CN1560316A - 一种超声等离子喷涂方法 - Google Patents
一种超声等离子喷涂方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1560316A CN1560316A CNA2004100084681A CN200410008468A CN1560316A CN 1560316 A CN1560316 A CN 1560316A CN A2004100084681 A CNA2004100084681 A CN A2004100084681A CN 200410008468 A CN200410008468 A CN 200410008468A CN 1560316 A CN1560316 A CN 1560316A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ultrasonic
- plasma
- plasma spraying
- spray gun
- arc
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000005507 spraying Methods 0.000 title claims description 6
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 claims abstract description 36
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims abstract description 22
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 3
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 3
- 238000002525 ultrasonication Methods 0.000 claims description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 abstract 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 9
- 239000012720 thermal barrier coating Substances 0.000 description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 3
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 229920013754 low-melting plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
一种超声等离子喷涂方法，属于金属表面改性和防护技术领域。为了控制涂层的气孔率、提高涂层结合强度，本发明提供了一种超声等离子喷涂方法，包括以下步骤：将超声激励源与等离子喷涂设备喷枪的正负极并联连接；将超声激励源与等离子喷涂直流电源进行电隔离；启动等离子喷涂设备的水路和电路，进行高频引弧，并对喷枪进行冷却；打开超声激励源，使超声交变信号与等离子弧激励信号相耦合产生超声；启动等离子喷涂设备中的送粉系统，喷涂粉末通过高温等离子弧时受到加热，所述超声作用于等离子体，同时作用于熔融状的喷涂粉末本身；受热融化的粉末在高温高速等离子焰的作用下到达工件表面，扩散凝固形成涂层。
Description
技术领域
本发明涉及超声技术在等离子喷涂技术中的应用，属于金属表面改性和防护技术领域。
背景技术
在已有的技术中，有两项和本发明有关的专利。一项是专利申请号为96203939、授权公告号为2258446的一种超声焊接机，它包括机架部分、气动部分、超声波发生部分、电源部分、程序控制部分。该专利技术采用超声聚焦探头实现对塑料的非耦合焊接，只能对声阻抗大、熔点低的塑料材料进行焊接，对超声的发生导入和应用与超声等离子喷涂相比有着不同的机理。另一项是2002年6月26日本申请人提出的申请号为01143444.9，公开号为CN1355081A的名称为“一种用电弧激发超声波的方法”的专利，它主要强调普通电弧超声发生机制，由于等离子喷涂所使用等离子弧产生于喷枪的正负极之间，工件和喷枪之间不导电，因而无法在等离子喷涂中得到应用。
发明内容
根据涂层设计的需要控制涂层气孔率和涂层结构一直是等离子喷涂技术研究的重点之一。通过超声对熔融状态粉末的作用可以有效地影响气孔的形成，同时可以使结合层的结构发生改变，从而提高涂层的质量。
由于等离子喷涂不可能形成较大的熔池，同时由于等离子弧产生于喷枪的正负极之间，工件与喷嘴之间的等离子焰不能导电，这就限制了传统的超声发射方法在等离子热喷涂技术的应用，也不能像所述CN1355081A专利一样在工件与喷枪之间导入超声。
本发明的目的就是要解决上述技术难题，提供一种可控制涂层的气孔率、提高涂层结合强度的超声等离子喷涂方法，其特征在于所述喷涂方法包括以下步骤：
1)将超声激励源与等离子喷涂设备喷枪的正负极并联连接；
2)将超声激励源与等离子喷涂直流电源进行电隔离，以防止彼此之间的信号干扰；
3)首先，启动等离子喷涂设备的水路和电路，进行高频引弧，并对喷枪进行冷却；
4)然后，打开超声激励源，使超声交变信号与等离子弧激励信号相耦合产生超声；
5)启动等离子喷涂设备中的送粉系统，喷涂粉末通过高温等离子弧时受到加热，所述超声作用于等离子体，同时作用于熔融状的喷涂粉末本身；受热融化的粉末在高温高速等离子焰的作用下到达工件表面，扩散凝固形成涂层。
本发明所述超声激励源单独供电，并放置于距离工作台较近的位置，以缩短与喷枪连接的导线，减少超声信号的衰减。
本发明所述超声激励源产生的超声交变信号的功率为10瓦～900瓦，频率为1kHz～9MHz。
本发明首次将超声等离子弧用于等离子喷涂。利用高频功率电子开关逆变技术，在等离子喷涂电弧回路中施加调制信号，对应着调制电流的上升沿和下降沿可分别激发出电弧超声。超声的引入提供了紊流较强的等离子射流，因而能保障较好的热交换和粉末加热条件。同时由于超声的机械作用和声空化效应，熔融状态的喷涂粉末得到进一步的细化。实验结果表明，对于应用等离子喷涂技术制备的热障涂层，超声的引入有效地改变了陶瓷面层气孔的数量、大小、形状和分布，增强了热障涂层的隔热和耐腐蚀性能；在一定程度上抑制和改变了金属结合层的较为明显的层状结构，有利于结合强度的提高。
附图说明
图1是本发明方法的原理图。
图2是本发明所述方法喷涂效果图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的内容：
如图1所示，本发明所述超声等离子喷涂方法只对现有的等离子喷涂设备进行简单的组合，不需要做太多的改动。具体步骤如下：
1)将超声激励源与等离子喷涂设备喷枪的正负极并联连接；超声激励源可以单独供电，放置于距离工作台较近的位置，以便缩短与喷枪连接的导线，减少超声信号的衰减。用于激励电弧产生超声的超声激励源由信号发生电路、功放驱动电路、高速大功率开关管和相应的耦合装置组成，可以产生频率在几千周到一个兆周的交变信号，并且可以对信号的频率和幅度进行柔性调节。本发明方法中高功率超声信号的功率为10瓦～900瓦，频率为1kHz～9MHz。
2)将超声激励源与等离子喷涂直流电源进行电隔离，以防止彼此之间的信号干扰。
3)为了保障线路的安全，首先启动等离子喷涂设备的水路和电路，进行高频引弧，并对喷枪进行冷却；
4)然后，打开超声激励源，使超声交变信号与等离子弧激励信号相耦合产生超声；
5)启动等离子喷涂设备中的送粉系统，喷涂粉末通过高温等离子弧时受到加热，所述超声作用于等离子体，同时作用于熔融状的喷涂粉末本身；受热融化的粉末在高温高速等离子焰的作用下到达工件表面，扩散凝固形成涂层。
在实验中，调节功率超声的功率分别为0W、100W，频率分别为40kHz、50kHz、80kHz，然后，按本发明所述的超声等离子喷涂方法进行复合热障涂层陶瓷面层制备。对喷涂后的试样进行金相观察，可以看出相对于没有加入超声的普通等离子喷涂试样1(见图2A)，加入功率为100W，频率40kHz、50kHz、80kHz超声后的复合热障涂层的陶瓷面层气孔(黑色)的大小、形状和数量均发生了不同程度的改变，如图2B、图2C和图2D所示，其中加入50kHz时(图2C)的效果尤为明显。同样在相关研究中观察到超声的引入有效地改变了结合层的层状结构，有利于涂层结合强度的提高。
本发明所述方法可用于热障涂层、封严涂层、耐腐蚀涂层以及金属基复合材料制备方面。研究结果显示，超声表面喷涂技术将从一个全新的角度提高传统的等离子喷涂的效果，对国家发动机制造及相关领域有重要意义。
Claims (3)
1.一种超声等离子喷涂方法，其特征在于所述喷涂方法包括以下步骤：
1)将超声激励源与等离子喷涂设备喷枪的正负极并联连接；
2)将超声激励源与等离子喷涂直流电源进行电隔离，以防止彼此之间的信号干扰；
3)首先，启动等离子喷涂设备的水路和电路，进行高频引弧，并对喷枪进行冷却；
4)然后，打开超声激励源，使超声交变信号与等离子弧激励信号相耦合产生超声；
5)启动等离子喷涂设备中的送粉系统，喷涂粉末通过高温等离子弧时受到加热，所述超声作用于等离子体，同时作用于熔融状的喷涂粉末本身；受热融化的粉末在高温高速等离子焰的作用下到达工件表面，扩散凝固形成涂层。
2、根据权利要求1所述的超声等离子喷涂方法，其特征在于：所述超声激励源单独供电，并放置于距离工作台较近的位置，以缩短与喷枪连接的导线，减少超声信号的衰减。
3、根据权利要求1所述的超声等离子喷涂方法，其特征在于：所述超声激励源产生的超声交变信号的功率为10瓦～900瓦，频率为1kHz～9MHz。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2004100084681A CN1258614C (zh) | 2004-03-12 | 2004-03-12 | 一种超声等离子喷涂方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2004100084681A CN1258614C (zh) | 2004-03-12 | 2004-03-12 | 一种超声等离子喷涂方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1560316A true CN1560316A (zh) | 2005-01-05 |
| CN1258614C CN1258614C (zh) | 2006-06-07 |
Family
ID=34439953
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB2004100084681A Expired - Fee Related CN1258614C (zh) | 2004-03-12 | 2004-03-12 | 一种超声等离子喷涂方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1258614C (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107893208A (zh) * | 2017-11-08 | 2018-04-10 | 中国石油集团渤海钻探工程有限公司 | 等离子束‑超声波复合装置及利用其制备无裂纹膨胀锥的方法 |
| CN108977751A (zh) * | 2018-06-26 | 2018-12-11 | 苏州科技大学 | 一种超声波辅助等离子热喷涂制备高熵合金涂层的方法 |
| CN111454080A (zh) * | 2020-05-12 | 2020-07-28 | 清华大学 | 一种敷铜或敷铜合金氧化铝陶瓷基板及其制备方法 |
| CN114406276A (zh) * | 2022-02-11 | 2022-04-29 | 江苏天楹等离子体科技有限公司 | 一种电弧激发超声波的等离子体雾化装置 |
-
2004
- 2004-03-12 CN CNB2004100084681A patent/CN1258614C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107893208A (zh) * | 2017-11-08 | 2018-04-10 | 中国石油集团渤海钻探工程有限公司 | 等离子束‑超声波复合装置及利用其制备无裂纹膨胀锥的方法 |
| CN107893208B (zh) * | 2017-11-08 | 2019-11-05 | 中国石油集团渤海钻探工程有限公司 | 等离子束-超声波复合装置及利用其制备无裂纹膨胀锥的方法 |
| CN108977751A (zh) * | 2018-06-26 | 2018-12-11 | 苏州科技大学 | 一种超声波辅助等离子热喷涂制备高熵合金涂层的方法 |
| CN111454080A (zh) * | 2020-05-12 | 2020-07-28 | 清华大学 | 一种敷铜或敷铜合金氧化铝陶瓷基板及其制备方法 |
| CN114406276A (zh) * | 2022-02-11 | 2022-04-29 | 江苏天楹等离子体科技有限公司 | 一种电弧激发超声波的等离子体雾化装置 |
| CN114406276B (zh) * | 2022-02-11 | 2024-03-29 | 江苏天楹等离子体科技有限公司 | 一种电弧激发超声波的等离子体雾化装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1258614C (zh) | 2006-06-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107414325B (zh) | 微区半固态增材制造方法 | |
| CN105880852B (zh) | 超声辅助脉冲激光-mig复合热源焊接装置的焊接方法 | |
| CN105714284A (zh) | 超声振动-电磁搅拌复合能场辅助激光熔覆的方法和装置 | |
| WO2020258859A1 (zh) | 超声定点聚焦辅助金属表面激光熔覆纳米陶瓷涂层的方法 | |
| Li et al. | Ultrasonic welding of fiber-reinforced thermoplastic composites: a review | |
| CN104086184B (zh) | 一种超声辅助激光近净成形陶瓷件的方法 | |
| CN108297443A (zh) | 一种提升热塑性复合材料与金属连接强度的方法 | |
| CN105543839A (zh) | 一种梯度耐磨涂层及制备梯度耐磨涂层的方法 | |
| CN101690991B (zh) | 铝及铝合金的超声波辅助真空电子束焊接方法 | |
| CN103805929B (zh) | 一种工件涂层的表面处理方法和装置 | |
| CN101219499A (zh) | 一种超声波与非熔化极电弧复合的焊接方法 | |
| CN104785926A (zh) | 一种超声场耦合激光-mig共熔池铝合金焊接技术 | |
| CN108326429A (zh) | 一种超声辅助激光焊接装置与方法 | |
| CN104762586A (zh) | 一种工件热喷涂工艺及其喷涂装置 | |
| US20200223129A1 (en) | Additive manufacturing system and method | |
| CN104741805B (zh) | 一种铝合金脉冲超声电弧复合焊接装置及其焊接方法 | |
| CN101284341A (zh) | 超声辅助电火花沉积修复与超声抛光一体化装置及其方法 | |
| CN103785963B (zh) | 一种超声电弧复合焊接装置 | |
| CN211170898U (zh) | 一种微轧制和超声波辅助的激光熔覆装置 | |
| CN1258614C (zh) | 一种超声等离子喷涂方法 | |
| WO2023077606A1 (zh) | 轴类零件表面裂纹修复方法 | |
| CN103692094A (zh) | 一种应用电阻与电弧复合热源的螺柱焊接方法及装置 | |
| CN110026699A (zh) | 一种用于薄板金属材料的超声辅助电阻点焊装置及方法 | |
| CN103212914B (zh) | 一种外加声场式钛合金手工焊接装置及焊接方法 | |
| CN105234539A (zh) | 一种超声辅助穿孔的等离子弧焊接装置与工艺 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20060607 Termination date: 20130312 |