冷喷枪及具备该冷喷枪的冷喷涂设备制造技术

本发明专利技术提供一种实现装置的小型轻量化、可以将原料粉体稳定地加热到指定的高温的冷喷枪，及采用该冷喷枪的冷喷涂设备。本发明专利技术的冷喷枪是将载气输送的原料粉体与加热至该原料粉体的融点或软化点以下的温度的工作气体一同以超音速流从喷头出口喷出，从而使该原料粉体以固相状态直接碰撞在基材来形成被膜的冷喷枪，其特征在于，具备收容输送到该喷头的该工作气体的腔室，在该腔室内配置由通电后电阻发热的发热电阻体构成的气体加热配管，从而加热流入该气体加热配管内部的工作气体。

Cold spray gun and cold spray equipment with the cold spray gun

The invention provides a small and lightweight cold spray gun which can stably heat the raw material powder to a designated high temperature, and a cold spray equipment adopting the cold spray gun. The cold spray gun of the invention is a cold spray gun which can spray the raw material powder transported by carrier gas and the working gas heated to the melting point or the temperature below the softening point of the raw material powder together with supersonic flow from the nozzle outlet, so that the raw material powder directly collides with the substrate in the solid state to form a film. The cold spray gun is characterized in that it has a chamber for receiving the working gas transported to the nozzle The chamber is provided with a gas heating pipe composed of a heating resistance body heated by a resistance after being electrified, so as to heat the working gas flowing into the gas heating pipe.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】冷喷枪及具备该冷喷枪的冷喷涂设备
本专利技术涉及一种冷喷枪及具备该冷喷枪的冷喷涂设备，该冷喷枪将原料粉体与工作气体一同从喷头高速喷出，使其以固相状态直接碰撞在基材来形成被膜。特别是，本专利技术涉及该工作气体的加热。
技术介绍
以往，为了提高耐磨性和耐腐蚀性，采用了在各种金属部件形成镍、铜、铝、铬或这些的合金等的被膜的技术。作为通常的被膜形成方法，有电镀方法、化学镀方法、溅射蒸镀法或等离子喷涂法等。近年来，作为这些方法的替代方法，热喷涂法和冷喷涂法受到了瞩目。热喷涂法可以是低压等离子喷涂(LPPS)、火焰喷涂、高速火焰喷涂(HVOF)、大气等离子喷涂等。这些热喷涂法中，加热被膜形成材料后，使其以熔融或半熔融的微粒子状态高速碰撞在基材表面来形成被膜。相对于此，冷喷涂法是将载气输送的原料粉体从粉体端口喷出、投入到供给有高压的工作气体的冷喷枪的腔室内后，使含有该原料粉体的工作气体作为超音速流体喷出，进而使该原料粉体以固相状态直接碰撞在基材来形成被膜的方法。此时，冷喷枪内的工作气体的温度被设定在比形成被膜的金属、合金、金属间化合物、陶瓷等原料粉体的融点或软化点低的温度。因此，已知与用上述现有的方法形成的同种的金属被膜相比，用冷喷涂法形成的金属被膜的氧化或热变少，致密、高密度且密合性良好，且导电性、导热率高。图4为现有的冷喷涂设备100的模式结构的示意图。储存了氮气、氦气、空气等高压气体的压缩气瓶2的供气管线3分岔成工作气体管线4和载气管线5。工作气体管线4中设置有由内部形成了工作气体流路的电阻发热体构成的加热器101。流入到工作气体管线4的工作气体在该加热器101被加热到原料粉体的融点或软化点以下的温度后，被导入到冷喷枪102的腔室103内。载气管线5中设置有原料粉体供给装置6，流入载气管线5的载气被导入到原料粉体供给装置6后，与原料粉体一同从冷喷枪102的腔室103内的粉体端口104供给到工作气体中。该腔室103的前端装配有冷喷喷头30。因此，腔室103内的工作气体与粉体端口104供给的原料粉体一同从该冷喷喷头30的圆锥状的缩口部32经过狭缝部33后形成超音速流，进而从位于圆锥状的膨胀部34的前端的喷头出口35喷出。从冷喷喷头30喷出的原料粉体以固相状态直接碰撞并堆积在基材40的表面上，从而形成被膜41。该冷喷涂法中，与基材碰撞的原料粉体粒子的速度和温度会极大影响被膜附着效率。具体地说，原料粉体粒子的速度依赖于气体速度，气体速度与腔室内的气体温度的平方根成比例地增加。冷喷被膜的特性受到原料粉体粒子的碰撞速度的极大影响，通常碰撞速度快时可以形成致密且密合力高的被膜。为了得到更高的粒子速度，需要尽可能地使气体温度为高温。并且，气体压力也影响原料粉体粒子的速度。具体地说，将粒子投入到流速相同、压力不同的气体的气流中时，与压力低的气流、即气体密度低的气流相比，压力高的气流、即气体密度高的气流加速粒子的力度大，粒子更易于为高速。例如，专利文献1中公开了一种在气动喷雾法中，作为供给到预混合腔室的气体的加热单元，采用了流动有气体的薄壁管的螺旋状电阻合金制发热元件，其中，所述气动喷雾法是将选自由金属、合金、聚合物及金属的机械混合物组成的群组中的至少一种第1材料的粉体粒子导入到气体中，从而实施物件的涂层加工的方法。并且，专利文献2中公开了一种冷气喷枪，该冷气喷枪具备高压气体加热器、混合腔室及拉瓦尔喷头，所述高压气体加热器具有加热对象的气流流经的筒状压力容器及在该压力容器的内部配置的加热器，所述混合腔室可以从外部通过粒子供给管将粒子供给到内部通过的气流中，所述拉瓦尔喷头从向下游收缩的收缩通路、经由喷头狭缝部连续到扩散通路，其中，自气流的上游侧起依次连续地设置有高压气体加热器、混合腔室、拉瓦尔喷头，高压气体加热器与混合腔室内部的气流的接触面的至少一部分被绝热。现有技术文献专利文献专利文献1：美国第5302414号公报专利文献2：日本特表2009-531167号
技术实现思路
专利技术要解决的问题但就专利文献1公开的用于气体加热的螺旋状电阻合金制配管而言，内部流动的工作气体为高压，因而将该配管加热至高温时，配管内外的压力差变得更大，会导致该配管的变形或破裂。尤其是，用于加热的配管的温度升高到该配管的构成材料的屈服应力降低的温度以上时，配管因配管内外的压力差破裂的危险性变高。因此，需要控制该配管内的压力以使其不高于5MPa。并且，该配管具备指定的耐压结构，因而管壁厚、热容量大。因此，为了使内部流动的工作气体的温度稳定，除了需要消耗大量的电量以外，即便在设置了外壳的情形，该配管表面的散热导致的热损耗也大。因此，就专利文献1所示的加热单元而言，存在着能量效率差的问题。并且，为了确保所需的热量，需要加大加热单元的容量，导致设备整体的大型化。因此，开发了如专利文献2所示的在压力容器的内部设置加热器的冷气喷枪。但该专利文献2的加热器为由多个丝线形式的电热丝构成的丝线加热器，存在着易于断线的问题。因此，难以长期稳定地运行。并且，就以专利文献1或专利文献2为代表的现有的冷喷涂设备而言，用融点或软化点为1000℃以下的金属材料等形成被膜时，可以得到充分的被膜特性，但不适合用融点或软化点更高的金属材料来形成被膜。为了形成致密且密合力高的被膜，需要将工作气体加热到更接近于所使用的金属材料等的融点或软化点的温度。但现有的冷喷涂设备中，将工作气体加热到比1000℃更高的温度时事实上存在着诸多障碍，难以用融点或软化点超过1000℃的金属材料等来得到充分的被膜特性。鉴于以上的问题，本专利技术的目的是提供一种实现装置的小型轻量化、可以将原料粉体稳定地加热到指定的高温的冷喷枪，及采用该冷喷枪的冷喷涂设备。解决问题的方法本专利技术人进行了潜心研究，结果想到了本专利技术的冷喷枪及采用该冷喷枪的冷喷涂设备。以下，分别说明“冷喷枪”和“冷喷涂设备”。本专利技术的冷喷枪本专利技术的冷喷枪是将载气输送的原料粉体与加热至该原料粉体的融点或软化点以下的温度的工作气体一同以超音速流从喷头出口喷出，从而使该原料粉体以固相状态直接碰撞在基材来形成被膜的冷喷枪，其特征在于，具备收容输送到该喷头的该工作气体的腔室，在该腔室内配置由通电后电阻发热的发热电阻体构成的气体加热配管，从而加热流入该气体加热配管内部的工作气体。本专利技术的冷喷枪中，所述气体加热配管优选为在内部形成了工作气体流路的线圈加热器。本专利技术的冷喷枪中，所述气体加热配管优选为工作气体入口侧端部被引导至所述腔室外，工作气体出口侧端部在该腔室内开口。本专利技术的冷喷枪中，所述气体加热配管优选通过绝缘部件保持在所述腔室内，所述工作气体出口侧端部抵接配置在所述腔室内壁。本专利技术的冷喷涂设备本专利技术的冷喷涂设备的特征在于，具备上述冷喷枪。专利技术的效果根据本专利技术的冷喷枪，将由内部流通工作气体的发热电阻体构成的气体加热配管配置在收容输送到喷头的工作气体的腔室内。因此，气体加热配管内与腔室内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冷喷枪，该冷喷枪是将载气输送的原料粉体、与加热至该原料粉体的融点或软化点以下的温度的工作气体一同以超音速流从喷头出口喷出，从而使该原料粉体以固相状态直接碰撞在基材来形成被膜的冷喷枪，其特征在于，/n具备收容输送到该喷头的该工作气体的腔室，/n在该腔室内配置由通电后电阻发热的发热电阻体构成的气体加热配管，从而加热流入该气体加热配管内部的工作气体。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170404 JP 2017-0744811.一种冷喷枪，该冷喷枪是将载气输送的原料粉体、与加热至该原料粉体的融点或软化点以下的温度的工作气体一同以超音速流从喷头出口喷出，从而使该原料粉体以固相状态直接碰撞在基材来形成被膜的冷喷枪，其特征在于，
具备收容输送到该喷头的该工作气体的腔室，
在该腔室内配置由通电后电阻发热的发热电阻体构成的气体加热配管，从而加热流入该气体加热配管内部的工作气体。


2.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：深沼博隆，
申请(专利权)人：等离子技术工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP