Пристрій для газотермічного нанесення покриттів

Изобретение относится к оборудованию для нанесения покрытий из порошковых материалов газотермическими методами и может быть использовано в различных отраслях промышленности для создания защитных, износостойких и других покрытий, повышающи х эксплуатационные свойства машин и механизмов. Известно устройство для нанесения покрытий из порошковых материалов, включающее рабочую камеру в виде ствола с открытым концом, заполненную способной к детонации смесью горючего газа, окислительного газа и напыляемого порошкового материала. В стволе возбуждается детонация горючей смеси и происходит выбрасывание порошкового материала высокоскоростным потоком газов, истекающих из открытого конца указанного ствола [1]. К недостаткам данного устройства можно отнести невысокое качество покрытия в периферийной области пятна напыления и низкий коэффициент использования порошкового материала. Происходит это потому, что при взрыве газопорошковой смеси частицы порошка, завихряясь и рассредоточиваясь по всему поперечному сечению ствола, приобретают при движении различное энергетическое состояние в зависимости от местоположения частиц относительно оси ствола. Действительно, максимально возможную скорость приобретают частицы, оказавшиеся вблизи оси ствола, в то время как периферийные частицы тормозятся и охлаждаются от соприкосновения со стенками ствола. Поэтому периферийные частицы приобретают недостаточную скорость и температур у, в связи с чем плохо сцепляются с подложкой, а некоторые из них вообще не достигают цели. Все это приводит к невысокому качеству наносимых покрытий, перерасходу порошкового материала, низкой производительности и недостаточной экономичности процесса. Более близким к описываемому изобретению является устройство для напыления покрытий, содержащее ствол, состоящий из камеры сгорания и конечной секции ствола, систему подачи газов, порошковый питатель и воспламенитель горючей смеси газов, совмещенный с блоком управления электроразрядами [2], Наличие нескольких секций позволяет осуществлять ступенчатый нагрев и ускорение распыляемого порошка и достигать более высоких его энергетических параметров. Однако и это устройство не лишено существенных недостатков. При движении газопорошкового потока энергетическое состояние частиц резко изменяется в зависимости от местоположения их относительно центра сечения ствола. Как и в предыдущем устройстве [1], максимально возможное энергетическое состояние будут иметь частицы, оказавшиеся вблизи центра сечения ствола, в то же время периферийные частицы из-за торможения и охлаждения от соприкосновения со стенками ствола резко потеряют и свою скорость, и температуру, что снижает эффективность использования энергии и качество полученных покрытий. Особо следует отметить, что в указанном устройстве, как и в других известных устройства х, частицы порошка выносятся из ствола благодаря тому, что подхватываются и перемещаются продуктами сгорания за счет своей парусности, определяемой миделевым сечением вводимых порошковых частиц. Таким образом, перенос взвешенных частиц порошка происходит только за счет несущего эффекта газового потока, в связи с чем используется лишь незначительная часть энергии взрывчатой смеси газов. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства для газотермического нанесении покрытий за счет введения дополнительных воспламенителей и выбора места их установки, а также введения и соответствующего размещения эжекционного сопла, сообщающегося с порошковым питателем, чем повышается коэффициент использования порошков и газов, и при том же расходе материала позволяет формировать более качественные покрытия. Поставленная задача решается тем, что устройство для газотермического нанесения покрытий, содержащее ствол, состоящий из камеры сгорания и конечной секции ствола, систему подачи газов, порошковый питатель и воспламенитель горючей смеси, соединенный с блоком управления электроразрядами, согласно изобретению, снабжено дополнительными воспламенителями горючей смеси, размещенными в камере сгорания и в конечной секции ствола и соединенными с блоком управления электроразрядами, а в центре сечения входного участка конечной секции ствола размещено эжекционное сопло, сообщающееся с порошковым питателем. Изобретение поясняется чертежом, на котором схематично показан общий вид устройства. Устройство содержит ствол, состоящий из нескольких секций; секции 1 (камера сгорания) и 2 (конечная секция) соединены плавным переходом 3. В центре сечения входного участка конечной секции 2 ствола размещено эжекционное сопло 4, соединенное с порошковым питателем 5. К камере сгорания 1 подключена система подачи газов 6. Воспламенители горючей смеси 7, размещенные в камере сгорания 1, равномерно рассредоточены по ее поверхности подключены к блоку 8 управления электроразрядами. Воспламенители горючей смеси 9, размещенные в конечной секции ствола, равномерно расположены по поверхности входного участка конечной секции 2 ствола и также подключены к блоку 8 управления электроразрядами. Устройство работает следующим образом. Система подачи газов 6 заполняет свежей горючей газовой смесью секции 1, 3 и 2 ствола. В то же время из порошкового питателя 5 порция наносимого порошкового материала подается во входную часть центрального канала сопла 4, в котором образует компактную насыпную "пробку", перекрывающую проходное сечение канала сопла. Блок 8 управления электроразрядами подает напряжение сначала на воспламенители 9, затем на воспламенители 7, в результате чего горение газовой смеси начинается в кольцевом пространстве между внутренней поверхностью секции 2 ствола и наружной поверхностью сопла 4, затем в камере сгорания 1. Особо следует подчеркнуть, что, поскольку воспламенителей 9 и 7 несколько и они равномерно рассредоточены по соответствующим поверхностям секций 2 и 1 ствола, происходит многоочаговое возбуждение взрыва газовой смеси, заполняющей объем ствола. Образовавшиеся при взрыве горячие газы истекают из камеры сгорания 1 в виде двух скоростных коаксиальных потоков - центрального (через внутренний канал сопла 4) и периферийного (вдоль наружной поверхности этого сопла). Периферийный поток, обтекающий наружную поверхность сопла 4, вызывает разрежение в центральном его канале, способствуя повышению скорости центрального потока горячего газа, выносящего из сопла компактную "пробку" порошкового материала. Поскольку воспламенение газовой смеси в стволе началось в районе воспламенителей 9, т.е. в кольцевом пространстве между внутренней поверхностью секции 2 ствола и наружной поверхностью сопла 4, порошок из сопла выбрасывается в уже движущуюся горячую газовую среду. При этом, что важно, ускорение порошковой массы достигается за счет суммарного воздействия на нее нескольких физических факторов: а) метательного эффекта от динамического напора центрального газового потока на компактную порошковую "пробку" (своего рода "пулю"), находящуюся в центральном канале сопла; б) эжекционно-ускорительного эффекта в центральном канале сопла, вызванного периферийным газовым потоком, обтекающим наружную поверхность сопла; в) несущего эффекта газового потока, возникающего за счет напора газов и парусности порошковых частиц. Во всех известных устройства х вынос частиц порошка происходит только за счет последнего из вышеперечисленных факторов, т.е. за счет несущего эффекта. Таким образом, согласно описываемому изобретению, порошковые частицы из центрального канала сопла вылетают в осевую зону движущегося газотермического потока. Нагреваясь и ускоряясь газотермическим потоком, порошковые частицы перемещаются вдоль оси ствола в виде локального концентрированного порошкового облачка практически без контакта со стенками ствола. После выхода из ствола нагретые порошковые частицы вылетают в направлении обрабатываемой поверхности в защитной оболочке горячих газов, поскольку находятся в центре коаксиального газопорошкового потока, поэтому они не контактируют с воз духом, что предохраняет их от окисления. Эти обстоятельства имеют весьма важное значение для достижения высокого качества покрытия, поскольку в предлагаемом устройстве порошковые частицы не окисляются, не завихряются и не тормозятся, равномерно ускоряются, прогреваются и летят в цель кучно, без разброса, с относительно равномерным распределением по пятну напыления. Благодаря незначительному рассеиванию существенно увеличивается коэффициент использования порошка, что позволяет при том же расходе материала формировать более толстые покрытия. Равномерные нагрев и ускорение частиц порошкового материала и защита их о т окисления обеспечивают высокую прочность сцепления покрытия с подложкой, низкую его пористость, а применение для ускорения частиц дополнительно метательного и эжекционного эффектов существенно повышает коэффициент использования энергии газовой смеси.