JP5573505B2 - Ejector nozzle for cold spray device and cold spray device - Google Patents

Ejector nozzle for cold spray device and cold spray device Download PDF

Info

Publication number
JP5573505B2
JP5573505B2 JP2010195748A JP2010195748A JP5573505B2 JP 5573505 B2 JP5573505 B2 JP 5573505B2 JP 2010195748 A JP2010195748 A JP 2010195748A JP 2010195748 A JP2010195748 A JP 2010195748A JP 5573505 B2 JP5573505 B2 JP 5573505B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
working gas
flow path
cold spray
spray device
flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2010195748A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2012052186A (en
Inventor
幸二 徳永
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IHI Corp filed Critical IHI Corp
Priority to JP2010195748A priority Critical patent/JP5573505B2/en
Publication of JP2012052186A publication Critical patent/JP2012052186A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5573505B2 publication Critical patent/JP5573505B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、コールドスプレー装置用エジェクタノズル及びコールドスプレー装置に関する。   The present invention relates to an ejector nozzle for a cold spray device and a cold spray device.

従来、例えば製鉄プロセスで用いる鋳型やロール、自動車のホイール、ガスタービンの構成部品等の各種金属部材の、減肉の修復や耐摩耗性や耐食性を向上させて金属部材の長寿命化を図ることを目的とし、ニッケル、銅、アルミニウム、クロム又はこれらの合金等の皮膜を形成することが知られている。このような皮膜を形成する方法として、金属メッキ法や溶射法が用いられている。   Conventionally, for example, various metal members such as molds and rolls used in the steel making process, automobile wheels, gas turbine components, etc., to reduce the thickness loss, improve wear resistance and corrosion resistance, and extend the life of the metal members. It is known to form a film of nickel, copper, aluminum, chromium, or alloys thereof. As a method for forming such a film, a metal plating method or a thermal spraying method is used.

しかし、金属メッキ法を用いた場合には、大面積に施工することが困難であり、また、クラックが発生しやすいといった課題がある。
また、溶射法で皮膜を形成した場合には、溶射中に金属が酸化するため緻密な皮膜の形成が難しく、さらに、形成した皮膜の導電率及び熱伝導率が低くなるといった課題がある。また、付着率が低く、不経済である等の課題もある。 However, when the metal plating method is used, there is a problem that it is difficult to construct a large area and cracks are easily generated.
Further, when a coating is formed by a thermal spraying method, a metal is oxidized during spraying, so that it is difficult to form a dense coating, and there is a problem that the conductivity and thermal conductivity of the formed coating are lowered. There are also problems such as low adhesion and uneconomical.

そこで、これらに代わり皮膜を形成する新たな技術として、近年、固相状態の原料粉末（皮膜材料）を用いて皮膜を形成する「コールドスプレー」が注目されている。このコールドスプレーでは、原料粉末の融点よりも低い温度の作動ガス中に原料粉末を投入する。そして、このように作動ガスで搬送した原料粉末をコンバージョントノズルに供給し、さらにダイバージョントノズルで原料粉末を超音速に加速し固相状態のまま基材（対象物）に噴射し、衝突させることにより、皮膜を形成する技術である。つまり、金属、合金、金属間化合物、セラミックス等の原料粉末を、固相状態のまま高速（超音速）で基材表面に噴射し、衝突させて皮膜を形成する技術である（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。   Therefore, as a new technique for forming a film instead of these, in recent years, “cold spray” in which a film is formed using a raw material powder (film material) in a solid phase has attracted attention. In this cold spray, the raw material powder is put into a working gas having a temperature lower than the melting point of the raw material powder. Then, the raw material powder transported by the working gas is supplied to the converted nozzle, and further, the raw material powder is accelerated to a supersonic speed by the diverted nozzle and sprayed onto the base material (target object) in the solid phase state. This is a technique for forming a film. In other words, this is a technology for forming a film by injecting and colliding raw material powders such as metals, alloys, intermetallic compounds, ceramics, etc. in the solid phase at a high speed (supersonic speed) and colliding them (for example, patent documents) 1, see Patent Document 2).

特開２００９−１８９１号公報JP 2009-1891 A 特開２００９−１３６８７０号公報JP 2009-136870 A

ところで、前記のコールドスプレーを実施するコールドスプレー装置では、形成する皮膜の品質等に応じて超音速ノズルの形状やその形状に適した作動ガスの圧力を設定し、作動ガスの速度（流速）を決定している。すなわち、基材表面に形成する皮膜の品質は、原料粉末を衝突させる速度、つまり超音速ノズルから噴射する速度によって決定される。このとき、超音速形状ノズルの形状により膨張比が決定され、適正膨張した場合の粉末のマッハ数が決定されるため、超音速ノズルの形状とその形状により決定される作動ガスの膨張比及びノズルに供給する作動ガスの圧力が重要になっている。従来は、超音速ノズルとして形状のシンプルなコニカル超音速ノズルを使用している。   By the way, in the cold spray apparatus that performs the cold spray, the shape of the supersonic nozzle and the pressure of the working gas suitable for the shape are set according to the quality of the film to be formed, and the speed (flow velocity) of the working gas is set. Has been decided. That is, the quality of the coating film formed on the substrate surface is determined by the speed at which the raw material powder collides, that is, the speed at which it is ejected from the supersonic nozzle. At this time, since the expansion ratio is determined by the shape of the supersonic shape nozzle, and the Mach number of the powder when appropriately expanded, the shape of the supersonic nozzle and the expansion ratio of the working gas determined by the shape and the nozzle are determined. The pressure of the working gas supplied to is important. Conventionally, a conical supersonic nozzle having a simple shape is used as the supersonic nozzle.

しかし、コニカルノズルでは、その出口から噴射される作動ガス（原料粉末を含む）の流速に分布が生じ、通常はノズル出口の中央部では流速が遅く、外周部では流速が速くなる。したがって、このような流速の分布により、特にノズル出口の中央部では、必ずしも設定した圧力に対応した所望の速度が得られない。なお、前記の流速は、コニカルノズル内を流れてこれから噴射される作動ガスの膨張比により、主に決定される。この膨張比は、コニカルノズルにおいて最も内径が小となるスロート部の開口面積と、出口部における開口面積との比（面積比）によって決まる。   However, in the conical nozzle, a distribution occurs in the flow velocity of the working gas (including the raw material powder) injected from the outlet, and the flow velocity is usually slow at the central portion of the nozzle outlet and the flow velocity is high at the outer peripheral portion. Therefore, due to such a flow velocity distribution, a desired speed corresponding to the set pressure is not always obtained, particularly in the central portion of the nozzle outlet. The flow velocity is mainly determined by the expansion ratio of the working gas that flows through the conical nozzle and is injected from now on. This expansion ratio is determined by the ratio (area ratio) between the opening area of the throat portion having the smallest inner diameter in the conical nozzle and the opening area of the outlet portion.

また、コニカルノズルは、これに供給する作動ガスの圧力は調整可能であるものの、通常、スロート部と出口部との面積比が一定である１種類のものに固定されている。そのため、例えば作動ガスの圧力を変えた場合では、コニカルノズルから噴射する作動ガス（原料粉末を含む）の速度が変えた圧力に対応する所望の速度にならず、この所望の速度と大きく異なる速度になってしまうことがある。   The conical nozzle is usually fixed to one type in which the area ratio between the throat portion and the outlet portion is constant, although the pressure of the working gas supplied to the conical nozzle can be adjusted. Therefore, for example, when the pressure of the working gas is changed, the speed of the working gas (including the raw material powder) injected from the conical nozzle does not become a desired speed corresponding to the changed pressure, and the speed greatly differs from the desired speed. It may become.

これは、使用するコニカルノズルが供給する作動ガスの圧力に対応しておらず、したがってコニカルノズルに供給された作動ガスが適正膨張することなく不適切な膨張比で膨張し、これによってコニカルノズル内を流れる原料粉末の速度が適正にならなくなってしまうからである。そして、このように原料粉末の速度が適正にならなくなると、結果的に所望品質の皮膜が得られなくなってしまう。   This does not correspond to the pressure of the working gas supplied by the conical nozzle to be used. Therefore, the working gas supplied to the conical nozzle expands at an inappropriate expansion ratio without properly expanding, and thereby the inside of the conical nozzle. This is because the speed of the raw material powder flowing through the plate becomes inappropriate. If the speed of the raw material powder is not appropriate as described above, a film having a desired quality cannot be obtained as a result.

また、一般に原料粉末は、コニカルノズルの内壁面が高温になっているとここに付着してしまう。すると、作動ガスの流れに乱れが生じることで原料粉末の速度分布が目的とする速度分布と異なってしまい、前記したように所望品質の皮膜が得られなくなってしまう。   In general, the raw material powder adheres to the conical nozzle when the inner wall surface thereof is at a high temperature. Then, the flow of the working gas is disturbed, so that the velocity distribution of the raw material powder is different from the target velocity distribution, and as described above, a film having a desired quality cannot be obtained.

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、形成する皮膜の品質の低下を防止するべく、噴射する皮膜材料（原料粉末）の速度分布の適正化を可能にし、これによって所望品質（高品質）の皮膜が得られるようにしたコールドスプレー装置用エジェクタノズルと、このエジェクタノズルを備えたコールドスプレー装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and the purpose thereof is to enable optimization of the velocity distribution of the sprayed coating material (raw material powder) in order to prevent deterioration of the quality of the coating to be formed, An object of the present invention is to provide an ejector nozzle for a cold spray apparatus which can obtain a desired quality (high quality) film, and a cold spray apparatus provided with the ejector nozzle.

本発明者は前記課題を解消するべく鋭意検討した結果、従来のコールドスプレー装置では使用されていなかったエジェクタノズルを、従来のコニカルノズルに代えて使用することに思い至り、さらに研究を重ねて結果、本発明を完成した。
すなわち、本発明のコールドスプレー装置用エジェクタノズルは、皮膜材料を作動ガスとともに固相状態のまま対象物に衝突させ、皮膜を形成するコールドスプレー装置におけるエジェクタノズルであって、
前記皮膜材料及び前記作動ガスを供給する側となるコンバージェント部と、該コンバージェント部の先端側に設けられたダイバージェント部とを有し、
前記コンバージェント部は内管と外管とからなる二重配管構造とされ、
前記ダイバージェント部は前記コンバージェント部の外管に連続して形成され、
前記内管内には前記皮膜材料及び前記作動ガスが供給されるように構成され、
前記内管と前記外管との間には、前記作動ガスのみが供給されるよう構成されていることを特徴としている。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventor has come up with the idea of using an ejector nozzle that has not been used in a conventional cold spray apparatus instead of a conventional conical nozzle, and has conducted further research. The present invention has been completed.
That is, the ejector nozzle for a cold spray device of the present invention is an ejector nozzle in a cold spray device that forms a film by colliding a coating material with a working gas in a solid state with a working gas,
A convergent part to be a side for supplying the coating material and the working gas, and a divergent part provided on a tip side of the convergent part,
The convergent part has a double piping structure composed of an inner pipe and an outer pipe,
The divergent portion is formed continuously on the outer tube of the convergent portion,
The inner pipe is configured to be supplied with the coating material and the working gas,
Only the working gas is supplied between the inner tube and the outer tube.

このコールドスプレー装置用エジェクタノズルによれば、コンバージェント部の内管内にインナー流路を形成し、内管と外管との間にアウター流路を形成し、インナー流路には作動ガスとともに皮膜材料を供給し、アウター流路には作動ガスのみを供給するようにしたので、アウター流路に供給する作動ガスの流量をインナー流路に供給する皮膜材料及び作動ガスの流量に対して適宜に設定することにより、インナー流路を出てダイバージェント部に流入した皮膜材料及び作動ガスの膨張が適正化される。すなわち、アウター流路を出てダイバージェント部に流入した作動ガスにより、インナー流路を出てダイバージェント部に流入した皮膜材料及び作動ガスの流れがサポートされ、これにより、皮膜材料及び作動ガスの流れの膨張が適正化されて皮膜材料の速度分布も適正化される。   According to this ejector nozzle for a cold spray device, an inner flow path is formed in the inner pipe of the convergent portion, an outer flow path is formed between the inner pipe and the outer pipe, and the inner flow path is coated with the working gas. Since the material is supplied and only the working gas is supplied to the outer flow path, the flow rate of the working gas supplied to the outer flow path is set appropriately with respect to the coating material supplied to the inner flow path and the flow rate of the working gas. By setting, the expansion of the coating material and the working gas that has flowed out of the inner flow path into the divergent portion is optimized. That is, the working gas that flows out of the outer flow path and flows into the divergent portion supports the flow of the coating material and working gas that flows out of the inner flow path and into the divergent portion. The flow expansion is optimized and the velocity distribution of the coating material is also optimized.

また、アウター流路を出てダイバージェント部に流入した作動ガスも、インナー流路を出てダイバージェント部に流入した皮膜材料及び作動ガスと同様に超音速で流れるので、ダイバージェント部ではこれらの流れが混ざりにくくなっている。したがって、インナー流路を出てダイバージェント部に流入した皮膜材料は、アウター流路を出た作動ガスの流れに遮られ、ダイバージェント部の内壁面に接触することが妨げられることから、皮膜材料がダイバージェント部の内壁面に付着するのが防止される。   In addition, since the working gas that has flowed out of the outer flow path and flowed into the divergent portion also flows at supersonic speeds like the coating material and the working gas that flowed out of the inner flow path and flowed into the divergent portion, The flow is difficult to mix. Therefore, the coating material that has flowed out of the inner flow path into the divergent portion is blocked by the flow of the working gas that has flowed out of the outer flow passage, thereby preventing contact with the inner wall surface of the divergent portion. Is prevented from adhering to the inner wall surface of the divergent portion.

また、本発明のコールドスプレー装置は、前記コールドスプレー装置用エジェクタノズルを備えたコールドスプレー装置であって、
前記内管内に供給する作動ガスの圧力を調整する第１圧力調整部と、前記内管と前記外管との間に供給する作動ガスの圧力を調整する第２圧力調整部と、を有してなることを特徴としている。 The cold spray device of the present invention is a cold spray device including the ejector nozzle for the cold spray device,
A first pressure adjusting unit that adjusts the pressure of the working gas supplied into the inner pipe, and a second pressure adjusting unit that adjusts the pressure of the working gas supplied between the inner pipe and the outer pipe. It is characterized by.

このコールドスプレー装置によれば、前記コールドスプレー装置用エジェクタノズルを備え、さらに第１圧力調整部と第２圧力調整部とを有しているので、これら第１圧力調整部と第２圧力調整部とによって内管内（インナー流路）に供給する作動ガスの圧力と内管と外管との間（アウター流路）に供給する作動ガスの圧力とを適宜に調整することで、インナー流路を出た皮膜材料及び作動ガスの、ダイバージェント部での膨張を良好に適正化することができる。   According to this cold spray device, since it includes the ejector nozzle for the cold spray device and further includes the first pressure adjusting unit and the second pressure adjusting unit, these first pressure adjusting unit and second pressure adjusting unit. By appropriately adjusting the pressure of the working gas supplied into the inner pipe (inner flow path) and the pressure of the working gas supplied between the inner pipe and the outer pipe (outer flow path), It is possible to satisfactorily optimize the expansion of the film material and the working gas that has occurred in the divergent portion.

また、前記コールドスプレー装置においては、前記作動ガスを加熱するヒーターが備えられ、前記ヒーターは、前記内管内に供給される作動ガスの温度を、前記内管と前記外管との間に供給される作動ガスの温度より高くするように構成されているのが好ましい。
このようにすれば、ヒーターにより、前記インナー流路（内管内）に供給される作動ガスの温度が、前記アウター流路（内管と外管との間）に供給される作動ガスの温度より高くされ、したがってアウター流路に供給される作動ガスの温度が、インナー流路に供給される作動ガスの温度より低くされているので、フィルム冷却と同様の冷却効果が得られるためダイバージェント部の内壁面が加熱されるのが抑えられ、皮膜材料がダイバージェント部の内壁面に付着するのがより確実に防止される。 In the cold spray device, a heater for heating the working gas is provided, and the heater supplies the temperature of the working gas supplied into the inner pipe between the inner pipe and the outer pipe. It is preferable that the temperature be higher than the temperature of the working gas.
In this way, the temperature of the working gas supplied to the inner flow path (inner pipe) by the heater is higher than the temperature of the working gas supplied to the outer flow path (between the inner pipe and the outer pipe). Therefore, since the temperature of the working gas supplied to the outer flow path is lower than the temperature of the working gas supplied to the inner flow path, a cooling effect similar to film cooling can be obtained. Heating of the inner wall surface is suppressed, and the coating material is more reliably prevented from adhering to the inner wall surface of the divergent portion.

本発明のコールドスプレー装置用エジェクタノズル、及びこれを備えたコールドスプレー装置にあっては、インナー流路を出た皮膜材料及び作動ガスの膨張を適正化し、皮膜材料の速度分布を適正化することができるので、所望品質、すなわち高品質の皮膜を形成することができる。
また、皮膜材料がダイバージェント部の内壁面に付着するのを防止することができるので、作動ガスの流れの乱れを防止して原料粉末の速度分布を目的とする速度分布にすることができ、したがって高品質の皮膜を形成することができる。 In the ejector nozzle for a cold spray device of the present invention and the cold spray device having the same, the expansion of the coating material and the working gas exiting the inner flow path is optimized, and the velocity distribution of the coating material is optimized. Therefore, a desired quality, that is, a high quality film can be formed.
In addition, since it is possible to prevent the coating material from adhering to the inner wall surface of the divergent portion, it is possible to prevent the turbulence of the flow of the working gas and make the velocity distribution of the raw material powder a target velocity distribution, Therefore, a high quality film can be formed.

本発明に係るコールドスプレー装置の概略構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically schematic structure of the cold spray apparatus which concerns on this invention.

以下、本発明のコールドスプレー装置用エジェクタノズル、及びこれを備えたコールドスプレー装置について詳しく説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
図１は、本発明に係るコールドスプレー装置の概略構成を模式的に示す図である。図１において符号１はコールドスプレー装置である。 Hereinafter, an ejector nozzle for a cold spray device of the present invention and a cold spray device including the same will be described in detail. In each drawing used for the following description, the scale of each member is appropriately changed to make each member a recognizable size.
FIG. 1 is a diagram schematically showing a schematic configuration of a cold spray apparatus according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a cold spray device.

このコールドスプレー装置１は、作動ガス及び原料粉末（皮膜材料）を供給する装置本体２と、この装置本体２に接続されたエジェクタノズル３とを備えて構成されたものである。
装置本体２は、作動ガス供給源４と、粉末供給部５と、複数のヒーター８ａ〜８ｃと、複数のバルブ７ａ〜７ｄと、これらを接続する配管系６ａ〜６ｄとを有して構成されている。 The cold spray apparatus 1 includes an apparatus main body 2 that supplies a working gas and a raw material powder (film material), and an ejector nozzle 3 that is connected to the apparatus main body 2.
The apparatus main body 2 includes a working gas supply source 4, a powder supply unit 5, a plurality of heaters 8a to 8c, a plurality of valves 7a to 7d, and piping systems 6a to 6d that connect them. ing.

作動ガス供給源４は、窒素やヘリウムなどの不活性ガスを貯留するガスボンベもしくはカードル等からなるもので、作動ガスとなる不活性ガスを例えば４０気圧以上の高圧状態で貯留し、したがって不活性ガスを高圧で導出可能にしたものである。なお、ヘリウムは、音速が速いため窒素に比べてその流速をより高速（超音速）にすることができ好ましい。   The working gas supply source 4 is composed of a gas cylinder or a curd for storing an inert gas such as nitrogen or helium. The working gas supply source 4 stores the inert gas serving as the working gas in a high pressure state of, for example, 40 atm or higher, and thus the inert gas. Can be derived at high pressure. Helium is preferable because its speed of sound is high and its flow velocity can be higher (supersonic speed) than nitrogen.

作動ガス供給源４には、第１配管系６ａと第２配管系６ｂとが接続されており、第１配管系６ａには、第１バルブ７ａを介して第１ヒーター８ａ、粉末供給部５がこの順に設けられている。第１バルブ７ａは、作動ガス供給源４から導出される作動ガス（不活性ガス）の圧力を調整し、したがって第１配管系６ａに流れる不活性ガスの流量を決定するようになっている。   A first piping system 6a and a second piping system 6b are connected to the working gas supply source 4, and a first heater 8a and a powder supply unit 5 are connected to the first piping system 6a via a first valve 7a. Are provided in this order. The first valve 7a adjusts the pressure of the working gas (inert gas) derived from the working gas supply source 4, and thus determines the flow rate of the inert gas flowing through the first piping system 6a.

第１ヒーター８ａは、作動ガス供給源４から導出された作動ガスを加熱するためのものである。すなわち、作動ガス供給源４から導出された作動ガスは、高圧状態から所定圧に急激に減圧され膨張するため、温度が低下する。したがって、後述するようにエジェクタノズル３から比較的高温で作動ガスを噴射するべく、不活性ガスを、後述する原料粉末の融点よりも低い温度となる所定温度、例えば８００℃に加熱するようになっている。   The first heater 8 a is for heating the working gas derived from the working gas supply source 4. That is, since the working gas derived from the working gas supply source 4 is rapidly decompressed from the high pressure state to a predetermined pressure and expands, the temperature decreases. Accordingly, in order to inject the working gas from the ejector nozzle 3 at a relatively high temperature as described later, the inert gas is heated to a predetermined temperature, for example, 800 ° C., which is lower than the melting point of the raw material powder described later. ing.

粉末供給部５は、皮膜材料の原料粉末を貯留し、この貯留した原料粉末（皮膜材料）を作動ガス供給源４から導入された作動ガスに搬送（同伴）させて、エジェクタノズル３のインナー流路２０に導入させるものである。皮膜材料としては、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｃｒ等の金属や、ニッケルクロム合金、ステンレス鋼、アルミニウム合金、銅合金等の合金、Ａｌ２Ｏ３等のセラミックスなど、各種の材料が用いられる。 The powder supply unit 5 stores the raw material powder of the coating material, and conveys (entrains) the stored raw material powder (coating material) to the working gas introduced from the working gas supply source 4 so that the inner flow of the ejector nozzle 3 It is introduced into the road 20. Coating materials include metals such as Cu, Al, Ti, Ag, Ni, Zn, Sn, Mo, Fe, Ta, Nb, Si, and Cr, and alloys such as nickel chromium alloy, stainless steel, aluminum alloy, and copper alloy Various materials such as ceramics such as Al 2 O 3 are used.

そして、第１配管系６ａは、この粉末供給部５を介してエジェクタノズル３のインナー流路２０に接続されている。このような構成のもとに、作動ガス供給源４から第１配管系６ａに導出された作動ガスは、第１ヒーター８ａで加熱され、さらに粉末供給部５で原料粉末（皮膜材料）を同伴し、その後エジェクタノズル３のインナー流路２０に流入するようになっている。   The first piping system 6 a is connected to the inner flow path 20 of the ejector nozzle 3 through the powder supply unit 5. Under such a configuration, the working gas led out from the working gas supply source 4 to the first piping system 6a is heated by the first heater 8a and is further accompanied by the raw material powder (film material) in the powder supply unit 5. After that, it flows into the inner flow path 20 of the ejector nozzle 3.

第２配管系６ｂには、第２バルブ７ｂを介して第２ヒーター８ｂが設けられている。また、この第２配管系６ｂは、第２ヒーター８ｂを出た後、第３配管系６ｃと第４配管系６ｄとに分岐している。第２バルブ７ｂは、作動ガス供給源４から導出される作動ガスの圧力を調整し、したがって第２配管系６ａに流れる不活性ガスの流量を決定するようになっている。   A second heater 8b is provided in the second piping system 6b via a second valve 7b. The second piping system 6b branches out into the third piping system 6c and the fourth piping system 6d after leaving the second heater 8b. The second valve 7b adjusts the pressure of the working gas derived from the working gas supply source 4, and thus determines the flow rate of the inert gas flowing through the second piping system 6a.

第２ヒーター８ｂは、前記第１ヒーター８ａと同様に、作動ガス供給源４から導出された作動ガスを加熱するためのものである。ただし、この第２ヒーター８ｂでは、これに接続する第３配管系６ｃから作動ガスを、後述するようにエジェクタノズル３のアウター流路に流入させるため、比較的低い温度、例えば４００℃に加熱するようになっている。   Similarly to the first heater 8a, the second heater 8b is for heating the working gas derived from the working gas supply source 4. However, in this 2nd heater 8b, since working gas flows in into the outer flow path of the ejector nozzle 3 so that it may mention later from the 3rd piping system 6c connected to this, it heats to comparatively low temperature, for example, 400 degreeC. It is like that.

第３配管系６ｃは、第３バルブ７ｃを介してエジェクタノズル３のアウター流路３０に接続されている。このような構成のもとに、作動ガス供給源４から第２配管系６ｂに導出され、さらに第２ヒーター８ｂで加熱された不活性ガス（作動ガス）の一部は、第３配管系６ｃを経て例えば４００℃程度の温度でアウター流路３０に流入するようになっている。   The third piping system 6c is connected to the outer flow path 30 of the ejector nozzle 3 via the third valve 7c. Under such a configuration, a part of the inert gas (working gas) led out from the working gas supply source 4 to the second piping system 6b and heated by the second heater 8b is part of the third piping system 6c. For example, it flows into the outer flow path 30 at a temperature of about 400 ° C.

第４配管系６ｄは、第４バルブ７ｄを介して第３ヒーター８ｃに接続し、その後、エジェクタノズル３のインナー流路２０に接続されている。第３ヒーター８ｃは、前記第２ヒーター８ｂで４００℃程度に加熱された作動ガスを、前記第１ヒーター８ａと同様に前記原料粉末の融点よりも低い温度となる所定温度、例えば８００℃程度にまで加熱するものである。このような構成のもとに、作動ガス供給源４から第２配管系６ｂを経て第４配管系６ｄに導出され、さらに第３ヒーター８ｃで加熱された不活性ガス（作動ガス）は、例えば８００℃程度の温度でインナー流路２０に流入するようになっている。   The fourth piping system 6d is connected to the third heater 8c via the fourth valve 7d, and then connected to the inner flow path 20 of the ejector nozzle 3. The third heater 8c has a working gas heated to about 400 ° C. by the second heater 8b at a predetermined temperature, for example, about 800 ° C., which is lower than the melting point of the raw material powder, similarly to the first heater 8a. Until it is heated. Under such a configuration, the inert gas (working gas) led out from the working gas supply source 4 to the fourth piping system 6d through the second piping system 6b and further heated by the third heater 8c is, for example, It flows into the inner flow path 20 at a temperature of about 800 ° C.

なお、第１ヒーター８ａ、第２ヒーター８ｂ、第３ヒーター８ｃとしては、例えば一般的な抵抗加熱式のものが用いられ、加熱温度の設定も可変なものが用いられる。そして、本実施形態では、これら３つのヒーターにより、本発明のヒーターが構成されている。
すなわち、これら３つのヒーターにより、エジェクタノズル３のインナー流路２０に導入される不活性ガスは、エジェクタノズル３のアウター流路３０に導入される不活性ガスより高い温度に加熱されるようになっている。 In addition, as the 1st heater 8a, the 2nd heater 8b, and the 3rd heater 8c, the thing of a general resistance heating type is used, for example, and the setting of heating temperature is variable. And in this embodiment, the heater of this invention is comprised by these three heaters.
That is, with these three heaters, the inert gas introduced into the inner flow path 20 of the ejector nozzle 3 is heated to a temperature higher than the inert gas introduced into the outer flow path 30 of the ejector nozzle 3. ing.

また、第１バルブ７ａ、第２バルブ７ｂ、第３バルブ７ｃ、第４バルブ７ｄは、本発明における第１圧力調整部、第２圧力調整部を構成するものとなっている。第１圧力調整部は、後述するエジェクタノズル３の内管１３内に形成されるインナー流路２０に供給する作動ガスの圧力を調整するものであり、第２圧力調整部は、後述するエジェクタノズル３の内管１３と外管１４との間に形成されるアウター流路３０に供給する不活性ガスの圧力を調整するものである。   The first valve 7a, the second valve 7b, the third valve 7c, and the fourth valve 7d constitute a first pressure adjusting unit and a second pressure adjusting unit in the present invention. The first pressure adjusting unit adjusts the pressure of the working gas supplied to the inner flow path 20 formed in the inner tube 13 of the ejector nozzle 3 described later, and the second pressure adjusting unit is the ejector nozzle described later. 3 adjusts the pressure of the inert gas supplied to the outer flow path 30 formed between the inner pipe 13 and the outer pipe 14.

したがって、本実施形態では、第１配管系６ａから原料粉末とともに作動ガスをインナー流路２０に導入するための第１バルブ７ａと、第２配管系６ｂを経て第４配管系６ｄから作動ガスをインナー流路２０に導入するための第２バルブ７ｂ及び第４バルブ７ｄにより、第１圧力調整部が構成されている。また、第２配管系６ｂを経て第３配管系６ｃから不活性ガスをアウター流路３０に導入するための第２バルブ７ｂ及び第３バルブ７ｃにより、第２圧力調整部が構成されている。   Therefore, in the present embodiment, the working gas is supplied from the fourth piping system 6d through the first valve 7a for introducing the working gas together with the raw material powder from the first piping system 6a to the inner flow path 20 and the second piping system 6b. The second pressure valve 7b and the fourth valve 7d for introduction into the inner flow path 20 constitute a first pressure adjusting unit. Further, the second pressure regulator is configured by the second valve 7b and the third valve 7c for introducing the inert gas from the third piping system 6c to the outer flow path 30 through the second piping system 6b.

エジェクタノズル３は、前記装置本体２に接続する側となるコンバージェント部１１と、該コンバージェント部１１の先端側に設けられたダイバージェント部１２とを有するものである。コンバージェント部１１は、内管１３とこれに外挿された外管１４とからなる二重配管構造のもので、内管１３内に前記のインナー流路（メイン流路）２０を形成し、内管１３と外管１４との間に前記のアウター流路（サブ流路）３０を形成したものである。このコンバージェント部１１は、装置本体２に接続する側では内管１３及び外管１４はほぼ円筒状になっており、その後、ダイバージェント部１２側に向かうに連れて、内管１３及び外管１４は共に漸次縮径するテーパー形状（先細り形状）になっている。
ここで、本実施形態では内管１３の先端部が、内管１３において最も内径が小となるスロート部１３ａとなっており、このスロート部１３ａの開口面積Ａ１が、後述するようにインナー流路２０を流出した作動ガス（原料粉末を含む）の膨張比を決定する要素の一つとなっている。 The ejector nozzle 3 includes a convergent portion 11 on the side connected to the apparatus main body 2 and a divergent portion 12 provided on the distal end side of the convergent portion 11. The convergent portion 11 has a double piping structure consisting of an inner tube 13 and an outer tube 14 extrapolated thereto, and forms the inner channel (main channel) 20 in the inner tube 13, The outer channel (sub-channel) 30 is formed between the inner tube 13 and the outer tube 14. In this convergent portion 11, the inner tube 13 and the outer tube 14 are substantially cylindrical on the side connected to the apparatus main body 2, and then the inner tube 13 and the outer tube are moved toward the divergent portion 12 side. Both 14 have a tapered shape (tapered shape) that gradually decreases in diameter.
Here, in the present embodiment, the distal end portion of the inner tube 13 is a throat portion 13a having the smallest inner diameter in the inner tube 13, and an opening area A1 of the throat portion 13a has an inner flow path as will be described later. This is one of the factors that determine the expansion ratio of the working gas (including the raw material powder) that has flowed out of the gas 20.

ダイバージェント部１２は、コンバージェント部１１の外管に連続して形成されたもので、漸次拡径するテーパー形状（先太り形状）になっている。
このような構成のもとに、インナー流路２０に導入された不活性ガスは、コンバージェント部１１を通過してダイバージェント部１２に流入し、その後ダイバージェント部１２の出口１２ａから噴射されるようになっている。また、アウター流路３０に導入された不活性ガスは、コンバージェント部１１を通過してダイバージェント部１２に流入し、その後ダイバージェント部１２の出口１２ａから噴射されるようになっている。 The divergent portion 12 is continuously formed on the outer tube of the convergent portion 11 and has a tapered shape (tapered shape) that gradually increases in diameter.
Under such a configuration, the inert gas introduced into the inner flow path 20 passes through the convergent portion 11 and flows into the divergent portion 12, and is then injected from the outlet 12 a of the divergent portion 12. It is like that. Further, the inert gas introduced into the outer flow path 30 passes through the convergent part 11 and flows into the divergent part 12, and is then injected from the outlet 12 a of the divergent part 12.

ここで、インナー流路２０、アウター流路３０に導入される不活性ガスは、いずれも４０気圧〜５０気圧程度の高圧で流入させられるため、エジェクタノズル３出口ではその流速が例えばマッハ３程度の超音速になる。したがって、このような超音速では、図１中に矢印で示すようにインナー流路２０を流出した一次流れ２１とアウター流路３０を流出した二次流れ３１とは互いに混ざりにくくなっている。すなわち、ダイバージェント部１２では、図１中二点鎖線で示すようにその内壁面側に、一次流れ２１と二次流れ３１との間の境界１５が形成されるようになる。   Here, since the inert gas introduced into the inner flow path 20 and the outer flow path 30 is made to flow in at a high pressure of about 40 to 50 atm, the flow velocity at the outlet of the ejector nozzle 3 is about Mach 3, for example. Become supersonic. Therefore, at such a supersonic speed, as indicated by an arrow in FIG. 1, the primary flow 21 flowing out of the inner flow path 20 and the secondary flow 31 flowing out of the outer flow path 30 are difficult to mix with each other. That is, in the divergent portion 12, a boundary 15 between the primary flow 21 and the secondary flow 31 is formed on the inner wall surface side as indicated by a two-dot chain line in FIG.

このような境界１５が形成されることにより、特にダイバージェント部１２の出口１２ａから流出する一次流れ２１の断面積Ａ２は、出口１２ａの開口面積より小さくなる。また、境界１５が形成される位置を適宜に変化させることにより、出口１２ａでの一次流れ２１の断面積Ａ２も変化するようになる。よって、この断面積Ａ２を変化させることで、エジェクタノズル３での一次流れ２１の膨張比を、適宜に調整することができるようになっている。すなわち、一次流れ２１の膨張比は、前記のスロート部１３ａの開口面積Ａ１と前記断面積Ａ２との比（面積比）によって決まる。したがって、開口面積Ａ１は固定されているため、断面積Ａ２を変化させること、つまり境界１５の形成位置を変化させることにより、一次流れ２１の膨張比を調整し、この一次流れ２１の速度分布を適正化することができるようになっている。   By forming such a boundary 15, in particular, the cross-sectional area A2 of the primary flow 21 flowing out from the outlet 12a of the divergent portion 12 becomes smaller than the opening area of the outlet 12a. Further, by appropriately changing the position where the boundary 15 is formed, the cross-sectional area A2 of the primary flow 21 at the outlet 12a also changes. Therefore, the expansion ratio of the primary flow 21 in the ejector nozzle 3 can be appropriately adjusted by changing the cross-sectional area A2. That is, the expansion ratio of the primary flow 21 is determined by the ratio (area ratio) between the opening area A1 of the throat portion 13a and the cross-sectional area A2. Therefore, since the opening area A1 is fixed, the expansion ratio of the primary flow 21 is adjusted by changing the cross-sectional area A2, that is, by changing the formation position of the boundary 15, and the velocity distribution of the primary flow 21 is changed. It can be optimized.

また、前記第１バルブ７ａ、第２バルブ７ｂ及び第４バルブ７ｄからなる第１圧力調整部と、第２バルブ７ｂ及び第３バルブ７ｃからなる第２圧力調整部とは、これらを適宜に調整することにより、前記インナー流路２０を流れる作動ガスの単位時間当たりの流量と、前記アウター流路３０を流れる作動ガスの単位時間当たりの流量との比（以下、流量比と記す）を、所望の比、例えば２０：１〜１：１となるように調整できるようになっている。   In addition, the first pressure adjusting unit including the first valve 7a, the second valve 7b, and the fourth valve 7d and the second pressure adjusting unit including the second valve 7b and the third valve 7c adjust these appropriately. By doing this, a ratio (hereinafter referred to as a flow rate ratio) between the flow rate per unit time of the working gas flowing through the inner flow path 20 and the flow rate per unit time of the working gas flowing through the outer flow path 30 is desired. The ratio can be adjusted to be, for example, 20: 1 to 1: 1.

すなわち、インナー流路２０とアウター流路３０との間の流量比は、基本的（近似的）には、インナー流路２０に流入する作動ガスの圧、及びインナー流路２０のスロート部１３ａの開口面積Ａ１によって決まる流量と、アウター流路３０に流入する作動ガスの圧、及びダイバージェント部の途中に空力的に形成されるアウター側の境界１５によって形成される二次流れ３１のスロート断面積Ａ３（二次流れ３１の断面積が最小になる点の断面積）によって決まる流量との比によって決まる。したがって、インナー流路２０のスロート部１３ａの開口面積Ａ１は予め設計され、形成されて固定されていることから、第１圧力調整部と第２圧力調整部とを適宜に調整して前記境界１５によって形成される二次流れ３１のスロート断面積Ａ３を調節することで、前記の流量比を所望の比、例えば２０：１〜１：１となるように調整することができる。これにより、ダイバージェント部１２の内壁面に対する前記境界１５の形成位置も、適宜に調整することができる。つまり、アウター流路３０での流量をインナー流路２０での流量に対して相対的に大きくすることにより、前記境界１５の形成位置をダイバージェント部１２の内壁面側からダイバージェント部１２の中心側に移動させることができる。逆に、アウター流路３０での流量をインナー流路２０での流量に対して相対的に小さくすることにより、前記境界１５の形成位置をダイバージェント部１２の中心側からダイバージェント部１２の内壁面側に移動させることができる。   That is, the flow rate ratio between the inner channel 20 and the outer channel 30 is basically (approximate) the pressure of the working gas flowing into the inner channel 20 and the throat portion 13a of the inner channel 20. The throat cross-sectional area of the secondary flow 31 formed by the flow rate determined by the opening area A1, the pressure of the working gas flowing into the outer flow path 30, and the outer boundary 15 formed aerodynamically in the middle of the divergent portion. It is determined by the ratio to the flow rate determined by A3 (the cross-sectional area of the point where the cross-sectional area of the secondary flow 31 is minimized). Therefore, since the opening area A1 of the throat portion 13a of the inner channel 20 is designed, formed, and fixed in advance, the boundary 15 is adjusted by appropriately adjusting the first pressure adjusting portion and the second pressure adjusting portion. By adjusting the throat cross-sectional area A3 of the secondary flow 31 formed by the above, the flow rate ratio can be adjusted to a desired ratio, for example, 20: 1 to 1: 1. Thereby, the formation position of the said boundary 15 with respect to the inner wall face of the divergent part 12 can also be adjusted suitably. That is, by making the flow rate in the outer flow path 30 relatively larger than the flow rate in the inner flow path 20, the boundary 15 is formed from the inner wall surface side of the divergent portion 12 to the center of the divergent portion 12. Can be moved to the side. Conversely, by reducing the flow rate in the outer flow path 30 relative to the flow rate in the inner flow path 20, the formation position of the boundary 15 is changed from the center side of the divergent portion 12 to the inside of the divergent portion 12. It can be moved to the wall surface side.

このような構成からなるコールドスプレー装置１によって対象物９の対処箇所に皮膜を形成するには、まず、対象物９に形成する皮膜の品質等を考慮し、作動ガスの圧力を設定する。すなわち、前記の一次流れ２１の膨張比が適正膨張となるようにし、この一次流れ２１の速度分布を適正化するべく、前記第１圧力調整部と前記第２圧力調整部とを制御し、インナー流路２０を流れる作動ガスの流量とアウター流路３０を流れる作動ガスの流量との比を適宜に設定する。具体的には、前記各バルブ７ａ〜７ｄを適宜な開度で開くことにより、作動ガスをインナー流路２０及びアウター流路３０の両方に流入させつつ、原料粉末を所定の量（濃度）でインナー流路２０に流入させる。   In order to form a film at a location where the object 9 is handled by the cold spray apparatus 1 having such a configuration, first, the pressure of the working gas is set in consideration of the quality of the film formed on the object 9 and the like. That is, the first pressure adjusting unit and the second pressure adjusting unit are controlled so that the expansion ratio of the primary flow 21 becomes an appropriate expansion, and the velocity distribution of the primary flow 21 is optimized. The ratio between the flow rate of the working gas flowing through the flow path 20 and the flow rate of the working gas flowing through the outer flow path 30 is appropriately set. Specifically, by opening the valves 7a to 7d at an appropriate opening degree, the raw material powder is supplied in a predetermined amount (concentration) while flowing the working gas into both the inner flow path 20 and the outer flow path 30. It flows into the inner flow path 20.

その際、前記の流量比については、２０：１〜１：１となるように調整するのが好ましい。流量比が２０：１より大きくなると、アウター流路３０を流れる作動ガスの単位時間当たりの流量が、インナー流路２０を流れる作動ガスの単位時間当たりの流量より相対的に小さくなり過ぎることにより、アウター流路３０を出た二次流れ３１によってインナー流路２０を出た一次流れ２１を十分にサポート（規制）できなくなり、一次流れ２１を適正に膨張させられなくなるおそれがあるからである。また、一次流れ２１と二次流れ３１との間の境界１５が良好に形成されず、一次流れ２１中の原料粉末がダイバージェント部１２の内壁面に接触し、ここに付着するおそれが生じるからである。   At that time, the flow rate ratio is preferably adjusted to 20: 1 to 1: 1. When the flow rate ratio is larger than 20: 1, the flow rate per unit time of the working gas flowing through the outer flow path 30 becomes relatively smaller than the flow rate per unit time of the working gas flowing through the inner flow path 20. This is because the secondary flow 31 exiting the outer flow path 30 cannot sufficiently support (regulate) the primary flow 21 exiting the inner flow path 20 and the primary flow 21 may not be properly expanded. Further, the boundary 15 between the primary flow 21 and the secondary flow 31 is not well formed, and the raw material powder in the primary flow 21 may come into contact with the inner wall surface of the divergent portion 12 and may adhere thereto. It is.

また、流量比が１：１より小さくなると、インナー流路２０を流れる作動ガスの単位時間当たりの流量が、全噴射流量に対して相対的小さくなり過ぎ、インナー流路２０を出た一次流れ２１中の原料粉末の噴射量が少なくなり、原料粉末の噴射効率が低下するからである。   When the flow rate ratio is smaller than 1: 1, the flow rate per unit time of the working gas flowing through the inner flow path 20 becomes too small relative to the total injection flow rate, and the primary flow 21 that exits the inner flow path 20. This is because the injection amount of the raw material powder is reduced, and the injection efficiency of the raw material powder is lowered.

このように前記流量比を適宜に設定し、その状態で作動ガス供給源４から作動ガスを導出すると、作動ガスは一部粉原料粉末を同伴し搬送してエジェクタノズル３に流入し、設定した流量比でインナー流路２０、アウター流路３０を超音速で流れる。
そして、コンバージェント部１１を出てダイバージェント部１２に出ると、アウター流路３０を出た作動ガスは二次流れ３１を作り、ダイバージェント部１２の内壁面に沿うようにして流れる。すると、アウター流路３０に流入する作動ガスは、前記したようにインナー流路２０に流入する作動ガスより低温（例えば４００℃）になっており、ダイバージェント部１２で膨張することによってさらに低温下するため、ダイバージェント部１２を流れることでその内壁面を冷却する効果を発揮する。 As described above, when the flow rate ratio is appropriately set and the working gas is led out from the working gas supply source 4 in this state, the working gas partially flows with the powder raw material powder and flows into the ejector nozzle 3 to be set. The inner flow path 20 and the outer flow path 30 flow at supersonic speed at a flow rate ratio.
When exiting the convergent part 11 and exiting the divergent part 12, the working gas exiting the outer flow path 30 forms a secondary flow 31 and flows along the inner wall surface of the divergent part 12. Then, the working gas that flows into the outer flow path 30 is at a lower temperature (for example, 400 ° C.) than the working gas that flows into the inner flow path 20 as described above. Therefore, the effect of cooling the inner wall surface by flowing through the divergent portion 12 is exhibited.

一方、インナー流路２０を出た原料粉末及び作動ガスは、一次流れ２１を作り、ダイバージェント部１２の中央部を流れる。その際、この一次流れ２１は、前述したように二次流れ３１と混ざりにくくなっているため、二次流れ３１との間に境界１５を形成する。したがって、一次流れ２１は、ダイバージェント部１２において二次流れ３１の影響を受け、これにサポートされることにより、その膨張が規制される。   On the other hand, the raw material powder and the working gas exiting the inner flow path 20 form a primary flow 21 and flow through the central portion of the divergent portion 12. At this time, since the primary flow 21 is not easily mixed with the secondary flow 31 as described above, a boundary 15 is formed between the primary flow 21 and the secondary flow 31. Accordingly, the primary flow 21 is affected by the secondary flow 31 in the divergent section 12 and supported by this, so that its expansion is restricted.

すなわち、第１圧力調整部と第２圧力調整部とで前記流量比を適宜に調整しておくことにより、一次流れ２１に対する二次流れ３１の影響力（規制力）を適正に発揮させ、一次流れ２１と二次流れ３１との間の境界１５を、ダイバージェント部１２の内壁面に対して適宜な位置に形成させておく。これにより、一次流れ３１を形成する作動ガスの膨張を適正化し、これに搬送される原料粉末の速度分布を適正化することができる。そして、このように原料粉末は適正化された速度分布で噴射され、作動ガスとともに対象物９に衝突させられることにより、対象物９に形成される皮膜は、その厚さ等について、予め設定された通りの良好な品質のものとなる。   That is, by appropriately adjusting the flow rate ratio between the first pressure adjusting unit and the second pressure adjusting unit, the influence (regulatory force) of the secondary flow 31 on the primary flow 21 can be appropriately exerted, and the primary A boundary 15 between the flow 21 and the secondary flow 31 is formed at an appropriate position with respect to the inner wall surface of the divergent portion 12. Thereby, expansion | swelling of the working gas which forms the primary flow 31 can be optimized, and the velocity distribution of the raw material powder conveyed by this can be optimized. The raw material powder is jetted at an optimized velocity distribution and collides with the object 9 together with the working gas, so that the film formed on the object 9 is preset with respect to its thickness and the like. It will be of good quality.

したがって、本実施形態のエジェクタノズル３及びこれを備えたコールドスプレー装置１によれば、インナー流路２０を出た原料粉末（皮膜材料）及び作動ガスの膨張を適正化し、原料粉末の速度分布を適正化することができるので、所望の高品質の皮膜を形成することができる。   Therefore, according to the ejector nozzle 3 of this embodiment and the cold spray device 1 equipped with the same, the expansion of the raw material powder (film material) and the working gas exiting the inner flow path 20 is optimized, and the velocity distribution of the raw material powder is obtained. Since it can be optimized, a desired high-quality film can be formed.

また、二次流れ３１を形成することで、原料粉末を同伴する一次流れ２１がダイバージェント部１２の内壁面に接触するのを抑制し、該内壁面に原料粉末が付着するのを防止することができる。したがって、作動ガスの流れの乱れを防止して原料粉末の速度分布を目的とする速度分布にすることができ、これにより、高品質の（所望の）皮膜を形成することができる。   Further, by forming the secondary flow 31, the primary flow 21 accompanied by the raw material powder is prevented from coming into contact with the inner wall surface of the divergent portion 12, and the raw material powder is prevented from adhering to the inner wall surface. Can do. Therefore, disturbance of the flow of the working gas can be prevented and the velocity distribution of the raw material powder can be set to a target velocity distribution, and thereby a high-quality (desired) film can be formed.

また、ヒーター８ａ〜８ｃにより、アウター流路３０に供給する作動ガスの温度をインナー流路２０に供給する作動ガスの温度より低くし、したがってアウター流路３０に流入する作動ガスがダイバージェント部１２の内壁面を冷却する効果を発揮するようにしたので、ダイバージェント部１２の内壁面が加熱されるのを抑えて原料粉末（皮膜材料）がダイバージェント部１２の内壁面に付着するのをより確実に防止することができる。よって、作動ガスの流れの乱れや、つまりを防止して原料粉末の速度分布を目的とする速度分布にすることができ、所望の高品質の皮膜を形成することができる。   Moreover, the temperature of the working gas supplied to the outer flow path 30 is made lower than the temperature of the working gas supplied to the inner flow path 20 by the heaters 8a to 8c, so that the working gas flowing into the outer flow path 30 is diverted to the divergent portion 12. Since the effect of cooling the inner wall surface is exhibited, the inner wall surface of the divergent portion 12 is suppressed from being heated, and the raw material powder (film material) is prevented from adhering to the inner wall surface of the divergent portion 12. It can be surely prevented. Therefore, disturbance of the flow of the working gas, that is, clogging, can be prevented and the velocity distribution of the raw material powder can be set to a target velocity distribution, and a desired high-quality film can be formed.

なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、前記実施形態では本発明に係るヒーターを、第１ヒーター８ａ、第２ヒーター８ｂ、第３ヒーター８ｃによって構成したが、本発明はこれに限定されることはない。基本的には、インナー流路２０に供給する作動ガスの温度が、アウター流路３０に供給する作動ガスより高くなるように加熱できる構成であれば、いずれの構成も採用可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
For example, in the embodiment, the heater according to the present invention is configured by the first heater 8a, the second heater 8b, and the third heater 8c, but the present invention is not limited to this. Basically, any configuration can be adopted as long as the temperature of the working gas supplied to the inner flow path 20 can be heated to be higher than the working gas supplied to the outer flow path 30.

また、作動ガス供給源４からエジェクタノズル３への作動ガスの流路についても、第１配管系６ａ〜第４配管系６ｄに限定されることなく、種々の構成が採用可能である。
さらに、第１圧力調整部、第２圧力調整部についても、これらを構成する各バルブが前記した第１バルブ７ａ〜第４バルブ７ｄに限定されることなく、種々の構成が採用可能である。 Also, the flow path of the working gas from the working gas supply source 4 to the ejector nozzle 3 is not limited to the first piping system 6a to the fourth piping system 6d, and various configurations can be employed.
Furthermore, also about a 1st pressure adjustment part and a 2nd pressure adjustment part, each structure which comprises these is not limited to the above-mentioned 1st valve 7a-4th valve 7d, A various structure is employable.

また、前記実施形態では、エジェクタノズル３のコンバージェント部１１を構成する内管１１を、コンバージェント部１１とダイバージェント部１２との境目まで延びるように形成しているが、例えばダイバージェント部１２側に僅かに延び出て形成してもよい。このように構成しても、インナー流路２０とアウター流路３０とを形成し、これによって一次流れ２１と二次流れ３１を形成することにより、前述したように高品質の皮膜を形成することができる。   Moreover, in the said embodiment, although the inner pipe | tube 11 which comprises the convergent part 11 of the ejector nozzle 3 is formed so that it may extend to the boundary of the convergent part 11 and the divergent part 12, for example, the divergent part 12 It may be formed extending slightly to the side. Even if comprised in this way, the inner flow path 20 and the outer flow path 30 are formed, thereby forming the primary flow 21 and the secondary flow 31, thereby forming a high-quality film as described above. Can do.

１…コールドスプレー装置、２…装置本体、３…エジェクタノズル、４…作動ガス供給源、５…粉体供給部、６ａ…第１配管系、６ｂ…第２配管系、６ｃ…第３配管系、６ｄ…第４配管系、７ａ…第１バルブ、７ｂ…第２バルブ、７ｃ…第３バルブ、７ｄ…第４バルブ、８ａ…第１ヒーター、８ｂ…第２ヒーター、８ｃ…第３ヒーター、９…対象物、１１…コンバージェント部、１２…ダイバージェント部、１３…内管、１４…外管、１５…境界、２０…インナー流路、２１…一次流れ、３０…アウター流路、３１…二次流れ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cold spray apparatus, 2 ... Apparatus main body, 3 ... Ejector nozzle, 4 ... Working gas supply source, 5 ... Powder supply part, 6a ... 1st piping system, 6b ... 2nd piping system, 6c ... 3rd piping system , 6d ... fourth piping system, 7a ... first valve, 7b ... second valve, 7c ... third valve, 7d ... fourth valve, 8a ... first heater, 8b ... second heater, 8c ... third heater, DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 ... Object, 11 ... Convergent part, 12 ... Divergent part, 13 ... Inner pipe, 14 ... Outer pipe, 15 ... Boundary, 20 ... Inner flow path, 21 ... Primary flow, 30 ... Outer flow path, 31 ... Secondary flow

Claims (3)

皮膜材料を作動ガスとともに固相状態のまま対象物に衝突させ、皮膜を形成するコールドスプレー装置におけるエジェクタノズルであって、
前記皮膜材料及び前記作動ガスを供給する側となるコンバージェント部と、該コンバージェント部の先端側に設けられたダイバージェント部とを有し、
前記コンバージェント部は、先端部が前記ダイバージェント部側に向かうに連れて漸次縮径する先細り形状に形成された内管と、先端部が前記ダイバージェント部側に向かうに連れて漸次縮径する先細り形状に形成された外管とからなる二重配管構造とされ、
前記ダイバージェント部は前記コンバージェント部の外管に連続して形成され、
前記内管内には前記皮膜材料及び前記作動ガスが供給されるように構成され、
前記内管と前記外管との間には、前記作動ガスのみが供給されるよう構成されていることを特徴とするコールドスプレー装置用エジェクタノズル。 An ejector nozzle in a cold spray device that collides a coating material with a working gas in a solid state and collides with an object to form a coating,
A convergent part to be a side for supplying the coating material and the working gas, and a divergent part provided on a tip side of the convergent part,
The convergent portion has an inner tube formed in a tapered shape that gradually decreases in diameter as the tip portion moves toward the divergent portion side, and a diameter that gradually decreases as the tip portion moves toward the divergent portion side. It is a double piping structure consisting of an outer tube formed in a tapered shape ,
The divergent portion is formed continuously on the outer tube of the convergent portion,
The inner pipe is configured to be supplied with the coating material and the working gas,
An ejector nozzle for a cold spray device, wherein only the working gas is supplied between the inner tube and the outer tube. 請求項１記載のコールドスプレー装置用エジェクタノズルを備えたコールドスプレー装置であって、
前記内管内に供給する作動ガスの圧力を調整する第１圧力調整部と、前記内管と前記外管との間に供給する作動ガスの圧力を調整する第２圧力調整部と、を有してなることを特徴とするコールドスプレー装置。 A cold spray device comprising the ejector nozzle for a cold spray device according to claim 1,
A first pressure adjusting unit that adjusts the pressure of the working gas supplied into the inner pipe, and a second pressure adjusting unit that adjusts the pressure of the working gas supplied between the inner pipe and the outer pipe. A cold spray device characterized by comprising 前記作動ガスを加熱するヒーターが備えられ、
前記ヒーターは、前記内管内に供給される作動ガスの温度を、前記内管と前記外管との間に供給される作動ガスの温度より高くするように構成されていることを特徴とする請求項２記載のコールドスプレー装置。 A heater for heating the working gas is provided;
The heater is configured to make the temperature of the working gas supplied into the inner pipe higher than the temperature of the working gas supplied between the inner pipe and the outer pipe. Item 3. The cold spray device according to Item 2.
JP2010195748A 2010-09-01 2010-09-01 Ejector nozzle for cold spray device and cold spray device Expired - Fee Related JP5573505B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010195748A JP5573505B2 (en) 2010-09-01 2010-09-01 Ejector nozzle for cold spray device and cold spray device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010195748A JP5573505B2 (en) 2010-09-01 2010-09-01 Ejector nozzle for cold spray device and cold spray device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012052186A JP2012052186A (en) 2012-03-15
JP5573505B2 true JP5573505B2 (en) 2014-08-20

Family

ID=45905830

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010195748A Expired - Fee Related JP5573505B2 (en) 2010-09-01 2010-09-01 Ejector nozzle for cold spray device and cold spray device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5573505B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013049025A (en) * 2011-08-31 2013-03-14 Ihi Corp Nozzle for cold spray and cold spray apparatus

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6084841B2 (en) * 2012-12-21 2017-02-22 東京エレクトロン株式会社 Lithium ion capacitor electrode manufacturing apparatus and method
ITCO20130018A1 (en) * 2013-05-17 2014-11-18 Nuovo Pignone Srl METHOD FOR THE TREATMENT OF A COMPONENT TO PREVENT THE EROSION OF SUCH A COMPONENT
CN106693876B (en) * 2017-02-28 2019-11-12 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 A kind of supersonic nozzle
JP7068153B2 (en) * 2018-12-10 2022-05-16 株式会社東芝 How to repair turbine parts and how to manufacture repaired turbine parts
JP2019112723A (en) * 2019-03-13 2019-07-11 ヌオーヴォ ピニォーネ ソチエタ レスポンサビリタ リミタータＮｕｏｖｏ Ｐｉｇｎｏｎｅ Ｓ．Ｒ．Ｌ． Method for treating component to prevent erosion of the component
CN115365022A (en) * 2022-08-30 2022-11-22 中国人民解放军陆军装甲兵学院 Particle jet nozzle

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2433613A1 (en) * 2002-08-13 2004-02-13 Russel J. Ruprecht, Jr. Spray method for mcralx coating
DE602005013058D1 (en) * 2005-03-09 2009-04-16 Solmics Co Ltd Nozzle for cold gas spraying and device with such a nozzle
JP4795157B2 (en) * 2005-10-24 2011-10-19 新日本製鐵株式会社 Cold spray equipment
GB0602331D0 (en) * 2006-02-07 2006-03-15 Boc Group Inc Kinetic spraying apparatus and method
US7836843B2 (en) * 2007-10-24 2010-11-23 Sulzer Metco (Us), Inc. Apparatus and method of improving mixing of axial injection in thermal spray guns
JP5556004B2 (en) * 2008-11-21 2014-07-23 株式会社Ｉｈｉ Cold spray device and cold spray method
JP2011240314A (en) * 2010-05-21 2011-12-01 Kobe Steel Ltd Cold spray apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013049025A (en) * 2011-08-31 2013-03-14 Ihi Corp Nozzle for cold spray and cold spray apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012052186A (en) 2012-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5573505B2 (en) Ejector nozzle for cold spray device and cold spray device
AU2018297846B2 (en) Cold spray gun and cold spray apparatus equipped with the same
JP4310251B2 (en) Nozzle for cold spray and method for producing cold spray coating
JP5877590B2 (en) Cold spray nozzle and cold spray device using the cold spray nozzle
EP1700638B1 (en) Nozzle for cold spray and cold spray apparatus using the same
JP2006176880A (en) Cold spray process and apparatus
CA3000947A1 (en) Cold gas dynamic spray apparatus, system and method
EP3017874B1 (en) Cold spray nozzles
JP4999520B2 (en) Nozzle for cold spray and cold spray device
KR100776194B1 (en) Nozzle for cold spray and cold spray apparatus using the same
JP2011246816A (en) Combustion cold spray
WO2009096275A1 (en) Nozzle for cold spray and cold spray device
WO2018186351A1 (en) Cold spray gun and cold spray apparatus equipped with same
JP2006052449A (en) Cold spray coating film formation method
JP2004502037A (en) Method and apparatus for atomizing molten metal
JP5845733B2 (en) Cold spray nozzle and cold spray device
JP2002004027A (en) Mixed powder thermal spraying method
JP6426647B2 (en) Spray nozzle, film forming apparatus, and method of forming film
WO2007091102A1 (en) Kinetic spraying apparatus and method
JP4787127B2 (en) Nozzle for cold spray and cold spray device
EP3623053B1 (en) Spray nozzle, coating forming device, and method for forming coating
CN100560781C (en) Surface modification method and device, turning unit and fluid machinery
JP6720152B2 (en) High speed flame spraying equipment
JP2010142669A (en) Nozzle for cold spray and cold spray device
CN220259553U (en) Printing nozzle

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20120119

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130722

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140306

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140311

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140509

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140603

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140616

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5573505

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees