具体实施方式

如图所示，本实施例中的电子束辅助真空电扫超音速沉积喷枪，包括冷喷头、高能电子束发射器91以及电子束控制装置，所述电子束控制装置安装于高能电子束发射器出射口处用于控制电子束的发射方向，以使得电子束与冷喷头喷射方向汇聚于一点。结合图1和图2所示，冷喷头用于实现冷喷涂，使得粉末加速后在完全固态下撞击基体，发生较大的塑性变形而沉积在基体表面上形成涂层；高能电子束发射器91的出射口安装有三级磁透镜93用于使高能电子汇集成束，高能电子束发射器为现有设备可用于发射高能电子束，其中高能电子束是电子经过汇集成束，具有高能量密度，它是利用电子枪中阴极所产生的电子在阴阳极间的高压加速电场作用下被加速至很高的速度，经透镜会聚作用后，形成密集的高速电子流；通过电子束控制装置用于控制高能电子束的发射方向，使得高能电子束与冷喷头喷出的粉末束始终在某一点汇集，通过该结构可对粉末束中的粉末粒子加热，通过控制高能电子束的能量进而控制粉末粒子的加热温度，以控制粉末粒子的状态，通过温度控制可使得粉末粒子在固态状态下提高温度，提高固体粒子的塑性，以降低固体粒子沉积需要的临界速度，或者可使得粉末粒子加热后形成熔融状态，实现热喷涂，在热喷涂过程中可在基体表面处或者靠近基体表面处将固体粉末粒子加热成熔融状态，利于控制整个喷涂介质的方向，防止液体介质直接喷涂导致的飞溅和发散现象；另外该结构还可实现焊接的扩展功能，在工作时可以对粉末和基材同时进行加热，使粉末轰击基材过程中，在动能作用下深度、质密的结合，并在总能量作用下实现部分或者完全组织转变，形成微观层面的一体结构，同时微型粉末高能轰击效应，形成夯实、微喷丸强化效应，进一步增强沉积层结合面及整体的性能；

本实施例中，所述冷喷头包括顺序设置的送粉装置10、静电发生装置20、拉瓦尔喷管81、喷嘴40以及偏转线圈Ⅰ60，所述静电发生装置用于使送粉装置中送出的粉末粒子带电，所述拉瓦尔喷管中通入高压气体用于使带电粒子加速并使得加速后的粒子通过喷嘴喷出，所述偏转线圈设置于喷嘴出口端用于控制带电粒子束的喷射方向。结合图2所示，送粉装置具有圆筒形外壳，该外壳顶部开设有送粉口，底部正对送粉口处设置有出粉口，静电发生装置安装于送粉装置内腔中，静电发生装置主要是产生静电，输出单一极性，如为正或负极性，输出电压可以调节，本实施例中静电发生装置包括设置于送粉装置内腔中的高压放电电极以及设置于电极下方的绝缘体，该绝缘体上阵列有多个竖向孔，静电发生装置采用现有结构，具体不在赘述；拉瓦尔喷管配合高压气流使用，其中高压气流可通过送粉装置同步送入或者可单独通入喷管中，拉瓦尔喷管采用绝缘材质制成，拉瓦尔喷管的前半部是由大变小向中间收缩至一个窄喉，窄喉之后又由小变大向外扩张，喷管中的气体受高压流入喷嘴的前半部，穿过窄喉后由后半部逸出。这一架构可使气流的速度因喷截面积的变化而变化，使粒子束加速达到音速或超音速；结合图2和图3所示，偏转线圈是由一对水平线圈和一对垂直线圈组成的，每一对线圈由两个圈数相同，形状完全一样的互相串联或并联的绕组所组成。当分别给水平和垂直线圈通以一定的电流时，两对线圈分别产生一定的磁场。水平线圈产生的是枕形场，而垂直线圈产生的是桶形场，通过二者的配合控制带电粒子束的喷射方向，进而使得粒子束在基体表面实现水平扫描和垂直扫描，利于精确的控制带电粒子束的方向进而实现可控的扫描喷涂，并且大幅提高生产效率；该结构中通过送粉装置送入粉末粒子，粉末粒子经过静电发生装置后形成带电粒子，该带电粒子通过拉瓦尔喷管后加速使得粒子束速快速达到粒子的临界速度，具体可达到音速或超音速，音速或超音速的粒子束经过喷嘴喷出撞击基体表面，发生较大的塑性变形而沉积在基体表面上形成涂层，该结构将喷涂粉末转化成带电粒子束，并通过偏转线圈为粒子束施加作用力改变粒子束的运动方向，实现对喷涂方向的精确控制，并提高涂层分布的可控性；该控制结构简单，对粒子束的控制简单且精确，控制精度高，扫描速度快；另外由于粒子束带电，通过为基体表面施加相反电荷利于提高粒子的附着性能。

本实施例中，电子束控制装置为安装于高能电子束发射器出射口处的偏转线圈Ⅱ92，所述偏转线圈Ⅱ用于控制电子束以使得电子束实时与喷嘴喷出的带电粒子束汇聚于一点。偏转线圈Ⅱ与偏转线圈Ⅰ的结构类似，偏转线圈Ⅰ用于控制粉末粒子扫描，而偏转线圈Ⅱ控制电子束跟随着粉末粒子动态扫描，使得粉末粒子束与电子束始终汇聚于一点，优选二者在基体表面处汇集。

本实施例中，所述冷喷头还包括设置于送粉装置出口侧用于对粒子进行加热的加热装置50。加热装置可设置于送粉装置处、静电发生装置或喷嘴处，加热装置的具体设置位置可依据实际结构调整，加热装置可以为电加热装置或者激光加热装置，本实施例中优选电加热装置，电加热装置安装于送粉装置出粉口的位置，用于粒子的加热，通过对粒子的加热降低粒子沉积需要的临界速度，当冷喷涂的粒子温度升高时，实现沉积的临界速度降低，沉积效率随之提高，结合强度也增加，利于形成致密涂层。

本实施例中，所述拉瓦尔喷管出口端设置有用于使带电粒子束聚焦的一级磁透镜82，所述加速装置设置于一级磁透镜出口端侧。一级磁透镜出口端与喷嘴连接，磁透镜具有轴对称磁场，该磁场可以由螺线管、电磁铁或永磁体产生，磁透镜能够把匀速带电粒子束会聚，通过一级磁透镜将拉瓦尔喷管喷出的带电粒子束聚集并进入加速电场，利于精确的集中控制带电粒子束的射流方向，而且利于提高喷枪的喷涂精度。

本实施例中，所述送粉装置底部具有用于引导粒子流动的送粉管11，所述加热装置围绕送粉管设置。结合图2所示，加热装置为螺旋形的加热电阻丝，围绕送粉管内外设置两组直径不同的螺旋电阻丝，利于均匀的加热送粉管外围的空气温度，进而均匀的提高粒子的温度，降低粒子沉积所需的临界速度。

本实施例中，所述送粉管11底部内腔向下逐渐缩小形成锥形出口。该结构利于粉末的聚集并使得送入拉瓦尔喷管的粉末形成粉末束。

本实施例中，所述冷喷头还包括壳体70，所述送粉装置连接于壳体顶部用于将粉末送至壳体内部，所述喷嘴设置于壳体底部并竖向正对送粉装置出口端，所述壳体上设置有用于为拉瓦尔喷管通入高压气体的进气口83。该进气口可也开设于送粉装置上，送粉装置上的送粉口兼做进气口，其中壳体采用绝缘材质制成，壳体整体呈圆柱结构，进气口通入的气体进入壳体内后并经过拉瓦尔喷管用于粒子束加速；其中壳体内被分隔为上下两个腔室，其中加热装置安装于上腔室内，拉瓦尔喷管安装于下腔室内，送粉管11经过上腔室延伸至拉瓦尔喷管的进气端；

结合图4所示，图4为冷喷头的另一实施例，图4中与图2中的冷喷头区别在于图4中新增设加速装置和二级磁透镜以及抽气口，另外图4中冷喷头的壳体与图2中不同；

结合图4所示，本实施例中，所述冷喷头还包括加速装置30，所述加速装置设置于拉瓦尔喷管出口侧，所述加速装置具有加速电场用于使带电粒子加速并使得加速后的粒子通过喷嘴喷出。加速电场是使带电粒子射入后速度增大的匀强电场，电场方向与带正电粒子速度方向相同，与带负电粒子速度方向相反，加速装置可设置一级加速电场，也可以设置多级加速电场，具体不在赘述；本实施例中加速电场的正负极竖向正对，正极和负极上均开设有供粒子束通过的通孔，该通孔位于送粉装置出粉口正下方，相应的喷嘴与正、负极上的通孔正对；通过拉瓦尔喷管的设置提高粒子束进入加速装置的初速度，该带电粒子通过加速装置后加速使得粒子束速快速达到粒子的临界速度，具体可达到超音速或高超音速，超音速的粒子束经过喷嘴喷出撞击基体表面，发生较大的塑性变形而沉积在基体表面上形成涂层，该结构将喷涂粉末转化成带电粒子束并通过加速电场加速，整个装置可通过较小的空间使得粒子加速至预设速度，利于减小喷枪的体积，提高喷枪的结构紧凑性，而且粒子束的加速过程较为恒定，使得粒子束终速度恒定，喷涂于基体表面的涂层一致性较好，提高喷涂质量；通过拉瓦尔喷管和加速装置的多级加速提高粒子束终速度，也可在较低喷涂气压条件下得到更高的喷涂速度及能量，进而提高粒子沉积效率以及结合强度。

本实施例中，所述喷嘴外接有使粒子束聚焦的二级磁透镜85，所述偏转线圈Ⅰ安装于二级磁透镜出口端。结合图3所示，喷嘴为开设于壳体70底部的开口，喷嘴出口端连接有二级磁透镜85，使得经过电场加速后的粒子束重新会聚，粒子束精确汇聚于一点，利于偏转线圈方向控制。

本实施例中，所述壳体上还开设有用于抽出气体以使壳体内形成近真空环境的抽气口84。近真空环境为保有一定真空度的近似真空的环境，其进气口通入的气体经过拉瓦尔喷管辅助粒子束加速，其中抽气口抽气流量应大于进气口的进气流量，抽气口可置于拉瓦尔喷管的出口侧用于抽出经拉瓦尔喷管喷出的气流，而且抽气口的设置也可为加速装置提供近真空环境，在电场加速过程中减少外界对粒子束的干扰。

本实施例中，所述壳体内腔通过绝缘板分隔为上腔室71、中部腔室72和下腔室73，所述拉瓦尔喷管设置于中部腔室内并使得上腔室和下腔室连通，所述送粉管经上腔室向下延伸至拉瓦尔喷管进口端，所述加热装置设置于上腔室内，所述加速装置设置于下腔室内用于使得拉瓦尔喷管喷出的粒子束加速，所述喷嘴设置于下腔室底部使得加速后的粒子束经过喷嘴喷出，所述进气口83连通于中部腔室或下部腔室。壳体可以为一体式圆柱形壳体，在壳体内设置绝缘板将内部空间隔断为若干个空间，本实施例中壳体采用分体式壳体，壳体由两个分体式的圆柱形外壳轴向拼接形成，其中位于下方的外壳通过绝缘板分隔为中部腔室和下腔室，位于上方的外壳内腔为上部腔室，该结构通过多个腔室将壳体内分隔问若干个功能区间，各个功能区利于相应部件的单独安装，且各个区域功能不相互干扰，提高喷枪的稳定性和可靠性；该结构的设置可以通过加热装置对上腔室内通入的高压气体加热，提高气流动能，并且借助气体对粉末粒子加热，即保证粉末粒子的有效加热也防止粉末粒子过热；结合图4所示，进气口中通入的气体直接通过拉瓦尔喷管流出并通过抽气口流出，其中抽气口抽气流量应大于进气口的进气流量，其中抽气口外接水环式真空泵，进气口外接压缩机，以使得壳体内形成真空环境，本实施例中抽气口连通于中部腔室，在中部腔室和下腔室之间的隔板上开设有透气孔，经过拉瓦尔喷管喷出的气流经过透气孔后被抽气口抽出，通过该结构既为拉瓦尔喷管中注入辅助粒子加速的高压气体，而且也通过抽气口迅速排出，利于形成真空环境。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。