专利名称：一种低温超音速火焰喷涂装置的制作方法
技术领域：
本发明属于热喷涂技术领域，涉及一种低温超音速火焰喷涂装置。
背景技术：
超音速火焰喷涂是热喷涂技术中的一种，即利用热源将喷涂材料加热熔化或软化，靠热源自身的动力或外加的压缩气流，将熔滴雾化或推动熔粒成喷射的粒束，以超音速喷射到基体表面形成涂层的工艺方法。热喷涂还有多种方法，如电弧喷涂，等离子体喷涂，爆炸喷涂，火焰喷涂等。火焰喷涂利用燃气与氧气燃烧产生的热量来熔化或软化喷涂材料，燃烧形成的焰流将粒子喷射到基体表面形成涂层。电弧喷涂利用丝材两端间的电弧将丝材熔化，压缩空气将熔化的丝材雾化成粒子并喷射到基体表面形成涂层。等离子体喷涂利用等离子体作为热源，熔化或软化喷涂粉末，并喷射到基体表面形成涂层。爆炸喷涂以可燃混合气点火瞬间引爆产生的热能对喷涂粉末加热加速，喷向基体表面形成涂层。超音速火焰喷涂利用燃料(包括煤油与燃气)与氧燃烧产生的超音速焰流将喷涂粉末熔化或软化，并高速喷射到基体表面形成涂层。目前的喷涂方法，各有其特点，并应用在不同的领域。火焰喷涂涂层质量较低，但其成本低廉，适于现场施工。电弧喷涂效率高，操作方便，成本低，涂层质量好，在长效防腐、修复和模具快速制造方面有优势。等离子喷涂热源温度高，在陶瓷粉末喷涂方面有应用优势。爆炸喷涂涂层质量高，但其喷涂效率较低，且设备笨重，应用受到一定的限制。超音速火焰喷涂是近年来发展最快的喷涂方法，其制备的涂层质量优越，特别是碳化物金属陶瓷涂层，有广阔的应用前景。但是，目前的喷涂方法，无论是采用热能，还是采用电能作为热源，热源的温度都较高，等离子体的温度可达20000℃，电弧弧区的温度可达6000℃，燃气燃烧后焰流的温度一般超过2000℃，空气煤油超音速火焰喷涂(HVAF)温度较低，为1400℃左右，加大空气的比例可调节至1000℃左右，所以，目前没有一种喷涂方法可以工作在700℃以下，而100℃至600℃这一温度区域在涂层制备方面有特殊的用途，例如，这一温区适宜于纳米粉末的喷涂，而目前其它的喷涂方法还不能很好地解决纳米喷涂，这对纳米技术的发展有重大意义。
发明内容
针对上述现有技术状况，本实用新型的目的在于设计一种新的低温超音速火焰喷涂系统，使其焰流可以在100℃至1000℃内连续可调且稳定工作，同时具有超音速火焰喷涂焰流速度高、涂层质量高的优点，特别是要在这一温度区域解决纳米粉末喷涂的难题。
本实用新型的发明构思是利用煤油为燃料，氧气和压缩空气的混合气体为助燃剂，智能控制系统将煤油和氧气(压缩空气，或氧气与压缩空气的混合气)以一定的流量输送到喷枪，经高性能雾化喷嘴雾化混合成可燃混合气后喷入喷枪燃烧室，混合气经火花塞点火燃烧后形成高温高压的燃气，通过拉伐尔喷嘴将其加速到超音速，在拉伐尔喷嘴的后端，一定压力和流量的水从径向送入超音速射流，射流将水蒸发的同时自身降温，随注入水流量的变化，焰流的温度在100℃至1000℃内连续可调，实现低温超音速火焰喷涂的目的。为了防止喷枪内壁发生烧蚀，利用冷却水对喷枪进行冷却。
本实用新型低温超音速火焰喷涂装置包括喷枪、煤油供给系统，氧气-空气供给系统，送粉管系统，控制系统；喷枪具有点火器、燃烧室、冷却腔、拉伐尔喷嘴、加长喷管、雾化喷嘴，其特征在于装置中的喷枪还具有注水嘴设置在拉伐尔喷嘴的后端与送粉咀之间；装置中的水冷系统由制冷机组、泵、阀组成，制冷机组将喷枪流回的高温水降成冷却水，泵将冷却水高压送至喷枪，同时通过入水口和注水嘴将冷却水送至冷却腔和加长喷管内；水冷系统连至喷枪的冷却腔，煤油供给系统和氧气—空气供给系统连至喷枪上的雾化喷嘴，注水系统连至喷枪上的注水嘴，送粉系统连至喷枪上的送粉嘴，点火系统连至喷枪上的点火器，控制系统对水冷系统、煤油供给系统、氧气-空气供给系统、注水系统、送粉系统进行流量和压力控制。
图1本实用新型低温超音速火焰喷涂装置示意图其中(1)水冷系统(2)煤油供给系统(3)点火系统(4)氧气—空气供给系统(5)注水系统(6)送粉系统(7)控制系统(8)入水口(9)燃烧室(10)拉伐尔喷嘴(11)加长喷管(12)出水口(13)冷却腔(14)送粉嘴(15)注水嘴(16)点火器(17)氧气—空气入口(18)煤油入口具体实施方式
将本装置工作参数调整到如下状态燃烧室压力0.75Mpa，助燃剂压力0.8Mpa，压缩空气流量24g/s，煤油压力1.5Mpa，煤油流量3g/s。
低温超音速火焰喷涂系统的工作程序包括喷前检查和喷涂两个工作模块。喷涂检查根据控制台上的喷前检查模块，按下相应的开关，进行油路检查，气路检查和水路检查，检查各路工作是否正常。喷涂喷涂有两种操作方式，分别是手动和自动，手动喷涂时，按供水、供气、供油、点火、喷涂的顺序操作，自动喷涂时，按点火、喷涂的顺序操作。喷涂停止时按与喷涂方向相反的顺序操作。
低温超音速火焰喷涂系统焰流温度相对较低，在大范围内连续可调，可用于制备纳米涂层和其它低熔点材料涂层，涂层结合强度高，空隙率低，硬度高，耐磨耐蚀性能好，可广泛用在耐磨损、抗冲蚀、耐热、零部件强化等场合，特别是航空航天、电力、钢铁、化工、汽车等领域。由于涂层质量高，且使用煤油为燃料，氧气、压缩空气为助燃剂，与其它喷涂方法相比，燃料助燃剂价格低廉，具有很高的性能价格比，将产生巨大的军事、经济和社会效益。
权利要求1.一种低温超音速火焰喷涂装置包括喷枪、煤油供给系统、氧气—空气供给系统、送粉系统、控制系统；喷枪具有点火器、燃烧室、冷却腔、拉伐尔喷嘴、加长喷管、雾化喷嘴，其特征在于装置中的喷枪还具有注水嘴设置在拉伐尔喷嘴的后端与送粉咀之间；装置中的水冷系统由制冷机组、泵、阀组成，制冷机组将喷枪流回的高温水降成冷却水，泵将冷却水高压送至喷枪，同时通过入水口和注水嘴将冷却水送至冷却腔和加长喷管内；水冷系统连至喷枪的冷却腔，煤油供给系统和氧气—空气供给系统连至喷枪上的雾化喷嘴，注水系统连至喷枪上的注水嘴，送粉系统连至喷枪上的送粉嘴，点火系统连至喷枪上的点火器，控制系统对水冷系统、煤油供给系统、氧气—空气供给系统、注水系统、送粉系统进行流量和压力控制。
专利摘要本实用新型属于热喷涂技术领域，涉及一种低温超音速火焰喷涂装置，包括喷枪、煤油供给系统、氧气－空气供给系统、送粉系统、控制系统；喷枪具有点火器、燃烧室、冷却腔、拉伐尔喷嘴、加长喷管、雾化喷嘴，其特征在于装置中的喷枪还具有注水嘴。本装置可用于制备纳米涂层和其它低熔点材料涂层，涂层结合强度高，孔隙率低，硬度高，耐磨耐蚀性能好，可广泛应用在耐磨损、抗烧蚀、抗冲蚀、耐热、零部件强化等场合，特别是航空航天、电力、钢铁、化工、汽车等领域。
文档编号B05B7/20GK2560436SQ0222463
公开日2003年7月16日 申请日期2002年3月21日 优先权日2002年3月21日
发明者王汉功, 查柏林, 杨晖, 汪刘应, 苏勋家 申请人:中国人民解放军第二炮兵工程学院技术开发中心