[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

摘要

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。 1

主权项

1.一种新型超高音速高焓值等离子喷枪，其特征在于：包括：喷嘴(1)、固定环(2)、壳体1(3)、壳体2(4)、集成器(5)、分水套(6)、阳极(7)、压缩器(8)、水冷套(9)、间隔套(10)、阴极(11)；

阳极(7)和压缩器(8)安装于水冷套(9)内部，水冷套(9)通过螺纹连接安装在壳体1(3)中，水冷套(9)上开有轴向的回水槽；分水套(6)套于水冷套(9)端部，二者螺纹连接，喷嘴(1)安装在壳体1(3)的端部，两者通过密封圈密封，且在喷嘴(1)外圈设置固定环(2)，固定环(2)和壳体1(3)之间通过螺纹连接压紧喷嘴；

阴极(11)通过螺纹固定在集成器(5)的内端面后，集成器(5)与壳体2(4)一端通过螺杆固定使阴极(11)插入壳体2(4)中；间隔套(10)固定在壳体2(4)内圈中；

上述内部安装好组件的壳体1(3)和壳体2(4)通过螺杆连接成一体，两者之间由密封圈密封，使壳体2(4)中的间隔套(10)前端面紧贴壳体1(3)中的压缩器(8)后端面；

所述的集成器(5)上集成有进水口、回水口、进气口，所述的壳体1(3)及壳体2(4)上均开有进水孔道，进水口、进水孔道形成进水通道；所述的水冷套(9)上设有若干回水槽，壳体2(4)上还开有回水孔道和进气孔道，回水槽、回水孔道、回水口形成回水通道；进气口、进气孔道形成进气通道。

2.根据权利要求1所述的一种新型超高音速高焓值等离子喷枪，其特征在于：采用双拉瓦尔管气体压缩结构，压缩器(8)内部为拉瓦尔管结构，为第一级拉瓦尔压缩器，喷嘴(1)内部也为拉瓦尔管结构，为第二级拉瓦尔压缩器。

3.根据权利要求2所述的一种新型超高音速高焓值等离子喷枪，其特征在于：所述的喷嘴(1)及压缩器(8)均采用紫铜材料，喷嘴(1)喉管直径在6～13mm之间，压缩器(8)喉管直径在5～6mm之间。

4.根据权利要求1所述的一种新型超高音速高焓值等离子喷枪，其特征在于：所述的阴极(11)前端为钨铼合金尖端作为电弧发生器，中部为紫铜实心圆柱体，后端为紫铜空心柱体，表面开有若干圆孔，且其空心与集成器(5)上的回水口相连。

5.根据权利要求4所述的一种新型超高音速高焓值等离子喷枪，其特征在于：阴极的中部圆柱体表面开有8个气体导向槽，导向槽与阴极中心线呈30°夹角，在间隔套(10)内设有陶瓷环，阴极导向槽与间隔套(10)上的陶瓷环组合形成一个具有8条旋流通道的气流分配环。

6.根据权利要求1所述的一种新型超高音速高焓值等离子喷枪，其特征在于：所述的阳极包括外圈和内圈，外圈为贯通的铜制U型套，内圈为并列镶嵌在U型套内的3个作为阳极电弧发生器的钨铼环，最外端钨铼环与压缩器(8)前端面紧贴，所述的3个钨铼环两两之间镶嵌陶瓷片；3个钨铼环由外向内依次是第一级阳极、第二级阳极、第三级阳极，第一阳极外端面与阴极尖端之间的距离在60～80mm。

7.根据权利要求6所述的一种新型超高音速高焓值等离子喷枪，其特征在于：所述的陶瓷片采用添加有Ga₂O₃的Al₂O₃材料制成，陶瓷片厚度在0.5～1mm之间。

8.根据权利要求1所述的一种新型超高音速高焓值等离子喷枪，其特征在于，所述的喷枪上共设置三路进水通道、三路进气通道及一条回水通道；三路进水通道圆周均匀分布，三路进气通道圆周均匀分布。

9.一种采用权利要求1‑8任一项所述的超高音速高焓值等离子喷枪制备的WC基复合涂层，其特征在于：

该涂层的主要成分按质量百分比计为Co 8～12％、Cr 3～5％、WC剩余，喷涂粉末粒径为5～45μm，涂层的厚度为50～300μm，不需要封孔处理；

粉末沉积效率超过65％，涂层的孔隙率小于1％，结合强度＞70MPa，显微硬度＞1200HV0.2。

10.一种如权利要求9所述的WC基复合涂层的制备工艺，其特征在于：喷枪功率：70～100KW，进气通道输入氩气、氮气、氢气的混合气体，其中氩气流量：300～500SCFH，氮气流量：90～150SCFH，氢气流量：70～120SCFH，送粉量：3～7RPM，喷涂距离：100～200mm。