CN106148878A - 一种模拟高温喷镀过程的装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公本发明涉及一种模拟高温喷镀过程的装置及其使用方法，属于金属材料镀层技术领域。该模拟装置包括热喷射系统、基底系统、气氛控制系统；所述热喷射系统包括电加热圈和金属管材；所述金属管材的一端伸入电加热圈内，所述基底系统包括可拆卸基底、基底加热装置、基底伸缩装置、基底伸缩装置的工作开关；所述拆卸基底附着在基底加热装置上，通过基底伸缩装置使得带有拆卸基底的基底加热装置按设定的速度上下伸缩、基底伸缩装置。本发明测试设备简单、操作方便、准确度高，可在实验室实现模拟金属喷镀的高温喷镀过程，从而替代工业生产上的喷镀，研究喷射粒子在光滑基底上的润湿和凝固行为，寻找控制参数，为工业喷镀优化条件。

Description

一种模拟高温喷镀过程的装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种模拟高温喷镀过程的装置及其使用方法，属于金属材料镀层技术领域。
背景技术
镀层技术在现代工业中被广泛应用。高温喷镀技术作为一种最常见的金属镀层手段，在镀层技术中起着至关重要的作用。高温喷镀是一种表面强化技术，是表面工程技术的重要组成部分，一直是我国重点推广的新技术项目。它是利用某种热源(如电弧、等离子喷涂或燃烧火焰等)将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰留本身或压缩空气以一定速度喷射到预处理过的基体表面，沉积而形成具有各种功能的表面涂层的一种技术。
目前，高温喷镀装置的相关专利很多，但都是用于工业生产的金属镀层设备，一般说来，结构复杂，造价较高，暂时没有用于模拟高温喷镀过程的装置。
考虑到高温喷镀过程中，喷射粒子在平面基底上的平整和凝固行为对于镀层好坏起着重要作用，发明本装置用于模拟高温喷镀过程，研究喷射粒子在不同温度的基底上的润湿和凝固行为，对于改善喷涂条件很有必要。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对现有技术缺少能替代工业上高温喷镀过程的装置和方法，提供一种模拟高温喷镀过程装置及使用方法，用于探究喷涂条件对高温喷镀过程的影响。
本发明一种模拟高温喷镀过程的装置，包括热喷射系统(1)、基底系统(2)、气氛控制系统(3)；
所述热喷射系统(1)包括电加热圈(12)和金属管材(11)；所述金属管材(11)内可通气体；所述金属管材(11)的一端伸入电加热圈(12)内；
所述基底系统(2)位于电加热圈(12)的下方，其包括可拆卸基底(21)、基底加热装置(22)、基底伸缩装置(23)、基底伸缩装置的工作开关(24)；所述拆卸基底(21)附着在基底加热装置(22)上，通过基底伸缩装置(23)使得带有拆卸基底(21)的基底加热装置(22)按设定的速度上下伸缩；所述基底伸缩装置的工作开关(24)控制基底伸缩装置(23)工作；
所述气氛控制系统(3)由包括进气口(31)、出气口(32)、气氛保护室(33)所述进气口(31)、出气口(32)设置在气氛保护室(33)；
所述基底系统(2)、电加热圈(12)以及伸入电加热圈(12)内的金属管材位于气氛保护室(33)内。
作为优选，金属管材(11)伸入电加热圈(12)一端的长度为3-4cm。
本发明一种模拟高温喷镀过程的装置，所述金属管材(11)的另一端通过软管连接到保护气体提供装置上，所述软管上设有阀门。
本发明一种模拟高温喷镀过程的装置，进气口(31)、出气口(32)均带有阀门。
本发明一种模拟高温喷镀过程的装置，气氛保护室(33)顶部为可打开的保护性气罩，所述保护性气罩上预留有金属管材(11)的进口。
本发明一种模拟高温喷镀过程的装置，气氛保护室(33)的侧面设有透明的观测口(34)，所述观测口(34)外设有高速摄像装置(41)。
作为优选方案，本发明一种模拟高温喷镀过程的装置，工作开关(24)可为自动开关，所述自动开关上连接有传感器，当金属液第经过设定位置时，自动开启基底伸缩装置按设定速度上行。
本发明一种模拟高温喷镀过程的装置，进气口(31)连接到保护气体提供装置上。
本发明一种模拟高温喷镀过程的装置的应用，包括下述步骤：
步骤一
将金属管材(11)通过保护性气罩上预留有金属管材(11)的进口伸入电加热圈(12)；将可拆卸基底(21)固定于基底加热装置(22)上，
步骤二
打开进气口(31)、出气口(32)的阀门，通过保护气体提供装置往气氛保护室(33)通入保护气体至往气氛保护室(33)内氧的体积含量小于等于0.0001％；
步骤三
加热基底至设定温度后保温，同时开启电加热圈(12)对金属管材(11)进行加热至产生液滴时，开启基底伸缩装置的工作开关(24)使得基底伸缩装置按照设定速度上行并与液滴接触。
本发明一种模拟高温喷镀过程的装置的应用，在模拟过程中，通过高速摄像装置(41)对模拟过程实时记录。
本发明一种模拟高温喷镀过程的装置的应用，研究液滴速度对喷镀的影响时，开启电加热圈(12)对金属管材(11)加热后，打开软管上设有阀门往金属管材(11)内通入气体，并配合基底伸缩装置按设定速度上行。
本发明一种模拟高温喷镀过程的装置的应用，将步骤三所得带有液滴的基底取出；并结合高速摄像装置(41)的录像分析模拟热喷镀过程。
本发明提供一种模拟高温喷镀过程装置及测试方法，可实现高温喷镀过程的模拟实验，并研究不同基底温度、不同喷镀粒子射出速度对金属粒子平整和凝固的影响。本发明采用电加热圈对金属管材加热使之熔化。熔化的试样形成球形液滴靠重力自由下落或气流推进下落在基底上，在其上快速冷却并发生润湿和凝固行为。本发明基底通过加热装置进行恒温控制，通过高速相机对模拟过程实时记录，通过将滴落在基底上的液滴连同基底一起取出，并结合高速相机的录像分析模拟热喷镀过程。
本发明主要具有以下有益效果：
1)设备简单。本发明包括三个系统，共十余个部件构成，具有测试设备简单、操作方便的特点。
2)模拟成本低。本发明可在实现实验室规模高温喷镀过程，从而替代工业生产上的高温喷镀过程，同时消耗小，模拟成本低。
3)模拟准确度高。本发明采用一系列基础连续过程对工业上的高温喷镀实现模拟，可满足研究基底温度对高温喷镀影响的问题，且模拟实际可靠、准确度高。
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
附图说明
图1为实施例中应用的一种模拟高温喷镀过程的装置结构示意图。
图中标号：
11-金属管材，12-电加热圈；
21-可拆卸基底，22-基底加热装置，23-基底伸缩装置，24-基底伸缩装置的工作开关；
31-进气管，32-出气管，33-气氛保护室，34-观察口，35-气瓶；
41-高速摄像装置。
具体实施方式
参见图1，图示中的模拟高温喷镀过程的装置，包括热喷射系统、基底系统、气氛控制系统三大部分。
其中，所述热喷射系统包括电加热圈和金属管材；所述金属管材内可通气体；所述金属管材的一端伸入电加热圈内；
所述基底系统位于电加热圈的下方，其包括可拆卸基底、基底加热装置、基底伸缩装置、基底伸缩装置的工作开关；所述拆卸基底附着在基底加热装置上，通过基底伸缩装置使得带有拆卸基底的基底加热装置按设定的速度上下伸缩；所述基底伸缩装置的工作开关控制基底伸缩装置工作；
所述气氛控制系统由包括进气口、出气口、气氛保护室所述进气口、出气口设置在气氛保护室；
所述基底系统、电加热圈以及伸入电加热圈内的金属管材位于气氛保护室内。
在所述气氛保护室的侧面设有透明的观测口，所述观测口外设有高速摄像装置。
应用上述模拟高温喷镀过程装置的方法实施方案如下：
采用电加热圈对金属管材加热使之熔化。熔化的试样形成球形液滴靠重力自由下落或气流推进下落在基底上，在其上快速冷却并发生润湿和凝固行为。本发明基底通过加热装置进行恒温控制，通过高速相机对模拟过程实时记录，通过将滴落在基底上的液滴连同基底一起取出，并结合高速相机的录像分析模拟热喷镀过程。
以下根据具体的实验实施例进行说明。
实施例1
模拟高温喷镀过程实验采用如图1所示的模拟高温喷镀过程装置进行，研究液滴自然滴落时，高温喷镀Cu时，基底温度对喷镀效果的影响。
具体包括以下顺序步骤：
步骤一
将金属Cu管材(11)通过保护性气罩上预留有金属管材(11)的进口伸入电加热圈(12)；将可拆卸基底(21)固定于基底加热装置(22)上，金属Cu管材(11)伸入电加热圈(12)的深度为4cm；所述管材的内径为0.5cm；
步骤二
打开进气口(31)、出气口(32)的阀门，通过保护气体提供装置往气氛保护室(33)通入保护气体至往气氛保护室(33)内氧的体积含量小于0.0001％；
步骤三
加热基底至设定温度后保温，同时开启电加热圈(12)对金属管材(11)进行加热至产生液滴时，开启基底伸缩装置的工作开关(24)使得基底伸缩装置按照0m/s的上行速度与液滴接触。
其中，基底温度为实验变量，分别设定为300K,450K,600K进行。
将滴落在基底上的液滴连同基底一起取出，并结合高速相机的录像分析模拟热喷镀过程。
实施例2
模拟高温喷镀过程实验采用如图1所示的模拟高温喷镀过程装置进行，研究液滴自然滴落时，高温喷镀Ni时，基底温度对喷镀效果的影响。
具体包括以下顺序步骤：
步骤一
将金属Ni管材(11)通过保护性气罩上预留有金属管材(11)的进口伸入电加热圈(12)；将可拆卸基底(21)固定于基底加热装置(22)上，金属Ni管材(11)伸入电加热圈(12)的深度为4cm；所述管材的内径为0.5cm；
步骤二
打开进气口(31)、出气口(32)的阀门，通过保护气体提供装置往气氛保护室(33)通入保护气体至往气氛保护室(33)内氧的体积含量小于0.0001％；
步骤三
加热基底至设定温度后保温，同时开启电加热圈(12)对金属管材(11)进行加热至产生液滴时，开启基底伸缩装置的工作开关(24)使得基底伸缩装置按照10m/s的上行速度与液滴接触。
其中，基底温度为实验变量，分别设定为300K,450K,600K进行。
将滴落在基底上的液滴连同基底一起取出，并结合高速相机的录像分析模拟热喷镀过程。
实施例3
模拟高温喷镀过程实验采用如图1所示的模拟高温喷镀过程装置进行，研究液滴用气流推进下落，高温喷镀Cu时，粒子速度对喷镀效果的影响。
具体包括以下顺序步骤：
步骤一
将金属Cu管材(11)通过保护性气罩上预留有金属管材(11)的进口伸入电加热圈(12)；将可拆卸基底(21)固定于基底加热装置(22)上，金属Cu管材(11)伸入电加热圈(12)的深度为4cm；所述管材的内径为0.5cm；
步骤二
打开进气口(31)、出气口(32)的阀门，通过保护气体提供装置往气氛保护室(33)通入保护气体至往气氛保护室(33)内氧的体积含量小于0.0001％；
步骤三
加热基底至设定温度(450K)后保温，同时开启电加热圈(12)对金属管材(11)进行加热至产生液滴时，打开软管上的阀门往金属管材(11)内通入气体，开启基底伸缩装置的工作开关(24)使得基底伸缩装置按照设定上行速度与液滴接触。
其中，上行速度为实验变量，分别设定为0.5m/s,1m/s,1m/s进行。
将滴落在基底上的液滴连同基底一起取出，并结合高速相机的录像分析模拟热喷镀过程。
实施例4
模拟高温喷镀过程实验采用如图1所示的模拟高温喷镀过程装置进行，研究液滴用气流推进下落，高温喷镀Ni时，粒子速度对喷镀效果的影响。
具体包括以下顺序步骤：
步骤一
将金属Ni管材(11)通过保护性气罩上预留有金属管材(11)的进口伸入电加热圈(12)；将可拆卸基底(21)固定于基底加热装置(22)上，金属Ni管材(11)伸入电加热圈(12)的深度为4cm；所述管材的内径为0.5cm；
步骤二
打开进气口(31)、出气口(32)的阀门，通过保护气体提供装置往气氛保护室(33)通入保护气体至往气氛保护室(33)内氧的体积含量小于0.0001％；
步骤三
加热基底至设定温度(450K)后保温，同时开启电加热圈(12)对金属管材(11)进行加热至产生液滴时，打开软管上的阀门往金属管材(11)内通入气体，开启基底伸缩装置的工作开关(24)使得基底伸缩装置按照设定上行速度与液滴接触。
其中，上行速度为实验变量，分别设定为0.5m/s,1m/s,1m/s进行。
将滴落在基底上的液滴连同基底一起取出，并结合高速相机的录像分析模拟热喷镀过程。
以上实施例描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的具体工作原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种模拟高温喷镀过程的装置，其特征在于：包括热喷射系统(1)、基底系统(2)、气氛控制系统(3)；
所述热喷射系统(1)包括电加热圈(12)和金属管材(11)；所述金属管材(11)内可通气体；所述金属管材(11)的一端伸入电加热圈(12)内；
所述基底系统(2)位于电加热圈(12)的下方，其包括可拆卸基底(21)、基底加热装置(22)、基底伸缩装置(23)、基底伸缩装置的工作开关(24)；所述拆卸基底(21)附着在基底加热装置(22)上，通过基底伸缩装置(23)使得带有拆卸基底(21)的基底加热装置(22)按设定的速度上下伸缩；所述基底伸缩装置的工作开关(24)控制基底伸缩装置(23)工作；
所述气氛控制系统(3)由包括进气口(31)、出气口(32)、气氛保护室(33)所述进气口(31)、出气口(32)设置在气氛保护室(33)；
所述基底系统(2)、电加热圈(12)以及伸入电加热圈(12)内的金属管材位于气氛保护室(33)内。
2.根据权利要求1所述的一种模拟高温喷镀过程的装置，其特征在于：所述金属管材(11)的另一端通过软管连接到保护气体提供装置上，所述软管上设有阀门。
3.根据权利要求1所述的一种模拟高温喷镀过程的装置，其特征在于：进气口(31)、出气口(32)均带有阀门。
4.根据权利要求1所述的一种模拟高温喷镀过程的装置，其特征在于：气氛保护室(33)顶部为可打开的保护性气罩，所述保护性气罩上预留有金属管材(11)的进口。
5.根据权利要求1所述的一种模拟高温喷镀过程的装置，其特征在于：气氛保护室(33)的侧面设有透明的观测口(34)，所述观测口(34)外设有高速摄像装置(41)。
6.根据权利要求1所述的一种模拟高温喷镀过程的装置，其特征在于：进气口(31)连接到保护气体提供装置上。
7.一种模拟高温喷镀过程的装置的应用，其特征在于包括下述步骤：
步骤一
将金属管材(11)通过保护性气罩上预留有金属管材(11)的进口伸入电加热圈(12)；将可拆卸基底(21)固定于基底加热装置(22)上，
步骤二
打开进气口(31)、出气口(32)的阀门，通过保护气体提供装置往气氛保护室(33)通入保护气体至往气氛保护室(33)内氧的体积含量小于等于0.0001％；
步骤三
加热基底至设定温度后保温，同时开启电加热圈(12)对金属管材(11)进行加热至产生液滴时，开启基底伸缩装置的工作开关(24)使得基底伸缩装置按照设定速度上行并与液滴接触。
8.根据权利要求7所述的模拟高温喷镀过程的装置的应用，其特征在于：在模拟过程中，通过高速摄像装置(41)对模拟过程实时记录。
9.根据权利要求7所述的模拟高温喷镀过程的装置的应用，其特征在于：研究液滴速度对喷镀的影响时，开启电加热圈(12)对金属管材(11)加热后，打开软管上设有阀门往金属管材(11)内通入气体，并配合基底伸缩装置按设定速度上行。
10.据权利要求7所述的模拟高温喷镀过程的装置的应用，其特征在于：将步骤三所得带有液滴的基底取出；并结合高速摄像装置(41)的录像分析模拟热喷镀过程。
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