CN108480156A - 一种喷涂方法及喷枪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种喷涂方法及喷枪。喷涂方法包括：将熔融状或半熔融状的喷涂材料喷入混合喷射腔中；在混合喷射腔中形成涡旋气流，以使熔融状或半熔融状的喷涂材料变成粉末状的固态喷涂材料；将粉末状的固态喷涂材料向预设区域以预定速度喷射，以将固态喷涂材料沉积在待喷涂部件的表面。此喷涂方法利用混合喷射腔中形成的涡旋气流，可以直接处理熔融或半熔融状态的喷涂材料，使其变成粉末状的固态喷涂材料，不再限定材料的初始状态，只需要将其变成熔融或者半熔融状态即可，使用非常方便。涡旋气流可以使得熔融或半熔融状态的喷涂材料能在混合喷射腔中充分雾化，形成粒子大小比较接近一致的粉末状的固态喷涂材料，保持较好的喷涂效果。

Description

一种喷涂方法及喷枪
技术领域
本发明涉及喷涂技术领域，尤其涉及一种喷涂方法及喷枪。
背景技术
为了在产品的表面附着一层物质，比如附着一层导电层、防氧化层、耐磨层等等，可以采用多种方法。比如，通过电镀、喷涂等方法。喷涂是一种常见的表面覆盖技术，其可以分为热喷涂和冷喷涂。
热喷涂是采用气体、液体燃料或电弧、等离子弧、激光等作热源，将粉末状或丝状的金属、合金、陶瓷、氧化物、碳化物、塑料、尼龙以及它们的复合材料，加热到熔融或半熔融状态，通过热源自身的动力，或外加高速气流使其雾化，以一定的速度喷向经过预处理的工件表面，形成附着牢固的表面层的加工方法。
冷喷涂是指，不需要将喷涂材料加工到半熔融或熔融状态，而是将粉末状的喷涂材料以高速(一般以500～700m/s的速度)撞击工件的表面，当具有一定塑性的喷涂材料与工件的表面碰撞后，经过喷涂材料的固态粒子经过塑性变形而在工件的表面发生沉积，形成涂层。目前，冷喷涂只适用于将粉末状的喷涂材料直接喷出，而不适用于棒状或丝状的喷涂材料，限制了冷喷涂技术的应用范围。
发明内容
本发明的第一目的在于提出一种喷涂方法，可以直接利用熔融状或者半熔融状的喷涂材料，形成粉末状的固态喷涂材料喷涂，使用方便。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种喷涂方法，包括：
将熔融状或半熔融状的喷涂材料喷入混合喷射腔中；
在混合喷射腔中形成涡旋气流，以使熔融状或半熔融状的喷涂材料变成粉末状的固态喷涂材料；
将粉末状的固态喷涂材料向预设区域以预定速度喷射，以将固态喷涂材料沉积在待喷涂部件的表面。
其中，在固态喷涂材料喷射的喷射区域外围形成冷却气流，使得喷射的固态喷涂材料在到达待喷涂部件的表面时，温度不超过80℃。
其中，粉末状的固态喷涂材料为球形的粒子状。
其中，熔融状或半熔融状的喷涂材料从环形设置的喷涂材料通道出口喷入混合喷射腔，且熔融状或半熔融状的喷涂材料沿同一旋转方向倾斜喷入混合喷射腔。
其中，动力气体从环形设置的喷涂材料通道出口围设的区域中喷入混合喷射腔中。
其中，在将熔融状或半熔融状的喷涂材料沿喷射口喷入混合喷射腔中前，还包括：将喷涂材料加热至呈熔融或半熔融状态。
其中，喷涂材料在加热呈熔融状或半熔融状前为棒状、丝状或粉末状。
其中，将喷涂材料加热到熔融状或半熔融状的温度为900℃～3000℃。
其中，预定速度不低于400m/s。
其中，预定速度不低于533m/s。
其中，冷却气流由惰性气体或冷却压缩空气形成。
其中，固态喷涂材料在到达待喷涂部件的表面时，温度为20℃～80℃。
其中，固态喷涂材料在到达待喷涂部件的表面时，温度为25℃～42℃。
本发明的第二目的在于提出一种喷枪，可以将熔融状或半熔融状的喷涂材料转化成固态喷涂材料进行喷涂，使用方便。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种喷枪，包括喷射部，喷射部内设置有混合喷射腔，用于向外喷射粉末状的固态喷涂材料；
喷射部上设置有喷涂材料通道，喷涂材料通道与混合喷射腔连通，且当通过喷涂材料通道向混合喷射腔喷入熔融状或半熔融状的喷涂材料时，能在混合喷射腔中形成涡旋气流，以使熔融状或半熔融状的喷涂材料变成粉末状的固态喷涂材料。
其中，喷射部设置有冷却气流孔，用于在粉末状的固态喷涂材料喷射的喷射区域外围形成冷却气流，使得喷射的固态喷涂材料在到达待喷涂部件的表面时，温度不超过80℃。
其中，喷枪还包括熔融部，用于将喷涂材料熔融呈熔融状或半熔融状，熔融部与喷射部连通。
其中，喷枪还包括进料部，用于喷涂材料进入，喷射部与进料部连通，熔融部的一端与进料部连通，另一端与喷射部连通。
其中，混合喷射腔分别与熔融部和动力气体通道连通，冷却气流孔环绕混合喷射腔设置。
有益效果：本发明公开了一种喷涂方法及喷枪。喷涂方法包括：将熔融状或半熔融状的喷涂材料喷入混合喷射腔中；在混合喷射腔中形成涡旋气流，以使熔融状或半熔融状的喷涂材料变成粉末状的固态喷涂材料；将粉末状的固态喷涂材料向预设区域以预定速度喷射，以将固态喷涂材料沉积在待喷涂部件的表面。此喷涂方法利用混合喷射腔中形成的涡旋气流，可以直接处理熔融或半熔融状态的喷涂材料，使其变成粉末状的固态喷涂材料，并将固态喷涂材料喷涂到待喷涂部件的表面，此种喷涂方法不再限定材料的初始状态，只需要将其变成熔融或者半熔融状态即可，使用非常方便。同时，涡旋气流可以使得熔融或半熔融状态的喷涂材料能在混合喷射腔中充分雾化，形成粒子大小比较接近一致的粉末状的固态喷涂材料，保持较好的喷涂效果。
附图说明
图1是本发明提供的喷枪在喷涂时的结构示意图。
图2是本发明提供的喷枪的喷射部的内部结构示意图。
图3是图2的喷射部的俯视图。
图4是图2的喷射部的仰视图。
图5是本发明提供的喷涂设备的部件连接示意图。
其中，
1-喷枪，11-进料部，12-喷射部，121-混合喷射腔，122-冷却气流孔，123-动力气体通道，124-喷涂材料通道，1241-喷涂材料通道入口，1242-喷涂材料通道出口，13-熔融部，14-动力气体连接管，15-冷却气体连接管，2-待喷涂部件，31-初始状态的喷涂材料，32-固态喷涂材料，33-冷却气体控制系统，34-冷却气体，35-动力气体控制系统，36-过滤器，37-储气罐，38-油水分离器，39-空气压缩机，4-涂层。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明提供了一种喷涂方法，具体步骤包括：
如图1所示，利用喷枪1将粉末状的固态喷涂材料12向预设区域以预定速度喷射，以将固态喷涂材料32沉积在待喷涂部件2的表面，形成涂层4；
如图2所示，在喷枪1的喷射部12中设置有混合喷射腔121，为了形成固态喷涂材料32，本实施例的喷涂方法，将熔融状或半熔融状的喷涂材料喷入混合喷射腔121中，且在混合喷射腔121中形成涡旋气流，以使熔融状或半熔融状的喷涂材料变成粉末状的固态喷涂材料。
以图2为例，当熔融状或半熔融状的喷涂材料沿着喷涂材料通道124喷入混合喷射腔121时，在混合喷射腔121中形成涡旋气流，此涡旋气流可以由喷入混合喷射腔121的喷涂材料形成，也可以由其他的气流形成。总之，利用混合喷射腔121中形成的涡旋气流，可以直接处理熔融或半熔融状态的喷涂材料，使其变成粉末状的固态喷涂材料32，并将固态喷涂材料32喷涂到待喷涂部件的表面。此种喷涂方法是使得喷涂材料沉积在待喷涂部件的表面，即以类似于冷喷涂的方式，将喷射的固态喷涂材料32的粒子形成塑性变形沉积，喷涂后形成的涂层4非常致密，能与待喷涂部件2的表面牢固结合。此种喷涂方法不再限定材料的初始状态，只需要将其变成熔融或者半熔融状态即可，使用非常方便。同时，涡旋气流可以使得熔融或半熔融状态的喷涂材料能在混合喷射腔中充分雾化，形成粒子大小比较接近一致的粉末状的固态喷涂材料32，保持较好的喷涂效果。熔融或半熔融状态的喷涂材料与涡旋气流充分接触后，会被打磨成球形的粒子状，有利于喷涂时附着到待喷涂部件2的表面。
为了能提高熔融或半熔融状态的喷涂材料的雾化程度，形成较佳的固态喷涂材料32，以及提高固态喷涂材料32的喷射速度，还可以在混合喷射腔121中喷入动力气体，动力气体可以从环形设置的喷涂材料通道出口1242围设的区域中喷入混合喷射腔121中，以从中间对围设的喷涂材料进行雾化和加速。
本实施例的喷涂方法，可以先将初始状态的喷涂材料31(在加热呈熔融状或半熔融状前的状态)加热至呈熔融或半熔融状态，再喷入混合喷射腔121中。初始状态的喷涂材料31可以是棒状、丝状或粉末状，此种方式不再将初始状态的喷涂材料31的种类局限于粉末状的材料，而极大拓宽了喷涂材料的选择。比如可以采用金属、合金、塑料、陶瓷、复合材料，也可以选择为纯金属(锌、铝、铜、铁、镍、钛，不锈钢等)、金属合金(磷青铜、锡青铜、铅青铜等)、塑料以及复合材料等，也可以制备NICR基高温合金等，形成耐磨、耐蚀、耐热、抗辐射和电磁屏蔽等不同性能的涂层。
采用上述的喷涂方法，先将初始状态的喷涂材料31(在加热呈熔融状或半熔融状前的状态)加热至呈熔融或半熔融状态，再喷入混合喷射腔121中，形成粉末状的固态喷涂材料32，再将固态喷涂材料32喷涂并沉积在待喷涂表面时。此种喷涂方法可以称为冷融射喷涂法(Cool Hot Spray,CHS)。
上述将喷涂材料加热到熔融状或半熔融状的温度可以在900℃～3000℃，具体的温度可以根据材料的特性选择。
本实施例的喷涂方法，还包括在固态喷涂材料喷射的喷射区域外围形成冷却气流，使得喷射的喷涂材料在到达待喷涂部件的表面时，温度不超过100℃。固态喷涂材料32喷向待喷涂部件2的表面的过程中，通过冷却气体34形成的冷却气流对喷射的喷涂材料冷却，使得喷射的喷涂材料32的温度在喷射过程中温度不断降低，最终在到达待喷涂部件2的表面时，温度能降低到100℃及以下。此种喷涂方法对于超过100℃容易变形的基材，比如薄手机壳、玻璃、塑胶、陶瓷、布匹、纸质、木质、皮革等，可以避免由于温度较高所造成的变形，非常方便地对此种基材进行喷涂。当然，喷射的喷涂材料32到达待喷涂部件的表面时的温度可以由冷却气流的大小和温度调整，比如，当加大冷却气流的流量、降低冷却气流的温度时，可以降低喷涂材料的温度。喷射的喷涂材料32到达待喷涂部件的表面时的温度可以根据实际情况调整，比如调节到25℃～42℃，比如设置为20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃等。
冷却气流还能降低喷枪温度，此外，还能预清洁待喷涂产品的表面，除去待喷涂产品的表面的杂质。
为了能使得喷涂材料以沉积的方式与待喷涂部件2的表面牢固结合，喷涂材料喷射的预定速度不宜低于400m/s，可以超过500m/s、533m/s、700m/s或更高，以便获得较好的喷涂效果。
由冷却气体34形成的冷却气流主要对喷射的喷涂材料32进行冷却。冷却气体34可以由压缩空气构成，此外，冷却气体还可以主要由惰性气体形成，比如可以由氦气、氖气等化学性质不活拨的惰性气体形成，减少喷射的喷涂材料32与外部的空气的接触，从而减少喷涂材料在喷射过程中的氧化等。
如图1～图4所示，为了实现上述的喷涂方法，本发明还提供了一种喷枪，包括进料部11和喷射部12。进料部11用于初始状态的喷涂材料31进入，喷射部12与进料部11连通，喷射部12内设置有混合喷射腔121，用于向外喷射粉末状的固态喷涂材料。喷射部12上设置有喷涂材料通道124，喷涂材料通道124与混合喷射腔121连通，且当通过喷涂材料通道124向混合喷射腔121喷入熔融状或半熔融状的喷涂材料时，能在混合喷射腔121中形成涡旋气流，以使熔融状或半熔融状的喷涂材料变成粉末状的固态喷涂材料。
利用此喷枪不再限定材料的初始状态，只需要将其变成熔融或者半熔融状态即可，使用非常方便。同时，涡旋气流可以使得熔融或半熔融状态的喷涂材料能在混合喷射腔121中充分雾化，形成粒子大小比较接近一致的粉末状的固态喷涂材料32，保持较好的喷涂效果。熔融或半熔融状态的喷涂材料与涡旋气流充分接触后，会被打磨成球形的粒子状，有利于喷涂时附着到待喷涂部件2的表面。利用此喷枪进行喷涂的材料，可以参见上述喷涂方法中的材料，此处不再赘述。
如图2和图3所示，为了在混合喷射腔121中1形成涡旋气流，可以将多个喷涂材料通道124呈环形设置，且喷涂材料通道124沿同一旋转方向倾斜，使得熔融状或半熔融状的喷涂材料沿同一旋转方向倾斜喷入混合喷射腔121，形成涡旋气流。
喷枪1的喷射部12上可以设置动力气体通道123，将动力气体喷入混合喷射腔121中提高熔融或半熔融状态的喷涂材料的雾化程度，形成较佳的固态喷涂材料32，以及提高固态喷涂材料32的喷射速度。动力气体通道123可以位于环形设置的喷涂材料通道出口1242围设的区域中，也即环形设置的喷涂材料通道124围设的区域中，以使得动力气体从中间对围设的喷涂材料进行雾化和加速。
喷射部12设置有冷却气流孔122，用于在粉末状的固态喷涂材料12喷射的喷射区域外围形成冷却气流(图中冷却气体34形成的区域)，使得喷射的固态喷涂材料12在到达待喷涂部件2的表面时，温度不超过80℃。通过此喷枪形成的喷涂效果，对于超过100℃容易变形的基材，比如薄手机壳等，可以避免由于温度较高所造成的变形，非常方便地对此种基材进行喷涂。当然，喷射的喷涂材料32到达待喷涂部件的表面时的温度可以由冷却气流的大小和温度调整，比如，当加大冷却气流的流量、降低冷却气流的温度时，可以降低喷涂材料的温度。喷射的喷涂材料32到达待喷涂部件的表面时的温度可以根据实际情况调整，比如设置为20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃等。
喷枪1还包括熔融部13，用于将喷涂材料熔融呈熔融状或半熔融状，熔融部13分别与进料部11和喷射部12连通。熔融部13的加热方式不限，可以采用电弧、火焰等多种方式。加热温度可以设置在900℃～3000℃，具体的温度可以根据材料的特性选择。
如图5所示，喷枪1分别与动力气体控制系统35和冷却气体控制系统33相连，通过动力气体控制系统35控制动力气体的流量，从而控制喷枪1喷射喷涂材料时的速度，通过冷却气体控制系统33控制冷却气体的流量，从而控制喷涂材料到达待喷涂部件2的表面时的温度。此外，冷却气体控制系统33还可以控制冷却系统的温度，控制喷涂材料到达待喷涂部件2的表面时的温度。具体而言，控制动力气体和冷却气体的流量可以通过控制阀体的开关或开度的大小，动力气体的温度和冷却气体的温度通过设置在相应的冷却气体控制系统34和动力气体控制系统内的降温装置控制。
此外，由于动力气体直接与喷涂材料混合，为了减少动力气体对喷涂材料的影响，动力气体控制系统可以依次与过滤器36、储气罐37、油水分离器38和空气压缩机39等连接，从而将动力气体中的水蒸气和微尘等杂质尽量去除。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种喷涂方法，其特征在于，包括：
将熔融状或半熔融状的喷涂材料喷入混合喷射腔(121)中；
在所述混合喷射腔(121)中形成涡旋气流，以使熔融状或半熔融状的喷涂材料变成粉末状的固态喷涂材料；
将粉末状的固态喷涂材料向预设区域以预定速度喷射，以将固态喷涂材料沉积在待喷涂部件的表面。
2.如权利要求1所述的喷涂方法，其特征在于，在固态喷涂材料喷射的喷射区域外围形成冷却气流，使得喷射的固态喷涂材料在到达待喷涂部件的表面时，温度不超过80℃。
3.如权利要求1所述的喷涂方法，其特征在于，所述粉末状的固态喷涂材料为球形的粒子状。
4.如权利要求1所述的喷涂方法，其特征在于，熔融状或半熔融状的喷涂材料从环形设置的喷涂材料通道出口喷入所述混合喷射腔，且熔融状或半熔融状的喷涂材料沿同一旋转方向倾斜喷入所述混合喷射腔。
5.如权利要求4所述的喷涂方法，其特征在于，动力气体从环形设置的所述喷涂材料通道出口围设的区域中喷入所述混合喷射腔中。
6.如权利要求1～5任一项所述的喷涂方法，其特征在于，在将熔融状或半熔融状的喷涂材料沿喷射口喷入混合喷射腔中前，还包括：
将喷涂材料加热至呈熔融或半熔融状态。
7.如权利要求6所述的喷涂方法，其特征在于，喷涂材料在加热呈熔融状或半熔融状前为棒状、丝状或粉末状。
8.一种喷枪，其特征在于，包括喷射部(12)，所述喷射部(12)内设置有混合喷射腔(121)，用于向外喷射粉末状的固态喷涂材料；
所述喷射部(12)上设置有喷涂材料通道(124)，所述喷涂材料通道(124)与所述混合喷射腔(121)连通，且当通过所述喷涂材料通道(124)向所述混合喷射腔(121)喷入熔融状或半熔融状的喷涂材料时，能在所述混合喷射腔(121)中形成涡旋气流，以使熔融状或半熔融状的喷涂材料变成粉末状的固态喷涂材料。
9.如权利要求8所述的喷枪，其特征在于，所述喷射部(12)设置有冷却气流孔(122)，用于在粉末状的固态喷涂材料喷射的喷射区域外围形成冷却气流，使得喷射的固态喷涂材料在到达待喷涂部件(2)的表面时，温度不超过80℃。
10.如权利要求9所述的喷枪，其特征在于，还包括熔融部(13)，用于将喷涂材料熔融呈熔融状或半熔融状，所述熔融部(13)与所述喷射部(12)连通。
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