发明内容

针对上述现有技术的不足之处，本发明提供了一种用于超低压等离子喷涂的反极性等离子喷涂枪，该喷枪采用反转电极布置和外加延长的气冷直筒状喷管设计，可以在较低的输入电弧电流条件下实现更高的电弧电压和喷枪功率，并大幅提高粉末在射流核心高温区的停留时间，同时通过控制等离子气体的流量和石墨喷管的内壁温度来抑制粉末的沉积和堵塞，最大程度地实现粉末在超低压环境下的充分熔融和气化。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

本发明公开了一种用于超低压等离子喷涂的反极性等离子喷涂枪，包括枪体1和外部喷管10；所述枪体1包括前置中心通孔阴极2、后置杯状阳极3、绝缘主体4、主气进气管5、主气配气环6、冷却水进水管7和冷却水出水管8；所述外部喷管10包括陶瓷垫片11、石墨喷管12、钨衬套13、气冷套筒14、冷却气进气管15、冷却气出气管16、送粉管17和热电偶18；所述枪体1和外部喷管10通过气冷套筒14上的螺栓压紧密封连接。

所述石墨喷管12、阴极2、阳极3从前往后依次同轴心布置，阴极2和阳极3之间通过聚四氟主气配气环6实现隔离和绝缘，石墨喷管12和阴极2之间通过氮化硼陶瓷垫片11隔离和绝缘，防止阴极弧根转移到石墨喷管上，进而烧蚀喷管和污染涂层。

所述阴极2和阳极3外部开有水冷槽，冷却水从进水管7进入，依次流经阳极3和阴极2外部的水冷槽后从出水管8流出，实现对阴极2和阳极3的强制冷却。

所述阴极2和阳极3之间设有主气配气环6，等离子形成气体从主气进气管5进入，流经带有旋转配气孔的主气配气环6后进入电弧室通道，通过带有旋向的气流将阴阳极之间的初始电弧9拉伸延长，并保持动态稳定状态。

所述石墨喷管12内部镶嵌有钨衬套13，钨衬套具有较高的熔点和良好的机械性能，可以有效降低粉末对喷管的冲刷和磨损；喷管后端靠近阴极出口处设有送粉孔19，并与送粉管17相连通，粉末通过载气并沿着送粉孔19送入喷管中的中心射流高温区域。

所述石墨喷管12外部开有冷却槽，通过质量流量计控制的一定流量的惰性冷却气体从冷却气进气管15进入，流经冷却槽后从冷却气出气管16流出，从而实现对石墨喷管的定量冷却和保护。

所述石墨喷管12的外部两端分别开有沉孔，沉孔底部距离石墨喷管通道1-2mm，且热电偶测温端与沉孔底部接触测温，根据喷枪功率和喷管尺寸调整喷管外部冷却气体的流量，通过热电偶的实时测温，将喷管内壁温度控制在2000-2500°C范围内；因此，通过减小喷管内壁与熔化、气化粉末之间的温度差，并使用较大的等离子气体流量，可以有效抑制熔融、气化粉末在喷管热壁上的沉积和堵塞。

所述前置中心通孔阴极2与电源负极连接，所述后置杯状阳极3与电源正极连接，通过这种反转电极结构的设计，可以在两极枪结构上最大程度地拉伸电弧，使阴极弧根很容易拉伸并固定在阴极出口处，实现较大的电弧电压，进而可以在小电流下实现更大的喷枪功率；因此，该种设计可以在增大射流温度和焓值的同时减小电极烧蚀，进而延长电极和喷枪的使用寿命。

所述阴极2材质为铜内嵌钨衬套，所述阳极3材质为铜内嵌钼衬套，这样设计可以进一步地减小电极的烧蚀和对涂层的污染。

所述主气配气环6上均匀分布有8个直径为1-2mm的气孔，且气孔径向旋转角度为45°C，通过旋转进气，可以有效稳定电弧并使弧根周期转动，防止弧根在电极某一点处持续烧蚀。

所述送粉孔19的孔径为1-2mm，送粉孔出口距离阴极出口为2-5mm，这样可以将粉末送入靠近喷枪阴极出口处的中心高温区域；送粉孔出口距离石墨喷管出口为60-120 mm，这样可以大幅延长粉末在喷管高温射流中的加热时间，提高射流能量利用率，使粉末充分熔融和气化。

所述石墨喷管12的中心通孔为直筒状，内径为4-10mm，直径相对较小的圆筒状流道设计可以有效压缩射流，提高射流温度，并使粉末从进入到离开喷管过程中始终处于高温射流区域。

所述石墨喷管12的外部冷却槽采用氮气、氩气等惰性气体冷却，使用惰性气体冷却可以防止石墨在高温下的氧化和消耗，大幅延长石墨喷管的使用寿命。

本发明的一种用于超低压等离子喷涂的反极性等离子喷涂枪具有以下优势：1）在较低电弧电流（500 A）条件下，喷枪功率可以达到60 Kw，因此可以大幅降低大电流对电极的烧蚀作用，延长喷枪使用寿命；2）外部小口径直筒状喷管的设计大幅提升了粉末在射流高温区域的停留时间，提高了喷枪能量的利用率，使喷枪在超低压环境下，以相对较低的功率也可以实现陶瓷粉末的充分熔融和气化；3）使用气体冷却的外加喷管设计，可以准确控制喷管的内壁温度，较高的内壁温度结合较快的等离子射流速度有效解决了熔融、气化粉末在喷管内部的沉积和堵塞问题。