[发明专利]多元电弧喷涂加工多层金属基复合材料的方法及装置

说明书

技术领域本发明涉及一种电加工技术，尤其是一种电弧喷涂加工多层金属基复合材料的方法及装置。

背景技术多层金属基复合材料是指由一种或几种材料交替沉积而形成的组分或结构交替变化的人工微结构材料，且各层金属或合金厚度可以达到纳米级或毫米级。多层金属基复合材料材料具有整体材料和任何单一组分材料难以达到的各种特殊性能，能满足各种特殊应用需求，近年来对这种材料的研究引起了人们的极大关注，成为国内外研究开发的热点。目前，制备多层金属基复合材料主要有固—液相结合法、固相间结合法、叠板热轧法、扩散压接法、堆焊法、堆焊热轧法等。但这些方法工艺过程复杂，制备时间长，成本较高。

发明内容本发明的目的在于提供一种可以对多层金属基复合材料的组分和结构进行精密控制、能够降低成本、简单快速、有效地制备高质量的多层金属基复合材料的多元电弧喷涂加工多层金属基复合材料的方法及装置。

一、本发明的加工方法包括以下步骤：

1、使被喷涂环形基体以设定的速度转动，该设定的转动速度与环形基体的直径、金属涂层的材质和厚度以及喷涂加工单元参数有关；

2、设在环形基体周围的多个喷涂加工单元，每个各自独立；

3、在环形基体转动的过程中，控制各喷涂加工单元按设定的次序交替向环形基体的表面喷涂金属或合金，环形基体以一个加工单元为起止点，旋转一周的过程中，其表面便附着一层金属或合金子层，环状基体周围有多个加工单元，于是在环形基体上便附有与多个加工单元对应的相同组分和不相同组分的子层，这些子层叠加在一起构成多层金属基复合材料。子层的厚度不小于0.2mm所述的按设定的次序交替喷涂，其可以是：控制多个喷涂加工单元在环形基体旋转一周的过程中，一个接一个地连续进行交替喷涂，形成与加工单元数相应的不同组分和组织结构的多层金属基复合材料；也可以是：由一个喷涂加工单元，形成某一组分给定的子层厚度后，再由另一个喷涂加工单元交替进行下一组分的喷涂，由此可以实现任意组分、子层厚度的排列组合。上述按设定的次序交替喷涂，其可以是通过控制电源开关或环形基体转速人工控制，但最好是由计算机控制。

4、当工作腔内设有研磨件时，研磨件设在基体的某一直径方向上，研磨件是关于基体中心线对称成对存在的，并且距离可控。控制研磨件与环形基体表面相接触，以实时、有效地去除环形基体喷涂表面的积瘤、毛刺等缺陷，改善喷涂层质量，获得子层均匀连续的多层金属基复合材料。

二、本发明装置的结构如下：

本发明主要包括有环形基体，基体是一个由碳钢、不锈钢或铝合金等制成的环形体（即待加工工件），其与连接件的一端相连，该连接件的另一端与传动机构相连，该环形体与连接件构成环形基体。上述环形体外环面置于处理室中部，最好环形基体与处理室同轴线。该处理室有一通过连接件固定的圆筒，该轴线呈水平的圆筒两端设有与其垂直相连的两圆环形端板，该两端板中心孔直径与环形基体外径相对应并可套于其上。处理室的圆筒内可根据需要设有若干个径向隔板，这些隔板一端固定在处理室圆筒上，两侧边分别固定在两端板上，另一端与环形基体相邻，最好隔板与环形基体之间设有密封件。上述隔板将处理室分成各自独立的多个工作腔。在处理室圆筒壁上设有通孔，其上垂直固定有电弧喷射枪，该电弧喷射枪位于工作腔内的出口与环形基体待涂表面相对，该电弧喷射枪位于工作腔外的部分与阳极和阴极组成喷涂加工单元，每个喷涂加工单元均单独与一个电弧喷枪电源相连，每个加工单元又均通过导气管单独与储气罐及与其配套的空气压缩机相连，每个加工单元还分别与金属丝传输机构相连，通过绕丝机和送丝机构输送到喷枪，不同金属或合金分别储存在不同的金属丝材料传输机构中。

另在上述未安装电弧喷枪的工作腔中设有硬质粒子或摩擦件，其中堆放在工作腔中的硬质粒子装满贴紧环形基体表面，最好在上述工作腔底部增设促使粒子发生高频振动的电磁式驱动装置，以便更有效地研磨喷涂层表面；摩擦件贴紧环形基体表面，摩擦件采用步进电机加弹簧装置，步进电机控制研磨件至中心轴线的距离，弹簧保证研磨件与回转基体以恒张力接触，在上述工作腔增设使摩擦件与喷涂表面保持恒张力并可以沿回转基体轴线方向上下抖动的电磁式驱动装置，使摩擦件与喷涂表面保持恒张力，以便在环形基体转动时对喷涂层表面进行实时研磨，去除环形基体喷涂表面的积瘤、毛刺等缺陷。

所述的驱动装置为促使粒子发生高频振动电磁式装置；或使摩擦件与喷涂

表面保持恒张力并可以沿回转基体轴线方向上下抖动的电磁式装置。