Плазменная горелка для напыления металлов и окислов

Предложенная плазменная горелка относится к области плазменной техники и предназначена для нанесения покрытий из порошковых материалов. Сущность полезной модели заключается в том, что в плазменной горелке для напыления металлов и окислов, содержащей корпус, систему охлаждения, изолятор, манжету, катодный и анодный узлы, причем анодный узел снабжен съемной конической насадкой с углом раскрытия 45° и длиной L=(25-30)мм. Кроме того, на внутреннюю стенку конической насадки нанесено двухслойное покрытие Ni-Co-Cr-Al-Y и ZrO₂+8%Y₂O ₃, где Ni-Co-Cr-Al-Y - подслой, а ZrO₂+8%Y ₂O₃ - основной слой. 1 з.п. ф-лы, 1 илл.

Предложенная плазменная горелка относится к области плазменной техники и предназначена для нанесения покрытий из порошковых материалов.

Известна плазменная горелка для напыления порошковых материалов, содержащая корпус, катодный узел, систему охлаждения в виде кольцевых полостей, и соединяющих их сегментных щелей, водяные и газовые магистрали, сопло снабженное базовым торцовым пояском, насадку (Патент 1683484, МПК H05B 7/22, опубликован 20.09.95).

Недостатком плазменной горелки является низкая эффективность и производительность процесса напыления при напылении тугоплавких видов порошковых материалов. Так как в данной горелке через множество сопл вводится в насадку обжимающий плазменную струю газ, что свою очередь приводит к дополнительным затратам, а так же к охлаждению плазменного патока.

Наиболее близкой по технической сущности является плазменная горелка для напыления металлов и окислов, содержащая корпус, катодный и анодный узлы, изолятор, манжету, установленную в корпусе и двухконтурную систему охлаждения (Патент 31897, МПК H05H 1/26, опубликован 27.08.2003).

Недостатком плазменной горелки является низкий ресурс работы, из-за быстрого изнашивания сопла анода и катода, в следствии максимальных нагрузок в процессе напыления порошкового материала из тугоплавкого окисла.

Задачей полезной модели является повышение эксплуатационной надежности горелки, а так же эффективности и производительности процесса напыления материалов из тугоплавких окислов.

Задача решается за счет того, что плазменная горелка для напыления металлов и окислов, содержащая корпус, двухконтурную систему охлаждения, изолятор, манжету, катодный и анодный узлы, согласно полезной модели анодный узел снабжен съемной конической насадкой с углом раскрытия 45° и длиной L=(25-30)мм.

Кроме того, на внутреннюю стенку конической насадки нанесено двухслойное покрытие Ni-CO-Cr-Al-Y и ZrO₂+8%Y₂O₃, где Ni-Co-Cr-Al-Y - подслой, а ZrO₂+8%Y₂O₃ - основной слой.

Съемная коническая насадка служит для обжатия выходящей из горелки плазменной струи. Угол раскрытия конической насадки обуславливается максимальной эффективностью ее применения. Уменьшение угла приводит образованию настылей на стенках конической наседки и к ее перегреву, а увеличение угла не приводит к значительному повышению производительности. Длина конической насадки L=(25-30)мм обеспечивает необходимые условия массо- и теплообмена между струей и атмосферой, увеличивая протяженность высокотемпературной зоны плазменной струи.

Двухслойное покрытие Ni-Co-Cr-Al-Y и ZrO₂+8%Y₂O₃ наносится на внутреннюю стенку конической насадки для повышения теплостойкости конической насадки и температуры плазменной струи. Где Ni-Co-Cr-Al-Y подслой, служит для уменьшения коэффициента линейного расширения между изделием и основным слоем, а ZrO₂+8%Y₂O ₃ - основной слой, для защиты от воздействия высоких температур и уменьшения теплопередачи от плазменной струи к конической насадке.

Па чертеже представлена конструкция заявляемой плазменной горелки для напыления металлов и окислов.

Заявляемая плазменная горелка для напыления металлов и окислов состоит из трех главных узлов: катодного, анодного и изолятора. А также имеет двухконтурную систему охлаждения.

Анодный узел состоит из корпуса 1, установленного в нем сопла-анода 2 и жестко закрепленного в нижней части штуцера 3 для соединения с первым кабелем - шлангом.

Катодный узел состоит из корпуса 4, фиксирующей цангой 5, установленного в ней катода 6 и жестко закрепленного штуцера в нижней части 7 для соединения со вторым кабелем - шлангом.

Катод 6 установлен в сопле анода 2. Между катодным и анодным узлом установлен изолятор 8, в котором имеются отверстия для перетекания охлаждающей жидкости от анодного к катодному узлу.

Уплотнения в плазменной горелке выполнены с помощью эластичных манжет 9, установленных в 1, 4, 8.

Двухконтурная система охлаждения состоит из входного 3 и выходного 7 штуцеров, а также магистралей, каналов и перетекателя.

Кроме того, заявляемая плазменная горелка для напыления металлов и окислов имеет дополнительную насадку 10 длиной L и углом раскрытия 45°, насадка крепится к корпусу 3 четырьмя винтами и поджимает сопло анода через свинцовое уплотнение 11.

Плазменная горелка для напыления металлов и окислов работает следующим образом:

Охлаждаемый изнутри проточной водой катодный узел с коническим стержневым катодом располагается вдоль оси горелки. Ниже установлен анодный узел с конусными входным отверстием. Анодный узел также охлаждается водой.

Плазмообразующий газ вводится непосредственно в полость, окружающую конусный наконечник катода. Дуга возбуждается между конусным наконечником катода и входным конусным отверстием анода и вытягивается плазмообразующим газом.

За счет закрепляемых у среза сопла плазменной горелки для напыления металлов и окислов конической насадки изменяются условия массо- и теплообмена между струей и атмосферой при этом происходит обжатие ядра плазменной струи, что приводит к увеличению высокотемпературной зоны от 20 мм (в свободно истекающих струях) до (30-40) мм.

Напыляемый порошок подается по каналу в анодном узле в выходной расходящийся конус сопла. Вследствие увеличения ядра плазменной струи частицы порошкового материала из тугоплавкого окисла находятся в высокотемпературной зоне больше времени и успевают проплавляться до необходимых значений для формирования качественных покрытий.

Использование заявляемой плазменной горелки позволит повысить эффективность и производительность процесса напыления за счет увеличения ядра плазменной струи. Применение конического насадка позволит использовать горелку на режимах требующих меньших энергетических затрат, что приведет к повышению эксплуатационной надежности горелки и к увеличению ресурса работы анода, катода и горелки в целом.

1. Плазменная горелка для напыления металлов и окислов, содержащая корпус, систему охлаждения, изолятор, манжету, катодный и анодный узлы, отличающаяся тем, что анодный узел снабжен съемной конической насадкой с углом раскрытия 45° и длиной L=(25-30) мм.

2. Плазменная горелка по п.1, отличающаяся тем, что на внутреннюю стенку конической насадки нанесено двухслойное покрытие Ni-Co-Cr-Al-Y и ZrO₂+8%Y₂O₃, где Ni-Co-Cr-Al-Y - подслой, a ZrO₂+8%Y₂O₃ - основной слой.