一種超聲等離子噴塗方法
2023-04-23 07:29:16 1
專利名稱：一種超聲等離子噴塗方法
技術領域：
本發明涉及超聲技術在等離子噴塗技術中的應用，屬於金屬表面改性和防護技術領域。
背景技術：
在已有的技術中，有兩項和本發明有關的專利。一項是專利申請號為96203939、授權公告號為2258446的一種超聲焊接機，它包括機架部分、氣動部分、超聲波發生部分、電源部分、程序控制部分。該專利技術採用超聲聚焦探頭實現對塑料的非耦合焊接，只能對聲阻抗大、熔點低的塑料材料進行焊接，對超聲的發生導入和應用與超聲等離子噴塗相比有著不同的機理。另一項是2002年6月26日本申請人提出的申請號為01143444.9，公開號為CN1355081A的名稱為「一種用電弧激發超聲波的方法」的專利，它主要強調普通電弧超聲發生機制，由於等離子噴塗所使用等離子弧產生於噴槍的正負極之間，工件和噴槍之間不導電，因而無法在等離子噴塗中得到應用。
發明內容
根據塗層設計的需要控制塗層氣孔率和塗層結構一直是等離子噴塗技術研究的重點之一。通過超聲對熔融狀態粉末的作用可以有效地影響氣孔的形成，同時可以使結合層的結構發生改變，從而提高塗層的質量。
由於等離子噴塗不可能形成較大的熔池，同時由於等離子弧產生於噴槍的正負極之間，工件與噴嘴之間的等離子焰不能導電，這就限制了傳統的超聲發射方法在等離子熱噴塗技術的應用，也不能像所述CN1355081A專利一樣在工件與噴槍之間導入超聲。
本發明的目的就是要解決上述技術難題，提供一種可控制塗層的氣孔率、提高塗層結合強度的超聲等離子噴塗方法，其特徵在於所述噴塗方法包括以下步驟1)將超聲激勵源與等離子噴塗設備噴槍的正負極並聯連接；2)將超聲激勵源與等離子噴塗直流電源進行電隔離，以防止彼此之間的信號幹擾；3)首先，啟動等離子噴塗設備的水路和電路，進行高頻引弧，並對噴槍進行冷卻；4)然後，打開超聲激勵源，使超聲交變信號與等離子弧激勵信號相耦合產生超聲；5)啟動等離子噴塗設備中的送粉系統，噴塗粉末通過高溫等離子弧時受到加熱，所述超聲作用於等離子體，同時作用於熔融狀的噴塗粉末本身；受熱融化的粉末在高溫高速等離子焰的作用下到達工件表面，擴散凝固形成塗層。
本發明所述超聲激勵源單獨供電，並放置於距離工作檯較近的位置，以縮短與噴槍連接的導線，減少超聲信號的衰減。
本發明所述超聲激勵源產生的超聲交變信號的功率為10瓦～900瓦，頻率為1kHz～9MHz。
本發明首次將超聲等離子弧用於等離子噴塗。利用高頻功率電子開關逆變技術，在等離子噴塗電弧迴路中施加調製信號，對應著調製電流的上升沿和下降沿可分別激發出電弧超聲。超聲的引入提供了紊流較強的等離子射流，因而能保障較好的熱交換和粉末加熱條件。同時由於超聲的機械作用和聲空化效應，熔融狀態的噴塗粉末得到進一步的細化。實驗結果表明，對於應用等離子噴塗技術製備的熱障塗層，超聲的引入有效地改變了陶瓷面層氣孔的數量、大小、形狀和分布，增強了熱障塗層的隔熱和耐腐蝕性能；在一定程度上抑制和改變了金屬結合層的較為明顯的層狀結構，有利於結合強度的提高。
圖1是本發明方法的原理圖。
圖2是本發明所述方法噴塗效果圖。
具體實施例方式
下面結合附圖詳細說明本發明的內容如圖1所示，本發明所述超聲等離子噴塗方法只對現有的等離子噴塗設備進行簡單的組合，不需要做太多的改動。具體步驟如下1)將超聲激勵源與等離子噴塗設備噴槍的正負極並聯連接；超聲激勵源可以單獨供電，放置於距離工作檯較近的位置，以便縮短與噴槍連接的導線，減少超聲信號的衰減。用於激勵電弧產生超聲的超聲激勵源由信號發生電路、功放驅動電路、高速大功率開關管和相應的耦合裝置組成，可以產生頻率在幾千周到一個兆周的交變信號，並且可以對信號的頻率和幅度進行柔性調節。本發明方法中高功率超聲信號的功率為10瓦～900瓦，頻率為1kHz～9MHz。
2)將超聲激勵源與等離子噴塗直流電源進行電隔離，以防止彼此之間的信號幹擾。
3)為了保障線路的安全，首先啟動等離子噴塗設備的水路和電路，進行高頻引弧，並對噴槍進行冷卻；4)然後，打開超聲激勵源，使超聲交變信號與等離子弧激勵信號相耦合產生超聲；5)啟動等離子噴塗設備中的送粉系統，噴塗粉末通過高溫等離子弧時受到加熱，所述超聲作用於等離子體，同時作用於熔融狀的噴塗粉末本身；受熱融化的粉末在高溫高速等離子焰的作用下到達工件表面，擴散凝固形成塗層。
在實驗中，調節功率超聲的功率分別為0W、100W，頻率分別為40kHz、50kHz、80kHz，然後，按本發明所述的超聲等離子噴塗方法進行複合熱障塗層陶瓷面層製備。對噴塗後的試樣進行金相觀察，可以看出相對於沒有加入超聲的普通等離子噴塗試樣1(見圖2A)，加入功率為100W，頻率40kHz、50kHz、80kHz超聲後的複合熱障塗層的陶瓷面層氣孔(黑色)的大小、形狀和數量均發生了不同程度的改變，如圖2B、圖2C和圖2D所示，其中加入50kHz時(圖2C)的效果尤為明顯。同樣在相關研究中觀察到超聲的引入有效地改變了結合層的層狀結構，有利於塗層結合強度的提高。
本發明所述方法可用於熱障塗層、封嚴塗層、耐腐蝕塗層以及金屬基複合材料製備方面。研究結果顯示，超聲表面噴塗技術將從一個全新的角度提高傳統的等離子噴塗的效果，對國家發動機製造及相關領域有重要意義。
權利要求
1.一種超聲等離子噴塗方法，其特徵在於所述噴塗方法包括以下步驟1)將超聲激勵源與等離子噴塗設備噴槍的正負極並聯連接；2)將超聲激勵源與等離子噴塗直流電源進行電隔離，以防止彼此之間的信號幹擾；3)首先，啟動等離子噴塗設備的水路和電路，進行高頻引弧，並對噴槍進行冷卻；4)然後，打開超聲激勵源，使超聲交變信號與等離子弧激勵信號相耦合產生超聲；5)啟動等離子噴塗設備中的送粉系統，噴塗粉末通過高溫等離子弧時受到加熱，所述超聲作用於等離子體，同時作用於熔融狀的噴塗粉末本身；受熱融化的粉末在高溫高速等離子焰的作用下到達工件表面，擴散凝固形成塗層。
2.根據權利要求1所述的超聲等離子噴塗方法，其特徵在於所述超聲激勵源單獨供電，並放置於距離工作檯較近的位置，以縮短與噴槍連接的導線，減少超聲信號的衰減。
3.根據權利要求1所述的超聲等離子噴塗方法，其特徵在於所述超聲激勵源產生的超聲交變信號的功率為10瓦～900瓦，頻率為1kHz～9MHz。
全文摘要
一種超聲等離子噴塗方法，屬於金屬表面改性和防護技術領域。為了控制塗層的氣孔率、提高塗層結合強度，本發明提供了一種超聲等離子噴塗方法，包括以下步驟將超聲激勵源與等離子噴塗設備噴槍的正負極並聯連接；將超聲激勵源與等離子噴塗直流電源進行電隔離；啟動等離子噴塗設備的水路和電路，進行高頻引弧，並對噴槍進行冷卻；打開超聲激勵源，使超聲交變信號與等離子弧激勵信號相耦合產生超聲；啟動等離子噴塗設備中的送粉系統，噴塗粉末通過高溫等離子弧時受到加熱，所述超聲作用於等離子體，同時作用於熔融狀的噴塗粉末本身；受熱融化的粉末在高溫高速等離子焰的作用下到達工件表面，擴散凝固形成塗層。
文檔編號C23C4/00GK1560316SQ200410008468
公開日2005年1月5日 申請日期2004年3月12日 優先權日2004年3月12日
發明者吳敏生, 李路明, 張華堂, 文雄偉, 陸誌慶, 張雁軍, 何龍標 申請人:清華大學