RU4700U1

RU4700U1 - DEVICE FOR GAS-DYNAMIC COATING SPRAY

Info

Publication number: RU4700U1
Application number: RU95119724U
Authority: RU
Inventors: И.А. Лепешинский; Ю.В. Зуев; В.А. Решетников; В.И. Кузнецов; О.К. Иванов; С.Л. Соколов; А.В. Воронецкий
Original assignee: Войсковая часть 34416
Priority date: 1995-11-29
Filing date: 1995-11-29
Publication date: 1997-08-16

Description

УСТРОЙСТВО для ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО НАПЫЛЕНИЯ ПОКРЫТИЙ.DEVICE FOR GAS-DYNAMIC SPRAYING OF COATINGS.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ.FIELD OF TECHNOLOGY.

Полезная модель относится к технологии нанесения покрытий, а более конкретно, к установкам для газодинамического нанесения покрытий и может использоваться в различных отраслях машиностроения, в частности, для соединения деталей.The utility model relates to coating technology, and more specifically, to installations for gas-dynamic coating and can be used in various branches of engineering, in particular, for connecting parts.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ.BACKGROUND OF THE INVENTION

В настоящее время существует целый ряд установок для нанесения покрытий различными методами, например, методом диффузионного покрытия, гальванического покрытия, ионно-плазменного покрытия и т.д. Каждый из методов обеспечивает решение определенных задач, связанных с формированием поверхностных свойств материалов и имеет определенные ограничения и недостатки.Currently, there are a number of installations for coating by various methods, for example, by diffusion coating, galvanic coating, ion-plasma coating, etc. Each of the methods provides the solution of certain problems associated with the formation of the surface properties of materials and has certain limitations and disadvantages.

Одним из известных в настоящее время методов нанесения покрытий порошковыми материалами является метод холодного газодинамического напыления покрытий 1. Данный метод характеризуется тем, что температура частиц, формирующих покрытие, существенно ниже их температуры плавления. Это позволяет значительно снизить уровень термосилового и термохимического воздействия на напыляемую поверхность и на частицы порошка, а также повысить эффективность процесса напыления покрытий.One of the currently known methods for applying powder coatings is the method of cold gas-dynamic spraying of coatings 1. This method is characterized in that the temperature of the particles forming the coating is significantly lower than their melting temperature. This allows you to significantly reduce the level of thermal power and thermochemical effects on the sprayed surface and powder particles, as well as to increase the efficiency of the coating spraying process.

Установка для осушествления газодинамического метода напыления покрытий 1 содержит сверхзвуковое сопло, дозатор-смеситель, пылеизолирующую камеру, координатную камеру с обрабатываемым изделием, коллектор высокого давления, баллон с гелием и эжекторную камеру с эжектором, служащую для отвода из рабочей камеры неиспользованных частиц.Installation for the implementation of the gas-dynamic method of spraying coatings 1 contains a supersonic nozzle, a metering mixer, a dustproof chamber, a coordinate chamber with a workpiece, a high-pressure manifold, a cylinder with helium and an ejector chamber with an ejector that serves to remove unused particles from the working chamber.

Наиболее близким аналогом предложенной полезной модели является устройство для газодинамического напыления покрытий 2, которое содержит сопло для разгона частиц порошка, смесительную камеру, с которой сообщены источник сжатого газа и средство для подвода сжатого газа в смесительную камеру, и дозатор-питатель, выполненный в виде бункера с напыляемым порошком, в котором горизонтально установлен барабан с углублениями в форме винтовой линии для дозирования порошка. Устройство снабжено также механическим регулятором расхода порошка. Часть цилиндрической поверхности барабана-дозатора порошка сообшена с рабочим объемом смесительной камеры. Известное устройство имеет достаточный ресурс (до 1000 часов) и обеспечивает дозировку мелких фракций порошков (от 1 до 50 мкм).The closest analogue of the proposed utility model is a device for gas-dynamic spraying of coatings 2, which contains a nozzle for dispersing powder particles, a mixing chamber, which communicates a source of compressed gas and means for supplying compressed gas to the mixing chamber, and a dispenser-feeder made in the form of a hopper with a sprayed powder in which a drum is horizontally mounted with recesses in the form of a helical line for dispensing the powder. The device is also equipped with a mechanical powder flow regulator. Part of the cylindrical surface of the powder metering drum is aligned with the working volume of the mixing chamber. The known device has a sufficient resource (up to 1000 hours) and provides a dosage of fine fractions of powders (from 1 to 50 microns).

-itналичием движущегося барабана-дозатора и механического регулятора расхода порошка. Кроме того, при работе устройства не исключена возможность налипания частиц порошка на смежные поверхности бункера и барабана и возможность попадания крупных частиц или сгустка частиц с размером более 200 мкм в углубление барабана и в зазор между барабаном и стенками бункера, что в целом снижает надежность работы устройства.-it the presence of a moving metering drum and a mechanical powder flow regulator. In addition, when the device is in operation, the possibility of powder particles sticking to adjacent surfaces of the hopper and drum and the possibility of large particles or a bunch of particles with a size of more than 200 microns getting into the recess of the drum and into the gap between the drum and the walls of the hopper, which generally reduces the reliability of the device .

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.SUMMARY OF THE INVENTION

В основу предложенной полезной модели положены задачи по упрощению конструкции устройства, повышению надежности работы, а также снижению его габаритов.The proposed utility model is based on the tasks of simplifying the design of the device, increasing the reliability of operation, as well as reducing its size.

Решение указанных задач обеспечивает возможность использования установки для газодинамического напыления в автономных условиях эксплуатации.The solution of these problems provides the possibility of using the installation for gas-dynamic spraying in autonomous operating conditions.

Данный технический результат достигается тем, что в устройстве для газодинамического напыления покрытий, содержашем газодинамическое сопло, дозатор-питатель с бункером для порошка напыляемого покрытия и средством для дозировки порошка, смесительную камеру для образования двухфазного потока и источник сжатого газа, сообщенный через пневмомагистраль с .запорно-регулирующим органом со смесительной камерой и дозатором-питателем, средство для дозирования порошка выполнено в виде эжектора. Внутренне сопло эжектора сообщено с бункером для порошка. Выход внешнего сопла эжектора соединен со смесительной камерой, а его вход с источником сжатого газа.This technical result is achieved by the fact that in a device for gas-dynamic spraying of coatings containing a gas-dynamic nozzle, a dispenser-feeder with a hopper for powder of the sprayed coating and means for dispensing the powder, a mixing chamber for the formation of a two-phase flow and a source of compressed gas communicated through a pneumatic line with -regulating body with a mixing chamber and a dispenser-feeder, a means for dispensing powder is made in the form of an ejector. The internal ejector nozzle is in communication with the powder hopper. The output of the external nozzle of the ejector is connected to the mixing chamber, and its input is a source of compressed gas.

Целесообразно, чтобы бункер был сообщен с источником сжатого газа через, по меньшей мере, один тангенциальный канал.It is advisable that the hopper was in communication with a source of compressed gas through at least one tangential channel.

Целесообразно также, чтобы вход внешнего сопла эжектора был сообщен с источником сжатого газа через жиклеры, расположенные в разделяющей перегородке.It is also advisable that the inlet of the external nozzle of the ejector be connected to a source of compressed gas through nozzles located in the dividing wall.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖА.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS.

Заявленное устройство для газодинамического напыления покрытий поясняется чертежом, на котором схематично изображена конструкция устройства.The claimed device for gas-dynamic spraying of coatings is illustrated by the drawing, which schematically shows the design of the device.

ПРИМЕР ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ.EXAMPLE OF IMPLEMENTATION OF A USEFUL MODEL.

Устройство для газодинамического напыления состоит из корпуса 1; смесительного узла, включающего эжектор с внешним и внутренним соплами 2 и 3 и смесительную камеру 4; дозатора-питателя 5 с порошком 6 напыляемого материала; газодинамического сопла 7; распределительной камеры 8 и источника сжатого газа, выполненного в виде баллона высокого давления 9.The device for gas-dynamic spraying consists of a housing 1; a mixing unit including an ejector with external and internal nozzles 2 and 3 and a mixing chamber 4; dispenser-feeder 5 with powder 6 of the sprayed material; gas dynamic nozzle 7; distribution chamber 8 and a source of compressed gas, made in the form of a high-pressure tank 9.

внутренним соплом 3 эжектора и через трубку 11 и тангенциальный канал, просверленный в цилиндрической стенке бункера по касательной к его поверхности, с распределительной камерой 8.the internal nozzle 3 of the ejector and through the tube 11 and the tangential channel drilled in the cylindrical wall of the hopper tangentially to its surface, with a distribution chamber 8.

В перегородке, разделяющей корпус устройства на смесительную и распределительные камеры 4 и 8, выполнено пять равномерно расположенных по окружности отверстий, в которых на резьбовых соединениях установлены сменные жиклеры 12. Баллон 9 соединен с распределительной камерой 8 через пневмомагистраль, которая изготовлена в виде гибкого шланга 13 с магистральным краном 14, редуктором 15 и регулирующим краном 16, управляемым ручным рычагом 17.In the partition dividing the housing of the device into the mixing and distribution chambers 4 and 8, there are five holes evenly spaced around the circumference, in which replaceable nozzles 12 are installed on the threaded connections. The cylinder 9 is connected to the distribution chamber 8 through a pneumatic line, which is made in the form of a flexible hose 13 with a main crane 14, a gearbox 15 and a control valve 16 controlled by a manual lever 17.

Работа устройства осуществяется следующим образом.The operation of the device is as follows.

В качестве рабочего газа используется гелий, находящийся под высоким давлением в баллоне 9. При открытии крана 14 гелий подается в редуктор 15, обеспечивающий заданное давление газа на входе в распределительную камеру 8. С выхода редуктора 15 гелий подается через гибкий шланг 13 на вход управляемого крана 16. При нажатии на рычаг 17 кран 16 открывается, и газ поступает в распределительную камеру 8. Часть гелия через пять жиклеров 12 поступает на вход внешнего сопла 2 эжектора смесительного узла, а затем в смесительную камеру.As the working gas, helium is used, which is under high pressure in the cylinder 9. When the valve is opened, 14 helium is supplied to the reducer 15, which provides the specified gas pressure at the inlet to the distribution chamber 8. From the outlet of the reducer 15, helium is fed through a flexible hose 13 to the input of the controlled valve 16. When the lever 17 is pressed, the valve 16 opens, and the gas enters the distribution chamber 8. A portion of the helium through five nozzles 12 enters the input of the external nozzle 2 of the mixing unit ejector, and then into the mixing chamber.

Другая часть гелия из распределительной камеры 8 через трубку 11 и тангенциальный канал подается в бункер 5, заполненный порошком 6. При подаче рабочего газа в бункер 5 через тангенциальный канал, выполненный в его стенке, в цилиндрическом объеме бункера образуется вихрь, поднимающий частицы порошка с его поверхности и увлекающий их в трубку 10, расположенную вдоль оси симметрии цилиндрического бункера 5, и далее во внутреннее сопло 3 эжектора.Another part of the helium from the distribution chamber 8 through the tube 11 and the tangential channel is fed into the hopper 5 filled with powder 6. When the working gas is fed into the hopper 5 through the tangential channel made in its wall, a vortex is formed in the cylindrical volume of the hopper, lifting powder particles from it surface and carries them into a tube 10 located along the axis of symmetry of the cylindrical hopper 5, and then into the inner nozzle 3 of the ejector.

Из сопла 3 смесь гелия с частицами порошка 6 истекает в смесительую камеру 4. В камере 4 гелий, поступающий из сопла 2, смешивается со смесью гелия и частиц, истекаюшей из сопла 3.From the nozzle 3, a mixture of helium with particles of powder 6 flows into the mixing chamber 4. In the chamber 4, helium coming from the nozzle 2 is mixed with a mixture of helium and particles flowing out of the nozzle 3.

В результате смесь гелия с частицами порошка 6 заданной концентрации подается на вход газодинамического сопла 7, в котором осуществляется разгон двухфазного потока до заданной скорости. Скорость частиц на выходе из сопла 7 зависит от давления гелия перед соплом, концентрации и размера частиц порошка. Расход частиц зависит от расхода гелия, проходящего через смесительный узел устройства, и может изменяться путем изменения количества жиклеров 12, установленных в перегородке, разделяющей распределительную и смесительную камеры 8 и 4, а также путем изменения диаметра проходного сечения жиклеров.As a result, a mixture of helium with particles of powder 6 of a given concentration is fed to the inlet of the gas-dynamic nozzle 7, in which the two-phase flow is accelerated to a given speed. The particle velocity at the exit of the nozzle 7 depends on the pressure of helium in front of the nozzle, the concentration and particle size of the powder. Particle flow rate depends on the flow rate of helium passing through the mixing unit of the device, and can be changed by changing the number of nozzles 12 installed in the partition separating the distribution and mixing chambers 8 and 4, as well as by changing the diameter of the passage section of the nozzles.

При изменении количества жиклеров и диаметра их отверстий происходит перераспределение между расходом гелия, проходящего через бункер 5 с порошком, и расходом гелия, поступающего на вход внешнего сопла 2 эжектора, минуя дозатор порошка. Размер частиц порошка выбирается в диапазоне от 1 до 200 мкм. Наиболее приемлемым, с точки зрения эффективности процесса напыления покрытий, является размер частиц от 1 до 50 мкм. Введенные в холодный газовый поток частицы порошка ускоряют в газодинамическом сопле 7 до скорости от 300 до 1200 м/с и полученной газопорошковой смесью обрабатывают поверхность изделия (на чертеже не показано).When changing the number of nozzles and the diameter of their holes, a redistribution occurs between the flow rate of helium passing through the hopper 5 with the powder and the flow rate of helium entering the input of the external nozzle 2 of the ejector, bypassing the powder dispenser. The particle size of the powder is selected in the range from 1 to 200 microns. The most acceptable, from the point of view of the efficiency of the coating spraying process, is a particle size of from 1 to 50 microns. Powder particles introduced into the cold gas stream are accelerated in the gas-dynamic nozzle 7 to a speed of 300 to 1200 m / s and the surface of the product is treated with the obtained gas-powder mixture (not shown in the drawing).

f-/////f /f - ///// f /

размер, теплоемкость и др.) выбираются рабочий газ и его пораметры (температура, давление и скорость истечения из сопла), а также расстояние между срезом сопла и обрабатываемой поверхностью.size, heat capacity, etc.), the working gas and its parameters (temperature, pressure and velocity of outflow from the nozzle), as well as the distance between the nozzle exit and the surface to be treated, are selected.

Конструкция предложенного устройства, как следует из вышеизложенного описания, обладает простотой по сравнению с выбранным прототипом 2, т.к. из дозатора-питателя исключены движущиеся части (цилиндрический барабан), механический привод и механический регулятор расхода частиц порошка, а следовательно, и повышенной надежностью работы. Кроме того, предложенное устройство может использоваться в автономных условиях эксплуатации, т.к. оно не требует электропитания и имеет сравнительно небольшие габариты и вес.The design of the proposed device, as follows from the above description, is simple in comparison with the selected prototype 2, because moving parts (a cylindrical drum), a mechanical drive and a mechanical regulator of the flow of powder particles, and, consequently, increased reliability, are excluded from the feeder-feeder. In addition, the proposed device can be used in stand-alone operating conditions, as it does not require power supply and has a relatively small size and weight.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ.INDUSTRIAL APPLICABILITY.

Устройство может использоваться в различных отраслях промышленности: металлургии, машиностроении, приборостроении и др. отрасляхThe device can be used in various industries: metallurgy, mechanical engineering, instrumentation and other industries

Устройство может использоваться для восстановления различных деталей и для образования антикоррозийных, электропроводящих, антифрикционных, упрочняющих, магнитопроводящих, диэлектрических и других покрытий на изделиях, выполненных из металлов, керамик и диэлектриков. Устройство может быть также использовано для нанесения многослойных, комбинированных, например, металлополимерных, и многофункциональных покрытий.The device can be used to restore various parts and to form anti-corrosion, electrically conductive, antifriction, hardening, magnetically conductive, dielectric and other coatings on products made of metals, ceramics and dielectrics. The device can also be used for applying multilayer, combined, for example, metal-polymer, and multifunctional coatings.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.USED SOURCES OF INFORMATION.

1.Теория и практика упрочнения материалов в экстремальных процессах. Новосибирск, 1992, глава 9, стр. 146-167, рис. 9.1.1. The theory and practice of hardening materials in extreme processes. Novosibirsk, 1992, chapter 9, pages 146-167, fig. 9.1.

2.Международная заявка WO 91/19016, МПК С23С4/00, ВО5В7/24, ВО5С19/00, Публикация 1991 г.2. International application WO 91/19016, IPC C23C4 / 00, BO5B7 / 24, BO5C19 / 00, 1991 Publication

Claims

1. A device for gas-dynamic spraying of coatings containing a gas-dynamic nozzle, a dispenser-feeder with a hopper for powder coating and a means for dispensing powder, a mixing chamber for the formation of a two-phase flow and a source of compressed gas communicated through a pneumatic line with a shut-off and regulating body with a mixing chamber and dispenser-feeder, characterized in that the means for dispensing the powder is made in the form of an ejector, the inner nozzle of which is communicated with the hopper for the powder, while the output Schnega ejector nozzle connected to the mixing chamber, and an input - a source of pressurized gas.

2. The device according to claim 1, characterized in that the hopper is in communication with a source of compressed gas through at least one tangential channel.

3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the input of the external nozzle of the ejector is in communication with a source of compressed gas through nozzles located in the dividing wall.