CN1083127A - 粉末涂层的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

用涂层粉末，最好是粉状漆进行导电工件的涂层 的方法，其工艺步骤如下：先将已净化的和/或表面 处理过的工件通过一感应器对涂层粉末的处理温度 及熔融温度或软化温度进行感应加热，然后通过一喷 射装置将涂层粉末喷射到感应加热过的工件上，这样 涂层粉末通过感应加热的工件而在其上熔化。

Description

本发明涉及一种通过涂层粉末，特别是通过一种粉状漆对导电工件进行粉末涂层的方法和装置。
粉末涂层的方法和装置多年来已从实践中获知。粉末涂层基本上属于表面处理的范围，即以环境保护的方式通过热效应在工件的表面进行涂层。与习用的以含有溶剂的漆进行涂漆的方法所不同的是，此法是将粉末涂层或一种粉状漆涂布于待涂层的表面，涂层粉末通过热效应而熔融，直至在表面形成一均匀的涂层。粉末涂层的关键问题是涂层粉末在待涂层表面所绝对必要的粘附性。在涂层产生热处理效应之前这一绝对必要的粘附性，从技术水平来看，是通过已知的带静电的粉末涂层而达到的。这是基于这样的事实，即带电的微粒相互吸引，因此此处仅适宜于用导电性的或热稳定性的固体物作粉末涂层。至今一些家用机器、办公室家具、庭园家具、汽车附件、机械配件、线材制品、型材、护面构件等等都是用这种方法进行涂层的。
至今已知的方法，是将干燥的涂层粉末充入一储器内，使其流态化或搅拌之，并通过压缩空气将其输入一喷枪内。在喷枪内按照级联源理由大约10伏低电压形成高电压，并且在喷射时由一个或多个电极用60至100千伏对粉末充压。在喷枪和接地的工件之间形成一电场。粉末粒子跟着其场力线并且基于剩余电荷而粘附在待涂层的物件上。用这种方式处理过的工件可以用手工方式或自动控制将其输送至一连接于其后的干燥器内，在干燥器内全部由塑料组成的涂层粉末在200℃高温下融熔成平整的薄膜，然后再进行硬化。如果用瓷粉作涂层粉末则需要大约800℃高温。
作为涂层粉末首先可考虑用热塑性塑料和热固性塑料，如果想生成一种涂漆层，原则上所用的涂层粉末其融点要低于待涂层工件的融点，以往实践证实特别可采用聚酯树脂粉和聚氨酯粉末以及环氧树脂粉末。已知的粉末涂层方法指出一个共同的问题，即不管用什么方式必需将用作涂层的粉末涂覆到待涂层的工件上，为此所需要的措施和使用的方法其设备费相当昂贵，同时还需使用所谓粘附媒介体，这不仅对涂层本身有损害，就是从环境保护的观点看也是令人忧虑的。
此外，已知的粉末涂层的方法和装置还进一步指出了一个问题，即待涂层的工件经常是在熔炉、炉室或类似装置中进行加热的，以便粘附在表面的涂层粉末能够熔化成一均匀的涂层，因此，温度是从外部对工件产生作用的，这样根据加热的持续时间而显示出一个向内部定向的温度梯度。因此，在进行过去所熟知的粉末涂层的方法时，由于常常需处理大尺寸的工件，例如长的管子之类，此时，进行涂层就需要用大型工业炉，这样由于需要较多的能量而显得特别不经济实用。
最后，按照已知的方法对管子的内表面进行有效的涂层显得特别困难，尤其是从外部作用的热量不能均匀地进入到内壁，对整个工件的加热有时需要一个很长的预热阶段，这是一种补救措施，然而费用确实是太昂贵了。
本发明任务在于提供一种粉末涂层的装置和方法，按照本发明可以用简单的方法将用于涂层的粉末涂覆到待涂层的工件上，并且可毫无困难地涂覆到空心体的内壁上，例如管子的内壁或类似物件。
按照本发明的方法用一种涂层粉末，特别是一种粉状漆对导电的工件进行粉末涂层，这是以权利要求1所表示的特征来解决前述任务的。
本发明的按照下列的工艺步骤来实施的，首先将待涂层的工件（在需要的情况下进行一次净化和/或表面处理）通过感应加热到涂层粉末的处理温度和融熔或软化温度;接着在加热后的即刻通过一喷射装置将涂层粉末涂布到经感应加热的工件上，基于工件已处于加热状态，所以就不需要另外的粘附剂，因为涂层粉末一落到工件表面就立刻熔化并粘附在工件上。对工件表面感应加热达到的温度进行调节，使涂层粉末不仅能熔化并且基于通过调整表面张力而形成一光滑且均匀的表面层。
按照本发明必需认识到以下二个问题：一方面是粉末涂层粘附到待涂层的工件上，另一方面是待涂层工件外部的定向加热，尤其要考虑特别大型的工业炉，使其能在一定速度上解决操作过程，同时要将工件在涂层之前感应加热，并且在加热后立刻，即还处于热的状态用涂层粉末进行喷涂。按照本发明的方法既不需要费用昂贵的工艺和设备将涂层粉末粘附到工件上，也不需要昂贵的大型工业炉进行涂层粉末的熔化。更确切地说在这种特定的操作过程中，粘附和熔化都是在事先独立过程中完成的，也就是说，经过加热接着涂覆，此时在加热和涂覆之间仅产生极短的时间间隔。二者互相的融合过程是在一个地方进行的，因此就可免去从一个加工站搬运到另一处的运输时间和费用。
如果通过感应器在预先的加热阶段之后就开始进行涂层粉末的喷涂，然后边加热边喷射一起进行，则这种方式的涂覆过程就显得特别具有优点，涂覆过程结束感应器就中断工作，并将余下的范围完全地喷洒到。
如果待喷涂的工件是长形的部件，例如是轴或管子，则当这类工件进行感应加热和喷涂时，基于其旋转对称的构造最好通过一夹紧装置令其围绕纵轴旋转。感应器和喷涂装置是固定安装的，因此长形工件或管子在感应器和喷射装置的有效范围内转动，以使其达到全面而均匀的涂层。
此外，此法还有其优点，当工件进行感应加热和喷涂时，工件是相对于感应器和喷射装置转动的，或者是感应器和喷射装置对着工件转动。这一相对运动可能是朝着工件的纵向转动，因此，通过夹紧装置引起的工件的转动，以及所提到的既可能是工件也可能是感应器连同其喷射装置的纵向运动，构成了相互补充，从而使工件例如管子的整个长度都能达到有效的涂覆。
对于待涂层的管子其优点在于，当管壁感应加热时，特别是通过调节感应器电流的频率来加热，可以作如下设计，即要进行达到管壁内部和内表面的完全加热，使得管子能借助一喷射装置而达到其内部的喷射和涂层。按照本发明作如此的设计就可能具有很大的优点，使管子通过感应方式从外部（区域性地）进行加热，再达到内部加热。一个连接在感应器上的喷射装置就可通过装在管子外部和内部的喷头将涂层粉末进行管子内外涂层，这样涂层粉末在喷涂后即刻粘附到表面上。
其次还考虑，管子不仅从外部而从内部，最好是同时通过单独的感应器进行加热，并通过相应的喷射装置进行喷射和涂层。进入管子的感应器要设计成探针式的，最好是棒形的，这样，二个感应器互相完全是独立的，可以在不同的位置产生效应。这样，不论管子的外部或内部的分批涂层均可顺利进行。
用特别有利的方式调节感应器和喷射装置的推进速度以使达到一定的涂层厚度;此外，工件的转速及感应器的加热速度影响到涂层的厚度。
另一个有利的方法是，将已喷射过涂层粉末的工件表面再经过一个感应器加热，这样可以使已部分熔化的涂层粉末基于其表面张力原因，而处于融熔流动的或软化的状态粘附在表面上而显得平整光滑。只要在第一二段能达到使涂层粉末产生粘附作用，则再次加热时可视作一种后处理。无论如何在继续加热时可调整规定的涂层表面粗糙度和光滑度。
涂层粉末喷射到感应加热的工件上时最好粉末不要成射线状或点状地落到工件上，而是要呈喷雾状，也就是说要具有一定的分散宽度喷射到工件上。因此，朝着工件方向喷射的粉末粒远比工件能够吸收的更多，这是不可避免的。为了避免污染和由于涂层粉末而造成的环境恶化，也为了避免粉末再次损耗及降低成本，最好将喷在工件表面未熔化的粉末微粒通过一特殊的吸取装置吸出，然后可以将吸出的粉末微粒再输入喷射装置里继续喷射，这些从吸取装置出来的粉末先送回到收集器或储槽内，然后再输送到喷射装置。
本发明的内容还涉及到按照本发明的装置，这一与装置有关的任务是通过权利要求12的特征来解决的。使用涂层粉末，特别是粉状漆进行导电工件喷涂的装置（最好使用前述的按照本发明的工艺）其特征在于，至少具备一用于工件感应加热的感应器和至少具有一用涂层粉末涂覆已加热工件的喷涂装置。按照本发明的感应器和喷涂装置的联合装置可以抵消至今已知的粉末喷涂装置和工艺方面出现的一些缺点。
感应器最好是连接在一反应换流器上，并且可供给可变频率的交流电。为了调制通过感应器在工件内产生感应涡流的透入深度，感应器频率最好是无级调节的。第一级有一个规定值用于调节各个不同的频率这是完全可能的。
如果要喷涂的工件是长形的，最好是管子，则作这样的设计，即感应器至少是部分地以可良好调节的间距包住工件，因而感应器设计应使它与工件之间无相对运动，并且设置一个相当大的工艺范围。最佳方式是感应器为略呈半圆形的，如果待喷涂的工件是管状的也可考虑环形的，感应器将工件从空的一边经过管子带过来。也可将感应器设计成钳状的，每边的钳子又可活动的，在感应器的中间部位（一半处）包围住待喷涂的工件而不使其损伤，在该处封闭成似环形的感应器。
为支持住待喷涂工件更为有利的是安装一具有一只，最好是二只夹具的夹紧装置。用于支住工件的夹具从工件的正面将其夹持住。
另一个特点是夹紧装置或夹紧装置的夹具均是旋转传动的，因此夹紧的工件置于可转动的位置。待喷涂的工件能旋转运动这就具有很大的优点，在不移动感应器，例如一些造型为半圆形的感应器时，即可以将工件进行全面的加热喷涂。
为了达到使工件的整个表面形成均匀的涂层，夹紧装置可以沿着工件的纵向移动，这样再加上工件的旋转运动，从而使其不仅在整个圆周范围并且也在整个长度上均能受到加热及进行涂层。夹紧装置的安装和工件夹紧的方式按下列形式实现，即工件呈水平位置边延伸边可以夹紧。也可以考虑向垂直方向延伸夹紧工件，此时感应器在各个方向的定位，工件夹紧时的程序安排和其转动的可能性都必须配合好。
也可以设想感应器沿工件成直线运动，这样对于工件的转动夹紧装置也必须有一个旋转运动。不仅感应器而且工件都可能沿纵向移动的，这样，不仅感应器而且夹紧装置只需各行走一半路程，感应器和夹紧装置的最大行程可能就性明显减少了。
不仅感应器的移动而且夹紧装置皆为直线式的运动，其速度可以改变，通过它们速度的改变就可以有效地影响涂层过程。
如果待涂层的工件是管子则还必须安装一喷射装置，用于喷射和涂覆管子的内壁。最好是通过一支架和一喷管子或绳索使喷射装置进入管子内，但是此时必须保证对管子从外部进行感应加热的设计，应考虑到由热量引起的涡流进入管子有足够深度。这样，实际上也是对管子的内表面进行足够的加热。其后第二个喷射装置就可能与外部正在操作的第一个喷射装置平行地在管子的内部进行涂层，这样两个喷射装置几乎是在同一高度操作并且是以相同的推移速度沿着管子移动。由此引进的管子的转动可确保全方位的涂层。
面对前述设计可能性的选择还需要装备另一个感应器用于加热管子的内壁，最好是通过一支架和一喷管或一绳索使该感应器进入管子。第二个感应器可以补充外部作用的感应器的热效应，因此可以全面地均匀地对内壁进行加热。
对于喷射装置作这样的安装就具有很大的优点，如将喷射装置装到感应器后面，这样在感应器推移方向，位于感应器之后的工件感应加热的范围，就可用涂层粉末进行喷涂。因此，由于工件已加热，粉末就能粘附其上，并在其上熔化及均匀地分布。喷涂装置可以牢固地附加在感应器上，例如，与感应器一起装配在一框架内，在此，在感应器向前推移时，也可以看到它始终位于感应器后边在工件感应加热区就可用涂层粉末喷涂，这样感应器的运动总时引起喷射装置的一致运动。感应器与喷射装置之间的距离可以调节，通过调节使其间保持一定距离，至少在涂层时不得改变。
为了避免环境负担和污染以及为了尽可能地减少涂层粉末的材料损耗，最好在喷射装置上安装一吸尘器，用于吸除工件表面未熔化的粉末微粒。
吸取装置可以是呈漏斗形的吸取罩，它围绕在喷射装置四周至少局部可以延伸，即至少形成稍微包在工件的四周成环形或者是弯形的。在此要考虑吸取罩必须适合待涂层工件的形状，这样才能保证绝对有效地吸取和收集剩余的涂层粉末。
吸取装置将吸出的粉末输送到一储集槽内，吸取装置与喷射装置的贮槽流通连结，如此可将吸出的涂层粉末重新直接输至喷射装置。
针对工件的几何形状，并且为了避免大量吸出的涂层粉末落到待涂层工件上，喷射装置的喷头是可以调整的，可以更换喷射装置的喷头，这样可以通过各种不同的喷头形状和喷射装置及感应器的推移速度再调节各种涂层厚度。
存在各种可能性以最佳方式进一步扩展本发明的原理。为此，一方面可参阅对权利要求1和12提出的要求;另一方面可借助于简图参阅本发明的实施例的说明。借助简图结合本发明有特征的实施例的说明就可以扩展和进一步建立本发明的原理。
在插图中以示意方框图形式表示出按照本发明的以涂层粉末对导电工件进行涂层的装置之实施例，同时表示出还装有一感应器和二个喷射装置。
唯一的插图表示在按本发明的装置对导电工件进行粉末涂层的实施例，工件是管子1，所用涂层粉末是粉状漆，在图中未表示出，将它在管子1的表面涂层形成漆层。
按照本发明的方法，感应器2用于感应加热管子1，通过一喷射装置3用涂层粉末对加热的工件，即管子1进行喷涂。
其次，在唯一的插图中还表示出，感应器2是连接在反用换流器4上的，感应器2是采用可以变频率的交流电。感应器2频率的可调性用于调整通过感应器2在管子上产生感应涡流的进入深度，最好是无级调节的。
在图中还表示感应器2是局部地包住管子1的，管子1和感应器2之间的间距是可调的。此外，感应器2设计成如半圆形的，在此，环形造型以及带有二个感应部件的钳状感应器也是可行的。
夹持装置5用于夹持管子1，以2个夹具6、7将管子1夹持住。夹持装置5及其2个夹具6、7是旋转驱动的，这样，通过夹持装置5带动管子1旋转。
夹紧装置5及感应器2都是沿管子1的纵向运行的，因而管子1在移动中其整个管子均能有效地得到涂层。
在此所提及的实施例中，夹持装置5的安装方式是，工件，即管子1处于夹紧状态垂直延伸。感应器2沿着工件，即管子1成直线运行，感应器2的运动速度是可变的及可调的。
图中还表示出除了喷射装置3之外再装一喷射装置8用于管子1的内壁喷涂，喷射装置8通过一支架9和一喷管10可以进入管子1内，管子1是通过上部的夹具6进入管内的。
朝感应器2进给方向看过去，喷射装置3、8是置于感应器2之后的，因而，在感应器2的推移方向，位于感应器2后面的管子1的感应加热范围可用涂层粉末进行喷涂。此外，喷射装置3在同一框架，即支架11上牢固地装在感应器2上，这样喷射装置3就强制性地跟着感应器2移动。
在喷射装置3、8上各安装一吸取装置12、13，用于吸取在工件，即管子1表面未熔化的粉末粒子。吸取装置12、13实际上是呈漏斗状的吸取罩14、15。吸取罩14、15是对准管子1的方向的，它在与喷射装置相对的一边完全包围住喷射装置3、8的喷头。
在管子1的下端另外装一吸取装置20，它将管子1的开口一并吸出，吸取装置20装在下面的夹具7上，是下面夹具7的整个组成部分。
从图上可以看出，吸取装置12、13、20是通过压缩空气管16、17、21与喷射装置3、8的储器18流通相接的，因此可将吸取的涂层粉末重新输送至喷射装置3、8上。通过压力容器19所提供的压缩空气将涂层粉末通过另外的压缩空气管22、23再输送至喷射装置3、8上。
前述实施例可供更好地理解本发明的原理，这原理不受实施例限制。

Claims (37)

1、用涂层粉末，最好是粉状漆对导电工件(1)进行涂层的方法，其特征在于，可实施下列的工艺步骤：
净化的和/或表面处理过的工件(1)在涂层粉末的加工温度及融熔温度或软化温度下进行感应加热；
通过一喷射装置(3)将涂层粉末喷涂到感应加热的工件(1)上。
2、根据权利要求1的方法，其特征在于，涂层粉末的喷涂是在感应器（2）预先进行加热阶段之后开始的，然后其喷涂与加热同步进行。
3、根据权利要求1或2的方法，待涂层的工件（1）为一长形的部件，最好是管子，其特征在于，工件（1）在进行感应加热和喷涂时最好是通过一夹紧装置（5）围绕着它的纵轴转动。
4、根据权利要求1-3中之一，其特征在于，当感应加热和喷涂时，工件（1）是相对于感应器（2）和喷涂装置（3）转动的，或者是感应器（2）和喷涂装置（3）相对于工件（1）转动的。
5、根据权利要求4的方法，其特征在于，对着工件（1）的相对运动是纵向进行的。
6、权利权利要求1-5中之一的方法，如工件是管子（1），其特征在于，管壁的感应加热（特别是通过感应器电流的频率）作如下的设计，即要直至管子内壁完全热透，管子（1）的内部是通过另一喷射装置（8）进行喷射涂层的。
7、根据权利要求1-6中之一的方法，其特征在于，管子（1）的外部和内壁最好是同时各通过一感应器（2）进行加热，并通过喷射装置（3，8）进行喷射和涂层。
8、根据权利要求1-7中之一的方法，其特征在于，涂层厚度通过感应器（2）和喷射装置（3、8）的推移速度和/或通过工件（1）的转动速度和/或通过加热速度来进行调节。
9、根据权利要求1-8中之一的方法，其特征在于，已用涂层粉末喷涂过的工件（1）的表面通过感应器（2）再次加热，这样，至少部分已熔化的涂层粉末，由于特殊的表面张力作用而成融熔流动状或软化状态可以平滑地贴附在表面。
10、根据权利要求1-9中之一的方法，其特征在于，喷射在工件（1）上未熔化的粉末微粒通过一吸取装置（12、13）吸收。
11、根据权利要求10的方法，其特征在于，吸取的粉末微粒再输至喷射装置（3、8）用于下一步的喷涂。
12、用涂层粉末，最好是一种粉状漆对导电工件（1）进行粉末涂层的装置最好用根据权利要求1-11中之一的工艺方法，其特征在于，至少用一个感应器（2）进行工件（1）的感应加热，并且至少用一个喷射装置（3）用涂层粉末喷涂已加热的工件（1）。
13、根据权利要求12的装置，其特征在于，感应器（2）是联接在一反用换流器（4）上的，并且供给可变频率的交流电。
14、根据权利要求13的装置，其特征在于，感应器（2）的频率用于调整通过感应器（2）在工件（1）内部产生感应涡流的透入深度，其频率是无级调节的。
15、根据权利要求12-14中之一的装置，工件（1）是长形的，最好是管子形状，其特征在于，感应器（2）以可调的间距至少局部地包住工件（1）。
16、根据权利要求15的装置，其特征在于，感应器（2）是略呈半圆形的。
17、根据权利要求15的装置，其特征在于，感应器（2）成环形地包住管子（1），在需要情况下设计成两半形的。
18、根据权利要求15的装置，其特征在于，感应器（2）设计为类似钳状形式。
19、根据权利要求1-18中中之一的装置，其特征在于，夹持装置（5）最好装有2只夹具（6、7）用于夹持工件（1）。
20、根据权利要求19的装置，其特征在于，夹持装置（5）以及夹持装置（5）的夹具（6、7）是旋转驱动的，这样就可带动夹持的工件（1）转动。
21、根据权利要求19或20的装置，其特征在于，夹持装置（5）可向工件（1）的纵向运行。
22、根据权利要求19-21中之一的装置，其特征在于，夹持装置（5）按如下的方式安装，即工件（1）在水平方向边延伸边可夹持。
23、根据权利要求19-21中之一的装置，其特征在于，夹持装置（5）的安装方式是，工件（1）是垂直方向边延伸边夹持。
24、根据权利要求12-22中之一的装置，其特征在于，感应器（2）沿着工件（1）成直线形地运行。
25、根据权利要求23的装置，其特征在于，感应器（2）以可变的速度移动。
26、根据权利要求12-24中中之一的装置，当工件为管子（1）时，其特征在于，安装另外一个喷射装置（8）用于喷射或涂覆管子（1）的内壁，最好是通过一支架（9）和一喷管（10）或一绳索进入管子（1）。
27、根据权利要求12-25中中之一的装置，当工件是管子（1）时，其特征在于，安装另外一个感应器用于加热管子（1）的内壁，最好是通过一支架（9）和一喷管（10）或一绳索进入管子（1）。
28、根据权利要求12-26中之一的装置，其特征在于，喷射装置（3、8）是装在感应器（2）后面的，因此朝感应器（2）的推移方向看过去，位于感应器（2）后面始终是经感应加过热的，从而可以用涂层粉末进行喷涂的区域。
29、根据权利要求12-27中之一的装置，其特征在于，喷射装置（3）附加安装在感应器（2）上，因此从感应器（2）的推移方向看过去，位于感应器（2）后面的感应加热的区域可用涂层粉末进行喷涂。
30、根据权利要求12-28中之一的装置，其特征在于，在喷射装置（3、8）上安装一吸取装置（12、13），用于吸取工件（1）表面未熔化的粉末粒子。
31、根据权利要求29的装置，其特征在于，吸取装置（12，13）基本上是呈漏斗状的吸取罩（14、15）。
32、根据权利要求30的装置，其特征在于，吸取罩（14、15）最少可以局部地围绕着喷射装置而扩大。
33、根据权利要求25以及在某种情况下根据权利要求26-31中之一的装置，其特征在于，在管子下端另外安装一吸取装置（20），将管子（1）的开口一并吸出。
34、根据权利要求32的装置，其特征在于，吸取装置（20）安装在下面的夹具（7）上。
35、根据权利要求32的装置，其特征在于，吸取装置（20）是下面夹具（7）的整个组成部分。
36、根据权利要求30-34中之一的装置，其特征在于，吸取装置（12、13、20）是与喷射装置（3、8）的贮器（18）流通相接的，因此吸取的涂层粉末可重新输送至喷射装置（3、8）。
37、根据权利要求12-35中之一的装置，其特征在于，喷射装置（3、8）的喷头是可以更换的，因此可通过喷头的形状和喷射装置（3、8）以及感应器（2）的推移速度调节涂层厚度。
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