HU185595B

HU185595B - Method and apparatus for metallizing coat of metal particularly onto surfaces hardly of access

Info

Publication number: HU185595B
Application number: HU416282A
Authority: HU
Inventors: Witold Milewski; Jerzy Brennek; Lech Stanikowski; Vojciech Kunicki; Wieslaw Sapiezynski; Andrzej Konopczynski; Zbigneiw Kondratovicz
Original assignee: Inst Mecheniki Predyzynej
Priority date: 1981-12-23
Filing date: 1982-12-23
Publication date: 1985-02-28
Also published as: FR2518430A1; DE3247792A1; GB2111864A

Abstract

For spraying a metallic coating on internal surfaces of long glass pipes of small diameter, which can be applied as electrodes in ozone generators, metal is melted in an electric arc and atomized by a stream of compressed gas. Molten metal is applied on the surface to be coated by means of three streams of compressed gas: a stream (5) directed along two wires (4) being melted, a side stream (3) and an opposite blowing- away stream (12). The wires are melted, by electrodes, in the form of flexibly mounted rings (7) inside which the wires are displaceable. <IMAGE>

Description

A találmány eljárásra és szórófejre vonatkozik fémbevonatok felszórására, különösképpen nehezen hozzáférhető felületek, mint pl. belső hengeres felületek bevonására. Az eljárás igen jól alkalmazható fémrétegek felvitelére üvegcsövek belső felületeire, ilyen csöveket használnak elektródaként az ózongenerátorokban, amikor is a fémbevonat képezi a kisülési rendszer belső elektródáját.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a process and a nozzle for spraying metal coatings, in particular on hard to reach surfaces such as. for coating inner cylindrical surfaces. The method is very well suited for applying metal layers to the inner surfaces of glass tubes, such tubes being used as electrodes in ozone generators, where the metal coating forms the internal electrode of the discharge system.

Az eddig ismert fémfelszórási eljárások során gázlángban vagy elektromos ívben megolvasztották a megfelelő anyagú huzalt, majd az így megolvasztott fémet a bevonandó felületre szórták fel komprimált gázzal. Ilyen eljárást ismertet pl. a Fémszórási Kézikönyv II. fejezete (Műszaki Könyvkiadó, Varsó 1959. 9—19. old.).In prior art metal spraying processes, a wire of a suitable material is melted in a gas flame or electric arc, and the metal thus melted is sprayed on the surface to be coated with compressed gas. Such a procedure is described e.g. Part II of the Metal Spraying Guide (Technical Publisher, Warsaw, pp. 9-19, 1959).

A szakemberek előtt ismeretes a belső üregek bevonására alkalmas készülék, olvasztott fémek felszórására; ez a készülék tipikus szórópisztoly, amelynél a sűrített levegőt vezető vezeték végén lévő fúvóka axiális irányban helyezkedik el a pisztolyhoz képest. A fúvóka tengelyében helyezkedik el az acetilén-oxigénívben megolvasztott huzal. A fúvóhely ezen elrendezéséből és a pisztoly általános méreteiből következően a kisebb üregek bevonásánál a szórási eljárást kívülről kell végezni, mikor is a fúvókát 45° alatt irányítjuk a bevonandó felületre. Nagyobb üregeknél, amelyeknek hossza nem haladja meg a kétszeres átmérőt, a felszórást a nyílás mindkét oldaláról végzik. 45°-nál kisebb szögek esetén az ilymódon létrehozott bevonat minősége nem kielégítő. Hosszabb nyílások bevonatához egy megfelelő nagyságú, a pisztoly általános méreteinek megfelelő és a szükséges dőlésszöggel kialakított toldatot alkalmaznak és ennek a végére helyezik a szórópisztolyt. Mindazonáltal, ez a készülék nem alkalmas kisméretű és hosszú nyílások felületbevonásához, pl. hornyokhoz, csatornákhoz stb. további hátránya abban mutatkozik meg, hogy a toldat végén lévő fémfelszóró rendszer túlhevül, ami megváltoztatja a gázok arányát, ennek következményeképpen a felszórt áram szabálytalan labilis lesz, a pisztoly sok esetben visszalő és visszahúzódik a láng. Ez a készülék is szerepel az említett kézikönyvben a 336, 367—368. oldalakon.Apparatus for coating inner cavities, for spraying molten metals, is known to those skilled in the art; this device is a typical spray gun in which the nozzle at the end of the compressed air line is located axially relative to the gun. The axis of the nozzle is the melted wire in the acetylene oxygen arc. Due to this arrangement of the nozzle and the overall size of the gun, the spraying process for smaller cavities should be performed externally, with the nozzle being guided below 45 ° to the surface to be coated. For larger cavities up to twice the length, spraying is performed on both sides of the orifice. At angles smaller than 45 °, the quality of the coating thus formed is unsatisfactory. Longer apertures are coated with a suitably sized extension appropriate to the overall size of the gun and with the required angle of inclination, with the spray gun positioned at the end. However, this device is not suitable for coating small and long openings, e.g. for grooves, channels, etc. a further disadvantage is that the metal spray system at the end of the extension is overheated, which changes the gas ratio, resulting in an irregular instability of the sprayed current, the gun in many cases retrograde and the flame retracts. 336, 367-368 is also mentioned in this manual. pages.

Ismeretes olyan készülék is, ahol a bevonóanyag megolvasztására elektromos ívet alkalmaznak. Az elektromos ívvel működő pisztoly fúvókája két megolvasztandó huzal között helyezkedik el. Ilyen típusú készüléket gyárt pl. OSU cég (NSZK). Ezek a készülékek jól használhatók olyan nyílások befúvására, amelyek átmérője 150 mm-nél nem kisebb; az ily módon kialakított bevonat szabálytalan, porózus és nagy, szabálytalan alakú szemcséket tartalmaz.Also known is an apparatus where an electric arc is used to melt the coating material. The nozzle of the electric arc gun is located between two wires to be melted. It manufactures this type of device eg. OSU Company (NSZK). These devices are well suited for blowing openings with a diameter of not less than 150 mm; the coating thus formed contains irregular, porous and large irregularly shaped particles.

Az elektromos ívvel működő készülékeknél a huzal megolvasztásához szükséges feszültséghez való csatlakoztatás vagy forgó hengerek útján történik, vagy a huzalt merev megvezetések továbbítják. Mindkét eljárás azzal a közös hátránnyal rendelkezik, hogy nincs biztosítva az elektromos ív folyamatossága, ami annak tudható be, hogy igen kicsi az érintkezési pont a huzal és a henger vagy a megvezetés között, így gyakran megszakad az elektromos érintkezés.In electric arc devices, the voltage required to melt the wire is either connected by rotating rollers or transmitted by rigid guides. Both processes have the common disadvantage that the continuity of the electric arc is not ensured, which is due to the fact that the contact point between the wire and the cylinder or the guide is very small, so that the electrical contact is often interrupted.

Az ismertetett eljárásokkal és készülékekkel kialakított fémbevonatok azzal jellemezhetők, hogy rosszul tapadnak a felülethez és érzékenyek az oxidációval szemben, nem szabályos a felület és nagy mértékben porózus. Az eljárás során a felület alatti réteg, az úgynevezett máz megsérül, káros fémporok szabadulnak fel és rakódnak le.The metal coatings formed by the methods and apparatuses described are characterized by poor adhesion to the surface and sensitivity to oxidation, irregular surface and high porosity. During this process, the under-surface layer, the so-called glaze, is damaged and harmful metal powders are released and deposited.

A találmány elé azt a célt tűztük ki, hogy egy eljárást dolgozzunk ki dielektrikumok felületének fémmel történő bevonására, amelynek alkalmazásával a dielektrikumra jól tapadó, jó vezetőképességű és tartós bevonatot tudunk készíteni.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a process for coating a surface of a dielectric with a metal, which can be used to provide a dielectric with a good conductivity and durability.

Célul tűztük ki továbbá, hogy a dielektrikum felületi szerkezete, az ún. máz ne sérüljön meg és a kristályrendszer ne roncsolódjék szét, továbbá elkerülhető legyen a fémporok lerakódása.It is also an object of the invention that the surface structure of the dielectric, the so-called. the glaze should not be damaged and the crystalline system should not be destroyed and metal powders should be avoided.

Ugyancsak célunk volt egy olyan készülék kialakítása, amely alkalmas fémbevonatok felszórására elektromos ívvel nehezen megközelíthető felületekre, különösképpen belső hengeres felületekre 40 mm-es vagy ennél nagyobb belső átmérővel, és amelynek alkalmazásával homogén, finomszemcsézetű és jól tapadó bevonatot vihetünk fel a felületekre.It is also an object of the present invention to provide a device capable of spraying metal coatings on surfaces that are difficult to reach by electric arc, in particular inner cylindrical surfaces having an inside diameter of 40 mm or more, and applying a homogeneous, fine-grained and highly adherent coating.

A kitűzött célt olyan eljárással érjük el, amelynek során a fémet elektromos ívben olvasztjuk meg, majd komprimált gázáramba porlasztjuk. Az eljárás azzal jellemezhető, hogy olvasztott fémet viszünk fel a bevonandó felületre zárt rendszerben háromáramú porlasztással. A komprimált gázok árama a következő: az egyik gázáram a megolvasztandó fém mentén áramlik, a második az oldalsó áram és végül a fúvógázáram. Az oldaláram szög alatt irányítódik a bevonandó felületre és transzlációs mozgásához képest azonos áramú, míg a fúvóáram ugyancsak szög alatt lesz a bevonandó felületre irányítva, de ugyanakkor transzlációs mozgásához képest ellenáramú. A fúvóáramot képező gáz mennyisége a felhasználásra kerülő gázmennyiség 10—30%-a. A keletkező áram, amely a porlasztóit fémet tartalmazza, 45 és 60° közötti szög alatt kerül a bevonandó felületre.This object is achieved by a process in which the metal is melted in an electric arc and then sprayed into a compressed gas stream. The process is characterized in that the molten metal is applied to the surface to be coated in a closed system by three-stream spraying. The flow of compressed gases is as follows: one gas stream flows along the metal to be melted, the second is the side stream and finally the blast gas stream. The side current is directed at an angle to the surface to be coated and is the same current relative to its translational movement, while the jet stream is also directed at an angle to the surface to be coated, but at the same time countercurrent to its translational movement. The amount of gas forming the blast stream is 10-30% of the amount of gas used. The resulting stream, which contains the atomized metal, is applied to the surface to be coated at an angle of 45 to 60 °.

A találmány szerinti eljárás foganatosítására alkalmas szórófej azzal jellemezhető, hogy fúvókája háromáramú rendszerrel van kialakítva a komprimált gáz vezetésére. A rendszer magában foglalja a fúvófejet a középső gázáramhoz, amely a megolvasztandó fémek mentén halad, a fúvófejet az oldaláramhoz, amely szög alatt lesz a bevonandó felületre irányítva és transzlációs mozgásával azonos áramú, míg végül a harmadik befúvó a fúvóáram vezetésére szolgál, amely ugyancsak szög alatt kerül rávitelre a bevonandó felületre, de transzlációs mozgásához képest ellenáramú. A huzalok — amelyek között az elektromos ív megjelenik — ún. lebegő kivezetések útján vannak az áramforráshoz csatlakoztatva, amelyeket egymás mellé helyezett, flexibilisen szerelt, előnyösen vörösrézből készült gyűrűk alkotnak. Ezeken belül csúsznak el a huzalok, amelyek olymódon vannak behelyezve, hogy folyamatos csúszásuk biztosítva legyen. Ezt követően a huzalok — ami igen fontos jellemzője a találmánynak — a középső áramlat fúvókájában elhelyezett megvezetésben lesznek továbbvezetve. A huzalok egymáshoz képest 15 és 35° közötti lejtéssel helyezkednek el. Az ív stabilitása és a bevonat jó minősége szempontjából előnyös, ha az oldaláramot vivő fúvóka dőlésszöge a bevonandó felü-21 lethez képest 60°, míg a fúvóáramot vivő fúvókánál ez a szög előnyösen 45°.A nozzle for carrying out the process of the present invention is characterized in that its nozzle is configured with a three-flow system for conducting the compressed gas. The system includes a nozzle for a central gas stream passing along the metal to be melted, a nozzle for a side stream that is angled to the surface to be coated and is flowing with its translational movement, and finally a third nozzle for guiding the jet stream. is applied to the surface to be coated, but countercurrent to its translational motion. The wires between which the electric arc appears are so called. They are connected by means of floating terminals to the power source, which are formed by juxtaposed flexible rings, preferably made of copper. Within these, the wires slide, which are inserted in such a way as to ensure their continuous sliding. Subsequently, the wires, which is a very important feature of the invention, will be guided through a guide in the middle flow nozzle. The wires are inclined between 15 ° and 35 ° relative to one another. It is advantageous for the arc stability and the good quality of the coating that the angle of the side stream nozzle is 60 ° relative to the surface to be coated, while the angle of the nozzle stream is preferably 45 °.

A megolvasztott fém porlasztására szolgáló háromáramú rendszer alkalmazásával kiküszöbölhetők az eddig ismert eljárások hátrányai, ugyanis a fúvóáram eltávolítja az eljárás során felszabaduló fémes porokat, azok nem rakódhatnak le, ennek folytán jó minőségű felszórt bevonatot kapunk. Tekintettel arra, hogy a fő hőáram nem túlságosan nagy, és emellett megfelelő szög alatt jut a bevonandó felületre, csak kis mértékben lesz felmelegítve, legfeljebb 65°-ig, ilymódon az eljárás alatt keletkező hibák száma gyakorlatilag nullára csökkenthető. A huzaloknak elektromos energiával történő ellátása biztosítja a készülék konstans és egyenletes üzemét, egyidejűleg fenntartva az optimális szórási paramétereket. Ezen túlmenően, az olvasztó-szórórendszer alkatrészei hosszú élettartammal rendelkeznek, az ívnél jó stabilitás érhető el, amely azáltal is biztosítva van, hogy a huzalmegvezetések a fúvókéban vannak elrendezve és a huzalok egymáshoz képesti lejtésszöge a 15° és 35° közötti tartományon belül van.By using a three-stream system for spraying molten metal, the disadvantages of the prior art can be eliminated, since the blasting stream removes the metallic powders released during the process and cannot be deposited, resulting in a high quality spray coating. Given that the main heat flow is not too high and that it reaches the surface to be coated at an appropriate angle, it is only slightly heated up to 65 °, thus practically reducing the number of errors during the process. The power supply to the wires ensures constant and uniform operation of the machine while maintaining optimum spraying parameters. In addition, the components of the melting spray system have a long service life, good arc stability is achieved by ensuring that the wire guides are arranged in the nozzle and that the wires have an angle of inclination to each other in the range of 15 ° to 35 °.

A találmány szerinti szórófej és technológia kialakításával lehetőség nyílik a fémbevonatok elkészítésére üvegcsövek belső felületén — 50 mm feletti átmérőtől és 2 mm-es falvastagságnál —, amelyeket elektródaként használnak ózongenerátorokban. A találmány szerinti ív-szórásos bevonat finom szenicsézettel, a lángfémszórásos eljáráshoz képest kisebb mértékű oxidációval, a dielektrikumhoz való jó tapadással és nagyfokú stabilitással jellemezhető. A találmány szerinti eljárás alkalmazása folytán szükségtelenné válik az üvegcsöveknek a fémfelszórás előtti hevítése, ami a lángfelszórásos eljárásnál elengedhetetlen, nincs szükség költséges technológiai gázok, így oxigén és acetilén használatára. Összehasonlítva az eddig ismert eljárásokkal, a hibák kiküszöbölése folytán a találmány szerinti technológia kevésbé költséges. Az eljárás fokozza az ipari biztonsági feltételeket is, mivel a láng elhagyása folytán nincs tűzveszély.The development of the nozzle and technology of the present invention makes it possible to form metal coatings on the inner surface of glass tubes, with a diameter greater than 50 mm and a wall thickness of 2 mm, which are used as electrodes in ozone generators. The arc spray coating of the present invention is characterized by fine-pitch, low oxidation, good adhesion to the dielectric and a high degree of stability compared to the flame metal spray process. The process of the invention eliminates the need to heat glass tubes prior to metal spraying, which is essential for the flame spray process and does not require the use of costly process gases such as oxygen and acetylene. Compared to prior art methods, the technology of the present invention is less costly to eliminate errors. The process also enhances industrial safety conditions, as there is no fire risk when leaving the flame.

Az által, hogy a folyamat könnyen automatizálható, biztosítható a termelés reprodukálhatósága és optimális bevonati paraméterek érhetők el.By making the process easy to automate, production reproducibility is achieved and optimum coating parameters are achieved.

A találmányt egy előnyös kiviteli alak kapcsán, a csatolt rajzmellékletben ismertetjük, ahol az 1. ábra a szórófej oldalnézete, a 2. ábra az axiális keresztmetszet és a 3. ábra a huzalokhoz (elektródákhoz) való áram vezetést mutatja be.The invention is described in a preferred embodiment in the accompanying drawing, in which: Fig. 1 is a side view of the nozzle, Fig. 2 is an axial cross-section and Fig. 3 is a current conductor to the wires (electrodes).

A találmány szerinti eljárást egy előnyös példa alapján ismertetjük.The process of the present invention is described by way of a preferred example.

üvegcsövet, amelyek hossza 1200 mm és átmérője 50 mm, kell fémbevonattal ellátni. A csövek ózongenerátorokban lesznek felhasználva elektródákként. Minden csövet azonos feltételek mellett láttuk el fémbevonattal. A fémszórófejet a csőbe megfelelő szerkezettel vezetjük be. A cső percenként 200 fordulatszámmal forgott, ugyanakkor 40 mm/sec sebességgel előre is haladt. Az elektromos ívet a fém megolvasztására két alumíniumhuzal között hoztuk létre. A fém felszórása alatt a csőfal hőmérséklete mindössze 30°-kai emelkedett. A megolvadt fémet sűrített levegővel szórtuk fel, 45° szögben a cső alkotójához képest. A szög a cső mentén befúvott levegő, amely azonos áramú volt a fémbevonattal ellátandó cső haladási irányával, és az ellenkező áramú, második fúvóáram rezultáns szöge. Az elektromos ívben megolvasztott alumínium behívására sűrített levegőt használunk, percenként 60.0 normál liter/perc mennyiségben. A cső mentén percenként 12 normál liter kerül behívásra.glass tubes with a length of 1200 mm and a diameter of 50 mm must be coated with metal. The tubes will be used as electrodes in ozone generators. Each tube was coated with a metal coating under the same conditions. The metal nozzle is introduced into the tube by a suitable structure. The tube rotated at 200 rpm, but also advanced at 40 mm / sec. The electric arc was made between two aluminum wires to melt the metal. During metal spraying, the temperature of the tube wall increased by only 30 °. The molten metal was sprayed with compressed air at an angle of 45 ° to the tube component. The angle is the air blown along the tube, which was in the same direction as the direction of travel of the metal-plated tube and the resultant angle of the opposite current, the second blast current. Compressed air is used to feed the molten aluminum in the electric arc at 60.0 normal liters per minute. 12 liters per minute are drawn along the tube.

Ahogy az az ábrákon látható, a fej 1 teste egy hengeres törzs, amely elülső része fele elszűkül. Az 1 test mellett található a 2 légvezeték, amelynek végén helyezkedik el az oldaláramot vivő 3 fúvóka. Az 1 testben vannak 4 huzalok, amelyek egyidejűleg az elektródákat is alkotják. A 4 huzalok 20° alatt konvergálnak és az 5 fúvóka közepén helyezkednek el (2. ábra), ez a fúvóka vezeti a középső légáramot. A 4 huzalok 6 megvezetése ugyancsak az 5 fúvókák közepén vannak elrendezve; a 4 huzalok a flexibilisen szerelt 7 rézgyűrűkön haladnak át, ezeket lebegő csúszkáknak szokták nevezni. A 7 gyűrűkhöz a feszültség a 8 áramvezetőkőn és a 10 központi vezetéken keresztül jut el.As shown in the figures, the body 1 of the head is a cylindrical body with the front part narrowing by half. Next to the body 1 is the overhead line 2, at the end of which is the nozzle 3 for carrying the side current. In the body 1 there are wires 4 which simultaneously form the electrodes. The wires 4 converge below 20 ° and are located in the center of the nozzle 5 (Fig. 2), this nozzle conducting the central air flow. The guides 6 of the wires 4 are also arranged in the center of the nozzles 5; the wires 4 pass through the flexibly mounted copper rings 7, which are commonly known as floating sliders. Voltage is supplied to the rings 7 via the current conductor 8 and the central conductor 10.

Az 5 és 3 fúvókákhoz a sűrített levegő a 9 vezetéken kerül oda.Compressed air is supplied to nozzles 5 and 3 via conduit 9.

A fémszórófej hátsó oldalán halad végig a 11 légvezeték, amely a fúvóáramot vezető 12 fúvókában végződik. A 8 áramvezetők egyidejűleg flexibilisen rögzítik a 7 gyűrűket, ilymódon biztosítva a konstans elektromos érintkezést, ahogy az a 3. sz. ábrán látható.The air duct 11 runs through the rear side of the nozzle and terminates in the nozzle 12 conducting the jet stream. The current conductors 8 simultaneously flexibly secure the rings 7, thereby providing a constant electrical contact, as shown in FIG. is shown.

Claims

Patent claims

1. A method of spraying metal coatings, particularly on hard to reach surfaces, by melting the metal with an electric arc formed between the wires, wherein the wires form electrodes melting in the metal spray head, then spraying the molten metal with compressed gas and applying translating and rotating, characterized in that the molten metal is applied in a closed circuit operating by a three-stream atomization comprising a central compressed gas stream flowing along the melting wire, a lateral stream of compressed gas directed to the surface to be coated and with the same flow of translational movement, and finally the flow of the compressed gas, which is directed at an angle to the surface to be coated and countercurrent to the translational movement, and the amount of gas forming the flow is one 10-30% of the total gas volume.

2. The method of claim 1, wherein the atomized metal is applied at an angle of 45 ° to 60 ° to the surface to be coated.

A nozzle for carrying out a method according to claims 1 and 2, in particular for coating hard-to-reach surfaces, melting electrode-forming wires in an electric arc and spraying with compressed gas, characterized in that it has a three-flow nozzle system for guiding the compressed gas. current transfer nozzles (5) which open the current along the wires to be melted, a side current nozzle (3) when the current is directed at an angle to the surface to be coated and the same current relative to the translational movement, and finally the nozzle current nozzle (12), which blows the current at an angle to the surface to be coated and countercurrently to the translational movement, the wires (4) are connected to the power source by a plurality of flexibly mounted, preferably arranged, copper rings (7). The wires (4) are inserted into the rings so that their continuous sliding, which is also facilitated by the guide (6), is secured, and the heat guides (6) are located inside the middle flow nozzles (5).

The nozzle according to claim 3, characterized in that the mutually inclined wires (4) are in the range of 15 ° to 35 °.

The head according to claim 3, characterized in that the side flow nozzle (3) is inclined at an angle of 60 ° to the surface to be coated.

10, while the nozzle (12) for supplying the jet stream is inclined at an angle of 45 ° to the surface to be coated.