專利名稱：一體化熔-噴設(shè)備及工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及表面工程改性領(lǐng)域，具體地說是一體化熔-噴設(shè)備及工藝，通過其對工程構(gòu)件進行表面改性加工或修復(fù)。
電弧堆焊技術(shù)不論從工藝和材料方面都比較成熟，已得到了廣泛的應(yīng)用。電弧堆焊技術(shù)是將所需的材料利用焊接的方式堆焊在金屬表面，最大的優(yōu)點是，由于改性層與母材為冶金結(jié)合，所以強度高，但在堆焊過程中，由于熱輸入量大，會使工件產(chǎn)生較大的變形，而且會引起熱影響區(qū)組織的變化。另外對(如化合物、金屬陶瓷、陶瓷、硬質(zhì)合金等)不易導(dǎo)電的材料及難熔材料進行堆焊會受到一定的限制。
噴涂技術(shù)發(fā)展比較快，在方法、設(shè)備、工藝及材料方面，目前仍處于研究及開發(fā)應(yīng)用階段。噴涂技術(shù)原則上可將任何材料噴涂到工件上，由于涂層與母材的結(jié)合主要靠機械結(jié)合，結(jié)合強度較低，而且隨著涂層材料種類的不同，涂層厚度會受到一定的限制，因此對新材料的推廣和應(yīng)用帶來了一定的困難。
粉末冶金技術(shù)，目前是比較熱門的一項課題，很多人在進行這方面的工作。熔敷技術(shù)是將涂層重熔的一種技術(shù)，可提高涂層的結(jié)合強度及致密性，但對于高熔點及互溶性較差的材料進行重熔比較困難。
如上幾種表面工程技術(shù)，由于本身的加工工藝所限，在應(yīng)用方面具有很大的局限性。經(jīng)《科技查新報告》檢索，在國內(nèi)外還未發(fā)現(xiàn)有關(guān)一體化熔-噴技術(shù)方面的研究成果及資料報道。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型表面改性技術(shù)的設(shè)備及工藝，該設(shè)備構(gòu)造合理，工藝操作性能強，操作靈活方便，安全可靠，自動化程度高，適用范圍廣，涂層具有高結(jié)合強度、高耐磨性、抗沖擊、抗腐蝕、耐高溫、致密均勻的特點。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是一種一體化熔-噴設(shè)備，其特征在于其主要由主電源和輔助電源、冷卻系統(tǒng)、工作氣體系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、熔-噴槍體組成，主電源主要為等離子弧提供能源，輔助電源為控制系統(tǒng)及其它系統(tǒng)提供能源，冷卻系統(tǒng)用于冷卻熔-噴槍體和壓縮等離子弧，工作氣體氬氣或氮氣作為離子氣體，氫氣作輔助氣體，控制系統(tǒng)采用計算機控制，按照熔-噴工藝要求，通過程序控制實現(xiàn)自動化操作，熔-噴槍體采用雙弧結(jié)構(gòu)形式。
本發(fā)明一體化熔-噴工藝，其特征是(1)對工件表面進行粗化和凈化，(2)選擇好所需要的涂層粉末材料，(3)調(diào)好設(shè)備的送粉率和等離子弧溫度、壓力、熔-噴速度等各種參數(shù)，(4)進行熔-噴加工，使涂層和基材熔融為一體，(5)對涂層進行成型加工。
本發(fā)明由于采用上述設(shè)備和工藝，對照現(xiàn)有技術(shù)，其設(shè)備構(gòu)造合理，工藝操作靈活方便，安全可靠，自動化程度高，涂層具有高結(jié)合強度、高耐磨性、抗沖擊、抗腐蝕、耐高溫、致密均勻的優(yōu)良性能。具有堆焊、粉末冶金、噴涂、熔敷等技術(shù)的綜合特點，應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用范圍極廣，不僅能用于機械設(shè)備的表面改性和廢舊產(chǎn)品的修復(fù)，而且還可以應(yīng)用于某些新產(chǎn)品的制造。


圖1是本發(fā)明設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意框圖。
整套設(shè)備主要由主電源和輔助電源、冷卻系統(tǒng)、工作氣體系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、熔-噴槍體等組成。主電源主要為等離子弧提供能源。輔助電源為控制系統(tǒng)及其它系統(tǒng)提供能源。冷卻系統(tǒng)用于冷卻熔-噴槍體和壓縮等離子弧。工作氣體有主氣體(氬氣或氮氣)，作為離子氣體，輔助氣體為氫氣，起增加電弧溫度的作用?？刂葡到y(tǒng)采用計算機控制，按照熔-噴工藝要求，通過程序控制實現(xiàn)自動化操作。該設(shè)備還設(shè)有手動操作功能。熔-噴槍體是最關(guān)鍵和最主要的組成部分，該槍最關(guān)鍵的技術(shù)是采用雙弧結(jié)構(gòu)形式。
該設(shè)備操作程序如下(1)打開電源、供氣源、冷卻水源、裝好熔-噴涂層粉末材料；(2)放置好熔-噴工件；(3)調(diào)好設(shè)備的各種參數(shù)(電壓、電流、主氣和輔助氣體的流量、噴涂粉末的送粉速度及載流氣體流量)；(4)檢查準備工作是否就緒；(5)開機進行熔-噴涂層的加工。
本發(fā)明一體化熔-噴工藝是(1)對工件表面進行粗化和凈化，(2)選擇好所需要的涂層粉末材料，(3)調(diào)好設(shè)備的送粉率和等離子弧溫度、壓力、熔-噴速度等各種參數(shù)，(4)進行熔-噴加工，使涂層和基材熔融為一體，(5)對涂層進行成型加工。熔-噴工藝的最終目的是使涂層和基材熔融為一體，形成冶金結(jié)合的機制，提高涂層的結(jié)合強度。對涂層進行重熔，提高涂層的致密度。涂層的熔-噴工藝技術(shù)是根據(jù)涂層材料的種類不同而定，主要是根據(jù)涂層材料的性質(zhì)，來確定熔-噴的工藝參數(shù)及操作技術(shù)。熔-噴技術(shù)的關(guān)鍵在于(1)選好涂層材料；(2)調(diào)好設(shè)備的各種參數(shù)；保證合適的送粉率和等離子弧溫度；(3)掌握好熔-噴過程的操作技術(shù)，如熔-噴角度、槍嘴與工件的距離、熔-噴速度等。
本發(fā)明具有以下特點1.只要能進行堆焊的母材都可以進行熔-噴，凡是能進行噴涂的金屬材料、化合物材料、陶瓷材料等，都可以作為熔-噴涂層材料。這種技術(shù)具有堆焊、粉末冶金、噴涂、熔敷等綜合性能的特點。
2.結(jié)合強度可達到材料本身堆焊技術(shù)的冶金結(jié)合的性能指標。
3.涂層的組織結(jié)構(gòu)和致密度能達到熔敷技術(shù)和粉末冶金技術(shù)的效果。
4.涂層厚度一般不會受到熔-噴工藝的限制。
5.涂層不會改變本身材料的性能和功能。
6.一體化熔-噴技術(shù)能方便地加工成性能不同的梯度涂層或復(fù)合涂層。
7.對硬質(zhì)合金、陶瓷、難熔金屬及特殊功能的材料應(yīng)用的拓寬。
8.根據(jù)不同涂層材料的選擇和對構(gòu)件表面改性的具體要求，可加工成結(jié)合強度高、組織結(jié)構(gòu)均勻致密、耐腐蝕、耐磨損、耐高溫、抗氧化、抗沖擊、抗疲勞性好、導(dǎo)電或絕緣及其它特殊功能的涂層。
9.該技術(shù)凡是噴涂及堆焊所應(yīng)用的領(lǐng)域均適用。應(yīng)用范圍十分廣泛，應(yīng)用市場及前景非常可觀?？稍诟鱾€領(lǐng)域里得到應(yīng)用。
10.一體化熔-噴設(shè)備系列產(chǎn)品，熔焊和噴涂實現(xiàn)了同時進行的一體化加工工藝，操作靈活方便，安全可靠，自動化程度高等特點。
實施例1以切削加工刀具制造為例，刀體材料選用45#鋼，刀刃選用WC硬質(zhì)合金粉末噴涂材料，加工工藝首先準備刀刃所用的噴涂材料；調(diào)試一體化熔-噴設(shè)備的各項工藝參數(shù)；刀刃成型模與刀體的裝配；進行熔-噴加工；熔-噴后質(zhì)量檢驗；刀具的后序成型加工及檢驗；包裝入庫；成品銷售。
實施例2以″仿人體關(guān)節(jié)熔-噴技術(shù)″為例，仿人體關(guān)節(jié)主要用于人體內(nèi)關(guān)節(jié)壞死后需要代替的再植品，根據(jù)身體的生理要求，目前國內(nèi)外多采用鈦合金制作人體關(guān)節(jié)的材料，但由于鈦合金與肉體長合不理想，所以需要在鈦合金表面制作一層能與肌肉長合良好的材料，經(jīng)臨床實驗研究，羥基磷灰石是目前最佳首選材料。采用一體化熔-噴技術(shù)，提高了涂層的結(jié)合強度，保證了涂層表面均勻的孔隙率，提高了產(chǎn)品質(zhì)量的安全性和可靠性，制作效率高，熔-噴后的產(chǎn)品不再需要后序加工，從而降低了生產(chǎn)成本。
權(quán)利要求
1.一種一體化熔-噴設(shè)備，其特征在于其主要由主電源和輔助電源、冷卻系統(tǒng)、工作氣體系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、熔-噴槍體組成，主電源主要為等離子弧提供能源，輔助電源為控制系統(tǒng)及其它系統(tǒng)提供能源，冷卻系統(tǒng)用于冷卻熔-噴槍體和壓縮等離子弧，工作氣體氬氣或氮氣作為離子氣體，氫氣作輔助氣體，控制系統(tǒng)采用計算機控制，按照熔-噴工藝要求，通過程序控制實現(xiàn)自動化操作，熔-噴槍體采用雙弧結(jié)構(gòu)形式。
2.一體化熔-噴工藝，其特征是(1)對工件表面進行粗化和凈化，(2)選擇好所需要的涂層粉末材料，(3)調(diào)好設(shè)備的送粉率和等離子弧溫度、壓力、熔-噴速度等各種參數(shù)，(4)進行熔-噴加工，使涂層和基材熔融為一體，(5)對涂層進行成型加工。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種一體化熔－噴設(shè)備及工藝，其主要由主電源和輔助電源、冷卻系統(tǒng)、工作氣體系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、熔－噴槍體組成，熔－噴槍體采用雙弧結(jié)構(gòu)形式。調(diào)好設(shè)備的送粉率和等離子弧溫度、壓力、熔－噴速度等各種參數(shù)，對工件進行熔－噴加工，使涂層和基材熔融為一體。本發(fā)明設(shè)備構(gòu)造合理，工藝操作靈活方便，安全可靠，自動化程度高，涂層具有高結(jié)合強度、高耐磨性、抗沖擊、抗腐蝕、耐高溫、致密均勻的優(yōu)良性能。該技術(shù)具有堆焊、粉末冶金、噴涂、熔敷等技術(shù)的綜合特點，應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用范圍極廣，可用于機械設(shè)備的表面改性和廢舊產(chǎn)品的修復(fù)，還可應(yīng)用于某些新產(chǎn)品的制造。
文檔編號C23C4/00GK1465737SQ0213514
公開日2004年1月7日 申請日期2002年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月28日
發(fā)明者郭面煥, 張艷良 申請人:郭面煥, 張艷良