CN105916284B - 一种等离子喷涂粉末熔化辅助装置 - Google Patents

一种等离子喷涂粉末熔化辅助装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及等离子喷涂粉末熔化辅助装置。上壳体和下壳体对拼连接，组成一壳体，壳体左端设有进口通道，壳体右端设有出口通道；减速腔上体设置在上壳体内，减速腔下体设置在下壳体内，减速腔上体和减速腔下体对拼连接，组成一个左右两端开口、内部具有型腔的减速腔；前导流管设置在壳体的进口通道内，前导流管右端与减速腔左端连接，前导流管中心通孔内径与减速腔左端开口内径相同；上壳体左端圆周中间位置设有送粉孔，前导流管上设有与送粉孔连通的进粉孔；后导流管设置在壳体的出口通道内，后导流管左端与减速腔右端连接，后导流管中心通孔的内径与减速腔右端开口的内径相同。本发明能大大提高等离子喷涂靶材的上粉率，大幅降低成本。

Description

一种等离子喷涂粉末熔化辅助装置
技术领域
本发明涉及等离子喷涂辅助装置，具体地说是一种等离子喷涂粉末熔化辅助装置，属于等离子喷涂技术领域。
背景技术
等离子喷涂作为一种重要的材料加工方法，在靶材生产领域有着非常广泛的应用。它具有以下优点：1、超高温特性，便于进行高熔点尤其是陶瓷材料的喷涂；2、喷射粒子的速度高，粘结强度高，能够使喷涂材料与背管紧密的结合在一起；3、不受模具的限制，能够生产大尺寸的产品，尤其适合生产旋转靶材这样的细长件。目前世界上所有的旋转硅铝靶都采用等离子喷涂方法生产，旋转硅靶、旋转氧化铌靶和旋转氧化钛靶大部分也是采用等离子喷涂方法生产的。
但是，由于国产等离子电源功率较小，导致粉末熔化不充分，在喷涂陶瓷材料时上粉率只能达到20％左右，造成了原料极大的浪费。并且导致生产时间成倍增加，电能和气体也随之大量消耗，使得生产成本居高不下。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种等离子喷涂粉末熔化辅助装置，其结构巧妙，设计合理，能够大大提高等离子喷涂靶材的上粉率，大幅降低成本。
按照本发明提供的技术方案：一种等离子喷涂粉末熔化辅助装置，其特征在于：包括上壳体、下壳体、减速腔上体、减速腔下体、前导流管、后导流管和端部弹性固定装置，所述上壳体和下壳体对拼连接，组成一个内部具有空腔的壳体，所述壳体左端设有与空腔连通的进口通道，壳体右端设有与空腔连通的出口通道；所述减速腔上体设置在上壳体内，所述减速腔下体设置在下壳体内，减速腔上体和减速腔下体对拼连接，组成一个左右两端开口、内部具有型腔的减速腔；所述前导流管设置在壳体的进口通道内，前导流管右端与减速腔左端连接，前导流管中心通孔的内径与减速腔左端开口的内径相同；所述上壳体左端的圆周中间位置设有送粉孔，所述前导流管上设有与所述送粉孔相连通的进粉孔，进粉孔内安装进粉管；所述后导流管设置在壳体的出口通道内并由端部弹性固定装置固定，后导流管左端与减速腔右端连接，后导流管中心通孔的内径与减速腔右端开口的内径相同。
作为本发明的进一步改进，所述减速腔上体和减速腔下体的内部抛面分别以径向尺寸最大处为界，分为前半部和后半部两段；减速腔上体内部抛面前半部的曲线符合y＝h*sin{λ[(πx/2d)2+k(πx/2d)]δ/2}+c，其中，y为抛面上的点到减速腔轴线的垂直距离，x为抛面上的点到前半部左端所在平面的垂直距离，h＝15～30，λ＝1～2，d为前半部的轴线长度，k＝0.5～4，δ＝0.3～0.8，c＝7～15；减速腔上体内部抛面后半部的曲线符合y＝k[a-x]α+[b-x]β+c，其中，y为抛面上的点到减速腔轴线的垂直距离，x为抛面上的点到分界处的垂直距离，α＝0.2～0.7，β＝0.2～0.7，k＝1～5，a＝0～50、b＝0～50、c＝1～15；所述减速腔下体的内部抛面与减速腔上体的内部抛面形状相同。
作为本发明的进一步改进，所述后导流管外部设置有环绕在其外围的冷却结构；所述上壳体右部内设有半环形的水冷上腔，所述下壳体右部内设有半环形的水冷下腔，所述水冷上腔两端开口与水冷下腔两端开口对应密封连接，组成作为冷却结构的环形水冷腔；所述水冷下腔的中间设有中隔，水冷下腔中隔两侧的空间分别连接进水管和出水管；所述水冷上腔、水冷下腔的开口周围均设有密封圈安装槽。
作为本发明的进一步改进，所述上壳体、下壳体前端的对拼结合面上分别设有径向的通气上半孔、通气下半孔，通气上半孔与通气下半孔组成通气孔；所述前导流管上设有进气孔，所述进气孔与所述通气孔对正相通；所述下壳体中部的圆周中间位置设有吸粉孔，所述减速腔下体上设有与所述吸粉孔相连通的出粉孔。
作为本发明的进一步改进，所述端部弹性固定装置包括弹簧、螺栓和挡片，所述挡片上设有若干个安装孔，所述安装孔内安装螺栓，螺栓内端连接在上壳体、下壳体的右端，所述弹簧套装在螺栓上，弹簧一端与螺栓端头连接，弹簧另一端压紧挡片；所述挡片中心设有一内径不小于后导流管中心通孔内径的通孔，在通孔边沿设有一凸台，所述凸台顶在后导流管右端面上。
作为本发明的进一步改进，所述进口通道的外端部设置有绝缘密封垫片，所述绝缘密封垫片右端与前导流管左端连接。
作为本发明的进一步改进，所述上壳体和下壳体采用紫铜材质制成；所述前导流管、后导流管、减速腔上体和减速腔下体均采用等静压石墨材质。
作为本发明的进一步改进，所述减速腔上体和减速腔下体的左端内圆周设为60°全倒角，所述前导流管左端外圆周对应设为60°全倒角；所述减速腔上体和减速腔下体的右端外圆周设为45°全倒角，所述后导流管左端内圆周对应设为45°全倒角。
作为本发明的进一步改进，所述上壳体左端内壁上设有定位槽，所述前导流管外壁上设有与所述定位槽配合的定位块，通过定位槽与定位块的镶嵌配合，可以保证上壳体上的送粉孔与前导流管上的进粉孔保持对正连通；所述定位块的中心与进粉孔的中心连线平行于前导流管的轴向。
作为本发明的进一步改进，所述下壳体外壁上设置有连接臂；所述上壳体四周设有沉孔和通孔，所述下壳体四周设有螺纹盲孔和螺纹通孔，上壳体与下壳体通过螺栓相互连接固定。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1)、本发明结构巧妙，设计合理，能够大大提高等离子喷涂靶材的上粉率，同时可以使粉末熔化的更充分，靶材的致密度也得到了提高，电阻率有一定程度的降低；
2)、由于本发明的尾部出口处具有冷却设计，降低了等离子火焰在出口处的温度，从而可以缩短本装置出口到基管的距离，减少了粉末暴露在空气中的时间，最终降低了靶材的氧含量。
3)、本发明提高了靶材的质量，降低了靶材成本，并且成本低廉，可以显著的提高经济效益。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2.1为图1中上壳体的结构主视图。
图2.2为图2.1的结构左视图。
图2.3为图2.1的结构俯视图。
图2.4为图2.1的结构仰视图。
图2.5为图2.1中的A-A剖视图。
图3.1为图1中下壳体的结构主视图。
图3.2为图3.1的结构左视图。
图3.3为图3.1的结构俯视图。
图3.4为图3.1的结构仰视图。
图3.5为图3.1中的B-B剖视图。
图4.1为图1中前导流管的结构主视图。
图4.2为图4.1的左视图。
图5.1为图1中减速腔上体的结构主视图。
图5.2为图5.1的结构左视图。
图6.1为图1中减速腔下体的结构主视图。
图6.2为图6.1的结构左视图。
图7.1为图1中后导流管的结构主视图。
图7.2为图7.1的左视图。
图8.1为图1中挡片的结构主视图。
图8.2为图8.1的左视图。
图9为本发明实施例的安装应用示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图所示：实施例中的等离子喷涂粉末熔化辅助装置主要由上壳体1、下壳体2、减速腔上体3、减速腔下体4、前导流管5、后导流管6和端部弹性固定装置组成，所述上壳体1和下壳体2对拼连接，组成一个内部具有空腔的壳体，所述壳体左端设有与空腔连通的进口通道，壳体右端设有与空腔连通的出口通道；所述减速腔上体3设置在上壳体1内，所述减速腔下体4设置在下壳体2内，减速腔上体3和减速腔下体4对拼连接，组成一个左右两端开口、内部具有型腔的减速腔；所述前导流管5设置在壳体的进口通道内，前导流管5右端与减速腔左端连接，前导流管5中心通孔的内径与减速腔左端开口的内径相同；所述上壳体1左端的圆周中间位置设有送粉孔1a，所述前导流管5上设有与所述送粉孔1a相连通的进粉孔5a，进粉孔5a内安装进粉管11；所述后导流管6设置在壳体的出口通道内并由端部弹性固定装置固定，后导流管6左端与减速腔右端连接，后导流管6中心通孔的内径与减速腔右端开口的内径相同。
本发明中，所述减速腔上体3和减速腔下体4的内部抛面均是经过严谨设计计算的，需要满足下述条件：所述减速腔上体3和减速腔下体4的内部抛面分别以径向尺寸最大处为界，分为前半部和后半部两段；减速腔上体3内部抛面前半部的曲线符合y＝h*sin{λ[(πx/2d)2+k(πx/2d)]δ/2}+c，其中，y为抛面上的点到减速腔轴线的垂直距离，x为抛面上的点到前半部左端所在平面的垂直距离，h＝15～30，λ＝1～2，d为前半部的轴线长度，k＝0.5～4，δ＝0.3～0.8，c＝7～15；减速腔上体3内部抛面后半部的曲线符合y＝k[a-x]α+[b-x]β+c，其中，y为抛面上的点到减速腔轴线的垂直距离，x为抛面上的点到分界处的垂直距离，α＝0.2～0.7，β＝0.2～0.7，k＝1～5，a＝0～50、b＝0～50、c＝1～15；所述减速腔下体4的内部抛面与减速腔上体3的内部抛面形状相同，故此处不再赘述。
如图1、图2.1～图2.5、图3.1～图3.5、图9所示，所述后导流管6外部设置有环绕在其外围的冷却结构。火焰在后导流管6处被冷却结构冷却，温度会降低，这样可以把火焰到基管的距离缩短，从而减少粉末在空气中的飞行时间，降低氧化程度。本实施例中，所述上壳体1右部内设有半环形的水冷上腔1b，所述下壳体2右部内设有半环形的水冷下腔2b，所述水冷上腔1b两端开口与水冷下腔2b两端开口对应密封连接，组成作为冷却结构的环形水冷腔；所述水冷下腔2b的中间设有中隔2c，水冷下腔2b中隔2c两侧的空间分别连接进水管2d和出水管2e；所述水冷上腔1b、水冷下腔2b的开口周围均设有密封圈安装槽，组装时可以在密封圈安装槽内加装密封垫圈来避免漏水问题。
如图1、图2.1～图2.5、图3.1～图3.5、图4.1～图4.2、图9所示，所述上壳体1、下壳体2前端的对拼结合面上分别设有径向的通气上半孔1c、通气下半孔2f，通气上半孔1c与通气下半孔2f组成通气孔；所述前导流管5上设有进气孔5c，所述进气孔5c与所述通气孔对正相通。在实际生产中，通过所述通气孔和进气孔5c可以根据需要接入压缩空气，来吹掉喷嘴14口和此等离子喷涂粉末熔化辅助装置中的沉积物。
如图1、图3.1～图3.5、图6.1～图6.2所示，所述下壳体2中部的圆周中间位置设有吸粉孔2a，所述减速腔下体4上设有与所述吸粉孔2a相连通的出粉孔4a。沉积在减速腔内的粉末能通过出粉孔4a和吸粉孔2a排出并收集起来。
如图1、图2.1～图2.5、图4.1～图4.2所示，本实施例中，所述上壳体1左端内壁上设有定位槽1d，所述前导流管5外壁上设有与所述定位槽1d配合的定位块5b，通过定位槽1d与定位块5b的镶嵌配合，可以保证上壳体1上的送粉孔1a与前导流管5上的进粉孔5a保持对正连通。所述定位块5b的中心与进粉孔5a的中心连线平行于前导流管5的轴向。
如图1、图8.1～图8.2、图9所示，所述端部弹性固定装置主要由弹簧10、螺栓9和挡片8组成，所述挡片8上设有若干个安装孔，所述安装孔内安装螺栓9，螺栓9内端连接在上壳体1、下壳体2的右端，所述弹簧10套装在螺栓9上，弹簧10一端与螺栓9端头连接，弹簧10另一端压紧挡片8；所述挡片8中心设有一内径不小于后导流管6中心通孔内径的通孔，在通孔边沿设有一凸台8a，所述凸台8a顶在后导流管6右端面上。端部弹性固定装置可以使前导流管5、减速腔上体3、减速腔下体4和后导流管6之间紧密接触，随着温度的变化尺寸发生变化时，始终能保持最小的缝隙，同时又不会造成石墨元器件之间由于相互挤压而破裂。
如图1、图9所示，本实施例中，所述进口通道的外端部设置有绝缘密封垫片7，所述绝缘密封垫片7右端与前导流管5左端连接。所述绝缘密封垫片7能够实现喷枪12喷嘴14与此等离子喷涂粉末熔化辅助装置之间相互绝缘，并且有很好的密封性，在喷涂进行时空气不会从此结合处混入，从而避免粉末在此装置中被氧化，内部元件也不会被氧气烧损。
本实施例中，所述上壳体1和下壳体2采用紫铜材质制成；紫铜具有很好的散热性。所述前导流管5、后导流管6、减速腔上体3和减速腔下体4均采用等静压石墨材质。等静压石墨具有非常高的耐热性，并且具有可燃性，当在偶然情况下石墨被喷涂粉末裹挟冲向基管时(这种情况极其少见)，在离开后导流管6出口后与空气接触会被燃烧成气体，从而不会污染靶材。
如图1、图4.1～图4.2、图5.1～图5.2所示，本实施例中，所述减速腔上体3和减速腔下体4的左端内圆周设为60°全倒角，所述前导流管5左端外圆周对应设为60°全倒角；所述减速腔上体3和减速腔下体4的右端外圆周设为45°全倒角，所述后导流管6左端内圆周对应设为45°全倒角。
如图1、图9所示，本实施例中，所述下壳体2外壁上设置有连接臂2h，以便于等离子喷涂粉末熔化辅助装置的安装固定。所述上壳体1四周设有沉孔和通孔，所述下壳体2四周设有螺纹盲孔和螺纹通孔，上壳体1与下壳体2通过螺栓相互连接固定。
本发明的工作原理及工作过程如下：
1)、按图9所示将本发明的等离子喷涂粉末熔化辅助装置与喷枪12连接起来，喷枪12安装在喷枪支架13上，喷枪12喷嘴14与等离子喷涂粉末熔化辅助装置左端进口处的绝缘密封垫片7连接；然后将此等离子喷涂粉末熔化辅助装置的连接臂2h固定在主支架15的底座16上；将压缩空气管连接到通气孔上，将吸粉管与吸粉孔2a连接起来，将冷却水管路与进水管2d和出水管2e连接起来；
2)、将靶材背管装卡在转床(靶材生产中的机械传动设备)上；将等离子喷涂粉末熔化辅助装置的出口到背管的距离调整到需要值；
3)、开动转床，调整转速为需要值，调整喷枪12底座16的轴向走速为需要值；
4)、打开靶材冷却系统开关，打开等离子喷涂粉末熔化辅助装置的冷却水开关；打开氩气和氢气阀门；开动等离子电源，喷出等离子火焰；打开送粉器，按照一定的速率送粉；在减速腔中，等离子火焰速度会被降低到原来的1/2～1/3，相应的，粉末通过减速腔的时间会被延长至原来的2～3倍，最终粉末通过此等离子喷涂辅助粉末熔化装置的加热时间增长为原来的1.5～2倍，熔化程度大幅提高。由于后导流管6处直径变小，等离子火焰又恢复到正常速度。
5)、当喷枪12移动到背管的两端并超出背管的位置时，停止送粉(由系统自动控制)，先打开吸气管阀门(由系统自动控制)，吸走沉积的粉末；之后打开压缩空气的阀门(由系统自动控制)，吹掉喷嘴14处的沉积物，同时将前导流管5、减速腔和后导流管6内的沉积物清理干净；
6)、当粉末沉积到需要的厚度时，关闭上述设备，卸下靶材，生产完成。

Claims (10)

1.一种等离子喷涂粉末熔化辅助装置，其特征在于：包括上壳体(1)、下壳体(2)、减速腔上体(3)、减速腔下体(4)、前导流管(5)、后导流管(6)、，所述上壳体(1)和下壳体(2)对拼连接，组成一个内部具有空腔的壳体，所述壳体左端设有与空腔连通的进口通道，壳体右端设有与空腔连通的出口通道；所述减速腔上体(3)设置在上壳体(1)内，所述减速腔下体(4)设置在下壳体(2)内，减速腔上体(3)和减速腔下体(4)对拼连接，组成一个左右两端开口、内部具有型腔的减速腔；所述前导流管(5)设置在壳体的进口通道内，前导流管(5)右端与减速腔左端连接，前导流管(5)中心通孔的内径与减速腔左端开口的内径相同；所述上壳体(1)左端的圆周中间位置设有送粉孔(1a)，所述前导流管(5)上设有与所述送粉孔(1a)相连通的进粉孔(5a)，进粉孔(5a)内安装进粉管(11)；所述后导流管(6)设置在壳体的出口通道内并由端部弹性固定装置固定，后导流管(6)左端与减速腔右端连接，后导流管(6)中心通孔的内径与减速腔右端开口的内径相同。
2.如权利要求1所述的等离子喷涂粉末熔化辅助装置，其特征在于：所述减速腔上体(3)和减速腔下体(4)的内部抛面分别以径向尺寸最大处为界，分为前半部和后半部两段；减速腔上体(3)内部抛面前半部的曲线符合y＝h*sin{λ[(πx/2d)2+k(πx/2d)]δ/2}+c，其中，y为抛面上的点到减速腔轴线的垂直距离，x为抛面上的点到前半部左端所在平面的垂直距离，h＝15～30，λ＝1～2，d为前半部的轴线长度，k＝0.5～4，δ＝0.3～0.8，c＝7～15；减速腔上体(3)内部抛面后半部的曲线符合y＝k[a-x]α+[b-x]β+c，其中，y为抛面上的点到减速腔轴线的垂直距离，x为抛面上的点到分界处的垂直距离，α＝0.2～0.7，β＝0.2～0.7，k＝1～5，a＝0～50、b＝0～50、c＝1～15；所述减速腔下体(4)的内部抛面与减速腔上体(3)的内部抛面形状相同。
3.如权利要求1所述的等离子喷涂粉末熔化辅助装置，其特征在于：所述后导流管(6)外部设置有环绕在其外围的冷却结构；所述上壳体(1)右部内设有半环形的水冷上腔(1b)，所述下壳体(2)右部内设有半环形的水冷下腔(2b)，所述水冷上腔(1b)两端开口与水冷下腔(2b)两端开口对应密封连接，组成作为冷却结构的环形水冷腔；所述水冷下腔(2b)的中间设有中隔(2c)，水冷下腔(2b)中隔(2c)两侧的空间分别连接进水管(2d)和出水管(2e)；所述水冷上腔(1b)、水冷下腔(2b)的开口周围均设有密封圈安装槽。
4.如权利要求1所述的等离子喷涂粉末熔化辅助装置，其特征在于：所述上壳体(1)、下壳体(2)前端的对拼结合面上分别设有径向的通气上半孔(1c)、通气下半孔(2f)，通气上半孔(1c)与通气下半孔(2f)组成通气孔；所述前导流管(5)上设有进气孔(5c)，所述进气孔(5c)与所述通气孔对正相通；所述下壳体(2)中部的圆周中间位置设有吸粉孔(2a)，所述减速腔下体(4)上设有与所述吸粉孔(2a)相连通的出粉孔(4a)。
5.如权利要求1所述的等离子喷涂粉末熔化辅助装置，其特征在于：所述端部弹性固定装置包括弹簧(10)、螺栓(9)和挡片(8)，所述挡片(8)上设有若干个安装孔，所述安装孔内安装螺栓(9)，螺栓(9)内端连接在上壳体(1)、下壳体(2)的右端，所述弹簧(10)套装在螺栓(9)上，弹簧(10)一端与螺栓(9)端头连接，弹簧(10)另一端压紧挡片(8)；所述挡片(8)中心设有一内径不小于后导流管(6)中心通孔内径的通孔，在通孔边沿设有一凸台(8a)，所述凸台(8a)顶在后导流管(6)右端面上。
6.如权利要求1所述的等离子喷涂粉末熔化辅助装置，其特征在于：所述进口通道的外端部设置有绝缘密封垫片(7)，所述绝缘密封垫片(7)右端与前导流管(5)左端连接。
7.如权利要求1所述的等离子喷涂粉末熔化辅助装置，其特征在于：所述上壳体(1)和下壳体(2)采用紫铜材质制成；所述前导流管(5)、后导流管(6)、减速腔上体(3)和减速腔下体(4)均采用等静压石墨材质。
8.如权利要求1所述的等离子喷涂粉末熔化辅助装置，其特征在于：所述减速腔上体(3)和减速腔下体(4)的左端内圆周设为60°全倒角，所述前导流管(5)左端外圆周对应设为60°全倒角；所述减速腔上体(3)和减速腔下体(4)的右端外圆周设为45°全倒角，所述后导流管(6)左端内圆周对应设为45°全倒角。
9.如权利要求1所述的等离子喷涂粉末熔化辅助装置，其特征在于：所述上壳体(1)左端内壁上设有定位槽(1d)，所述前导流管(5)外壁上设有与所述定位槽(1d)配合的定位块(5b)，通过定位槽(1d)与定位块(5b)的镶嵌配合，可以保证上壳体(1)上的送粉孔(1a)与前导流管(5)上的进粉孔(5a)保持对正连通；所述定位块(5b)的中心与进粉孔(5a)的中心连线平行于前导流管(5)的轴向。
10.如权利要求1所述的等离子喷涂粉末熔化辅助装置，其特征在于：所述下壳体(2)外壁上设置有连接臂(2h)；所述上壳体(1)四周设有沉孔和通孔，所述下壳体(2)四周设有螺纹盲孔和螺纹通孔，上壳体(1)与下壳体(2)通过螺栓相互连接固定。
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