专利名称：中空阴极轴向送粉等离子体喷涂枪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种等离子体喷涂枪，尤其涉及一种轴向送粉式的等离子体喷涂枪。
背景技术：
等离子喷涂是利用电能将氩气、氮气和氢气等气体转化为高温等离子体射流，将要喷涂金属、金属氧化物以及陶瓷等粉体加热、加速，然后喷射到工件上。
普通的等离子体喷涂枪具有棒状阴极及管状阳极，要喷涂的粉体材料是在喷涂枪的出口处从径向送入等离子体射流，见D.Matejka and B.Benko所著的《Plasma Spraying of Metallic and Ceramic Materials》，New York，1989。这种喷涂枪的缺点在于由于粉体是在喷嘴外才送入等离子射流的，等离子体的高温区没有得到充分利用，而高温等离子气体从喷嘴喷出后，受外部空气掺混的影响温度急剧下降，同时由于粉体材料颗粒粒径的分散性，使大颗粒易穿过等离子体射流，而小颗粒材料又不易进入等离子体射流，因而粉体材料的加热效果较差，能量利用率很低。
为了改善上述缺陷，已知技术中出现了将粉体从阴极与阳极之间送入，使粉体在喷嘴内加热、加速，充分利用等离子体热效应的等离子喷涂枪，如图1所示，是授权公告号为CN 2411260Y的中国专利(申请号为99243441.6)所公开的一种等离子喷涂装置，包括阴极钨棒101、阳极喷嘴102、绝缘外壳103、陶瓷保护管104、铜阴极105、金属体外壳106、送粉通道107以及送气通道108，其粉体是在枪体内即已送入等离子体射流，因而可利用等离子体气体的高温区进行加热，改进了粉体与等离子气体的热交换。但是，由于粉体是从径向送入，高速等离子流对注入的粉体有外推作用，使粉体不易进入，致使粉体材料加热不均匀，粉体材料的利用率较低，涂层的质量没有保证。
采用轴向送粉的工艺即可以提高能量的利用率，也可改进粉体材料中不同颗粒受热的均匀性，提高喷涂材料的利用率，改进涂层的质量。美国专利5,008,511公开了一种采用了轴向送粉技术的多阴极等离子喷涂枪，该喷涂枪具有三个阴极装置，阴极装置周围的空腔形成了等离子气体的通道，被形成于阴极装置与阳极装置之间的电弧加热形成等离子体射流后，与从送粉通道流出的粉未交汇于交叉点，再一起经过喷嘴喷出。这种多阴极轴向送粉式的等离子喷涂枪在提高能量利用率和改善涂层质量方面均有明显改进，但是很明显，其存在结构复杂、加工不易、成本高等缺点，并且需要三套电源分别供给三个阴极装置，操作与维修不便。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于克服已有径向送粉装置的缺点，为了提高涂层质量和降低成本，从而提供一种结构简单、操作方便、易于维修的轴向送粉等离子体喷涂枪。
为了达到上述目的，本发明提供一种等离子体喷涂枪，包括一阴极装置、一阳极装置及一绝缘装置，枪体内还设有送粉通道、送气通道及冷却通道，所述阳极装置具有一与所述送气通道连通的喷嘴，其特征在于所述阴极装置的轴线方向具有一与所述喷嘴轴向一致并与所述喷嘴连通的中孔，该中孔构成所述的送粉通道。
上述方案中，其特点是所述的阴极装置包含一具有中孔的阴极送粉杆、一具有中孔的阴极及一阴极座，所述阴极送粉杆和阴极相互贯通的中孔构成所述送粉通道，所述阴极座套接在所述阴极上。
上述方案中，其特点是所述的阴极装置还包含一阴极套及一导水套，所述阴极套套接于所述阴极导粉杆靠近进粉口的一侧，所述导水套的两端分别与所述阴极套和阴极座连接，套设于所述阴极导粉杆的外侧，且与所述阴极导粉杆之间形成一环状的冷却通道。
上述方案中，其特点是所述的阳极装置包括一阳极及套设于该阳极外的一阳极本体，该阳极为一管状结构，其中部为一直段，该直段至其出口处为一扩张的锥形段，该直段及该锥形段的空腔构成所述喷嘴，该锥形段锥面与所述阳极轴向的夹角为10-30度。
上述方案中，其特点是所述阳极的入口至其直段为一收缩的锥形段，所述阴极座和所述阴极的前端则形成对应的锥形结构，并与所述阳极入口的锥形段间存在一狭缝。
上述方案中，其特点是所述阴极为带孔的铈钨材料，阳极的材料为铜。
上述方案中，其特点是所述绝缘套连接于所述阴极装置和阳极装置之间，其上设有送气通道的入口，所述送气通道由所述阴极装置与所述阳极装置或所述绝缘套之间的缝隙构成，其方向与所述送粉通道的轴向一致，气体成分可采用氮气、氩气及氢气的混合气体。
上述方案中，其特点是所述阳极直线段的直径为7-10毫米，长度为30-40毫米。
上述方案中，其特点是所述阴极送粉杆及阴极的中孔的直径均为3-6毫米。
上述方案中，其特点是在中空阴极送入粉体材料的过程中要适量地输入气体，使喷涂枪达到稳定工作的条件。
由上可知，本发明要喷涂的粉体材料是从阴极的中孔中送入喷涂枪的内部高温区，其方向与等离子气体流动的方向一致，并在喷涂枪的内部就受到加热，具有能量利用率高、粉体加热均匀的优点，同时，本发明只有一个阴极装置和一套电源，与同样采用轴向送粉技术的多阴极式喷涂枪相比，具有体积小，结构简单、容易加工、便于操作维修及设备成本低的优点。
图1为已知技术中采用径向送粉技术的等离子喷涂装置的结构图；图2为本发明的中空阴极轴向送粉等离子体喷涂枪的一种实施例结构图。
具体实施例方式
图2表示本发明实施例的轴向送粉等离子体喷涂枪的结构，其包括压紧螺母1，阳极本体2，绝缘套3，阴极套4，阴极送粉杆5，导水套6，阴极座7，阴极8及阳极9。
阴极套4、阴极送粉杆5、导水套6、阴极座7及阴极8组成了阴极装置，其中的阴极8和阴极送粉杆5均为中空的管状结构，其轴线方向均具有相互贯通的中孔，共同构成了喷涂枪的送粉通道，中孔的直径选为3-6毫米。阴极座7套接在阴极上，用于冷却阴极8，该阴极及阴极座可更换。所述阴极套4套接于所述阴极导粉杆5靠近进粉口的一侧，导水套6的两端分别与阴极套4和阴极座7连接，套设于阴极导粉杆5的外侧，且与阴极导粉杆5之间形成一环状的冷却水通道，冷却水的入口设阴极套4上。
而阳极装置包括一阳极9及套设于该阳极外的一阳极本体2，阳极本体2与阳极9间形成有一冷却水的空腔。该阳极为一管状结构，其中部为一直段，从阳极入口处到该直段91为一收缩的锥形段92，而从直段至其出口处为一扩张的锥形段93，可以调节喷涂时粉体的作用面积。直段91及出口处的锥形段93的空腔共同构成所述的喷嘴，喷嘴的轴线与送粉通道的轴线相同。为了取得较佳的喷涂效果，本实施例中阳极直线段的直径为7-10毫米，长度为30-40毫米，锥形段93的锥面与所述阳极轴向的夹角为10-30度。
本实施例中，阴极座7和阴极8的前端形成对应于锥形段92的锥形结构，并与该锥形段92间存在一狭缝，可以提高等离子体发生器的工作稳定性。
绝缘套3连接于阴极套4和阳极本体2之间，用于隔离阴极8和阳极9，其上设有送气通道的入口，送气通道由阴极装置与阳极装置之间及阴极装置与绝缘套之间的缝隙构成，其方向与送粉通道的轴向一致并与送粉通道交汇于喷嘴前。
绝缘套4可用聚四氟已烯或尼龙等材料制成。阴极由带孔的铈钨材料制成，阳极为铜，阳极和阴极都采用水冷结构。
本发明的中空阴极式轴向送粉等离子体喷涂枪的工作原理和普通等离子体喷涂枪的基本相同，但是阴极是设计成带孔的形式，喷涂用的粉体材料是从此孔中送入喷涂枪，在送入粉体材料的过程中要适量地输入辅气，使喷涂枪达到稳定工作的条件；喷涂枪在工作时，主要气体是从阴极装置和阳极装置之间的缝隙中送入，气体成分可以采用氮气、氩气及氢气的混合气体；电弧是在中空阴极和管状阳极之间产生，并加热气体，形成等离子体射流，电弧的阴极弧根是在中空阴极端部的四周旋转，阳极的弧根则处于阳极出口的锥面上，因此电极的烧损不太严重，同时电弧还能稳定地工作。粉体材料从阴极的中孔进入等离子体喷涂枪以后，沿着和等离子体射流相同的轴线方向向下游运动，并且被等离子体逐渐加速、加热，最后在等离子体喷涂枪的出口处，以很高的速度喷射到要喷涂的工件上，形成等离子体涂层。
本实施例中，等离子体喷涂枪使用直流等离子体电源，等离子体喷涂枪的电弧功率为10-30千瓦。喷涂所用的气体为氮气、氩气的混合气体，也可以加入少量的氢气。为了使等离子体喷涂枪能稳定工作，电弧电流及气体流量必须控制在一定范围内，特别是辅气的流量要控制在适当的范围内。
在实践中，采用本发明实施例的轴向送粉等离子体喷涂枪(功率12千瓦)喷涂三氧化二铝涂层，所得到的涂层主要参数见表1。
表1等离子体喷涂参数
权利要求
1.一种等离子体喷涂枪，包括一阴极装置、一阳极装置及一绝缘装置，枪体内还设有送粉通道、送气通道及冷却通道，所述阳极装置具有一与所述送气通道连通的喷嘴，其特征在于所述阴极装置的轴线方向具有一与所述喷嘴轴向一致并与所述喷嘴连通的中孔，该中孔构成所述的送粉通道。
2.如权利要求1所述的等离子体喷涂枪，其特征在于所述的阴极装置包含一具有中孔的阴极送粉杆、一具有中孔的阴极及一阴极座，所述阴极送粉杆和阴极相互贯通的中孔构成所述送粉通道，所述阴极座套接在所述阴极上。
3.如权利要求2所述的等离子体喷涂枪，其特征在于所述的阴极装置还包含一阴极套及一导水套，所述阴极套套接于所述阴极导粉杆靠近进粉口的一侧，所述导水套的两端分别与所述阴极套和阴极座连接，套设于所述阴极导粉杆的外侧，且与所述阴极导粉杆之间形成一环状的冷却通道。
4.如权利要求2所述的等离子体喷涂枪，其特征在于所述的阳极装置包括一阳极及套设于该阳极外的一阳极本体，该阳极为一管状结构，其中部为一直段，该直段至其出口处为一扩张的锥形段，该直段及该锥形段的空腔构成所述喷嘴，该锥形段锥面与所述阳极轴向的夹角为10-30度。
5.如权利要求4所述的等离子体喷涂枪，其特征在于所述阳极的入口至其直段为一收缩的锥形段，所述阴极座和所述阴极的前端则形成对应的锥形结构，并与所述阳极入口的锥形段间存在一狭缝。
6.如权利要求1所述的等离子体喷涂枪，其特征在于所述阴极为带孔的铈钨材料，阳极的材料为铜。
7.如权利要求1所述的等离子体喷涂枪，其特征在于所述绝缘套连接于所述阴极装置和阳极装置之间，其上设有送气通道的入口，所述送气通道由所述阴极装置与所述阳极装置或所述绝缘套之间的缝隙构成，其方向与所述送粉通道的轴向一致。
8.如权利要求4所述的等离子体喷涂枪，其特征在于所述阳极直线段的直径为7-10毫米，长度为30-40毫米。
9.如权利要求2所述的等离子体喷涂枪，其特征在于所述阴极送粉杆及阴极的中孔的直径均为3-6毫米。
全文摘要
本发明涉及一种用于改进等离子体喷涂工艺的轴向送粉等离子体喷涂枪。该喷涂枪由水冷的中空阴极和管状阳极组成。喷涂所用的粉体材料从等离子体喷涂枪的中空阴极中送入，经过在喷涂枪内高温区的加热，逐步达到熔融状态，然后离开喷涂枪，以很高的速度喷射到要喷涂涂层的工件表面，形成具有特种性能的等离子体涂层。
文档编号B05B5/06GK1481939SQ0214935
公开日2004年3月17日 申请日期2002年11月13日 优先权日2002年9月12日
发明者林烈, 吴彬, 烈 林 申请人:中国科学院力学研究所