專利名稱：屏蔽式熱噴槍及其噴涂方法
本申請是1989年1月17日遞交的共同待批美國專利申請No.297901的繼續(xù)申請部分。本發(fā)明涉及熱噴涂，尤其涉及屏蔽式燃燒熱噴涂粉末料或金屬線材料的噴涂方法和噴槍。
熱噴涂，也叫做火焰噴涂，它包含將熱熔性材料如金屬或陶瓷等加熱成半流動狀態(tài);然后將這種半流動材料以顆粒形式噴向要涂復(fù)的表面上。被加熱的微粒打在該表面上，在表面上猝冷而涂復(fù)其上。用一種熱噴槍來實(shí)現(xiàn)加熱和噴涂微粒。有一種如美國專利No.3455510(Rotolico)中所述的熱噴槍，其熱由燃燒火焰提供，而熱熔性材料以粉末料形式送入槍中。這些粉末料典型地由小微粒組成，如其尺寸在美國標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng)尺寸100篩目(即149微米)和約2微米之間。攜帶和運(yùn)送粉末料的載體氣體可以是燃燒氣體之一或一種惰性氣體，如氮，或簡單地用壓縮空氣。
材料也可以以棒條或線材(以下也稱線料、線)的形式送入加熱區(qū)，如美國專利No.3148818(Charlop)中所述。在線材型熱噴槍中，用于噴涂的棒條或線材料送入由某種類型的火焰形成的加熱區(qū)，如燃燒火焰，在那里，它們被熔化或至少加熱成半流動狀態(tài)，且用噴燃?xì)怏w使其霧化，最后以微粒形式噴向待涂復(fù)的表面。
一種較新的、典型的火箭式粉末噴槍如美國專利No.4416421(Browning)所述。這種類型的槍有一個內(nèi)部燃燒室，其高壓燃燒流經(jīng)環(huán)形開口流入長噴嘴室的狹窄的頸部。粉末料和線材料經(jīng)環(huán)形開口軸向地送入噴嘴室，由燃燒流將其加熱并噴射。法國專利No.1041056和美國專利No.2317173(Bleakley)揭示了一種用于高速噴涂的短噴嘴噴涂裝置。粉末料沿軸線送入熔化室的燃燒氣體環(huán)流內(nèi)。一環(huán)形空氣流或環(huán)形非氧化氣體流沿該室壁、同軸地注入燃燒氣流的外側(cè)。然后，具有加熱粉末料的噴流從燃燒室的開口端噴出。一種類似的裝置揭示在美國專利No.2544259(Duccini等)中，其中外層流是氧和可燃?xì)怏w(丁烷)的混合物。一種用來防止金屬或易氧化噴涂材料氧化或至少使其氧化程度減至最小的惰性氣體噴涂，通常是用帶有屏蔽罩或室的惰性氣體等離子噴槍來實(shí)現(xiàn)的。美國專利No.3470347(Jackson)揭示了一種典型的、運(yùn)用惰性氣體如氬或氦屏蔽等離子火焰在大氣中進(jìn)行噴涂的方法。美國專利No.4121083(smyth)公開了一種用于等離子噴槍的火焰屏蔽，且選用一種環(huán)形噴孔裝置，用冷卻水或惰性氣體，圍繞屏蔽的等離子火焰提供一環(huán)形屏蔽簾效應(yīng)。而實(shí)際上用這種屏蔽等離子火焰進(jìn)行大氣噴涂需要大量的惰性氣體，而且只能在有限的范圍內(nèi)減少涂層的氧化。
低壓惰性氣體氣氛室中的等離子噴涂，如美國專利No.4328257(Muehlberger)所述，能非常成功地實(shí)現(xiàn)密而無氧化物的金屬涂層。然而這種系統(tǒng)的商業(yè)用戶提出了很多實(shí)際問題及與之相聯(lián)系的費(fèi)用，如泄漏問題、涂復(fù)部件的裝卸問題。粘附到室壁表面的灰塵有可能是可燃的、有害于泵設(shè)備，且難于清除;停機(jī)時(shí)間往往為操作時(shí)間的兩倍。這種等離子噴涂流對噴涂渦輪發(fā)動機(jī)中的小而具有奇特的形狀的部件顯得太寬，尤其在所需要的40公分的噴涂距離時(shí)更是如此，且由于粉末料是從側(cè)面注入的(“目標(biāo)點(diǎn)偏離”)使噴涂流偏斜。還存在再現(xiàn)性問題，而且為了使物料完全熔化需用84千瓦的功率，因而需要大量的冷卻。涂復(fù)奇特形狀的結(jié)構(gòu)需機(jī)器人型的處理設(shè)備，這對室內(nèi)噴涂是一個難題。
因此本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)的熱噴槍和不需要惰性氣體氣氛室、對會氧化的熱噴涂材料提供一種噴涂低氧化物涂層的噴涂方法;提供一種高速燃燒粉末熱噴涂的改進(jìn)的方法和裝置;提供一種燃燒線材料熱噴涂的改進(jìn)的方法和裝置，尤其是以高速度噴涂的方法和裝置;和提供一種方法和裝置，可用以以合理費(fèi)用產(chǎn)生低氧化物，且密而粘著力強(qiáng)的熱噴涂層。
本發(fā)明的前述和其它目的是通過使用一種新穎的熱噴槍實(shí)現(xiàn)的。使用這種噴槍可以用易氧化的材料噴涂出低氧化物的涂層，該槍包含產(chǎn)生燃燒生成物和呈微粒形式的熱可熔材料的超聲速噴流的燃燒槍裝置;產(chǎn)生一鄰接地包圍該噴流的第一惰性氣體屏蔽包覆流的屏蔽包覆氣流裝置;產(chǎn)生一鄰接地包圍該第一包覆流的第二燃燒氣體包覆流的燃燒包覆流裝置;和產(chǎn)生一個鄰接地包圍該第二包覆流的第三惰性氣體包覆流的惰性氣體包覆流裝置。
在一優(yōu)選的實(shí)施例中，該槍是一種粉末料熱噴槍，它包含一個具有噴嘴面的噴嘴部件;從噴嘴部件延伸的第一氣帽，它有一個面向里的圓柱形的壁，圓柱形壁形成一燃燒室，具有將燃燒生成物以超聲速噴入環(huán)境大氣中的開口端和一個以噴嘴面為界的對置端?？扇?xì)怏w裝置將可燃?xì)怏w和氧氣的可燃混合物的第一環(huán)流，從噴嘴部件以一定壓力同軸地注入燃燒室，其中的壓力足以將混合物的燃燒生成物以超聲速從開口端噴出。屏蔽包覆氣流裝置將惰性氣體的第一環(huán)流、緊貼圓柱形壁、在可燃混合物環(huán)流的徑向外側(cè)注入。饋料裝置將熱熔性粉末料從噴嘴部件，在可燃混合物的徑向內(nèi)側(cè)送入燃燒室。從而有一個包含粉末料的超聲速噴流，經(jīng)過開口端噴出。燃燒包覆流裝置，將燃燒氣體的第二環(huán)流，緊貼地包圍噴流從開口端朝前射出。惰性氣體包覆流裝置，將惰性氣體的第三環(huán)流緊貼地包圍第二環(huán)流從開口端朝前射出。
這些目的也通過一種以可氧化的材料噴涂低氧化物涂層的方法來實(shí)現(xiàn)。此方法包含燃燒槍裝置，它產(chǎn)生一超聲速的燃燒生成物和熱熔性材料的噴流;屏蔽包覆流裝置，它將鄰接地包圍該噴流的惰性氣體的第一包覆流射出;燃燒包覆流裝置，它引導(dǎo)燃燒氣體的第二包覆流，鄰接等包圍第二包覆流;惰性氣體包覆流裝置，它引導(dǎo)惰性氣體的第二包覆流，鄰接地包圍第二包覆流;最后將噴流向基片以在其上產(chǎn)生涂層。
在本方法的優(yōu)選實(shí)施例中，使用了一種粉末料熱噴槍，它包含一個具有噴嘴面的噴嘴部件;從噴嘴部件延伸的第一氣帽，它有一個面向里的圓柱形的壁，圓柱形壁形成一燃燒室，具有一開口端，經(jīng)此將燃燒生成物以超聲速噴入環(huán)境大氣中和一個以噴嘴面為界的對置端。該方法包含將可燃?xì)怏w和氧氣的可燃混合物的第一環(huán)流，從噴嘴部件以一定壓力同軸地注入燃燒室，其中的壓力足以將混合物的燃燒生成物，以超聲速從開口端噴出;將惰性氣體的第一環(huán)流，緊貼圓柱形壁，從可燃混合物的環(huán)流的徑向外側(cè)注入;將粉末料從噴嘴部件，在可燃混合物的徑向內(nèi)側(cè)送入燃燒室;由此一個包含細(xì)分形式的熱熔性材料的超聲速噴流，經(jīng)過開口端噴出。燃燒氣體的第二環(huán)流鄰接地包圍著噴流，從開口端向前引出，惰性氣體的第三環(huán)流鄰接地包圍第二環(huán)流從開口端向前引出，最終噴流噴向基片，以在其上產(chǎn)生一涂層。
前面的和其它的本發(fā)明目的也可用一種用于噴涂可氧化材料的低氧化物涂層的新穎線材熱噴槍來實(shí)現(xiàn)，該槍包含一個具有噴嘴面的噴嘴部件;從噴嘴部件延伸的第一氣帽，它有一個面向里的圓柱形的壁，形成一燃燒室，具有一開口端，以便將燃燒生物物噴入環(huán)境大氣中和一個以噴嘴面為界的對置端?？扇?xì)怏w裝置將可燃?xì)怏w和氧氣的可燃混合物的第一環(huán)流，從噴嘴部件同軸地注入燃燒室燃燒，以便將混合物的燃燒生成物從開口端噴出。屏蔽包覆流裝置將惰性氣體的第一環(huán)流、緊貼圓柱形壁、在可燃混合物的環(huán)流的徑向外側(cè)注入。饋料裝置將熱熔性熱噴涂線材從噴嘴部件的軸線方向上送入燃燒室，在可燃混合物徑向內(nèi)側(cè)，直到形成線材尖端點(diǎn)為止，由此包含細(xì)分形式熱熔性材料的噴流，由燃燒生成物和第一環(huán)流將其從開口端噴出。燃燒包覆流裝置引導(dǎo)燃燒氣體的第二環(huán)流鄰接地包圍著噴流從開口端向前運(yùn)動。惰性氣體包覆流裝置引導(dǎo)惰性氣體的第三環(huán)流鄰接地包圍著第二環(huán)流從開口端向前運(yùn)動。
本發(fā)明的目的也可用燃燒槍噴涂可氧化材料的低氧化物涂層的方法來實(shí)現(xiàn)，所用的燃燒槍包括具有噴嘴表面的噴嘴部件;從噴嘴部件延伸的第一氣帽，它有一個面向里的圓柱形的壁，圓柱形壁形成一燃燒室，具有一開口端，以便將燃燒生成物噴入環(huán)境大氣中和一個以噴嘴面為界的對置端。該方法包含將可燃?xì)怏w和氧氣的可燃混合物的第一環(huán)流，從噴嘴部件同軸地注入燃燒室并燃燒混合物，使所產(chǎn)生的壓力足以將混合物的燃燒生成物從開口端噴出;將惰性氣體的第一環(huán)流，緊貼圓柱形壁，從可燃混合物的環(huán)流的徑向外側(cè)注入;把熱熔性熱噴涂線材經(jīng)噴嘴部件送入燃燒室，在可燃混合物的徑向內(nèi)側(cè)，由此包含細(xì)分形式的熱熔性材料的噴流從線材處噴出。該方法進(jìn)一步包含引導(dǎo)燃燒氣體第二環(huán)流鄰接地包圍噴流從開口端向前噴出;引導(dǎo)惰性氣體的第三環(huán)流鄰接地包圍第二環(huán)流從開口端向前噴出;和最終將噴流噴向基片在其上產(chǎn)生涂層。在一最佳實(shí)施例中，可燃混合物以足夠的壓力注入，以便以超聲速噴出噴流。


圖1是用于本發(fā)明的熱噴槍的正視圖。
圖2是沿圖12-2線的剖視圖。
圖3是圖2的前端部分的放大圖。
圖4是沿圖1中4-4線的剖視圖和相應(yīng)的粉末料饋給系統(tǒng)的略圖。
圖5是按照本發(fā)明產(chǎn)生超聲速噴流的圖1的略圖。
圖6是結(jié)合本發(fā)明的熱噴槍的垂直剖視圖。
圖7是圖6前端部的放大圖。
對于粉末料熱噴涂，使用本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的熱噴裝置公開在1988年5月11日遞交的共同待批專利申請No.193030，即現(xiàn)在已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的美國專利No.4865252中，現(xiàn)詳細(xì)描述如下。該裝置圖示在圖1中，圖2是其水平剖示圖。其中的熱噴槍10具有一氣體頭12，其上裝有氣帽14;一閥門部件16，用來將燃料、氧氣、和惰性氣體供給該氣體頭;和手柄17。該閥門部件16具有一用于提供氣體燃燒的軟管接頭18;一用于提供氧氣的軟管接頭19;和一用于提供惰性氣體的軟管接頭20。這三個接頭通過軟管分別連接到可燃?xì)怏w源21、氧氣源22和惰性氣體源24。圓柱形閥26中的孔25控制各自通過它們的接頭進(jìn)入槍體的氣流。閥和有關(guān)部件，可以是例如具有美國專利No.3530892中所述的那種類型，它包含一對閥桿27和用于每個氣流部分的密封裝置，該密封裝置包含柱塞28、彈簧29和“O”的形環(huán)30。
一圓柱形虹吸插塞31安裝在氣體頭12中的相應(yīng)孔31內(nèi)，其上多個。稀斃位32用作氣體密封。該虹吸插塞中設(shè)有具有中心通道34的中心管33。該管安裝在擰入虹吸插塞后部的夾件37上，且軸向地進(jìn)入槍體12中。其中，虹吸插塞還有環(huán)槽35和環(huán)槽36，且具有多個相互連接的通道38(圖中畫出兩個通道)。當(dāng)圓柱形閥26處于如圖2所示打開位置時(shí)，氧氣由軟管40通過它的接頭19和閥26進(jìn)入通道42，由此它流入槽35且通過通道38。有一同樣的結(jié)構(gòu)安排使氣體燃料從源21和軟管46經(jīng)接頭18、閥26和通道48進(jìn)入槽36，與氧氣混合，且作為可燃混合物經(jīng)過與通道38對準(zhǔn)的通道50進(jìn)入環(huán)形槽52。該環(huán)形槽52將混合物饋入噴嘴件54后面部分中的多個通道53。
細(xì)節(jié)請參看圖3。圖中噴嘴件54由通常的管形內(nèi)部構(gòu)件55和管形外層構(gòu)件56組成。(在本文及權(quán)利要求書中，“內(nèi)部”指朝向軸而“外部”指離開軸。“朝前”和“前向地”指朝著槍的開口端;“后面”、“朝后”和“向后地”指相反方向。)外層構(gòu)件56形成一外環(huán)孔裝置，它將環(huán)流狀的可燃混合物注入燃燒室。該外環(huán)孔裝置最好包含一個向前的環(huán)形開口57，該開口具有以內(nèi)部構(gòu)件的外壁58為界的徑向向內(nèi)的內(nèi)側(cè)。從通道53通向環(huán)形開口的孔系統(tǒng)可以是多個弧形間隔的孔，但最好是一個環(huán)形孔59。
從槽52流出的可燃混合物于是通過孔(或多個孔)59而產(chǎn)生環(huán)流，該環(huán)流在環(huán)形開口57中點(diǎn)燃。一噴嘴螺母60將噴嘴54和虹吸插塞31固定在氣體頭12上。另外兩個“O”形環(huán)設(shè)置在噴嘴54和虹吸插塞31之間以形成氣密封。燃燒器噴嘴54延伸入氣帽14，氣帽14由固定環(huán)64固定在位并從噴嘴向前延伸。
噴嘴部件54也設(shè)有用于載在載體氣體中的粉末的軸向孔62，從管形的通道34向前延伸。粉末料也可以通過接近槍軸63的小直徑孔環(huán)注入(圖中未畫出)。參看圖1和圖4，一斜通道64從管33的后面向后延伸到粉料接頭65。饋送軟管66和中心孔62可接受來自粉料饋給器67的粉末料，該粉末料載在通過饋送軟管66來自一個壓縮氣源68的氣體如氮或氬的載體氣體中。粉料饋給器67具有一般的或所需類型，但必須能在足夠高的壓力下傳送載體氣體，以便將粉料送入槍10中的室82，這種饋給器可以是如現(xiàn)在已讓給本轉(zhuǎn)讓人的、1988年10月21日申請的共同待批專利申請No.260625中所述的饋給器。
回過頭來再看圖2和圖3。惰性氣體從源24和軟管69經(jīng)過它的接頭20、圓柱形閥26和通道70到達(dá)固定環(huán)64的內(nèi)部的空間71。噴嘴螺母60中的橫向開口72使氣帽14中的圓柱形燃燒室82與空間71連通，以便氣體可從空間71經(jīng)這些橫向開口72，再作為外屏蔽包覆流通過環(huán)形槽84，它處于噴嘴54的外表面和面向里的圓柱形壁85之間，該壁85是形成燃燒室82的壁86向后的延伸部分，環(huán)形槽84以燃燒室82為出口。該氣流作為第一包覆流繼續(xù)通過室82，與內(nèi)流混合且從氣帽14中的開口端88流出。室82的相對端(后端)以噴嘴54的面89為界。
燃燒室82最好從噴嘴向前以某個角度向軸傾斜，最佳角在約2°和10°之間，例如5度。由壁85形成的槽84也向前以某個角度向軸傾斜，最佳角約在12°和16°之間，例如14.5°，進(jìn)而，槽84應(yīng)該有足夠的長度以便環(huán)形包覆流能充分形成，例如其長度可與燃燒室長102相當(dāng)，但至少大于這長度102的一半。另外，燃燒室也應(yīng)該以小于槽84的某個角度以噴嘴54向前傾斜，最佳角在約8°至12°之間，如10°不到一點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)提供一個相對于燃燒室收斂的氣體流，使堆積于燃燒室壁的粉料減至最少。
惰性氣流的流量(流速，下同)可以用如向后的狹孔92在槽84的上流來控制，或另外用流量調(diào)節(jié)器來控制。例如，在1.5厘米的圓上，槽長為8毫米，槽寬為0.38毫米，輸?shù)綐尩臍鈮?源24)為4.9kg/cm2(70磅/平方英寸)，以在燃燒室82中產(chǎn)生具有壓力為4.2kg/cm2(60磅/平方英寸)流速為425 l/分鐘的總氣流。當(dāng)閥26(圖2)如前面美國專利No.3530892中所述，在對準(zhǔn)泄放孔的點(diǎn)燃位置時(shí)，閥26中的氣孔90允許氣流流過供點(diǎn)燃之用，而上面指出的角度和尺寸對于這種點(diǎn)燃是很重要的。(閥26中用于點(diǎn)燃的氧氣和燃料的泄放孔，與空氣孔90的情況類似，圖中未畫出)。
噴嘴部件54的內(nèi)部構(gòu)件55中有多個并行內(nèi)孔91(如8個內(nèi)孔，直徑為0.89毫米)設(shè)在螺栓分布圓上(如直徑為2.57毫米)，它在從噴嘴的孔62發(fā)射出的中心粉末料的四周提供一個環(huán)狀內(nèi)屏蔽包覆惰性氣體流。這種內(nèi)屏蔽包覆流對于減少粉料在壁86上產(chǎn)生堆積的傾向是非常起作用的。這種屏蔽包覆流可以方便地從通道70取得。經(jīng)管道93(圖2)到環(huán)繞虹吸插塞31的后部的環(huán)槽94和夾件37，至少一個孔96進(jìn)入與管道33相鄰的環(huán)狀空間98。最好至少有三個這樣的孔96在圓弧上等分設(shè)置，以便提供足夠的氣體使渦流減至最小，這種渦流會有害地將粉料向外旋向燃燒室82的壁86上。這種內(nèi)屏蔽包覆流應(yīng)該在外屏蔽包覆氣流的流量(速)的1%和10%之間，最好約2%至5%之間，例如約3%左右。該內(nèi)屏蔽包覆流也可獨(dú)立于外屏蔽包覆流單獨(dú)調(diào)節(jié)，以便更好地控制。
通過使噴嘴部件的內(nèi)部構(gòu)件55(圖3)伸入燃燒室82時(shí)，比外部構(gòu)件56伸得更前面，如圖2和圖3中所描繪的那樣，粉末料堆積的幾率被進(jìn)一步減小。燃燒室長度102可定為從噴嘴面89到開口端88的最短距離，即從噴嘴的最前點(diǎn)到開口端88的距離。內(nèi)部構(gòu)件的最前點(diǎn)最好從外部構(gòu)件56向前突出燃燒室的長度的約10%至40%之間的距離，例如突出30%的距離。
一個內(nèi)部構(gòu)件的優(yōu)選結(jié)構(gòu)描繪在圖2和圖3中。參看噴嘴的內(nèi)部構(gòu)件55的外壁58，它形成了一環(huán)形開口57，這種壁58應(yīng)該從環(huán)形開口處以一向內(nèi)彎向軸的曲率向前延伸。該曲率最好是均勻一致的，例如，如圖中所示，該曲率基本上在內(nèi)部構(gòu)件58上形成一半球面89。這樣的結(jié)構(gòu)將使燃燒火焰被向內(nèi)吸，從而使氣流離開燃燒室壁86。
作為采用本發(fā)明的熱噴槍的更詳細(xì)描述的實(shí)例，虹吸插塞31有8個各為1.5毫米氧氣通道38，以便有足夠的氧氣流入，且有1.51毫米直徑的通道50用于氣體混合。在這噴嘴頭中，中心孔62為3.6毫米直徑，氣帽的開口端88離噴嘴的面(長度102)是0.95厘米。因此也夾帶粉末料的燃燒室82是相當(dāng)短的，且通常應(yīng)該在開口端88的直徑的一至兩倍之間。
按照本發(fā)明，安裝在氣帽上且從那兒向前的是又一氣帽組件104，它增加了包圍噴槍流及其第一包覆流的氣流。在圖2和圖3的實(shí)施例中，該組件包含第二氣帽106和緊固環(huán)108。為了便于制作，這第二氣帽由四個部件組成，通過釬焊、螺釘、“O”形環(huán)(為清楚而未畫出)等傳統(tǒng)方法將它們連接在一起并加以密封。但是，該帽子和夾緊環(huán)通常也可按實(shí)際需要采取其他結(jié)構(gòu)，且把它們與第一氣帽14和/或槍的其余部分相連。
第二氣帽的部件之一是過渡環(huán)(接合環(huán))110它裝在第一氣帽14上，且形成第一氣帽14的一部分;該環(huán)110和氣帽14也可以形成一個整體件。在本實(shí)施例中，環(huán)110通過緊固環(huán)108安裝到帽14上，在采用過渡環(huán)110時(shí)，固緊環(huán)108可具有縫112(圖1和圖4)且包含緊固螺釘114。圓柱形中間部件116朝前安裝在過渡環(huán)110上且用“O”形環(huán)118與其密封。
一墊圈形狀的前向件120與中間部件相連。
中間部件和一插入件146一起在第二氣帽中形成一個中心前室122。
室122的內(nèi)直徑應(yīng)取第一氣帽開口端88直徑的約一至三倍，且等于前室122的內(nèi)部長度的一至兩倍。該前室有一個前向出口124。
中間部件116由第一法蘭盤(突緣)126與過渡環(huán)110隔開得足以形成一個薄的環(huán)形孔128，例如0.4毫米那么厚。該環(huán)形孔徑中間部件中的第一通道130、互連的第一和第二外側(cè)槽132、134、安裝在緊固環(huán)108上的第一氣體連接器136和連接于壓縮可燃?xì)怏w源140的軟管138來接受可燃?xì)怏w如丙烷?？?28徑向地通向與開口端88鄰接的室122。
前向件120以同樣的方法用第二連接法蘭盤(突緣)142與中間部件隔開，從而形成通道槽144。環(huán)形插入物146向前固定在中間部件中，并有一空間，形成一環(huán)形開孔150，在與出口124鄰接的第二氣帽的前向面152中有一開口端151?？?50與槽144聯(lián)通。共軸孔150例如厚約0.3毫米。前向件120最好有一碟形面154，插入件146稍微從蝶形面154伸出，連通槽144經(jīng)中間部件中的第二通道158、第三外側(cè)槽160、第二氣體連接器162和軟管164，接受來自壓縮氣源156惰性氣體如氮、氬或氦。可以看出，前向氣帽可以更多地與槍體構(gòu)成整體，使槍中有附加的通道能將氣體連接器136、162移置到槍的后部，或到第二氣帽的氣體可從到第一氣帽的氣流中引流過來。
在操作中，供給燃燒室82的每種氣體都要有足夠高的壓強(qiáng)，如至少是環(huán)境氣壓的兩個大氣壓以上(表壓)，它用通常的點(diǎn)火器如火花器點(diǎn)燃，使燃燒的氣體流以超聲噴流的形式夾帶著粉末料從開口端噴出。燃燒產(chǎn)生的熱熔化或至少軟化粉末材料，以便在基片(質(zhì))上噴涂上涂層。應(yīng)該可以看到菱形激波168(圖3和圖5)。由于環(huán)流結(jié)構(gòu)，為了得到超聲流沒有必要使用擴(kuò)展型噴嘴出口。
按照本發(fā)明，主要燃料氣體最好用丙稀，或丙炔-丙二稀氣體(“MPS”)。這些氣體允許產(chǎn)生較高速的噴流且能獲得優(yōu)良的涂層。例如用丙稀或MPS，以壓強(qiáng)約7公斤/平方厘米(100磅/平方英寸表壓)(大氣壓以上)和71l/分鐘(150標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/小時(shí))流速輸送到槍內(nèi)，氧氣為10公斤/平方厘米(140磅/平方英寸)和307l/分鐘(650標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/小時(shí))，和內(nèi)部惰性氣體為5.6公斤/平方厘米(80磅/平方英寸)和283l/分鐘(600標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/小時(shí))，在噴流中沒有粉末流時(shí)至少可見8個菱形激波，待噴涂上涂層的基片(質(zhì))170的位置最好是在如圖5中所示可以看到第四或第五個整個菱形激波的位置，即約9厘米的噴涂距離。對于丙稀或MPS，其流速范圍約為47至94l/分鐘(100至200標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/小時(shí))。如果用氫氣的話，其流速應(yīng)在約283至850l/分鐘(600至1800標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/小時(shí))之間。
環(huán)形孔氣流裝置128提供一個燃燒氣體包覆流174，作為第二環(huán)形燃燒氣流延伸，從開口端88向前包圍超聲噴流166。同樣，環(huán)形孔氣流裝置150提供一個惰性氣體包覆流176，作為第二環(huán)形惰性氣流延伸，從開口端向前包圍處于內(nèi)超聲流外側(cè)的第二燃燒氣流174。該燃燒氣體包覆流的流速最好在約38至94l/分鐘(80至200標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/小時(shí))之間，如66l/分鐘(140標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/小時(shí))，而惰性氣體包覆流在94和472l/分鐘之間(200和1000標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/小時(shí)之間)，如354l/分鐘(750標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/小時(shí))。外側(cè)惰性氣體包覆流基本上屏蔽噴流，而內(nèi)燃燒氣體包覆流則從穿過外側(cè)包覆流的空氣中得到氧氣。
本發(fā)明的前氣帽也適用于其它超聲波熱噴槍，如前述專利No.4416421中所述的噴槍。
作為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例，舉出一種基本上由17%的鉻、12.5%的鋁、23%的鈷、0.45%的釔和其余為鎳組成的合金粉末料，用上面所述的粉料噴槍裝置將其噴涂到飛機(jī)透平發(fā)動機(jī)部件上，涂層厚度為0.1毫米到3毫米。同樣鎳和鎳鈷合金也可噴涂。這種涂層-雖然質(zhì)量上不盡相同-估計(jì)有足夠的密度和無氧化物，可以滿意地替代在低壓室中對這種部件的等離子噴涂。采用本發(fā)明的涂層成本低，還能擺脫噴涂的各種問題。
噴流將以與燃燒生成物，任何剩余未燃燒氧氣或燃料氣體和載體氣體的總流速相等的速度從內(nèi)部氣帽中噴出，并且將夾帶第一環(huán)形流。例如用上面提到的較佳氣體參數(shù)、噴流的氣體流速可達(dá)到3541/分鐘(750標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/小時(shí))。第一包覆流應(yīng)該有一個惰性氣體流其流速至少是噴流氣流流速的10%左右。第二包覆流應(yīng)該有一個惰性氣體流其流速至少是噴流氣流流速的80%左右。而且惰性氣體流流速應(yīng)該是燃燒氣體流流速的25%至135%之間。
對于圖6中的線材槍噴涂，熱噴槍210有一個氣體頭212，其上裝在氣帽214，還有閥裝置216，用于燃料、氧氣和空氣的控制。該閥裝置有一個軟管接頭218用于連接燃料氣體。兩個其它的用于氧氣和空氣的接頭(未畫出)與接頭218橫向間隔排列，即放在圖6平面的上面和下面。三個接頭各自通過軟管連到燃?xì)庠?20、氧氣源222和空氣源224。一圓柱形閥226分別控制這些氣體從各自的接頭流入槍內(nèi)的流量。
一圓柱形虹吸插塞228安裝在氣體頭中對應(yīng)的孔中，且有多個“O”形環(huán)230設(shè)在其上以保持氣體密封。虹吸插塞設(shè)有中心通道232，還設(shè)有環(huán)形槽234和另一個環(huán)形槽236，且具有多個內(nèi)部互連的通道238(圖中只畫出兩個)。當(dāng)圓柱形閥226處于開啟位置時(shí)，如圖所示，氧氣由軟管240經(jīng)它的接頭(未畫出)和閥226進(jìn)入通道242(畫出一部分)，從那里它流進(jìn)槽234且流經(jīng)通道238。
一基本上相同的裝置使燃?xì)鈴脑?20和軟管246通過接頭218、閥226和通道248流入槽236，與氧氣混合，且作為可燃混合物通過與通道238對準(zhǔn)的通道250進(jìn)入環(huán)形槽252。環(huán)形槽252與噴嘴部件254的后表面上的相應(yīng)的環(huán)形槽對齊，該噴嘴部件254上設(shè)有環(huán)形孔，或最好是等間隔設(shè)置的燃燒器環(huán)孔256，其出口在與氣體帽214共軸的噴嘴的面258上的圓形位置上。來自對齊的槽252的可燃混合物通過孔256產(chǎn)生一個環(huán)流且在噴嘴254的面258處被點(diǎn)燃。一噴嘴螺母260把噴嘴254和虹吸插塞228固定在氣體頭212上。另外兩個“O”形環(huán)261按傳統(tǒng)方法設(shè)置在噴嘴和虹吸插塞之間以保持氣體密封。
噴嘴部件254也設(shè)有一軸向孔262，向前延伸形成通道232的繼續(xù)，供噴線材263之用，線材從槍210的后面饋入。燃燒器噴嘴254伸入氣帽214，該氣帽214用護(hù)圈環(huán)(固定環(huán))264固定在位且從噴嘴向前延伸。
一惰性氣體如氮從源224和軟管265經(jīng)過它的接頭(未畫出)，圓柱體閥226、和通道266(只畫出一部分)，到護(hù)圈環(huán)(固定環(huán))264內(nèi)部的空間268。噴嘴螺母260中的橫向開口270溝通了空間268與氣帽214中的圓柱形燃燒室282，因而氣體可作為外屏蔽包覆流從空間268經(jīng)過這些橫向開口270，然后通過噴嘴254的外表面和面朝里的形成燃燒室282的圓柱形壁86之間的環(huán)形狹縫284，作為外環(huán)流通過室282最后從氣帽214中的開口端288流出。室282的對置的內(nèi)端以噴嘴254的面258上為界。
線材263和中心通道232的外壁之間的環(huán)形空間300，提供一個環(huán)形惰性氣體的內(nèi)屏蔽包覆流，圍繞從噴嘴延伸的線材。這一內(nèi)屏蔽包覆流阻止熾熱氣體沿線材回流且對減少噴料在壁286上的堆積有重要作用。該屏蔽包覆氣體可以方便地從供應(yīng)空間268的氣體中分出，經(jīng)導(dǎo)管302到虹吸插塞228后部中的環(huán)形槽304至少一個孔306進(jìn)入線材263和虹吸插塞228之間的環(huán)形空間300。最好至少三個這樣的孔306在圓弧上等間隔設(shè)置，以便提供足夠的氣體使將粉料向外旋向室282的壁286上的渦流減至最小。虹吸插塞后面的襯套307緊緊地包圍著線材263，使氣體的泄漏減至最小。內(nèi)屏蔽包覆流應(yīng)該在外屏蔽包覆流流速的約10%至20%之間，如約15%。內(nèi)屏蔽包覆流也可以獨(dú)立于外包覆流單獨(dú)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便更好地進(jìn)行控制。
后殼體294包含對線材263的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。一個傳統(tǒng)的電動機(jī)或空氣渦輪機(jī)(未畫出)驅(qū)動一對滾輪295，該滾輪有嚙合的連接器機(jī)構(gòu)296能與線材263嚙合。一手柄298或機(jī)器安裝裝置可連接到后殼體上。
作為采用本發(fā)明的熱噴槍的例子，舉出將彼金-埃爾默公司、威士特伯里、N.Y.出售的美特克(Metco)型12E線材槍與一EC氣帽或丁氣帽和丙烷噴嘴一起配合使用。這種氣帽適用于后面要描述的氣帽裝置310。該線材槍可按傳統(tǒng)方式工作?；蛘撸谝蛔罴褜?shí)施例中，該槍作了修改以便作超聲速噴涂。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，對一5號虹吸插塞作了修改，即將氧氣通道238擴(kuò)至1.5毫米使氧氣流增加，且孔306擴(kuò)至1.0毫米以增加內(nèi)部空氣流。噴嘴在一個直徑為5.6毫米的圓上有10個孔，每個孔直徑為0.89毫米，以便讓可燃混合物進(jìn)入燃燒室。在這種氣體頭中，噴嘴254和氣帽214間的環(huán)形空氣縫284為0.5毫米寬，中心孔262直徑為3.3毫米用于3.175毫米的線材。氣帽的開口端距噴嘴面為6.4毫米。
安裝在氣帽214上和從那兒向前的是另一氣帽裝置310，用以增加包圍噴流束及其第一包覆流的氣流。在圖6和圖7的實(shí)施例中(圖7為圖6的詳細(xì)描述)，該裝置包含一個中間部件312、形成一第二氣帽，此外還包括一緊固環(huán)308。為了使制作方便起見，第二氣帽由四個部件組成，此四個部件通過傳統(tǒng)的釬焊、螺釘、“O”形環(huán)或類似物(為清晰起見未畫出)等連接在一起并加以密封。然而氣帽和緊固環(huán)可以取任何實(shí)際需要的構(gòu)造并連接到第一氣帽214和/或槍的其余部分上。
氣帽裝置310的另一個部件是裝在第一氣帽214上的一個適配環(huán)311，它有效地構(gòu)成第一氣帽的一部分;環(huán)311和帽214也可以由同一件構(gòu)成。在本實(shí)施例中，環(huán)是用緊固環(huán)308安裝在帽214上的，采用這種適配環(huán)時(shí)，緊固環(huán)308可以具有一槽縫及緊固螺釘(未畫出)。一圓柱形中間部件316朝前安裝在適配環(huán)上，且用“O”形環(huán)318使中間部件316密封其上。一墊圈形前向件320與中間部件相連。
中間部件和其中的插入件346一起構(gòu)成第二氣帽，并在第二氣帽中有中心前室322。室322的內(nèi)直徑應(yīng)該是第一氣帽的開口端288的直徑的約一至三倍之間，且等于前室322的內(nèi)部長度的一至兩倍。該前室有一個前向出口324。
中間部件316由第一法蘭盤(突緣)326與適配環(huán)311間隔開，以形成一個薄的環(huán)形孔328，其厚度例如為0.4毫米。該環(huán)形孔經(jīng)中間部件中的第一通道330、互連的第一和第二外側(cè)槽332、334、安裝在緊固環(huán)308上的第一氣體連接器336和連接于壓縮可燃?xì)怏w源340的軟管338來接受可燃?xì)怏w如丙烷，孔328徑向地通向與開口端288鄰接的室122中。
前向件320以同樣方式用第二連接法蘭盤(突緣)342與中間部件316間隔開，從而形成通道槽344。環(huán)形插入物346向前固定在中間部件中，并有一空間，以提供一環(huán)形孔350，該孔在與出口324鄰接的第二氣帽321的前向面352中具有開口端351?？?50與槽344溝通。共軸的孔350例如厚為0.3毫米。前向件320最好有一碟形面354，插入件346稍微從碟形面354突出，連接槽344經(jīng)中間部件中的第二通道358、第三外側(cè)槽360、第二氣體連接器362和軟管364，接受來自壓縮氣源356的惰性氣體如氮、氬或氦。可以看出前向氣帽可以和槍體構(gòu)成進(jìn)一步的整體，使槍中的附加通道能將氣體連接器336、362移置到槍的后部，或者到第二氣帽的氣體可從流到第一氣帽的氣流中分流而得。
環(huán)形孔氣流裝置328提供一個燃燒氣體包覆流374，它作為第二環(huán)形燃燒氣流延伸，從開口端288向前包圍著超聲噴流366。同樣，環(huán)形孔氣流裝置350提供一個惰性氣體包覆流376，它作為第二環(huán)形惰性氣流延伸，從開口端向前包圍著處于內(nèi)部超聲流外側(cè)的第二燃燒氣流374。
線材或棒材在用作熱噴線料時(shí)應(yīng)該有通常的尺寸和精度容差，如其尺寸可在6.4毫米至2.3毫米間變化(20線規(guī))。線材或棒材可按傳統(tǒng)方式如拉制而成，或可用粉料燒結(jié)而成，或通過有機(jī)粘結(jié)劑或其他適合的粘結(jié)劑粘結(jié)而成，這種粘合劑在加熱區(qū)的溫度下會分離，因此能釋放粉料以細(xì)分的形式實(shí)現(xiàn)噴涂。
供給圓柱形燃燒室的每種氣體必須有足夠高的壓強(qiáng)，如至少比環(huán)境氣壓高出兩個大氣壓，可以用通常的點(diǎn)火裝置例如用火花裝置點(diǎn)火，結(jié)果可燃?xì)怏w與空氣混合以夾帶粉末的超聲流的形式從開口端射出。燃燒產(chǎn)生的熱將熔化線料的端部，而氣體的壓力和速度使熔化的金屬霧化并以高速向前噴出而在基質(zhì)(片)上涂上一層涂層。尤其當(dāng)槍中不帶線材料時(shí)，應(yīng)可清楚見到菱形激波。由于環(huán)流構(gòu)造，不需要擴(kuò)張型的噴咀出口就能獲得超聲流。
根據(jù)本發(fā)明的超聲實(shí)施例，線料速度調(diào)節(jié)得使線料端部299處于貼近開口端288的位置，這明顯地不同于在傳統(tǒng)線材槍操作中超出氣帽一個約等于開口直徑的距離的那種情況。與傳統(tǒng)線材槍相比，氧氣和可燃?xì)怏w流在通過狹縫284的外屏蔽包覆氣流的流量中所占的比例應(yīng)該較高。其原因是霧化的任務(wù)是由通過開口288的燃燒生成物的高速超聲流來承擔(dān)的。線料尖端299貼近開口288平面的這種方式的霧化是最有效的，最好在開口直徑的25%以內(nèi)。
用氧氣流作為對燃燒生成物流的量度，氧氣的流速應(yīng)至少為外屏蔽包覆氣流的80%左右，最好在90%和100%之間，如氧氣流速為340l/分鐘而外包覆氣流為357l/分鐘，相當(dāng)于氧氣為外包覆氣流的95%，而用MPS氣體和氧氣進(jìn)行工作的傳統(tǒng)線材槍，其氧氣流速為83l/分鐘，外包覆氣流速為623l/分鐘，即氧氣與外包覆氣體(在普通線材槍中一般為空氣)相比為14%。氧氣通道應(yīng)具有這樣的橫截面積和長度，以便有適當(dāng)?shù)臍饬髋c燃燒氣體混合，在進(jìn)入燃燒室時(shí)至少有兩個大氣壓，最好是3個大氣壓。外屏蔽包覆流應(yīng)同樣是如此，以便通過與氧氣相應(yīng)的適當(dāng)氣流;傳統(tǒng)的線材槍流也適用于非超聲速噴涂。燃燒氣體與氧氣的配比一般接近理想配比。
本發(fā)明的優(yōu)選燃燒氣體是丙烯氣體和丙炔-丙二烯氣體(“MPS”)。這些氣體都能提供相當(dāng)高的噴流速度且能得到優(yōu)良的涂層。例如當(dāng)使用丙烯或MPS，且其進(jìn)入槍內(nèi)的壓強(qiáng)為約7公斤/厘米2(表壓100磅/英寸2)(在大氣壓強(qiáng)以上)，氧氣在10.5公斤/厘米2(表壓150磅/英寸2)，以及空氣在5.6公斤/厘米2(表壓80磅/英寸2)時(shí)，如在噴流無線材饋給，則至少看到8個菱形激波。對于“硬”線材(鋼、青銅、鉬等)，噴涂距離應(yīng)約為13厘米，對于“軟”線材(鋅、鋁等)則為20-30厘米。
包覆流基本上與所述粉料噴流相同。燃燒氣包覆氣流的流速最好約在38至94l/分鐘之間，如66l/分鐘，對于惰性氣體包覆流約在94至472l/分鐘之間，如354l/分鐘。外側(cè)惰性氣包覆流基本上屏蔽噴流，而內(nèi)燃燒氣體包覆流則從穿透外包覆流的空氣中獲得氧氣。一般說來，第一包覆流至少應(yīng)有約為噴流流速的10%的燃燒氣體流流速。第二包覆流也至少應(yīng)有約為噴流流速的80%的惰性氣流流速。而且惰性流流速應(yīng)約為燃燒氣流流速的25%至135%之間。
作為本發(fā)明的應(yīng)用實(shí)例，一種鎳合金線材基本上包含17%的鉻、其余為鎳，用上面所述粉料噴涂裝置將其噴涂到飛機(jī)透平發(fā)動機(jī)部件上，厚度為0.1毫米至3毫米。類似的鎳和鎳鈷合金也可以噴涂。所得涂層雖然特性不盡相同，但可期望得到足夠的密度和無氧化，可滿意替代在低壓室中對這些部件的等離子噴涂。而且，涂層成本低廉得多，且能擺脫室內(nèi)噴涂的各種問題。
從內(nèi)部氣帽中噴出的噴流其標(biāo)準(zhǔn)化流速等于燃燒生成物、任何過剩的未燃燒的氧氣或燃料氣體和載體氣體的總流速，而且噴流束將夾帶第一環(huán)流。例如用上面所述的優(yōu)選氣體參數(shù)，能實(shí)現(xiàn)354l/分鐘的噴流速度。
用本發(fā)明的裝置和方法產(chǎn)生的涂層有多種用途而對燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動機(jī)尤為合適。這樣的應(yīng)用包含對在燃燒部分中的陶瓷的合金涂層和耐磨密封涂層;與密封相接觸的漿葉平臺(尖端);漿葉根部;和機(jī)翼上的薄涂層等。
雖然本發(fā)明是聯(lián)系具體的實(shí)施例在上面作詳細(xì)描述的，但在本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和所附權(quán)項(xiàng)范圍內(nèi)的各種變化和修改，對于本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員是很顯而易見的。因此，本發(fā)明僅打算由所附權(quán)項(xiàng)或其等效項(xiàng)所限定。
權(quán)利要求
1.一種用于噴涂可氧化材料的低氧化物涂層的熱噴槍，其特征在于包含燃燒槍裝置，它產(chǎn)生一個由燃燒生成物和細(xì)分形式的熱熔性材料組成的超聲速噴流；蔽屏包覆氣流裝置，它引導(dǎo)惰性氣體的第一包覆流鄰接地包圍所述噴流；燃燒包覆流裝置，它引導(dǎo)燃燒氣體的第二包覆流鄰接地包圍所述第一包覆流；和惰性氣體包覆流裝置，它引導(dǎo)惰性氣體的第三包覆流鄰接地包圍所述第二包覆流。
2.一種用于噴涂可氧化材料的低氧化物涂層的粉末料熱噴槍，其特征在于包含具有噴嘴面的噴嘴部件;一第一氣帽從所述噴嘴部件延伸，它有一個面向內(nèi)的圓柱形壁形成一燃燒室，具有以超聲速將燃燒生成物噴入環(huán)境大氣中的開口端以及一個以所述噴嘴面為界的對置端;可燃?xì)怏w裝置，用于將可燃?xì)怏w和氧的可燃混合物的環(huán)形可燃流、以一定壓力、同軸地從噴嘴部件注入所述燃燒室，其中的壓力足以使混合物的燃燒生成物以超聲速從所述開口端噴出;屏蔽包覆流裝置，用于將惰性氣體的第一環(huán)流緊貼所述圓柱形壁、沿所述環(huán)形可燃流的徑向外側(cè)注入;饋料裝置，用于將熱熔性熱噴涂粉末料、從所述噴嘴部件、送入所述燃燒室的所述可燃混合物的徑向內(nèi)側(cè)，由此包含所述熱熔性粉料的超聲速噴流、經(jīng)由所述開口端噴出;燃燒包覆流裝置，用于引導(dǎo)燃燒氣體的第二環(huán)流鄰接地包圍所述第一環(huán)流、從所述開口端向前噴出;和惰性氣體包覆流裝置，用于引導(dǎo)惰性氣體的第三環(huán)流鄰接地包圍著所述第二環(huán)流從所述開口端向前噴出。
3.如權(quán)利要求2所述熱噴槍，其特征在于還進(jìn)一步包含從所述第一氣帽向前延伸的第二氣帽，它有一個比所述開口端為大的內(nèi)直徑;其中所述燃燒包覆流裝置包含第一環(huán)孔裝置、用于將所述第二環(huán)流引入鄰接于所述開口端的所述第二氣帽，和所述惰性氣體包覆流裝置，它包含第二環(huán)孔裝置、用于從所述第一環(huán)孔裝置向前引入所述第三環(huán)形惰性氣體流。
4.如權(quán)利要求3所述熱噴槍，其特征在于所述第二氣帽有一個其中帶有出口的前向面，且所述第二環(huán)流是從鄰接于所述出口的前向面引入的。
5.如權(quán)利要求4所述熱噴槍，其特征在于所述第二環(huán)流基本上以徑向向內(nèi)方向引入，而所述第三環(huán)流基本上以向前方向引入。
6.如權(quán)利要求5所述熱噴槍，其特征在于所述第二環(huán)孔裝置包含與所述第一氣帽協(xié)同的所述第二氣帽，形成一徑向環(huán)孔、接受所述燃燒氣體且通向所述第二氣帽。
7.如權(quán)利要求6所述熱噴槍，其特征在于所述第二孔裝置包含具有在與所述出口相鄰接的所述前向面中的環(huán)形同軸孔的所述第二氣帽，所述同軸孔接受所述惰性氣體且在所述前向面上有一終端口。
8.如權(quán)利要求4所述熱噴槍，其特征在于所述第二氣帽有一個內(nèi)直徑和一個內(nèi)長度，該內(nèi)長度由所述開口端和所述出口之間的距離確定，且所述內(nèi)直徑約等于所述內(nèi)長度的一至二倍(之間)。
9.如權(quán)利要求8所述熱噴槍，其特征在于所述開口端有一開口直徑，且內(nèi)直徑約為所述開口直徑的一至三倍之間。
10.如權(quán)利要求9所述熱噴槍，其特征在于一室長度由從所述噴嘴面至所述開口端的最短距離確定，且所述室長度約等于所述開口直徑的一至二倍(之間)。
11.如權(quán)利要求2所述熱噴槍，其特征在于室長度由從所述噴嘴面到所述開口端之間的最短距離確定，且所述開口端有一開口直徑，所述室長度在約一至二倍所述開口直徑之間。
12.如權(quán)利要求2所述熱噴槍，其特征在于進(jìn)一步包含內(nèi)部氣體裝置，用來把加壓氣體的環(huán)形內(nèi)流從所述噴嘴部件同軸地注入所述燃燒室，在可燃混合物和粉料載體氣體之間。
13.如權(quán)利要求12所述熱噴槍，其特征在于所述噴嘴部件包含形成一外孔裝置的管狀外側(cè)部分，用來把所述燃燒混合物的環(huán)形流注入所述燃燒室;一管狀內(nèi)側(cè)部分，其中有一內(nèi)孔裝置，用于將環(huán)形內(nèi)流注入所述燃燒室，還有一粉料孔裝置，用于將粉料、載體氣體送入所述燃燒室;其中所述內(nèi)側(cè)部分伸入所述燃燒室，在所述外側(cè)部分的前方。
14.如權(quán)利要求13所述熱噴槍，其特征在于室長度由從所述噴嘴面到所述開口端之間的最短距離確定，且所述內(nèi)側(cè)部分伸入的距離約在10%至40%的所述室長度之間。
15.如權(quán)利要求14所述熱噴槍，其特征在于所述外部環(huán)孔裝置包含一通向所述燃燒室的環(huán)形開口，其徑向內(nèi)側(cè)以所述內(nèi)側(cè)部分的外壁為界;所述外壁從所述環(huán)形開口以朝向軸線的曲率向前延伸。
16.如權(quán)利要求15所述熱噴槍，其特征在于所述的彎曲(曲率)在所述的內(nèi)側(cè)部分上基本上形成一半球形噴嘴面。
17.如權(quán)利要求13所述熱噴槍，其特征在于外側(cè)氣體裝置包含所述噴嘴部件和所述圓柱形壁的后部分，它在其間形成了一向前收斂的縫隙，進(jìn)入所述燃燒室。
18.如權(quán)利要求13所述熱噴槍，其特征在于所述燃燒室向前以一定角度收斂于軸線，該角度低于所述收斂的環(huán)形縫隙的相應(yīng)的角度。
19.如權(quán)利要求13所述熱噴槍，其特征在于所述粉料孔裝置包含具有一軸向孔的噴嘴部件。
20.如權(quán)利要求2所述熱噴槍，其特征在于所述可煤氣體裝置設(shè)置得使可燃混合物能從所述噴嘴面上的一圓形位置注入所述燃燒室，所述圓形位置的直徑約等于所述開口端的直徑。
21.如權(quán)利要求20所述熱噴槍，其特征在于所述開口端軸向地離開所述噴嘴面一最短距離，該最短距離約在所述圓形位置直徑的一至二倍之間。
22.一種用于噴涂可氧化材料的低氧化物涂層的線材料熱噴槍，其特征在于包含具有噴嘴面的噴嘴部件;一第一氣帽從所述噴嘴部件延伸，它有一個面向內(nèi)的圓柱形壁形成一燃燒室，具有一以超聲速將燃燒生成物噴入環(huán)境大氣中的開口端，并有一個以所述噴嘴面為界的對置端;可燃?xì)怏w裝置，用于將可燃?xì)怏w和氧的可燃混合物的環(huán)形可燃流、從噴嘴部件同軸地注入所述燃燒室燃燒，以便使混合物燃燒生成物從所述開口端噴出;屏蔽包覆氣體裝置，用于將惰性氣體的第一環(huán)流緊貼所述圓柱形壁、從所述環(huán)形可燃流的徑向外側(cè)注入;饋料裝置，用于將熱熔性熱噴涂線料、經(jīng)所述噴嘴部件、軸向地送入所述燃燒室，在所述可燃混合物的徑向內(nèi)側(cè)至形成線尖端點(diǎn)處，由此，包含所述細(xì)粉末形式的熱熔性材料的噴流由燃燒生成物和第一環(huán)流從所述開口端噴出;燃燒包覆流裝置，用于引導(dǎo)燃燒氣體的第二環(huán)流，鄰接地包圍所述第一環(huán)流、從所述開口端向前噴出;和惰性氣體包覆環(huán)流裝置，用于引導(dǎo)惰性氣體的第三環(huán)流，鄰接地包圍所述第二環(huán)流從所述開口端向前噴出。
23.如權(quán)利要求22所述熱噴槍，其特征在于還進(jìn)一步包含從所述第一氣帽向前延伸的第二氣帽，它的內(nèi)直徑大于所述開口端;且其中所述燃燒包覆環(huán)流裝置包含第一環(huán)孔裝置、用于將所述第二環(huán)流引入鄰近于所述開口端的所述第二氣帽，和所述惰性氣體包覆環(huán)流裝置，它包含第二環(huán)孔裝置、用于從所述第一環(huán)孔裝置向前引入所述第三環(huán)形惰性氣體環(huán)流。
24.如權(quán)利要求23所述熱噴槍，其特征在于所述第二氣帽有一個其中帶有出口的前向面，且所述第二環(huán)流從鄰近于所述出口的前向面引入。
25.如權(quán)利要求24所述熱噴槍，其特征在于所述第二環(huán)流基本上以徑向向內(nèi)方向引入，而所述第三環(huán)流基本上以向前方向引入。
26.如權(quán)利要求25所述熱噴槍，其特征在于所述第一環(huán)孔裝置包含與所述第一氣帽協(xié)同的所述第二氣帽，形成一徑向環(huán)形孔、接受所述燃燒氣體且通向所述第二氣帽。
27.如權(quán)利要求26所述熱噴槍，其特征在于所述第二孔裝置包含具有在與所述出口鄰近的所述前向面中的環(huán)形同軸孔的所述第二氣帽，所述同軸孔接受所述惰性氣體且在所述前向面處有一終端口。
28.如權(quán)利要求22所述熱噴槍，其特征在于進(jìn)一步包含內(nèi)部氣體裝置，用來把加壓氣體的內(nèi)環(huán)流從所述噴嘴部件注入所述燃燒室且同軸地緊貼所述線料。
29.一種產(chǎn)生可氧化材料的低氧化物涂層的方法，其特征在于包含產(chǎn)生一由燃燒生成物和以細(xì)分形式的熱可熔性材料組成的超聲噴流;引導(dǎo)惰性氣體的第一包覆流鄰接地包圍所述噴流;燃燒包覆流裝置，用于引導(dǎo)燃燒氣體的第二包覆流鄰接地包圍所述第一包覆流;引導(dǎo)惰性氣體的第三包覆流鄰接地包圍所述第二包覆流;和引導(dǎo)所述噴流噴向基片以在其上產(chǎn)生一涂層。
30.一種用粉料熱噴槍產(chǎn)生可氧化材料的低氧化物涂層的方法，所述熱噴槍包含具有噴嘴面的噴嘴部件，從所述噴嘴部件延伸的第一氣帽，它有一個面向內(nèi)的圓柱形壁形成一燃燒室，具有一用于以超聲速將燃燒生成物噴入環(huán)境大氣中的開口端，并有一個以所述噴嘴面為界的對置端;其特征在于，所述方法還包含將可燃?xì)怏w和氧的可燃混合物的環(huán)形可燃流、以一定壓力、同軸地從噴嘴部件注入所述燃燒室，其中的壓力足以使混合物燃燒生成物以超聲速從所述開口端噴出;將惰性氣體的第一環(huán)流緊貼所述圓柱形壁、在所述環(huán)形可燃流的徑向外側(cè)注入;將熱熔性熱噴涂粉料、從所述噴嘴部件送入所述燃燒室的所述可燃混合物的徑向內(nèi)側(cè)，由此包含所述熱熔性粉料的超聲速噴流通過所述開口端噴出;引導(dǎo)燃燒氣體的第二環(huán)流鄰接地包圍所述第一環(huán)流、從所述開口端向前噴出;引導(dǎo)惰性氣體的第三環(huán)流鄰接地包圍所述第二環(huán)流從所述開口端向前噴出;和引導(dǎo)所述噴流噴向基片以在其上產(chǎn)生一涂層。
31.如權(quán)利要求30所述方法，其特征在于所述熱噴槍包含從所述第一氣帽向前延伸的第二氣帽、第二氣帽有一個比所述開口端大的內(nèi)直徑;所述方法還進(jìn)一步包含將所述第二環(huán)流引入與所述開口端相鄰的所述第二氣帽和將所述第三環(huán)形惰性氣體流從所述第二環(huán)形流前面引入。
32.如權(quán)利要求31所述方法，其特征在于所述第二氣帽有一個其中帶有出口的前向面，所述方法進(jìn)一步包含從鄰接于所述出口的前向面引入所述第二環(huán)流。
33.如權(quán)利要求32所述方法，其特征在于所述第二環(huán)流基本以徑向向內(nèi)方向引入，而所述第三環(huán)流基本上以向前方向引入。
34.如權(quán)利要求33所述方法，其特征在于所述可燃混合物以足夠壓力注入所述燃燒室，以便以超聲速噴出所述噴流。
35.如權(quán)利要求30所述方法，其特征在于所述可燃混合物以足夠壓力注入所述燃燒室，在噴流中沒有粉末-載體氣體饋給的情況下，至少產(chǎn)生8個可見的菱形激波。
36.如權(quán)利要求30所述方法，其特征在于所述可燃混合物以至少大于環(huán)境氣壓兩個大氣壓的壓力注入。
37.如權(quán)利要求30所述方法，其特征在于所述噴流有一噴流氣體流速，且所述第一包覆流的燃燒氣流流速至少為噴流流速的10%左右。
38.如權(quán)利要求30所述方法，其特征在于所述噴流有一噴流氣流速度，且所述第二包覆流的惰性氣體流速至少為噴流流速的80%左右。
39.如權(quán)利要求30所述方法，其特征在于所述第一包覆流有一燃燒氣體流速，且所述第二包覆流的惰性氣體流速至少在所述燃燒氣體流速的25%至135%之間。
40.一種用線料熱噴槍產(chǎn)生可氧化材料的低氧化物涂層的方法，所述熱噴槍包含具有噴嘴面的噴嘴部件，從所述噴嘴部件延伸的第一氣帽，它有一個面向內(nèi)的圓柱形壁形成一燃燒室，具有一用于將燃燒生成物噴入環(huán)境大氣中的開口端，并有一個以所述噴嘴面為界的對置端;其特征在于，所述方法還包含將可燃?xì)怏w和氧的可燃混合物的環(huán)形可燃流同軸地從噴嘴部件注入所述燃燒室燃燒，使其中的壓力足以使混合物的燃燒生成物從所述開口端噴出;將惰性氣體的第一環(huán)流緊貼所述圓柱形壁、從所述環(huán)形可燃流的徑向外側(cè)注入;將熱熔性熱噴涂線料、從所述噴嘴部件、送入所述燃燒室的所述可燃混合物的徑向內(nèi)側(cè)，由此，包含所述細(xì)分形式的熱熔性材料的噴流從所述線料噴出;引導(dǎo)燃燒氣體的第二環(huán)流鄰接地包圍所述第一環(huán)流、從所述開口端向前噴出;和引導(dǎo)惰性氣體的第三環(huán)流鄰接地包圍所述第二環(huán)流，從所述開口端向前噴出;和引導(dǎo)所述噴流噴向基片以在其上產(chǎn)生一涂層。
41.如權(quán)利要求40所述方法，其特征在于所述熱噴槍包含一從所述第一氣帽向前延伸的第二氣帽，第二氣帽有一個比所述開口端為大的內(nèi)直徑;所述方法進(jìn)一步包含將所述第二環(huán)流注入與所述開口端相鄰的所述第二氣帽和將所述第三環(huán)形惰性氣體流從所述第二環(huán)形流前面引入。
42.如權(quán)利要求41所述方法，其特征在于所述第二氣帽有一個其中帶有出口的前向面，所述方法進(jìn)一步包含從鄰接于所述出口的前向面引入所述第二環(huán)流。
43.如權(quán)利要求42所述方法，其特征在于所述第二環(huán)流基本上以徑向向內(nèi)方法引入，而所述第三環(huán)流基本上以向前方法引入。
44.如權(quán)利要求40所述方法，其特征在于所述噴流有一氣流速度，且所述第二包覆流有一其流速至少為所述噴流氣體流速的80%的惰性氣體流。
45.如權(quán)利要求40所述方法，其特征在于所述可燃混合物以足夠壓力注入所述燃燒室，以便以超聲速噴出所述噴流。
46.如權(quán)利要求45所述方法，其特征在于所述可燃混合物以足夠壓力注入所述燃燒室，在噴流中沒有粉料-載體氣體和沒有線料饋入的情況下，至少可產(chǎn)生8個可見的菱形激波。
47.如權(quán)利要求45所述方法，其特征在于所述可燃混合物以至少大于環(huán)境氣壓兩個大氣壓的壓力注入。
48.如權(quán)利要求45所述方法，其特征在于所述噴流有一噴流氣體流速，且所述第一包覆流有至少為所述噴流氣體流速的10%的燃燒氣體流。
49.如權(quán)利要求45所述方法，其特征在于所述噴流有一噴流氣流速度，且所述第二包覆流有一其流速至少為所述噴流氣體流速的80%的惰性氣體流。
50.如權(quán)利要求40所述方法，其特征在于所述第一包覆流有一燃燒氣體流速，且所述第二包覆流有一流速約在所述燃燒氣體流速的25%至135%之間的惰性氣體流。
全文摘要
一種熱噴槍，可用于噴涂可氧化材料的低氧化物涂層。噴槍包含噴嘴部件；第一氣帽；和一燃燒室?？扇蓟旌衔锏沫h(huán)流從噴嘴部件注入燃燒室，其壓力足以將混合物的燃燒產(chǎn)物、以超聲速從開口端噴出。惰性氣體的第一環(huán)流緊貼圓柱形壁在可燃混合物的環(huán)流的徑向外側(cè)注入。熱熔性熱噴涂材料從噴嘴部件送入燃燒室里可燃混合物的徑向內(nèi)側(cè)，形成超聲速噴流。燃燒氣體的第二環(huán)流鄰接地包圍噴流。惰性氣體的第三環(huán)流鄰接地包圍第二環(huán)流一同從開口端向前噴出。
文檔編號B05B7/20GK1047816SQ9010032
公開日1990年12月19日 申請日期1990年1月16日 優(yōu)先權(quán)日1989年1月17日
發(fā)明者安東尼·J·羅托利科, 杰尼斯·R·沃羅德斯克 申請人:彼根-愛瑪公司