基本信息
- 项目名称：
- 微束流高速电弧喷涂枪的设计
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 电弧喷涂技术是材料科学表面工程技术的重要组成部分，本小组针对普通电弧喷涂和高速电弧喷涂进气压力高、耗能大、噪音高和涂层金属氧化严重的不足等缺点，以及针对精细喷涂的要求，采用空气动力学理论模型分析、计算了进气压力、喷管喉部直径、扩张比等参数对喷管出口气流速度分布、气体流量等的影响，在此基础上初步设计了微束流高速电弧喷涂枪的结构，并制造了试验产品。
- 详细介绍：
- 电弧喷涂技术是材料科学表面工程技术的重要组成部分，是应用十分广泛的表面工程关键技术之一，是国家科技和工业发展规划中支持、鼓励和大力发展的先进制造高新技术。本小组针对普通电弧喷涂和高速电弧喷涂进气压力高、耗能大、噪音高和涂层金属氧化严重的不足等缺点，以及针对精细喷涂的要求，采用空气动力学理论模型分析、计算了进气压力、喷管喉部直径、扩张比等参数对喷管出口气流速度分布、气体流量等的影响，结果表明在可以实现气体高速流动的前提下，减小喉部尺寸和降低进气压力是降低压缩空气消耗量的有效途径。在此基础上初步设计了微束流高速电弧喷涂枪的结构，并制造了试验产品。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 基本思路：因为现有的普通电弧喷涂和高速电弧喷涂存在雾化压缩空气气压高、流量大、噪音高等缺点，我们通过对现有喷枪的喉颈比和改善内部结构的设计，在保留电弧喷涂设备的通用性的前提下，提高了电弧喷涂的便捷性和节能降耗的特性。 创新点：我国目前热喷涂市场上尚未见到低流量或低压力电弧喷涂枪，而低流量或低压力电弧喷涂枪早已成为国外热喷涂行业的标准设备，因此研制微束流电弧喷涂枪可望改变这种局面。而且，微束流电弧喷涂枪不是简单缩小喷涂枪的尺寸，而是重点通过结构优化设计达到节能降耗的目的。 主要技术指标：将压缩空气气压从0.6-0.7MPa降低至0.3-0.4MPa，流量从3-6m3/min降低至3m3/min以下，提高其便捷性和易用性。
科学性、先进性
- 传统的电弧喷涂技术获得的涂层在结合强度、孔隙率及表面粗糙度等方面与等离子喷涂和高速火焰喷涂技术相比还有较大差距。而高速电弧喷涂与普通电弧喷涂相比，具有以下显著的优点：熔滴速度显著提高，雾化效果明显改善，涂层的结合强度显著提高，涂层的孔隙率低。 但现有的普通电弧喷涂和高速电弧喷涂均有很多缺点，如雾化压缩空气气压高、流量大，以至于传统车间蒸汽压力无法满足使用，而且设备的便携性也很差，制约了热喷涂技术的发展；而且高速喷涂在小零件应用上，喷涂原料利用率很差。 微束流高速电弧喷涂枪在保持电弧喷涂技术的高效、低成本、便捷的优点之外，进一步提高其通用性和便捷性，进一步通过改进喷枪降低能耗。将压缩空气气压从0.6-0.7MPa降低至0.3-0.4MPa，流量从3-6m3/min降低至3m3/min以下，满足了便携使用和车间内大规模使用的条件。同时因为结构设计的改善，提高了喷涂的材料利用率，做到了节能降耗和弥补行业空白的技术显著进步。
获奖情况及鉴定结果
- 暂无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 暂无
作品可展示的形式
- 实物、产品 、图片、 录像、 样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 该作品实用性强，符合节能减耗、环保等国家科技发展规划要求，可用于传统电弧喷涂设备的技术升级，也可以独立实现产业化推广，应用前景广阔，可以在石油、建筑、冶金、机械等行业的金属结构或及其零部件的腐蚀防护、耐磨减摩、耐腐蚀磨损等领域得到推广应用。
同类课题研究水平概述
- 美国大发公司最新研制的TAFA 9000电弧喷涂枪结构依然采用封闭型，而要实现压缩空气通过Laval喷管加速达到超音速状态，必须保证Laval喷管前方无障碍，即传统的封闭式雾化喷枪结构无论如何不能实现超音速喷涂。 中国农业机械化科学研究院表面工程技术研究所汪瑞军、黄小鸥等对比研究了三种结构的高速电弧喷涂枪结构，其中1 #为标准型喷管，2 #为高速喷管，3 #为采用分离式气流两级雾化结构的二次雾化喷管。其中3 #喷管的主气流在一次锥形雾化罩内高速冲击喷涂丝材交叉点，并沿轴向加速带走雾化的熔滴粒子；二次气流在次级雾化罩内以一定角度压缩轴向主气流，辅助再次雾化的粒子高速通过整流罩。这一结构产生的压缩气流速度比1 #标准喷涂嘴的高。二次气流对电弧产生的压缩作用，增加弧区高温段范围，延长喷涂材料在高温区的驻留时间。应用结果表明，这一结构对高填充比药芯焊丝喷涂高质量涂层有明显优势。 本项目采用通用性强的简易开放式高速电弧喷涂枪结构形式，通过用小尺寸喉部特征的Laval喷管替代传统直通压缩空气喷管结构，可以在较低压缩空气压力、低流量情况下实现超音速喷涂。微束流高速电弧喷涂技术特别适合精细电弧喷涂，即对小尺寸零件、零部件微小局部进行强化喷涂、修复喷涂、耐蚀喷涂，以及装饰喷涂；具有节能、低噪音、节约材料、喷涂效率高、便于移动携带等优点。特别是对空气压缩机容量要求显著降低，设备体积随之减小，适于开发成“热喷涂移动工厂”，进一步发扬电弧喷涂便于现场施工的优势。
