專利名稱：一種內(nèi)孔冷噴涂噴槍的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及表面工程領(lǐng)域中一種材料表面改性的裝置，具體地說是一種利用冷噴涂技術(shù)將粉末粒子沉積到工件內(nèi)孔表面以制備涂層的裝置，涉及一種內(nèi)孔冷噴涂噴槍。
背景技術(shù)：
冷噴涂是由熱噴涂技術(shù)拓展而來的一種新型的、先進(jìn)的表面涂層技術(shù)。冷噴涂是基于空氣動(dòng)力學(xué)與高速碰撞動(dòng)力學(xué)原理的過程，首先將高壓氣體導(dǎo)入收縮-擴(kuò)張型拉瓦爾噴嘴，氣體流過噴嘴喉部后產(chǎn)生超音速流動(dòng)，然后由送粉氣體將噴涂粉末沿軸向從噴嘴上游送入氣流中，粉末粒子經(jīng)過整個(gè)噴嘴被加速到300 1200m/s以上的高速度，形成高速粒子流，與基體碰撞發(fā)生劇烈的塑性變形而沉積形成涂層。在這一過程中，工作氣體通常預(yù)熱，根據(jù)噴涂材料不同，溫度一般在100 800° C，但遠(yuǎn)低于噴涂材料的熔點(diǎn)。由于噴涂過程采用相對(duì)低的溫度，可避免在熱噴涂過程中發(fā)生的氧化(針對(duì)金屬材料)、相變、分解、化 學(xué)反應(yīng)、晶粒長(zhǎng)大(針對(duì)納米結(jié)構(gòu)材料)等不利影響。目前，冷噴涂技術(shù)已經(jīng)成功被用于制備大部分純金屬、合金、金屬基復(fù)合材料、納米結(jié)構(gòu)金屬涂層或塊材等。眾所周知，很多工業(yè)零部件的內(nèi)表面需要進(jìn)行防護(hù)。對(duì)于因磨損或腐蝕而失效的內(nèi)孔零部件，例如發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸套是磨損最為嚴(yán)重的零部件，由于承受高溫、高壓沖擊和活塞往復(fù)摩擦直運(yùn)動(dòng)，磨損較快，易產(chǎn)生拉缸現(xiàn)象。因此，可在缸套的內(nèi)壁上噴涂涂層代替原有的鑄鋼套，不僅可以降低缸套內(nèi)壁的磨損，還能減輕發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。采用噴涂技術(shù)在零部件的表面沉積防腐和耐磨涂層是解決零部件腐蝕和磨損的一種有效手段，但當(dāng)內(nèi)部空間狹窄的時(shí)候，一般的噴涂設(shè)備就很難用于零部件內(nèi)表面防護(hù)涂層的制備。雖然目前部分熱噴涂技術(shù)已經(jīng)解決了內(nèi)孔噴涂的問題，例如中國(guó)專利(88213477. 9)公開了一種噴涂?jī)?nèi)徑105mm工件的內(nèi)孔等離子噴槍；美國(guó)專利(5245153)公布了一種自耗電極的內(nèi)孔電弧噴涂裝置。但是在熱噴涂過程中不可避免的會(huì)出現(xiàn)基體和噴槍過熱的現(xiàn)象，因此，冷噴涂技術(shù)有望成為一種制備內(nèi)孔金屬涂層或復(fù)合涂層的新方法。但現(xiàn)有的冷噴涂噴槍由于受噴涂空間和伸入孔中噴嘴不能垂直于內(nèi)孔壁等因素的限制，不能在較小直徑的內(nèi)孔表面噴涂涂層。因此，開發(fā)一種簡(jiǎn)易的、制造成本低的、相對(duì)尺寸較小的內(nèi)孔冷噴涂噴槍將非常有工程意義。這不僅可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)孔冷噴涂技術(shù)在工件的內(nèi)壁制備涂層，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的修復(fù)和可再制造。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種內(nèi)孔冷噴涂噴槍，解決采用冷噴涂技術(shù)對(duì)孔徑較小的內(nèi)壁表面進(jìn)行冷噴涂處理，從而提高工件內(nèi)孔壁的表面性能的問題。技術(shù)方案一種內(nèi)孔冷噴涂噴槍，包括送粉接頭I、工作氣體入口接頭2、L型預(yù)氣室4、測(cè)溫接頭6、測(cè)壓接頭7、送粉管8和拉瓦爾噴嘴10 ;其特征在于還包括中間件9 ;送粉接頭I置于L型預(yù)氣室4的頂端，L型預(yù)氣室4的末端通過中間件9固定連接拉瓦爾噴嘴10 ;送粉管8連接送粉接頭1，并沿著L型預(yù)氣室4內(nèi)設(shè)置的通孔與拉瓦爾噴嘴10相連通，在L型預(yù)氣室4的末端、拐彎后平直部位進(jìn)行固定。在拉瓦爾噴嘴10與L型預(yù)氣室4之間設(shè)有斜拉的固定桿5。在L型預(yù)氣室4的頂端設(shè)有安裝送粉接頭I和2個(gè)工作氣體入口接頭的冒口 3。所述的拉瓦爾噴嘴10擴(kuò)張比為4 10。所述的工作氣體入口接頭2為兩個(gè)。有益效果本發(fā)明提出的一種內(nèi)孔冷噴涂噴槍，改變送粉的位置和途徑，預(yù)氣室的豎直段長(zhǎng)度可依照實(shí)際情況確定，采用兩部分加工。由預(yù)氣室的頂端裝入送粉管后，采用焊接將兩部 分連接起來，其他部件采用螺紋連接，便于拆裝，并采用球錐面配合的達(dá)到密封的效果。此夕卜，預(yù)氣室中的工作氣體還可以起到對(duì)送粉管中氣體粉末的間接輔助加熱作用。一種簡(jiǎn)易的、制造成本低的、相對(duì)尺寸較小的內(nèi)孔冷噴涂噴槍將非常有工程意義。這不僅可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)孔冷噴涂技術(shù)在對(duì)孔徑較小的內(nèi)壁表面進(jìn)行冷噴涂處理，在工件的內(nèi)壁制備涂層，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的修復(fù)和可再制造，從而提高工件內(nèi)孔壁的表面性能。


圖I為本發(fā)明的三維立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的平面正視圖；圖3為本發(fā)明的噴嘴具體實(shí)施結(jié)構(gòu)示意圖；I一送粉接頭，2—工作氣體入口接頭，3—冒口，4一L型預(yù)氣室，5—固定桿，6—測(cè)溫接頭，7—測(cè)壓接頭，8—送粉管，9一中間件，10—拉瓦爾噴嘴，10-1—噴嘴入口段，10-2—噴嘴收縮段，10-3—噴嘴喉部，10-4—噴嘴擴(kuò)張段，10-5—噴嘴出口直徑。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述本發(fā)明實(shí)施例所采用的技術(shù)方案是提供一種可伸入較小孔徑的內(nèi)孔冷噴涂噴槍，其特征在于送粉接頭I、工作氣體入口接頭(2個(gè))2、冒口 3、預(yù)氣室4、固定桿5、測(cè)溫接頭
6、測(cè)壓接頭7、送粉管8、中間件9、拉瓦爾噴嘴10。送粉接頭I用于連接送粉裝置；工作氣體入口接頭2用于連接導(dǎo)入工作氣體至預(yù)氣室4 ;冒口 3用于密封預(yù)氣室4，并連接送粉接頭I和工作氣體入口接頭2 ;預(yù)氣室4用于使導(dǎo)入的氣流穩(wěn)定后再流入噴嘴10，還可以對(duì)送粉管8中的送氣粉末進(jìn)行一定程度的加熱作用，其中預(yù)氣室中氣體溫度與壓力可分別通過測(cè)溫接頭6與測(cè)壓接頭7獲得，用于在線監(jiān)測(cè)；固定桿5用于連接噴嘴10和預(yù)氣室4，并采用螺栓螺母緊固，在冷噴涂過程固定噴槍整體，防止氣流的沖擊作用；送粉氣體先經(jīng)過送粉管8的豎直段然后再通過后部軸向的水平段把粉末送入噴嘴10的收縮段10-2 ;中間件9用于連接預(yù)氣室4和噴嘴10 ;拉瓦爾噴嘴10用于產(chǎn)生超音速氣流，以加速粉末粒子，從而制備涂層。該內(nèi)孔冷噴涂噴槍中工作氣體可選擇單一氣體(壓縮空氣、氮?dú)?、氬氣、氦?或它們的混合氣體；可工作在高壓(I. O 4. OMPa)或低壓(O. 4 I. OMPa)的氣體條件下；氣體溫度可在室溫 800° C之間。內(nèi)孔冷噴涂噴槍的噴嘴是基于FLUENT軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)的收縮-擴(kuò)張型拉瓦爾噴管，該內(nèi)孔冷噴涂噴槍可實(shí)現(xiàn)純金屬、合金、金屬基復(fù)合材料、納米結(jié)構(gòu)材料等涂層的制備。圖I和圖2為本實(shí)施例的示意圖，由帽口 3、預(yù)氣室4、固定件5、送粉管8、中間件9和噴嘴10組成。送粉接頭I連接送粉器，粉末通過帽口 3導(dǎo)入送粉管8中的豎直段，當(dāng)采用單一工作氣體時(shí)，預(yù)熱后(溫度在100 800° C之間)的工作氣體(高壓或低壓)經(jīng)過兩個(gè)工作氣體入口之一的接頭導(dǎo)入到預(yù)氣室4中(此時(shí)另一個(gè)氣體入口接頭被封閉)；當(dāng)采用混合工作氣體時(shí)，兩個(gè)工作氣體入口接頭2均連接送氣裝置，經(jīng)過氣體加熱裝置預(yù)熱過的工作氣體通過帽口 3流入預(yù)氣室4中，此時(shí)預(yù)氣室4中預(yù)熱過的工作氣體可以對(duì)送粉管8中的粉末進(jìn)行間接的加熱作用，粉末由送粉管8中的豎直段流向了平直段，此時(shí)，工作氣流向也轉(zhuǎn)變?yōu)樗椒较?，其中預(yù)氣室中的氣體溫度與壓力可分別通過測(cè)溫接頭6與測(cè)壓接 頭7獲得，用于在線監(jiān)測(cè)噴槍入口前的氣體溫度和壓力，與此同時(shí)，工作氣體攜帶待噴涂粉末的送粉氣體由噴嘴入口 10-1進(jìn)入噴嘴收縮段10-2，形成匯流并經(jīng)過噴嘴收縮段10-2的壓縮效應(yīng)，在噴嘴喉部10-3達(dá)到音速，然后進(jìn)入下游噴嘴擴(kuò)張段10-4，在噴嘴擴(kuò)張段10-4產(chǎn)生超音速流動(dòng)，經(jīng)高速工作氣流加速后。粒子飛出噴嘴出口 10-5后，撞擊工件的內(nèi)孔壁，如果粒子速度超過臨界速度，就可以形成涂層。本實(shí)施例中噴嘴10為關(guān)鍵部件，是經(jīng)過FLUENT軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)的收縮-擴(kuò)張型拉瓦爾噴管。圖3為本發(fā)明中噴嘴的一個(gè)具體實(shí)施例應(yīng)用在孔徑為70_或大于70_的零部件，噴嘴入口段10-1前為一直徑8臟、長(zhǎng)度IOmm的平直段；噴嘴入口段10-1直徑為8mm，噴嘴收縮段10-2長(zhǎng)度為IOmm ;噴嘴喉部10-3直徑為2mm ;噴嘴擴(kuò)張段10-4長(zhǎng)度為40mm ；噴嘴出口直徑10-5為5mm。以上是此具體實(shí)施例中噴嘴關(guān)鍵部位的尺寸，但是根據(jù)實(shí)際的工程應(yīng)用情況還可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整噴嘴中的以下尺寸噴嘴下游擴(kuò)張段10-4的長(zhǎng)度以及噴嘴10中噴嘴出口 10-5直徑和喉部10-3直徑(保證擴(kuò)張比在4 10，此實(shí)施例為6. 25 ;保證擴(kuò)張段長(zhǎng)度盡可能長(zhǎng))。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)孔冷噴涂噴槍，包括送粉接頭(I)、工作氣體入口接頭(2)、L型預(yù)氣室(4)、測(cè)溫接頭(6)、測(cè)壓接頭(7)、送粉管(8)和拉瓦爾噴嘴(10);其特征在于還包括中間件(9);送粉接頭I置于L型預(yù)氣室(4)的頂端，L型預(yù)氣室(4)的末端通過中間件(9)固定連接拉瓦爾噴嘴(10);送粉管(8)連接送粉接頭(1)，并沿著L型預(yù)氣室(4)內(nèi)設(shè)置的通孔與拉瓦爾噴嘴(10)相連通，在L型預(yù)氣室(4)的末端、拐彎后平直部位進(jìn)行固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述內(nèi)孔冷噴涂噴槍，其特征在于在拉瓦爾噴嘴(10)與L型預(yù)氣室(4 )之間設(shè)有斜拉的固定桿(5 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述內(nèi)孔冷噴涂噴槍，其特征在于在L型預(yù)氣室4的頂端設(shè)有安裝送粉接頭(I)和工作氣體入口接頭的冒口( 3 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述內(nèi)孔冷噴涂噴槍，其特征在于所述的拉瓦爾噴嘴(10)擴(kuò)張比為4 10。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述內(nèi)孔冷噴涂噴槍，其特征在于所述的工作氣體入口接頭(2)為兩個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種內(nèi)孔冷噴涂噴槍，包括送粉接頭、兩個(gè)工作氣體入口接頭、L型預(yù)氣室、測(cè)溫接頭、測(cè)壓接頭、送粉管和拉瓦爾噴嘴；其特征在于還包括中間件；送粉接頭置于L型預(yù)氣室的頂端，L型預(yù)氣室的末端通過中間件固定連接拉瓦爾噴嘴；送粉管連接送粉接頭，并沿著L型預(yù)氣室內(nèi)設(shè)置的通孔與拉瓦爾噴嘴相連通，在L型預(yù)氣室的末端、拐彎后平直部位進(jìn)行固定。本發(fā)明改變送粉的位置和途徑，預(yù)氣室的豎直段長(zhǎng)度可依照實(shí)際情況確定，可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)孔冷噴涂技術(shù)在對(duì)孔徑較小的內(nèi)壁表面進(jìn)行冷噴涂處理，在工件的內(nèi)壁制備涂層，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的修復(fù)和可再制造，從而提高工件內(nèi)孔壁的表面性能。
文檔編號(hào)B05C19/04GK102873011SQ20121034492
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月18日
發(fā)明者李文亞, 黃春杰 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)