[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

WO2014012797A1 - Cold gas spraying method using a carrier gas - Google Patents

Cold gas spraying method using a carrier gas Download PDF

Info

Publication number
WO2014012797A1
WO2014012797A1 PCT/EP2013/064156 EP2013064156W WO2014012797A1 WO 2014012797 A1 WO2014012797 A1 WO 2014012797A1 EP 2013064156 W EP2013064156 W EP 2013064156W WO 2014012797 A1 WO2014012797 A1 WO 2014012797A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
cold
nitrogen
hydrogen
carrier gas
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/064156
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Oliver Stier
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to EP13735004.7A priority Critical patent/EP2859133B1/en
Publication of WO2014012797A1 publication Critical patent/WO2014012797A1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/02Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
    • C23C24/04Impact or kinetic deposition of particles

Definitions

  • the invention relates to a method for cold gas spraying, in which particles are accelerated with a carrier gas in a convergent-divergent nozzle directed onto a substrate to be coated and remain adhered to a substrate.
  • Cold gas spraying is a process known per se, in which particles intended for coating are preferably accelerated to supersonic speed by means of a convergent-divergent nozzle, so that they adhere to the surface to be coated on account of their impressed kinetic energy.
  • the kinetic energy of the particles is used, which leads to a plastic deformation of the same, wherein the coating particles are melted on impact only on their surface.
  • this method is referred to as cold gas spraying in comparison with other thermal spraying methods, because it is carried out at comparatively low temperatures at which the coating particles remain substantially fixed.
  • cold gas spraying which is also referred to as kinetic spraying
  • a cold gas spray system which has a gas heater for heating a gas.
  • a stagnation chamber is connected to the gas heater , which is connected on the output side with the convergent-divergent nozzle, preferably a Laval nozzle.
  • Convergent-divergent nozzles have a merging section and a flared section connected by a nozzle throat.
  • the convergent-divergent nozzle generates a jet of powder in the form of a gas stream with particles in it at high speed, preferably supersonic speed.
  • the cold gas jet is generated in the cold gas spraying with a carrier gas, which in the front of the convergent-divergent Stagnationhimmmer lying nozzle under high pressure (the stagnation pressure) stands.
  • the carrier gas is expanded and accelerated by the nozzle and thus forms the cold gas jet. This also contains the particles intended for coating.
  • As the carrier gas different gases are used.
  • EP 484 533 Bl it is stated that, due to the gas-dynamic properties, basically air is suitable as the carrier gas, which can additionally be admixed with helium.
  • Other sources such as EP 1 152 067 Bl introduce other gases such as nitrogen, argon, hydrogen, oxygen, water vapor or mixtures of these substances.
  • the special properties of helium are highlighted.
  • the special importance of inert gases is also according to the US
  • the object of the invention is to provide a carrier gas for cold gas spraying, which is economical to use and yet technically enables gas velocities of more than 1400 m / s.
  • This object is achieved according to the invention with the method given in the introduction by using forming gas 95/5 with a nitrogen content of 95 mol% and a hydrogen content of 5 mol% as the carrier gas.
  • This is a commercial product, which among others by the company Linde AG is offered.
  • the small proportion of 5 mol% hydrogen has the advantage that the ignition limit for hydrogen-nitrogen mixtures of about 5.7 mol% is exceeded and therefore the forming gas can be safely processed.
  • the gas mixture also does not separate so that no concentration of hydrogen can occur during processing. Additional safety measures beyond those of ordinary cold gas injection are therefore advantageously not necessary.
  • gas forming velocities of more than 1400 m / s can be achieved with forming gas.
  • Hydrogen should be as high as possible, which may not exceed 5.7 mol%, taking into account tolerances, to ensure the processing safety. Becomes
  • Forming gas in the stagnation chamber of the cold spray system for example, heated to 1000 ° C stagnation and relaxed by a stagnation pressure in the stagnation of 50 bar against atmospheric pressure, for example, flow velocities of about 1460 m / s can be achieved. This represents a clear violation of the applicable for example nitrogen nitrogen limit of 1400 m / s, where
  • Forming gas advantageous in relation to nitrogen is only slightly more expensive and thus the high costs associated with the use of helium as the carrier gas can be advantageously avoided.
  • the forming gas 95/5 is fed to a system used for cold gas spraying as a mixture.
  • This has the advantage that the mixing ratio can be adjusted with comparatively high accuracy by gas suppliers and can already be stored as a mixture in a dedicated memory in the vicinity of the plant.
  • a system used for cold gas spraying is supplied with hydrogen and nitrogen and these gases are mixed in the system for forming gas 95/5.
  • hydrogen gas and nitrogen gas are stored in separate memories and stored in a separate suitable mixing device mixed in the desired ratio.
  • the unmixed gases are advantageously inexpensive to purchase.
  • the safety precautions for handling hydrogen gas are advantageous in the mixture before the plant only to the mixing device, so that the system itself can already be operated with the forming gas 95/5 and the safety precautions are therefore limited to the general necessary for cold gas spraying measure , It is advantageous if the permissible tolerance in setting the mixing ratio for the hydrogen content is +/- 0.5 mol%.
  • the forming gas 95/5 is also used as a powder conveying gas for feeding the particles into the carrier gas stream.
  • the particles to be processed are in fact supplied to the cold spray system in that they are conveyed in a gas. In this they can be finely dispersed, so that clumping is counteracted.
  • the powder conveying gas can be present at a pressure with which the back pressure of the carrier gas at the feed point can be overcome. If the powder conveying gas also consists of forming gas, then the carrier gas of the carrier gas stream is not changed by feeding the particles together with the powder conveying gas in its desired concentration. This has the advantage that the cold gas jet when leaving the convergent-divergent nozzle still has the optimum composition already explained above.
  • Figure 1 shows an embodiment of the method according to the invention, shown with reference to a schematic system structure for the cold gas spraying using premixed forming gas and
  • Figure 2 shows an alternative embodiment for the mixing of forming gas from its individual components.
  • a plant 11 suitable for cold gas spraying is used for the process according to the invention.
  • the centerpiece of this system 11 is a convergent-divergent nozzle 12, wherein in FIG. 1 a convergent part 13 and a divergent part 14 can be seen, which are connected to one another by a nozzle neck 15, the narrowest point in the nozzle 12.
  • a stagnation chamber 16 Before the convergent part 13 is a stagnation chamber 16, in which the carrier gas is under high pressure and flows relatively slowly.
  • the carrier gas leaves the nozzle 12 in the form of a cold gas jet 17 in the direction of a substrate 18, wherein the particles not shown in detail in the cold gas jet 17 adhere to the substrate 18 and form a layer 19.
  • the substrate 18 is moved in the direction of the indicated arrow 20 for the purpose of forming a layer.
  • the carrier gas comes from a pressure vessel 21 for the
  • Forming gas 95/5 By a first line 22, the Trä gergas passes through a first compressor 23 in the stagnation chamber 16, which is pre-heated on the way with a heater 24. Via a second line 25 and a second compressor 26, a powder reservoir 27 with the in this Case used as a powder feed gas used forming gas, which can be fed in the embodiment of Figure 1 in the convergent part 13 of the nozzle.
  • two pressure vessels 21a and 21b are used. There is nitrogen in one, hydrogen in the other.
  • these two gases are mixed via throttle valves 29 and leave the mixing device 28 as a finished forming gas.
  • the outlet 30 of the mixing device can optionally be connected to the first line 22 and / or the second line 25 of the cold spray system 11 according to FIG.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Nozzles (AREA)

Abstract

The invention relates to a cold gas spraying method. In said method, particles are accelerated onto a substrate (18) using a cold gas stream (17) and remain adhered to said substrate. According to the invention, forming gas 95/5 with a nitrogen content of 95 mol.% and a hydrogen content of 5 mol.% is used as the carrier gas for the cold gas stream (17). Using said carrier gas, a high gas speed can be advantageously achieved in the cold gas stream (17), at any rate a higher speed than with air or nitrogen, the conventional gases for the carrier gas. The use of helium can also be advantageously omitted for reasons of cost. In addition, the mixture ratio of the forming gas advantageously allows the forming gas to be used without separate safety precautions which would be necessary if hydrogen were selected as the carrier gas without the addition of other gases. According to the invention, gas speeds of over 1400 m/s can be advantageously achieved in the cold gas stream (17) using the forming gas, thus exceeding the achievable speeds using air or nitrogen.

Description

Beschreibung description
Verfahren zum Kaltgasspritzen mit einem Trägergas Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kaltgasspritzen, bei dem Partikel mit einem Trägergas in einer auf ein zu beschichtendes Substrat gerichteten konvergent-divergenten Düse beschleunigt werden und an einem Substrat haften bleiben. Das Kaltgasspritzen ist ein an sich bekanntes Verfahren, bei dem für die Beschichtung vorgesehene Partikel mittels einer konvergent-divergenten Düse vorzugsweise auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt werden, damit diese aufgrund ihrer eingeprägten kinetischen Energie auf der zu beschichtenden Oberfläche haften bleiben. Hierbei wird die kinetische Energie der Teilchen genutzt, welche zu einer plastischen Verformung derselben führt, wobei die Beschichtungspartikel beim Auftreffen lediglich an ihrer Oberfläche aufgeschmolzen werden. Deshalb wird dieses Verfahren im Vergleich zu anderen thermischen Spritzverfahren als Kaltgasspritzen bezeichnet, weil es bei vergleichsweise tiefen Temperaturen durchgeführt wird, bei denen die Beschichtungspartikel im Wesentlichen fest bleiben. Vorzugsweise wird zum Kaltgasspritzen, welches auch als kinetisches Spritzen bezeichnet wird, eine Kaltgas- Spritzanlage verwendet, die eine Gasheizeinrichtung zum Erhitzen eines Gases aufweist. An die Gasheizeinrichtung wird eine Stagnationskammer angeschlossen, die ausgangsseitig mit der konvergent-divergenten Düse, vorzugsweise einer Lavaldüse verbunden wird. Konvergent-divergente Düsen weisen einen zu- sammenlaufenden Teilabschnitt sowie einen sich aufweitenden Teilabschnitt auf, die durch einen Düsenhals verbunden sind. Die konvergent-divergente Düse erzeugt ausgangsseitig einen Pulverstrahl in Form eines Gasstroms mit darin befindlichen Partikeln mit hoher Geschwindigkeit, vorzugsweise Überschall - geschwindigkeit . The invention relates to a method for cold gas spraying, in which particles are accelerated with a carrier gas in a convergent-divergent nozzle directed onto a substrate to be coated and remain adhered to a substrate. Cold gas spraying is a process known per se, in which particles intended for coating are preferably accelerated to supersonic speed by means of a convergent-divergent nozzle, so that they adhere to the surface to be coated on account of their impressed kinetic energy. In this case, the kinetic energy of the particles is used, which leads to a plastic deformation of the same, wherein the coating particles are melted on impact only on their surface. Therefore, this method is referred to as cold gas spraying in comparison with other thermal spraying methods, because it is carried out at comparatively low temperatures at which the coating particles remain substantially fixed. Preferably, for cold gas spraying, which is also referred to as kinetic spraying, a cold gas spray system is used, which has a gas heater for heating a gas. To the gas heater a stagnation chamber is connected, which is connected on the output side with the convergent-divergent nozzle, preferably a Laval nozzle. Convergent-divergent nozzles have a merging section and a flared section connected by a nozzle throat. On the output side, the convergent-divergent nozzle generates a jet of powder in the form of a gas stream with particles in it at high speed, preferably supersonic speed.
Der Kaltgasstrahl wird beim Kaltgasspritzen mit einem Trägergas erzeugt, welches in der vor der konvergent-divergenten Düse liegenden Stagnationskämmer unter hohem Druck (dem Stagnationsdruck) steht. Das Trägergas wird durch die Düse entspannt und stark beschleunigt und bildet so den Kaltgasstrahl . In diesem befinden sich auch die zur Beschichtung vorgesehenen Partikel. Als Trägergas werden unterschiedliche Gase verwendet . The cold gas jet is generated in the cold gas spraying with a carrier gas, which in the front of the convergent-divergent Stagnationkämmer lying nozzle under high pressure (the stagnation pressure) stands. The carrier gas is expanded and accelerated by the nozzle and thus forms the cold gas jet. This also contains the particles intended for coating. As the carrier gas, different gases are used.
Gemäß der EP 484 533 Bl wird ausgeführt, dass aufgrund der gasdynamischen Eigenschaften grundsätzlich Luft als Trägergas geeignet ist, der zusätzlich Helium beigemischt werden kann. Weitere Quellen, wie die EP 1 152 067 Bl führen andere Gase wie Stickstoff, Argon, Wasserstoff, Sauerstoff, Wasserdampf oder Gemische aus diesen Substanzen an. Außerdem werden die besonderen Eigenschaften von Helium hervorgehoben. Die beson- dere Bedeutung von Inertgasen wird auch gemäß der US According to EP 484 533 Bl, it is stated that, due to the gas-dynamic properties, basically air is suitable as the carrier gas, which can additionally be admixed with helium. Other sources, such as EP 1 152 067 Bl introduce other gases such as nitrogen, argon, hydrogen, oxygen, water vapor or mixtures of these substances. In addition, the special properties of helium are highlighted. The special importance of inert gases is also according to the US
6,759,085 B2 hervorgehoben, wobei Argon und Helium aufgeführt werden und als zumischbare Gase Stickstoff und Wasserstoff erwähnt werden. Gemäß der US 2004/0037954 AI werden wie auch gemäß der US 2010/0143700 AI Stickstoff, Helium sowie Mi- schungen aus diesen beiden Gasen als besonders vorteilhaft aufgeführt, da diese Mischungen aufgrund der gasdynamischen Eigenschaften sich für das Kaltgasspritzen sogar noch günstiger verhalten, als Helium alleine. Helium oder  6,759,085 B2, wherein argon and helium are listed and are mentioned as the miscible gases nitrogen and hydrogen. According to US 2004/0037954 AI nitrogen and helium and mixtures of these two gases are listed as particularly advantageous as well as according to US 2010/0143700 Al, as these mixtures behave due to the gas-dynamic properties for the cold gas spraying even more favorable than Helium alone. Helium or
Heliummischungen sind in jedem Falle gemäß dem Stand der Technik notwendig, wenn Gasgeschwindigkeiten von mehr alsHelium mixtures are necessary in any case according to the prior art, when gas velocities of more than
1400 m/s erreicht werden sollen. Gemäß der US 2004/0037954 AI ist außerdem erwähnt, dass auch Wasserstoff als Gas verwendet werden kann, welches noch günstigere gasdynamische Eigenschaften hat. Allerdings ist zu bemerken, dass Wasserstoffgas eine explosive Substanz ist und daher mit besonderer Vorsicht gehandhabt werden muss. Gemäß der US 2009/0282832 AI wird angegeben, dass als Trägergas grundsätzlich Wasserstoff, Stickstoff oder Mischungen dieser Gase verwendet werden können. Genauere Angaben zum möglichen Mischungsverhältnis werden ge- mäß dieser Druckschrift allerdings nicht gemacht. In der US 2010/0015467 AI wird Wasserstoff neben anderen Gasen wie Argon, Neon, Helium und Stickstoff aufgeführt und es wird bemerkt, dass diese Gase auch miteinander gemischt werden kön- nen. Außerdem wird gemäß der US 2011/0303535 AI auf die Möglichkeit hingewiesen, mit Wasserstoff die höchsten Gasgeschwindigkeiten erzielen zu können. Dies gelte mit Einschränkungen auch für Mischungen von Wasserstoff mit anderen Gasen. 1400 m / s to be achieved. According to US 2004/0037954 AI is also mentioned that hydrogen can also be used as gas, which has even more favorable gas-dynamic properties. However, it should be noted that hydrogen gas is an explosive substance and must therefore be handled with particular care. According to US 2009/0282832 Al, it is stated that in principle hydrogen, nitrogen or mixtures of these gases can be used as the carrier gas. However, detailed information on the possible mixing ratio is not provided according to this document. In the US 2010/0015467 AI hydrogen is listed among other gases such as argon, neon, helium and nitrogen and it is noted that these gases can also be mixed together NEN. In addition, according to the US 2011/0303535 AI pointed out the possibility of being able to achieve the highest gas velocities with hydrogen can. This also applies with restrictions for mixtures of hydrogen with other gases.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass im Schrifttum eine Fülle von unterschiedlichen möglichen Trägergasen offenbart wird, wobei Stickstoff, Luft, Helium und Wasserstoff häufig genannt werden. Allerdings ist Wasserstoff wegen der Explosi- onsgefahr nur unter hohen Sicherheitsvorkehrungen zu verwenden, weswegen dessen Anwendung unwirtschaftlich ist. Mit gewöhnlichen Kaltspritzanlagen wird daher eher Helium verarbeitet, mit dem ebenfalls sehr hohe Gasgeschwindigkeiten realisiert werden können. Allerdings ist Helium in der Beschaffung sehr teuer und liegt von den Beschaffungskosten um zwei Größenordnungen und mehr über dem Standardgas für das Kalt- spritzverfahren Stickstoff. Wegen des weltweit steigenden Rohstoffbedarfs ist sogar mit einer steigenden Preisentwicklung zu rechnen, was die Anwendung von Helium für das Kalt- gasspritzen zukünftig noch unattraktiver macht, wenn wirtschaftliche Argumente eine Rolle spielen. Dennoch nennt 0. Stier et al . in seinem Beitrag „Cost Analysis of Cold-sprayed MCrAlY Coatings for Industrial Power Generation Gas Turbine Blades" auf der North American Cold Spray Conference vom 25.- 27.10.2011 als hauptsächlich angewendete Trägergase Stickstoff, Luft, Helium oder Mischungen jeweils von Stickstoff mit Helium oder Luft mit Helium. In summary, a wealth of different possible carrier gases is disclosed in the literature, with nitrogen, air, helium, and hydrogen being commonly named. However, because of the risk of explosion, hydrogen can only be used with high safety precautions, which is why its use is uneconomical. With ordinary cold spray systems, therefore, helium is more likely to be processed, with which also very high gas velocities can be realized. However, helium is very expensive to procure and is about two orders of magnitude higher in procurement costs than the standard gas for the nitrogen spraying process. Due to the increasing global demand for raw materials, rising prices are even expected, which makes the use of helium for cold gas spraying even more unattractive in the future, if economic arguments play a role. Nevertheless, 0. Stier et al. in its article "Cost Analysis of Cold-Sprayed MCrAlY Coatings for Industrial Power Genera- tion Gas Turbine Blades" at the North American Cold Spray Conference from 25.-27.10.2011 as main carrier gases nitrogen, air, helium or mixtures of nitrogen with helium or air with helium.
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Trägergas für das Kaltgasspritzen zur Verfügung zu stellen, welches wirtschaftlich in der Anwendung ist und dennoch technisch Gasgeschwindigkeiten von mehr als 1400 m/s ermöglicht. The object of the invention is to provide a carrier gas for cold gas spraying, which is economical to use and yet technically enables gas velocities of more than 1400 m / s.
Diese Aufgabe wird mit dem eingangs angegebenen Verfahren er- findungsgemäß dadurch gelöst, dass als Trägergas Formiergas 95/5 mit einem Stickstoffanteil von 95 mol-% und einem Wasserstoffanteil von 5 mol-% verwendet wird. Dies ist ein kommerzielles Produkt, welches u. a. durch die Firma Linde AG angeboten wird. Der geringe Anteil von 5 mol-% Wasserstoff hat den Vorteil, dass die Zündgrenze für Wasserstoff- Stickstoff-Gemische von ca. 5,7 mol-% unterschritten wird und sich daher das Formiergas sicher verarbeiten lässt. Das Gas- gemisch trennt sich auch nicht, so dass bei der Verarbeitung keine Aufkonzentration an Wasserstoff erfolgen kann. Zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen über die des gewöhnlichen Kaltgas- spritzens hinaus sind vorteilhaft daher nicht erforderlich. Andererseits lassen sich mit Formiergas Gasgeschwindigkeiten von mehr als 1400 m/s erreichen. Dabei soll der Anteil anThis object is achieved according to the invention with the method given in the introduction by using forming gas 95/5 with a nitrogen content of 95 mol% and a hydrogen content of 5 mol% as the carrier gas. This is a commercial product, which among others by the company Linde AG is offered. The small proportion of 5 mol% hydrogen has the advantage that the ignition limit for hydrogen-nitrogen mixtures of about 5.7 mol% is exceeded and therefore the forming gas can be safely processed. The gas mixture also does not separate so that no concentration of hydrogen can occur during processing. Additional safety measures beyond those of ordinary cold gas injection are therefore advantageously not necessary. On the other hand, gas forming velocities of more than 1400 m / s can be achieved with forming gas. The proportion of
Wasserstoff möglichst hoch sein, wobei dieser unter Berücksichtigung von Toleranzen 5,7 mol-% nicht überschreiten darf, um die Verarbeitungssicherheit zu gewährleisten. Wird Hydrogen should be as high as possible, which may not exceed 5.7 mol%, taking into account tolerances, to ensure the processing safety. Becomes
Formiergas in der Stagnationskammer der KaltSpritzanlage bei- spielsweise auf 1000°C Stagnationstemperatur erwärmt und von einem Stagnationsdruck in der Stagnationskammer von 50 bar gegen Atmosphärendruck entspannt, lassen sich beispielsweise Strömungsgeschwindigkeiten von ca. 1460 m/s erreichen. Dies stellt eine eindeutige Überschreitung der für beispielsweise Sticksstoff geltenden Grenze von 1400 m/s dar, wobei Forming gas in the stagnation chamber of the cold spray system, for example, heated to 1000 ° C stagnation and relaxed by a stagnation pressure in the stagnation of 50 bar against atmospheric pressure, for example, flow velocities of about 1460 m / s can be achieved. This represents a clear violation of the applicable for example nitrogen nitrogen limit of 1400 m / s, where
Formiergas vorteilhaft im Verhältnis zu Stickstoff nur unwesentlich teurer ist und somit die hohen Kosten in Verbindung mit der Verwendung von Helium als Trägergas vorteilhaft vermieden werden können.  Forming gas advantageous in relation to nitrogen is only slightly more expensive and thus the high costs associated with the use of helium as the carrier gas can be advantageously avoided.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Formiergas 95/5 einer zum Kaltgasspritzen verwendeten Anlage als Gemisch zugeführt wird. Dies hat den Vorteil, dass das Mischungsverhältnis mit vergleichsweise hoher Genauigkeit durch Gaslieferanten eingestellt werden kann und bereits als Gemisch in einem dafür vorgesehenen Speicher in der Nähe der Anlage gespeichert werden kann. According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the forming gas 95/5 is fed to a system used for cold gas spraying as a mixture. This has the advantage that the mixing ratio can be adjusted with comparatively high accuracy by gas suppliers and can already be stored as a mixture in a dedicated memory in the vicinity of the plant.
Es ist alternativ allerdings auch denkbar, dass einer zum Kaltgasspritzen verwendeten Anlage Wasserstoff und Stickstoff zugeführt werden und diese Gase in der Anlage zum Formiergas 95/5 gemischt werden. Hier werden Wasserstoffgas und Stickstoffgas in getrennten Speichern gespeichert und in einer ge- eigneten Mischvorrichtung im gewünschten Verhältnis gemischt. Die ungemischten Gase sind vorteilhaft kostengünstig in der Anschaffung. Die Sicherheitsvorkehrungen für die Handhabung mit Wasserstoffgas fallen vorteilhaft bei der Mischung vor der Anlage nur bis zur Mischvorrichtung an, so dass die Anlage selbst bereits mit dem Formiergas 95/5 betrieben werden kann und die Sicherheitsvorkehrungen daher auf das allgemeine für das Kaltgasspritzen nötige Maß beschränkt sind. Vorteilhaft ist es, wenn die zulässige Toleranz bei der Einstellung des Mischungsverhältnisses für den Wasserstoffanteil bei +/- 0,5 mol-% liegt. Hierdurch wird gewährleistet, dass immer noch ein Sicherheitsabstand von 0,2 mol-% zur Zündgrenze von Wasserstoff-Stickstoffgemischen eingehalten wird. Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, dass das Formiergas 95/5 auch als Pulverfördergas zum Einspeisen der Partikel in den Trägergasstrom verwendet wird. Üblicherweise werden die zu verarbeitenden Partikel nämlich dadurch der Kaltspritzanlage zugeführt, dass diese in einem Gas gefördert werden. In diesem können sie fein dispers verteilt werden, so dass Verklumpungen entgegengewirkt wird. Außerdem kann das Pulverfördergas mit einem Druck vorliegen, mit dem der Gegendruck des Trägergases an der Einspeisungs- stelle überwunden werden kann. Wenn das Pulverfördergas eben- falls aus Formiergas besteht, so wird das Trägergas des Trägergasstroms durch Einspeisung der Partikel zusammen mit dem Pulverfördergas in seiner gewünschten Konzentration nicht verändert. Dies hat den Vorteil, dass der Kaltgasstrahl beim Verlassen der konvergent-divergenten Düse immer noch die oben bereits erläuterte optimale Zusammensetzung aufweist. Alternatively, however, it is also conceivable that a system used for cold gas spraying is supplied with hydrogen and nitrogen and these gases are mixed in the system for forming gas 95/5. Here, hydrogen gas and nitrogen gas are stored in separate memories and stored in a separate suitable mixing device mixed in the desired ratio. The unmixed gases are advantageously inexpensive to purchase. The safety precautions for handling hydrogen gas are advantageous in the mixture before the plant only to the mixing device, so that the system itself can already be operated with the forming gas 95/5 and the safety precautions are therefore limited to the general necessary for cold gas spraying measure , It is advantageous if the permissible tolerance in setting the mixing ratio for the hydrogen content is +/- 0.5 mol%. This ensures that a safety margin of 0.2 mol% to the ignition limit of hydrogen-nitrogen mixtures is still maintained. According to another embodiment of the invention it is provided that the forming gas 95/5 is also used as a powder conveying gas for feeding the particles into the carrier gas stream. Usually, the particles to be processed are in fact supplied to the cold spray system in that they are conveyed in a gas. In this they can be finely dispersed, so that clumping is counteracted. In addition, the powder conveying gas can be present at a pressure with which the back pressure of the carrier gas at the feed point can be overcome. If the powder conveying gas also consists of forming gas, then the carrier gas of the carrier gas stream is not changed by feeding the particles together with the powder conveying gas in its desired concentration. This has the advantage that the cold gas jet when leaving the convergent-divergent nozzle still has the optimum composition already explained above.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Verfahren bei einer Stagnationstemperatur von 800 - 1200 °C, bevorzugt 1000 °C, und einem Stagnationsdruck von 30 - 60 bar, bevorzugt 50 bar betrieben wird. Hierdurch lassen sich die bereits angesprochenen Gasgeschwindigkeiten von über 1400 m/s erreichen. Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind in den einzelnen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen Furthermore, it is advantageous if the process is operated at a stagnation temperature of 800 ° to 1200 ° C., preferably 1000 ° C., and a stagnation pressure of 30 to 60 bar, preferably 50 bar. As a result, the already mentioned gas velocities of over 1400 m / s can be achieved. Further details of the invention are described below with reference to the drawing. Identical or corresponding drawing elements are each provided with the same reference numerals in the individual figures and will only be explained several times to the extent that differences arise between the individual figures. Show it
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, dargestellt, anhand eines schematischen Anlagenaufbaus für das Kaltgasspritzen unter Verwendung von vorgemischtem Formiergas und Figure 1 shows an embodiment of the method according to the invention, shown with reference to a schematic system structure for the cold gas spraying using premixed forming gas and
Figur 2 ein alternatives Ausführungsbeispiel für das Mischen von Formiergas aus seinen Einzelkomponenten. Figure 2 shows an alternative embodiment for the mixing of forming gas from its individual components.
Für das erfindungsgemäße Verfahren kommt gemäß Figur 1 eine Anlage 11 zum Einsatz, die zum Kaltgasspritzen geeignet ist. Kernstück dieser Anlage 11 ist eine konvergent-divergente Düse 12, wobei in Figur 1 ein konvergenter Teil 13 und ein di- vergenter Teil 14 zu erkennen ist, die durch einen Düsenhals 15, der engsten Stelle in der Düse 12, miteinander verbunden sind. Vor dem konvergenten Teil 13 liegt eine Stagnationskammer 16, in der das Trägergas unter hohem Druck befindlich ist und verhältnismäßig langsam strömt. According to FIG. 1, a plant 11 suitable for cold gas spraying is used for the process according to the invention. The centerpiece of this system 11 is a convergent-divergent nozzle 12, wherein in FIG. 1 a convergent part 13 and a divergent part 14 can be seen, which are connected to one another by a nozzle neck 15, the narrowest point in the nozzle 12. Before the convergent part 13 is a stagnation chamber 16, in which the carrier gas is under high pressure and flows relatively slowly.
Das Trägergas verlässt die Düse 12 in Form eines Kaltgasstrahls 17 in Richtung eines Substrates 18, wobei die nicht näher dargestellten Partikel im Kaltgasstrahl 17 auf dem Substrat 18 haften bleiben und eine Schicht 19 bilden. Das Sub- strat 18 wird zwecks Schichtbildung in Richtung des angedeuteten Pfeils 20 bewegt. The carrier gas leaves the nozzle 12 in the form of a cold gas jet 17 in the direction of a substrate 18, wherein the particles not shown in detail in the cold gas jet 17 adhere to the substrate 18 and form a layer 19. The substrate 18 is moved in the direction of the indicated arrow 20 for the purpose of forming a layer.
Das Trägergas stammt aus einem Druckbehälter 21 für das The carrier gas comes from a pressure vessel 21 for the
Formiergas 95/5. Durch eine erste Leitung 22 gelangt das Trä gergas durch einen ersten Verdichter 23 in die Stagnationskammer 16, wobei dies auf dem Weg mit einer Heizung 24 vorge wärmt wird. Über eine zweite Leitung 25 und einen zweiten Verdichter 26 wird ein Pulverreservoir 27 mit dem in diesem Fall als Pulverfördergas verwendeten Formiergas beschickt, wobei dieses in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 in den konvergenten Teil 13 der Düse eingespeist werden kann. Gemäß Figur 2 werden zwei Druckbehälter 21a und 21b verwendet. In einem befindet sich Stickstoff, im anderen befindet sich Wasserstoff. Über eine geeignete Mischvorrichtung 28 werden diese beiden Gase über Drosselventile 29 gemischt und verlassen die Mischvorrichtung 28 als fertiges Formiergas. Der Ausgang 30 der Mischvorrichtung kann wahlweise an die erste Leitung 22 und/oder die zweite Leitung 25 der Kaltspritzanlage 11 gemäß Figur 1 angeschlossen werden. Forming gas 95/5. By a first line 22, the Trä gergas passes through a first compressor 23 in the stagnation chamber 16, which is pre-heated on the way with a heater 24. Via a second line 25 and a second compressor 26, a powder reservoir 27 with the in this Case used as a powder feed gas used forming gas, which can be fed in the embodiment of Figure 1 in the convergent part 13 of the nozzle. According to FIG. 2, two pressure vessels 21a and 21b are used. There is nitrogen in one, hydrogen in the other. Via a suitable mixing device 28, these two gases are mixed via throttle valves 29 and leave the mixing device 28 as a finished forming gas. The outlet 30 of the mixing device can optionally be connected to the first line 22 and / or the second line 25 of the cold spray system 11 according to FIG.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Kaltgasspritzen, bei dem Partikel mit einem Trägergas in einer auf ein zu beschichtendes Substrat gerich- teten konvergent-divergenten Düse (11) beschleunigt werden und an einem Substrat (12) haften bleiben, 1. A method for cold gas spraying, in which particles are accelerated with a carrier gas in a convergent-divergent nozzle (11) directed onto a substrate to be coated and remain adhered to a substrate (12),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h ne t , characterized ,
dass als Trägergas Formiergas 95/5 mit einem Stickstoffanteil von 95 mol-% und einem Wasserstoffanteil von 5 mol-% verwen- det wird. Forming gas 95/5 with a nitrogen content of 95 mol% and a hydrogen content of 5 mol% is used as the carrier gas.
2. Verfahren nach Anspruch 1, 2. The method according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h ne t , characterized ,
dass das Formiergas 95/5 einer zum Kaltgasspritzen verwende- ten Anlage (13) als Gemisch zugeführt wird. the forming gas 95/5 is supplied as a mixture to a plant (13) used for cold gas spraying.
3. Verfahren nach Anspruch 1, 3. The method according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h ne t , characterized ,
dass einer zum Kaltgasspritzen verwendeten Anlage (13) Was- serstoff und Stickstoff zugeführt werden und diese Gase in der Anlage zum Formiergas 95/5 gemischt werden. that a system (13) used for cold gas spraying is supplied with hydrogen and nitrogen and that these gases are mixed in the system for forming gas 95/5.
4. Verfahren nach Anspruch 3 , 4. The method according to claim 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h ne t , characterized ,
dass die zulässige Toleranz bei der Einstellung des Mischungsverhältnisses für den Wasserstoffanteil bei plus/minus 0,5 mol-% liegt. that the allowable tolerance in adjusting the mixing ratio for the hydrogen content is plus / minus 0.5 mol%.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, 5. The method according to any one of the preceding claims,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h ne t , characterized ,
dass das Formiergas 95/5 auch als Pulverfördergas zum Einspeisen der Partikel in den Trägergasstrom verwendet wird. that the forming gas 95/5 is also used as a powder feed gas for feeding the particles into the carrier gas stream.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, 6. The method according to any one of the preceding claims,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h ne t , characterized ,
dass des Verfahren bei einer Stagnationstemperatur von 800 bis 1200 °C, bevorzugt 1000 °C, und einem Stagnationsdruck von 30 bis 60 bar, bevorzugt 50 bar, betrieben wird. that the process at a stagnation temperature of 800 to 1200 ° C, preferably 1000 ° C, and a stagnation pressure of 30 to 60 bar, preferably 50 bar, operated.
PCT/EP2013/064156 2012-07-19 2013-07-04 Cold gas spraying method using a carrier gas WO2014012797A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP13735004.7A EP2859133B1 (en) 2012-07-19 2013-07-04 Cold gas spraying method using a carrier gas

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012212682.1A DE102012212682A1 (en) 2012-07-19 2012-07-19 Method for cold gas spraying with a carrier gas
DE102012212682.1 2012-07-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014012797A1 true WO2014012797A1 (en) 2014-01-23

Family

ID=48771423

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/064156 WO2014012797A1 (en) 2012-07-19 2013-07-04 Cold gas spraying method using a carrier gas

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2859133B1 (en)
DE (1) DE102012212682A1 (en)
WO (1) WO2014012797A1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9335296B2 (en) 2012-10-10 2016-05-10 Westinghouse Electric Company Llc Systems and methods for steam generator tube analysis for detection of tube degradation
US11935662B2 (en) 2019-07-02 2024-03-19 Westinghouse Electric Company Llc Elongate SiC fuel elements
ES2955292T3 (en) 2019-09-19 2023-11-29 Westinghouse Electric Co Llc Apparatus for performing in-situ adhesion testing of cold spray tanks and procedure for use
PL243972B1 (en) * 2020-10-01 2023-11-13 Siec Badawcza Lukasiewicz Inst Obrobki Plastycznej Method of low pressure cold spraying of coatings from solid particle powders and system for low pressure cold spraying of coatings from solid particle powders

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3637320A (en) * 1968-12-31 1972-01-25 Texas Instruments Inc Coating for assembly of parts
EP0484533B1 (en) 1990-05-19 1995-01-25 Anatoly Nikiforovich Papyrin Method and device for coating
US20040037954A1 (en) 2002-06-04 2004-02-26 Linde Aktiengesellschaft Process and device for cold gas spraying
US6759085B2 (en) 2002-06-17 2004-07-06 Sulzer Metco (Us) Inc. Method and apparatus for low pressure cold spraying
CN101063205A (en) * 2006-04-30 2007-10-31 宝山钢铁股份有限公司 Method for making composite steel plate with stainless steel wire coating simple steel
US20090282832A1 (en) 2004-11-23 2009-11-19 United Technologies Corporation Cold gas dynamic spraying of high strength copper
US20100015467A1 (en) 2006-11-07 2010-01-21 H.C. Starck Gmbh & Co., Kg Method for coating a substrate and coated product
EP1152067B1 (en) 2000-05-02 2010-03-10 Linde, Inc. Cold gas-dynamic spraying
US20100143700A1 (en) 2008-12-08 2010-06-10 Victor K Champagne Cold spray impact deposition system and coating process
US20110303535A1 (en) 2007-05-04 2011-12-15 Miller Steven A Sputtering targets and methods of forming the same

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19747386A1 (en) * 1997-10-27 1999-04-29 Linde Ag Process for the thermal coating of substrate materials
DE10224777A1 (en) * 2002-06-04 2003-12-18 Linde Ag High-velocity cold gas particle-spraying process for forming coating on workpiece, intercepts, purifies and collects carrier gas after use
US7128948B2 (en) * 2003-10-20 2006-10-31 The Boeing Company Sprayed preforms for forming structural members
KR101380793B1 (en) * 2005-12-21 2014-04-04 슐저메트코(유에스)아이엔씨 Hybrid plasma-cold spray method and apparatus
DE102010005375A1 (en) * 2010-01-22 2011-07-28 MTU Aero Engines GmbH, 80995 Apparatus and method for powder spraying with increased gas flow rate
WO2011094755A2 (en) * 2010-02-01 2011-08-04 Crucible Intellectual Property Llc Nickel based thermal spray powder and coating, and method for making the same

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3637320A (en) * 1968-12-31 1972-01-25 Texas Instruments Inc Coating for assembly of parts
EP0484533B1 (en) 1990-05-19 1995-01-25 Anatoly Nikiforovich Papyrin Method and device for coating
EP1152067B1 (en) 2000-05-02 2010-03-10 Linde, Inc. Cold gas-dynamic spraying
US20040037954A1 (en) 2002-06-04 2004-02-26 Linde Aktiengesellschaft Process and device for cold gas spraying
US6759085B2 (en) 2002-06-17 2004-07-06 Sulzer Metco (Us) Inc. Method and apparatus for low pressure cold spraying
US20090282832A1 (en) 2004-11-23 2009-11-19 United Technologies Corporation Cold gas dynamic spraying of high strength copper
CN101063205A (en) * 2006-04-30 2007-10-31 宝山钢铁股份有限公司 Method for making composite steel plate with stainless steel wire coating simple steel
US20100015467A1 (en) 2006-11-07 2010-01-21 H.C. Starck Gmbh & Co., Kg Method for coating a substrate and coated product
US20110303535A1 (en) 2007-05-04 2011-12-15 Miller Steven A Sputtering targets and methods of forming the same
US20100143700A1 (en) 2008-12-08 2010-06-10 Victor K Champagne Cold spray impact deposition system and coating process

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BEITRAG: "Cost Analysis of Cold-sprayed MCrAlY Coatings for Industrial Power Generation Gas Turbine Blades", NORTH AMERICAN COLD SPRAY CONFERENCE, 25 October 2011 (2011-10-25)

Also Published As

Publication number Publication date
EP2859133B1 (en) 2018-01-03
DE102012212682A1 (en) 2014-01-23
EP2859133A1 (en) 2015-04-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69718514T2 (en) DEVICE FOR GAS DYNAMIC COATING
EP2859133B1 (en) Cold gas spraying method using a carrier gas
DE2452684C2 (en) Method and device for uniformly distributing a stream of atomized particles on a substrate
DE102006009147A1 (en) Dual nozzle has mixing chamber, and ring is arranged by secondary air nozzles around mouth of main nozzle
EP3401248B1 (en) Method for the pneumatic conveyance of plastics granulate
EP3658294B1 (en) Device for supplying compressed gas to a spraying device operating with compressed gas, method for supplying compressed gas to a spraying device operating with compressed gas and method for spraying a liquid medium
DE1408841B2 (en) Device for generating a solid particle-gas suspension to be introduced into a metal melt
DE10319481A1 (en) Laval nozzle use for cold gas spraying, includes convergent section and divergent section such that portion of divergent section of nozzle has bell-shaped contour
CH641970A5 (en) METHOD AND DEVICE FOR COOLING AND HUMIDIFYING DUSTY HOT GASES.
EP0924315B1 (en) Production of hot gas for thermal spraying
EP2338587A1 (en) Device for creating an aerosol
EP1727623B2 (en) Water-vapor assisted lacquering method
DE10253794B4 (en) Low temperature high speed flame spraying system
WO2016120046A2 (en) Device and method for the gluing of particles
DE102004062670B4 (en) Method and device for cooling cement
DE3883788T2 (en) DEVICE AND METHOD FOR MICROATOMIZING LIQUIDS, ESPECIALLY MELTING.
DE10348805A1 (en) Process and assembly to generate water jet transporting abrasive particulate medium
WO1987001737A2 (en) Process and arc spray nozzle for cutting component surfaces by melting of wires in an electric arc
DE3843436C2 (en)
DE102006055703A1 (en) Method and device for producing particles
DE102014104341A1 (en) Method and device for generating liquid mist
WO2008067868A1 (en) Process for production of particles of free-flowing material and spraying unit therefor
EP3180163B1 (en) Jet cutting device and jet cutting method
EP2512737B1 (en) Method and device for cleaning, activating and pretreating a work piece by means of carbon dioxide snow particles
EP1477231B2 (en) Device for the preservation of hollow cavities

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13735004

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE