[实用新型]一种用于热喷涂的气体保护装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种气体保护装置，具体是涉及一种用于热喷涂的气体保护装置。

背景技术

热喷涂具有操作简单、低成本及制备工件通用性等特点，在热障、耐蚀、绝缘、防扩散及气敏传感等领域已得到广泛的应用。热喷涂是通过喷枪如等离子体、火焰或爆炸产生的高温焰流把送入其中的材料发生熔融或半熔融，经高速冲击后把喷涂材料沉积在基体而形成涂层。

热喷涂的焰流温度较高，对于某些材料在喷涂时候容易氧化，导致涂层结合强度、热导等性能下降，如喷涂钨、钛等材料。基于此原因，人们采用低压等离子喷涂(LPPS)或真空等离子喷涂(VPS)制备那些容易氧化的喷涂材料，然后此方法制备成本较高、操作复杂、工件尺寸受限且喷涂时因低压或真空条件下样品工况散热性差，喷涂后的涂层残余热应力高，后期容易出现龟裂、起泡等现象，严重影响涂层的性能。所以人们正积极探索在大气条件下采用热喷涂的方法制备易氧化的涂层材料，如采用大气等离子喷涂(APS)制备钨涂层或钛涂层，在大气条件下喷涂具有成本低、操作简单方便及容易制备大尺寸、大厚度的样品。

在热喷涂过程中，喷涂材料依次经过空中飞行和基体上沉积这两个过程。涂层的氧化主要取决于粒子飞行中的氧化和涂层沉积过程中的氧化。粒子飞行中的氧化主要取决于粒子的飞行距离和飞行速度，飞行距离越大，粒子速度越低，则粒子的氧化程度越大。当距离喷嘴较小时，如果等离子射流粘度(Vg)与粒子粘度(Vp)比Vi=Vg/Vp大于55，相对雷诺数Re大于20时，由于粒子表面流动速度高于自身平均速度，半熔融粒子表面的剪切力使得粒子内部开始形成涡流。在涡流作用下粒子表面和内部将发生对流运动，使表面形成的氧化物不断被卷入内部，同时粒子表面则不断被新的液体重新覆盖，这一过程形成对流氧化。随着粒子距离的增加，粒子的相对雷诺数降低，等离子粘度也开始下降，粒子的对流氧化渐渐停止，表面形成的氧化物不再卷入粒子内部，而是在粒子表面开始聚集、凝固，逐渐在粒子表面形成一层氧化物，并且随着距离的延长，氧化膜厚度不断增加，这一过程形成扩散氧化。涂层沉积过程中的氧化主要取决于制备时间，等离子焰流在单位面积涂层上的停留时间越长，涂层的氧化程度越大，因此实验中喷枪的移动速度应相应提高，降低焰流的停留时间。 

基于热喷涂技术，为寻求一种低成本且能制备易氧化的涂层材料，可采用气体保护装置保护喷涂操作过程，对喷涂材料空中飞行和基体上沉积这两个过程采用氮气或惰性气体保护。

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，提供一种能够有效地防止喷涂材料在喷涂过程中与空气接触发生氧化，使涂层的力学性能和机械性能得到明显改善的用于热喷涂的气体保护装置。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型所述的用于热喷涂的气体保护装置，其特点是包括箱体及设置在箱体内的样品安装架，所述箱体的正面开口，在开口处的箱体上设置有用于向开口处喷气形成保护气膜的气管A，所述箱体的背面开有窗口，在窗口的底部设置有用于向窗口处喷气形成气体保护膜的气管B，所述箱体内样品安装架的前方通过气管支架安装有用于向样品喷气实现样品气体保护冷却的气管C，所述气管A、气管B和气管C的管身上分别设置有气孔。

为了能够方便地调节气管C与样品安装架之间的距离，以及气管C在垂直方向的使用高度，上述气管支架由水平连接在箱体底面上的水平伸缩机构及与水平伸缩机构垂直连接的垂直伸缩机构组成，上述气管C设置在垂直伸缩机构上。

为了能够方便地调节气管C上的气孔与样品安装架之间的角度，从而在喷涂时对样品起到更好的保护作用，上述气管支架的顶部固定连接有气管套管，上述气管C可转动地插接在所述气管套管内。

本实用新型的有益效果是：当采用本装置进行热喷涂制备涂层时，通过气管向箱体内充入高压氮气或惰性气体，使喷涂区域得到一个局部气体保护区，用于保护喷涂材料的空中飞行过程和沉积过程，从而有效地避免了涂层材料在喷涂过程中与空气接触发生氧化，使涂层的力学性能和机械性能得到明显的改善，而且可采用大气等离子喷涂的方式在本装置中喷涂钨涂层和钛涂层，具有喷涂成本低、操作简单方便及容易制备大尺寸和大厚度样品的优点。

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图。

图2为本实用新型的背面结构示意图。

图3为本实用新型中气管支架的结构示意图。

具体实施方式