冷噴塗用噴嘴及使用該冷噴塗用噴嘴的冷噴塗裝置的製作方法
2023-09-21 00:16:20
專利名稱：冷噴塗用噴嘴及使用該冷噴塗用噴嘴的冷噴塗裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種冷噴塗(cold spray)用噴嘴及使用該冷噴塗用噴嘴的冷噴塗(cold spray)裝置，具有如下優點能夠將塗覆軟質材料的粉末時由於粉末塗覆在噴嘴內部而引起的噴嘴堵塞現象減到最少；能夠防止塗覆高硬質材料的粉末時由於粉末與噴嘴壁面碰撞而產生的噴嘴磨損；由於可以長時間使用噴嘴，因此可容易地應用於大規模生產；由於可以實施長時間高品質的塗覆，因此大規模生產時可以節約製造成本；由於在粉末供給裝置中不需要高壓的加壓裝置，因此可以使用便宜的設備結構；不僅如此，由於不用調節供給氣體的流量而是通過調節噴射管的位置就能夠調節粉末速度，因此易於進行工序變化。
背景技術：
冷噴塗塗覆法是這樣一種方法利用超音速運載氣體在常溫狀態下或者在未加熱的比較低的溫度下噴射粉末、並塗覆到待塗覆物的表面，在該方法中，經超音速噴射氣流(300～1200/ms)加速後的微粒(1～50m)與金屬或陶瓷基板碰撞並塗覆到金屬或陶瓷基板上，該塗覆的工序的變量包括加速後的氣體溫度、氣體速度以及粒子大小等。
特別地，由於原理是使加速成高速度的粒子與未加熱的基板碰撞來進行塗覆，因此具有如下特性塗覆效率根據各種要塗覆的材料的不同而變化，加速後的粒子速度越大塗覆效率也越大，並在大於等於一定速度時急劇增加。
在利用超音速的冷噴塗塗覆法中，用於塗覆的基本要求如下。a)噴射氣流的溫度必須始終低於被加速粒子的熔點或軟化點。b)被加速粒子必須在1～50m範圍內。c)粒子速度根據粒子材料和大小必須在300～1200m/s範圍內。實際上，粒子是在馬赫數為2～4左右、1～3MPa範圍內的超音速噴射氣流的協助下被塗覆的。作為氣體的種類，可使用空氣、氮氣、氦氣或混合氣等，無論使用何種氣體，必須使被加速粒子超過臨界速度才能進行塗覆(V＞Vcrit)。
由於該原因，為了增加氣體速度，通過升高氣體溫度來增加流量，以往，為了提供超音速運載氣體，使用了典型的德-拉伐爾型(De LavalType)噴嘴。與此相關的內容為下述專利文獻1中公開的技術，其具有如圖8所示的結構。但是，如圖8所示，這種德-拉伐爾型噴嘴(收斂—擴散噴嘴)是這樣一種噴嘴，其在喉部之前，將已混合了從左側供給的氣體和粉末的氣體/粉末混合體與從下部供給的運載氣體混合，然後對它們進行加速。
因此，如圖9和圖10所示，這樣供給的氣體/粉末混合體通過收斂—擴散噴嘴的收斂部逐漸加速，並在喉部達到音速，為了在達到音速後使通過某特定地點的氣體的重量維持恆定，噴嘴的後尾部分設置為擴散型式。由此，離開喉部的氣體速度增大，而成為超音速。以超音速流動的氣體具有如下特性向外膨脹的速度大於向後方加速的速度。這是因為由於向縮流方向壓縮氣體，能量向圓周方向擴散。收斂—擴散噴嘴利用該原理產生以超音速推進噴嘴內的氣體/粉末混合體所必需的推力。
專利文獻1美國註冊專利第6,139,913號但是，在圖8所示方式的情況下，由於在喉部以前引入氣體/粉末混合體，因此粉末要經過必須通過喉部進行噴射的過程，在該情況下，在上述注入的粉末為鋁等比較軟的粉末時，粉末被塗覆到上述喉部，在短時間內堵塞上述喉部，不能夠再實施塗覆，存在難以應用於大規模生產的問題，在上述注入的粉末為鎳或超合金那樣的高硬度粉末時，由於在上述喉部的速度為音速左右的水平，因此雖然不發生塗覆，但由於粉末的碰撞在喉部產生劇烈磨損而使噴嘴損壞，因此存在流速隨著喉部的形狀改變而發生變化、從而使工序條件發生變化的問題。
另外，在利用圖8所示的裝置進行塗覆時，由於作用於噴射管上的壓力必須高於從噴嘴下部供給並作為運載氣體提供給收斂部的氣體的壓力，因此存在必須另外設置加壓裝置的問題，其中，噴射管用於注入從噴嘴左側供給的氣體/粉末混合體。
不僅如此，如圖9和圖10所示，在使用以往的收斂—擴散噴嘴的情況下，可以觀察到即使改變提供氣體/粉末混合體的噴射管的位置，噴嘴出口端處的最終出口流速也不會發生變化。因此，在為了變化工序條件而使流速變化的情況下，存在必須改變整個系統的流量的難題。
發明內容
因此本發明是鑑於這樣的問題而提出的，其目的在於，提供一種冷噴塗用噴嘴和使用該冷噴塗用噴嘴的冷噴塗裝置，在塗覆軟質材料的粉末時能夠將噴嘴堵塞現象減到最少，在塗覆高硬質材料的粉末時能夠防止噴嘴磨損，由於可以長時間使用噴嘴，因此可容易地應用於大規模生產，可以實施長時間高品質的塗覆。
另外本發明的目的還在於，提供一種冷噴塗用噴嘴和使用該冷噴塗用噴嘴的冷噴塗裝置，即使不調節供給氣體的流量也能夠控制從噴嘴的出口噴射的粉末的速度，易於進行工序控制。
另外本發明的目的還在於，提供一種經濟的冷噴塗用噴嘴和使用該冷噴塗用噴嘴的冷噴塗裝置，由於氣體/粉末供給裝置不需要具備加壓裝置，因此可以低價構成塗覆裝備，並且可以長時間使用而無需保養修理，不僅節約初期成本還可以節約運轉成本。
為了解決上述課題，本發明提供一種冷噴塗用噴嘴，其特徵在於，包括中空型噴嘴部，其具有截面積收斂的收斂引入部，與上述收斂引入部的收斂端部連接的喉部，與上述喉部的端部連接的出口部；以及噴射管，其位於上述收斂引入部的內部，該噴射管配置為其端部噴射口位於上述喉部或超過該喉部的出口部內；在上述出口部的出口端處的粉末流速為300～1200m/s。
根據本發明的冷噴塗用噴嘴及使用該冷噴塗用噴嘴的冷噴塗裝置，具有以下優點由於能夠在塗覆軟質材料的粉末時使噴嘴堵塞現象減至最少、能夠在塗覆高硬度材料的粉末時防止噴嘴的磨損，所以可不堵塞噴嘴且不改變形狀地長時間使用，可容易地應用於大規模生產。
另外，還具有以下優點由於可以持續實施長時間高品質的塗覆，因此可以減少維修保養等問題，可以節約運轉成本，從而可以節約生產成本。
另外，還具有以下優點由於即使不調節供給氣體的流量，也可以通過噴射管的移動來容易地控制從噴嘴的出口噴射的粉末速度，因此工序控制變得很容易，具有多種工序控制方法。
不僅如此，還具有如下的經濟效果由於氣體/粉末供給裝置不需要具有加壓裝置，因此可以低價構成塗覆裝備，可以節約初期成本。
圖1～圖3是分別表示本發明的冷噴塗用噴嘴的實施例的截面的截面圖。
圖4～圖7是分別表示本發明的冷噴塗用噴嘴中的具有緩衝室的實施例的截面的截面圖。
圖8是表示以往的冷噴塗用噴嘴及其系統的概略圖。
圖9是表示圖8的以往冷噴塗用噴嘴的流動特性的數值分析結果的圖(單位m/s)。
圖10是表示在圖8的以往冷噴塗用噴嘴中改變噴射管的噴射口位置時的流動特性的數值分析結果的圖(單位m/s)。
圖11是用於對本發明的冷噴塗用噴嘴的一個實施例的流動特性進行數值分析的流場模型的立體圖。
圖12是表示圖11的一個實施例的冷噴塗用噴嘴的流動特性的數值分析結果的圖(單位m/s)。
圖13是表示在圖11的本發明冷噴塗用噴嘴中改變噴射管的噴射口位置時的流動特性的數值分析結果的圖(單位m/s)。
圖14是用於對本發明的冷噴塗用噴嘴中的具有緩衝室的一個實施例的流動特性進行數值分析的流場模型的立體圖。
圖15是表示在圖14的一個實施例的冷噴塗用噴嘴處的流動特性的數值分析結果的圖(單位m/s)。
圖16是表示在圖14的本發明的冷噴塗用噴嘴中改變噴射管的噴射口位置時的流動特性的數值分析結果的圖(單位m/s)。
圖17是使用本發明的冷噴塗用噴嘴的冷噴塗裝置的系統概略圖。
具體實施例方式
下面參照附圖對本發明進行詳細說明。
本發明涉及一種冷噴塗用噴嘴，其特徵在於，包括中空型噴嘴部10，其具有截面積收斂的收斂引入部2，與上述收斂引入部2的收斂端部連接的噴口部4，與上述喉部4的端部連接的出口部6；以及噴射管20，其位於上述收斂引入部2的內部，該噴射管配置為其端部噴射口12位於上述喉部4或超過該喉部的出口部6內；在上述出口部6的出口端8處的粉末流速為300～1200m/s。
與此有關的具體的實施例如圖1～圖3所示，其中，上述收斂引入部2構成為這樣，即，使運載氣體在喉部4達到音速，而除了噴射管20以外的其餘部分僅僅被氣體充滿。由此，在上述喉部4處的運載氣體的速度達到音速，由於從上述喉部4出來的運載氣體通過出口部6(該出口部使流擴散)，因此被加速至300～1200m/s。由於將通過上述噴射管20提供的氣體/粉末混合體與這種運載氣體一同噴射到喉部4內或者噴射到超過該喉部4的出口部6內，因此不會發生在喉部4處的由於塗覆而引起的堵塞和由於碰撞而導致的磨損。另外，由於是在高速區域噴射，因此上述區域壓力相對變低，氣體/粉末混合體通過吸入(suction)而流入噴嘴內，因此在噴射管20的入口端不需要另外加壓。由於不需要加壓裝置，從而可以簡單地構成裝置。
優選地，上述噴嘴由這樣構成的上述喉部4和出口部6形成，即，從上述收斂引入部2引入的氣體使從上述噴射管的噴射口12噴射的氣體/粉末混合體流收斂，以使其速度達到音速，然後，上述流再次擴散。由此，氣體/粉末混合體的流速也能夠增大至超音速300～1200m/s，因此具有使出口部6的端部(即出口端8)處的粉末速度增大的效果。
即，如圖12～圖13所示，可以觀察到通過喉部4的運載氣體被收斂引入部2加速並達到音速，由於在其後的出口部6處截面積增大，因此相當於擴散區，從而運載氣體被加速至超音速。不僅如此，上述運載氣體由於膨脹使從上述噴射管20出來的氣體/粉末混合體流收縮，由此使從噴射管20的噴射口12噴射的流收斂。在上述收斂足夠使從噴射口12噴射的流的速度加速至音速時，上述流加速至音速，然後通過在運載氣體的收縮影響變小的出口部6的後端處的擴散，噴射至噴射口12的流也被加速至超音速，因此從噴嘴噴射的整個流可以被加速至超音速，並能夠以高的碰撞速度進行塗覆。也就是，被引入收斂引入部2的引入氣體(即運載氣體)可以根據噴嘴的實際外部形狀，經過一般加速(收斂)→在喉部處為音速→超音速加速(擴散)的過程被加速，從噴射管20噴射的氣體/粉末混合體可以根據上述運載氣體的擴散流動經過一般加速(流的收斂)→流在喉部形成以及達到音速→超音速加速(由於消除流動的影響)的過程被加速，從而獲得很高的速度。
這一點若觀察圖12和圖13所示內容就可以可靠地確認，通過附圖可以清楚地觀察到從噴射管20出來的流最初隨著從噴射管流出而速度減小，但是由於被周圍的流向內部推動而變窄，並收縮和收斂，由此速度增加並達到音速，之後其再次膨脹、並被加速至超音速。
另外，上述出口部6的形狀只要能夠使粉末具有300～1200m/s的速度即可，對其形狀並無限制，可以構成多種形狀，這可以為圖3所示的擴散形狀或圖1～圖2所示的直線形狀。作為產生這種加速機械裝置的具體例子，如圖1至圖2所示，上述出口部6可構成為具有大於上述喉部4的中空部截面積的中空部截面積，並構成為直線形，並且優選地本發明的冷噴塗用噴嘴這樣構成，其中上述喉部4和出口部6構造成這樣從上述收斂引入部2引入的氣體使從上述噴射管的噴射口噴射的氣體與粉末混合體流收斂並使其速度達到音速後，上述流再次擴散。可知這種結構可以通過圖12至圖13的圖示獲得，該圖示為將流場模擬成圖11的形狀、並利用Fluent進行數值分析的結果，Fluent為計算機流動分析用CFD解析碼。
另外，在本發明的這種冷噴塗用噴嘴中，上述喉部4為上述噴嘴的最小內徑部位，其可構成為這樣的形式，即，具有固定長度並在該長度上具有相同的截面。與此有關的一例如圖2至圖3所示，由此，如圖2所示，可以使噴射管的噴射口12位於喉部內、喉部、喉部的端部或者出口部內，也可以根據需要使其在工序中或工序前後改變至所希望的位置。
因此，根據需要，上述噴射管20構成為可沿噴嘴的軸向移動，以使其噴射口12可以在喉部內或者出口部內改變位置。由此，可以調節喉部4或者出口部6內的、由於塗覆而引起的堵塞或者汽相澱積，或可以將由於碰撞而產生的磨損向減小的方向調節，並可以如圖12至圖13所示那樣調節出口端的最終流速。即，在圖12和圖13中可知由於噴射口12的突出量(從喉部的端部到出口部側的噴射口的距離)改變，在出口端8處的粉末速度變大。因此，可以根據粉末的種類或混合比，可以通過僅僅改變噴射管的噴射口12的位置來進行適當的速度調節，具有容易控制的優點。
另外，根據工序上的需要或者要塗覆的形狀，上述收斂引入部2、喉部4和噴射管20的中空部截面與出口部6的中空部截面可以使用以往的多種形狀。優選地，上述收斂引入部、喉部和噴射管的中空部截面為圓形；為了設備的維修保養和維持流場的穩定，出口部的中空部截面可以構成為圓形、正方形或者長方形。
作為本發明的冷噴塗用噴嘴有關的具體例構成為上述出口部具有大於上述喉部的中空部截面積的中空部截面積、並構成為直線形，在上述收斂引入部的輸入端的整個截面積為900的情況下，在上述喉部中的、由噴嘴部內部和噴射管外部構成的流道的截面積為9～25，上述噴射管的中空部截面積為0.25～8，上述出口部的截面積為45～100，上述收斂引入部可構造成這樣的收斂噴嘴，其使得被引入收斂引入部的引入氣體在喉部的流速達到音速。
另外，其它具體的理想情況以如下形式構成上述喉部的內徑為5mm，上述出口部的內徑為7mm，上述噴射管的外徑為4.5～3.5mm，噴射管的內徑為3～1.5mm，上述噴射管的噴射口的位置位於從喉部的出口側端部向出口部0～5mm的位置，並且優選地，可以使上述噴射管的外徑為4mm，噴射管的內徑為2mm，並且，使上述噴射管構成為這樣，即，噴射口在喉部或者出口部內可沿噴嘴的軸向改變位置，其位置可以為從喉部的出口側端部向出口部側0～5mm。
由此，噴嘴內的流可以防止產生作用於噴射管內側的壓力即背壓，並且，可以獲得高速流，可以進行平穩的噴塗。
另外，本發明的冷噴塗用噴嘴構成為除了上述噴嘴的結構，上述噴嘴部10還包括緩衝室30，該緩衝室30以上述喉部4的端部或者出口部6的一個定點為基點22擴展，以具有大於在上述基點22處的中空部截面積的中空部截面積，然後再次收斂，以與出口部內表面連接的連接部24的方式形成固定體積；此時，上述噴射管的端部噴射口可以配置為位於上述喉部內、位於超過該喉部的緩衝室內或者出口部內。
與此相關的具體實施例如圖4至圖7所示，上述收斂引入部2構成為這樣使所供給的運載氣體在喉部4達到音速，除了噴射管20之外的其它部分部分僅僅被氣體充滿。由此，在上述喉部4運載氣體的速度達到音速，由於從上述喉部4出來的運載氣體通過出口部6(該出口部使流擴散)，因此被加速至300～1200m/s。由於將通過上述噴射管20提供的氣體/粉末混合體與這種運載氣體一同噴射到喉部4內或者噴射到超過該喉部4的緩衝室30內或者出口部6內，因此不會發生在喉部4處的由於塗覆而引起的堵塞和由於碰撞而導致的磨損，其中，喉部4為噴嘴中截面積最小的部位。另外，上述噴嘴部10還包括緩衝室30，該緩衝室30以上述喉部4的端部或者出口部6的一個定點為基點22擴展，以具有大於在上述基點22處的中空部截面積的中空部截面積，然後再次收斂，從而以與出口部內表面連接的連接部24的方式形成固定體積。利用這種緩衝室30，可以從根本上切斷加速至音速的流與噴嘴部10的內部的相互作用。
另外，由於是在高速區域噴射，如上所述，通過吸入而流入噴嘴內，因此在噴射管20的入口端不需要另外加壓，因此，不需要加壓裝置，可以簡單地構成裝置。
優選地，上述噴嘴由這樣構成的上述喉部4和出口部6形成，即從上述收斂引入部2引入的氣體使從上述噴射管的噴射口12噴射的氣體/粉末混合體流收斂，以使其速度達到音速，然後，上述流再次擴散。由此，氣體/粉末混合體的流速也能夠增大至超音速300～1200m/s，因此具有使出口部6的端部(即出口端8)處的粉末速度增大的效果。
即，與不具有上述緩衝室的情況相類似，在具有緩衝室30的情況下，如圖15至圖16所示，可以觀察到通過喉部4的運載氣體被收斂引入部2加速並達到音速，由於在其後的出口部6處截面積增大，因此相當於與上述系統中的機械裝置類似的、沒有緩衝區的擴散區，從而運載氣體被加速至超音速。不僅如此，上述運載氣體由於膨脹使從上述噴射管20出來的氣體/粉末混合體流收縮，並使從噴射管20的噴射口12噴射的流收斂。在上述收斂足夠使從噴射口12噴射的流的速度加速至音速時，上述流加速至音速，然後通過在運載氣體的收縮影響變小的出口部6的後端處的擴散，噴射至噴射口12的流也被加速至超音速，因此從噴嘴噴射的整個流可以被加速至超音速，並能夠以高的碰撞速度進行塗覆。
這一點若觀察圖15至圖16所示內容就可以可靠地確認，通過附圖可以清楚地觀察到從噴射管20出來的流最初隨著從噴射管流出而速度減小，但是由於被周圍的流向內部推動而變窄，並收縮收斂，由此速度增加並達到音速，之後其再次膨脹、並被加速至超音速。
另外，在該情況下，上述出口部6的形狀只要能夠使粉末具有300～1200m/s的速度即可，對其形狀並無限制，可以構成多種形狀，這可以是圖6至圖7所示的擴散形狀或圖4至圖5所示的直線形狀。作為產生這種加速機械裝置的具體例，如圖4至圖5所示，上述出口部6可構成為具有大於上述喉部4的中空部截面積的中空部截面積，並構成為直線形，並且優選地，本發明的冷噴塗用噴嘴由這樣構成的上述喉部4和出口部6形成，即從上述收斂引入部2引入的氣體使從上述噴射管的噴射口噴射的氣體與粉末混合體流收斂並使其速度達到音速後，上述流再次擴散。另外，作為將噴嘴部10的內部與粉末的相互作用減少到最少的優選具體例，如圖6至圖7所示，上述出口部6可以構成為具有大於上述喉部4的中空部截面積的中空部截面積，並構成為擴散的形狀，並且優選地，本發明的冷噴塗用噴嘴由這樣構成的上述喉部4和出口部6形成從上述收斂引入部2引入的氣體使從上述噴射管的噴射口12噴射的氣體與粉末混合體流收斂並使其速度達到音速後，上述流再次擴散。
可知這種結構可以通過圖15至圖16的圖示獲得，該圖示為將流場模擬成圖14的形狀、並利用Fluent進行數值分析的結果，Fluent為計算機流動分析用CFD解析碼。
另外，在該情況下，上述喉部4為上述噴嘴的最小內徑部位，並可構成為這樣的形式，即，具有固定長度，在該長度上具有相同的截面。與此有關的一例如圖5至圖7所示，由此，如圖5所示，可以使噴射管的噴射口12位於喉部內、喉部、喉部的端部、緩衝室或者出口部內，也可以根據需要使其在工序中或工序前後改變至所希望的位置。
因此，根據需要，如圖5所表示的其中一個實施例所示，上述噴射管20可構成為可沿噴嘴的軸向移動，以使其噴射口12可以在喉部內、緩衝室內或者出口部內改變位置。由此，可以調節喉部4或者出口部6內的由於塗覆而引起的堵塞或者汽相澱積，或可以將由於碰撞而產生的磨損向減小的方向調節，還可以如圖15至圖16所示那樣調節出口端的最終流速。即，在圖15和圖16中可觀察到由於噴射口12的突出量(從喉部的端部到出口部側的噴射口的距離)改變，在出口端8處的粉末速度變大。因此，可以根據粉末的種類或混合比，僅僅通過改變噴射管的噴射口12的位置來進行適當的速度調節，具有容易控制的優點。
另外，根據工序上的需要或者要塗覆成的形狀，上述收斂引入部2、喉部4和噴射管20的中空部截面與出口部6的中空部截面可以使用以往的多種形狀，優選地，上述收斂引入部、喉部、緩衝室和噴射管的中空部截面為圓形；為了設備的維修保養和維持流場的穩定，出口部的中空部截面可以構成為圓形、正方形或者長方形。
另外，為了防止由從上述噴射管噴射的氣體/粉末混合體與運載氣體混合而成的混合體與噴嘴部的內部碰撞塗覆，或使噴嘴部的內部磨損，在噴嘴部內部擴展一定空間是非常有幫助的，因此，為了該目的，如上所述，在噴嘴部2內部具有上述緩衝室，優選地以擴散形狀形成出口部。
另外，如圖4至圖7所示，上述緩衝室30構成為以上述定點為基點22，沿垂直方向在預定寬度內均勻地增加內徑，以使緩衝室30具有大於在上述基點22處的中空部截面積的中空部截面積，然後，上述內徑以固定比率減小並形成與出口部的內部連接的連接部24；如圖4至圖6所示，該緩衝室的位置可以從喉部端部形成，如圖7所示，也可以構成為位於出口部內的規定部分。
另外，以上述固定比率減少的區間的減少可以以現有的多種形式減少，其可以以直線性減少、指數性減少、拋物線性減少等多種形式減少，考慮到製作的容易性和將堵塞現象或磨損現象減少到最少，優選地，如圖4～圖7所示，上述固定比率的減少為，從噴嘴的中心軸傾斜30～60°角度的直線形式直線性的減少。
作為與本發明的冷噴塗用噴嘴相關的具體例構成為上述出口部具有大於上述喉部的中空部截面積的中空部截面積、並構成為直線形，在上述收斂引入部的輸入端的整個截面積為900的情況下，在上述喉部中的、由噴嘴部內部和噴射管外部構成的流道的截面積為9～25，上述噴射管的中空部截面積為0.25～8，上述出口部的截面積為45～100；上述收斂引入部構成為這樣的收斂噴嘴，即，其可以使被引入收斂引入部的引入氣體在喉部的流速達到音速。
另外，其它具體的理想情況可以以如下形式構成上述喉部的內徑為5mm，上述緩衝室以喉部的出口部側端部為基點形成，其中，緩衝室基點的內徑為14mm、上述內徑以從噴嘴中心軸傾斜30～60°的直線的形式減少，並且該緩衝室形成為與上述出口部的內面在內徑為7mm的地方連接，上述出口部從上述喉部的出口部側端部到出口端的距離為60mm，出口端的內徑為10mm，上述噴射管的外徑為4.5～3.5mm，噴射管的內徑為3～1.5mm，上述噴射管的噴射口的位置位於上述緩衝室內。
由此，噴嘴內的流可以防止產生作用於噴射管內側的壓力即背壓，並且，將從噴射管噴射的粉末與噴嘴內部壁面的相互作用減少到最少，可以減少堵塞或磨損，同時可以獲得高速流，可以進行平穩的噴塗。
另外，本發明提供一種冷噴塗裝置，其特徵在於，包括上述多種形狀的本發明的冷噴塗噴嘴；與上述噴嘴的收斂引入部連接的氣體供給裝置；以及與上述噴射管連接的氣體/粉末混合體供給裝置。
與此相關的具體例如圖17所示，其特徵在於，可以同時使用在普通現有的冷噴塗裝置中使用的全部裝置，但是，供給至噴射管的壓力較低，因此，在噴射管的輸入端不另具有加壓裝置。
另外，本發明提供一種冷噴塗方法，其特徵在於，包括如下步驟利用這種冷噴塗裝置，可以在與以往的冷噴塗工序相類似的條件下進行冷噴塗工序。即，利用上述冷噴塗裝置，將由上述氣體供給裝置供給的氣體被加速到音速或超音速，在上述加速後的氣體中混合從上述氣體/粉末混合體供給裝置供給的氣體/粉末混合體，在將氣體/粉末混合體維持在足夠低的溫度的狀態下，將上述粉末加速至300～1200m/s，噴射到被塗覆物的表面來進行塗覆。
上述工序中的工序條件可以全部使用與以往的冷噴塗工序相類似的條件。但是，即使供給至噴射管的壓力較低，也可通過吸入來進行噴射，因此具有可以將上述供給壓力維持得較低的優點，當然也可以根據需要將上述供給壓力調高。
另外，上述氣體/粉末混合體在混合體內的粉末體積比率為1～99％的範圍內具有多種範圍，上述粉末中使用的物質可以為金屬、合金、金屬或合金的混合物、有機物、無機物、有機物或無機物的混合物，或者它們的混合物等多種物質的全部，根據塗覆層的要求特性，可以以多種形式的組合來進行單層塗覆或多層塗覆。
此外，本發明提供了一種塗覆物，其特徵在於，利用上述冷噴塗方法來進行塗覆。成為上述塗覆對象的被塗覆物可以是金屬、合金、金屬或合金的混合物、有機物、無機物、有機物或無機物的混合物、或者它們的混合物等多種物質的全部，根據被塗覆物的要求特性，可以多種形式的組合構成被塗覆物。
以上所說明的本發明並不限於上述發明的詳細說明及附圖，當然在不脫離權利要求範圍中所述的本發明的精神和領域的範圍內，本領域的技術人員所進行多種修正和改變都包含在本發明的範圍內。
權利要求
1.一種冷噴塗用噴嘴，其特徵在於，包括中空型噴嘴部，其具有截面積收斂的收斂引入部，與上述收斂引入部的收斂端部連接的喉部，與上述喉部的端部連接的出口部；和噴射管，其位於上述收斂引入部的內部，該噴射管配置為在其端部的噴射口位於上述喉部或超過該喉部的出口部內；其中在上述出口部的出口端處的粉末流速為300～1200m/s。
2.根據權利要求1所述的冷噴塗用噴嘴，其特徵在於，上述噴嘴部還包括緩衝室，該緩衝室以上述喉部的端部或者出口部的一個定點為基點擴展，以具有大於在上述基點處的中空部截面積的中空部截面積，然後再次收斂，從而以與出口部內表面連接的連接部的形式形成固定體積；上述噴射管的端部噴射口配置為位於上述喉部內、位於超過該喉部的緩衝室內、或者位於出口部內。
3.根據權利要求1或2所述的冷噴塗用噴嘴，其特徵在於，上述喉部和出口部構造為這樣從上述收斂引入部引入的氣體使從上述噴射管的噴射口噴射的氣體/粉末混合體流收斂，以使其速度達到音速，然後，上述流再次擴散。
4.根據權利要求1或2所述的冷噴塗用噴嘴，其特徵在於，上述出口部具有大於上述喉部的中空部截面積的中空部截面積，並構成為直線形。
5.根據權利要求1或2所述的冷噴塗用噴嘴，其特徵在於，上述出口部具有大於上述喉部的中空部截面積的中空部截面積，並構成為擴散的形狀。
6.根據權利要求4所述的冷噴塗用噴嘴，其特徵在於，上述喉部和出口部構造成這樣從上述收斂引入部引入的氣體使從上述噴射管的噴射口噴射的氣體與粉末混合體流收斂，以使其速度達到音速，然後，上述流再次擴散。
7.根據權利要求5所述的冷噴塗用噴嘴，其特徵在於，上述喉部和出口部構造為這樣從上述收斂引入部引入的氣體使從上述噴射管的噴射口噴射的氣體與粉末混合體流收斂，以使其速度達到音速，然後，上述流再次擴散。
8.根據權利要求1或2所述的冷噴塗用噴嘴，其特徵在於，上述喉部是上述噴嘴部的最小內徑部位，並且具有固定長度，在該長度上的截面相同。
9.根據權利要求1或2所述的冷噴塗用噴嘴，其特徵在於，上述噴射管可以沿噴嘴的軸向移動，以使其噴射口能夠在喉部內或出口部內改變位置。
10.根據權利要求1或2所述的冷噴塗用噴嘴，其特徵在於，上述收斂引入部、喉部以及噴射管的中空部截面為圓形，上述出口部的中空部截面為圓形、正方形或者長方形。
11.根據權利要求2所述的冷噴塗用噴嘴，其特徵在於，上述緩衝室以上述定點為基點沿垂直方向在預定寬度內均勻地增加內徑，以使緩衝室具有大於在上述基點處的中空部截面積的中空部截面積，然後，上述內徑以固定比率減小，從而以與出口部內表面連接的連接部的形式形成固定體積。
12.根據權利要求11所述的冷噴塗用噴嘴，其特徵在於，上述固定比率的減少以從噴嘴的中心軸傾斜30～60°角度的直線的形式直線性減少。
13.根據權利要求1或2所述的冷噴塗用噴嘴，其特徵在於，在上述收斂引入部的輸入端的整個截面積為900的情況下，在上述喉部中的、由噴嘴部內部和噴射管外部構成的流道的截面積為9～25，上述噴射管的中空部截面積為0.25～8，上述出口部的截面積為45～100，上述收斂引入部構造成這樣的收斂噴嘴，即，其使被引入收斂引入部的氣體在喉部的流速達到音速。
14.根據權利要求1所述的冷噴塗用噴嘴，其特徵在於，上述喉部的內徑為5mm，上述出口部的內徑為7mm，上述噴射管的外徑為4.5～3.5mm，噴射管的內徑為3～1.5mm，上述噴射管的噴射口的位置位於從喉部的出口側端部向上述出口部0～5mm的位置。
15.根據權利要求5所述的冷噴塗用噴嘴，其特徵在於，上述喉部的內徑為5mm，上述緩衝室形成為以喉部的出口部側端部為基點，其中，在上述基點處的內徑為14mm、上述內徑以從噴嘴中心軸傾斜30～60°的直線的形式減少，並且該緩衝室形成為與上述出口部的內部在內徑為7mm的地方連接，上述出口部從上述喉部的出口部側端部到出口端的距離為60mm，上述出口端的內徑為10mm，上述噴射管的外徑為4.5～3.5mm，上述噴射管的內徑為3～1.5mm，上述噴射管的噴射口的位置位於上述緩衝室內。
16.一種冷噴塗裝置，其特徵在於，包括權利要求1～15中的任一項所述的冷噴塗用噴嘴；與上述噴嘴的收斂引入部連接的氣體供給裝置；與上述噴射管連接的氣體/粉末混合體供給裝置。
17.一種使用如權利要求16的冷噴塗裝置的冷噴塗方法，其特徵在於，包括如下步驟將由上述氣體供給裝置供給的氣體加速到音速或超音速，在上述加速後的氣體中混合從上述氣體/粉末混合體供給裝置供給的氣體/粉末混合體，在將氣體/粉末混合體維持在足夠低的溫度的狀態下，將上述粉末加速至300～1200m/s，噴射到被塗覆物的表面來進行塗覆。
18.一種塗覆物，其特徵在於，利用如權利要求17所述的冷噴塗方法進行塗覆。
全文摘要
提供一種冷噴塗用噴嘴及使用該冷噴塗用噴嘴的冷噴塗裝置，其能夠在塗覆軟質材料的粉末時使噴嘴堵塞現象減至最少，可以在塗覆高硬度材料的粉末時防止噴嘴的磨損，由於可以長時間使用噴嘴，因此可容易地應用於大規模生產，可以實施長時間高品質的塗覆。本發明的冷噴塗用噴嘴及使用該冷噴塗用噴嘴的冷噴塗裝置，其特徵在於，包括中空型噴嘴部，其具有截面積收斂的收斂引入部，與上述收斂引入部的收斂端部連接的喉部，與上述喉部的端部連接的出口部；以及噴射管，其位於上述收斂引入部的內部，該噴射管配置為其端部噴射口位於上述喉部或超過該喉部的出口部內；在上述出口部的出口端處粉末流速為300～1200m/s。
文檔編號B05B1/02GK1830576SQ200510083138
公開日2006年9月13日 申請日期2005年7月13日 優先權日2005年3月9日
發明者高景現, 李夏勇, 李在洪, 李在丁, 劉永鎬 申請人:Snt株式會社