專利名稱：層流等離子體噴涂裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用長直層流電弧等離子體進(jìn)行噴涂的方法與裝置。這種方法與裝置可以在低輸入功率的條件下噴涂高熔點物質(zhì)的涂層，有效控制涂層組織，提高沉積率。
與其不同，長弧層流等離子體射流的出口溫度與湍流射流相當(dāng)，但氣流流速約為湍流射流的一半。射流長度可根據(jù)氣壓、氣流量、氣體種類和輸入功率等產(chǎn)生條件的改變，在8～100cm寬的范圍內(nèi)明顯變化，弧長與其直徑之比超過70。因此，粉體顆粒供入層流等離子體射流，在其高溫區(qū)的滯留和被加熱時間均比湍流射流條件下提高一個數(shù)量級。然而，要控制產(chǎn)生高長徑比的等離子體射流，需要平衡控制產(chǎn)生過程中的各個因素，相關(guān)技術(shù)存在很多尚未解決的關(guān)鍵問題。申請人先前提出了“產(chǎn)生長弧等離子體射流的裝置及方法”的發(fā)明專利申請(發(fā)明專利號99121825.6)，要以這種射流進(jìn)行等離子體噴涂，還需要提高產(chǎn)生射流的熱效率、解決供粉氣體對射流可能產(chǎn)生的擾亂以至破壞其層流流動狀態(tài)、將各種粉體顆粒均勻供入射流高溫區(qū)等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于提供長直層流電弧等離子體噴涂裝置與方法。在由大氣壓到20托低氣壓范圍內(nèi)，以遠(yuǎn)低于常規(guī)湍流等離子體射流噴涂所需功率產(chǎn)生穩(wěn)定的長直層流等離子體射流。以多種形式向長直層流電弧等離子體射流中實施均勻供粉，實現(xiàn)各種材質(zhì)高質(zhì)量噴涂涂層的制備。
本發(fā)明的技術(shù)方案是把握氣流量和輸入功率等因素對層流等離子體射流穩(wěn)定狀態(tài)和熱效率的影響。在維持層流流動的條件下提高氣流量，以提高射流的熱效率，電源輸入的能量轉(zhuǎn)換為氣體電弧的能量，除向發(fā)生器和冷卻系統(tǒng)的散熱以外，發(fā)生器出口處射流的熱能超過40％，在使用氬氣的情況下，噴槍出口處射流的最高溫度約為12000K。保證噴槍出口處氣流最高溫度不低于一般湍流射流噴涂時的氣流溫度；進(jìn)而采用不同角度的槍內(nèi)、槍外、單口和多口供粉，配合適當(dāng)?shù)姆勰y帶氣體流量，可在不破壞射流層流狀態(tài)情況下，將粉末顆粒供入射流高溫區(qū)；槍內(nèi)供粉情況下陽極噴口可設(shè)計成臺階型?？拷l(fā)生器出口端有較大口徑。其內(nèi)壁側(cè)面開有一個或環(huán)向均勻分布的數(shù)個與射流軸線成不同角度的供粉口；根據(jù)噴涂粉體的種類和性質(zhì)，如比重、熔點及顆粒粒徑和分布等，調(diào)整射流的能量及分布，確定最佳噴涂工藝參數(shù)，達(dá)到在小功率條件下噴涂各種粉末材料的高質(zhì)量涂層；同時，對易氧化材料的高質(zhì)量涂層制備，可采用減壓等離子體噴涂工藝。這時，可配用口徑達(dá)30mm的噴槍，獲得直徑增大3～5倍的高溫層流等離子體射流。
本發(fā)明層流等離子體噴涂裝置，包括一直流電源和與其相聯(lián)的電路控制操作部分，一可旋轉(zhuǎn)或平移的樣品臺和傳動系統(tǒng)，一置于噴槍和被噴件之間的可移開式擋板，一氣體流量控制部分和與其相聯(lián)的一等離子體發(fā)生器(即噴槍)，一與發(fā)生器相聯(lián)的供粉器以及一換氣系統(tǒng)。水冷真空腔體和抽真空系統(tǒng)只在減壓噴涂的情況下需要。
等離子體發(fā)生器是依次由陰極、中間段和陽極等主要構(gòu)件組成的長直層流電弧等離子體射流發(fā)生器。該發(fā)生器的供氣有主氣流和輔氣流。主氣流從開在陰極與中間段間隙的起弧端的主氣流入口進(jìn)入，輔氣流從中間段與陽極的間隔處的輔氣流入口進(jìn)入；供粉口分槍內(nèi)和槍外供粉口兩種，且均有單孔和多孔兩種形式。槍內(nèi)供粉口開在陽極噴口內(nèi)側(cè)壁面；槍外供粉單孔時使用噴嘴。多孔口時使用分流環(huán)。該分流環(huán)與噴槍陽極噴口保持絕緣。等離子體發(fā)生器的設(shè)計和陽極噴口直徑的大小應(yīng)根據(jù)使用條件的不同而改變。在減壓或增大功率條件下可使用大口徑陽極發(fā)生器。反之則要使用小口徑陽極發(fā)生器。
本發(fā)明裝置中，陽極為臺階式，1～5個槍內(nèi)供粉口在陽極的側(cè)壁上，并與射流軸線的夾角為-20°～50°。
本發(fā)明裝置中，設(shè)在分流環(huán)上的槍外供粉口有3～7個，并與射流軸線的夾角為-30°～40°；槍外供粉口為單孔時，該單孔是在供粉管前端直接安裝的供粉嘴。
本發(fā)明裝置中，在層流等離子體陽極噴口附近裝有可供入惰性保護(hù)氣體的保護(hù)氣體環(huán)。層流等離子體發(fā)生器與被噴涂的樣品之間有可移開的擋板。
本發(fā)明層流等離子體噴涂方法是采用本發(fā)明層流等離子體噴涂裝置實施的。其中等離子體射流發(fā)生器(即噴槍)是依次由陰極、中間段和陽極組成的定弧長式層流電弧等離子體射流發(fā)生器?？刂茪怏w流量和輸入功率以產(chǎn)生穩(wěn)定的長直層流電弧層流等離子體射流。在小功率維持層流等離子體射流狀態(tài)下提高氣體流量可以增加射流的熱效率；根據(jù)噴涂粉體種類、材料性質(zhì)和顆粒粒徑及分布，選擇或調(diào)整射流的能量及其分布；采用槍內(nèi)或槍外單口或多口供粉形式，或采用槍內(nèi)加槍外組合供粉形式，配合適當(dāng)?shù)姆勰y帶氣體流量，在小功率條件下噴涂各種粉體材料，并獲得高質(zhì)量涂層。
本發(fā)明層流等離子體噴涂方法，當(dāng)噴涂易氧化材料時，采用減壓等離子體噴涂，并選用大直徑的陽極噴口。
本發(fā)明方法中，在大氣壓條件下射流在等離子體射流發(fā)生器出口處的最高氣流速度一般不超過400m/s，射流直徑一般小于15mm，射流長度小于700mm。
本發(fā)明方法中，在大氣壓到20托的氣壓條件下，等離子體射流的長度在20～100cm范圍內(nèi)調(diào)整，射流的直徑在5～30mm范圍內(nèi)調(diào)整，電源輸出功率一般在15kW以下就基本能滿足各種粉體的噴涂條件。
本發(fā)明方法中，對高熔點物質(zhì)粉末，不易被加熱的粉體材料，或較難供入射流高溫區(qū)的粉體，采用槍內(nèi)供粉形式，選擇適當(dāng)數(shù)目的槍內(nèi)供粉口以及供粉口與射流軸線的角度。
本發(fā)明方法中，對低熔點物質(zhì)粉末、易熔化和蒸發(fā)的材料、或容易送入射流高溫區(qū)的粉體，采用槍外供粉方式。選擇適當(dāng)數(shù)目的槍外供粉口以及供粉口與射流軸線的角度。
本發(fā)明方法中，對于復(fù)合材料涂層或梯度分布涂層的制備，采用不同的槍內(nèi)或槍外供粉方式，或槍內(nèi)加槍外組合供粉方式，以不同的參數(shù)在不同的部位供入等離子體射流。
本發(fā)明方法中，在大氣壓下，根據(jù)噴涂材料和噴涂質(zhì)量要求，為防止涂層與工件氧化，在層流等離子體發(fā)生器陽極噴口附近加裝保環(huán)和套筒，也可供入惰性保護(hù)氣體。
本發(fā)明層流等離子體噴涂裝置和方法的效果和特點是，等離子體發(fā)生器的設(shè)計和陽極口徑的大小可根據(jù)使用條件的不同而改變。在減壓或增大功率條件下可以使用大口徑發(fā)生器。反之可以使用小直徑的陽極噴口；在高熔點、或不易被加熱或較難供入射流高溫區(qū)的粉體材料的噴涂過程中，槍內(nèi)供粉的陽極可采用臺階式結(jié)構(gòu)。其內(nèi)側(cè)壁面上開有1～5個供粉孔不等。根據(jù)粉體種類和粒徑分布，供粉口與射流軸線角度可在-20°～50°間變化，使粉體供入射流高溫區(qū)中；槍外供粉情況下可采用單孔和多孔供粉方式。單孔供粉是在供粉管前端直接安裝供粉嘴。多孔供粉是通過供粉管將粉體供入一粉末分流環(huán)中。該環(huán)內(nèi)側(cè)均勻開有3～7個供粉口。分流環(huán)與發(fā)生器陽極間絕緣。根據(jù)粉體材料性能和流動性，供粉口與射流軸線的角度可在-30°～40°之間適當(dāng)選擇。
本發(fā)明層流等離子體射流噴涂技術(shù)和方法是根據(jù)粉末材料性能、種類和粒徑，在大氣壓到20托低氣壓條件下，在20～100cm范圍調(diào)整等離子體射流長度及在5～30mm范圍調(diào)整射流直徑。在電源出入功率低于15kW的條件下，確保噴槍出口處氣體的最高溫度不小于湍流射流出口的最高溫度。通過選擇槍內(nèi)和槍外不同供粉方式，能夠有效熔化各種粉末顆粒，噴涂高熔點物質(zhì)的高質(zhì)量涂層；如果在噴涂工作氣體中加入氮氣，還可以提高氣體的焓值和增加射流長度；測試結(jié)果表明射流在噴槍出口處的最高氣流速度一般不超過400m/s。因此，粉體顆粒在層流射流高溫區(qū)的滯留時間可比湍流射流噴涂時延長約一個數(shù)量級；由于層流射流受環(huán)境氣體的擾動和卷吸作用影響遠(yuǎn)低于湍流射流，因此，明顯減少了基材預(yù)熱和噴涂過程中空氣混合氣體摻混和雜質(zhì)卷入等負(fù)面因素的影響。有利于提高涂層質(zhì)量和涂層材料與工件的界面接合力；如果陽極噴口處加裝保護(hù)套和保護(hù)氣供給環(huán)，可以更有效地控制空氣混合氣體對工作氣體射流的摻混和噴涂過程中顆粒和基材的氧化。并且還可以明顯提高或調(diào)節(jié)基材預(yù)熱溫度范圍。
圖2是大氣壓條件下射流長度隨弧電流變化的關(guān)系圖。
圖3是大氣壓條件下射流長度隨氣流量的變化關(guān)系圖。
圖4是槍內(nèi)供粉陽極噴口結(jié)構(gòu)簡圖。
圖5是槍外多孔供粉部件結(jié)構(gòu)簡圖。
如

圖1所示，本發(fā)明層流等離子體噴涂裝置包括噴涂機(jī)械部分100和水電氣源300兩大部分。噴涂機(jī)械部分100中，真空腔體10上直接安裝著等離子體發(fā)生器20、旋轉(zhuǎn)式樣品臺30、水冷過濾器40、擋板軸50和供粉系統(tǒng)60等部件。水電氣源300中，控制柜70是噴涂操作的控制中心。包括控制氣體流量的質(zhì)量流量計和顯示器71、供粉氣體流量和粉末流量的控制儀72、電源開關(guān)73和冷卻水控制閥門74等器件。噴涂中可以方便地進(jìn)行氣源81、電源82、粉末83和冷卻水84的控制。雙線85示意地表示整個裝置所需的電源線、送氣管、供粉管和冷卻水管等。
由圖1可見，在減壓噴涂條件下，圓柱形腔體1上有發(fā)生器接口4、觀察窗5、供粉孔7和水冷過濾器接口8等；前蓋板2上也有氣孔11。其上的發(fā)生器接口12上安裝等離子體發(fā)生器20。旋轉(zhuǎn)式樣品臺30通過套筒13安裝在中心孔14上，并在同時進(jìn)行轉(zhuǎn)動和移動的情況下具有良好的密封性能。水冷過濾器40安裝在圓柱形腔體1和機(jī)械泵之間；擋板軸50的中心軸與接口4的中心軸平行；供粉系統(tǒng)60由真空腔體15、供粉器16、供粉管17、支架18和供粉嘴19組成。工作時可以放置在圓柱形腔體1的上方實現(xiàn)重力供粉，或放置于別處進(jìn)行攜帶微量氣體供粉。供粉嘴19可以連接在陽極噴口22不同部位，實現(xiàn)槍內(nèi)或槍外不同方式供粉。或通過連接機(jī)構(gòu)將供粉嘴19安裝在噴口22的前方實現(xiàn)槍外供粉。整個噴涂機(jī)械部分100支撐在水平度可調(diào)的支架23上。
圖2給出大氣壓條件下以純氬為工作氣體、使用直徑為4mm的陽極噴口時射流長度隨弧電流變化的關(guān)系圖。說明在一定氣流量的條件下，層流等離子體射流的長度隨弧電流的增加而增加，也就是說在氣流量不變的情況下，只要在低的弧電流條件下產(chǎn)生出層流等離子體射流，之后單純提高弧電流，在相當(dāng)大的范圍內(nèi)，不會發(fā)生射流流動狀態(tài)由層流到湍流的轉(zhuǎn)變。
圖3給出的是大氣壓條件下以純氬為工作氣體、使用直徑為4mm的陽極噴口時射流長度隨氣體流量變化的關(guān)系圖。在氣流量低于180cm3/s的范圍內(nèi)，射流的長度隨氣流量的增加而增加，在超過210cm3/s的情況下，射流的長度驟然縮短，這對應(yīng)的是射流的流動狀態(tài)由穩(wěn)定的層流流動轉(zhuǎn)變?yōu)椴▌有院艽蟮耐牧鳡顟B(tài)，射流對周圍冷空氣的卷吸摻混嚴(yán)重發(fā)展，致使射流的能量衰減很快。在轉(zhuǎn)變點處，射流的能量為3.7kW，可估算出純氬等離子體射流由層流向湍流轉(zhuǎn)變的臨界雷諾數(shù)約為370。由此可見，在合理的噴槍結(jié)構(gòu)和產(chǎn)生方法的條件下，無論改變氣流量、弧電流、陽極噴口直徑或其它有關(guān)的等離子體射流產(chǎn)生參數(shù)，其綜合效應(yīng)只要使氣流的雷諾數(shù)不超過這一臨界值，就能確保等離子體射流為穩(wěn)定的層流狀態(tài)。
圖4是槍內(nèi)供粉噴涂時陽極噴口的結(jié)構(gòu)簡圖。其主要構(gòu)件有層流等離子體發(fā)生器的陽極210、供粉管220和連接環(huán)230。陽極210噴口214上有環(huán)形供粉槽215。其內(nèi)有沿圓周均勻分布的數(shù)個供粉孔216。連接環(huán)230上有供粉孔237和密封槽238。陽極210與連接環(huán)230通過螺紋239連接?！癘”形圈235的密封作用確保了噴涂時粉末221沿供粉孔216進(jìn)入陽極噴口214中的等離子體射流212中。供粉孔的軸線與射流軸線的角度可根據(jù)噴涂材料等條件在-20°～50°范圍內(nèi)變化。供粉孔出口位置也可以移至圖4中點線222所示位置。
圖5是槍外多孔供粉噴涂時陽極噴口的結(jié)構(gòu)簡圖。其主要構(gòu)件有層流等離子體發(fā)生器的陽極250、供粉管260和供粉環(huán)270。支撐環(huán)254通過電絕緣緊配螺栓255固定在陽極250上。支桿256和供粉管260分別由銷釘257、258固定。供粉環(huán)270通過螺紋和膠圈連接在供粉管260上。平行移動支桿256和移動供粉管260可以調(diào)節(jié)供粉環(huán)270離開槍口的位置。供粉孔口可與射流軸線成-30°～40°。
本發(fā)明層流等離子體噴涂裝置和方法運行時，噴槍陽極噴口直徑隨噴涂環(huán)境壓力和所需功率的大小，在4～30mm范圍變化。對應(yīng)的噴槍其它部分結(jié)構(gòu)根據(jù)陽極噴口直徑尺寸按一定比例相應(yīng)變化；根據(jù)噴涂粉體材質(zhì)和對涂層質(zhì)量的不同要求，可改變氣流量和輸入功率，實現(xiàn)層流等離子體射流長度、總能量和能量密度的再分配。配合適當(dāng)?shù)墓┓鄯绞?，達(dá)到最佳噴涂效果；對高熔點物質(zhì)的粉末、不易被加熱的粉體材料、比較難以供入射流高溫區(qū)的粉體，采用槍內(nèi)供粉形式，選擇適當(dāng)?shù)墓┓劭跀?shù)目和與射流軸線的角度；對低熔點物質(zhì)粉體、易熔化或蒸發(fā)材料、或容易送入射流高溫區(qū)的粉體，采用槍外供粉的方式；對于復(fù)合材料涂層或梯度涂層的制備，不用通常的供粉方式和參數(shù)供入復(fù)合或混合好的粉體，而是采取不同的供粉方式和參數(shù)由不同的部位將粉體供入等離子體射流，確保不同物質(zhì)和粒度的粉體分別有最佳的熔化和沉積狀況；根據(jù)實際噴涂材料和對涂層質(zhì)量的要求，在大氣壓條件下，或確需防止涂層與工件氧化的情況下，需在噴口附近加保護(hù)氣環(huán)供入惰性保護(hù)氣體。
本發(fā)明裝置和方法根據(jù)噴涂粉體的種類、粒徑、對涂層質(zhì)量的要求，在大氣壓到20托氣壓的條件下，在20～100cm范圍內(nèi)調(diào)整等離子體射流長度，在5～30mm范圍內(nèi)調(diào)整射流直徑，在15kW以下的低電源出入功率的條件下，確保噴槍出口處氣體的最高溫度不小于一般湍流射流噴涂時的出口最高溫度，在大氣壓條件下射流在噴槍出口處的最高氣流速度一般不超過400m/s，粉體顆粒在長射流高溫區(qū)中的滯留時間可比一般湍流射流噴涂時延長約一個數(shù)量級，有效噴涂各種物質(zhì)的高質(zhì)量涂層。
實施例一、減壓層流等離子體射流在不銹鋼基材表面進(jìn)行氧化鋯陶瓷或三氧化二鋁涂層制備。表1實驗參數(shù)噴涂、送粉氣體Ar送粉氣體流量(cm3/s) 8總氣流量(cm3/s) 180 真空腔體氣壓(Pa)1.3×104輸入功率(kW) ＜8 沉積距離(mm)200～220基底初始溫度(K) 600～900本發(fā)明實施例中，基材為1Cr18Ni9Ti不銹鋼。粉體為ZrO2-8mol％Y2O3陶瓷粉末，其顆粒粒度小于25μm。陽極出口直徑為20mm。層流射流長度達(dá)到600mm，直徑約為25mm。相關(guān)噴涂實驗參數(shù)列于表1中。
產(chǎn)生穩(wěn)定的層流等離子體射流之后，接通送粉氣氣閥和送粉器電源開關(guān)進(jìn)行送粉，實現(xiàn)層流等離子體噴涂。本發(fā)明中對送粉器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)。不論是槍內(nèi)還是槍外送粉，既可以進(jìn)行粒度為25～75μm普通粉末的送粉，還實現(xiàn)了粒度小于25μm細(xì)粉的均勻送粉。細(xì)粉的應(yīng)用有利于實現(xiàn)低功率等離子體射流狀態(tài)下，高熔點粉末材料涂層的制備。用這種方法和裝置，可在輸入功率小于8kW的條件下噴涂熔化點約為2600℃的氧化鋯高熔點陶瓷涂層。得到了較一般噴涂工藝晶粒組織細(xì)化和孔隙率小的高質(zhì)量涂層，且涂層的相組織結(jié)構(gòu)與粉體相同。
實施例二、大氣壓層流等離子體射流進(jìn)行材料表面金屬或陶瓷涂層制備。工件可裝在車床的刀架和工件夾上，利用車床的傳動裝置作為工件傳動架。發(fā)生器出口直徑為6mm。在電源輸出功率為9kW，總氣流量200cm3/s的氬等離子體射流條件下，供粉氣流量為6cm3/s。采用槍外供粉。粒徑小于100μm的氧化鋁粉末和粒徑小于25μm的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯粉末能夠供入射流高溫區(qū)，得到了充分的熔化。
實施例三、復(fù)合涂層材料和梯度涂層的制備。
本發(fā)明實施例中基材為1Cr18Ni9Ti不銹鋼。一種粉體為ZrO2-8mol％Y2O3陶瓷粉末，其顆粒粒度小于25μm。另一種粉體為NiCrAlY2O3粉末，其顆粒粒度小于25～75μm。陽極出口直徑為20mm。層流射流長度達(dá)到600mm，直徑約為25mm。相關(guān)噴涂實驗參數(shù)列于表1中。
產(chǎn)生穩(wěn)定的層流等離子體射流之后，接通送粉氣氣閥和送粉器電源開關(guān)進(jìn)行送粉，實現(xiàn)層流等離子體噴涂。ZrO2-8mol％Y2O3陶瓷粉末采用槍內(nèi)送粉，NiCrAlY2O3粉末槍外送粉。在制備復(fù)合涂層時應(yīng)使兩種粉末的送粉量保持不變。當(dāng)其中一種送粉量為零時，可得該種粉末的涂層。當(dāng)另一種送粉量為零時，可得另一種粉末的涂層。當(dāng)調(diào)整兩種送粉量的比值時，可得由兩種粉末的混合涂層。這樣可以制備出復(fù)合涂層；如果在噴涂過程中將兩種粉末的送粉量按某種規(guī)律連續(xù)調(diào)整，并保持一減少，另一增大，則可以制備出粉末成分連續(xù)變化的梯度涂層。
權(quán)利要求
1.一種層流等離子體噴涂裝置，包括一個直流電源和與其相聯(lián)的一電路控制操作部分，一個氣體流量控制部分和與其相聯(lián)的一等離子體發(fā)生器，一與等離子體發(fā)生器相聯(lián)的供粉器及換氣系統(tǒng)，其特征是其中的等離子體發(fā)生器是包括由順序相連的陰極、中間段和陽極組成的長直層流等離子體射流發(fā)生器；該發(fā)生器的供氣有主氣流和輔氣流，主氣流從開在陰極與中間段間隙的起弧端的主氣流入口進(jìn)入，輔氣流從中間段與陽極的間隔處的輔氣流入口進(jìn)入；供粉口分槍內(nèi)供粉口和槍外供粉口，且均有單孔和多孔兩種形式，槍內(nèi)供粉口開在陽極噴口內(nèi)側(cè)壁面；槍外供粉多孔時使用分流環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層流等離子體噴涂裝置，其特征是其中的陽極為臺階式，1～5個槍內(nèi)供粉口在陽極的側(cè)壁上，并與射流軸線的夾角為-20°～50°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層流等離子體噴涂裝置，其特征是其中設(shè)在分流環(huán)上的槍外供粉口有3～7個，并與射流軸線的夾角為-30°～70°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層流等離子體噴涂裝置，其特征是槍外供粉口為單孔時，該單孔是在供粉管前端直接安裝的供粉嘴。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層流等離子體噴涂裝置，其特征是可在層流等離子體發(fā)生器陽極噴口附近裝保護(hù)套或供入惰性保護(hù)氣體的保護(hù)氣體環(huán)。
6.一種層流等離子體噴涂方法，其特征是采用層流等離子體噴涂裝置，相配的等離子體射流發(fā)生器，在維持層流等離子體射流狀態(tài)下提高氣體流量可增加射流的熱效率；根據(jù)噴涂粉體種類、材料性質(zhì)和顆粒粒徑及分布，選擇或調(diào)整射流的能量及其分布；采用槍內(nèi)或槍外單口或多口供粉形式，或采用槍內(nèi)加槍外組合供粉形式，配合適當(dāng)?shù)姆勰y帶氣體流量，在小功率條件下噴涂各種粉體材料，并獲得高質(zhì)量涂層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的層流等離子體噴涂方法，其特征是當(dāng)噴涂易氧化材料時，采用減壓等離子體噴涂，并選用大直徑的陽極噴口。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的層流等離子體噴涂方法，其特征是在大氣壓到20托的氣壓條件下，等離子體射流的長度在20～100cm范圍內(nèi)調(diào)整，射流的直徑在5～30mm范圍內(nèi)調(diào)整，電源輸出功率在15kW以下。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的層流等離子體噴涂方法，其特征是對高熔點物質(zhì)粉末，不易被加熱的粉體材料，或較難供入射流高溫區(qū)的粉體，采用槍內(nèi)供粉形式，選擇適當(dāng)數(shù)目的槍內(nèi)供粉口以及供粉口與射流軸線的角度。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的層流等離子體噴涂方法，其特征是對低熔點物質(zhì)粉末、易熔化和蒸發(fā)的材料、或容易送入射流高溫區(qū)的粉體，采用槍外供粉方式，選擇適當(dāng)數(shù)目的槍外供粉口以及供粉口與射流軸線的角度。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的層流等離子體噴涂方法，其特征是對于復(fù)合材料涂層或梯度分布涂層的制備，采用不同的槍內(nèi)或槍外供粉方式，或槍內(nèi)加槍外組合供粉方式，以不同的參數(shù)在不同的部位供入等離子體射流。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的層流等離子體噴涂方法，其特征是在大氣壓下，根據(jù)噴涂材料和噴涂質(zhì)量要求，為防止涂層與工件氧化，在層流等離子體發(fā)生器陽極噴口附近加裝保護(hù)套或氣體環(huán)并供入惰性保護(hù)氣體。
全文摘要
本發(fā)明層流等離子體噴涂的裝置及方法，采用層流等離子體發(fā)生器，槍內(nèi)或槍外、單口或多口供粉形式，在以小功率維持層流等離子體射流狀態(tài)下，提高氣體流量增加射流的熱效率，根據(jù)粉體的種類、材料性質(zhì)和顆粒粒徑及分布，選擇或調(diào)整射流的能量及分布，配合適當(dāng)?shù)姆勰y帶氣體流量，噴涂各種粉體材料并獲得高質(zhì)量涂層。本發(fā)明方法由于層流等離子體射流對周圍氣體的卷吸和攪動小，減小周圍塵埃雜質(zhì)的混入，致使射流能量高效利用，可以在低功率條件下噴涂高熔點物質(zhì)的涂層，在大氣壓條件下噴涂有利于減少非氧化物涂層的氧化，在減壓噴涂條件下有利于粉體顆粒的充分加熱。
文檔編號C23C4/00GK1421278SQ0113977
公開日2003年6月4日 申請日期2001年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月30日
發(fā)明者吳承康, 潘文霞, 馬維 申請人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所