CN114107946B

CN114107946B - 一种送粉机构、送粉器和喷涂设备

Info

Publication number: CN114107946B
Application number: CN202210068788.4A
Authority: CN
Inventors: 郭洪波; 何雯婷; 彭徽; 魏亮亮
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2022-01-21
Filing date: 2022-01-21
Publication date: 2022-04-08
Anticipated expiration: 2042-01-21
Also published as: CN114107946A

Abstract

本发明公开了一种送粉机构、送粉器和喷涂设备，所述送粉机构包括储粉腔体（1），储粉腔体（1）上方设有粉末入口（10）和加热气体入口（11），储粉腔体（1）内设有粉刷，粉刷包括旋转体（3）以及固定在旋转体（3）上的刷体（2）；旋转体（3）在驱动机构（6）的驱动下沿旋转轴（4）自转；粉刷下方设有筛网（5），筛网（5）与储粉腔体（1）连接；粉刷表面凸起的刷体（2）接触到储粉腔体（1）内表面，对不同粒径的粉末采用不用的刷体材料搭配，本发明可精确控制送粉速率，实现微小量并均匀送粉，增大了送粉粒径范围，对粉末的流动性无要求，适用于各种粉末的输送。

Description

一种送粉机构、送粉器和喷涂设备

技术领域

本发明属于热喷涂设备领域，具体涉及一种送粉机构、送粉器和喷涂设备。

背景技术

热障涂层（简称TBCs）是采用耐高温、低导热、抗腐蚀的陶瓷材料以涂层的方式与合金相复合以降低高温环境下合金表面温度的一种高温热防护技术。TBCs 在发动机叶片上的使用，可显著提高发动机的工作温度，从而提高发动机的工作效率和推力，同时可降低涡轮叶片合金工作温度30~150℃，从而大幅度提高发动机寿命和可靠性。

制备技术的发展推动了TBCs的发展，等离子喷涂技术（PS）是应用最广泛的制备TBCs的方法，制备的涂层一般为层状结构，层间有效结合面积不到40%。由于其结构上的特点，PS制备的TBCs通常具有良好的隔热性能，但是抗热震性能较差。Muehlberger等人在大气等离子喷涂技术的基础上发明了低压等离子喷涂，与传统大气等离子喷涂相比，在较低真空下等离子射流被拉长，射流速率大大提高，喷涂粉末从等离子射流中获得速度更高，因此制备的涂层有更好的致密度和结合力。在此基础上进一步降低工作压力（约200 Pa），增加喷涂功率（80-100 kW），等离子射流进一步膨胀加粗，等离子体的温度进一步提高（可以达到约15550K），可以将注入的材料蒸发为气相。这种气相沉积形成的涂层，其特性更接近于电子束物理气相沉积制备的涂层，从而可以实现大面积致密金属或陶瓷薄膜的快速沉积，即等离子物理气相沉积技术。气相沉积形成柱状或准柱状结构涂层，在冷热循环服役过程中可大大减少热应力，延长涂层使用寿命。

在热障涂层的制备中，将粉末材料送入喷涂设备的送粉器是必不可少的装置。其中，送粉机构和送粉器是热喷涂、激光熔覆、3D打印、冷喷涂等粉末加工技术所需设备的关键部件，是用于输送粉末状材料的装置。送粉过程对粉末加工过程的稳定性以及最终成品的质量具有较大影响。常见送粉器可以输送的粉末粒度直径约 20~250μm，使用氩气、氮气、氦气等惰性气体作为载粉气体。但是，随着新型粉末加工技术的出现，对粉末的粒径提出了更高的要求。

在一些热喷涂技术中，如等离子物理气相沉积（PS-PVD），需要将高熔点的陶瓷粉末材料气化，因此粉末粒径要达到甚至小于1μm。然而粒径分布在该范围内的粉末流动性很差，传统的送粉器多适用于微米级粉末，在针对小于1微米的粉末送粉时，难以保证均匀性和连续性。

目前国内外已经研制的送粉器类型主要有转盘式送粉器、刮板式送粉器、毛细管式送粉器、电磁振动送粉器和沸腾式送粉器。

转盘式送粉器适用于流动性好的粉末输送，且工作时送粉速率不可控。刮盘式送粉器适用于颗粒直径大于20μm的粉末输送，输送颗粒较小的粉末时，容易团聚，流动性较差，送粉的连续性和均匀性差，容易造成出粉管口堵塞。

毛细管式送粉器靠白身的重力输送粉末的，对粉末的干燥度要求高，微湿的粉末和超细粉末容易堵塞粉勺，使送粉不稳定，精度降低。

电磁振动送粉器由于是用气体作为载流体将粉末输出的，所以对粉末的干燥程度要求高，微湿粉末会造成送粉的重复性差。并且对于超细粉末的输送不稳定，在出粉管处超细粉末容易团聚，发生堵塞。

也有一些采用旋转筛网式漏孔配合固定粉刷的方式实现微纳米粉的不间断送粉，来对纳米级的粉末进行送粉。但这种送粉方式并不适用于粉末粒径较大、流动性较好的粉末。因为如果粉末流动性好，粉末会因重力作用直接从筛网的漏孔中流出，无法控制粉末流速。

另外，考虑到同一喷涂设备中会使用不同尺寸的粉末，而传统的送粉机构往往仅适用特定尺寸的粉末颗粒。因此需要匹配多种不同的送粉机构，这不仅提高了设备成本，同时送粉器的更换和维护也降低了生产效率。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明提供了一种具备宽范围粒径送粉能力的送粉机构和送粉器，针对1微米以下的喷涂粉末和微米级粉末，都能精确控制送粉速率。本发明还提供带有该送粉器的送粉机构及喷涂设备。

本发明完整的技术方案包括：

一种送粉机构，所述送粉机构包括储粉腔体1，储粉腔体1上方设有粉末入口10和加热气体入口11，储粉腔体1内设有粉刷，粉刷包括旋转体3以及固定在旋转体3上的多个刷体2；旋转体3在驱动机构6的驱动下沿旋转轴4自转；粉刷下方设有筛网5，筛网5与储粉腔体1连接；粉刷表面凸起的刷体2接触到储粉腔体1内表面；

所述粉刷为可更换式，粉刷的多个刷体2之间有间隙，送粉机构使用过程中，粉末进入所述间隙，在粉刷旋转带动下，从粉刷上部输送到下部，然后通过筛网进一步向下输送；刷体之间的间隙控制最小送粉量，所述间隙和旋转轴的旋转速度能够控制送粉速率；

所述刷体制备所用的材料包括第一刷体材料和/或第二刷体材料，所述第一刷体材料的硬度大于第二刷体材料；

输送纳米粉时，多个刷体采用第一刷体材料和第二刷体材料交替搭配；

输送微米粉时，多个刷体均采用第二刷体材料。

所述粉刷的形状为球形、圆柱形、圆锥形或锥台形中的一种。

所述储粉腔体1的形状与粉刷的形状相适应。

所述刷体2在旋转体3的分布构成一定的图案，所述图案为折线、弧线，直线、椭圆、S形、不规则形状中的一种。

所述刷体2为刷毛束或块状体；第一刷体材料为塑料，第二刷体材料为橡胶。

所述刷体2为复合型刷体，由块状体14和刷毛15复合而成。

所述筛网5和粉刷外形匹配。

带有所述送粉机构的送粉器，所述送粉器包括送粉器腔体7，送粉器腔体7上方两侧开有第一载气进气口8和第二载气进气口9，送粉机构设于送粉器腔体7内，送粉器腔体7外侧还设有振动器12，送粉器腔体7下方设有出粉口13。

带有所述送粉器的喷涂设备，其特征在于，所述喷涂设备为热喷涂设备。

带有所述送粉器的喷涂设备，其特征在于，所述喷涂设备为等离子物理气相沉积设备。

相比现有技术，本发明具有如下优点：

1. 在送粉器中安装本发明所提供的送粉机构，可实现均匀送粉，通过粉刷形状设计、粉刷间隔设计和旋转轴转速的调节，可精确控制送粉量，实现微小量送粉。在本发明中，通过刷体之间的固定的容积实现粉末精确定量的输送。通过控制旋转轴的转速，可控制粉末的传输速率。

2.相比传统送粉器，本发明增大了送粉粒径范围，对粉末的流动性无要求，对于不同粒径大小、不同粉末形貌的粉体具有兼容性。

3. 本发明的送粉机构适用于各种粉末的输送，扩大了送粉器的应用范围。

附图说明

图1为本发明送粉器整体结构示意图。

图2为图1的侧视图。

图3为旋转体和刷体结构立体图。

图4a为刷体形状为折线的结构示意图；

图4b为刷体形状为弧线的结构示意图；

图4c为刷体形状为直线的结构示意图；

图4d为刷体形状为椭圆的结构示意图；

图4e为刷体形状为S形的结构示意图；

图4f为刷体形状为不规则形状的结构示意图；

图5为本发明复合刷体的结构示意图。

图中：1-储粉腔体，2-刷体，3-旋转体，4-旋转轴，5-筛网，6-驱动机构，7-送粉器腔体，8-第一载气进气口，9-第二载气进气口，10-粉末入口，11-加热气体入口，12-振动器，13-出粉口，14-块状体，15-刷毛。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请的实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是作为例示，并非用于限制本申请。

如图1-2所示，包括本发明送粉机构的送粉器包括送粉器腔体7，送粉器腔体7上方两侧开有第一载气进气口8和第二载气进气口9，送粉器腔体内设有送粉机构，包括储粉腔体1，储粉腔体1上方设有粉末入口10和加热气体入口11，储粉腔体1下方设有粉刷，粉刷包括旋转体3以及固定在旋转体3上的刷体2，转动时由旋转轴4带动转动，旋转轴的轴线与竖直方向的夹角为45-90度，旋转轴4连接驱动机构6并由驱动机构6驱动旋转，在本实施方式中驱动机构6可以采用电机，刷体下方设有筛网5，筛网5与储粉腔体1连接；粉刷表面凸起的刷体2接触到储粉腔体1内表面，且各区域刷体凸起的高度是均匀的。筛网5下方对应出粉口13，送粉器腔体7外侧还设有振动器12。

在送粉时，粉末经粉末入口10进入储粉腔体1，并由旋转的刷体2带动进入刷体间隙，通过转动转移至筛网5，在刷体2旋转经过筛网5的同时带动粉体由筛网5下落进入送粉器腔体7中，为了进一步促使粉末均匀地从出粉口流出，在腔体上方两侧均匀分布有第一载气进气口8和第二载气进气口9，工作时通以一定的载气流量，粉末在载气的带动下，从出粉口13流出。在送粉器腔体7外侧配有的振动器12对其进行振动以避免粉末粘附，粉末从出粉口13流出后，通过送粉管道被送入喷涂设备的粉末入粉口进行喷涂，在本实施方式中，优选的，所用的喷涂设备为热喷涂设备，更优选的为等离子物理气相沉积设备。同时为了解决部分粉末潮湿的问题，本发明在储粉腔体1的顶部设置了加热气体入口11，送粉前可通入加热的载气对粉末干燥；同时送粉器工作时，也可一直通入加热的载气，避免因粉末潮湿引起送粉不均匀，因此，本发明可适应不同湿度粉末的送粉需求。

如图3所示，本发明对粉刷进行了特别的设计，其可以在电机的带动下旋转，将粉末以稳定的量地送到筛网表面，通过筛网将粉末分散地输送到送粉管中。除图3所示的形状以外，粉刷整体上还可以为球形、圆柱形、圆锥形或锥台形。工作中其在电机等驱动机构带动下，沿着一个轴对称轴进行旋转。其旋转体表面上部分区域带有凸起的刷体。工作中，部分不存在刷体的表面区域形成的凹陷区域可存放粉末，并随着刷体的旋转，被粉刷从其上部带动到下部，然后经过筛网，进入到送粉管中。为了保证粉末只能通过刷体和刷体之间的空间被送到粉刷下部，粉刷表面凸起的刷体接触到腔体内表面，且各区域刷体凸起的高度是均匀的。

工作中，粉刷设于一旋转轴上，该旋转轴垂直于粉末下落方向。以粉末下落的方向为空间Z轴，旋转轴所在的轴为空间X轴，垂直于X轴和Z轴的为Y轴，粉刷在Y-Z的形成的面上的投影为圆形。

储粉腔体1的形状与粉刷配合实现本发明的技术目的，其需与粉刷的形状相适应。若粉刷的形状是球形，则腔体内表面在X-Y面的投影为圆形，整体可以是圆柱型，也可以是锥形。若粉刷的X-Y面投影形状是圆柱形，则腔体内表面在X-Y面的投影为矩形。若粉刷的形状是锥台形，腔体内表面在X-Y面的投影为梯形。

刷体在旋转体的分布构成一定的图案，如图4a-图4f所示，其中刷体构成的图案可以是折线（图4a）、弧线（图4b），直线（图4c）、椭圆（图4d）、S形（图4e）、不规则形状（图4f），也可以在摩擦体表面使不存在刷体的区域构成图形不同。

筛网位于粉刷下方，优选地，筛网和粉刷外形匹配。

刷体可以是刷毛束，也可是块状体，在一种优选的实施方式中，刷体为复合型的，如图5所示，即内侧为块状体14，而块状体的外侧为刷毛15，在旋转时，块状体14在前方，负责将粉末推送到筛网上，然后后方的刷毛15摩擦筛网网眼，帮助粉末更好地通过。这样的设计方式，相对于全刷毛的结构，避免了部分粉末卡在刷毛内，提高了粉末利用率。而相对于全块状体结构，则可以利用刷毛的部分摩擦筛网的网眼，以有利于粉末顺利通过，更优选的方式为，刷毛长度略大于块状体长度。

刷体材料可以是橡胶、塑料等硬度不同的材料。在本实施方式中，采用热固性的硬塑料作为硬质材料，而采用相对较软的橡胶作为软质材料。

送粉时的最小送粉量由刷体的大小和间隙控制，送粉速率由旋转轴旋转速度控制。

对于粒径小的纳米粉，刷体和筛网摩擦促使粉末从筛网下落。为了能够均匀输送和下落，刷体可为软质和硬质的混合搭配，软质刷体之间形成储粉小空间，控制送粉量，而硬质刷体增大与筛网的摩擦，促进粉末下落，更优选的，软质刷体采用块状的橡胶，硬质刷体采用硬塑料的刷毛。

对于粒径大、流动性好的微米粉，由于刷体外壁面与储粉腔体摩擦接触，避免了流动性好的粉末从筛网自由下落，可控制送粉速率。刷体可单独选用软质刷体即可。

以上申请的仅为本申请的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请创造构思的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims

1.一种送粉机构，其特征在于，所述送粉机构用于热喷涂设备，所述送粉机构包括储粉腔体（1），储粉腔体（1）上方设有粉末入口（10）和加热气体入口（11），储粉腔体（1）内设有粉刷，粉刷包括旋转体（3）以及固定在旋转体（3）上的多个刷体（2）；旋转体（3）在驱动机构（6）的驱动下沿旋转轴（4）自转；粉刷下方设有筛网（5），所述筛网和粉刷外形匹配，筛网（5）与储粉腔体（1）连接；粉刷表面凸起的刷体（2）接触到储粉腔体（1）内表面；所述储粉腔体（1）的形状与粉刷的形状相适应；

所述粉刷为可更换式，粉刷的多个刷体（2）之间有间隙，送粉机构使用过程中，粉末进入所述间隙，在粉刷旋转带动下，从粉刷上部输送到下部，然后通过筛网进一步向下输送；刷体之间的间隙控制最小送粉量，所述间隙和旋转轴的旋转速度能够控制送粉速率；

输送微米粉时，多个刷体均采用第二刷体材料。

2.根据权利要求1所述的一种送粉机构，其特征在于，所述粉刷的形状为球形、圆柱形、圆锥形或锥台形中的一种。

3.根据权利要求1或2所述的一种送粉机构，其特征在于，所述刷体在旋转体的分布构成一定的图案，所述图案为折线、弧线，直线、椭圆、S形、不规则形状中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种送粉机构，其特征在于，所述刷体为刷毛束或块状体；第一刷体材料为塑料，第二刷体材料为橡胶。

5.根据权利要求1所述的一种送粉机构，其特征在于，所述刷体为复合型刷体，由块状体（14）和刷毛（15）复合而成。

6.带有权利要求1-5任一项所述送粉机构的送粉器，其特征在于，所述送粉器包括送粉器腔体（7），送粉器腔体（7）上方两侧开有第一载气进气口（8）和第二载气进气口（9），送粉机构设于送粉器腔体内，送粉器腔体（7）外侧还设有振动器（12），送粉器腔体（7）下方设有出粉口（13）。

7.带有权利要求6所述送粉器的等离子物理气相沉积设备。