高速氧燃料噴涂系統(tǒng)及由其制備的金屬陶瓷涂層的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明一方面提供高速氧燃料噴涂系統(tǒng)，其包括：第一高速氧燃料噴槍，用于噴射陶瓷；以及第二高速氧燃料噴槍，用于噴射金屬或金屬合金，其中第一高速氧燃料噴槍和第二高速氧燃料噴槍同時噴射出的噴射流重疊于并覆蓋在待涂覆的工件表面，形成涂層，涂層中的金屬或金屬合金組沿厚度方向變化，越靠近工件表面，金屬或金屬合金含量越高。本發(fā)明另一方面還提供根據(jù)上述系統(tǒng)制備陶瓷金屬涂層的方法。
【專利說明】高速氧燃料噴涂系統(tǒng)及由其制備的金屬陶瓷涂層
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高速氧燃料噴涂系統(tǒng)(或稱為超音速火焰噴涂系統(tǒng))，更具體而言，本發(fā)明涉及包括兩個高速氧燃料噴槍的噴涂系統(tǒng)和使用所述噴涂系統(tǒng)制備復(fù)合陶瓷金屬特別是Mo-Al2O3的涂層。
【背景技術(shù)】 [0002]目前，化石燃料資源的可持續(xù)發(fā)展、二氧化碳的排放和全球變暖的問題越來越受關(guān)注。非常關(guān)鍵的是找尋新型能源以替代當(dāng)前使用的化石燃料，這樣的新型能源應(yīng)是低成本、綠色環(huán)保和可再生的。太陽能能夠滿足上述要求，并且數(shù)十年來已對其進(jìn)行廣泛的研究和利用。
[0003]通過直接使用半導(dǎo)體光伏太陽能電池或使用太陽能熱能的技術(shù)可以從太陽能產(chǎn)生電能，其中太陽能熱能技術(shù)利用從太陽能加熱的蒸汽驅(qū)動發(fā)電用的渦輪。相對于光伏太陽能電池，太陽能熱能技術(shù)不依靠硅晶片的供應(yīng)，對于大規(guī)模的發(fā)電特別有效，并且如果設(shè)置儲熱系統(tǒng)，甚至在夜間也可產(chǎn)生電能?？紤]到這些優(yōu)勢，目前研發(fā)興趣已更多地轉(zhuǎn)向太陽能熱能技術(shù)。
[0004]聚光型太陽能技術(shù)(CSP)可將太陽光聚集在用于吸收太陽能的接收器上，其具有多種不同的布局方式，包括拋物槽式、線性菲涅爾式、碟式、中央接收器式等。其中，工作溫度達(dá)550°C的拋物面槽式是發(fā)展最佳、最可商用的聚光型太陽能技術(shù)。拋物槽式的主要組件包括反射器、太陽能接收器、儲熱器和蒸汽渦輪機(jī)。作為關(guān)鍵組件，太陽能接收器極大地影響太陽能的吸收效率。
[0005]太陽能接收器由玻璃殼和金屬管構(gòu)成，其中金屬管上涂覆有太陽能吸收材料，如Mo-Al2O3的金屬-介電復(fù)合金屬陶瓷的涂層。該涂層通常在真空管內(nèi)通過射頻電磁濺射的蒸發(fā)而進(jìn)行制備。例如，CN101737982A公開了一種太陽能選擇性吸收涂層及其制備方法，所述吸收涂層的第二層是使用射頻濺射制備的MoSi2和Al2O3的金屬陶瓷混合層，該第二層由厚度和MoSi2體積分?jǐn)?shù)各不同的兩個亞層構(gòu)成。TW201022461A1則公開了一種太陽能選擇性吸收膜及其制造方法。其通過真空濺鍍在工件上制備單層Mo-Al2O3的金屬-陶瓷復(fù)合膜。此外，CN85100142A公開了一種新的真空濺射技術(shù)，具有設(shè)備簡單真空度要求低等特點，但是制備的金屬氮化物在溫度超過350度后會退化分解，目前該技術(shù)還無法用以制備Mo-Al2O3的金屬-陶瓷復(fù)合膜。
[0006]通過射頻濺射技術(shù)制備的金屬陶瓷膜的生長速率低，并且射頻濺射需要在真空管中進(jìn)行。此外，射頻濺射技術(shù)的使用還受到接收器管件的尺寸和形狀的限制。因此，需要研發(fā)設(shè)備更簡便、生產(chǎn)效率更高的涂層技術(shù)以替代現(xiàn)有的通過射頻濺射制備金屬陶瓷的技術(shù)，并得到性能更佳的金屬陶瓷復(fù)合膜。
[0007]高速氧燃料噴涂方法是從傳統(tǒng)的火焰噴涂發(fā)展而來的噴涂方法，其原理是:在0.7-1.0MPa的高壓下，利用燃料，如氫氣、乙烷、丙烷、丙烯或煤油等與氧氣混合，在燃燒室點燃，使劇烈膨脹的氣體受水冷噴嘴(拉伐爾管)的約束而形成高速火焰流，原料粉末沿燃燒室軸心由惰性氣體如氮?dú)饣蚝獾人腿耄軣岵⒓铀賴姵??；鹧鎳娚涞乃俣瓤蛇_(dá)6倍音速以上，而粉末粒子的速度可以達(dá)到2倍音速以上。
[0008]通過僅包括一個噴槍的高速氧燃料(HVOF)系統(tǒng)在工件表面上涂覆復(fù)合金屬涂層的方法是已知的。例如，CN102112645A公開了一種通過高速火焰噴涂在構(gòu)件表面上涂覆用于陶瓷護(hù)層的粘附底層的方法，其中所述粘附底層通常由耐氧化的MCrAH合金構(gòu)成，并且該粘附底層可由兩個細(xì)粒度不同的層構(gòu)成。EP1816229(A1)公開了一種高速氧燃料熱噴涂組件。當(dāng)工件與軸(A)呈固定角度或繞軸(A)在0° -30°改變角度下，在工件如汽輪發(fā)動機(jī)葉片上噴涂MCrAlX的保護(hù)涂層。EP1942387(A1)公開了一種使用兩個機(jī)械臂對渦輪機(jī)葉片進(jìn)行自動噴涂的方法，其中噴涂方法可以采用HVOF系統(tǒng)。上述的噴涂方法可將復(fù)合材料混合，制成相應(yīng)的比例預(yù)混粉，然后再進(jìn)行噴涂，可以產(chǎn)生復(fù)合金屬涂層。但這種方法首先無法隨時改變粉末組成，另外對于兩種熔點差別非常大的粉末也很難選擇合適噴涂溫度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明一方面提供高速氧燃料噴涂系統(tǒng)，其包括:第一高速氧燃料噴槍，用于噴射陶瓷；以及第二高速氧燃料噴槍，用于噴射金屬或金屬合金，其中第一高速氧燃料噴槍和第二高速氧燃料噴槍同時噴射出的噴射流重疊于并覆蓋在待涂覆的工件表面，形成涂層，涂層中的金屬或金屬合金組沿厚度方向變化，越靠近工件表面，金屬或金屬合金含量越高。
[0010]本發(fā)明另一方面還提供根據(jù)上述系統(tǒng)制備陶瓷金屬涂層的方法，其包括:通過載氣將陶瓷組分粉末送入高速氧燃料噴涂系統(tǒng)的第一高速氧燃料噴槍，將燃料和氧氣導(dǎo)入該第一高速氧燃料噴槍，使陶瓷組分粉末混合并燃燒；通過載氣將金屬或金屬合金組分粉末送入高速氧燃料噴涂系統(tǒng)的第二高速氧燃料噴槍，將燃料和氧氣導(dǎo)入該第二高速氧燃料噴槍，使金屬/合金組分粉末混合并燃燒；和第一高速氧燃料噴槍和第二高速氧燃料噴槍同時各自噴射出第一噴射流和第二噴射流，并且這兩個噴射流重疊于且覆蓋在待涂覆的工件表面，由此形成涂層，涂層中的金屬或金屬合金組份沿厚度方向變化。
[0011]本發(fā)明可隨時改變粉末組成，含量`，噴射角度，噴涂溫度及其他。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的高速氧燃料噴涂系統(tǒng)的截面圖；
[0013]圖2a顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案所制備的陶瓷金屬涂層的微觀示意圖，該陶瓷金屬涂層具有連續(xù)梯度分布的結(jié)構(gòu)；
[0014]圖2b顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案所制備的陶瓷金屬涂層的微觀示意圖，該陶瓷金屬涂層具有兩個子層的結(jié)構(gòu)；
[0015]圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案所制備的太陽能接收管，其表面包括Mo-Al2O3陶瓷金屬涂層，并且在A區(qū)域和B區(qū)域中的涂層組成和厚度不同。
【具體實施方式】
[0016]除非另外定義，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的相同的含義。若存在矛盾，則以本申請?zhí)峁┑亩x為準(zhǔn)。
[0017]當(dāng)以范圍中、優(yōu)選范圍中、或者優(yōu)選的數(shù)值上限以及優(yōu)選的數(shù)值下限的形式表述某個量、濃度或其它值或參數(shù)的時候，應(yīng)當(dāng)理解相當(dāng)于具體揭示了通過將任意一對范圍中上限或優(yōu)選數(shù)值與任意范圍中下限或優(yōu)選數(shù)值結(jié)合起來的任何范圍中，而不考慮該范圍中是否具體揭示。除非另外指出，本文所列出的數(shù)值范圍中旨在包括范圍中的端點，和該范圍中之內(nèi)的所有整數(shù)和分?jǐn)?shù)。
[0018]當(dāng)術(shù)語“約”和“大約”用于描述數(shù)值或范圍中的端值時，所公開的內(nèi)容應(yīng)理解為包括具體值或所涉及的端值。
[0019]除非另外說明，本文中所有的百分比、份數(shù)、比值等均是按重量計。
[0020]本文的材料、方法和實施方案均是示例性的，并且除非特別說明，不應(yīng)理解為限制性的。
[0021]以下詳細(xì)描述本發(fā)明的高速氧燃料噴涂系統(tǒng)、通過所述噴涂系統(tǒng)制備的陶瓷金屬涂層及其制備方法。
[0022]高速氧燃料噴涂系統(tǒng)
[0023]圖1是本發(fā)明的高速氧燃料噴槍系統(tǒng)的截面圖。本發(fā)明所述的高速氧燃料噴涂系統(tǒng)包括第一高速氧燃料噴槍I和第二高速氧燃料噴槍2，其中第一高速氧燃料噴槍I和第二高速氧燃 料噴槍2各自噴射出的第一噴射流7和第二噴射流8重疊于并覆蓋在待涂覆的工件表面根據(jù)本發(fā)明的第一高速氧燃料噴槍I和第二高速氧燃料噴槍2的類型沒有特別限制，并且可以是相同或不同的，只要第一高速氧燃料噴槍I能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明所述的對陶瓷組分的噴涂，而第二高速氧燃料噴槍2能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明所述的對金屬/合金組分的噴涂。根據(jù)本發(fā)明的高速氧燃料噴槍所使用的燃料可選自乙烷、丙烷和氫氣的可燃性氣體，并且優(yōu)選使用乙烷。
[0024]如圖1所示，待涂覆的工件表面3的法向4與第一高速氧燃料噴槍I的噴射流方向5呈角度a，待涂覆的工件表面3的法向4與第二高速氧燃料噴槍2的噴射流方向6呈角度b，其中角度a和角度b在5° -45°的范圍中，優(yōu)選在10° -30°的范圍中。如果所述角度大于45°，則會降低噴涂效率和涂層質(zhì)量。
[0025]如圖1所示，應(yīng)理解第一高速氧燃料噴槍I的噴射流方向5、第二高速氧燃料噴槍2的噴射流方向6與待涂覆的工件表面3的法向4可以處于同一平面內(nèi)或者不處于同一平面內(nèi)，或者第一高速氧燃料噴槍I的噴射流方向5和第二高速氧燃料噴槍2的噴射流方向6可以分別圍繞待涂覆的工件表面3的法向4在空間上旋轉(zhuǎn)一個角度,該角度優(yōu)選小于20°，更優(yōu)選小于10°，特別優(yōu)選小于5°。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，第一高速氧燃料噴槍I的噴射流方向5、第二高速氧燃料噴槍2的噴射流方向6與待涂覆的工件表面3的法向4處于同一平面內(nèi)，該平面垂直于管狀工件的縱軸(圖1中垂直于紙面的方向)，并且第一高速氧燃料噴槍I和第二高速氧燃料噴槍2分別位于待涂覆的工件表面3的法向4兩側(cè)。此外，在噴涂過程中待涂覆的工件可通過工業(yè)機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)。通過調(diào)節(jié)并固定第一高速氧燃料噴槍I和第二高速氧燃料噴槍2的相對位置和噴涂方向可使第一高速氧燃料噴槍I和第二高速氧燃料噴槍2的噴涂區(qū)域始終保持重疊，該噴涂區(qū)域為工件表面3的至少一部分。
[0026]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，第一高速氧燃料噴槍I和第二高速氧燃料噴槍2的移動和噴涂方向通過程序控制的工業(yè)機(jī)械臂系統(tǒng)進(jìn)行控制，同時金屬接收管也可以由程序控制旋轉(zhuǎn)角度和速度，由此可達(dá)到改進(jìn)的噴涂效率和精確的控制。機(jī)械臂的移動可以通過坐標(biāo)的設(shè)定來進(jìn)行精確控制，所有自動控制程序可以利用例如Robcad的程序進(jìn)行離線編程和模擬，并通過在線噴涂驗證。另外金屬接收管中間通氮?dú)饫鋮s，以免涂層因為生長溫度過高而影響質(zhì)量。
[0027]工件表面3沒有特別限制，其可以是平面、曲面或不規(guī)則的表面，特別在所述工件是太陽能接收器的金屬接收管的情況下，工件表面3是金屬接收管的柱面，并且在該柱面上的各涂層區(qū)域中，涂層組成可以是相同或不同的。
[0028]涂層組成及噴涂原料[0029]本發(fā)明所述的高速氧燃料噴涂系統(tǒng)可廣泛地用于所謂的陶瓷金屬復(fù)合涂層的涂覆。所述陶瓷金屬復(fù)合涂層是由陶瓷組分和金屬/合金組分構(gòu)成的涂層材料，其目的在于構(gòu)成低反射率和高吸收率的材料。對陶瓷組分沒有特別限制，其可以是金屬的氧化物、氮化物、碳化物、硫化物、硅化物等類型的陶瓷材料，并且可選自Al203、Mo02、Y203、Zr02、Si02、AlN、BeO、Si3N4, BN、MoSi2, CrSi2, CoSi2、WC、WSi2、Ti3N4 和 TiN ;對所述金屬 / 合金組分也沒有特別限制，其一般是過渡金屬，并且可選自Mo、Co、Fe、N1、Cr、T1、W及它們的合金。本發(fā)明所述的陶瓷金屬復(fù)合涂層的實例包括Mo-Al2O3和W-Al2O315為了提高集熱管的太陽能吸收效率，在陶瓷金屬復(fù)合涂層的兩側(cè)還可以增加紅外反射層和減反層，同樣可以由本發(fā)明所述的高速氧燃料噴涂系統(tǒng)制備，其組成參見CN101737982A。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，本發(fā)明所述的高速氧燃料噴涂系統(tǒng)用于噴涂Mo-Al2O3陶瓷金屬復(fù)合涂層。
[0030]通過本發(fā)明的高速氧燃料噴涂系統(tǒng)所制備的Mo-Al2O3陶瓷金屬復(fù)合涂層可以是梯度連續(xù)的涂層。請參見圖2a，圖2a顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案所制備的陶瓷金屬涂層的微觀示意圖。其中陶瓷金屬涂層中的陶瓷組分(圖中由空白表示)和金屬/合金組分顆粒(圖中由黑點表示)的含量分別沿涂層的厚度方向呈梯度分布。通過本發(fā)明的高速氧燃料噴涂系統(tǒng)所制備的Mo-Al2O3陶瓷金屬復(fù)合涂層也可以是多層涂層。請參見圖2b，圖2b顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案所制備的陶瓷金屬涂層的微觀示意圖，該陶瓷金屬涂層具有兩個子層的結(jié)構(gòu)。如圖2b所示的涂層，其具有兩個不同材料組成的子層，其中一個子層是低金屬體積含量層(LMVF)，并且另一個子層是高金屬體積含量層(HMVF)。此外，通過使用程序控制，本發(fā)明的高速氧燃料噴涂系統(tǒng)還可容易地制備具有更多子層、梯度連續(xù)的涂層，由此沿涂層的厚度方向，涂層中Mo和Al2O3顆粒含量的變化更為均勻，進(jìn)而使所制備的Mo-Al2O3陶瓷金屬復(fù)合涂層的性能更佳。請參見圖3，圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案所制備的太陽能接收管，其表面包括Mo-Al2O3陶瓷金屬涂層，并且在A區(qū)域和B區(qū)域中的涂層組成和厚度不同。本發(fā)明還可以制作例如美國專利US7607428所述的金屬接收管。US7607428提到的CSP接收管如圖3所示，其迎著聚光器的A面和背著激光器的B面的聚光比是不同的，所以需要在這兩個表面噴涂不同成分或者(和)厚度的涂層。
[0031]在上述情況中的噴涂原料為Mo和Al2O3粉末。Mo粉末粒徑?jīng)]有特別限制，其可以是納米粒徑的顆粒或微米粒徑的顆粒。但是考慮到納米粒徑的顆粒通常具有非常有限的慣量，由此難以通過高速氧燃料噴涂產(chǎn)生致密的涂層，所以在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，Mo粉末是由5-50nm大小的粒子重構(gòu)而成的微米粒徑顆粒，即粒徑在大于2 μ m的范圍中，優(yōu)選在5 μ m-50 μ m的范圍中，更優(yōu)選在10 μ m_40 μ m的范圍中，Al2O3粉末同樣采用重構(gòu)微米粒徑的顆粒，即粒徑在大于2μπ?的范圍中，優(yōu)選在5μ---50μπ?的范圍中，更優(yōu)選在10 μ m-40 μ m的范圍中。所述粒徑的顆粒可以通過將市售的納米顆粒原料重構(gòu)為具有微米粒徑的空心粉末而用作原料粉末，或者這樣的原料粉末也是市售可得的，例如英弗曼公司的重構(gòu)粉料。
[0032]噴涂步驟和參數(shù)
[0033]在本發(fā)明的一個制備Mo-Al2O3陶瓷金屬復(fù)合涂層的實施方案中，使用第一高速氧燃料噴槍I噴射Al2O3,并使用第二高速氧燃料噴槍2噴射Mo以制備Mo-Al2O3陶瓷金屬復(fù)合涂層。
[0034]以下僅以該實施方案為例，說明本發(fā)明所述的高速氧燃料噴涂方法的具體步驟和參數(shù)選擇。
[0035]制備Mo-Al2O3陶瓷金屬復(fù)合涂層的方法可包括以下步驟:
[0036]通過載氣將滿足上述顆粒要求的Al2O3粉末送入第一高速氧燃料噴槍1，同時將燃料和氧氣導(dǎo)入第一高速氧燃料噴槍I，使所述陶瓷組分粉末混合并燃燒；
[0037]通過載氣將所述滿足上述顆粒要求的Mo粉末送入第二高速氧燃料噴槍2，同時將燃料和氧氣導(dǎo)入第二高速氧燃料噴槍2，使所述金屬/合金組分粉末混合并燃燒；和
[0038]使第一高速氧燃料噴槍I和第二高速氧燃料噴槍2同時各自噴射出第一噴射流7和第二噴射流8，第一噴射流7和第二噴射流8重疊于且覆蓋在待涂覆的工件表面3，由此形成涂層9。
[0039]值得注意的是，上述步驟前后沒有次序上的限制。相對其它熱噴涂方式(例如等離子噴涂)，高速氧燃料噴涂的粉末粒子飛行速度高，和周圍大氣接觸時間短，很少與大氣發(fā)生反應(yīng)。另外，在很多情況下，上述載氣防氧化作用還是不夠的，所以可以通過附加在噴槍上的額外裝置(gas shroud)來產(chǎn)生惰性氣體的保護(hù)罩來進(jìn)一步防止粉末氧化。惰性氣體例如氮?dú)?、氦氣或氬氣。Mo粉末的噴涂在上述惰性氣體的保護(hù)下，可進(jìn)一步減少混合燃燒和噴涂過程中Mo粉末氧化現(xiàn)象，從而相對于真空`濺射涂覆方法可以省去使用真空腔的系統(tǒng)組件。
[0040]本發(fā)明所述的陶瓷金屬復(fù)合涂層中的顆粒組成除了可通過原料選擇進(jìn)行調(diào)節(jié)之外，可特別通過改變本發(fā)明的高速氧燃料噴涂系統(tǒng)中的噴涂參數(shù)，如第一高速氧燃料噴槍I和第二高速氧燃料噴槍2各自的流量、溫度和噴射速度、噴射時間、以及通過工業(yè)機(jī)械臂系統(tǒng)控制的噴槍和固定工件的支架的移動速度和移動方向等進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0041]本發(fā)明所述的第一高速氧燃料噴槍I的氧氣和燃?xì)饬髁勘壤话銥?-8，優(yōu)選為4-6,送粉量為10-100g/min,優(yōu)選為20_60g/min,具體的氧氣和燃?xì)饬髁勘壤€可根據(jù)涂層成份確定。第二高速氧燃料噴槍2的氧氣和燃?xì)饬髁勘壤话銥?-8，優(yōu)選為4-6，送粉量為10-100g/min,優(yōu)選為20_60g/min,具體的氧氣和燃?xì)饬髁勘壤€可根據(jù)涂層成份確定。本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉根據(jù)具體的涂層成分確定上述各噴槍的參數(shù)設(shè)置的方法，并可容易地實現(xiàn)。
[0042]本發(fā)明所述的第一高速氧燃料噴槍I的噴射速度一般為300-1000m/s，優(yōu)選為300-650m/s，更優(yōu)選為350-500m/s。第二高速氧燃料噴槍2的噴射速度一般為300-1000m/s，優(yōu)選為 300-650m/s，更優(yōu)選為 350_500m/s。
[0043]本發(fā)明所述的第一高速氧燃料噴槍I的噴射溫度一般為2000-3200° C，優(yōu)選為2400-3000° C，具體溫度還可根據(jù)不同的粉體熔點和粒徑確定。第二高速氧燃料噴槍2的噴射溫度一般為2000-3200° C，優(yōu)選為2400-3000° C，具體的溫度還可根據(jù)不同的粉體熔點和粒徑確定。[0044]本發(fā)明所述的涂層9的厚度一般為IOOnm-1O μ m，優(yōu)選為150nm-1000nm，具體的涂
層厚度還可根據(jù)系統(tǒng)的配置進(jìn)行選擇。
[0045]本發(fā)明所述的工業(yè)機(jī)械臂控制系統(tǒng)可通過自動控制程序進(jìn)行控制，例如通過Robcad程序進(jìn)行離線編程和模擬，并通過在線噴涂驗證。
[0046]由此，本發(fā)明所述的高速氧燃料噴涂系統(tǒng)的優(yōu)點在于以下多個方面:
[0047]1、本發(fā)明所述的高速氧燃料噴涂系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比射頻濺射更簡便，通過惰性氣體保護(hù)可避免使用大體積的真空管,并由此減少本發(fā)明噴涂系統(tǒng)的成本,也大大縮短了制備涂層所需的時間。
[0048]2、本發(fā)明所述的高速氧燃料噴涂系統(tǒng)更易于制備陶瓷金屬復(fù)合涂層，相對于單高速氧燃料噴槍的系統(tǒng)，不需要進(jìn)行原料粉末的預(yù)混合即可通過同時操作兩個程序控制的高速氧燃料噴槍實現(xiàn)涂層制備，由此相對于現(xiàn)有技術(shù)中的單噴槍系統(tǒng)，其制備速度更快，生產(chǎn)效率更聞。
[0049]3、本發(fā)明所述的高速氧燃料噴涂系統(tǒng)更易于控制所制備的陶瓷金屬復(fù)合涂層的組成，并且涂層組成的梯度分布更連續(xù)。
[0050]4、通過同時操作兩個由程序控制的高速氧燃料噴槍更易于制備太陽能接收管上厚度和組成不均勻的太陽能吸收涂層。
[0051]上文通過附圖和實施方案對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)展示和說明，然而本發(fā)明不限于這些已揭示的實施方案，本領(lǐng) 域技術(shù)人員從中推導(dǎo)出來的其他方案也在本發(fā)明的保護(hù)范圍中之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.高速氧燃料噴涂系統(tǒng)，其包括: 第一高速氧燃料噴槍，用于噴射陶瓷；以及 第二高速氧燃料噴槍，用于噴射金屬或金屬合金，其中第一高速氧燃料噴槍和第二高速氧燃料噴槍同時噴射出的噴射流重疊于并覆蓋在待涂覆的工件表面，形成涂層，所述涂層中的金屬或金屬合金組沿厚度方向變化，越靠近所述工件表面，所述金屬或金屬合金含量越高。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速氧燃料噴涂系統(tǒng)，其中所述涂層中的陶瓷組分和金屬/合金組分顆粒的含量分別沿所述涂層的厚度方向呈梯度分布，越靠近所述工件表面，所述金屬或金屬合金含量越高。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速氧燃料噴涂系統(tǒng)，其在太陽能接收器的金屬接收管的兩個表面上噴涂不同成分和/或厚度的涂層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速氧燃料噴涂系統(tǒng)，其中所述涂層具有至少兩個不同材料組成的子層，其中一個子層是低金屬體積含量層，另一個子層是高金屬體積含量層，靠近所述工件表面的所述子層是高金屬體積含量層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的高速氧燃料噴涂系統(tǒng)，其中所述陶瓷組分選自A1203、MoO2, Y2O3> ZrO2, SiO2, AIN、BeO、Si3N4' BN、MoSi2' CrSi2, CoSi2、WC、WSi2 和 TiO2，所述金屬 /合金組分選自Mo、Co、Fe、N1、Cr、T1、W及它們的合金。
6.使用權(quán)利要求1-5所述的高速氧燃料噴涂系統(tǒng)制備陶瓷金屬涂層的方法，其包括: 通過載氣將陶瓷組分粉末送入所述高速氧燃料噴涂系統(tǒng)的第一高速氧燃料噴槍，將燃料和氧氣導(dǎo)入該第一高速氧燃料噴槍，使所述陶瓷組分粉末混合并燃燒； 通過載氣將金屬或金屬合金組分粉末送入所述高速氧燃料噴涂系統(tǒng)的第二高速氧燃料噴槍，將燃料和氧氣導(dǎo)入該第二高速氧燃料噴槍，使所述金屬/合金組分粉末混合并燃燒；和 第一高速氧燃料噴槍和第二高速氧燃料噴槍同時各自噴射出第一噴射流和第二噴射流，并且這兩個噴射流重疊于且覆蓋在待涂覆的工件表面，由此形成涂層，所述涂層中的金屬或金屬合金組沿厚度方向變化。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其中待涂覆的工件表面的法向與第一高速氧燃料噴槍的噴射流方向的角度以及待涂覆的工件表面的法向與第二高速氧燃料噴槍的噴射流方向的角度各自在5° -45°的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其中待涂覆的工件表面的法向與第一高速氧燃料噴槍的噴射流方向的角度以及待涂覆的工件表面的法向與第二高速氧燃料噴槍的噴射流方向的角度各自在10° -30°的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其中所述陶瓷組分和/或所述金屬/合金組分的粒徑在5 μ m-50 μ m的范圍中。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其中所述金屬/合金組分的噴涂在選自氮?dú)?、氦氣或氬氣的惰性氣體的保護(hù)下進(jìn)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其中第一和第二高速氧燃料噴槍的氧氣和燃?xì)饬髁勘壤秶髯栽?-8的區(qū)間內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其中第一和第二高速氧燃料噴槍的送粉量各自為 10-100g/min。
13.根據(jù)權(quán)利要 求6所述的制備方法，其中第一和第二高速氧燃料噴槍的噴射速度各自為 300-1000m/s。
14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其中第一和第二高速氧燃料噴槍的噴射溫度各自為 2000-3200。Co
【文檔編號】C23C4/10GK103628018SQ201210307131
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月24日
【發(fā)明者】李長鵬 申請人:西門子公司