流体射流的层流防护层制造技术

一种用于防护一种流体紊流的方法和装置，它包括最好从一个多孔壁横向于流体紊流的流向发射一个防护气体层流。流体紊流可以是热的并可以含有一种涂覆材料。通过将流体紊流射在或导引至一个待涂覆的基底上，加热的涂覆材料即沉积在基底的表面上。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及流体防护的方法和设备，这种方法和设备对各种不同的工业应用，例如等离子喷镀沉积，都是有用的。流体喷流在许多工业过程中常常需要用防护层将它们与它们的周围环境隔离以避免污染。这种隔离通常是通过用一种防护流体，例如惰性气体，将流体喷流包围住的方式进行的。防护流体防止了在流体喷流周围环境中的活性气体，例如氧，渗透入流体喷流内。美国专利第3,470,347号公开了一种利用等离子电弧敷层喷射器在基底上产生一个基本上不含氧的涂层的方法。该喷射器通过一个收缩喷嘴孔产生一个电弧等离子体以提供一种高速，高能量的电弧喷出物，该喷出物携带将要沉积在基底上的涂覆材料。该喷出物通过用一种具有一定宽度和一定向前冲量的同轴心环形防护气体流的均匀紊流包绕起来的方式将其保护起来以防接触周围环境。然而，该同轴心环形防护气体流只能在较短的距离内保护含有涂覆材料的喷出物。当待涂覆的基底位于离喷射器太远的地方，则喷出物中的涂覆材料在它们被沉积在基底上之前就被氧化了。此外，根据美国专利第5,154,354号这样一种同轴心环形防护流容易受到局部侧风的干扰。对防护气体流的干扰会使空气渗入喷出物内氧化其中的涂覆材料因而造成涂层的质量受损。另外，这种防护气体的同轴心流并不能阻挡由喷出物(等离子体流)发出的紫外线。紫外线能使视力受损和在环境空气中产生臭氧。还有，这种防护措施对某些等离子沉积应用并不有效。例如，一种诸如塑料粉末的低熔材料也可以用来涂覆一种基底。这种材料需要在喷出物刚从喷嘴喷出时就通过一根管将其吹入至喷射器的喷出物中以避免材料过热。但是，将材料吹入，以及该管，都将干扰和/或阻挡同轴心环形防护气体的流动并使喷出物失去保护。美国专利第4,869,936号公开了一种用于防护携带粒子的高速氧化燃料火焰喷流的方法。该防护方法包括将携带粒子的高速氧化燃料火焰喷流射入一个防护缸中并使用多个喷嘴在防护缸中产生一个绕着携带粒子的高速氧化燃料火焰喷流四周的高速切向喷流。但是，防护缸可能由于高温和气体高速的原因在使用了一个短时期后就坏了。这样就需要经常停工来更换防护缸。美国专利第4,992,337号公开一个用于沉积活性金属的电弧喷涂法。活性金属用压缩的雾化惰性气体从电弧被喷射出去。然而，被喷射的活性金属可能会很快地混入空气，因而在沉积到基底上之前将受到一定程度的氧化。这一方法对于防护尤其是等离子电弧喷涂，熔化金属的气体雾化或高速度氧化燃料火焰喷流等是不会有效的。因此，本专利技术的一个目的是以有效的方式提供能有效地防护紊流的装置和方法。本专利技术另一个目的是提供用于阻挡由温度非常高的气体紊流释放出的大部分紫外线的装置和方法。本专利技术又一个目的是提供用于有效地将涂覆材料沉积到离喷射器或喷嘴各种距离的不同尺寸的基底上的装置和方法，其中的喷射器或喷嘴是用于喷射一种流体紊流的。本专利技术的一个另加的目的是提供防护装置，这种装置可以很容易地在现有的喷射装置上进行改装，而不需要任何的水冷或其它的外部冷却。本专利技术的再一个目的是提供防护装置，这种装置能与一根管子或其它的固体物件一起应用，这管子或物件位于流体紊流的下游。根据本专利技术的一个实施例，上述对于熟悉本专业的人员都是明显的目的以及其它的目的都可以通过使一种含流体的射流不受周围环境污染的方式而实现，所述方法包括(a)从至少一个开孔中喷出所述含流体射流的紊流；(b)横向于所述含流体射流的所述紊流的流动方向发射出防护流体的层流；和(c)将所述防护流体夹带在所述含流体射流的所述紊流中以防止从所述含流体射流的周围环境渗入气体和/或蒸气。含流体射流在被从所述至少一个开孔中射出之前或之后可能被加入了涂覆材料。携带着涂覆材料的含流体射流可以被预先加热以熔化涂覆材料然后将其导至一个基底使涂覆材料沉积在基底上。根据本专利技术的另一个实施例，上述对于熟悉本专业的人员都是明显的目的以及其它的目的都可以通过一种流体防护装置来实现，该装置包括(a)一个长形空心体，它具有一个配气室，至少一个用于将防护流体引入所述配气室的进口和一个用于发射所述配气室内的防护流体的多孔扩散面，所述多孔扩散面限定一个通道的至少一部份，因而所述多孔扩散面能够横向或垂直于所述通道的轴线发射防护流体；(b)至少一个含有防护流体的来源，该来源与所述长形空心体的所述至少一个进口相连通；(c)至少一个具有至少一个开口的喷嘴用以将含流体射流的紊流射入所述通道中；和(d)用以安装所述具有所述至少一个开口的至少一个喷嘴以便将所述至少一个开口导向所述通道的方向的安装装置。这里所用的“层流”一词意为小于0.1倍的平均速度的速度变化的均方根。这里所用的“紊流”一词意为大于0.1倍的平均速度的速度变化的均方根。这里所用的“配气室”一词意为用于分配气体的一个封闭的室。附图说明图1，2和图3显示出使用隋性气体来防护一种紊流流体的本专利技术几个优选实施例的横截面图。下面将参照附图对本专利技术作详细描述。参看附图，一种含流体射流的紊流(在下文中简称紊流)从具有至少一个开孔的至少一个喷嘴中射出。紊流1a可以由任何包含惰性气体的液体或气体流所形成。紊流可以被加热到，例如，大约1000℃至大约10000℃，如在等离子喷镀沉积中那样。被加热的紊流可以从使用化学燃烧或电弧加热以产生热的已知的热喷法中获得。一些化学燃烧热喷技术包括有粉末火焰喷射，线/杆火焰喷射和起爆/爆炸喷射。一些电加热热喷射技术包括有线弧喷射和等离子电弧喷射，在等离子电弧喷射中，一种惰性气体，例台氩，被加到一个电弧上，然后从至少一个喷嘴1中被射出以产生一种高温紊流，例如，一种在大约10,000℃温度的紊流。紊流中除了其它的之外还可以有，电弧流，等离子电弧流，火焰流(氧化燃料或空气燃料火焰)，火焰中的喷出物，熔化小滴流(由压力或气体雾化产生的液体喷流)和其它的含有粒子或小滴的射流。涂覆材料可以在一种热的紊流从喷嘴1射出之后或之前被导入至该热紊流中。涂覆材料根据特定的操作过程可以是粉末状，线状或杆状。涂覆材料常常是粉末状的并通过一个传送装置3，例如至少一根管子，使用一种传送粉末的气体被导入至热的紊流中。当涂覆材料被导入至热紊流中时，它们被夹带入紊流中并被加热至软化或熔化的状态。如果涂覆材料是以线状或杆状导入的，涂覆材料将被雾化。包封或夹带在紊流内的熔化或软化的涂覆材料于是被导至一个基底5上使涂覆材料沉积。涂覆材料可以特别选自塑料，金属、合金、氧化物、陶瓷类，硬的金属互化物和金属化合物以及某些种类的玻璃。所用的粉末材料的类型取决于所想要的涂覆特性。防护流体从一个来源7处被送至一个长形空心体9。长形空心体具有至少一个进口11用以接纳防护流体，至少一个配气室13用以分配防护流体和至少一个多孔扩散壁15用以发出防护流体。被传送的防护流体通过进口11进入配气室13并通过至少一个多孔壁15离开配气室13以产生一个有效层流。通过使用具有合适的深度25，例如1/8英寸或更大一些，的配气室13和具有多个分布均匀的小孔的多孔壁15(小孔直径在大约0.2至大约1000微米的范围内，最好是大约2至大约20微米)将促进层流的形成。配气室13具有足够的深度以通过多孔内壁15获得一种分配相当均匀的气体，多孔内壁本身又使其从均匀分布的多个小孔中发出一个有效的层流。其它的气体分配装置，例如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于防护一种含流体射流不受周围环境污染的方法，所述方法包括：（ａ）从至少一个开孔中射出所述含流体射流的紊流；（ｂ）横向于所述含流体射流的所述紊流的流动方向发射出防护流体的层流；和（ｃ）将所述防护流体夹带在所述含流体射流的所述 紊流中以防止从所述含流体射流的周围环境渗入气体和／或蒸气。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：MS诺沃塔尔斯基，DJ勒默，WJ斯奈德，DB莱图尔诺，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]