一种惰性气体保护的仿可控气氛等离子喷涂方法及其装置与流程

本发明涉及等离子喷涂的
技术领域：
，特别是涉及一种惰性气体保护的仿可控气氛等离子喷涂制备方法及其装置。
背景技术：
：大气等离子喷涂是一种材料表面强化和表面改性的技术，可以使基体表面具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化、电绝缘、隔热、防辐射、减摩、密封等性能。等离子喷涂技术采用由直流驱动的等离子电弧做为热源，将陶瓷、合金、金属等材料加热到熔融或半熔融状态，并以高速喷向经过处理的工件表面而形成附着牢固的表面层的方法。大气等离子喷涂的工艺流程：清洗---保护---喷砂---预热---喷涂---后处理(包括封孔、机械加工、包装)。大气等离子喷涂具有以下特点：1、适合各种高性能涂层的制备，由于喷涂过程时中心温度可达20000k左右，可以熔融很多不同种类的粉末。适用于各种喷涂粉末材料，进而制备出各种高性能的涂层，如耐腐蚀、耐摩擦、耐磨损及热障涂层等；2、涂层较致密，孔隙率低，一般在5-10％左右，且涂层的结合强度较高，氧化物陶瓷一般在20-30mpa，主要是因为喷涂过程中粉末在高温熔化充分；3、涂层表面比较平整光滑，且涂层厚度可以按需要进行有效的控制，一般涂层厚度在0.1-1mm左右；4、采用惰性气体作为工作气体，能有效的保护喷涂过程中粉末的氧化，从而获得高性能涂层；5、基体性能稳定，等离子喷涂过程中虽然中心焰流温度较高，但是到达基体表面时温度大约在200℃左右，对基体材料的性能影响较小，不会破坏基体结构；6、喷涂应用较广，大气等离子喷涂时对基体的形状要求不高，既可以对零件大面积进行喷涂，也可以对其进行局部喷涂，同时效率较高，等离子喷涂操作工艺简单方便。但大气等离子也有其局限性，比如：1、在等离子喷涂过程中，如果工艺等参数达不到所需要求，粉末在火焰中心的作用下，易发生氧化，同时粉末达到基体上时温度瞬间下降，易造成粉末承受很大的温差而导致热应力的存在，粉末根据熔融状态的不同进而形成的颗粒也不均匀，这都严重破坏了涂层质量，很难制造低孔隙率、高结合强度、高硬度等涂层；2、由于受焰流速度、粉末氧化、与基体结合强度的影响，涂层的层状结构明显，导致涂层间的结合力小，从而导致涂层间的会有一定的差异性，也导致难以喷涂超厚涂层。技术实现要素：本发明的目的之一，是为了解决
背景技术：
中的问题，提供一种能喷涂较厚的高结合强度涂层的惰性气体保护的仿可控气氛等离子喷涂方法。本发明的目的之二，是为了解决
背景技术：
中的问题，提供一种能喷涂较厚的高结合强度涂层的惰性气体保护的仿可控气氛等离子喷涂方法用的装置。本发明的第一技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种惰性气体保护的仿可控气氛等离子喷涂方法，其特征在于，包括步骤s4：在惰性气体保护中，形成屏蔽气罩的仿可控氛围，使用等离子喷涂方法喷涂涂层。所述涂层包括陶瓷或金属合金涂层。为了获得需要的涂层，避开大气等离子喷涂的缺点，本发明采用可控气氛等离子喷涂。可控气氛等离子喷涂是指在含有特定气体气氛的密闭室中，完成的等离子喷涂，常用等离子气体有氩气、氦气、氮气和它们的化合物，利用适当的控制系统操作喷枪和工件，同时由符合规定条件的喷涂室外的送粉器将粉末连续送入喷枪，当密闭室内可控气氛气体压力低于大气压时，又称低压等离子喷涂或真空等离子喷涂，能获得成分不受污染，结合强度致密的一种工艺方法。可控气氛等离子喷涂工艺流程：清洗---保护---喷砂---抽真空(充惰性气体)---预热---喷涂—冷却---后加工(封孔、机械加工、包装)。与大气等离子喷涂相比它具有以下优点：1、等离子射流的速度和温度都比大气等离子喷涂明显提高，压力愈低，射流速度就愈高；2、粉末在等离子射流高温区域滞留时间增加，受热更均匀，飞行速度更高，增加了粉末粒子扁平化能力；3、可提高喷涂温度，有助于粉末粒子粘接后互相间的融合；4、粉末避免氧化，能制备各种活性材料涂层；以上优点决定了涂层结合强度大提高(最高可达70mpa)，气孔率降低(可以达到2％以内)，涂层参与应力减小，涂层质量得到明显改善，由于涂层间结合形式和强度的增加，使厚涂层喷涂得以实现。本发明方法在实现以上喷涂优点的同时，还克服了可控气氛气体等离子喷涂的不足：设备昂贵，一次性投资高；生产成本增加，生产效率降低；工件受尺寸受喷涂箱控制，大件难以实现可控气氛喷涂；工件冷却受到限制，基体温度偏高。作为优选，步骤s4具体为：等离子喷枪与待喷涂工件间的距离为6-12mm，惰性气体送气压力20-100mpa、流量30-100l/min，惰性气体在所述压力和速度流量下形成旋风气流后在喷枪和待喷涂工件间产生惰性气体保护屏蔽气罩。作为优选，所述惰性气体保护的仿可控气氛等离子喷涂方法，包括以下步骤：s1,除油清洗：对待喷涂工件基体进行除油清洗；s2,喷砂处理：喷砂，使待喷涂工件基体达到合适的粗糙度；s3,预热处理：预热温度为100-120℃；s4,惰性气体处理：等离子喷枪与工件间的距离为8-10mm，惰性气体送气压力30-80mpa、流量40-100l/min，惰性气体在所述压力和速度流量下形成旋风气流后在喷枪和待喷涂工件间产生惰性气体保护屏蔽气罩；s5,喷涂处理。更优选地，所述步骤s5,喷涂处理包括氩气流量40-50l/min，氢气流量：5-12l/min，功率40-50kw；喷涂距离：6-12mm，送粉量：20-40g/min，喷枪移动速度：600-1000mm/s。更优选地，所述步骤s5,喷涂处理包括氩气流量45l/min，氢气流量：8l/min，功率45kw喷涂距离：9mm，送粉量：30g/min，喷枪移动速度：800mm/s。更优选地，所述步骤s5喷涂处理后还包括冷却和后加工步骤。本发明的第二技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种惰性气体保护的仿可控气氛等离子喷涂方法用的装置，包括喷枪、内套、锁紧螺钉、外套一、送气接头、送粉管和外套二，内套通过固定在喷枪上，外套一通过固定在内套上；外套二与外套一固定在一起；惰性气体的送气接头固定在外套一上；送粉管进入内套内腔；外套一处设置有外套一环形前端槽和外套一环形后端槽；送气接头输出端与外套一环形后端槽连通，惰性气体的进气口切向进入外套一环形后端槽中；外套一和内套间设置有间隙。作为优选，所述内套通过锁紧螺钉固定在喷枪上，外套一通过螺纹连接固定在内套上；外套二与外套一银焊在一起；惰性气体的送气接头通过螺纹固定在外套一上，进气接头连接螺纹孔沿外套一径向钻入；送粉管通过螺纹固定在外套一上并通过内套上的工艺孔进入内套内腔，按与喷枪的喷嘴位置要求进行定位；外套一和内套间设置的间隙高度为0.1-0.15mm。本发明的第二技术目的是通过以下另一技术方案得以实现的：一种惰性气体保护的仿可控气氛等离子喷涂方法用的装置，包括喷枪、内套、锁紧螺钉、外套一、送气接头、送粉管和外套二，喷枪通过锁紧螺钉与内套腔配合连接，内套外端与外套一槽腔配合连接，送气接头输出端与外套一后槽连通，送粉管输出端位于外套一槽内部，并且送粉管与喷枪右端配合安装，外套二右端配合安装在外套一左端；还包括左支架、轴承、右支架、电机架、摆动电机、丝杠、移动架、螺纹套、触碰开关、基座和定位装置，左支架底端安装在基座顶端左侧，轴承安装在左支架右侧顶出槽内，右支架底端安装在基座顶端右侧，摆动电机通过电机架安装在右支架右侧，丝杠右端与摆动电机左侧输出端同轴连接，丝杠左端与轴承右端同轴连接，螺纹套安装在移动架后侧槽孔内，螺纹套和丝杠配合转动连接，定位装置安装在左支架和右支架上，两个触碰开关配合安装定位装置上，并且触碰开关与摆动电机通过导线电性连接。作为优选，该装置还包括主动辊支架、主动辊、从动辊支架、从动辊、传送带和驱动装置，主动辊支架底端安装在基座顶端前侧，主动辊转动安装在主动辊支架顶端，从动辊支架底端安装在基座顶端后侧，从动辊转动安装在从动辊支架顶端，主动辊和从动辊配合使传送带转动支撑，驱动装置输出端与主动辊同轴转动连接。作为优选，定位装置包括横梁、导向轨和滑块，横梁安装在左支架和轴承顶端，导向轨后端安装在横梁前端，滑块前端安装在移动架后端，并且两个触碰开关顶端配合安装在横梁底端。作为优选，该装置还包括调节槽、调节杆和螺栓，调节槽后端安装在移动架前端，调节杆前端固定在喷枪后端，并且调节杆后端与调节槽前端配合滑动连接，并且调节杆和调节槽通过螺栓配合连接。作为优选，驱动装置包括传送电机、扇形齿轮和从动齿轮，传送电机顶端固定在基座空腔顶壁上，扇形齿轮左端同轴安装在传送电机右侧输出端，从动齿轮左端与主动辊右端同轴连接，并且扇形齿轮和从动齿轮配合转动连接。作为优选，该装置还包括多个调节脚，多个调节脚顶端配合安装在基座底端。作为优选，该装置还包括齿轮罩，齿轮罩底端安装在基座顶端，并且从动齿轮和扇形齿轮位于齿轮罩内部。作为优选，该装置还包括多个橡胶垫，橡胶垫顶端安装在调节脚底端。与现有技术相比本发明的有益效果为：通过左支架使轴承安装在基座顶端，右支架和电机架配合使摆动电机支撑安装在基座顶端，摆动电机通过丝杠和螺纹套配合使移动架进行横向移动，通过轴承使丝杠转动进行定位，通过触碰开关使移动架移动区间进行定位，通过移动架使喷枪固定安装，提高喷涂均匀度，增加喷涂产品质量，提高工作稳定性，降低使用局限性。附图说明图1是本发明实施例一和实施例二装置的剖视图；图2是本发明实施例三装置的正视结构示意图；图3是本发明实施例三装置的左视结构示意图；图4是本发明实施例三装置的局部左视示意图；图5是本发明实施例三装置的局部放大示意图；附图中标记：1、喷枪；2、内套；3、锁紧螺钉；4、外套一；5、送气接头；6、送粉管；7、外套二；8、左支架；9、轴承；10、右支架；11、电机架；12、摆动电机；13、丝杠；14、移动架；15、螺纹套；16、触碰开关；17、基座；18、主动辊支架；19、主动辊；20、从动辊支架；21、从动辊；22、传送带；23、横梁；24、导向轨；25、滑块；26、调节槽；27、调节杆；28、螺栓；29、传送电机；30、扇形齿轮；31、从动齿；32、调节脚；33、齿轮罩；34、橡胶垫。具体实施方式以下具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。下面结合附图以实施例对本发明进行详细说明。实施例一如图1所示，惰性气体保护的仿可控气氛等离子喷涂方法用的装置包括喷枪1、内套2、锁紧螺钉3、外套一4、送气接头5、送粉管6和外套二7，内套2通过固定在喷枪1上，外套一4通过固定在内套2上；外套二7与外套一4固定在一起；惰性气体的送气接头5固定在外套一4上；送粉管6进入内套2内腔；外套一4处设置有外套一环形前端槽41和外套一环形后端槽42；送气接头5输出端与外套一环形后端槽42连通，惰性气体的进气口101切向进入外套一环形后端槽42中；外套一4和内套2间设置有间隙102。外套一4和内套2间设置的间隙102高度为0.1mm。实施例二惰性气体保护的仿可控气氛等离子喷涂方法用的装置，包括喷枪1、内套2、锁紧螺钉3、外套一4、送气接头5、送粉管6和外套二7，内套2通过锁紧螺钉固定在喷枪1上，外套一4通过螺纹连接固定在内套2上；外套二7与外套一4银焊在一起；惰性气体的送气接头5通过螺纹固定在外套一4上，进气接头5连接螺纹孔沿外套一4径向钻入；送粉管6通过螺纹固定在外套一4上并通过内套2上的工艺孔进入内套2内腔，按与喷枪1的喷嘴位置要求进行定位；外套一4和内套2间设置的间隙102高度为0.15mm。工作原理：惰性气体(一般设置压力30-80mpa，流量40-70l/min)以高压高速通过送气接头旋转着进入外套一后端槽(如图是惰性气体进气和储气的环形槽)中，惰性气体进气口(进气接头连接螺纹孔是沿外套一径向钻入，这样就会形成旋风气流)是切向进入槽中，高压高速气体进入后能产生旋风效果，使惰性气体以旋转的方式流动，这样的方式有助于气体进入槽中后能均匀分布，更容易产生均匀的气体罩)，再通过均布的小孔进入外套一前端槽(如图所示，此环形槽也有储气的作用)中，(二级槽有助于气体的稳定和均匀)，再通过外套一和内套间的间隙(如图所示此间隙一般在0.1-0.15mm之间)，以一定的速度高速射出，因为等离子喷枪与工件间的距离一般在8-10mm，气体前进的速度大大高于扩散的速度，进而喷出的高速气体会在喷枪和工件间形成一个气体罩。(可根据工件的粗细配制合适的气体罩)，对于超出8-10mm的情况可通过调节气体供给压力，得到合适的气体罩。由于进气截面积大于出气截面积，在加上一定的供气压力，合适的距离，就能保证输出惰性气体流前进的速度大于扩散的速度，而且能够保证连续不断的输出，这样就在喷枪与工件间形成了持久的惰性气体保护罩。达到了焰流和熔融粒子及喷涂时他们与基体间与外界大气环境的隔离目的，解决了氧化问题。由于惰性气体罩是高压气体高速喷出，而且是连续的持久的再加上惰性气体的扩散，这样就造成气体罩内部的压力低于外部大气压力，形成一个伪低压环境。而低压有利于保证减缓焰流的温度下降，这样就能保证粉末在高温环境滞留时间增加，受热均匀，有利于粉末熔化。另外由于压力低，焰流和粉末粒子阻力变小，飞行速度更快。以上两点有利于粉末粒子熔融和扁平化，增加层间粒子间的结合，有利于形成低孔隙率、低氧化、高密度、高硬度、高结合强度的涂层，使喷涂厚涂层变为可能。(用上述方法加上合适的冷却，喷涂al-si涂层厚度可达10mm)。实施例三如图2至图5所示，惰性气体保护的仿可控气氛等离子喷涂方法用的装置包括喷枪1、内套2、锁紧螺钉3、外套一4、送气接头5、送粉管6和外套二7，喷枪1通过锁紧螺钉3与内套2腔配合连接，内套2外端与外套一4槽腔配合连接，送气接头5输出端与外套一4后槽连通，送粉管6输出端位于外套一4槽内部，并且送粉管6与喷枪1右端配合安装，外套二7右端配合安装在外套一4左端；还包括左支架8、轴承9、右支架10、电机架11、摆动电机12、丝杠13、移动架14、螺纹套15、触碰开关16、基座17和定位装置，左支架8底端安装在基座17顶端左侧，轴承9安装在左支架8右侧顶出槽内，右支架10底端安装在基座17顶端右侧，摆动电机12通过电机架11安装在右支架10右侧，丝杠13右端与摆动电机12左侧输出端同轴连接，丝杠13左端与轴承9右端同轴连接，螺纹套15安装在移动架14后侧槽孔内，螺纹套15和丝杠13配合转动连接，定位装置安装在左支架8和右支架10上，两个触碰开关16配合安装定位装置上，并且触碰开关16与摆动电机12通过导线电性连接；通过左支架8使轴承9安装在基座17顶端，右支架10和电机架11配合使摆动电机12支撑安装在基座17顶端，摆动电机12通过丝杠13和螺纹套15配合使移动架14进行横向移动，通过轴承9使丝杠13转动进行定位，通过触碰开关16使移动架14移动区间进行定位，通过移动架14使喷枪1固定安装，提高喷涂均匀度，增加喷涂产品质量，提高工作稳定性，降低使用局限性。本装置还包括主动辊支架18、主动辊19、从动辊支架20、从动辊21、传送带22和驱动装置，主动辊支架18底端安装在基座17顶端前侧，主动辊19转动安装在主动辊支架18顶端，从动辊支架20底端安装在基座17顶端后侧，从动辊21转动安装在从动辊支架20顶端，主动辊19和从动辊21配合使传送带22转动支撑，驱动装置输出端与主动辊19同轴转动连接；通过主动辊支架18使主动辊19转动安装在基座17顶端，通过从动辊支架20使从动辊21转动安装在基座17顶端，从动辊21和主动辊19配合使传送带22转动支撑，通过驱动装置使传送带22对工件进行稳定输送，提高工作效率，增加喷涂稳定性，提高工件喷涂质量，增加适应性，降低使用局限性。定位装置包括横梁23、导向轨24和滑块25，横梁23安装在左支架8和轴承9顶端，导向轨24后端安装在横梁23前端，滑块25前端安装在移动架14后端，并且两个触碰开关16顶端配合安装在横梁23底端；通过横梁23使导向轨24和触碰开关16进行稳定安装，导向轨24和滑块25配合使移动架14移动轨迹进行行为，提高移动稳定性，减少工作晃动，提高喷涂质量，降低使用局限性。本装置还包括调节槽26、调节杆27和螺栓28，调节槽26后端安装在移动架14前端，调节杆27前端固定在喷枪1后端，并且调节杆27后端与调节槽26前端配合滑动连接，并且调节杆27和调节槽26通过螺栓28配合连接；通过调节杆27和调节槽26配合使喷枪1与工件高度进行调节，通过螺栓28使调节槽26与调节杆27位置进行锁定，提高调节便捷性，增加工作稳定性，提高适应性，降低使用局限性。驱动装置包括传送电机29、扇形齿轮20和从动齿轮31，传送电机29顶端固定在基座17空腔顶壁上，扇形齿轮20左端同轴安装在传送电机29右侧输出端，从动齿轮31左端与主动辊19右端同轴连接，并且扇形齿轮20和从动齿轮31配合转动连接；传送电机29通过扇形齿轮20和从动齿轮31配合使主动辊19进行进步输送，提高适应性，增加工作稳定性，降低使用局限性。本装置还包括多个调节脚32，多个调节脚32顶端配合安装在基座17底端；通过多个调节脚32使装置稳定支撑，提高装置安装适应性，增加可操作性，提高工作稳定性，降低使用局限性。本装置还包括齿轮罩33，齿轮罩33底端安装在基座17顶端，并且从动齿轮31和扇形齿轮20位于齿轮罩33内部；通过齿轮罩33使扇形齿轮20和从动齿轮31传动稳定性增加，增加使用安装性，提高适应性，降低使用局限性。本装置还包括多个橡胶垫，橡胶垫顶端安装在调节脚32底端；通过多个橡胶垫配合使装置减震效果增加，提高工作稳定性，降低使用局限性。本装置在工作时，首先将工件配合摆放在传送带22顶端，之后通过喷枪1对工件进行喷涂，然后启动摆动电机12通过丝杠13和螺纹套15配合使喷枪1进行横向喷涂摆动，之后通过移动架14对触碰开关16触碰使摆动电机12进行正反转控制，然后启动传送电机29通过扇形齿轮20和从动齿轮31进步配合使传送带22进行稳定输送喷涂即可。本装置安装方式、连接方式或设置方式均为常见机械方式，只要能够达成其有益效果的均可进行实施；本装置的摆动电机12和传送电机29为市面上采购，本行业内技术人员只需按照其附带的使用说明书进行安装和操作即可。应用实施例以喷涂al2o3为例：试样基体为45#钢，尺寸φ25.4x10mm，粘接层：nicr，粉末粒径：15-45μm，涂层厚度：100μm，面层：al2o3粉末粒径：10-30微米，涂层厚度：300μm具体工艺：(1)、除油清洗(2)、喷砂：采用白刚玉，120目，气体压力40mpa，角度15°，ra＝2.5-4.0μm(3)、预热温度100-120℃(4)、惰性气体采用氩气，供给压力：50mpa，流量70l/min(5)、喷涂：氩气流量45l/min，氢气流量：8l/min，功率45kw喷涂距离：9mm，送粉量：30g/min，喷枪移动速度：800mm/s(6)、加工和测量相应参数与大气等离子喷涂和低压(可控气氛)等离子喷涂涂层对比实验大气等离子低压等离子惰性气体保护等离子孔隙率％6.422.7显微硬度hv0.1811908883结合强度mpa25.723.228.9综上所述，经改造后的惰性气体保护的仿气体保护气氛的等离子喷涂方法，结合了大气等离子喷涂和可控气氛等离子喷涂两种喷涂方法的优点，能有效的防止粉末粒子的氧化，又能有效的保证粉末粒子融化时间，增加了焰流和粉末粒子的飞行速度，能做出低孔隙、高密度、高结合强度的涂层。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。当前第1页12