本发明专利技术一方面提供高速氧燃料喷涂系统，其包括：第一高速氧燃料喷枪，用于喷射陶瓷；以及第二高速氧燃料喷枪，用于喷射金属或金属合金，其中第一高速氧燃料喷枪和第二高速氧燃料喷枪同时喷射出的喷射流重叠于并覆盖在待涂覆的工件表面，形成涂层，涂层中的金属或金属合金组沿厚度方向变化，越靠近工件表面，金属或金属合金含量越高。本发明专利技术另一方面还提供根据上述系统制备陶瓷金属涂层的方法。
【技术实现步骤摘要】
高速氧燃料喷涂系统及由其制备的金属陶瓷涂层
本专利技术涉及高速氧燃料喷涂系统(或称为超音速火焰喷涂系统)，更具体而言，本专利技术涉及包括两个高速氧燃料喷枪的喷涂系统和使用所述喷涂系统制备复合陶瓷金属特别是Mo-Al2O3的涂层。
技术介绍
目前，化石燃料资源的可持续发展、二氧化碳的排放和全球变暖的问题越来越受关注。非常关键的是找寻新型能源以替代当前使用的化石燃料，这样的新型能源应是低成本、绿色环保和可再生的。太阳能能够满足上述要求，并且数十年来已对其进行广泛的研究和利用。通过直接使用半导体光伏太阳能电池或使用太阳能热能的技术可以从太阳能产生电能，其中太阳能热能技术利用从太阳能加热的蒸汽驱动发电用的涡轮。相对于光伏太阳能电池，太阳能热能技术不依靠硅晶片的供应，对于大规模的发电特别有效，并且如果设置储热系统，甚至在夜间也可产生电能。考虑到这些优势，目前研发兴趣已更多地转向太阳能热能技术。聚光型太阳能技术(CSP)可将太阳光聚集在用于吸收太阳能的接收器上，其具有多种不同的布局方式，包括抛物槽式、线性菲涅尔式、碟式、中央接收器式等。其中，工作温度达550°C的抛物面槽式是发展最佳、最可商用的聚光型太阳能技术。抛物槽式的主要组件包括反射器、太阳能接收器、储热器和蒸汽涡轮机。作为关键组件，太阳能接收器极大地影响太阳能的吸收效率。太阳能接收器由玻璃壳和金属管构成，其中金属管上涂覆有太阳能吸收材料，如Mo-Al2O3的金属-介电复合金属陶瓷的涂层。该涂层通常在真空管内通过射频电磁溅射的蒸发而进行制备。例如，CN101737982A公开了一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法，所述吸收涂层的第二层是使用射频溅射制备的MoSi2和Al2O3的金属陶瓷混合层，该第二层由厚度和MoSi2体积分数各不同的两个亚层构成。TW201022461A1则公开了一种太阳能选择性吸收膜及其制造方法。其通过真空溅镀在工件上制备单层Mo-Al2O3的金属-陶瓷复合膜。此外，CN85100142A公开了一种新的真空溅射技术，具有设备简单真空度要求低等特点，但是制备的金属氮化物在温度超过350度后会退化分解，目前该技术还无法用以制备Mo-Al2O3的金属-陶瓷复合膜。通过射频溅射技术制备的金属陶瓷膜的生长速率低，并且射频溅射需要在真空管中进行。此外，射频溅射技术的使用还受到接收器管件的尺寸和形状的限制。因此，需要研发设备更简便、生产效率更高的涂层技术以替代现有的通过射频溅射制备金属陶瓷的技术，并得到性能更佳的金属陶瓷复合膜。高速氧燃料喷涂方法是从传统的火焰喷涂发展而来的喷涂方法，其原理是:在0.7-1.0MPa的高压下，利用燃料，如氢气、乙烷、丙烷、丙烯或煤油等与氧气混合，在燃烧室点燃，使剧烈膨胀的气体受水冷喷嘴(拉伐尔管)的约束而形成高速火焰流，原料粉末沿燃烧室轴心由惰性气体如氮气或氦气等送入，受热并加速喷出。火焰喷射的速度可达6倍音速以上，而粉末粒子的速度可以达到2倍音速以上。通过仅包括一个喷枪的高速氧燃料(HVOF)系统在工件表面上涂覆复合金属涂层的方法是已知的。例如，CN102112645A公开了一种通过高速火焰喷涂在构件表面上涂覆用于陶瓷护层的粘附底层的方法，其中所述粘附底层通常由耐氧化的MCrAH合金构成，并且该粘附底层可由两个细粒度不同的层构成。EP1816229(A1)公开了一种高速氧燃料热喷涂组件。当工件与轴(A)呈固定角度或绕轴(A)在0° -30°改变角度下，在工件如汽轮发动机叶片上喷涂MCrAlX的保护涂层。EP1942387(A1)公开了一种使用两个机械臂对涡轮机叶片进行自动喷涂的方法，其中喷涂方法可以采用HVOF系统。上述的喷涂方法可将复合材料混合，制成相应的比例预混粉，然后再进行喷涂，可以产生复合金属涂层。但这种方法首先无法随时改变粉末组成，另外对于两种熔点差别非常大的粉末也很难选择合适喷涂温度。
技术实现思路
本专利技术一方面提供高速氧燃料喷涂系统，其包括:第一高速氧燃料喷枪，用于喷射陶瓷；以及第二高速氧燃料喷枪，用于喷射金属或金属合金，其中第一高速氧燃料喷枪和第二高速氧燃料喷枪同时喷射出的喷射流重叠于并覆盖在待涂覆的工件表面，形成涂层，涂层中的金属或金属合金组沿厚度方向变化，越靠近工件表面，金属或金属合金含量越高。本专利技术另一方面还提供根据上述系统制备陶瓷金属涂层的方法，其包括:通过载气将陶瓷组分粉末送入高速氧燃料喷涂系统的第一高速氧燃料喷枪，将燃料和氧气导入该第一高速氧燃料喷枪，使陶瓷组分粉末混合并燃烧；通过载气将金属或金属合金组分粉末送入高速氧燃料喷涂系统的第二高速氧燃料喷枪，将燃料和氧气导入该第二高速氧燃料喷枪，使金属/合金组分粉末混合并燃烧；和第一高速氧燃料喷枪和第二高速氧燃料喷枪同时各自喷射出第一喷射流和第二喷射流，并且这两个喷射流重叠于且覆盖在待涂覆的工件表面，由此形成涂层，涂层中的金属或金属合金组份沿厚度方向变化。本专利技术可随时改变粉末组成，含量`，喷射角度，喷涂温度及其他。【附图说明】图1显示了根据本专利技术的一个实施方案的高速氧燃料喷涂系统的截面图；图2a显示了根据本专利技术的一个实施方案所制备的陶瓷金属涂层的微观示意图，该陶瓷金属涂层具有连续梯度分布的结构；图2b显示了根据本专利技术的另一个实施方案所制备的陶瓷金属涂层的微观示意图，该陶瓷金属涂层具有两个子层的结构；图3显示了根据本专利技术的一个实施方案所制备的太阳能接收管，其表面包括Mo-Al2O3陶瓷金属涂层，并且在A区域和B区域中的涂层组成和厚度不同。【具体实施方式】除非另外定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属领域技术人员通常理解的相同的含义。若存在矛盾，则以本申请提供的定义为准。当以范围中、优选范围中、或者优选的数值上限以及优选的数值下限的形式表述某个量、浓度或其它值或参数的时候，应当理解相当于具体揭示了通过将任意一对范围中上限或优选数值与任意范围中下限或优选数值结合起来的任何范围中，而不考虑该范围中是否具体揭示。除非另外指出，本文所列出的数值范围中旨在包括范围中的端点，和该范围中之内的所有整数和分数。当术语“约”和“大约”用于描述数值或范围中的端值时，所公开的内容应理解为包括具体值或所涉及的端值。除非另外说明，本文中所有的百分比、份数、比值等均是按重量计。本文的材料、方法和实施方案均是示例性的，并且除非特别说明，不应理解为限制性的。以下详细描述本专利技术的高速氧燃料喷涂系统、通过所述喷涂系统制备的陶瓷金属涂层及其制备方法。高速氧燃料喷涂系统图1是本专利技术的高速氧燃料喷枪系统的截面图。本专利技术所述的高速氧燃料喷涂系统包括第一高速氧燃料喷枪I和第二高速氧燃料喷枪2，其中第一高速氧燃料喷枪I和第二高速氧燃 料喷枪2各自喷射出的第一喷射流7和第二喷射流8重叠于并覆盖在待涂覆的工件表面根据本专利技术的第一高速氧燃料喷枪I和第二高速氧燃料喷枪2的类型没有特别限制，并且可以是相同或不同的，只要第一高速氧燃料喷枪I能够实现本专利技术所述的对陶瓷组分的喷涂，而第二高速氧燃料喷枪2能够实现本专利技术所述的对金属/合金组分的喷涂。根据本专利技术的高速氧燃料喷枪所使用的燃料可选自乙烷、丙烷和氢气的可燃性气体，并且优选使用乙烷。如图1所示，待涂覆的工件表面3的法向4与第一高速氧燃本文档来自技高网...
【技术保护点】
高速氧燃料喷涂系统，其包括：第一高速氧燃料喷枪，用于喷射陶瓷；以及第二高速氧燃料喷枪，用于喷射金属或金属合金，其中第一高速氧燃料喷枪和第二高速氧燃料喷枪同时喷射出的喷射流重叠于并覆盖在待涂覆的工件表面，形成涂层，所述涂层中的金属或金属合金组沿厚度方向变化，越靠近所述工件表面，所述金属或金属合金含量越高。
【技术特征摘要】
1.高速氧燃料喷涂系统，其包括: 第一高速氧燃料喷枪，用于喷射陶瓷；以及 第二高速氧燃料喷枪，用于喷射金属或金属合金，其中第一高速氧燃料喷枪和第二高速氧燃料喷枪同时喷射出的喷射流重叠于并覆盖在待涂覆的工件表面，形成涂层，所述涂层中的金属或金属合金组沿厚度方向变化，越靠近所述工件表面，所述金属或金属合金含量越高。2.根据权利要求1所述的高速氧燃料喷涂系统，其中所述涂层中的陶瓷组分和金属/合金组分颗粒的含量分别沿所述涂层的厚度方向呈梯度分布，越靠近所述工件表面，所述金属或金属合金含量越高。3.根据权利要求1所述的高速氧燃料喷涂系统，其在太阳能接收器的金属接收管的两个表面上喷涂不同成分和/或厚度的涂层。4.根据权利要求1所述的高速氧燃料喷涂系统，其中所述涂层具有至少两个不同材料组成的子层，其中一个子层是低金属体积含量层，另一个子层是高金属体积含量层，靠近所述工件表面的所述子层是高金属体积含量层。5.根据权利要求1-4任一所述的高速氧燃料喷涂系统，其中所述陶瓷组分选自A1203、MoO2, Y2O3> ZrO2, SiO2, AIN、BeO、Si3N4' BN、MoSi2' CrSi2, CoSi2、WC、WSi2 和 TiO2，所述金属 /合金组分选自Mo、Co、Fe、N1、Cr、T1、W及它们的合金。6.使用权利要求1-5所述的高速氧燃料喷涂系统制备陶瓷金属涂层的方法，其包括: 通过载气将陶瓷组分粉末送入所述高速氧燃料喷涂系统的第一高速氧燃料喷枪，将燃料和氧气导入该第一高速氧燃料喷枪，使所述陶瓷组分粉末混合并燃烧； 通过载气将金属或...
【专利技术属性】
技术研发人员：李长鹏，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：
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