冷喷涂工艺的制作方法
【专利摘要】公开一种冷喷涂工艺。冷喷涂工艺包括相对于轴承组件定位冷喷喷嘴，使轴承组件旋转，以及通过冷喷喷嘴将粉状巴比合金材料引导至旋转轴承组件的表面。粉状巴比合金材料粘附于旋转的轴承组件的表面，从而在表面上形成涂层。另一种冷喷涂工艺包括相对于轴承组件定位冷喷喷嘴，使冷喷喷嘴旋转，以及通过冷喷喷嘴将粉状巴比合金材料引导至轴承组件的表面。粉状巴比合金材料粘附于表面，冷喷喷嘴的旋转在表面上形成涂层。另一种冷喷涂工艺包括利用涂层监测器监测轴承组件的表面上的涂层的特性。
【专利说明】冷喷涂工艺
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及涂覆工艺。更特别地，本发明涉及冷喷涂工艺。
【背景技术】
[0002]在工业应用中使用的各种材料经受不同的一组恶劣状况。例如，某些涡轮构件经受在热、机械和化学方面紧迫的环境，这对构件可为有害的。通常，材料的表面设有对运行条件和预期使用特有的保护涂层。作为一个实例，涡轮轴承通常涂有保护性巴比合金材料。但是，材料的表面的涂覆可为难以控制、不可预测、耗时、占用空间且昂贵的。
[0003]典型地，在构件旋转时，使用离心力对构件表面施加巴比合金材料。为了像这样施加巴比合金涂层，巴比合金材料必须呈液体形式。另外，必须预加热涂层施加于其的构件。此类技术遭受多种缺陷。此类技术需要大罐熔化的巴比合金材料，基于构件形状在施加上受到限制，可导致在施加期间浪费巴比合金材料，可导致不佳的表面特性，可导致过多的巴比合金材料被加工掉，在施加期间可遭受相分离，需要构件的旋转，或它们的组合。
[0004]在涂覆之后，由于构件在运行期间经受磨损，故对巴比合金材料的损坏在各种区域中发生。如果发现得早，则修复受损的巴比合金材料，以便防止对构件本身的损坏。一种示例修复方法包括剥去巴比合金材料，使构件的表面准备好重新施加液体巴比合金，随后加工，或它们的组合。此类方法为耗时的，可为昂贵的，可导致构件受损，在施加和加工期间可导致进一步浪费巴比合金材料，或它们的组合。
[0005]不遭受以上缺陷的涂覆工艺和经涂覆物品在本领域中将为合乎需要的。
【发明内容】
[0006]在实施例中，一种用于使用冷喷喷嘴来推动粉状巴比合金材料的冷喷涂工艺包括相对于轴承组件定位冷喷喷嘴，使轴承组件旋转，以及通过冷喷喷嘴将粉状巴比合金材料引导至旋转的轴承组件的表面。粉状巴比合金材料粘附于旋转的轴承组件的表面，从而在旋转的轴承组件的表面上形成涂层。
[0007]在另一个实施例中，一种用于使用冷喷喷嘴来推动粉状巴比合金材料的冷喷涂工艺包括相对于轴承组件定位冷喷喷嘴，使冷喷喷嘴旋转，以及通过冷喷喷嘴将粉状巴比合金材料引导至轴承组件的表面。粉状巴比合金材料粘附于轴承组件的表面，冷喷喷嘴的旋转在轴承组件的表面上形成涂层。
[0008]在另一个实施例中，一种用于使用冷喷喷嘴来推动粉状巴比合金材料的冷喷涂工艺包括相对于轴承组件定位冷喷喷嘴，使冷喷喷嘴和轴承组件相对于彼此旋转，通过冷喷喷嘴将粉状巴比合金材料引导至轴承组件的表面，使粉状巴比合金材料粘附于轴承组件的表面，巴比合金材料的粘附在轴承组件的表面上形成涂层，利用涂层监测器监测轴承组件的表面上的涂层的一个或更多个特性，将来自涂层监测器的第一信号传送至涂层分析器，利用涂层分析器分析来自涂层监测器的第一信号，将来自涂层分析器的第二信号发送至涂层控制装置，以及响应于第二信号，利用涂层控制装置配置冷喷喷嘴。
[0009]一种用于使用冷喷喷嘴来推动粉状巴比合金材料的冷喷涂工艺，冷喷涂工艺包括:相对于轴承组件定位冷喷喷嘴；使轴承组件旋转；以及通过冷喷喷嘴将粉状巴比合金材料引导至旋转轴承组件的表面；其中，粉状巴比合金材料粘附于旋转轴承组件的表面，从而在旋转轴承组件的表面上形成涂层。
[0010]优选地，轴承组件是半轴承。
[0011]优选地，轴承组件是全轴承。
[0012]优选地，冷喷涂工艺进一步包括修复受损的轴承组件。
[0013]优选地，冷喷涂工艺进一步包括重新涂覆轴承组件的表面。
[0014]优选地，轴承组件的表面在重新涂覆之前未剥去。
[0015]优选地，轴承组件的表面包括涂层减少的区域。
[0016]优选地，冷喷涂工艺进一步包括使涂层均匀地分配在旋转轴承组件的表面上。
[0017]优选地，涂层在安装之前未经加工。
[0018]优选地，冷喷涂工艺进一步包括以电子的方式监测涂层的一个或更多个特性。
[0019]优选地，冷喷涂工艺进一步包括实时监测涂层的厚度。
[0020]优选地，冷喷涂工艺进一步包括以电子的方式控制冷喷喷嘴。
[0021]优选地，冷喷涂工艺进一步包括相对于轴承组件定位的多个冷喷喷嘴。
[0022]优选地,粉状巴比合金材料包括锡、铜、铅或它们的组合。
[0023]优选地，在引导粉状金属材料通过冷喷喷嘴之前不需要锡施加。
[0024]优选地，使轴承组件旋转以介于大约0.5转每分钟和5转每分钟之间的旋转速度提供。
[0025]优选地，粉状巴比合金材料按重量计具有选自由下者组成的成分组的成分:大约90%的锡和大约10%的铜；大约89%的锡、大约7%的锑和大约4%的铜；大约80%的铅、大约15%的锑和大约5%的锡；大约76%的铜和大约24%的铅；大约75%的铅和大约10%的锡；大约67%的铜、大约28%的锡和大约5%的铅；以及它们的组合。
[0026]一种用于使用冷喷喷嘴来推动粉状巴比合金材料的冷喷涂工艺，冷喷涂工艺包括:相对于轴承组件定位冷喷喷嘴；使冷喷喷嘴旋转；以及通过冷喷喷嘴将粉状巴比合金材料引导至轴承组件的表面；其中，粉状巴比合金材料粘附于轴承组件的表面，冷喷喷嘴的旋转在轴承组件的表面上形成涂层。
[0027]一种用于使用冷喷喷嘴来推动粉状巴比合金材料的冷喷涂工艺，冷喷涂工艺包括:相对于轴承组件定位冷喷喷嘴；使冷喷喷嘴和轴承组件相对于彼此旋转；通过冷喷喷嘴将粉状巴比合金材料引导至轴承组件的表面；将粉状巴比合金材料粘附于轴承组件的表面，巴比合金材料的粘附在轴承组件的表面上形成涂层；利用涂层监测器监测轴承组件的表面上的涂层的一个或更多个特性；将来自涂层监测器的第一信号传送至涂层分析器；利用涂层分析器分析来自涂层监测器的第一信号；将来自涂层分析器的第二信号发送至涂层控制装置；以及响应于第二信号，利用涂层控制装置来配置冷喷喷嘴。
[0028]优选地，冷喷喷嘴的操纵包括旋转速度、粉状巴比合金材料的分配、被推动的粉状巴比合金材料的量，以及粉状巴比合金材料的喷射型式。
[0029]从结合附图进行的优选实施例的以下更详细的描述，本发明的其它特征和优点将为显而易见的，该附图经由实例示出本发明的原理。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1是根据本发明的实施例的定位在轴承内的冷喷喷嘴的透视图。
[0031]图2是根据本发明的实施例的定位在轴承内的多个冷喷喷嘴的透视图。
[0032]在可能的地方，相同的附图标记将遍及附图用于表示相同的部件。
【具体实施方式】
[0033]提供涂覆工艺。与未使用本文公开的特征中的一个或更多个的工艺和物品相比，本公开的实施例减少涂覆后加工，提高涂覆均匀性，提高涂覆效率，或它们的组合。
[0034] 参照图1，在一个实施例中，冷喷设备100包括相对于轴承组件101定位的冷喷喷嘴102。轴承组件101包括任何类型的轴承，诸如(但不限于)燃气涡轮轴承、全轴承、半轴承、受损轴承，或它们的组合。粉状巴比合金材料103通过冷喷喷嘴102引导至轴承组件101的表面104。表面104包括(但不限于)经涂覆的表面、受损表面、未经涂覆的表面、具有涂层减少的区域的表面，或它们的组合。冷喷喷嘴102将粉状巴比合金材料103推动至轴承组件101的表面104。粉状巴比合金材料103粘附至轴承组件101的表面104，在表面104上形成涂层105。在一个实施例中，涂层105是轴承组件101的表面104的二次涂层。在又一个实施例中，轴承组件101的表面104在重新涂覆之前未被剥去。
[0035]在一个实施例中，以电子的方式监测涂层105的特性，并且通过调节冷喷喷嘴102来控制涂层105的特性。涂层105的特性包括(但不限于)厚度、分配或它们的组合。对冷喷喷嘴102的调节包括(但不限于)旋转速度、粉状巴比合金材料103的分配、被推动的粉状巴比合金材料103的量、粉状巴比合金材料103的喷涂型式，或它们的组合。
[0036]在一个实施例中，涂层监测器110实时获取对应于涂层105的至少一个特性的信息120。涂层监测器110通过能够实时地测量涂层105的任何适当的特性的任何适当的方法来获取信息120。测量涂层105的至少一个特性的适当方法包括(但不限于)可见光测量(诸如白光/蓝光)、激光厚度测量、温度测量，或它们的组合。用于测量的涂层105的适当特性包括(但不限于)厚度、温度、密度，或它们的组合。
[0037]涂层监测器110基于涂层105的特性而产生第一信号121，并且将第一信号121发送至涂层分析器112。涂层分析器112接收第一信号121，分析涂层105的特性，并且产生第二信号122。涂层分析器112将第二信号122发送至涂层控制装置114。第二信号122包括用于调节冷喷喷嘴102的信息，以基于由涂层监测器110实时地获取的涂层105的特性，形成期望的最终涂层。响应于第二信号122，涂层控制装置114通过改变冷喷喷嘴102的涂覆参数或设定，或者保持冷喷喷嘴102的涂覆参数或设定，来配置冷喷喷嘴102。能够改变的适当的涂覆参数包括冷喷喷嘴102的速度、气体流量、涂覆路径，或它们的组合。在涂层控制装置114调节冷喷喷嘴102之后，涂层监测器110继续获取关于涂层105的特性的信息120，从而形成连续环路。
[0038]在一个实施例中，涂层控制装置114调节冷喷喷嘴102，以形成涂层105的均匀分配。在一个实施例中，涂层控制装置114调节冷喷喷嘴102，以保持涂层105的合乎需要的厚度。与用离心涂覆形成的涂层相比，涂层105的合乎需要的厚度减小。减小涂层105的厚度消除过度涂覆，以及/或者为了完成涂层105而进行加工的需要。在一个实施例中，涂层控制装置114使冷喷喷嘴102指向轴承组件101的受损区域。
[0039]冷喷设备100通过在没有对粉状巴比合金材料103的显著热输入的情况下冲击粉状巴比合金材料103，来在表面104上形成涂层105。冷喷涂工艺100大致保持了粉状巴比合金材料103的相和显微结构。在一个实施例中，冷喷(步骤304)包括例如基于下面的关于会聚-扩散喷嘴的公式，使粉状巴比合金材料103加速至至少预定的速度或速度范围:
在公式I中，“A”是冷喷喷嘴102的出口的面积，而“A*”是冷喷喷嘴102的喉部的面积。“Y”是使用的工艺气体的CP/CVK (Cp是恒定压力下的比热，而Cv是恒定体积下的比热)。气体流参数取决于A/A*的比。当冷喷喷嘴102在扼流条件下运行时，出口气体速度马赫数(M)能够由公式I确认。“ Y ”值较大的气体导致较大的马赫数。粉状巴比合金材料103以预定速度或速度范围冲击轴承组件101的表面104，并且粉状巴比合金材料103结合于轴承组件101的表面104，以形成涂层105。
[0040]冷喷喷嘴102定位成离轴承组件101的表面104预定距离，例如，介于大约10 mm和大约150 mm之间，介于大约10 mm和大约50 mm之间，介于大约50 mm和大约100 mm之间，介于大约10 mm和大约30 mm之间，介于大约30 mm和大约70 mm之间，介于大约70 mm和大约100 mm之间，或它们的任何适当的组合或子组合。在一个实施例中，冷喷喷嘴102定位在轴承组件101的中心。定位在轴承组件101的中心的冷喷喷嘴102旋转就位，从而在整个360°旋转中在冷喷喷嘴102和表面104之间提供相等的距离。在一个实施例中，冷喷喷嘴102在轴承组件101内形成同心布置。处于同心布置的冷喷喷嘴102在轴承组件101内按圆形移动，使得在整个360°移动中，保持冷喷喷嘴102和表面104之间的距离。
[0041]在一个实施例中，巴比合金材料是形成表面层的金属基质。金属基质是具有扩散在金属中的晶体的复合物。在一个实施例中，使用巴比合金材料作为轴承组件101的表面104的保护涂层和/或润滑剂。晶体与金属相比相对硬，并且形成表面层的非润滑部分。巴比合金材料包括(但不限于)锡、铜、铅或它们的组合。巴比合金材料的适当的成分包括(但不限于)90%的锡和10%的铜；89%的锡、7%的锑和4%的铜；80%的铅、15%的锑和5%的锡;76%的铜和24%的铅；75%的铅和10%的锡；67%的铜、28%的锡和5%的铅；或它们的组合。对于包括锡的巴比合金材料成分，由于使用轴承组件101而产生的摩擦产生热，该热使巴比合金材料中的锡熔化。熔化的锡形成用于保护轴承组件101的表面104的润滑剂。
[0042]在一个实施例中，轴承组件101在冷喷喷嘴102保持固定时旋转106。轴承组件101在喷射粉状巴比合金材料103时旋转106在表面104上面形成成圆条的涂层105。在一个实施例中，冷喷喷嘴102在轴承组件101保持固定时旋转107。冷喷喷嘴102在喷射粉状巴比合金材料103时旋转107在表面104上面形成成圆条的涂层105。
[0043]在一个实施例中，冷喷喷嘴102以覆盖轴承组件101的高度109的一部分的型式推动粉状巴比合金材料103。冷喷喷嘴102或轴承组件101旋转一周在轴承组件101的表面104上形成成圆条的涂层105。相对于轴承组件101的高度109来调节冷喷喷嘴102，并且粉状巴比合金材料103推动至轴承组件101的未经涂覆的部分108。冷喷喷嘴102或轴承组件101旋转一周，从而形成另一个成圆条的涂层105。重复调节冷喷喷嘴和形成成圆条的涂层105，直到表面104以涂层105来充分覆盖。
[0044]参照图2，在一个实施例中，多个冷喷喷嘴102相对于轴承组件101定位。冷喷喷嘴102中的各个以覆盖轴承组件101的高度109的一部分的型式推动粉状巴比合金材料103。冷喷喷嘴102的数量的增加会增加在单周旋转期间以涂层105来覆盖的高度109的部分。
[0045]备选冷喷设备100包括相对于轴承组件101定位的第一冷喷喷嘴202和第二冷喷喷嘴204。第一冷喷喷嘴202和第二冷喷喷嘴204两者将粉状巴比合金材料103推动至轴承组件101的表面104。第一冷喷喷嘴202在第一位置处形成第一成圆条207的涂层105，而第二冷喷喷嘴204在第二位置处形成第二成圆条209的涂层105。第一位置和第二位置相对于轴承组件101的高度109类似、大致类似或不同。在一个实施例中，第一冷喷喷嘴202和第二冷喷喷嘴204隔开180°面向，使得使喷嘴180°旋转在轴承组件101的360°表面104上面形成涂层105。在另一个实施例中，对第一冷喷喷嘴202和第二冷喷喷嘴204提供单独的馈送器。单独的馈送器容许同时推送不同的材料组合，从而在涂层105中形成复合物或梯度。另外，单独的馈送器容许根据巴比合金材料的厚度来改变涂层105的化学性质。
[0046]在一个实施例中,旋转速度包括(但不限于)介于大约0.5转每分钟(RPM)和大约5 RPM之间，介于大约I RPM和大约3 RPM之间，介于大约2 RPM和大约4 RPM之间，或者它们的任何组合、子组合、范围或子范围。涂层105的适当的厚度包括(但不限于)介于大约I密耳和大约2000密耳之间，介于大约I密耳和大约500密耳之间，介于大约10密耳和大约500密耳之间，介于大约20密耳和大约400密耳之间，介于大约30密耳和大约200密耳之间，介于大约40密耳和大约100密耳之间，或者它们的任何适当的组合或子组合。
[0047]虽然已参照优选实施例描述本发明，但本领域技术人员将理解，可作出各种变化，并且等同物可代替其元素，而不背离本发明的范围。另外，可作出许多修改以使特定的情况或材料适应本发明的教导而不背离其基本范围。因此，意图是，本发明不限于公开为设想用于执行本发明的最佳模式的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。。
【权利要求】
1.一种用于使用冷喷喷嘴来推动粉状巴比合金材料的冷喷涂工艺，所述冷喷涂工艺包括: 相对于轴承组件定位所述冷喷喷嘴； 使所述轴承组件旋转；以及 通过所述冷喷喷嘴将所述粉状巴比合金材料引导至所述旋转轴承组件的表面； 其中，所述粉状巴比合金材料粘附于所述旋转轴承组件的表面，从而在所述旋转轴承组件的表面上形成涂层。
2.根据权利要求1所述的冷喷涂工艺，其特征在于，所述轴承组件是半轴承。
3.根据权利要求1所述的冷喷涂工艺，其特征在于，所述轴承组件是全轴承。
4.根据权利要求1所述的冷喷涂工艺，其特征在于，进一步包括修复受损的轴承组件。
5.根据权利要求1所述的冷喷涂工艺，其特征在于，进一步包括重新涂覆所述轴承组件的表面。
6.根据权利要求5所述的冷喷涂工艺，其特征在于，所述轴承组件的表面在重新涂覆之前未剥去。
7.根据权利要求5所述的冷喷涂工艺，其特征在于，所述轴承组件的表面包括涂层减少的区域。
8.根据权利要求1所述的冷喷涂工艺，其特征在于，进一步包括使所述涂层均匀地分配在所述旋转轴承组件的表面上。
9.根据权利要求1所述的冷喷涂工艺，其特征在于，所述涂层在安装之前未经加工。
10.根据权利要求1所述的冷喷涂工艺，其特征在于，进一步包括以电子的方式监测所述涂层的一个或更多个特性。
【文档编号】C23C24/02GK104178760SQ201410220528
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年5月23日 优先权日:2013年5月24日
【发明者】G.A.拉姆伯顿, K.B.莫雷, A.B.韦特内伊 申请人:通用电气公司