CN108796424B - 轻合金回转体零件等离子喷涂的冷却装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供轻合金回转体零件等离子喷涂的冷却装置，涉及热喷涂用水冷却装置技术领域。轻合金回转体零件等离子喷涂的冷却装置，包括冷却水箱、位于冷却水箱内部的工件夹持工装、以及设置在冷却水箱底部并穿过冷却水箱带动工件夹持工装转动的电机转轴，电机转轴底部连接有旋转电机；工件夹持工装的上方设置有待喷涂工件，冷却水箱的内壁与工件夹持工装、待喷涂工件之间设置有冷却液；旋转电机通过电机转轴带动工件夹持工装、待喷涂工件在冷却液内转动；冷却水箱设置有便于待喷涂工件转动的空间。采用本发明的技术方案，能够在待喷涂工件外表面形成液态冷却环境，避免喷涂过程中基材过热，保证涂层与轻合金基材结合效果，提高涂层结合强度。
Description
技术领域
本发明涉及热喷涂用水冷却装置技术领域，尤其是涉及一种轻合金回转体零件等离子喷涂的冷却装置。
背景技术
轻合金特别是铝合金具有来源广、成本低、比强度高等优点而被广泛应用，但是铝合金的耐腐蚀、耐磨损、耐烧蚀性能较差，因此在腐蚀、磨损、烧蚀环境条件下的铝合金工件需经过一定的表面防护处理。
热喷涂是应用较广泛的表面防护方法之一，其利用热源将金属、合金、陶瓷等喷涂材料加热至熔融或半熔融状态，再通过高速气流使之雾化，并以一定速度喷射和沉积于工件表面，以形成具有耐腐蚀、耐磨损、耐烧蚀等特定功能的表面覆盖层。
等离子喷涂是热喷涂技术中较为广泛的一种工艺，可用于在各种基体表面制备功能涂层，因其操作方便、工艺灵活、效率高、可喷涂材料种类广泛等特点而被大量应用于化工、船舶、汽车、机械等行业。
等离子喷涂过程中焰温度高达30000K，目前铝合金基体等离子喷涂涂层结合强度普遍较低，主要原因是喷涂过程铝基体过热、涂层与铝基体本身热膨胀系数差距较大，导致喷涂后涂层残余应力大，涂层结合强度下降，甚至导致涂层裂纹、分层、剥落等现象。
为控制喷涂过程中工件温度，防止基材过热，需对工件进行冷却。冷却主要从喷涂工艺和冷却介质两方面入手。喷涂工艺方面主要是通过控制喷枪在工件的移动速度和间隙喷涂。冷却介质方面主要有水冷与气冷两种方式。气冷采用空气做冷却介质，压缩空气直接将喷涂工件的热量带走，但易对喷涂射流造成影响，工件温度急剧变化，导致涂层和工件过热或过冷，使涂层和基材因热膨胀系数不匹配而导致涂层剥落。水冷是利用水或其他冷却液带走喷涂工件热量。由于水比热容高，喷涂过程中工件温度不会急剧变化，保证涂层与基体好的结合效果。
为此，迫切需要一种用于回转体轻合金构件内表面等离子喷涂涂层的循环水冷却装置，以解决上述问题。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轻合金回转体零件等离子喷涂的冷却装置，适用于轻合金热喷涂过程中，控制工件温度，降低涂层残余应力，解决轻合金弧形回转体涂层结合强度低等技术难题。
为了解决上述技术问题，本发明采取的技术手段为：
本发明提供的一种轻合金回转体零件等离子喷涂的冷却装置，包括冷却水箱、位于所述冷却水箱内部的工件夹持工装、以及设置在所述冷却水箱底部并穿过所述冷却水箱带动所述工件夹持工装转动的电机转轴，所述电机转轴底部连接有旋转电机；
所述工件夹持工装的上方设置有待喷涂工件，所述冷却水箱的内壁与所述工件夹持工装、所述待喷涂工件之间设置有冷却液；
所述旋转电机通过所述电机转轴带动所述工件夹持工装、所述待喷涂工件在所述冷却液内转动；
所述冷却水箱设置有便于所述待喷涂工件转动的空间。
需要说明的是，所述工件夹持装置为框架结构，以确保冷却液与待喷涂工件的底面接触，控制喷涂过程中工件底部温度，防止底部内表面涂层剥落、开裂。
在上述技术方案中，进一步地，所述电机转轴与所述冷却水箱之间密封连接，所述电机转轴浸入所述冷却液的部分进行防腐处理。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述冷却水箱为顶部开口的筒体结构。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述冷却水箱的侧壁上设置有进液口和出液口，以便于冷却液的循环；其中，进液口和出液口需连接专用管路。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述冷却水箱的侧壁装有可浸入冷却液的温度计，用于测试冷却液的温度；采用该水冷装置可避免喷涂工件温度急剧变化，导致涂层和工件过热或过冷，使涂层和基材因热膨胀系数不匹配而导致涂层剥落。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述进液口和所述出液口处分别设置有球阀，通过控制冷却液的流量调节冷却液温度，进而控制喷涂过程中的工件温度；采用本发明的冷却装置，通过调节球阀控制冷却液流量，进而控制冷却液温度，具有灵活、简便、易行等特点。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述冷却水箱近所述开口处设置有冷却箱盖板，所述冷却箱盖板的上表面略低于待喷涂工件的上表面，以使喷涂瞬间冷却水箱中的冷却液足够用于冷却待喷涂工件的外廓。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述冷却箱盖板一侧与所述冷却水箱的内壁可拆卸连接，所述冷却箱盖板另一侧与待喷涂工件的外壁之间形成狭小缝隙，便于待喷涂工件旋转时与冷却箱盖板不产生干涉。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述冷却水箱底部与所述旋转电机的顶部之间设置有用于支撑所述冷却水箱的支撑架。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述冷却水箱和所述工件夹持工装均采用不锈钢或其他耐冷却液腐蚀的材料制成。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述电机转轴与所述冷却水箱之间的连接部位采用密封环密封连接，所述密封环可防止冷却液渗出。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述密封环与所述电机转轴相配合，并起到防水功能，防止冷却液从冷却水箱渗漏。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述冷却水箱的内径尺寸比待喷涂工件的外径尺寸大(10－20)cm，所述冷却箱盖板的外侧高度略低于待喷涂工件的上边缘高度，以便于喷涂瞬间冷却水箱中冷却液体积足够冷却待喷涂工件。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述冷却箱盖板与所述冷却水箱之间采用螺纹连接，或者，将所述冷却箱盖板直接放置在所述冷却水箱上，所述冷却箱盖板设置有盖板开口，所述盖板开口的尺寸稍大于待喷涂工件的外径尺寸，便于待喷涂工件旋转时与冷却箱盖板不产生干涉，确保冷却液发挥较好的冷却效果。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述工件夹持工装可稳定夹持待喷涂工件，确保喷涂过程中工件随电机转轴进行旋转。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述旋转电机为可调速电机，电机转轴的转速连续可调，电机转轴旋转带动待喷涂工件旋转，以利于工件调整至最佳转速，使涂层均匀喷涂至工件内表面。
与现有技术相比，本发明提供的轻合金回转体零件等离子喷涂的冷却装置具有的有益效果为：
采用本发明的轻合金回转体零件等离子喷涂的冷却装置，待喷涂工件与冷却水箱之间设置冷却液，且旋转电机的电机转轴穿过冷却水箱带动其内的工件夹持工装进行转动，待喷涂工件夹持在工件夹持工装上；具体的，将待喷涂工件的外廓浸在冷却液内，对待喷涂工件的内廓进行等离子喷涂过程中，能够防止喷涂过程中轻合金温升过高，降低涂层与基材界面上应力梯度，降低涂层残余应力，提高涂层结合强度；采用水冷方式可防止金属涂层表面氧化，从而提高喷涂过程中粉末在轻合金基体的沉积效率；上述所述冷却液为去离子水或比热容较大的其他液态介质；喷涂过程中工件随电机转轴旋转，带动冷却液在水平方向上混合均匀；另外，能够在工件外表面形成可循环液态冷却环境，有效降低喷涂过程中轻合金表面温度，保证涂层与轻合金基材良好的结合效果，控制基材温度，提高涂层结合强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的轻合金回转体零件等离子喷涂的冷却装置的主视结构示意图。
附图标号：
1－冷却箱盖板；2－进液口；3－冷却液；4－工件夹持工装；5－支撑架；6－旋转电机；7－密封环；8－出液口；9－电机转轴；10－温度计；11－冷却水箱；12－待喷涂工件。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
实施例
如图1所示，为本实施例提供的轻合金回转体零件等离子喷涂的冷却装置的相应结构示意图；具体的，本实施例的具体方案如下：
本实施例提供一种轻合金回转体零件等离子喷涂的冷却装置，参见图1，在进行轻合金回转体内表面等离子喷涂涂层时，采用该冷却装置能够在工件外表面形成可循环液态冷却环境，有效降低喷涂过程中轻合金表面温度，保证涂层与轻合金基材良好的结合效果，控制基材温度，提高涂层结合强度。
该冷却装置包括冷却水箱11、工件夹持工装4，电机转轴9、密封环7、旋转电机6；冷却水箱11为顶部开口的圆筒形结构，冷却水箱11的底部有电机转轴9穿过，电机转轴9的上部连接工件夹持工装4，工件夹持工装4用于夹持待喷涂工件12，电机转轴9的下部连接旋转电机6，电机转轴9与冷却水箱11之间的连接部位采用密封环7密封连接，密封环7可防止冷却液3渗出，电机转轴9浸入冷却液3的部分进行防腐处理；冷却水箱11的底部通过支撑杆形成的支撑架5固定于旋转电机6的电机平台上方，冷却水箱11侧壁设置有进液口2和出液口8，进液口2和出液口8均连接专用管路，冷却水箱11的侧面装有温度计10，该温度计10可浸入冷却液3中，用于测试冷却液3的温度，根据温度计10的温度显示，可避免喷涂工件温度急剧变化，导致涂层和工件过热或过冷，使涂层和基材因热膨胀系数不匹配而导致涂层剥落。
具体的，进液口2和出液口8处分别设置有球阀，通过控制冷却液3的流量调节冷却液3温度，进而控制喷涂过程中的工件温度；采用本发明的冷却装置，通过调节球阀控制冷却液3流量，进而控制冷却液3温度，具有灵活、简便、易行等特点；冷却水箱11近开口处设置有冷却箱盖板1，冷却箱盖板1的上表面略低于待喷涂工件12的上表面，以使喷涂瞬间冷却水箱11中的冷却液3足够用于冷却待喷涂工件12的外廓；或者，冷却箱盖板1一侧与冷却水箱11的内壁可拆卸连接，冷却箱盖板1另一侧与待喷涂工件12的外壁之间形成狭小缝隙，便于待喷涂工件12旋转时与冷却箱盖板1不产生干涉。
需要指出的是，冷却水箱11和工件夹持工装4均采用不锈钢或其他耐冷却液3腐蚀的材料制成；电机转轴9与冷却水箱11之间的连接部位采用密封环7密封连接，密封环7可防止冷却液3渗出；密封环7与电机转轴9相配合，并起到防水功能，防止冷却液3从冷却水箱11渗漏；冷却水箱11的内径尺寸比待喷涂工件12的外径尺寸大(10－20)cm，冷却箱盖板1的外侧高度略低于待喷涂工件12的上边缘高度，以便于喷涂瞬间冷却水箱11中冷却液3体积足够冷却待喷涂工件12；冷却箱盖板1与冷却水箱11之间采用螺纹连接，或者，将冷却箱盖板1直接放置在冷却水箱11上，冷却箱盖板1设置有盖板开口，盖板开口的尺寸稍大于待喷涂工件12的外径尺寸，便于待喷涂工件12旋转时与冷却箱盖板1不产生干涉，确保冷却液3发挥较好的冷却效果；进液口2和出液口8位于冷却水箱11侧壁的同一母线上，进液口2位于冷却水箱11侧壁上方，出液口8位于冷却水箱11侧壁下方；具体的，由于出液口8的温度大于进液口2的温度，将进液口2设计在侧壁上方，出液口8设计在侧壁下方，可保证冷却液3在竖直方向混合均匀；工件夹持工装4可稳定夹持待喷涂工件12，确保喷涂过程中工件随电机转轴9进行旋转；温度计10安装于出液口8的正上方，且测温点位于待喷涂工件12周围距待喷涂工件121cm处，能够较准确测量待喷涂工件12周围冷却液3温度；旋转电机6为可调速电机，电机转轴9的转速连续可调，电机转轴9旋转带动待喷涂工件12旋转，以利于工件调整至最佳转速，使涂层均匀喷涂至工件内表面。
采用该装置进行喷涂时，首先将待喷涂工件12固定与工件夹持工装4上，然后将出液口8关闭，进液口2打开，加入冷却液3，当冷却液3的液面距待喷涂工件12(铝合金工件)的上边缘尺寸为约1cm时，关闭进液口2，盖上冷却箱盖板1。
打开旋转电机6调节电机转轴9至合适转速，然后以设定的等离子喷涂参数在待喷涂工件12的内表面喷涂涂层，控制好喷枪移动速度和连续喷涂时间，并调节进液口2和出液口8的球阀，观察温度计10示数，通过调节冷却液3的冷却介质流量，使喷涂过程中冷却液3的温度不超过80℃。
等离子喷涂铝合金工件时，冷却液3为流动循环状态，同时进一步控制了喷枪移动速度和连续喷涂时间，能够有效防止工件过热；同时在工件周围形成流动的冷却介质，降低涂层到基材界面温度梯度，降低涂层残余应力，提高涂层结合强度。
工件喷涂涂层结束后，先关闭喷涂设备，使该冷却装置运行一段时间后，先关闭进液口2，待出液口8排完冷却液3后，打开冷却箱盖板1，取下喷涂工件。
综上，采用本实施例的轻合金回转体零件等离子喷涂的冷却装置，能够防止喷涂过程中轻合金温升过高，降低涂层与基材界面上应力梯度，降低涂层残余应力，提高涂层结合强度；可避免待喷涂工件12的温度急剧变化，导致涂层和工件过热或过冷，使涂层和基材因热膨胀系数不匹配而导致涂层剥落；可防止金属涂层表面氧化，从而提高喷涂过程中粉末在轻合金基体的沉积效率；进液口2和出液口8需连接专用管路，通过调节球阀控制冷却液3的流量，进而控制冷却液3的温度，具有灵活、简便、易行等特点；冷却液3为去离子水或比热容较大的其他液态介质；工件夹持工装4为框架结构，确保冷却液3与待喷涂工件12的底面接触，控制喷涂过程中工件底部温度，防止底部内表面涂层剥落、开裂；由于出液口8的温度大于进液口2的温度，将进液口2设计在冷却水箱11的侧壁上方，出液口2设计在冷却水箱11的侧壁下方，可保证冷却液2在竖直方向混合均匀；喷涂过程中工件随电机转轴9旋转，带动冷却液3在水平方向上混合均匀，能够实现均匀冷却效果。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种轻合金回转体零件等离子喷涂的冷却装置，用于回转体轻合金构件内表面等离子喷涂，其特征在于，包括冷却水箱、位于所述冷却水箱内部的工件夹持工装、以及设置在所述冷却水箱底部并穿过所述冷却水箱带动所述工件夹持工装转动的电机转轴，所述电机转轴底部连接有旋转电机；
所述工件夹持工装的上方设置有待喷涂工件，所述冷却水箱的内壁与所述工件夹持工装、所述待喷涂工件之间设置有冷却液；
所述旋转电机通过所述电机转轴带动所述工件夹持工装、所述待喷涂工件在所述冷却液内转动；
所述冷却水箱设置有便于所述待喷涂工件转动的空间；
所述旋转电机为可调速电机，电机转轴的转速连续可调；
所述工件夹持装置为框架结构；
所述冷却水箱的内径尺寸比待喷涂工件的外径尺寸大10－20cm。
2.根据权利要求1所述的轻合金回转体零件等离子喷涂的冷却装置，其特征在于，所述电机转轴与所述冷却水箱之间密封连接，所述电机转轴浸入所述冷却液的部分进行防腐处理。
3.根据权利要求1所述的轻合金回转体零件等离子喷涂的冷却装置，其特征在于，所述冷却水箱为顶部开口的筒体结构。
4.根据权利要求3所述的轻合金回转体零件等离子喷涂的冷却装置，其特征在于，所述冷却水箱的侧壁上设置有进液口和出液口，以便于冷却液的循环。
5.根据权利要求3所述的轻合金回转体零件等离子喷涂的冷却装置，其特征在于，所述冷却水箱的侧壁装有浸入冷却液的温度计，用于测试冷却液的温度。
6.根据权利要求4所述的轻合金回转体零件等离子喷涂的冷却装置，其特征在于，所述进液口和所述出液口处分别设置有球阀，通过控制冷却液的流量调节冷却液温度，进而控制喷涂过程中的工件温度。
7.根据权利要求3所述的轻合金回转体零件等离子喷涂的冷却装置，其特征在于，所述冷却水箱近所述开口处设置有冷却箱盖板，所述冷却箱盖板的上表面略低于待喷涂工件的上表面，以使喷涂瞬间冷却水箱中的冷却液足够用于冷却待喷涂工件的外廓。
8.根据权利要求7所述的轻合金回转体零件等离子喷涂的冷却装置，其特征在于，所述冷却箱盖板一侧与所述冷却水箱的内壁可拆卸连接，所述冷却箱盖板另一侧与待喷涂工件的外壁之间形成狭小缝隙，便于待喷涂工件旋转时与冷却箱盖板不产生干涉。
9.根据权利要求1所述的轻合金回转体零件等离子喷涂的冷却装置，其特征在于，所述冷却水箱底部与所述旋转电机的顶部之间设置有用于支撑所述冷却水箱的支撑架。
10.根据权利要求1所述的轻合金回转体零件等离子喷涂的冷却装置，其特征在于，所述冷却水箱和所述工件夹持工装均采用不锈钢或其他耐冷却液腐蚀的材料制成。
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