[发明专利]一种低温高速火焰喷涂枪

说明书

本发明公开了一种低温高速火焰喷涂枪。外枪体内安装燃烧室。外枪体头部通过中间连接体安装枪管体。中间连接体上安装送粉嘴。燃烧室入口通过燃烧室头盖封住，燃烧室头盖上贯穿设中心锥，中心锥外面套设燃料喷嘴。燃料喷嘴与中心锥锥身之间形成喇叭状环形氧气/燃料通道，中心锥锥头与燃烧室头盖之间形成环形一次氮气混合直通道。燃烧室头盖上设有火花塞。外枪体尾部安装外枪体尾罩。外枪体尾罩上安装与氧气/燃料通道连通的氧气进入接头。燃烧室头盖上安装与氧气/燃料通道连通的燃料注入接头。外枪体上安装与一次氮气混合直通道和二次氮气注入偏心孔连通的氮气进入接头。本发明可获得高焰流速度，可使焰流温度处于合理的低温范围内并大幅可调。

技术领域

本发明涉及一种低温高速火焰喷涂枪，属于高速火焰喷涂技术领域。

背景技术

高速火焰喷涂是利用气体或液体燃料与高压氧气或空气燃烧产生的高温高速燃烧气将喷涂材料(丝材或粉末)加热(至熔融或半熔融状态)和加速(至超音速状态)，喷射到工件表面上形成涂层的一种热喷涂工艺。它是由美国BrowningEngineering公司于上世纪80年代初最先推出的，现已经历了30多年的发展历程，被广泛用于各种表面涂层的制备。

高速火焰喷涂中的高速氧气-燃料超音速火焰喷涂(HVOF)，其具有极高的焰流速度(最大粒子速度可达1000m/s甚至更高)和焰流温度(约高达2400℃)，因此使得制备金属、陶瓷及复合涂层时优势相当明显，涂层的结合强度较高。但是从实际实施中可以发现，HVOF存在如下缺陷：HVOF在实施喷涂中通过调节氧气和燃料的质量流量比(或称氧燃比)来改变燃烧气的速度和温度，但工艺窗口通常较窄，氧燃比可调节范围较小，较低的氧燃比难以保证燃料的充分燃烧，甚至会出现不利于涂层质量的燃烧产物生成；而较高的氧燃比虽然在一定程度上保证了燃料的充分燃烧，但燃烧气中残留较多的活性氧会使涂层材料遭受严重的氧化，特别是在喷涂金属及其复合材料时，涂层材料易氧化，涂层沉积质量差；同时较高的沉积温度易导致涂层结构中产生残余拉应力，不利于涂层结合强度、抗疲劳、耐磨损、抗应力腐蚀等性能的提升。因此，需要很好地控制HVOF在喷涂时的焰流温度、速度及活性氧含量，以避免材料受热温度过高而加剧氧化，同时需要进一步提高喷涂粉末的飞行速度，以实现涂层结合强度等关键综合性能指标的大幅度提升，但实际控制起来十分困难。

上世纪90年代冷喷涂技术的出现在一定程度上提升了一些金属涂层的制备质量。冷喷涂通常是利用电加热方法将高压氮气、氩气或氦气加热至一定程度(一般不超过1200℃)，并通过喷管高速喷出形成超音速气流，使喷涂粉末以远低于其熔点的温度和极高的速度喷射到工件表面形成涂层。冷喷涂中的喷涂粉末的沉积速度需要高于其临界速度才能完成可靠沉积，因而冷喷涂对材质要求较高，并非所有金属材料都适于冷喷涂，并且冷喷涂对气体的种类和压力等要求也较高，电能向气体热能的转换效率有限，气体加热装置能耗较大，因此制备成本也相应增大。

由此可见，设计出一种喷涂技术方案，使其在喷涂过程中可保持高焰流速度，同时焰流温度处于大致介于冷喷涂与HVOF之间的合理低温范围内并可大幅调节，从而可适用于更广泛的涂层材质，涂层沉积效果更佳，是目前急需深入挖掘的方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低温高速火焰喷涂枪，其在高压的一次氮气对氧气与燃料的混合物进行雾化并降低燃烧温度之后，通过高压的二次氮气在燃烧室内对燃烧产生的燃烧气进行进一步降温提速，从而在可获得高焰流速度的同时，使焰流温度处于一个合理的低温范围内并可大幅可控调节，适用于更广泛的涂层材质，涂层沉积效果佳。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：