專利名稱：液體燃料—氧氣—空氣槍內(nèi)混合助燃超音速火焰噴涂槍的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于熱噴涂技術領域，特別是涉及一種液體燃料一氧氣一 空氣槍內(nèi)混合助燃超音速火焰噴涂槍。
技術背景氣體或液體燃料一氧氣超音速火焰(HV0F)噴涂技術是一種八十年代 發(fā)明，九十年代得到發(fā)展應用的重要熱噴涂工藝方法，其主要貢獻在于該 方法能夠大幅度提高熱噴涂涂層的密度、硬度和結合強度，改善涂層中殘 余應力的狀態(tài)，同時還可以大大減少涂層中的氧化物含量。在HV0F噴涂系 統(tǒng)中，最重要的裝置是超音速火焰噴涂槍，并且該裝置經(jīng)歷了一個相當迅 速的發(fā)展歷程。20世紀50年代，Linde Division Union Carbide開發(fā)了 一種軸向送粉水冷卻喉部燃燒的噴涂槍，其優(yōu)點是結構簡單，能夠減小燃 燒室的表面積，從而降低噴涂槍的熱損失，缺點是噴涂顆粒的飛行速度只 能達到焰流速度的25% 50%，因而噴涂的涂層質量較差。為了提高涂層質量， Meteco公司對此噴涂槍進行了改進，其簡化了噴涂槍的結構，并在燃燒室 的側壁與燃燒物之間設置了一個能夠冷卻燃燒室的變向流動的空氣層，其 不但能夠減少燃燒室側壁的熱量損失，而且還對焰流進行了壓縮。然而這 種噴涂槍的主要缺點是冷卻空氣向焰流中的擴散與混合加大了噴涂焰流的 氧化性，從而導致涂層中氧化物含量的增高。20世紀80年代Browning等 人設計具有較大直徑燃燒室的噴涂槍，目的是提高燃燒室的壓力，進而提 高噴涂焰流和顆粒的飛行速度。與Meteco公司設計的噴涂槍相比，這種噴 涂槍噴涂顆粒的飛行速度高而且加熱更充分。根據(jù)燃燒室形式的不同，目 前市場上可以見到7種HV0F噴涂裝置，它們分別是Jet — Kote、DiamondJet、 T叩Gun、 CDS、 HV2000、 JP5000和Aermrayo。其中Jet — Kote是最早的直
角燃燒室/軸向送粉的噴涂槍，此噴涂槍噴涂的WC — Co涂層具有與爆炸噴 涂涂層相當?shù)纳踔吝€高的耐磨性能，但其缺點是直角噴嘴增大了熱損失， 而且過高的熱梯度可能造成噴涂槍的破裂。此外，在顆粒進入之前直角噴 管還會減弱和降低焰流的動能與溫度，從而導致噴涂效率下降。1991年，HobartTAFA公司研制成具有軸向燃燒室的HV0F噴涂槍一JP5000。這種HVOF 噴涂槍是將粉末通過喉部與槍管的結合處，即超音速焰流的壓縮區(qū)(焰流 直徑最小區(qū))沿徑向送入火焰中。實驗結果表明，徑向送粉的HVOF噴涂槍 單位能量的噴涂效率是軸向送粉HVOF噴涂槍的兩倍。然而這種現(xiàn)有的HVOF 噴涂槍仍存在以下難以克服的缺點(1)由于這種噴涂槍是以氧氣助燃， 因此其燃燒室和噴涂焰流的溫度高達3400K且無法調節(jié)，所以當使用熔點 較低的噴涂粉末時就會使該粉末在槍嘴處變成融化狀態(tài)，從而粘在該處而 造成沉積堵塞，同時導致涂層制作成本升高；(2)噴涂材料有可能因過熱 而產(chǎn)生一定程度的氧化分解；(3)水冷卻會使噴涂槍的能源利用率較低等， 這些不利因素大大限制了其應用和發(fā)展。雖然利用空氣代替氧氣進行助燃 的HVAF噴涂槍能夠使燃燒室和噴涂焰流的溫度由HVOF噴涂槍的3400K降 至2400K，從而可以解決槍嘴粉末沉積堵塞問題，但在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中卻 難以大幅度降低涂層制作成本，原因是空氣助燃會使噴涂焰流的溫度過低， 并且受環(huán)境溫度的影響上下波動過大，最終導致噴涂粉末沉積率下降。 發(fā)明內(nèi)容為了解決上述問題，本實用新型的目的在于提供-種不會出現(xiàn)粉末堵 塞槍嘴問題，粉末沉積率較高，并且能夠降低涂層制作成本和提高涂層質 量的液體燃料一氧氣一空氣槍內(nèi)混合助燃超音速火焰噴涂槍。為了達到上述目的，本實用新型提供的液體燃料一氧氣一空氣槍內(nèi)混 合助燃超音速火焰噴涂槍包括軸向后座、油噴嘴、燃燒維持器、火花塞、 后水冷外殼、燃燒室、槍喉、送粉段、槍管、后固定環(huán)、中固定環(huán)、前固定環(huán)、前水冷外殼、直角水導流管及直水導流管；其中軸向后座的中心部位 形成有一個軸向貫通孔，軸向貫通孔的上方貫通形成有一個內(nèi)部安裝有火 花塞的火花塞裝配孔，軸向貫通孔的下方依次形成有一個助燃氧氣進口、 一個助燃空氣進口和一個油進口，并且助燃氧氣進口和油進口的后端與軸 向貫通孔的中部相連通，助燃空氣進口的中部與軸向貫通孔的中部相連通，而其前端口處則安裝有燃燒維持器；油噴嘴安裝在軸向貫通孔的后部;燃燒 室呈管狀，其后端與軸向后座的前端相連;后水冷外殼相隔間距套在燃燒室 的外部，并且其一側圓周壁外表面上沿徑向形成有一個冷卻水進口和一個 與其內(nèi)腔相連通的冷卻水出口；槍喉呈圓椎狀，其后端與燃燒室的前端相連; 送粉段具有夾套結構，其后端與槍喉的前端相連，而其前端則與槍管的后 端相接，并且其圓周壁上貫通形成有兩個徑向送粉嘴;前水冷外殼相隔間距 套在槍管的外部；直角水導流管沿徑向連接，前水冷外殼的前端一側圓周 壁外部，并且兩者的內(nèi)部相互連通;直水導流管沿軸向連接在直角水導流管 的后端與后水冷外殼的一側圓周壁內(nèi)部，其前端口與直角水導流管的內(nèi)部 相連通，而其后端口則與后水冷外殼上的冷卻水進口相接；后固定環(huán)、中 固定環(huán)及前固定環(huán)分別用于將軸向后座和后水冷外殼、后水冷外殼和送粉 段以及送粉段和前水冷外殼相互密封連接在一起。所述的燃燒維持器位于燃燒室的內(nèi)部，其在正常燃燒時可以保持一定 的溫度，因此即使由于水冷卻的原因而使燃燒室溫度很低時也能夠保證燃 燒連續(xù)穩(wěn)定地進行。所述的送粉段上的兩個徑向送粉嘴呈中心對稱設置。 所述的槍喉上喉部直徑為lOrnm,喉部擴張直徑為12mm。 本實用新型提供的液體燃料—氧氣一空氣槍內(nèi)混合助燃超音速火焰噴 涂槍可利用任意調節(jié)氧氣與空氣混合比例的方法來精確控制焰流溫度和燃 燒室壓力，從而使焰流溫度能夠在2400K 3400K的大幅度范圍內(nèi)進行調節(jié)，
因此可使熔點較低的粉末處于半熔化狀態(tài)下進行噴涂，所以能夠在不犧牲 噴涂沉積率的前提下解決槍嘴粉末沉積堵塞難題，而且還能夠解決單純空 氣助燃時涂層沉積率過低的問題，從而可在提高涂層質量的同時降低涂層 制作成本。另外，由于設置在燃燒室內(nèi)部的燃燒維持器是由散熱慢的材料 制成，因此在正常燃燒時，特別是在使用低氧含量的混合氣體或空氣助燃 時，即使因水冷卻的原因而使燃燒室的溫度降低很快，其也能夠保持較高 的溫度，從而可以保證燃燒穩(wěn)定連續(xù)地進行，最終實現(xiàn)不同的材料在各自 的最佳溫度范圍內(nèi)進行噴涂。此外，該噴涂槍還具體結構簡單合理、實用 性強、易于維護和保養(yǎng)等優(yōu)點，因此可廣泛應用于航空、航天、冶金、電 力、石油化工、汽車、船舶等領域。

圖1為本實用新型提供的液體燃料一氧氣一空氣槍內(nèi)混合助燃超音速 火焰噴涂槍縱向結構剖視圖。圖2為圖1中軸向后座后端結構側視圖。 圖3為圖2中A-A向剖視圖。 圖4為圖2中B-B'向剖視圖。 圖5為圖1中送粉段縱向結構剖視圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型提供的液體燃料一氧氣一空 氣槍內(nèi)混合助燃超音速火焰噴涂槍進行詳細說明。如圖1 圖5所示，本實用新型提供的液體燃料一氧氣一空氣槍內(nèi)混合 助燃超音速火焰噴涂槍包括軸向后座l、油噴嘴2、燃燒維持器3、火花塞、 后水冷外殼4、燃燒室5、槍喉6、送粉段7、槍管8、后固定環(huán)9、中固定 環(huán)10、前固定環(huán)11、前水冷外殼18、直角水導流管19及直水導流管20; 其中軸向后座1的中心部位形成有一個軸向貫通孔12，軸向貫通孔12的上
方貫通形成有一個內(nèi)部安裝有圖中未示出的火花塞的火花塞裝配孔13，軸 向貫通孔12的下方依次形成有一個助燃氧氣進口 14、 一個助燃空氣進口15和一個油進口 16，并且助燃氧氣進口 14和油進口 16的后端與軸向貫通 孔12的中部相連通，助燃空氣進口 15的中部與軸向貫通孔12的中部相連 通，而其前端口處則安裝有燃燒維持器3;油噴嘴2安裝在軸向貫通孔12的 后部;燃燒室5呈管狀，其后端與軸向后座1的前端相連;后水冷外殼4相 隔間距套在燃燒室5的外部，并且其一側圓周壁外表面上沿徑向形成有一 個冷卻水進口 21和一個與其內(nèi)腔相連通的冷卻水出口22;槍喉6呈圓椎狀， 其后端與燃燒室5的前端相連;送粉段7具有夾套結構，其后端與槍喉6的 前端相連，而其前端則與槍管8的后端相接，并且其圓周壁上貫通形成有 兩個徑向送粉嘴17;前水冷外殼18相隔間距套在槍管8的外部；直角水導流 管19沿徑向連接在前水冷外殼18的前端一側圓周壁外部，并且兩者的內(nèi) 部相互連通；直水導流管20沿軸向連接在直角水導流管19的后端與后水冷 外殼4的一側圓周壁內(nèi)部，其前端口與直角水導流管19的內(nèi)部相連通，而 其后端口則與后水冷外殼4上的冷卻水進口 21相接；后固定環(huán)9、中固定 環(huán)10及前固定環(huán)11分別用于將軸向后座1和后水冷外殼4、后水冷外殼4 和送粉段7以及送粉段7和前水冷外殼18相互密封連接在一起。所述的燃 燒維持器3位于燃燒室5的內(nèi)部，其在正常燃燒時可以保持一定的溫度， 因此即使由于水冷卻的原因而使燃燒室5溫度很低時也能夠保證燃燒連續(xù) 穩(wěn)定地進行。所述的送粉段7上的兩個徑向送粉嘴17呈中心對稱設置。所 述的槍喉6上喉部直徑為lOmm，喉部擴張直徑為12mm。當利用本實用新型提供的液體燃料一氧氣一空氣槍內(nèi)混合助燃超音速 火焰噴涂槍進行噴涂時，首先將作為燃料的航空煤油和作為助燃劑的氧氣 (空氣或氧氣與空氣的混合氣體)分別從軸向后座1上的油進口 16和助燃 氧氣進口 14送入設置在軸向貫通孔12內(nèi)的油噴嘴2，經(jīng)該噴嘴混合霧化后
噴入燃燒室5，同時由火花塞點燃后穩(wěn)定進行燃燒；同時，按噴涂狀態(tài)工作參數(shù)從軸向后座1上的助燃空氣進口 15和燃燒維持器3將合適比例的空氣 進入燃燒室5，由此在燃燒室5內(nèi)形成高溫高壓燃流，然后該燃流經(jīng)槍喉6 加速到超音速。與此同時，將噴涂粉末從送粉段7上的兩個徑向送粉嘴17 送入自槍喉6前端噴出的高溫高壓燃流中，使該粉末經(jīng)燃流加熱加速后從 槍管8的前端管口處以超音速的速度噴出并沉積在工件的表面而形成涂層。 在上述噴涂過程中，將冷卻水從后水冷外殼4上的冷卻水進口21注入，該 冷卻水將依次通過由直水導流管20、直角水導流管19、前水冷外殼18、送 粉段7的夾套及后水冷外殼4構成的水冷卻通道而從后水冷外殼4上冷卻 水出口 22流出，從而保證噴涂過程中槍體的溫度低于50°C。
權利要求1、一種液體燃料-氧氣-空氣槍內(nèi)混合助燃超音速火焰噴涂槍，其特征在于所述的液體燃料-氧氣-空氣槍內(nèi)混合助燃超音速火焰噴涂槍包括軸向后座(1)、油噴嘴(2)、燃燒維持器(3)、火花塞、后水冷外殼(4)、燃燒室(5)、槍喉(6)、送粉段(7)、槍管(8)、后固定環(huán)(9)、中固定環(huán)(10)、前固定環(huán)(11)、前水冷外殼(18)、直角水導流管(19)及直水導流管(20)；其中軸向后座(1)的中心部位形成有一個軸向貫通孔(12)，軸向貫通孔(12)的上方貫通形成有一個內(nèi)部安裝有火花塞的火花塞裝配孔(13)，軸向貫通孔(12)的下方依次形成有一個助燃氧氣進口(14)、一個助燃空氣進口(15)和一個油進口(16)，并且助燃氧氣進口(14)和油進口(16)的后端與軸向貫通孔(12)的中部相連通，助燃空氣進口(15)的中部與軸向貫通孔(12)的中部相連通，而其前端口處則安裝有燃燒維持器(3)；油噴嘴(2)安裝在軸向貫通孔(12)的后部；燃燒室(5)呈管狀，其后端與軸向后座(1)的前端相連；后水冷外殼(4)相隔間距套在燃燒室(5)的外部，并且其一側圓周壁外表面上沿徑向形成有一個冷卻水進口(21)和一個與其內(nèi)腔相連通的冷卻水出口(22)；槍喉(6)呈圓椎狀，其后端與燃燒室(5)的前端相連；送粉段(7)具有夾套結構，其后端與槍喉(6)的前端相連，而其前端則與槍管(8)的后端相接，并且其圓周壁上貫通形成有兩個徑向送粉嘴(17)；前水冷外殼(18)相隔間距套在槍管(8)的外部；直角水導流管(19)沿徑向連接在前水冷外殼(18)的前端一側圓周壁外部，并且兩者的內(nèi)部相互連通；直水導流管(20)沿軸向連接在直角水導流管(19)的后端與后水冷外殼(4)的一側圓周壁內(nèi)部，其前端口與直角水導流管(19)的內(nèi)部相連通，而其后端口則與后水冷外殼(4)上的冷卻水進口(21)相接；后固定環(huán)(9)、中固定環(huán)(10)及前固定環(huán)(11)分別用于將軸向后座(1)和后水冷外殼(4)、后水冷外殼(4)和送粉段(7)以及送粉段(7)和前水冷外殼(18)相互密封連接在一起。
2、 根據(jù)權利要求1所述的液體燃料一氧氣一空氣槍內(nèi)混合助燃超音速火焰噴涂槍，其特征在于所述的燃燒維持器(3)位于燃燒室(5)的內(nèi)部，其在正常燃燒時可以保持一定的溫度，因此即使由于水冷卻的原因而使燃燒室(5)溫度很低時也能夠保證燃燒連續(xù)穩(wěn)定地進行。
3、 根據(jù)權利要求1所述的液體燃料一氧氣一空氣槍內(nèi)混合助燃超音速 火焰噴涂槍，其特征在于所述的送粉段(7)上的兩個徑向送粉嘴(17)呈中心對稱設置。
4、 根據(jù)權利要求1所述的液體燃料—氧氣一空氣槍內(nèi)混合助燃超音速 火焰噴涂槍，其特征在于所述的槍喉(6)上喉部直徑為10mm，喉部擴 張直徑為12mm。
專利摘要一種液體燃料—氧氣—空氣槍內(nèi)混合助燃超音速火焰噴涂槍。其包括軸向后座、油噴嘴、燃燒維持器、火花塞、后水冷外殼、燃燒室、槍喉、送粉段、槍管、后固定環(huán)、中固定環(huán)、前固定環(huán)、前水冷外殼、直角水導流管及直水導流管。本實用新型提供的超音速火焰噴涂槍能夠調節(jié)焰流溫度，所以可在不犧牲噴涂沉積率的前提下解決槍嘴粉末沉積堵塞難題，而且還能解決涂層沉積率過低問題，從而可在提高涂層質量的同時降低涂層制作成本。另外，在使用低氧含量的混合氣體或空氣助燃時，即使因水冷卻的原因而使燃燒室的溫度降低很快，燃燒維持器也能夠保持較高的溫度，從而可以保證燃燒穩(wěn)定連續(xù)地進行，最終實現(xiàn)不同的材料在各自的最佳溫度范圍內(nèi)進行噴涂。
文檔編號C23C4/00GK201043190SQ200720096390
公開日2008年4月2日 申請日期2007年6月14日 優(yōu)先權日2007年6月14日
發(fā)明者丁坤英, 馮日寶, 娜 李, 王志平, 紀朝輝, 鵬 賈, 陳亞軍 申請人:中國民航大學