CN101631416B

CN101631416B - 空气等离子射流大面积表面处理装置

Info

Publication number: CN101631416B
Application number: CN 200910144301
Authority: CN
Inventors: 任兆杏; 任炟
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-07-30
Filing date: 2009-07-30
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2029-07-30
Also published as: CN101631416A

Abstract

本发明公开了空气等离子射流大面积表面处理装置，包括有环绕排列的圆柱形的枪体旋转套和电机，枪体旋转套上均套装有从动齿轮，电机的电机轴上套装有分别与从动齿轮啮合传动的主动齿轮，相互配合的主动齿轮和从动齿轮外套装有传动带；枪体旋转套上端面上有开孔，开孔内转动套装有位于枪体旋转套内的圆柱形的腔体，腔体上口处敞开，下口处为逐渐收缩的圆台状；腔体上端内壁固定套装有绝缘套，绝缘套内壁固定套装有进气环，进气环中心有开孔，开孔内固定套装有能放射等离子射流的内电极，进气环上开有若干通气孔；枪体旋转套下口处安装有可拆卸的喷嘴，喷嘴中心线与中轴线间形成有夹角。本发明仅能够为材料零部件提供极其洁净的表面以及粘附能力，且其经济性更好，并且对环境绝对没有任何负作用。

Description

空气等离子射流大面积表面处理装置

技术领域：

本发明主要涉及一种空气等离子射流大面积表面处理装置。

背景技术：

传统的表面处理用湿法，采用化学溶剂浸泡擦洗。湿法不具有普适性，处理质量不够高且速度慢，难以实现自动化，特别是化学溶剂会造成二次污染，使得人们必须寻找新的表面处理技术。

低温等离子体具有极强的化学活性，在室温下可以引起多种化学反应或物理刻蚀，而基质材料的本体性能不受影响。通过低温等离子体表面处理，材料表面发生多种的物理，化学变化，或产生刻蚀而粗糙，或形成致密的交联层，或引入含氧极性基团，使材料表面清洁、活化，改善材料表面的亲水性、粘结性、可染色性、生物相容性及电性能等。它的这种特殊性能可以对塑料、橡胶、金属、半导体、陶瓷和玻璃、复合物、纺织品、泡沫等进行表面改性，以及金属和非金属的粘接表面处理，因此可以广泛应用于汽车、航空、家用电器、包装材料、医疗器械、电子、机械、建筑、纺织和生物医学工程等领域。

在一般情况下，低温等离子体表面处理可以采用低气压等离子体技术，但由于要使用真空系统，常常具有很大的局限性，也使得花费过大。常压等离子体技术使表面处理变得简单而便宜。常压等离子体特别是常压等离子体射流产生的方法有：一是电晕放电等离子体，二是冷弧放电等离子体，三是射频放电等离子体(包括同轴型和平板多孔型)，四是介质阻挡放电等离子体。其中射频放电一般须用氦气工作，无法广泛应用；电晕和介质阻挡放电会产生大量臭氧，污染使用环境。而冷弧放电等离子体射流可以使用空气源，是应用于表面处理最便宜、最实用的技术。它用于表面处理有很大的优势，其优点在于：

1.属于干式工艺，省能源，无公害，满足节能和环保的需要；

2.使用空气，无臭氧污染，价格很便宜，时间短，效率高；

3.对所处理的材料无严格要求，具有普遍适应性；

4.可处理形状复杂的材料，材料表面处理的均匀性好；

5.反应环境温度低；

6.对材料表面的作用仅涉及几到几百纳米，材料表面性能改善的同时，基体性能不受影响。

几十年来，等离子体炬(plasma torch)的工业应用已经众所周知，例如，氩弧焊、空气等离子体切割机和等离子体喷涂等。这些设备中的核心部件通常称为等离子体炬，其等离子体中心温度达数千度，是“热”等离子体。

近年来，人们为了对材料表面进行处理，例如对有机材料表面进行无污染处理，以改善表面附着力，将等离子体炬的技术低温化和小型化，将“热弧”变为“冷弧”，研制成射流温度仅数百度的冷弧等离子体射流(Cold Arc Plasma jet)。

为了大幅度降低处理成本，使用空气作气源，通过等离子喷枪，在常压下产生的稳定的等离子射流。但是这种等离子射流是点状的，不能适应大面积表面处的要求。

点状等离子射流的外电极是直管，与中心电极同轴，等离子射流只能沿轴线喷射。

发明内容：

本发明目的就是为了弥补已有技术的局限性，提供一种空气等离子射流大面积表面处理装置，它可产生高等离子密度、无静电感应、处理面积大，且用价格最便宜的空气做气源的等离子体射流，从而能够达到高效率、低价处理大面积工件表面的效果。

本发明是通过以下技术方案实现的：

空气等离子射流大面积表面处理装置，其特征在于：包括有并行排列的圆柱形的枪体旋转套和电机，枪体旋转套上套装有从动齿轮，电机的电机轴上套装有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮之间通过传动带传动连接；所述枪体旋转套上有开孔，所述的开孔下端有贯通的旋气流通道，所述开孔内转动安装有圆筒形的腔体，腔体上口处敞开，腔体下端为锥形口；所述腔体上端内壁固定套装有绝缘套，绝缘套内壁固定套装有进气环，进气环中央有通孔，通孔内固定套装有内电极，所述进气环上开有若干使气流旋转的通气孔；所述旋气流通道下端安装有可拆卸的喷嘴，所述旋气流通道的中心线与腔体的中轴线之间形成有夹角；所述枪体旋转套作为外电极，与所述的内电极配合用于产生等离子体。

所述的空气等离子射流大面积表面处理装置，其特征在于：所述的枪体旋转套旋转套包括有两个。

本发明工作在过程中，有高频电源提供功率源，和数控系统操纵本发明或使被处理工件按要求运动。

所述的两个枪体旋转套包括外电极组件，与内电极配合，利用空气作为气源发射出等离子射流。工作时，旋转电机通过传动带、齿轮传动带动外电极进行高速旋转，其转速达1500-3000转/分钟。当外电极组件旋转时，从枪体旋转套内喷射出的等离子体射流会在被处理件工件表面上扫射出两个直径约为0~50mm的圆环形。由于喷嘴与中轴线具有一定的倾斜角度，使得等离子体射流在旋转时，可不断地与环境中的冷空气进行接触，从而起到了降低等离子体射流温度的作用。当工件以一定的速度在等离子射流下匀速运动时，会大大提升被处理工件的表面处理面积，进而提高了对工件表面的处理效率。如果将多个本发明并联起来，那么就可以做成更大面积的空气等离子射流表面处理设备。

本发明将外电极流管弯成与内电极轴线形成一个夹角，并将其旋转，形成等离子射流环；再用数控系统将射流枪做三维运动，就能进行大面积等离子表面处理。一般来说，导入到枪体旋转套中籍以产生等离子的仅仅是空气和高电压，当然如果工艺需要也可以采用其它工艺气体。根据喷嘴的几何形状，可以在大到50mm宽度范围内，或者40mm的距离范围内获得有效的等离子体环。通常，所形成的等离子射流还有一个独特的性质，即电中性，这极大地扩展了它的应用领域，并大大提升了操作便利性。喷出的等离子射流温度取决于电源和等离子体源的配置，可以在300℃～1500℃之间变化，从而可以兼顾最佳处理效果和最高的处理效率。利用这种处理方式，在处理塑料表面时，典型的温度变化范围小于20℃。

本发明中外电极组件采用了上下两轴承，当电机带动枪身旋转时，枪身具有较强的旋转稳定性。

本发明在枪体旋转套内采用了密封的结构，因此，使其漏气率降低。

本发明将喷头做成了可拆换式，可利用更换零部件的方式同时做直枪、斜嘴枪及旋转枪使用，并可以改变枪嘴轴线与内电极轴线之间的大小以得到适当的等离子射流处理面积。

本发明的优点是：

本发明不仅能够为材料零部件提供极其洁净的表面，而且还可以提高表面的粘附能力，在应用多样性方面几乎不存在任何限制；和传统的处理方法相比，其经济性更好，并且对环境绝对没有任何负作用。

附图说明：

图1为本发明结构示意图。

图2为枪体旋转套外电极组件结构示意图。

图3为腔体内部结构示意图。

具体实施方式

空气等离子射流大面积表面处理装置，包括有二个并行排列的圆柱形的枪体旋转套1和电机2，枪体旋转套1外安装有从动齿轮，电机2的电机轴上套装有二个主动齿轮，二个主动齿轮分别与二个枪体旋转套上的从动齿轮通过传动带3连接；所述枪体旋转套1上有开孔，开孔内通过轴承转动安装有圆柱形的腔体4，腔体4上口处敞开，下口处为逐渐收缩的圆台状；所述腔体4上端内壁固定套装有绝缘套5，绝缘套5内壁固定套装有进气环6，进气环6中心有开孔，开孔内固定套装有能放射等离子射流10的内电极7，所述进气环6上开有若干通气孔8；所述枪体旋转套1下口处安装有可拆卸的喷嘴9，所述喷嘴9中心线与与腔体4的中轴线之间形成有夹角

Claims

1.空气等离子射流大面积表面处理装置，其特征在于：包括有并行排列的圆柱形的枪体旋转套和电机，枪体旋转套上套装有从动齿轮，电机的电机轴上套装有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮之间通过传动带传动连接；所述枪体旋转套上有开孔，所述的开孔下端有贯通的旋气流通道，所述开孔内转动安装有圆筒形的腔体，腔体上口处敞开，腔体下端为锥形口；所述腔体上端内壁固定套装有绝缘套，绝缘套内壁固定套装有进气环，进气环中央有通孔，通孔内固定套装有内电极，所述进气环上开有若干使气流旋转的通气孔；所述旋气流通道下端安装有可拆卸的喷嘴，所述旋气流通道的中心线与腔体的中轴线之间形成有夹角；所述枪体旋转套作为外电极，与所述的内电极配合用于产生等离子体。

2.根据权利要求1所述的空气等离子射流大面积表面处理装置，其特征在于：所述的枪体旋转套旋转套包括有两个。