[发明专利]延长的级联等离子枪

说明书

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光盘附件的引用

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技术领域

本发明涉及等离子枪，具体地，涉及用于将粉末等离子体喷涂沉积到衬底上的延长的级联等离子枪。

背景技术

在研发等离子枪时，设计师和工程师试图实现尽可能高的枪电压以允许高功率水平，同时保持最低的可能电流。常规的等离子枪由于枪的几何形状而使电压容量受限，并使用高电势的辅助气体来增加电压并增加其它等离子体特性，诸如高焓值。

延长等离子枪内的等离子电弧的级联的能力受完成从阴极到阳极的电弧电路的总电势限制。基于常规等离子枪的经验，通过延长和改变喷嘴孔来增加电压几乎没用，其所做的仅仅是有限地提高所达到的枪电压。缺乏对启动和操作期间气体和电弧之间的相互作用的性质的清楚理解限制了制定问题的解决方案的能力。预计延长级联式等离子枪的中性极区段也存在类似问题，并且很少进行试验。

美国专利No.5,406,046公开了具有由后部中性极和多个中性极区段（例如六个区段）形成的中性极的级联等离子枪。此外，此级联等离子枪包括具有三个阴极元件的阴极组件。此文件的全部公开内容通过引用明确地合并于此。

发明内容

本发明的实施例涉及延长的级联等离子枪，其具有比常规级联等离子枪更长的延长的中性极层叠结构。由于较长的中性极层叠结构，因而在阴极组件和阳极之间产生相比在常规级联等离子枪中具有更高的电压和更低的电流的更长的电弧。

在实施例中，通道孔中的层流状态的结合产生清洁气体流线，并且较低的电流条件促进在枪内形成很长的电弧。可在不需要过大的电压的情况下和/或没有使中性极区段短路的任何电势的情况下，实现根据实施例的延长的级联等离子枪的操作。

本发明的实施例涉及等离子枪。等离子枪包括阴极组件、阳极、后部中性极和延长的中性极，延长的中性极与后部中性极相邻放置，以限定阴极组件和阳极之间的通道孔。延长的中性极具有大于38mm的长度。等离子枪还包括将气体供应到通道孔的至少一个气体入口和电源。

根据实施例，延长的中性极可包括沿延长的中性极的长度轴向地布置的多个圆柱形中性极区段。等离子枪还可包括多个绝缘体。至少一个绝缘体可被布置为与多个中性极区段中的每个相邻。至少一个绝缘体可被布置在延长的中性极和阳极之间以及在延长的中性极和后部中性极之间。此外，多个中性极区段可包括4-12个中性极区段。多个中性极区段中的每个可具有3.5-5.5mm的轴向厚度。根据其它实施例，多个中性极区段中的每个可具有4-5mm的轴向厚度，特别地，约4.5mm的轴向厚度。在其它实施例中，多个中性极区段中的每个可具有7-12.5mm的轴向厚度，特别地，8-11mm的轴向厚度，并且更特别地，约9.3mm的轴向厚度。此外，多个中性极区段中的每个可具有相同的轴向厚度。

根据本发明的其它实施例，电源可以在大于200V下操作。电源可提供75kW-125 kW的输出功率，特别地，90kW-110kW的输出功率，更特别地，约100kW的输出功率。

根据其它实施例，电源可产生在阴极组件和阳极之间的电弧，该电弧具有低于500A的电流。此外，电弧电流可以在300A-375A范围内。

此外，阴极组件可包括被布置在阴极绝缘体中的多个阴极元件。在实施例中，多个阴极元件可包括三个阴极。此外，多个阴极元件可被布置为互相平行并且平行于通道孔的纵向轴线。

根据其它实施例，等离子枪还可包括联接到阳极的粉末喷射器。

根据其它实施例，至少一种气体可包括氩气、氦气或氮气中的仅一种。

根据实施例，至少一种气体包括氩气、氦气、氮气和氢气中的至少两种的组合。

本发明的实施例涉及向衬底应用粉末的方法。所述方法包括：经由通道孔将至少一种气体从阴极组件供应到阳极，通道孔具有大于38mm的长度；以及在阴极组件和阳极之间产生电弧。

根据其它实施例，可利用在大于200V下操作的电源产生电弧。此外，电压可在250V-400V下操作，特别地，在275V-315V下操作。

根据本发明的其它实施例，通道孔可通过可包括多个轴向对齐的中性极区段的延长的级联中性极形成。

通过浏览本发明和附图，可确定本发明的其它示例性实施例和优点。

附图说明