[發(fā)明專(zhuān)利]基于等離子體磁場(chǎng)推進(jìn)的金屬粉末噴射裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510403821.4
• 申請(qǐng)日: 2015-07-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104947102B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方攸同;何磊杰;梁斯莊;黃曉艷;馬吉恩;張健;劉嘉斌;周晶
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C23C24/04
• 分類(lèi)號(hào): C23C24/04;B23K28/00
• 代理公司: 杭州求是專(zhuān)利事務(wù)所有限公司33200
• 代理人: 林超

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及了一種噴射裝置，具體是涉及了一種基于等離子體磁場(chǎng)推進(jìn)的金屬粉末噴射裝置。

背景技術(shù)

在金屬切割領(lǐng)域，市場(chǎng)上使用較多的是線(xiàn)切割、高溫乙炔切割及高溫水槍切割的方法。現(xiàn)有這些方法存在以下問(wèn)題：線(xiàn)切割技術(shù)在切割金屬內(nèi)部時(shí)需要穿孔，且在多次作業(yè)后需要更換，增加了操作的復(fù)雜性；高溫、高速乙炔氣體流切割和高壓水槍切割金屬的方法在切割精度上不夠高。

另一應(yīng)用領(lǐng)域金屬焊接，現(xiàn)有焊接技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)高致密、高純度非氧化金屬焊接，尤其是在非同種金屬斷面的焊接上，容易造成斷面氧化及腐蝕。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)及裝置存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于等離子體磁場(chǎng)推進(jìn)的金屬粉末噴射裝置，通過(guò)電場(chǎng)下金屬粉末產(chǎn)生局部感應(yīng)強(qiáng)電場(chǎng)的效應(yīng)，有效激發(fā)氣體電離產(chǎn)生等離子體，快速簡(jiǎn)便，同時(shí)等離子體在由永磁體提供的強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境中受磁力作用下向前運(yùn)動(dòng)，將包裹的金屬粉末噴射出去，具有噴射速度大，純度高、穩(wěn)定可控等特點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明包括進(jìn)料裝置、永磁體、硅鋼片、保護(hù)套和電極，進(jìn)料裝置中裝有經(jīng)過(guò)研磨的精細(xì)金屬粉末并充滿(mǎn)有用于產(chǎn)生等離子體的氣體；進(jìn)料裝置的出口連接到由保護(hù)套所包圍的噴射通道，位于噴射通道的兩側(cè)均設(shè)有電極，兩側(cè)的電極之間形成內(nèi)部電場(chǎng)區(qū)域；永磁體夾于上下硅鋼片之間，并包裹在保護(hù)套外，形成外部磁場(chǎng)區(qū)域，電極產(chǎn)生內(nèi)部強(qiáng)電場(chǎng)，保護(hù)套位于由永磁體和硅鋼片構(gòu)成的外部磁場(chǎng)區(qū)域及電極產(chǎn)生的內(nèi)部電場(chǎng)區(qū)域之間。

所述永磁體與兩側(cè)的電極均在同一平面上，使得施加在電極上電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向?yàn)轫槾欧较颉?/p>

所述上下硅鋼片的內(nèi)側(cè)面均設(shè)有突出的梯形凸條，保護(hù)套定位在上下硅鋼片的梯形凸條之間。

所述的精細(xì)金屬粉末為經(jīng)研磨后顆粒直徑不大于0.1mm的金屬粉末。

所述的永磁體采用釹鐵硼或釤鈷，用于產(chǎn)生噴射通道中的外部磁場(chǎng)。

所述的電極是石墨電極，用于激發(fā)氣體電離產(chǎn)生等離子體。

所述的用于產(chǎn)生等離子體的氣體是還原性氣體或者惰性氣體。

所述的惰性氣體采用氦氣。

所述的還原性氣體采用氮?dú)狻?/p>

本發(fā)明采用處于電場(chǎng)中的金屬粉末具有局部感應(yīng)強(qiáng)電場(chǎng)的效應(yīng)，激發(fā)氣體電離產(chǎn)生等離子體，高溫等離子體包裹著金屬粉末通過(guò)一個(gè)永磁體產(chǎn)生、硅鋼片聚攏的強(qiáng)磁場(chǎng)通道，在強(qiáng)磁場(chǎng)力作用下實(shí)現(xiàn)金屬粉末的噴射。

相比線(xiàn)切割技術(shù)，本發(fā)明裝置通過(guò)產(chǎn)生高溫高速的帶金屬粉末等離子體噴射流，在特定磁場(chǎng)作用下，聚焦產(chǎn)生極細(xì)的噴射流，該噴射流可以用于切割金屬，同時(shí)速度可控、精度更高，對(duì)于金屬內(nèi)部的切割也更方便。

相比焊接技術(shù)，本發(fā)明裝置通過(guò)改變參入金屬粉末的種類(lèi)或者增大金屬注入量，可將此金屬焊接在其它金屬表面，形成良好的異種金屬焊接層，不易受氧化及腐蝕，大大延長(zhǎng)了焊接產(chǎn)品的壽命，同時(shí)該高溫高速的含金屬粉末射流，可實(shí)現(xiàn)噴射速度與溫度的可控，亦可實(shí)現(xiàn)將金屬?lài)娡吭诜墙饘偃绮ＡУ谋砻妫鴤鹘y(tǒng)工藝很難達(dá)到此效果。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明利用電場(chǎng)下金屬粉末的局部感應(yīng)強(qiáng)電場(chǎng)效應(yīng)，快速激發(fā)氣體的電離，產(chǎn)生等離子體簡(jiǎn)便有效；同時(shí)在等離子噴射過(guò)程中始終處于噴射通道長(zhǎng)電極強(qiáng)電場(chǎng)環(huán)境中，產(chǎn)生的等離子體穩(wěn)定持久。

本發(fā)明利用永磁體產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，在通道中磁場(chǎng)力的作用下使等離子體包裹著金屬粉末運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)噴射效果，作用力均勻穩(wěn)定，噴射速度快。

本發(fā)明中金屬粉末在還原性/惰性氣體等離子體包裹運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)噴射，避免了金屬在高溫噴射下的氧化，具有純度高，噴涂細(xì)膩的特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為等離子體推進(jìn)示意圖。

圖3為金屬粉末激發(fā)氣體電離的原理圖。

圖4為本發(fā)明裝置的截面磁場(chǎng)分布圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明包括進(jìn)料裝置1、永磁體2、硅鋼片3、保護(hù)套4和電極5，進(jìn)料裝置1中裝有經(jīng)過(guò)研磨的精細(xì)金屬粉末并充滿(mǎn)有用于產(chǎn)生等離子體的氣體；進(jìn)料裝置1的出口連接到由保護(hù)套4所包圍的噴射通道，位于噴射通道的兩側(cè)均設(shè)有電極5，兩側(cè)的電極5之間形成內(nèi)部電場(chǎng)區(qū)域；永磁體2夾于上下硅鋼片3之間，并包裹在保護(hù)套4外，形成外部磁場(chǎng)區(qū)域，通過(guò)硅鋼片3聚攏強(qiáng)磁場(chǎng)至電極5之間，電極5產(chǎn)生內(nèi)部強(qiáng)電場(chǎng)，保護(hù)套位于由永磁體2和硅鋼片3構(gòu)成的外部磁場(chǎng)區(qū)域及電極5產(chǎn)生的內(nèi)部電場(chǎng)區(qū)域之間。