專利名稱：一種用于等離子噴涂槍的陰極結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料加工、機(jī)械制造領(lǐng)域。涉及一種等離子噴涂槍零部件，特別涉及一種用于等離子噴涂槍的陰極結(jié)構(gòu)。
軸向送粉最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)是直接在陰極中心加工送粉孔道，但是該結(jié)構(gòu)存在下述問(wèn)題由于噴涂過(guò)程中陰極處于高溫狀態(tài)，粉末顆粒容易在靠近陰極端部的位置熔化而堵塞送粉孔道，尤其對(duì)于低熔點(diǎn)的金屬粉末，因此難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)噴涂，此外，中心送粉孔道的送粉氣流直接進(jìn)入電弧，對(duì)電弧產(chǎn)生擾動(dòng)，使電弧電壓波動(dòng)，穩(wěn)定性較差，導(dǎo)致粒子加熱加速不均勻，難以滿足噴涂的要求。
實(shí)現(xiàn)上述目的的解決方案是，一種用于等離子噴涂槍的陰極結(jié)構(gòu)，至少包括一個(gè)噴涂槍陰極的空心支撐體、內(nèi)側(cè)管和外側(cè)鎢管，其特點(diǎn)是，在陰極空心支撐體的一端還設(shè)置一個(gè)帶通孔的內(nèi)側(cè)管和外側(cè)鎢管，內(nèi)側(cè)管設(shè)置在與陰極空心支撐體的通孔上，外側(cè)鎢管設(shè)置在陰極空心支撐體的一端的外表面上，內(nèi)側(cè)管和外側(cè)鎢管之間具有一定的間隙。
本發(fā)明的其它一些特點(diǎn)是所述支撐體為導(dǎo)熱與導(dǎo)電性良好的銅或銅合金材料，所述外側(cè)鎢管的材料為放電性能良好且熔點(diǎn)高的鎢或鎢合金，鎢合金如鈰鎢合金、釷鎢合金。
所述內(nèi)側(cè)管材料為金屬或合金或陶瓷或金屬陶瓷，其中的金屬可以包括鎢、鉬、鐵、銅、鎳、鈦、釩、鉻、鈷、釔、錳、鋯、鈮、鉬、銀、鉭，合金可以包括上述一種或多種元素的合金，陶瓷可以包括氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硅化物陶瓷，金屬陶瓷可以包括上述金屬或合金與陶瓷組成的復(fù)合體。
所述內(nèi)側(cè)管材料與支撐桿相同心，內(nèi)側(cè)管與陰極空心支撐體可以合二為一，為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。
所述外側(cè)鎢管的端面比內(nèi)側(cè)管的端面高，內(nèi)側(cè)管端面的內(nèi)縮量保證電極工作時(shí)，電弧穩(wěn)定地燃燒在外側(cè)鎢管端面。
所述內(nèi)側(cè)管的內(nèi)孔直徑可為1～3mm，壁厚可為1～2mm；外側(cè)鎢管的內(nèi)徑可為3～6mm，壁厚可為3～5mm。
所述支撐體上可以附加一些裝置或形狀用以固定或連接其它零部件，比如加工螺紋、打孔，用以陰極的位置固定、調(diào)節(jié)、連接送粉裝置，還可將例如送粉接頭的裝置安裝在支撐體上。
此陰極結(jié)構(gòu)由空心的支撐體與兩個(gè)同心的鎢管構(gòu)成，直徑相異的兩個(gè)管焊接在支撐體的一端，兩管之間具有一定的間隙。外側(cè)鎢管用作陰極的放電部分，內(nèi)側(cè)管用于將粉末送進(jìn)噴嘴，用以構(gòu)成中心軸向送粉等離子噴涂槍的陰極。
由于本發(fā)明采用兩個(gè)同心管等結(jié)構(gòu)，具有下述優(yōu)點(diǎn)
1)由于采用雙管嵌套結(jié)構(gòu)，內(nèi)外管之間存在直徑差和高度差，確保了電弧僅在外鎢極端部燃燒，2)送粉氣流和粉末不進(jìn)入弧柱，與弧柱基本不發(fā)生作用，對(duì)電弧的干擾較弱，電弧穩(wěn)定性好。
3)內(nèi)側(cè)管和外側(cè)鎢極端面之間的直徑差，以及送粉氣流的冷卻作用，使內(nèi)側(cè)管溫度相對(duì)較低，可以避免粉末在內(nèi)側(cè)管孔道內(nèi)熔化粘結(jié)。
4)由于采用嵌套結(jié)構(gòu)，選用的外鎢極直徑相對(duì)較大，為8～12mm，保證了外鎢極的電流密度小于鎢電極的許用電流密度；5)內(nèi)側(cè)管和外鎢極采用氣體保護(hù)釬焊與空心支撐體連接，實(shí)現(xiàn)了鎢極的良好冷卻。
6)采用空心陰極結(jié)構(gòu)，粉末的有效加熱區(qū)域從傳統(tǒng)等離子噴槍的射流加熱，擴(kuò)展到整個(gè)等離子電弧和等離子射流區(qū)域，因此粒子的加熱效果大大提高，從而可以大幅度降低電弧功率。
基于上述特點(diǎn)，采用本陰極結(jié)構(gòu)的噴槍適用于噴涂各種金屬、陶瓷與金屬陶瓷材料，尤其是陶瓷和高熔點(diǎn)的金屬材料，同時(shí)可以作為高溫?zé)嵩?，例如用于氣體處理。
本發(fā)明可用作等離子噴涂槍的空心陰極，外側(cè)鎢管用作陰極的放電部分，內(nèi)側(cè)管用于將粉末送進(jìn)噴嘴，具有粉末導(dǎo)向作用；還可用于其它具有等離子體加熱和材料送進(jìn)功能的陰極。
圖2是本發(fā)明的內(nèi)側(cè)管2與陰極空心支撐體1可以合二為一的空心陰極結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖3是本發(fā)明的內(nèi)側(cè)管2與陰極空心支撐體1可以合二為一的空心陰極結(jié)構(gòu)的一種更為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖4是以本發(fā)明制造的陰極組裝的微束等離子噴槍噴涂制備的氧化鋁陶瓷涂層斷面顯微組織結(jié)構(gòu)照片。
圖5是傳統(tǒng)的大功率等離子噴涂制備的氧化鋁陶瓷涂層斷面顯微組織結(jié)構(gòu)照片。
實(shí)施例1參見(jiàn)

圖1。依照本發(fā)明的技術(shù)方案，如圖1所示的等離子噴涂槍的空心陰極結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)噴涂槍陰極的空心支撐體1，在陰極空心支撐體1的一端還設(shè)置一個(gè)帶通孔的內(nèi)側(cè)管2和外側(cè)鎢管3，內(nèi)側(cè)管2設(shè)置在與陰極空心支撐體1的通孔上，外側(cè)鎢管3設(shè)置在陰極空心支撐體1的一端的外徑上，兩鎢管之間具有一定的間隙。采用紫銅作為支撐體，內(nèi)側(cè)管2和外側(cè)鎢管3連接在支撐體1的一端，鎢管材料為鈰鎢合金。
實(shí)施例2參見(jiàn)圖2。依照本發(fā)明的技術(shù)方案，如圖2所示，內(nèi)側(cè)管2與陰極空心支撐體1同時(shí)選擇紫銅材料，兩者合而為一做成一個(gè)整體。此種實(shí)施例的方案相對(duì)較為簡(jiǎn)單。
實(shí)施例3參見(jiàn)圖3。依照本發(fā)明的技術(shù)方案，如圖3所示，內(nèi)側(cè)管2與陰極空心支撐體1同時(shí)選擇紫銅材料，兩者合而為一做成一個(gè)整體，并且，內(nèi)側(cè)管的斷面不再外露，變形成如圖3所示的更為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例4參見(jiàn)圖4、圖5。按照本發(fā)明的思路制造一個(gè)空心陰極，以其為陰極制造微束等離子噴槍，采用該噴槍進(jìn)行噴涂，試驗(yàn)結(jié)果表明在1～3kW的小功率下噴涂所制備的涂層性能與傳統(tǒng)的等離子噴槍電弧在20～80kW制備的涂層相當(dāng)。圖4是以本發(fā)明制造的陰極組裝的微束等離子噴槍噴涂制備的氧化鋁陶瓷涂層斷面顯微組織結(jié)構(gòu)照片，作為對(duì)比，圖5是傳統(tǒng)的大功率等離子噴涂制備的氧化鋁涂層。從兩幅圖中可以發(fā)現(xiàn)，氧化鋁顆粒已經(jīng)發(fā)生了熔化并形成了扁平較好的扁平粒子。當(dāng)本發(fā)明涉及的噴涂功率為3kW而傳統(tǒng)等離子噴涂功率為40kW時(shí)，制備典型的Cu、Ni60、Mo與Al2O3涂層的性能與傳統(tǒng)等離子噴涂相當(dāng)。
權(quán)利要求
1.一種用于等離子噴涂槍的陰極結(jié)構(gòu)，至少包括一個(gè)噴涂槍陰極的空心支撐體1、內(nèi)側(cè)管2和外側(cè)鎢管3，其特征在于，在陰極空心支撐體1的一端還設(shè)置一個(gè)帶通孔的內(nèi)側(cè)管2和外側(cè)鎢管3，內(nèi)側(cè)管2設(shè)置在與陰極空心支撐體1的通孔上，外側(cè)鎢管3設(shè)置在陰極空心支撐體1的一端的外表面上，內(nèi)側(cè)管2和外側(cè)鎢管3之間具有一定的間隙。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于等離子噴涂槍的陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述支撐體1為導(dǎo)熱與導(dǎo)電性良好的銅或銅合金材料，所述外側(cè)鎢管3的材料為放電性能良好且熔點(diǎn)高的鎢或鎢合金，鎢合金如鈰鎢合金、釷鎢合金。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于等離子噴涂槍的陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述內(nèi)側(cè)管2材料為金屬或合金或陶瓷或金屬陶瓷，其中的金屬可以包括鎢、鉬、鐵、銅、鎳、鈦、釩、鉻、鈷、釔、錳、鋯、鈮、鉬、銀、鉭，合金可以包括上述一種或多種元素的合金，陶瓷可以包括氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硅化物陶瓷，金屬陶瓷可以包括上述金屬或合金與陶瓷組成的復(fù)合體。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于等離子噴涂槍的陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述內(nèi)側(cè)管2材料與支撐桿相同心，內(nèi)側(cè)管2與陰極空心支撐體1可以合二為一，為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述的一種用于等離子噴涂槍的陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述外側(cè)鎢管3的端面比內(nèi)側(cè)管2的端面高，內(nèi)側(cè)管2端面的內(nèi)縮量保證電極工作時(shí)，電弧穩(wěn)定地燃燒在外側(cè)鎢管3端面。
6.如權(quán)利要求1所述的一種用于等離子噴涂槍的陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述內(nèi)側(cè)管2的內(nèi)孔直徑可為1～3mm，壁厚可為1～2mm；外側(cè)鎢管3的內(nèi)徑可為3～6mm，壁厚可為3～5mm。
7.如權(quán)利要求1所述的一種用于等離子噴涂槍的陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述支撐體1上可以附加一些裝置或形狀用以固定或連接其它零部件。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種可用于等離子噴涂槍的陰極結(jié)構(gòu)，此陰極結(jié)構(gòu)至少包括空心的支撐體與兩個(gè)同心的內(nèi)側(cè)管與外側(cè)鎢管，直徑相異的兩個(gè)管焊接在支撐體的一端，兩管之間具有一定的間隙。外側(cè)鎢管用作陰極的放電部分，內(nèi)側(cè)管用于將粉末送出，用以構(gòu)成中心軸向送粉等離子噴涂槍的陰極。采用本陰極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的等離子噴涂槍，具有電弧燃燒穩(wěn)定、粉末不易粘結(jié)、陰極使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明可用作等離子噴涂槍的空心陰極，外側(cè)鎢管用作陰極的放電部分，內(nèi)側(cè)管用于將粉末送進(jìn)噴嘴，具有粉末導(dǎo)向作用；還可用于其它具有等離子體加熱和材料送進(jìn)功能的陰極。
文檔編號(hào)B23K10/00GK1445023SQ0311469
公開(kāi)日2003年10月1日 申請(qǐng)日期2003年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月28日
發(fā)明者李長(zhǎng)久, 孫波 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)