专利名称：一种低温超音速火焰喷涂钛或钛合金涂层的保护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及热喷涂技术领域，具体是涉及一种低温超音速火焰喷涂钛或钛合金涂层的保护装置。
背景技术：
钛及钛合金因优异的耐腐蚀性能而广泛应用于化工、船舶等领域，然而其价格昂贵、加工难度大，大大限制了其应用，采用涂层技术沉积耐腐蚀性能优良的钛及钛合金涂层是有效的拓宽其应用的方法。由于钛金属的活性较高，在高温大气环境下容易被氧化，需要在真空或者惰性气氛下进行沉积，因此在大气环境下高效沉积性能优良的钛及钛合金涂层是人们的研究目标。在沉积钛及钛合金时对其粉末粒子防氧化保护非常重要，特别是纯钛粉末的喷涂，高温下如果保护不好，极易引起氧化，使得涂层含有较多钛的氧化物，以至于涂层内产生孔隙、裂纹等缺陷，引起严重的喷涂质量问题。从钛及钛合金材料的物理和化学 性能来看，钛及钛合金在300°C左右就能和周围环境发生氧化。由于钛的熔点高、热容量大、电阻系数大、热导率比铝、铁等金属低，所以钛熔化后具有更高的温度，钛及钛合金的物理、化学性能活性强，随着温度的增高，其化学活性也将迅速增大，并在固态下能强烈地吸收各种气体，所以在喷涂钛及钛合金时必须在粒子飞行和沉积过程中做好保护措施，以免高温钛粉末与活性气体(空气中的氧和氮)反应生成钛的氧化物和氮化物，它们的存在会严重影响涂层的使用寿命。因此，当前钛及钛合金涂层研究的重点就在于如何满足日益增加的钛及钛合金工件高稳定性和长期寿命的高要求。为此，人们对热喷涂技术制备钛及钛合金涂层作了广泛的研究，包括低压等离子喷涂、冷喷涂、超音速火焰喷涂、低温超音速火焰喷涂等。低压等离子喷涂制备钛及钛合金涂层，其制备工艺复杂，耗费成本高，由于需要在腔体内进行沉积，对一些大形特殊结构零件无法进行沉积。冷喷涂工艺可以在大气环境下沉积性能优良的钛涂层，冷喷涂是高压气流经拉瓦尔管加速产生超高音速的束流，将加热但没熔化的粒子喷射到基体表面形成涂层。该工艺喷涂时，由于粒子的温度较低，有效的减少了粒子的氧化，并且在大气环境下对喷涂工件的形状尺寸限制较小，但是喷涂钛或钛合金需要昂贵的氦气作为加速气体，因此成本非常高。另外，冷喷涂是使粒子与粒子之间通过锻焊作用而沉积堆垛而成，因此其结合强度不高。超音速火焰喷涂由于其能在大气环境下大面积低成本高效率制备结合强度高于40MPa的涂层而被用来制备钛及钛合金涂层。为了降低喷涂火焰温度，采用了低温超音速火焰喷涂设备在大气环境和较低火焰温度条件下制备了钛及钛合金涂层，经检测得涂层的氧含量仍较高，为2. 6%，较高的氧含量，严重影响涂层的综合性能，大大降低了使用寿命。
发明内容本实用新型的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种通过喷涂焰流保护罩的特殊结构来为氩气导流，能降低火焰温度和有效减少飞行粒子及沉积粒子的氧化，从而降低涂层的氧含量，提高涂层的质量和延长涂层的使用寿命的低温超音速火焰喷涂钛或钛合金涂层的保护装置。本实用新型的技术方案是这样实现的本实用新型所述的低温超音速火焰喷涂钛或钛合金涂层的保护装置，其特点是包括喷涂焰流保护罩和底座，其中所述喷涂焰流保护罩为由中心连接体及连接在中心连接体前部的前内壳、前外壳和后部的后内壳、后外壳组成的中间具有前后方向连通的腔道的圆环形结构体，其中所述前外壳上设置有前进气孔，所述后外壳上设置有后进气孔，所述前内壳上倾斜地设置有与前进气孔相连通且用于向腔道的前端开口外侧喷气的前导流槽，所述后内壳上倾斜地设置有与后进气孔相连通且用于向腔道的后端开口内侧喷气的后导流槽，所述中心连接体上设置有与腔道中部相连通的进气通道，所述前进气孔、后进气孔和进气通道的进气口分别连接有经减压阀与氩气罐相连通的耐高温气管。为了使本实用新型所述的喷涂焰流保护罩的使用效果更好，保护粒子飞行及沉积过程不被氧化，上述前内壳与前外壳之间形成有与上述前导流槽和前进气孔相连通的前储 气腔，上述后内壳与后外壳之间形成有与上述后导流槽和后进气孔相连通的后储气腔。同时，为了防止前储气腔和后储气腔出现漏气而影响本实用新型所述的喷涂焰流保护罩的使用效果，上述前内壳、前外壳、后内壳和后外壳与中心连接体的连接处分别装置有密封圈。为了使本实用新型所述的喷涂焰流保护罩的结构可靠，且方便前导流槽和后导流槽的设置，上述中心连接体的前后端面均设置成锥形面，上述前内壳和前外壳位于中心连接体前锥形面外侧的部分分别设置成倾斜度与前锥形面的倾斜度相对应的锥形结构，上述后内壳和后外壳位于中心连接体后锥形面外侧的部分分别设置成倾斜度与后锥形面的倾斜度相对应的锥形结构，上述前导流槽设置在所述前内壳的锥形结构外壁上，上述后导流槽设置在所述后内壳的锥形结构外壁上。为了使本实用新型所述的喷涂焰流保护罩的拆装方便，上述前内壳、前外壳、后内壳和后外壳与中心连接体分别通过螺纹连接。为了使本实用新型所述的喷涂焰流保护罩喷出的气流均匀，对飞行中的熔化或半熔化钛或钛合金粒子起到良好的密封保护效果，上述前进气孔和后进气孔分别呈圆周分布且等间距地设置有六个；上述进气通道呈圆周分布且等间距地设置有六个；上述前导流槽和后导流槽分别呈圆周分布且等间距地设置有十二个，且每个导流槽的两端与上述圆环形结构体中心的连线夹角均为15°。为了使本实用新型所述的耐高温气管的连接方便可靠，且不与喷涂焰流保护罩直接接触，以免在喷涂时喷涂焰流保护罩传导大量火焰热量而熔化耐高温气管，上述前进气孔和后进气孔分别通过气孔接头与耐高温气管相连接，上述进气通道通过螺纹铜管与耐高温气管相连接。为了使本实用新型所述的喷涂焰流保护罩的装夹方便可靠，上述底座包括底板、垂直连接在底板上的由二块带半圆形开口的撑板组成的撑架和通过固定板连接固定在撑架上的用于夹紧喷涂焰流保护罩的二块带半圆形开口的夹板，其中所述二块撑板之间的底板上设置有用于连接螺纹铜管的连接槽，且所述底板上还设置有供螺丝穿过而将喷枪枪托固定在底板上的螺孔槽。本实用新型由于采用了分多路气流对熔化或半熔化钛或钛合金粒子在飞行和沉积过程中通过冷却气体进行降温及形成密封气环保护的喷涂焰流保护罩的结构，并通过减压阀控制喷涂焰流保护罩各路气流的出气流量，从而有效地改变了喷涂火焰温度和喷涂沉积处冷却速度，使得熔化或半熔化钛或钛合金粒子处在较低的温度环境下飞行和在较快的速度下沉积，并且前端开口螺旋式喷出的氩气环流减少甚至隔绝沉积处与空气的接触以及后端开口螺旋喷出的氩气环流气环阻碍由于负压而导致倒吸进入中心连接体腔道的空气，从而有效地降低了涂层的氧含量，解决了大气环境下低成本喷涂结合强度高、氧含量低、综合性能优异的钛或钛合金涂层的技术难题，而且整个过程操作简单方便，极大地提高了喷涂效率。本实用新型的制造方便、使用安全环保、实用价值大，可广泛应用于航空航天、冶金、采矿、电力等行业。
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明。
图I为本实用新型所述喷涂焰流保护罩的剖面结构示意图。图2为本实用新型所述底座的主视结构示意图。图3为本实用新型所述底座的俯视结构不意图。图4为本实用新型所述底座的右视结构示意图。
具体实施方式
如图I-图4所示，本实用新型所述的低温超音速火焰喷涂钛或钛合金涂层的保护装置，包括喷涂焰流保护罩I和底座2，其中喷涂焰流保护罩I为由中心连接体11及连接在中心连接体11前部的前内壳12、前外壳13和后部的后内壳14、后外壳15组成的中间具有前后方向连通的腔道16的圆环形结构体，由此可知，中心连接体11、前内壳12、前外壳13、后内壳14和后外壳15均为中通的圆环形结构体，其中前外壳13上设置有前进气孔131，后外壳15上设置有后进气孔151，同时在前内壳12上倾斜地设置有与前进气孔131相连通且用于向腔道16的前端开口外侧喷气的前导流槽121，在后内壳14上倾斜地设置有与后进气孔151相连通且用于向腔道16的后端开口内侧喷气的后导流槽141，同时在中心连接体11上设置有与腔道16中部相连通的进气通道111，而且前进气孔131、后进气孔151和进气通道111的进气口分别连接有经减压阀与氩气罐相连通的耐高温气管3。为了使本实用新型所述的喷涂焰流保护罩I的使用效果更好，保护粒子飞行及沉积过程不被氧化，在前内壳12与前外壳14之间形成有与前导流槽121和前进气孔131相连通的前储气腔4，同时在后内壳14与后外壳15之间形成有与后导流槽141和后进气孔151相连通的后储气腔5，如图I所示，前储气腔4和后储气腔5是由中心连接体11上一体设置的环形凸台112分隔形成，其中前内壳12和后内壳14连接在环形凸台112的底部，前外壳13和后外壳15连接在环形凸台112外圆周面上。同时，为了防止前储气腔4和后储气腔5出现漏气而影响本实用新型所述的喷涂焰流保护罩I的使用效果，前内壳12、前外壳13、后内壳14和后外壳15与中心连接体11的连接处分别装置有密封圈6，如图I所示，密封圈6是装置在前内壳12、前外壳13、后内壳14和后外壳15与中心连接体11连接处的底部。为了使本实用新型所述的喷涂焰流保护罩I的结构可靠，且方便前导流槽121和后导流槽141的设置，中心连接体11的前后端面均设置成锥形面，前内壳12和前外壳13位于中心连接体11前锥形面外侧的部分分别设置成倾斜度与前锥形面的倾斜度相对应的锥形结构，同时后内壳14和后外壳15位于中心连接体11后锥形面外侧的部分分别设置成倾斜度与后锥形面的倾斜度相对应的锥形结构，其中前导流槽121设置在前内壳12的锥形结构外壁上，后导流槽141设置在后内壳14的锥形结构外壁上。为了使本实用新型所述的喷涂焰流保护罩I的拆装方便，前内壳12、前外壳13、后内壳14和后外壳15与中心连接体11分别通过螺纹连接。为了使本实用新型所述的喷涂焰流保护罩I喷出的气流均匀，对飞行中的熔化或半熔化钛或钛合金粒子起到良好的密封保护效果，前进气孔131和后进气孔151分别呈圆周分布且等间距地设置有六个；进气通道111呈圆周分布且等间距地设置有六个；前导流槽121和后导流槽141分别呈圆周分布且等间距地设置有十二个，且每个导流槽的两端与上述圆环形结构体中心的连线夹角均为15°。为了使耐高温气管3的连接方便可靠，且不与喷涂焰流保护罩I直接接触，以免在喷涂时喷涂焰流保护罩I传导大量火焰热量而熔化耐高温气管3，如图I所示，前进气孔131和后进气孔151分别通过气孔接头7与耐高温气管3相连接，进气通道111通过螺纹铜·管8与耐高温气管3相连接。其中连接在气孔接头7上耐高温气管3的直径为6_，进气通道111的内径则为4_，装置在进气通道111内的螺纹铜管8的外径为6_，连接在螺纹铜管8上的耐高温气管3的直径则为8_。而在实际的安装中，十二个直径6_耐高温气管3通过七个直径6_的三通接头连接和两个直径6_的四通接头连接，六个直径8_耐高温管3通过两个直径8_的四通接头连接，并通过一个两通接头将8mm转接6mm,然后直径6mm的三通接头联通二个6mm的耐高温气管3,另一接头接入直径6mm的进气管，该进气管通过减压阀连接到汇流排，将氩气瓶接入汇流排来提供保护气体IS气。如图2至图4所示，本实用新型还配备有与枪头和枪座相配合的底座2。该底座2包括底板21、垂直连接在底板21上的由二块带半圆形开口的撑板22组成的撑架和通过固定板24连接固定在撑架上的用于夹紧喷涂焰流保护罩I的二块带半圆形开口的夹板23，其中所述二块撑板22之间的底板21上设置有用于连接螺纹铜管8的连接槽25，且所述底板21上还设置有供螺丝穿过而将喷枪枪托固定在底板21上的螺孔槽26。本实用新型组装时，先将螺丝穿过螺孔槽26把底板21固定在喷枪枪托上，然后将喷涂焰流保护罩I卡入撑架内，然后通过二块夹板23将喷涂焰流保护罩I夹紧在撑架上并通过固定板24连接固定，然后在喷涂焰流保护罩I上接入耐高温气管3。本实用新型组装好后，可实现喷涂焰流保护罩I和喷枪枪头的同步运动，即机械臂同步运动。本实用新型的工作原理是准备喷涂前，先将底座2固定喷枪枪托上，再装夹喷涂焰流保护罩1，然后将耐高温气管3连接喷涂焰流保护罩I和氩气汇流排。喷涂时，打开氩气汇流排，调节出口压力，通过改变减压阀出口压力来改变通入喷涂焰流保护罩I的氩气流速。喷枪点火后开始喷涂，后储气腔5内的氩气经后导流槽141喷出螺旋氩气环流，该氩气流经后导流槽141喷出角度与喷枪头外壁呈80°，有效阻止了外界空气由于负压而倒吸进入喷涂焰流保护罩I的腔道16内，同时喷涂焰流保护罩I的腔道16内通过中心连接体11上的进气通道111注入氩气充满喷涂火焰四周，形成螺旋流动的氩气膜，对火焰外围降温，并且压缩火焰，使钛或钛合金粒子集中于焰流中心；根据低温超音速高速火焰喷涂钛或钛合金的喷距为80mm，因此喷涂焰流保护罩I前端外部与喷涂基体之间距离较小，再加上枪头一部分进入喷涂焰流保护罩I内，所以喷涂焰流保护罩I前端外部离基体距离不足20_，前储气腔4内的氩气经前导流槽121喷出螺旋氩气流隔绝外界空气与喷涂焰流保护罩I前端外部火焰接触，形成氩气膜，防止了钛或钛合金粒子在飞行过程中的氧化，同时，螺旋氩气流直接喷射到基板上，随着机械臂的运动，喷出的螺旋氩气流与基体呈120°，压缩了喷出火焰，并且在喷涂点四周会受到螺旋氩气流隔绝空气和加速基体降温。整个喷涂过程中，螺旋氩气流隔绝了钛或钛合金粒子在飞行和沉积过程中与大气接触，同时起到降温作用，有效降低了涂层的氧含量；另外螺旋氩气流对火焰起到压缩作用，使飞行的钛或钛合金粒子集中于焰流中心，提高了涂层的沉积效率。整个喷涂过程是在大气环境下进行，在大大节约成本及降低设备要求的同时获得了氧含量低、致密度高的钛或钛合金涂层，从而极大地提高了钛或钛合金涂层的综合性能，实用价值大，可广泛应用于航空航天、冶金、采矿、电力等行业。本实用新型是通过实施例来描述的，但并不对本实用新型构成限制，参照本实用新型的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本实用新型权利要求限定的范围之内。·
权利要求1.一种低温超音速火焰喷涂钛或钛合金涂层的保护装置，其特征在于包括喷涂焰流保护罩(I)和底座(2)，其中所述喷涂焰流保护罩(I)为由中心连接体(11)及连接在中心连接体(11)前部的前内壳(12)、前外壳(13)和后部的后内壳(14)、后外壳(15)组成的中间具有前后方向连通的腔道(16)的圆环形结构体，其中所述前外壳(13)上设置有前进气孔(131)，所述后外壳(15)上设置有后进气孔(151)，所述前内壳(12)上倾斜地设置有与前进气孔(131)相连通 且用于向腔道(16)的前端开口外侧喷气的前导流槽(121)，所述后内壳(14)上倾斜地设置有与后进气孔(151)相连通且用于向腔道(16)的后端开口内侧喷气的后导流槽(141)，所述中心连接体(11)上设置有与腔道(16)中部相连通的进气通道(111)，所述前进气孔(131)、后进气孔(151)和进气通道(111)的进气口分别连接有经减压阀与氩气罐相连通的耐高温气管(3)。
2.根据权利要求I所述低温超音速火焰喷涂钛或钛合金涂层的保护装置，其特征在于上述前内壳(12)与前外壳(14)之间形成有与上述前导流槽(121)和前进气孔(131)相连通的前储气腔(4)，上述后内壳(14)与后外壳(15)之间形成有与上述后导流槽(141)和后进气孔(151)相连通的后储气腔(5)。
3.根据权利要求2所述低温超音速火焰喷涂钛或钛合金涂层的保护装置，其特征在于上述前内壳(12)、前外壳(13)、后内壳(14)和后外壳(15)与中心连接体(11)的连接处分别装置有密封圈(6)。
4.根据权利要求I所述低温超音速火焰喷涂钛或钛合金涂层的保护装置，其特征在于上述中心连接体(11)的前后端面均设置成锥形面，上述前内壳(12)和前外壳(13)位于中心连接体(11)前锥形面外侧的部分分别设置成倾斜度与前锥形面的倾斜度相对应的锥形结构，上述后内壳(14)和后外壳(15)位于中心连接体(11)后锥形面外侧的部分分别设置成倾斜度与后锥形面的倾斜度相对应的锥形结构，上述前导流槽(121)设置在所述前内壳(12)的锥形结构外壁上，上述后导流槽(141)设置在所述后内壳(14)的锥形结构外壁上。
5.根据权利要求I所述低温超音速火焰喷涂钛或钛合金涂层的保护装置，其特征在于上述前内壳(12)、前外壳(13)、后内壳(14)和后外壳(15)与中心连接体(11)分别通过螺纹连接。
6.根据权利要求I所述低温超音速火焰喷涂钛或钛合金涂层的保护装置，其特征在于上述前进气孔(131)和后进气孔(151)分别呈圆周分布且等间距地设置有六个。
7.根据权利要求I所述低温超音速火焰喷涂钛或钛合金涂层的保护装置，其特征在于上述进气通道(111)呈圆周分布且等间距地设置有六个。
8.根据权利要求I所述低温超音速火焰喷涂钛或钛合金涂层的保护装置，其特征在于上述前导流槽(121)和后导流槽(141)分别呈圆周分布且等间距地设置有十二个，且每个导流槽的两端与上述圆环形结构体中心的连线夹角均为15°。
9.根据权利要求I所述低温超音速火焰喷涂钛或钛合金涂层的保护装置，其特征在于上述前进气孔(131)和后进气孔(151)分别通过气孔接头(7)与耐高温气管(3)相连接，上述进气通道(111)通过螺纹铜管(8)与耐高温气管(3)相连接。
10.根据权利要求I所述低温超音速火焰喷涂钛或钛合金涂层的保护装置，其特征在于上述底座(2)包括底板(21)、垂直连接在底板(21)上的由二块带半圆形开口的撑板(22)组成的撑架和通过固定板(24)连接固定在撑架上的用于夹紧喷涂焰流保护罩(I)的二块带半圆形开口的夹板(23)，其中所述二块撑板(22)之间的底板(21)上设置有用于连接螺纹铜管(8)的连接槽(25)，且所述底板(21)上还设置有供螺丝穿过而将喷枪枪托固定在底 板(21)上的螺孔槽(26)。
专利摘要一种低温超音速火焰喷涂钛或钛合金涂层的保护装置，包括喷涂焰流保护罩和底座，喷涂焰流保护罩为由中心连接体及连接在中心连接体前部的前内壳、前外壳和后部的后内壳、后外壳组成的中间具有前后方向连通的腔道的圆环形结构体，前外壳上设置有前进气孔，后外壳上设置有后进气孔，前内壳上倾斜地设置有与前进气孔相连通且用于向腔道的前端开口外侧喷气的前导流槽，后内壳上倾斜地设置有与后进气孔相连通且用于向腔道的后端开口内侧喷气的后导流槽，中心连接体上设置有与腔道中部相连通的进气通道。本实用新型有效解决了大气环境下低成本喷涂结合强度高、氧含量低、综合性能优异的钛或钛合金涂层的技术难题，且操作简单方便，极大地提高了喷涂效率。
文档编号C23C4/06GK202766608SQ201220403859
公开日2013年3月6日 申请日期2012年8月15日 优先权日2012年8月15日
发明者刘敏, 邓春明, 戴红亮, 邓畅光, 周克崧 申请人:广州有色金属研究院