CN101767080A - 一种金属与塑料粉末混合制备涂层的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属复合涂层的制备技术，具体地说就是一种金属与塑料粉末混合制备涂层的方法及装置。该方法是采用气体动力喷涂技术，使用金属粉末与塑料混合，压缩气体一部分通过送粉器携带粉末在超音速喷嘴的进气口与经过加热器预热的气体混合后通过喷嘴成为气-固双相流，气-固双相流中的固体颗粒喷射到工件表面，发生严重的塑性变形沉积于工件表面，后继的高动能颗粒重复这一过程而形成合金或涂层，该方法简单、成本低、效率高，可以制备复合涂层。该装置设有与进气管相连的高压气源、加热器、送粉器、超音速喷嘴，所述连接高压气源的进气管分别经送粉器和加热器与超音速喷嘴相连接，该装置结构简单、实用。
Description
技术领域
本发明涉及金属复合涂层的制备技术，具体地说就是一种金属与塑料粉末混合制备涂层的方法及装置。
背景技术
在现有的技术中，制备涂层的方法很多，制备的涂层包括：金属涂层、陶瓷涂层、金属陶瓷复合涂层、塑料涂层等等。而制备金属和塑料复合涂层的方法还未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属与塑料粉末混合制备复合涂层的方法及其专用装置，该方法可以制备不同组分比例的复合涂层，并且涂层中金属与塑料均匀分布，可以在多种材质基材上直接制备涂层，且厚度不受限制；该装置结构简单、操作方便。
为实现上述目的，本发明的技术方案：
一种金属与塑料粉末混合制备涂层的方法，采用气体动力喷涂技术，使用金属粉末和塑料粉末混合；气源压缩气体分两路，一路进入送粉器，作为载体将粉末引入超音速喷嘴；另一路进入加热器，气体经过预热后进入超音速喷嘴，在超音速喷嘴的进气口，两路气体在进气口混合形成气-固双相流，双相流在超音速喷嘴的收缩部分加速至音速，而后通过喉部在超音速喷嘴的扩张部分继续膨胀加速，双相流在喷嘴的出口处达到超音速，气-固双相流向基材喷射，将粉末沉积在基材表面，形成金属粉末和塑料粉末两相均匀弥散分布的涂层；其工艺参数为：喷射距离5～50mm；气体压强0.5～5.0MPa；两路压缩气体中，进入送粉器的气体温度为室温，进入加热器加热后的气体温度为高于室温至300℃，两路压缩气体的气流流量为10～30g/s，金属粉末或塑料粉末的粒度为1～300μm。
上述工艺参数中，优选范围如下：喷射距离15～45mm；气体压强1～3MPa；两路压缩气体中，进入送粉器的气体温度为室温，进入加热器加热后的气体温度为100～260℃，两路压缩气体的气流流量为15～25g/s，金属粉末或塑料粉末的粒度为10～50μm。
所用粉末为纯的金属或合金粉末与塑料粉末采用机械混合的方式混合而成。
所述纯的金属粉末为Al、Sn或Cu粉末，合金粉末为不锈钢或黄铜粉末。
所述塑料粉末为聚苯硫醚、聚四氟、氟4-6或聚酰亚胺粉末。
所述气体为空气、氮气或者氦气。
本发明中，金属粉末与塑料粉末的重量比例可以为任意比例混合，金属粉末与塑料粉末的优选重量比例为(1～50)∶(1～50)。
一种金属与塑料粉末混合制备涂层的方法所用装置，该装置设有与进气管相连的高压气源、加热器、送粉器、超音速喷嘴，所述连接高压气源的进气管分别经送粉器和加热器与超音速喷嘴相连接，置于加热器中的管路部分为螺旋形结构。
本发明中，超音速喷嘴由收缩段、喉部和扩张段三部分组成，喷嘴进气口的截面积、喉部、出气口的截面积必须符合一定的比例，以保证压缩气体通过喷嘴之后能够达到超音速。本发明超音速喷嘴采用已经公开的专利申请，该专利申请的发明名称为冷气动力喷涂装置，申请号为01128130.8，公开号为CN1403210A。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：
1.本发明采用气体动力喷涂技术，仅通过机械均匀混合粉末，就可利用高速气流将金属和塑料粉末直接喷涂于工件表面，通过控制喷涂角度等参数，使粉末沉积在工件上形成均匀弥散分布的新型复合涂层，能够实现低温高速沉积金属和塑料粉末形成复合涂层，改变了传统的制备方法必须先加热到熔化状态的做法。
2.本发明能够在多种材料表面直接制备金属和塑料粉末混合的复合涂层，例如，制备封严涂层和耐腐蚀涂层等。
3.本发明可以采用金属和塑料粉末机械混合均匀，不需要粉末的包覆处理作为原料，因此可以方便的制备任意元素比例的复合涂层，也就是说金属粉末和塑料粉末含量可以为任意值，解决了传统方法在某些元素含量上受限制的问题。
4.本发明所述制备金属和塑料粉末的复合涂层过程，可以在低于熔点甚至可以在室温下进行，避免了某些塑料材料的分解产生有害气体和低熔点金属Pb的挥发，更加符合环保要求。
5.本发明所述方法制备的金属和塑料粉末复合涂层具有组成相分布均匀，显微组织细小的优点。
6、本发明方法简单、成本低、效率高，可以制备多种复合涂层其专用装置结构简单、实用，操作方便。
7、本发明所用粉末为金属粉末和塑料粉末混合，这些粉末体系包括：低熔点的金属粉末(Al，Sn，Zn或Pb等)与塑料(聚苯硫醚，聚四氟，氟4-6或聚酰亚胺等)粉末等作为弥散相元素，组成封严或耐腐蚀的结构，以提高材料的自耗能力或耐腐蚀能力。
附图说明
图1为本发明装置示意图。图中，1进气管；2送粉器；3加热器；4超音速喷嘴；5基材；6气体控制器。
图2为实施例1涂层SEM显微组织。
具体实施方式
如图1所示，金属和塑料粉末混合制备复合涂层的方法的专用装置，具有与进气管1相连的高压气源、送粉器2、加热器3、超音速喷嘴4、气体控制器6等，连接高压气源的进气管1与气体控制器6连接，气体控制器6分别与送粉器2和加热器3通过管路连接，送粉器2和加热器3分别通过管路与超音速喷嘴4相连接，置于加热器3中的管路部分为螺旋形结构，基材5与超音速喷嘴4出口相对。
本发明采用气体动力喷涂技术，使用机械均匀混合金属粉末与塑料粉末，高压气体经进气管1进入送粉器2和加热器3，进入送粉器2的部分气体通过送粉器携带粉末在超音速喷嘴的入口处与经过加热器3的预热气体混合成为气-固双相流，气-固双相流在超音速喷嘴中经过加速过程，双相流在喷嘴的出口处达到超音速状态。双相流中的金属颗粒具有很高的动能，在与基材表面发生撞击的过程中发生严重的塑性变形粘接于基材表面，后继的高动能颗粒重复这一过程而形成合金或涂层。从而，利用高速气流将粉末沉积在基材表面，形成均匀弥散的复合涂层。
实施例1
本实施例制备的金属和塑料粉末制备复合涂层为防腐涂层Al-聚四氟体系，所用粉末为Al和聚四氟混合粉末，Al和聚四氟的重量比例为3∶1，基材为铝合金。喷涂工艺参数如下：喷射距离40mm；气体压强1.8MPa；两路压缩气体中，进入送粉器的气体温度为室温，进入加热器加热后的气体温度为200℃；两路压缩气体的气流流量为30g/s；金属或塑料粉末平均粒度为5微米。结果得到了Al-聚四氟涂层，经扫描电镜观察，Al-聚四氟两相分布均匀，无偏聚现象出现，见图2。
实施例2
与实施例1不同之处是：
本实施例制备的金属和塑料复合涂层为封严涂层Pb-聚苯硫醚粉末体系，45号钢作为基体，所用涂层材料为Pb和聚苯硫醚粉末，Pb和聚苯硫醚的重量比例为2∶1，喷涂工艺参数如下：喷射距离20mm；气体压强2.0MPa；两路压缩气体中，进入送粉器的气体温度为室温，进入加热器加热后的气体温度为180℃；两路压缩气体的气流流量为30g/s；金属或塑料粉末平均粒度为50微米。结果得到了Pb和聚苯硫醚涂层，经扫描电镜观察，Pb和聚苯硫醚涂层两相分布均匀，结构致密。
实施例3
与实施例1不同之处是：
本实施例制备的金属和塑料复合涂层为封严涂层Sn-聚酰亚胺体系，所用粉末为纯铝和聚酰亚胺的混合粉末，纯铝和聚酰亚胺的重量比例为10∶1，基材为铜合金。喷涂工艺参数如下：喷射距离10mm；气体压强1.9MPa；两路压缩气体中，进入送粉器的气体温度为室温，进入加热器加热后的气体温度为240℃；两路压缩气体的气流流量为15g/s；金属或塑料粉末粒度为5～50微米。结果得到了Sn-聚酰亚胺涂层，经扫描电镜观察，Sn-聚酰亚胺两相分布均匀，无偏聚现象出现。
实施例4
与实施例1不同之处是：
本实施例制备的金属和塑料复合涂层为Zn-氟4-6体系，所用粉末为Zn和氟4-6的混合粉末，Zn和氟4-6的重量比例为6∶1，基材为镁合金。喷涂工艺参数如下：喷射距离15mm；气体压强3.0MPa；两路压缩气体中，进入送粉器的气体温度为室温，进入加热器加热后的气体温度为130℃；两路压缩气体的气流流量为20g/s；金属或塑料粉末平均粒度为50微米。结果得到了Zn-氟4-6涂层，经扫描电镜观察，Zn-氟4-6两相分布均匀，无偏聚现象出现。
实施例结果表明，本发明通过使用金属与塑料混合粉末制备涂层。该复合涂层在以下几个方面有着广泛的应用前景。
1.低温封严涂层是该涂层最有应用前景领域，这类材料通常由两相组成，其中金属颗粒承受载荷，较软的非金属相作为减磨材料均匀分布于基体中，这类材料的应用范围很广泛，如航空发动机的封严部件，汽车发动机等等。
2.在复合涂层中，含有诸如Al、Zn等金属的一种作为基体，聚苯硫醚、聚四氟、氟4-6、聚酰亚胺等作为复合元素，组成致密的涂层体系，能大幅度的提高涂层的抗腐蚀能力，增加涂层的强度，提高涂层的结合力。
此外，低熔点金属和塑料粉末制备复合涂层还渴望在其它诸多方面获得广泛的应用。
Claims (6)
1.一种金属与塑料粉末混合制备涂层的方法，其特征在于：采用气体动力喷涂技术，使用金属粉末和塑料粉末混合；气源压缩气体分两路，一路进入送粉器，作为载体将粉末引入超音速喷嘴；另一路进入加热器，气体经过预热后进入超音速喷嘴，在超音速喷嘴的进气口，两路气体在进气口混合形成气-固双相流，双相流在超音速喷嘴的收缩部分加速至音速，而后通过喉部在超音速喷嘴的扩张部分继续膨胀加速，双相流在喷嘴的出口处达到超音速，气-固双相流向基材喷射，将粉末沉积在基材表面，形成金属粉末和塑料粉末两相均匀弥散分布的涂层；其工艺参数为：喷射距离5～50mm；气体压强0.5～5.0MPa；两路压缩气体中，进入送粉器的气体温度为室温，进入加热器加热后的气体温度为室温至300℃，两路压缩气体的气流流量为10～30g/s，金属粉末或塑料粉末的粒度为1～300μm。
2.按照权利要求1所述复合涂层的制备方法，其特征在于：所用金属粉末为纯的金属或合金粉末与塑料粉末采用机械混合的方式混合而成。
3.按照权利要求1所述金属与塑料粉末混合制备涂层的方法，其特征在于：所述纯的金属粉末为Al、Sn或Cu粉末，合金粉末为不锈钢或黄铜粉末。
4.按照权利要求1所述金属与塑料粉末混合制备涂层的方法，其特征在于：所述塑料粉末为聚苯硫醚、聚四氟、氟4-6或聚酰亚胺粉末。
5.按照权利要求1所述金属与塑料粉末混合制备涂层的方法，其特征在于：所述气体为空气、氮气或者氦气。
6.一种权利要求1所述金属与塑料粉末混合制备涂层的方法的专用装置，其特征在于：该装置设有与进气管相连的高压气源、加热器、送粉器、超音速喷嘴，所述连接高压气源的进气管分别经送粉器和加热器与超音速喷嘴相连接，置于加热器中的管路部分为螺旋形结构。
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