[发明专利]用于低压冷喷涂的带有微型反应器和盒的料斗

说明书

本发明公开了一种反应性料斗组件，其进料给用于施加粉末涂料的低压冷喷涂施加装置。粉末进料盒将粉末进料提供至反应室。叶轮壳体与所述反应室相互连接，用于从所述反应室接收粉末进料，用于计量从所述反应室所接收的粉末进料。料斗容器从所述叶轮壳体接收经计量的粉末进料，用于将粉末提供至所述低压冷喷涂施加装置。所述反应室流体地连接至反应气体源，用于化学改性所述粉末进料，用于原位减少所述粉末进料的表面氧化。

现有申请

本申请要求于2016年9月7日提交的美国临时专利申请第62/384,353号的优先权，所述美国临时专利申请的内容被通过引用包含于本文中。

技术领域

本发明总体涉及一种与微型反应器组合的紧凑型料斗，该紧凑型料斗适用于采用增加的沉积速率原位处理在低压冷喷涂工艺中使用的粉末。

背景技术

通过低压冷喷涂(LPCS:low pressure cold spraying)工艺例如在铝、钢以及其它合金部件上沉积颗粒迄今为止只能通过沉积铝、铜以及镍颗粒(其具有在大约45-50μm之间的尺寸范围并且提供低粘附强度以及大约12-15％的沉积效率)来实现。颗粒表面上的氧化物层的存在使得难以利用LPCS工艺形成高粘附性颗粒涂层，同时氧化物层厚度的减小允许沉积具有更高的粘附性以及显着地改进的涂层/基材界面结构的涂层[R.Gr.Maev，V.Leshchynsky，Cold Gas Dynamic Spray(冷气体动态喷涂)，CRC Press，2016，340p]。

为了通过LPCS以高沉积效率获得高粘附性涂层，氧化物层必须被最大程度地改变、减少或从颗粒表面去除。存在一些用于减少氧化物膜的可行方法，包括颗粒的机械分解、反应/等离子体工艺或热处理。例如，对于根据[A.Kimura等人，Reduction mechanismof surface oxide in aluminum alloy powders containing magnesium studied by x-ray photoelectron spectroscopy using synchrotron radiation(使用同步辐射通过X射线光电子能谱研究含有镁的铝合金粉末中的表面氧化物的还原机理)，Appl.Phys.Lett.70/26，(1997)3615-3619]的铝粉末，氧化物层的去除需要：(a)在反应区域中存在少量的Mg(质量百分比超过0.01％)以及(b)高于773°K的活化温度。考虑到大多数铝合金粉末(例如，Al 6022粉末)含有0.45-0.70％(质量百分比)的Mg，这样的粉末适合于通过热处理去除氧化物层。

然而，氧化物层从铝基合金粉末的简单的去除可能不够，因为在暴露至环境的金属Al6022粉末上将再次形成天然氧化铝涂层。为了防止再氧化，可使用Al合金粉末的直接原位氮化来破坏Al氧化物膜以及在颗粒表面上形成非常薄的AlN岛[T.B.Sercombe和G.B.Schaffer，On the role of tin in the nitridation of aluminum powder(关于锡在铝粉末的氮化中的作用)，Scr.Mater.55，(2006)323-328]。

虽然美国专利第4,808,042号已经公开了料斗-微型反应器(其由粉末盒保持件以及打开系统、具有混合装置和粉末阀的反应容器以及粉末进料计量盘单元组成)的示意图，但是没有人能够证明此种料斗-微型反应器能够可行地适用于为了消除氧化膜问题的目的的LPCS应用。因此，开发一种能够解决与现有技术的组件相关联的问题同时仍以经济的方式传递粉末进料的进给组件将是可取的。

发明内容