CN102114972B

CN102114972B - 一种均匀可调送粉装置

Info

Publication number: CN102114972B
Application number: CN2011100080657A
Authority: CN
Inventors: 李国栋; 熊翔; 刘岗; 王雅雷; 郑湘林
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2011-01-15
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2031-01-15
Also published as: CN102114972A

Abstract

本发明提供了一种均匀可调送粉装置，包括调速电机、调速电机传动轴、料罐盖、料罐、送料轴、进气管，料罐上有罐盖，料罐与罐盖之间有真空密封垫圈，罐盖中间有真空动密封装置，罐盖边部有装料口，动密封装置的转动轴上端与调速电机传动轴连接，下端与送料轴上端相连接，送料轴垂直安装，送料轴下部为螺旋轴，螺旋轴插入料罐底部的送料管之中，送料轴为中空轴，送料轴上端与动密封装置转动轴的连接处设有间隙，送料管的下部连通出气出粉管，送料管和出气出粉管中部接进气管，进气管上设有阀门。本发明利用重力与螺旋两种作用力的共同协调作用，能够很好地克服螺旋轴卡死的问题，将螺旋轴改成中空后，在压力不波动的情况下，提高送粉精度。

Description

一种均匀可调送粉装置

技术领域

本发明涉及一种均匀可调送粉装置。

背景技术

在化学气相沉积、激光熔覆与等离子喷涂等工艺中都涉及到粉体定量均匀输送的问题，其控制质量大小与均匀性直接关系到工艺的成败与涂层性能的优劣。如在化学气相沉积工艺中，有多种原料常温下是固体（如ZrCl₄ 、HfCl₄、TaCl₅、ZrF₄、YBr₃等）,有两种方法可以将原料送入反应炉中，一是加热气化后引入炉中，该方法原料的利用率低，且容易堵塞管道；二是直接将原料粉以固态的形式送入反应炉，这种方法可以克服上述缺点，但需要解决均匀定量控制的问题，特别是细粉小量均匀给料的的输送问题。如果送粉不均匀，就会导致涂层的成分和结构有很大的变化，而影响涂层的性能。目前，一些送粉装置，如电磁振动型送粉装置，结构复杂，且可控性差；普通的螺旋送粉器多为水平安装，易受气压波动影响，均匀性差，更不适合小流量送粉；在粉料具有挥发性、易于潮解时，普通的螺旋送粉器经常卡死，不能正常工作。

在激光熔覆加工与等离子喷涂工艺中，送粉装置也是一个关键设备。近几年开发的激光熔覆送粉装置主要分为气流输送和非气流输送两种。采用气流送粉方式，不易控制，粉料易被送气流吹走，熔池易产生气体扰动，到达目标位置的粉体较少且不均匀，既影响质量，又浪费原料。非气流送粉，易造成送粉速率不均，粉末也不能很好地汇聚在激光光斑处，而且易在送粉嘴处堵塞。粉体越细，送粉均匀性越差。等离子喷涂与热喷涂（焊）等工艺多为气流送粉，送粉均匀性，特别是小量均匀送粉，很难控制，往往是造成涂层（或焊接，或修补）不均。普通螺旋送粉装置一般是螺旋轴水平（或倾斜）安装，料罐垂直安装在螺旋轴的前端，原料在重力的作用下落向螺旋轴旋，在螺旋轴旋转推动下将原料送向目标位置。它的优点是结构简单，易于制造与维修。缺点是送料均匀性差，均匀性和精度主要靠螺旋轴的结构和精度控制，很难精确输送小流量粉料，误差大。在压力不波动的情况下每分钟质量误差在1克以上（相对误差一般大于15%）；出料口压力波动时，送粉的均匀性差别很大，特别是瞬时压差较大时，易出现断料或滑料（快速流出），对于硬度较大超细粉很容易出现螺旋轴卡死现象。

发明内容

本发明的目的是提供一种能用于气相沉积、激光熔覆与等离子喷涂等工艺的均匀可调送粉装置。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：包括调速电机、调速电机传动轴、料罐盖、料罐、送料轴、进气管，料罐上有罐盖，料罐与罐盖之间有真空密封垫圈，罐盖中间有真空动密封装置，罐盖边部有装料口，动密封装置的转动轴上端与调速电机传动轴连接，下端与送料轴上端相连接，送料轴垂直安装，送料轴下部为螺旋轴，螺旋轴插入料罐底部的送料管之中，送料轴为中空轴，送料轴上端与动密封装置转动轴的连接处设有间隙，送料管的下部连通出气出粉管，送料管和出气出粉管中部接进气管，进气管上设有阀门。

作为改进，送料轴的中部设有搅拌叶片。

作为进一步改进，螺旋轴插入的送料管深度为20～40mm，留在料罐的高度为10～20mm。

螺旋轴外直径比插入的送料管的内径小0.01~0.25mm。

本发明采用垂直螺旋送粉，利用重力与螺旋两种作用力的共同协调作用，能够很好地克服螺旋轴卡死的问题，同时送料的均匀性大幅度提高。将螺旋轴改成中空后，在压力不波动的情况下，每分钟质量误差降低到0.1克以下（相对误差小于5%）。本发明采用中空螺旋轴的另一个优点是结构简单，最大限度地保持了螺旋轴上下压力一致性，不影响密封性，也不产生堵孔现象。本发明还具有结构简单，可靠耐用，送粉均匀可调，且粉量调节范围宽，既可由于气流输送，也可由于非气流输送，既可由于真空送粉，也可由于气压送粉，与其他设备能很好配合等特点。

附图说明

图1是本发明均匀可调送粉装置的一种实施方式的纵向剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的均匀可调送粉装置包括调速电机1、调速电机传动轴2、罐盖3、料罐4、送料轴6、进气管7，料罐4与罐盖3之间有真空密封垫圈5，罐盖3中间有真空动密封装置8，罐盖3边部有装料口9，动密封装置8的转动轴上端与调速电机传动轴2连接，下端与送料轴6上端相连接，送料轴6垂直安装，送料轴6下部为螺旋轴12，螺旋轴12插入料罐4底部的送料管13之中，螺旋轴12插入的送料管13深度为20～40mm，留在料罐4的高度为10～20mm；螺旋轴12的外直径比插入的送料管13的内径小0.01~0.25mm。送料轴6为中空轴，送料轴6上端与动密封装置8的转动轴10的连接处设有间隙16，送料管13的下部连通出气出粉管15，送料管13和出气出粉管15中部接进气管7，进气管7上设有阀门14。送料轴6的中部设有搅拌叶片17。

本发明采用垂直螺旋送粉，利用重力与螺旋两种作用力的共同协调作用，能够很好地克服螺旋轴12卡死的问题，同时送料的均匀性大幅度提高。将送料轴6改成中空后，在压力不波动的情况下，每分钟质量误差降低到0.1克以下（相对误差小于5%）。这是因为，尽管外部的压力不变，但料罐4是密封的，随着原料的流动减少，料罐4内部的压力会自动降低，部分气体会自动沿螺旋轴12的间隙逆流进料罐4内，仍然会影响粉体的流动，粉体越细，螺旋轴12的间隙越小，送粉量越大，这种影响越明显。中空螺旋轴保证了螺旋轴12上下压力的一致性，就不会产生这种现象了。通常情况下送粉的气体压力（或沉积炉等工作的压力）是波动的，特别是在气体开关时，这种压力变化很大，此时无中空螺旋轴粉体流量变化很大，甚至关掉送粉器，仍有粉体流下。而中空螺旋轴就很好克服了这个现象，气体的压力和流速对送粉速率无影响。

本发明采用中空螺旋轴的另一个优点是结构简单，最大限度地保持了螺旋轴上下压力一致性，不影响密封性，也不产生堵孔现象。如果从外部引一个由料罐上端到出气出料口的通气管，既不利于密封，又占一定的空间位置，不利于安装，如果粉料细小或有挥发性，同时这个通气管在水平段很容易堵孔。

本发明还具有结构简单，可靠耐用，送粉均匀可调，且粉量调节范围宽，既可由于气流输送，也可由于非气流输送，既可由于真空送粉，也可由于气压送粉，与其他设备能很好配合等特点。

实施例一

利用ZrCl₄-CH₄-H₂-Ar系统，常压化学气相沉积ZrC涂层，将送粉器安装在立式气相沉积炉的炉顶中部，ZrCl₄粉末由装料口9装入料罐4中，碳源气CH₄、还原气H₂及稀释气Ar由进气管7引入，开动调速电机1，使螺旋轴12按指定速度旋转，ZrCl₄粉就由螺旋轴12下端稳定流下，与进气管7进入的气体混合，由出气出粉管15直接进入气相沉积炉中，ZrCl₄粉进入炉后，被加热气化，在基体上还原碳化为ZrC涂层。

螺旋轴直径25mm，送料管直径为25.01mm时，不同的螺旋节距（mm）、螺旋轴转速（r/min）情况下，输送30～50μm ZrCl₄粉体时的送粉速率如表1。可以看出在不同的螺旋节距和螺旋轴转速的情况下，送粉的误差不高于0.003 g/min，相对误差小于1.5%。

表1：ZrCl₄粉体的送粉速率

实施例二

利用TaCl₅-C₃H₆-H₂-Ar系统，化学气相沉积TaC涂层，将送粉器安装在立式气相沉积炉的炉膛中上部，TaCl₅粉末由装料口9装入料罐4中，碳源气C₃H₆、还原气H₂及稀释气Ar由进气管7引入，开动调速电机1，使螺旋轴12按指定速度旋转，TaCl₅粉就由螺旋轴12下端稳定流下，与进气管7进入的气体混合，由出气出粉管15直接进入气相沉积炉中，TaCl₅粉进入炉后，被加热气化，在基体上还原碳化为TaC涂层。

螺旋轴直径20mm时，同一螺旋节距（5mm）、同一螺旋轴转速（20r/min）情况下，不同的沉积炉压下，气体流量为20mL/min、200mL/min、2000mL/min时，输送TaCl₅粉体时的送粉速率如表2所示，可以看出，在10^-3Pa~10⁶Pa的压力范围内均能稳定送粉，且随流量的变化，送粉的误差很小，都在0.0060g/min的范围以内，相对误差小于1.5%。

表2：TaCl₅粉体的送粉速率

实施例三

在Ar环境下，在常压和正压下输送亚微米WC-Co复合粉，在螺旋轴直径15mm时，不同的螺旋节距（mm）、螺旋轴12转速（r/min）情况下，输送0.30～0.50μm WC-Co复合粉体时的送粉速率如表3。可以看出在不同的螺旋节距和螺旋轴转速的情况下，常压送粉的误差不高于0.02 g/min，相对误差小于1%。在送气管7的压力为3个大气压的条件下送粉的速率与误差与常压接近，无明显变化。

表3：ZrCl₄粉体的送粉速率

实施例四

表4是在高纯Ar环境下，在常压下输送纳米(20~60nm)ZrO₂- Y₂O₃复合粉(含Y₂O₃8%)，在螺旋轴12直径20mm，送料管直径为20.25mm时，不同的螺旋节距（mm）、螺旋轴12转速（r/min）情况下，在常压（微正压）条件下通气1000mL/min与不通气时送粉速率与送粉误差的数据。可以看出在不同的螺旋节距和螺旋轴转速的情况下，送粉的误差不高于0.022 g/min，相对误差小于1%。

表4：纳米ZrO₂- Y₂O₃复合粉的送粉速率

当然，本发明不限于本说明书具体实施方式的范围，只要是能实现如前所述本发明的技术方案，达到其技术效果，都在本发明保护范围之内。

Claims

1.一种均匀可调送粉装置，其特征是，包括调速电机、调速电机传动轴、料罐盖、料罐、送料轴、进气管，料罐上有罐盖，料罐与罐盖之间有真空密封垫圈，罐盖中间有真空动密封装置，罐盖边部有装料口，动密封装置的转动轴上端与调速电机传动轴连接，下端与送料轴上端相连接，送料轴垂直安装，送料轴下部为螺旋轴，螺旋轴插入料罐底部的送料管之中，送料轴为中空轴，送料轴上端与动密封装置转动轴的连接处设有间隙，送料管的下部连通出气出粉管，送料管和出气出粉管中部接进气管，进气管上设有阀门。

2.根据权利要求1的均匀可调送粉装置，其特征是，送料轴的中部设有搅拌叶片。

3.根据权利要求1的均匀可调送粉装置，其特征是，螺旋轴插入的送料管深度为20～40mm，留在料罐的高度为10～20mm。

4.根据权利要求1的均匀可调送粉装置，其特征是，螺旋轴外直径比插入的送料管的内径小0.01~0.25mm。