一种电场辅助电弧喷涂装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电场辅助电弧喷涂装置及方法。所述装置包括：分别与电弧电源正负极连接、用于产生电弧的两块钨极；电场电源，其正负极分别与导电嘴、基板连接，用于在导电嘴和基板之间产生辅助电场；送丝滚轮，用于输送单根金属丝使之经过导电嘴带电后在电弧处熔融形成带电液滴；用于产生高速气流的气泵，带电液滴在辅助电场和高速气流的双重作用下雾化加速喷向基板形成涂层。所述方法采用所述装置，包括：单根金属丝在送丝滚轮的输送下，经导电嘴带电后于两块钨极产生的电弧处熔融形成带电液滴，带电液滴在导电嘴和基板之间的辅助电场和气泵产生的高速气流的双重作用下雾化加速喷向基板形成涂层。加速喷向基板形成涂层。加速喷向基板形成涂层。

【技术实现步骤摘要】
一种电场辅助电弧喷涂装置及方法


[0001]本专利技术涉及电弧喷涂
，具体涉及一种电场辅助电弧喷涂装置及方法。

技术介绍

[0002]电弧喷涂是一种以电弧为热源将金属丝熔化成熔融状态，再由高速气体将其雾化成小液滴，喷向工件形成涂层的材料表面成型技术。目前已有诸多报道，如公开号为CN110791724A的专利技术等。电弧喷涂在喷涂过程中要用到高速气流，气泵的声音造成的噪声污染不容小觑。另外，由于这种成型方法是将熔融的小液滴喷向工件，在仅仅由高速气流的推动，小液滴在工件上形成的涂层时覆盖不集中，小液滴会在工件表面形成堆叠的层片状结构，这就会使得涂层中间部分夹杂小气孔，裂纹和氧化物等现象。这样的零件在服役时，在摩擦力、交变载荷等力的作用下就容易出现裂纹，剥落等情况，严重影响零件的使用寿命。

技术实现思路

[0003]针对上述技术问题以及本领域存在的不足之处，本专利技术提供了一种电场辅助电弧喷涂装置，采用该装置进行电场辅助电弧喷涂，利用电场力和气动推力的协同作用使液滴更聚焦，能够实现3D打印。现有常规电弧喷涂仅仅是气体推动使其雾化并喷向基板，而本专利技术利用电场力一方面节省气体，降低了噪声污染，另一方面雾化后的带电小液滴在电场力的束缚下，会更加有规则的喷向基板，减小粉尘飞溅，粉尘污染小，使得喷涂更加集中，减小气孔、氧化物等的形成，半圆形金属熔液在电场剪切“拉力”与流体粘滞力、惯性力、表面张力等综合作用下被拉伸形成圆锥形状，并在其尖端聚焦成小于喷孔尺寸的熔液射流并断裂成熔滴，液滴小涂层的表面平整度高。r/>[0004]一种电场辅助电弧喷涂装置，包括：
[0005]分别与电弧电源正负极连接、用于产生电弧的两块钨极；
[0006]电场电源，其正负极分别与导电嘴、基板连接，用于在导电嘴和基板之间产生辅助电场；
[0007]送丝滚轮，用于输送单根金属丝使之经过导电嘴带电后在电弧处熔融形成带电液滴；
[0008]用于产生高速气流的气泵，所述带电液滴在所述辅助电场和高速气流的双重作用下雾化加速喷向基板形成涂层。
[0009]传统电弧喷涂利用双金属丝交叉接触产生电弧进行熔融喷涂，易导致扇形喷射流的形成，喷射流不规则，覆盖不集中，进而导致易形成小气孔、裂纹和氧化物等问题的产生。而本专利技术创造性地采用单金属丝，利用导电嘴使之带电，并在两块钨极产生的电弧处熔融形成带电液滴，最后所述带电液滴在导电嘴和基板之间的辅助电场以及气泵产生的高速气流的双重作用下雾化加速喷向基板形成涂层，始终保持直线喷射流，喷涂更加规则集中，明显减小气孔、氧化物等的形成。
[0010]所述电场辅助电弧喷涂装置主要包括产生电弧的部分，电场控制小液滴部分。利用金属丝与钨极接触短路产生大量的电阻热，引起强烈的电子发射和气体电离，放开金属丝后由于电源电压的作用会形成电场，促使电子发射，同时加速气体电离，形成连续的电弧，电弧的高温使喷嘴处的金属丝成熔融状态，熔融状态小液滴在气体推力的作用下，分散成微纳米级的液滴，带电液滴与基板之间形成电势差，形成电场力，在电场力的作用下会向基板喷射，形成稳定的喷射流，最终在基板上形成高质量的涂层。本专利技术节省来了气体降低了噪音，更加的节能环保。
[0011]作为优选，所述的电场辅助电弧喷涂装置，金属丝的熔点低于钨极的熔点，避免钨极熔化而导致在形成的涂层中混入杂质。
[0012]作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供了一种电场辅助电弧喷涂方法，使用所述的电场辅助电弧喷涂装置，所述方法包括：单根金属丝在送丝滚轮的输送下，经导电嘴带电后于两块钨极产生的电弧处熔融形成带电液滴，所述带电液滴在导电嘴和基板之间的辅助电场和气泵产生的高速气流的双重作用下雾化加速喷向基板形成涂层。
[0013]本专利技术利用外加电场的作用，导电嘴的存在使喷嘴出口处金属丝熔滴的表面形成电荷聚集，半圆形金属熔液在电场剪切“拉力”与流体粘滞力、惯性力、表面张力等综合作用下被拉伸形成圆锥形状，并在其尖端聚焦成小于喷孔尺寸的熔液射流并断裂成熔滴；喷嘴垂直对准基板，基板上处于喷嘴出口正下方垂直点的轴向电场强度最大，喷孔将与此基板垂直点形成轴向自聚焦电场，喷带电熔滴将在轴向聚焦电场作用下精确诱导沉积在聚焦点，实现精细熔滴的精确定位沉积。
[0014]作为优选，所述的电场辅助电弧喷涂方法，电弧电源的电压为20～100V。
[0015]作为优选，所述的电场辅助电弧喷涂方法，气泵产生的为气压为0.6～0.9MPa的压缩空气。
[0016]作为优选，所述的电场辅助电弧喷涂方法，电场电源的电压为400～5000V。
[0017]作为优选，所述的电场辅助电弧喷涂方法，送丝滚轮的送丝速度为0.2～5m/min。
[0018]作为优选，所述的电场辅助电弧喷涂方法，金属丝的直径为0.8～2mm。
[0019]本专利技术的电场辅助电弧喷涂方法相比于传统双金属丝电弧喷涂，喷涂距离的调整范围可以更大。在一优选例中，所述的电场辅助电弧喷涂方法，喷涂距离为60～220mm。
[0020]上述优选参数条件的组合可更好地控制喷射流为直线，提高喷涂效率，精确度和减小熔滴的尺寸，提高喷涂质量，喷涂更加规则集中，明显减小气孔、氧化物等的形成。
[0021]本专利技术中的电场辅助电弧喷涂与传统的电弧喷涂的区别是：传统的双金属丝电弧喷涂喷射熔滴尺寸难以细化和沉积精度受限，而本专利技术电场辅助电弧喷涂是通过电场力的将电弧融化的金属液滴剪切成粒径远小于喷嘴尺寸的小液滴，并在电场力和气动推力的协同作用下提高喷涂精度，从而提高涂层质量，有以下几个优点：
[0022]1、在电场力和气动推力的协同作用下使液滴更聚焦，能够实现3d打印。
[0023]2、传统的双金属丝电弧喷涂仅仅是气体推动使其雾化并喷向基板，本专利技术增加了电场力会更加节省气体，降低成本。
[0024]3、本专利技术减小气体的推力之后气泵的功率可以相应的减小，以达到静音的效果。
[0025]4、本专利技术雾化后的带电小液滴在电场力的束缚下，会更加规则的喷向基板，减小粉尘飞溅，粉尘污染小。
[0026]5、本专利技术中，半圆形金属熔液在电场剪切“拉力”与流体粘滞力、惯性力、表面张力等综合作用下被拉伸形成圆锥形状，并在其尖端聚焦成小于喷孔尺寸的铝熔液射流并断裂成熔滴，液滴小涂层的表面平整度高。
[0027]本专利技术还提供了所述的电场辅助电弧喷涂装置在3D打印中的应用。
[0028]本专利技术与现有技术相比，主要优点包括：
[0029]本专利技术解决了传统双金属丝电弧喷涂过程中雾化的金属液滴运动规律不确定、在空间做无规则运动的问题，同时减少了高速气流的用量，减轻了气泵的噪声污染。
[0030]本专利技术电场辅助电弧喷涂在电场力的作用下可以提高喷涂效率，精确度和减小熔滴的尺寸，打印制造出的高质量的涂层结构可广泛用于电子、信息、能源等领域，具有良好的产业价值。
附图说明
[0031]图1为传统双金属丝电弧喷涂装置的结构示意图，图中：20
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电场辅助电弧喷涂装置，其特征在于，包括：分别与电弧电源(1)正负极连接、用于产生电弧(8)的两块钨极(2)；电场电源(4)，其正负极分别与导电嘴(11)、基板(6)连接，用于在导电嘴(11)和基板(6)之间产生辅助电场；送丝滚轮(9)，用于输送单根金属丝(3)使之经过导电嘴(11)带电后在电弧(8)处熔融形成带电液滴；用于产生高速气流的气泵(5)，所述带电液滴在所述辅助电场和高速气流的双重作用下雾化加速喷向基板(6)形成涂层。2.根据权利要求1所述的电场辅助电弧喷涂装置，其特征在于，金属丝(3)的熔点低于钨极(2)的熔点。3.一种电场辅助电弧喷涂方法，其特征在于，使用权利要求1或2所述的电场辅助电弧喷涂装置，所述方法包括：单根金属丝(3)在送丝滚轮(9)的输送下，经导电嘴(11)带电后于两块钨极(2)产生的电弧(8)处熔融形成带电液滴，所述带电液滴在导电嘴(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：方凯，连信宇，所新坤，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：