CN107790318A - 一种渐变涂层的双路送粉热喷涂装置及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种渐变涂层的双路送粉热喷涂装置及工作方法，它解决了现有技术中对于切向渐变涂层制备的问题，可以满足热喷涂制备切向渐变涂层中的粉末均匀混合和实时调控的要求，可以使切向渐变涂层迅速制备成型和满足大规模的工业应用需求，其技术方案为：包括第一送粉器和第二送粉器，第一送粉器和第二送粉器均与混粉桶连接，所述混粉桶的粉末输出端与喷枪的粉末输入端连通，所述喷枪设置于喷涂室内工件固定台上部；所述第一送粉器和第二送粉器均与氩气气罐连通，第一送粉器和第二送粉器均与氮气气罐连通。

Description

一种渐变涂层的双路送粉热喷涂装置及工作方法

技术领域

本发明涉及热喷涂技术领域，特别是涉及一种渐变涂层的双路送粉热喷涂装置及工作方法。

背景技术

热喷涂技术是利用某种热源将喷涂材料迅速加热，以熔融或半熔融形态高速喷溅到经预处理的零件表面，以形成涂层的表面加工技术。传统的热喷涂材料有粉末、丝材和棒材，其中，以使用粉末材料的热喷涂技术较为常见。

切向渐变涂层是一种非均质涂层，适用于冲蚀环境下的复杂型面零部件。脆性材料与塑性材料在不同冲击角度下冲蚀率的迥异特性，冲蚀颗粒与曲面间冲击角度变化范围大的曲面，均质涂层无法满足其各区域的抗冲蚀性能需求，需要根据同一曲面不同区域冲击角度变化进行定制化匹配设计(如图1所示，(a)为脆性均质涂层，(b)为整体均质增塑改性涂层，(c)为切向渐变增塑改性涂层)。切向渐变涂层应用于抗冲蚀曲面强化及冲蚀损伤部位的再制造修复，可实现曲面分区域形性调控，抗冲蚀性能优于均质材料涂层，未来将有很大的发展前景。

但目前热喷涂制备的涂层常见为均质涂层，单次喷涂制备的涂层成分均一，无法通过实时调控材料配伍制备匹配区域性能要求的切向渐变涂层，限制了切向渐变涂层技术的发展。综上所述，现有技术中对于渐变涂层制备问题，尚缺乏有效的解决方案，亟待开发一套适用于渐变涂层的双路送粉热喷涂装置。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种渐变涂层的双路送粉热喷涂装置，可以满足切向渐变涂层制备中的粉末均匀混合和实时调控的要求，具有良好的实际效用和发展前景。

进一步的，本发明采用下述技术方案：

一种渐变涂层的双路送粉热喷涂装置，包括第一送粉器和第二送粉器，第一送粉器和第二送粉器均与混粉桶连接，所述混粉桶的粉末输出端与喷枪的粉末输入端连通，所述喷枪设置于喷涂室内工件固定台上部。本发明的热喷涂装置设置第一送粉器和第二送粉器，通过PLC实时控制粉末输送量，混粉桶对粉末进行充分混合后传输给喷枪，喷枪对喷涂室内的工件进行喷涂，可以实现热喷涂过程中粉末的均匀混合和实时调控，能够满足切向渐变涂层制备的需求。

进一步的，所述第一送粉器和第二送粉器均与氩气气罐连通，第一送粉器和第二送粉器均与氮气气罐连通。

进一步的，所述混粉桶内设置粉末搅拌器。设置粉末搅拌器，对混粉桶内的粉末进行搅拌，保证粉末的均匀混合。

进一步的，所述喷涂室和粉尘回收室连接。设置粉尘回收室，可以对喷涂完成后的粉尘进行回收再利用。

进一步的，所述第一送粉器和第二送粉器均为刮板式送粉器。

进一步的，所述第一送粉器与控制器连接，控制器与触摸屏连接。设置控制器和触摸屏，可以精确控制第一送粉器的粉末输送量。

进一步的，所述第二送粉器与控制器连接，控制器与触摸屏连接。设置控制器和触摸屏，可以精确控制第二送粉器的粉末输送量。

进一步的，所述混粉桶与控制器连接，控制器与触摸屏连接。控制器通过触摸屏控制混粉桶的开闭。

进一步的，所述氮气气罐顶部设置氮气压力传感器，所述氮气压力传感器的信号端与控制器连接。如此设置，控制器可以通过氮气压力传感器的信号传输监测氮气气罐的出口压力。

进一步的，所述氩气气罐顶部设置氩气压力传感器，所述氩气压力传感器的信号端与控制器连接。如此设置，控制器可以通过氩气压力传感器的信号传输监测氩气气罐的出口压力。

进一步的，所述粉末搅拌器的信号输入端与控制器连接。如此设置，PLC控制柜可以通过触摸屏的信号传输控制粉末搅拌器的运转启停。

进一步的，所述喷枪的信号输入端与控制器连接。如此设置，控制器可以通过触摸屏的信号传输控制喷枪的喷粉操作。

进一步的，所述控制器设置控制旋钮。通过设置控制旋钮，用于控制整体喷涂装置的启停。

一种渐变涂层的双路送粉热喷涂装置的工作方法，包括以下步骤：

步骤1：根据所制渐变涂层中粉末的种类，向第一送粉器和第二送粉器中分别加入相应的粉末；

步骤2：根据所制渐变涂层第i条喷涂路径的粉末1的质量混合比例，调节第一送粉器和第二送粉器的粉末输送量；

步骤3：第一送粉器和第二送粉器的粉末在混粉桶内充分混合，混粉桶向喷枪送粉，喷涂第i条喷涂路径；

步骤4：重复以上步骤，直至喷涂完所有喷涂路径，完成渐变涂层的喷涂过程。

进一步的，所述第一送粉器和第一伺服电机连接，第二送粉器和第二伺服电机连接，第一伺服电机转一圈第一送粉器的送粉体积为V₁，第二伺服电机转一圈第二送粉器的送粉体积为V₂。

进一步的，所述步骤2的具体步骤为：

根据所制渐变涂层第i条喷涂路径的粉末1的质量混合比例K_i，得到第一伺服电机和第二伺服电机的转速，通过控制第一伺服电机和第二伺服电机的转速，调节第一送粉器和第二送粉器的粉末输送量。

进一步的，所述第一伺服电机的转速n_i1、第二伺服电机的转速n_i2满足以下条件：

M＝m_i1+m_i2，

其中，M为第i条喷涂路径两粉末的总质量，ρ₁为第一送粉器粉末松装密度，ρ₂为第二送粉器粉末松装密度，m_i1为第一送粉器粉末质量，m_i2为第二送粉器粉末质量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的热喷涂装置，通过设置第一送粉器和第二送粉器，可以实现喷涂过程中的双路送粉，双路粉可通过混送粉筒均匀混合，能够实现渐变涂层的热喷涂过程。

本发明的热喷涂装置，通过控制器实时控制第一送粉器和第二送粉器的粉末输送量，使粉末混合比例按照设定的趋势变化，经过混粉桶的粉末搅拌器搅拌，复合粉末可均匀地输送到喷枪。该装置操控灵敏度高，操作自动化程度高，可实现渐变涂层的实时精准控制，为冲蚀角度变化范围大的复杂型面切向渐变涂层的制备提供条件。

本发明的热喷涂装置的工作方法，根据各喷涂路径两粉末的质量混合比例，进而确定控制两送粉器的伺服电机的转速，可以精确控制两粉末的混合比例，使两粉末混合比例依次变化，能够实现按照设定变化趋势的渐变涂层的喷涂，使切向渐变涂层迅速制备成型和满足大规模的工业应用需求。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为脆性均质涂层、整体均质增塑改性涂层和切向渐变增塑改性涂层的对比示意图；

图2为本发明的热喷涂装置的示意图；

图中，1—PLC控制柜，2—触摸屏，3—控制旋钮，4—PLC控制端口，5—氮气气罐，6—氩气气罐，7—第一送粉器，8—混粉桶，9—喷涂室，10—工件固定台，11—粉尘回收室，12—喷枪，13—粉末搅拌器，14—第二送粉器，15—氩气压力传感器，16—氮气压力传感器。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在切向渐变涂层制备的问题，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种渐变涂层的双路送粉热喷涂装置及工作方法。

本申请的一种典型的实施方式中，如图2所示，提供了一种渐变涂层的双路送粉热喷涂装置，包括第一送粉器7、第二送粉器14、氩气压力传感器15、氮气压力传感器16、混粉桶8、氮气气罐5、氩气气罐6、喷枪12、PLC控制柜1(即为控制器)、喷涂室9、工件固定台10和粉尘回收室11。

PLC控制端口4位于PLC控制柜1下方，PLC控制柜1的PLC控制端口4分别与第一送粉器7、第二送粉器14和混粉桶8的控制信号输出端连接；氮气气罐5和氩气气罐6的气体输出端分别与氮气压力传感器16和氩气压力传感器15连接；氮气气罐5和氩气气罐6与第一送粉器7、第二送粉器14的气体输入端连接；第一送粉器7、第二送粉器14的粉末输出端与混粉桶8的粉末输入端连接；混粉桶8的粉末输出端与喷枪12的粉末输入端连接；喷枪12设置于喷涂室9内工件固定台10上部，喷涂室9与粉尘回收室11连接。

本发明的热喷涂装置设置第一送粉器和第二送粉器，通过PLC控制器实时控制两个送粉器的送粉量，使粉末混合比例按照设定的趋势变化，混粉桶对粉末进行充分混合后传输给喷枪，喷枪对喷涂室内的工件进行喷涂，可以实现热喷涂过程中粉末的均匀混合和实时调控，能够满足切向渐变涂层制备的需求。该装置操控灵敏度高，操作自动化程度高，可实现渐变涂层的实时精准控制，为冲蚀角度变化范围大的复杂型面切向渐变涂层的制备提供条件。

第一送粉器7和第二送粉器14均为刮板式送粉器。

PLC控制柜1设有控制旋钮3，控制旋钮3位于PLC控制端口4上方，用于控制整体装置的启停；

PLC控制柜1设有触摸屏2，触摸屏2位于控制旋钮3上方，根据粉末种类以及混粉比例的不同输入相应的参数，其中两种粉末的混合比例变化区间为0—1。

PLC控制柜1设有PLC控制端口4，其分别控制混粉桶8粉末输送的开闭以及第一送粉器7、第二送粉器14粉末输出流量的大小，最小流量可为0。

混粉桶8设有粉末搅拌器13，用于使混合粉末搅拌均匀，粉末搅拌器13的控制信号输入端与PLC控制端口4连接，PLC控制柜1可控制粉末搅拌器13的启停。

PLC控制柜1的PLC控制端口4与喷枪12的控制信号输入端连接；PLC控制柜1可以通过信号传输控制喷枪的喷粉操作。

工件固定台10可视工件形状的不同进行选择。

本申请的另一种典型的实施方式中，提供了一种渐变涂层的双路送粉热喷涂装置的工作方法，包括以下步骤：

步骤1：根据所制渐变涂层中粉末的种类，向第一送粉器和第二送粉器中分别加入相应的粉末；

步骤2：根据所制渐变涂层第i条喷涂路径的粉末1的质量混合比例，调节第一送粉器和第二送粉器的粉末输送量；

步骤3：第一送粉器和第二送粉器的粉末在混粉桶内充分混合，混粉桶向喷枪送粉，喷涂第i条喷涂路径；

步骤4：重复以上步骤，直至喷涂完所有喷涂路径，完成渐变涂层的喷涂过程。

具体的，第一送粉器与第二送粉器均为刮板式送粉器，第一送粉器和第一伺服电机连接，第二送粉器和第二伺服电机连接，第一伺服电机转一圈第一送粉器的送粉体积为V₁，第二伺服电机转一圈第二送粉器的送粉体积为V₂。

根据所要制备的渐变涂层中粉末的种类以及粉末1的质量混合比例K，在触摸屏上输入参数：第一送粉器中粉末1松装密度ρ₁、第二送粉器中粉末2松装密度ρ₂、单道喷涂两送粉器送粉总质量M以及每道涂层粉末1的质量混合比例K₁、K₂、K₃…K_i…K_n(视在基体上的喷涂道数而定)。

在喷涂第i条路径时，粉末1的质量混合比例为K_i，PLC控制柜以混合比例K_i执行指令，第一送粉器输送粉末1的质量为m_i1，第二送粉器输送粉末2的质量为m_i2，其中m_i1+m_i2＝M，可得根据以上结果，利用PLC控制柜的PLC控制端口控制第一送粉器、第二送粉器内的伺服电机转速n_i1、n_i2来实时调节第一送粉器、第二送粉器的粉末输送量，同时，打开混粉桶的粉末搅拌器实时混粉，通过触摸屏启动喷枪，开始喷涂第i条路径；当第i条路径喷涂完成后，根据i+1路径中喷涂材料配伍比例要求，PLC控制柜以粉末1的质量混合比例K_i+1执行指令，开始喷涂第i+1条路径；按渐变涂层喷涂材料配伍比例的变化规律，PLC控制柜通过输入的不同混合比例，实时调节混粉桶中粉末的混合比例，依次喷涂剩余路径，完成渐变涂层的喷涂过程。喷涂完成的工件表面涂层的浓度是渐变的，能精确匹配工件区域性能需求。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种渐变涂层的双路送粉热喷涂装置，其特征是，包括第一送粉器和第二送粉器，第一送粉器和第二送粉器均与混粉桶连接，所述混粉桶的粉末输出端与喷枪的粉末输入端连通，所述喷枪设置于喷涂室内工件固定台上部；所述第一送粉器和第二送粉器均与氩气气罐连通，第一送粉器和第二送粉器均与氮气气罐连通。

2.如权利要求1所述的热喷涂装置，其特征是，所述混粉桶内设置粉末搅拌器；所述粉末搅拌器的信号输入端与控制器连接；所述喷枪的信号输入端与控制器连接；所述控制器设置控制旋钮。

3.如权利要求1所述的热喷涂装置，其特征是，所述喷涂室和粉尘回收室连接；所述第一送粉器和第二送粉器均为刮板式送粉器。

4.如权利要求1所述的热喷涂装置，其特征是，所述第一送粉器与控制器连接，控制器与触摸屏连接；所述第二送粉器与控制器连接；所述混粉桶与控制器连接。

5.如权利要求1所述的热喷涂装置，其特征是，所述氮气气罐顶部设置氮气压力传感器，所述氮气压力传感器的信号端与控制器连接。

6.如权利要求1所述的热喷涂装置，其特征是，所述氩气气罐顶部设置氩气压力传感器，所述氩气压力传感器的信号端与控制器连接。

7.如权利要求1-6任一项所述的热喷涂装置的工作方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1：根据所制渐变涂层中粉末的种类，向第一送粉器和第二送粉器中分别加入相应的粉末；

步骤2：根据所制渐变涂层第i条喷涂路径的粉末1的质量混合比例，调节第一送粉器和第二送粉器的粉末输送量；

步骤3：第一送粉器和第二送粉器的粉末在混粉桶内充分混合，混粉桶向喷枪送粉，喷涂第i条喷涂路径；

步骤4：重复以上步骤，直至喷涂完所有喷涂路径，完成渐变涂层的喷涂过程。

8.如权利要求7所述的工作方法，其特征是，所述第一送粉器和第一伺服电机连接，第二送粉器和第二伺服电机连接，第一伺服电机转一圈第一送粉器的送粉体积为V₁，第二伺服电机转一圈第二送粉器的送粉体积为V₂。

9.如权利要求7所述的工作方法，其特征是，所述步骤2的具体步骤为：

根据所制渐变涂层第i条喷涂路径的粉末1的质量混合比例K_i，得到第一伺服电机和第二伺服电机的转速，通过控制第一伺服电机和第二伺服电机的转速，调节第一送粉器和第二送粉器的粉末输送量。

10.如权利要求9所述的工作方法，其特征是，所述第一伺服电机的转速n_i1、第二伺服电机的转速n_i2满足以下条件：

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其中，M为第i条喷涂路径两粉末的总质量，ρ₁为第一送粉器粉末松装密度，ρ₂为第二送粉器粉末松装密度，m_i1为第一送粉器粉末质量，m_i2为第二送粉器粉末质量。