CN109041396A - 一种双阴极轴向送料等离子喷枪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双阴极轴向送料等离子喷枪，涉及等离子喷枪结构领域。该喷枪包括以轴向送料管对称设置的第一枪体、第二枪体，以及用于输入喷涂材料的轴向送料管，且轴向送料管具有相对设置的进料端和出料端；在进料端至出料端的方向上，第一枪体和第二枪体均包括依次设置的后枪体、阴极、绝缘体、中枪体、阳极、前枪体；其中，后枪体、绝缘体、中枪体以及前枪体共同包裹于阴极的外侧，且绝缘体一端与后枪体连接，另一端与中枪体连接，中枪体一端与绝缘体连接，另一端与前枪体及阳极连接。该喷枪可在提高等离子喷涂功率的同时将粉末、悬浮液或者溶液前驱体注入等离子射流中心，实现在常压，低压或超低压环境下大功率喷涂制备高质量涂层。

Description

一种双阴极轴向送料等离子喷枪

技术领域

本发明涉及等离子喷枪结构领域，具体而言，涉及一种双阴极轴向送料等离子喷枪。

背景技术

现有技术等离子喷涂采用非转移型等离子电弧作为热源，可将金属、合金、陶瓷材料加热到熔融或半熔融状态，并以高速撞击到工件表面形成附着牢固的涂层。该技术可实现工件表面强化和表面改性，提高工件抵御服役环境的能力(如耐磨、耐蚀、耐疲劳、抗高温氧化等)，赋予工件表面新的或更高的物理功能、化学功能和特殊功能(包括声、电、光、磁、热及其转换等性能)，使其成为综合性能良好的复合材料，从而满足各种恶劣工况的应用需求。

目前，国内外等离子喷涂所用喷枪多采用单阴极结构和径向送料方式。一方面，单阴极结构喷枪通常功率较低(<50kW)，难以实现很高质量的涂层沉积，特别是在喷涂悬浮液时更是如此。另一方面，径向送料方式易使喷涂粉末或者液料在进入等离子射流后运动轨迹发散，无法全部进入等离子射流中心，导致等离子射流对喷涂材料的加热加速不均匀，将降低喷涂效率并影响涂层的结构和性能，尤其当喷涂环境为低压或者超低压时，等离子射流将明显膨胀，使这种径向送料变得更为困难。为了进一步改进喷涂工艺，提升涂层质量，国内外相继出现了多阴极等离子喷枪，其中最具代表性的是三阴极等离子喷枪。该喷枪能够实现大功率轴向喷涂粉末和悬浮液，但是喷枪设备成本高，喷涂时易堵枪，且未实现在低压或超低压环境下进行大功率喷涂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双阴极轴向送料等离子喷枪，通过使用双阴极和轴向送料设计，实现在常压，低压或超低压环境下大功率喷涂制备高质量涂层。

本发明的实施例是这样实现的：

一种双阴极轴向送料等离子喷枪，包括：

第一枪体、第二枪体和轴向送料管，第一枪体和第二枪体以轴向送料管对称设置，轴向送料管用于输入喷涂材料，且轴向送料管具有相对设置的进料端和出料端；

其中，在进料端至出料端的方向上，第一枪体和第二枪体均包括依次设置的后枪体、阴极、绝缘体、中枪体、阳极、前枪体，后枪体、绝缘体、中枪体以及前枪体共同包裹于阴极的外侧，且绝缘体一端与后枪体连接，另一端与中枪体连接，中枪体一端与绝缘体连接，另一端与前枪体及阳极连接。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，前枪体包括上端枪体和下端枪体，下端枪体一端与中枪体连接，另一端与上端枪体连接，阳极一端与中枪体连接，另一端向出料端延伸，使得阳极的一端面与下端枪体连接，另一端面与上端枪体连接。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，后枪体与阴极之间、后枪体与绝缘体之间、绝缘体与中枪体之间、中枪体与前枪体之间、阳极与下端枪体和上端枪体之间，上端枪体与下端枪体之间均采用螺纹固定连接。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，第一枪体和第二枪体的中心轴线与双阴极轴向送料等离子喷枪的主轴中心线呈15～20°夹角。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，第一枪体和第二枪体的中心轴线与双阴极轴向送料等离子喷枪的主轴中心线呈17°夹角。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，第一枪体与第二枪体分别独立地连接设置有一个直流电源和一个控制柜，且直流电源的正极和负极分别与第一枪体和第二枪体的阳极和负极相连。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，轴向送料管的进料端连接设置有转盘式送粉器或液料泵输送器，转盘式送粉器用于向轴向送料管输送粉末，液料泵输送器用于向轴向送料管输送悬浮液或溶液前驱体。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，中枪体、下端枪体、上端枪体的材料均为黄铜材料。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，阴极的材料为钨合金材料，阳极的材料为紫铜材料。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，阳极还包括内衬层，内衬层的材料为难熔钨合金材料，钨合金材料选自铈钨合金或钍钨合金中的任一种。

本发明的实施例至少具备以下优点或有益效果：

1)通过采用两个阴极与两个直流电源，使等离子喷枪的功率增加，最大功率可达80kW，有利于喷涂难熔材料以及悬浮液。

2)采用轴向送料管能够将粉末、悬浮液或者溶液前驱体轴向注入等离子射流中心，增强等离子射流对喷涂材料的加热加速效果，且能提高喷涂材料的沉积效率，适用于快速沉积组织均匀的高质量涂层。

3)设备成本低，喷涂时不易堵枪，且可以实现在常压、低压或者超低压环境下大功率喷涂。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的实施例提供的双阴极轴向送料等离子喷***构示意图；

图2为本发明的实施例提供的双阴极轴向送料等离子喷枪低压喷涂氧化锆粉末的涂层截面显微组织照片；

图3为现有技术提供的传统的单阴极径向送粉等离子喷枪低压喷涂氧化锆粉末的涂层截面显微组织照片；

图4为本发明的实施例提供的双阴极轴向送料等离子喷枪低压喷涂氧化锆悬浮液的涂层截面显微组织照片；

图5为现有技术中低功率三阴极轴向送粉等离子喷枪低压喷涂氧化锆悬浮液的涂层截面显微组织照片。

图标：100-双阴极轴向送料等离子喷枪；101-后枪体；103-阴极；105-绝缘体；107-中枪体；109-阳极；111-前枪体；113-下端枪体；115-上端枪体；117-轴向送料管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

图1为本实施例提供的双阴极轴向送料等离子喷枪100的结构示意图。请参阅图1，本实施例提供了一种双阴极轴向送料等离子喷枪100，包括：第一枪体、第二枪体和轴向送料管117。

详细地，在本实施例中，第一枪体和第二枪体以轴向送料管117对称设置，轴向送料管117用于输入喷涂材料，且轴向送料管117具有相对设置的进料端和出料端。并且，在进料端至出料端的方向上，第一枪体和第二枪体均包括依次设置的后枪体101、阴极103、绝缘体105、中枪体107、阳极109、前枪体111，后枪体101、绝缘体105、中枪体107以及前枪体111共同包裹于阴极103的外侧，且绝缘体105一端与后枪体101连接，另一端与中枪体107连接，中枪体107一端与绝缘体105连接，另一端与前枪体111及阳极109连接。该喷枪的设备成本低，喷涂时不易堵枪，且可以实现在常压、低压或者超低压环境下大功率喷涂。并且，采用轴向送料管117能够将粉末、悬浮液或者溶液前驱体轴向注入等离子射流中心，增强等离子射流对喷涂材料的加热加速效果，且能提高喷涂材料的沉积效率，适用于快速沉积组织均匀的高质量涂层。

请再次参阅图1，在本实施例中，前枪体111包括上端枪体115和下端枪体113，下端枪体113一端与中枪体107连接，另一端与上端枪体115连接，阳极109一端与中枪体107连接，另一端向出料端延伸，使得阳极109的一端面与下端枪体113连接，另一端面与上端枪体115连接。通过上端枪体115与下端枪体113的设置使得阳极109可得到有效地固定，进而能有效地保证喷涂作业的正常进行。

作为优选的方案，在本实施例中，后枪体101与阴极103之间、后枪体101与绝缘体105之间、绝缘体105与中枪体107之间、中枪体107与前枪体111之间、阳极109与下端枪体113和上端枪体115之间，上端枪体115与下端枪体113之间均采用螺纹固定连接。采用螺纹连接方式可方便各部件之间的安装与拆卸，提高作业效率，同时当其中任一部件发生损坏时，可更换该损坏的部件即可，无需全部更换，可有效地节约成本开销，减小维修费用。

请再次参阅图1，在本实施例中，第一枪体和第二枪体的中心轴线与双阴极轴向送料等离子喷枪100的主轴中心线呈15～20°夹角。该夹角的第一枪体和第二枪体容易加工，加工成本低。同时，通过该夹角的设置使得送料作业更易进行，也使送料喷涂后的效果与质量更好。

作为优选的方案，在本实施例中，第一枪体和第二枪体的中心轴线与双阴极轴向送料等离子喷枪100的主轴中心线呈17°夹角。当然，在本发明的其他实施例中，第一枪体和第二枪体的中心轴线与双阴极轴向送料等离子喷枪100的主轴中心线的夹角还可以根据需求进行调整，本发明的实施例不做限定。

进一步优选地，在本实施例中，第一枪体与第二枪体分别独立地连接设置有一个直流电源和一个控制柜，且直流电源的正极和负极分别与第一枪体和第二枪体的阳极109和负极相连。通过采用两个阴极103与两个直流电源，使等离子喷枪的功率增加，最大功率可达80kW，有利于喷涂难熔材料以及悬浮液。

并且，在本实施例中，轴向送料管117的进料端连接设置有转盘式送粉器或液料泵输送器，转盘式送粉器用于向轴向送料管117输送粉末，液料泵输送器用于向轴向送料管117输送悬浮液或溶液前驱体。采用轴向送料管117能够将粉末、悬浮液或者溶液前驱体轴向注入等离子射流中心，增强等离子射流对喷涂材料的加热加速效果，且能提高喷涂材料的沉积效率，适用于快速沉积组织均匀的高质量涂层。

作为优选的方案，在本实施例中，中枪体107、下端枪体113、上端枪体115的材料均为黄铜材料。阴极103的材料为钨合金材料，阳极109的材料为紫铜材料。黄铜材料的导热性较好，可有效地导热传热。紫铜材料也为导热与导电性良好的材料。钨合金的电子发射能力强且熔点高。这些材料的设置均可有效地保证喷涂效果与质量。

进一步优选地，在本实施例中，阳极109还包括内衬层，内衬层的材料为难熔钨合金材料，钨合金材料选自铈钨合金或钍钨合金中的任一种。难熔钨合金的使用，可有效地延长其使用寿命，节约维修与更换的成本。

图2为本发明的实施例提供的双阴极轴向送料等离子喷枪100低压喷涂氧化锆粉末的涂层截面显微组织照片，作为对比，图3为现有技术提供的传统的单阴极103径向送粉等离子喷枪低压喷涂氧化锆粉末的涂层截面显微组织照片。从两幅图中可以发现，与传统喷枪采用径向送粉相比，由于本发明采用轴向送粉方式，故喷涂的氧化锆粉末被等离子射流加热加速得更加充分和一致，所获得的涂层组织更加致密和均匀，涂层的质量也更高。

图4为本发明的实施例提供的双阴极轴向送料等离子喷枪100低压喷涂氧化锆悬浮液的涂层截面显微组织照片，作为对比，图5为现有技术中低功率三阴极103轴向送粉等离子喷枪低压喷涂氧化锆悬浮液的涂层截面显微组织照片。从两幅图中可以看出，与低功率三阴极103轴向送粉喷枪相比，由于本发明喷枪具有更高的功率，故能更好地弥补喷涂悬浮液时因液体蒸发带走的热量，让更多的能量能够用于加热氧化锆，使制备的涂层熔化得更充分，组织结构的孔隙率和缺陷更少。

综上，在具体使用过程中，将各部件依次连接组装完成后，在第一枪体和第二枪体上分别连接两个独立的直流电源和控制柜，直流电源的正极与负极分别连接在阳极109与阴极103上，使其最大功率达到80kW。待等离子射流稳定后，采用轴向送料管117将粉末或者悬浮液或溶液前驱体送入等离子射流中心，最终喷涂材料被熔化后高速撞击基体形成涂层。本发明的实施例提供的喷枪可以在常压、低压或者超低压下进行喷涂，喷涂材料可以是金属，合金以及高熔点陶瓷材料。

综上所述，与现有技术相比，本发明具有的优点是：

1)通过采用两个阴极103与两个直流电源，使等离子喷枪的功率增加，最大功率可达80kW，有利于喷涂难熔材料以及悬浮液。

2)采用轴向送料管117能够将粉末、悬浮液或者溶液前驱体轴向注入等离子射流中心，增强等离子射流对喷涂材料的加热加速效果，且能提高喷涂材料的沉积效率，适用于快速沉积组织均匀的高质量涂层。

3)设备成本低，喷涂时不易堵枪，且可以实现在常压、低压或者超低压环境下大功率喷涂。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双阴极轴向送料等离子喷枪，其特征在于，包括：

第一枪体、第二枪体和轴向送料管，所述第一枪体和所述第二枪体以所述轴向送料管对称设置，所述轴向送料管用于输入喷涂材料，且所述轴向送料管具有相对设置的进料端和出料端；

其中，在所述进料端至所述出料端的方向上，所述第一枪体和所述第二枪体均包括依次设置的后枪体、阴极、绝缘体、中枪体、阳极、前枪体，所述后枪体、所述绝缘体、所述中枪体以及所述前枪体共同包裹于所述阴极的外侧，且所述绝缘体一端与所述后枪体连接，另一端与所述中枪体连接，所述中枪体一端与所述绝缘体连接，另一端与所述前枪体及所述阳极连接。

2.根据权利要求1所述的双阴极轴向送料等离子喷枪，其特征在于：

所述前枪体包括上端枪体和下端枪体，所述下端枪体一端与所述中枪体连接，另一端与所述上端枪体连接，所述阳极一端与所述中枪体连接，另一端向所述出料端延伸，使得所述阳极的一端面与所述下端枪体连接，另一端面与所述上端枪体连接。

3.根据权利要求2所述的双阴极轴向送料等离子喷枪，其特征在于：

所述后枪体与所述阴极之间、所述后枪体与所述绝缘体之间、所述绝缘体与所述中枪体之间、所述中枪体与所述前枪体之间、所述阳极与所述下端枪体和所述上端枪体之间，所述上端枪体与所述下端枪体之间均采用螺纹固定连接。

4.根据权利要求1所述的双阴极轴向送料等离子喷枪，其特征在于：

所述第一枪体和所述第二枪体的中心轴线与所述双阴极轴向送料等离子喷枪的主轴中心线呈15～20°夹角。

5.根据权利要求4所述的双阴极轴向送料等离子喷枪，其特征在于：

所述第一枪体和所述第二枪体的中心轴线与所述双阴极轴向送料等离子喷枪的主轴中心线呈17°夹角。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的双阴极轴向送料等离子喷枪，其特征在于：

所述第一枪体与所述第二枪体分别独立地连接设置有一个直流电源和一个控制柜，且所述直流电源的正极和负极分别与所述第一枪体和所述第二枪体的所述阳极和所述负极相连。

7.根据权利要求6所述的双阴极轴向送料等离子喷枪，其特征在于：

所述轴向送料管的所述进料端连接设置有转盘式送粉器或液料泵输送器，所述转盘式送粉器用于向所述轴向送料管输送粉末，所述液料泵输送器用于向所述轴向送料管输送悬浮液或溶液前驱体。

8.根据权利要求2所述的双阴极轴向送料等离子喷枪，其特征在于：

所述中枪体、所述下端枪体、所述上端枪体的材料均为黄铜材料。

9.根据权利要求6所述的双阴极轴向送料等离子喷枪，其特征在于：

所述阴极的材料为钨合金材料，所述阳极的材料为紫铜材料。

10.根据权利要求9所述的双阴极轴向送料等离子喷枪，其特征在于：

所述阳极还包括内衬层，所述内衬层的材料为难熔钨合金材料，所述钨合金材料选自铈钨合金或钍钨合金中的任一种。