一种用于热喷涂的气体保护装置制造方法
【专利摘要】一种用于热喷涂的气体保护装置，包括箱体及设置在箱体内的样品安装架，所述箱体的正面开口，在开口处的箱体上设置有用于向开口处喷气形成保护气膜的气管A，所述箱体的背面开有窗口，在窗口的底部设置有用于向窗口处喷气形成气体保护膜的气管B，所述箱体内样品安装架的前方通过气管支架安装有用于向样品喷气实现样品气体保护冷却的气管C，所述气管A、气管B和气管C的管身上分别设置有气孔。本实用新型通过气管向箱体内充入高压氮气或惰性气体，使喷涂区域得到一个局部气体保护区，用于保护喷涂材料的空中飞行过程和沉积过程，从而有效地避免了涂层材料在喷涂过程中与空气接触发生氧化，使涂层的力学性能和机械性能得到明显的改善。
【专利说明】一种用于热喷涂的气体保护装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种气体保护装置，具体是涉及一种用于热喷涂的气体保护装置。
【背景技术】
[0002]热喷涂具有操作简单、低成本及制备工件通用性等特点，在热障、耐蚀、绝缘、防扩散及气敏传感等领域已得到广泛的应用。热喷涂是通过喷枪如等离子体、火焰或爆炸产生的高温焰流把送入其中的材料发生熔融或半熔融，经高速冲击后把喷涂材料沉积在基体而形成涂层。
[0003]热喷涂的焰流温度较高，对于某些材料在喷涂时候容易氧化，导致涂层结合强度、热导等性能下降，如喷涂钨、钛等材料。基于此原因，人们采用低压等离子喷涂(LPPS)或真空等离子喷涂(VPS)制备那些容易氧化的喷涂材料，然后此方法制备成本较高、操作复杂、工件尺寸受限且喷涂时因低压或真空条件下样品工况散热性差，喷涂后的涂层残余热应力高，后期容易出现龟裂、起泡等现象，严重影响涂层的性能。所以人们正积极探索在大气条件下采用热喷涂的方法制备易氧化的涂层材料，如采用大气等离子喷涂(APS)制备钨涂层或钛涂层，在大气条件下喷涂具有成本低、操作简单方便及容易制备大尺寸、大厚度的样品。
[0004]在热喷涂过程中，喷涂材料依次经过空中飞行和基体上沉积这两个过程。涂层的氧化主要取决于粒子飞行中的氧化和涂层沉积过程中的氧化。粒子飞行中的氧化主要取决于粒子的飞行距离和飞行速度，飞行距离越大，粒子速度越低，则粒子的氧化程度越大。当距离喷嘴较小时，如果等离子射流粘度(Vg)与粒子粘度(Vp)比Vi=Vg/Vp大于55，相对雷诺数Re大于20时，由于粒子表面流动速度高于自身平均速度，半熔融粒子表面的剪切力使得粒子内部开始形成涡流。在涡流作用下粒子表面和内部将发生对流运动，使表面形成的氧化物不断被卷入内部，同时粒子表面则不断被新的液体重新覆盖，这一过程形成对流氧化。随着粒子距离的增加，粒子的相对雷诺数降低，等离子粘度也开始下降，粒子的对流氧化渐渐停止，表面形成的氧化物不再卷入粒子内部，而是在粒子表面开始聚集、凝固，逐渐在粒子表面形成一层氧化物，并且随着距离的延长，氧化膜厚度不断增加，这一过程形成扩散氧化。涂层沉积过程中的氧化主要取决于制备时间，等离子焰流在单位面积涂层上的停留时间越长，涂层的氧化程度越大，因此实验中喷枪的移动速度应相应提高，降低焰流的停留时间。
[0005]基于热喷涂技术，为寻求一种低成本且能制备易氧化的涂层材料，可采用气体保护装置保护喷涂操作过程，对喷涂材料空中飞行和基体上沉积这两个过程采用氮气或惰性气体保护。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种能够有效地防止喷涂材料在喷涂过程中与空气接触发生氧化，使涂层的力学性能和机械性能得到明显改善的用于热喷涂的气体保护装置。
[0007]本实用新型的技术方案是这样实现的:
[0008]本实用新型所述的用于热喷涂的气体保护装置，其特点是包括箱体及设置在箱体内的样品安装架，所述箱体的正面开口，在开口处的箱体上设置有用于向开口处喷气形成保护气膜的气管A，所述箱体的背面开有窗口，在窗口的底部设置有用于向窗口处喷气形成气体保护膜的气管B，所述箱体内样品安装架的前方通过气管支架安装有用于向样品喷气实现样品气体保护冷却的气管C，所述气管A、气管B和气管C的管身上分别设置有气孔。
[0009]为了能够方便地调节气管C与样品安装架之间的距离，以及气管C在垂直方向的使用高度，上述气管支架由水平连接在箱体底面上的水平伸缩机构及与水平伸缩机构垂直连接的垂直伸缩机构组成，上述气管C设置在垂直伸缩机构上。
[0010]为了能够方便地调节气管C上的气孔与样品安装架之间的角度，从而在喷涂时对样品起到更好的保护作用，上述气管支架的顶部固定连接有气管套管，上述气管C可转动地插接在所述气管套管内。
[0011]本实用新型的有益效果是:当采用本装置进行热喷涂制备涂层时，通过气管向箱体内充入高压氮气或惰性气体，使喷涂区域得到一个局部气体保护区，用于保护喷涂材料的空中飞行过程和沉积过程，从而有效地避免了涂层材料在喷涂过程中与空气接触发生氧化，使涂层的力学性能和机械性能得到明显的改善，而且可采用大气等离子喷涂的方式在本装置中喷涂钨涂层和钛涂层，具有喷涂成本低、操作简单方便及容易制备大尺寸和大厚度样品的优点。
[0012]下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型的立体结构示意图。
[0014]图2为本实用新型的背面结构示意图。
[0015]图3为本实用新型中气管支架的结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]如图1-图3所示，本实用新型所述的用于热喷涂的气体保护装置，包括箱体I及设置在箱体I内的样品安装架2，所述箱体I的正面开口，在开口处的箱体I上设置有用于向开口处喷气形成保护气膜的气管A3，所述箱体I的背面开有窗口 11，在窗口 11的底部设置有用于向窗口 11处喷气形成气体保护膜的气管B4，所述箱体I内样品安装架2的前方通过气管支架5安装有用于向样品喷气实现样品气体保护冷却的气管C6，所述气管A3、气管B4和气管C6的管身上分别设置有气孔7，且所述气管A3、气管B4和气管C6分别与外部的高压氮气或惰性气体进气管相连通，而所述样品安装架2上分布有用于固定样品的小孔21。如图1所示，气管A3—共设置有四条，且箱体I为方形箱体，因此在该方形箱体正面开口的四条边框上分别安装有一条气管A3，各气管A3上的气孔7朝向开口的中心，使用时，各气管A3向开口的中心喷气，就会在开口处形成一个保护气膜，从而隔绝外部的空气进入箱体I内。如图2所示，窗口 11为长方形窗口，开设在箱体I背面的中部，安装在该长方形窗口底部的气管B4，其上的气孔7朝向箱体I的顶部，使用时，气体从气管B4的气孔7处垂直向上喷出，从而在长方形窗口处形成一个保护气膜，隔绝外部的空气进入箱体I内。为了能够方便地调节气管C6与样品安装架2之间的距离，以及气管C6在垂直方向的使用高度，上述气管支架5由水平连接在箱体I底板上的水平伸缩机构及与水平伸缩机构垂直连接的垂直伸缩机构组成，上述气管C6设置在垂直伸缩机构上。其中，上述水平伸缩机构由固定在箱体I底面上的固定座51及可活动地插接在固定座51内的水平调节杆52组成，所述水平调节杆52与固定座51之间通过伸缩旋钮A53调节固定或松开。上述垂直伸缩机构由与水平伸缩机构固定连接的支撑座54及可活动地插接在支撑座54内的垂直调节杆55组成，所述垂直调节杆55与支撑座54之间通过伸缩旋钮B56调节固定或松开，上述气管C6设置在垂直调节杆55的顶部。为了能够方便地调节气管C6上的气孔7与样品安装架2之间的角度，从而在喷涂时对样品起到更好的保护作用，上述气管支架5的顶部固定连接有气管套管8，上述气管C6可转动地插接在所述气管套管8内。如图1及图3所示，支撑座54的下端与水平调节杆52的外端固定连接，气管套管8固定在垂直调节杆55的顶部。
[0017]本实用新型的使用原理如下:
[0018]首先制备好喷涂样品，并在样品上面钻小孔，通过样品上的小孔把样品固定在样品安装架2上；然后通过气管支架5调节气管C6的垂直高度，以及到样品安装架2的距离；然后通过转动气管C6来调节其上的气孔7与样品安装架2之间的角度；然后开启高压氮气或惰性气体阀门往气管A3、气管B4和气管C6内充入气体，气体从各气管的气孔7流出，气管A3在箱体I的正面形成一个隔绝空气的保护气幕，气管B4在箱体I的背面形成一个隔绝空气保护气幕，气管C6对样品进行对吹；然后调节好工艺参数进行喷涂，热喷涂设备的喷枪要通过机械手控制深入箱体I中，喷枪出口 一定要在箱体I内，各个气管一直充入保护气体直到样品的温度低于氧化温度时才停止；最后取下样品，样品涂层的制备完成。
[0019]本实用新型是通过实施例来描述的，但并不对本实用新型构成限制，参照本实用新型的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本实用新型权利要求限定的范围之内。
【权利要求】
1.一种用于热喷涂的气体保护装置，其特征在于包括箱体(I)及设置在箱体(I)内的样品安装架(2)，所述箱体(I)的正面开口，在开口处的箱体(I)上设置有用于向开口处喷气形成保护气膜的气管A (3)，所述箱体(I)的背面开有窗口(11)，在窗口(11)的底部设置有用于向窗口(11)处喷气形成气体保护膜的气管B (4)，所述箱体(I)内样品安装架(2)的前方通过气管支架(5)安装有用于向样品喷气实现样品气体保护冷却的气管C (6)，所述气管A (3)、气管B (4)和气管C (6)的管身上分别设置有气孔(7)。
2.根据权利要求1所述用于热喷涂的气体保护装置，其特征在于上述气管支架(5)由水平连接在箱体(I)底面上的水平伸缩机构及与水平伸缩机构垂直连接的垂直伸缩机构组成，上述气管C (6)设置在垂直伸缩机构上。
3.根据权利要求2所述用于热喷涂的气体保护装置，其特征在于上述水平伸缩机构由固定在箱体(I)底板上的固定座(51)及可活动地插接在固定座(51)内的水平调节杆(52 )组成，所述水平调节杆(52)与固定座(51)之间通过伸缩旋钮A (53)调节固定或松开。
4.根据权利要求2所述用于热喷涂的气体保护装置，其特征在于上述垂直伸缩机构由与水平伸缩机构固定连接的支撑座(54)及可活动地插接在支撑座(54)内的垂直调节杆(55)组成，所述垂直调节杆(55)与支撑座(54)之间通过伸缩旋钮B (56)调节固定或松开，上述气管C (6)设置在垂直调节杆(55)的顶部。
5.根据权利要求1所述用于热喷涂的气体保护装置，其特征在于上述气管支架(5)的顶部固定连接有气管套管(8)，上述气管C (6)可转动地插接在所述气管套管(8)内。
【文档编号】C23C4/12GK203451602SQ201320535865
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年8月30日 优先权日:2013年8月30日
【发明者】毛杰, 张小峰, 邓春明, 邓畅光, 宋进兵, 张吉阜 申请人:广州有色金属研究院