一种剥离、准备和涂覆部件的方法与流程

本发明涉及用于使用脉冲或连续射流射流剥离、准备和涂覆部件的技术，具体涉及一种剥离、准备和涂覆部件的方法。

背景技术

传统上，涂层的一部分是两阶段或三阶段的过程，这取决于要涂覆的零件是新的还是已经服役的。如果零件是新的，在第一阶段，要用喷砂准备待涂覆的表面。在第二阶段中，在准备之后，将涂层施加到表面上。如果部件已经投入使用，那么三阶段过程包括剥离现有涂层，然后进行预处理，然后应用新涂层。许多不同的涂层和电镀技术是已知的。下面是目前正在使用的一些主要技术的概述。电镀层本身是通过充电低压直流电流通过浴来进行的。电镀的部分通常是阴极，阳极通常是铅锑或铅锡合金的棒。电镀硬铬时，镀液中含有铬酸的六价铬离子和硫酸，以提高镀液的导电性。当电供给到溶液时，电解槽中的水的电解释放阴极处的氢气和阳极处的氧。电镀工艺的结果是在衬底上沉积金属铬。硬铬电镀的典型工艺参数是：铬酸：250g/升(或400浓)，硫酸：2.5-g/升(或4)，温度：55℃(或50°)和沉积速率：25～±m/h(或13)。镀铬的有毒排放源于电镀步骤本身和铬酸阳极氧化步骤。在电镀步骤中，电解液的雾度(主要是铬酸)是通过氢和氧气泡的上升通过浴产生的。排放速率受镀液温度、镀液中化学物质浓度、镀敷表面面积和镀覆电流的影响。当硬质涂层消耗较高电流时，产生更多的铬酸雾。排放是通过使用罩和最近通过使用洗涤器、静电除尘器和活性炭过滤器来控制的。六价铬(cro3)长期以来被认为对镀铬设备的工人是危险的，导致许多健康问题(刺激鼻中隔、皮炎等)。镀铬的另一个困难是研磨产生的元素铬粉尘，这已经证明是致癌的。因此，职业安全与健康管理局(osha)建议将工人的允许暴露极限(pel)从52～15mg/m3降低到1～17m/m3，作为8小时的时间加权平均值，这将显著增加镀铬的成本(也适用于镀镍)。但是镀铬有许多缺点，第一，镀铬过程中产生的有毒排放物，这是由于电镀步骤本身和铬酸阳极氧化步骤引起的。在电镀步骤中，电解液的雾度(主要是铬酸)是通过氢和氧气泡的上升通过浴产生的。排放速率受镀液温度、镀液中化学物质浓度、镀敷表面面积和镀覆电流的影响。当硬质涂层消耗较高电流时，产生更多的铬酸雾。排放是通过使用罩和最近通过使用洗涤器、静电除尘器和活性炭过滤器来控制的。第二，六价铬(cro3)早已被认为对镀铬设备的工人是危险的，导致许多健康问题(刺激鼻中隔、皮炎等)。镀铬的另一个困难是研磨产生的元素铬粉尘，这已经证明是致癌的。因此，职业安全与健康管理局(osha)建议将工人的允许暴露极限(pel)从52～15mg/m3降低到1～17m/m3，作为8小时时间加权平均值，这将显著提高镀铬成本(这也适用于镀镍)。)第三，铬板提供的性能一般良好，但几乎从来没有优秀。该材料具有有限的硬度和耐腐蚀性。在有压力的情况下，它会受到点蚀、剥落和其他故障的影响。用户通常意识到，对于特定的应用，可能有比铬板更好的替代物，以可比或更低的成本进行。对于许多特定的应用，替代技术已经证明了它们的价值。从长远来看，铬在许多应用中的优势已经减弱。

冷喷涂工艺采用高速而非高温来制备涂层，从而避免/最小化了许多典型的热喷涂涂层的有害的高温反应。冷喷涂涂层的典型优点包括压缩，而不是拉伸应力，如微观结构，接近理论密度，并且没有氧化物和其他夹杂物。此外，喷涂光束的足迹非常窄，产生高密度粒子束，这导致涂层厚度的高增长率，更好地控制涂层的形状，而不需要掩蔽要求。冷喷涂的基本原理相当简单。当充满颗粒的气体射流撞击固体表面时，会发生三种不同的现象，这取决于粒子速度，vp。当vp低时，粒子只是从表面反射(反射)。当达到中等值时，它们腐蚀表面。当其超过临界值(随颗粒和基底材料通常在500至900-m/s范围内变化)时，颗粒塑性变形并粘附到基底上，彼此形成覆盖沉积，类似于热喷涂过程。该过程使用高压、高速气体射流来赋予涂层颗粒的速度。预热以补偿由于膨胀引起的绝热冷却的气体射流通过拉瓦尔喷嘴膨胀以形成超音速射流。由载气输送的粉末颗粒被注入到该气体射流中。从超音速射流到粒子的动量传递导致高速粒子射流。这些粉末颗粒在撞击到基材上时发生塑性变形并形成相互连接的溅镀，从而形成涂层。冷喷涂是一种固态工艺，因此生产具有许多有利特性的涂层。由于不涉及高温，因此理想地适用于喷涂纳米材料和非晶材料、氧敏感材料如铝、铜和钛以及诸如碳化物复合材料等相敏材料。由于喷嘴的尺寸小(10～15mm)和喷射距离(5～24mm)，喷射光束非常小，通常直径约为5mm，导致良好的沉积。该方法的工作原理类似于微喷丸处理，因此涂层具有压缩应力。因此，可以产生超厚(即5至50mm)涂层而无粘合失效。涂层的高能低温形成导致具有接近理论密度值的锻造状微观结构。冷喷涂工艺的主要缺点包括使用高气体流量，增加气体成本，特别是在氦气的情况下，需要再循环。还有一些问题，如喷嘴磨损。

剥离是一个更重要的问题。与chrome相比，hof与基材的交互作用不太严重，hvf涉及熔融金属，它们在表面上施加数千度的程度，在那里它们穿透与基体形成合金并提供熔融表面以允许额外的积聚。涂层基底合金形成的结果是在去除涂层时必须牺牲一些母金属。最终，被剥离的部件可能达到尺寸减小的程度，因为不再具有成本效益，或者不能容忍额外的衬底损失，并且必须丢弃该部件。剥离hvf涂层可能需要一个星期在化学汽提箱中留下一部分，与铬的一天相比。通常，耐腐蚀合金，如wc-cocr，crni等，比wc-co在剥离过程中花费更长的时间和更多的困难。

从上面可见，在工业中仍然需要更有效的剥离、制备和涂覆技术，这些技术不会引起上述问题。

技术方案

本发明主要解决的技术问题是提供一种剥离、准备和涂覆部件的方法，所述方法包括：将所述部件保持在限定电屏蔽外壳的单元内；使用超声喷嘴产生脉冲式液体喷射器；将涂层颗粒供应到喷嘴；为喷嘴供应加压液体以使喷嘴能够产生脉冲式液体喷射器以依次剥离，准备和涂覆部件；使用喷嘴内部的高压电极和接地电极对涂层颗粒进行充电；通过控制脉冲式液体喷射器来剥离部件；通过控制脉冲式液体喷射器来准备部件；和通过控制脉冲式液体喷射器涂覆零件。

可选的，还包括光学检查零件，以确定何时剥离完成，然后自动切换到准备，还包括检测准备何时完成，然后自动切换到涂层。

本发明的有益效果是：

本发明的一种剥离、准备和涂覆部件的方法，能够以更好、更高的效率进行化工零部件的涂覆。

附图说明

图1是一个集成系统的等距视图。

图2是图1的系统的顶视图。

图3是图1的系统的侧视图。

图4是根据本发明的实施例的用于制备和涂覆的气体喷射系统的示意图。

实施例

下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

提供一种新的剥离、准备和涂覆部件的方法，一般来说，如果表面是软的，例如钛合金，并且具有残余涂层(售后服务)，则可以使用强制脉冲射流(没有磨料颗粒)剥离和准备。如果表面是硬的，例如高强度钢，则可以通过将涂层颗粒带入流体流(或“射流”)中，使用涂层颗粒作为爆破颗粒(即磨料颗粒)进行剥离和制备。一旦表面被剥离并准备成规定的表面粗糙度，则可以使用相同类型的涂层颗粒涂覆表面，即使用具有相同组成但可能具有不同网格尺寸的涂层颗粒。涂层颗粒再次夹带到流体流中。然而，对于涂布阶段，颗粒最好是带电的，例如通过将颗粒夹带的流体流穿过电场。带电高速粒子浸渍表面，与表面形成机械和电子键。这种集成的剥离、制备和涂覆系统使得能够在流体射流中第一次剥离有或没有涂覆颗粒的三级技术，在流体射流中制备有或没有涂层颗粒的表面，接着是冷流体射流spra的混合涂层。y和电镀膜技术，采用带电镀膜粒子。该方法需要剥离，仅通过射流(即不夹带涂层颗粒)或将涂层颗粒带入流体流来制备表面，以产生涂覆颗粒夹带的流体流，并引导涂层颗粒夹带的流体流在sur上。面对被剥夺和准备。涂层颗粒起到剥蚀的磨料颗粒的作用，然后将表面准备成用于随后涂覆到表面所需的规定表面粗糙度。该方法还需要在表面被准备到规定的表面粗糙度之后，通过对表面进行电充电来涂覆表面，从而提供带电表面和带电粒子，所述粒子具有与用于预处理的粒子相同的化学成分。带电表面粒子被带入与带电表面相反的极性。该方法还需要在带电表面高速地引导带电粒子夹带的流体流，从而用带电粒子涂覆表面，所述带电粒子与表面形成机械和电子键。

在本发明的各种实施例中，将在下面更详细地描述，使用脉冲或连续的水射流或空气喷射装置来夹带涂层颗粒，例如热喷涂涂层颗粒或其它涂层颗粒，这将被应用于surr。表面准备完毕后的面部。通过将涂层颗粒带入流体流中，涂层颗粒因此被用作磨料或爆破颗粒。换言之，涂层颗粒和磨料颗粒是相同的，或者至少在组成、硬度、粒度等方面高度相似。传统上，使用磨料制备表面以产生所需的表面光洁度或表面粗糙度。根据sspc(保护涂层学会)涂层信息袖珍指南(sspc01-09)，取决于涂层技术和待涂覆的表面，各种材料如氧化铝(1680-44微米)、煤渣(1680-97微米)、铜渣(1680-149微米)。石榴石(841-149微米)、玻璃珠(595-37微米)、碳化硅(500～63微米)用于制备表面。这种表面光洁度或表面粗糙度通常由待涂覆的涂层颗粒的类型提前确定。因此，经验地，已知最佳的颗粒保留(涂层表面粘附)是通过将表面准备在一定范围内的表面粗糙度来实现的。在现有技术中，通常使用标准磨料颗粒(爆破颗粒)，例如砂砾、石榴石或沸石，将表面典型地准备在所需的表面粗糙度范围内。国外爆炸颗粒(磨料颗粒)的残留物可以保留在被准备的表面的原子基质中。这些嵌入的颗粒可以减少后续涂层的粘附性和/或产生局部薄弱点，从而导致不可预知的失效。通过使用涂层颗粒作为爆破颗粒(磨料颗粒)，避免了在准备之后没有外来颗粒残留。如果将涂层颗粒嵌入到正在准备的表面的原子基质中，那么这不会产生有害的影响，因为在随后的涂覆操作中，该颗粒最终将被施加到表面。不粘附于表面的颗粒可被重复使用或循环用于后续的涂覆阶段。

在一个实施例中，在涂覆之前，可以使用不同粒度(网孔尺寸)的涂层颗粒来对表面进行预处理。例如，用于制备的涂层颗粒可以比用于涂覆的涂层颗粒更大的筛孔尺寸。使用较大的颗粒来预处理表面是有利的，因为这些较大的颗粒更类似于传统用于表面预处理的较大的砂砾冲击颗粒。尽管它们具有较大的网格尺寸，但是这些较大的涂层颗粒在撞击表面时往往变得更小，并且它们本身受到随后撞击颗粒的冲击。大部分不能粘附在表面上的颗粒往往是这些尺寸减小的颗粒。然而，这些减小的尺寸(非粘附)颗粒对于涂层操作是理想的，因为用于实际涂层的涂层颗粒应该比用于爆破/磨损的涂层更小。因此，这些尺寸减小的颗粒可以被回收和再利用，任选的过滤，用于后续的预涂表面的涂覆。

图1是一个单一的集成(“全合一”)系统或设备的等距视图，该系统或设备以单站、单元或展台的形式用于剥离、准备和重新涂覆部件。换句话说，图1描述了一种集成的射流喷射系统，用于顺序地剥离、准备和涂覆被翻新的部件。一般而言，集成系统包括限定外壳的单元和具有门、用于将部件保持在单元内的夹具、可在单元内移动的机械臂、安装在机器人臂上的喷嘴；用于向喷嘴提供加压流体的加压流体源，以使喷嘴产生能够顺序地剥离、准备和涂覆部件的流体射流，以及在电池外部的人机接口(hmi)，用于接收用户命令，并响应于用户命令控制机器人臂和射流喷嘴离开喷嘴。hmi可以包括具有按钮、开关、键、键盘等的控制面板和/或可以包括或连接到计算机、计算机网络、服务器或具有微处理器、存储器和用户接口的其他计算设备。hmi允许用户控制机械臂和喷嘴的运动、转台的速度、排气风扇和操作模式(剥离/准备/涂层)。hmi也可以用来控制产生电场的直流电源(“电场发生器”)、产生磁场的可选磁线圈(“磁场发生器”)和加热粒子的可选感应加热器。hmi也可用于控制颗粒输送子系统或颗粒计量子系统，其调节进入喷嘴的颗粒的数量。hmi可以用来提供直接命令来替换机器人，或者可以用一系列命令来编程，以用于系统的自主或半自主操作。在更简单的实施例中，机器人臂可以用xy龙门架、xyz龙门架或其他机构来代替。在其它实施例中，喷嘴可以固定在空间中，并且通过机械臂、龙门架或其它机构来夹紧和翻新被喷嘴相对移动的部件。在图1中通过示例所示的实施例中，系统包括包含机器人(或机械臂)的单元1和用于剥离、准备和重新涂覆部件4的附件。该单元也可以在这里称为展台或站。该系统包括操作员的人机交互(hmi)监视器2。该系统包括转盘3或用于安装被剥离、准备和重新涂覆的部件的任何其它等效装置。典型部件4安装在转台上用于剥离、准备和再涂层。带有过滤器的排气系统5从电池中除去水雾。用于剥离、准备和重新涂覆零件的单一集成系统是对现有技术的一种根本改进，传统上使用单独的工艺或装置来剥离零件、准备零件并重新涂覆零件。该新型集成系统在一个位置上不需要运输、移动或重新定位部件，而是在一个单一位置上进行准备。该系统利用流体射流将部件剥离。预处理也用相同的射流射流进行，虽然射流射流可以具有不同的流体动力特性、速度、距离等。然后将相同的射流射流(再次可选地具有不同的操作参数)用作涂层颗粒的载体以重新涂覆该部件。

图2是图1中引入的单元(或展台或站)的顶视图。如图2所示，该系统包括hmi组件2、机器人8、转台3和第5代表排气系统5。图2进一步示出了机器人控制单元6和电气外壳7，其包括用于产生脉冲射流的超声波发生器。

图3是图1和图2的单元(或展台或站)的侧视图。在图3中，hmi组件2和单元1以及机器人8、第4部分、转台3和排气系统5。

图4描述了具有空气入口11、压缩机12、空气储器13、空气压力调节器14、阀15和压力计16的空气喷射系统。可以提供一个控制系统来接收来自压力计的信号，并基于这些信号控制阀门。如图所示，加压空气被输送到喷气嘴20，喷嘴18从料斗17夹带颗粒18以产生颗粒夹带的空气射流21。该喷气式喷嘴是一种用于产生脉冲空气射流的超声调制喷气喷嘴。可替代地，喷气喷嘴可以是连续流动(非脉冲)喷嘴。换言之，得到的粒子夹带的空气射流是脉冲空气射流或连续流动空气射流。如果需要，可以用惰性气体代替空气。如图4中的示例所示，空气喷射系统包括计量阀19，用于调节从料斗17进入喷气喷嘴20的颗粒的流动。计量阀可由微处理器控制。因此，图4的空气射流系统包括颗粒输送子系统，该颗粒输送子系统连接到喷气喷嘴，用于向喷嘴输送涂层颗粒。空气喷射系统还可以包括控制系统(例如微控制器)，用于控制颗粒输送子系统以调节被夹带到空气射流中的颗粒的数量。如果需要，可以用惰性气体代替空气。颗粒指向具有外部或暴露表面的部分22(或部件或基底)。这一部分由工件支架、夹具、夹具或夹具23支撑，旋转装置的角速度(旋转速率)可以是微处理器控制的，以实现可变的颗粒沉积速率。微处理器可以控制旋转装置的角速度，也可以控制计量阀，以调节撞击零件的给定单位面积的颗粒的速率。如图4中的示例所示，空气喷射系统包括直流(dc)电源25，用于对颗粒和部分进行充电。如图4所示，直流电源5月25日连接到正电极28，然后连接到高压开关29。当开关29接通时，电路闭合，从而在粒子18流入气流喷嘴20时对粒子进行充电。粒子可以在到达喷气嘴(如在这种设置中)或它们被夹带到流体射流中之后被充电。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。