用于悬浮等离子喷涂法的反应性气体护罩或火焰护套制造技术

本发明专利技术公开了用于由液体悬浮液在基底上制造热喷涂层的系统和方法。所公开的系统和方法包括，用于生成等离子体的热喷炬和用于将含亚微米粒子的液体悬浮液流传送至等离子体以制造等离子体流出物的液体悬浮液传送子系统。该液体悬浮液传送子系统包含可产生包围所述等离子体流出物的反应性气体护罩的喷射器或喷嘴。也可以使用火焰围护结构隔绝液体悬浮液的注入。该护罩或火焰围护结构可以使亚微米粒子保持夹带在等离子体流出物内，并基本防止环境气体夹带到等离子体流出物中。该液体悬浮液传送子系统可布置为轴向注入系统、径向内部注入系统或外部径向注入系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于悬浮等离子喷涂法的反应性气体护罩或火焰护套专利
本专利技术涉及悬浮等离子喷涂，更特别涉及使用反应性气体和/或火焰围护结构（flameenvelope）包围悬浮等离子喷涂流出物和/或包围液体悬浮液的注入流，以促进和控制流出物与悬浮液相互作用的方法和系统。背景传统的等离子喷涂技术主要使用送粉器将粉状涂料送入等离子体喷枪的等离子体射流中。但是，这种技术通常局限于使用至少+350目（即大约45微米的中值粒度，其中50%的粒子小于该中值粒度，另外50%的粒子大于该中值粒度）或更大的粒子。随着粒度降至+325目以下，将粉状涂料直接引入等离子体射流中会变得越来越困难。细粒倾向于紧密堆积并附聚，提高了传统送粉系统中的堵塞可能性。除堵塞外，传统等离子喷涂技术还因其它原因而不适合使用细粒。由于细粒的低质量，与等离子体射流的极速结合时，细粒在径向注入过程中倾向于偏离等离子体射流的边界层而不穿透边界层。细涂料粒子的穿透所需的速度太大以致无法在不干扰流出物本身的情况下物理实现。将速度提高到这一程度存在实际限制。在热障涂层中希望使用更细的涂料粒子。更细的粒子通常导致更密的涂层和更细的微结构形貌，包括例如更小的薄层状细片（lamellarsplats）和颗粒。更细的粒子还倾向于产生具有改进的微结构的涂布部件。由于相对于其小质量的大表面积，细粒也更容易熔融。悬浮等离子喷涂（SPS）已作为沉积更细粒子的手段出现。SPS是等离子喷涂技术中相对较新的进展，其利用涂料成分或微粒材料的亚微米级粒子的液体悬浮液而非干粉作为涂布介质。该液体充当亚微米级粒子的载体，否则该粒子倾向于附聚以限制或阻碍粉末流向喷枪。该液体还显示充当热活化溶液，其使固体沉淀或与悬浮粒子反应。主要由于利用悬浮在液体载体中的极小粒子，悬浮等离子喷涂法已表现出制造具有独特性质的独特涂层微结构的能力。液滴还提供额外的质量以提供被径向注入夹带所需的动量。尽管SPS与传统等离子喷涂技术相比有这些改进，但现有SPS系统和方法仍然承受各种缺点。例如，传统SPS通常产生具有不受控的微结构颗粒度和/或缺乏定向取向生长的涂层，这两者都导致差的涂层性质。在基底与沉积的涂料之间会发生不良化学反应，这使微结构问题进一步复杂化。此外，可能需要喷嘴位置与沉积点之间的较长相隔距离（stand-offdistances）以充分涂布复杂的几何形状，如涡轮机叶片。但是，较长相隔距离可能导致涂料成分的过度驻留或停留时间，由此造成涂料成分在到达基底之前冷却和再凝固。降低相隔距离会导致加热不足，以致微粒不能吸收足够的热并充分熔融。在这两种情况中，最终结果是微粒未粘合到基底上，由此降低该材料的沉积效率。涂料成分的较细粒度提高表面积以致可以以比标准等离子体技术中常见的更快的速率快速加热和冷却。因此，较细微粒的提高的表面积对优化正确的相隔距离带来史无前例的挑战。再进一步，从喷枪的喷嘴中排出等离子气体流出物的湍流。等离子体流出物与大气的湍流式相互作用造成流出物温度快速降低和快速的定向流向变化，这导致涂料微粒从导向基底的流径上逐出。因此，逐出的微粒造成降低的沉积效率。上述问题仅是利用SPS系统和方法沉积越来越细的涂布介质成分带来的新挑战类型的若干实例。鉴于持续不断的挑战，需要改进现有的悬浮等离子喷涂方法和系统。专利技术概述如下文更详细描述，本专利技术的实施方案致力于解决一些缺点并提供通过使用包围等离子体流出物流和其中所含的液体悬浮液（在此处和说明书全文中统称为“流出物”、“流出物流”、“等离子体”或“等离子体流出物”或“等离子体流出物流”）的反应性气体护罩控制上述相互作用的技术。本专利技术独特地将反应性气体护罩与使用经液体悬浮液传送的亚微米粒子的等离子喷涂法结合以改进现有悬浮等离子喷涂能力，并通过控制悬浮液注入和碎裂（fragmentation）以及流出物与悬浮液之间的相互作用而带来新的涂布微结构的可能性。本专利技术可包括各种组合的任何下列方面，还可包括下面在书面描述或附图中描述的任何其它方面。本专利技术可表征为由液体悬浮液在基底上制造涂层用的热喷涂系统，其包含：用于生成等离子体的热喷炬；用于传送含亚微米粒子的液体悬浮液流的液体悬浮液传送子系统；和用于将来自热喷炬的等离子体传送至液体悬浮液以产生等离子体流出物的喷嘴组装件，所述喷嘴组装件适合产生基本包围所述等离子体流出物的反应性气体护罩；所述反应性气体护罩经构造用于使亚微米粒子基本保持夹带在等离子体流出物中，并基本防止气体进入并与等离子体流出物反应；其中所述反应性气体护罩与等离子体流出物反应以增强悬浮液微滴的碎裂并在等离子体流出物内制造亚微米粒子的蒸发物类。本专利技术还可表征为使用其中分散着亚微米粒子的液体悬浮液在基底上制造涂层的方法，所述方法包括以下步骤：由热喷炬生成等离子体；将其中分散着亚微米粒子的液体悬浮液流传送至等离子体或其附近以产生等离子体流出物流；用反应性气体护罩包围等离子体流出物以使亚微米粒子保持夹带在等离子体流出物内，并基本防止环境气体夹带到等离子体流出物中；使护罩气体与等离子体流出物反应以增强悬浮液微滴的碎裂并在等离子体流出物内制造亚微米粒子的蒸发物类；和将其中含有亚微米粒子的被包围的等离子体流出物导向基底以涂布基底。附图简述从联系下列附图给出的下列更详细描述中更清楚看出本专利技术的上述和其它方面、特征和优点，其中：图1是使用液体悬浮液的轴向注入的现有技术悬浮等离子喷涂法的示意图；图2是使用液体悬浮液的内部径向注入的现有技术悬浮等离子喷涂法的示意图；图3是使用液体悬浮液的外部径向注入的现有技术悬浮等离子喷涂法的示意图；图4是根据本专利技术的一个实施方案使用液体悬浮液的轴向注入的悬浮等离子喷涂法的反应性气体护罩的示意图；图5是根据本专利技术的另一实施方案使用液体悬浮液的内部径向注入的悬浮等离子喷涂法的反应性气体护罩的示意图；图6是根据本专利技术的再一实施方案使用液体悬浮液的外部径向注入的悬浮等离子喷涂法的反应性气体护罩的示意图；图7显示使用包围悬浮等离子喷涂法的由内反应性气体层和外惰性气体屏障（shield）构成的双气体护罩的本专利技术的再一实施方案；图8显示使用包围悬浮等离子喷涂法的由第一反应性气体层和第二反应性气体层构成的双气体护罩的本专利技术的再一实施方案；图9是根据本专利技术的一个实施方案使用气体笼罩或气体包覆的液体悬浮液轴向注入的悬浮等离子喷涂法的示意图；图10是根据本专利技术的另一实施方案使用气体笼罩或气体包覆的液体悬浮液内部径向注入的悬浮等离子喷涂法的示意图；和图11是根据本专利技术的再一实施方案使用气体笼罩或气体包覆的液体悬浮液外部径向注入的悬浮等离子喷涂法的示意图。详述本专利技术涉及用于涂料沉积的新型SPS系统和方法。本专利技术的SPS系统和方法特别适用于沉积亚微米粒子。在本文中在各种实施方案中并参考本专利技术的各种方面和特征阐述本公开。通过下列详述更好地理解本专利技术的各种要素的关系和机能。该详述考虑了在本公开的范围内的在各种排列和组合下的要素、方面和实施方案。本公开因此被规定为包含这些具体要素、方面和实施方案或其中所选的要素、方面和实施方案的任何这样的组合和排列，由任何这样的组合和排列构成或基本由任何这样的组合和排列构成。本专利技术认识到现有SPS系统和方法的缺点。参照图1-3更好地认识这些缺点。图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于由液体悬浮液在基底上制造涂层用的热喷涂系统，其包含：用于生成等离子体的热喷炬；用于传送含亚微米粒子的液体悬浮液流的液体悬浮液传送子系统；和用于将来自热喷炬的等离子体传送至液体悬浮液以产生等离子体流出物的喷嘴组装件，所述喷嘴组装件适合产生基本包围所述等离子体流出物的反应性气体护罩；所述反应性气体护罩经构造使亚微米粒子基本保持夹带在等离子体流出物中，并基本防止气体进入和与等离子体流出物反应；其中所述反应性气体护罩与等离子体流出物反应，以增强悬浮液微滴的碎裂并在等离子体流出物内制造亚微米粒子的蒸发物类。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.14 US 61/570532;2011.12.14 US 61/5705161.用于由液体悬浮液在基底上制造涂层用的热喷涂系统，其包含：用于生成等离子体的热喷炬；用于传送含亚微米粒子的液体悬浮液流的液体悬浮液传送子系统；和用于将来自热喷炬的等离子体传送至液体悬浮液以产生等离子体流出物的喷嘴组装件，所述喷嘴组装件适合产生包围所述等离子体流出物的反应性气体护罩；所述反应性气体护罩经构造使亚微米粒子保持夹带在等离子体流出物中，并防止气体进入和与等离子体流出物反应；其中所述反应性气体护罩与等离子体流出物反应，以增强悬浮液微滴的碎裂并在等离子体流出物内制造亚微米粒子的蒸发物类。2.权利要求1的热喷涂系统，其中所述护罩从基底表面延伸至喷嘴组装件。3.权利要求1的热喷涂系统，其中所述护罩是分层流动的屏障。4.权利要求1的热喷涂系统，其中所述护罩的轴向距离小于从喷嘴到基底表面的距离。5.权利要求1的热喷涂系统，进一步包括在所述反应性气体护罩周围设置的惰性气体护罩。6.权利要求1的热喷涂系统，进一步包括第一反应性气体护罩和第二反应性气体护罩。7.权利要求1的热喷涂系统，进一步包括适合产生包围液体悬浮液流的火焰围护结构的喷射器。8.权利要求1的热喷涂系统，其中所述液体悬浮液传送子系统设置在喷嘴内部...

【专利技术属性】
技术研发人员：CA佩托拉克，DJ勒门，A富伊尔施泰因，TF路易斯三世，
申请(专利权)人：普莱克斯ST技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US