專利名稱：中空陰極軸向送粉等離子體噴涂槍的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種等離子體噴涂槍，尤其涉及一種軸向送粉式的等離子體噴涂槍。
背景技術(shù)：
等離子噴涂是利用電能將氬氣、氮?dú)夂蜌錃獾葰怏w轉(zhuǎn)化為高溫等離子體射流，將要噴涂金屬、金屬氧化物以及陶瓷等粉體加熱、加速，然后噴射到工件上。
普通的等離子體噴涂槍具有棒狀陰極及管狀陽極，要噴涂的粉體材料是在噴涂槍的出口處從徑向送入等離子體射流，見D.Matejka and B.Benko所著的《Plasma Spraying of Metallic and Ceramic Materials》，New York，1989。這種噴涂槍的缺點(diǎn)在于由于粉體是在噴嘴外才送入等離子射流的，等離子體的高溫區(qū)沒有得到充分利用，而高溫等離子氣體從噴嘴噴出后，受外部空氣摻混的影響溫度急劇下降，同時(shí)由于粉體材料顆粒粒徑的分散性，使大顆粒易穿過等離子體射流，而小顆粒材料又不易進(jìn)入等離子體射流，因而粉體材料的加熱效果較差，能量利用率很低。
為了改善上述缺陷，已知技術(shù)中出現(xiàn)了將粉體從陰極與陽極之間送入，使粉體在噴嘴內(nèi)加熱、加速，充分利用等離子體熱效應(yīng)的等離子噴涂槍，如圖1所示，是授權(quán)公告號為CN 2411260Y的中國專利(申請?zhí)枮?9243441.6)所公開的一種等離子噴涂裝置，包括陰極鎢棒101、陽極噴嘴102、絕緣外殼103、陶瓷保護(hù)管104、銅陰極105、金屬體外殼106、送粉通道107以及送氣通道108，其粉體是在槍體內(nèi)即已送入等離子體射流，因而可利用等離子體氣體的高溫區(qū)進(jìn)行加熱，改進(jìn)了粉體與等離子氣體的熱交換。但是，由于粉體是從徑向送入，高速等離子流對注入的粉體有外推作用，使粉體不易進(jìn)入，致使粉體材料加熱不均勻，粉體材料的利用率較低，涂層的質(zhì)量沒有保證。
采用軸向送粉的工藝即可以提高能量的利用率，也可改進(jìn)粉體材料中不同顆粒受熱的均勻性，提高噴涂材料的利用率，改進(jìn)涂層的質(zhì)量。美國專利5,008,511公開了一種采用了軸向送粉技術(shù)的多陰極等離子噴涂槍，該噴涂槍具有三個(gè)陰極裝置，陰極裝置周圍的空腔形成了等離子氣體的通道，被形成于陰極裝置與陽極裝置之間的電弧加熱形成等離子體射流后，與從送粉通道流出的粉未交匯于交叉點(diǎn)，再一起經(jīng)過噴嘴噴出。這種多陰極軸向送粉式的等離子噴涂槍在提高能量利用率和改善涂層質(zhì)量方面均有明顯改進(jìn)，但是很明顯，其存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工不易、成本高等缺點(diǎn)，并且需要三套電源分別供給三個(gè)陰極裝置，操作與維修不便。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于克服已有徑向送粉裝置的缺點(diǎn)，為了提高涂層質(zhì)量和降低成本，從而提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、易于維修的軸向送粉等離子體噴涂槍。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種等離子體噴涂槍，包括一陰極裝置、一陽極裝置及一絕緣裝置，槍體內(nèi)還設(shè)有送粉通道、送氣通道及冷卻通道，所述陽極裝置具有一與所述送氣通道連通的噴嘴，其特征在于所述陰極裝置的軸線方向具有一與所述噴嘴軸向一致并與所述噴嘴連通的中孔，該中孔構(gòu)成所述的送粉通道。
上述方案中，其特點(diǎn)是所述的陰極裝置包含一具有中孔的陰極送粉桿、一具有中孔的陰極及一陰極座，所述陰極送粉桿和陰極相互貫通的中孔構(gòu)成所述送粉通道，所述陰極座套接在所述陰極上。
上述方案中，其特點(diǎn)是所述的陰極裝置還包含一陰極套及一導(dǎo)水套，所述陰極套套接于所述陰極導(dǎo)粉桿靠近進(jìn)粉口的一側(cè)，所述導(dǎo)水套的兩端分別與所述陰極套和陰極座連接，套設(shè)于所述陰極導(dǎo)粉桿的外側(cè)，且與所述陰極導(dǎo)粉桿之間形成一環(huán)狀的冷卻通道。
上述方案中，其特點(diǎn)是所述的陽極裝置包括一陽極及套設(shè)于該陽極外的一陽極本體，該陽極為一管狀結(jié)構(gòu)，其中部為一直段，該直段至其出口處為一擴(kuò)張的錐形段，該直段及該錐形段的空腔構(gòu)成所述噴嘴，該錐形段錐面與所述陽極軸向的夾角為10-30度。
上述方案中，其特點(diǎn)是所述陽極的入口至其直段為一收縮的錐形段，所述陰極座和所述陰極的前端則形成對應(yīng)的錐形結(jié)構(gòu)，并與所述陽極入口的錐形段間存在一狹縫。
上述方案中，其特點(diǎn)是所述陰極為帶孔的鈰鎢材料，陽極的材料為銅。
上述方案中，其特點(diǎn)是所述絕緣套連接于所述陰極裝置和陽極裝置之間，其上設(shè)有送氣通道的入口，所述送氣通道由所述陰極裝置與所述陽極裝置或所述絕緣套之間的縫隙構(gòu)成，其方向與所述送粉通道的軸向一致，氣體成分可采用氮?dú)狻鍤饧皻錃獾幕旌蠚怏w。
上述方案中，其特點(diǎn)是所述陽極直線段的直徑為7-10毫米，長度為30-40毫米。
上述方案中，其特點(diǎn)是所述陰極送粉桿及陰極的中孔的直徑均為3-6毫米。
上述方案中，其特點(diǎn)是在中空陰極送入粉體材料的過程中要適量地輸入氣體，使噴涂槍達(dá)到穩(wěn)定工作的條件。
由上可知，本發(fā)明要噴涂的粉體材料是從陰極的中孔中送入噴涂槍的內(nèi)部高溫區(qū)，其方向與等離子氣體流動的方向一致，并在噴涂槍的內(nèi)部就受到加熱，具有能量利用率高、粉體加熱均勻的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，本發(fā)明只有一個(gè)陰極裝置和一套電源，與同樣采用軸向送粉技術(shù)的多陰極式噴涂槍相比，具有體積小，結(jié)構(gòu)簡單、容易加工、便于操作維修及設(shè)備成本低的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為已知技術(shù)中采用徑向送粉技術(shù)的等離子噴涂裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明的中空陰極軸向送粉等離子體噴涂槍的一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
圖2表示本發(fā)明實(shí)施例的軸向送粉等離子體噴涂槍的結(jié)構(gòu)，其包括壓緊螺母1，陽極本體2，絕緣套3，陰極套4，陰極送粉桿5，導(dǎo)水套6，陰極座7，陰極8及陽極9。
陰極套4、陰極送粉桿5、導(dǎo)水套6、陰極座7及陰極8組成了陰極裝置，其中的陰極8和陰極送粉桿5均為中空的管狀結(jié)構(gòu)，其軸線方向均具有相互貫通的中孔，共同構(gòu)成了噴涂槍的送粉通道，中孔的直徑選為3-6毫米。陰極座7套接在陰極上，用于冷卻陰極8，該陰極及陰極座可更換。所述陰極套4套接于所述陰極導(dǎo)粉桿5靠近進(jìn)粉口的一側(cè)，導(dǎo)水套6的兩端分別與陰極套4和陰極座7連接，套設(shè)于陰極導(dǎo)粉桿5的外側(cè)，且與陰極導(dǎo)粉桿5之間形成一環(huán)狀的冷卻水通道，冷卻水的入口設(shè)陰極套4上。
而陽極裝置包括一陽極9及套設(shè)于該陽極外的一陽極本體2，陽極本體2與陽極9間形成有一冷卻水的空腔。該陽極為一管狀結(jié)構(gòu)，其中部為一直段，從陽極入口處到該直段91為一收縮的錐形段92，而從直段至其出口處為一擴(kuò)張的錐形段93，可以調(diào)節(jié)噴涂時(shí)粉體的作用面積。直段91及出口處的錐形段93的空腔共同構(gòu)成所述的噴嘴，噴嘴的軸線與送粉通道的軸線相同。為了取得較佳的噴涂效果，本實(shí)施例中陽極直線段的直徑為7-10毫米，長度為30-40毫米，錐形段93的錐面與所述陽極軸向的夾角為10-30度。
本實(shí)施例中，陰極座7和陰極8的前端形成對應(yīng)于錐形段92的錐形結(jié)構(gòu)，并與該錐形段92間存在一狹縫，可以提高等離子體發(fā)生器的工作穩(wěn)定性。
絕緣套3連接于陰極套4和陽極本體2之間，用于隔離陰極8和陽極9，其上設(shè)有送氣通道的入口，送氣通道由陰極裝置與陽極裝置之間及陰極裝置與絕緣套之間的縫隙構(gòu)成，其方向與送粉通道的軸向一致并與送粉通道交匯于噴嘴前。
絕緣套4可用聚四氟已烯或尼龍等材料制成。陰極由帶孔的鈰鎢材料制成，陽極為銅，陽極和陰極都采用水冷結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的中空陰極式軸向送粉等離子體噴涂槍的工作原理和普通等離子體噴涂槍的基本相同，但是陰極是設(shè)計(jì)成帶孔的形式，噴涂用的粉體材料是從此孔中送入噴涂槍，在送入粉體材料的過程中要適量地輸入輔氣，使噴涂槍達(dá)到穩(wěn)定工作的條件；噴涂槍在工作時(shí)，主要?dú)怏w是從陰極裝置和陽極裝置之間的縫隙中送入，氣體成分可以采用氮?dú)?、氬氣及氫氣的混合氣體；電弧是在中空陰極和管狀陽極之間產(chǎn)生，并加熱氣體，形成等離子體射流，電弧的陰極弧根是在中空陰極端部的四周旋轉(zhuǎn)，陽極的弧根則處于陽極出口的錐面上，因此電極的燒損不太嚴(yán)重，同時(shí)電弧還能穩(wěn)定地工作。粉體材料從陰極的中孔進(jìn)入等離子體噴涂槍以后，沿著和等離子體射流相同的軸線方向向下游運(yùn)動，并且被等離子體逐漸加速、加熱，最后在等離子體噴涂槍的出口處，以很高的速度噴射到要噴涂的工件上，形成等離子體涂層。
本實(shí)施例中，等離子體噴涂槍使用直流等離子體電源，等離子體噴涂槍的電弧功率為10-30千瓦。噴涂所用的氣體為氮?dú)狻鍤獾幕旌蠚怏w，也可以加入少量的氫氣。為了使等離子體噴涂槍能穩(wěn)定工作，電弧電流及氣體流量必須控制在一定范圍內(nèi)，特別是輔氣的流量要控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。
在實(shí)踐中，采用本發(fā)明實(shí)施例的軸向送粉等離子體噴涂槍(功率12千瓦)噴涂三氧化二鋁涂層，所得到的涂層主要參數(shù)見表1。
表1等離子體噴涂參數(shù)

權(quán)利要求
1.一種等離子體噴涂槍，包括一陰極裝置、一陽極裝置及一絕緣裝置，槍體內(nèi)還設(shè)有送粉通道、送氣通道及冷卻通道，所述陽極裝置具有一與所述送氣通道連通的噴嘴，其特征在于所述陰極裝置的軸線方向具有一與所述噴嘴軸向一致并與所述噴嘴連通的中孔，該中孔構(gòu)成所述的送粉通道。
2.如權(quán)利要求1所述的等離子體噴涂槍，其特征在于所述的陰極裝置包含一具有中孔的陰極送粉桿、一具有中孔的陰極及一陰極座，所述陰極送粉桿和陰極相互貫通的中孔構(gòu)成所述送粉通道，所述陰極座套接在所述陰極上。
3.如權(quán)利要求2所述的等離子體噴涂槍，其特征在于所述的陰極裝置還包含一陰極套及一導(dǎo)水套，所述陰極套套接于所述陰極導(dǎo)粉桿靠近進(jìn)粉口的一側(cè)，所述導(dǎo)水套的兩端分別與所述陰極套和陰極座連接，套設(shè)于所述陰極導(dǎo)粉桿的外側(cè)，且與所述陰極導(dǎo)粉桿之間形成一環(huán)狀的冷卻通道。
4.如權(quán)利要求2所述的等離子體噴涂槍，其特征在于所述的陽極裝置包括一陽極及套設(shè)于該陽極外的一陽極本體，該陽極為一管狀結(jié)構(gòu)，其中部為一直段，該直段至其出口處為一擴(kuò)張的錐形段，該直段及該錐形段的空腔構(gòu)成所述噴嘴，該錐形段錐面與所述陽極軸向的夾角為10-30度。
5.如權(quán)利要求4所述的等離子體噴涂槍，其特征在于所述陽極的入口至其直段為一收縮的錐形段，所述陰極座和所述陰極的前端則形成對應(yīng)的錐形結(jié)構(gòu)，并與所述陽極入口的錐形段間存在一狹縫。
6.如權(quán)利要求1所述的等離子體噴涂槍，其特征在于所述陰極為帶孔的鈰鎢材料，陽極的材料為銅。
7.如權(quán)利要求1所述的等離子體噴涂槍，其特征在于所述絕緣套連接于所述陰極裝置和陽極裝置之間，其上設(shè)有送氣通道的入口，所述送氣通道由所述陰極裝置與所述陽極裝置或所述絕緣套之間的縫隙構(gòu)成，其方向與所述送粉通道的軸向一致。
8.如權(quán)利要求4所述的等離子體噴涂槍，其特征在于所述陽極直線段的直徑為7-10毫米，長度為30-40毫米。
9.如權(quán)利要求2所述的等離子體噴涂槍，其特征在于所述陰極送粉桿及陰極的中孔的直徑均為3-6毫米。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于改進(jìn)等離子體噴涂工藝的軸向送粉等離子體噴涂槍。該噴涂槍由水冷的中空陰極和管狀陽極組成。噴涂所用的粉體材料從等離子體噴涂槍的中空陰極中送入，經(jīng)過在噴涂槍內(nèi)高溫區(qū)的加熱，逐步達(dá)到熔融狀態(tài)，然后離開噴涂槍，以很高的速度噴射到要噴涂涂層的工件表面，形成具有特種性能的等離子體涂層。
文檔編號B05B5/06GK1481939SQ0214935
公開日2004年3月17日 申請日期2002年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月12日
發(fā)明者林烈, 吳彬, 烈 林 申請人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所