改進的冷氣動力噴塗法的製作方法

2023-05-11 01:40:56 3

專利名稱：改進的冷氣動力噴塗法的製作方法
技術領域：
本發明提供對冷氣動力噴塗法的改進，是噴塗法中使用後的廢載氣進行提純。更具體而言，本發明是使用陶瓷濾器對冷氣動力噴塗法中的用後載氣進行提純並循環返回之。
可採用多種方法塗覆金屬表面。這些方法隨塗料種類和其塗覆目的是用於裝飾還是用於提供耐蝕性能而不同。一種方法是冷體動力噴塗，是向需塗覆的基材上高速噴射細粉。撞擊時，通常是金屬的細小顆粒在基材上塑性變形，形成金屬鍵。這是一種「無熱」法，不同於一些競爭性的方法如熱噴塗、等離子體噴塗和電鍍，這些方法都需要熱量和/或危險的化學品，因此限制了應用。
原則上，冷氣動態噴塗法依據的是動能金屬噴塗(KEM)的原理，使用顆粒直徑為1-55微米的粉末。這種方法與使用直徑為50-200微米顆粒的其它熱法不同。較大的顆粒會從基材上彈出，而不是塑性變形形成金屬鍵。
通常使用氦氣作為負載顆粒的介質，因為氦氣具有高的聲速，能達到形成金屬鍵所需的顆粒速度。這種方法一般在150-300psig下操作，並可高達500psig。當顆粒粒度為1-50微米時，氦氣流量在150-200Scfm範圍，粉末流量為5-15kg/hr。固體最大流量不能超過氦氣流量的20％。這樣就產生約25-40％的沉積效率，沉積效率為沉積量與送入該系統粉末量之比。
這種方法在離開溫度為100-400℃之間的噴塗室時，產生不純的氦氣流。這種氦氣一般送入滌氣器，然後排放到大氣中。然而，本發明人發現一個方法，使用過的氦氣經過潔淨，返回用於噴塗室。這樣可提高效率，並由於降低該方法中使用的氦氣量而節約成本。
本發明提供一種改進的冷氣動態噴塗法，其改進包括將使用後含有顆粒的載氣送入一高溫陶瓷濾器。陶瓷濾器將廢載氣和顆粒分離，用氣體分析儀測定載氣的純度。如果載氣滿足純度要求，將其循環返回到粉末儲器混合設備，不需進一步處理，就可以送入噴塗室。
如果載氣純度對噴塗尚不夠，有一多閥設備使載氣通過一個熱交換器，然後到一氣體提純裝置如壓力迴轉吸附系統或膜系統，將載氣與氧、氮、水分和其它惰性氣體分開。
本發明提供一種改進的冷氣動力噴塗法，包括將含細小直徑顆粒的載氣噴射到在噴霧室中的基材上，對該基材進行噴塗，其改進包括從噴塗室除去含顆粒的載氣；使該載氣通入一個陶瓷濾器；從陶瓷濾器分別排出不含顆粒的載氣和顆粒；分析不含顆粒載氣的純度，然後將該氣體送入多閥設備。
在氣體分析儀中分析不含顆粒的載氣，然後將其送到多閥設備。根據氣體的純度，可返回到噴塗室再次使用，或送入氣體提純裝置。可以操縱多閥設備，使惰性氣體從其排入大氣，而載氣送入噴塗室或氣體提純裝置。
現參見附圖，

圖1是氣體動力噴塗法和載氣回收操作10的示意圖。該方法從粉末儲器/進料器/混合室20開始，在此粉末和氣體混合在一起。代表性的金屬粉末包括鋁、鋅、銅、鎳、鈦、鐵、釩和鈷。將粉末氣體混合物通過噴嘴21送入到噴塗室25施加到基材(圖1中未示出)中。含未沉積顆粒的廢氣通過管道26從該室排出。一般，進入該室的氣體流量為1500-200Scfm，其中顆粒量為5-15kg/hr。該過程在150-300psig下操作。離開噴塗室的氣體溫度為100-400℃。
為本發明目的，載氣可包括氦、氮、氬、氫、氧、水蒸氣、空氣和它們的混合物。較好的是氦。
管道26將廢氣/顆粒混合物輸送到高溫陶瓷濾器30中。高溫陶瓷濾器是一種整體陶瓷微孔膜組件如Ceramem Corporation of Waltham,MA銷售的那種。這種膜組件可通過在大直徑陶瓷整塊載體上塗布一層或多層膜製得。這些膜塗層有約50至1.3微米的孔徑，用於微過濾和超濾。
由Corning Inc.製造各種構型的整塊載體。各整塊載體含有許多通道，它們從內端面延伸到外端面。通道的截面可以是圓形、正方形或三角形，通道密度為25-400個/英寸2。這種蜂窩載體的孔隙度約為30-50％，其平均孔徑範圍4-50微米，有較寬的孔徑分布。這種陶瓷膜能承受高達1000℃的操作溫度和在適當設計的壓力容器中承受超過300psig的壓力。
應用於本發明，為氣體過濾目的，這種膜組件可作為閉端的濾器進行操作。具體是用高溫無機膠結材料，堵塞在陶瓷塊的上端面某些通道，來改進陶瓷塊結構。在陶瓷塊上端面敞開的通道，在其下端面被堵塞。含有顆粒的氣體局限於通過多孔通道壁，在陶瓷塊的通道壁上和通道壁內過濾。
操作中，含顆粒氣體流入塗覆了膜的通道。在膜表面收集顆粒，過濾後的氣體經下端通道從該組件排出。以合適的間隔，通過反衝操作清潔該濾器，排出收集的顆粒。由於陶瓷濾器需要「反衝」來清除這些孔，可使用多個濾器，為的是進行連續操作，一個或多個濾器處於使用中，而其餘的濾器處於「反衝」再生。本發明的實施中，某些量經提純的氣體離開氣體提純裝置後，可用於衝掃陶瓷濾器。
從氣體除去的顆粒位於陶瓷膜底部，在該處有個顆粒進料器32如螺杆機構或擠出裝置，通過管道32將顆粒返回在噴塗操作中再使用。清除去顆粒的載氣離開陶瓷膜，通過管道33至氣體分析儀35。
載氣經管道36離開氣體分析儀至多閥設備40。對本發明目的，「多閥設備」指的是包括多通道閥和多閥。如果氣體分析儀測定該氣體具備足夠的純度，操縱多閥設備使氣體通過管道56排放到閥57，進入管道58，氣體被返回到混合室20，再次用於冷氣動力噴塗過程。
任何惰性氣體都可以經管道41通過多閥設備放空。如果載氣仍含有雜質，氣態的雜質或顆粒，它將經管道42離開多閥設備，通過熱交換器，冷卻下來。冷卻後的氣體經管道46從熱交換器通到氣體提純裝置50。
當至少一種氣態雜質是空氣時，較好的氣體提純法是使用氮選擇性和氧選擇性的吸附劑的壓力迴轉吸附(PSA)。常用的吸附劑是沸石分子篩，包括例如13X、CaX、4A、5A等。壓力迴轉吸附過程的一個循環包括吸附步驟、均衡-減壓步驟、反流減壓步驟、均衡-減壓步驟和重新加壓步驟。
進行壓力迴轉吸附時，宜在包括兩個或更多個平行操作和異相操作的吸附容器的吸附系統中進行。當送入吸附系統的進氣包括來自兩個或多個噴塗室的氣流時，這種裝置特別有用。
本發明另一個實施方案中，兩個或更多個噴塗室以間歇方式異相操作，從而對吸附系統產生不同流量的進氣。這一實施方案中，當以較小流量產生進氣時吸附步驟時間宜延長，而當以較大流量產生進氣時宜減小。根據出PSA系統的未吸附氣體產物的純度變化，宜對吸附步驟的時間進行調節。
另一個較好的實施方案中，是在包括四個90℃異相操作的吸附容器的吸附系統中進行氣體提純。這個方案中，當一個容器處於吸附步驟，一個容器處於均衡-減壓步驟，一個容器處於均衡加壓步驟，還有一個容器處於重新加壓步驟，此時宜延長吸附步驟的時間。重新加壓步驟包括以該方法吸附步驟產生的產物氣流、進氣氣流或它們的組合對該容器進行重新加壓。
通過本發明方法可從載氣除去的氣體即N2、O2和水汽通過管道51從氣體提純裝置排出到放氣口。經提純的氣體離開提純裝置經管道54到閥52，通過管道53返回到陶瓷塊，對其進行反衝潔淨，或通過管道55到閥57。也可以在閥57之前的管道55上安裝一個加熱裝置(未示出)，在氣體通過管道58返回氣體混合裝置20之前，對其進行適當加熱。
已經根據具體的一些實施方案描述了本發明，對於本領域的技術人員，本發明的許多其它形式和修改是顯而易見的。權利要求書和本發明一般應覆蓋在本發明精神和範圍之內的所有這些形式和修改。
權利要求
1．一種改進的冷氣動力噴塗法，該方法包括將含細小直徑顆粒的載氣噴射到在噴塗室的一基材上，對所述基材進行塗覆，其改進包括下列步驟從所述室除去含顆粒的載氣；將所述氣體送入陶瓷濾器，使所述氣體和所述顆粒分離；從所述陶瓷濾器分別除去不含顆粒的載氣和所述的顆粒；分析所述不含顆粒的載氣的純度；將所述不含顆粒的載氣送入多閥設備。
2．如權利要求1所述的方法，其特徵在於將所述顆粒返回到所述噴塗室。
3．如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述不含顆粒的載氣中含有氧、氮和水分。
4．如權利要求3所述的方法，其特徵在於所述多閥設備是根據所述不含顆粒的載氣的純度進行操作。
5．如權利要求4所述的方法，其特徵在於所述不含顆粒的載氣從所述多閥設備送入所述噴塗室。
6．如權利要求4所述的方法，其特徵在於所述不含顆粒的載氣從所述多閥設備送入提純裝置。
7．如權利要求5所述的方法，其特徵在於所述方法包括操縱所述多閥設備，從所述經提純的載氣排放其它氣體。
8．如權利要求6所述的方法，其特徵在於將所述經提純的不含顆粒的載氣返回到所述噴塗室。
9．如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述陶瓷濾器是一種整體陶瓷微孔膜組件。
10．如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述載氣選自氦、氮、氬、氫、氧、水蒸氣、空氣或它們的混合物。
全文摘要
本發明提供一種改進的使用載氣和細小直徑顆粒的冷氣動力噴塗法,將用過的含顆粒的載氣送入陶瓷濾器組件,分離出顆粒,分析不含顆粒的載氣,將其返回到噴塗過程或其它氣體提純系統。
文檔編號B05D3/00GK1324698SQ0111727
公開日2001年12月5日 申請日期2001年4月29日 優先權日2000年5月2日
發明者W·季, A·I·雪莉, M·J·麥克高恩, D·A·摩根 申請人:波克股份有限公司