專利名稱：一種內孔冷噴涂噴槍的制作方法
技術領域：
本發明涉及表面工程領域中一種材料表面改性的裝置，具體地說是一種利用冷噴涂技術將粉末粒子沉積到工件內孔表面以制備涂層的裝置，涉及一種內孔冷噴涂噴槍。
背景技術：
冷噴涂是由熱噴涂技術拓展而來的一種新型的、先進的表面涂層技術。冷噴涂是基于空氣動力學與高速碰撞動力學原理的過程，首先將高壓氣體導入收縮-擴張型拉瓦爾噴嘴，氣體流過噴嘴喉部后產生超音速流動，然后由送粉氣體將噴涂粉末沿軸向從噴嘴上游送入氣流中，粉末粒子經過整個噴嘴被加速到300 1200m/s以上的高速度，形成高速粒子流，與基體碰撞發生劇烈的塑性變形而沉積形成涂層。在這一過程中，工作氣體通常預熱，根據噴涂材料不同，溫度一般在100 800° C，但遠低于噴涂材料的熔點。由于噴涂過程采用相對低的溫度，可避免在熱噴涂過程中發生的氧化(針對金屬材料)、相變、分解、化 學反應、晶粒長大(針對納米結構材料)等不利影響。目前，冷噴涂技術已經成功被用于制備大部分純金屬、合金、金屬基復合材料、納米結構金屬涂層或塊材等。眾所周知，很多工業零部件的內表面需要進行防護。對于因磨損或腐蝕而失效的內孔零部件，例如發動機的氣缸套是磨損最為嚴重的零部件，由于承受高溫、高壓沖擊和活塞往復摩擦直運動，磨損較快，易產生拉缸現象。因此，可在缸套的內壁上噴涂涂層代替原有的鑄鋼套，不僅可以降低缸套內壁的磨損，還能減輕發動機的重量，延長發動機的使用壽命。采用噴涂技術在零部件的表面沉積防腐和耐磨涂層是解決零部件腐蝕和磨損的一種有效手段，但當內部空間狹窄的時候，一般的噴涂設備就很難用于零部件內表面防護涂層的制備。雖然目前部分熱噴涂技術已經解決了內孔噴涂的問題，例如中國專利(88213477. 9)公開了一種噴涂內徑105mm工件的內孔等離子噴槍；美國專利(5245153)公布了一種自耗電極的內孔電弧噴涂裝置。但是在熱噴涂過程中不可避免的會出現基體和噴槍過熱的現象，因此，冷噴涂技術有望成為一種制備內孔金屬涂層或復合涂層的新方法。但現有的冷噴涂噴槍由于受噴涂空間和伸入孔中噴嘴不能垂直于內孔壁等因素的限制，不能在較小直徑的內孔表面噴涂涂層。因此，開發一種簡易的、制造成本低的、相對尺寸較小的內孔冷噴涂噴槍將非常有工程意義。這不僅可以實現內孔冷噴涂技術在工件的內壁制備涂層，還可以實現對工件的修復和可再制造。
發明內容
要解決的技術問題為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種內孔冷噴涂噴槍，解決采用冷噴涂技術對孔徑較小的內壁表面進行冷噴涂處理，從而提高工件內孔壁的表面性能的問題。技術方案一種內孔冷噴涂噴槍，包括送粉接頭I、工作氣體入口接頭2、L型預氣室4、測溫接頭6、測壓接頭7、送粉管8和拉瓦爾噴嘴10 ;其特征在于還包括中間件9 ;送粉接頭I置于L型預氣室4的頂端，L型預氣室4的末端通過中間件9固定連接拉瓦爾噴嘴10 ;送粉管8連接送粉接頭1，并沿著L型預氣室4內設置的通孔與拉瓦爾噴嘴10相連通，在L型預氣室4的末端、拐彎后平直部位進行固定。在拉瓦爾噴嘴10與L型預氣室4之間設有斜拉的固定桿5。在L型預氣室4的頂端設有安裝送粉接頭I和2個工作氣體入口接頭的冒口 3。所述的拉瓦爾噴嘴10擴張比為4 10。所述的工作氣體入口接頭2為兩個。有益效果本發明提出的一種內孔冷噴涂噴槍，改變送粉的位置和途徑，預氣室的豎直段長度可依照實際情況確定，采用兩部分加工。由預氣室的頂端裝入送粉管后，采用焊接將兩部 分連接起來，其他部件采用螺紋連接，便于拆裝，并采用球錐面配合的達到密封的效果。此夕卜，預氣室中的工作氣體還可以起到對送粉管中氣體粉末的間接輔助加熱作用。一種簡易的、制造成本低的、相對尺寸較小的內孔冷噴涂噴槍將非常有工程意義。這不僅可以實現內孔冷噴涂技術在對孔徑較小的內壁表面進行冷噴涂處理，在工件的內壁制備涂層，還可以實現對工件的修復和可再制造，從而提高工件內孔壁的表面性能。
圖I為本發明的三維立體結構示意圖；圖2為本發明的平面正視圖；圖3為本發明的噴嘴具體實施結構示意圖；I一送粉接頭，2—工作氣體入口接頭，3—冒口，4一L型預氣室，5—固定桿，6—測溫接頭，7—測壓接頭，8—送粉管，9一中間件，10—拉瓦爾噴嘴，10-1—噴嘴入口段，10-2—噴嘴收縮段，10-3—噴嘴喉部，10-4—噴嘴擴張段，10-5—噴嘴出口直徑。
具體實施例方式現結合實施例、附圖對本發明作進一步描述本發明實施例所采用的技術方案是提供一種可伸入較小孔徑的內孔冷噴涂噴槍，其特征在于送粉接頭I、工作氣體入口接頭(2個)2、冒口 3、預氣室4、固定桿5、測溫接頭
6、測壓接頭7、送粉管8、中間件9、拉瓦爾噴嘴10。送粉接頭I用于連接送粉裝置；工作氣體入口接頭2用于連接導入工作氣體至預氣室4 ;冒口 3用于密封預氣室4，并連接送粉接頭I和工作氣體入口接頭2 ;預氣室4用于使導入的氣流穩定后再流入噴嘴10，還可以對送粉管8中的送氣粉末進行一定程度的加熱作用，其中預氣室中氣體溫度與壓力可分別通過測溫接頭6與測壓接頭7獲得，用于在線監測；固定桿5用于連接噴嘴10和預氣室4，并采用螺栓螺母緊固，在冷噴涂過程固定噴槍整體，防止氣流的沖擊作用；送粉氣體先經過送粉管8的豎直段然后再通過后部軸向的水平段把粉末送入噴嘴10的收縮段10-2 ;中間件9用于連接預氣室4和噴嘴10 ;拉瓦爾噴嘴10用于產生超音速氣流，以加速粉末粒子，從而制備涂層。該內孔冷噴涂噴槍中工作氣體可選擇單一氣體(壓縮空氣、氮氣、氬氣、氦氣)或它們的混合氣體；可工作在高壓(I. O 4. OMPa)或低壓(O. 4 I. OMPa)的氣體條件下；氣體溫度可在室溫 800° C之間。內孔冷噴涂噴槍的噴嘴是基于FLUENT軟件優化設計的收縮-擴張型拉瓦爾噴管，該內孔冷噴涂噴槍可實現純金屬、合金、金屬基復合材料、納米結構材料等涂層的制備。圖I和圖2為本實施例的示意圖，由帽口 3、預氣室4、固定件5、送粉管8、中間件9和噴嘴10組成。送粉接頭I連接送粉器，粉末通過帽口 3導入送粉管8中的豎直段，當采用單一工作氣體時，預熱后(溫度在100 800° C之間)的工作氣體(高壓或低壓)經過兩個工作氣體入口之一的接頭導入到預氣室4中(此時另一個氣體入口接頭被封閉)；當采用混合工作氣體時，兩個工作氣體入口接頭2均連接送氣裝置，經過氣體加熱裝置預熱過的工作氣體通過帽口 3流入預氣室4中，此時預氣室4中預熱過的工作氣體可以對送粉管8中的粉末進行間接的加熱作用，粉末由送粉管8中的豎直段流向了平直段，此時，工作氣流向也轉變為水平方向，其中預氣室中的氣體溫度與壓力可分別通過測溫接頭6與測壓接 頭7獲得，用于在線監測噴槍入口前的氣體溫度和壓力，與此同時，工作氣體攜帶待噴涂粉末的送粉氣體由噴嘴入口 10-1進入噴嘴收縮段10-2，形成匯流并經過噴嘴收縮段10-2的壓縮效應，在噴嘴喉部10-3達到音速，然后進入下游噴嘴擴張段10-4，在噴嘴擴張段10-4產生超音速流動，經高速工作氣流加速后。粒子飛出噴嘴出口 10-5后，撞擊工件的內孔壁，如果粒子速度超過臨界速度，就可以形成涂層。本實施例中噴嘴10為關鍵部件，是經過FLUENT軟件優化設計的收縮-擴張型拉瓦爾噴管。圖3為本發明中噴嘴的一個具體實施例應用在孔徑為70_或大于70_的零部件，噴嘴入口段10-1前為一直徑8臟、長度IOmm的平直段；噴嘴入口段10-1直徑為8mm，噴嘴收縮段10-2長度為IOmm ;噴嘴喉部10-3直徑為2mm ;噴嘴擴張段10-4長度為40mm ；噴嘴出口直徑10-5為5mm。以上是此具體實施例中噴嘴關鍵部位的尺寸，但是根據實際的工程應用情況還可以適當的調整噴嘴中的以下尺寸噴嘴下游擴張段10-4的長度以及噴嘴10中噴嘴出口 10-5直徑和喉部10-3直徑(保證擴張比在4 10，此實施例為6. 25 ;保證擴張段長度盡可能長)。
權利要求
1.一種內孔冷噴涂噴槍，包括送粉接頭(I)、工作氣體入口接頭(2)、L型預氣室(4)、測溫接頭(6)、測壓接頭(7)、送粉管(8)和拉瓦爾噴嘴(10);其特征在于還包括中間件(9);送粉接頭I置于L型預氣室(4)的頂端，L型預氣室(4)的末端通過中間件(9)固定連接拉瓦爾噴嘴(10);送粉管(8)連接送粉接頭(1)，并沿著L型預氣室(4)內設置的通孔與拉瓦爾噴嘴(10)相連通，在L型預氣室(4)的末端、拐彎后平直部位進行固定。
2.根據權利要求I所述內孔冷噴涂噴槍，其特征在于在拉瓦爾噴嘴(10)與L型預氣室(4 )之間設有斜拉的固定桿(5 )。
3.根據權利要求I或2所述內孔冷噴涂噴槍，其特征在于在L型預氣室4的頂端設有安裝送粉接頭(I)和工作氣體入口接頭的冒口( 3 )。
4.根據權利要求I所述內孔冷噴涂噴槍，其特征在于所述的拉瓦爾噴嘴(10)擴張比為4 10。
5.根據權利要求I或3所述內孔冷噴涂噴槍，其特征在于所述的工作氣體入口接頭(2)為兩個。
全文摘要
本發明涉及一種內孔冷噴涂噴槍，包括送粉接頭、兩個工作氣體入口接頭、L型預氣室、測溫接頭、測壓接頭、送粉管和拉瓦爾噴嘴；其特征在于還包括中間件；送粉接頭置于L型預氣室的頂端，L型預氣室的末端通過中間件固定連接拉瓦爾噴嘴；送粉管連接送粉接頭，并沿著L型預氣室內設置的通孔與拉瓦爾噴嘴相連通，在L型預氣室的末端、拐彎后平直部位進行固定。本發明改變送粉的位置和途徑，預氣室的豎直段長度可依照實際情況確定，可以實現內孔冷噴涂技術在對孔徑較小的內壁表面進行冷噴涂處理，在工件的內壁制備涂層，還可以實現對工件的修復和可再制造，從而提高工件內孔壁的表面性能。
文檔編號B05C19/04GK102873011SQ20121034492
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月18日 優先權日2012年9月18日
發明者李文亞, 黃春杰 申請人:西北工業大學