CN102873011A - 一种内孔冷喷涂喷枪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内孔冷喷涂喷枪，包括送粉接头、两个工作气体入口接头、L型预气室、测温接头、测压接头、送粉管和拉瓦尔喷嘴；其特征在于还包括中间件；送粉接头置于L型预气室的顶端，L型预气室的末端通过中间件固定连接拉瓦尔喷嘴；送粉管连接送粉接头，并沿着L型预气室内设置的通孔与拉瓦尔喷嘴相连通，在L型预气室的末端、拐弯后平直部位进行固定。本发明改变送粉的位置和途径，预气室的竖直段长度可依照实际情况确定，可以实现内孔冷喷涂技术在对孔径较小的内壁表面进行冷喷涂处理，在工件的内壁制备涂层，还可以实现对工件的修复和可再制造，从而提高工件内孔壁的表面性能。

Description

一种内孔冷喷涂喷枪

技术领域

本发明涉及表面工程领域中一种材料表面改性的装置，具体地说是一种利用冷喷涂技术将粉末粒子沉积到工件内孔表面以制备涂层的装置，涉及一种内孔冷喷涂喷枪。

背景技术

冷喷涂是由热喷涂技术拓展而来的一种新型的、先进的表面涂层技术。冷喷涂是基于空气动力学与高速碰撞动力学原理的过程，首先将高压气体导入收缩-扩张型拉瓦尔喷嘴，气体流过喷嘴喉部后产生超音速流动，然后由送粉气体将喷涂粉末沿轴向从喷嘴上游送入气流中，粉末粒子经过整个喷嘴被加速到300～1200m/s以上的高速度，形成高速粒子流，与基体碰撞发生剧烈的塑性变形而沉积形成涂层。在这一过程中，工作气体通常预热，根据喷涂材料不同，温度一般在100～800°C，但远低于喷涂材料的熔点。由于喷涂过程采用相对低的温度，可避免在热喷涂过程中发生的氧化（针对金属材料）、相变、分解、化学反应、晶粒长大（针对纳米结构材料）等不利影响。目前，冷喷涂技术已经成功被用于制备大部分纯金属、合金、金属基复合材料、纳米结构金属涂层或块材等。

众所周知，很多工业零部件的内表面需要进行防护。对于因磨损或腐蚀而失效的内孔零部件，例如发动机的气缸套是磨损最为严重的零部件，由于承受高温、高压冲击和活塞往复摩擦直运动，磨损较快，易产生拉缸现象。因此，可在缸套的内壁上喷涂涂层代替原有的铸钢套，不仅可以降低缸套内壁的磨损，还能减轻发动机的重量，延长发动机的使用寿命。采用喷涂技术在零部件的表面沉积防腐和耐磨涂层是解决零部件腐蚀和磨损的一种有效手段，但当内部空间狭窄的时候，一般的喷涂设备就很难用于零部件内表面防护涂层的制备。虽然目前部分热喷涂技术已经解决了内孔喷涂的问题，例如：中国专利(88213477.9)公开了一种喷涂内径105mm工件的内孔等离子喷枪；美国专利(5245153)公布了一种自耗电极的内孔电弧喷涂装置。但是在热喷涂过程中不可避免的会出现基体和喷枪过热的现象，因此，冷喷涂技术有望成为一种制备内孔金属涂层或复合涂层的新方法。但现有的冷喷涂喷枪由于受喷涂空间和伸入孔中喷嘴不能垂直于内孔壁等因素的限制，不能在较小直径的内孔表面喷涂涂层。因此，开发一种简易的、制造成本低的、相对尺寸较小的内孔冷喷涂喷枪将非常有工程意义。这不仅可以实现内孔冷喷涂技术在工件的内壁制备涂层，还可以实现对工件的修复和可再制造。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种内孔冷喷涂喷枪，解决采用冷喷涂技术对孔径较小的内壁表面进行冷喷涂处理，从而提高工件内孔壁的表面性能的问题。

技术方案

一种内孔冷喷涂喷枪，包括送粉接头1、工作气体入口接头2、L型预气室4、测温接头6、测压接头7、送粉管8和拉瓦尔喷嘴10；其特征在于还包括中间件9；送粉接头1置于L型预气室4的顶端，L型预气室4的末端通过中间件9固定连接拉瓦尔喷嘴10；送粉管8连接送粉接头1，并沿着L型预气室4内设置的通孔与拉瓦尔喷嘴10相连通，在L型预气室4的末端、拐弯后平直部位进行固定。

在拉瓦尔喷嘴10与L型预气室4之间设有斜拉的固定杆5。

在L型预气室4的顶端设有安装送粉接头1和2个工作气体入口接头的冒口3。

所述的拉瓦尔喷嘴10扩张比为4～10。

所述的工作气体入口接头2为两个。

有益效果

本发明提出的一种内孔冷喷涂喷枪，改变送粉的位置和途径，预气室的竖直段长度可依照实际情况确定，采用两部分加工。由预气室的顶端装入送粉管后，采用焊接将两部分连接起来，其他部件采用螺纹连接，便于拆装，并采用球锥面配合的达到密封的效果。此外，预气室中的工作气体还可以起到对送粉管中气体粉末的间接辅助加热作用。

一种简易的、制造成本低的、相对尺寸较小的内孔冷喷涂喷枪将非常有工程意义。这不仅可以实现内孔冷喷涂技术在对孔径较小的内壁表面进行冷喷涂处理，在工件的内壁制备涂层，还可以实现对工件的修复和可再制造，从而提高工件内孔壁的表面性能。

附图说明

图1为本发明的三维立体结构示意图；

图2为本发明的平面正视图；

图3为本发明的喷嘴具体实施结构示意图；

1—送粉接头，2—工作气体入口接头，3—冒口，4—L型预气室，5—固定杆，6—测温接头，7—测压接头，8—送粉管，9—中间件，10—拉瓦尔喷嘴，10-1—喷嘴入口段，10-2—喷嘴收缩段，10-3—喷嘴喉部，10-4—喷嘴扩张段，10-5—喷嘴出口直径。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本发明实施例所采用的技术方案是提供一种可伸入较小孔径的内孔冷喷涂喷枪，其特征在于：送粉接头1、工作气体入口接头（2个）2、冒口3、预气室4、固定杆5、测温接头6、测压接头7、送粉管8、中间件9、拉瓦尔喷嘴10。送粉接头1用于连接送粉装置；工作气体入口接头2用于连接导入工作气体至预气室4；冒口3用于密封预气室4，并连接送粉接头1和工作气体入口接头2；预气室4用于使导入的气流稳定后再流入喷嘴10，还可以对送粉管8中的送气粉末进行一定程度的加热作用，其中预气室中气体温度与压力可分别通过测温接头6与测压接头7获得，用于在线监测；固定杆5用于连接喷嘴10和预气室4，并采用螺栓螺母紧固，在冷喷涂过程固定喷枪整体，防止气流的冲击作用；送粉气体先经过送粉管8的竖直段然后再通过后部轴向的水平段把粉末送入喷嘴10的收缩段10-2；中间件9用于连接预气室4和喷嘴10；拉瓦尔喷嘴10用于产生超音速气流，以加速粉末粒子，从而制备涂层。

该内孔冷喷涂喷枪中工作气体可选择单一气体（压缩空气、氮气、氩气、氦气）或它们的混合气体；可工作在高压（1.0～4.0MPa）或低压（0.4～1.0MPa）的气体条件下；气体温度可在室温～800°C之间。

内孔冷喷涂喷枪的喷嘴是基于FLUENT软件优化设计的收缩-扩张型拉瓦尔喷管，该内孔冷喷涂喷枪可实现纯金属、合金、金属基复合材料、纳米结构材料等涂层的制备。

图1和图2为本实施例的示意图，由帽口3、预气室4、固定件5、送粉管8、中间件9和喷嘴10组成。送粉接头1连接送粉器，粉末通过帽口3导入送粉管8中的竖直段，当采用单一工作气体时，预热后（温度在100～800°C之间）的工作气体（高压或低压）经过两个工作气体入口之一的接头导入到预气室4中（此时另一个气体入口接头被封闭）；当采用混合工作气体时，两个工作气体入口接头2均连接送气装置，经过气体加热装置预热过的工作气体通过帽口3流入预气室4中，此时预气室4中预热过的工作气体可以对送粉管8中的粉末进行间接的加热作用，粉末由送粉管8中的竖直段流向了平直段，此时，工作气流向也转变为水平方向，其中预气室中的气体温度与压力可分别通过测温接头6与测压接头7获得，用于在线监测喷枪入口前的气体温度和压力，与此同时，工作气体携带待喷涂粉末的送粉气体由喷嘴入口10-1进入喷嘴收缩段10-2，形成汇流并经过喷嘴收缩段10-2的压缩效应，在喷嘴喉部10-3达到音速，然后进入下游喷嘴扩张段10-4，在喷嘴扩张段10-4产生超音速流动，经高速工作气流加速后。粒子飞出喷嘴出口10-5后，撞击工件的内孔壁，如果粒子速度超过临界速度，就可以形成涂层。

本实施例中喷嘴10为关键部件，是经过FLUENT软件优化设计的收缩-扩张型拉瓦尔喷管。图3为本发明中喷嘴的一个具体实施例：应用在孔径为70mm或大于70mm的零部件，喷嘴入口段10-1前为一直径8mm、长度10mm的平直段；喷嘴入口段10-1直径为8mm，喷嘴收缩段10-2长度为10mm；喷嘴喉部10-3直径为2mm；喷嘴扩张段10-4长度为40mm；喷嘴出口直径10-5为5mm。以上是此具体实施例中喷嘴关键部位的尺寸，但是根据实际的工程应用情况还可以适当的调整喷嘴中的以下尺寸：喷嘴下游扩张段10-4的长度以及喷嘴10中喷嘴出口10-5直径和喉部10-3直径（保证扩张比在4～10，此实施例为6.25；保证扩张段长度尽可能长）。

Claims (5)

1.一种内孔冷喷涂喷枪，包括送粉接头（1）、工作气体入口接头（2）、L型预气室（4）、测温接头（6）、测压接头（7）、送粉管（8）和拉瓦尔喷嘴（10）；其特征在于还包括中间件（9）；送粉接头1置于L型预气室（4）的顶端，L型预气室（4）的末端通过中间件（9）固定连接拉瓦尔喷嘴（10）；送粉管（8）连接送粉接头（1），并沿着L型预气室（4）内设置的通孔与拉瓦尔喷嘴（10）相连通，在L型预气室（4）的末端、拐弯后平直部位进行固定。

2.根据权利要求1所述内孔冷喷涂喷枪，其特征在于：在拉瓦尔喷嘴（10）与L型预气室（4）之间设有斜拉的固定杆（5）。

3.根据权利要求1或2所述内孔冷喷涂喷枪，其特征在于：在L型预气室4的顶端设有安装送粉接头（1）和工作气体入口接头的冒口（3）。

4.根据权利要求1所述内孔冷喷涂喷枪，其特征在于：所述的拉瓦尔喷嘴（10）扩张比为4～10。

5.根据权利要求1或3所述内孔冷喷涂喷枪，其特征在于：所述的工作气体入口接头（2）为两个。

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