专利名称：一种新型低温高速超音速火焰喷涂装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及热喷涂技术领域，特别是一种新型低温高速超音速火焰喷涂装置。
背景技术：
超音速火焰喷涂是利用燃料(煤油、丙烯、乙炔或氢气)与空气或氧气助燃气产生 的火焰作为热源，热源将喷涂材料较热熔化或者半熔化，依靠火焰经拉乌尔喷嘴产生的高 速焰流或外加的压缩气流，将雾化的熔滴进行加速，以高速喷射到基体表面形成涂层的工 艺方法，是目前重要的热喷涂工艺。依据热源的不同，常用的热喷涂工艺还包括火焰喷涂、 电弧喷涂、爆炸喷涂、冷喷涂和等离子喷涂等。这些喷涂方法各有优缺点，应用于不同的领 域。火焰喷涂涂层质量较低，但设备简单，成本低廉，可用于现场施工；电弧喷涂的喷涂效率 高，操作方便，设备和生产成本较低，主要在长效防腐、修复和模具快速制造方面有优势；爆 炸喷涂涂层质量高，但涂层的生产效率低，且因设备笨重而使应用受到一定的限制；冷喷涂 主要用于喷涂金属涂层，涂层质量较高，但设备复杂，生产效率非常低，应用非常受限 ’等离 子喷涂的热源温度高，主要用于制备高熔点的陶瓷涂层。超音速火焰喷涂是近年来发展最 快的喷涂方法，所制备的涂层质量优良，主要用于制备金属或金属陶瓷涂层。然而，由于现 有的超音速火焰喷涂装置的火焰温度较高，焰流速度较低，在喷涂过程中粒子在空气中停 留时间长，所获得的金属涂层含氧量较高，并且不适合喷涂钛等易氧化金属涂层。目前成功 应用的制备易氧化的金属涂层如钛及钛合金的工艺只有低压等离子喷涂，制备低氧金属涂 层该工艺也是首选。然而，低压等离子喷涂需要在真空室下进行喷涂，涂层的生产成本非常 高，而生产效率非常低，因此迫切的需要其他新型工艺制备易氧化或低氧量金属涂层。中国专利CN02224636.3实用新型专利介绍了一种低温超音速火焰喷涂装置。该 装置是在喷枪的拉乌尔喷嘴附近注入水或大流量空气，以降低火焰温度。但该装置的燃烧 室压力为0. 75MPa，与普通超音速火焰喷涂装置基本相同，由于焰流速度和燃烧室的压力有 着直接的关系，焰流速度与普通超音速火焰喷涂装置相当，因此仍不能喷涂易氧化或低氧 金属涂层。
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，提供一种可在有效降低火焰温 度的同时又能大大提高焰流速度，且结构简单、可靠的新型低温高速超音速火焰喷涂装置。 该火焰喷涂装置的焰流温度比普通超音速火焰喷涂低500°C，燃烧室压力高100%以上，焰 流速度提高40%以上，可以制备易氧化或者低氧量金属和低熔点材料涂层。本实用新型的技术方案是这样实现的本实用新型所述新型低温高速超音速火焰喷涂装置，包括喷枪、煤油供给系统、氧 气供给系统、点火系统、送粉系统、水冷系统和控制系统，其中所述喷枪包括带冷却腔的外 壳体及位于所述外壳体内的燃烧室、喷嘴，所述煤油供给系统、氧气供给系统和点火系统连至所述燃烧室，所述送粉系统和水冷系统连至所述喷嘴上，其特点是所述燃烧室上还连接 有用于向该燃烧室中直接注水或注氮气的注水或注氮气系统，所述控制系统与所述冷却系 统、煤油供给系统、氧气供给系统、注水或注氮气系统、送粉系统连接，并对各系统进行流量 和压力的控制。其中当上述注水或注氮气系统采用注水系统时，该注水系统包括高压水泵、注水 管，上述燃烧室后端位置设有与所述注水管相连的用于向该燃烧室中注水的注水嘴。当采 用注氮气系统时，该注氮气系统包括带增压装置的氮气瓶、送气管，上述燃烧室后端位置设 有与所述送气管相连的用于向该燃烧室中注氮气的注气嘴。上述喷嘴包括拉乌尔喷嘴、加长喷嘴，为使本实用新型在使用的过程中送粉更均 勻，所述拉乌尔喷嘴的前端设有与上述送粉系统连接的左、右送粉嘴。本实用新型由于采用在喷枪的燃烧室上连接用于向该燃烧室中直接注水或注氮 气的注水或氮气系统的结构，使得本实用新型在使用时可通过向燃烧室中直接注水或注氮 气，而使水或氮气经高温后气化直接迅速膨胀，以达到降低燃烧室中燃气温度的同时又使 燃烧室压力迅速增大的目的，经降温增速的燃气通过喷嘴将其加速到比普通超音速火焰喷 涂明显高的速度，并且随着注水和氮气流量的变化，焰流温度降低幅度和速度增加幅度不 同，从而实现低温高速超音速火焰喷涂的效果。本实用新型可喷涂钛、铜、铝金属及其合金 涂层，涂层的含氧量低，满足航空航天、电子、电力、钢铁、汽车、化工等工业对其导电、导热 或者耐蚀等性能要求而具有重要意义。
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明。
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型所述的新型低温高速超音速火焰喷涂装置，包括喷枪、煤 油供给系统3、氧气供给系统5、点火系统4、送粉系统6、7、水冷系统1和控制系统8，其中 所述喷枪包括带冷却腔15的外壳体15及位于所述外壳体15内的燃烧室10、喷嘴，所述煤 油供给系统3、氧气供给系统5和点火系统4连至所述燃烧室10，所述送粉系统6和水冷系 统1连至所述喷嘴上，为使本实用新型在可降低燃烧室10中燃气温度的同时又使可燃烧室 10压力迅速增大，所述燃烧室10上还连接有用于向该燃烧室10中直接注水或注氮气的注 水系统或注氮气系统2，所述控制系统8与所述水冷系统1、注水系统或注氮气系统2、煤油 供给系统3、氧气供给系统5、送粉系统6连接并对各系统进行流量和压力的控制。使得本 实用新型在使用时可通过在燃烧室10中直接注水或注氮气，水或氮气经高温后气化直接 迅速膨胀，降低燃烧室10中燃气温度的同时又使燃烧室10压力迅速增大，经降温增速的燃 气通过喷嘴将其加速到比普通超音速火焰喷涂明显高的速度，并且随着注水和氮气流量的 变化，焰流温度降低幅度和速度增加幅度不同，从而实现低温高速超音速火焰喷涂的目的。 其中当上述注水或注氮气系统采用注水系统时，该注水系统2包括高压水泵、注水管，上述 燃烧室10后端位置设有与所述注水管相连的用于向该燃烧室10中注水的注水嘴17。当采 用注氮气系统时，上述注氮气系统2包括带增压装置的氮气瓶、送气管，上述燃烧室10后端
4位置设有与所述送气管相连的用于向该燃烧室10中注氮气的注气嘴17。上述喷嘴包括拉 乌尔喷嘴11、加长喷嘴13，上述水冷系统1连至上述加长喷嘴13上。为使本实用新型在使 用过程中送粉更均勻，上述拉乌尔喷嘴11的前端位置设有与上述送粉系统6相连的左、右 送粉嘴12、16。上述外壳体15上分别设有与水冷系统1连接的进水口 9、出水口 14。上述 点火系统4由变压器、点火器、点火线圈、火花塞19等组成。本实用新型的发明构思是以煤 油为燃料，高压氧气作为助燃剂，在控制系统8的控制下将煤油和氧气以一定量的流量输 送到喷枪的燃烧室10，雾化喷嘴18将煤油充分雾化后喷入燃烧室10，煤油-氧气混合气经 火花塞19点火后燃烧形成高温高压的燃气，焰流稳定后在燃烧室10中注水或者高压氮气， 水或氮气经高温后气化并迅速膨胀，降低燃烧室中燃气温度的同时使燃烧室10压力迅速 增大，经降温增速的燃气通过拉乌尔喷嘴11将其加速到比普通超音速火焰喷涂明显高的 速度，随着注水和氮气流量的变化，焰流温度降低幅度和速度增加幅度不同，从而实现低温 高速超音速火焰喷涂的目的。该火焰喷涂装置的焰流温度比普通超音速火焰喷涂低500°C， 燃烧室压力高100%以上，焰流速度提高40%以上，可以制备易氧化或者低氧量金属和低 熔点材料涂层。为了防止喷枪内壁因温度过高而发生烧蚀，利用水冷系统对喷枪进行冷却。 上述水冷系统1由制冷机组、将冷却水高压送至喷枪的冷却腔的泵及阀组成。制冷机组将 喷枪的出水口 14流回的高温水将成冷却水，泵将冷却水通过入水口 9高压送至喷枪的冷 却腔15，而实现循环冷却。本实用新型在使用时焰流温度相对较低，而焰流速度较高，可用 于制备性能优良的易氧化或低氧量金属涂层和其他低熔点材料涂层，涂层具有结合强度较 高、孔隙率非常低和硬度较高的特点，具有高的性价比和非常高的经济效益，可广泛用在导 电、导热或者耐蚀等场合，特别在航空、电子、电力、钢铁、化工、汽车等领域。 本实用新型所述低温高速超音速火焰喷涂装置的工作程序包括喷前检查和喷涂 两个工作模式。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，手动控制时，按供冷却水、供油、供氧气、点火、注水或氮气、送粉、喷涂的顺序操作。 自动喷涂由控制系统自动点火，送粉后进行喷涂。喷涂停止时按与喷涂方向相反的顺序操 作。本实用新型一实施例的具体实施方式
为将煤油流量设定为0. 3升/分钟；氧气流量 为1000升/分钟，点火稳定后燃烧室的压力为0. 73MPa，注水0. 15升/分钟或氮气500升 /分钟，燃烧室的压力升至1.55MPa。由于燃烧室压力非常高，供油和注水泵压力均要超过 2. OMPa,而氧气压力也要求超过2. OMPa0
权利要求一种新型低温高速超音速火焰喷涂装置，包括喷枪、煤油供给系统(3)、氧气供给系统(5)、点火系统(4)、送粉系统(6)、水冷系统(1)和控制系统(8)，其中所述喷枪包括带冷却腔(151)的外壳体(15)及位于外壳体(15)内的燃烧室(10)、喷嘴，所述煤油供给系统(3)、氧气供给系统(5)和点火系统(4)连至所述燃烧室(10)，所述送粉系统(6)和水冷系统(1)连至所述外壳体(15)的喷嘴处，其特征在于所述燃烧室(10)上还连接有用于向该燃烧室(10)中直接注水或注氮气的注水系统或注氮气系统(2)，所述控制系统(8)与所述水冷系统(1)、注水系统或注氮气系统(2)、煤油供给系统(3)、氧气供给系统(5)、送粉系统(6、7)连接并对各系统进行流量和压力的控制。
2.根据权利要求1所述的新型低温高速超音速火焰喷涂装置，其特征在于上述注水系 统(2)包括高压水泵、注水管，上述燃烧室(10)后端位置设有与所述注水管相连的用于向 该燃烧室(10)中注水的注水嘴(17)。
3.根据权利要求1所述的新型低温高速超音速火焰喷涂装置，其特征在于上述注氮气 系统(2)包括带增压装置的氮气瓶、送气管，上述燃烧室(10)后端位置设有与所述送气管 相连的用于向该燃烧室(10)中注氮气的注气嘴(17)。
4.根据权利要求1或2或3所述的新型低温高速超音速火焰喷涂装置，其特征在于上 述喷嘴包括拉乌尔喷嘴(11)、加长喷嘴(13)，所述拉乌尔喷嘴(11)的前端设有与上述送粉 系统(6)连接的左、右送粉嘴(12、16)。
5.根据权利要求4所述的新型低温高速超音速火焰喷涂装置，其特征在于上述外壳体 (15)上分别设有与水冷系统(1)连接的进水口(9)、出水口(14)。
6.根据权利要求5所述的新型低温高速超音速火焰喷涂装置，其特征在于上述水冷系 统(1)由可将用于将喷枪出水口(14)流回的高温水变成冷却水的制冷机组、将冷却水高压 送至喷枪的冷却腔(151)的泵及阀组成。
专利摘要本实用新型所述新型低温高速超音速火焰喷涂装置，包括喷枪、煤油供给系统、氧气供给系统、点火系统、送粉系统、水冷系统和控制系统，所述喷枪包括外壳体、燃烧室、喷嘴，所述煤油供给系统、氧气供给系统和点火系统连至燃烧室，所述送粉系统和水冷系统连至喷嘴上，其特点是所述燃烧室上还连接有用于向该燃烧室中直接注水或注氮气的注水或注氮气系统，所述控制系统与冷却系统、煤油供给系统、氧气供给系统、注水或注氮气系统、送粉系统连接并对各系统进行流量和压力的控制。使得本实用新型在使用时可通过向燃烧室中直接注水或注氮气，以达到降低燃烧室中燃气温度的同时又使燃烧室压力迅速增大的目的，从而实现低温高速超音速火焰喷涂的效果。
文档编号B05B7/20GK201620186SQ20092026542
公开日2010年11月3日 申请日期2009年12月23日 优先权日2009年12月23日
发明者代明江, 刘敏, 周克崧, 宋进兵, 朱晖朝, 沈希华, 王安金, 邓春明, 邓畅光, 邝子奇, 黄科 申请人:广州有色金属研究院;奇特威热喷涂(北京)有限公司