大氣敞開環境下控制氣氛等離子噴塗裝置製造方法
2023-12-06 18:19:01 1
大氣敞開環境下控制氣氛等離子噴塗裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開一種大氣敞開環境下控制氣氛等離子噴塗裝置，屬於表面工程【技術領域】。在進行等離子噴塗時，採用該裝置能夠在噴槍外形成具有穩定流場和溫度場的渦流保護氣氛，有效阻礙噴塗粉末在製備過程中的氧化，保證複合塗層的純度及性能，提高塗層抗氧化和耐燒蝕的性能。該噴塗裝置包括噴槍、保護罩和套筒。保護罩同軸套裝在噴槍的噴頭上，保護罩上設置保護氣流通道、擴張氣流通道和渦流通道。其中擴張氣流通道能夠擴大氣體的保護範圍，渦流通道能夠在噴槍外形成渦流保護氣氛，不僅能夠方便的控制粉末飛行的軌跡，還可起到攪拌反應氣體和噴塗顆粒的作用，使氣體和顆粒分布更為均勻，從而有利於二者充分反應，製備性能良好的塗層。
【專利說明】大氣敞開環境下控制氣氛等離子噴塗裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種噴塗裝置，具體涉及一種大氣敞開環境下控制氣氛等離子噴塗裝置，屬於表面工程【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著航空、航天及民用技術的進步與發展，對發動機等熱端部件的使用溫度提出了更高的要求，熱障塗層可以有效地為熱端部件提供隔熱、抗氧化、抗腐蝕的作用並延長熱端部件的使用壽命。抗氧化塗層是針對於提高熱端部件的抗氧化性能而開發的熱障塗層體系，包含有矽化物、硼化物等，其機理在於塗層服役時，在高溫下易氧化元素通過氧化反應形成氧化物填充塗層裂紋等缺陷，從而起到阻擋氧的滲入，起到提高塗層氧化性的作用。
[0003]目前，製備抗氧化塗層的方法主要有包埋法、化學氣相沉積法、雷射熔覆法以及等離子噴塗法。包埋法要求在高溫下長時間擴散，試樣尺寸受到限制，基體性能容易發生變化；化學氣相沉積法製備的塗層成分變化有限，表面塗層厚度太薄；雷射熔覆製備塗層成型差，孔洞較多，不適用於形狀複雜的工件。等離子噴塗技術製備的塗層具有基體變形小、塗層成分在較大範圍內可控、厚度易控制、易操作等優點，因此是製備熱障塗層的常用技術。但是常規的等離子噴塗是在如噴塗間的大氣敞開環境裡進行的，使得粉末在高溫焰流中易發生氧化，導致塗層內氧化物含量較高，影響塗層在服役過程中的使用壽命和塗層性倉泛。
【發明內容】
[0004]有鑑於此，本發明提供一種大氣敞開環境下控制氣氛等離子噴塗裝置，在進行等離子噴塗時，採用該裝置能夠在噴槍外形成具有穩定流場和溫度場的渦流保護氣氛，有效阻礙噴塗粉末在製備過程中的氧化，保證複合塗層的純度及性能，提高塗層抗氧化和耐燒蝕的性能。
[0005]該等離子噴塗裝置包括:等離子噴槍、保護罩和套筒；所述保護罩為具有中心孔的環形結構，同軸套裝在等離子噴槍的噴頭上；保護罩由依次同軸設置的錐形段、柱形段A和柱形段B組成；其中柱形段A的直徑大於柱形段B的直徑。
[0006]在所述保護罩內設置有保護氣流通道、擴張氣流通道和渦流通道；具體為:在保護罩錐形段的小端端面上沿其周向均勻分布有一圈以上軸向通孔，形成一個以上保護氣流通道；所述軸向通孔的間距和孔徑保證保護氣流通道出來的保護氣流能夠擴散至保護罩的軸線上；在所述柱形段B的外圓周面沿其周向均勻分布有一圈通孔，所述通孔為沿保護罩軸向的螺旋孔，螺旋延伸至保護罩的內表面，由此形成渦流通道；在所述錐形段的錐形面上沿其周向均勻分布有一圈盲孔，盲孔的軸線垂直於錐形段的母線，在保護罩柱形段B的端面上沿其周向加工有一圈與上述盲孔一一貫通的軸向孔，由此形成擴張氣流通道。
[0007]所述套筒同軸固接在保護罩柱形段B的端部，套筒與柱形段B相連的一端為凹形結構，該凹形結構的內圓周面與柱形段B的外圓周面匹配，內端面與柱形段B的端面匹配；在該凹形結構的內圓周面上加工有與渦流通道貫通的環形槽，內端面上加工有兩個以上分別與保護氣流通道和擴張氣流通道一一對應貫通的環形槽；上述環形槽分別通過接氣管與相應的氣瓶連接。
[0008]形成保護氣流通道的軸向通孔的間距為孔徑為0.5mm-1.5mm。
[0009]形成渦流通道的螺旋孔的螺旋角度為15°。
[0010]所述螺旋孔、盲孔及軸向通孔的孔徑依次增大。
[0011]有益效果:
[0012](1)採用該裝置在進行等離子噴塗時能夠在噴槍外形成渦流保護氣氛，渦流氣氛作為保護氣氛具有穩定的流場和溫度場，使存在於這個場中的粉末可以在渦流的作用下垂直於工件表面，從而更為方便的控制粉末飛行的軌跡以及粉末的溫度場和速度場的標定。有效阻礙噴塗粉末在製備過程中的氧化，保證複合塗層的純度及性能，提高塗層抗氧化和耐燒蝕的性能。同時渦流氣體對噴槍口邊緣產生剪切力，以解決傳統不加此保護罩的噴塗過程中，噴槍口邊緣處易粘結粉末的問題，達到自清潔的目的。
[0013](2)在該保護罩上設置有多組通孔，可通入不同的氣體。在實際運用中，若噴塗需要反應氣體的參與，除通入保護氣體外，也可從通孔中通入反應氣體。在噴塗過程中，在焰流的高溫下反應氣體與其他原料反應，形成所需物質，進而形成塗層。同時通入反應氣體後，渦流保護氣體可起到攪拌反應氣體和噴塗顆粒的作用，使氣體和顆粒可以分布更為均勻，從而有利於二者充分反應，製備性能良好的塗層。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為保護罩的立體圖；
[0015]圖2為套筒的剖視圖。
[0016]其中:1-錐形段、2-柱形段A、3_柱形段B、4_軸向通孔、5_圓孔、6_螺旋孔
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖並舉實施例，對本發明進行詳細描述。
[0018]本實施例提供一種大氣敞開環境下控制氣氛等離子噴塗裝置，通過該裝置在敞開環境裡進行等離子噴塗時，能夠在噴槍外形成渦流保護氣氛，有效阻礙噴塗粉末在製備過程中的氧化，提高塗層抗氧化和耐燒蝕的性能。
[0019]該噴塗裝置包括噴槍、保護罩和套筒，保護罩的結構如圖1所示，包括依次同軸設置的錐形段1、柱形段A2和柱形段B3。其中柱形段A2的直徑大於柱形段B3的直徑，由此在柱形段A2與柱形段B3之間形成臺階；保護罩的中心孔為階梯孔。
[0020]在所述保護罩內設置有保護氣流通道、擴張氣流通道和渦流通道，具體為:在保護罩錐形段1的小端端面上沿其周向均勻分布有兩圈軸向通孔，由此形成兩個保護氣流通道。軸向通孔的間距和孔徑保證每個軸向通孔出來的氣流在保護罩的軸線上有交疊，即保證保護氣流通道出來的保護氣流能夠擴散至保護罩的軸線上，從而在保護罩的中心也能形成保護氛圍，避免存在保護氣體的盲區，影響噴塗效果。本實施例中軸向通孔的間距為2_，孔徑為1mm。在錐形段的錐形面上沿其周向均勻分布有一圈圓孔，圓孔的軸線垂直於錐形段的母線，從而使圓孔的軸線與保護罩軸線方向呈一定角度，在保護罩柱形段B的端面上沿其周向加工有一圈與上述錐形段上的圓孔一一貫通的軸向孔，由此形成擴張氣流通道，以擴大保護氣氛的範圍。在柱形段B的外圓周面沿其周向均勻分布有一圈通孔，該通孔為沿順時針方向螺旋上升的螺旋孔，旋轉傾角為15°，由此形成渦流通道。渦流通道用於在保護罩的中心孔內形成渦流，當進行等離子噴塗工藝製備塗層時，保護氣體通過渦流通道在噴槍外形成渦流保護氣氛。上述形成渦流通道的螺旋孔的孔徑、形成擴張氣流通道的圓孔的孔徑、形成保護氣流通道的軸向通孔的孔徑依次增大，以保證噴槍中心的焰流不受影響。
[0021]套筒的結構如圖2所示，套筒同軸固接在柱形段B的端部(在柱形段B的端面上有三圈同心的圓孔)。套筒與柱形段B相連的一端為凹形結構，該凹形結構的內圓周面與柱形段B的外圓周面匹配，內端面與柱形段B的端面匹配。在該凹形結構的內圓周面螺旋孔所在位置加工有環形槽，該環形槽與渦流通道貫通；該凹形結構的內端面上加工有三個同心的環形槽，該三個環形槽分別與擴張氣流通道和兩個保護氣流通道一一對應貫通。每個環形槽內通過四個通孔與接氣管相連，每個接氣管與相應的氣瓶連接。所述氣瓶為保護氣體氣瓶或反應氣體氣瓶。
[0022]採用該裝置進行噴塗時，將保護罩同軸套裝在噴槍的噴頭上，採用氬氣作為保護氣體，將上述環形槽內的接氣管與氬氣瓶相連，也可選擇一路保護氣流通道與噴塗所需的反應氣體的氣瓶相連。
[0023]噴槍工作前，先打開氬氣瓶，控制氬氣的壓力和流量，在噴槍口至基體材料之間形成保護氣氛環境。然後再打開噴槍和反應氣體的氣瓶進行等離子噴塗，等離子噴塗過程中，由於保護氣氛的存在，能夠有效避免粉末在高溫焰流中發生氧化；同時通入反應氣體後，渦流通道出來的渦流保護氣體可起到攪拌反應氣體和噴塗顆粒的作用，使氣體和顆粒可以分布更為均勻，從而有利於二者充分反應。噴塗結束後，先關閉噴槍和反應氣體的氣瓶，再關閉氬氣瓶。
[0024]綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.大氣敞開環境下控制氣氛等離子噴塗裝置，其特徵在於，包括:等離子噴槍、保護罩和套筒；所述保護罩為具有中心孔的環形結構，同軸套裝在等離子噴槍的噴頭上；保護罩由依次同軸設置的錐形段、柱形段A和柱形段B組成；其中柱形段A的直徑大於柱形段B的直徑； 在所述保護罩內設置有保護氣流通道、擴張氣流通道和渦流通道；具體為:在保護罩錐形段的小端端面上沿其周向均勻分布有一圈以上軸向通孔，形成一個以上保護氣流通道；所述軸向通孔的間距和孔徑保證保護氣流通道出來的保護氣流能夠擴散至保護罩的軸線上；在所述柱形段B的外圓周面沿其周向均勻分布有一圈通孔，所述通孔為沿保護罩軸向的螺旋孔，螺旋延伸至保護罩的內表面，由此形成渦流通道；在所述錐形段的錐形面上沿其周向均勻分布有一圈盲孔，盲孔的軸線垂直於錐形段的母線，在保護罩柱形段B的端面上沿其周向加工有一圈與上述盲孔一一貫通的軸向孔，由此形成擴張氣流通道； 所述套筒同軸固接在保護罩柱形段B的端部，套筒與柱形段B相連的一端為凹形結構，該凹形結構的內圓周面與柱形段B的外圓周面匹配，內端面與柱形段B的端面匹配；在該凹形結構的內圓周面上加工有與渦流通道貫通的環形槽，內端面上加工有兩個以上分別與保護氣流通道和擴張氣流通道一一對應貫通的環形槽；上述環形槽分別通過接氣管與相應的氣瓶連接。
2.如權利要求1所述的大氣敞開環境下控制氣氛等離子噴塗裝置，其特徵在於，形成保護氣流通道的軸向通孔的間距為孔徑為0.5mm-1.5mm。
3.如權利要求1所述的大氣敞開環境下控制氣氛等離子噴塗裝置，其特徵在於，形成渦流通道的螺旋孔的螺旋角度為15°。
4.如權利要求1所述的大氣敞開環境下控制氣氛等離子噴塗裝置，其特徵在於，所述螺旋孔、盲孔及軸向通孔的孔徑依次增大。
【文檔編號】C23C4/12GK104250719SQ201410320454
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年7月7日 優先權日:2014年7月7日
【發明者】柳彥博, 馬壯, 王皓, 魏思豪, 趙雲, 郝斐 申請人:北京理工大學