CN219336364U - 一种制备涂层的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种制备涂层的设备，包括旋转机构、固定机构、夹持机构、竖向偏移机构、第一偏移机构和第二偏移机构，固定机构用于固定基材，旋转机构包括用于驱动夹持机构转动的第一旋转机构，夹持机构包括用于夹持母材的第一夹持组件；竖向偏移机构驱动夹持机构相对于基材竖向移动使得母材在基材上形成涂层；第一偏移机构驱动基材相对于夹持机构在第一水平方向上平移运动；第二偏移机构驱动基材相对于夹持机构在第二水平方向上平移运动。该制备涂层的设备通过第一偏移机构和第二偏移机构驱动固定机构相对夹持机构水平移动，从而在基材表面形成大面积的涂层。

Description

一种制备涂层的设备

技术领域

本实用新型涉及涂层制备技术领域，尤其涉及一种制备涂层的设备。

背景技术

摩擦堆焊是利用母材与基材之间的相对应运动所产生的摩擦热为热源，将母材转移到基材表面以形成涂层的工艺方法。在摩擦堆焊过程中，母材旋转并与基材的表面接触，依靠接触面摩擦所产生的热使结合面两侧的材料达到热塑性状态，此时施加顶锻压力实现母材与基材的连接，同时母材沿一定方向直线运动，从而在基材表面形成条状的涂层。

搅拌摩擦固态增材是采用内部填充母材的中空工具，中空工具带动母材旋转并水平移动，母材在旋转的同时还相对中空工具向下移动与基材表面接触，在母材与基材相对运动发生剧烈形变后软化，形变流随着中空工具的水平移动涂覆在基材表面，以形成条状的涂层，且在中空工具轴肩的挤压作用下，使得涂层能够平整的涂覆在基材上。

目前，摩擦堆焊或者搅拌摩擦固态增材所使用的设备仅限于制备单条涂层，而不能制备大面积涂层。

实用新型内容

针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种制备涂层的设备，能够制备大面积涂层。

本实用新型提供一种制备涂层的设备，所述制备涂层的设备包括：

旋转机构；

固定机构，用于固定基材；

夹持机构，与所述旋转机构连接，所述旋转机构包括用于驱动所述夹持机构转动的第一旋转机构，所述夹持机构包括用于夹持母材的第一夹持组件；

竖向偏移机构，驱动所述夹持机构相对于所述基材竖向移动使得所述母材受到持续下压力产生塑性形变流；

第一偏移机构，驱动所述固定机构相对于所述夹持机构在第一水平方向上平移运动，从而在所述基材上形成涂层；以及

第二偏移机构，驱动所述固定机构相对于所述夹持机构在第二水平方向上平移运动。

作为上述技术方案的进一步改进：

上述的制备涂层的设备，进一步地，所述夹持机构还包括用于夹持刀具的第二夹持组件；

当所述第二夹持组件夹持所述刀具并下压时，在所述涂层宽度方向的侧边和/或在所述涂层长度方向的端部形成切削口。

上述的制备涂层的设备，进一步地，所述涂层侧边的所述切削口呈内凹的圆弧形，且所述切削口的半径不小于所述母材直径的20％。

上述的制备涂层的设备，进一步地，所述母材通过空心搅拌工具连接在所述第一夹持组件上；

所述制备涂层的设备还包括母材支撑机构，所述母材一端安装于所述母材支撑机构上，另一端穿过所述空心搅拌工具朝所述基材方向延伸。

上述的制备涂层的设备，进一步地，所述母材支撑机构与所述旋转机构连接，所述旋转机构还包括用于驱动所述母材支撑机构转动的第二旋转机构。

上述的制备涂层的设备，进一步地，所述空心搅拌工具的下端面设有凸出所述下端面的搅拌针。

上述的制备涂层的设备，进一步地，所述搅拌针的长度大于所述涂层的厚度。

上述的制备涂层的设备，进一步地，所述刀具为圆鼻立铣刀，所述圆鼻立铣刀的圆角半径不小于所述涂层的厚度。

上述的制备涂层的设备，进一步地，所述圆鼻立铣刀的直径不小于所述母材的直径。

上述的制备涂层的设备，进一步地，还包括保护气机构；

所述保护气机构包括储气组件以及与所述储气组件连通的吹气管，所述吹气管用于向所述涂层吹气。

上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本实用新型的目的。

本实用新型提供的一种制备涂层的设备，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：

首先通过固定机构对基材进行限位固定，然后通过竖向偏移机构驱动安装有母材的第一夹持组件相对基材竖向移动，使母材底端与基材表面接触，同时通过旋转机构带动夹持机构转动，由于母材与基材相对运动发生剧烈形变软化，从而使母材涂覆在基材表面，与此同时第一偏移机构驱动母材相对于基材移动，从而在基材上形成条形的涂层，当第一条涂层制备完成后，通过第二偏移机构驱动母材移动至前一条涂层的一侧，使得第二条涂层的前进侧材料与前一条涂层切口作用，再通过竖向偏移机构驱动安装有母材的第一夹持组件相对基材竖向移动，使母材底端与基材表面接触，同时第一偏移机构再次驱动基材相对于夹持机构移动，进而在前一条涂层一侧制备第二条涂层，以此类推，通过第一偏移机构和第二偏移机构驱动基材相对于夹持机构水平移动，从而在基材上制备大面积的涂层。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方案或现有技术中的技术方案，下面将对实施方案或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

在下文中将基于实施例并参考附图来对本实用新型进行更详细的描述。

其中：

图1显示了本实用新型实施例提供的制备涂层的设备正面的结构示意图；

图2显示了本实用新型实施例提供的制备涂层的设备背面的结构示意图；

图3显示了本实用新型实施例的摩擦堆焊的示意图；

图4显示了本实用新型实施例的搅拌摩擦固态增材的示意图；

图5显示了本实用新型实施例的搅拌摩擦固态增材中空心搅拌工具立体结构示意图；

图6显示了本实用新型实施例提供的制备涂层的设备中刀具对涂层侧边进行切削的示意图；

图7显示了本实用新型实施例提供的涂层横向连接示意图；

图8显示了本实用新型实施例提供的制备涂层的设备中刀具对涂层端部进行切削的示意图；

图9显示了本实用新型实施例提供的涂层首尾连接示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

附图标记：

100、制备涂层的设备；110、安装机架；111、第一滑轨；112、竖直滑轨；

120、竖向偏移机构；121、伸缩件；

130、旋转机构；

140、固定机构；141、螺母座；142、螺杆；143、第二螺纹座；

150、第一偏移机构；151、第一轴承座；152、第一丝杆；153、第一驱动件；

160、第二偏移机构；161、第一螺纹座；162、支撑架；163、第二轴承座；164、第二丝杆；165、第二驱动件；166、第二滑轨；

170、保护气机构；

180、刀具；

200、基材；

300、母材；

400、空心搅拌工具；410、搅拌针。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。

本实用新型实施例提供了一种制备涂层的设备100，能够制备大面积涂层。

如图1所示，本实用新型实施例提供的制备涂层的设备100，包括旋转机构130、固定机构140、夹持机构、竖向偏移机构120、第一偏移机构150以及第二偏移机构160。固定机构140用于固定基材200，夹持机构与旋转机构130连接，旋转机构130包括用于驱动夹持机构转动的第一旋转机构，夹持机构包括用于夹持母材300的第一夹持组件；竖向偏移机构120驱动夹持机构相对于基材200竖向移动使得母材300受到持续下压力产生塑性形变流；第一偏移机构150驱动固定机构140相对于夹持机构在第一水平方向上平移运动，从而在基材200上形成涂层；第二偏移机构160驱动固定机构140相对于夹持机构在第二水平方向上平移运动，从而在上一涂层的一侧形成第二条涂层，从而实现大面积涂层的制备。

工作时，首先通过固定机构140对基材200进行限位固定，然后通过竖向偏移机构120驱动安装有母材300的第一夹持组件相对基材200竖向移动，使母材300底端与基材200表面接触，同时通过旋转机构130带动夹持机构转动，由于母材300与基材200相对运动发生剧烈形变软化，从而使母材300涂覆在基材200表面，与此同时第一偏移机构150驱动母材300相对于基材200移动，从而在基材200上形成条形的涂层，当第一条涂层制备完成后，通过第二偏移机构160驱动母材300移动至前一条涂层的一侧，再通过竖向偏移机构120驱动安装有母材300的第一夹持组件相对基材200竖向移动，使母材300底端与基材200表面接触，同时第一偏移机构150再次驱动基材200相对于夹持机构移动，进而在前一条涂层的一侧制备第二条涂层，以此类推，通过第一偏移机构150和第二偏移机构160驱动基材200相对于夹持机构横向以及纵向移动，从而在基材200上制备大面积的涂层。

参见图3和图4所示，由于母材在旋转下压时会推挤涂层，使得在母材直径范围以内的涂层会与基材形成良好的冶金结合区，而超出涂层两侧的边缘会出现少许未与基材结合的未结合区域，当制备下一条涂层时，相邻的两条涂层的衔接处会出现裂缝及孔洞，从而影响涂层整体的力学性能和耐蚀性能。

鉴于此，本申请的夹持机构还可以包括用于夹持刀具180的第二夹持组件，当第二夹持组件夹持刀具180并下压时，在涂层宽度方向的侧边和/或在涂层长度方向的端部形成切削口。

参见图6和图7所示，在对涂层侧边进行切削时，刀具180是沿涂层长度方向移动，且在切削过程中，刀具180需沿涂层宽度方向向内偏移，以保证将涂层侧边的未结合区域完全切除。在切削时，刀具180可以在涂层前进侧进行切削，也可以在涂层的回转侧进行切削，但相邻的两条涂层在横向连接时，则需要利用后一条涂层的前进侧来填充前一条涂层的切削口，这样能够借助母材旋转时对涂层前进侧产生的推挤作用，使得涂层前进侧的塑性形变流与切削口的材料发生相对运动形变产热，形成冶金的结合，从而能够实现涂层之间的横向无孔隙连接。

需要说明的是，母材旋转方向的一侧称为前进侧，例如，母材顺时针旋转时，前进侧是位于母材的左侧，与前进侧相对的另一侧则为回转侧。

参见图8和图9所示，在对涂层端部进行切削时，将刀具180移动到涂层的端部，在涂层端部切削一个直径略大于母材直径的弧形切削口，然后将母材300移动至该弧形切削口，母材300在旋转和下压时，其端部的塑性形变流与弧形切削口的材料相对运动形变产热，形成冶金的结合，从而实现涂层之间的首尾无孔隙连接。

通过对涂层侧边及端部进行切削，能够实现涂层的横向无孔隙连接和首尾无孔隙连接，不仅增大了涂层的面积，而且提高涂层的力学性能和耐蚀性。

在本申请的一些实施例中，涂层侧边的切削口呈内凹的圆弧形，且由于涂层两侧边缘的未结合区域一般不会超过母材直径的20％，因此切削口的半径不小于母材300直径的20％，示例性的，母材300的直径为15mm时，圆弧形切削口半径则为3mm，这样能够保证涂层侧边的未结合区域全部切削，使横向相邻的两条涂层衔接更加完整。

在本申请的一些实施例中，在进行固态增材制造时，母材300可以通过空心搅拌工具400连接在第一夹持组件上，空心搅拌工具400可以是内部中空两端开口的套筒，母材300可以是滑动设置在空心搅拌工具400内的棒料或者是粉料，该制备涂层的设备100还包括母材支撑机构，母材300一端安装于母材支撑机构上，另一端穿过空心搅拌工具400朝基材200方向延伸。

工作时，第一旋转机构驱动夹持机构带动空心搅拌工具400旋转，与此同时竖向偏移机构120驱动夹持机构相对于基材200竖向移动，以使母材300与基材200相对运动发生剧烈形变软化，从而使母材300涂覆在基材200表面。

其中，当母材300为横截面呈方形的棒材时，空心搅拌工具400内孔为与母材300相适配的方形孔，母材支撑机构可以设置在安装机架110上，此时母材300是随着空心搅拌工具400一同旋转；

当母材300为横截面呈圆形的棒材时，母材支撑机构与旋转机构130连接，旋转机构130还包括用于驱动母材支撑机构转动的第二旋转机构，此时空心搅拌工具400通过第一旋转机构驱动旋转，母材300则通过第二旋转机构驱动旋转。

本实用新型实施例提供的制备涂层的设备100，进一步地，请参阅图5，空心搅拌工具400的下端面设有凸出下端面的搅拌针410，且搅拌针410的长度大于涂层的厚度，使得在制备后一涂层时，搅拌针410能够穿过基材200或者是上一涂层，将基材200或上一涂层与正在制备的涂层一并搅拌，从而增强竖直方向上的层间结合力。

在本申请的一些实施例中，刀具180可以采用圆鼻立铣刀，圆鼻立铣刀既可以对涂层的边缘进行铣削，以制备大面积复合材料；也可以对涂层的上表面进行铣削，以实现增材的目的。

其中，圆鼻立铣刀的圆角半径应不小于涂层的厚度，这样能够使切削出来的弧形切削口的底端与基底相切，在制备第二条涂层时，只需将母材300的边沿对准切削口底端与基底相切的位置，即可实现涂层之间的横向无孔隙结合。

进一步地，为便于实现涂层之间的首尾相连，圆鼻立铣刀的直径应不小于母材300的直径，这样在制备后一条涂层时，可以将母材300移动至前一涂层尾端的切削口内，即可实现涂层之间的首尾无孔隙结合。

本实用新型实施例提供的制备涂层的设备100，进一步地，请参阅图4，该制备涂层的设备100还包括保护气机构170，保护气机构170包括储气组件以及与储气组件连通的吹气管，吹气管用于向涂层吹气，以使所述涂层表面形成保护层。本实施例中，保护气可以为氩气，当然，可以理解的是，保护气也可以为其它惰性气体。

请参阅图1和图2，本实用新型实施例提供的制备涂层的设备100，该制备涂层的设备100还包括安装机架110，安装机架110上设有沿第一水平方向布设的第一滑轨111，第二偏移机构160上设有与第一滑轨111配合的第一滑槽，第一偏移机构150用于驱动第二偏移机构160沿第一滑轨111运动。进一步地，第二偏移机构160上设有第一螺纹座161，第一偏移机构150包括两个间隔安装于安装机架110上的第一轴承座151、两端部分别安装于两个第一轴承座151上的第一丝杆152以及用于驱动第一丝杆152转动的第一驱动件153，且第一丝杆152与第一螺纹座161螺纹配合，第一丝杆152用于通过其转动驱动第一螺纹座161沿第一水平方向运动。

第二偏移机构160包括设有第一滑槽和第一螺纹座161的支撑架162、两个间隔安装于支撑架162上的第二轴承座163、两端部分别安装于两个第二轴承座163上的第二丝杆164以及用于驱动第二丝杆164转动的第二驱动件165，且支撑架162上设有沿第二水平方向布设的第二滑轨166，固定机构140上设有与第二滑轨166配合的第二滑槽以及与第二丝杆164螺纹配合的第二螺纹座143，第二丝杆164用于通过其转动驱动第二螺纹座143沿第二水平方向运动。

在本实施例中，第一滑轨111和第二滑轨166均有两条，有利于提高支撑架162和固定机构140运行的稳定性。第一滑轨111的布设方向与第二滑轨166的布设方向垂直，便于调整基材200的位置。当然，可以理解的是，第一滑轨111和第二滑轨166还可以为其它数量，第一滑轨111的布设方向与第二滑轨166的布设方向还可以为其它位置关系，在此不作限定。

本实用新型实施例提供的制备涂层的设备100，具体的，固定机构140上设有用于限位固定基材200的夹紧机构，夹紧机构包括多个间隔设置的螺母座141以及与螺母座141一一对应匹配的螺杆142。安装时基材200时，首先将螺杆142从螺母座141退出或退松，再将基材200放置于螺母座141之间的位置上，最后将拧紧螺杆142至螺杆142与基材200抵接以夹紧限位基材200。该种结构具有结构简单，操作简便等优点。

本实用新型实施例提供的制备涂层的设备100，具体的，安装机架110上设有竖直滑轨112，旋转机构130上设有与竖直滑轨112配合的竖直滑槽，竖向偏移机构120用于驱动旋转机构130沿竖直滑轨112运动。进一步地，竖向偏移机构120包括安装于安装机架110上的伸缩件121，伸缩件121的伸缩端与旋转机构130相连以驱动旋转机构130沿竖直滑轨112运动。

在另一实施例中，旋转机构130上设有第三螺纹座，竖向偏移机构120包括两个间隔安装于安装机架110上的第三轴承座、两端部分别安装于两个第三轴承座上的第三丝杆以及用于驱动第三丝杆转动的第三驱动件，且第三丝杆与第三螺纹座螺纹配合，第三丝杆用于通过其转动驱动第三螺纹座沿竖直方向运动。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种制备涂层的设备，其特征在于，所述制备涂层的设备(100)包括：

旋转机构(130)；

固定机构(140)，用于固定基材(200)；

夹持机构，与所述旋转机构(130)连接，所述旋转机构(130)包括用于驱动所述夹持机构转动的第一旋转机构，所述夹持机构包括用于夹持母材(300)的第一夹持组件；

竖向偏移机构(120)，驱动所述夹持机构相对于所述基材(200)竖向移动使得所述母材(300)受到持续下压力产生塑性形变流；

第一偏移机构(150)，驱动所述固定机构(140)相对于所述夹持机构在第一水平方向上平移运动，从而在所述基材(200)上形成涂层；以及

第二偏移机构(160)，驱动所述固定机构(140)相对于所述夹持机构在第二水平方向上平移运动。

2.根据权利要求1所述的制备涂层的设备，其特征在于，所述夹持机构还包括用于夹持刀具(180)的第二夹持组件；

当所述第二夹持组件夹持所述刀具(180)并下压时，在所述涂层宽度方向的侧边和/或在所述涂层长度方向的端部形成切削口。

3.根据权利要求2所述的制备涂层的设备，其特征在于，所述涂层侧边的所述切削口呈内凹的圆弧形，且所述切削口的半径不小于所述母材(300)直径的20％。

4.根据权利要求1所述的制备涂层的设备，其特征在于，所述母材(300)通过空心搅拌工具(400)连接在所述第一夹持组件上；

所述制备涂层的设备(100)还包括母材支撑机构，所述母材(300)一端安装于所述母材支撑机构上，另一端穿过所述空心搅拌工具(400)朝所述基材(200)方向延伸。

5.根据权利要求4所述的制备涂层的设备，其特征在于，所述母材支撑机构与所述旋转机构(130)连接，所述旋转机构(130)还包括用于驱动所述母材支撑机构转动的第二旋转机构。

6.根据权利要求4所述的制备涂层的设备，其特征在于，所述空心搅拌工具(400)的下端面设有凸出所述下端面的搅拌针(410)。

7.根据权利要求6所述的制备涂层的设备，其特征在于，所述搅拌针(410)的长度大于所述涂层的厚度。

8.根据权利要求2或3任一项所述的制备涂层的设备，其特征在于，所述刀具(180)为圆鼻立铣刀，所述圆鼻立铣刀的圆角半径不小于所述涂层的厚度。

9.根据权利要求8所述的制备涂层的设备，其特征在于，所述圆鼻立铣刀的直径不小于所述母材(300)的直径。

10.根据权利要求1至7任一项所述的制备涂层的设备，其特征在于，还包括保护气机构(170)；

所述保护气机构(170)包括储气组件以及与所述储气组件连通的吹气管，所述吹气管用于向所述涂层吹气，以使所述涂层表面形成保护层。

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