專利名稱：混合粉末熱噴射方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混合粉末熱噴射方法，更確切地講，是涉及一種使其中的等離子流彎轉(zhuǎn)而進行熱噴射的混合粉末熱噴射方法。
這種熱噴射技術(shù)已經(jīng)被廣泛地用于汽車的滑動件而作為使其滑動表面有耐磨強度的方法，用于熱噴射的材料的范圍根據(jù)使用的狀況可以從單一材料到混合(或復(fù)合)材料而涉及不同的領(lǐng)域。在這些情況中，在對圓柱體的孔腔內(nèi)表面進行孔腔等離子熱噴射時，就使用等離子熱噴射槍噴射孔腔；等離子熱噴射槍的結(jié)構(gòu)包含使在正極和負極之間產(chǎn)生的等離子流彎轉(zhuǎn)向槍的延伸方向并進行熱噴射(圖11)的系統(tǒng)，以及一個按照正極和負極(圖12)的布置情況使所產(chǎn)生的等離子流與槍的延伸方向垂直的系統(tǒng)。
圖11表示一種內(nèi)部送料方法(一種在熱噴射電極內(nèi)側(cè)輸送粉末的方法)，從粉末輸送管106輸送的粉末108穿過設(shè)置在銅合金制成的正極102內(nèi)的粉末輸送通道107(細管)，并從輸送口107a輸送到等離子流104，這是用于向帶有使等離子流轉(zhuǎn)向的系統(tǒng)的熱噴射槍101輸送粉末材料的一種方法。
當(dāng)用圖11所示的系統(tǒng)輸送粉末材料時，由等離子流104熔化的粉粒穿過正極并呈熱噴射火焰105的形式，在通過時熔化的粉粒109就會與正極的內(nèi)側(cè)粘附(特別是在等離子流噴射口附近)。如果熱噴射不斷進行，熔化粉粒109的粘附狀況會不斷擴大，而逐漸充滿輸送口107a，進而產(chǎn)生粉末將該輸送口阻塞的問題。而且，經(jīng)過一段長時間的熱噴射后，由于粉末的流動作用，會引起粉末輸送通道107的磨損和變形107b。這樣就會在粉末輸送通道107內(nèi)產(chǎn)生紊流，從而降低粉末的噴射速度，由此所帶來的問題是熔化的粉粒109就更容易粘附在正極上。
因此，在這種熱噴射方法中，就需要對熱噴射槍頻繁地進行維護，以防止熔化粉粒的粘附和阻塞狀況，這會使生產(chǎn)力降低。再者，當(dāng)粉末輸送通道107的磨損加速時，即使正極102沒有達到其固有的使用壽命，也不得不更換正極102。由于正極102呈特殊的形狀且很昂貴，由此又提高了產(chǎn)品的成本。
另一方面，圖12表示出一種外部輸送方法(一種在熱噴射電極外側(cè)輸送粉末的方法)，將粉末108從粉末輸送管126出口的粉末輸送口126a輸送到所形成的等離子流124，作為一種將粉末材料輸送到熱噴射槍121的方法，其中，熱噴射槍帶有使產(chǎn)生的等離子流與槍延伸方向垂直的系統(tǒng)。
在圖12所示的系統(tǒng)中，不僅熱噴射距離比圖11所示的系統(tǒng)短，而且等離子體輸出也受到抑制，所以熱效果沒有施加到待處理的物件上。因此，等離子的輸出量很低，并且，為了在較短的熱噴射距離上能夠充分地熔化和加速粉末材料，就需要使用很精細的粉末材料，這樣就出現(xiàn)了粉末成本增加和難于控制粉末的問題。而且，粉末越精細，其流動性就越低，因此，就更難于穩(wěn)定地輸送粉末。
另外，上述兩種孔腔熱噴射槍的每一種都具有一個粉末輸送口，特別是在制備生成包含兩種或者多種成分的混合熱噴射膜時，就需要采用方法(1)，即事先將要使用的多種粉末混合和輸送的方法；或者采用方法(2)，即把要使用的多種粉末熔合或者事先組合(通過機械合成而組合)并輸送的方法。
在方法(1)中，很難總是以固定比例不斷地輸送混合粉末。而且，還存在的問題是在混合的粉末中，低熔點的粉末在從粉末輸送口出來之前就已經(jīng)熔化，而極易產(chǎn)生阻塞現(xiàn)象，如果為了避免這種現(xiàn)象而使等離子輸出量降低，則高熔點的粉末就不能充分地熔化，從而使熱噴射膜的質(zhì)量降低。
再者，在方法(2)中存在的問題是，不僅粉末的成本提高了，而且由于材料元素本身的特性而難于熔合或組合。
本發(fā)明是鑒于目前的狀況而作出的，其目的是提供一種混合粉末熱噴射方法，其中，所使用的正極壽命長、價格低，還可以很容易地控制熱噴射粉末，并且可以得到高質(zhì)量的熱噴射膜。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種混合粉末熱噴射方法，其中使等離子流轉(zhuǎn)向而進行熱噴射操作；通過孔腔熱噴射所形成的混合熱噴射膜包含兩種具有不同熔點的材料，對每種材料都設(shè)置有粉末輸送口；以及對每個粉末輸送口分別進行控制，以從外部輸送每種材料。
按照本發(fā)明所述的方法，輸送粉末和由等離子流熔化的粉粒都無需穿過正極內(nèi)側(cè)，因此，解決了傳統(tǒng)技術(shù)中存在的熔化的粉粒與正極粘附、由粘附引起的粉末堵塞和正極的粉末輸送通道內(nèi)磨損的問題。因此，可以免去對正極的維護，同時能延長正極的壽命。再者，正極的結(jié)構(gòu)得以簡化，從而降低了正極的成本。因此，這種熱噴射方法適用于大量生產(chǎn)，且維護費用也很低廉。
再者，粉末輸送管是一個單獨元件，輸送狀況是獨立進行控制的，輸送口的位置可以自由地設(shè)置，因而可以建立起適用于各種材料輸送的條件。熱噴射膜內(nèi)的混合比例總可以保持穩(wěn)定，因而，使熱噴射膜的質(zhì)量得以穩(wěn)定和提高。而且，即使粉末輸送管被堵塞，也只需要將輸送管簡單地更換掉。
在執(zhí)行本發(fā)明混合粉末熱噴射方法時，優(yōu)選的方案是從熱噴射火焰高溫部分側(cè)沿外部輸送高熔點的材料，以及從熱噴射火焰低溫部分側(cè)沿外部輸送低熔點的材料。
在等離子熱噴射中在正極和負極之間產(chǎn)生的等離子流位于具有很高溫度的區(qū)域內(nèi)。粉末由等離子流熔化，熔化的粉粒形成一熱噴射火焰。在熱噴射當(dāng)中，為了有效地熔化輸送的粉粒而形成有較少的例如空白點的缺陷和高質(zhì)量的熱噴射膜，盡可能多地向等離子流輸送粉末和向粉末施加足夠的熱量是非常重要的。這就要求粉末輸送口在輸送粉末時應(yīng)盡可能地靠近等離子流。假設(shè)輸送口遠離等離子流，從輸送口噴射的粉末就會在噴射之后迅速擴散，因而，粉末就不容易到達等離子流且不能夠充分地加熱和熔化。結(jié)果，在形成的膜內(nèi)就會產(chǎn)生例如空白點、低品質(zhì)的熔化和低品質(zhì)的混合之類的缺陷，或者帶來粉末熔化量(粘附效率)降低的問題，其中，引入噴膜內(nèi)的粉末數(shù)量與所輸送的粉末相比有所減少。
本發(fā)明的發(fā)明人已確認在孔腔等離子熱噴射方法中將等離子流轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向后的等離子流和熱噴射火焰處于這樣的狀態(tài)，即等離子流偏斜，且在熱噴射火焰內(nèi)呈現(xiàn)出高溫部分和低溫部分。
在這種情況下，定位在熱噴射火焰的高溫部分側(cè)的粉末輸送口易于升高到一個較高的溫度，當(dāng)將一低熔點材料從熱噴射火焰的高溫部分側(cè)輸送到等離子流時，粉末在被加熱的輸送口的溫度下熔化并粘附在輸送口的周圍，因而引起堵塞，需要進行維護。如果作為一種防范措施而使輸送口遠離熱噴射火焰，就不能得到上述高質(zhì)量的噴膜。
另一方面，如實施例所示，通過將高熔點的材料從熱噴射火焰的高溫部分側(cè)的粉末輸送管輸送到等離子流，而使粉末材料充分熔化。而且，將低熔點的材料從熱噴射火焰的低溫部分側(cè)內(nèi)的粉末輸送管輸送到等離子流會使粉末輸送口接近等離子流，同時防止其在粉末輸送口內(nèi)堵塞，因此，熱噴射膜中粉末的熔化狀態(tài)和混合比例都是穩(wěn)定的，在進行大量生產(chǎn)時，無需維護也能得到高質(zhì)量的噴膜。
在本發(fā)明中，其優(yōu)點在于設(shè)定0°≤α1和0°≤α2，其中α1是由從熱噴射高溫部分側(cè)向等離子流輸送的粉末的噴射方向和在熱噴射槍主體內(nèi)的正極的等離子流噴射面形成的角度，α2是由從熱噴射低溫部分側(cè)向等離子流輸送的粉末的噴射方向和在熱噴射槍主體內(nèi)的正極的等離子流噴射面形成的角度。
利用這些特征，設(shè)定0°≤α1和0°≤α2，粉粒就不會與等離子噴射面或者正極內(nèi)的噴射口粘著，就無需維護正極。在這種情況下，為了使粉末充分地熔化，輸送的粉末最好與等離子流噴射口接近，當(dāng)α1和α2變大時，就更不容易將粉末引入等離子流，因此，粉末就不能充分熔化，且其熔化量也降低。因此，為了得到穩(wěn)定且具有高質(zhì)量的噴膜，最好設(shè)定0°≤α1≤45°和0°≤α2≤45°。
本發(fā)明的優(yōu)點還在于在輸送粉末的噴射方向的延伸部分上不再設(shè)置另一個粉末輸送口。
由于具有這一特征，在輸送粉末的噴射方向的延伸部分上不再設(shè)置另一個粉末輸送口，因而，穿過等離子流和火焰的粉粒就不會粘著在另一個粉末輸送口上，且不會發(fā)生堵塞現(xiàn)象。因此，無需維護就可以不斷地輸送粉末。
本發(fā)明的再一個優(yōu)點在于高熔點的材料是Fe基材料，低熔點的材料是Al基材料，F(xiàn)e基材料從熱噴射火焰的高溫部分側(cè)從外部輸送到等離子流，Al基材料從熱噴射火焰的低溫部分側(cè)從外部輸送到等離子流。
當(dāng)對Fe基材料和Al基材料的混合粉末進行熱噴射時，將這些粉末事先混合或組合，這時就會出現(xiàn)上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題。
在本發(fā)明的混合粉末熱噴射方法中，F(xiàn)e基材料被送入等離子高溫部分，因而Fe基材料可以充分地熔化。再者，Al基材料被輸送到等離子低溫部分，因而可以防止Al基材料在粉末輸送口內(nèi)過多地熔化而引起堵塞現(xiàn)象。
因此，F(xiàn)e基材料和Al基材料可以在適合各自輸送條件的情況下進行輸送，因此，可以得到各材料充分熔化和混合且具有很高的質(zhì)量的Fe基-Al基混合膜。再者，由于它們在粉末狀態(tài)時沒有混合，因而無需特殊的工業(yè)技術(shù)，且其生產(chǎn)成本很低。
專用的Fe基材料包含白鑄鐵、碳素鋼、Fe-Mo基合金、Fe-Cr基合金和Fe-Ni基合金；專用的Al基材料包含Al-Si基合金、Al-Pb基合金、Al-青銅合金、Al-Cu基合金和純鋁。
下面，結(jié)合


本發(fā)明的混合粉末的熱噴射方法。
圖1表示本發(fā)明中實現(xiàn)混合粉末熱噴射方法的孔腔熱噴射槍的一個實施例，表示其主要部分的剖視示意圖；圖2表示圖1所示的孔腔熱噴射槍的放大的剖視圖；圖3表示與本發(fā)明中實現(xiàn)混合粉末熱噴射方法的孔腔熱噴射槍相比較的孔腔熱噴射槍，以及粉末輸送口朝著正極側(cè)設(shè)置的比較示例的剖視示意圖；圖4表示由實現(xiàn)本發(fā)明的混合粉末熱噴射方法的孔腔熱噴射槍形成的熱噴射膜的橫斷面圖片；圖5表示借助于內(nèi)部輸送系統(tǒng)的傳統(tǒng)熱噴射槍并在與本發(fā)明相同的條件下完成比較示例而得到的結(jié)果的橫斷面圖片，以便與本發(fā)明的混合粉末熱噴射方法相比較；圖6表示當(dāng)使用本發(fā)明的實現(xiàn)混合粉末熱噴射方法的孔腔熱噴射槍而僅從兩條外輸送系統(tǒng)之外的熱噴射火焰的高溫部分側(cè)輸送混合粉末而得到的取樣的熱噴射膜的橫斷面圖片；圖7表示當(dāng)使用本發(fā)明的實現(xiàn)混合粉末熱噴射方法的孔腔熱噴射槍而僅從兩條外輸送系統(tǒng)之外的熱噴射火焰的低溫部分側(cè)輸送混合粉末而得到的取樣的熱噴射膜的橫斷面圖片；圖8表示由粉末輸送口的噴射方向和正極的等離子流噴射面形成的角度α1和熱噴射膜的厚度之間關(guān)系的曲線圖；圖9表示通過在熱噴射膜橫斷面內(nèi)碳素鋼所占的面積比例而確定噴膜元素中碳素鋼比例所得到的結(jié)果的曲線圖；圖10表示在兩條外輸送系統(tǒng)的熱噴射槍內(nèi)的粉末輸送管的輸送口相對設(shè)置的狀態(tài)下，完成熱噴射試驗而得到的結(jié)果的橫斷面示意圖；圖11表示傳統(tǒng)的內(nèi)輸送系統(tǒng)的孔腔熱噴射槍的主要部分的橫斷面示意圖；圖12表示帶有使產(chǎn)生的等離子流與槍的延伸方向垂直的系統(tǒng)的傳統(tǒng)的熱噴射槍的主體部件的橫斷面示意圖。
圖1表示實現(xiàn)本發(fā)明的混合粉末熱噴射方法的實施例的孔腔等離子熱噴射槍的主體部分的橫斷面示意圖。
在該孔腔等離子熱噴射槍內(nèi)，正極2設(shè)置在熱噴射槍主體1的頂端部分內(nèi)。該正極2具有一沿軸心部分的等離子流通道3，一負極4設(shè)置在等離子流通道3上方內(nèi)部。在等離子流通道3內(nèi)的噴射口5附近的頂端通道3a相對于基體通道3b而轉(zhuǎn)向，并且所形成的上述通道3a的軸心相對于基體通道3b的軸心幾乎傾斜45°。利用正極2和負極4，等離子流6在等離子流通道3內(nèi)形成。
在該孔腔等離子熱噴射槍中，兩個粉末輸送管7、8沿?zé)釃娚錁屩黧w1的圓周表面設(shè)置。粉末輸送管7的輸送口7a朝著由等離子流6形成的熱噴射火焰9的高溫部分9a彎轉(zhuǎn)，粉末輸送管8的輸送口8a朝著熱噴射火焰9的低溫部分9b彎轉(zhuǎn)。在該孔腔等離子熱噴射槍內(nèi)，設(shè)定0°≤α1≤45°和0°≤α2≤45°，其中α1由從輸送口7a到熱噴射火焰9的高溫部分9a輸送的粉末的噴射方向和在熱噴射槍主體1內(nèi)的正極2的等離子流噴射面2a形成，α2由從輸送口8a到熱噴射火焰9的低溫部分9b輸送的粉末的噴射方向和在熱噴射槍主體1內(nèi)的正極2的等離子流噴射面2a之間的角度形成。
在孔腔等離子熱噴射槍這樣的結(jié)構(gòu)中，兩種具有不同熔點的粉末(例如高熔點的Fe基粉末材料10和低熔點Al基粉末材料11)可分別被控制并在等離子流6從噴射口5出來的位置從粉末輸送管7、8的粉末輸送口7a、7b輸送到等離子流6。然后，輸送到等離子流6的粉末熔化，熔化的粉粒形成熱噴射火焰9。
按照該實施例，輸送的粉末和由等離子流6熔化的粉粒不穿過正極2，因此，解決了例如熔化的粉粒與正極2粘附和由此引起的輸送粉末堵塞的問題，同時也克服了正極內(nèi)的粉末輸送通道磨損的問題。
另一方面，為了有效地熔化所輸送的粉末而形成有較少空白點缺陷的質(zhì)量好的熱噴射膜，非常重要的是應(yīng)盡可能多地向等離子流6輸送粉末和向粉末施加足夠的熱量。這就要求在輸送粉末時，應(yīng)盡可能地將粉末輸送口7a、8a靠近等離子流6。如果粉末輸送口7a、8a遠離等離子流6，則粉末從粉末輸送口7a、8a噴出后立即擴散，這些粉末就不易到達等離子流6，因此，粉末就不能被充分地加熱和熔化。這樣，在形成的噴膜上就會出現(xiàn)例如空白點、低品質(zhì)的熔化和低品質(zhì)的混合等缺陷或者出現(xiàn)粉末的熔化量(粘附效率)降低的問題，此時，與輸送的粉末的量相比，引入噴膜的粉末量減少。
本發(fā)明發(fā)明者所明確的是在孔腔等離子熱噴射方法中等離子流是轉(zhuǎn)向的，轉(zhuǎn)向后的等離子流6和熱噴射火焰9處于這樣的狀態(tài)等離子流6如放大的圖2所示的那樣偏斜，在熱噴射火焰9內(nèi)設(shè)有高溫部分9a和低溫部分9b。
在這種情況下，位于熱噴射火焰9的高溫部分9a側(cè)的粉末輸送口7a易于升高到一個高的溫度，當(dāng)將低熔點的材料從熱噴射火焰9的低溫部分9b側(cè)輸送時，粉末在加熱的輸送口7a的溫度下熔化并覆蓋輸送口7a的周圍，因而引起了堵塞現(xiàn)象并需要維護。如果作為防范措施而將輸送口7a遠離熱噴射火焰9，就得不到上述高質(zhì)量的噴膜。
另一方面，如本實施例所示(見圖2)，通過從在熱噴射火焰9的高溫部分9a側(cè)的粉末輸送管7輸送具有高熔點的材料，可以使粉末材料有效地熔化。再者，從熱噴射火焰9的低溫部分9b側(cè)的粉末輸送管8輸送具有低熔點的材料能使粉末輸送口8a接近等離子流9，同時防止其在粉末輸送口8a內(nèi)堵塞，因此，熱噴射膜中粉末的熔化狀態(tài)和混合的比例就很穩(wěn)定，而且即使在大量加工時，無需維護也可以得到高質(zhì)量的熱噴射膜。
在等離子熱噴射中，在向等離子流6輸送粉末時，由等離子流6熔化的粉粒通常沿著等離子流6的噴射方向做螺旋圓周運動而形成熱噴射火焰9，但是，現(xiàn)在是粉粒的一部分沿著噴射方向穿過等離子流6和熱噴射火焰9而不修正圓周運動。此時，如果等離子流噴射面2a或者正極2的噴射口5設(shè)置在粉末噴射方向的延伸部分上，熔化的粉粒就會與噴射面2a或者噴射口5粘附，而引起進一步的堵塞。因此，這就需要對正極2進行維護并且會使正極的壽命縮短。
在該實施例中，設(shè)定0°≤α1和0°≤α2，粉粒就不會粘附在等離子噴射面2a或者正極2的噴射口5上，正極也無需維護。此時，輸送的粉末最好接近等離子流噴射口5，以使粉末充分地熔化，隨著α1和α2變大，粉末不容易被引入等離子流，因而粉末不能被充分地熔化，其熔化量也就降低了。因此，最好采用0°≤α1≤45°和0°≤α2≤45°的條件，以得到穩(wěn)定的質(zhì)量好的噴膜。
在這一實施例中，在輸送粉末的噴射方向的延伸部分上沒有設(shè)置另一個粉末輸送口，因此，穿過等離子流6和熱噴射火焰9的粉粒不會粘附在粉末輸送口7a、8a上，從而不會出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。因此，可以無需維護地不斷地輸送粉末。
當(dāng)熱噴射Fe基材料和Al基材料的混合粉末時，需事先將它們混合或組合，此時，就會發(fā)生現(xiàn)有技術(shù)中所述的問題。特別是，如鋁熱劑反應(yīng)所代表的那樣，F(xiàn)e基材料易于與Al基材料起反應(yīng)，而且有爆炸的危險，因而在進行操作時應(yīng)引起特別注意。
在該實施例中，F(xiàn)e基材料從熱噴射火焰9的高溫部分9a側(cè)輸送，因此，F(xiàn)e基材料可以充分地熔化。Al基材料從熱噴射火焰9的低溫部分9b側(cè)輸送到等離子流6，因此可以防止Al基材料在粉末輸送口8a內(nèi)過多地熔化而引起堵塞。因此，F(xiàn)e基材料和Al基材料可以在各自適用的輸送條件下進行輸送，因而，F(xiàn)e基-Al基混合噴膜的各材料都充分熔化和混合，而可使該膜具有很好的質(zhì)量。再者，它們不是以粉末的形式混合，因而無需特殊的工業(yè)技術(shù)，而且它們的生產(chǎn)成本很低。
具體地說，F(xiàn)e基材料包含白鑄鐵、碳素鋼、Fe-Mo基合金、Fe-Cr基合金和Fe-Ni基合金；Al基材料包含Al-Si基合金、Al-Pb基合金、Al-青銅合金、Al-Cu基合金和純Al。
操作示例在下面的示例和對比示例中，進行了連續(xù)的熱噴射實驗，其質(zhì)量由產(chǎn)生的取樣得以說明。
在等離子流轉(zhuǎn)向的孔腔熱噴射方法中，連續(xù)的熱噴射實驗按照下表1中所示的條件進行。連續(xù)的熱噴射實驗假設(shè)是一個大量生產(chǎn)的實驗，等離子流和輸送的粉末不斷地被噴射，以確認熱噴射槍的使用壽命和出現(xiàn)問題的可能性。在這種情況下，連續(xù)噴射的時間設(shè)定為180分鐘。
表1連續(xù)熱噴射實驗條件
再者，在圓柱形實驗件的內(nèi)表面上形成混合熱噴射膜而制備出用于確認噴膜質(zhì)量的取樣。作為熱噴射材料使用的Fe基材料是粉粒直徑為10到105μm碳素鋼粉末，Al基材料是粉粒直徑為10到105μm的Al-Si基合金粉末材料。熱噴射條件如表2所示。
表2用于制備取樣的熱噴射條件
示例1用本發(fā)明的兩條外部輸送系統(tǒng)(圖1)的孔腔熱噴射槍按照表3所示的條件(輸送比例是80％重量比的碳素鋼粉末(大約60％的容積比)-20％重量比的Al-Si基合金粉末(大約40％的容積比))從熱噴射火焰9的高溫部分9a側(cè)輸送碳素鋼粉末并從熱噴射火焰9的低溫部分9b側(cè)輸送Al-Si基合金粉末，并且進行連續(xù)的熱噴射實驗。此時，在熱噴射火焰9的高溫部分9a側(cè)的粉末輸送口7a和等離子流噴射口5之間的距離d1以及在熱噴射火焰9的低溫部分9b側(cè)的粉末輸送口8a和等離子流噴射口5之間的距離d2分別設(shè)定為d1＝2毫米，d2＝2毫米。在同樣的條件下制備取樣1。
表3輸送粉末的條件1
圖4表示取樣1的噴膜橫斷面圖象。在該噴膜橫斷面圖象中，熱噴射膜31的發(fā)黑部分由碳素鋼32制成，其發(fā)白部分由Al-Si基合金部分33制成。噴膜橫斷面圖象是通過將取樣拋光然后用硝酸乙醇腐蝕液將其侵蝕加工而拍攝的。
在上述連續(xù)的熱噴射實驗中，即使在連續(xù)進行了180分鐘的熱噴射之后，也沒有在正極上發(fā)現(xiàn)熔化粉粒的粘附和堵塞現(xiàn)象。而且，從圖4所示的取樣1的噴膜橫斷面圖象可以看出，各個材料的熔化狀態(tài)和混合狀態(tài)都很好，并形成了細致的熱噴射膜。
對比示例1使用傳統(tǒng)的帶有內(nèi)部輸送系統(tǒng)(圖11)的孔腔熱噴射槍進行連續(xù)的熱噴射實驗。使用上述粉末進行粉末輸送，通常事先將它們混合而制備出粉末，即得到80％重量百分比的碳素鋼粉末(大約60％的容積比)-20％重量百分比的Al-Si基合金粉末(大約40％的容積比)。輸送粉末的條件如表4所示。
表4輸送粉末的條件2
在這一連續(xù)的熱噴射實驗中，從連續(xù)的熱噴射實驗開始20分鐘后，就發(fā)生了熔化的粉粒粘附在正極上而引起輸送通道堵塞的現(xiàn)象，導(dǎo)致連續(xù)的熱噴射實驗不能連續(xù)進行。此后，在連續(xù)的熱噴射實驗繼續(xù)進行的同時，要對正極不斷地進行維護。在180分鐘之后，因產(chǎn)生堵塞而中斷的時間間隔大約有10分鐘。圖5表示出在使用了180分鐘后正極41的橫斷面圖象。
在該連續(xù)的熱噴射實驗中，從圖5可以看出，粉末輸送通道42由于磨損而變形42b。這就使得粉末很難從輸送口42a平滑地噴出，熔化的粉粒就易于與正極粘附，從而粉末將通道堵塞。因此，如果粉末輸送通道被擦傷和損壞，其所處的狀態(tài)易于產(chǎn)生堵塞，因此，需要更換正極。
對比示例2使用本發(fā)明中帶有外部輸送系統(tǒng)的孔腔熱噴射槍(圖1)完成連續(xù)的熱噴射實驗。在對比示例2中，使用與對比示例1中相同的混合粉末，并且使用本發(fā)明的兩條外部輸送系統(tǒng)中的一條。
在對比示例2-1中，僅從熱噴射火焰9的高溫部分9a側(cè)按照表4所示的條件輸送混合粉末，以完成連續(xù)的熱噴射操作。首先，設(shè)定d1＝2毫米。從連續(xù)熱噴射實驗開始8分鐘后，在粉末輸送管7的輸送口7a處出現(xiàn)堵塞。
這是因為粉末在加熱的輸送口7a內(nèi)熔化，通過對熔化物質(zhì)分析所得到的結(jié)果表明幾乎所有的熔化了的物質(zhì)都是低熔點的Al-Si合金。
然后，增大d1，在d1＝5毫米時進行連續(xù)熱噴射實驗以制備取樣2。圖6表示的是取樣2的噴膜橫斷面圖象。在經(jīng)過180分鐘后，沒有產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，但是熱噴射膜的膜厚度大約是d1＝2毫米時的一半。這是因為引入等離子流并熔化的粉末減少同時粉末的熔化量(粘附效率)降低而造成的。而且，在噴膜內(nèi)出現(xiàn)了例如空白點的缺陷和未熔化的粉粒35。
在對比示例2-2中，僅從熱噴射火焰9的低溫部分9b側(cè)按照表4所示的條件輸送混合粉末，進行連續(xù)的熱噴射實驗而制備取樣3。此時，設(shè)定d2＝2毫米。圖7示出取樣3的噴膜橫斷面圖象。
在該熱噴射實驗中，即使實驗進行了180分鐘以后，也沒有出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，但是，碳素鋼的混合比例比取樣1小。
這是由于從低溫側(cè)輸送混合粉末，具有高熔點的碳素鋼粉末沒有充分地熔化且有較少的粉粒被引入噴膜。即使粉粒被引入，還是可以看到很多球形未熔化的粉粒。另一方面，Al-Si合金的熔化狀態(tài)很好。
對比示例3使用本發(fā)明中兩條外部輸送系統(tǒng)的孔腔熱噴射槍(圖1)，按照表3所示的條件，從熱噴射火焰9的高溫9a側(cè)輸送Al-Si合金并從熱噴射火焰9的低溫9b側(cè)輸送碳素鋼粉末，而進行連續(xù)的熱噴射實驗。此時，設(shè)定d1＝2毫米，d2＝2毫米。
從連續(xù)的熱噴射實驗開始7分鐘之后，Al-Si合金粉末在熱噴射火焰9的高溫9a側(cè)的輸送口7a的內(nèi)側(cè)熔化，與對比示例2-1的情況相似，產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象。而且，碳素鋼的熔化量降低。作為防范措施可以考慮增大d1而防止堵塞，但是Al-Si合金的熔化量又會降低，因而這種方法效果不好。
從示例1和對比示例1到3可以看出，當(dāng)利用使等離子流轉(zhuǎn)向的孔腔熱噴射槍進行混合熱噴射時，以最佳輸送條件從外部輸送各種粉末對噴膜的質(zhì)量和生產(chǎn)量而言是很有效的。在這種情況下可以看到，最好是從熱噴射火焰9的高溫9a側(cè)輸送高熔點的粉末并從熱噴射火焰9的低溫9b側(cè)輸送低熔點的粉末。
示例2使用本發(fā)明的兩條外部輸送系統(tǒng)(圖1)的孔腔熱噴射槍并按照表3所示的條件從熱噴射火焰9的高溫9a側(cè)輸送碳素鋼粉末，并從熱噴射火焰9的低溫9b側(cè)輸送Al-Si合金基粉末，以進行連續(xù)的熱噴射實驗。此時，設(shè)定d1＝2毫米，d2＝2毫米。
在示例2-1中，設(shè)定α1＝-10°，α2＝0°，其中α1＝-10°表示圖3所示的從熱噴射火焰9的高溫9a側(cè)的粉末噴射的方向14的情況，粉末輸送口7a的噴射方向轉(zhuǎn)向正極側(cè)并與向前噴射方向16反向，其對著等離子流噴射面2b。
在連續(xù)的熱噴射實驗開始40分鐘后，與正極粘附的碳素鋼熔化粉粒的壁17在熱噴射火焰9的高溫9a側(cè)的粉末輸送口7a的前面形成，因而粉末輸送口7a被堵塞。這種現(xiàn)象在熱噴射火焰9的低溫9a側(cè)沒有發(fā)現(xiàn)，可以看到，為了防止熔化的粉粒與正極2粘附，就不得不設(shè)定0°≤α1和0°≤α2。
在示例2-2中，α2固定為0°、α1從0°到75°變化而制備出取樣4到9。在取樣4到9中，噴膜的噴膜厚度測量結(jié)果如圖8所示，在圖9中示出通過碳素鋼(發(fā)黑部分)所占的面積比而確定在噴膜成分中碳素鋼比例而得到的結(jié)果。
當(dāng)α1增大時，噴膜厚度和碳素鋼比例大幅度下降。這是由于引入到等離子流的熔化的碳素鋼減少，噴膜中所含的碳素鋼的比例下降，這種情況又在整個的噴膜厚度上起作用。因此，考慮到噴膜質(zhì)量和粉末熔化量的穩(wěn)定性，最好0°≤α1≤45°和0°≤α2≤45°。
對比示例4使用本發(fā)明的兩條輸送系統(tǒng)(圖1)的孔腔熱噴射槍按照表3所示的條件從熱噴射火焰9的高溫9a側(cè)輸送碳素鋼粉末，從熱噴射火焰9的低溫9b側(cè)輸送Al-Si基合金粉末，以進行連續(xù)的熱噴射實驗。此時，設(shè)定d1＝2毫米，d2＝2毫米，α1＝0°，α2＝0°。
在連續(xù)噴射開始90分鐘后，兩個粉末輸送口7a、8a都被堵塞。這是由于穿過等離子流6輸送的粉末與定位在同一直線上的其它粉末輸送口8a、7a的周圍粘附而引起的。
盡管參照附圖所示實施例對本發(fā)明進行了說明，但是本發(fā)明并不局限于此。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易做出的修改、變化和添加都包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
申請日為2000年6月21日的日本專利申請2000-185541文本包含了說明書、權(quán)利要求書和摘要，在此將其全部引用以作為參考。
權(quán)利要求
1.一種混合粉末熱噴射方法，其中使等離子流轉(zhuǎn)向而進行熱噴射操作；通過孔腔熱噴射形成混合熱噴射膜包含兩種具有不同熔點的材料，對于每種材料都設(shè)置有粉末輸送口；以及對每個粉末輸送口分別進行控制，以從外部輸送每種材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合粉末熱噴射方法，其中，具有較高熔點的材料從熱噴射高溫部分側(cè)并從外部進行輸送；以及具有較低熔點的材料從熱噴射低溫部分側(cè)并從外部進行輸送。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合粉末熱噴射方法，其中設(shè)定0°≤α1和0°≤α2；以及其中α1是由從熱噴射高溫部分側(cè)向等離子流輸送的粉末的噴射方向和在熱噴射槍主體內(nèi)的正極的等離子流噴射面所形成的角度；α2是由從熱噴射低溫部分側(cè)向等離子流輸送的粉末的噴射方向和在熱噴射槍主體內(nèi)的正極的等離子流噴射面所形成的角度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混合粉末熱噴射方法，其中在輸送粉末的噴射方向的延伸部分上沒有另一個粉末輸送口。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合粉末熱噴射方法，其中較高熔點的材料是Fe基材料；較低熔點的材料是Al基材料；Fe基材料從外部輸送到熱噴射火焰的高溫部分側(cè)；以及Al基材料從外部輸送到熱噴射火焰的低溫部分側(cè)。
全文摘要
一種混合粉末熱噴射方法;其中:使等離子流轉(zhuǎn)向而進行熱噴射操作;通過孔腔熱噴射形成混合熱噴射膜包含兩種具有不同熔點的材料,對每種材料都設(shè)置有粉末輸送口;并且對每個粉末輸送口進行分別控制,以從外部輸送每種材料。
文檔編號B05D7/24GK1329180SQ0112194
公開日2002年1月2日 申請日期2001年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月21日
發(fā)明者高橋正志, 國岡誠也, 宮井研二 申請人:鈴木株式會社