Порционный дозатор поршковых материалов для нанесения газотермических покрытий

Полезная модель относится к средствам дозированной подачи порошков в установках детонационно-газового напыления керамик и металлов.
Известен дозатор порошковых материалов для нанесения детонационных покрытий (Патент РФ №2371681 от 15.04.08, МПК: G01F11/18; В82В 3/00, опубликовано 27.10.09), содержащий бункер с порошком, элемент дозирования порошка, устройство для подачи транспортируемого газа и отвода газопорошковой смеси. Устройство для подачи транспортируемого газа и отвода газопорошковой смеси выполнено в виде канала, сообщенного со стволом детонационной установки, а элемент дозирования порошка выполнен в виде наклонной площадки, обеспечивающей изменение величины конуса сыпучести порошка, и снабжен камерой для отвода газопорошковой смеси, имеющей сопротивление движению газа ниже, чем по другим каналам, и разнесенной с бункером. Дозатор дополнительно снабжен сменным жиклером, установленным в основании бункера перед элементом дозирования порошка.
Недостатками данной конструкции являются:
- использование транспортирующего газа, что приводит к увеличению габаритных размеров и удорожанию установки;
- наличие жиклера сужает ряд дисперсности используемых порошков, а также приводит к отсутствию контроля массовым или объемным показателями количества порошка участвующего в технологическом процессе.
Известен также импульсный порошковый питатель для установки детонационного напыления (Патент РФ №2342201 от 20.02.07, МПК: В05В 7/20, опубликовано 27.12.2008), содержит бункер и установленные в нем с зазором и соосно друг относительно друга горизонтальный газопровод и транспортный трубопровод. В бункере дополнительно установлены вертикальный газопровод и патрубок для подачи порошка в бункер. Горизонтальный и вертикальный газопроводы и транспортный трубопровод установлены в верхней части бункера выше среза патрубка, также расположенного в верхней части бункера. Кроме того, питатель снабжен управляемыми клапанами, позволяющими поочередно направлять поток азота из магистрали в тот или иной газопровод, при этом действие клапанов синхронизировано с циклограммой установки. Вместо двух клапанов возможно использование одного клапана-распределителя.
Недостатками данной конструкции являются:
- отсутствие селективности вводимых в плазменный поток порошков;
- использование транспортирующего газа.
Задачей полезной модели является повышение качества обрабатываемых (напыляемых) изделий путем порционного внесения порошковых материалов в газоразрядный поток плазмы.
Техническим результатом является возможность использования грубодисперсных и высокодисперсных порошковых материалов, повышение надежности работы, повышение экономичности расхода наносимых материалов на поверхность обрабатываемого изделия.
Это достигается тем, что в отличие от известного технического решения барабан с необходимым числом камор позволяет контролировать количество используемого порошка в технологическом процессе. Формирование содержимого камор происходит до процесса обработки изделия. Так как каждая отдельная камора является участком рабочего канала и в своей конструкции не содержит жиклера, это позволяет использовать порошки различного гранулометрического состава, а так же дает возможность контролировать расход массового и объемного количества используемого порошка. Устройство содержит вспомогательное электромеханическое оборудование для поворота барабана и установкой необходимой каморы относительно торцевой поверхности рабочего канала. При этом свойство и количество порошка каждой отдельной каморы может быть различным. Последовательность и скорость смены камор выставляется до начала обработки поверхности, процесс автоматизирован. Каждая отдельная камора барабана заполняется вручную перед каждым последующим циклом или же автоматически, путем замены барабана с заранее заполненными каморами. Совокупность вспомогательных электромеханических узлов, а также цифровых датчиков контроля связанных с программируемым контроллером повышают надежность порционного дозатора.
Полезная модель поясняется чертежами: на фиг. 1 приведен общий вид порционного дозатора для подачи порошковых материалов; на фиг. 2 изображен общий вид сопряжения рабочего канала с порционным дозатором и электроприводом.
На чертежах представлен пример порционного дозатора, где:
1 - барабан;
2 - порошковый материал;
3 - рабочий канал;
4 - камора;
5 - сквозное отверстие;
6 - шпоночное соединение;
7 - электропривод;
8 - вал электропривода;
9 - обрабатываемое изделие;
d - диаметр каморы;
- длина каморы.
Порционный дозатор порошковых материалов для нанесения газотермических покрытий выполнен в виде барабана (1) содержащего каморы (4), выполненные с возможностью заполнения грубодисперсными (размер частиц более 1 мкм) или высокодисперсными (размер частиц менее 1 мкм) порошками (2) оксидов и нитридов металлов и сплавов (или их композицией с неметаллическими порошками). Барабан (1) выполнен из конструкционной легированной стали 25Х2Н4МА. Диаметр d всех камор (4) совпадает с внутренним диаметром рабочего канала (3) установки, так как камора (4) является участком рабочего канала (3) детонационной установки. Каморы (4) равноудалены от центральной части барабана (1), а шаг между центрами соседних камор (4) выбирается таким образом, чтобы толщина стенки соседних камор (4) была не меньше толщины стенки рабочего канала (3) детонационной установки. При этом длина  камор (4) кратна шести ее диаметрам d.
Вал (8) электропривода (7) сопрягается с отверстием (5) барабана (1) и фиксируется шпоночным соединением (6). В качестве исполнительного органа электропривода (7) использован шаговый двигатель с возможностью программного управления контроллером.
Устройство работает следующим образом. Каморы (4) заполняют порошковыми материалами (2), где каждая камора (4) может содержать порошки (2) различного химического и гранулометрического состава. После этого барабан (1) устанавливают и фиксируют на валу (8) электропривода (7). Каморы (4) вращающегося барабана (1) располагают соосно относительно неподвижно закрепленного рабочего канала (3), при этом смена камор (4) может происходить в заданном порядке благодаря программе контроллера. Сформированная в рабочем канале (3) детонационная волна, распространяясь от закрытого торца в направлении обрабатываемого изделия (9), проходит через камору (4) барабана (1) содержащую заданное количество порошка (2) вовлекая его в поток. После выстрела происходит смена камор (4) путем вращения барабана (1). Барабан (1) приводят во вращение с помощью электропривода (7), вал (8) которого сопряжен с отверстием (5) барабана (1) и зафиксирован шпоночным соединением (6). После чего алгоритм внесения порошковых материалов в плазменный поток повторяют.
Пример:
2
3
Проводилось напыление наноструктурированного порошка оксида алюминия (AlO) на материал подложки меди (Cu). Количество камор порционного дозатора равно 8, при диаметре d каждой каморы 10 мм и длине  каморы 60 мм. Масса единичной дозы наносимого порошка в одной каморе составляла ~100 мг при среднем размере частиц порошка 20 мкм, в результате единичное пятно наносимого материала имело толщину ~3 мкм при диаметре пятна ~3 мм. Таким образом, весь порошковый материал из каморы был использован для получения газотермического покрытия.