一种内置热喷涂枪改进为内外置热喷涂枪及其使用方法
【专利摘要】一种内置热喷涂枪改进为内外置热喷涂枪及其使用方法，改进的内外置热喷涂枪含喷枪(1)、内送粉嘴(2)、周向调节套(6)、外送粉嘴(7)、径向调节座(8),内送粉嘴和外送粉嘴分别通过外接装置实现了内、外组合的双喷粉系统，将熔点较高的Al2O3粉以内送粉方式而将熔点较低的TiO2粉以外送粉方式实现同步喷射，在高温区和低温区可以有效解决两者的熔点差异较大问题，同时通过内送粉嘴和外送粉嘴可以即时调整两者的喷粉流量以及喷粉速度并在金属基体表面形成形成梯度可调的复合等离子陶瓷涂层，这对提高所述复合等离子陶瓷涂层的沉积效率或涂层性能具有很大的促进作用。
【专利说明】一种内置热喷涂枪改进为内外置热喷涂枪及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明属于热喷涂【技术领域】，尤其是一种内置热喷涂枪改进为内外置热喷涂枪及其使用方法。
【背景技术】
[0002]内置热喷涂枪的基本结构参见图1，内置热喷涂枪包含喷枪1、内送粉嘴2，在喷枪I上斜装有内送粉嘴2，喷枪I的中心轴线到内送粉嘴2嘴口的垂直间距给定，内送粉嘴2嘴口到喷枪I出口端的水平间距给定，热喷涂时内置热喷涂枪具有可调的电压和电流，沿喷枪I的中心轴线10配置输送有H2气，沿内送粉嘴2配置输送有Ar气，在Ar气的保护下沿内送粉嘴2可单独喷涂Al2O3粉或是TiO2粉，也可同时喷涂配置好比例的Al2O3粉+TiO2粉，内送粉嘴的外接装置给定，内送粉嘴在所述外接装置配合下的喷粉流量和喷粉速度分别可调，H2气和Ar气的流量也可调。
[0003]内置热喷涂枪主要用于在金属基体上热喷涂制备等离子陶瓷涂层，该等离子陶瓷涂层可将金属的强韧性与陶瓷的耐磨、耐蚀、耐高温、电绝缘等特性进行有机结合，用于满足很多特殊工况对金属材料综合性能的苛刻要求。
[0004]热喷涂后的Al2O3在金属基体上构成等离子陶瓷涂层，该等离子陶瓷涂层以其良好的耐磨、耐热、耐蚀、电绝缘性能好和经济性成为产量最大、应用最广的陶瓷涂层材料，虽然该等离子陶瓷涂层具有硬度高、摩擦系数低、化学稳定性好等诸多优点，但脆性较大的缺陷却极大地制约了推广应用，但在Al2O3粉中加入适量的TiO2粉，可改善其韧性，降低孔隙率，且耐磨损、抗冲击等性能优于纯氧化铝涂层，已广泛用于机械、舰船、汽车等工业的轧辊、活塞、阀门、缸体、轴瓦等构件。
[0005]使用内置热喷涂枪时，先将Al2O3粉和TiO2粉或是其它组份按设计比例配方形成混合或是复合喷涂粉，再通过H2气和Ar气的协助在金属基体上热喷涂制备等离子陶瓷涂层，单一使用内置热喷涂枪主要存在如下问题:
首先，将上述混合或是复合喷涂粉同步喷涂的等离子焰流9在喷枪I中心轴线处于同一位置，因Al2O3粉和TiO2粉的熔点差异较大，Al2O3粉和TiO2粉的熔化程度及状态难以协调，对金属基体等离子陶瓷涂层的沉积效率及涂层性能产生不同程度影响；
其次，受制于上述混合或是复合喷涂粉的配比构成，比如:市售的上述混合或是复合喷涂粉的配比构成一般是:Al203-3wt%Ti02 ；Al203-13wt%Ti02 ；Al203-40wt%Ti02 等几种固定配t匕，若想获取其它配比，则需专门订购，从而带来工期长、工艺变动、成本增加等问题，既阻碍上述混合或是复合喷涂粉的配比拓展，也不利于梯度结构等特种涂层的研发。
[0006]将内置热喷涂枪改进为内外置热喷涂枪且用来解决上述问题的方法尚未见到相关报道。
【发明内容】
[0007]为解决上述问题，本发明提供了一种内置热喷涂枪改进为内外置热喷涂枪及其使用方法，改进的内外置热喷涂枪可以分别单独喷射Al2O3粉、TiO2粉，单独喷射通过调整喷粉流量和喷粉速度可以即时改变Al2O3粉和TiO2粉的配比构成，在热喷涂过程中使熔点不同的Al2O3粉和TiO2粉的熔化状态得以良好协调，从而方便地在金属基体上形成梯度可调的复合等离子陶瓷涂层，增大金属基体复合等离子陶瓷涂层的沉积效率，改善金属基体复合等离子陶瓷涂层的涂层性能。
[0008]为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案:
一种内置热喷涂枪改进为内外置热喷涂枪及其使用方法，内置热喷涂枪包含喷枪1、内送粉嘴2，在喷枪I上斜装有内送粉嘴2，喷枪I的中心轴线10到内送粉嘴2嘴口的垂直间距给定，内送粉嘴2嘴口到喷枪出口端的水平间距给定，热喷涂时内置热喷涂枪具有可调的电压和电流，沿喷枪I的中心轴线10配置输送有H2气，沿内送粉嘴2配置输送有Ar气，在Ar气的保护下沿内送粉嘴2可单独喷涂Al2O3粉或是TiO2粉并形成等离子焰流9，内送粉嘴2的外接装置给定，内送粉嘴2在所述外接装置配合下的喷粉流量和喷粉速度分别可调，H2气和Ar气的流量也可调，Al2O3粉和TiO2粉或是其它组份按设计比例配方形成混合或是复合喷涂粉，设定喷枪I外径为D ;本发明的特征如下:
由内置热喷涂枪改进为内外置热喷涂枪的结构是:先在距喷枪I出口端的外径端面车制一环形凹槽3，将内径与所述D匹配的周向调节套6通过数个螺钉4紧固在喷枪I出口端，在内送粉嘴2的外侧配设标志线16，与标志线16对应的周向调节套6的径向端面配设环状刻度盘17 ;周向调节套6的通孔内径>喷枪I的内径，通过螺栓5将径向调节座8紧固在周向调节套6的通孔内，紧固后径向调节座8的底平面与周向调节套6的中心轴线相互平行，在径向调节座8的夹座12上通过第三螺钉13卡夹有外送粉嘴7，围绕夹座12附近的径向调节座8端面设置有显示外送粉嘴7相对偏转角度的分度盘14，外送粉嘴7的喷口段标示高度刻度线15，在夹座12上安装的外送粉嘴7距内送粉嘴2的水平间距控制在60?120mm ；
使用时:由于任一螺钉4和螺栓5在周向调节套6的安装位置处于同一水平轴线，通过环状刻度盘17能够显示出任一螺钉4在周向调节套6上所处位置，以所处位置为准并与标志线16对准，再通过数个螺钉4的紧固即可保证外送粉嘴7与内送粉嘴2处于同一水平轴线,此时根据热喷涂的需求并先通过第三螺钉13来调整外送粉嘴7嘴口相对喷枪I中心轴线10的偏转角度，再通过第二螺钉11来调整外送粉嘴7嘴口距中心轴线10的喷射高度，将内送粉嘴2和外送粉嘴7分别与所述外接装置联接，内送粉嘴2通过所述外接装置喷涂Al2O3粉，外送粉嘴7通过所述外接装置喷涂TiO2粉，在H2气和Ar气流量给定情况下并在所述设计比例配方下使喷枪I在中心轴线10上形成Al2O3粉等离子焰流以及TiO2粉等离子焰流，在H2气的作用下所述Al2O3粉等离子焰流在靠近内送粉嘴2区域形成高温区而所述TiO2粉等离子焰流在靠近外送粉嘴7区域形成低温区，将熔点较高的Al2O3粉以内喷粉方式而将熔点较低的TiO2粉以外喷粉方式有效解决了 Al2O3粉和TiO2粉的熔点差异较大问题，同时通过内送粉嘴2和外送粉嘴7可以即时调整Al2O3粉和TiO2粉的喷粉流量以及喷粉速度并在金属基体表面形成形成梯度可调的复合等离子陶瓷涂层；
内外置热喷涂枪的工艺参数设置如下:
当内外置热喷涂枪的电压可调范围在40?90V时其优选的电压控制在60?70V ；
当内外置热喷涂枪的电流可调范围在400?900A时其优选的电流控制在500?600A ；当内外置热喷涂枪的Ar气流量可调范围在30~60L/min时其优选的Ar气流量控制在 40 ~50L/min ；
当内外置热喷涂枪的H2气流量可调范围在2~5L/min时其优选的H2气流量控制在3 ~4 L/min ；
内送粉嘴2的喷粉流量控制在O~llL/min，内送粉嘴2的喷粉速度控制在O~60g/
min,
外送粉嘴?的喷粉流量控制在O~llL/min，外送粉嘴7的喷粉速度O~60g/min。
[0009]周向调节套6能绕环形凹槽3旋转360°。
[0010]分度盘14按度显示且显示的角度范围是-90°~90°。
[0011]在垂直方向安装的外送粉嘴7距内送粉嘴2的优选水平间距控制在80~100mm。
[0012]所述偏转角度控制在-45°~45°。
[0013]外送粉嘴7嘴口距中心轴线10的喷射高度控制在10~30mm，优选的所述喷射高度控制在15~25mm。
[0014]由于采用如上所述技术方案，本发明产生如下积极效果:
1、本发明改进的内外置热喷涂枪中具有内送粉嘴和外送粉嘴，内送粉嘴和外送粉嘴分别通过外接装置如Praxair 3710型等离子喷涂设备、Metco 7M型等离子喷涂设备等实现了内、外组合的双喷粉系统，`将熔点较高的Al2O3粉以内送粉方式而将熔点较低的TiO2粉以外送粉方式实现同步喷射，在高温区和低温区可以有效解决Al2O3粉和TiO2粉的熔点差异较大问题，同时通过内送粉嘴和外送粉嘴可以即时调整Al2O3粉和TiO2粉的喷粉流量以及喷粉速度并在金属基体表面形成形成梯度可调的复合等离子陶瓷涂层，这对提高所述复合等离子陶瓷涂层的沉积效率或涂层性能具有很大的促进作用。
[0015]2、通过周向调节套和径向调节座可以实现外送粉嘴在三个方向上与中心轴线的相对位置特征，从而保证外送粉嘴能将TiO2粉喷射到等离子焰流的最佳部位。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是内外置热喷涂枪的基本结构示意简图。
[0017]图2是内外置热喷涂枪的局部放大结构示意简图。
[0018]上述图中:1_喷枪；2_内送粉嘴；3_环形凹槽；4-螺钉；5_螺栓；6_周向调节套；7_外送粉嘴；8_径向调节座；9_等尚子焰流；10_中心轴线；11_第二螺钉；12_夹座；13_第三螺钉；14_分度盘；15_高度刻度线；16_标志线；17_环状刻度盘。
【具体实施方式】
[0019]本发明是一种内置热喷涂枪改进为内外置热喷涂枪及其使用方法，改进的内外置热喷涂枪可以分别单独喷射Al2O3粉、TiO2粉，单独喷射通过调整喷粉流量和喷粉速度可以即时改变Al2O3粉和TiO2粉的配比构成，在热喷涂过程中使熔点不同的Al2O3粉和TiO2粉的熔化状态得以良好协调，从而方便地在金属基体上形成梯度可调的复合等离子陶瓷涂层，增大金属基体复合等离子陶瓷涂层的沉积效率，改善金属基体复合等离子陶瓷涂层的涂层性能。
[0020]参考图1，内置热喷涂枪包含喷枪1、内送粉嘴2，在喷枪I上斜装有内送粉嘴2，喷枪I的中心轴线10到内送粉嘴2嘴口的垂直间距给定，内送粉嘴2嘴口到喷枪出口端的水平间距给定，热喷涂时内置热喷涂枪具有可调的电压和电流，沿喷枪I的中心轴线10配置输送有H2气，沿内送粉嘴2配置输送有Ar气，在Ar气的保护下沿内送粉嘴2可单独喷涂Al2O3粉或是TiO2粉并形成等离子焰流9，内送粉嘴2的外接装置给定，内送粉嘴2在所述外接装置配合下的喷粉流量和喷粉速度分别可调，H2气和Ar气的流量也可调，Al2O3粉和TiO2粉或是其它组份按设计比例配方形成混合或是复合喷涂粉，所述外接装置如Praxair 3710型等离子喷涂设备、Metco 7M型等离子喷涂设备等。
[0021]本发明设定喷枪I的外径为D。
[0022]结合图1-2，内置热喷涂枪改进为内外置热喷涂枪的结构和使用方法如下:
先在距喷枪I出口端的外径端面车制一环形凹槽3，将内径与所述D匹配的周向调节套6通过数个螺钉4紧固在喷枪I出口端，在内送粉嘴2的外侧配设标志线16，与标志线16对应的周向调节套6的径向端面配设环状刻度盘17，由于任一螺钉4和螺栓5在周向调节套6的安装位置处于同一水平轴线，通过环状刻度盘17能够显示出任一螺钉4在周向调节套6上所处位置，周向调节套6能绕环形凹槽3旋转360°并以所处位置为准与标志线16对准，再通过数个螺钉4的紧固即可保证外送粉嘴7与内送粉嘴2处于同一水平轴线。
[0023]周向调节套6的通孔内径>喷枪I的内径，通过螺栓5将径向调节座8紧固在周向调节套6的通孔内，紧固后径向调节座8的底平面与周向调节套6的中心轴线相互平行，在径向调节座8的夹座12上通过第三螺钉13卡夹有外送粉嘴7，围绕夹座12附近的径向调节座8端面设置有显示外送粉嘴7相对偏转角度的分度盘14，分度盘14按度显示且显示的角度范围是-90°?90°，但所述偏转角度控制在-45°?45°即可，左端偏转角度为正，右端偏转角度为负，根据热喷涂的需求通过第三螺钉13即可调整外送粉嘴7嘴口相对喷枪I中心轴线10的偏转角度，夹座12相对径向调节座8是可以转动固定的。
[0024]在外送粉嘴7的喷口段标示高度刻度线15，外送粉嘴7嘴口距中心轴线10的喷射高度控制在10?30mm，优选的所述喷射高度控制在15?25mm，通过第二螺钉11可以调整外送粉嘴7嘴口距中心轴线10的喷射高度。
[0025]在夹座12上安装的外送粉嘴7距内送粉嘴2的水平间距控制在60?120mm，在垂直方向安装的外送粉嘴7距内送粉嘴2的优选水平间距控制在80?100mm。
[0026]将内送粉嘴2和外送粉嘴7分别与所述外接装置联接，内送粉嘴2通过所述外接装置喷涂Al2O3粉，外送粉嘴7通过所述外接装置喷涂TiO2粉，在H2气和Ar气流量给定情况下并在所述设计比例配方下使喷枪I在中心轴线10上形成Al2O3粉等离子焰流以及TiO2粉等离子焰流，在H2气的作用下所述Al2O3粉等离子焰流在靠近内送粉嘴2区域形成高温区而所述TiO2粉等离子焰流在靠近外送粉嘴7区域形成低温区，将熔点较高的Al2O3粉以内喷粉方式而将熔点较低的TiO2粉以外喷粉方式有效解决了 Al2O3粉和TiO2粉的熔点差异较大问题，同时通过内送粉嘴2和外送粉嘴7可以即时调整Al2O3粉和TiO2粉的喷粉流量以及喷粉速度并在金属基体表面形成形成梯度可调的复合等离子陶瓷涂层，这对提高所述复合等离子陶瓷涂层的沉积效率或涂层性能具有很大的促进作用。
[0027]使用内外置热喷涂枪的工艺参数设置如下:
当内外置热喷涂枪的电压可调范围在40?90V时其优选的电压控制在60?70V ；
当内外置热喷涂枪的电流可调范围在400?900A时其优选的电流控制在500?600A ；当内外置热喷涂枪的Ar气流量可调范围在30~60L/min时其优选的Ar气流量控制在 40 ~50L/min ；
当内外置热喷涂枪的H2气流量可调范围在2~5L/min时其优选的H2气流量控制在3 ~4 L/min ；
内送粉嘴2的喷粉流量控制在O~llL/min，内送粉嘴2的喷粉速度控制在O~60g/
min,
外送粉嘴?的喷粉流量控制在O~llL/min，外送粉嘴7的喷粉速度O~60g/min。
[0028]实施例1:87wt%Al203+13wt%Ti02的复合等离子陶瓷涂层制备 内送粉嘴和外送粉嘴分别与Praxair 3710型等离子喷涂设备联接。
[0029]工艺参数为:电压70V、电流600A、Ar气流量50L/min、H2气流量3L/min、内送粉嘴的喷粉流量10L/min、外送粉嘴的喷粉流量3L/min、内送粉嘴的喷粉速度52.2g/min、外送粉嘴的喷粉速度7.8g/min、外送粉嘴7距内送粉嘴的水平间距80mm、偏转角度30°、喷射高度15mm，最终制备出组织均匀、致密，结合强度良好的87wt%Al203+13wt%Ti02的复合等离子陶瓷涂层。
[0030]实施例2:60wt%Al203+40wt%Ti02的复合等离子陶瓷涂层制备 内送粉嘴和外送粉嘴分别与Metco 7M型等离子喷涂设备联接。
[0031]工艺参数为:电压65V、电流550A、Ar气流量45L/min、H2气流量3L/min、内送粉嘴的喷粉流量8L/min、外送粉嘴的喷粉流量6L/min、内送粉嘴的喷粉速度36g/min、外送粉嘴的喷粉速度24g/min、外送粉嘴7距内送粉嘴的水平间距90mm、偏转角度10°、喷射高度18mm，最终制备出组织均匀、致密，结合强度良好的60wt%Al203+40wt%Ti02的复合等离子陶瓷涂层。`
[0032]实施例3:20wt%Al203+80wt%Ti02的复合等离子陶瓷涂层制备 内送粉嘴和外送粉嘴分别与Praxair 3710型等离子喷涂设备联接。
[0033]工艺参数为:电压60V、电流500A、Ar气流量40L/min、H2气流量3L/min、内送粉嘴的喷粉流量4L/min、外送粉嘴的喷粉流量10L/min、内送粉嘴的喷粉速度12g/min、外送粉嘴的喷粉速度48g/min、外送粉嘴7距内送粉嘴的水平间距100mm、偏转角度-15°、喷射高度25mm，最终制备出组织均匀、致密，结合强度良好的20wt%Al203+80wt%Ti02的复合等离子陶瓷涂层。
【权利要求】
1.一种内置热喷涂枪改进为内外置热喷涂枪及其使用方法，内置热喷涂枪包含喷枪(I)、内送粉嘴(2)，在喷枪⑴上斜装有内送粉嘴(2)，喷枪⑴的中心轴线(10)到内送粉嘴⑵嘴口的垂直间距给定，内送粉嘴⑵嘴口到喷枪出口端的水平间距给定，热喷涂时内置热喷涂枪具有可调的电压和电流，沿喷枪(I)的中心轴线(10)配置输送有4气，沿内送粉嘴⑵配置输送有Ar气，在Ar气的保护下沿内送粉嘴⑵可单独喷涂Al2O3粉或是TiO2粉并形成等离子焰流(9)，内送粉嘴⑵的外接装置给定，内送粉嘴(2)在所述外接装置配合下的喷粉流量和喷粉速度分别可调，H2气和Ar气的流量也可调，Al2O3粉和TiO2粉或是其它组份按设计比例配方形成混合或是复合喷涂粉，设定喷枪(I)外径为D ;其特征是:由内置热喷涂枪改进为内外置热喷涂枪的结构是:先在距喷枪(I)出口端的外径端面车制一环形凹槽(3)，将内径与所述D匹配的周向调节套(6)通过数个螺钉(4)紧固在喷枪(I)出口端，在内送粉嘴(2)的外侧配设标志线(16)，与标志线(16)对应的周向调节套(6)的径向端面配设环状刻度盘(17);周向调节套(6)的通孔内径>喷枪(I)的内径，通过螺栓(5)将径向调节座⑶紧固在周向调节套(6)的通孔内，紧固后径向调节座⑶的底平面与周向调节套(6)的中心轴线相互平行，在径向调节座(8)的夹座(12)上通过第三螺钉(13)卡夹有外送粉嘴(7)，围绕夹座(12)附近的径向调节座(8)端面设置有显示外送粉嘴(7)相对偏转角度的分度盘(14)，外送粉嘴(7)的喷口段标示高度刻度线(15)，在夹座(12)上安装的外送粉嘴(7)距内送粉嘴(2)的水平间距控制在60~120mm ; 使用时:由于任一螺钉(4)和螺栓(5)在周向调节套(6)的安装位置处于同一水平轴线，通过环状刻度盘(17)能够显示出任一螺钉⑷在周向调节套(6)上所处位置，以所处位置为准并与标志线(16)对准，再通过数个螺钉(4)的紧固即可保证外送粉嘴(7)与内送粉嘴(2)处于同一水平轴线，此时根据热喷涂的需求并先通过第三螺钉(13)来调整外送粉嘴(7)嘴口相对喷枪(I)中心轴线(10)的偏转角度，再通过第二螺钉(11)来调整外送粉嘴(7)嘴口距中心轴线(10)的喷射高度，将内送粉嘴(2)和外送粉嘴(7)分别与所述外接装置联接，内送粉嘴(2)通过所述外接装置喷涂Al2O3粉，外送粉嘴(7)通过所述外接装置喷涂TiO2粉，在H2气和Ar气流量给定情况下并在所述设计比例配方下使喷枪(I)在中心轴线(10)上形成Al2O3粉等离子焰流以及TiO2粉等离子焰流，在H2气的作用下所述Al2O3粉等离子焰流在靠近内送粉嘴(2)区域形成高温区而所述TiO2粉等离子焰流在靠近外送粉嘴(7)区域形成低温区，将熔点较高的Al2O3粉以内喷粉方式而将熔点较低的TiO2粉以外喷粉方式有效解决了 Al2O3粉和TiO2粉的熔点差异较大问题，同时通过内送粉嘴(2)和外送粉嘴(7)可以即时调整Al2O3粉和TiO2粉的喷粉流量以及喷粉速度并在金属基体表面形成形成梯度可调的复合等离子陶瓷涂层； 内外置热喷涂枪的工艺参数设置如下: 当内外置热喷涂枪的电压可调范围在40~90V时其优选的电压控制在60~70V ； 当内外置热喷涂枪的电流可调范围在400~900A时其优选的电流控制在500~600A ；当内外置热喷涂枪的Ar气流量可调范围在30~60L/min时其优选的Ar气流量控制在 40 ~50L/min ； 当内外置热喷涂枪的H2气流量可调范围在2~5L/min时其优选的H2气流量控制在3 ~4 L/min ； 内送粉嘴(2)的喷粉流量控制在O~llL/min，内送粉嘴(2)的喷粉速度控制在O~.60g/min, 外送粉嘴(7)的喷粉流量控制在O~llL/min，外送粉嘴(7)的喷粉速度O~60g/min。
2.根据权利要求1所述一种内置热喷涂枪改进为内外置热喷涂枪及其使用方法，其特征是:周向调节套(6)能绕环形凹槽(3)旋转360°。
3.根据权利要求1所述一种内置热喷涂枪改进为内外置热喷涂枪及其使用方法，其特征是:分度盘(14)按度显示且显示的角度范围是-90°~90°。
4.根据权利要求1所述一种内置热喷涂枪改进为内外置热喷涂枪及其使用方法，其特征是:在垂直方向安装的外送粉嘴⑵距内送粉嘴(2)的优选水平间距控制在80~100mm。
5.根据权利要求1所述一种内置热喷涂枪改进为内外置热喷涂枪及其使用方法，其特征是:所述偏转角度控制在-45°~45°。
6.根据权利要求1所述一种内置热喷涂枪改进为内外置热喷涂枪及其使用方法，其特征是:外送粉嘴(7)嘴口距中心轴线(10)的喷射高度控制在10~30mm，优选的所述喷射高度控制在15~25mm。
【文档编号】B05C19/06GK103506232SQ201310327928
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年7月31日 优先权日:2013年7月31日
【发明者】武创, 郗雨林 申请人:中国船舶重工集团公司第七二五研究所