[实用新型]多功能超音速火焰喷涂喷枪

说明书

本实用新型属于热喷涂技术领域，涉及一种多功能超音速火焰喷涂喷枪。

超音速火焰喷涂(HVOF)技术于1982年开发成功，1985年在工业中得到应用，由于HVOF涂层结合强度高，孔隙率低，涂层硬度高，残余应力低，在工业中得到广泛地应用，已成为热喷涂中一种非常重要的喷涂工艺。在HVOF喷涂系统中，最重要的设备是喷枪，喷枪的设计水平决定整个系统的性能。在本实用新型以前的现有技术中，有多种超音速火焰喷涂喷枪，并经历了三个发展阶段。第一代的HVOF喷涂枪以“Jet-Kote”喷枪为代表，氧气和燃气在燃烧室(垂直手柄)中燃烧，高温气体(约2800℃)通过一定角度的环形分布的内孔到达枪筒。粉末沿轴向送进枪筒内孔中心，高温气体在此处加热粉末并将其加速喷出枪筒。燃烧室和枪筒都采用水冷。粉末粒子的速度和温度可达到450m/s和2000℃以上。第二代超音速火焰喷涂喷枪以1989年出现的Dimaond Jet、Top-Gun和CDS为代表。1989年Dimaond Jet喷枪由美国METCO公司研制成功，它是压缩空气冷却、无燃烧室、采用收缩喉管燃烧方式的一种与火焰丝材喷枪结构类似的高速火焰喷枪。由于无燃烧室和采用高压气体冷却枪筒，使粉末粒子的加热加速受到影响，而且空气中氧的吸入会增加涂层的氧化而影响涂层质量；Top-Gun喷枪，已有改进型HV-2000，除可以使用高压燃气外，还可以使用压力较低的乙炔气体，火焰温度较高，实现了高熔点材料如氧化物陶瓷、难熔金属钼等的喷涂；CDS称为连续爆炸喷涂，是利用燃气与氧气燃烧后产生的爆震波加热加速粉末粒子，实现喷涂的一种喷枪，可使用热值高的燃气，获得高的粒子温度和速度；DJ1000喷枪可获得粒子速度约为400-450m/s，温度2000℃左右，Top-Gun喷枪获得的粒子速度和温度随着喷枪结构和燃气的不同，分别在300-450m/s和2000-2500℃范围内变化，CDS喷枪获得的粒子速度约为400-500m/s，粒子的温度可达2500℃左右。第一、第二代喷枪的喷涂功率约为80KW，送粉量为2.1-3.0Kg/h，且其性能基本类似。第三代HVOF喷涂系统以1992年研制成功的JP-5000型喷枪开始，从1993年到1995年出现了数种HVOF喷涂系统，典型的有：Diamond Jet2600、DJ2700、USOCardide Jet和Top Gun等，第三代HVOF喷涂系统，由于火焰功率达到100-200KW，可实现高效率的喷涂，其喷涂速率达到6-8Kg/h，为其它轴向送粉的2倍。同时，粒子的速度可达600-650m/s，由于高的粒子速度可使涂层中产生压应力，可制备较厚的涂层。HVOF最适宜喷涂的材料是碳化物基粉，制备的涂层有很好的耐磨、抗冲蚀性能，在工业中得到了广泛地应用。

现有的三代HVOF喷枪中，第一、二代喷枪的功率偏小，送粉量受到限制，约为3Kg/h，导致涂层的沉积速率低；粒子速度较低，只有400-500m/s左右，导致涂层的整体性能较低，结合强度低，孔隙率偏高，限制了它们的应用。第三代喷枪在设计上有很大的改进，粒子速度高，涂层质量优越，结合强度高，可达90Mpa以上，孔隙率低，约为1％左右，涂层硬度高，可达HV1490。然而，第三代喷枪在喷涂HVOF最具应用价值的WC金属陶瓷涂层时，喷涂粒子处于高温焰流中，很难避免WC的分解，对喷涂工艺参数要求很严格，否则，导致过分脱碳，降低涂层的性能。而且，HVOF喷涂一些金属和合金粉末时，涂层质量并不是很优越，喷涂某些氧化物粉时，涂层质量不高。

针对上述超音速火焰喷涂的现有技术状况和不足，本发明的目的在于：设计一种新的多功能喷枪，使之既具备第三代HVOF喷枪涂层质量高，结合强度高，孔隙率低，涂层硬度高，送粉量大等优点，又克服喷涂WC金属陶瓷粉末时的分解脱碳难题，同时在喷涂金属、合金粉和氧化物陶瓷时具备良好的涂层性能。

现将本实用新型技术解决方案叙述如下：