25]图1所示为本发明新型超音速电弧喷枪的一种实施案例，包括两根高压空气输入管13和两根导丝管7，还包括安装基座14、燃烧室壳体2、保护壳体1和点火装置12，安装基座14上开有冷却空气管8和用于通入燃料及压缩空气的混合气体管6，燃烧室壳体2 —端开有6个呈环状均布的进气孔5，另一端开有喇叭状的雾化喷嘴9，燃烧室壳体2与安装基座14固连，二者之间形成燃烧腔体3，燃烧腔体3内安置布有若干通孔的环状催化陶瓷片4，催化陶瓷片4上部分通孔与进气孔5 —端相联通，进气孔5另一端连接混合气体管6，保护壳体1套置于燃烧室壳体2外，并开有喷枪出口，保护壳体与燃烧室壳体之间形成冷却空气流动腔11，该腔体与冷却空气管8联通，导丝管7及高压空气输入管13穿过安装基座14插入催化陶瓷片4的中心孔处，使得电弧丝熔融点10位于雾化喷嘴处，点火装置12穿置于催化陶瓷片上，使得点火点位于催化陶瓷片4表面。
[0026]如图2所示，催化陶瓷片4呈多孔结构，开有200-400个通孔，呈环形分布于催化陶瓷片上，催化陶瓷片与燃烧室壳体2紧密连接，使部分通孔与进气孔联通，燃料及压缩空气的混合气体通过混合气体输入管6以及进气孔5进入催化陶瓷片4的孔中，在穿过这些孔时，获得充分的混合及催化，进入燃烧腔体3中，进行充分、稳定的燃烧。
[0027]燃烧室壳体2、燃烧腔体3、催化陶瓷片4、进气孔5及雾化喷嘴9构成燃烧室雾化器，雾化喷嘴为喇叭形结构，位于燃烧室的出口端。燃烧产生的高速焰流通过雾化喷嘴加速后喷出形成高速燃气射流，高压空气通过高压空气输入管13喷向雾化喷嘴方向对高速燃气射流进行进一步加速，最终形成雾化射流的速度为900-1300m/s，形成2_4个马赫锥。
[0028]两根导丝管7及两根高压空气输入管13末端分别对称地置于催化陶瓷片4的中心孔处，正负极电弧丝的熔融点位于燃烧室雾化器的雾化喷嘴9内，电弧丝通过导丝管7进入该位置后接触形成高温电弧区，形成熔融的金属粒子。
[0029]燃烧室雾化器中产生的高速焰流以及高压空气形成超音速雾化射流，对熔融的电弧丝进行雾化，获得超细的雾化粒子，并将粒子加速到800m/s以上，沉积到工件表面形成涂层。
[0030]保护壳体1内壁和燃烧室壳体2外壁之间形成冷却空气流动腔11，冷却空气进入该腔体对燃烧室雾化器进行冷却后从喷枪出口端喷出，不需要其他如水循环冷却等冷却方式。
[0031]图3所示为采用超音速电弧喷涂的Fe-Cr-Ni复合涂层，其一种制备方法具体如下:
[0032]1、预处理
[0033]对基体(如45钢、Q235等常用钢材)表面进行去离子水清洗，丙酮、酒精除油清洗，烘干，喷砂毛化处理(选用20-35目的白刚玉或棕刚玉砂，喷砂压力0.4?0.6MPa)，处理后表面达到St3的洁净度要求。
[0034]2、对基体进行预热，预热后基体表面温度为150_200°C。
[0035]3、采用本发明的超音速电弧喷涂装置进行超音速电弧喷涂Fe-Cr-Ni复合涂层，喷枪与基体表面夹角75?90°，喷涂距离为100?250mm，喷枪移动速度为500?800mm/s，送丝速率为2_4m/min。喷涂丝材的主要成分为Fe 60?81%、Cr 15?30%、Ni 4?10% (质量百分比)，丝材的直径为1.6mm或2.0mm，
[0036]4、主要工艺参数为:丙烷及压缩空气的压力0.45?0.6MPa ;高压空气的压力为
0.5?0.65MPa ;电压30?38V ;喷涂电流为250?350A。
[0037]5、喷涂5?7层，涂层最终厚度150?200 μ m。
[0038]6、涂层性能测试分析:涂层的孔隙率小于2%，结合强度为35?45MPa，显微硬度为400?550HV0.2，300h盐雾试验等级为RplO，涂层的摩擦磨损测试性能较基体提高4倍以上，具有良好的耐腐蚀性能及耐磨性能。
【主权项】
1.一种新型超音速电弧喷枪，包括两根高压空气输入管(13)和两根导丝管(7)，其特征在于，还包括安装基座(14)、燃烧室壳体(2)、保护壳体(1)和点火装置(12)，安装基座(14)上开有冷却空气管(8)和用于通入燃料及压缩空气的混合气体管￠)，燃烧室壳体(2)一端开有若干进气孔(5)，另一端开有喇机状的雾化喷嘴(9)，燃烧室壳体(2)与安装基座(14)固连，二者之间形成燃烧腔体(3)，燃烧腔体(3)内安置布有若干通孔的环状催化陶瓷片(4)，催化陶瓷片⑷上部分通孔与进气孔(5) —端相联通，进气孔(5)另一端连接混合气体管￠)，保护壳体(1)套置于燃烧室壳体(2)外，并开有喷枪出口，保护壳体与燃烧室壳体之间形成冷却空气流动腔(11)，该腔体与冷却空气管(8)联通，导丝管(7)及高压空气输入管(13)穿过安装基座(14)插入催化陶瓷片(4)的中心孔处，使得电弧丝熔融点(10)位于雾化喷嘴处，点火装置(12)穿置于催化陶瓷片上，使得点火点位于催化陶瓷片(4)表面。2.根据权利要求1所述的新型超音速电弧喷枪，其特征在于，所述的燃料为丙烷、天然气或者二者任意比混合的混合气体。3.根据权利要求1所述的新型超音速电弧喷枪，其特征在于，所述的催化陶瓷片(4)上通孔个数为200-400个，环形分布于催化陶瓷片上。4.根据权利要求1所述的新型超音速电弧喷枪，其特征在于，所述的进气孔(5)个数为6-8个，呈环形分布于燃烧室壳体(2)端部。5.一种新型超音速电弧喷涂装置，其特征在于，该装置包括如权利要求1-4任一项所述的新型超音速电弧喷枪。6.应用如权利要求5所述的喷涂装置制备的Fe-Cr-Ni复合涂层。7.应用如权利要求5所述的喷涂装置制备Fe-Cr-Ni复合涂层的方法，其特征在于，以质量百分比计，喷涂丝材的主要成分为Fe 60?81%、Cr 15?30%、Ni 4?10%，丝材的直径为1.6mm或2.0mm,混合气体管输入的燃料的压力为0.45?0.6MPa ;高压空气输入管通入的压缩空气的压力为0.5?0.65MPa ;喷涂电压为30?38V ;喷涂电流为250?350A ；送丝速率为2_4m/min ;喷涂距离为100?250mm。
【专利摘要】本发明公开了一种新型超音速电弧喷枪，该喷枪包括高压空气输入管和两根导丝管，还包括安装基座、燃烧室壳体、保护壳体、点火装置及催化陶瓷片，通过陶瓷片将燃料与压缩空气进行充分的混合，并经过雾化喷嘴的加速，实现了超音速的燃气射流，对熔融电弧丝进行超细雾化，可将金属粒子加速到800m/s以上，可大幅度提高涂层的性能。本发明还公开了包含上述新型超音速电弧喷枪的喷涂装置及采用该装置制备Fe-Cr-Ni复合涂层的制备工艺。基于本发明提供的装置及工艺，可以有效提高电弧喷涂的粒子速度，获得高结合强度、高硬度、低孔隙率、低氧化率等高性能Fe-Cr-Ni复合涂层，可以被应用于如闸门、锅炉管壁、活塞杆等工件表面。
【IPC分类】B05B7/04, B05D1/02, B05B7/22
【公开号】CN105327804
【申请号】CN201510783442
【发明人】吴燕明, 陈小明, 赵坚, 周夏凉, 伏利, 方勇, 毛鹏展, 王莉容
【申请人】水利部杭州机械设计研究所
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年11月15日