CN104694867A - 涂覆方法、涂覆系统和涂覆制品 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种涂覆方法、涂覆系统和涂覆制品。该涂覆方法包括：设置基片；将涂覆材料朝向该基片引导，该涂覆材料接触该基片的涂覆区域以形成涂覆沉积物；设置能量源；以及将该能量源朝向该涂覆区域的第一外围边缘部分和第二外围边缘部分引导。该能量源的引导与该涂覆材料的引导同时发生。该涂覆系统包括：基片；朝向该基片引导的热喷涂喷嘴；和朝向该基片引导的能量源。该能量源构造成仅接触该基片的涂覆区域的第一外围边缘部分和第二外围边缘部分。该涂覆制品包括基片和机械地结合至该基片的均匀的热喷涂涂层。

Description

涂覆方法、涂覆系统和涂覆制品

技术领域

本发明涉及一种涂覆方法、一种涂覆系统和一种涂覆制品。更具体地，本发明涉及一种复合喷涂涂覆方法、一种复合喷涂涂覆系统、和一种复合喷涂涂覆制品。

背景技术

许多涂覆制品都通过涂覆材料的热喷涂来形成。在热喷涂期间，该涂覆材料以高速朝向基片引导。该涂覆材料以高速接触基片，产生热量并形成机械结合。

在涂覆材料的热喷涂期间，与该喷涂的中央部分相比，该喷涂的外围部分以降低的速度接触基片。喷涂的外围部分的减速减少了由喷涂所产生的热量。由喷涂的外围部分形成的涂层以增大的速度冷却，从而在这种位置处在涂层与基片之间导致了不良机械结合。

改良涂层与基片之间的结合的一种尝试包括对基片进行预热，接着进行热喷涂。然而，对基片进行预热会导致在整个涂层形成缺陷。

在本领域中并不遭受到一个或多个上述缺陷的涂覆方法、涂覆系统和涂覆制品会是合乎需要的。

发明内容

在示例性实施方案中，一种涂覆方法包括：设置基片；将涂覆材料朝向该基片引导，该涂覆材料接触该基片的涂覆区域以形成涂覆沉积物；设置能量源；以及将该能量源朝向该涂覆区域的第一外围边缘部分和第二外围边缘部分引导。该能量源的引导与该涂覆材料的引导同时发生。

在另一示例性实施方案中，一种涂覆系统包括：基片；朝向该基片引导的热喷涂喷嘴；和朝向该基片引导的能量源。该能量源构造成仅接触该基片的涂覆区域的第一外围边缘部分和第二外围边缘部分。

在另一示例性实施方案中，一种涂覆制品包括：基片；和位于该基片上的均匀的热喷涂涂层。该热喷涂涂层在所有覆盖位置处机械地结合至该基片而不具有缺陷。

本发明的其它特征和优点将通过下面结合附图对于优选实施方案进行的更为详细的说明而变得明白，附图作为示例示出了本发明的原理。

附图说明

图1是根据本公开的实施方案的涂覆方法的侧视图。

图2是根据本公开的实施方案的涂覆方法的俯视图。

在任何可能的位置处，相同的附图标记将用于在整个附图中表示相同的部件。

具体实施方式

本发明提供的是一种涂覆方法、一种涂覆系统和一种涂覆制品。本公开的实施方案与未使用本文中公开的特征中的一个或多个的过程和制品相比增大了涂层与基片的结合，增大了涂覆效率，降低了涂覆成本，降低了喷涂涂覆速度，增大了涂层的均匀度，消除了诸如裂痕之类的涂层缺陷，或其组合。

参照图1和图2进行说明，在一个实施方案中，涂覆方法100包括设置基片101；设置能量源102；以及在不熔化涂覆材料104、基片101、或涂覆沉积物106的情况下将涂覆材料104(例如粉化了的涂覆材料)和能量源102朝向基片101的涂覆区域105引导。涂覆材料104接触基片101并在基片101上形成涂覆沉积物106，同时能量源102将热量提供至基片101、涂覆材料104、和/或涂覆沉积物106而并不对基片101进行预热。涂覆4朝向基片101引导。热喷涂包括但不限于真空等离子喷涂、高速氧燃料喷涂、冷喷涂、其它热喷涂方法、或其组合。

在一个实施方案中，在涂覆材料104的施加以及能量源102沿行进方向201行进时形成涂覆沉积物106。在另一实施方案中，涂覆材料104的施加包括利用热喷涂喷嘴103将涂覆材料104朝向基片101引导，该热喷涂喷嘴103包括但不限于冷喷涂喷嘴。热喷涂喷嘴103利用任何适用的输送介质将涂覆材料104朝向基片101加速而不会熔化基片101或涂覆材料104，该输送介质例如但不限于氮气、非氧化气体、惰性气体、或其组合。

涂覆材料104包括用于热喷涂以形成涂覆沉积物106的任何适用的组成成分。适用的组成成分包括但不限于金属基体组成成分、陶瓷基体组成成分、高熔超级合金、结合涂层诸如MCrAlX、PtAl、NiAl、Pt(Ni)Al之类、或其组合。MCrAlX是一种具有M的合金，其中M为选自铁、镍、钴、和其组合中的一个或一种组合；并且Cr是铬，Al是铝，并且X是一种选自如下组的元素：固溶强化剂和γ’成形剂(gamma prime former)(由Y、Tc、Ta、Re、Mo和W组成的组)、和晶界强化剂(由B、C、Hf、Zr组成的组)、及其组合。

离开热喷涂喷嘴103的加速的涂覆材料104接触基片101，从而产生有助于涂覆材料104与基片101之间的机械结合的热量。该涂覆材料104与基片101之间的机械结合形成涂覆沉积物106。此外，涂覆材料104的加速产生了离开热喷涂喷嘴103的涂覆材料104的预定速度。该预定速度是能够产生用于形成涂覆沉积物106的适当热量的任何适当的速度。例如，在一个实施方案中，在冷喷涂期间，由冷喷涂喷嘴加速的涂覆材料104的预定速度高达约1000m/s。涂覆材料104的速度的提高或降低分别增大或减少了由接触基片101的涂覆材料104产生的热量。

在一个实施方案中，离开热喷涂喷嘴103的涂覆材料104的速度朝向涂覆区域105的外围略微降低。同样，与涂覆区域105的其余部分相比，接触涂覆区域105的外围的涂覆材料104的速度降低，从而减少了在第一外围边缘部分107和第二外围边缘部分108中产生的热量。在另一实施方案中，由该过程产生的热量的远离涂覆区域105的传导在涂覆区域105的外围处增强，从而加速了在第一外围边缘部分107和第二外围边缘部分108中的冷却。由降低的速度产生的减少了的热量和/或来自增强传导的加速冷却导致涂覆材料104以外围结合强度结合至第一外围边缘部分107和第二外围边缘部分108，该外围结合强度与涂覆区域105的其余部分中的涂覆材料的非外围结合强度相比显著降低。例如，对于单次通过，非外围结合强度包括约100MPa，而外围结合强度包括但不限于高达非外围结合强度的约90％、处于非外围结合强度的约1％至约90％之间、处于非外围结合强度的约1％至约80％之间、处于非外围结合强度的约1％至约50％之间、处于非外围结合强度的约1％至约25％之间、处于非外围结合强度的约1％至约10％之间、处于非外围结合强度的约0.5％至约5％之间、或其任何组合、子组合、范围、或子范围。非外围结合强度可在不同的材料和应用之间变化。

在不希望被理论所束缚的情况下，在边缘处减少的热量输入的快速运动被认为会促使形成诸如缺失结合之类的缺陷或裂痕。在一个实施方案中，为了增大机械结合的量和/或减少在对该基片101进行预加热的情况下所见的裂痕，能量源102将附加热量沿该外围提供至基片101、涂覆材料104、和/或涂覆沉积物106。

能量源102是例如但不限于诸如聚焦的或散焦的高能束、二极管激光、CO₂激光、纤维激光、电子束、盘形激光、扫描激光、或其组合之类的任何适用的能量源。在一个实施方案中，该扫描激光构造成增大了正施加至涂覆区域105的任何适用部分的涂覆材料104的热量。在替代实施方案中，能量源102设置在热喷涂喷嘴103的外侧、处于用于增大正施加于第一外围边缘部分107和第二外围边缘部分108的涂覆材料104的热量的任何适用的构造下。例如，在一个实施方案中，单个能量源102提供了U形束，该U形束接触第一外围边缘部分107、第二外围边缘部分108、和尾随该热喷涂喷嘴103的涂覆沉积物106。替代束形包括用于增大正施加于第一外围边缘部分107和第二外围边缘部分108的涂覆材料104的热量的任何适用的形状，例如但不限于矩形束、或圆形束。在另一实施方案中，多个能量源102提供了一个或多个分裂束，这一个或多个分裂束接触至少第一外围边缘部分107和第二外围边缘部分108。在其它实施方案中，至少两个能量源102提供了被引导至第一外围边缘部分107和第二外围边缘部分108的任一个的至少一个束。

在一个实施方案中，来自能量源102的第一束112在第一外围边缘部分107中接触基片101和涂覆材料104，并且来自能量源102的第二束113在第二外围边缘部分108中接触基片101和涂覆材料104。能量源102与第一外围边缘部分107和第二外围边缘部分108的接触向涂覆材料104和基片101提供了热量，而并不对该基片101进行预热。热量在不熔化该基片101或涂覆材料104的情况下软化第一外围边缘部分107和第二外围边缘部分108，以便增大所施加的涂覆材料104与基片101之间的机械结合强度。来自能量源102的单个束可利用光学器件被分成第一束112和第二束113。在另一实施方案中，来自能量源102的束可被沿第一外围边缘部分107和第二外围边缘部分108以及可选择地沿涂覆沉积物106快速地扫描。

在一个实施方案中，来自能量源102的热量降低了涂覆沉积物106的冷却速率，从而允许增大涂覆材料104的沉积速率和/或减少或消除了裂痕在涂覆沉积物106中的形成。在另一实施方案中，来自能量源102与第一外围边缘部分107和第二外围边缘部分108的接触的增大的热量允许涂覆材料104的降低加速。能量源102提供了任何适当数量的增大的热量以替代由涂覆材料104加速减小引起的减少的热量，并形成具有均匀的或大致均匀的机械结合至基片101的涂覆沉积物106。

第一外围边缘部分107和第二外围边缘部分108中的涂覆沉积物106的密度由于来自能量源102热量增大而局部增大。增大的热量在喷涂期间聚结该涂覆材料104，从而形成第一外围边缘部分107和第二外围边缘部分108中的密度的增加。在一个实施方案中，在第一外围边缘部分107和第二外围边缘部分108的密度的增加在所施加的涂覆沉积物106中形成了均匀的或大致均匀的密度。

能量源102相对于沉积物106的定位、由能量源102产生的束的宽度的大小、能量源102中的两个之间的距离、和能量源102的功率范围控制通过施加涂覆材料104而形成的涂覆沉积物106的宽度。第一外围边缘部分107和第二外围边缘部分108共同被调整以占据涂覆区域105的任何适当百分比，例如但不限于高达约40％、处于约1％到约40％之间、处于约10％到约40％之间、处于约20％到约40％之间、处于约10％到约30％之间、或其任何组合、子组合、范围、或子范围。在另一实施方案中，第一外围边缘部分107和第二外围边缘部分108在尺寸方面是相似的或大致相似的。

能量源102产生具有任何适当宽度和任何适当长度的束，用于接触第一外围边缘部分107和/或第二外围边缘部分108或者另外扫描这些区域。该束的适当宽度包括但不限于高达约5mm、处于约0.01mm至约5mm之间、处于约0.1mm至约3mm之间、高达约2mm、或其任何组合、子组合、范围、或子范围。该束的适当长度包括但不限于高达约15mm、高达约10mm、处于约0.1mm至约10mm之间、或其任何组合、子组合、范围、或子范围。该束的宽度和长度可随着不同的状况而改变，例如但不限于能量源102、束的形状、或者涂覆区域105的尺寸。例如，二极管激光器可产生具有矩形形状且宽度处于约0.1mm至约1mm之间的束，而聚焦的高能束可产生具有圆形且宽度处于约0.1mm至约5mm之间的束。

用于能量源102的功率范围基于涂覆特性进行调整，该涂覆特性例如但不限于厚度、施加速度、施加速率、涂覆区域105的尺寸、能量源102的方位、或其组合。例如，在一个实施方案中，在涂覆材料104的冷喷涂期间，用于能量源102的功率范围包括但不限于处于约0.1kw至约10kw之间、处于约0.1kw至约6kw之间、处于约0.5kw至约6kw之间、或其任何组合、子组合、范围、或子范围。

尽管已经参照优选实施方案描述了本发明，但本领域技术人员将明白的是，在不背离本发明的范围的前提下，可作出多种改变并可以等效物对其元件进行替代。此外，可作出许多改型以使具体情况或材料适合于本发明的教导而不背离本发明的基本范围。因此，意图是，本发明不应受限于被作为设想用于执行本发明的最佳模式而公开的具体实施方案，而是本发明将包括落入在所附权利要求的范围内的所有实施方案。

Claims (20)

1.一种涂覆方法，包括：

设置基片；

将涂覆材料朝向所述基片引导，所述涂覆材料接触所述基片的涂覆区域以形成涂覆沉积物；

设置能量源；以及

将所述能量源朝向所述涂覆区域的第一外围边缘部分和第二外围边缘部分引导；

其中，所述能量源的引导与所述涂覆材料的引导同时发生。

2.根据权利要求1所述的涂覆方法，其特征在于，将所述涂覆材料朝向所述基片引导还包括热喷涂所述涂覆材料。

3.根据权利要求2所述的涂覆方法，其特征在于，热喷涂所述涂覆材料还包括冷喷涂所述涂覆材料。

4.根据权利要求1所述的涂覆方法，其特征在于，设置所述能量源还包括：

从由聚焦的高能束、散焦的高能束、和激光束组成的组中选择所述能量源；

其中所述激光束选自由二极管激光、CO₂激光、纤维激光、和盘形激光组成的组。

5.根据权利要求4所述的涂覆方法，其特征在于，所述激光束的激光能包括处于0.5kw至6kw之间。

6.根据权利要求4所述的涂覆方法，其特征在于，所述激光束的束宽包括处于0.1mm至5mm之间。

7.根据权利要求1所述的涂覆方法，其特征在于，所述涂覆方法还包括引导所述激光源以增大所述涂覆沉积物的密度。

8.根据权利要求1所述的涂覆方法，其特征在于，所述涂覆方法包括使所述第一外围边缘部分和所述第二外围边缘部分与所述能量源相接触。

9.根据权利要求8所述的涂覆方法，其特征在于，所述涂覆方法还包括在不熔化所述涂覆材料的情况下加热所述涂覆材料。

10.根据权利要求1所述的涂覆方法，其特征在于，设置所述能量源还包括设置第一能量源和第二能量源。

11.根据权利要求10所述的涂覆方法，其特征在于，所述涂覆方法还包括调节所述第一能量源与所述第二能量源之间的间距以控制所述涂覆沉积物的宽度。

12.根据权利要求10所述的涂覆方法，其特征在于，所述涂覆方法包括使所述第一外围边缘部分与所述第一能量源相接触，并使所述第二外围边缘部分与所述第二能量源相接触。

13.根据权利要求1所述的涂覆方法，其特征在于，所述涂覆方法包括与不利用所述能量源的所述涂覆方法相比，降低所述涂覆材料接触所述涂覆区域的速度。

14.一种涂覆系统，包括：

基片；

朝向所述基片引导的热喷涂喷嘴；和

朝向所述基片引导的能量源；

其中，所述能量源构造成仅接触所述基片的涂覆区域的第一外围边缘部分和第二外围边缘部分。

15.根据权利要求14所述的涂覆系统，其特征在于，所述热喷涂喷嘴包括冷喷涂喷嘴。

16.根据权利要求14所述的涂覆系统，其特征在于，所述能量源包括第一能量源和第二能量源。

17.根据权利要求14所述的涂覆系统，其特征在于，所述第一外围边缘部分和所述第二外围边缘部分包括所述涂覆区域的高达40％。

18.根据权利要求17所述的涂覆系统，其特征在于，第一外围边缘部分尺寸与第二外围边缘部分尺寸相等。

19.一种涂覆制品，包括：

基片；和

位于所述基片上的均匀的热喷涂涂层；

其中，所述热喷涂涂层在所有覆盖位置处机械地结合至所述基片而不具有缺陷。

20.根据权利要求19所述的涂覆制品，其特征在于，所述均匀的热喷涂涂层是均匀的冷喷涂涂层。