[发明专利]一种大功率热阴极超声速等离子喷涂枪

说明书

一种大功率热阴极超声速等离子喷涂枪，包括：后电极座、增强尼龙套、后电极、前电极、壳体、磁场线圈、喷管后段和喷管前段；后电极座、后电极、前电极、喷管后段和喷管前段依次同轴配合布置，增强尼龙套和壳体从内向外与后电极座同轴布置，磁场线圈同轴缠绕在前电极的前部，后电极为热阴极型电极，前电极和喷管为分体式结构，后电极座前部侧壁开有切向声速喷嘴。本发明能够提高电极的使用寿命，降低阳极使用成本，喷枪最大功率达到250kW，提高了喷涂效率。

技术领域

本发明属于电弧等离子涂层制备领域，涉及一种大功率热阴极超声速等离子喷涂枪。

背景技术

离子喷涂技术是采用刚性非转移等离子电弧作为热源，将陶瓷、合金、金属等粉末材料加热到熔融或半熔融状态，并高速喷向经过预处理的工件表面而形成附着牢固的表面层的方法。该技术因其制备的涂层质量好、结合强度高、涂层种类多以及对基体影响小等优点而得到广泛应用。

等离子喷涂按照喷涂气流速度可分为亚声速等离子喷涂和超声速等离子喷涂。相较与亚声速等离子喷涂，超声速等离子喷涂条件下气流速度更快，携带喷涂颗粒达到更高的速度，到达基体表面后扁平化效果更好，使涂层中颗粒之间的连接更加紧密，从而减小了涂层孔隙率，增大了涂层的结合强度，因此超声速等离子喷涂技术越来越成为热喷涂技术的重点发展方向之一。

超声速等离子喷涂枪是超声速等离子喷涂系统的核心设备，依靠其电热转换，实现气体的高温和高速。由于要使等离子体气流达到超声速条件，需要使喷枪产生足够的能量和弧室压力，但随着弧室压力的增加，热流密度增加，对喷枪各部分的结构、冷却、材料、电弧的控制等方面提出了更高的要求。现有超声速等离子喷枪阴极放电区多为尖锥形，阳极为拉瓦尔喷管，该结构的超声速等离子喷枪易出现阴极锥头烧损较快，寿命较短的问题，同时阳极作为损耗性结构，随着阳极的不断烧损，使得喷管的型面发生变化，易出现超声速气流干扰或喷管内产生激波等问题，与此同时，阳极的加工过程中需要对复杂的喷管型面进行成形，使得阳极的制造和使用成本上升。基于以上条件的限制，喷枪的功率基本都控制在百千瓦以下，喷涂效率也受到一定的限制。

发明内容

本发明的目的是：提供一种大功率热阴极超声速等离子喷涂枪，后电极为热阴极，提高电极的使用寿命，降低阳极使用成本，喷枪最大功率达到250kW，提高喷涂效率。

本发明所采用的技术方案是：

一种大功率热阴极超声速等离子喷涂枪，包括：后电极座、增强尼龙套、后电极、前电极、壳体、磁场线圈、喷管后段和喷管前段；

后电极座、增强尼龙套、前电极、喷管后段和喷管前段依次同轴配合布置，所述前电极上靠近喷管后段部分的圆筒结构外壁上缠绕多匝磁场线圈，壳体套装在所述增强尼龙套和所述前电极的外部，所述后电极座朝向所述前电极一侧的端面上设置有后电极，所述前电极和所述后电极之间不接触；所述磁场线圈连接外部供电电源；所述前电极和所述后电极连接外部喷涂枪直流电电源；

所述增强尼龙套、前电极、壳体、喷管后段和喷管前段内部均设置有周向均布的冷却水环路，所述冷却水环路的入口沿径向设置在壳体与前电极套装的圆柱段上，所述冷却水环路的出口沿轴向设置在所述后电极座上；

所述增强尼龙套内部设置工作介质通道，所述后电极座侧壁切向开有作为声速喷嘴的通孔，所述前电极内部设置有中心通孔，所述喷管后段内部沿轴线方向设置有阶梯通孔，所述工作介质通道、声速喷嘴、前电极内部的中心通孔、喷管后段内部的阶梯通孔依次连通；所述喷管后段还设置有与喷管后段内部的阶梯孔相连通的粉末通道，所述粉末通道为通孔结构，所述粉末通道的轴线与喷管后段的轴线相交；

所述后电极座与增强尼龙套之间间隙配合且能够以后电极座的轴线为转动轴旋转，所述增强尼龙套与壳体之间间隙配合且能够以壳体的轴线为转动轴旋转；所述前电极与壳体之间间隙配合且能够以壳体的轴线为转动轴旋转；