公开了一种用于动力喷涂系统的敛散超音速喷嘴。在一个实施例中，超音速喷嘴具有与出口端相对的第一端和与出口端邻近的发散区域。可更换的喉道插件具有容纳在第一端中的进口锥道和喉道，且喉道设置在发散区域附近。在另一个实施例中，可拆装的喉道插件具有进口锥道，发散区域以及设置在进口锥道和发散区域之间的喉道。该公开了的可更换的喉道插件解决了喉道相对于超音速喷嘴其余部分的过度磨损的问题，该问题困扰着其它的动力喷涂系统。利用该公开了的插件，磨损的喉道可以快速经济地进行更换，同时保全了超音速喷嘴的其余部分。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种动力喷涂加工工艺，特别是涉及一种具有可拆装的喉道插件的改进的动力喷嘴。
技术介绍
一种通过动力喷涂或者冷气动力喷涂在多种基底表面上形成涂层的新技术，最近在T.H.Van Steenkiste等的两篇文章中已经报导。第一篇文章题目是“动力喷涂层”，发表于表面和涂层技术(Surface andCoatings Technology)，第111卷，62-71页，1999年1月10日；第二篇文章题目是“通过使用较大粉末颗粒进行动力喷涂形成的铝涂层”，发表于表面和涂层技术(Surface and Coatings Technology)，第154卷，237-252页，2002年。这些文章探讨了形成具有高附着力、低氧化物含量以及低热应力的连续层涂层。这些文章描述了通过在加速气流中夹带金属粉末通过敛散拉伐尔喷嘴以及将粉末朝着目标基底表面喷射而制造出的涂层。这些颗粒通过曳引效应在高速气流中被加速。所使用的气体可以是任何种类的气体，包括空气或者氦气。人们发现，这些构成涂层的颗粒在碰撞基底之前没有发生熔化或者热软化。理论是，当颗粒撞击到基底后，它们的动能就转化为大量的热变形和机械变形，从而粘附到基底上。因此人们相信，颗粒速度必定超过了一个临界速度，其速度高至足以超过颗粒的屈服应力，以当颗粒撞击到基底上时使颗粒粘附在基底上。人们发现，当入口空气温度增加时，给定颗粒混合物的沉积效率也随之增加。入口空气温度的增加导致了它的密度减少，因此导致其速度增加。速度值大致随入口空气温度的平方根值变化。颗粒结合到基底表面上的实际机理此时还是不完全公知的。临界速度取决于颗粒材料和基底材料。一旦在基底上形成了首层颗粒层，随后的颗粒不但结合在已结合到基底上的先前颗粒之间的空隙中，而且还与颗粒接合。结合过程不是由于主气流中颗粒的熔化所导致，这是因为颗粒的温度总是低于它们的熔化温度。由此产生的一个问题是，所有现有技术的动力喷涂系统的敛散拉伐尔喷嘴的喉道部分都易磨损。因为喉道限制气流，随着喷射的颗粒对喉道的磨损，在使用中喉道会变大。事实上，喉道中的磨损速率大致比喷嘴其余部分快10倍。通过改变喷涂参数，系统可对磨损作出一定的补偿，但是参数的可变化范围是有限度的。当达到限值时，喷嘴整体一定就报废了。因为成形出喷嘴要进行大量的机加工，所以制造喷嘴是很昂贵的。因此，开发一种具有可更换喉道区的喷嘴，从而允许喷嘴工作更长的时间以及降低成本，是有利的。
技术实现思路
在一个实施例中，本专利技术是一种用于动力喷涂系统的敛散超音速喷嘴，包括超音速喷嘴，其包括与出口端相对的第一端和邻近出口端的发散区域；可拆装的喉道插件，其包括进口锥道和喉道；容纳在第一端中的可拆装的喉道插件，且喉道设置在发散区域附近。在另一个实施例中，本专利技术是一种用于动力喷涂系统的敛散超音速喷嘴，包括超音速喷嘴，其包括与出口端相对的第一端，以及邻近出口端的发散区域；可拆装的喉道插件，其包括进口锥道、发散区域以及设置在进口锥道和发散区域之间的喉道；和容纳在第一端中的可拆装的喉道插件，且插件发散区设置在喷嘴的发散区域附近。在另一个实施例中，本专利技术是一种用于超音速喷嘴的可更换的喉道插件，包括进口锥道和喉道，该插件可拆装地容纳在超音速喷嘴的第一端中。在另一个实施例中，本专利技术是一种用于超音速喷嘴的可更换的喉道插件，包括进口锥道、喉道、和发散区域，且喉道设置在收敛区域和发散区域之间，所述插件可拆装地容纳在超音速喷嘴的第一端中。附图说明图1是根据本专利技术的动力喷涂系统的示意图；图2是图1所示动力喷涂系统中所使用的超音速喷嘴的一个实施例的横截面图；和图3是图1所示动力喷涂系统中所使用的超音速喷嘴的另一个实施例的横截面图。具体实施例方式首先参考图1，本专利技术的动力喷涂系统通常用附图标记10所示。系统10包括罩壳12，其中设置有支撑工作台14或者其它支撑装置。固定在工作台14上的支持板16支撑一个能在三维空间移动的工件夹持装置18，并且能够支撑由基底材料形成的待涂层处理的合适的工件。在涂层处理过程中，工件夹持装置18还可以通过动力喷嘴34来给基底进料。罩壳12包括环绕壁，所述环绕壁具有至少一个未示出的进气口，和通过合适的排气管道22与未示出的集尘器相连接的排气口20。在涂层处理过程中，集尘器不断地从罩壳12中抽气，并且收集任何包含在废气中的灰尘或者颗粒，用于进行后续处理。喷涂系统10还包括能够向高压气体压载罐26提供高达3.4MPa(500psi)压力的气体的气体压缩机24。该气体压载罐26通过管线28与粉末加料器30和分开的气体加热器32相连接。如下面所述，该粉末加料器30可以是高压粉末加料器或者是低压加料器。气体加热器32向动力喷嘴34提供高压加热气体，即如下所述的主气体。在喷嘴34上有可能提供除工件夹持装置18方向以外的三个方向的输送能力。主气体的压力通常设成从100到500psi。粉末加料器30在所需压力下将用来喷涂的粉末颗粒和气体进行混合，并且向喷嘴34提供该颗粒混合物。计算机控制装置35控制向粉末加料器30供给的气体压力、向气体加热器32供给的气体压力、向粉末加料器30供给的气体温度、以及从气体加热器32中排出的加热主气体的温度。有用的气体包括空气、氮气、氦气等其它气体。图2是喷嘴34以及它与气体加热器32和高压粉末加料器30的连接的一个实施例的横截面图。主气体通道36连接气体加热器32和喷嘴34。通道36和预混腔38连接，所述预混腔引导主气体通过整流器40并且进入腔42中。通道36中的气体进口温度热电偶44和与所述腔42相连接的压力传感器46用来监测加热主气体的温度和压力。主气体的温度处于这样一个程度，即总是不足以熔化喷嘴34中喷射出的颗粒。主气体的温度范围可从200°F至3000°F。主气体的温度可以远高于颗粒的熔化温度。温度高于颗粒熔化温度5至7倍的主气体已被用于本系统10中。必要的是，选择主气体的温度和暴露于主气体中的时间，使得颗粒不在喷嘴34中熔化。当通过喷嘴34时，气体温度快速地下降。事实上，即使是它的起始温度高于1000°F，气体排出喷嘴34时测量得到的温度通常等于或低于室温。腔42与拉伐尔超音速喷嘴54相连通。喷嘴54具有中心轴线52和喉道插件55。在这个实施例中，喉道插件55具有进口锥道56，其直径朝着喉道58的方向减少。该进口锥道56形成插件55的收敛区域。喉道下游58的超音速喷嘴54具有出口端60，并且在喉道58和出口端60之间限定出一个超音速喷嘴54的发散区域61。进口锥道56的最大内径可在10至6毫米的范围内，优选是7.5毫米。进口锥道56朝着喉道58的方向渐渐变窄。喉道58的内径可为6至1毫米，优选为4至2毫米。喉道插件55优选由硬化的耐磨材料如合金、硬质合金，如钛或者陶瓷形成。此外，喉道插件可以由软合金或者金属形成，所述软合金或者金属随后使用冶金技术中已公知的渗氮工艺进行硬化。陶瓷插件55可使用多种方法形成，所述方法包括通过压铸或者通过使用可机加工的陶瓷，也就是说随后使用公知的方法即进行烧制使其硬化。喉道插件55滑动配合进入与出口端60相对的超音速喷嘴54的第一端53中。在这个实施例中，喉道插件55优选在喉道58后面终止。在现有技术中，当该插件55受到磨损且不需本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于动力喷涂系统的敛散超音速喷嘴，包括：超音速喷嘴，包括与出口端相对的第一端和邻近所述出口端的发散区域；可拆装的喉道插件，包括进口锥道和喉道；以及容纳在所述第一端中的所述可拆装的喉道插件，且所述喉道设置在所述发散 区域附近。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：TH范斯蒂恩基斯特，DW戈尔基维茨，
申请(专利权)人：德尔菲技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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