一种制备纳米结构陶瓷涂层的液料等离子喷涂装置制造方法及图纸

一种制备纳米结构陶瓷涂层的液料等离子喷涂装置，用于在基体上制备出具有纳米结构的陶瓷涂层，包括等离子系统和液料输送装置，所述液料输送装置包括液料输送系统及液料注入系统，所述液料输送系统包括气源和液料输送动力装置，所述液料输送动力装置与所述气源连接，所述液料注入系统包括二流气雾化喷嘴，所述二流气雾化喷嘴与所述液料输送动力装置连接，所述二流气雾化喷嘴对应于所述等离子系统的等离子射流的高温区设置且与所述气源连接，所述二流气雾化喷嘴将所述液料输送动力装置中的液料雾化成具有一定速度的液滴并送入所述等离子射流的高温区，所述液滴经所述等离子射流加热加速后沉积在所述基体上形成纳米结构的陶瓷涂层。

【技术实现步骤摘要】
一种制备纳米结构陶瓷涂层的液料等离子喷涂装置
本技术涉及一种涂层制备装置，特别是一种制备纳米结构陶瓷涂层的液料等离子喷涂装置。
技术介绍
传统等离子喷涂制备陶瓷涂层以具有一定粒度范围、流动性良好、松装密度适中的陶瓷粉末为喷涂原料(如Metco204NS和Metco106F等)，这种喷涂粉末制备方法主要有电熔破碎法、共沉淀-烧结法、共沉淀-喷雾干燥法等。例如申请号为“01128448.X”，名称为“纳米氧化锆粉体的制备方法”的中国专利技术专利申请；申请号为“200510045013.1”，名称为“热障涂层用氧化锆纳米材料的制备方法”的中国专利技术专利申请；申请号为“201010177581.8”，名称为“氧化铝-氧化钛复合陶瓷粉末的制备方法”的中国专利技术专利申请。采用上述工艺制备喷涂粉末具有工艺流程复杂、能耗高、效率低等缺点，更重要的是这种粉末在等离子射流中溶化后撞击在基体上形成直径约30μm～200μm的扁平粒子，这种大尺寸扁平化粒子容易形成平行于涂层表面的横向微观裂纹和大尺寸孔隙，影响涂层性能。通过喷涂细小原料粉末(如亚微米或纳米粉末)可以在基体上形成尺寸较小扁平粒子，消除上述缺陷，但是喷涂粉末尺寸小于10μm时，由于静电作用，粉末会形成不可控团聚现象，其流动性大幅下降，难以实现粉末稳定输送，从而影响喷涂工艺稳定性。另外，现有技术中采用粉末作为喷涂原料的等离子喷涂工艺难以制备厚度在20μm～100μm之间的涂层，如光催化和固体氧化物燃料电池(SOFC)上应用的功能涂层。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种通过在等离子射流中合成陶瓷粒子或将亚微米及纳米陶瓷粒子送入等离子射流并沉积在基体上制备具有纳米结构特征的陶瓷涂层的液料等离子喷涂装置。为了实现上述目的，本技术提供了一种液料等离子喷涂装置，用于在基体上制备出具有纳米结构特征的陶瓷涂层，其中，包括等离子系统和液料输送装置，所述液料输送装置包括液料输送系统、清洁系统及液料注入系统，所述液料输送系统包括气源和液料输送动力装置，所述液料输送动力装置与所述气源连接，所述液料注入系统包括二流气雾化喷嘴和将所述二流气雾化喷嘴装卡于所述等离子系统的相应工装，所述二流气雾化喷嘴分别与所述液料输送动力装置及所述气源连接，所述二流气雾化喷嘴将所述液料输送动力装置中的液料雾化成具有一定速度的液滴并送入所述等离子射流的高温区，所述液滴经所述等离子射流加热加速后沉积在所述基体上形成纳米结构的陶瓷涂层，所述二流气雾化喷嘴为一种二流气雾化喷嘴，以便将液料有效送入等离子射流。上述液料等离子喷涂装置，其中，还包括清洁系统，所述清洁系统包括清洁介质输送动力装置，所述清洁介质输送动力装置与所述气源连接，所述液料注入系统与所述清洁介质输送动力装置连接。上述的液料等离子喷涂装置，其中，所述液料可以为溶液前驱体或悬浮液，所述清洁介质为纯净水或去离子水。上述的液料等离子喷涂装置，其中，所述液料输送动力装置为液料储存压力容器，所述液料储存压力容器上还安装有机械搅拌装置，以防止所述液料在所述液料储存压力容器内发生成分偏析或沉淀及便于对所述液料储存压力容器进行清洗。上述的液料等离子喷涂装置，其中，所述机械搅拌装置包括动力驱动机构和搅拌结构，所述动力驱动机构与所述搅拌机构连接，所述动力驱动机构安装在所述液料储存压力容器顶部，所述搅拌机构安装在所述液料储存压力容器内。上述的液料等离子喷涂装置，其中，所述液料储存压力容器还设置有卸料阀和泄压阀。上述的液料等离子喷涂装置，其中，所述清洁介质输送动力装置为清洁介质储存压力容器，所述清洁介质储存压力容器还设置有泄压阀。上述的液料等离子喷涂装置，其中，所述气源通过气体输送管路分别与所述液料储存压力容器、所述清洁介质储存压力容器及所述二流气雾化喷嘴连接，所述气体输送管路上设置有调压阀、气体流量计和/或减压阀。上述的液料等离子喷涂装置，其中，所述液料储存压力容器和/或所述清洁介质储存压力容器的压力为0～0.6MPa且连续可调，所述二流气雾化喷嘴的雾化气压力为0～0.4MPa且连续可调，所述液料输送系统的液料输送速率为0～100ml/min。上述的液料等离子喷涂装置，其中，所述基体上形成的纳米结构的陶瓷涂层的厚度为10μm～100μm，也可以更厚。本技术的技术效果在于：1、本技术可采用溶液前驱体为喷涂原料，省略了现有等离子喷涂工艺中粉末制备环节，提高了涂层制备效率；2、由于液料在等离子射流中经过溶剂挥发、溶质析出、高温分解、熔化等部分或全部过程形成纳米粒子，有效抑制了粉末制备环节中纳米粒子长大现象，可以制备出具有纳米结构的涂层；3、涂层由细小扁平粒子组成，使涂层结构精细化，消除了尺寸较大扁平粒子在凝固过程中形成的缺陷；4、由于本技术装置具有机械搅拌和清洁系统，可以保证整个涂层成分和结构均匀性及涂层制备过程稳定、顺利进行；5、本装置中液料注入系统采用二流气雾化喷嘴，液料流量和雾化气流量及压力可以分别控制，在小液料流量下可将液料有效送入等离子射流，从而更有效控制涂层结构。基于上述特点，利用本液料等离子喷涂装置可以喷涂氧化钇部分稳定氧化锆(YSZ)、氧化铝(Al2O3)、氧化铝(Al2O3)－氧化钛(TiO2)和氧化钛(TiO2)的溶液前驱体或悬浮液来制备具有纳米结构的陶瓷涂层。以下结合附图和具体实施例对本技术进行详细描述，但不作为对本技术的限定。附图说明图1为本技术的液料等离子喷涂装置结构示意图；图2a、图2b为本技术实施例的液料输送装置定量输送YSZ溶液前驱体的曲线；图3a、图3b为利用本技术实施例喷涂YSZ溶液前驱体制备的YSZ涂层表面形貌和截面形貌；图4为本技术实施例喷涂YSZ溶液前驱体制备的YSZ涂层截面形貌；其中，附图标记1等离子射流2等离子系统3a液料输送装置3b液料输送系统3液料储存压力容器4机械搅拌装置5卸料阀6第一泄压阀61第二泄压阀7a清洁系统7清洁介质存储压力容器8a液料注入系统8二流气雾化喷嘴9二位三通阀10第一气体流量计11第一调压阀12减压阀13气源14基体15液料口16第二调压阀17第三调压阀18第二气体流量计a1、a2、a3、a4压力分别为0.16MPa、0.25MPa、0.35MPa、0.45MPa时的溶液前驱体流量具体实施方式为了更清楚地说明本技术，下面结合附图及具体实施例对本技术做进一步详细说明，但本技术的内容不仅限于实施例中所涉及的内容。实施例1本技术制备纳米结构薄陶瓷涂层的液料等离子喷涂装置，包括等离子系统2和由液料输送系统3b、液料注入系统8a及清洁系统7a组成的液料输送装置3a。其中液料输送系统3b包括充入压缩气体的液料储存压力容器3和相应的气体及液料输送管路，清洁系统7a包括充入压缩气体的清洁介质储存压力容器7和相应的气体及清洁介质输送管路，液料注入系统8a包括二流气雾化喷嘴8和用于将二流气雾化喷嘴装卡于等离子系统2上且三维方向可调的相应工装。液料通过输送管路送入液料和雾化气独立控制的二流气雾化喷嘴8，液料经过雾化、加速后送入等离子射流1，并沉积在基体14上形成陶瓷涂层。图1中液料等离子喷涂装置中液料储存容器3上有机械搅拌装置4，液料从液料储存容器的液料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液料等离子喷涂装置，其特征在于，包括等离子喷涂系统和液料输送装置，所述液料输送装置包括液料输送系统、液料注入系统及清洁系统，所述液料输送系统包括气源和液料输送动力装置，所述液料输送动力装置与所述气源连接，所述液料输送动力装置为液料储存压力容器，所述液料储存压力容器内还安装有机械搅拌装置，所述液料注入系统包括二流气雾化喷嘴，所述二流气雾化喷嘴分别与所述液料输送动力装置及所述气源连接，所述清洁系统包括清洁介质输送动力装置，所述清洁介质输送动力装置与所述气源连接，所述液料注入系统与所述清洁介质输送动力装置连接，所述清洁介质输送动力装置为清洁介质储存压力容器。

【技术特征摘要】
1.一种液料等离子喷涂装置，其特征在于，包括等离子喷涂系统和液料输送装置，所述液料输送装置包括液料输送系统、液料注入系统及清洁系统，所述液料输送系统包括气源和液料输送动力装置，所述液料输送动力装置与所述气源连接，所述液料输送动力装置为液料储存压力容器，所述液料储存压力容器内还安装有机械搅拌装置，所述液料注入系统包括二流气雾化喷嘴，所述二流气雾化喷嘴分别与所述液料输送动力装置及所述气源连接，所述清洁系统包括清洁介质输送动力装置，所述清洁介质输送动力装置与所述气源连接，所述液料注入系统与所述清洁介质输送动力装置连接，所述清洁介质输送动力装置为清洁介质储存压力容器。2.如权利要求1所述的液料等离子喷涂装置，其特征在于，所述机械搅拌装置包括动力驱动机构和搅拌结构，所述动力...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪瑞军，王世兴，袁涛，徐林，
申请(专利权)人：北京金轮坤天科技发展有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11