用来在基体上沉积涂层的系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用用来在基体上沉积涂层的系统及方法，其系统包括能量源和电火花沉积装置。所述能量源用来提供能量束，该能量束选自激光束、电子束、离子束和它们的组合。所述电火花沉积装置包括能量束通道、送粉通道和电极，其中，所述能量束通道用来让所述能量束通过，所述送粉通道用来输送可沉积于所述基体上形成沉积涂层的粉末材料，所述电极内设有与所述能量束通道和送粉通道相通的共同通道，该共同通道可让所述粉末材料和所述能量束从其中通过后进入所述电极和所述基体之间的放电间隙，并且使得所述粉末材料在通过该共同通道的过程中至少部分被所述能量束熔化。

【技术实现步骤摘要】
用来在基体上沉积涂层的系统及方法
本专利技术涉及一种用来在基体上沉积涂层的系统及方法，具体涉及一种结合使用了电火花和能量束的系统及方法。
技术介绍
在各种工业应用中的金属和合金元件常需要进行一定的涂层或焊接操作，比如，用于燃气涡轮发动机的燃油喷嘴在使用一段时间之后，可能会在其边缘处发生退化，因而需要用镀膜或沉积涂层的方法进行修复。电火花沉积(ESD)是一种脉冲微弧冷焊工艺，用高峰值电流的短脉冲把电极材料沉积到基体金属表面，微量的电极材料在脉冲等离子弧的作用下熔化并在基体表面快速固化形成涂层，涂层与基体表面材料呈冶金结合。电火花沉积工艺所用的脉冲脉宽为几毫秒，脉冲频率在0.1至4千赫的范围，使得金属基体散热率可达到99％，因此，电火花沉积工艺以其极小热量输入的优势区别于其他弧焊处理过程。由于没有焊接热影响区的问题，而且由于电火花沉积设备携带方便，使用灵活，既可以对零件或设备表面进行局部修复，也可对一般几何形状的平面或曲面，如刀具、模具的易磨损部位进行涂敷处理以提高硬度和耐磨性。因此，电火花沉积在工件镀膜或修复的应用中具有很大的优势。然而，电火花沉积工艺也有一定的缺点，从而限制其使用范围。比如，该工艺通常是人工操作，很难控制涂层的质量，此外，由于电火花是一种低能量的热源，电火花沉积工艺在用于较大面积的修复时，不仅沉积速度慢而且成本太高。因此，有必要开发一种改进的新的系统和方法来在基体上沉积涂层。
技术实现思路
本专利技术的实施例一方面提供了一种用来在基体上沉积涂层的复合涂层系统。该系统包括包括能量源和电火花沉积装置。所述能量源用来提供能量束，该能量束选自激光束、电子束、离子束和它们的组合。所述电火花沉积装置包括能量束通道、送粉通道和电极，其中，所述能量束通道用来让所述能量束通过，所述送粉通道用来输送可沉积于所述基体上形成沉积涂层的粉末材料，所述电极内设有与所述能量束通道和送粉通道相通的共同通道，该共同通道可让来自所述送粉通道的粉末材料和来自所述能量束通道的能量束从其中通过后进入所述电极和所述基体之间的放电间隙，并且使得所述粉末材料在通过该共同通道的过程中至少部分被所述能量束熔化。本专利技术的实施例另一方面提供了一种电火花沉积装置，该装置包括能量束通道、送粉通道和电极，其中，所述能量束通道用来让所述能量束通过，该能量束选自激光束、电子束、离子束和它们的组合，所述送粉通道用来输送可沉积于基体上形成沉积涂层的粉末材料，所述电极内设有与所述能量束通道和送粉通道相通的共同通道，该共同通道可让来自所述送粉通道的粉末材料和来自所述能量束通道的能量束从其中通过后进入所述电极和所述基体之间的放电间隙，并且使得所述粉末材料在通过该共同通道的过程中至少部分被所述能量束熔化。本专利技术的实施例另一方面提供了一种用来在基体上沉积涂层的复合涂层方法。该方法包括：使粉末材料和能量束共同通过一个形成于电火花沉积装置的电极内的通道后进入所述电极和所述基体之间的放电间隙；在所述粉末材料和能量束共同通过所述电极内的通道的过程中，使所述粉末材料至少部分被所述能量束熔化；以及在所述能量束和所述放电间隙中的电火花的共同作用下，将来自所述电极内的通道的至少部分被熔化的粉末材料沉积到所述基体上。附图说明通过结合附图对于本专利技术的实施例进行描述，可以更好地理解本专利技术，在附图中：图1是本专利技术的一个实施例中的一种高能束-电火花沉积系统的示意图。图2是本专利技术的一个实施例中的一种激光-电火花沉积系统的示意图。图3显示了所形成的涂层的显微结构以及其与基体的结合情况。具体实施方式以下将对本专利技术的具体实施方式进行详细描述。为了避免过多不必要的细节，在以下内容中将不对习知的结构或功能进行详细的描述。本专利技术的一方面涉及一种用来在基体上沉积涂层的系统，该系统结合使用了电火花和高能量束作为复合热源，来将粉末材料沉积到基体上形成涂层。以下将结合附图1和2举例对所述复合热源系统的具体实施方式进行描述。图1显示了一种复合热源系统100的示意图，该复合热源系统100包括电极102，用来通过电火花沉积在基体200上形成沉积镀层。该电极102内设有送粉通道104和能量束通道106，分别用来向所述电极102的前端108和所述基体200之间的放电间隙110中引入粉末材料114和能量束116。所述能量束116可以是激光束、电子束、离子束或它们的组合。所述电极102和基体200分别连接于电源150的正、负极，在使用时，可通过电源150向所述电极102和基体200施加一定电压，并将电极前端108靠近基体200，使得所述电极102和基体200之间的放电间隙110中产生电火花放电，进入所述放电间隙110的粉末材料114形成小的串联电极，熔化的粉末和电极材料转移到基体200表面以形成沉积涂层。在一些实施例中，放电间隙之间的电压在50～150V之间，或更进一步地，在100～150V之间。所述能量束可来自于能量源(未图示)，比如，所述能量束可为来自于激光发生器的激光束，所述系统可进一步包括激光发生器，用来提供所述激光束。所述送粉通道104和所述能量束通道106的设置使得所述粉末材料114在进入所述放电间隙110之前与所述能量束116相遇，从而使得所述粉末材料114能在进入所述放电间隙110之前至少部分被所述能量束116熔化。具体地，在一些实施例中，所述送粉通道104和能量束通道106在电极102内靠近所述电极前端108的一个交汇点118处互相连通，然后汇聚在一起形成可让所述粉末材料114和能量束116一起从其中通过的共同通道120，该共同通道120连通所述交汇点118和所述电极前端108的外部空间，从而可连通所述交汇点118和所述放电间隙110，这样的设置可使得粉末材料114和能量束116在交汇点118处相遇，再一起经过共同通道120进入放电间隙110，在该过程中至少部分被能量束116熔化。如图1所示，所述送粉通道104和能量束通道106的交汇点118在电极102内部，粉末材料从交汇点118处流向放电间隙110的过程中至少部分被能量束熔化，再进入放电间隙110。此外，激光等能量束进入放电间隙110还起到诱导放电并使得放电更集中的作用，因此，所述复合热源系统100充分利用了能量束和电火花的热量，可实现低热输入高能效的粉末沉积过程，来形成高质量的涂层。只要能使得粉末材料114在进入放电间隙110之前与能量束116相遇并至少部分被能量束116预加热和局部熔化，所述送粉通道104和能量束通道106的位置和形状可灵活设置。在一些实施例中，所述送粉通道104和能量束通道106同轴设置，即，所述送粉通道104和能量束通道106的设置可使得粉末流(所述粉末材料流动形成的粉末流)的中心轴线与中心能量束的轴线大致重合。在一些实施例中，所述能量束通道106包括沿所述电极102的轴向延伸的轴向通孔，所述送粉通道104围绕所述能量束通道106。具体地，所述送粉通道104可包括围绕所述能量束通道106的环状通道或是多个孔、槽等。在一些具体的实施例中，所述送粉通道104包括围绕所述能量束通道106的一圈倾斜孔，这些倾斜孔相对于所述所述能量束通道106的中心轴线倾斜，且与所述能量束通道106相连通。在一些具体的实施例中，所述送粉通道104包括围绕本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用来在基体上沉积涂层的系统，其包括：能量源，用来提供能量束，该能量束选自激光束、电子束、离子束和它们的组合；以及电火花沉积装置，其包括能量束通道、送粉通道和电极，其中，所述能量束通道用来让所述能量束通过，所述送粉通道用来输送可沉积于所述基体上形成所述沉积涂层的粉末材料，所述电极内设有与所述能量束通道和送粉通道相通的共同通道，该共同通道可让来自所述送粉通道的粉末材料和来自所述能量束通道的能量束从其中通过后进入所述电极和所述基体之间的放电间隙，并且使得所述粉末材料在通过该共同通道的过程中至少部分被所述能量束熔化。

【技术特征摘要】
1.一种用来在基体上沉积涂层的系统，其包括：能量源，用来提供能量束，该能量束选自激光束、电子束、离子束和它们的组合；以及电火花沉积装置，其包括能量束通道、送粉通道和电极，其中，所述能量束通道用来让所述能量束通过，所述送粉通道用来输送可沉积于所述基体上形成所述沉积涂层的粉末材料，所述电极内设有与所述能量束通道和送粉通道相通的共同通道，该共同通道可让来自所述送粉通道的粉末材料和来自所述能量束通道的能量束从其中通过后进入所述电极和所述基体之间的放电间隙，并且使得所述粉末材料在通过该共同通道的过程中至少部分被所述能量束熔化。2.如权利要求1所述的系统，其中，所述共同通道的轴向长度在约5毫米到约20毫米的范围。3.如权利要求1所述的系统，其中，所述共同通道包括沿所述电极的轴向延伸的轴向通孔。4.如权利要求1所述的系统，其中，所述能量束通道与所述共同通道同轴相通，所述送粉通道围绕所述能量束通道。5.如权利要求1所述的系统，其中，所述送粉通道包括围绕所述能量束通道的多个倾斜孔，这些倾斜孔相对于所述能量束通道的轴向倾斜。6.如权利要求1所述的系统，其中，所述送粉通道包括围绕所述能量束通道的倒椎形环状通道，该倒椎形环状通道与所述能量束通道同轴。7.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘勇，吴建平，吴勇，武颖娜，陈晓宾，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US