CN109046820B - 一种多级同步混粉器及热喷涂装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多级同步混粉器及热喷涂装置，它解决了现有技术中混粉器混合均匀度差的问题，具有混合均匀，而且能实现不同比例配合的有益效果，其方案如下：一种多级同步混粉器，包括第一级混粉器，开有若干进粉口，且第一级混粉器设置进气口；第二级混粉器，设于第一级混粉器的出口，且第二级混粉器的入口处设置变直径通道以加速粉末流，第二级混粉器内部还设有与变直径通道连通的混合通道，混合通道内能通入设定压力的气体，气体被送入至混合通道入口处，以使粉末流与设定压力的气体在混合通道入口处相遇，迅速充满混合通道的入口处。

Description

一种多级同步混粉器及热喷涂装置

技术领域

本发明涉及喷涂领域，特别是涉及一种多级同步混粉器及热喷涂装置。

背景技术

热喷涂技术是利用某种热源将喷涂材料迅速加热，使喷涂材料以熔融或者半熔融状态喷溅到待加工的零件表面，以形成表面涂层的加工技术。传统的热喷涂材料有粉状、带状、丝状或棒状，其中，以使用粉状材料的热喷涂技术应用最为广泛。

渐变涂层是一种非均质涂层，适用于冲蚀环境下工作的复杂型面工件。冲蚀粒子在不同冲击角度下对零件表面的损伤效果截然不同，当曲面的受冲击范围大、冲击角度变化范围较大时，传统的均质涂层就无法满足整个表面的抗冲蚀强度要求。因此，需要根据同一曲面的不同受冲击区域对应进行喷涂设计。这种渐变涂层可以用于抗冲蚀曲面的强化以及损坏后的修复再制造，能够实现同一曲面中不同区域的喷涂调控，拥有广阔的应用前景。

但是，传统的热喷涂制备一般是均质涂层，单次制备的喷涂材料比例固定成分均一，在喷涂过程中，无法根据待喷涂表面不同区域的配比要求进行调控。虽然，现在应用的双路双喷枪的热喷涂制备系统能够在一定程度上解决这一问题，但是由于两种管路内的材料密度不同，粉末从喷枪喷出之后，在到达零件表面之后会不可避免产生分层的现象，导致混合的不够充分从而影响涂层质量。

综上，现有热喷涂喷技术中，仍缺乏有效的解决方案。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种多级同步混粉器，通过多次气体的入射，能实现不同种类粉末的混合均匀，混合效果好，而且因进粉口的单独设置，可实现比例的调整，有利于提高渐变涂层制备的工作效率。

一种多级同步混粉器的具体方案如下：

一种多级同步混粉器，包括：

第一级混粉器，开有若干进粉口，且第一级混粉器设置进气口；

第二级混粉器，设于第一级混粉器的出口，且第二级混粉器的入口处设置变直径通道以加速粉末流，第二级混粉器内部还设有与变直径通道连通的混合通道，混合通道内能通入设定压力的气体，气体被送入至混合通道入口处，以使粉末流与设定压力的气体在混合通道入口处相遇，迅速充满混合通道的入口处，混合后的粉末流通过第二级混粉气的出粉口排出。

上述的混粉器，通过第一级混粉器，不同种类或相同种类的粉末分别以设定的速度被喷入，在第一级混粉器内实现初步混合，通过进气口气体进入后由利于对粉末进行二次加速，通过第二级混粉器的变直径通道实现再一次加速，然后在混合通道内粉末流与被注入的气体相遇，便于粉末以喷洒的方式迅速充满混合通道的入口，最终通过混合通道出口喷出，整个过程中多次喷入设定压力的气体，充分有利于粉末的混合均匀，当该混粉器用于渐变喷涂时，每一层都能保证喷涂均匀。

进一步地，所述混合通道呈螺旋状布置于所述的第二级混粉器内，通过螺旋状的混合通道，使得粉末流进一步产生涡流，有利于粉末混合更加均匀。

进一步地，所述混合通道底部设于第二级混粉器的末端，第二级混粉器的末端设置与所述混合通道连通的出粉口，将粉末送到喷枪处喷出。

进一步地，所述第二级混粉器设置用于通入所述设定压力的气体的中心通道，中心通道与所述的混合通道入口连通，且中心通道设置与混合通道中部连通的通孔；通过通孔的设置，设定压力的气体可以再一次进入到混合通道内，对粉末流进一步加速同时加剧内部的涡流，使得混合更加均匀，一些实施例中，通孔端面为斜面，斜面与中心通道的长轴线倾斜设置。

而且，第二级混粉器侧部设置与中心通道相通的通气口，通气口设于第二级混粉器的下半段，通气口内通入的气体压力值小于所述进气口处通入的气体压力值，且进气口通入的气体压力值小于进粉口处粉末被送入的压力值以便于进料；

或者，所述第二级混粉器端部设置端盖，所述变直径通道设于端盖内，且变直径通道从入口处至出口处逐渐缩径，即端盖内部的变直径通道直径逐渐减小，以进一步对粉末流进行加速。

进一步地，所述第二级混粉器的顶部设置至少一个超声振子，在一些实施例中，超声振子有多个，并且均匀布置于第二级混粉器顶端，从而引起混合通道内部气流及粉末的振动，让粉末无法在混合通道底部停留。

进一步地，第一级混粉器加工有螺旋导槽，所述进气口、所述进粉口分别与螺旋导槽连通，螺旋导槽起到导流的作用，使得进入第一级混粉器的粉末流可以在螺旋导槽的作用下形成自转涡流，并且在第一级混粉器的空腔内进行初步混合。

进一步地，为了便于对喷涂进行控制，所述混合通道出口的横向截面面积为第二级混粉器末端面积的1/2-1，可以相对减慢粉末的输出速度，从而方便控制输出的速度。

进一步地，混合通道的螺旋升角(螺旋通道与水平面之间的夹角)满足如下公式：

G sinα＞f

式中G为粉末颗粒所受的重力，α为混合通道的螺旋升角，f为粒子与混合通道表面之间的摩擦力。

进一步地，所述第一级混粉器混粉器的顶部设置顶部进粉口，第一级混粉器混粉器的侧部设置至少一个侧部进粉口，第一级混粉器混粉器的侧部在侧部进粉口的内侧设置所述的进气口，进气口与送气部件连接，第一级混粉器侧面的进粉口和进气口沿第一级混粉器的轴线倾斜布置，两个进粉口位于上半部分，进气口位于下半部分。在一些实施例中，送气部件为气泵，且进粉口、进气口均沿着螺旋导槽的切线方向设置，这样从进气口进入的气体以切线方式进入到螺旋导槽内，有利于粉末的进一步混合。

进一步地，所述第一级混粉器混粉器插入至所述第二级混粉器混粉器的顶部并连接，第二级混粉器混粉器顶部设置凸边，第一级混粉器混粉器尺寸小于第二级混粉器的尺寸，第一级混粉器混粉器的出口卡入第二级混粉器混粉器凸边内，并通过螺栓螺母实现第一级混粉器与第二级混粉器的连接，且超声振子设于凸边的侧部；

或者，在一些实施例中，所述第二混粉器通过中间混粉器与所述的第一级混粉器连接，中间混粉器内部设置中间混合通道，中间混合通道的形式不做限制。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种热喷涂装置，采用所述的一种多级同步混粉器，部分进粉口与第一送粉器连接，部分进粉口与第二送粉器连接，为了实现渐变喷涂，需要在每次喷涂之前，调整粉末的比例，按照比例的设定，将不同粉末通过不同的进粉口注入到混粉器混粉器内，第二级混粉器的出粉口与喷枪连接，通过喷枪实现喷涂，能实现渐变喷涂，而且有效保证喷涂质量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明通过不同进粉口的设置，不仅可以实现不同种类粉末的混合，也可以根据配比要求，不同比例的粉末被送入进粉口在混粉器内进行混合均匀，从而有利于实现渐变喷涂，且保证了渐变喷涂的质量。

2)本发明通过第一级混粉器内螺旋导槽的设置，粉末在螺旋导槽内产生自转涡流，通过进气口送入气体，便于对粉末进行加速。

3)本发明通过变直径通道的设置，便于对粉末流进行加速。

4)本发明通过螺旋状混合通道和中心通道的设置，便于粉末以喷洒的方式产生流动，对粉末进行二次混合，充分提高了混合均匀度，并通过通孔的设置，进一步对加速粉末流内部的涡流，混合更加均匀。

5)本发明通过超声振子的设置，可以有效地防止粉末在混合通道底面的沉积。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明多级同步混粉器的结构示意图；

图2是本发明第二级混粉器混粉器内粉末喷洒示意图；

图3是本发明第二级混粉器整体结构示意图；

图4是本发明第一级混粉器剖面示意图；

图5是本发明第二级混粉器剖面示意图；

图6是本发明第二级混粉器底面示意图；

其中：1.顶部进粉口，2.第一进粉口，3.第二进粉口，4.螺旋导槽，5.进气口，6.底端螺孔，7.顶端螺孔，8.超声振子，9.变直径通道，10.端盖，11.通孔，12.中心通道，13.混合通道，14.底部开口，15.第一送粉器，16.第一级混粉器，17.第二级混粉器，18.出粉口，19.第二送粉器，20.气泵，21.粉末流，22.高压气体。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种多级同步混粉器。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1和图2所示，一种多级同步混粉器，包括第一级混粉器16，开有若干进粉口，且第一级混粉器设置进气口5；第二级混粉器17，设于第一级混粉器16的出口，且第二级混粉器的入口处设置变直径通道9以加速粉末流，第二级混粉器内部还设有与变直径通道9连通的混合通道13，混合通道13内能通入设定压力的气体(高压氮气22)，高压氮气22被送入至混合通道13入口处，以使粉末流与设定压力的气体在混合通道入口处相遇，迅速充满混合通道13的入口处，混合后的粉末流通过第二级混粉器的出粉口排出。

第一级混粉器16的最下端侧面和第二级混粉器17的最上端侧面的对应位置共开有4个螺孔，即通过底端螺孔6和顶端螺孔7，采用紧固螺栓进行联接，保证了两级混粉器之间良好的密闭性。

如图4所示，第一级混粉器16内部加工有螺旋导槽4，第一级混粉器16最上方沿竖直方向开有第一种粉末的进口即顶部进粉口1(与第一送粉器15可连接)且第一种粉末通过高压氮气(气压值为0.65-0.75MPa)带动通过顶部进粉口1进入第一级混粉器，同时在第一级混粉器的圆柱侧面开有三个进口，上方两个为第二种粉末的进口即侧部进粉口，为第一进粉口2和第二进粉口3(与第二送粉器19连接)且第二种粉末由高压氮气(气压值为0.65-0.75MPa)带动通过侧部进粉口2和3进入第一级混粉器，最下方为进气口5以通入高压氮气，从而隔绝空气，防止空气中的氧气将粉末氧化，而且不会与粉末发生反应，进气口5与气泵20连接，设置进气口5的气压值为0.55-0.65MPa，这一气压值需要小于进粉口的气压值，原因是防止第一级混粉器下部的气压过大对上部进粉口的进粉形成阻碍。两个侧部进粉口沿轴线方向间隔设定距离，分别在不同的位置向内部的另外一种粉末流进行喷射，能够保证两种粉末的尽可能混合，位于最下方的第三个进口为进气口5，其作用是对经过第一级混粉器混合的粉末进行加速，使其在进入第二级混合之前具有更大的动能，从而在第二级混粉器17中混合的更加充分。另外，侧面第一进粉口2、第二进粉口3、进气口5的开口方向都是沿内部螺旋导槽4的切线方向，这种设计能够保证粉末流沿着螺旋导槽4喷入混粉器内部，与第一种粉末形成自转涡流。到此，两种粉末就完成了第一级混合。

第二级混粉器顶部设置端盖10，端盖10下方设有螺旋状的混合通道13，端盖10最上方加工有螺孔的凸边用来与第一级混粉器连接，端盖10内部沿轴线方向加工有贯通式且上粗下细的变直径通道9，变直径通道9最上端的直径和第一级混粉器的内径大小相同，下端直径逐渐减小。这种直径逐渐减小的结构设计可以对来自第一级混粉器的粉末流二次加速，能够让粉末流以更大的动能进入第二级混粉器17的混合通道中。端盖10的下方为螺旋状混合通道13，同时，在这一部分沿轴线方向加工有直径小于混合通道13的中心通道12，中心通道12从混合通道12最下方的中心处一直向上贯通直至距离端盖10下端面3-4mm处，而且中心通道12在经过第二层(或中间其他层)混合通道时设置通孔11使其与混合通道13相通，让高压气体能够进入到混合通道13内部，通孔11端面为斜面，斜面与中心通道12的长轴线倾斜设置。

中心通道12中高压氮气的流动方向是自下而上的且气压值低于0.55MPa，这一气压值小于第一级混粉器中的气压值，目的是防止粉末流发生倒灌现象导致喷粉量不足。当来自第一级混粉器的粉末流通过端盖内部通道时会以很大的速度与中心通道12输出的高压气体相遇，压力很大且速度很快的高压氮气22与粉末流21相碰在很狭小的空间内，会呈现喷洒式的形状迅速充满螺旋状混合通道13的最上层，如图2所示。如此，粉末在进入混合通道13之前又经过一次混合，而且这种结构设计能够使得粉末最大程度的充满整个通道腔室，最大限度的利用螺旋混合通道13对粉末进行混合。进入混合通道13的粉末沿着内部的混合通道13快速流动，当粉末流沿混合通道运动到通孔位置时，位于中心通道12与混合通道13内部连通，向混合通道13内部喷射高压气体，再次对内部的粉末加速并且产生新的涡流，提高粉末混合的均匀程度。经过气体加速的粒子，沿着之后混合通道13进行最终的混合。混合通道13的最下端并没有加工单独的输出口，而是直接利用了螺旋状混合通道13的剖面作为输出的底部开口14，使得混合通道13最下方的输出粉末的开口面积比较大，可以让多次加速的粒子进行一定程度的减速，不至于使得喷溅速度过快不易于控制，如图6所示。

此外，如图5所示，为了防止粉末在混合通道13内部的沉积和滞留导致的喷涂材料不足的现象，采用两种手段。一是在第二级混粉器的端盖10表面每隔90°共安装有4个超声振子8，超声振子8包括换能器和变幅杆两部分，通过压电陶瓷的压电效应实现电能和机械能的转换，换能器在电场的激励下能够产生有规律的振动，振幅在10μm左右，再链接变幅杆，可以使得振幅变化范围增大到100μm。超声振子通过螺丝和强力胶固定在端盖10表面，当粉末进入第二级混粉器进行混合时，超声振子8间断地对第二级混分施加振动，振动通过第二级混粉器的端盖10传递到下部的混合通道13，从而引起混合通道13内部腔室的振动，可以有效地避免粉末在混合通道13表面的沉积和停滞。二是对螺旋状混合通道13的螺旋升角进行了改进，保证混合粒的重力沿混合通道13切线方向的分力能够克服粒子与混合通道表面之间的摩擦力。

G sinα＞f

式中G为粉末颗粒所受的重力，α为螺旋状混合通道的螺旋升角，f为粒子与混合通道表面之间的摩擦力，满足上述公式就可以保证粒子不会在混合通道的表面沉积，使得粒子能够在气体的作用下沿着内部螺旋状混合通道运动。至此，两种不同的粉末颗粒的混合就完成了。

在使用时，进粉口与输送不同粉末的送粉器分别连接，侧部送粉口连接到同一送粉器，经过两级混粉器的充分混合之后，粉末从第二级混粉器末端的出粉口18喷出，出粉口18通过管路与喷枪连接，然后通过喷枪加热喷溅到工件表面。

切向渐变喷涂实例步骤：

1)设置送粉器参数。开始喷涂之前，根据设定的粉末配比，设定第一送粉器15和第二送粉器19的送粉速率以及带动粉末的氮气的气压(0.65-0.75MPa)，具体通过送粉器出口管路的开关阀进行控制，送粉器各自与气泵连接。

2)设定气泵的气压值，进行混粉。第一种粉末利用第一送粉器15通过顶部进粉口1进入第一级混粉器，第二种粉末利用第二送粉器19通过第一进粉口2和第二进粉口3进入第一级混粉器，进行初步混粉；然后流经第二级混粉器达到均匀混粉用于喷涂。

3)启动热喷涂装置，设定喷涂参数。例如：热喷涂的喷涂电压50-65V，电流450-700A，喷涂距离100-140mm，道距3.0-4.0mm。

4)对热喷涂装置喷枪的移动轨迹进行设置，并进行喷涂操作。具体由机械臂夹持喷枪，由可编程的机械臂控制器(如PLC控制器)控制机械臂的动作，从而控制喷枪的移动轨迹。

5)打开喷枪进行3-5秒的空喷，等待混粉器中的粉末混合均匀之后再开始进行喷涂制备。

6)当需要改变粉末的混合比例时，首先调整两个送粉器输送粉末的比例(可手动调整，或通过控制送粉器的开关阀)，之后改变比例的粉末通过两级混粉器的快速混合就能够直接进行喷涂，如此就能够实现实时的粉末配比调整，极大地提高了渐变涂层制备的工作效率。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多级同步混粉器，其特征在于，包括：

第一级混粉器，开有若干进粉口，且第一级混粉器设置进气口；

第二级混粉器，设于第一级混粉器的出口，且第二级混粉器的入口处设置变直径通道以加速粉末流，第二级混粉器内部还设有与变直径通道连通的混合通道，混合通道内能通入设定压力的气体，气体被送入至混合通道入口处，以使粉末流与设定压力的气体在混合通道入口处相遇，迅速充满混合通道的入口处，混合后的粉末流通过第二级混粉气的出粉口排出。

2.根据权利要求1所述的一种多级同步混粉器，其特征在于，所述混合通道呈螺旋状布置于所述的第二级混粉器内。

3.根据权利要求1所述的一种多级同步混粉器，其特征在于，所述混合通道底部设于第二级混粉器的末端，第二级混粉器的末端设置与所述混合通道连通的出粉口。

4.根据权利要求1所述的一种多级同步混粉器，其特征在于，所述第二级混粉器设置用于通入所述设定压力的气体的中心通道，第二级混粉器侧部设置与中心通道相通的通气口，通气口内通入的气体压力值小于所述进气口处通入的气体压力值；中心通道与所述的混合通道入口连通，且中心通道设置与混合通道中部连通的通孔；

或者，所述第二级混粉器端部设置端盖，所述变直径通道设于端盖内，且变直径通道从入口处至出口处逐渐缩径。

5.根据权利要求1所述的一种多级同步混粉器，其特征在于，所述第二级混粉器的顶部设置至少一个超声振子。

6.根据权利要求1所述的一种多级同步混粉器，其特征在于，所述第一级混粉器加工有螺旋导槽，所述进气口、所述进粉口分别与螺旋导槽连通。

7.根据权利要求1所述的一种多级同步混粉器，其特征在于，所述混合通道出口的横向截面面积为第二级混粉器末端面积的1/2-1；

进一步地，混合通道的螺旋升角满足如下公式：

Gsinα＞f

式中G为粉末颗粒所受的重力，α为混合通道的螺旋升角，f为粒子与混合通道表面之间的摩擦力。

8.根据权利要求6所述的一种多级同步混粉器，其特征在于，所述第一级混粉器的顶部设置顶部进粉口，第一级混粉器的侧部设置至少一个侧部进粉口，第一级混粉器的侧部在侧部进粉口的内侧设置所述的进气口，进气口与送气部件连接；

且进粉口、进气口均沿着螺旋导槽的切线方向设置。

9.根据权利要求1所述的一种多级同步混粉器，其特征在于，所述第一级混粉器插入至所述第二级混粉器的顶部并连接；

或者，所述第二级混粉器通过中间混粉器与所述的第一级混粉器连接。

10.一种热喷涂装置，其特征在于，采用权利要求1-9中任一项所述的一种多级同步混粉器，部分进粉口与第一送粉器连接，部分进粉口与第二送粉器连接，所述第二级混粉器的出粉口与喷枪连接。