by employ | adopting the structure which instruct | indicates to adjust the said gas temperature preferentially over the said other parameter first. An adjustment instruction is given for the gas temperature at the lowest cost.

また、本実施形態では、上記指定は、上記ガス温度の次に、上記ガス圧力を、他の上記パラメータより優先して第２番目に調整するよう設定されるという構成を採用することによって、ガス温度の次に、上記パラメータのうち調整することがコスト安のガス圧力について調整指示がなされる。   Further, in the present embodiment, the designation is performed by adopting a configuration in which, after the gas temperature, the gas pressure is set to be adjusted second in preference to the other parameters. Next to the temperature, an adjustment instruction is given for a gas pressure that is cheap to adjust among the above parameters.

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring drawings, this invention is not limited to the said embodiment. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described embodiments are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.

例えば、上記実施形態では、噴射速度を算出するための材料粉末Ａの粒子径の代表値は、ｄ_１、ｄ_２、ｄ_３の３つを選択すると説明したが、本発明は、上記構成に限定されるものではなく、例えば、さらに多くの粒子径を代表値として選択する構成であっても良い。このように多くの代表粒子径を選択することで、材料粉末Ａの噴射速度をより正確に推定することが可能となる。さらに、代表粒子径の選択数に応じて、歩留まり率の算出式も変化することとなる。 For example, in the above embodiment, the representative value of the particle diameter of the material powder A for calculating the injection speed is described as selecting _three of d ₁ , d ₂ , and d ₃ , but the present invention has the above-described configuration. It is not limited, For example, the structure which selects many particle diameters as a representative value may be sufficient. By selecting many representative particle sizes in this way, it becomes possible to estimate the injection speed of the material powder A more accurately. Furthermore, the yield rate calculation formula also changes in accordance with the number of representative particle sizes selected.

本発明の実施形態に係るコールドスプレー装置の概略構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing a schematic structure of a cold spray device concerning an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るコールドスプレー部の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the cold spray part which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る施工条件判定システムの概略構成を示すブロック樹脂構造体を示す図である。It is a figure which shows the block resin structure which shows schematic structure of the construction condition determination system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る施工条件判定システムの動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining operation | movement of the construction condition determination system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る施工条件判定システムの動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining operation | movement of the construction condition determination system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るノズルの長さ方向の温度分布の解析結果と実測結果とを示す図である。It is a figure which shows the analysis result and actual measurement result of the temperature distribution of the length direction of the nozzle which concern on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る材料粉末の粒度分布を示す図である。It is a figure which shows the particle size distribution of the material powder which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る材料粉末の代表粒径毎の噴射速度の算出結果を示す図である。It is a figure which shows the calculation result of the injection speed for every representative particle size of the material powder which concerns on embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

Ａ…材料粉末、Ｂ…基材、Ｇ…作動ガス、１…コールドスプレー装置、ノズル…１１Ｎ、噴射口…１１Ｎ１、１５…温度センサ、１００…施工条件判定システム   A ... material powder, B ... base material, G ... working gas, 1 ... cold spray device, nozzle ... 11N, injection port ... 11N1, 15 ... temperature sensor, 100 ... construction condition judgment system

Claims (14)

材料粉末をノズルから作動ガスと共に所定の施工条件で噴射して基材上に付着させるコールドスプレー装置であって、
施工前に、前記ノズル内の前記作動ガスの流れ場を前記施工条件に基づいて解析して前記材料粉末の噴射速度を推定し、推定した噴射速度が、前記基材の種類と前記材料粉末の種類との組合せによって設定される施工可能な臨界噴射速度以上である場合に、施工可能と判定する施工条件判定システムを有することを特徴とするコールドスプレー装置。 A cold spray device that sprays material powder from a nozzle together with a working gas under predetermined construction conditions and adheres it onto a substrate,
Before the construction, the flow field of the working gas in the nozzle is analyzed based on the construction conditions to estimate the injection speed of the material powder, and the estimated injection speed is determined based on the type of the base material and the material powder. A cold spray device characterized by having a construction condition judgment system that judges that construction is possible when it is equal to or higher than a construction possible critical injection speed set in combination with the type . 前記施工条件判定システムは、前記ノズルに供給する前記作動ガスのガス圧力と、前記ノズルに供給する前記作動ガスのガス温度と、前記ノズルに供給する前記作動ガスのガス種類と、前記ノズルの形状とに基づいて、前記解析を行うことを特徴とする請求項１に記載のコールドスプレー装置。   The construction condition determination system includes a gas pressure of the working gas supplied to the nozzle, a gas temperature of the working gas supplied to the nozzle, a gas type of the working gas supplied to the nozzle, and a shape of the nozzle. The cold spray device according to claim 1, wherein the analysis is performed based on: 前記ノズルには、前記ノズルの長さ方向の温度分布を計測するための複数の温度センサが設けられており、
前記施工条件判定システムは、前記解析により推定される前記ノズルの長さ方向の温度分布と、前記温度センサにより計測される前記温度分布との差が、所定の許容値の範囲内に収まる場合に、施工可能と判定することを特徴とする請求項１または２に記載のコールドスプレー装置。 The nozzle is provided with a plurality of temperature sensors for measuring the temperature distribution in the length direction of the nozzle,
The construction condition determination system is configured such that the difference between the temperature distribution in the length direction of the nozzle estimated by the analysis and the temperature distribution measured by the temperature sensor falls within a predetermined allowable value range. The cold spray device according to claim 1, wherein it is determined that construction is possible. 前記施工条件判定システムは、前記解析により推定される前記ノズルの噴射口の作動ガス温度が、前記基材の種類に応じて設定される施工可能な基材臨界温度以上である場合に、施工可能と判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のコールドスプレー装置。 The working condition determination system, the working gas temperature of the injection port of the nozzle to be estimated by the analysis, when it is construction possible substrate above the critical temperature, which is set according to the type of the base material, allows construction cold spray device according to any one of claims 1 to 3, wherein the determining a. 前記施工条件判定システムは、前記解析により推定される前記ノズル内の作動ガス温度が、前記材料粉末の種類に応じて設定される施工可能な材料粉末臨界温度以上である場合に、施工可能と判定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のコールドスプレー装置。 The construction condition judgment system judges that construction is possible when the working gas temperature in the nozzle estimated by the analysis is equal to or higher than a workable material powder critical temperature set according to the type of the material powder. cold spray device according to claim 1, characterized in that. 前記施工条件判定システムは、前記材料粉末のうち異なる粒子径を複数選択し、選択した複数の前記材料粉末の粒子径毎に前記噴射速度を複数推定して、複数の前記噴射速度と前記臨界噴射速度とに基づいて、前記材料粉末が前記基材上に付着する歩留まり率を推定し、推定した前記歩留まり率が、所定の歩留まり率以上である場合に、施工可能と判定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のコールドスプレー装置。 The construction condition determination system selects a plurality of different particle diameters of the material powder, estimates a plurality of the injection speeds for each of the selected particle diameters of the plurality of material powders, and a plurality of the injection speeds and the critical injections. Based on the speed, the yield rate at which the material powder adheres to the base material is estimated, and when the estimated yield rate is equal to or higher than a predetermined yield rate, it is determined that construction is possible. The cold spray apparatus as described in any one of Claims 1-5 . 前記施工条件判定システムは、前記判定の結果が施工不可である場合に、前記ノズルに供給する前記作動ガスのガス圧力と、前記ノズルに供給する前記作動ガスのガス温度と、前記ノズルに供給する前記作動ガスのガス種類と、前記ノズルの形状と、前記材料粉末の粒子径とのうち少なくともいずれか一つのパラメータを調整するように指示することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のコールドスプレー装置。 The construction condition determination system supplies the pressure of the working gas supplied to the nozzle, the gas temperature of the working gas supplied to the nozzle, and the nozzle when the result of the determination is impossible. wherein the gas type of the working gas, the shape of the nozzle, the material powder of any one of claims 1 to 6, characterized in that an instruction to adjust at least one of the parameters of the particle size The cold spray apparatus as described in the item. 材料粉末をノズルから作動ガスと共に所定の施工条件で噴射して基材上に付着させるコールドスプレー方法であって、
施工前に、前記ノズル内の前記作動ガスの流れ場を前記施工条件に基づいて解析して前記材料粉末の噴射速度を推定し、推定した噴射速度が、前記基材の種類と前記材料粉末の種類との組合せによって設定される施工可能な臨界噴射速度以上である場合に、施工可能と判定する施工条件判定工程を有することを特徴とするコールドスプレー方法。 A cold spray method in which material powder is sprayed from a nozzle together with a working gas under predetermined construction conditions to adhere onto a substrate,
Before the construction, the flow field of the working gas in the nozzle is analyzed based on the construction conditions to estimate the injection speed of the material powder, and the estimated injection speed is determined based on the type of the base material and the material powder. A cold spray method characterized by having a construction condition judging step for judging that construction is possible when it is equal to or higher than a construction possible critical injection speed set in combination with the type . 前記施工条件判定工程では、前記ノズルに供給する前記作動ガスのガス圧力と、前記ノズルに供給する前記作動ガスのガス温度と、前記ノズルに供給する前記作動ガスのガス種類と、前記ノズルの形状とに基づいて、前記解析を行うことを特徴とする請求項８に記載のコールドスプレー方法。 In the construction condition determining step, the gas pressure of the working gas supplied to the nozzle, the gas temperature of the working gas supplied to the nozzle, the gas type of the working gas supplied to the nozzle, and the shape of the nozzle The cold spray method according to claim 8 , wherein the analysis is performed based on: 前記ノズルには、前記ノズルの長さ方向の温度分布を計測するための複数の温度センサが設けられており、
前記施工条件判定工程では、前記解析により推定される前記ノズルの長さ方向の温度分布と、前記温度センサにより計測される前記温度分布との差が、所定の許容値の範囲内に収まる場合に、施工可能と判定することを特徴とする請求項８または９に記載のコールドスプレー方法。 The nozzle is provided with a plurality of temperature sensors for measuring the temperature distribution in the length direction of the nozzle,
In the construction condition determining step, when the difference between the temperature distribution in the length direction of the nozzle estimated by the analysis and the temperature distribution measured by the temperature sensor falls within a predetermined allowable value range. The cold spray method according to claim 8 or 9 , wherein it is determined that construction is possible. 前記施工条件判定工程では、前記解析により推定される前記ノズルの噴射口の作動ガス温度が、前記基材の種類に応じて設定される施工可能な基材臨界温度以上である場合に、施工可能と判定することを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載のコールドスプレー方法。 In the working condition determination step, when the working gas temperature of the injection port of the nozzle to be estimated by the analysis is construction possible substrate above the critical temperature, which is set according to the type of the base material, allows construction It determines with these, The cold spray method as described in any one of Claims 8-10 characterized by the above-mentioned. 前記施工条件判定工程では、前記解析により推定される前記ノズル内の作動ガス温度が、前記材料粉末の種類に応じて設定される施工可能な材料粉末臨界温度以上である場合に、施工可能と判定することを特徴とする請求項８〜１１のいずれか一項に記載のコールドスプレー方法。 In the construction condition judging step, when the working gas temperature in the nozzle estimated by the analysis is equal to or higher than a workable material powder critical temperature set according to the type of the material powder, it is judged that construction is possible. cold spray process according to any one of claims 8-11, characterized in that. 前記施工条件判定工程では、前記材料粉末のうち異なる粒子径を複数選択し、選択した複数の前記材料粉末の粒子径毎に前記噴射速度を複数推定して、複数の前記噴射速度と前記臨界噴射速度とに基づいて、前記材料粉末が前記基材上に付着する歩留まり率を推定し、推定した前記歩留まり率が、所定の歩留まり率以上である場合に、施工可能と判定することを特徴とする請求項８〜１２のいずれか一項に記載のコールドスプレー方法。 In the construction condition determination step, a plurality of different particle diameters are selected from the material powder, a plurality of the injection speeds are estimated for each of the selected particle diameters of the plurality of material powders, and a plurality of the injection speeds and the critical injections are estimated. Based on the speed, the yield rate at which the material powder adheres to the base material is estimated, and when the estimated yield rate is equal to or higher than a predetermined yield rate, it is determined that construction is possible. The cold spray method as described in any one of Claims 8-12 . 前記施工条件判定工程では、前記判定の結果が施工不可である場合に、前記ノズルに供給する前記作動ガスのガス圧力と、前記ノズルに供給する前記作動ガスのガス温度と、前記ノズルに供給する前記作動ガスのガス種類と、前記ノズルの形状と、前記材料粉末の粒子径とのうち少なくともいずれか一つのパラメータを調整するように指示することを特徴とする請求項８〜１３のいずれか一項に記載のコールドスプレー方法。 In the construction condition determination step, when the result of the determination is impossible, the gas pressure of the working gas supplied to the nozzle, the gas temperature of the working gas supplied to the nozzle, and the nozzle supplied 14. The control unit according to claim 8 , wherein an instruction is given to adjust at least one parameter of a gas type of the working gas, a shape of the nozzle, and a particle diameter of the material powder. The cold spray method according to item.

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