Патент на изобретение №2334827

(54) УСТРОЙСТВО ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО НАПЫЛЕНИЯ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к устройствам газодинамического напыления порошковых материалов, и может быть использовано в машиностроении и других отраслях промышленности для получения покрытий, придающих различные свойства обрабатываемым поверхностям. Устройство включает блок напыления, выполненный в виде сверхзвукового эжектора и содержащий сверхзвуковое сопло, узел ввода в сопло газопорошковой смеси и рабочего газа и блок управления, порошковый питатель, выход которого соединен с узлом ввода в сопло газопорошковой смеси. Узел ввода газопорошковой смеси содержит центральное тело, которое выполнено с переменным по длине сечением и осевым каналом для подачи газопорошковой смеси в сопло и установлено соосно соплу. Центральное тело выполнено с возможностью осевого перемещения и образования с внутренней стенкой сопла регулируемых дозвукового и сверхзвукового кольцевых каналов подачи рабочего газа. Технический результат – расширение функциональных и технологических возможностей устройства. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам нанесения порошковых материалов газодинамическим напылением и может быть использовано в машиностроении и других отраслях промышленности для получения покрытий, придающих различные свойства обрабатываемым поверхностям.

Известно устройство /1/ для газодинамического напыления, содержащее источник сжатого газа, дозатор порошка, сверхзвуковой сопловой узел и нагреватель рабочего газа.

Недостаток этого устройства заключается в том, что ввод напыляемого порошка осуществляется только в докритическую область сверхзвукового сопла. Вследствие чего необходимо использовать дозатор порошка, работающий при давлении большем, чем давление в форкамере. Кроме того, отсутствует возможность регулирования параметров течения рабочего газа в сопле изменением его геометрии.

Известно изобретение по патенту /2/, в котором устройство выполнено в виде блока напыления и блока управления и контроля напыления, связанных между собой гибкими пневмоэлектропроводами; блок напыления выполнен в виде переносного ручного инструмента с дистанционным управлением и состоит из сверхзвукового сопла и жестко связанного с ним нагревателя газа. Сверхзвуковое сопло установлено с возможностью изменения положения относительно своей оси и связано с дозатором порошка посредством гибкого пневмопровода и насадки, которая установлена вдоль оси сопла с возможностью ввода газопорошковой смеси в его докритическую или закритическую часть.

Недостатком данного устройства является то, что насадка ввода газопорошковой смеси не обеспечивает регулирование параметров потока в сверхзвуковом сопле и, тем самым, оптимизацию их для конкретного порошка.

Задачей технического решения является расширение функциональных и технологических возможностей устройства.

Поставленная задача решается благодаря тому, что устройство газодинамического напыления покрытий из порошковых материалов содержит блок напыления, включающий сверхзвуковое сопло, узел ввода в сопло газопорошковой смеси и рабочего газа, установленный с возможностью осевого перемещения соосно соплу, соединенный с выходом электронагревателя рабочего газа, блок управления и порошковый питатель, выход которого соединен с узлом ввода в сопло газопорошковой смеси. Блок напыления выполнен в виде сверхзвукового эжектора, содержащего сопло, узел ввода рабочего газа, узел ввода газопорошковой смеси, содержащий центральное тело с переменным по длине поперечным сечением и осевым каналом для подачи газопорошковой смеси в сопло, и образующий с внутренней стенкой сопла дозвуковой и сверхзвуковой кольцевые каналы для подачи рабочего газа, регулируемые при его осевом перемещении.

Дозвуковой и сверхзвуковой кольцевые каналы на входе в сопло могут быть выполнены с круговыми, эллипсовидными, прямоугольными поперечными сечениями.

Указанные признаки не выявлены в других технических решениях при изучении уровня данной области техники, и, следовательно, решение является новым и имеет изобретательский уровень.

На чертеже приведена схема устройства.

Блок напыления 1 устройства газодинамического напыления покрытий порошковых материалов выполнен в виде сверхзвукового эжектора и состоит из сверхзвукового сопла 2 с форкамерой 3, узла ввода рабочего газа 4, узла ввода газопорошковой смеси, содержащего центральное тело 5, установленное соосно соплу 2 с возможностью осевого перемещения. Центральное тело 5, выполненное с переменным по длине поперечным сечением, содержит осевой канал подачи газопорошковой смеси 6 в сопло 2 и образует с внутренней стенкой сверхзвукового сопла дозвуковой 7 и сверхзвуковой 8 кольцевые каналы подачи рабочего газа. Канал 6 центрального тела 5 с помощью гибкого пневмопровода соединен с дозатором порошка 9. В форкамере 3 сверхзвукового сопла 2 может быть размещен завихритель 10 рабочего газа. Завихритель 10 рабочего газа может быть выполнен, например, в виде спирального канала или отверстий тангенциального ввода рабочего газа в форкамеру сопла.

Устройство работает следующим образом.

Центральное тело 5 позиционируется по оси сопла 2 в определенном для каждого класса порошков месте. Например, при нанесении покрытия из легкоплавких (алюминий и др.) центральное тело позиционируется глубже в сверхзвуковое сопло, при напылении более тугоплавких (никеля и др.) центральное тело выдвигается из сверхзвукового сопла. При этом меняются параметры потока, ускоряющего частицы, и подбираются оптимальные режимы для конкретного класса порошков.

Рабочий газ через узел ввода рабочего газа 4 подают в форкамеру 3 сверхзвукового сопла 2. С помощью пульта управления (не показано) задают требуемые для конкретного напыляемого материала давление и температуру рабочего газа. Рабочий газ, проходя по до – 7 и сверхзвуковому 8 кольцевым каналам подачи рабочего газа, ускоряется до сверхзвуковой скорости. В зависимости от позиционирования центрального тела 5 на выходе осевого канала 6 можно создать область разрежения, в которую из дозатора порошка 9 подсасывается (эжектируется) газопорошковая смесь. При этом давление в дозаторе может варьироваться от 0,1 до 3,5 МПа в зависимости от типа дозатора и режима напыления. Далее идет процесс турбулентного смешения потоков, и на выходе образуется однородный газопорошковый поток, который направляется на подложку, и наносится покрытие. Использование завихрителя рабочего газа позволяет повысить эффективность перемешивания газопорошковой смеси и рабочего газа.

Устройство имеет следующие преимущества.

Конструктивные особенности блока напыления, а именно, что пространство между узлом ввода газопорошковой смеси и внутренней стенкой сопла образует сверхзвуковое сопло Лаваля с кольцевым критическим сечением S_cr 11. В это сопло под необходимым давлением и температурой подается рабочий (эжектирующий) газ, который разгоняется до сверхзвуковой скорости. В результате этого на выходе осевого канала может образовываться область разрежения, в которую из дозатора порошка под воздействием разности давлений подсасывается газопорошковая смесь. Далее идет процесс турбулентного смешения потоков, и на выходе сверхзвукового сопла образуется однородный газопорошковый поток. Позиционирование центрального тела по оси сопла позволяет производить настройку режима напыления в зависимости от класса используемых порошков, а также производить настройку давления в дозаторе в зависимости от его типа – открытого или закрытого. Все это позволяет улучшать качество покрытий и повысить универсальность соплового блока, т.е. позволяет с помощью одного и того же блока наносить покрытия из материалов, существенно различающихся по своим физико-техническим свойствам.

Выбирая блок напыления с той или иной формой поперечного сечения кольцевых каналов подачи рабочего газа (круговая, эллипсовидная и прямоугольная форма), устройство напыления оптимизируется под выполнение определенных задач напыления. Например, если необходимо наносить покрытие на большие площади, выбирается блок напыления с эллипсовидной или прямоугольной формой поперечного сечения кольцевых каналов подачи рабочего газа. Если необходимо наносить покрытие на локальные участки поверхности, выбирается блок напыления с круговой формой поперечного сечения кольцевых каналов подачи рабочего газа.

Источники информации

1. Патент РФ №1674585, МКИ С23С 26/00, 1989.

2. Патент №2190695, МПК С23С 24/04, 2000 – прототип.

Формула изобретения

1. Устройство газодинамического напыления покрытий из порошковых материалов, содержащее порошковый питатель и блок напыления, включающий сверхзвуковое сопло, узел ввода в сопло газопорошковой смеси, установленный соосно соплу и с возможностью осевого перемещения, узел ввода рабочего газа, соединенный с выходом электронагревателя рабочего газа, и блок управления, причем выход порошкового питателя соединен с узлом ввода в сопло газопорошковой смеси, отличающееся тем, что блок напыления выполнен в виде сверхзвукового эжектора, а узел ввода газопорошковой смеси содержит центральное тело, которое выполнено с переменным по длине сечением и с осевым каналом для подачи газопорошковой смеси в сопло и установлено соосно соплу с возможностью осевого перемещения и образования с внутренней стенкой сопла регулируемых дозвукового и сверхзвукового кольцевых каналов подачи рабочего газа.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дозвуковой и сверхзвуковой кольцевые каналы на входе в сопло выполнены с круговыми поперечными сечениями.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дозвуковой и сверхзвуковой кольцевые каналы на входе в сопло выполнены с эллипсовидными поперечными сечениями.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дозвуковой и сверхзвуковой кольцевые каналы на входе в сопло выполнены с прямоугольными поперечными сечениями.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сверхзвуковая часть сопла выполнена с постоянным диаметром.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сверхзвуковая часть сопла выполнена расширяющейся.

РИСУНКИ

QB4A – Регистрация лицензионного договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук,(ИТПМ СО РАН)

Вид лицензии*: ИЛ

Лицензиат(ы): Некомерческое партнерство “Инновационно-внедренческий центр”

Договор № РД0058238 зарегистрирован 15.12.2009

Извещение опубликовано: 27.01.2010 БИ: 03/2010

* ИЛ – исключительная лицензия НИЛ – неисключительная лицензия