CN108165977A - 一种集束电极电火花沉淀-同步送粉的高效增材修复与再制造方法及设备 - Google Patents

一种集束电极电火花沉淀-同步送粉的高效增材修复与再制造方法及设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种集束电极电火花沉淀‑同步送粉的高效增材修复与再制造方法及设备，所述设备包括用于在工件表面进行电火花沉积的集束电极,用于固定所述集束电极的基座、设置于所述基座内的气粉混合腔和分别与所述气粉混合腔相连通的送粉通道和送气通道，所述送粉通道输送的粉末和所述送气通道输送的气体在所述气粉混合腔中混合成气粉混合物，所述集束电机内设置有多个与所述气粉混合腔相连通的气粉混合通道，所述气粉混合通道用于把气粉混合物导入到所述集束电极与工件的反应区域。本发明的集束电极电火花沉淀‑同步送粉的高效增材修复与再制造方法及设备可以提高电火花沉积的持续性和稳定性。

Description

一种集束电极电火花沉淀-同步送粉的高效增材修复与再制 造方法及设备
技术领域
本发明涉及电火花沉积领域，具体涉及一种集束电极电火花沉淀-同步送粉的高效增材修复与再制造方法及设备。
背景技术
电火花沉积技术是表面工程技术中的一种重要工艺，它是利用电源中储存的电能，使旋转电极在接触工件瞬间产生高频火花放电，在放电区域内产生 10000℃以上的高温，将作为沉积材料的电极熔化，沉积过渡到工件表面，形成合金化的表面覆盖层，形成沉积层，从而获得特殊涂层，提高工件表面性能或实现损伤零件的修复再制造等。电火花沉积工作原理如图1所示。
如图1所示，在传统旋转电极电火花沉积过程中，以所需涂层材料为电极材料，电极为放电阳极，工件基体为阴极，在电极和工件表面之间发生电火花放电，产生的放电热熔化电极和工件表面材料，由于放电具有明显的极性效应，因此熔化主要发生在电极端面，熔化、熔融的电极材料过渡沉积到工件表面与工件表面熔融材料结合形成新的图层。设备简单，造价低；操作简单；用途广泛；与其它工艺相比，热量输入量小，沉积层与基体有冶金结合等独特的优点。但是电火花沉积多为人工操作，沉积效率低，沉积层质量难以控制，厚度不均匀等问题，影响电火花沉积技术的发展应用。
通用电气公司提出了一种混粉电火花系统及方法，采用一种通过电极向放电间隙输入粉末的技术，通过中空的电极向反应区域通入粉末，该方法由于放电区域小，粉末捕捉效率低，气体粉未进行预混合，均匀性较差，电极放电消耗容易造成粉孔堵塞，使持续稳定沉积加工很难实现。
发明内容
本发明的目的是提出一种集束电极电火花沉淀-同步送粉的高效增材修复与再制造方法及设备,以提高电火花沉积的持续性和稳定性。
本发明实施例中，提供了一种集束电极电火花沉淀-同步送粉的高效增材修复与再制造设备，其包括用于在工件表面进行电火花沉积的集束电极,用于固定所述集束电极的基座、设置于所述基座内的气粉混合腔和分别与所述气粉混合腔相连通的送粉通道和送气通道，所述送粉通道输送的粉末和所述送气通道输送的气体在所述气粉混合腔中混合成气粉混合物，所述集束电机内设置有多个与所述气粉混合腔相连通的气粉混合通道，所述气粉混合通道用于把气粉混合物导入到所述集束电极与工件的反应区域。
本发明实施例中，所述电火花沉积设备还包括设置于所述基座外的保护罩，所述保护罩覆盖所述集束电极。
本发明实施例中，所述电火花沉积设备还包括于所述基座外上的进电点，所述进电点用于与直流电源正极相连接。
本发明实施例中，所述集束电极为金属材料及其合金、半导体、导电陶瓷之一。
本发明实施例中，所述集束电极为丝状或者管状。
本发明实施例中，所述送粉通道输送的粉末为金属粉末、合金、半导体、导电陶瓷或者不导电粉末材料。
本发明实施例中，所述电火花沉积设备还包括伺服送丝模块，所述伺服送丝模块用于控制所述集束电极与工件表面距离始终保持放电间隙之内，形成稳定的电火花放电。
本发明实施例中，所述伺服送丝模块用于控制所述气粉混合通道均匀准确的将粉末送入放电区域。
本发明实施例中，还提供了一种集束电极电火花沉淀-同步送粉的高效增材修复与再制造方法，其包括：
将集束电极靠近工件，在集束电极与工件之间形成稳定的电火花放电；
通过集束电极内部的多个气粉混合通道，把粉末送入放电区域，利用放电热将电极材料及粉末熔化沉积于工件上，形成复合沉积层。
本发明实施例中，所述集束电极与所述工件之间的距离在20μm到1mm的范围内。
与现有技术相比较，采用本发明的集束电极电火花沉淀-同步送粉的高效增材修复与再制造方法及设备，用集束电极进行放电并通过同步送粉的方式把微细粉末直接通入放电区域，由普通电极的单点大能量放电转化为多点小能量放电，放电区域更大，放电更加均匀，熔化过渡材料也更加均匀，涂层质量获得大幅度提高；气粉混合同步送粉的方式，直接把粉末送入放电区域，而且放电区域面积较大，粉末的利用率也就较高，沉积效率明显提高；另外，还根据需要可以沉积特殊材料，改善工件的使用性能，如耐用性、耐磨性、疲劳强度、高温持久强度、耐腐蚀性等。也可以根据需要对损伤零件进行修复再制造。
附图说明
图1是本发明的采用电火花沉积技术的原理图。
图2是本发明实施例一的集束电极电火花沉淀-同步送粉的高效增材修复与再制造设备的结构示意图。
图3是本发明实施例二的集束电极电火花沉淀-同步送粉的高效增材修复与再制造方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
如图2所示，在本发明提供了一种集束电极电火花沉淀-同步送粉的高效增材修复与再制造设备，其包括用于在工件表面进行电火花沉积的集束电极1,用于固定所述集束电极的基座2、设置于所述基座2内的气粉混合腔3和分别与所述气粉混合腔3相连通的送粉通道4和送气通道5，所述送粉通道4输送的粉末和所述送气通道5输送的气体在所述气粉混合腔3中混合成气粉混合物，所述集束电机1内设置有多个与所述气粉混合腔3相连通的气粉混合通道6，所述气粉混合通道6用于把气粉混合物导入到所述集束电极1与工件9的反应区域。
进一步地，所述电火花沉积设备还包括设置于所述基座2外的保护罩7和所述基座外上的进电点8，所述保护罩7覆盖所述集束电极1。所述进电点2 用于与直流电源正极相连接。
进一步地，所述电火花沉积设备还包括伺服送丝模块，所述伺服送丝模块用于控制所述集束电极与工件表面距离始终保持放电间隙之内，形成稳定的电火花放电。所述伺服送丝模块还用于控制所述气粉混合通道均匀准确的将粉末送入放电区域。
本实施例中，所述集束电极1为丝状或者管状，所述集束电极1的材料为金属材料及其合金、半导体、导电陶瓷之一。所述送粉通道4输送的粉末为金属粉末(例如镍粉)、合金、半导体、导电陶瓷或者不导电粉末材料。
实施例二
如图3所示，在本实施例提供了一种集束电极电火花沉淀-同步送粉的高效增材修复与再制造方法，其包括以下步骤：
首先，将工件(待沉积的零件)置于图2所示的电火花沉积设备中，并在集束电极与工件表面间接入电源，使集束电极与工件表面产生电火花放电，所述集束电极与所述工件之间的距离在20μm到1mm的范围内。
然后，向气粉混合腔通入微细镍粉，使之均匀混合，之后沿集束电极内部的多个气粉混合通道同步喷入放电区域，通过火花放电产生的以上的高温将电极材料、镍粉、工件材料熔化、熔融并沉积在工件表面或者工件的损伤部位，形成特殊的沉积层或者沉积层修复层。沉积层厚度及沉积材料可以通过调节电极的材料种类、组分、粉末种类及气粉混合比例、通入的压力和流量、放电参数等甚至可以多次沉积进行调节。
本实施例中，所述的电极材料和零件材料可以是包括金属及合金、半导体、钛镍合金、导电陶瓷等所有导电材料。
综上所述，采用本发明的集束电极电火花沉淀-同步送粉的高效增材修复与再制造方法，用集束电极进行放电并通过同步送粉的方式把微细粉末直接通入放电区域，由普通电极的单点大能量放电转化为多点小能量放电，放电区域更大，放电更加均匀，熔化过渡材料也更加均匀，涂层质量获得大幅度提高；气粉混合同步送粉的方式，直接把粉末送入放电区域，而且放电区域面积较大，粉末的利用率也就较高，沉积效率明显提高；另外，还根据需要可以沉积特殊材料，改善工件的使用性能，如耐用性、耐磨性、疲劳强度、高温持久强度、耐腐蚀性等。也可以根据需要对损伤零件进行修复再制造。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集束电极电火花沉淀-同步送粉的高效增材修复与再制造设备，其特征在于，包括用于在工件表面进行电火花沉积的集束电极,用于固定所述集束电极的基座、设置于所述基座内的气粉混合腔和分别与所述气粉混合腔相连通的送粉通道和送气通道，所述送粉通道输送的粉末和所述送气通道输送的气体在所述气粉混合腔中混合成气粉混合物，所述集束电机内设置有多个与所述气粉混合腔相连通的气粉混合通道，所述气粉混合通道用于把气粉混合物导入到所述集束电极与工件的反应区域。
2.根据权利要求1所述的集束电极电火花沉淀-同步送粉的高效增材修复与再制造设备，其特征在于，所述电火花沉积设备还包括设置于所述基座外的保护罩，所述保护罩覆盖所述集束电极。
3.根据权利要求1所述的集束电极电火花沉淀-同步送粉的高效增材修复与再制造设备，其特征在于，所述电火花沉积设备还包括于所述基座外上的进电点，所述进电点用于与直流电源正极相连接。
4.根据权利要求1所述的集束电极电火花沉淀-同步送粉的高效增材修复与再制造设备，其特征在于，所述集束电极为金属材料及其合金、半导体、导电陶瓷之一。
5.根据权利要求1所述的集束电极电火花沉淀-同步送粉的高效增材修复与再制造设备，其特征在于，所述集束电极为丝状或者管状。
6.根据权利要求1所述的集束电极电火花沉淀-同步送粉的高效增材修复与再制造设备，其特征在于，所述送粉通道输送的粉末为金属粉末、合金、半导体、导电陶瓷或者不导电粉末材料。
7.根据权利要求1所述的集束电极电火花沉淀-同步送粉的高效增材修复与再制造设备，其特征在于，所述电火花沉积设备还包括伺服送丝模块，所述伺服送丝模块用于控制所述集束电极与工件表面距离始终保持放电间隙之内，形成稳定的电火花放电。
8.根据权利要求7所述的同步送粉的电火花沉积设备，其特征在于，所述伺服送丝模块用于控制所述气粉混合通道均匀准确的将粉末送入放电区域。
9.一种集束电极电火花沉淀-同步送粉的高效增材修复与再制造方法，其特征在于，包括：
将集束电极靠近工件，在集束电极与工件之间形成稳定的电火花放电；
通过集束电极内部的多个气粉混合通道，把粉末送入放电区域，利用放电热将电极材料及粉末熔化沉积于工件上，形成复合沉积层。
10.如权利要求9所述的集束电极电火花沉淀-同步送粉的高效增材修复与再制造方法，其他特征在于，所述集束电极与所述工件之间的距离在20μm到1mm的范围内。
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