等离子体涂覆装置及用于基体的等离子体涂覆的方法
【专利摘要】本发明涉及一种等离子体涂覆装置(10)和用于均匀涂覆基体(12)的方法。所述装置包括颗粒储存器(14)、用于对容纳在所述颗粒储存器(14)中的颗粒(15)进行计量的计量装置(16)、处理室(20)以及将所述颗粒(15)传送到所述处理室(20)的输送线路(18)。所述处理室(20)中的处理室压力(P1)低于所述颗粒储存器(14)中的颗粒储存器压力(P2)。
【专利说明】等离子体涂覆装置及用于基体的等离子体涂覆的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的用于基体的涂覆的等离子体涂覆装置。本发明还涉及一种用于基体的等离子体涂覆的方法。
【背景技术】
[0002]现有技术包括多种不同系列的样本涂覆方法和装置。所述方法可根据所述基体和将涂覆在所述基体上的涂层进行选择，并且尤其可根据层的厚度进行选择。根据涂层材料的初始状态，适合的涂覆方法有:气相沉积、浸溃涂敷、喷涂法、电镀或粉末涂覆。上述的方法中的一些方法，尤其是热喷涂、等离子体喷涂、低温等离子体喷涂或激光辅助粉末沉积，特别适合在所述基体上制造均匀的涂层。上述的所有方法要求给所谓的涂覆焰炬以持续并且适量的粉末供应。
[0003]为了获得具有特殊性能的涂层，同时向被涂覆的基体上引入少量的热应力和机械应力，尤其是使用颗粒大小为20μπι或更小的细晶粉末。在涂覆基体期间，粉末注入到涂覆焰炬中。然而上述细晶粉末的传送是具有挑战性的。此外，细晶粉末趋于形成不能被处理气流打碎的聚结物。另外，当操作具有较高的粉末含量的处理气体时，适合的类型的泵的运行经常变得不稳定。因为所使用的粉末，所述泵和传送装置易于产生严重腐蚀和堵塞。粉末材料本身的性质也具有严重的影响。尤其关键的是粗糙的、低熔点的和易吸湿的粉末。
[0004]美国专利US5853815A公开一种均匀涂覆基体的方法，其中等离子体流覆盖所述基体的整个宽度。出于这个目的，粉末储存器通过供给线路被直接连接到等离子体发生单元。所述等离子体发生单 元中的涂覆焰炬和涂覆焰炬所处的环境之间的巨大压差将会产生振动形态(shock pattern)。因此,涂层材料散布在所述等离子体流中，并且使得涂覆射流变宽。
[0005]德国专利DE19826550C2提出，粉末可利用机械装置从储存器中提取并和运载气体一起转变为粉末气雾。所述粉末气雾随后可被储存到容器中并且经过超声波处理以打碎所有颗粒聚结物。然而，这种工艺非常复杂并且对易于聚结的粉末而言并不足够可靠。
[0006]其它现有技术的文件，例如DE10216294A1、DE10200503271 IAl、US2007/059436A1、US4, 109, 027A, DE4328021AU EP0120810A1 或 W02010/060646A1，公开的沉积装置或沉积方法都不涉及等离子体，并且因此未将沉积材料(粉末)注入到等离子体的涂覆焰炬。同样的，如何取得恒定的沉积材料提取率这一问题仍未解决。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种等离子体涂覆装置和用于基体的等离子体涂覆的方法，能够将粉末或者粉末和处理气体的混合物从所述粉末储存器传送到处理室，确保在所述粉末储存器和所述处理室之间均匀的、精确计量的、无振动的和时间固定的粉末传送。
[0008]本发明通过具有权利要求1的特征的用等离子体涂覆基体的等离子体涂覆装置以及具有权利要求13的特征的用于等离子体涂覆基体的方法实现这些目的。[0009]本发明涉及一种用于将涂层沉积到基体上的等离子体涂覆装置。所述涂层由容纳于颗粒储存器中的颗粒制造。定量的颗粒通过计量装置被从所述颗粒储存器中提取出来并且随后通过输送线路供给到全封闭的处理室。处理室中的压力Pi低于颗粒储存器中的压力P2。所述处理室压力Pl和所述颗粒储存器压力P2之间的压力梯度可被获得并通过连接到所述处理室的抽吸泵被调节。通过输送线路，所述颗粒储存器中的粉末颗粒被供给到所述处理室内的涂覆焰炬。所述输送是可精确调节的，以避免所述输送线路中的与机械或气动相关的颗粒聚结物。
[0010]在本发明的一优选实施例中，所述等离子体涂覆装置的颗粒储存器被布置在所述计量室内，并且所述计量装置通过所述输送线路被连接到所述全封闭的处理室。由于它们不同的用途，所述处理室和所述计量室在功能上是独立的。
[0011]所述处理压力Pl可通过经由抽吸线路被连接到所述处理室的抽吸泵来调节和适配。此外，可提供节流阀以适配作用于所述处理室的抽吸气体流。出于这个目的，所述节流阀被布置到所述抽吸线路和所述抽吸泵之间。
[0012]根据本发明进一步的实施例，可提供用于过滤被抽吸泵从所述处理室中抽吸的气体流的过滤器。所述过滤器被布置在所述抽吸线路和所述抽吸泵之间，并且优选布置在所述节流阀的下游。在本发明的上下文中，所述概念“抽吸气体流”可被理解为由从所述处理室抽吸的颗粒和气体的混合物组成的流。
[0013]所述颗粒储存器压力P2和所述处理压力Pl之间的压力差可在50mbar到1000mbar之间调节，优选地为200mbar。为了这个目的，绝对颗粒储存器压力P2可在9OOmbar到1500mbar之间调节。绝对处理压力Pl可被调节到至多1013mbar,优选低于5OOmbar并且更优选保持在30mbar。
[0014]所述计量装置具有伸出到所述颗粒储存器中的可移动的吸枪。如果沉积装置被实施为具有处于处理室内的等离子体涂覆焰炬的等离子体涂覆装置，这种结构会特别有利。
`[0015]关于发明的用于涂覆基体的方法，定量的颗粒通过计量装置从颗粒储存器中被提取。随后，这些颗粒通过输送线路被传送，这些颗粒从所述输送线路被供给到处理室中。压力梯度被设置于所述颗粒储存器和所述处理室之间，以确定到所述处理室的颗粒供给率。
[0016]根据发明的方法的一个具体实施例，所述压力梯度由所述处理室的抽吸产生。所述压力梯度的值可通过调整抽吸力来设置。
[0017]提出的所述等离子体涂覆装置的结构具有一特别的优点:在所述颗粒储存器和所述处理室之间的所述粉末输送线路中不要求有抽吸单元。另外，还可避免(get around of)输送线路中的机械或气动单元。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]另外的优点和有益的实施例将展现在随后的附图及相关的描述中，其中:
[0019]图1示意性地示出发明的等离子体涂覆装置的第一实施例；
[0020]图2示意性地示出发明的等离子体涂覆装置的另一实施例；
[0021]图3示意性示出发明的等离子体涂覆装置的又一实施例；并且
[0022]图4示意性地示出发明的等离子体涂覆装置的又一实施例。【具体实施方式】
[0023]图1例示出所发明的等离子体涂覆装置10的第一实施例。等离子体涂覆装置10具有计量室11。计量室11容纳具有颗粒储存器14的计量装置16，颗粒储存器14包含用于涂覆基体12的颗粒15。此外，颗粒分离单元被提供在计量装置16内，通过所述颗粒分离单元，颗粒15能被从颗粒储存器14提取出。该颗粒分离单元可由例如吸枪(suctionlance) 25来实现。吸枪25戳进颗粒原料中，或选择性地被放置于紧贴所述颗粒原料表面5的上方。颗粒15作为涂层在基体12上的沉积在处理室20中被实施。为了将待沉积在基体12上的颗粒15从计量室11供应到处理室20，计量装置16通过输送线路18连接到所述处理室20。
[0024]根据本发明，颗粒15从计量装置16到处理室20的传送可通过在计量室11和处理室20之间产生合适的压力梯度Λ P而实现。计量室11和处理室20在功能上相互独立。为了这个目的，在处理室20内设置处理室压力Pl。并且，颗粒储存器14中的计量室压力Ρ2被设置为高于处理室压力Pl。由于所述压力梯度Λ P的值可被调节，由该压力梯度ΛΡ产生的所述粉末15的供给率可被精确设置。这样，能够避免由朝向基体12的颗粒15的传送路径中的机械单元(机构)或气动单元(机构)导致的颗粒聚结物的形成，以实现粉末储存器14和处理室20之间的均匀的、精确计量的、无脉动且可靠的粉末传送。
[0025]为了调节处理室20和颗粒储存器14之间的压力梯度ΛΡ，处理室20装备有抽吸线路24。述抽吸线路24被连接到抽吸泵30，抽吸泵30在处理室20中产生处理压力Pl，所述处理压力Pl低于计量室11中的颗粒储存器压力Ρ2。抽吸泵被控制以将处理室20和颗粒储存器14之间的压力梯度ΛΡ在预设误差范围内维持在给定目标值。
[0026]由抽吸泵30产生的处理压力Pl可达到1013mbar的绝对压力值，并且优选在小于50mbar范围内变化。30mbar的处理压力Pl是特别优选的，具体原因是在该值的范围内，聚集在处理室20内的余料(例如未粘附到涂层13上的松散的粉末15)以及处理气体可利用从处理室20朝向抽吸泵30形成的的抽吸流3被吸出。颗粒储存器压力P2优选从绝对值开始在900mbar到1500mbar之间的范围变化。
[0027]通过处理室20的抽吸和颗粒的计量和流体化的恰当组合，可由此获得两个在功能上独立的室(处理室和计量室)之间的压力梯度ΛΡ，并且可精确设置颗粒15的供给率涂覆处理的涂层材料(例如粉末)供应由压力梯度ΛP支配并且由此可通过设定压力梯度ΛΡ来调节。这样，处理气体中的颗粒15的计量和流体化过程可被控制。压力梯度ΛΡ被设置为使得颗粒储存器压力Ρ2和处理压力Pl之间的压力差的范围在50mbar到1000mbar之间，优选为约200mbar。
[0028]布置在抽吸线路24下游的节流阀26可提供额外的压力差控制和调节的手段。通过节流阀26，由抽吸泵30产生的并作用于处理室20的抽吸力可在不改变抽吸泵30自身抽吸力的情况下进行调节。这种情况允许对作用于处理室20的有效抽吸力进行快速设置，并且因此建立了调节等离子体涂覆装置10的有效手段。附加元件，例如合适的传感器(未示出)的控制，可选择性地由控制单元(未示出)自动进行。此外，过滤器18可安装在抽吸泵30的上游以避免颗粒15对抽吸泵的不期望的污染。提取的气体可从抽吸泵30经过出口 32排出。抽吸泵30和节流阀26被协调控制以将处理室20和颗粒储存器14之间的压力梯度ΔΡ维持在预定范围内的设置的目标水平上。[0029]图2示出了本发明一示意性实施例，其中所述等离子体涂覆装置10对基体12进行涂覆。为了这个目的，颗粒15被从计量室11传送，其中处理室20中的压力低于计量室中的压力。颗粒15通过输送线路16被直接引导到等离子体涂覆喷嘴23中，被注入等离子体涂覆焰炬(plasma coating torch) 21并且随后撞击到要涂覆的基体12上。此处,所述等离子体涂覆焰炬21是等离子体射流。如上所述，用于被传送的颗粒15的数量控制和计量的压力梯度Λ P通过抽吸泵30设置。在抽吸泵30上游，提供有节流阀26和过滤器28。等离子体涂覆装置10的附加元件是供电装置34和通向处理室20中的等离子体涂覆喷嘴23的处理气体供应装置36。优选地，它们都被连接到等离子体涂覆喷嘴23。同样地，通过供给器37，颗粒15被从颗粒储存器14供给到等离子体涂覆喷嘴23。
[0030]图3示出了本发明的等离子体涂覆装置10的另一实施例。该实施例对图1或图2中的实施例的机构补充了连接到计量室11的压力泵19。该辅助压力泵19的运转有助于实现处理室20和计量室11之间的足够的压力梯度ΛΡ。除了抽吸泵30之外，这提供了额外的调节从计量室11到处理室20的颗粒流的手段。通过该机构，可以在处理室20中获得高于周围大气的正常压力的压力值。该实施例还可补充根据图1或图2的节流阀26和过滤器28。
[0031]图4示出了本发明的等离子体涂覆装置10的另一实施例。该实施例对图1、图2或图3中的实施例的机构补充了布置在输送线路18中并且用来进一步稳定计量室11和处理室20之间的压力梯度ΛΡ的输送线路元件38。输送线路元件38可通过两种方式实现。根据第一种实现方式，输送线路元件38是产生沿着处理室20方向的支持压力的辅助泵，所述支持压力进一步稳定计量室11和处理室20之间的压力梯度ΛΡ。因此，它支持被供给到处理室20的颗粒15的供给率的稳定。根据第二种实现方式，所述输送线路元件38是所述输送线路18中的节流器，所述节流器用于抵消计量室11和处理室20之间的不期望的高的压力梯度ΛΡ。优选地，该节 流器的节流作用是可调的。通过合适的测量、传感器和控制单元，对节流器的节流作用和抽吸泵30的抽吸力的控制和调节可以自动进行。抽吸泵30，输送线路元件38和节流阀26可被协调控制以使得处理室20和颗粒储存器14之间的压力梯度ΛΡ在预设的误差范围内保持在调整目标值，由此确保颗粒储存器14的粉末运送率的稳定性。
[0032]参照优选实施例阐述了本发明。在这些公开的基础上，对本领域技术人员来说显而易见的是，本发明的修改、变型以及特别是不同实施例中公开的特征的组合都被包含在本发明的保护范围内。
[0033]附图标记清单:
[0034]3抽吸流
[0035]5 表面
[0036]10等离子体涂覆装置
[0037]11计量室
[0038]12 基体
[0039]13 涂层
[0040]14颗粒储存器
[0041]15 颗粒[0042]16计量装置
[0043]18输送线路
[0044]19压力泵
[0045]20处理室
[0046]21涂覆焰炬
[0047]22涂覆头
[0048]23等离子体涂覆喷嘴
[0049]24抽吸线路
[0050]25 吸枪
[0051]26节流阀
[0052]28过滤器
[0053]30抽吸泵
[0054]32 出口
[0055]34供电装置
[0056]36处理气体供应装`置
[0057]37供给器
[0058]38输送线路元件
[0059]Pl处理室压力
[0060]P2颗粒储存器压力
[0061]Λ P压力梯度
【权利要求】
1.一种等离子体涂覆装置(10)，用于使用颗粒(15)涂覆基体(12)，所述等离子体涂覆装置(10)具有:颗粒储存器(14)、对储存在所述颗粒储存器(14)中的颗粒(15)进行计量的计量装置(16)、至少一条输送线路(18)以及全封闭的处理室(20)，其特征在于，抽吸泵(30)被连接到所述处理室(20)，以致所述处理室(20)和所述颗粒储存器(14)之间的压力梯度(△?能够调节以使得所述处理室(20)中存在有处理室压力(Pl)而所述颗粒储存器(14)中存在有颗粒储存器压力(P2)，其中所述处理室压力(Pl)低于所述颗粒储存器压力(P2);并且所述颗粒(15)从所述颗粒储存器(14)到所述处理室(20)内的等离子体涂覆焰炬(21)的传送率可借助所述输送线路(18)精确调节，在所述输送线路(18)内的机械地或气动地产生的颗粒聚结物可被避免。
2.根据权利要求1所述的等离子体涂覆装置(10)，其中，所述计量装置(16)被容纳于计量室(11)内并通过所述输送线路(18)被连接到所述处理室(20)。
3.根据权利要求1所述的等离子体涂覆装置(10)，其中，所述处理室(20)在功能上独立于所述计量室(11)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的等离子体涂覆装置(10)，其中，所述处理室(20)具有抽吸线路(24)，至少所述抽吸泵(30)被分配到所述抽吸线路(24)。
5.根据权利要求4所述的等离子体涂覆装置(10)，其中，节流阀(26)被布置于所述抽吸泵(30)的上游，并且至少一个过滤器(28)被布置于所述抽吸泵(30)和被布置在所述抽吸泵(30)上游的节流阀(26)之间。
6.根据权利要求1-5中的一项所述的等离子体涂覆装置(10)，其中，所述颗粒储存器压力(P2)和所述处理室压力(Pl)之间的压力差(ΛΡ)以及所述处理室压力(Pl)在50mbar和1000mbar之间，优选为200mbar。
7.根据权利要求1-6中`的一项所述的等离子体涂覆装置(10)，其中，所述颗粒储存器压力(P2)在 900mbar 和 1500mbar 之间。
8.根据权利要求1-7中的一项所述的等离子体涂覆装置(10)，其中，所述处理室压力(Pl)至多为1013mbar,优选低于500mbar,并且尤其优选为30mbar。
9.根据权利要求1-8中的一项所述的等离子体涂覆装置(10)，其中，所述计量装置(16)具有可移动的吸枪(25)，所述可移动的吸枪(25)伸出到所述颗粒储存器(14)中并且被连接到所述输送线路(18)。
10.根据权利要求1-9中的一项所述的等离子体涂覆装置(10)，其中，附加的支持泵(19)被分配给所述计量室(11)并作用于所述计量室(11)。
11.根据权利要求1-9中的一项所述的等离子体涂覆装置(10)，其中，用于稳定所述压力梯度(ΛΡ)的输送线路元件(38)被提供在所述输送线路(18)中。
12.根据权利要求11所述的等离子体涂覆装置(10)，其中，所述输送线路元件(38)是支持泵或节流器。
13.一种用于等离子体涂覆基体(12)的方法，包括以下步骤: ?借助可移动的吸枪(25)使用计量装置(16)以被调整的方式从颗粒储存器(14)中提取颗粒(15)； ?通过输送线路(18)将所述颗粒(15)供应到处理室(20)，在所述处理室(20)中提供有等离子体涂覆焰炬(21);以及?借助连接到所述处理室(20)的抽吸泵(30)设置所述处理室(20)和所述颗粒储存器(14)之间的压力梯度(ΛΡ)，使得所述压力梯度(ΛΡ)决定颗粒(15)的传送率。
14.根据权利要求13所述的用于等离子体涂覆基体(12)的方法，其中，所述压力梯度(ΔΡ)通过由所述抽吸泵(30)产生的抽吸力来调节。
15.根据权利要求13至14中的一项所述的用于等离子体涂覆基体(12)的方法，其中，所述压力梯度(△?通过所述输送线路(18)中的附加元件来调节，其中所述附加元件由节流阀(26)和/或压力泵 (19)和/或输送线路元件(38)构成。
【文档编号】C23C4/12GK103526149SQ201310277506
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年7月3日 优先权日:2012年7月6日
【发明者】斯蒂芬·内特斯黑姆 申请人:莱茵豪森等离子有限公司