[发明专利]一种含有汇聚光学窗口的预置式聚集太阳能熔覆反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种预置式聚集熔覆反应器，具体涉及一种含有汇聚光学窗口的预置式聚集太阳能熔覆反应器，属于太阳能焊接技术领域。

背景技术

熔覆技术是以不同的填料方式在被涂覆基体表面上放置选择的熔覆材料，经辐照使熔覆材料和基体表面薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低并与基体材料形成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电器特性等的工艺方法。

与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积等技术相比，预置式聚集太阳能熔覆技术不但具有稀释度小、硬度高、涂层与基体结合好等优点，还具有不使用常规化石燃料、零污染物排放等激光熔覆技术不具备的优点。因此预置式聚集太阳能熔覆技术应用前景十分广阔。现有的熔覆技术在熔覆过程中存在焦斑直径过大和工作面热流密度小的问题，影响了预置式聚集太阳能熔覆的添料熔覆层的质量。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的熔覆技术在熔覆过程中存在焦斑直径过大和工作面热流密度小，影响了预置式聚集太阳能熔覆的添料熔覆层的质量的问题，进而提供一种含有汇聚光学窗口的预置式聚集太阳能熔覆反应器。

本发明的技术方案是：一种含有汇聚光学窗口的预置式聚集太阳能熔覆反应器包括内凹式汇聚石英光学窗口、反应池和基体，反应池的纵截面呈凹字型结构，反应池的侧壁上开有保护性气体进口和保护性气体出口，保护性气体出口与保护性气体进口上下布置，保护性气体通过保护性气体进口进入反应池，保护性气体由保护性气体出口排出反应池，基体设置在反应池的底部，熔覆材料设置在基体上，内凹式汇聚石英光学窗口安装在反应池的顶部，内凹式汇聚石英光学窗口的内凹部分正对熔覆材料。

优选方案：内凹式汇聚石英光学窗口在笛卡尔坐标系下，内凹式汇聚光学窗口的曲面控制方程为：

x²+y²+z²-λz＝0

其中，λ为曲面形状特征控制参数，λ取值范围260到460。

优选方案：λ取值为360。

优选方案：反应池4由金属、水泥或陶瓷制成。

优选方案：熔覆材料为铁基合金或碳化钨复合材料。

优选方案：基体为不锈钢或铜。

优选方案：保护性气体为氮气或氩气。

本发明与现有技术相比具有以下效果：本发明提出一种含有汇聚光学窗口的预置式聚集太阳能熔覆反应器可以达到进一步汇聚入射的高聚光比太阳能热流及减少光斑直径的目的。入射的高聚光比太阳光线经过内凹式汇聚光学石英窗口进行再次汇聚后打到熔覆材料的表面(如图2所示)，高热流密度的汇聚太阳光将熔覆材料和基体表面薄层融化形成添料熔覆层。以曲面形状特征控制参数λ＝360为例，含有汇聚光学窗口的预置式聚集太阳能熔覆反应器工作面上的无量纲热流密度峰值是传统预置式聚集太阳能熔覆反应器工作面上无量纲热流密度峰值的5.7倍；传统预置式聚集太阳能熔覆反应器工作面上的95％焦斑半径为66mm，而本文提出的含有汇聚光学窗口的预置式聚集太阳能熔覆反应器工作面上的95％焦斑半径为降低到29mm。

本发明提出的含有汇聚光学窗口的预置式聚集太阳能熔覆反应器达到了进一步汇聚入射的高聚光比太阳能热流及减少光斑直径的目的。

附图说明

图1是一种含有汇聚光学窗口的预置式聚集太阳能熔覆反应器结构示意图；

图2是含有汇聚光学窗口的预置式聚集太阳能熔覆反应器汇聚太阳光线原理图；

图3是内凹式汇聚光学窗口在笛卡尔坐标系下的示意图；

图4是曲面形状特征控制参数λ＝360时工作面无量纲热流密度场分布(图中a为内凹式汇聚石英光学窗口热流密度场分布曲线，b为平面光学窗口热流密度场分布曲线)。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种含有汇聚光学窗口的预置式聚集太阳能熔覆反应器包括内凹式汇聚石英光学窗口1、反应池4和基体3，反应池4的纵截面呈凹字型结构，反应池4的侧壁上开有保护性气体进口7和保护性气体出口6，保护性气体出口6与保护性气体进口7上下布置，保护性气体通过保护性气体进口7进入反应池4，保护性气体由保护性气体出口6排出反应池4，基体3设置在反应池4的底部，熔覆材料2设置在基体3上，内凹式汇聚石英光学窗口1安装在反应池4的顶部，内凹式汇聚石英光学窗口1的内凹部分正对熔覆材料2。