CN100540147C - 冷喷涂用喷嘴、具有该喷嘴的冷喷涂装置、冷喷涂方法及其涂覆物 - Google Patents

Abstract

提供一种冷喷涂用喷嘴及使用该冷喷涂用喷嘴的冷喷涂装置，其能够在涂覆软质材料的粉末时使喷嘴堵塞现象减至最少，可以在涂覆高硬度材料的粉末时防止喷嘴的磨损，由于可以长时间使用喷嘴，因此可容易地应用于大规模生产，可以实施长时间高品质的涂覆。本发明的冷喷涂用喷嘴及使用该冷喷涂用喷嘴的冷喷涂装置，其特征在于，包括：中空型喷嘴部，其具有：截面积收敛的收敛引入部，与上述收敛引入部的收敛端部连接的喉部，与上述喉部的端部连接的出口部；以及喷射管，其位于上述收敛引入部的内部，该喷射管配置为其端部喷射口位于上述喉部或超过该喉部的出口部内；在上述出口部的出口端处粉末流速为300～1200m/s。

Description

冷喷涂用喷嘴、具有该喷嘴的冷喷涂装置、冷喷涂方法及涂覆物

技术领域

本发明涉及一种冷喷涂(cold spray)用喷嘴及使用该冷喷涂用喷嘴的冷喷涂(cold spray)装置，具有如下优点：能够将涂覆软质材料的粉末时由于粉末涂覆在喷嘴内部而引起的喷嘴堵塞现象减到最少；能够防止涂覆高硬质材料的粉末时由于粉末与喷嘴壁面碰撞而产生的喷嘴磨损；由于可以长时间使用喷嘴，因此可容易地应用于大规模生产；由于可以实施长时间高品质的涂覆，因此大规模生产时可以节约制造成本；由于在粉末供给装置中不需要高压的加压装置，因此可以使用便宜的设备结构；不仅如此，由于不用调节供给气体的流量而是通过调节喷射管的位置就能够调节粉末速度，因此易于进行工序变化。

背景技术

冷喷涂涂覆法是这样一种方法：利用超音速运载气体在常温状态下或者在未加热的比较低的温度下喷射粉末、并涂覆到待涂覆物的表面，在该方法中，经超音速喷射气流(300～1200/ms)加速后的微粒(1～50μm)与金属或陶瓷基板碰撞并涂覆到金属或陶瓷基板上，该涂覆的工序的变量包括：加速后的气体温度、气体速度以及粒子大小等。

特别地，由于原理是使加速成高速度的粒子与未加热的基板碰撞来进行涂覆，因此具有如下特性：涂覆效率根据各种要涂覆的材料的不同而变化，加速后的粒子速度越大涂覆效率也越大，并在大于等于一定速度时急剧增加。

在利用超音速的冷喷涂涂覆法中，用于涂覆的基本要求如下。a)喷射气流的温度必须始终低于被加速粒子的熔点或软化点。b)被加速粒子必须在1～50μm范围内。c)粒子速度根据粒子材料和大小必须在300～1200m/s范围内。实际上，粒子是在马赫数为2～4左右、1～3MPa范围内的超音速喷射气流的协助下被涂覆的。作为气体的种类，可使用空气、氮气、氦气或混合气等，无论使用何种气体，必须使被加速粒子超过临界速度才能进行涂覆(V＞Vcrit)。

由于该原因，为了增加气体速度，通过升高气体温度来增加流量，以往，为了提供超音速运载气体，使用了典型的德-拉伐尔型(De LavalType)喷嘴。与此相关的内容为下述专利文献1中公开的技术，其具有如图8所示的结构。但是，如图8所示，这种德-拉伐尔型喷嘴(收敛-扩散喷嘴)是这样一种喷嘴，其在喉部之前，将已混合了从左侧供给的气体和粉末的气体/粉末混合体与从下部供给的运载气体混合，然后对它们进行加速。

因此，如图9和图10所示，这样供给的气体/粉末混合体通过收敛-扩散喷嘴的收敛部逐渐加速，并在喉部达到音速，为了在达到音速后使通过某特定地点的气体的重量维持恒定，喷嘴的后尾部分设置为扩散型式。由此，离开喉部的气体速度增大，而成为超音速。以超音速流动的气体具有如下特性：向外膨胀的速度大于向后方加速的速度。这是因为：由于向缩流方向压缩气体，能量向圆周方向扩散。收敛-扩散喷嘴利用该原理产生以超音速推进喷嘴内的气体/粉末混合体所必需的推力。

专利文献1：美国注册专利第6,139,913号

但是，在图8所示方式的情况下，由于在喉部以前引入气体/粉末混合体，因此粉末要经过必须通过喉部进行喷射的过程，在该情况下，在上述注入的粉末为铝等比较软的粉末时，粉末被涂覆到上述喉部，在短时间内堵塞上述喉部，不能够再实施涂覆，存在难以应用于大规模生产的问题，在上述注入的粉末为镍或超合金那样的高硬度粉末时，由于在上述喉部的速度为音速左右的水平，因此虽然不发生涂覆，但由于粉末的碰撞在喉部产生剧烈磨损而使喷嘴损坏，因此存在流速随着喉部的形状改变而发生变化、从而使工序条件发生变化的问题。

另外，在利用图8所示的装置进行涂覆时，由于作用于喷射管上的压力必须高于从喷嘴下部供给并作为运载气体提供给收敛部的气体的压力，因此存在必须另外设置加压装置的问题，其中，喷射管用于注入从喷嘴左侧供给的气体/粉末混合体。

不仅如此，如图9和图10所示，在使用以往的收敛-扩散喷嘴的情况下，可以观察到：即使改变提供气体/粉末混合体的喷射管的位置，喷嘴出口端处的最终出口流速也不会发生变化。因此，在为了变化工序条件而使流速变化的情况下，存在必须改变整个系统的流量的难题。

发明内容

因此本发明是鉴于这样的问题而提出的，其目的在于，提供一种冷喷涂用喷嘴和使用该冷喷涂用喷嘴的冷喷涂装置，在涂覆软质材料的粉末时能够将喷嘴堵塞现象减到最少，在涂覆高硬质材料的粉末时能够防止喷嘴磨损，由于可以长时间使用喷嘴，因此可容易地应用于大规模生产，可以实施长时间高品质的涂覆。

另外本发明的目的还在于，提供一种冷喷涂用喷嘴和使用该冷喷涂用喷嘴的冷喷涂装置，即使不调节供给气体的流量也能够控制从喷嘴的出口喷射的粉末的速度，易于进行工序控制。

另外本发明的目的还在于，提供一种经济的冷喷涂用喷嘴和使用该冷喷涂用喷嘴的冷喷涂装置，由于气体和粉末供给装置不需要具备加压装置，因此可以低价构成涂覆装备，并且可以长时间使用而无需保养修理，不仅节约初期成本还可以节约运转成本。

为了解决上述课题，本发明提供一种冷喷涂用喷嘴，其特征在于，包括：中空型喷嘴部，其具有：截面积收敛的收敛引入部，与上述收敛引入部的收敛端部连接的喉部，与上述喉部的端部连接的出口部；以及喷射管，其位于上述收敛引入部的内部，该喷射管配置为其端部喷射口位于上述喉部或超过该喉部的出口部内；在上述出口部的出口端处的粉末流速为300～1200m/s，上述喷嘴部还包括缓冲室，该缓冲室以上述喉部的端部或者出口部的一个定点为基点扩展，以具有大于在上述基点处的中空部截面积的中空部截面积，然后再次收敛，从而以与出口部内表面连接的连接部的形式形成固定体积；上述喷射管的端部喷射口配置为位于上述喉部内、位于超过该喉部的缓冲室内、或者位于出口部内。

根据本发明的冷喷涂用喷嘴及使用该冷喷涂用喷嘴的冷喷涂装置，具有以下优点：由于能够在涂覆软质材料的粉末时使喷嘴堵塞现象减至最少、能够在涂覆高硬度材料的粉末时防止喷嘴的磨损，所以可不堵塞喷嘴且不改变形状地长时间使用，可容易地应用于大规模生产。

另外，还具有以下优点：由于可以持续实施长时间高品质的涂覆，因此可以减少维修保养等问题，可以节约运转成本，从而可以节约生产成本。

另外，还具有以下优点：由于即使不调节供给气体的流量，也可以通过喷射管的移动来容易地控制从喷嘴的出口喷射的粉末速度，因此工序控制变得很容易，具有多种工序控制方法。

不仅如此，还具有如下的经济效果：由于气体和粉末供给装置不需要具有加压装置，因此可以低价构成涂覆装备，可以节约初期成本。

附图说明

图1～图3是分别表示本发明的冷喷涂用喷嘴的实施例的截面的截面图。

图4～图7是分别表示本发明的冷喷涂用喷嘴中的具有缓冲室的实施例的截面的截面图。

图8是表示以往的冷喷涂用喷嘴及其系统的概略图。

图9是表示图8的以往冷喷涂用喷嘴的流动特性的数值分析结果的图(单位：m/s)。

图10是表示在图8的以往冷喷涂用喷嘴中改变喷射管的喷射口位置时的流动特性的数值分析结果的图(单位：m/s)。

图11是用于对本发明的冷喷涂用喷嘴的一个实施例的流动特性进行数值分析的流场模型的立体图。

图12是表示图11的一个实施例的冷喷涂用喷嘴的流动特性的数值分析结果的图(单位：m/s)。

图13是表示在图11的本发明冷喷涂用喷嘴中改变喷射管的喷射口位置时的流动特性的数值分析结果的图(单位：m/s)。

图14是用于对本发明的冷喷涂用喷嘴中的具有缓冲室的一个实施例的流动特性进行数值分析的流场模型的立体图。

图15是表示在图14的一个实施例的冷喷涂用喷嘴处的流动特性的数值分析结果的图(单位：m/s)。

图16是表示在图14的本发明的冷喷涂用喷嘴中改变喷射管的喷射口位置时的流动特性的数值分析结果的图(单位：m/s)。

图17是使用本发明的冷喷涂用喷嘴的冷喷涂装置的系统概略图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行详细说明。

本发明涉及一种冷喷涂用喷嘴，其特征在于，包括：中空型喷嘴部10，其具有：截面积收敛的收敛引入部2，与上述收敛引入部2的收敛端部连接的喷口部4，与上述喉部4的端部连接的出口部6；以及喷射管20，其位于上述收敛引入部2的内部，该喷射管配置为其端部喷射口12位于上述喉部4或超过该喉部的出口部6内；在上述出口部6的出口端8处的粉末流速为300～1200m/s。

与此有关的具体的实施例如图1～图3所示，其中，上述收敛引入部2构成为这样，即，使运载气体在喉部4达到音速，而除了喷射管20以外的其余部分仅仅被气体充满。由此，在上述喉部4处的运载气体的速度达到音速，由于从上述喉部4出来的运载气体通过出口部6(该出口部使流扩散)，因此被加速至300～1200m/s。由于将通过上述喷射管20提供的气体/粉末混合体与这种运载气体一同喷射到喉部4内或者喷射到超过该喉部4的出口部6内，因此不会发生在喉部4处的由于涂覆而引起的堵塞和由于碰撞而导致的磨损。另外，由于是在高速区域喷射，因此上述区域压力相对变低，气体/粉末混合体通过吸入(suction)而流入喷嘴内，因此在喷射管20的入口端不需要另外加压。由于不需要加压装置，从而可以简单地构成装置。

优选地，上述喷嘴由这样构成的上述喉部4和出口部6形成，即，从上述收敛引入部2引入的气体使从上述喷射管的喷射口12喷射的气体/粉末混合体流收敛，以使其速度达到音速，然后，上述流再次扩散。由此，气体/粉末混合体的流速也能够增大至超音速300～1200m/s，因此具有使出口部6的端部(即出口端8)处的粉末速度增大的效果。

即，如图12～图13所示，可以观察到：通过喉部4的运载气体被收敛引入部2加速并达到音速，由于在其后的出口部6处截面积增大，因此相当于扩散区，从而运载气体被加速至超音速。不仅如此，上述运载气体由于膨胀使从上述喷射管20出来的气体/粉末混合体流收缩，由此使从喷射管20的喷射口12喷射的流收敛。在上述收敛足够使从喷射口12喷射的流的速度加速至音速时，上述流加速至音速，然后通过在运载气体的收缩影响变小的出口部6的后端处的扩散，喷射至喷射口12的流也被加速至超音速，因此从喷嘴喷射的整个流可以被加速至超音速，并能够以高的碰撞速度进行涂覆。也就是，被引入收敛引入部2的引入气体(即运载气体)可以根据喷嘴的实际外部形状，经过一般加速(收敛)→在喉部处为音速→超音速加速(扩散)的过程被加速，从喷射管20喷射的气体/粉末混合体可以根据上述运载气体的扩散流动经过一般加速(流的收敛)→流在喉部形成以及达到音速→超音速加速(由于消除流动的影响)的过程被加速，从而获得很高的速度。

这一点若观察图12和图13所示内容就可以可靠地确认，通过附图可以清楚地观察到：从喷射管20出来的流最初随着从喷射管流出而速度减小，但是由于被周围的流向内部推动而变窄，并收缩和收敛，由此速度增加并达到音速，之后其再次膨胀、并被加速至超音速。

另外，上述出口部6的形状只要能够使粉末具有300～1200m/s的速度即可，对其形状并无限制，可以构成多种形状，这可以为图3所示的扩散形状或图1～图2所示的直线形状。作为产生这种加速机械装置的具体例子，如图1至图2所示，上述出口部6可构成为：具有大于上述喉部4的中空部截面积的中空部截面积，并构成为直线形，并且优选地本发明的冷喷涂用喷嘴这样构成，其中上述喉部4和出口部6构造成这样：从上述收敛引入部2引入的气体使从上述喷射管的喷射口喷射的气体与粉末混合体流收敛并使其速度达到音速后，上述流再次扩散。可知这种结构可以通过图12至图13的图示获得，该图示为将流场模拟成图11的形状、并利用Fluent进行数值分析的结果，Fluent为计算机流动分析用CFD解析码。

另外，在本发明的这种冷喷涂用喷嘴中，上述喉部4为上述喷嘴的最小内径部位，其可构成为这样的形式，即，具有固定长度并在该长度上具有相同的截面。与此有关的一例如图2至图3所示，由此，如图2所示，可以使喷射管的喷射口12位于喉部内、喉部、喉部的端部或者出口部内，也可以根据需要使其在工序中或工序前后改变至所希望的位置。

因此，根据需要，上述喷射管20构成为可沿喷嘴的轴向移动，以使其喷射口12可以在喉部内或者出口部内改变位置。由此，可以调节喉部4或者出口部6内的、由于涂覆而引起的堵塞或者汽相淀积，或可以将由于碰撞而产生的磨损向减小的方向调节，并可以如图12至图13所示那样调节出口端的最终流速。即，在图12和图13中可知：由于喷射口12的突出量(从喉部的端部到出口部侧的喷射口的距离)改变，在出口端8处的粉末速度变大。因此，可以根据粉末的种类或混合比，可以通过仅仅改变喷射管的喷射口12的位置来进行适当的速度调节，具有容易控制的优点。

另外，根据工序上的需要或者要涂覆的形状，上述收敛引入部2、喉部4和喷射管20的中空部截面与出口部6的中空部截面可以使用以往的多种形状。优选地，上述收敛引入部、喉部和喷射管的中空部截面为圆形；为了设备的维修保养和维持流场的稳定，出口部的中空部截面可以构成为圆形、正方形或者长方形。

作为本发明的冷喷涂用喷嘴有关的具体例构成为：上述出口部具有大于上述喉部的中空部截面积的中空部截面积、并构成为直线形，在上述收敛引入部的输入端的整个截面积为900的情况下，在上述喉部中的、由喷嘴部内部和喷射管外部构成的流道的截面积为9～25，上述喷射管的中空部截面积为0.25～8，上述出口部的截面积为45～100，上述收敛引入部可构造成这样的收敛喷嘴，其使得被引入收敛引入部的引入气体在喉部的流速达到音速。

另外，其它具体的理想情况以如下形式构成：上述喉部的内径为5mm，上述出口部的内径为7mm，上述喷射管的外径为4.5～3.5mm，喷射管的内径为3～1.5mm，上述喷射管的喷射口的位置位于从喉部的出口侧端部向出口部0～5mm的位置，并且优选地，可以使上述喷射管的外径为4mm，喷射管的内径为2mm，并且，使上述喷射管构成为这样，即，喷射口在喉部或者出口部内可沿喷嘴的轴向改变位置，其位置可以为从喉部的出口侧端部向出口部侧0～5mm。

由此，喷嘴内的流可以防止产生作用于喷射管内侧的压力即背压，并且，可以获得高速流，可以进行平稳的喷涂。

另外，本发明的冷喷涂用喷嘴构成为：除了上述喷嘴的结构，上述喷嘴部10还包括缓冲室30，该缓冲室30以上述喉部4的端部或者出口部6的一个定点为基点22扩展，以具有大于在上述基点22处的中空部截面积的中空部截面积，然后再次收敛，以与出口部内表面连接的连接部24的方式形成固定体积；此时，上述喷射管的端部喷射口可以配置为位于上述喉部内、位于超过该喉部的缓冲室内或者出口部内。

与此相关的具体实施例如图4至图7所示，上述收敛引入部2构成为这样：使所供给的运载气体在喉部4达到音速，除了喷射管20之外的其它部分部分仅仅被气体充满。由此，在上述喉部4运载气体的速度达到音速，由于从上述喉部4出来的运载气体通过出口部6(该出口部使流扩散)，因此被加速至300～1200m/s。由于将通过上述喷射管20提供的气体/粉末混合体与这种运载气体一同喷射到喉部4内或者喷射到超过该喉部4的缓冲室30内或者出口部6内，因此不会发生在喉部4处的由于涂覆而引起的堵塞和由于碰撞而导致的磨损，其中，喉部4为喷嘴中截面积最小的部位。另外，上述喷嘴部10还包括缓冲室30，该缓冲室30以上述喉部4的端部或者出口部6的一个定点为基点22扩展，以具有大于在上述基点22处的中空部截面积的中空部截面积，然后再次收敛，从而以与出口部内表面连接的连接部24的方式形成固定体积。利用这种缓冲室30，可以从根本上切断加速至音速的流与喷嘴部10的内部的相互作用。

另外，由于是在高速区域喷射，如上所述，通过吸入而流入喷嘴内，因此在喷射管20的入口端不需要另外加压，因此，不需要加压装置，可以简单地构成装置。

优选地，上述喷嘴由这样构成的上述喉部4和出口部6形成，即：从上述收敛引入部2引入的气体使从上述喷射管的喷射口12喷射的气体/粉末混合体流收敛，以使其速度达到音速，然后，上述流再次扩散。由此，气体/粉末混合体的流速也能够增大至超音速300～1200m/s，因此具有使出口部6的端部(即出口端8)处的粉末速度增大的效果。

即，与不具有上述缓冲室的情况相类似，在具有缓冲室30的情况下，如图15至图16所示，可以观察到：通过喉部4的运载气体被收敛引入部2加速并达到音速，由于在其后的出口部6处截面积增大，因此相当于与上述系统中的机械装置类似的、没有缓冲区的扩散区，从而运载气体被加速至超音速。不仅如此，上述运载气体由于膨胀使从上述喷射管20出来的气体/粉末混合体流收缩，并使从喷射管20的喷射口12喷射的流收敛。在上述收敛足够使从喷射口12喷射的流的速度加速至音速时，上述流加速至音速，然后通过在运载气体的收缩影响变小的出口部6的后端处的扩散，喷射至喷射口12的流也被加速至超音速，因此从喷嘴喷射的整个流可以被加速至超音速，并能够以高的碰撞速度进行涂覆。

这一点若观察图15至图16所示内容就可以可靠地确认，通过附图可以清楚地观察到：从喷射管20出来的流最初随着从喷射管流出而速度减小，但是由于被周围的流向内部推动而变窄，并收缩收敛，由此速度增加并达到音速，之后其再次膨胀、并被加速至超音速。

另外，在该情况下，上述出口部6的形状只要能够使粉末具有300～1200m/s的速度即可，对其形状并无限制，可以构成多种形状，这可以是图6至图7所示的扩散形状或图4至图5所示的直线形状。作为产生这种加速机械装置的具体例，如图4至图5所示，上述出口部6可构成为：具有大于上述喉部4的中空部截面积的中空部截面积，并构成为直线形，并且优选地，本发明的冷喷涂用喷嘴由这样构成的上述喉部4和出口部6形成，即：从上述收敛引入部2引入的气体使从上述喷射管的喷射口喷射的气体与粉末混合体流收敛并使其速度达到音速后，上述流再次扩散。另外，作为将喷嘴部10的内部与粉末的相互作用减少到最少的优选具体例，如图6至图7所示，上述出口部6可以构成为：具有大于上述喉部4的中空部截面积的中空部截面积，并构成为扩散的形状，并且优选地，本发明的冷喷涂用喷嘴由这样构成的上述喉部4和出口部6形成：从上述收敛引入部2引入的气体使从上述喷射管的喷射口12喷射的气体与粉末混合体流收敛并使其速度达到音速后，上述流再次扩散。

可知这种结构可以通过图15至图16的图示获得，该图示为将流场模拟成图14的形状、并利用Fluent进行数值分析的结果，Fluent为计算机流动分析用CFD解析码。

另外，在该情况下，上述喉部4为上述喷嘴的最小内径部位，并可构成为这样的形式，即，具有固定长度，在该长度上具有相同的截面。与此有关的一例如图5至图7所示，由此，如图5所示，可以使喷射管的喷射口12位于喉部内、喉部、喉部的端部、缓冲室或者出口部内，也可以根据需要使其在工序中或工序前后改变至所希望的位置。

因此，根据需要，如图5所表示的其中一个实施例所示，上述喷射管20可构成为可沿喷嘴的轴向移动，以使其喷射口12可以在喉部内、缓冲室内或者出口部内改变位置。由此，可以调节喉部4或者出口部6内的由于涂覆而引起的堵塞或者汽相淀积，或可以将由于碰撞而产生的磨损向减小的方向调节，还可以如图15至图16所示那样调节出口端的最终流速。即，在图15和图16中可观察到：由于喷射口12的突出量(从喉部的端部到出口部侧的喷射口的距离)改变，在出口端8处的粉末速度变大。因此，可以根据粉末的种类或混合比，仅仅通过改变喷射管的喷射口12的位置来进行适当的速度调节，具有容易控制的优点。

另外，根据工序上的需要或者要涂覆成的形状，上述收敛引入部2、喉部4和喷射管20的中空部截面与出口部6的中空部截面可以使用以往的多种形状，优选地，上述收敛引入部、喉部、缓冲室和喷射管的中空部截面为圆形；为了设备的维修保养和维持流场的稳定，出口部的中空部截面可以构成为圆形、正方形或者长方形。

另外，为了防止由从上述喷射管喷射的气体/粉末混合体与运载气体混合而成的混合体与喷嘴部的内部碰撞涂覆，或使喷嘴部的内部磨损，在喷嘴部内部扩展一定空间是非常有帮助的，因此，为了该目的，如上所述，在喷嘴部2内部具有上述缓冲室，优选地以扩散形状形成出口部。

另外，如图4至图7所示，上述缓冲室30构成为：以上述定点为基点22，沿垂直方向在预定宽度内均匀地增加内径，以使缓冲室30具有大于在上述基点22处的中空部截面积的中空部截面积，然后，上述内径以固定比率减小并形成与出口部的内部连接的连接部24；如图4至图6所示，该缓冲室的位置可以从喉部端部形成，如图7所示，也可以构成为位于出口部内的规定部分。

另外，以上述固定比率减少的区间的减少可以以现有的多种形式减少，其可以以直线性减少、指数性减少、抛物线性减少等多种形式减少，考虑到制作的容易性和将堵塞现象或磨损现象减少到最少，优选地，如图4～图7所示，上述固定比率的减少为，从喷嘴的中心轴倾斜30～60°角度的直线形式直线性的减少。

作为与本发明的冷喷涂用喷嘴相关的具体例构成为：上述出口部具有大于上述喉部的中空部截面积的中空部截面积、并构成为直线形，在上述收敛引入部的输入端的整个截面积为900的情况下，在上述喉部中的、由喷嘴部内部和喷射管外部构成的流道的截面积为9～25，上述喷射管的中空部截面积为0.25～8，上述出口部的截面积为45～100；上述收敛引入部构成为这样的收敛喷嘴，即，其可以使被引入收敛引入部的引入气体在喉部的流速达到音速。

另外，其它具体的理想情况可以以如下形式构成：上述喉部的内径为5mm，上述缓冲室以喉部的出口部侧端部为基点形成，其中，缓冲室基点的内径为14mm、上述内径以从喷嘴中心轴倾斜30～60°的直线的形式减少，并且该缓冲室形成为与上述出口部的内面在内径为7mm的地方连接，上述出口部从上述喉部的出口部侧端部到出口端的距离为60mm，出口端的内径为10mm，上述喷射管的外径为4.5～3.5mm，喷射管的内径为3～1.5mm，上述喷射管的喷射口的位置位于上述缓冲室内。

由此，喷嘴内的流可以防止产生作用于喷射管内侧的压力即背压，并且，将从喷射管喷射的粉末与喷嘴内部壁面的相互作用减少到最少，可以减少堵塞或磨损，同时可以获得高速流，可以进行平稳的喷涂。

另外，本发明提供一种冷喷涂装置，其特征在于，包括：上述多种形状的本发明的冷喷涂喷嘴；与上述喷嘴的收敛引入部连接的气体供给装置；以及与上述喷射管连接的气体/粉末混合体供给装置。

与此相关的具体例如图17所示，其特征在于，可以同时使用在普通现有的冷喷涂装置中使用的全部装置，但是，供给至喷射管的压力较低，因此，在喷射管的输入端不另具有加压装置。

另外，本发明提供一种冷喷涂方法，其特征在于，包括如下步骤：利用这种冷喷涂装置，可以在与以往的冷喷涂工序相类似的条件下进行冷喷涂工序。即，利用上述冷喷涂装置，将由上述气体供给装置供给的气体被加速到音速或超音速，在上述加速后的气体中混合从上述气体/粉末混合体供给装置供给的气体/粉末混合体，在将气体/粉末混合体维持在足够低的温度的状态下，将上述粉末加速至300～1200m/s，喷射到被涂覆物的表面来进行涂覆。

上述工序中的工序条件可以全部使用与以往的冷喷涂工序相类似的条件。但是，即使供给至喷射管的压力较低，也可通过吸入来进行喷射，因此具有可以将上述供给压力维持得较低的优点，当然也可以根据需要将上述供给压力调高。

另外，上述气体/粉末混合体在混合体内的粉末体积比率为1～99％的范围内具有多种范围，上述粉末中使用的物质可以为金属、合金、金属或合金的混合物、有机物、无机物、有机物或无机物的混合物，或者它们的混合物等多种物质的全部，根据涂覆层的要求特性，可以以多种形式的组合来进行单层涂覆或多层涂覆。

此外，本发明提供了一种涂覆物，其特征在于，利用上述冷喷涂方法来进行涂覆。成为上述涂覆对象的被涂覆物可以是：金属、合金、金属或合金的混合物、有机物、无机物、有机物或无机物的混合物、或者它们的混合物等多种物质的全部，根据被涂覆物的要求特性，可以多种形式的组合构成被涂覆物。

以上所说明的本发明并不限于上述发明的详细说明及附图，当然在不脱离权利要求范围中所述的本发明的精神和领域的范围内，本领域的技术人员所进行多种修正和改变都包含在本发明的范围内。

Claims (16)

1.一种冷喷涂用喷嘴，其特征在于，包括：

中空型喷嘴部，其具有：截面积收敛的收敛引入部，与上述收敛引入部的收敛端部连接的喉部，与上述喉部的端部连接的出口部；和

喷射管，其位于上述收敛引入部的内部，该喷射管配置为在其端部的喷射口位于上述喉部或超过该喉部的出口部内；

其中在上述出口部的出口端处的粉末流速为300～1200m/s，

上述喷嘴部还包括缓冲室，该缓冲室以上述喉部的端部或者出口部的一个定点为基点扩展，以具有大于在上述基点处的中空部截面积的中空部截面积，然后再次收敛，从而以与出口部内表面连接的连接部的形式形成固定体积；

上述喷射管的端部喷射口配置为位于上述喉部内、位于超过该喉部的缓冲室内、或者位于出口部内。

2.根据权利要求1所述的冷喷涂用喷嘴，其特征在于，上述喉部和出口部构造为这样：从上述收敛引入部引入的气体使从上述喷射管的喷射口喷射的气体和粉末混合体流收敛，以使其速度达到音速，然后，上述流再次扩散。

3.根据权利要求1所述的冷喷涂用喷嘴，其特征在于，上述出口部具有大于上述喉部的中空部截面积的中空部截面积，并构成为直线形。

4.根据权利要求1所述的冷喷涂用喷嘴，其特征在于，上述出口部具有大于上述喉部的中空部截面积的中空部截面积，并构成为扩散的形状。

5.根据权利要求3或4所述的冷喷涂用喷嘴，其特征在于，上述喉部和出口部构造成这样：从上述收敛引入部引入的气体使从上述喷射管的喷射口喷射的气体与粉末混合体流收敛，以使其速度达到音速，然后，上述流再次扩散。

6.根据权利要求1所述的冷喷涂用喷嘴，其特征在于，上述喉部是上述喷嘴部的最小内径部位，并且具有固定长度，在该长度上的截面相同。

7.根据权利要求1所述的冷喷涂用喷嘴，其特征在于，上述喷射管可以沿喷嘴的轴向移动，以使其喷射口能够在喉部内或出口部内改变位置。

8.根据权利要求1所述的冷喷涂用喷嘴，其特征在于，上述收敛引入部、喉部以及喷射管的中空部截面为圆形，上述出口部的中空部截面为圆形、正方形或者长方形。

9.根据权利要求1所述的冷喷涂用喷嘴，其特征在于，上述缓冲室以上述定点为基点沿垂直方向在预定宽度内均匀地增加内径，以使缓冲室具有大于在上述基点处的中空部截面积的中空部截面积，然后，上述内径以固定比率减小，从而以与出口部内表面连接的连接部的形式形成固定体积。

10.根据权利要求9所述的冷喷涂用喷嘴，其特征在于，上述固定比率的减少以从喷嘴的中心轴倾斜30～60°角度的直线的形式直线性减少。

11.根据权利要求1所述的冷喷涂用喷嘴，其特征在于，在上述收敛引入部的输入端的整个截面积为900的情况下，在上述喉部中的、由喷嘴部内部和喷射管外部构成的流道的截面积为9～25，上述喷射管的中空部截面积为0.25～8，上述出口部的截面积为45～100，上述收敛引入部构造成这样的收敛喷嘴，即，其使被引入收敛引入部的气体在喉部的流速达到音速。

12.根据权利要求1所述的冷喷涂用喷嘴，其特征在于，上述喉部的内径为5mm，上述出口部的内径为7mm，上述喷射管的外径为4.5～3.5mm，喷射管的内径为3～1.5mm，上述喷射管的喷射口的位置位于从喉部的出口侧端部向上述出口部0～5mm的位置。

13.根据权利要求4所述的冷喷涂用喷嘴，其特征在于，上述喉部的内径为5mm，上述缓冲室形成为以喉部的出口部侧端部为基点，其中，在上述基点处的内径为14mm、上述内径以从喷嘴中心轴倾斜30～60°的直线的形式减少，并且该缓冲室形成为与上述出口部的内部在内径为7mm的地方连接，上述出口部从上述喉部的出口部侧端部到出口端的距离为60mm，上述出口端的内径为10mm，上述喷射管的外径为4.5～3.5mm，上述喷射管的内径为3～1.5mm，上述喷射管的喷射口的位置位于上述缓冲室内。

14.一种冷喷涂装置，其特征在于，包括：

权利要求1～13中的任一项所述的冷喷涂用喷嘴；

与上述喷嘴的收敛引入部连接的气体供给装置；

与上述喷射管连接的气体和粉末混合体供给装置。

15.一种使用如权利要求14的冷喷涂装置的冷喷涂方法，其特征在于，包括如下步骤：

将由上述气体供给装置供给的气体加速到音速或超音速，在上述加速后的气体中混合从上述气体和粉末混合体供给装置供给的气体和粉末混合体，在将气体和粉末混合体维持在足够低的温度的状态下，将上述粉末加速至300～1200m/s，喷射到被涂覆物的表面来进行涂覆。

16.一种涂覆物，其特征在于，利用如权利要求15所述的冷喷涂方法进行涂覆。

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