一种等离子-冷喷涂的复合喷涂装置及复合涂层的喷涂方法制造方法及图纸

一种等离子

【技术实现步骤摘要】
一种等离子
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冷喷涂的复合喷涂装置及复合涂层的喷涂方法


[0001]本专利技术涉及一种喷涂装置及复合涂层的喷涂方法。

技术介绍

[0002]冷喷涂是20世纪80年代中期新发展起来的一种新型涂层制备技术，并已逐渐由表面防护涂层制备拓展到增材制造与修复再制造
相较焊接、热喷涂等传统修复及激光再制造技术、材料胶结等一些新型修复技术，冷喷涂修复技术具有一些其他技术无法比拟的优点：(1)不同于热修复技术固有的颗粒熔化
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凝固过程，冷喷涂过程中材料的温度远低于其熔点，喷涂颗粒在碰撞基体前处于固态，对基体热影响较小，在整个喷涂过程中，材料发生氧化、相变、晶粒长大的程度低，喷涂材料的成分与组织结构能够保留到涂层中，保证了修复层组织性能的均匀性和稳定性，适合热敏感材料的修复；(2)在冷喷修复过程中，涂层由持续不断的固态粒子撞击碰撞而成，其形成的残余应力为压应力而非拉应力；(3)可用于喷涂及可用作喷涂基体材料范围广，目前，冷喷涂可实现在大部分的金属基体材料及一些有机材料基体上的喷涂沉积。
[0003]冷喷涂较适合于制备塑性变形能力好的涂层材料(如铝、铜、锌等)，对于高强度、变形能力差的合金则优势不明显，特别针对变形能力相差较大的颗粒增强复合材料涂层，在喷涂的过程中会出现硬质增强相颗粒相互碰撞、破碎崩飞的现象，增加了增强相颗粒的损耗量。同时，破碎的增强相颗粒在涂层中会形成孔隙，萌生裂纹，降低了涂层整体的强度。对此，目前已有采用激光在喷涂过程中对基材进行实时加热进行软化，以提高结合强度的方法(专利CN211620614U)，但由于激光对基体材料的反光率十分敏感，因此对高反射率的铝合金等复杂结构件沉积较为困难且存在工艺参数范围窄、工作效率较低、一体化装备成本高等制约其广泛工业化应用的问题。也有采用电磁辅助冷喷涂装置增强金属沉积的品质(专利CN114574850A)，通过电磁感应加热在特定阶段对粉末颗粒进行表面加热活化，可有效地得到高金属沉积层的品质。但这种方法对于喷涂材料的选择有局限性，并且在遇到混合粉末时不能做到分别按需加热。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决现有的冷喷涂涂层制备工艺存在孔隙、裂纹造成涂层的力学性能差的问题，提出一种等离子
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冷喷涂的复合喷涂装置及复合涂层的喷涂方法。
[0005]本专利技术等离子
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冷喷涂的复合喷涂装置由冷喷涂设备、等离子喷涂设备、机械手臂和基材构成；冷喷涂设备由冷喷涂送粉器、冷喷涂气体供应设备和冷喷涂喷枪构成；等离子喷涂设备由等离子喷涂气体供应设备、等离子喷涂送粉器和等离子喷涂喷枪构成；机械手臂悬于基材侧部，冷喷涂喷枪和等离子喷涂喷枪分别夹持在机械手臂上；冷喷涂喷枪和等离子喷涂喷枪垂直于基材的工件表面；
[0006]利用等离子
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冷喷涂的复合喷涂装置进行复合涂层的喷涂方法按照以下步骤进行：
[0007]一、将基材进行表面预处理；表面预处理工艺为：依次进行喷砂和清洗；
[0008]二、将增强相颗粒粉末和铝合金粉末进行喷涂前的烘干预处理；
[0009]三、将增强相颗粒粉末装入冷喷涂送粉器，将铝合金粉末装入等离子喷涂送粉器；
[0010]四、设置冷喷涂参数，所述冷喷涂参数包括工作载气的种类、载气压力、载气流量、载气预热温度和冷喷涂送粉器转速；
[0011]步骤四冷喷涂参数中：工作载气为氮气或氦气，载气压力为4～5MPa、载气预热温度400℃～800℃、送粉器转速为0.5～3r/min；
[0012]五、设置等离子喷涂参数，所述等离子喷涂参数包括工艺主气和工艺次气的种类、流量、电流和等离子喷涂送粉器转速；
[0013]步骤五所述等离子喷涂参数中：工艺主气为氩气，工艺次气为氢气或氦气，工艺主气和工艺次气压力均为0.75MPa、电流为600～900A、送粉器转速为1～3r/min；
[0014]六、调整冷喷涂喷枪的喷涂粉斑和等离子喷涂喷枪的喷涂粉斑在同一个运行路径上，冷喷涂喷枪和等离子喷涂喷枪同步运行，等离子喷涂喷枪的喷涂粉斑位于运行路径前方，冷喷涂喷枪的喷涂粉斑和等离子喷涂喷枪的喷涂粉斑间距为29～31mm；
[0015]七、校正冷喷涂粉斑和等离子喷涂粉斑的相对位置、等离子喷涂距离和冷喷涂距离；
[0016]八、利用等离子喷涂喷枪将铝合金粉末喷涂到基材上，同时利用冷喷涂喷枪将增强相颗粒粉末同步喷涂到基材上，获得复合涂层。
[0017]本专利技术的原理及有益效果为：
[0018]1、本专利技术分别用冷喷涂和等离子喷涂复合喷涂形成复合涂层。首先通过调控等离子喷涂的参数(等离子电流，等离子弧气流，送粉载气，送粉速率)，等离子喷涂铝合金粉末使其加热到熔融状态并喷涂到基材表面，形成软化程度较高的涂层；其次，通过调控冷喷涂的参数，冷喷涂增强相颗粒粉末使其轰击到软化层中；由于涂层已经软化，所以会增加增强相的喷涂效率，即使出现增强相颗粒相互碰撞的碎裂行为，熔融的铝合金也会流入碰撞碎裂形成的空隙中。并且在冷喷涂的氮气或者氦气气流冲击下，基材处于还原气氛环境下，大大降低了基材的氧化程度。因此，通过等离子喷涂和冷喷涂的复合作用降低孔隙，克服冷喷涂制备复合涂层时由于硬质增强相机械咬合不良而出现的孔隙率高的问题，提高复合涂层的致密性和硬度等力学性能。
[0019]2、本专利技术通过等离子喷涂将复合材料中软金属熔化和冷喷涂将硬质增强相高速注入协调作用，在不提高载气预热温度和载气压力下增加了复合涂层增强相的喷涂效率。
[0020]3、本专利技术通过等离子和冷喷涂两种设备的复合，可以根据材料特性和材料与不同技术(等离子喷涂或冷喷涂)的匹配度选择不同的材料，增加材料选择的多样性，实现多种异种金属材料的复合喷涂。
[0021]4、本专利技术利用复合喷涂过程中等离子喷涂颗粒熔融的粉末颗粒界面原位反应实现自致密化，节省了后续热处理改善致密性的步骤。
附图说明
[0022]图1为实施例1中等离子
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冷喷涂的复合喷涂装置的结构示意图；
[0023]图2为实施例1制备的复合涂层的宏观形貌图；
[0024]图3为对比例1制备的冷喷涂涂层的宏观形貌图；
[0025]图4为实施例1制备的复合涂层的EDS扫描图；
[0026]图5为实施例1制备的复合涂层的微观形貌图；
[0027]图6为对比例1制备的冷喷涂涂层的微观形貌图；
[0028]图7为实施例1制备的复合涂层从基材过渡到涂层硬度变化图。
具体实施方式
[0029]本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。
[0030]具体实施方式一：本实施方式等离子
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冷喷涂的复合喷涂装置由冷喷涂设备、等离子喷涂设备、机械手臂7和基材8构成；
[0031]冷喷涂设备由冷喷涂送粉器1、冷喷涂气体供应设备2和冷喷涂喷枪3构成；等离子喷涂设备由等离子喷涂气体供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等离子
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冷喷涂的复合喷涂装置，其特征在于：等离子
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冷喷涂的复合喷涂装置由冷喷涂设备、等离子喷涂设备、机械手臂(7)和基材(8)构成；冷喷涂设备由冷喷涂送粉器(1)、冷喷涂气体供应设备(2)和冷喷涂喷枪(3)构成；等离子喷涂设备由等离子喷涂气体供应设备(5)、等离子喷涂送粉器(4)和等离子喷涂喷枪(6)构成；机械手臂(7)悬于基材(8)侧部，冷喷涂喷枪(3)和等离子喷涂喷枪(6)分别夹持在机械手臂(7)上；冷喷涂喷枪(3)和等离子喷涂喷枪(6)垂直于基材(8)的工件表面。2.根据权利要求1所述的等离子
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冷喷涂的复合喷涂装置，其特征在于：所述冷喷涂喷枪(3)和等离子喷涂喷枪(6)之间的夹角为10～80
°
。3.根据权利要求1所述的等离子
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冷喷涂的复合喷涂装置，其特征在于：所述等离子喷涂气体供应设备(5)的送粉载气出气口与等离子喷涂送粉器(4)的送粉载气进气口通过管路连通；等离子喷涂气体供应设备(5)的工艺主气出气口与等离子喷涂喷枪(6)的工艺主气进气口通过管路连通；等离子喷涂气体供应设备(5)的工艺次气出气口与等离子喷涂喷枪(6)的工艺次气进气口通过管路连通；冷喷涂气体供应设备(2)的送粉载气出气口与冷喷涂送粉器(1)的送粉载气进气口通过管路连通；冷喷涂气体供应设备(2)的工作载气出气口与冷喷涂喷枪(3)的工作载气进气口通过管路连通；冷喷涂送粉器(1)的送粉口与冷喷涂喷枪(3)的进粉口管路连通；等离子喷涂送粉器(4)的送粉口与等离子喷涂喷枪(6)的进粉口通过管路连通。4.利用如权利要求1所述的等离子
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冷喷涂的复合喷涂装置进行复合涂层的喷涂方法，其特征在于：该方法按照以下步骤进行：一、将基材(8)进行表面预处理；表面预处理工艺为：依次进行喷砂和清洗；二、将增强相颗粒粉末和铝合金粉末进行喷涂前的烘干预处理；三、将增强相颗粒粉末装入冷喷涂送粉器(1)，将铝合金粉末装入等离子喷涂送粉器(4)；四、设置冷喷涂参数，所述冷喷涂参数包括工作载气的种类、载气压力、载气流量、载气预热温度和冷喷涂送粉器转速；步骤四冷喷涂参数中：工作载气为氮气或氦气，载气压力为4～5MPa、载气预热温度400℃～800℃、送粉器转速为0....

【专利技术属性】
技术研发人员：巩春志，周长壮，田修波，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：