CN113005444B - 一种用于回转体内表面涂层制备的装置及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于回转体内表面涂层制备的装置及其应用，属于表面工程制造技术领域。本发明解决了现有技术制备复杂内表面制备无机物涂层比较困难的问题。本发明提供一种用于回转体内表面涂层制备的装置，利用该装置将浸渗粉末封装于回转体内，再将回转体与旋转设备连接，最后将随形加热体布放在回转体外表面进行加热，继而实现在回转体内表面涂层的制备。本发明提供的方法简单易行、成本低廉、节能环保，适合于各种尺寸回转体内表面涂层的制备，特别适合于中、大型尺寸，具有复杂内表面会回转体内壁涂层的制备。

Description

一种用于回转体内表面涂层制备的装置及其应用
技术领域
本发明涉及一种用于回转体内表面涂层制备的装置及其应用，属于表面工程制造技术领域。
背景技术
表面涂层制备技术是基体的表面经过预先处理之后，利用涂覆、改性或多种表面技术复合处理，以改变金属或非金属的表面结构、化学组成、组织形态和应力分布的状况，最终获得所需要的表面性能的系统工程。表面涂覆技术已经应用在工业、农业、能源、医学、信息、工程、环境和与人类生活密切相关的领域，并且取得了突飞猛进的发展。
现有表面处理技术有化学镀、电镀、物理气相沉积、化学气相沉积、激光熔覆、等离子喷涂等很多种方法，每种方法都具有各自的优缺点。在实际应用中，制备氮化钛、碳化钛这些无机物涂层多采用物理气相沉积、化学气相沉积、高能喷涂和激光熔覆等方法。但是，这些方法比较适合于外表面涂层的制备。对于内表面涂层，常常受到喷头、喷枪尺寸的限制，或者受到内表面层直径尺寸、长度尺寸和复杂结构的限制，往往使得在内表面制备涂层受到制约，尤其在复杂内表面制备无机物涂层更是难上加难。因此，提供一种适合于回转体内表面的涂层制备方法和设备是十分必要的。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，提供一种适合于回转体内表面的涂层制备方法和设备。
本发明的技术方案：
一种用于回转体内表面涂层制备的装置，该装置包括回转体旋转结构和随形加热结构，随形加热结构位于回转体旋转结构的外侧；所述的回转体旋转结构包括电机、支撑轴和回转支架，支撑轴水平安装在回转支架上，支撑轴一端与电机输出端连接，支撑轴在电机的带动下沿轴向自转；所述的随形加热结构包括弧形外壳和加热体，加热体位于弧形外壳的内部，弧形外壳的内部涂敷有反射层。
进一步地，支撑轴插装在回转体内部，回转体通过夹具同轴固定安装在支撑轴上。
进一步地，夹具固定安装在回转体的两端。
应用上述装置制备回转体内表面涂层的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一，将粉末原料松装填满整个回转体内部，然后将支撑轴插装在回转体内部后密封回转体的两端口，并使用夹具将支撑轴与回转体的两端固定，最后将支撑轴置于回转支架上，并将支撑轴的一端与电机的的输出轴连接；
步骤二，将随形加热结构布置在回转体外表面，将加热体通电的同时，启动电机使回转体在支撑轴的带动下开始自转；
步骤三，在设定温度下保温一段时间后，断电冷却，冷却至室温后，停止旋转，拆除支撑轴后清除回转体内剩余粉末原料，在回转体内表面获得涂层。
进一步地，回转体的材料为钛合金、铝合金、多元合金、不锈钢或碳钢等金属材料。
进一步地，粉末原料包括原始粉末和碘颗粒；所述的原始粉末为钛粉、氮化铬粉或碳粉。
更进一步地，原始粉末和碘颗粒的质量份数比为100：(1-2)。
进一步地，步骤二中以5℃/min的速率将回转体由室温升至800-900℃，保温120-480min，关闭加热体，自然冷却至室温。
更进一步地，步骤二中以5℃/min的速率将回转体由室温升至850℃，保温240min，关闭加热体，自然冷却至室温。
更进一步地，步骤二中以5℃/min的速率将回转体由室温升至800℃，保温480min，关闭加热体，自然冷却至室温。
更进一步地，步骤二中以5℃/min的速率将回转体由室温升至900℃，保温120min，关闭加热体，自然冷却至室温。
进一步地，回转体旋转速度为6-12r/min。
本发明具有以下有益效果：本发明提供一种用于回转体内表面涂层制备的装置，利用该装置将浸渗粉末封装于回转体内，再将回转体与旋转设备连接，最后将随形加热体布放在回转体外表面进行加热，继而实现在回转体表面涂层的制备。本发明提供的方法简单易行、成本低廉、节能环保，适合于各种尺寸回转体内表面涂层的制备，特别适合于中、大型尺寸，具有复杂内表面会回转体内壁涂层的制备。
附图说明
图1为用于回转体内表面涂层制备的装置的结构示意图；
图2为随形加热结构示意图；
图3为实施例1获得的涂层的截面形貌照片；
图4为实施例1获得的涂层的表面形貌照片；
图中1-回转支架，2-支撑轴，3-电机，4-随形加热结构，5-弧形外壳，6-加热体，7-回转体，8-粉末原料，9-夹具，10-反射层。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。
具体实施方式1：
如图1和图2所示，本发明的用于回转体内表面涂层制备的装置，该装置包括回转体旋转结构和随形加热结构4，随形加热结构4位于回转体旋转结构的外侧；所述的回转体旋转结构包括电机3、支撑轴2和回转支架1，支撑轴2水平安装在回转支架1上，支撑轴2一端与电机3输出端连接，支撑轴2在电机3的带动下沿轴向自转；所述的随形加热结构4包括弧形外壳5和加热体6，加热体6位于弧形外壳5的内部，弧形外壳5的内部涂敷有反射层10。支撑轴2插装在回转体7内部，回转体7通过夹具9同轴固定安装在支撑轴2上。如此设置，将浸渗粉末封装于回转体内，再将回转体与旋转设备连接，最后将随形加热体布放在回转体外表面进行加热，继而实现在回转体表面涂层的制备。
具体实施方式2：
使用具体实施方式1提供的装置制备回转体内表面氮化物涂层，具体制备过程如下：
(1)将氮化铬粉烘干，然后将烘干后的氮化铬粉与碘颗粒按照质量份比为100：2混合均匀；
(2)将混合后的粉末填充到回转体7内部，并保证填满，然后在回转体7内部插装支撑轴2，密封回转体7的两端口，并使用夹具9将支撑轴2与回转体7的两端固定，最后将支撑轴2置于回转支架1上，并将支撑轴2的一端与电机3的的输出轴连接；
(3)将随形加热结构4布置在回转体7外表面，将加热体6通电的同时，启动电机3使回转体7在支撑轴2的带动下开始旋转，旋转速度为8r/min；
(4)以5℃/min的速率将回转体7由室温升至850℃，保温240min，关闭加热体，自然冷却至室温；
(5)冷却至室温后，停止旋转，即在回转体7的复杂内表面获得氮化物涂层。
本具体实施方式获得的涂层的截面形貌照片和涂层的表面形貌照片分别如图3和4所示，由图3可知，致密的氮化钛涂层与基体之间存在过渡层，由于过渡层的存在增加了氮化钛涂层与基体材料之间的粘结力，提高了涂层的质量，继而可以确定本方法可以实现厚大涂层的涂覆。由图4可知，涂层的表面致密性优良，无缺陷。
具体实施方式3：
使用具体实施方式1提供的装置制备回转体内表面金属钛涂层，具体制备过程与具体实施方式2不同处为：步骤(1)中将烘干后的钛粉与碘颗粒按照质量份比为100：2混合均匀作为粉末原料；步骤(3)中旋转速度为6r/min；步骤(4)中以5℃/min的速率将回转体7由室温升至900℃，保温120min，关闭加热体，自然冷却至室温，其余操作步骤与具体实施方式2相同，在回转体7的复杂内表面获得金属钛涂层。
具体实施方式4：
使用具体实施方式1提供的装置制备回转体内表面碳化物涂层，具体制备过程与具体实施方式2不同处为：步骤(1)中将烘干后的碳粉与碘颗粒按照质量份比为100：2混合均匀作为粉末原料；步骤(3)中旋转速度为12r/min；步骤(4)中以5℃/min的速率将回转体7由室温升至800℃，保温480min，关闭加热体，自然冷却至室温，其余操作步骤与具体实施方式2相同，在回转体7的复杂内表面获得碳化物涂层。

Claims (8)

1.一种制备回转体内表面涂层的方法，其特征在于，应用装置包括回转体旋转结构和随形加热结构，随形加热结构位于回转体旋转结构的外侧；所述的回转体旋转结构包括电机、支撑轴和回转支架，支撑轴水平安装在回转支架上，支撑轴一端与电机输出端连接，支撑轴在电机的带动下沿轴向自转；所述的随形加热结构包括弧形外壳和加热体，加热体位于弧形外壳的内部，弧形外壳的内部涂敷有反射层；
该方法包括以下步骤：
步骤一，将粉末原料松装填满整个回转体内部，然后将支撑轴插装在回转体内部后密封回转体的两端口，并使用夹具将支撑轴与回转体的两端固定，最后将支撑轴置于回转支架上，并将支撑轴的一端与电机的输出轴连接；
所述的粉末原料包括原始粉末和碘颗粒；所述的原始粉末为钛粉、氮化铬粉或碳粉；
步骤二，将随形加热结构布置在回转体外表面，将加热体通电的同时，启动电机使回转体在支撑轴的带动下开始自转；
步骤三，在设定温度下保温一段时间后，断电冷却，冷却至室温后，停止旋转，拆除支撑轴后清除回转体内剩余粉末原料，在回转体内表面获得涂层。
2.根据权利要求1所述的制备回转体内表面涂层的方法，其特征在于，所述的回转体的材料为钛合金、不锈钢或碳钢。
3.根据权利要求1所述的制备回转体内表面涂层的方法，其特征在于，所述的原始粉末和碘颗粒的质量份数比为100：(1-2)。
4.根据权利要求1所述的制备回转体内表面涂层的方法，其特征在于，所述的步骤二中以5℃/min的速率将回转体由室温升至800-900℃，保温120-480min，关闭加热体，自然冷却至室温。
5.根据权利要求1所述的制备回转体内表面涂层的方法，其特征在于，所述的步骤二中以5℃/min的速率将回转体由室温升至850℃，保温240min，关闭加热体，自然冷却至室温。
6.根据权利要求1所述的制备回转体内表面涂层的方法，其特征在于，所述的回转体自转速度为6-12r/min。
7.根据权利要求1所述的制备回转体内表面涂层的方法，其特征在于，所述的支撑轴插装在回转体内部，回转体通过夹具同轴固定安装在支撑轴上。
8.根据权利要求1所述的制备回转体内表面涂层的方法，其特征在于，所述的夹具固定安装在回转体的两端。
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