JPH0717996B2 - Surface modification device by plasma arc - Google Patents
Surface modification device by plasma arcInfo
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- JPH0717996B2 JPH0717996B2 JP25239386A JP25239386A JPH0717996B2 JP H0717996 B2 JPH0717996 B2 JP H0717996B2 JP 25239386 A JP25239386 A JP 25239386A JP 25239386 A JP25239386 A JP 25239386A JP H0717996 B2 JPH0717996 B2 JP H0717996B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明はプラズマアークによる表面改質装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial field of application> The present invention relates to a surface modifying apparatus using a plasma arc.
各種金属製品の表面に、プラズマを熱源として窒素ガス
や炭化水素ガス等で窒化や炭化等の処理を行ない、その
物性を改質する装置が使用されている。この種の表面改
質装置ではいうまでもなく、均一で優れた表面物性を有
する処理材が安定して効率的に得られるものであること
が強く要請される。2. Description of the Related Art An apparatus for modifying the physical properties of various metal products by performing nitriding or carbonization with nitrogen gas or hydrocarbon gas using plasma as a heat source is used. Needless to say, in this type of surface reforming apparatus, it is strongly demanded that a treatment material having uniform and excellent surface properties can be stably and efficiently obtained.
本発明は、かかる要請に応える、プラズマアークを利用
した表面改質装置に関するものである。The present invention relates to a surface reforming apparatus using a plasma arc, which meets such a demand.
＜従来の技術、その問題点＞ 従来、プラズマを熱源とした表面改質手段として、プラ
ズマジェットを利用するものが提案されている（特公昭
53−6624号）。この従来手段は、トーチへプラズマ作動
ガスと反応性ガスとの混合ガスを供給してプラズマジェ
ットを発生させ、或いは更に発生したプラズマジェット
へ反応性ガスを補給しつつ、該プラズマジェットを被処
理材へ照射するものである。ところがこの従来手段に
は、プラズマジェットを熱源として照射するために、被
処理材への熱電子の衝突がなく、したがって熱効率乃至
処理効率が悪いという問題点がある。<Prior Art and its Problems> Conventionally, as a surface modification means using plasma as a heat source, a method using a plasma jet has been proposed (Japanese Patent Publication No.
53-6624). This conventional means supplies a mixed gas of a plasma working gas and a reactive gas to a torch to generate a plasma jet, or supplies the generated gas to the plasma jet while supplying the reactive gas to the material to be treated. To irradiate. However, this conventional means has a problem that since the plasma jet is irradiated as a heat source, there is no collision of thermoelectrons with the material to be processed, and thus the thermal efficiency or processing efficiency is poor.
また従来、プラズマを熱源とした表面改質手段として、
プラズマアークを利用するものも提案されている（特公
昭59−48863号）。この従来手段は、陰極の外周にプラ
ズマ作動ガスと反応性ガスとの混合ガス供給路を形成し
て周設された第１ノズルと、該第１ノズルの外周にシー
ルドガス供給路を形成して周設された第２ノズルとを備
える２重構造のトーチを使用し、被処理材を陽極とし
て、該被処理材へ上記トーチからプラズマアークを照射
するものである。ところがこの従来手段には、陰極と第
１ノズルとの間の混合ガス供給路から陰極に当接しつつ
反応性ガスをプラズマ作動ガスとともに供給するため、
例えばタングステン製の陰極と反応するメタンのような
反応製ガスを使用できないという問題点があり、また上
記トーチの構成上、具体的な目的に応じた最適処理条件
とプラズマアークを安定発生させる条件とが必ずしも一
致しないため、例えばプラズマアークの発生は安定して
いるのであるが反応性ガスが不足していたり、或いは逆
に反応性ガスは充分であるがプラズマアークの発生が不
安定であったりする問題点がある。このような場合、充
分な反応性ガスを供給しそしてプラズマアークも安定発
生させようとすれば、概してプラズマのエネルギが増大
し過ぎ、被処理材を溶融させてしまうのである。Further, conventionally, as a surface modification means using plasma as a heat source,
A device using a plasma arc has also been proposed (Japanese Patent Publication No. 59-48863). In this conventional means, a mixed gas supply passage of a plasma working gas and a reactive gas is formed on the outer circumference of a cathode, and a first nozzle is provided around the first nozzle, and a shield gas supply passage is formed on the outer circumference of the first nozzle. A torch having a double structure including a second nozzle that is circumferentially provided is used, and a material to be treated is used as an anode, and the torch is irradiated with a plasma arc from the torch. However, in this conventional means, since the reactive gas is supplied together with the plasma working gas from the mixed gas supply path between the cathode and the first nozzle while contacting the cathode,
For example, there is a problem that a reaction gas such as methane that reacts with a cathode made of tungsten cannot be used, and in the configuration of the above torch, optimum processing conditions according to a specific purpose and conditions for stably generating a plasma arc and , The plasma arc generation is stable, but the reactive gas is insufficient, or conversely, the reactive gas is sufficient but the plasma arc generation is unstable. There is a problem. In such a case, if it is attempted to supply a sufficient reactive gas and stably generate a plasma arc, the energy of plasma generally increases too much and the material to be treated is melted.
＜発明が解決しようとする問題点、その解決手段＞ 本発明は、叙上の如き従来の問題点を解決して、前述し
た要請に応える、改良されたプラズマアークによる表面
改質装置を提供するものである。<Problems to be Solved by the Invention and Means for Solving the Problems> The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and provides an improved surface modifying apparatus by plasma arc that meets the above-mentioned demand. It is a thing.
しかして本発明は、 被処理材を陽極とし、該被処理材へ反応性ガスを伴なう
プラズマアークをトーチから照射して、該被処理材を表
面改質する装置であって、トーチが、陰極の外周にプラ
ズマ作動ガス供給路を形成して周設された第１ノズル
と、該第１ノズルの外周に反応性がス供給路を形成して
周設された第２ノズルと、該第２ノズルの外周にシール
ドガス供給路を形成して周設された第３ノズルとを備え
るものである表面改質装置に係る。Therefore, the present invention is an apparatus for irradiating a plasma arc accompanied by a reactive gas to a material to be treated from an torch by using the material to be treated as an anode, and performing surface modification of the material to be treated. A first nozzle circumferentially formed by forming a plasma working gas supply passage on the outer periphery of the cathode, and a second nozzle circumferentially formed by forming a reactive gas supply passage on the outer periphery of the first nozzle, The present invention relates to a surface reforming device including a third nozzle circumferentially provided by forming a shield gas supply passage on the outer periphery of the second nozzle.
以下、図面に基いて本発明の構成を更に詳細に説明する
が、本発明において肝要な点は、第１ノズル及び第２ノ
ズル並びに第３ノズルを順次外周に備える３重構造のト
ーチを使用し、陰極と第１ノズルとの間に専用のプラズ
マガス供給路を、また第１ノズルと第２ノズルとの間に
専用の反応性ガス供給路を、そして第２ノズルと第３ノ
ズルとの間に専用のシールドガス供給路を、それぞれ形
成してなる処にあり、図示及び説明を省略する本発明の
その他の構成は従来の表面改質装置におけるそれらと同
様の構成が採用され得る。Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. The essential point in the present invention is to use a torch having a triple structure in which a first nozzle, a second nozzle, and a third nozzle are sequentially provided on the outer circumference. , A dedicated plasma gas supply path between the cathode and the first nozzle, a dedicated reactive gas supply path between the first nozzle and the second nozzle, and between the second nozzle and the third nozzle The shield gas supply passages dedicated to the above are respectively formed, and other configurations of the present invention whose illustration and description are omitted may be the same as those of the conventional surface reforming apparatus.
＜実施例、その作用＞ 第１図は本発明の一実施例を示す要部断面図である。３
重構造のトーチ11において、陰極21の外周に第１ノズル
31が、また第１ノズル31の外周に第２ノズル32が、そし
て第２ノズル32の外周に第３ノズル33が、それぞれ周設
されており、陰極21と第１ノズル31との間には専用のプ
ラズマ作動ガス供給路41が、また第１ノズル31と第２ノ
ズル32との間には専用の反応性ガス供給路42が、そして
第２ノズル32と第３ノズル33との間には専用のシールド
ガス供給路43が、それぞれ形成されている。一方、上記
トーチ11の下方には被処理材Ａが配置され、該被処理材
Ａは陰極21に対し陽極となっている。<Embodiment, Its Action> FIG. 1 is a sectional view of an essential part showing an embodiment of the present invention. Three
In the torch 11 having a heavy structure, the first nozzle is provided on the outer periphery of the cathode 21.
31, a second nozzle 32 is provided on the outer circumference of the first nozzle 31, and a third nozzle 33 is provided on the outer circumference of the second nozzle 32, and between the cathode 21 and the first nozzle 31. A dedicated plasma working gas supply path 41, a dedicated reactive gas supply path 42 between the first nozzle 31 and the second nozzle 32, and a dedicated reactive gas supply path 42 between the second nozzle 32 and the third nozzle 33. Dedicated shield gas supply paths 43 are formed respectively. On the other hand, a material A to be processed is arranged below the torch 11, and the material A to be processed is an anode with respect to a cathode 21.
陰極21と被処理材Ａとの間に通電し、或は更に陰極21と
第１ノズル31との間にも通電して、プラズマ作動ガス供
給路41から例えばアルゴンを供給することによりプラズ
マアークを発生させ、このプラズマアーク中へ反応性ガ
ス供給路42から窒化や炭化等の処理目的に応じて例えば
窒素ガスやメタンの如き炭化水素ガスを供給しつつ、シ
ールドガス供給路43から例えばアルゴンを供給して上記
のようなプラズマアークの周囲をシールする構成であ
る。A plasma arc is generated by supplying electricity between the cathode 21 and the material A to be treated, or between the cathode 21 and the first nozzle 31 and supplying argon from the plasma working gas supply passage 41. Generated and, while supplying a hydrocarbon gas such as nitrogen gas or methane from the reactive gas supply path 42 to the plasma arc according to the processing purpose such as nitriding or carbonization, for example, supplying argon from the shield gas supply path 43. Then, the periphery of the plasma arc as described above is sealed.
第２図は図示した実施例を使用して下記の条件化に窒化
処理を行なった結果を例示するグラフである。横軸に表
面からの深さ（mm）を、また縦軸に硬度（HmV、マイク
ロビッカース）をとっているが、この第２図からこ、本
発明の優れた作用効果は明らかである。処理後におい
て、この実施例の場合に表面の硬度は1250（HmV）であ
り、また硬度1000（HmV）を維持する表面からの深さは
0.06mmと誠に深いが、これに比べて前述した従来手段で
はプラズマジェットの場合とプラズマアークの場合とで
ともに、表面の硬度を含めていずれの深さの硬度もはる
かに低いのである。FIG. 2 is a graph illustrating the result of performing the nitriding treatment under the following conditions using the illustrated embodiment. The depth (mm) from the surface is plotted on the abscissa and the hardness (HmV, micro-Vickers) is plotted on the ordinate. From this FIG. 2, the excellent action and effect of the present invention are clear. After the treatment, the hardness of the surface in this example is 1250 (HmV), and the depth from the surface maintaining the hardness of 1000 (HmV) is
It is as deep as 0.06 mm, but in comparison with this, the hardness of any depth including the surface hardness is much lower in both the case of plasma jet and the case of plasma arc in the above-mentioned conventional means.
条件；第１ノズル31の先端開口直径＝3mm、第２ノズル3
2の先端開口直径＝4mm、第３ノズル323の先端開口直径
＝15mm、プラズマ作動ガス供給路41からの供給ガス＝ア
ルゴンを１／分、反応性ガス供給路42からの供給ガス
＝窒素ガスを0.3l/分、シールドガス供給路43からの供
給ガス＝アルゴンを5l/分、走査速度＝300mm/分、電流
＝60A、被処理材Ａ＝SCM1。Conditions: Tip opening diameter of first nozzle 31 = 3 mm, second nozzle 3
2 tip opening diameter = 4 mm, 3rd nozzle 323 tip opening diameter = 15 mm, supply gas from plasma working gas supply path 41 = argon / min, supply gas from reactive gas supply path 42 = nitrogen gas 0.3 l / min, supply gas from the shield gas supply path 43 = 5 l / min of argon, scanning speed = 300 mm / min, current = 60 A, material A = SCM1.
＜発明の効果＞ 以上説明した通りであるから、本発明には、次のような
効果がある。<Effects of the Invention> As described above, the present invention has the following effects.
１）プラズマアークを利用するため、エネルギ密度が高
く、したがって被処理材の表面だけを効率的に加熱する
ことができる。そして、表面だけが急速加熱されるその
一方で被処理材による自己冷却作用がはたらくため、表
面の窒化層や炭化層の下に深い焼入れ層が形成され、そ
の結果、表面から深さ方向へ硬度の急変がない、疲れ強
度が大の処理材を得ることができる。1) Since the plasma arc is used, the energy density is high, and therefore only the surface of the material to be processed can be efficiently heated. Then, only the surface is rapidly heated, while the self-cooling action of the material to be processed works, so that a deep quenching layer is formed under the nitrided layer or carbonized layer on the surface. It is possible to obtain a treated material having a large fatigue strength without a sudden change.
２）陰極に当接するのはプラズマ作動ガスだけであり、
反応性がスは当接しないため、使用する反応性ガスに制
約を受けず、陰極の消耗も少ない。2) Only the plasma working gas contacts the cathode,
Since the reactivity does not come into contact with the gas, there is no restriction on the reactive gas used, and the consumption of the cathode is small.
３）プラズマ作動ガスと反応性ガスとを別個に供給する
ため、プラズマアークを安定発生させつつ同時に処理目
的に応じて最適条件で反応性ガスをも供給することがで
き、したがって優れた表面硬度等の諸物性を有する処理
材を得ることができる。3) Since the plasma working gas and the reactive gas are supplied separately, the reactive gas can also be supplied under the optimum conditions according to the processing purpose while stably generating the plasma arc, and therefore, excellent surface hardness, etc. It is possible to obtain a treated material having various physical properties.
４）そしていうまでもなく、シールドガスを使用するた
め、処理材の酸化を防止することができる。4) And, needless to say, since the shielding gas is used, it is possible to prevent the treatment material from being oxidized.
第１図は本発明の一実施例を示す要部断面図、第２図は
該一実施例を使用して窒化処理を行なった結果を例示す
るグラフである。 11……トーチ、21……陰極、31……第１ノズル、32……
第２ノズル、33……第３ノズル、41……プラズマ作動ガ
ス供給路、42……反応性ガス供給路、43……シールドガ
ス供給路、Ａ……被処理材FIG. 1 is a sectional view of an essential part showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a graph illustrating the result of nitriding treatment using the embodiment. 11 …… torch, 21 …… cathode, 31 …… first nozzle, 32 ……
No. 2 nozzle, 33 ... No. 3 nozzle, 41 ... Plasma working gas supply path, 42 ... Reactive gas supply path, 43 ... Shield gas supply path, A ... Material to be processed
Claims (1)
ガスを伴なうプラズマアークをトーチから照射して、該
被処理材を表面改質する装置であって、トーチが、陰極
の外周にプラズマ作動ガス供給路を形成して周設された
第１ノズルと、該第１ノズルの外周に反応性ガス供給路
を形成して周設された第２ノズルと、該第２ノズルの外
周にシールドガス供給路を形成して周設された第３ノズ
ルとを備えるものである表面改質装置。1. An apparatus for modifying a surface of a material to be processed by irradiating the material to be processed with a plasma arc accompanied by a reactive gas from the torch, the torch comprising: A first nozzle circumferentially formed with a plasma working gas supply passage formed around the cathode, a second nozzle circumferentially provided with a reactive gas supply passage formed around the first nozzle, and the second nozzle A surface reforming apparatus comprising: a third nozzle that is provided around a nozzle so as to form a shield gas supply path.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25239386A JPH0717996B2 (en) | 1986-10-23 | 1986-10-23 | Surface modification device by plasma arc |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25239386A JPH0717996B2 (en) | 1986-10-23 | 1986-10-23 | Surface modification device by plasma arc |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63105957A JPS63105957A (en) | 1988-05-11 |
| JPH0717996B2 true JPH0717996B2 (en) | 1995-03-01 |
Family
ID=17236701
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25239386A Expired - Lifetime JPH0717996B2 (en) | 1986-10-23 | 1986-10-23 | Surface modification device by plasma arc |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0717996B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8203095B2 (en) * | 2006-04-20 | 2012-06-19 | Materials & Electrochemical Research Corp. | Method of using a thermal plasma to produce a functionally graded composite surface layer on metals |
-
1986
- 1986-10-23 JP JP25239386A patent/JPH0717996B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63105957A (en) | 1988-05-11 |
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