專利名稱：一種低溫超音速火焰噴涂鈦或鈦合金涂層的保護裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及熱噴涂技術領域，具體是涉及一種低溫超音速火焰噴涂鈦或鈦合金涂層的保護裝置。
背景技術：
鈦及鈦合金因優異的耐腐蝕性能而廣泛應用于化工、船舶等領域，然而其價格昂貴、加工難度大，大大限制了其應用，采用涂層技術沉積耐腐蝕性能優良的鈦及鈦合金涂層是有效的拓寬其應用的方法。由于鈦金屬的活性較高，在高溫大氣環境下容易被氧化，需要在真空或者惰性氣氛下進行沉積，因此在大氣環境下高效沉積性能優良的鈦及鈦合金涂層是人們的研究目標。在沉積鈦及鈦合金時對其粉末粒子防氧化保護非常重要，特別是純鈦粉末的噴涂，高溫下如果保護不好，極易引起氧化，使得涂層含有較多鈦的氧化物，以至于涂層內產生孔隙、裂紋等缺陷，引起嚴重的噴涂質量問題。從鈦及鈦合金材料的物理和化學 性能來看，鈦及鈦合金在300°C左右就能和周圍環境發生氧化。由于鈦的熔點高、熱容量大、電阻系數大、熱導率比鋁、鐵等金屬低，所以鈦熔化后具有更高的溫度，鈦及鈦合金的物理、化學性能活性強，隨著溫度的增高，其化學活性也將迅速增大，并在固態下能強烈地吸收各種氣體，所以在噴涂鈦及鈦合金時必須在粒子飛行和沉積過程中做好保護措施，以免高溫鈦粉末與活性氣體(空氣中的氧和氮)反應生成鈦的氧化物和氮化物，它們的存在會嚴重影響涂層的使用壽命。因此，當前鈦及鈦合金涂層研究的重點就在于如何滿足日益增加的鈦及鈦合金工件高穩定性和長期壽命的高要求。為此，人們對熱噴涂技術制備鈦及鈦合金涂層作了廣泛的研究，包括低壓等離子噴涂、冷噴涂、超音速火焰噴涂、低溫超音速火焰噴涂等。低壓等離子噴涂制備鈦及鈦合金涂層，其制備工藝復雜，耗費成本高，由于需要在腔體內進行沉積，對一些大形特殊結構零件無法進行沉積。冷噴涂工藝可以在大氣環境下沉積性能優良的鈦涂層，冷噴涂是高壓氣流經拉瓦爾管加速產生超高音速的束流，將加熱但沒熔化的粒子噴射到基體表面形成涂層。該工藝噴涂時，由于粒子的溫度較低，有效的減少了粒子的氧化，并且在大氣環境下對噴涂工件的形狀尺寸限制較小，但是噴涂鈦或鈦合金需要昂貴的氦氣作為加速氣體，因此成本非常高。另外，冷噴涂是使粒子與粒子之間通過鍛焊作用而沉積堆垛而成，因此其結合強度不高。超音速火焰噴涂由于其能在大氣環境下大面積低成本高效率制備結合強度高于40MPa的涂層而被用來制備鈦及鈦合金涂層。為了降低噴涂火焰溫度，采用了低溫超音速火焰噴涂設備在大氣環境和較低火焰溫度條件下制備了鈦及鈦合金涂層，經檢測得涂層的氧含量仍較高，為2. 6%，較高的氧含量，嚴重影響涂層的綜合性能，大大降低了使用壽命。
發明內容本實用新型的目的在于針對上述存在問題和不足，提供一種通過噴涂焰流保護罩的特殊結構來為氬氣導流，能降低火焰溫度和有效減少飛行粒子及沉積粒子的氧化，從而降低涂層的氧含量，提高涂層的質量和延長涂層的使用壽命的低溫超音速火焰噴涂鈦或鈦合金涂層的保護裝置。本實用新型的技術方案是這樣實現的本實用新型所述的低溫超音速火焰噴涂鈦或鈦合金涂層的保護裝置，其特點是包括噴涂焰流保護罩和底座，其中所述噴涂焰流保護罩為由中心連接體及連接在中心連接體前部的前內殼、前外殼和后部的后內殼、后外殼組成的中間具有前后方向連通的腔道的圓環形結構體，其中所述前外殼上設置有前進氣孔，所述后外殼上設置有后進氣孔，所述前內殼上傾斜地設置有與前進氣孔相連通且用于向腔道的前端開口外側噴氣的前導流槽，所述后內殼上傾斜地設置有與后進氣孔相連通且用于向腔道的后端開口內側噴氣的后導流槽，所述中心連接體上設置有與腔道中部相連通的進氣通道，所述前進氣孔、后進氣孔和進氣通道的進氣口分別連接有經減壓閥與氬氣罐相連通的耐高溫氣管。為了使本實用新型所述的噴涂焰流保護罩的使用效果更好，保護粒子飛行及沉積過程不被氧化，上述前內殼與前外殼之間形成有與上述前導流槽和前進氣孔相連通的前儲 氣腔，上述后內殼與后外殼之間形成有與上述后導流槽和后進氣孔相連通的后儲氣腔。同時，為了防止前儲氣腔和后儲氣腔出現漏氣而影響本實用新型所述的噴涂焰流保護罩的使用效果，上述前內殼、前外殼、后內殼和后外殼與中心連接體的連接處分別裝置有密封圈。為了使本實用新型所述的噴涂焰流保護罩的結構可靠，且方便前導流槽和后導流槽的設置，上述中心連接體的前后端面均設置成錐形面，上述前內殼和前外殼位于中心連接體前錐形面外側的部分分別設置成傾斜度與前錐形面的傾斜度相對應的錐形結構，上述后內殼和后外殼位于中心連接體后錐形面外側的部分分別設置成傾斜度與后錐形面的傾斜度相對應的錐形結構，上述前導流槽設置在所述前內殼的錐形結構外壁上，上述后導流槽設置在所述后內殼的錐形結構外壁上。為了使本實用新型所述的噴涂焰流保護罩的拆裝方便，上述前內殼、前外殼、后內殼和后外殼與中心連接體分別通過螺紋連接。為了使本實用新型所述的噴涂焰流保護罩噴出的氣流均勻，對飛行中的熔化或半熔化鈦或鈦合金粒子起到良好的密封保護效果，上述前進氣孔和后進氣孔分別呈圓周分布且等間距地設置有六個；上述進氣通道呈圓周分布且等間距地設置有六個；上述前導流槽和后導流槽分別呈圓周分布且等間距地設置有十二個，且每個導流槽的兩端與上述圓環形結構體中心的連線夾角均為15°。為了使本實用新型所述的耐高溫氣管的連接方便可靠，且不與噴涂焰流保護罩直接接觸，以免在噴涂時噴涂焰流保護罩傳導大量火焰熱量而熔化耐高溫氣管，上述前進氣孔和后進氣孔分別通過氣孔接頭與耐高溫氣管相連接，上述進氣通道通過螺紋銅管與耐高溫氣管相連接。為了使本實用新型所述的噴涂焰流保護罩的裝夾方便可靠，上述底座包括底板、垂直連接在底板上的由二塊帶半圓形開口的撐板組成的撐架和通過固定板連接固定在撐架上的用于夾緊噴涂焰流保護罩的二塊帶半圓形開口的夾板，其中所述二塊撐板之間的底板上設置有用于連接螺紋銅管的連接槽，且所述底板上還設置有供螺絲穿過而將噴槍槍托固定在底板上的螺孔槽。本實用新型由于采用了分多路氣流對熔化或半熔化鈦或鈦合金粒子在飛行和沉積過程中通過冷卻氣體進行降溫及形成密封氣環保護的噴涂焰流保護罩的結構，并通過減壓閥控制噴涂焰流保護罩各路氣流的出氣流量，從而有效地改變了噴涂火焰溫度和噴涂沉積處冷卻速度，使得熔化或半熔化鈦或鈦合金粒子處在較低的溫度環境下飛行和在較快的速度下沉積，并且前端開口螺旋式噴出的氬氣環流減少甚至隔絕沉積處與空氣的接觸以及后端開口螺旋噴出的氬氣環流氣環阻礙由于負壓而導致倒吸進入中心連接體腔道的空氣，從而有效地降低了涂層的氧含量，解決了大氣環境下低成本噴涂結合強度高、氧含量低、綜合性能優異的鈦或鈦合金涂層的技術難題，而且整個過程操作簡單方便，極大地提高了噴涂效率。本實用新型的制造方便、使用安全環保、實用價值大，可廣泛應用于航空航天、冶金、采礦、電力等行業。
以下結合附圖對本實用新型作進一步的說明。

圖I為本實用新型所述噴涂焰流保護罩的剖面結構示意圖。圖2為本實用新型所述底座的主視結構示意圖。圖3為本實用新型所述底座的俯視結構不意圖。圖4為本實用新型所述底座的右視結構示意圖。
具體實施方式
如圖I-圖4所示，本實用新型所述的低溫超音速火焰噴涂鈦或鈦合金涂層的保護裝置，包括噴涂焰流保護罩I和底座2，其中噴涂焰流保護罩I為由中心連接體11及連接在中心連接體11前部的前內殼12、前外殼13和后部的后內殼14、后外殼15組成的中間具有前后方向連通的腔道16的圓環形結構體，由此可知，中心連接體11、前內殼12、前外殼13、后內殼14和后外殼15均為中通的圓環形結構體，其中前外殼13上設置有前進氣孔131，后外殼15上設置有后進氣孔151，同時在前內殼12上傾斜地設置有與前進氣孔131相連通且用于向腔道16的前端開口外側噴氣的前導流槽121，在后內殼14上傾斜地設置有與后進氣孔151相連通且用于向腔道16的后端開口內側噴氣的后導流槽141，同時在中心連接體11上設置有與腔道16中部相連通的進氣通道111，而且前進氣孔131、后進氣孔151和進氣通道111的進氣口分別連接有經減壓閥與氬氣罐相連通的耐高溫氣管3。為了使本實用新型所述的噴涂焰流保護罩I的使用效果更好，保護粒子飛行及沉積過程不被氧化，在前內殼12與前外殼14之間形成有與前導流槽121和前進氣孔131相連通的前儲氣腔4，同時在后內殼14與后外殼15之間形成有與后導流槽141和后進氣孔151相連通的后儲氣腔5，如圖I所示，前儲氣腔4和后儲氣腔5是由中心連接體11上一體設置的環形凸臺112分隔形成，其中前內殼12和后內殼14連接在環形凸臺112的底部，前外殼13和后外殼15連接在環形凸臺112外圓周面上。同時，為了防止前儲氣腔4和后儲氣腔5出現漏氣而影響本實用新型所述的噴涂焰流保護罩I的使用效果，前內殼12、前外殼13、后內殼14和后外殼15與中心連接體11的連接處分別裝置有密封圈6，如圖I所示，密封圈6是裝置在前內殼12、前外殼13、后內殼14和后外殼15與中心連接體11連接處的底部。為了使本實用新型所述的噴涂焰流保護罩I的結構可靠，且方便前導流槽121和后導流槽141的設置，中心連接體11的前后端面均設置成錐形面，前內殼12和前外殼13位于中心連接體11前錐形面外側的部分分別設置成傾斜度與前錐形面的傾斜度相對應的錐形結構，同時后內殼14和后外殼15位于中心連接體11后錐形面外側的部分分別設置成傾斜度與后錐形面的傾斜度相對應的錐形結構，其中前導流槽121設置在前內殼12的錐形結構外壁上，后導流槽141設置在后內殼14的錐形結構外壁上。為了使本實用新型所述的噴涂焰流保護罩I的拆裝方便，前內殼12、前外殼13、后內殼14和后外殼15與中心連接體11分別通過螺紋連接。為了使本實用新型所述的噴涂焰流保護罩I噴出的氣流均勻，對飛行中的熔化或半熔化鈦或鈦合金粒子起到良好的密封保護效果，前進氣孔131和后進氣孔151分別呈圓周分布且等間距地設置有六個；進氣通道111呈圓周分布且等間距地設置有六個；前導流槽121和后導流槽141分別呈圓周分布且等間距地設置有十二個，且每個導流槽的兩端與上述圓環形結構體中心的連線夾角均為15°。為了使耐高溫氣管3的連接方便可靠，且不與噴涂焰流保護罩I直接接觸，以免在噴涂時噴涂焰流保護罩I傳導大量火焰熱量而熔化耐高溫氣管3，如圖I所示，前進氣孔131和后進氣孔151分別通過氣孔接頭7與耐高溫氣管3相連接，進氣通道111通過螺紋銅·管8與耐高溫氣管3相連接。其中連接在氣孔接頭7上耐高溫氣管3的直徑為6_，進氣通道111的內徑則為4_，裝置在進氣通道111內的螺紋銅管8的外徑為6_，連接在螺紋銅管8上的耐高溫氣管3的直徑則為8_。而在實際的安裝中，十二個直徑6_耐高溫氣管3通過七個直徑6_的三通接頭連接和兩個直徑6_的四通接頭連接，六個直徑8_耐高溫管3通過兩個直徑8_的四通接頭連接，并通過一個兩通接頭將8mm轉接6mm,然后直徑6mm的三通接頭聯通二個6mm的耐高溫氣管3,另一接頭接入直徑6mm的進氣管，該進氣管通過減壓閥連接到匯流排，將氬氣瓶接入匯流排來提供保護氣體IS氣。如圖2至圖4所示，本實用新型還配備有與槍頭和槍座相配合的底座2。該底座2包括底板21、垂直連接在底板21上的由二塊帶半圓形開口的撐板22組成的撐架和通過固定板24連接固定在撐架上的用于夾緊噴涂焰流保護罩I的二塊帶半圓形開口的夾板23，其中所述二塊撐板22之間的底板21上設置有用于連接螺紋銅管8的連接槽25，且所述底板21上還設置有供螺絲穿過而將噴槍槍托固定在底板21上的螺孔槽26。本實用新型組裝時，先將螺絲穿過螺孔槽26把底板21固定在噴槍槍托上，然后將噴涂焰流保護罩I卡入撐架內，然后通過二塊夾板23將噴涂焰流保護罩I夾緊在撐架上并通過固定板24連接固定，然后在噴涂焰流保護罩I上接入耐高溫氣管3。本實用新型組裝好后，可實現噴涂焰流保護罩I和噴槍槍頭的同步運動，即機械臂同步運動。本實用新型的工作原理是準備噴涂前，先將底座2固定噴槍槍托上，再裝夾噴涂焰流保護罩1，然后將耐高溫氣管3連接噴涂焰流保護罩I和氬氣匯流排。噴涂時，打開氬氣匯流排，調節出口壓力，通過改變減壓閥出口壓力來改變通入噴涂焰流保護罩I的氬氣流速。噴槍點火后開始噴涂，后儲氣腔5內的氬氣經后導流槽141噴出螺旋氬氣環流，該氬氣流經后導流槽141噴出角度與噴槍頭外壁呈80°，有效阻止了外界空氣由于負壓而倒吸進入噴涂焰流保護罩I的腔道16內，同時噴涂焰流保護罩I的腔道16內通過中心連接體11上的進氣通道111注入氬氣充滿噴涂火焰四周，形成螺旋流動的氬氣膜，對火焰外圍降溫，并且壓縮火焰，使鈦或鈦合金粒子集中于焰流中心；根據低溫超音速高速火焰噴涂鈦或鈦合金的噴距為80mm，因此噴涂焰流保護罩I前端外部與噴涂基體之間距離較小，再加上槍頭一部分進入噴涂焰流保護罩I內，所以噴涂焰流保護罩I前端外部離基體距離不足20_，前儲氣腔4內的氬氣經前導流槽121噴出螺旋氬氣流隔絕外界空氣與噴涂焰流保護罩I前端外部火焰接觸，形成氬氣膜，防止了鈦或鈦合金粒子在飛行過程中的氧化，同時，螺旋氬氣流直接噴射到基板上，隨著機械臂的運動，噴出的螺旋氬氣流與基體呈120°，壓縮了噴出火焰，并且在噴涂點四周會受到螺旋氬氣流隔絕空氣和加速基體降溫。整個噴涂過程中，螺旋氬氣流隔絕了鈦或鈦合金粒子在飛行和沉積過程中與大氣接觸，同時起到降溫作用，有效降低了涂層的氧含量；另外螺旋氬氣流對火焰起到壓縮作用，使飛行的鈦或鈦合金粒子集中于焰流中心，提高了涂層的沉積效率。整個噴涂過程是在大氣環境下進行，在大大節約成本及降低設備要求的同時獲得了氧含量低、致密度高的鈦或鈦合金涂層，從而極大地提高了鈦或鈦合金涂層的綜合性能，實用價值大，可廣泛應用于航空航天、冶金、采礦、電力等行業。本實用新型是通過實施例來描述的，但并不對本實用新型構成限制，參照本實用新型的描述，所公開的實施例的其他變化，如對于本領域的專業人士是容易想到的，這樣的變化應該屬于本實用新型權利要求限定的范圍之內。·
權利要求1.一種低溫超音速火焰噴涂鈦或鈦合金涂層的保護裝置，其特征在于包括噴涂焰流保護罩(I)和底座(2)，其中所述噴涂焰流保護罩(I)為由中心連接體(11)及連接在中心連接體(11)前部的前內殼(12)、前外殼(13)和后部的后內殼(14)、后外殼(15)組成的中間具有前后方向連通的腔道(16)的圓環形結構體，其中所述前外殼(13)上設置有前進氣孔(131)，所述后外殼(15)上設置有后進氣孔(151)，所述前內殼(12)上傾斜地設置有與前進氣孔(131)相連通 且用于向腔道(16)的前端開口外側噴氣的前導流槽(121)，所述后內殼(14)上傾斜地設置有與后進氣孔(151)相連通且用于向腔道(16)的后端開口內側噴氣的后導流槽(141)，所述中心連接體(11)上設置有與腔道(16)中部相連通的進氣通道(111)，所述前進氣孔(131)、后進氣孔(151)和進氣通道(111)的進氣口分別連接有經減壓閥與氬氣罐相連通的耐高溫氣管(3)。
2.根據權利要求I所述低溫超音速火焰噴涂鈦或鈦合金涂層的保護裝置，其特征在于上述前內殼(12)與前外殼(14)之間形成有與上述前導流槽(121)和前進氣孔(131)相連通的前儲氣腔(4)，上述后內殼(14)與后外殼(15)之間形成有與上述后導流槽(141)和后進氣孔(151)相連通的后儲氣腔(5)。
3.根據權利要求2所述低溫超音速火焰噴涂鈦或鈦合金涂層的保護裝置，其特征在于上述前內殼(12)、前外殼(13)、后內殼(14)和后外殼(15)與中心連接體(11)的連接處分別裝置有密封圈(6)。
4.根據權利要求I所述低溫超音速火焰噴涂鈦或鈦合金涂層的保護裝置，其特征在于上述中心連接體(11)的前后端面均設置成錐形面，上述前內殼(12)和前外殼(13)位于中心連接體(11)前錐形面外側的部分分別設置成傾斜度與前錐形面的傾斜度相對應的錐形結構，上述后內殼(14)和后外殼(15)位于中心連接體(11)后錐形面外側的部分分別設置成傾斜度與后錐形面的傾斜度相對應的錐形結構，上述前導流槽(121)設置在所述前內殼(12)的錐形結構外壁上，上述后導流槽(141)設置在所述后內殼(14)的錐形結構外壁上。
5.根據權利要求I所述低溫超音速火焰噴涂鈦或鈦合金涂層的保護裝置，其特征在于上述前內殼(12)、前外殼(13)、后內殼(14)和后外殼(15)與中心連接體(11)分別通過螺紋連接。
6.根據權利要求I所述低溫超音速火焰噴涂鈦或鈦合金涂層的保護裝置，其特征在于上述前進氣孔(131)和后進氣孔(151)分別呈圓周分布且等間距地設置有六個。
7.根據權利要求I所述低溫超音速火焰噴涂鈦或鈦合金涂層的保護裝置，其特征在于上述進氣通道(111)呈圓周分布且等間距地設置有六個。
8.根據權利要求I所述低溫超音速火焰噴涂鈦或鈦合金涂層的保護裝置，其特征在于上述前導流槽(121)和后導流槽(141)分別呈圓周分布且等間距地設置有十二個，且每個導流槽的兩端與上述圓環形結構體中心的連線夾角均為15°。
9.根據權利要求I所述低溫超音速火焰噴涂鈦或鈦合金涂層的保護裝置，其特征在于上述前進氣孔(131)和后進氣孔(151)分別通過氣孔接頭(7)與耐高溫氣管(3)相連接，上述進氣通道(111)通過螺紋銅管(8)與耐高溫氣管(3)相連接。
10.根據權利要求I所述低溫超音速火焰噴涂鈦或鈦合金涂層的保護裝置，其特征在于上述底座(2)包括底板(21)、垂直連接在底板(21)上的由二塊帶半圓形開口的撐板(22)組成的撐架和通過固定板(24)連接固定在撐架上的用于夾緊噴涂焰流保護罩(I)的二塊帶半圓形開口的夾板(23)，其中所述二塊撐板(22)之間的底板(21)上設置有用于連接螺紋銅管(8)的連接槽(25)，且所述底板(21)上還設置有供螺絲穿過而將噴槍槍托固定在底 板(21)上的螺孔槽(26)。
專利摘要一種低溫超音速火焰噴涂鈦或鈦合金涂層的保護裝置，包括噴涂焰流保護罩和底座，噴涂焰流保護罩為由中心連接體及連接在中心連接體前部的前內殼、前外殼和后部的后內殼、后外殼組成的中間具有前后方向連通的腔道的圓環形結構體，前外殼上設置有前進氣孔，后外殼上設置有后進氣孔，前內殼上傾斜地設置有與前進氣孔相連通且用于向腔道的前端開口外側噴氣的前導流槽，后內殼上傾斜地設置有與后進氣孔相連通且用于向腔道的后端開口內側噴氣的后導流槽，中心連接體上設置有與腔道中部相連通的進氣通道。本實用新型有效解決了大氣環境下低成本噴涂結合強度高、氧含量低、綜合性能優異的鈦或鈦合金涂層的技術難題，且操作簡單方便，極大地提高了噴涂效率。
文檔編號C23C4/06GK202766608SQ201220403859
公開日2013年3月6日 申請日期2012年8月15日 優先權日2012年8月15日
發明者劉敏, 鄧春明, 戴紅亮, 鄧暢光, 周克崧 申請人:廣州有色金屬研究院