냉가스 분무기 document_id A220623108787

냉가스 분무시에 또는 동력학적인 분무시에는 1 ㎛ 내지 250 ㎛의 분말 입자가 가스 흐름 내에서 200 m/s 내지 1600 m/s의 속도로 가속되고 - 이 경우에는 표면 용해 또는 용해가 이루어지지 않음 - 코팅될 면, 즉 기판상에 분무된다. 기판상에 충돌할 때에 비로소 팽창율이 매우 높은 상태에서 가소성 변형에 의해 충돌 경계면에서 온도가 상승하게 되고, 이와 같은 온도 상승은 기판과 분말 재료의 용접 그리고 상호 간의 용접을 야기한다. 하지만, 이 목적을 위해서는 소위 임계 속도인 최소 충돌 속도를 초과해서는 안 된다. 상기 용접의 메커니즘 및 품질은 폭발 용접에 견줄만하다. 공정 가스의 가열에 의해서는 가스의 음속이 상승하고, 그로 인해 노즐 내에서의 가스 유동 속도 그리고 그와 더불어 충돌시의 입자 속도도 상승하게 된다. 가스는 예를 들어 라발 노즐 내에서, 다시 말해 처음에는 노즐 목까지 수렴되고, 그 다음에는 분기되는 노즐 내에서 초과 음속까지 가속되며, 이 경우 분말 재료는 노즐 목 앞에서 또는 뒤에서 가스 분사물 안으로 주입되고 기판 쪽으로 가속된다. 충돌시의 입자 온도는 공정 가스 온도와 더불어 상승한다. 이와 같은 현상은 분말 재료의 열적인 연화 및 유연화를 야기하고, 충돌하는 입자의 임계적인 속도를 강하시킨다. 음속도 상승하기 때문에, 공정 가스 온도의 상승에 의해서는 충돌시에 입자 속도뿐만 아니라 입자 온도도 상승한다. 두 가지 현상 모두 코팅 효율 및 층 품질에 긍정적인 작용을 미친다. 이때 공정 가스 온도는 항상 분무를 목적으로 사용되는 분말 재료의 온도 아래에 유지된다. 다시 말해, 냉가스 분무 방법에서는 분말 입자가 가스에 의해 용융되는 다른 분무 방법에 비해 "더 차가운" 가스가 이용된다. 따라서, 뜨거운 가스에 의해 추가 재료가 용융되는 분무 방법에서와 마찬가지로 냉가스 분무시에도 가스는 가열되어야만 한다. 분말 입자, 특히 25 내지 100 ㎛의 더 거친 입자를 강하게 가속할 수 있기 위해서는 높은 압력의 가스가 필요하다. 이 목적을 위하여 냉가스를 분무하기 위한 장치의 부품들은 상응하게 내압적으로 실현되어야만 한다. 정지 동작을 위한 대부분의 설비들은 30 bar용으로 설계되었으며, 이 경우 개별 부품들은 상기 목적을 위해서 반드시 필요한 약 35 bar의 유입 압력에 맞추어 설계되었다. 몇 가지 타입의 설비들은 심지어 단지 15 bar까지의 압력용으로 설계되었거나 또는 7 bar까지의 압력용으로 설계되었다. 원하는 바대로 압력이 더욱 상승되어야 하고 높은 온도가 부품 접촉면의 재료에 직접 작용할 수 있는 경우에는, 비싸고 가공이 어려운 고온 재료들이 사용되어야만 하거나 또는 부품, 특히 분무기가 자체 크기 및 필요한 벽두께에 의해서 상대적으로 무거워진다. 또한, 접촉면을 통한 열 방출도 특히 손실 그리고 라발 노즐의 노즐 목 앞에서 가스 온도의 원치 않는 강하를 야기한다. US 6,623,796 B1호에는 라발 노즐을 구비하고, 입력 코운 및 출력 코운으로 이루어진 분무기가 공지되어 있으며, 상기 입력 코운 및 출력 코운은 노즐 목에서 서로 충돌한다. 라발 노즐에는 고압 상태에서 공기 가열기 및 혼합 챔버를 통해 공기가 제공되고, 상기 혼합 챔버 내에서는 공기-분말이 혼합된다. 분말은 초음 노즐로서의 기능을 하는 라발 노즐에 의해서 가속되고, 공기 가열기 내에서 가열된 공기에 의하여 가열되며, 이 경우 분말은 용융되지 않는다. 상기 선행 기술에서의 단점은, 재료의 온도가 높은 경우에 고압에 견딜 수 있기 위해서는 분무기 부품의 재료 강도 및 재료 두께가 매우 크게 설계되어야만 한다는 것인데, 그 이유는 재료 강도가 온도에 따라서 강하게 감소하기 때문이다. 후에 공개된 DE 102005004116호에는 가스 분사 및 입자를 가속하기 위한 노즐을 구비한 냉가스 분무기가 공지되어 있으며, 상기 분무기는 수렴 방식으로 축소되는 노즐 섹션 및 노즐 배출구로 나누어지고 - 상기 섹션들은 노즐 목에서 서로 내부가 통함 - 40 mm 이상의 노즐 목 앞에서 끝나는 분말 주입관을 갖는다. 후에 공개된 DE 102005004117호에는 노즐 및 가스를 가열하기 위한 가열 장치를 갖춘 분무기를 구비한 냉가스 분무 장치가 공지되어 있으며, 이 경우 가스를 가열하기 위한 가열 장치는 두 개 이상의 가열기로 나누어지고, 후방 가열기는 분무기에 직접 설치된 반면에 자유로운 제 2의 전방 가열기는 라인을 통해 분무기에 연결되어 있다. 후에 공개된 DE 102005053731호에는 가스가 관류하는 압력 용기, 상기 압력 용기 내에 배치된 발열체 그리고 절연부를 구비한 고압 가스 가열 장치가 공지되어 있다. 상기 절연부가 압력 용기의 내벽에 배치되고, 상기 압력 용기의 열을 방출하기 위한 수단이 존재함으로써, 압력 용기는 가열된 가스보다 더 낮은 온도를 갖게 된다.