CN207121634U - 一种等离子喷涂熔融粒子液氮淬冷固化收集装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种等离子喷涂熔融粒子液氮淬冷固化收集装置，包括箱体，其特征在于在箱体上按照上下位置分别安装进液管和出液管，在箱体的上部安装用于保证箱体内外气压平衡的安全阀；在进液管以上的箱体的上部通过紧固螺栓安装有挡板，且挡板与进液管不在同一个竖直面内，所述挡板上均匀布置有圆孔型孔阵；所述进液管与外部液氮泵相连接；在箱体内安装有液位传感器，液位传感器的高度小于挡板下端的高度；所述出液管上安装有阀门。该装置能够得到真实状态下单独的熔融粒子，便于对熔融粒子的熔化状态、形貌特征以及成分等特性的研究。
Description
技术领域
本实用新型涉及热喷涂技术领域，特别涉及一种等离子喷涂熔融粒子液氮淬冷固化收集装置。
背景技术
等离子喷涂技术是一种利用等离子弧为热源将待喷涂材料迅速加热到熔融或半熔融状态，与此同时，熔融或半熔融粒子被焰流或者高速气流加速，并以一定的速度撞击到被保护基体表面形成扁平化粒子，大量的扁平化粒子在基体表面不断沉积形成涂层的表面加工方法。等离子喷涂技术是表面工程中的一项重要技术，对工件起到表面强化和防护作用，具有喷涂材料丰富，能赋予表面以耐磨、耐蚀、抗高温氧化和高温磨损、隔热、绝缘等多种功能，在解决现代工程结构零部件表面日益苛刻的多重要求方面显示出较强的优势。
目前，等离子喷涂技术还是一种相对“粗放”的技术，喷涂工艺参数的选取和成形过程控制为开环控制，严重依赖实践经验且需要反复的试验探索，即通常在经验范围内有限选取3～5组参数，随后根据人工神经网络、田口试验、正交试验、完全析因设计等方法设计试验参数，通过检验相应的涂层组织结构及性能，最终确定出最优喷涂参数，并根据此参数进行喷涂作业。但是，影响等离子喷涂技术制备涂层性能的因素较多，其中不仅包括电流、电压、主气、次气以及功率等可控因素，而且包括电压波动以及阴极烧损等不可控因素，使得不仅时间和成本消耗十分巨大，并且所制备涂层的可靠性和可重复性不强。
由于熔融粒子在射流中升温提速形成高速熔滴并在沉积表面铺展凝固是等离子喷涂最基本的成形原理，大量熔滴铺展凝固后搭接成片、堆垛成层是涂层体积成形的宏观过程，使得熔融粒子特性(如温度、速度、粒径、熔化状态、形貌特征以及成分等)对涂层的组织结构及性能起着决定性作用。因此，探究等离子喷涂过程中熔融粒子特性，提升等离子喷涂技术制备涂层的可靠性、重现性、可控性具有重要的意义。目前可以通过DPV2000或者Spray Watch 2i等装置对等离子喷涂过程中熔融粒子的表面温度分布、飞行速度分布以及粒径分布进行统计分析，并且可以以此计算出粒子的理论熔化状态，但是上述的装置不能得到单独的熔融粒子，不能直接对熔融粒子的熔化状态、形貌特征以及成分等特性进行观察。
现在得到单独的熔融粒子的方式有水淬法和空气法，在使用水淬法时存在如下不足：当待喷涂材料为金属等在熔融状态时与水会发生反应的材料时，会影响所收集的熔融粒子的成分，导致收集的熔融粒子不是真实等离子喷涂过程中的成分；此外，所使用的水会在喷涂过程中被消耗，液面不断地下降，导致喷涂距离不断在增大，使所收集的熔融粒子不是设定喷涂距离时的熔融粒子。而采用空气法收集时，通常采用氩气、氮气等惰性气体将熔融粒子冷却后进行收集，在预设喷涂距离处，不能将熔融粒子及时冷却下来，熔融粒子会继续飞行一段距离，所收集的熔融粒子不是真实预设喷涂距离处的熔融粒子。
因此，如何直接获得等离子喷涂过程中熔融粒子的熔化状态、形貌特征以及成分等特性，提升等离子喷涂技术制备涂层的可靠性、重现性、可控性，成为本领域技术人员亟需解决的问题。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种等离子喷涂熔融粒子液氮淬冷固化收集装置。该装置通过采用带有孔径略大于熔融粒子粒径的圆孔型孔阵的挡板以及液氮淬冷固化的设计，得到一种可以对等离子喷涂过程中熔融粒子进行固化收集的装置，能够得到真实状态下单独的熔融粒子，便于对熔融粒子的熔化状态、形貌特征以及成分等特性的研究。该装置通过液位传感器控制液氮泵，当低于预设值时会自动注入液氮，当超过时停止注入，可以保证所收集的熔融粒子为预设喷涂距离的熔融粒子。
本实用新型解决所述技术问题采用的技术方案为：提供一种等离子喷涂熔融粒子液氮淬冷固化收集装置，包括箱体，其特征在于在箱体上按照上下位置分别安装进液管和出液管，在箱体的上部安装用于保证箱体内外气压平衡的安全阀；在进液管以上的箱体的上部通过紧固螺栓安装有挡板，且挡板与进液管不在同一个竖直面内，所述挡板上均匀布置有圆孔型孔阵；所述进液管与外部液氮泵相连接；在箱体内安装有液位传感器，液位传感器的高度小于挡板下端的高度；所述出液管上安装有阀门。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型结构简单，成本低廉，操作方便，可以实现喷涂过程中任意喷涂距离的熔融粒子的固化收集。由于在常压下，液氮温度为－196℃，可以实现熔融粒子进入液氮时淬冷，并且由于液氮为惰性液体，使得等离子喷涂过程中的熔融粒子不与液氮进行任何化学反应，使得所固化收集的熔融粒子为等离子喷涂过程中熔融粒子的真实形貌特征、熔化状态以及成分。本实用新型装置上装有液位传感器，能够及时补充所消耗的液氮，保证保证所收集的熔融粒子为预设喷涂距离的熔融粒子；且挡板的存在可以保证收集的熔融粒子为单个状态。
附图说明
图1为本实用新型等离子喷涂熔融粒子液氮淬冷固化收集装置一种实施例的立体结构示意图；
图2为本实用新型等离子喷涂熔融粒子液氮淬冷固化收集装置一种实施例的挡板2的立体结构示意图；
图中，1箱体；2挡板；3紧固螺栓；4安全阀；5进液管；6把手；7出液管；2-1螺孔；2-2圆孔型孔阵。
具体实施方式
下面结合实施例及附图进一步解释本实用新型，但并不依次作为对本申请权利要求保护范围的限定。
本实用新型等离子喷涂熔融粒子液氮淬冷固化收集装置(简称装置，参见图1-2)包括箱体1，在箱体1上按照上下位置分别安装进液管5和出液管7，在箱体的上部安装用于保证箱体1内外气压平衡的安全阀4；在进液管以上的箱体的上部通过紧固螺栓3安装有挡板2，且挡板2与进液管5不在同一个竖直面内，所述挡板2上均匀布置有圆孔型孔阵2-2；所述进液管5与外部液氮泵相连接；在箱体1内安装有液位传感器，液位传感器的高度小于挡板2下端的高度；所述出液管7上安装有阀门。
本实用新型的进一步特征在于所述进液管5为带有自锁式快速接头的进液管，便于快速拆卸，能省时省力地实现液氮泵与进液管5的连通或断开。
本实用新型的进一步特征在于所述箱体1上安装有把手，通过把手能方便地挪移箱体，把手可以设置在箱体1的左右侧面上，也可以仅在箱体的上部安装把手。
本实用新型的进一步特征在于所述箱体1的底部安装滚轮，可以通过滚轮挪动箱体。
本实用新型的进一步特征在于所述圆孔型孔阵2-2为6～10*20～25的矩阵，圆孔的直径为100μm。
本实用新型中挡板上圆孔型孔阵2-2的孔径大于熔融粒子的粒径，挡板上孔的作用主要是保证收集到熔融粒子为单个粒子，其形状、大小、数量可以变，大小只要保证单个熔融粒子能通过即可。
本实用新型装置的安装及使用过程是：等离子喷涂进行前，首先将超声清洗后的挡板2通过紧固螺栓3固定在超声清洗后的箱体1上。然后，将箱体1放置在地面上，将外部液氮泵与进液管5连通，通过外部液氮泵向箱体1中注入液氮，最后，调节喷枪至距箱体内部的液氮上表面所需的喷涂距离，并且对准挡板2的圆孔型孔阵2-2。准备工作完成后，开始试验，持续30～60s，以保证获得一定数量的熔融粒子，随后将外部液氮泵与进液管5断开，停止液氮供给，并且将出液管7上的阀门打开，将液氮及其固化后的熔融粒子流入超声清洗后的不锈钢托盘中，待液氮全部挥发后，将固化的熔融粒子进行收集以供使用，所收集的熔融粒子为真实预设喷涂距离处的熔融粒子。固化收集后的熔融粒子通过SEM可以观察熔融粒子的熔化状态、形貌特征；通过EDS或者EPMA等手段可以检测成分。
实施例1
本实施例等离子喷涂熔融粒子液氮淬冷固化收集装置包括箱体1，所述箱体整体呈长方体型，在箱体1的左侧面上按照上下位置分别安装进液管5和出液管7，在箱体的上表面安装用于保证箱体1内外气压平衡的安全阀4，在箱体的正面上部通过紧固螺栓倾斜安装有挡板2，所述挡板2上均匀布置有圆孔型孔阵2-2；所述进液管5与外部液氮泵相连接；在箱体1内安装有液位传感器，出液管上安装有阀门。
在箱体1的左右侧面上分别安装有一个把手6，把手与箱体1通过焊接成为一个整体。
箱体1的长宽高尺寸为650×300×500mm，厚度为8mm，采用普通不锈钢(314L)材质，内部抛光使得粗糙度Ra≤0.4μm，沿箱体1上部宽和高的中点切除一部分，并在箱体1上均匀钻制四个螺孔，直径均为5mm，并且在距离箱体1底部130mm处装有传感器，当液氮低于此位置时，液氮泵开始工作给箱体1中供应液氮，反之，则停止供应液氮。挡板2采用镍基耐高温合金钢材质(GH3040)，长650mm，宽295mm，厚度8mm，如图2所示，在挡板2上均匀钻制四个直径均为5mm且与箱体1相配合的的螺孔2-1，并且在挡板2上均匀分布有10行圆孔型孔阵2-2，每行的圆孔数量为25个，其中圆孔的直径为100μm，紧固螺栓3将挡板2固定在箱体1上，其中紧固螺栓3为M5×20的标准件。在箱体1顶部装有直径为10mm的安全阀4，以保证箱体1内外气压平衡，并且在安全阀4有过滤网，采用纺织纤维材质，以防止固化收集的熔融粒子的飞出。所述进液管5为长度为100mm，直径为10mm的带有自锁式快速接头的进液管5，便于快速拆卸，省时省力地实现外部液氮泵与进液管5的连通或断开。把手6采用普通不锈钢材质(314L)长宽分别为15mm和10mm，厚度为6mm，采用电火花线切割切除一部分，通过焊接的方式固定在箱体的两侧，以便于箱体的移动；所述出液管7的直径和长度分别为10mm和100mm，能使液氮及其固化后的熔融粒子的流出。
实施例2
本实施例等离子喷涂熔融粒子液氮淬冷固化收集装置各部分结构同实施例1，不同之处在于所述挡板2与箱体1底面的夹角为45°。
实施例3
本实施例等离子喷涂熔融粒子液氮淬冷固化收集装置各部分结构同实施例1，不同之处在于所述挡板2位于箱体1的上表面，所述安全阀位于箱体右侧面的上部。箱体1的底面设有滚轮。
实施例4
本实施例等离子喷涂熔融粒子液氮淬冷固化收集装置包括箱体1，所述箱体为圆柱型，在箱体1上按照上下位置分别安装进液管5和出液管7，在箱体的上端面上安装用于保证箱体1内外气压平衡的安全阀4；在进液管以上的箱体的上部通过紧固螺栓3安装有挡板2，且挡板2与进液管5不在同一个竖直面内，挡板与箱体底面呈60°；所述挡板2上均匀布置有圆孔型孔阵2-2；所述进液管5与外部液氮泵相连接；在箱体1内安装有液位传感器，液位传感器的高度小于挡板2下端的高度；所述出液管7上安装有阀门。
本实用新型未尽事宜为公知技术。
Claims (5)
1.一种等离子喷涂熔融粒子液氮淬冷固化收集装置，包括箱体，其特征在于在箱体上按照上下位置分别安装进液管和出液管，在箱体的上部安装用于保证箱体内外气压平衡的安全阀；在进液管以上的箱体的上部通过紧固螺栓安装有挡板，且挡板与进液管不在同一个竖直面内，所述挡板上均匀布置有圆孔型孔阵；所述进液管与外部液氮泵相连接；在箱体内安装有液位传感器，液位传感器的高度小于挡板下端的高度；所述出液管上安装有阀门。
2.根据权利要求1所述的等离子喷涂熔融粒子液氮淬冷固化收集装置，其特征在于所述进液管为带有自锁式快速接头的进液管。
3.根据权利要求1所述的等离子喷涂熔融粒子液氮淬冷固化收集装置，其特征在于所述箱体上安装有把手。
4.根据权利要求1所述的等离子喷涂熔融粒子液氮淬冷固化收集装置，其特征在于所述箱体的底部安装滚轮。
5.根据权利要求1所述的等离子喷涂熔融粒子液氮淬冷固化收集装置，其特征在于所述圆孔型孔阵为6~10*20~25的矩阵，圆孔的直径为100μm。
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