(57)【要約】  【課題】マスキングすることなくワークピースの一部を正確に被覆するための方法と装置を提供する。  【解決手段】ガスタービンの圧縮機ブレードなどのワークピースの一部を、ワークピースのいずれの部分もマスキングすることなく溶射するための方法と装置。装置は、陽極、陰極、それらの陽極と陰極の間に電気アークを発生させるアーク発生器を備えるプラズマ溶射装置である。アークガス・エミッタは、電気アークを介して不活性ガスを噴射する。電気アークは、プラズマガス流を生じさせるためにガスをイオン化するよう作用可能である。粉末材料インジェクタノズルは陽極を通って延在しかつワークピースに移動させるためにプラズマ流中に粉末材料を噴射する。【選択図】図１
2006130503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極、陰極、及びそれら陽極と陰極の間に電気アークを発生させるアーク発生器と、
プラズマガス流を生じさせるためにガスをイオン化するよう作用可能な電気アーク中にアークガスを放射するためのノズルと、
粉末材料をプラズマガス流中に供給するための、陽極を介して延在する供給器、
を含んでなることを特徴とする、ワークピースを被覆するためのプラズマ溶射装置。
【請求項２】
前記プラズマ溶射装置が、マイクロプラズマ溶射装置であることを特徴とする、請求項１記載のプラズマ溶射装置。
【請求項３】
前記供給器が、粉末材料を粉末材料インジェクタノズルによって混入させるためのキャリアガスを用いることを特徴とする、請求項１記載のプラズマ溶射装置。
【請求項４】
前記粉末材料がプラズマガス流中に噴射される前に、粉末材料を保持するための粉末ホッパーをさらに備えることを特徴とする、請求項１記載のプラズマ溶射装置。
【請求項５】
前記粉末ホッパーと供給器が、１つの装置内で連結されることを特徴とする、請求項４記載のプラズマ溶射装置。
【請求項６】
前記陰極が、陰極ハウジング内から延在する第１の端部と、先端で終端する第２の端部を有し、かつ、電流を伝導するよう作用可能な電極を備えることを特徴とする、請求項１記載のプラズマ溶射装置。
【請求項７】
前記電極が、実質的に、少なくとも長手方向軸の一部に沿った円形断面を有することを特徴とする、請求項６記載のプラズマ溶射装置。
【請求項８】
前記電極が、前記先端から陰極ハウジングに向かって延在する所望の角度を有する表面で形成されることを特徴とする、請求項６記載のプラズマ溶射装置。
【請求項９】
前記角度がおおよそ１０度であることを特徴とする、請求項８記載のプラズマ溶射装置。
【請求項１０】
前記先端が実質的に平坦な前方端を有することを特徴とする、請求項６記載のプラズマ溶射装置。
【請求項１１】
前記先端の平坦な前方端が、所望の高さで形成されることを特徴とする、請求項１０記載のプラズマ溶射装置。
【請求項１２】
前記前方端の高さが、前記電極の幅の寸法のおおよそ１０％から２０％であることを特徴とする、請求項１１記載のプラズマ溶射装置。
【請求項１３】
被覆工程によって生じる前記ワークピースの最高表面温度が、おおよそ２００°Ｆであることを特徴とする、請求項１記載のプラズマ溶射装置。
【請求項１４】
前記プラズマ溶射装置が、前記ワークピースに対しておおよそ２ｍｍの幅で被覆材を適用することを特徴とする、請求項１記載のプラズマ溶射装置。
【請求項１５】
前記陽極が焼結タングステン材料から形成されることを特徴とする、請求項１記載のプラズマ溶射装置。
【請求項１６】
噴射されたシールドガスを通過させるシールドガス・キャップをさらに備えることを特徴とする、請求項１記載のプラズマ溶射装置。
【請求項１７】
前記粉末材料が金属合金であることを特徴とする、請求項１記載のプラズマ溶射装置。
【請求項１８】
前記粉末材料がセラミックベース被覆材であることを特徴とする、請求項１記載のプラズマ溶射装置。
【請求項１９】
前記プラズマ溶射装置を冷却するための冷却システムをさらに備えることを特徴とする、請求項１記載のプラズマ溶射装置。
【請求項２０】
前記プラズマ溶射装置が、いずれの配向角度においてもワークピースを溶射するよう作動可能であることを特徴とする、請求項１記載のプラズマ溶射装置。
【請求項２１】
前記プラズマ溶射装置が、おおよそ４０から７０デシベルの騒音レベルを生じることを特徴とする、請求項１記載のプラズマ溶射装置。
【請求項２２】
前記陰極の一部を取り囲む陰極シュラウドをさらに備えることを特徴とする、請求項１記載のプラズマ溶射装置。
【請求項２３】
前記アークガスノズルが、前記陰極シュラウド内に形成された受容アパーチャ内に設けられることを特徴とする、請求項２２記載のプラズマ溶射装置。
【請求項２４】
前記陰極シュラウドを実質的に包含し、前記アークガスと雰囲気の間の障壁としてのシールドガスを提供するよう作用可能なシールドガス・キャップをさらに備えることを特徴とする、請求項２２記載のプラズマ溶射装置。
【請求項２５】
前記シールドガス・キャップと前記陰極シュラウドの間に配置されるシールドキャップ絶縁体をさらに備えることを特徴とする、請求項２４記載のプラズマ溶射装置。
【請求項２６】
陽極、陰極、及びそれら陽極と陰極の間に電気アークを発生させるアーク発生器と、
プラズマガス流を生じさせるためにガスをイオン化するよう作用可能な電気アーク中にアークガスを放射するためのノズルと、
粉末材料をプラズマガス流中に供給するための、陽極を介して延在する供給器、
を含み、陰極が、その先端における所定の高さを有する実質的に平坦な端部を備える、その先端において先細り端部を有する電極を具備することを特徴とする、ワークピースを被覆するためのプラズマ溶射装置。
【請求項２７】
前記プラズマ溶射装置が、マイクロプラズマ溶射装置であることを特徴とする、請求項２６記載のプラズマ溶射装置。
【請求項２８】
前記供給器が、粉末材料を前記陽極によって混入させるためのキャリアガスを用いることを特徴とする、請求項２６記載のプラズマ溶射装置。
【請求項２９】
前記粉末材料がプラズマガス流中に噴射される前に、粉末材料を保持するための粉末ホッパーをさらに備えることを特徴とする、請求項２６記載のプラズマ溶射装置。
【請求項３０】
前記粉末ホッパーと供給器が、１つの装置内で連結されることを特徴とする、請求項２９記載のプラズマ溶射装置。
【請求項３１】
前記先細り端部の表面の角度がおおよそ８度から１０度であることを特徴とする、請求項２６記載のプラズマ溶射装置。
【請求項３２】
前記前方端の高さが、前記電極の幅の寸法のおおよそ１０％から２０％であることを特徴とする、請求項２６記載のプラズマ溶射装置。
【請求項３３】
前記供給器に連結され、前記陽極を通って延在し、かつ前記プラズマガス流中に粉末材料を噴射する粉末材料インジェクタノズルをさらに備えることを特徴とする、請求項２６記載のプラズマ溶射装置。
【請求項３４】
前記プラズマ溶射装置が、おおよそ０．５ｋＷから２．５ｋＷの電力範囲で作動することを特徴とする、請求項２６記載のプラズマ溶射装置。
【請求項３５】
被覆工程によって生じる前記ワークピースの最高表面温度が、おおよそ２００°Ｆであることを特徴とする、請求項２６記載のプラズマ溶射装置。
【請求項３６】
前記プラズマ溶射装置が、前記ワークピースに対しておおよそ２ｍｍの幅で被覆材を適用することを特徴とする、請求項２６記載のプラズマ溶射装置。
【請求項３７】
噴射されたシールドガスを通過させるシールドガス・キャップをさらに備えることを特徴とする、請求項２６記載のプラズマ溶射装置。
【請求項３８】
前記粉末材料が金属合金であることを特徴とする、請求項２６記載のプラズマ溶射装置。
【請求項３９】
前記粉末材料がセラミックベース被覆材であることを特徴とする、請求項２６記載のプラズマ溶射装置。
【請求項４０】
前記プラズマ溶射装置を冷却するための冷却システムをさらに備えることを特徴とする、請求項２６記載のプラズマ溶射装置。
【請求項４１】
前記プラズマ溶射装置が、いずれの配向角度においてもワークピースを溶射するよう作動可能であることを特徴とする、請求項２６記載のプラズマ溶射装置。
【請求項４２】
前記プラズマ溶射装置が、おおよそ４０から７０デシベルの騒音レベルを生じることを特徴とする、請求項２６記載のプラズマ溶射装置。
【請求項４３】
前記陰極の一部を取り囲む陰極シュラウドをさらに備えることを特徴とする、請求項２６記載のプラズマ溶射装置。
【請求項４４】
前記アークガスノズルが、前記陰極シュラウド内に形成された受容アパーチャ内に設けられることを特徴とする、請求項４３記載のプラズマ溶射装置。
【請求項４５】
前記陰極シュラウドを実質的に包含し、前記アークガスと雰囲気の間の障壁としてのシールドガスを提供するよう作用可能なシールドガス・キャップをさらに備えることを特徴とする、請求項４３記載のプラズマ溶射装置。
【請求項４６】
前記シールドガス・キャップと前記陰極シュラウドの間に配置されるシールドキャップ絶縁体をさらに備えることを特徴とする、請求項４５記載のプラズマ溶射装置。
【請求項４７】
前記陽極が工業的に純粋なタングステン材料から形成されることを特徴とする、請求項２６記載のプラズマ溶射装置。
【請求項４８】
プラズマ溶射装置の陽極を通る粉末材料インジェクタノズルを配置することと、
粉末材料を、粉末ホッパーから粉末材料インジェクタノズルへ運ぶことと、
プラズマガス流中に粉末材料を噴射すること、
を含んでなることを特徴とする、プラズマガス流中に粉末材料を噴射する方法。
【請求項４９】
前記プラズマ溶射装置が、マイクロプラズマ溶射装置であることを特徴とする、請求項４８記載の方法。
【請求項５０】
粉末供給器からインジェクタノズルを通って流れるキャリアガスで粉末材料を混入させることをさらに含むことを特徴とする、請求項４８記載の方法。
【請求項５１】
前記陽極を通る電流で、前記粉末材料インジェクタノズル内の粉末材料を予備加熱することをさらに含むことを特徴とする、請求項４８記載の方法。
【請求項５２】
陽極、陰極、及びそれら陽極と陰極の間に電気アークを発生させるアーク発生器と、
プラズマガス流を生じさせるためにガスをイオン化するよう作用可能な電気アーク中にアークガスを放射するためのノズルと、
粉末材料をプラズマガス流中に供給するための、陽極を介して延在する供給器、
を含み、前記供給器は、前記プラズマガス流の方向以外の方向からプラズマガス流へ粉末材料を供給することを特徴とする、プラズマ溶射装置。
【請求項５３】
前記プラズマ溶射装置がマイクロプラズマ溶射装置であることを特徴とする、請求項５２記載のプラズマ溶射装置。
【請求項５４】
前記方向が、前記プラズマガス流の下方側からであることを特徴とする、請求項５２記載のプラズマ溶射装置。
【請求項５５】
工業的に純粋なタングステン材料から形成される陽極と、
陽極に作動可能に連結される陰極と、
陽極と陰極の間に電気アークを発生させるためのアーク発生器と、
プラズマガス流を生じるようガスをイオン化する電気アーク中に、アークガスを放射するためのノズルと、
プラズマ流へ粉末材料を供給するための供給器、
を含んでなることを特徴とする、プラズマ溶射装置。
【請求項５６】
前記プラズマ溶射装置がマイクロプラズマ溶射装置であることを特徴とする、請求項５５記載のプラズマ溶射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、ワークピースを被覆するためのマイクロプラズマ溶射装置などのプラズマ溶射装置、及びそれを用いた方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ溶射法及び装置は周知である。例えば、基体上へコーティング材をプラズマフレーム溶射するための方法と装置があり、ガスを形成するプラズマを、ノズル電極を通過させ、かつ、電流を生じさせるアークをノズル電極とリア電極の間を通過させてプラズマ流を形成することによって、基体上へコーティング材をプラズマフレーム溶射する。この方法は、コーティング材をプラズマ流内へ導入し、そのプラズマ流を、ノズル電極の出口から延在する壁シュラウドを軸方向に通し、さらにプラズマ流のフレームシュラウドを形成することを包含するものである。それにより、このコーティングを基体に適用することができる。
【０００３】
そのような技術が特に有利となる分野の１つは、種々の航空機部材、特にガスタービン・エンジン並びにそれらの構成部材のコーティングに関連する。例えば、圧縮機ブレードのブレード根元は、圧縮機ブレードを圧縮機ホイールなどでシーリングするための寸法公差要求を満たす材料で被覆することができる。これまでに、この点に関し、様々な従来のプラズマ溶射法を用いて、銅−ニッケル合金、アルミニウム−銅合金、及びその他類似組成の材料を含む金属コーティング材が適用されている。通常、コーティングプロセスにおいては、コーティング材料の転写が必要でない及び／又は望ましくないワークピースの領域をマスキングすることが要求される。さらには、ワークピースは、通常、ガスタービン・エンジン製造プラント、あるいは修理店などの専用設備でコーティングされる。従来技術における方法並びに装置においては、コーティング装置が大きくて可搬性でなく、また、溶射パターンの幅が広過ぎてコーティングプロセスを正確に制御できないため、そのような専用設備でワークピースをマスキングしてから被膜を適用する必要があった。そのため、マスキング等を必要とせず、かつ、実際の作動現場において、手動で溶射することを可能にするよう、溶射装置の確度を改善することが望まれている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一態様において、ガスタービンの圧縮機ブレードなどのワークピースの少なくとも一部を被覆するためのプラズマ溶射装置が提供される。プラズマ溶射装置は、陽極と陰極、及びその陽極と陰極の間に電気アークを発生させるアーク発生器を備える。電気アークは、ガスをイオン化してプラズマガス流を生成するよう操作可能である。装置は、電気アーク中にガスを噴射するアークガス・エミッタを備える。粉末供給器は、プラズマ装置に粉末を供給する。粉末インジェクタノズルは、コンジットを介して粉末供給器に連結される。粉末インジェクタノズルは陽極を通って延在し、かつプラズマガス流中に粉末材料を噴射するよう作動可能である。
【０００５】
本発明の第二の態様において、ガスタービンの圧縮機ブレードなどのワークピースの一部を被覆するためのプラズマ溶射装置が提供される。プラズマ溶射装置は、陽極と陰極、及びその陽極と陰極の間に電気アークを発生させるアーク発生器を備える。電気アークは、ガスをイオン化してプラズマガス流を生成するよう操作可能である。粉末供給器は、粉末材料をプラズマ装置に供給する。陰極ハウジングから延在し、かつ先端で終了する電極は、長手方向軸の少なくとも一部に沿った実質的に円形の断面形状を備える。先端から陰極ハウジングに向かって延在する、角度を有する面が電極上に形成される。所定の高さを有する実質的に平坦な端部が、先端の前方端を画定する。
【０００６】
本発明の第三の態様において、プラズマガス流中に粉末材料を噴射するための方法が開示される。粉末インジェクタノズルは、プラズマ装置の陽極を介して配置される。粉末材料は、粉末ホッパーから粉末インジェクタノズルまで運ばれる。粉末材料は、ワークピースに適用される前に、プラズマガス流中に噴射される。
【０００７】
本発明のその他の用途は、本発明を実施するのに最良の形態として考慮される以下の説明を、付属の図面とともに検討することによって当業者には明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
種々の変更並びに代替構成の余地があるものではあるが、それらの一定の例示的実施態様を図中に示し、以下で詳細に説明する。しかしながら、この説明によって本発明を開示の特定の形態に限定するものではなく、本発明は、特許請求の範囲に定義される本発明の要旨並びに範囲内における全ての変更、代替構成並びに同等物を包含するものであることは理解すべきである。
【０００９】
図１を参照すると、概ね点線で囲まれたプラズマ溶射装置１０の一実施態様が図示されている。汎用的な用語において、プラズマ溶射装置１０とは、アークガス・エミッタ１４と陽極１６と陰極１８を有するプラズマ・ガン１２を備えるものである。電気アーク２０は、陽極１６と陰極１８の間に発生する。プラズマ流２１は、アーク２０によってアークガスがアークガス・エミッタ１４から噴射されると形成される。粉末材料インジェクタ２２は、ワークピース２４まで粉末材料を運ぶプラズマ流中に粉末材料を分配する。装置及び／又は装置が使用する電力によって生じるプラズマ流２１の寸法により、装置がマイクロプラズマ溶射装置かそうでないかが決まる。プラズマ流２１が小さく、及び／又は装置が使用する電力が低い場合、装置はマイクロプラズマ溶射装置とみなされる。図１は、マイクロプラズマ溶射装置を示している。
【００１０】
例えば、粉末材料は、ワークピース２４上の所望の箇所に、おおよそ０．００１５〜０．００６インチ（おおよそ０．０３８１〜０．１５２４ｍｍ）厚の固体被膜を形成することができる。コーティング材は、実際上、金属、非金属又は金属間（ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃ）（化合物）粉末のいずれかであってよく、上述の材料及びセラミックベース材料を含む。
【００１１】
動作において、電気アーク２０は、プラズマ・ガン１２の陽極１６と陰極１８の間で発生する。それらに限定されるものではないが、アルゴンなどのアークガスが、陽極１６と陰極１８の間に発生した電気アーク中に放射される。実用におけるアークガスは、電気アークの発生前に放射可能であることは理解すべきである。電気アークは、ガスをイオン化して、プラズマガス流２１を生じる。イオン化プロセスによりアークガスから電子が取り除かれ、それにより、ガスは一時的に不安定になる。アークガスは、再び安定化する際に、おおよそ２０，０００°F〜３０，０００°F（約１１，３６６．５K〜１６，９２２K）に昇温する。プラズマ流は、電気アーク通過後、急速に冷却する。
【００１２】
本発明を実用化するのに、多数の異なる実施態様並びに構造的な変更を構成し得るが、以下の説明は１つの可能な実施態様を説明するものである。図２を参照すると、本発明のプラズマ溶射装置の分解組立図が、符号１０で示されている。以下で詳述するように、プラズマ溶射装置１０は、それらに限定されるものではないが、少なくとも、ガスタービン・エンジン（図示せず）の圧縮機ブレード７２の少なくとも一部を含むワークピースを被覆するのに使用可能である。しかしながら、本明細書による教示が、航空機、陸上用乗り物、兵器、海上船などの面を含む無数のその他の面を被覆するのに使用できることは、理解すべきである。
【００１３】
図示する実施態様において、プラズマ溶射装置１０は、前述の、陽極１６と陰極１８を有するプラズマ・ガン１２を備える。陰極１８は、電極２８を備え、そこから延在する絶縁体２６をさらに備えるよう示されている。陰極１８は又、マイクロプラズマ・ガン１２とねじによって係合させるためのねじ山３０を備えることができる。陰極１８は又、陰極１８とマイクロプラズマ・ガン１２の間の境界面に生じる漏れ路を密封するために、Ｏリングシール３２を備えることができる。
【００１４】
粉末材料インジェクタ２２は、粉末材料３４をプラズマガス流２１中に噴射する。粉末材料３４はプラズマガス流内で加熱されて流動化され、圧縮機ブレード７２（図４参照）上に堆積され、そこで冷却して再固化して被膜を形成する。粉末材料インジェクタ２２は、粉末材料３４を保持してプラズマ流２１中にそれを供給するための粉末ホッパー３６を備える。ホッパー３６は、可撓性を有するホースなどのコンジット３８を介してプラズマ・ガン１２に連結することができる。コンジット３８は、ねじ適合部３９によって粉末インジェクタノズル４０に連結することができる。粉末インジェクタノズル４０は、陽極１６内に形成されたアパーチャ４２を通って延在させることができる。粉末インジェクタノズル４０は、ねじ山４３によって陽極１６にねじで連結させることができる。
【００１５】
従来の陽極は、通常、銅−タングステン合金から形成されるため、プラズマ溶射装置１０でおおよそ１０分から２０分という非常に限定された耐用寿命を有するものである。銅及びその他の類似金属は、陽極の作動温度よりも低い融点を有する。そのため、これら金属の場合、陽極の上端部が溶融して空洞化したり腐食したりする現象を引き起こす可能性がある。高品質の被膜を形成するためには、陽極の端部を比較的尖鋭（シャープ）な状態に維持しなくてはならない。これを達成するべく、より堅牢な陽極を製造するための、工業製品として純粋な焼結タングステン材料が開発された。焼結タングステン材料から作製された陽極を用いた試験の結果は、耐腐食性において、従来の陽極を超える改善を示している。工業製品として純粋なタングステンを陽極１６に使用することにより、陽極１６の耐用寿命は、おおよそ１０時間から２０時間使用可能なほど改善された。
【００１６】
プラズマ・ガン１２の前方壁４８上に設けられたノズル・シュラウド４６は、ノズル・インサート５０を保持し、かつ、電極２８を、ノズル・シュラウド４６内に形成された中央アパーチャ５２を介して延在させる。ノズル・インサート５０は、ノズル・シュラウド４６の一端に、ねじで取り付けることができる。シールドガス・キャップ５４が、ノズル・シュラウド４６の上に設けられる。シールドガス・キャップ５４をノズル・シュラウド４６から電気的に絶縁するために、絶縁体５６を、シールドガス・キャップ５４とノズル・シュラウド４６の間に配置する。シールドガス・キャップ５４は、絶縁体５６の上からノズル・シュラウド４６上に押しつけて適合させることができる。シールドガス・キャップ５４は、シールドガスを流通させてアークガスを雰囲気から遮断するための複数の貫通孔５８を備える。シールドガス・キャップ５４中に形成された中央アパーチャ６０により、アークガスが電気アーク中を高速で通過することが可能となる。
【００１７】
プラズマ・ガン１２を冷却するには、水などの冷却流体を使用する。冷却流体は、冷却流体ホース６２を介してプラズマ・ガン１２へ送られる。冷却流体は、プラズマ・ガン１２内の内部通路（図示せず）を通って横断し、インレット通路６４内を通って、陽極保持器６６内へと流れ、アウトレット通路６８を通って戻る。冷却流体により、プラズマ・ガン１２の作動中に、陽極１６の温度が低下する。冷却流体の流速は、１分当たりおおよそ１．０〜１．５ガロン（約０．００３７８５ｍ3／分〜０．００５６７７５ｍ3／分）であってよい。第２のコンジット７０を、プラズマ・ガン１２に連結することができる。第２のコンジットは、電力、アークガス、並びにシールドガスをプラズマ・ガン１２に供給するよう操作可能である。
【００１８】
図３を参照すると、陰極１８の電極２８が拡大して示されている。電極２８は、例えば、おおよそ１／１６インチ（おおよそ１．５８７５ｍｍ）の径を有する円形の断面形状を有することができるが、他の寸法も可能である。電極２８は、例えば、実質的に平坦な上方面６７を形成するよう、角度Ａで機械加工することによって得られる先細り状の先端部６５を備えることができる。角度Ａは０〜９０度の範囲とすることができるが、一実施態様では、角度Ａはおおよそ８〜１０度の範囲内である。次いで、先端部６５の端部を所望の高さＢまで平坦に機械加工することができる。一実施態様では、高さＢは、０．００８〜０．０１０インチ（約０．２０３２〜０．２５４ｍｍ）の範囲であってよい。様々な寸法の電極に対して、高さＢは、電極の径又は幅の寸法のおおよそ１０％〜２０％と定義することができる。電極は、銅合金などの導電性材料のいずれからも形成することができるが、トリウムタングステンから形成されるものが好ましいことがわかった。
【００１９】
図４を参照すると、ブレード根元７４などの圧縮機ブレード７２の局部的領域が、粉末材料３４で溶射可能であることが示されている。プラズマガス流２１は、被覆される圧縮機ブレード７２の部分に向かって方向付けられる。プラズマ・ガン１２は、おおよそ０．５ｋＷから２．５ｋＷという比較的低い電力範囲で作動する。プラズマ・ガン１２の低い電力出力により、圧縮機ブレード７２内の熱流量を、従来の被覆法と比較して著しく減少させることができる。被覆工程による圧縮機ブレード７２の最大表面温度は、おおよそ２００°Ｆ（約３６６．４８３Ｋ）である。低い電力出力とそれによるブレード７２への低い温度によって、高温勾配に起因する局部的な応力が制限されるため、プラズマ・ガン１２は、圧縮機ブレード７２を変形させることなく、粉末材料３４を圧縮機ブレード７２の薄肉領域に適用するのに使用可能である。
【００２０】
プラズマ・ガン１２は、例えば、おおよそ２ｍｍ幅の細いストライプ状でコーティング材を適用することができる。これにより、手持ち式の装置の場合でさえ、正確に面を被覆することが可能となる。細いストライプ状の被覆により、圧縮機ブレード７２の被覆不要な領域をマスキングしたりその他の方法でカバーしたりする必要性が実質的に除かれる。細い溶射パターンは、ノズルの開口径により制御される。手持ち式のプラズマ・ガン１２は、非常に確度が高いため、被覆される部材をエンジンなどに実装したままの状態でそれら部材にコーティング材を溶射することができる。
【００２１】
プラズマ溶射装置１０のアークガスの流速は、おおよそ１．５〜３リットル／分であってよいが、その他の速度ももちろん可能である。上述のように、アークガス及びシールドガスは、通常、アルゴンであるが、当業者に周知のように、適切な不活性ガスであればいずれも使用可能である。シールドガスの流速は、通常の用途であれば、おおよそ２〜４リットル／分であってよい。
【００２２】
粉末ホッパー３６は、粉末インジェクタ２２によってプラズマガス流２１中に噴射される前の粉末材料３４を保持する。粉末材料３４は、約１〜３０ｇ／分でワークピースへ移動する。プラズマ・ガン１２は、通常、約１．５〜６．５インチ（約０．０３８１〜０．１６５１ｍ）の距離からワークピースにコーティング材を適用するが、この距離は被覆用途要求に依存して変化する。プラズマ・ガン１２は、加圧式粉末供給装置が、プラズマ流２１中に粉末材料３４を混入させて運ぶためのキャリアガスを用いるため、ワークピースに対する配向角度に制限がない。
【００２３】
不活性ガスなどの圧縮キャリアガスは、粉末材料インジェクタ２２を介して流れる。粉末材料３４は、当業者に周知のように、キャリアガスに混入させることができる。キャリアガスは、いずれかの配向角度で粉末材料インジェクタ２２を介して流れるため、粉末材料３４をプラズマ流２１へ運ぶのに重力に頼る必要がない。プラズマ流２１は、粉末材料インジェクタ２２に対してベンチュリ効果を与える。粉末材料インジェクタ２２を横断する高速のプラズマ流２１により、粉末材料インジェクタ２２を通るキャリアガスと粉末材料３４の流速を増大させる低圧領域が生じる。
【００２４】
プラズマ・ガン１２は、低い電力出力により、４０デシベル〜７０デシベルという比較的低い騒音レベルを発生するため、装置１０を手持ち式用途に適したものとすることができる。現在の米国政府の基準では、環境騒音が８５デシベルに達した場合、聴覚保護（対策）が要求される。プラズマ溶射装置１０は、手持ち式、あるいはコンピュータ制御の自動固定装置（図示せず）で保持することができる。
【００２５】
一実施態様において、残量の電流は陽極１６から粉末材料インジェクタ２２へ伝達される。この残留電流は、粉末材料３４を予熱してプラズマ流２１に混入される前に粉末材料３４を軟化するのを促進させる。
【００２６】
図５を参照すると、プラズマ溶射装置１０とプラズマ溶射工程を概して説明するブロック図が示されている。まず、ブロック８０において、ノズル・インサート５０からアークガスが放出される。プラズマ・ガン１２の陽極１６と陰極１８の間に電位が発生し、次いで、ブロック８２で説明するようにアークガスを介して方向付けられる。アークガスは、電位によってプラズマ流２１を生じるよう誘導される。ブロック８４において、プラズマ流２１中に粉末材料３４が噴射される。ブロック８６では、粉末材料３４がワークピースに適用された際に展性を有するよう、プラズマ流により粉末材料３４が「流動化」状態まで加熱される。ブロック８８では、粉末材料３４が、マスキングされていない基体に適用される。粉末材料３４は次いで冷却されて、基体上に硬質の被膜として固化する。
【００２７】
前述はある特定の実施態様を詳細に説明するものであるが、本発明の法的範囲は、特許請求の範囲の記載によって定義されるものであることは理解すべきである。本発明の可能性のある実施態様を全て説明することは不可能とまではいかないが実現的ではないため、詳細な説明は単なる例示と解釈すべきであり、本発明の可能な全ての実施態様を説明するものではない。現在の技術、あるいは本出願後に開発され得る技術のいずれかを用いることにより、無数の代替の実施態様が実行可能であり、それらはいずれも本発明を定義する特許請求項の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の、マイクロプラズマ溶射装置とワークピースの代表的な一実施態様を概略的に示す図である。
【図２】本発明により構成されたマイクロプラズマ溶射装置の一実施態様の分解組立透視図である。
【図３】図２の電極を詳細に示す拡大図である。
【図４】ワークピース上に被膜を適用している、図１のマイクロプラズマ溶射装置の組立透視図である。
【図５】ワークピースをプラズマ溶射する工程の一実施態様を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００２９】
１０…マイクロプラズマ溶射装置
１２…マイクロプラズマ・ガン
１４…アークガス・エミッタ
１６…陽極
１８…陰極
２１…プラズマガス流
２２…粉末材料インジェクタ
２４…ワークピース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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