SE523135C2 - Plasmasprutningsanordning - Google Patents

Description

fszs 135 v ~ - - nu 2 ytterligare fördel med tillförsel av pulver vid anoden är att plasmaflödets uppvärmning inte kommer att påverkas av pulvermaterialets egenskaper.

Vanligast vid den här varianten av pulvertillförsel är att tillföra pulvret vinkelrätt plasmaflödet. Pulver- partiklarnas bana ut från anodomràdet, mot den yta som skall beläggas, kommer då till stor del att vara beroende av partiklarnas storlek och vikt. De tyngre och större partiklarna går direkt in i plasmastrålens högtemperatur- zon medan de lättare när plasmastràlens centrum först i relativt kalla zoner belägna relativt avlägset anoden.

Detta innebär att en del av pulverpartiklarna riskerar att inte bli tillräckligt varma och dessutom att missa målet, dvs det föremål som till exempel skall beläggas med pulvermaterialet.

Detta är till nackdel på grund av att en stor del av pulver materialet går till spillo, varför man får en låg materialanvändningskoefficient_ Med andra ord skapas den pulversprutade beläggningen endast av en liten del av det inmatade pulvret. Detta är särskilt störande när man an- vänder dyra beläggningsmaterial. Problemet kan i viss mån åtgärdas genom användning av mer homogena pulver. Dessa har dock nackdelen att de är svåra att tillverka och där- med relativt dyra.

För att undvika problemen förknippade med vinkelrät införsel av pulver vid plasmakanalens utloppsområde, har man försökt att anordna en matarledning för vågrätt pul- verinförande, vilken placeras direkt i plasmastràlen. En nackdel med detta är dock att det uppstår problem med uppvärmningen av plasmaflödet, samt att plasmaflödets egenskaper störs kraftigt.

En ytterligare nackdel generellt förknippad med in- försel av pulvermaterialet i anodområdet, vid plasmakana- lens utlopp, är att hög energiåtgång krävs för att under- hålla plasmaflödets höga temperatur och specifika effekt (effekt per volymenhet), för att i sin tur erhålla en ho- mogen beläggning. Detta antas bero på att plasmaflödet 10 15 20 25 30 35 523 135 3 vid plasmasprutningsanordningens utgàng, där pulvertill- förseln sker, har en temperatur- och hastighetsfördelning som är näst intill parabolisk. Temperatur- och hastig- hetsgradienten samt plasmaflödets värmeentalpi är därmed omvänt proportionella mot plasmastràlens diameter. För att öka homogeniteten på sprutbeläggningarna är det där- för nödvändigt att öka plasmastràlens diameter, vilket kräver mycket energi .

US 3,l45,287 och US 4,445,021 beskriver plasmasprut- ningsanordningar där pulvermaterialet införs i anodomrà- det, vid plasmakanalens utlopp.

Enligt ett andra känt alternativ för införsel av pulver sker denna vid plasmakanalens inlopp, vid katoden.

I detta fall värms pulvret upp av ljusbàgen samtidigt med den plasmaalstrande gasen. Katodomràdet betraktas som en kall zon varför det är möjligt att tillföra pulvret i plasmaflödets centrum.

Vid tillförsel av gas vid katodomràdet i en plasma- kanal där en ljusbàge alstras vid fixerad urladdnings- ström, kommer en liten del av gasen att strömma in i den centrala delen av kanalen med hög temperatur medan den resterande delen av gasen strömmar längs med kanalväggar- na och bildar ett kallt gasskikt mellan kanalväggarna och ljusbàgen. I och med denna gasfördelning kommer endast en mindre del av det vid inloppet införda pulvret in i ljus- bàgen medan den större delen av pulvret strömmar i det kalla skiktet vid kanalväggarna. Detta resulterar i ojämnt uppvärmt pulver och i att processen blir svär att kontrollera. Dessutom riskerar kanalen och anoden att täppas igen av pulvret vilket följaktligen stör förut- sättningarna för ett stabilt plasmaflöde.

Att söka öka massöverföringen till den centrala de- len av kanalen genom ökning av gas- och pulverflödet är inte en framkomlig väg. Om gas- och pulverflödet ökas, medan strömmen hàlles konstant, kommer nämligen ljusbà- gens diameter att minska, vilket ökar problemet med att pulvermaterial ansamlas i de kalla områdena längs kana- 10 15 20 25 30 35 523 135 4 lens väggar. Samtidigt minskar den tid under vilken de pulverpartiklar, som faktiskt hamnar i uppvärmningszonen, befinner sig däri eftersom deras hastighet ökar. Även detta leder till kvalitetsförsämring hos processen. Såle- des kan man inte öka mängden material i den varma zonen vid konstant ström. Ökning av strömmen medför i sin tur nackdelar vid såväl utformning som hantering av plasma- sprutningsanordningen. W I US 5,225,652, US 5,332,885 Och US 5,406,046 be- skrivs plasmasprutningsanordningar med pulvertillförsel vid katoden.

Vid analys av plasmasprutningsprocesser har det vi- sat det sig att den bildade belåggningens egenskaper framför allt beror på pulvrets värmetillstånd och hastig- het vid sprutningen. Med begreppet "värmetillstånd" menas i första hand materialets vårmeprofil och aggregations- tillstånd. I plasmasprutningsanordningar enligt känd tek- svårt att styra pulv- nik är det, såsom beskrivits ovan, rets värmetillstånd och hastighet.

Sammanfattning av uppfinningen Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstad- komma en förbättrad plasmasprutningsanordning för sprut- ning av pulvermaterial vid låg effekt vilken medger god kontroll över beläggningsegenskaperna samt god homogeni- tet. Uppfinningen skall även möjliggöra sprutning av be- läggningar av material och föreningar som har skiljda egenskaper. Slutligen skall uppfinningen även kunna an- vändas för nedbrytning av material i pulverform.

Detta ändamål uppnås enligt uppfinningen genom en anordning av det inledningsvis angivna slaget, i vilken nämnda organ för tillförsel av pulver är anordnat mellan en första sektion av nämnda elektroder belägen uppströms organet och en andra sektion av nämnda elektroder belägen nedströms organet, räknat i plasmakanalens plasmaström- ningsriktning från inloppsände till utloppsände. 10 15 20 25 30 35 523 135 5 Pulvermaterialet tillföres därmed vare sig vid plas- (katodände) (anodände) utan någonstans längs kanalen, mellan två sek- makanalens inloppsände eller utloppsände tioner därav. Denna konstruktion gör det möjligt att sty- ra plasmaflödets egenskaper både före och efter det att pulvret tillförs plasmaflödet och följaktligen att styra hastigheten och värmen hos partiklarna i pulvret på så sätt att önskade belàggningsegenskaper samt god homogeni- tet kan erhållas. Vidare möjliggör den uppfinningsenliga plasmasprutningsanordningen användning av en relativt li- ten diameter hos plasmakanalen, vilket leder till låg energiàtgàng och låga arbetsströmmar.

Den sektion som ligger uppströms pulvertillförseln kan då lämpligen utnyttjas till att skapa optimala för- hållanden i plasmaflödet så att materialet effektivt värms upp. Den sektion som är belägen nedströms pulver- tillförseln medger kontroll av uppvärmningen av pulverma- terialet och pulvrets övriga karaktäristika såsom till exempel dess hastighet. På så sätt kan hög effektivitet och god kontroll av processen av plasmasprutningen erhål- las.

Företrädesvis kan sektionen uppströms organet för tillförsel av pulver och sektionen nedströms organet för tillförsel av pulver vara så utformade att de, vid an- vändning av plasmasprutningsanordningen åstadkommer skil- da villkor i plasmakanalen, Den första sektionen (uppströms pulvertillförseln) har till uppgift att värma upp plasmaflödet och ges sådan karaktäristik att den sedan kan sörja för effektiv och snabb uppvärmning av pulvret i kanalens tvärsnitt. Före- trädesvis är den totala längden på alla elektroder i sek- tionen tillräckligt lång för full uppvärmning av gasen, dvs. så att önskad temperaturprofil uppnås. På detta vis minskas kraftigt den del av pulvret som annars riskerar att lägga sig på kanalväggarna på grund av att den inte blir tillräckligt varm. 10 15 20 25 30 35 523 135 6 Vid den andra sektionen (nedströms pulvertillför- seln) tillförs initialt extra energi för att kompensera den nedkylning av plasmat som uppträder eftersom pulvret vanligen förs in i kanalen tillsammans med en kall bäran- de gas. Vidare styrs energitillförseln vid den andra sek- tion så att önskade egenskaper hos plasmastràlen erhålls och även att pulvret uppnår den hastighet och värmenivå som år nödvändiga för att få erfordrad adhesion, struktur och porositet i sprutbeläggningen.

Företrädesvis kan sektionerna bringas att åstadkomma olika villkor i plasmakanalen genom att minst en av föl- jande parametrar skiljer sig åt mellan nämnda första och andra sektion: sektionens längd, antalet elektroder i sektionen och plasmakanalens geometri i sektionen.

Lämpligen kan ett flertal organ för tillförsel av pulver vara anordnat, där vart och ett av nämnda organ för tillförsel av pulver är anordnat mellan en sektion av nämnda elektroder belägen uppströms organet, och en sek- tion av nämnda elektroder belägen nedströms organet. Det- ta är särskilt lämpligt vid tillförsel av mer än en sorts pulver för sprutbeläggning. Således kan varje sorts pul- ver tillföras separat och de olika pulversorterna behöver varvid önskat förhållande i tillförd mängd mellan de olika pulversorterna säkerställs. inte förblandas, Antalet elektroder i en sektion kan som minst vara en enda. Företrädesvis är dock antalet elektroder i åt- minstone en sektion minst två. Detta är gynnsamt på grund av följande: Urladdningsströmmen i varje sektions kanal- del har samma värde. I ljusbågens centrum, längs plasma- kanalens mittaxel, råder en temperatur T som är propor- tionell med förhållandet mellan urladdningsström I och plasmakanalens diameter d (T=(I/d)). För att öka tempera- turnivån i plasmaflödet vid en sektions utgång med bibehållande av låg strömnivà, måste därmed tvärsnittet hos plasmakanalen, och därmed tvärsnittet hos den ljusbå- ge som värmer gasen minskas. Vid litet tvärsnitt på ljusbågen har den elektriska fältstyrkan i kanalen ett högt värde och sektionens spänning kan vara flera gånger w..- 10 15 20 25 30 35 52: 1:a 7 värde och sektionens spänning kan vara flera gånger stör- re än plasmats egenspänning för de vanligen använda ty- perna av plasmaalstrande gas.

Om det samtidigt krävs uppvärmning av ett relativt stort gasflöde för att effektivt uppvärma det pulver som införs efter denna sektion, måste kanalen ha en relativt stor längd. Det uppvärmda gasflödet mäste nämligen, för att uppnå samma temperatur som ljusbàgen har vid sitt centrum, passera en viss längd av plasmakanalen längs med plasmakanalens mittaxel, vilken längd motsvarar gasens uppvärmningssträcka. Om gasflödet ökar, ökar även gasens uppvärmningssträcka, vilket ger upphov till behovet av relativt stor längd hos plasmakanalen i sektionen.

Kombinationen av litet tvärsnitt på kanalen och stor längd hos densamma i sektionen ger således en hög fält- styrka på relativt lång längd, vilket leder till att det istället för en lång ljusbåge kan alstras två kortare, på varandra följande bågar. Sådana kortare bågar brinner vid en lägre spänning och ger inte någon effektiv gasuppvär- ming till hög temperatur. Problemet med uppdelning av ljusbàgen i kortare bågar förhindras genom att sektionen uppdelas på åtminstone två åtskilda, från varandra elekt- riskt isolerade elektroder. Antalet elektroder liksom varje elektrods längd är beroende av den önskade gasflö- desnivån och gasstråletemperaturen vid sektionens utgång.

Således kan plasmaanordningen konstrueras med relativt liten diameter hos plasmakanalen, vilket leder till låg energiåtgång och låga arbetsströmmar. Därmed kan sprut- ning vid låg effekt åstadkommas.

Vid vissa tillämpningar är det särskilt lämpligt att antalet elektroder i sektionen närmast plasmakanalens in- loppsände är minst två, för att minska risken att ljusbå- gen uppdelas i två kortare ljusbågar.

För tillförsel av pulver i plasmakanalen bildar or- ganet för tillförsel av pulver lämpligen ett utrymme bil- dande en vinkel på mindre än 90' mot en mittaxel hos plasmakanalen. Lämpligen kan nämnda utrymme bildas av ett 10 15 20 25 30 35 t sz: 1:5 o o ~ n u 8 utspráng hos elektroden närmast uppströms organet vilken är anordnad pà avstånd fràn ett urtag hos elektroden när- mast nedströms organet.

Genom införsel av pulvret i en vinkel mindre än 90' mot en mittaxel hos plasmakanalen kan pulvret ledas till mitten av plasmat och riskerar inte att i lika stor ut- sträckning hamna pà kanalväggarna.

Företrädesvis är nämnda utspràng koniskt och bildar en vinkel (a) mot plasmakanalens mittaxel, vilken vinkel (a) lämpligen är i intervallet 15-25'. Nämnda urtag kan då lämpligen vara koniskt och bildar en vinkel (ß) mot plasmakanalens mittaxel, vilken företrädesvis är i inter- vallet 17-30'. avstånd från urtaget, pà sà sätt att det är delvis in- Utsprànget anordnas därvid lämpligen pà skjutet i detta varvid utrymmet för införande av pulver i vinkel mot plasmakanalens mittaxel bildas mellan ut- sprànget och urtaget. En särskilt lämplig form pà nämnda utrymme erhålls om skillnaden mellan nämnda vinkel hos urtaget och nämnda vinkel hos utsprànget (B-a) är 1,5' till 5'.

På så sätt erhàlls god införsel av pulvret i urladd- ningskanalen väsentligen längs dess centrumlinje.

Beroende på pulverslaget kan det införas exempelvis via en cirkulär ringöppning, via ett system med häl eller tangentiellt mot kanalens tvärsnitt Tangentiell införsel ger upphov till virvlar, vilket är särskilt önskvärt för vissa typer av pulver.

Lämpligen är plasmakanalens diameter i åtminstone en sektion större än plasmakanalens diameter i sektionen uppströms nämnda sektion. Företrädesvis ökas kanaldiame- tern hos pà varandra följande sektioner, så att plasmaka- nalens diameter i en sektion är större än plasmakanalens diameter i varje sektion belägen uppströms om nämnda sek- tion. Detta är fördelaktigt eftersom, varje gäng pulver och bärargas tillförs, flödet ökar genom plasmakanalen.

För att hastigheten i kanalen inte skall öka med det öka- de flödet, och därmed minska uppvärmningstiden för plas- 10 15 20 25 30 35 nu n» a n q ':- ~-- 9--"..".su .:'"::.¿ o "' :"..': z z 1.0: :Cu-:a : . "' ' ' I 'I I 0 n o n n o z z ° . . .. H n H.. . : man och pulvret, är det därför lämpligt att plasmakana- lens diameter ökas.

Då den största elektriska fältstyrkan skapas vid ka- toden är det lämpligt att längden på elektroderna ökas med avståndet från katoden eftersom fältstyrkan minskar med avståndet från plasmakanalens inloppsände. Elektrod- längden är därför företrädesvis liten i början för att öka mot sektionens slut. Företrädesvis är, i åtminstone en sektion, längden hos den mest uppströms belägna elek- troden lika med plasmakanalens diameter vid nämnda mest uppströms belägna elektrod. Lämpligen kan alla elektrod- längder bestämmas av ln = n x dkæml, där ln är längden hos elektrod n och n är elektrodens ordningsnummer i en sek- tion, räknat från plasmakanalens inloppsände. dkmwl är ka- naldiametern hos elektroden n. (11 är längden hos elek- troden närmast plasmakanalens inloppsände, vars längd är lika med dess diameter, l1= l X dmmæ,) Lämpligen bildas plasmakanalen av ringformiga elek- troder, vilka med fördel kan vara koaxiellt anordnade.

Uppfinningen avser även en metod för plasmasprutning av material i pulverform, med användning av en plasma- sprutningsanordning innefattande elektroder vilka bildar en plasmakanal med en inloppsände och en utloppsände.

Vid metoden enligt uppfinningen tillförs pulvermaterial plasmasprutningsanordningen vid åtminstone ett tillför- selställe beläget mellan två sektioner av nämnda elektro- der, vilka sektioner är belägna uppströms respektive ned- ströms tillförselstället.

Fördelarna med denna uppfinning gentemot känd teknik motsvaras av de som beskrivits ovan i anslutning till an- ordningen.

Företrädesvis utnyttjas sektionen uppströms tillför- selstället för att skapa erforderliga förhållanden i plasmaflödet. Vidare utnyttjas lämpligen sektionen ned- ströms tillförselstället för kontroll av uppvärmning av pulvermaterialet och pulvrets övriga karakteristika. v' lO 15 20 25 30 35 lO Slutligen avser uppfinningen användning av anord- ningen enligt uppfinningen för destruktion av pulverfor- migt material. Vid destruktion av pulverformigt material tillförs detta anordningen, i vilken plasmat utnyttjas för att destruera eller omvandla pulvermaterialet till nya ämnen. Detta utnyttjas i synnerhet för att destruera eller omvandla miljöfarliga eller pà annat sätt skadliga ämnen.

Vid sådan destruktion kan lämpligen, utöver det pul- verformiga material som skall destrueras, ytterligare pulverformigt material tillföras för neutralisering eller omvandling av det för destruktion ämnade pulverformiga materialet. Lämpligen tillförs det ytterligare materialet via ett annat organ för tillförsel av material än det för destruktion ämnade materialet.

De goda möjligheterna att påverka karakteristika i plasmakanalen hos anordningen enligt föreliggande uppfin- ning gör den särskilt lämplig för användning för destruk- tion av skilda typer av material.

Kort beskrivning av figurerna Uppfinningen kommer i fortsättningen att beskrivas ytterligare under hänvisning till bifogade schematiska figurer som i exemplifierande syfte visar för närvarande föredragna utföringsformer av uppfinningen.

Figur 1 visar i genomskärning en första utförings- form av en plasmasprutningsanordning enligt uppfinningen med två tillförselorgan för pulver.

Figur 2 visar utföringsformen i figur 1 längs snit- tet II-II Figur 3 visar i genomskärning andra utföringsform av en plasmasprutningsanordning enligt uppfinningen, i vil- ken kanalens tvärsnitt för varje sektion ökar med avstån- det fràn katoden.

Figur 4a och 4b visar två varianter av tillförselor- ganet längs snittet IV-IV i figur 1. 523 135 - | o | n ll Figur 5 visar en tredje variant av tillförselorgan längs snittet V-V i figur 1.

Figur 6 visar tvärsnittet VI-VI i figur 2.

Figur 7 visar ett parti fràn figur 1.

Beskrivning av föredragna utföringsformer Figur 1 visar en utföringsform av en plasmasprut- ningsanordning enligt uppfinningen innefattande en katod 14, företrädesvis gjord av volfram innehållande lantan, vilken placeras i en katodhàllare 16. Katodhàllaren 16 har en inutiliggande kanal 17 som fungerar som tillför- selorgan för plasmaalstrande gas G, samt som katodhàlla- rens 16 kylare. Anordningen innefattar vidare ett antal koaxiellt anordnade, ringformiga elektroder 1, vilka bil- dar en plasmakanal 2. Plasmakanalen 2 sträcker sig från katoden 14 vid dess inloppsände 3, till en anod 15, an- ordnad vid dess utloppsände 4. Vid användning av anord- ningen alstras en elbàge mellan katoden 14 och anoden 15, vilken upphettar den plasmaalstrande gasen sä att ett plasma bildas. Katodhàllarens inutiliggande kanal 17 myn- nar sàledes i plasmakanalens inloppsände 3, varifrån plasma kommer att strömma genom kanalen för att mynna ut vid plasmakanalens utloppsände 4, belägen vid anoden 15.

Ett första organ 5 för tillförsel av ett första pul- verformigt material PG1 är anordnat mellan en första sek- tion 6 av elektroder 1 belägen uppströms om tillförselor- ganet 5 och en andra sektion 7 av elektroder 1 belägen nedströms om tillförselorganet 5. Vidare är ett andra or- gan 9 för tillförsel av ett andra pulverformigt material PG2 anordnat mellan nämnda andra sektion 7 och en ned- ströms om denna belägen sektion 8 av elektroder 1.

Den första sektionen 6 utnyttjas för att värma upp den plasmaalstrande gasen G vilken tillförs via kanalen 17. Antalet elektroder i denna sektion 6 bestäms efter önskad uppvärmning av gasflödet, och innefattar här tre elektroder 1. 10 15 20 25 30 35 523 135 '-._.-' s s g | - ~ v en 12 Den andra sektionen 7 utnyttjas dels för att påverka den plasmaalstrande gasen på lämpligt sätt inför införsel av det andra pulverformiga materialet PG2, dels för att ge det första pulverformiga materialet PG1 lämplig karak- teristik. Den andra sektionen 7 innefattar här tre elek- troder 1.

Slutligen utnyttjas den tredje, och i det här fallet sista sektionen 8 för att ge båda de pulverformiga mate- rialen PG1 och PG2 lämpliga egenskaper för att sprutas mot en yta som skall beläggas från plasmasprutningsanord- ningens anod 15. I detta fall innefattar även den tredje sektionen 8 tre elektroder 1. 7, 8 är således i det här fal- let antalet elektroder 1 minst lika med två, vilket mins- I alla sektionerna 6, kar risken för uppkomst av dubbla elbàgar i sektionen.

De pulverformiga materialen PG1 och PG2 tillförs lämpligen via det första 5 respektive det andra 9 organet för tillförsel av pulver med hjälp av varsin ström av en kall bärgas genom en första 18 respektive en andra matar- ledning 19. Organen för tillförsel av pulver 5, 9 är fö- reträdesvis utformade på så sätt att den sista, mest ned- ströms belägna, elektroden 1 i sektionen 6 uppströms or- ganet har ett utsprång 11, vilket här är koniskt och bil- dar en vinkel a med plasmakanalens mittaxel.(se figur 7).

Den första, mest uppströms belägna, elektroden 1 i sek- tionen 7 nedströms organet 5 har ett urtag 12, vilket här är koniskt och bildar vinkeln ß (se figur 7) mot kanalens mittaxel. Lämpliga vinklar är 15-25° för a och 17-30° för ß. Termen koniskt används här generellt, som synes i fi- gur 1 rör det sig i detta fall om en stympad kon. Denna utformning underlättar jämn tillförsel av pulvret till plasmaflödet.

Utsprànget 11 är delvis infört i urtaget 12, men an- ordnat på avstånd från detta så att ett utrymme 10 för pulvertillförsel bildas mellan utsprånget 11 och urtaget 12, vilket utrymme 10 bildar vinkel mot plasmakanalens 2 mittaxel. 10 15 20 25 30 35 S2: ßs o u u v no 13 I förbindelse med utrymmet 10 hörande till det för- sta tillförselorganet 5 är en expansionskammare 20 anord- nad till vilken pulvermaterial PGI med bärgas förs. Pulv- ret föres in i plasmakanalen via öppningar 13. (Se figur 4a) En jämn fördelning av pulvret i kanalen uppnås här genom tillförsel av den pulvertransporterande gasen via öppningarna 13, vilka bildar spàr riktade i vinkel rela- tivt radier till plasmakanalen 2. Denna typ av införsel kallas här tangentiell införsel dà den sker tangentiellt mot kanalens tvärsnitt, och utnyttjas för att alstra virvlar i pulvret vid införsel i kanalen 2. Enligt en (figur 4b) porterande gas plasmakanalen 2 via en smal cirkulär ring- andra utföringsvariant tillförs pulvertrans- öppning l3'.

I förbindelse med det andra utrymmet hörande till det andra tillförselorganet 9 är likaså en expansionskam- mare 21 anordnad. I detta fall tillförs pulvertransporte- rande gas via ett system med jämnt fördelade hàl l3" i cirkel, vilka är ritade längs radier till plasmakanalen 2. (figur 5) Givetvis kan formationen av öppningar 13 enligt nå- gon av de utföringsformer som visas i figurerna 4a, 4b och 5 varieras mellan de olika tillförselorganen 5, 9, alltefter önskemål.

Plasmasprutningsanordningen innefattar i närmare de- talj en elektriskt ledande cylindrisk kropp 22 pà vilken en anoden 15 anordnas med hjälp av en elektriskt ledande bricka 23 och mutter 24. elektrisk hylsa 25. Katodhàllaren 16 och den första elek- troden 1 i den första sektionen 6 anordnas i en andra di- Kroppen 22 innehåller en di- elektrisk hylsa 26. Som värmeskydd för hylsan 26 används en keramisk hylsa 27. För kylning av plasmasprutningsan- ordningen har kroppen 22 kanaler 28 (se figur 2) genom vilka kylvätska W ledes in till anoden 15. Pà vägen kyls även elektroderna 1. Elektroderna 1 är inbördes förbundna via elektriskt isolerande och vattentäta packningar 29.

En anodtätning 30 är likasà anordnad och kan vara av sam- 10 15 20 25 30 35 523 135 14 ma material som det som utnyttjas för de vattentäta pack- ningarna 29. Vatten- och gastätning vid de rörliga kon- taktytorna upprätthålls av tätningsringar 31, 32, 33.

Tätningskraft erhålles med skruvar 34 och en bricka 35.

Skruvarna 34 kopplas också till pluspolen pà plasmasprut- ningsanordningens strömkälla. Strömkällans minuspol kopp- las till katodhàllaren 16. Huvuddelen av den plasmaalst- rande gasen G tillförs via kanalen 17 i katodhàllaren 16.

Pulver och pulvertransporterande gas tillförs genom ma- tarledningar 18, 19 till respektive pulvertillförselorgan 5, 9.

Vid användning av den utföringsform av anordningen som visas i figur 1 föres först plasmaalstrande gas G in i plasmasprutningsanordningen via kanalen 17 till plasma- kanalen 2. Samtidigt förs kylvätska W in genom kylkana- lerna 28 för att säkerställa avkylning av plasmasprut- ningsanordningen. Efter det kopplas ett högspänningst- riggningssystem pà som initierar en urladdningsprocess i plasmasprutningsanordningens plasmakanal 2 och tänder en elbàge mellan katoden 14 och anoden 15. Därefter tillförs transporterande gas PGl och PG2 genom matarledningarna 18, 19 varefter pulvertillförseln påbörjas via tillför- selorganen 5, 9.

Vid avstängning stängs tillförseln av pulver först av. Därefter slås arbetsströmmen av och efter en viss tid stoppas tillförseln av den transporterande gasen och den plasmaalstrande gasen och till sist stängs kylsystemet av.

Vid optimala förhållanden är det möjligt att använda samma strömkälla för en uppsättning av olika plasmasprut- ningsanordningar vilka används för plasmasprutning av en rad olika beläggningar sàsom keramer, material med hög smältpunkt, material med làg smältpunkt, slitstarka mate- rial osv. Vid användning av argon som plasmaalstrande gas är det lämpligt att strömkällan har en stabil arbetsström pà 10-40 A då plasmasprutningsanordningens arbetsspänning är 40-80 V. Plasmasprutningsanordningens arbetsspänning 10 15 20 25 30 35 sz: 1:5 15 är beroende av antalet sektioner och deras längder. Vid en gasförbrukning på 1-4 l/min och en uppvärmningstempe- ratur pà 8000-12000 °C har kanalerna en diameter pà före- trädesvis 1-2 mm. Plasmaflödets effekt vid utgången fràn den första sektionen vid denna temperaturnivá bestäms av sektionens längd och för att eliminera risken för att dubbel ljusbàge skapas bör antalet elektroder i sektionen inte vara mindre än tvà.

I figur 3 visas ytterligare en utföringsform av en plasmasprutningsanordning enligt uppfinningen. De delar av denna som har motsvarigheter i den först beskrivna ut- föringsformen, avbildad i figur 1, har försetts med mot- svarande hänvisningssiffror, och för dessas beskrivning hänvisas till ovanstående beskrivning av den första utfö- ringsformen.

Den utföringsform som avbildas i figur 3 skiljer sig fràn den utföringsform som avbilas i figur 1 beträffande plasmakanalens 2 geometri. I detta fall ökar plasmakana- lens 2 diameter för varje sektion, 6, 7, 8, dvs. så att efterliggande sektioner har större kanaldiameter än före- liggande sektioner. Med denna utformning minskar risken för att pulvermaterialet skall fastna pà plasmakanalens innerväggar. Företrädesvis ökar diametern här enligt den formel som angivits ovan.

Generellt har kanaldiametern även stor inverkan pà pulverpartiklarnas hastighet. Dá de bildade beläggningar- nas egenskaper till stor del beror av hastigheten vid kontakten med ytan som skall beläggas, kan kanaldiametern lämpligen varieras för att erhålla önskad effekt. En an- nan egenskap som starkt inverkar pà de bildade belägg- ningarnas egenskaper är pulvrets temperatur, vilken såsom beskrivits ovan likaså kan regleras väl i anordningen en- ligt uppfinningen. Sammanfattningsvis är det möjligt att styra båda dessa egenskaper genom att välja lämpliga pa- rametrar såsom längd och kanaldiameter i den sektion som är belägen uppströms pulvertillförseln respektive den sektion som är belägen nedströms pulvertillförseln. wa»- 10 16 Det inses att en mängd modifieringar av den ovan be- skrivna utföringsformen av uppfinningen är möjliga inom uppfinningens ram, såsom definierad av de efterföljande patentkraven. Sàsom exempelvis beskrivet ovan kan således varje sektion istället innehålla två eller fler än tre elektroder. Vidare är det inte nödvändigt att ha samma antal elektroder i varje sektion. Slutligen kan plasmaka- nalen ges olika geometri.

Claims (32)

o a I n .g o 523 135 i 2 ÅNDRADE PATENTKRAV 0 n o o I c n o n u n

1. Plasmasprutningsanordning för att spruta material i pulverform, innefattande elektroder (l) vilka bildar en plasmakanal (2) med en inloppsände (3) och en utloppsände (4), och ett organ (5) för tillförsel av nämnda material i pulverform till nämnda plasmakanal (2), varvid nämnda organ (5) för tillförsel av pulver är anordnat mellan en första sektion (6) av nämnda elektroder (1) belägen uppströms organet (5) och en andra sektion (7) av nämnda elektroder (l) belägen nedströms organet (5), räknat i plasmakanalens (2) plasmaströmningsriktning, k ä n n e t e c k n a d av att plasmakanalens (2) diameter i åtminstone en sektion (8) är större än plasmakanalens (2) diameter i varje sektion (6, 7) belägen uppströms om nämnda sektion (8).

2. Plasmasprutningsanordning för att spruta material i pulverform, innefattande elektroder (1) vilka bildar en plasmakanal (2) med en inloppsände (3) och en utloppsände (4), för tillförsel av nämnda material i (2), varvid nämnda organ (5) för tillförsel av pulver är anordnat och ett organ (5) pulverform till nämnda plasmakanal mellan en första sektion (6) av nämnda elektroder (1) belägen uppströms organet (5) och en andra sektion (7) av nämnda elektroder (l) belägen nedströms organet (5), räknat i plasmakanalens (2) plasmaströmningsriktning k ä n n e t e c k n a d av att i åtminstone en sektion (6, 7, 8), längden hos den mest uppströms belägna elektroden (1) är lika med plasmakanalens (2) diameter i denna elektrod.

3. Plasmasprutningsanordning enligt krav 1 eller 2, i vilken minst en av följande parametrar skiljer sig àt mellan nämnda första och andra sektion (6, 7): sektionens längd, antalet elektroder (1) i sektionen (6, 7) och plasmakanalens (2) geometri i sektionen (6, 7). : - n . n. . ø o n nu 5523 135 /Y

4. Plasmasprutningsanordning enligt något av ovanstående krav, i vilken ytterligare ett organ (9) för tillförsel av pulver är anordnat mellan en tredje sektion (8) av elektroder (1) och någon av nämnda första och andra sektioner (6, 7).

5. Plasmasprutningsanordning enligt något av ovanstående 9) för tillförsel av 9) för tillförsel av pulver är anordnat mellan en sektion av nämnda krav, i vilken ett flertal organ (5, pulver är anordnade, vart och ett av nämnda organ (5, och en sektion av 9). elektroder belägen uppströms organet (6, 7) nämnda elektroder belägen nedströms (7, 8) organet (5,

6. Plasmasprutningsanordning enligt något av ovanstående krav, i vilken antalet elektroder (1) i àtminstone en sektion (6, 7, 8) är minst två.

7. P1asmasprutningsanordning enligt krav 6, i vilken antalet elektroder (1) i sektionen (6) närmast nämnda inloppsände (3) av plasmakanalen (2) är minst två.

8. Plasmasprutningsanordning enligt något av ovanstående krav, i vilken organet (5, 9) för tillförsel av pulver bildar ett utrymme (10) för tillförsel av pulver i vinkel till en mittaxel hos plasmakanalen (2).

9. Plasmasprutningsanordning enligt krav 8, i vilken nämnda utrymme (10) bildas av ett utsprång (11) hos elektroden (1) närmast uppströms organet (5, 9) vilken är anordnad pà avstånd från ett urtag (12) hos elektroden (1) närmast nedströms organet (5, 9).

10. Plasmasprutningsanordning enligt krav 9, i vilken nämnda utsprång (11) är koniskt och bildar en vinkel (a) mot plasmakanalens (2) mittaxel.

11. Plasmasprutningsanordning enligt krav 10, i vilken nämnda vinkel (a) är 15-25'. 523 135 /ßí a o u : ø u g a

12. till 11, i vilken nämnda urtag (12) är koniskt och bildar en Plasmasprutningsanordning enligt något av kraven 9 vinkel (B) mot plasmakanalens (2) mittaxel. Plasmasprutningsanordning enligt krav 12, i vilken (ß) är 17-30'.

13. nämnda vinkel

14. vilken skillnaden mellan nämnda vinkel hos urtaget (12) och (ß-a) är 1,5' till 5'. Plasmasprutningsanordning enligt krav 10 och 12, i nämnda vinkel hos utsprånget (11) Plasmasprutningsanordning enligt något av ovanstående krav, (5, 9) innefattar öppningar (13) riktade i vinkel mot plasmakanalens

15. i vilken organet för tillförsel av pulver (2) mittaxel för tangentiell tillförsel av pulver.

16. Plasmasprutningsanordning enligt något av ovanstående krav, (7) större än plasmakanalens (2) diameter i sektionen uppströms (7). i vilken plasmakanalens (2) diameter i en sektion är (6) nämnda sektion

17. Plasmasprutningsanordning enligt något av kraven 2 till 16, i vilken plasmakanalens (2) diameter i åtminstone en sektion (8) är större än plasmakanalens (2) diameter i varje sektion (6, 7) belägen uppströms om nämnda sektion (8).

18. Plasmasprutningsanordning enligt något av ovanstående krav, i vilken längden på elektroderna (1) ökas med avståndet från plasmakanalens (2) inloppsände (3).

19. P1asmasprutningsanordning enligt något av kraven 1, 3 8), hos den mest uppströms belägna elektroden (1) är lika med till 18, i vilken, i åtminstone en sektion (6, 7, längden plasmakanalens (2) diameter i nämnda mest uppströms belägna elektrod (1) i nämnda sektion (6, 7, 8).

20. Plasmasprutningsanordning enligt kraven 2 eller 19, i vilken, i en sektion (6, 7, 8), längden på de elektroder (1) i n . n | u. 523 135 20 n.. u I | o n o n co sektionen (6, 7, 8), vilka är belägna nedströms nämnda mest uppströms belägna elektrod (1) beräknas med ln = där ln är längden hos elektrod n, n är elektrodens n X dkanal ordningsnummer i en sektion och dkmfl_är plasmakanalens diameter i nämnda elektrod n.

21. P1asmasprutningsanordning enligt något av kraven 1 till 19, (6, 7, 8), diametern hos plasmakanalen (2) varierar i nämnda sektion (6, 7, 8). i vilken, i åtminstone en sektion

22. Plasmasprutningsanordning enligt något av ovanstående krav, vilken vidare innefattar en katod (14), avstånd från katoden (14), med den koaxiellt anordnad anod och en på (15) mellan vilka, vid användning av nämnda anordning, en ljusbåge skapas in i vilken gas föres för bildande av plasma, (1) och nämnda anod (15) är anordnade mellan nämnda katod (2). och nämnda elektroder (14) bildande nämnda plasmakanal

23. Plasmasprutningsanordning enligt något av ovanstående (1) krav, i vilken nämnda elektroder är ringformiga.

24. i vilken nämnda elektroder Plasmasprutningsanordning enligt något av ovanstående (1) krav, är koaxiellt anordnade.

25. Metod för plasmasprutning av material i pulverform, med användning av en plasmasprutningsanordning innefattande elektroder (1) vilka bildar en plasmakanal (2) med en inloppsände (3) och en utloppsände (4), k ä n n e t e c k n a d av att pulvermaterial tillförs plasmasprutningsanordningen vid åtminstone ett tillförselställe beläget mellan två (1), (6, 7) är belägna uppströms respektive nedströms tillförselstället sektioner (6, 7) av nämnda elektroder vilka sektioner och varvid plasmakanalens (2) diameter avpassas att i åtminstone en sektion (8) vara större än plasmakanalens (2) » | o n nu sz: 1:5 1/ diameter i varje sektion (6, 7) belägen uppströms om nämnda sektion (8).

26. Metod för plasmasprutning av material i pulverform, med användning av en plasmasprutningsanordning innefattande elektroder (1) vilka bildar en plasmakanal (2) med en inloppsände (3) och en utloppsände (4), k ä n n e t e c k n a d av att pulvermaterial tillförs plasmasprutningsanordningen vid àtminstone ett tillförselställe beläget mellan tvä sektioner (6, 7) av nämnda elektroder (1), vilka sektioner (6, 7) är belägna uppströms respektive nedströms tillförselstället och varvid i àtminstone en sektion (6, 7, 8), avpassas längden hos den mest uppströms belägna elektroden (1) att vara lika med plasmakanalens (2) diameter i denna elektrod (l).

27. Metod för plasmasprutning av material i pulverform enligt krav 25 eller 26, i vilken sektionen (7) nedströms tillförselstället utnyttjas för kontroll av uppvärmning av pulvermaterialet och pulvrets övriga karakteristika.

28. Metod för plasmasprutning av material i pulverform enligt något av kraven 25 till 27, i vilken minst en av följande parametrar skiljer sig àt mellan nämnda uppströms belägna och nedströms belägna sektion (6, 7): sektionens (6, 7) längd, antalet elektroder (1) i sektionen och plasmakanalens (2) geometri i sektionen (6, 7).

29. Metod enligt något av kraven 25 till 28, i vilken pulvermaterial tillförs vid àtminstone två tillförselställen belägna mellan respektive tvà sektioner (6, 7;7, 8) av nämnda elektroder (1), vilka sektioner (6, 7; 7, uppströms respektive nedströms respektive tillförselställe. 8) är belägna

30. Användning av anordning enligt något av kraven l till 24 för destruktion av pulverformigt material. con-nn 523 155 21

31. Användning av metod enligt något av kraven 25 till 29 för destruktion av pulverformigt material.

32. Användning enligt krav 31 av metod enligt något av kraven 25 till 29 för destruktion av pulverformigt material, vid vilken ytterligare pulverformigt material tillförs för neutralisering eller omvandling av det för destruktion ämnade pulverformiga materialet. con-uu