專利名稱：一種金屬與塑料粉末混合制備涂層的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬?gòu)?fù)合涂層的制備技術(shù)，具體地說(shuō)就是一種金屬與塑料粉末混合制
備涂層的方法及裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的技術(shù)中，制備涂層的方法很多，制備的涂層包括金屬涂層、陶瓷涂層、金屬陶瓷復(fù)合涂層、塑料涂層等等。而制備金屬和塑料復(fù)合涂層的方法還未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種金屬與塑料粉末混合制備復(fù)合涂層的方法及其專用裝置，該方法可以制備不同組分比例的復(fù)合涂層，并且涂層中金屬與塑料均勻分布，可以在
多種材質(zhì)基材上直接制備涂層，且厚度不受限制；該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案 —種金屬與塑料粉末混合制備涂層的方法，采用氣體動(dòng)力噴涂技術(shù)，使用金屬粉末和塑料粉末混合；氣源壓縮氣體分兩路， 一路進(jìn)入送粉器，作為載體將粉末引入超音速噴嘴；另一路進(jìn)入加熱器，氣體經(jīng)過(guò)預(yù)熱后進(jìn)入超音速噴嘴，在超音速噴嘴的進(jìn)氣口，兩路氣體在進(jìn)氣口混合形成氣_固雙相流，雙相流在超音速噴嘴的收縮部分加速至音速，而后通過(guò)喉部在超音速噴嘴的擴(kuò)張部分繼續(xù)膨脹加速，雙相流在噴嘴的出口處達(dá)到超音速，氣_固雙相流向基材噴射，將粉末沉積在基材表面，形成金屬粉末和塑料粉末兩相均勻彌散分布的涂層；其工藝參數(shù)為噴射距離5 50mm ;氣體壓強(qiáng)0. 5 5. OMPa ;兩路壓縮氣體中，進(jìn)入送粉器的氣體溫度為室溫，進(jìn)入加熱器加熱后的氣體溫度為高于室溫至300°C ，兩路壓縮氣體的氣流流量為10 30g/s，金屬粉末或塑料粉末的粒度為1 300 ym。
上述工藝參數(shù)中，優(yōu)選范圍如下噴射距離15 45mm;氣體壓強(qiáng)l 3MPa;兩路壓縮氣體中，進(jìn)入送粉器的氣體溫度為室溫，進(jìn)入加熱器加熱后的氣體溫度為100 26(TC，兩路壓縮氣體的氣流流量為15 25g/s，金屬粉末或塑料粉末的粒度為10 50iim。
所用粉末為純的金屬或合金粉末與塑料粉末采用機(jī)械混合的方式混合而成。
所述純的金屬粉末為Al、 Sn或Cu粉末，合金粉末為不銹鋼或黃銅粉末。
所述塑料粉末為聚苯硫醚、聚四氟、氟4-6或聚酰亞胺粉末。
所述氣體為空氣、氮?dú)饣蛘吆狻?本發(fā)明中，金屬粉末與塑料粉末的重量比例可以為任意比例混合，金屬粉末與塑料粉末的優(yōu)選重量比例為(1 50) : (1 50)。 —種金屬與塑料粉末混合制備涂層的方法所用裝置，該裝置設(shè)有與進(jìn)氣管相連的高壓氣源、加熱器、送粉器、超音速噴嘴，所述連接高壓氣源的進(jìn)氣管分別經(jīng)送粉器和加熱器與超音速噴嘴相連接，置于加熱器中的管路部分為螺旋形結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明中，超音速噴嘴由收縮段、喉部和擴(kuò)張段三部分組成，噴嘴進(jìn)氣口的截面積、喉部、出氣口的截面積必須符合一定的比例，以保證壓縮氣體通過(guò)噴嘴之后能夠達(dá)到超
3音速。本發(fā)明超音速噴嘴采用已經(jīng)公開的專利申請(qǐng)，該專利申請(qǐng)的發(fā)明名稱為冷氣動(dòng)力噴涂裝置，申請(qǐng)?zhí)枮?1128130. 8，公開號(hào)為CN1403210A。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn) 1.本發(fā)明采用氣體動(dòng)力噴涂技術(shù)，僅通過(guò)機(jī)械均勻混合粉末，就可利用高速氣流將金屬和塑料粉末直接噴涂于工件表面，通過(guò)控制噴涂角度等參數(shù)，使粉末沉積在工件上形成均勻彌散分布的新型復(fù)合涂層，能夠?qū)崿F(xiàn)低溫高速沉積金屬和塑料粉末形成復(fù)合涂層，改變了傳統(tǒng)的制備方法必須先加熱到熔化狀態(tài)的做法。 2.本發(fā)明能夠在多種材料表面直接制備金屬和塑料粉末混合的復(fù)合涂層，例如，制備封嚴(yán)涂層和耐腐蝕涂層等。 3.本發(fā)明可以采用金屬和塑料粉末機(jī)械混合均勻，不需要粉末的包覆處理作為原料，因此可以方便的制備任意元素比例的復(fù)合涂層，也就是說(shuō)金屬粉末和塑料粉末含量可以為任意值，解決了傳統(tǒng)方法在某些元素含量上受限制的問(wèn)題。 4.本發(fā)明所述制備金屬和塑料粉末的復(fù)合涂層過(guò)程，可以在低于熔點(diǎn)甚至可以在室溫下進(jìn)行，避免了某些塑料材料的分解產(chǎn)生有害氣體和低熔點(diǎn)金屬Pb的揮發(fā)，更加符合環(huán)保要求。 5.本發(fā)明所述方法制備的金屬和塑料粉末復(fù)合涂層具有組成相分布均勻，顯微組織細(xì)小的優(yōu)點(diǎn)。 6、本發(fā)明方法簡(jiǎn)單、成本低、效率高，可以制備多種復(fù)合涂層其專用裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用，操作方便。 7、本發(fā)明所用粉末為金屬粉末和塑料粉末混合，這些粉末體系包括低熔點(diǎn)的金屬粉末(Al，Sn，Zn或Pb等)與塑料(聚苯硫醚，聚四氟，氟4-6或聚酰亞胺等)粉末等作為彌散相元素，組成封嚴(yán)或耐腐蝕的結(jié)構(gòu)，以提高材料的自耗能力或耐腐蝕能力。


圖l為本發(fā)明裝置示意圖。圖中，1進(jìn)氣管；2送粉器；3加熱器；4超音速噴嘴；5基材；6氣體控制器。 圖2為實(shí)施例1涂層SEM顯微組織。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，金屬和塑料粉末混合制備復(fù)合涂層的方法的專用裝置，具有與進(jìn)氣管1相連的高壓氣源、送粉器2、加熱器3、超音速噴嘴4、氣體控制器6等，連接高壓氣源的進(jìn)氣管1與氣體控制器6連接，氣體控制器6分別與送粉器2和加熱器3通過(guò)管路連接，送粉器2和加熱器3分別通過(guò)管路與超音速噴嘴4相連接，置于加熱器3中的管路部分為螺旋形結(jié)構(gòu)，基材5與超音速噴嘴4出口相對(duì)。 本發(fā)明采用氣體動(dòng)力噴涂技術(shù)，使用機(jī)械均勻混合金屬粉末與塑料粉末，高壓氣體經(jīng)進(jìn)氣管1進(jìn)入送粉器2和加熱器3，進(jìn)入送粉器2的部分氣體通過(guò)送粉器攜帶粉末在超音速噴嘴的入口處與經(jīng)過(guò)加熱器3的預(yù)熱氣體混合成為氣_固雙相流，氣_固雙相流在超音速噴嘴中經(jīng)過(guò)加速過(guò)程，雙相流在噴嘴的出口處達(dá)到超音速狀態(tài)。雙相流中的金屬顆粒具有很高的動(dòng)能，在與基材表面發(fā)生撞擊的過(guò)程中發(fā)生嚴(yán)重的塑性變形粘接于基材表面，后繼的高動(dòng)能顆粒重復(fù)這一過(guò)程而形成合金或涂層。從而，利用高速氣流將粉末沉積在基材表面，形成均勻彌散的復(fù)合涂層。
實(shí)施例1 本實(shí)施例制備的金屬和塑料粉末制備復(fù)合涂層為防腐涂層Al-聚四氟體系，所用粉末為A1和聚四氟混合粉末，Al和聚四氟的重量比例為3 : l，基材為鋁合金。噴涂工藝參數(shù)如下噴射距離40mm ;氣體壓強(qiáng)1. 8MPa ;兩路壓縮氣體中，進(jìn)入送粉器的氣體溫度為室溫，進(jìn)入加熱器加熱后的氣體溫度為200°C ;兩路壓縮氣體的氣流流量為30g/s ;金屬或塑料粉末平均粒度為5微米。結(jié)果得到了Al-聚四氟涂層，經(jīng)掃描電鏡觀察，Al-聚四氟兩相分布均勻，無(wú)偏聚現(xiàn)象出現(xiàn)，見圖2。
實(shí)施例2
與實(shí)施例1不同之處是 本實(shí)施例制備的金屬和塑料復(fù)合涂層為封嚴(yán)涂層Pb-聚苯硫醚粉末體系，45號(hào)鋼作為基體，所用涂層材料為Pb和聚苯硫醚粉末，Pb和聚苯硫醚的重量比例為2 : l，噴涂工藝參數(shù)如下噴射距離20mm ;氣體壓強(qiáng)2. OMPa ;兩路壓縮氣體中，進(jìn)入送粉器的氣體溫度為室溫，進(jìn)入加熱器加熱后的氣體溫度為180°C ;兩路壓縮氣體的氣流流量為30g/s ;金屬或塑料粉末平均粒度為50微米。結(jié)果得到了 Pb和聚苯硫醚涂層，經(jīng)掃描電鏡觀察，Pb和聚苯硫醚涂層兩相分布均勻，結(jié)構(gòu)致密。
實(shí)施例3
與實(shí)施例1不同之處是 本實(shí)施例制備的金屬和塑料復(fù)合涂層為封嚴(yán)涂層Sn-聚酰亞胺體系，所用粉末為純鋁和聚酰亞胺的混合粉末，純鋁和聚酰亞胺的重量比例為IO : 1，基材為銅合金。噴涂工藝參數(shù)如下噴射距離10mm ;氣體壓強(qiáng)1. 9MPa ;兩路壓縮氣體中，進(jìn)入送粉器的氣體溫度為室溫，進(jìn)入加熱器加熱后的氣體溫度為240°C ;兩路壓縮氣體的氣流流量為15g/s ;金屬或塑料粉末粒度為5 50微米。結(jié)果得到了 Sn-聚酰亞胺涂層，經(jīng)掃描電鏡觀察，Sn-聚酰亞胺兩相分布均勻，無(wú)偏聚現(xiàn)象出現(xiàn)。
實(shí)施例4
與實(shí)施例1不同之處是 本實(shí)施例制備的金屬和塑料復(fù)合涂層為Zn-氟4-6體系，所用粉末為Zn和氟4_6的混合粉末，Zn和氟4-6的重量比例為6 : l，基材為鎂合金。噴涂工藝參數(shù)如下噴射距離15mm ;氣體壓強(qiáng)3. OMPa ;兩路壓縮氣體中，進(jìn)入送粉器的氣體溫度為室溫，進(jìn)入加熱器加熱后的氣體溫度為130°C ;兩路壓縮氣體的氣流流量為20g/s ;金屬或塑料粉末平均粒度為50微米。結(jié)果得到了Zn-氟4-6涂層，經(jīng)掃描電鏡觀察，Zn-氟4-6兩相分布均勻，無(wú)偏聚現(xiàn)象出現(xiàn)。 實(shí)施例結(jié)果表明，本發(fā)明通過(guò)使用金屬與塑料混合粉末制備涂層。該復(fù)合涂層在以下幾個(gè)方面有著廣泛的應(yīng)用前景。 1.低溫封嚴(yán)涂層是該涂層最有應(yīng)用前景領(lǐng)域，這類材料通常由兩相組成，其中金屬顆粒承受載荷，較軟的非金屬相作為減磨材料均勻分布于基體中，這類材料的應(yīng)用范圍很廣泛，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)的封嚴(yán)部件，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)等等。 2.在復(fù)合涂層中，含有諸如A1、 Zn等金屬的一種作為基體，聚苯硫醚、聚四氟、氟4-6、聚酰亞胺等作為復(fù)合元素，組成致密的涂層體系，能大幅度的提高涂層的抗腐蝕能力， 增加涂層的強(qiáng)度，提高涂層的結(jié)合力。 此外，低熔點(diǎn)金屬和塑料粉末制備復(fù)合涂層還渴望在其它諸多方面獲得廣泛的應(yīng)
用o
權(quán)利要求
一種金屬與塑料粉末混合制備涂層的方法，其特征在于采用氣體動(dòng)力噴涂技術(shù)，使用金屬粉末和塑料粉末混合；氣源壓縮氣體分兩路，一路進(jìn)入送粉器，作為載體將粉末引入超音速噴嘴；另一路進(jìn)入加熱器，氣體經(jīng)過(guò)預(yù)熱后進(jìn)入超音速噴嘴，在超音速噴嘴的進(jìn)氣口，兩路氣體在進(jìn)氣口混合形成氣-固雙相流，雙相流在超音速噴嘴的收縮部分加速至音速，而后通過(guò)喉部在超音速噴嘴的擴(kuò)張部分繼續(xù)膨脹加速，雙相流在噴嘴的出口處達(dá)到超音速，氣-固雙相流向基材噴射，將粉末沉積在基材表面，形成金屬粉末和塑料粉末兩相均勻彌散分布的涂層；其工藝參數(shù)為噴射距離5～50mm；氣體壓強(qiáng)0.5～5.0MPa；兩路壓縮氣體中，進(jìn)入送粉器的氣體溫度為室溫，進(jìn)入加熱器加熱后的氣體溫度為室溫至300℃，兩路壓縮氣體的氣流流量為10～30g/s，金屬粉末或塑料粉末的粒度為1～300μm。
2. 按照權(quán)利要求1所述復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于所用金屬粉末為純的金屬或合金粉末與塑料粉末采用機(jī)械混合的方式混合而成。
3. 按照權(quán)利要求1所述金屬與塑料粉末混合制備涂層的方法，其特征在于所述純的金屬粉末為Al、 Sn或Cu粉末，合金粉末為不銹鋼或黃銅粉末。
4. 按照權(quán)利要求1所述金屬與塑料粉末混合制備涂層的方法，其特征在于所述塑料粉末為聚苯硫醚、聚四氟、氟4-6或聚酰亞胺粉末。
5. 按照權(quán)利要求1所述金屬與塑料粉末混合制備涂層的方法，其特征在于所述氣體為空氣、氮?dú)饣蛘吆狻?br> 6. —種權(quán)利要求1所述金屬與塑料粉末混合制備涂層的方法的專用裝置，其特征在于該裝置設(shè)有與進(jìn)氣管相連的高壓氣源、加熱器、送粉器、超音速噴嘴，所述連接高壓氣源的進(jìn)氣管分別經(jīng)送粉器和加熱器與超音速噴嘴相連接，置于加熱器中的管路部分為螺旋形結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及金屬?gòu)?fù)合涂層的制備技術(shù)，具體地說(shuō)就是一種金屬與塑料粉末混合制備涂層的方法及裝置。該方法是采用氣體動(dòng)力噴涂技術(shù)，使用金屬粉末與塑料混合，壓縮氣體一部分通過(guò)送粉器攜帶粉末在超音速噴嘴的進(jìn)氣口與經(jīng)過(guò)加熱器預(yù)熱的氣體混合后通過(guò)噴嘴成為氣-固雙相流，氣-固雙相流中的固體顆粒噴射到工件表面，發(fā)生嚴(yán)重的塑性變形沉積于工件表面，后繼的高動(dòng)能顆粒重復(fù)這一過(guò)程而形成合金或涂層，該方法簡(jiǎn)單、成本低、效率高，可以制備復(fù)合涂層。該裝置設(shè)有與進(jìn)氣管相連的高壓氣源、加熱器、送粉器、超音速噴嘴，所述連接高壓氣源的進(jìn)氣管分別經(jīng)送粉器和加熱器與超音速噴嘴相連接，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用。
文檔編號(hào)B05D1/12GK101767080SQ200810230248
公開日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2008年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月26日
發(fā)明者吳杰, 孔令艷, 崔新宇, 李鐵藩, 梁慎國(guó), 熊天英, 金花子, 陶杰, 陶永山 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所