CN117187734A - 燃料电池用耐热冲击高机械强度涂层的喷涂工艺及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了燃料电池用耐热冲击高机械强度涂层的喷涂工艺及设备，包括操作室，所述操作室内水平滑动连接有安装台，所述安装台上等间距设有多个对待喷涂件进行放置的固定组件，所述操作室的两端内侧壁共同固定连接有位于安装台上方的支撑架，所述支撑架上设有多个喷涂组件。本发明结构设计合理，能够对待喷涂件进行固定，且能够通过调节喷涂枪及待喷涂件的位置，对待喷涂件进行更好地喷涂，使待喷涂件能够被充分喷涂，通过对待喷涂件喷涂基层、连接层、最外层，使得喷涂后的待喷涂件耐热冲击能力优秀，完全覆盖了燃料电池能够遇到的热应力工况，最外层涂层掺杂金属元素还有助于提高涂层的热稳定性和硬度，综合提升涂层在各类工况下的表现。
Description
技术领域
本发明涉及涂层喷涂技术领域，尤其涉及燃料电池用耐热冲击高机械强度涂层的喷涂工艺及设备。
背景技术
燃料电池电堆在实际应用领域中，尤其是乘用车的使用过程中，会经历各种工况，其中最为人关注的便是冷启动工况与热冲击工况。这两种工况对燃料电池的共同考验点之一都是热应力对其影响。
目前，燃料电池涂层领域考虑的基本都是抗腐蚀性，而鲜有人关注其耐受各种工况下受到的热应力，尤其是在装堆紧固力下受到的各种机械应力，因此燃料电池的涂层的机械性能需要足够优秀来应对各类复杂工况，为此我们设计了燃料电池用耐热冲击高机械强度涂层的喷涂工艺及设备来解决以上问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，而提出的燃料电池用耐热冲击高机械强度涂层的喷涂工艺及设备，其能够对待喷涂件进行固定，且能够通过调节喷涂枪及待喷涂件的位置，对待喷涂件进行更好地喷涂，使待喷涂件能够被充分喷涂，通过对待喷涂件喷涂基层、连接层、最外层，使得喷涂后的待喷涂件耐热冲击能力优秀，完全覆盖了燃料电池能够遇到的热应力工况，最外层涂层掺杂金属元素还有助于提高涂层的热稳定性和硬度，综合提升涂层在各类工况下的表现。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
燃料电池用耐热冲击高机械强度涂层的喷涂设备，包括操作室，所述操作室内水平滑动连接有安装台，所述安装台上等间距设有多个对待喷涂件进行放置的固定组件，所述操作室的两端内侧壁共同固定连接有位于安装台上方的支撑架，所述支撑架上设有多个喷涂组件，相邻的两个所述喷涂组件之间通过传动带连接，多个所述喷涂组件分别与多个固定组件相对。
优选地，所述操作室的两端内侧壁之间共同固定连接有横杆，所述安装台套设在横杆上并与其滑动连接，所述操作室的内侧壁安装有第一伺服电机，所述第一伺服电机的输出轴末端固定连接有第一螺纹杆，所述第一螺纹杆螺纹贯穿安装台。
优选地，所述固定组件包括固定连接在安装台上端的第二伺服电机，所述第二伺服电机的输出轴末端固定连接有U型板，所述U型板内水平滑动连接有两个固定板，所述U型板的内侧壁转动连接有双头螺杆，所述双头螺杆螺纹贯穿两个固定板并延伸至U型板的外侧。
优选地，所述喷涂组件包括固定连接在支撑架上端的储存箱，所述支撑架的下方通过调节件前后滑动连接有安装板，其中一个所述喷涂组件上的调节件通过第三伺服电机驱动，相邻的两个所述喷涂组件上的调节件通过传动带连接，所述安装板的底部通过气缸连接有背板，所述背板的前侧壁通过转动件连接有可前后转动调节角度的喷涂枪，所述喷涂枪与储存箱之间通过导管连通。
优选地，所述调节件包括固定连接在操作室内后侧壁上的调节杆，所述安装板滑动套设在调节杆上，所述操作室的内后侧壁转动连接有第二螺纹杆，所述第二螺纹杆螺纹贯穿安装板，其中一个调节件上的第二螺纹杆通过第三伺服电机驱动，所述传动带绕设在相邻两个调节件的第二螺纹杆上。
优选地，所述转动件包括安装在背板前侧壁上的第四伺服电机，所述第四伺服电机的输出轴末端固定连接有转动轴，所述转动轴的侧壁套设有与其同轴转动的支撑板，所述喷涂枪安装在支撑板的前侧。
优选地，所述背板的前侧壁固定连接有辅助板，所述转动轴与辅助板转动连接。
优选地，最左侧所述喷涂枪进行基材喷涂，中间所述喷涂枪进行连接层喷涂，最右侧所述喷涂枪进行最外层喷涂，所述喷涂枪的一端侧壁安装有光纤感应器，所述喷涂枪的另一端侧壁前后安装有分别输送氩气和氢气的保护气氛管。
本发明还公开了燃料电池用耐热冲击高机械强度涂层的喷涂工艺，包括以下过程：
S1，对待喷涂件进行清洁及干燥处理；
S2，将需要进行基层喷涂的待喷涂件放置在最左侧U型板上，将需要进行连接层喷涂的待喷涂件放置在中间U型板上，将需要进行最外层喷涂的待喷涂件放置在最右侧U型板上，并分别转动多个双头螺杆使同一U型板上的两个固定板靠近对相应的待喷涂件进行固定；
S3，喷涂温度为200℃，光纤感应器检测待喷涂件位置，最左侧喷涂枪对待喷涂件进行基材喷涂，中间喷涂枪对待喷涂件喷涂镍基高温合金粉末，最右侧喷涂枪对待喷涂件喷涂8wt.％YSZ涂层，喷涂过程中，保护气氛管输送Ar+氢气气氛；
S4，喷涂过程中，第一伺服电机驱动第一螺纹杆转动使安装台水平移动调整待喷涂件的左右位置，多个第二螺纹杆转动使安装板前后移动调整喷涂枪前后位置，气缸带动背板上下移动调整喷涂枪高度，第四伺服电机带动支撑板转动调整喷涂枪前后倾斜角度，对待喷涂件进行喷涂；
S5，将待喷涂件从U型板上取下，调换角度，并重新将待喷涂件固定在U型板上进行不同角度喷涂；
S6，同一待喷涂件依次充分经过基材喷涂、连接层喷涂、最外层喷涂后，即该待喷涂件完成耐热冲击高机械强度涂层的喷涂工艺。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
1、本发明中，通过固定组件的设置，能够对待喷涂件进行固定，避免其在喷涂过程中发生晃动或移动现象，有利于喷涂工作的进行，通过喷涂组件、调节件以及转动件的设置，能够通过调节喷涂枪及待喷涂件的位置，对待喷涂件进行更好地喷涂，使待喷涂件能够被充分喷涂。
2、本发明中，通过对待喷涂件喷涂基层、连接层、最外层，选用镍基高温合金粉末作连接层，选用8wt.％YSZ作为最外层，利用ion implantation离子注入给最外层涂层掺杂金属元素，使得喷涂后的待喷涂件耐热冲击能力优秀，完全覆盖了燃料电池能够遇到的热应力工况，最外层涂层掺杂金属元素还有助于提高涂层的热稳定性和硬度，综合提升涂层在各类工况下的表现。
附图说明
图1为本发明提出的燃料电池用耐热冲击高机械强度涂层的喷涂工艺及设备的剖视结构示意图；
图2为图1中A处结构放大图；
图3为图1中B处结构放大图；
图4为本发明提出的燃料电池用耐热冲击高机械强度涂层的喷涂工艺及设备的结构示意图；
图5为支撑架、调节杆、安装板、第二螺纹杆、传动带连接示意图。
图中：1、操作室；2、横杆；3、安装台；4、第一伺服电机；5、第一螺纹杆；6、第二伺服电机；7、U型板；8、固定板；9、双头螺杆；10、支撑架；11、储存箱；12、调节杆；13、安装板；14、第二螺纹杆；15、传动带；16、气缸；17、背板；18、第四伺服电机；19、转动轴；20、支撑板；21、喷涂枪；22、光纤感应器；23、保护气氛管；24、辅助板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-图5，燃料电池用耐热冲击高机械强度涂层的喷涂设备，包括操作室1，操作室1内水平滑动连接有安装台3，操作室1的两端内侧壁之间共同固定连接有横杆2，安装台3套设在横杆2上并与其滑动连接，操作室1的内侧壁安装有第一伺服电机4，第一伺服电机4的输出轴末端固定连接有第一螺纹杆5，第一螺纹杆5螺纹贯穿安装台3，在横杆2及第一螺纹杆5的限制作用下，安装台3只能够水平滑动，第一螺纹杆5的端部与操作室1的内侧壁转动连接，能够保障第一螺纹杆5的稳定性，进而当第一伺服电机4带动第一螺纹杆5转动时能够在其啮合作用下使安装台3水平移动；
安装台3上等间距设有多个对待喷涂件进行放置的固定组件，固定组件包括固定连接在安装台3上端的第二伺服电机6，第二伺服电机6的输出轴末端固定连接有U型板7，U型板7内水平滑动连接有两个固定板8，U型板7的内侧壁转动连接有双头螺杆9，双头螺杆9螺纹贯穿两个固定板8并延伸至U型板7的外侧，双头螺杆9的端部固定连接有便于使其转动的转动把手，两个固定板8分别连接在双头螺杆9相反的两段螺纹上，双头螺杆9转动能够在其螺纹作用下使两个固定板8能够相互靠近或相互远离；
操作室1的两端内侧壁共同固定连接有位于安装台3上方的支撑架10，支撑架10上设有多个喷涂组件，多个喷涂组件从左至右分别进行基材喷涂、连接层喷涂、最外层喷涂，相邻的两个喷涂组件之间通过传动带15连接，多个喷涂组件分别与多个固定组件相对，喷涂组件包括固定连接在支撑架10上端的储存箱11，支撑架10的下方通过调节件前后滑动连接有安装板13，其中一个喷涂组件上的调节件通过第三伺服电机驱动，相邻的两个喷涂组件上的调节件通过传动带15连接，调节件包括固定连接在操作室1内后侧壁上的调节杆12，安装板13滑动套设在调节杆12上，操作室1的内后侧壁转动连接有第二螺纹杆14，第二螺纹杆14螺纹贯穿安装板13，其中一个调节件上的第二螺纹杆14通过第三伺服电机驱动，传动带15绕设在相邻两个调节件的第二螺纹杆14上，使得多个第二螺纹杆14能够同步转动，进而能够使多个安装板13同步前、后移动；
安装板13的底部通过气缸16连接有背板17，背板17的前侧壁通过转动件连接有可前后转动调节角度的喷涂枪21，喷涂枪21与储存箱11之间通过导管连通，转动件包括安装在背板17前侧壁上的第四伺服电机18，第四伺服电机18的输出轴末端固定连接有转动轴19，背板17的前侧壁固定连接有辅助板24，转动轴19与辅助板24转动连接，能够增加转动轴19的稳定性，转动轴19的侧壁套设有与其同轴转动的支撑板20，喷涂枪21安装在支撑板20的前侧，最左侧喷涂枪21进行基材喷涂，中间喷涂枪21进行连接层喷涂，最右侧喷涂枪21进行最外层喷涂，喷涂枪21的一端侧壁安装有光纤感应器22，能够感应待喷涂件位置，喷涂枪21的另一端侧壁前后安装有分别输送氩气和氢气的保护气氛管23。
本发明还提供了燃料电池用耐热冲击高机械强度涂层的喷涂工艺，包括以下过程：
S1，对待喷涂件进行清洁及干燥处理；
S2，将需要进行基层喷涂的待喷涂件放置在最左侧U型板7上，将需要进行连接层喷涂的待喷涂件放置在中间U型板7上，将需要进行最外层喷涂的待喷涂件放置在最右侧U型板7上，并分别转动多个双头螺杆9使同一U型板7上的两个固定板8靠近对相应的待喷涂件进行固定，能够保障待喷涂件喷涂过程中的稳定性；
S3，喷涂温度为200℃，光纤感应器22检测待喷涂件位置，最左侧喷涂枪21对待喷涂件进行基材喷涂，中间喷涂枪21对待喷涂件喷涂镍基高温合金粉末(优选Ni-23Co-20Cr-8.5Al-5.0Ta-0.6Y，其中数字代表的是成分的质量分数，为商业化的镍基高温合金粉末)作为连接层，在此过程中，使用Ar+氢气气氛，氩气流速90-120slpm，氢气流速3-10slpm，镍基高温合金粉末的供给量为30-50g/min，功率设定为90-120kw，电流为1600-2100A，热喷涂距离为330-370mm，最右侧喷涂枪21对待喷涂件喷涂8wt.％YSZ涂层，喷涂过程中，保护气氛管23输送Ar+氢气气氛，氩气流速35-40slpm，氢气流速7-9slpm，8YSZ粉末的供给量为30-45g/min，功率设定为37-50kw，电流为600-650A，热喷涂距离为70-80mm，利用ion implantation离子注入给最外层涂层掺杂金属元素，可以是Nb、Cr、Ti、Ta；
S4，喷涂过程中，第一伺服电机4驱动第一螺纹杆5转动使安装台3水平移动调整待喷涂件的左右位置，多个第二螺纹杆14转动使安装板13前后移动调整喷涂枪21前后位置，气缸16带动背板17上下移动调整喷涂枪21高度，第四伺服电机18带动支撑板20转动调整喷涂枪21前后倾斜角度，能够通过调节喷涂枪21及待喷涂件的位置，对待喷涂件进行更好地喷涂；
S5，将待喷涂件从U型板7上取下，调换角度，并重新将待喷涂件固定在U型板7上进行不同角度喷涂，使待喷涂件能够被充分喷涂；
S6，同一待喷涂件依次充分经过基材喷涂、连接层喷涂、最外层喷涂后，即该待喷涂件完成耐热冲击高机械强度涂层的喷涂工艺。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.燃料电池用耐热冲击高机械强度涂层的喷涂设备，包括操作室(1)，其特征在于，所述操作室(1)内水平滑动连接有安装台(3)，所述安装台(3)上等间距设有多个对待喷涂件进行放置的固定组件，所述操作室(1)的两端内侧壁共同固定连接有位于安装台(3)上方的支撑架(10)，所述支撑架(10)上设有多个喷涂组件，相邻的两个所述喷涂组件之间通过传动带(15)连接，多个所述喷涂组件分别与多个固定组件相对。
2.根据权利要求1所述的燃料电池用耐热冲击高机械强度涂层的喷涂设备，其特征在于，所述操作室(1)的两端内侧壁之间共同固定连接有横杆(2)，所述安装台(3)套设在横杆(2)上并与其滑动连接，所述操作室(1)的内侧壁安装有第一伺服电机(4)，所述第一伺服电机(4)的输出轴末端固定连接有第一螺纹杆(5)，所述第一螺纹杆(5)螺纹贯穿安装台(3)。
3.根据权利要求1所述的燃料电池用耐热冲击高机械强度涂层的喷涂设备，其特征在于，所述固定组件包括固定连接在安装台(3)上端的第二伺服电机(6)，所述第二伺服电机(6)的输出轴末端固定连接有U型板(7)，所述U型板(7)内水平滑动连接有两个固定板(8)，所述U型板(7)的内侧壁转动连接有双头螺杆(9)，所述双头螺杆(9)螺纹贯穿两个固定板(8)并延伸至U型板(7)的外侧。
4.根据权利要求1所述的燃料电池用耐热冲击高机械强度涂层的喷涂设备，其特征在于，所述喷涂组件包括固定连接在支撑架(10)上端的储存箱(11)，所述支撑架(10)的下方通过调节件前后滑动连接有安装板(13)，其中一个所述喷涂组件上的调节件通过第三伺服电机驱动，相邻的两个所述喷涂组件上的调节件通过传动带(15)连接，所述安装板(13)的底部通过气缸(16)连接有背板(17)，所述背板(17)的前侧壁通过转动件连接有可前后转动调节角度的喷涂枪(21)，所述喷涂枪(21)与储存箱(11)之间通过导管连通。
5.根据权利要求4所述的燃料电池用耐热冲击高机械强度涂层的喷涂设备，其特征在于，所述调节件包括固定连接在操作室(1)内后侧壁上的调节杆(12)，所述安装板(13)滑动套设在调节杆(12)上，所述操作室(1)的内后侧壁转动连接有第二螺纹杆(14)，所述第二螺纹杆(14)螺纹贯穿安装板(13)，其中一个调节件上的第二螺纹杆(14)通过第三伺服电机驱动，所述传动带(15)绕设在相邻两个调节件的第二螺纹杆(14)上。
6.根据权利要求4所述的燃料电池用耐热冲击高机械强度涂层的喷涂设备，其特征在于，所述转动件包括安装在背板(17)前侧壁上的第四伺服电机(18)，所述第四伺服电机(18)的输出轴末端固定连接有转动轴(19)，所述转动轴(19)的侧壁套设有与其同轴转动的支撑板(20)，所述喷涂枪(21)安装在支撑板(20)的前侧。
7.根据权利要求6所述的燃料电池用耐热冲击高机械强度涂层的喷涂设备，其特征在于，所述背板(17)的前侧壁固定连接有辅助板(24)，所述转动轴(19)与辅助板(24)转动连接。
8.根据权利要求4所述的燃料电池用耐热冲击高机械强度涂层的喷涂设备，其特征在于，最左侧所述喷涂枪(21)进行基材喷涂，中间所述喷涂枪(21)进行连接层喷涂，最右侧所述喷涂枪(21)进行最外层喷涂，所述喷涂枪(21)的一端侧壁安装有光纤感应器(22)，所述喷涂枪(21)的另一端侧壁前后安装有分别输送氩气和氢气的保护气氛管(23)。
9.燃料电池用耐热冲击高机械强度涂层的喷涂工艺，其特征在于，包括以下过程：
S1，对待喷涂件进行清洁及干燥处理；
S2，将需要进行基层喷涂的待喷涂件放置在最左侧U型板(7)上，将需要进行连接层喷涂的待喷涂件放置在中间U型板(7)上，将需要进行最外层喷涂的待喷涂件放置在最右侧U型板(7)上，并分别转动多个双头螺杆(9)使同一U型板(7)上的两个固定板(8)靠近对相应的待喷涂件进行固定；
S3，喷涂温度为200℃，光纤感应器(22)检测待喷涂件位置，最左侧喷涂枪(21)对待喷涂件进行基材喷涂，中间喷涂枪(21)对待喷涂件喷涂镍基高温合金粉末，最右侧喷涂枪(21)对待喷涂件喷涂8wt.％YSZ涂层，喷涂过程中，保护气氛管(23)输送Ar+氢气气氛；
S4，喷涂过程中，第一伺服电机(4)驱动第一螺纹杆(5)转动使安装台(3)水平移动调整待喷涂件的左右位置，多个第二螺纹杆(14)转动使安装板(13)前后移动调整喷涂枪(21)前后位置，气缸(16)带动背板(17)上下移动调整喷涂枪(21)高度，第四伺服电机(18)带动支撑板(20)转动调整喷涂枪(21)前后倾斜角度，对待喷涂件进行喷涂；
S5，将待喷涂件从U型板(7)上取下，调换角度，并重新将待喷涂件固定在U型板(7)上进行不同角度喷涂；
S6，同一待喷涂件依次充分经过基材喷涂、连接层喷涂、最外层喷涂后，即该待喷涂件完成耐热冲击高机械强度涂层的喷涂工艺。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication |