[发明专利]一种金属固态沉积用喷嘴及其应用

说明书

本发明提供了一种金属固态沉积用喷嘴及其应用，涉及固态喷涂技术领域。该金属固态沉积用喷嘴包括拉法尔喷嘴和加热装置；加热装置设置于拉法尔喷嘴的扩张段的外壁并用于对扩张段进行非接触加热，以使固态沉积过程中与拉法尔喷嘴扩张段内壁接触的部分喷涂材料在与扩张段的内壁的接触的瞬间，颗粒表面熔化。将该喷嘴用于金属固态沉积，通过电磁感应线圈对喷嘴的扩张段进行加热以使扩张段温度始终高于喷涂材料的熔点，可确保沉积材料在湍流扰动下即使撞击到喷嘴内壁，粉末颗粒表面也可快速熔化，进而在高速气流的作用下脱离喷嘴内表面，无法在喷嘴内壁沉积聚集，从而有效避免了喷嘴堵塞现象的发生，明显增强了设备的稳定性及生产能力。

技术领域

本发明涉及固态喷涂技术领域，具体而言，涉及一种金属固态沉积用喷嘴及其应用。

背景技术

金属固态沉积作为一种新兴的表面处理工程新技术，是传统热喷涂技术的重要补充之一。金属固态沉积工艺的原理是在微米级金属粉末颗粒在低温固态下，高速冲击基体或已沉积金属层，使材料发生强塑性变形，进而通过机械咬合和局部冶金结合使金属粉末沉积于基体表面的新型材料沉积技术。

具体工作过程是采用加热设施预热压缩气体，压缩气体通过缩放型的Laval喷管产生超高速流，将微米级粉末颗粒沿轴向送入气流中，经气体加速后以高速撞击基体，通过产生剧烈的塑性变形而在基体表面沉积为涂层。

然而，金属固态沉积进行金属层制备的过程中，金属粉末颗粒极易粘附于喷嘴内壁，随着大量粉末颗粒的持续粘附，喷嘴会在短时间内发生堵塞，这一问题已成为金属固态沉积技术长时间工业应用的核心问题之一。

不锈钢、工具钢、超硬合金等是金属固态沉积喷嘴常用材料，为了解决喷嘴的堵塞问题，先后使用氮化物、氧化物、碳化物等陶瓷材料替代金属作为喷嘴的制备材料，从而减少金属颗粒在内壁的沉积几率，以缓解喷嘴堵塞现象，但仍无法彻底解决喷嘴的堵塞问题。而对于铝、银等纯金属及其合金，极易发生粉末颗粒的粘附，短时间工作后，喷嘴便会发生堵塞，进而需要频繁地停机，更换金属固态沉积用喷嘴，导致沉积装置运行效率低下，制造成本大幅上升。

鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种金属固态沉积用喷嘴，其可有效避免金属固态沉积过程中喷嘴堵塞现象的发生，增强喷嘴的稳定性及生产能力，使喷嘴可长时间连续使用。

本发明的目的之二在于提供一种上述金属固态沉积用喷嘴在金属固态沉积中的应用。

本申请可这样实现：

第一方面，本申请提供一种金属固态沉积用喷嘴，包括拉法尔喷嘴和加热装置；

加热装置设置于拉法尔喷嘴的扩张段的外壁并用于对扩张段进行非接触加热，以使固态沉积过程中与拉法尔喷嘴扩张段内壁接触的部分喷涂材料在与扩张段的内壁的接触处形成表面熔化。

在可选的实施方式中，加热装置用于将扩张段加热至扩张段内壁的温度较喷涂材料的熔点至少高0.5℃。

在优选的实施方式中，加热装置用于将扩张段加热至扩张段内壁的温度较喷涂材料的熔点高0.5℃-100℃。

在更优的实施方式中，加热装置用于将扩张段加热至扩张段内壁的温度较喷涂材料的熔点高0.5℃-10℃。

在可选的实施方式中，加热装置为电磁感应加热线圈，电磁感应加热线圈套设于拉法尔喷嘴的扩张段的外壁。

在可选的实施方式中，电磁感应加热线圈的工作条件包括：工作电压为380V的交流电压、工作频率为5-20kHz、工作功率为2-200KVA。

在可选的实施方式中，扩张段的制备材料为在磁场作用下产生涡流电流的高熔点材料。

在可选的实施方式中，扩张段的制备材料包括石墨、钨、钽、钼、铌和高温合金中的至少一种。