[发明专利]无携带气体纳/微米粒度粉体均匀定量送粉方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种定量送粉方法及装置，特别是涉及一种无携带气体纳/微米粒度 粉末材料均匀定量输送方法。

背景技术

零部件表面性能的优劣是决定其使用寿命的关键，所以人们在材料表面处理方 面开展了多年研究，表面熔敷是采用激光或等离子体高能束流对材料表面进行加热 使其熔化并在表面形成熔池，同时采用不同送粉方法向熔池中输送异质材料粉末。 通过多相材料间的对流混合和快速凝固形成异质颗粒强化表面改性层。表面熔敷作 为材料表面改性技术已有几十年的应用历史。这种技术通常是将要涂敷于工件表面 的材料粉体送入温度为2000K以上的高能束流中，使粉体颗粒在其中加热熔化，以 一定的速度冲击工件表面，最终以机械结合、冶金结合、或化学结合的方式附着于 工件表面，承受特殊环境的机械、温度和化学腐蚀等载荷作用，起到对零部件的保 护。这种表面改性技术已在航空航天、机械、化工、生物工程等领域得到了广泛应 用，以提高零部件表面耐磨损、抗腐蚀、或隔热性能，延长部件使用寿命。

由于多种复杂原因，目前表面熔敷技术只用于安全可靠性要求不很高的部件上。 除了用于加热粉体颗粒的高温高速气体射流本身的因素以外，用于添加的粉体材料 性能也是影响涂层组织、性能和质量的主要因素。现有表面熔敷供粉技术一般是以 惰性气体作为运粉气体，对于颗粒直径过小的粉体材料，由于其自身集聚力作用， 流动性很差，供粉过程中粉体材料极容易贴附于管壁内表面，造成管路等通道堵塞， 很难实现定量均匀送粉。实际上，现有供粉技术和供粉装置只适用于粒度大于5微 米流动性较好的粉体材料。曾有分别或综合采用改变送粉器通道结构、增加搅拌功 能、施加振动和在适当位置安装拨动件拨离附着粉体等机械方法减轻供粉通道的堵 塞现象。但是，对于未经特殊处理的平均粒径小于5微米或纳米的粉体材料，由于 粉体材料自身表面高黏附性等特点，采用这些方法仍然难以实现均匀定量送粉。

大粒度粉体产生的表面改性层，其组织结构、孔隙率及微缺陷分布都难以控制。 工艺可控性和成品材料性能稳定性差，对规定性能要求的产品成品率低。目前的熔 敷层材料，只是在局部涂层发生剥落破坏也不会造成严重故障的零部件上试用。粗 颗粒粉体熔敷制备的涂层表面粗糙度高，往往不能作为材料成品直接使用，一般还 需进行表面研磨加工。所以也不能用于形状复杂的零部件表面改性。研究结果表明： 随着熔敷粉体颗粒粒径的减小，涂层表面粗糙度也随之减小。可见，为提高熔敷工 艺的重复可控性、减小熔敷层表面粗糙度、改善其内部微组织结构和均匀性，采用 小粒度粉体进行熔敷层材料制备是一种有效措施。

本发明的目的是在克服上述热喷涂和熔敷工艺供粉技术缺陷，为制备微组织结 构致密、孔隙分布均匀和表面粗糙度低的涂层，提供一种以机械传输粉体的供给方 法，即将粒径尺度小至纳米量级的粉体材料，均匀定量地供入高温高速气体射流的 定量送粉方法和装置，以改进现有熔敷制备工艺和技术。

本发明提供的无携带气体纳/微米粒度粉体均匀定量送粉方法，包括以下步骤：

(1)选择与基体材料相同的薄壁管线材料，例如对于不锈钢基体可选择外径为 2mm、壁厚为0.1mm的不锈钢管线材料，把需要送粉的纳/微米添加粉体材料填入 管线内，填入过程中不断对管线施加振动使粉体尽可能压实致密；其中涂层材料制 备要求添加粉体材料与基底材料成分完全不同；

(2)将填满粉体的管线安装在类似通常供丝的装置上；

(3)通过调节供丝装置的步进电机转速来控制管线移动速度，根据需要预先设 定移动速度；

(4)通过调节管线端头的定位机构，使管线端头对准等离子体射流高温核心或 金属表面熔池的位置，确保添加粉体材料送入等离子体射流高温核心或金属表面熔 池并沉积于工件表层；

(5)采用等离子体射流工艺进行材料表面熔敷处理时，熔敷处理的工艺参数由 等离子体发生器和被处理材料性能确定；在点火期间启动步进电机即可实现定量均 匀送粉。若是向金属表面熔池供粉，可以对供丝机架适当施加微振动以增加附加粉 末在熔池中的流动性达到改善效果的目的。

在上述的技术方案中，所述的管材插入等离子体射流端的定位轴上，调节控制 距离在10-20mm内。

在上述的技术方案中，在步骤(5)中把需要输送的纳/微米添加粉体材料填入 管线内，填入过程中不断对管线施加振动，其振动频率为50-2000Hz。