CN203554776U - 用于等离子体涂层的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于在基底(3)表面(2)上喷涂等离子体涂层的装置(1)，其配备有燃烧器头(4)，该燃烧器头被安置在接纳未示出的气体输送的燃烧器筒(5)的下端。装置(1)的燃烧器筒(5)伸入空心圆柱体形的基底(3)的内部区域内，并围绕垂直轴线(6)可转动地安置。以这种方式，通过旋转驱动燃烧器筒(5)，可以在内壁面的表面(2)上形成涂层(7)。在燃烧器筒(5)上设置输送装置(10)，通过该输送装置可选地输送线材或粉末，并且使其在气流中熔化。熔化的材料微粒因此随雾化气体射流(12)到达基底表面(2)上。为了可选地加工线材状材料，所述装置(1)配备至少一个用于产生熔化线材状材料的辅助电弧的安置在雾化气体出口区域内的电极(11)。

Description

用于等离子体涂层的装置

技术领域

本实用新型涉及一种采用等离子体喷涂方法在基底表面上形成等离子体涂层的装置，其中，通过在该装置的至少两个形成阳极和阴极的电极之间施加电压可产生电弧，并且其中，该装置具有气体输送装置和用于输送有待在表面上沉积的材料的输送装置，所述材料可被加热至等离子体温度的气体熔化，从而所熔化的材料微粒能够借助于通过该装置的喷雾器出口的雾化气体射流向基底表面方向被运输，并且在那里亦即基底表面上沉积。

背景技术

为了表面加工，等离子体喷涂是在实践中已经多次使用和其本身已经是已知的热涂层方法。通常，在装置的等离子体燃烧器中，安置通过狭长缝隙分开的阳极和阴极，从而通过施加直流电压可以产生电弧。借助于气体输送装置所输送的和通过燃烧器头流出的气体或混合气体，被导引通过电弧并在此被电离。

在这种情况下发生的电离产生由正离子和电子组成的、被高度加热的、导电气体。在该产生的等离子体射流中，借助于输送装置输送例如作为喷涂材料的粉末，其被较高的等离子体温度熔化。该等离子体流带走粉末微粒，其然后在待涂层的基底的表面上沉积。

在为了获得尽可能小的摩擦和由此可取得的改善能源效率和减少废气排放，以及在为了获得较高耐磨强度和抗磨损性而制备内燃机的情况下，也可使用此类热涂层方法。为此，可设置具有涂层的内燃机构件，例如气缸孔、阀门座或轴承座，所述涂层借助于此类热涂层方法进行涂覆。

EP0585203B1涉及一种用于借助等离子体粉末为空腔壁涂层的等离子体喷涂设备，所述等离子体粉末经由粉末输送管道输送到燃烧器头的外面。不仅燃烧器头的阳极喷头还有燃烧器头的阴极布置都是从外面容易接近的，从而可以被快速和容易地更换。粉末注射器是被可替换地安置，从而可使用具有不同横截面的不同粉末注射器，并且可以因此改变等离子体粉末的注射速率。

EP1692922B1涉及一种等离子体喷涂装置，其中，在燃烧器筒与燃烧器头之间的管状管道，不但传送必需的介质，例如等离子体气体或涂层粉末，而且传送为产生电弧所必需的电能。

在实践中已表明，用于大批量生产的可使用的线材等离子体喷涂燃烧器的布置通常不是最佳的。尤其由于较高的所输送喷射材料的损失份额，工作效率是不令人满意的。为了取得所要求的涂层质量，因此通常需要增加层厚度。为此，要求非常高的等离子气压或雾化气体气压，以便达到所要求的材料雾化程度和所需要的微粒速率。

实用新型内容

在此背景技术下，本实用新型所要解决的技术问题是用较少的费用改善在基底表面上通过等离子体喷涂而制备的涂层的表面质量。在此，尤其应当在气体输送时可以不用增加压力。此外，应当提供用于装置使用的确定的等离子体喷涂方法，其能够用较少的费用改善涂层质量。

根据本实用新型，为了熔化粉末状材料，给所述装置配备第一电极和至少另一个用于产生熔化线材状材料的辅助电弧的、安置在雾化气体出口区域内的电极，尤其附加阴极，通过所述辅助电弧，熔化可选地被输送的线材状材料。由此可以用较少的费用、尤其在非常短的准备时间内在线材喷涂方法与粉末喷涂方法之间进行转换。为此，尤其可以使用统一的设备技术、燃烧器技术和供应技术，从而联合花费因此是相对较少的。根据本实用新型，也基于例如现有的粉末-等离子体喷涂燃烧器，通过安置附加电极和由此可实现的辅助电弧，产生混合燃烧器，借助该混合燃烧器不但可以加工粉末材料而且也可以加工线材材料。因此，在接通辅助电弧的情况下，可取得巨大的功率提高，其能够加工明显大量的喷涂材料，并且在此要求相对较低的过程气压和雾化气体气压，以便在基底上涂覆希望的涂层。已经证实，所述装置的功率能够提高至150g/分钟粉末状材料或15m喷涂线材/分钟。“线材状的喷涂材料”在此也尤其理解为实心线材。即使现在不力求线材状和粉末状材料的同时输送，但可设想并且原则上不排除这样的应用可能性。

在此，可以给每一种材料安置分开的输送装置。相反，根据本实用新型的装置的实施方式是特别有利的，其中输送装置不但可适合于粉末状材料而且也可适合于线材状材料。借此可以实现根据本实用新型的装置的特别节省空间的结构设计实施例。在此，还可考虑到，该输送装置同时可被用于粉末状和线材状材料的输送，由此将它们共同送到雾化气体射流中。

此外，如果所述装置具有附带用于产生辅助电弧的唯一附加阴极的可替换燃烧器头，被证实是特别有意义的，以便因此达到节省空间的结构设计，该结构设计能够以较少结构设计费用在已知的粉末等离子体喷涂燃烧器上被使用。

此外，如果在只使用粉末状材料时电极是可以被断开的，这也是特别符合实际要求的，以便因此可以将辅助电弧的工作限制在线材状喷涂材料的输送上，并因此以已知的方式在已知的粉末等离子体喷涂燃烧器上获得这种功能性。

为了能够灵活地使用不同的材料，输送装置能够设计为可替换的或者可以按需要选择多种现有的输送装置。

此外，还特别在实践上合适的是在装置上可替换地安置燃烧器头，以便因此在磨损造成的停止运转的情况下，可快速恢复运行准备。

特别优选地，所述装置具有至少一个毗邻雾化气体出口的、尤其在雾化气体出口的侧旁安置的设计为转向喷嘴或冷却喷嘴的喷嘴，通过该喷嘴可按需要输送与雾化气体射流外切的或围绕雾化气体射流的辅助气体射流。由此，以令人意外地简单方式取得雾化气体射流的有效聚束(Bündelung)，其由此一方面获得了较高的流速，另一方面在基底表面上获得了具有较小横截面的同心射流形状。在这种情况下，可以不用增加气压。通过从其他喷嘴射出的气流阻止横向于射流轴线的雾化气体射流的侧向扩散，也就同时显著地减少雾化气体射流的尾料(Nachlauf)。在实践中，可以因此获得较高的工作效率并可观地减少线材材料的损失量。此外，由于增加了雾化气体射流的速率，还取得了微粒的精细雾化，并因此改善了基底的质量，尤其是基底的表面质量。此外，在实践中取得成功的是，通过附加地从喷嘴射出的辅助气体射流，同时通过利用辅助气体的冷却效应，降低了装置在出口区域内的温度。

此外，可以将其他喷嘴设计为环形喷嘴，并且同心地包围雾化气体出口，以便因此达到理想效果。在实践中，如果该装置具有多个在喷雾器出口的环周上分布的喷嘴，已被证实是特别有利的。由此，可以以理想的方式完成通过相应喷嘴射出的气流的与雾化气体射流所希望的射流形状相适应的输送。因此，例如在偏移射流轴线方向上发生不希望的雾化气体射流偏向时，能够通过在这一侧包围雾化气体射流的附加气体射流的相应体积流量的增加，来进行流动方向的矫正。在实践中，可以因此建立显著提高涂层质量的控制回路。

优选地，在雾化气体出口的环周上均匀分布地安置多个喷嘴，从而在对所有喷嘴的统一气体输送时取得对雾化气体射流均衡的支持，尤其因此能够简单地改变流速，而无会影响设定的射流轴线。

此外，根据本实用新型的装置的实施例也是特别符合实际的，其中辅助气体射流沿环周边缘完全包围雾化气体射流，以便因此极为有效地避免对雾化气体射流的不希望的外部影响。例如，以这种方式也可以实现保护气体环境，以便因此进一步改善涂层质量。

此外，如果从至少一个喷嘴射出与雾化气体射流轴向平行或聚焦至雾化气体射流的射流轴线的辅助气体射流，被证实是特别在实践中适合的。通过如此地使喷嘴定向，使得射出的气体射流与雾化器气流基本平行或与其稍微倾斜地延伸，以阻止雾化气体射流横向于其射流轴线的扩宽。同时可以保证雾化气体射流的尽可能层状的流动，从而使得在基底表面上发生的微粒撞击是尽可能均匀的。

为此，根据本实用新型的另一个特别有成果的变化形式，借助于喷嘴可输送惰性气体。

此外，优选在装置上安置至少一个可活动的，尤其可转动的喷嘴。通过将该喷嘴的方向或位置设计为可调节的，例如设计为可转动的，可以使雾化气体射流偏向基底上的不同方向。由此，与现有技术相比，可明显目标更精确地将微粒输送到基底表面上，从而即便复杂几何形状的基底也可以被喷涂形成具有恒定涂层强度的涂层。

此外，被证实特别大有发展前景的是，可独立地调节至少用于各个喷嘴的气流，以便雾化气体射流因此能够形成有位置分辨率的、且可与具体情况顺利适配的射流形状。为此，尤其可以相应地调整体积流量和特别优选地相应调节流速。

然而，附加的气流并不限于提高雾化气体流速。相反，该附加气流也能够以有利的方式通过相应提高散热用于所述装置的冷却。

本实用新型另外的、特别优选的实施方式由此取得，即围绕轴线可转动地安置用于空心体内壁面涂层的装置，所述轴线基本上横向于雾化气体射流的射线轴，以便因此也可以在空心体的内部可靠地涂上具有所希望的涂层强度的涂层。

附图说明

本实用新型还有数目众多的实施方式。为了进一步阐明其基本原理，为此结合附图描绘并随后进行说明。在附图中：

图1示出具有燃烧器头的根据本实用新型的装置的立体图；

图2示出图1中所示燃烧器头的前视图。

具体实施方式

下面按照图1和图2详细地阐述了用于等离子体喷涂的根据本实用新型的装置1。为了在基底3的表面2上形成等离子体涂层，给装置1配备燃烧器头4，其在所描绘的应用中被安置在未示出的接纳气体输送的燃烧器筒5的下端。装置1的燃烧器筒5伸入设计为圆柱形空心体的基底3的内部区域中，并设置成可围绕垂直轴线6转动。以这种方式，通过以直至200转/分钟的转数旋转地驱动燃烧器筒5，可以在内壁面的表面2上制成涂层7。在操作中通过在阳极8与阴极9之间施加电压点燃电弧，借助于气体输送，雾化气体(其当然也可以是混合气体)被导引通过该电弧并由此电离。此外，在燃烧器筒5上还设有输送装置10，通过该输送装置可选地输送未示出的粉末或线材，并且使其在气流中或在电弧中熔化。所述熔化的线材材料或粉末材料微粒因此随雾化气体射流12沿基本上水平的射流轴线13，通过借助于在图2中详细描绘的电极11按需要可激活的另一电弧和雾化气体出口14，到达基底3的表面2上。

正如在图2中尤其可以看出，为了选择性地加工粉末状材料或线材状材料，装置1配备至少另一个安置在喷雾器出口14区域中的、设计为阴极的电极11，该电极用于为了熔化线材状材料而产生辅助电弧。在喷雾器出口14侧旁设有四个喷嘴15，通过该喷嘴输送相应的从外面包围雾化气体射流12的辅助气体射流。由此使得射流成形，特别是聚束，以及加速雾化气体射流12，以便如此在表面2的预定区域上获得对熔化微粒目标精确地输送。

附图标记列表

1  装置

2  表面

3  基底(Substrat)

4  燃烧器头

5  燃烧器筒

6  轴线

7  涂层

8  阳极

9  阴极

10  输送装置

11  电极

12  雾化气体射流

13  射流轴线

14  喷雾器出口或雾化气体出口

15  喷嘴

Claims (13)

1.一种借助等离子体喷涂方法在基底(3)表面(2)上形成用于等离子体涂层的装置(1)，其中，通过在该装置(1)的至少两个构成阳极和阴极的电极之间施加电压可产生电弧，并且其中，该装置(1)具有气体输送装置和用于输送有待在所述表面(2)上沉积的材料的输送装置(10)，所述材料能够通过加热至等离子体温度的气体被熔化，从而所述熔化的材料微粒能够借助于通过所述装置(1)的雾化气体出口(14)的雾化气体射流(12)向所述基底表面(2)方向被传输，并且在那里沉积，其特征在于，为了熔化粉末状材料和/或线材状材料，所述装置(1)配备至少另一个安置在所述雾化气体出口(14)区域内的用于产生辅助电弧的电极(11)。 

2.根据权利要求1所述的用于等离子体涂层的装置(1)，其特征在于，所述输送装置(10)不但能够用于粉末状材料的输送，而且也能够用于线材状材料的输送。 

3.根据权利要求1或2所述的用于等离子体涂层的装置(1)，其特征在于，所述装置(1)具有可替换的燃烧器头(4)，该燃烧器头具有用于产生辅助电弧的唯一一个附加阴极(9)。 

4.根据权利要求1所述的用于等离子体涂层的装置(1)，其特征在于，所述电极(11)设计为在只应用粉末状材料时能够被断开。 

5.根据权利要求3所述的用于等离子体涂层的装置(1)，其特征在于，将所述燃烧器头(4)可替换地安置在所述装置(1)上。 

6.根据权利要求1所述的用于等离子体涂层的装置(1)，其特征在于，所述装置(1)具有至少一个与所述雾化气体出口(14)相邻的、尤其安置在所述雾化气体出口(14)侧旁的喷嘴(15)，通过该喷嘴可按需要输送外切于或围绕所述雾化气体射流(12)的辅助气体射流。 

7.根据权利要求6所述的用于等离子体涂层的装置(1)，其特征在于，所述装置(1)具有多个在所述雾化气体出口(14)的环周上分布的喷嘴(15)。 

8.根据权利要求6或7所述的用于等离子体涂层的装置(1)，其特征在于，从至少一个喷嘴(15)射出与所述雾化气体射流(12)轴向平行的辅助气体射流、或者聚焦至所述雾化气体射流(12)的射流轴线(13)的辅助气体射流。 

9.根据权利要求6或7所述的用于等离子体涂层的装置(1)，其特征在于，所述至少一个喷嘴(15)能够活动地、尤其转动地安置在所述装置(1)上。 

10.根据权利要求8所述的用于等离子体涂层的装置(1)，其特征在于，所述至少一个喷嘴(15)能够活动地、尤其转动地安置在所述装置(1)上。 

11.根据权利要求6或7所述的用于等离子体涂层的装置(1)，其特征在于，至少用于各个喷嘴(15)的气流能够独立地被调节。 

12.根据权利要求8所述的用于等离子体涂层的装置(1)，其特征在于，至少用于各个喷嘴(15)的气流能够独立地被调节。 

13.根据权利要求1或2所述的用于等离子体涂层的装置(1)，其特征在于，所述装置(1)为给空心体内壁面涂层能够围绕轴线(6)转动地被设置。 

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