一種噴射及噴涂法制備復(fù)合金屬材料裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種噴射及噴涂法制備復(fù)合金屬材料的裝置，包括沉積基板(1)，在沉積基板(1)的上方設(shè)有金屬熔融設(shè)備(2)和噴涂設(shè)備(3)，在金屬熔融設(shè)備(2)的底部裝有導(dǎo)液管(4)，在導(dǎo)液管(4)的外圍裝有霧化噴嘴(5)；噴涂設(shè)備(3)的尾部設(shè)有兩個(gè)獨(dú)立的壓縮空氣進(jìn)氣口，一個(gè)通過管道經(jīng)送粉器(6)與貯氣罐(7)相連，另一個(gè)通過管道經(jīng)氣體控制閥(8)與貯氣罐(7)相連；沉積基板(1)、霧化噴嘴(5)、送粉器(6)、貯氣罐(7)和氣體控制閥(8)分別與自動(dòng)控制器(9)連接。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便，成本低，適合大規(guī)模輸出應(yīng)用和批量化生產(chǎn)，具有良好推廣應(yīng)用前景。
【專利說明】一種噴射及噴涂法制備復(fù)合金屬材料裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種金屬復(fù)合材料的制備裝置，特別是一種采用噴射及噴涂法制備復(fù)合金屬材料的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]復(fù)合材料是由基體材料和復(fù)合材料人工用特殊的方法復(fù)合而成，它充分發(fā)揮了材料各自的物理化學(xué)性能，形成綜合性能優(yōu)異的新型材料，是當(dāng)今材料領(lǐng)域發(fā)展最快、應(yīng)用前景最廣的新學(xué)科，世界各地都把復(fù)合材料的發(fā)展列為重點(diǎn)規(guī)劃。人們?cè)趯?duì)復(fù)合材料的研究過程中，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到復(fù)合材料的關(guān)鍵是基體材料與復(fù)層材料之間的界面結(jié)合問題。要達(dá)到結(jié)合強(qiáng)度好、復(fù)層牢固的技術(shù)要求，除必要的大變形量外，還必須有足夠的復(fù)合界面。原有復(fù)合板帶的生產(chǎn)方法大體有以下幾種類型:1、焊接軋制法:將接觸面清理干凈的不銹鋼板和低碳鋼板各一塊合在一起，再把四周接觸處焊合，然后經(jīng)加熱爐加熱再軋制的方法，或?qū)⒌吞间摪逵貌讳P鋼焊條、焊絲堆焊一定厚度，再經(jīng)加熱爐加熱后軋制。2、爆炸焊接法:即把兩塊不同金屬板的接觸面清理干凈合在一起，加熱后放在特制裝置內(nèi)，采用爆炸工藝將接觸面焊合，在經(jīng)加熱爐加熱后軋制。3、離心澆注法:即把低碳鋼水先注入離心澆注機(jī)，待其冷卻成固熔狀態(tài)時(shí)，再將不銹鋼水注入離心澆注圈內(nèi)圈，完全凝固成環(huán)狀復(fù)合板帶坯時(shí)取出，經(jīng)矯直機(jī)矯直后送入加熱爐加熱再軋制。
[0003]冷氣動(dòng)力噴涂技術(shù)是以高壓壓縮氣體為動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)微小金屬顆粒高速撞擊基體材料表面，當(dāng)噴涂粒子的速度超過一定的速度后，噴涂顆粒在材料表面發(fā)生強(qiáng)烈塑性變形而發(fā)生粘接，在基體材料表面形成涂層。在冷氣動(dòng)力噴涂技術(shù)中，氣體的溫度一般小于850K，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于噴涂材料的熔點(diǎn)，噴涂顆粒是在固態(tài)下發(fā)生粘接。因此，冷氣動(dòng)力噴涂技術(shù)具有其他熱噴涂技術(shù)所不具備獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)1，例如，對(duì)基板的熱輸入小，對(duì)基板的結(jié)構(gòu)無影響；噴涂粒子以固態(tài)粘接，結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，適合于制備納米及非晶結(jié)構(gòu)、金屬間化合物等溫度敏感材料和相變敏感材料涂層；噴涂過程中無氧化發(fā)生，適合于對(duì)氧敏感的還原性金屬的噴涂。但是，正是由于冷氣動(dòng)力噴涂完全依靠速度的獨(dú)特工藝特征，也導(dǎo)致冷氣動(dòng)力噴涂技術(shù)自身存在一個(gè)非常大的缺點(diǎn)，即噴涂粒子粘接所需要的臨界速度非常高，通常達(dá)到600m/s以上，另外由于高速氣流的冷卻作用，也使粒子與基板粘接在更低的溫度下進(jìn)行，增加了粘接的難度。尤其是在噴涂?jī)煞N性能差別較大或者是熔點(diǎn)高的材料時(shí)，粘接的難度更加顯著。因此亟需要解決冷氣動(dòng)力噴涂工藝中的粘接問題，目前通常的方法是將驅(qū)動(dòng)氣體或噴涂的粒子進(jìn)行加熱，一方面提聞氣流的速度從而提聞粒子的速度以超過臨界速度，另一方面提聞粒子的溫度增加粒子的變形能力，例如專利US2006027687采用微波加熱噴涂粒子。但是提高高壓壓縮氣體的溫度對(duì)設(shè)備設(shè)計(jì)及材料都提出了非常高的技術(shù)要求，安全性難以保證。而提高粒子的溫度易發(fā)生粘喉現(xiàn)象，同時(shí)容易引起噴涂粒子組織發(fā)生晶粒長(zhǎng)、相變等變化，影響涂層的性能，而且輻射加熱效率低，并且會(huì)被高速氣流的冷卻作用迅速降溫；微波加熱會(huì)被金屬粒子反射，影響實(shí)際加熱效果。實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種噴射及噴涂法制備復(fù)合金屬材料的裝置，提高復(fù)合金屬面的強(qiáng)度和粘結(jié)效率，從而克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種噴射及噴涂法制備復(fù)合金屬材料的裝置，包括沉積基板，在沉積基板的上方分別設(shè)有金屬熔融設(shè)備和噴涂設(shè)備，在金屬熔融設(shè)備的底部裝有導(dǎo)液管，在導(dǎo)液管的外圍裝有霧化噴嘴；噴涂設(shè)備位于金屬熔融設(shè)備的一側(cè)，噴涂設(shè)備的尾部設(shè)有兩個(gè)獨(dú)立的壓縮空氣進(jìn)氣口，一個(gè)通過管道經(jīng)送粉器與貯氣罐相連，另一個(gè)通過管道經(jīng)氣體控制閥與貯氣罐相連；沉積基板、霧化噴嘴、送粉器、貯氣罐和氣體控制閥分別與自動(dòng)控制器連接。
[0007]上述的噴射及噴涂法制備復(fù)合金屬材料的裝置中，所述的金屬熔融設(shè)備是坩堝，噴涂設(shè)備是噴槍，該噴槍的噴嘴為超音速噴嘴。
[0008]本實(shí)用新型的有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于:
[0009](I)、同時(shí)布置了金屬霧化噴射裝置和冷氣動(dòng)力噴涂裝置，沉積基板在噴射金屬沉積后，由于金屬沉積層具有較高的溫度，金屬沉積層的硬度大大降低，當(dāng)復(fù)合金屬顆粒高速?zèng)_擊至金屬沉積層上時(shí)，發(fā)生了強(qiáng)烈的嵌入現(xiàn)象，復(fù)合金屬顆粒嵌入金屬沉積層，形成較好的冶金結(jié)合層，極大地提高了復(fù)合層界面的強(qiáng)度和復(fù)合金屬的粘結(jié)效率。
[0010](2)沉積基板在噴射金屬沉積后，沉積層金屬的致密度較低，通過后續(xù)的高壓氣體攜帶金屬粉末顆粒的高速撞擊，使得沉積層金屬界面的致密度顯著提高，從而極大地改善了沉積層金屬的性能。
[0011](3)以往的冷氣動(dòng)力噴涂技術(shù)需要通過增加噴涂氣體的壓力和沉積基板的溫度達(dá)到增強(qiáng)粘結(jié)效果和強(qiáng)度的目的，本實(shí)用新型通過噴射金屬后直接加冷氣動(dòng)力噴涂，可以利用噴射金屬的溫度，無需增加噴涂氣體的壓力和沉積基板的溫度，不但節(jié)約了能源，降低了成本，而且降低了對(duì)設(shè)備設(shè)計(jì)及材料的技術(shù)要求，安全性得到了保證。
[0012](4)本實(shí)用新型在前期金屬噴射霧化過程中形成的疏松和氣泡，在后續(xù)冷氣動(dòng)力噴涂過程中通過高壓氣體攜帶金屬粉末顆粒的高速撞擊實(shí)現(xiàn)了填充和改善，在某種程度上改善了沉積金屬的質(zhì)量。
[0013]本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便，成本低，可以進(jìn)行大規(guī)模輸出應(yīng)用和批量化生產(chǎn)，具有良好的推廣應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。

【具體實(shí)施方式】
[0016]如圖1所示，本實(shí)用新型的裝置包括用于接收噴射霧化金屬用的沉積基板1，在沉積基板I的上方分別設(shè)有金屬熔融設(shè)備2和噴涂設(shè)備3，本例中的金屬熔融設(shè)備2采用坩堝，噴涂設(shè)備3采用噴槍，噴槍的噴嘴設(shè)計(jì)為超音速拉瓦爾噴嘴。在坩堝的底部裝有導(dǎo)液管4，在導(dǎo)液管4的外圍裝有若干霧化噴嘴5 ;噴槍位于坩堝的一側(cè)，噴槍的尾部設(shè)有兩個(gè)獨(dú)立的壓縮空氣進(jìn)氣口，一個(gè)通過管道經(jīng)送粉器6與貯氣罐7相連，另一個(gè)通過管道經(jīng)氣體控制閥8與貯氣罐7相連；沉積基板1、霧化噴嘴5、送粉器6、貯氣罐7和氣體控制閥8分別與自動(dòng)控制器9連接，通過自動(dòng)控制器9對(duì)沉積基板1、霧化噴嘴5、送粉器6、貯氣罐7和氣體控制閥8等進(jìn)行自動(dòng)控制。
[0017]工作原理:金屬在作為金屬熔融設(shè)備2的坩堝中熔融形成金屬液10后，通過導(dǎo)液管4向下流出，在流出的過程中，受到安裝在導(dǎo)液管4外圍的霧化噴嘴5的噴射霧化，形成細(xì)小的金屬霧化液滴11，金屬霧化液滴11以較高的速度噴射至沉積基板I上，由于高速撞擊和快冷的作用，金屬液10發(fā)生瞬間凝固，形成金屬沉積層12，隨著沉積基板I不停地運(yùn)動(dòng)，金屬沉積層12不斷的堆積在沉積基板I上。貯氣罐7提供高壓驅(qū)動(dòng)氣體和復(fù)合金屬粉末顆粒的載氣，根據(jù)不同情況，高壓驅(qū)動(dòng)氣體的壓力控制在1.5-5MPa，送粉器6中裝有需復(fù)合的金屬粉末顆粒，其平均粒徑控制在20-80 μ m,載氣經(jīng)送粉器6后攜帶需復(fù)合的金屬粉末顆粒進(jìn)入作為噴涂設(shè)備3的噴槍中，驅(qū)動(dòng)氣體經(jīng)氣體控制閥8后同樣進(jìn)入作為噴涂設(shè)備3的噴槍中，在噴槍中驅(qū)動(dòng)氣體與需復(fù)合的金屬粉末顆粒13相互作用，將需復(fù)合的金屬粉末顆粒的速度加速到超音速以上，通過噴槍的超音速噴嘴噴出超音速氣固雙相，作用于金屬沉積層12上形成復(fù)合粘結(jié)層14。
[0018]實(shí)施例1。在沉積基板上方布置坩堝和噴槍。起初，沉積基板以lOmm/s的速度由右向左運(yùn)動(dòng)，噴射霧化金屬為普碳鋼，金屬霧化溫度為1600°C，霧化噴射形成的金屬沉積層厚度為12mm,金屬霧化壓力1.5MPa。金屬沉積層形成后,沉積基板運(yùn)動(dòng)至噴槍下方,復(fù)合金屬為低碳鋼，復(fù)合金屬顆粒的平均粒徑為50 μ m，噴涂前金屬沉積層的溫度為900°C左右，噴槍內(nèi)高壓壓縮氣體的壓力控制在2.0MPa，復(fù)合粘結(jié)層的厚度為3mm。
[0019]實(shí)施例2。在沉積基板上方布置坩堝和噴槍起初，沉積基板以12mm/s的速度由右向左運(yùn)動(dòng)，噴射霧化金屬為普碳鋼，金屬霧化溫度為1590°C，霧化噴射形成的金屬沉積層厚度為1mm,金屬霧化壓力為1.2MPa。金屬沉積層形成后,沉積基板運(yùn)動(dòng)至噴槍下方,復(fù)合金屬為低碳鋼，復(fù)合金屬顆粒的平均粒徑為60 μ m,噴涂前金屬沉積層的溫度為1000°C左右，噴槍內(nèi)高壓壓縮氣體的壓力控制在1.8MPa，復(fù)合粘結(jié)層的的厚度為2mm。
[0020]實(shí)施例3。在沉積基板上方布置坩堝和噴槍。起初，沉積基板以13mm/s的速度由右向左運(yùn)動(dòng)，噴射霧化金屬為普碳鋼，金屬霧化溫度為1620°C，霧化噴射形成的金屬沉積層厚度為15mm,金屬霧化壓力為1.0MPa。金屬沉積層形成后,沉積基板運(yùn)動(dòng)至噴槍下方,復(fù)合金屬為低碳鋼，復(fù)合金屬顆粒的平均粒徑為70 μ m，噴涂前金屬沉積層的金屬溫度為950°C左右，噴槍內(nèi)高壓壓縮氣體的壓力控制在1.5MPa，復(fù)合粘結(jié)層的厚度為1.5_。
[0021]本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于上述實(shí)施例，在不脫離本實(shí)用新型宗旨的前提下做出的各種變化均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種噴射及噴涂法制備復(fù)合金屬材料的裝置，包括沉積基板(I)，其特征在于:在沉積基板(I)的上方設(shè)有金屬熔融設(shè)備(2)和噴涂設(shè)備(3)，在金屬熔融設(shè)備(2)的底部裝有導(dǎo)液管(4)，在導(dǎo)液管(4)的外圍裝有霧化噴嘴(5);噴涂設(shè)備(3)位于金屬熔融設(shè)備(2)的一側(cè)，噴涂設(shè)備(3)的尾部設(shè)有兩個(gè)獨(dú)立的壓縮空氣進(jìn)氣口，一個(gè)通過管道經(jīng)送粉器(6)與貯氣罐(7)相連，另一個(gè)通過管道經(jīng)氣體控制閥⑶與貯氣罐(7)相連；沉積基板(I)、霧化噴嘴(5)、送粉器(6)、貯氣罐(7)和氣體控制閥(8)分別與自動(dòng)控制器(9)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射及噴涂法制備復(fù)合金屬材料的裝置，其特征在于:所述的金屬熔融設(shè)備( 2)是坩堝，噴涂設(shè)備(3)是噴槍，噴槍的噴嘴為超音速噴嘴。
【文檔編號(hào)】C23C4/12GK203960316SQ201420397534
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月12日
【發(fā)明者】盧玉鋒, 劉艷春, 盧尚工 申請(qǐng)人:盧玉鋒