等离子体设备和系统技术方案

一种双等离子体设备，包括阳极等离子体头和阴极等离子体头。每个等离子体头包括电极和等离子体流动通道和在所述等离子体流动通道和所述电极的至少一部分之间的主气体入口。阳极等离子体头和阴极等离子体头定位成朝彼此成一角度。至少一个等离子体流动通道包括三个大体为圆柱形的部分。等离子体流动通道的这三个大体圆柱形部分减少了侧面起弧的发生。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
0002本专利技术大体上涉及等离子体喷枪和等离子体系统，以及 更具体的涉及用于材料的等离子体处理和等离子喷涂的双等离子体喷枪'
技术介绍
0003用于材料的等离子体处理和等离子喷涂的热等离子体系统 的效率和稳定性可由各种参数影响。正确地建立等离子流并维持等离子 流的工作参数可由例如形成与电极有可靠连接的稳定电孤的能力所影 响。类似地，电孤的稳定性也可为电极腐蚀和/或等离子流轮廓或位置的 稳定性的函数.等离子流的轮廓和位置的改变可导致由等离子体喷枪产 生的等离子流的特性的变化。另外，等离子体的轮廓、位置和特性的这 种变化可影响等离子体系统产生的等离子体处理材料或涂层的质量.0004在如示于图1的传统的双等离子体设备100中，阴极头和阳 极头IO、 20通常布置成彼此成90度角。供给管道112，通常布置在头之间， 可提供待被等离子体处理的材料，部件通常布置成提供封闭的处理区 110，在该处理区中发生电弧耦合。彼此之间相对紧密的接近以及由其闺 封的小空间，通常会产生电弧不稳定的趋势，特别是在高压和/或低的等 离子体气体流率时。在电孤优先地将其本身连接到较低电阻通路时会发生电弧的不稳定，通常称为"侧面起弧(sidearcing)".通常涉及使用 屏蔽气体来企图防止侧面起弧，但是，这种方法通常导致设计更加复杂， 并且导致等离子体的温度和焓较低.较低的等离子体的温度和焓从而导 致更低的处理效率.附图说明0005所要求保护的主題的特征和优点将从下文中与其一致的 实施例的描述中变得明显，其中描述应该结合附图来考虑，其中0006图l为传统的倾斜的双等离子体设备的实施例的详细示意0007图2为双等离子体设备的示意0008图3a-b分别示意性地描述了与本专利技术 一致的阴极等离子体 头和阳极等离子体头的实施例；0009图4为与本专利技术的一个方面一致的等离子体通道的实施例 的详细视图，其中等离子体通道包括三个具有不同直径的圆柱形部分；0010图5为与本专利技术一致的具有形成模块的上游和下游部分的 形成模块的实施例的详细示意图.0011图6示出了设置为将辅助等离子体气体输送到等离子体通 道的实施例；0012图7a-b描述了与本专利技术一致的用于喷射辅助等离子体气体 的装置的轴向和径向横截面和剖面视0013图8a-b示出了设置为轴向喷射材料的单个双等离子体喷枪 的视0014图9a-c示出了设置为径向喷射材料的单个放等离子体喷枪;0015图10为包括两个双等离子体喷枪的等离子体喷枪组件的 示意0016图lla-b为等离子体喷枪组件的顶视图和底视图，该等离 子体喷枪组件包括设置为轴向喷射材料的两个双等离子体喷枪；以及0017图12a-b示出了喷枪定位成50。时，等离子体气体流率和电 流对电弧电压的影响.具体实施例方式0018总的来说，本专利技术可提供双等离子体喷枪系统，双等离 子体喷枪系统的模块和元件，等等，它们可在各种实施例中显示以下 的一个或多个相对宽的等离子体参数工作窗口，更稳定和/或更均匀 的等离子流，以及更长的电极寿命.另外，本专利技术可提供可以控制待 被等离子体处理或等离子喷涂的材料喷射进等离子流的工具.因为双等离子体设备相对高的效率，其可在材料的等离子体处理、粉末球化、 废物处理、等离子喷涂等等中得到广泛的应用.0019与本专利技术一致的双等离子体设备可提供基本上更高效率 的材料等离子体处理.部分地，可由相对低的等离子体流率和速度和 可为大概或低于大约70(M00的相关雷诺数来实现更高的效率，与这种 等离子体流率和速度一致，材料在等离子体流中的停留时间可足够长 以允许等离子能量的有效利用，所期望的等离子体处理期间的材料转 变可以以高的效率和生产率发生。另外，与本专利技术一致的双等离子体 设备也可减少，或消除側面起弧的发生，侧面起孤通常与高电压和/或 低的雷诺数有关.0020参看图2，双等离子体设备100可在阳极等离子体头20和 阴极等离子体头10之间产生电弧7，其中阳极等离子体头20和阴极等离 子体头IO相应地连接到DC电源的正极端子和负极端子.如图2所示，等 离子体头10和20可布置成彼此成a角，轴的会聚提供等离子体头IO、 20 的耦合区。0021参看图3，本专利技术可大体上提供包括描述于图3a中的阴极 等离子体头和描迷于图3b中的阳极等离子体头的双等离子体设备，如 示出的，阳极和阴极等离子体头可通常有相似的设计.阳极和阴极等 离子体头之间的主要不同可在于电极的设计.例如，在特定的实施例 中，阳极等离子体头可包括阳极45a，其可由具有相对高的电导率的材 料制造.示例性的阳极可包括铜或铜合金，其它合适的材料和结构也 容易理解，阴极等离子体头可包括插入物43，其被插进阴极夹持器45b. 阴极夹持器45b可由具有高电导率的材料制成，与阳极相似，阴极夹持 器45b可为铜或铜合金等等.插入物43的材料可选择成当与特别的等离 子体气体结合使用时，为插入物提供长的寿命.例如，当氮或氩用作等离子体气体时，有或没有附加的氢或氦时，镧化鴒(Lanthaneited Tungsten )或Torirated Tungsten可为合适的使用材料。类似的，在使 用空气作为等离子体气体的实施例中，铪或锆插入物可为合适的材料， 在其它的实施例中，阳极可具有与阴极相似的设计，并可包含鵠或铪 或其它可提高电弧的稳定性并可延长阳极的寿命的插入物.0022等离子体头可大体上由电极模块99和等离子体形成组件 97形成.电极模块99可包括例如以下的主要元件电极壳体23;主等离子体气体供给通道25,其具有入口零件27;旋流螺母47，其形成等 离子体气体的旋流部分；以及水冷式电极45a或45b,各种附加部件和/ 或替代部件可容易地理解并有利地与本专利技术的电极模块结合使用.0023等离子体形成组件97可包括例如以下的主要元件壳体 11;形成模块30，其具有上游部分39和出口部分37;冷却水通道13， 其与进水口15连接；绝缘环35。形成模块30可大致形成等离子体通道 32.0024在示出的示例性等离子体头中，主等离子体气体通过入 口零件27供给到位于绝缘体51中的通道25中.随后，等离子体气体进 一步被引导通过制造在旋流螺母47中的一组槽和孔，并通过阳极45a或 阴极夹持器45b之间的槽44进入等离子体通道32和形成模块30的上游 部分39中，其中阴极43安装在阴极夹持器45b中。其它各种结构可可替 代地，或附加地被用于将主等离子体气体提供给等离子体通道32。0025与本专利技术一致的等离子体通道32可独特地便于产生和可 保持这样的受控电弧，即该电弧在相对低的主等离子体气体流率时显 出减小或消失的侧面起弧的趋势，例如，其可显示大约800到1000的范 围内的雷诺数，以及更具体的，显示低于700的范围内的雷诺数。0026等离子体通道32可包括三个大体上圆柱形的部分，如在 图4中更详细地示出的.等离子体通道32的上游部分38可布置成与电极 例如阴极插入物43和阳极45b相邻，并可具有直径D1和长度L1。等离子 体通道32的中间部分40可具有直径D2〉D1和长度L2.等离子体通道32 的出口部分42可具有直径D3〉D2和长度L3。0027上游圆柱形部分38可产生等离子流的优化速度，该速度 提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双等离子体设备，包括：　阳极等离子体头和阴极等离子体头，每个所述等离子体头包括电极和等离子体流动通道和布置在所述等离子体流动通道和所述电极的至少一部分之间的主气体入口，所述阳极等离子体头和所述阴极等离子体头定向为朝彼此成一角度；以 及　至少一个所述的等离子体流动通道包括：第一大体圆柱形部分，与所述电极相邻并具有直径Ｄ１；第二大体圆柱形部分，与所述第一部分相邻，具有直径Ｄ２；以及第三大体圆柱形部分，与所述第二部分相邻，具有直径Ｄ３，其中Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３。

【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：弗拉基米尔E贝拉斯琴科，奥列格P索洛伦科，安德里V斯米尔诺夫，
申请(专利权)人：弗拉基米尔E贝拉斯琴科，奥列格P索洛伦科，安德里V斯米尔诺夫，
类型：发明
国别省市：US[美国]