专利名称：一种常温金属离子闪速熔融表面涂镀装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种表面涂镀方法及装置，特别是涉及一种常温金属离子闪速熔融表 面涂镀方法及装置。
背景技术：
传统金属化学电镀、喷涂技术需要大量的投资去建造生产线，建设厂房占地面积 大，包括酸池、碱池、电镀槽、打磨抛光和环保治理等主要设备，会产生废水、废气、噪音和固 体废料等有毒有害物质(以化工原料为主)，影响员工的身体健康，也污染生态环境。通常 需要高温酸洗、碱洗或化学热处理等预处理工艺。费时、费力、费料、费水、费电，效率低。不 适宜大型的建筑物、构筑物的现场施工。不能交替电镀、混合电镀。有些工艺耐酸不耐碱， 或耐碱不耐酸。镀层往往厚薄不一，或镀层表面容易出现微孔而使被镀物件氧化锈蚀。表面涂镀工艺及装置被涂镀的对象非常广泛，应用于建筑物、储油库、桥梁、钢塔、 船舶、车辆、家具、家电、支柱钢架、军事装备、高速公路和公共交通设施等。但目前的表面涂 镀所使用的设备需要在非常温下进行，一般金属材料火焰喷涂的能源利用率只有13%，而 且该设备需要使用氧、乙炔气或其他燃气，能源费用高，且时间、人力、原料、辅料、费电、水 费的损耗比较高。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种常温金属离子闪速熔融表面涂镀装置，属独立移动 设备，使用380V电源，适合任何施工环境限制，达到节能、减排、恒温、适应性强的效果，保 持施工环境的清洁、舒适，大大改善了工作环境。另外，本发明还提供了一种新的常温金属离子闪速熔融表面涂镀方法，采用常温 技术，经过多种工艺技术集成，使被涂镀物件经过本装置的涂镀后，涂镀层均勻，使被涂镀 的物件表面水份和氧气分隔，不易氧化、腐蚀，真正做到表面涂镀层100%密实利用。本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出 的一种常温金属离子闪速熔融表面涂镀装置，包括电源系统；控制系统，为表面涂镀装置 的微电脑控制部分，连接上述电源系统，用于表面涂镀装置的工作运行控制集成；高速输线 系统，连接上述控制系统，用于输送金属离子线材；高频电弧系统，连接上述高速输线系统， 用于将表面涂镀装置的专用金属离子线材高频电弧后转化为一种或多种混合体离子液化 状态的金属物体；以及压缩空气供给系统，连接上述高频电弧系统，用于将离子液化状的金 属物体闪速输送到熔融喷枪，经过熔融喷枪有效调节后闪速喷射到被涂镀物体表面上。根据本发明实施例的表面涂镀装置，所述高频电弧系统具有一金属离子交汇高频 反应室，该金属离子交汇高频反应室内部具有一正电极端子和一负电极端子。根据本发明实施例的表面涂镀装置，所述压缩空气供给系统是压缩机和空气导管 的总成。根据本发明实施例的表面涂镀装置，还包括一自适应常温控制系统，包括与金属离子的常温、涂镀层厚信号采集模块、及常温、涂镀层厚控制执行模块，所述常温信号采 集模块通过常温信号处理模块与自适应常温控制模块相连，自适应常温控制模块将产生的 控制信号通过常温控制执行模块作用在涂镀层上。根据本发明实施例的表面涂镀装置，所述自适应常温控制模块包括与温度、涂镀 层厚信号处理模块相连的规则库，与熔融喷枪调整夹角、涂镀瞬间的时间以及涂镀的比表 面积等规则库相连的知识库，以及与知识库相连的自适应运算单元。另外，本发明还提供了一种新的常温金属离子闪速熔融表面涂镀方法，包括步骤 将金属离子线材经过电弧装置闪速熔融，熔点为420°c 660°C;运用高速变频驱动电机，将 金属离子经导管沿喷头涂镀到被涂镀物件表面上，立即凝固形成一层防腐、防锈、装璜的金 属层。借由上述技术方案，本发明常温金属离子闪速熔融表面涂镀装置及方法至少具有 下列优点①该装置通过各组件的精密配合，结构紧凑，利用常温技术，设备能源利用率非常 高，一般可达85%，节能效果十分突出，真正能达到环保、节能、降耗、减排等效果；②生产效率高，以涂镀锌金属为例，当电流为200A时，每小时可达2^(g，比金属材 料高温火焰喷涂提高4 6倍；③由于是常温装置，不提高工件温度，避免高温对被镀件产生变形效果，不需使用 贵重金属及贵重底层材料的情况下，可以达到很高的结合强度，一般可以达到20Mpa以上， 其结合强度是高温火焰喷涂层的2. 5 5倍，化学电镀的5 8倍。④被涂镀物件静态与工作态时的控制精度高，常温、涂镀层厚便于控制；常温和涂 镀层厚阶段加入了参数自适应控制，大大降低了使用的难度；可以有效抑制大滞后的影响， 也对被控对象参数变化有较强的适应能力，具有较强的稳定性，可进一步提高涂镀质量。
图1是本发明表面涂镀装置的结构组成图。图2是本发明表面涂镀装置的整体结构图。图3是本发明表面涂镀装置的主体内部结构图。图4是本发明常温锌、铝金属离子闪速熔融涂镀后表面的盐水喷雾试验后的自然 电位变化图。10电源系统20控制系统30高速输线系统40高频电弧系统41金属离子交汇高频反应室42正电极端子43负电极端子50压缩空气供给系统51空气导管60熔融喷枪
具体实施例方式
请参阅图1-3所示，本发明的常温金属离子闪速熔融表面涂镀装置，主要包括电 源系统10、控制系统20、高速输线系统30、高频电弧系统40、压缩空气供给系统50、以及熔 融喷枪60组成。该电源系统10是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。 如图2所示，电源系统10位于主机前面板的下端右侧位置，主要是将新型常温金属离子闪 速熔融表面涂镀装置所需要的动力电能源通过控制系统20供给各用电系统。控制系统20是各装置的动力电源启停核心的微电脑控制部份，位于主机前面板 的上端位置，将电能源通过电线与高速输线系统30、高频电弧系统40、正电极端子42、负电 极端子43、压缩空气供给系统50、和溶融喷枪60等动力部件连接，作用于常温金属离子闪 速熔融表面涂镀装置的工作运行控制集成。高速输线系统30是指一种高速变频驱动电动机，位于主机的中部位置，与控制系 统20连接，输送金属离子线材到作用于常温金属离子闪速熔融表面涂镀装置的金属离子 线材输送至电弧系统40的金属离子交汇高频反应室41中。该金属离子交汇高频反应室41 是指金属离子线材交合汇聚(例如锌与铝、锌与锌、铝与铝等金属离子线材)后，由正、负 高频电极直接作用下，产生电弧反应的整个紧凑过程都在此完成的地方。高频电弧系统40是与高频正弦弧电流发生物理反应的组成部份，与高速输线系 统30连接，位于控制系统20与熔融喷枪60之间的位置，与熔融喷枪60连接，主要是把从 高速变频驱动电机输送来的金属离子线材利用高频正弦弧电流的作用下熔融。压缩空气供给系统50是辅助性系统，是空气压缩机与空气导管51的总成，与高频 电弧系统40连接，作用于把常温金属离子闪速熔融表面涂镀装置的专用金属离子线材的 高频电弧后的液化状金属物体，闪速输送到熔融喷枪60。熔融喷枪60是成套设备的终端系 统，与压缩空气供给系统50连接，作用于把通过压缩空气供给系统50输送来的液化状金属 物体，经过有效的调节闪速喷射到被涂镀物体表面上。至始，整个“新型常温金属离子闪速熔融表面涂镀装置”的操作过程全部完成。可 制备结合强度高(50 IOOMPa)，孔隙率极低(彡1. 5% )的优质涂镀层，并获得很好的应 用效果。本发明的常温金属离子闪速熔融表面涂镀装置，另外还可包括一自适应常温控制 系统，该系统包括与金属离子的常温、涂镀层厚信号采集模块、及常温、涂镀层厚控制执 行模块，所述常温信号采集模块通过常温信号处理模块与自适应常温控制模块相连，自适 应常温控制模块将产生的控制信号通过常温控制执行模块作用在涂镀层上；该自适应常温 控制模块包括与温度、涂镀层厚信号处理模块相连的规则库，与熔融喷枪调整夹角、涂镀瞬 间的时间以及涂镀的比表面积等规则库相连的知识库，以及与知识库相连的自适应运算单兀。如图3所示，本发明实施例的表面涂镀装置，把两根连续送进的金属离子线材利 用高频电弧来熔化金属，通过高速变频驱动电机产生的气流闪速溶融的金属雾化，并对雾 化的金属离子加速使它们喷射到被涂镀物形成涂镀层的技术，都是在常温的状态下通过熔 融喷枪60把氧化金属离子线材闪速熔融到被涂镀物件表面所需要的涂镀层，一体化完成。 也可以根据工作环境把金属离子线材的线轮辘和熔融喷枪设计成独立的附件，保持新型常 温金属离子闪速熔融表面涂镀装置使用效率不变，确保涂镀效果。被涂镀物件静态与工作态时的控制精度高，常温、涂镀层厚便于控制；常温和涂镀 层厚阶段加入了参数自适应控制，大大降低了使用的难度；可以有效抑制大滞后的影响，也 对被控对象参数变化有较强的适应能力，具有较强的稳定性，可进一步提高涂镀质量。
本发明实施例的表面涂镀装置，以低温、低碳、环保、节能、不含易燃易爆物质等卖 点为主，以体积小、重量轻、衔接牢固、运输方便等优点为辅，而且施工工期短，不受设备空 间的限制，经简单的操作培训，只须徒手施工，因而对被涂镀物件是零伤害。本装置按正常 操作程序施工对人体皮肤不造成任何伤害，特别是对静态的任何形态的大、中、小型物体的 应用可说是绝无仅有，特别适合在船仓、油库等密封容器和密闭环境内施工，使得其它类似 工艺技术望尘莫及，实属现代常温涂镀工程中当之无愧的一支独秀新型环保节能金属离子 涂镀配套材料，是一项革新的创新技术。本发明的可以将按照常规工艺技术配制加工成专用的金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、 铁亂锡(Sn)、锌(Zn) (Al)、镁(Mg)、钛(Ti)、镍(Ni)、钼(Pt)和其它合金等金属离 子线材，进行复合涂镀、混合涂镀、交替涂镀。金属离子线材经电弧装置(常温电弧)闪速 溶融(熔点420°C 660°C )，运用高速变频驱动电机，将金属离子经导管沿喷头涂镀到被 涂镀物件(如金属、塑料、木材、陶瓷、玻璃、石头、皮革、布匹、纸制品、混凝土制品等各种原 材料)表面上，立即凝固形成一层防腐、防锈、装璜的金属层(厚度可自由成立，涂镀层厚度 50 μ m 120 μ m,可根据被涂镀物件的实际要求进行施工)，而被涂镀的物件只需要做简单 的喷沙打磨预处理就可以。如图4所示，为本发明常温锌、铝金属离子闪速熔融涂镀后表面的盐水喷雾试验 后的自然电位变化图。由图4可知，常温金属离子闪速熔融表面层厚为75um ；常温锌/铝 合金属离子闪速熔融涂镀表面的自然电位变化曲线(图中的单点划线)，可以看出自然电 位值(变化范围1-0. 9-v/Ag. AgCl)随盐水喷雾时间的延长而呈下降趋势。锌/铝合金常温金属离子闪速熔融表面涂镀的变化曲线(图中的双点划线)，可以 看出自然电位值(变化范围1-0. 5-v/Ag.AgCl，分别在0.9和0.6处有转折点)随盐水喷 雾时间的延长而呈下降趋势。铝离子金属涂镀的变化曲线(图中的虚线)，可以看出自然电位值(变化范围 1. 1-0. 7-v/Ag. AgCl，分别在0. 88,0. 78和0. 22处有转折点)随盐水喷雾时间的延长而呈 下降趋势。锌离子金属涂镀的变化曲线(图中的单划线)，可以看出自然电位值(变化范 围1. 2-0. 55-v/Ag. AgCl，分别在1和0. 55处有转折点)随盐水喷雾时间的延长而呈下降趋势。铁的自然电位(图中的点划线)，可以看出自然电位值为0.65。本发明的应用非常广泛，可应用于建筑物、储油库、桥梁、钢塔、船舶、车辆、家具、 家电、支柱钢架、军事装备、高速公路和公共交通设施等。本装置不但可以提高防腐防锈性 及耐久性，并可一次过解决被涂镀件的整理、环境污染、施工质量等问题，对被涂镀件不会 产生任何影响，安全可靠。无论是在水下作业，或者是在高温天气环境下施工，都能操作自 如，本装置都为现场施工提供充份的可行性，是可替代化学电镀、喷涂等传统工艺技术，比 传统的化学电镀、喷涂等工艺技术的防锈、防腐能力高6倍以上，并能防止盐害及酸雨侵 蚀，一经涂镀，防锈、防腐的有效期长达15 20年之久，其突出特点是优质、高效、经济、低 能耗、成本低廉、安全可靠等。对防锈、防腐工业产生莫大裨益，是开拓了防腐、防锈、加嵌装 饰等领域服务新领域。本装置在国内处于领先地位，市场的占有率预测最低在30% 50% 左右ο
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故 凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修 改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1. 一种常温金属离子闪速熔融表面涂镀装置，其特征在于其包括电源系统；控制系统，为表面涂镀装置的微电脑控制部分，连接上述电源系统，用于表面涂镀装置 的工作运行控制集成；高速输线系统，连接上述控制系统，用于输送金属离子线材；高频电弧系统，连接上述高速输线系统，用于将金属离子线材高频电弧后转化为一种 或多种混合体离子液化状态的金属物体；以及压缩空气供给系统，连接上述高频电弧系统，用于将离子液化状的金属物体闪速输送 到熔融喷枪，经过熔融喷枪有效调节后闪速喷射到被涂镀物体表面上。
2.根据权利要求1所述的表面涂镀装置，其特征在于所述高频电弧系统具有一金属 离子交汇高频反应室，该金属离子交汇高频反应室内部具有一正电极端子和一负电极端 子。
3.根据权利要求1所述的表面涂镀装置，其特征在于所述压缩空气供给系统是压缩 机和空气导管的总成。
4.根据权利要求1所述的表面涂镀装置，其特征在于其还包括一自适应常温控制系 统，包括与金属离子的常温、涂镀层厚信号采集模块、及常温、涂镀层厚控制执行模块，所 述常温信号采集模块通过常温信号处理模块与自适应常温控制模块相连，自适应常温控制 模块将产生的控制信号通过常温控制执行模块作用在涂镀层上。
5.根据权利要求4所述的表面涂镀装置，其特征在于所述自适应常温控制模块包括 与温度、涂镀层厚信号处理模块相连的规则库；与熔融喷枪调整夹角、涂镀瞬间的时间以及 涂镀的比表面积等规则库相连的知识库；以及与知识库相连的自适应运算单元。
6. 一种常温金属离子闪速熔融表面涂镀方法，其特征在于其包括步骤将金属离子线材经过电弧装置闪速熔融，熔点为420°C 660°C ；运用高速变频驱动电机，将金属离子经导管沿喷头涂镀到被涂镀物件表面上，立即凝 固形成一层防腐、防锈、装璜的金属层。
全文摘要
本发明是关于一种常温金属离子闪速熔融表面涂镀装置及方法。该装置包括电源系统；控制系统，为表面涂镀装置的微电脑控制部分，连接上述电源系统，用于表面涂镀装置的工作运行控制集成；高速输线系统，连接上述控制系统，用于输送金属离子线材；高频电弧系统，连接上述高速输线系统，用于将金属离子线材高频电弧后转化为一种或多种混合体离子液化状态的金属物体；以及压缩空气供给系统，连接上述高频电弧系统，用于将离子液化状的金属物体闪速输送到熔融喷枪，经过有效调节后闪速喷射到被涂镀物体表面上。本装置通过各组件的精密配合，结构紧凑，利用常温技术，设备能源利用率非常高，一般可达85％，真正能达到环保、节能、降耗、减排等效果。
文档编号C23C4/08GK102080203SQ20111000742
公开日2011年6月1日 申请日期2011年1月14日 优先权日2011年1月14日
发明者李盟徽, 蔡振强 申请人:广州市盛悦环保科技有限公司