JP6227808B2 - 溶射アセンブリおよび溶射アセンブリを用いる方法 - Google Patents
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Description
供給機構は、誘導チャンバーおよび移動可能な誘導機構を含んでなり;誘導チャンバーが前駆材料を供給オリフィスに誘導可能であり、前駆材料は、当該供給オリフィスを通って誘導チャンバーから移動し、誘導機構の移動に対応してプラズマノズルから可変平均距離にあるプラズマジェットに入り得るよう構成される。使用中のプラズマジェットに占められる領域は、プラズマ領域と呼ばれ得る。溶射アセンブリが組み立てられた状態である場合、溶射デバイスと呼ばれ得る。
a.混合:0.8ミクロンの平均粒径を有する144kgの炭化タングステン(WC)、約1ミクロンの平均粒径を有する30kgの鉄(Fe)粉末、1〜2ミクロンの平均粒径を有する15kgの炭化クロム(Cr3C2)粉末、6kgのケイ素(Si)粉末および4kgのパラフィンワックスを、粉砕媒体としてアルコール、および、800kgの合計質量を有する複数のセメント炭化タングステンボールを用いたアトリタ製粉機(attritor mill)で粉末を一緒に3時間粉砕することで混合し、前駆材料スラリーを得た。スラリーを乾燥させて混合粉末を得、および凝集体を粉砕してゆるい粉末を得た。
b.第1の顆粒化:粉末を結合材料と一緒に回転ドラム内で回転させることで顆粒化し、ふるいにかけて、約75〜約225ミクロンの平均サイズを有する複数の顆粒を得、複数の「未完成の」顆粒(すなわち、結合材料によってまとまっている粉末粒子を含んでなる顆粒)を得た。
c.予備加熱処理:未完成の顆粒を黒鉛の箱に配置し、1020℃の温度まで加熱した。この温度は、材料の液体相焼結が実質的に一切起こらないよう十分低く、かつ、実質的に全ての結合材料が取り除かれるよう十分高く、粉末の固体相焼結が取り扱いに十分な強度を顆粒に提供するのに十分な温度であった。
d.第2の顆粒化:加熱処理のあと、顆粒をふるいにかけて約75〜225ミクロンの直径を有する複数の顆粒を選択した。
e.焼結加熱処理:選択した顆粒を次いで黒鉛の箱の中に置き、真空下の1160℃で、45分焼結し、顆粒の実質的な液体相焼結を可能にし、焼結顆粒を得た。焼結プロセスの間、一定の量の炭化クロム(Cr3C2)が分解するであろう一方で、比較的少量のWCのみが結合材料に溶解し得る。特定の仮説に限定することは望まないが、可能性として、実質的に全ての炭化クロム(Cr3C2)が液体結合材料に溶解し得、鉄族金属(FeまたはCoといった)、CrおよびCを含んでなる混合炭化化合物材料の結晶化が、材料の固化の際に起こり得る。溶解したWCの量は、およそ5〜8質量%であり、最大およそ1.5〜2.5原子%に対応し、これは、結合材料の溶融温度に実質的に影響を及ぼさないであろう。顆粒が実際よりも実質的に多くの鉄を含有した場合、顆粒の実質的な溶融は高くなり、焼結加熱処理の終わりには、鉄ベース材料の硬くて大きい集合体がもたらされ、集合体を粉砕して第1の複数の顆粒を得るのは大変困難であっただろう。しかし、顆粒に存在する鉄が少なすぎる場合、材料の十分な液体相焼結が起こらず、顆粒は十分な強度を欠けていただろう。例えば、複数の鉄に富んだ顆粒をさらに導入する必要性を避けて、溶射プロセスに関して、たった一組の複数の顆粒を提供および使用しようとした場合、顆粒は、この実施例で使用される15質量%の代わりに、約69質量%の鉄を含んでなる必要があり、顆粒化が実行不可能なほど困難になり得る鉄ベースの硬い本体になっていただろう。
f.第3の顆粒化:焼結顆粒をアルゴン(Ar)雰囲気の50barの圧力下で熱間静水圧加圧(HIP)し、圧縮された本体を得た。圧縮された本体を次いで粉砕し、約60〜180ミクロンのサイズを有する顆粒を、ふるいにかけて選択し、第1の複数の顆粒を得た。
Claims (13)
- 基材本体に結合される積層された材料の層に前駆材料を変形させるための溶射アセンブリであって;
プラズマノズルからプラズマジェットを生成するためのプラズマトーチ、および
前記前駆材料を使用中の前記プラズマジェットに誘導するためであり、開条件の時に供給オリフィスを提供可能な供給機構を含んでなり;
前記供給機構は、
誘導チャンバーおよび
移動可能な誘導機構を含んでなり;
および、
前記誘導チャンバーが前記前駆材料を前記供給オリフィスに誘導可能であり、前記前駆材料は、前記供給オリフィスを通って前記誘導チャンバーから移動し、前記プラズマノズルから所定の距離にある前記プラズマジェットに入り得るよう構成され、前記所定の距離は、前記誘導機構の移動に対応して可変である、前記溶射アセンブリ。 - 前記誘導機構が、前記供給オリフィスを通過した前駆材料の経路を変更するように構成される、請求項1に記載の溶射アセンブリ。
- 前記供給オリフィスの境界が、移動可能な前記誘導機構によって画定される、請求項1または請求項2に記載の溶射アセンブリ。
- 前記誘導機構を前記プラズマトーチに対して軸方向に移動し得、その軸線は、使用中の前記プラズマジェットの方向によって定義される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の溶射アセンブリ。
- 前記誘導機構が、前記プラズマトーチの周囲に延びる移動可能なスリーブを含んでなる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の溶射アセンブリ。
- 前記誘導チャンバーが内部および外部本体のそれぞれの内部および外部の円錐表面によって境界付けられ、前記内部および外部の円錐表面は、4〜10度で異なるそれぞれの円錐角度を定義する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の溶射アセンブリ。
- 前記内部および外部の円錐表面の間で1ミリメートル(mm)以下の軸方向の移動を前記供給オリフィスが提供し得るように前記誘導機構が配置され得、前記軸方向の移動は、使用中の前記プラズマジェットの方向に沿っている、請求項6に記載の溶射アセンブリ。
- 前記供給機構が閉条件として配置され得、ここで、前駆材料は前記プラズマジェットに入ることが阻止される、請求項1〜7のいずれか一項に記載の溶射アセンブリ。
- 前記前駆材料の様々な部分が、前記プラズマジェットに収束していく複数の方向からプラズマ領域に同時に方向付けられ得るよう、前記供給機構が構成され得る、請求項1〜8のいずれか一項に記載の溶射アセンブリ。
- 前記誘導チャンバーの容積が、前記供給オリフィスに、より近接するにつれて収束する、請求項1〜9のいずれか一項に記載の溶射アセンブリ。
- 一緒に結合されることが可能な要素を少なくとも2つ含んでなり、1つの要素は前記プラズマトーチを含んでなり、もう一方の要素は、前記プラズマトーチを収容するための収容容器を含んでなり;これらの前記要素は、一緒に結合された時に前記供給機構が形成されるように、協働的に構成される、請求項1〜10のいずれか一項に記載の溶射アセンブリ。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載の溶射アセンブリを、溶射デバイスとして組み立てられた状態で用いる方法であり:
1300℃未満の温度で溶融可能な前駆材料を準備すること、および、
その前駆材料を、流れる担体流体を用いて前記供給機構に導入すること;
前記前駆材料が前記プラズマジェット内で溶融する際に前記溶射デバイスに接着しないよう前記プラズマノズルから十分離れて前記プラズマジェットに入るように、前記移動可能な誘導機構を配置することを含む、前記方法。 - 前記誘導機構が、前記プラズマトーチの周囲全体に延び、前記プラズマトーチに対して軸方向に移動可能なスリーブを含んでなり、
前記供給オリフィスが環状の軸方向の隙間として提供され、その境目が、前記軸方向の隙間が前記スリーブの軸方向の移動に対応して可変であるように、前記スリーブの境目と境界を共にし;
また、前記前駆材料は1000℃および1300℃の温度で溶融可能であり;
前記供給オリフィスの軸方向の隙間が0.2〜0.5mmであるように前記スリーブを配置することを含む、請求項12に記載の方法。
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