[发明专利]一种新型超高音速高焓值等离子喷枪及WC基复合涂层的制备工艺

说明书

本发明公开了一种新型超高音速高焓值等离子喷枪及WC基复合涂层的制备工艺。该喷枪包括：喷嘴、固定环、壳体1、壳体2、集成器、分水套、阳极、压缩器、水冷套、间隔套、阴极；阴极和阳极之间加入压缩器，增大二者之间的间距，本发明的喷枪在提高电弧长度的同时可提高电弧的稳定性，提高了等离子喷涂的焰流的速度，最终焰流速度可高达6‑7马赫(2040～2380m/s)。涂层粉末在高速火焰中被加热到熔融、半熔融状态，高速撞击工件表面，沉积形成致密涂层。基于本发明提供的装置及工艺，可以获得高沉积效率、高结合强度、高硬度、低孔隙率、高抗磨蚀性能、高耐腐蚀性能、高耐磨性能WC基涂层，可以被应用于如水轮机、水泵、球阀、闸门、活塞杆等工件表面。

技术领域

本发明涉及表面强化及再制造领域，特别是一种新型超高音速高焓值等离子喷枪及WC基复合涂层的制备工艺。

背景技术

磨损、腐蚀等是机械零部件主要的失效形式，零件的失效严重影响了机器的正常运转，降低了生产效率，同时零件的更换又大大增加了生产成本。为了提高机械零件的使用寿命和性能，人们采用了一系列的表面工程技术，如表面合金化、离子注入、喷丸强化、热喷涂等，来改进和提升零件表面材料的耐磨损耐腐蚀性能。然而，这些方法并不能从根本上解决这一关键技术难题，存在的问题仍然非常突出。随着热源技术发展的突飞猛进，各种新型的热喷涂技术不断涌现，通过对热源温度和粒子速度的提升，各种难熔的高性能材料(如陶瓷、金属陶瓷等)均可作为喷涂用料，大大提升了喷涂层的综合性能，使得热喷涂技术的应用领域得到了极大的扩展。近年来得到快速发展和广泛应用，采用热喷涂技术制备金属基陶瓷涂层覆盖于零件表面，利用陶瓷涂层优良的耐磨损性能，可显著提高机械零件的使用寿命。热喷涂金属基碳化钨(WC)耐磨涂层具有高硬度和耐磨损等优良性能，在机械、冶金、化工、电力等领域有着广泛的应用前景。

上世纪80年代后期，美国Browning率先推出了试验研究型超音速等离子喷涂系统(PlazJet)，该设备以大功率(270kW)保证焰流的焓值，并通过增大大气体流量(130～230L/min)来提高焰流的速度，这种设计造成了能量转换率低，并造成了喷涂成本较高。并经过文献检索发现，名称：一种超音速反应等离子喷涂枪(CN 101289744A)、名称：拉瓦尔阳极结构电弧等离子体柜(CN20198625 U)和名称：一种双气流超音速等离子喷枪(CN 104902666A))这三项专利中，公开的等离子体发生器中均是由一个阴极和一个阳极组成。焰流加速单纯采用了复杂的拉瓦尔喷嘴作为阳极时，焰流速度在(400～800mm/s)。此外，现有的超音速等离子体喷枪都是通过提高工作电流来提高射流的速度和温度，随着电流的提高电极的使用寿命将大大缩短。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种新型超高音速高焓值等离子喷涂装置及WC基复合涂层的制备工艺，可获得高致密度、高结合强度的抗磨蚀、耐腐蚀、耐磨损的WC基复合涂层，更能满足实际应用的要求。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：

一种新型超高音速高焓值等离子喷枪，包括：喷嘴、固定环、壳体1、壳体2、集成器、分水套、阳极、压缩器、水冷套、间隔套、阴极；

阳极和压缩器安装于水冷套内部后，水冷套通过螺纹连接安装在壳体1中，水冷套上开有轴向的回水槽，分水套套于水冷套端部，二者螺纹连接，喷嘴安装在壳体1的端部，两者通过密封圈密封，且在喷嘴外圈设置固定环，固定环和壳体1之间通过螺纹连接压紧喷嘴；

阴极通过螺纹固定在集成器的内端面后，集成器与壳体2一端通过螺杆固定使阴极插入壳体2中；间隔套固定在壳体2内圈中；

将如上所述的内部安装好组件的壳体1和壳体2之间通过螺杆连接成一体，两者之间由密封圈密封，使壳体2中的间隔套前端面紧贴壳体1中的压缩器后端面。