[發明專利]一種在小直徑管道內表面制備金屬涂層的裝置

在審

• 申請號: 202211333035.8
• 申請日: 2022-11-02
• 公開（公告）號: CN115627437A
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發明（設計）人: 趙衛民;李茜;孫增鑫;孫沖;孫建波;林學強
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: C23C4/131
• 分類號: C23C4/131;C23C4/16
• 代理公司: 山東祺智知識產權代理有限公司 37361
• 代理人: 趙斌

本發明屬于金屬材料表面處理裝置領域，提供了一種在小直徑管道內表面制備金屬涂層的裝置，該裝置包括支撐管和固定在支撐管前端的工作臺，工作臺底部通過噴嘴支架連接有傾斜的焊槍噴嘴，工作臺上固定有微型馬達，微型馬達的轉軸上連接有齒輪，焊槍噴嘴外側設置有與齒輪嚙合的外套；還包括設置在支撐管外的焊機和支架。采用這種結構的裝置，可利用電弧熔化絲材產生液態金屬，在焊槍噴嘴內利用外套旋轉的離心作用，結合自身重力以及保護氣吹力將液態金屬甩至待涂覆管道內壁形成涂層，涂層與管道內壁為機械結合和微冶金結合共同作用，從而解決小直徑管道內壁無法進行常規電弧噴涂，而電弧堆焊無法制備與管材缺乏冶金相容性的金屬功能層的難題。

技術領域

本發明屬于金屬材料表面處理裝置領域，提供了一種在小直徑管道內表面制備金屬涂層的裝置。

背景技術

眾多金屬涂層如鋁、鋅及其合金等，對鋼結構具有優良的防護效果，但是很多金屬與鋼冶金相容性差，不適合采用熔覆方法進行制備。電弧噴涂是以電能作為熱源，兩根噴涂材料金屬絲為自耗性電極，利用電極端部產生的電弧熱能使其熔化，同時用壓縮氣流霧化后噴射到基體的熱噴涂方法，可形成各種耐磨、耐蝕、抗氧化等功能涂層，涂層與基體之間為機械結合和微冶金結合共同作用，涂層材料不受其與基體冶金相容性的限制。不過常規電弧噴涂中高速氣流與空氣摩擦會產生很大噪聲污染，同時設備在小直徑管道施工難以保證涂層質量。至今，在小直徑管道內壁制備金屬噴涂層仍存在諸多難點。

電弧噴涂涂層的質量與被噴涂金屬在基體表面的扁平化程度密切相關。受電弧熱作用形成的熔滴，在到達基體表面時的微粒速度越快、變形能力越強，這就導致微粒沖撞基體時的扁平化程度越大，形成的涂層質量越好。常規電弧噴涂時，有壓縮空氣作用，自耗性電極端部的熔滴被壓縮氣流霧化和加速，而隨飛行距離的增加，熔滴的速度先增后降而其溫度則迅速降低甚至凝固成顆粒。如果微粒在飛行速度最大且處于熔化或半熔化狀態時正好到達被噴涂結構表面，則可得到最佳的微粒扁平化效果和涂層質量，因此電弧噴涂時要有一個合適的電弧能量、噴涂距離、氣流速度匹配關系，而鋁基涂層的最佳噴涂距離多在150～160mm之間，這個噴涂距離的要求使得常規電弧噴涂很難制備內徑小于300mm的管道內壁涂層。去掉壓縮空氣驅動作用，使熔滴僅靠重力作用過渡，熔滴到達管道內壁時會因沖撞基體時的速度慢、熔滴可能已經凝固成固體微粒而無法實現扁平化以及涂層的良好成型，而且熔滴過渡頻率低也降低了涂覆效率。至今，尚未見借助電弧噴涂原理，針對小直徑管道內壁進行金屬涂層制備的裝置報道。

因此，能否提供一種適合小直徑管道內表面金屬涂層制備的裝置成為本領域亟待解決的問題之一。

發明內容

本發明針對現有技術存在的諸多不足之處，提供了一種在小直徑管道內表面制備金屬涂層的裝置，該裝置包括支撐管和固定在支撐管前端的工作臺，工作臺底部通過噴嘴支架連接有傾斜的焊槍噴嘴，工作臺上固定有微型馬達，微型馬達的轉軸上連接有齒輪，焊槍噴嘴外側設置有與齒輪嚙合的外套；還包括設置在支撐管外的焊機和支架。采用這種結構的裝置，可利用電弧熔化絲材產生液態金屬，在焊槍噴嘴內利用外套旋轉的離心作用，結合自身重力以及保護氣吹力將液態金屬甩至待涂覆管道內壁形成涂層，涂層與管道內壁為機械結合和微冶金結合共同作用，從而解決小直徑管道內壁無法進行常規電弧噴涂，而電弧堆焊無法制備與管材缺乏冶金相容性的金屬功能層的難題。

本發明的具體技術方案如下：

一種在小直徑管道內表面制備金屬涂層的裝置，該裝置包括支撐管和固定在支撐管前端的工作臺，工作臺底部通過噴嘴支架連接有傾斜的焊槍噴嘴，工作臺上固定有微型馬達，微型馬達的轉軸上連接有齒輪，焊槍噴嘴外側設置有與齒輪嚙合的外套；

上述焊槍采用電弧加熱的方式，焊槍噴嘴包括中間套，中間套外側套接有外套，中間套表面為抗高溫自潤滑陶瓷絕緣材料，可以確保外套在中間套外側旋轉，中間套尾部通過噴嘴支架固定連接在工作臺底部，中間套內側對稱設置有一對導電塊，導電塊內固定連接有導絲管，導絲管的前端設置在外套內側；中間套中心設置有保護氣輸送管；所述的微型馬達通過電源線與外置電源及控制器直接連接，可以通過控制器調節轉速。