专利名称：用于冷喷涂的超音速喷嘴的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种喷嘴，特别是涉及一种用于冷喷涂的拉乌尔(Laval)型超音速喷嘴。
背景技术：
冷喷涂亦称冷气动力喷涂，或动力学喷涂。冷喷涂最重要的参数是粉末颗粒到达基板之前的速度。对于给定的材料，存在一个临界速度，只有速度超过该临界值的粒子才能黏附在基板上形成涂层。喷嘴的设计是影响速度的一个重要因素。目前的冷喷涂都是采用Laval喷嘴来实现超音速的。Laval喷嘴可以有不同的几何形式，其主要特征参数包括几何轮廓(如，发散段流道的横截面是圆形还是矩形)、发散段的长度以及出口横截面面积与流道最细部位(喉部或颈部)横截面面积之比等。
现有用于冷喷涂的Laval型超音速喷嘴只有流道横截面为圆形和矩形两种，参见图1。对于流道横截面为圆形的常规Laval喷嘴而言，为了确保能够对粉末颗粒进行有效的加速，喷嘴发散段的发散角α以及喷嘴出口半径R的调整余地都不是很大。这样，难以用于喷涂较细的旋转体(旋转半径r较小的)试样或工件。此时，可以采用出口截面为矩形的Laval喷嘴。对于发散段流道横截面矩形的长短边分别为c1和cs的喷嘴(通常cs远小于圆形喷嘴的直径)当长边平行于试样或工件的旋转轴时，喷嘴出口半径R＝cs/2，对应的有效撞击速度记为vns；当短边平行于试样或工件的旋转轴时，R＝c1/2，对应的有效撞击速度记为vn1。显然，vns＞vn1，这就意味着可以采用将矩形喷嘴的长边平行于试样或工件的旋转轴的工作方式，来喷涂较细的试样或工件。此外，在要求喷涂斑点狭长的应用场合，也多采用矩形的喷嘴。
尽管矩形Laval喷嘴有上述的优势，但也存在一个致命的弱点流场分布不均匀，喷嘴内壁在四个棱角处存在紊流。相比之下，圆形常规喷嘴的流场分布均匀，不存在紊流区。为了达到冷喷涂层的临界速度，喷嘴的内壁必须保持畅通，无粉末粘圬和塞积。发散段流道横截面为矩形的Laval喷嘴的内壁存在四个棱角存在的紊流，不仅不利于对粉末颗粒的加速，而且易于导致粉末颗粒对流道的磨损、粘圬和塞积。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种用于冷喷涂的超音速喷嘴，该喷嘴可喷涂狭长斑点或区域，以及较细的旋转体，且发散段流道无紊流，工作气体和待喷涂粉末颗粒加速平稳。
本实用新型是这样实现的一种用于冷喷涂的超音速喷嘴，包括汇聚段、喉部、发散段、出口端，喉部为圆形，其特征是出口端为椭圆，喉部至出口端为连续平滑地递增，发散段流道横截面为椭圆。
上述的用于冷喷涂的超音速喷嘴，所述椭圆长短半轴之比为2至7。
一种用于冷喷涂的超音速喷嘴，所述出口端为椭圆和矩形组合形，矩形嵌入椭圆中部，矩形边与椭圆边为平滑连接，喉部至出口端为连续平滑地递增，发散段流道横截面为椭圆和矩形组合形。
上述的用于冷喷涂的超音速喷嘴，所述矩形一边为椭圆短轴，矩形另一边的长度小于等于三倍椭圆长半轴。
本实用新型的超音速喷嘴的出口端面为椭圆或椭圆和矩形组合形，该超音速喷嘴兼具圆形Laval喷嘴发散段流道无紊流、矩形Laval喷嘴可以喷涂狭长斑点或区域以及可以喷涂较细的旋转体的优点。即本实用新型提供的喷嘴能够象矩形喷嘴一样，可以喷涂狭长斑点或区域而无须遮挡，还可以喷涂较细的旋转体，但发散段流道不存在紊流区，因此工作气体和待喷涂粉末颗粒的加速平稳，并且可以减少喷嘴内壁的磨损、粘圬和塞积。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步说明。
图1为现有超音速喷嘴的流道横截面为圆形示意图；图2为现有超音速喷嘴的流道横截面为矩形示意图；图3为本实用新型超音速喷嘴的流道横截面为椭圆形示意图；图4为用于冷喷涂的超音速喷嘴流道横截面为椭圆形结构示意图；图5为图4的右视图；图6为图4的俯视图；图7为发散段流道横截面为椭圆的Laval喷嘴的出口端面示意图；图8为发散段流道横截面为椭圆与矩形组合的Laval喷嘴的出口端面示意图；图9为发散段流道横截面为圆与矩形组合的Laval喷嘴的出口端面(图8中b＝a的特例)示意图。
图中1喷嘴，2喉部，3汇聚段，4发散段，5出口端。
具体实施方式
参见图3、图4、图5、图6、图7，一种用于冷喷涂的超音速喷嘴1，包括汇聚段3、喉部2、发散段4、出口端5。喉部2为圆形，出口端5为椭圆，其中发散段4流道横截面尺寸和形状由喉部2直径(2R*)很小的圆连续平滑地渐变为出口端5长短轴分别为2a和2b的椭圆。由于喉部2可以看作长短轴相等(都是2R*)的椭圆，这也意味着本实施例喷嘴1发散段4任何部位的流道横截面都是椭圆。这里，流道横截面尺寸和形状渐变过程为线性，参见图4、图5、图6，其中椭圆的长短轴由喉部2的圆直径2R*分别线性递增为出口端5的2a和2b。这种渐变方式在保证渐变过程是连续平滑的条件，结构形式最简单。
喷嘴1的喉部2采用圆形，其直径2R*与常规的圆形Laval喷嘴一样，通常在1.5mm至3.5mm之间，更好在2mm至3mm之间。在本实施例中，本实用新型出口端5的椭圆短半轴b≥R*，并且b在1mm至3mm之间；长半轴a在3mm至15mm之间，更好在5mm至10mm之间。出口端5椭圆的适宜长短半轴比a/b在1.25至10之间，更好在2至7之间。
参见图8，该实施例是对前述椭圆喷嘴1有了进一步的改进。其发散段4流道横截面尺寸和形状由喉部2直径很小(2R*)的圆连续平滑地渐变为出口端5的椭圆和矩形组合形，亦即发散段4任何部位的流道横截面都是椭圆和矩形组合形。该椭圆和矩形组合形是这样构成的中间为边长分别为2b和l0矩形，一个长短轴分别为2a和2b椭圆分成两半对称地连接在该矩形的两条对边的外侧，这2个半椭圆的短轴2b分别与长度为2b的矩形对边吻合；出口端5流道横截面轮廓即为这2个半椭圆以及长度为l0的矩形对边总共4段线连接而成的封闭曲线。出口端5椭圆的适宜长短半轴比a/b在1.25至10之间，矩形的一个边的长度l0满足3a≥l0≥0。
在本实施例中，流道横截面尺寸和形状渐变过程同样为线性，其中所述椭圆的长短轴以及矩形的两条边依次由喉部2的圆直径2R*、2R*、0和0分别线性递增为出口端5的2a、2b、2a和l0。这种渐变方式在保证渐变过程是连续平滑的条件，结构形式也是最简单的。
参见图9，本实施例是在图8实施例的一个特例，即椭圆和矩形组合形的椭圆长短轴2a和2b相等，即2a＝2b，亦即允许椭圆的适宜长短半轴比a/b＝1。在这种情况下，组合截面中的椭圆变成了直径为2a(＝2b)的圆。
权利要求1.一种用于冷喷涂的超音速喷嘴，包括汇聚段、喉部、发散段、出口端，喉部为圆形，其特征是出口端为椭圆，喉部至出口端为连续平滑地递增，发散段流道横截面为椭圆。
2.根据权利要求1所述的用于冷喷涂的超音速喷嘴，其特征是椭圆长短半轴之比为2至7。
3.一种用于冷喷涂的超音速喷嘴，包括汇聚段、喉部、发散段、出口端，喉部为圆形，其特征是出口端为椭圆和矩形组合形，矩形嵌入椭圆中部，矩形边与椭圆边为平滑连接，喉部至出口端为连续平滑地递增，发散段流道横截面为椭圆和矩形组合形。
4.根据权利要求3所述的用于冷喷涂的超音速喷嘴，其特征是矩形一边为椭圆短轴，矩形另一边的长度小于等于三倍椭圆长半轴。
专利摘要本实用新型涉及一种喷嘴，特别是涉及一种用于冷喷涂的拉乌尔(Laval)型超音速喷嘴。一种用于冷喷涂的超音速喷嘴，包括汇聚段、喉部、发散段、出口端，喉部为圆形，其特征是出口端为椭圆或椭圆和矩形组合形，喉部至出口端为连续平滑地递增，发散段流道横截面为椭圆或椭圆和矩形组合形。本实用新型可喷涂狭长斑点或区域，以及较细的旋转体，且发散段流道无紊流，工作气体和待喷涂粉末颗粒加速平稳，可以减少喷嘴内壁的磨损、粘圬和塞积。
文档编号B05B7/14GK2865860SQ20052004462
公开日2007年2月7日 申请日期2005年8月30日 优先权日2005年8月30日
发明者宋洪伟, 张俊宝, 史弼 申请人:宝山钢铁股份有限公司