本發(fā)明屬于冷噴涂技術(shù)領域，特別是涉及一種冷噴涂用自重式送粉系統(tǒng)及送粉方法。

背景技術(shù)：

近年來冷噴涂技術(shù)應用領域不斷擴大，采用冷噴涂技術(shù)制備的涂層種類不斷增加，為了提高沉積效率和涂層質(zhì)量及制備一些較難噴涂材料的涂層，冷噴涂系統(tǒng)不斷優(yōu)化，設備的承壓能力及加熱能力得到大幅提高。通過將載氣體預熱到更高的溫度，使粒子撞擊時的速度和溫度進一步提高，從而粒子更容易沉積在基板上。

冷噴涂過程中，涂層的性能和沉積效率主要受與粒子速度的影響，然而涂層的制備是一個連續(xù)的過程，粉末是否能夠穩(wěn)定、均勻、連續(xù)地輸送同樣也會影響涂層的性能(包括涂層的均勻性、厚度及沉積效率等)。因此，高壓冷噴涂系統(tǒng)中送粉過程同樣是一個十分重要的過程。作為冷噴涂設備的核心部件之一，對送粉裝置的要求主要有以下幾點:①能夠穩(wěn)定、均勻、連續(xù)送粉，這是保證涂層均勻性與涂層厚度的關鍵；②粉末流量能夠有效控制和調(diào)節(jié)；③貯粉腔能夠耐高壓，保證送粉系統(tǒng)安全運行；④具有足夠的貯粉和粉末輸送能力，滿足長時間連續(xù)噴涂作業(yè)的需要；⑤盡量采用結(jié)構(gòu)簡單的設備易于安裝和拆卸，方便更換噴涂粉末；⑥盡量減少機械作用或活動的零部件，以減少各類故障的發(fā)生及粉末外泄，提高進料系統(tǒng)的穩(wěn)定性；⑦貯粉器到噴槍之間的輸送粉末距離盡量短。

然而，目前冷噴涂技術(shù)中通常應用正壓送粉方式將粉末注入到噴管內(nèi)，即由儲粉器與粉末輸出口之間的氣體壓差而形成的送粉氣流將粉末送出送粉器并通過粉末輸送管道和粉末注射器將粉末注入到噴管內(nèi)。上述送粉方式不可避免地將一定流量的送粉氣流注入噴管內(nèi)，且應用這類送粉器需設置相對較高的送粉壓差以克服主氣流壓力波動確保始終能連續(xù)送粉及防止粉末注射管因為過熱而導致粉末粘附在管壁而最終引起的管道堵塞現(xiàn)象，且不能精確有效地控制和測量和控制粉末注射管出口處送粉氣流的壓力，使得噴涂精確性大大下降。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決以上問題，本發(fā)明對現(xiàn)有的高壓冷噴涂系統(tǒng)的壓差式送粉方式進行改進，提出了一種新的送粉方式，并基于該送粉方式開發(fā)出了一種基于重力和機械能的送粉裝置和送粉系統(tǒng)。

具體的，本發(fā)明提供的冷噴涂用自重式送粉裝置，包括粉倉和壓力平衡管，壓力平衡管連通所述粉倉側(cè)壁的上端和下端，且所述粉倉側(cè)壁上方傾斜設置有進粉口；

所述粉倉底部為錐形，所述粉倉頂部安裝有控制電機，所述控制電機的輸出軸與轉(zhuǎn)動軸連接，所述轉(zhuǎn)動軸由粉倉頂部插入所述粉倉內(nèi)中部，所述粉倉底部出口處安裝有篩板，篩板上方設置有刮板，所述刮板與所述轉(zhuǎn)動軸下端固定連接，所述刮板通過轉(zhuǎn)動軸與控制電機傳動連接，所述控制電機用于控制轉(zhuǎn)動軸旋轉(zhuǎn)；

所述控制電機的輸出軸上設置有連接塊，所述連接塊與兩根攪拌棒連接，兩根所述攪拌棒位于所述轉(zhuǎn)動軸兩側(cè)，所述控制電機通過所述連接塊控制兩根所述攪拌棒相對于轉(zhuǎn)動軸圓周運動；

所述壓力平衡管的下端連接于粉倉側(cè)壁上，且位于所述篩板的下方。

優(yōu)選地，所述篩板上均勻開設有篩孔，所述篩孔的孔徑為1mm。

優(yōu)選地，所述粉倉由不銹鋼材料制成，耐壓強度大于3mpa。

本發(fā)明還提供了一種冷噴涂用自重式送粉系統(tǒng)，包括氣體加熱裝置、外套管、以及上述任一所述的送粉裝置；

所述氣體加熱裝置通過連接管路與外套管接通，所述外套管位于所述粉倉底部，且與所述粉倉相通，所述外套管的下部為收縮的噴管接口，所述外套管內(nèi)設有粉末收集管，所述粉末收集管上端位于所述粉倉底部出口正下方，下端與外套管底部內(nèi)側(cè)壁密封固接。

優(yōu)選地，所述粉倉與所述外套管通過螺紋緊密連接。

優(yōu)選地，所述外套管上安裝有用于檢測外套管內(nèi)壓力的壓力表，和用于檢測外套管內(nèi)溫度的熱電偶。

本發(fā)明還提供了一種冷噴涂用自重式送粉方法，采用上述冷噴涂用自重式送粉系統(tǒng)，通過如下步驟實施：

s1：向氣體加熱裝置通入高壓氣流，同時保持加熱器處于關閉狀態(tài)，未加熱高壓氣流通過連接管路進入外套管內(nèi)，由于外套管與壓力平衡管相通，使粉倉內(nèi)氣體壓力和外套管內(nèi)壓力保持平衡；

s2：當粉倉內(nèi)壓力穩(wěn)定后，啟動氣體加熱裝置對氣體進行加熱，由于送粉裝置與氣體加熱裝置壓力保持平衡，熱氣流不會進入送粉裝置內(nèi)，而是從外套管中流入到粉末收集管內(nèi)進行加速，粉末粒子在機械能和自身重力作用從送粉裝置內(nèi)落下經(jīng)內(nèi)套管落入到主氣流中，并由主氣流攜帶進入粉末收集管中，被加速到高速狀態(tài)撞擊基板形成涂層。

優(yōu)選地，所述控制電機為步進電機，所述送粉裝置的動力裝置由所述步進電機提供，通過調(diào)節(jié)步進電機的脈沖頻率來控制送粉裝置的送粉量，步進電機控制轉(zhuǎn)動軸旋轉(zhuǎn)，進而帶動刮板轉(zhuǎn)動；冷噴涂作業(yè)時，刮板的轉(zhuǎn)動破壞粉末的團簇，使待噴涂粉末從篩板的篩孔中均勻流出，并依靠自身沉降落入到粉末收集管內(nèi)。

更優(yōu)選地，步進電機的轉(zhuǎn)速通過調(diào)節(jié)脈沖頻率進行控制，其關系如下：

步進電機轉(zhuǎn)速(r/min)＝(步距角/360)*脈沖頻率(hz)*60。

本發(fā)明借助重力和機械能設計了一種新型送粉裝置，通過壓力平衡使得粉末僅依靠機械能和粉末自身重力沉降作用，獲得穩(wěn)定、均勻、連續(xù)地輸送粉末。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的自重式送粉裝置剖面圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的自重式送粉系統(tǒng)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的篩板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的裝置在送粉速率隨脈沖頻率的變化圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的裝置在不同脈沖頻率下送粉速率穩(wěn)定性測試。

具體實施方式

為了使本領域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案能予以實施，下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但所舉實施例不作為對本發(fā)明的限定。

冷噴涂過程中涂層的性能和沉積效率主要受與粒子速度的影響，然而涂層的制備是一個連續(xù)的過程，粉末是否能夠穩(wěn)定、均勻、連續(xù)地輸送同樣也會影響涂層的性能(包括涂層的均勻性、厚度及沉積效率等)。因此，高壓冷噴涂系統(tǒng)中送粉過程同樣是一個十分重要的過程。作為冷噴涂設備的核心部件之一，對送粉裝置的要求主要有以下幾點:①能夠穩(wěn)定、均勻、連續(xù)送粉，這是保證涂層均勻性與涂層厚度的關鍵；②粉末流量能夠有效控制和調(diào)節(jié)；③貯粉腔能夠耐高壓，保證送粉系統(tǒng)安全運行；④具有足夠的貯粉和粉末輸送能力，滿足長時間連續(xù)噴涂作業(yè)的需要；⑤盡量采用結(jié)構(gòu)簡單的設備易于安裝和拆卸，方便更換噴涂粉末；⑥盡量減少機械作用或活動的零部件，以減少各類故障的發(fā)生及粉末外泄，提高進料系統(tǒng)的穩(wěn)定性；⑦貯粉器到噴槍之間的輸送粉末距離盡量短。

而目前冷噴涂技術(shù)中通常應用正壓送粉方式將粉末注入到噴管內(nèi)，即由儲粉器與粉末輸出口之間的氣體壓差而形成的送粉氣流將粉末送出送粉器并通過粉末輸送管道和粉末注射器將粉末注入到噴管內(nèi)。上述送粉方式不可避免地將一定流量的送粉氣流注入噴管內(nèi)，且應用這類送粉裝置需設置相對較高的送粉壓差以克服主氣流壓力波動確保始終能連續(xù)送粉及防止粉末注射管因為過熱而導致粉末粘附在管壁而最終引起的管道堵塞現(xiàn)象，且不能精確有效地控制和測量送粉壓差。因此，本申請對現(xiàn)有高壓冷噴涂送粉方式進行改進，結(jié)合自重式送粉器的設計原理，設計并制造了新型送粉裝置。

為此，本發(fā)明提供了一種冷噴涂用自重式送粉裝置，具體如圖1所示，包括粉倉501和壓力平衡管502，壓力平衡管502連通粉倉501側(cè)壁的上端和下端，且粉倉501側(cè)壁上方傾斜設置有進粉口504；進粉口504用于將粉末送到粉倉502內(nèi)；粉倉501底部為錐形，粉倉501頂部安裝有控制電機505，控制電機505的輸出軸與轉(zhuǎn)動軸506連接，轉(zhuǎn)動軸506由粉倉501頂部插入粉倉501內(nèi)中部，粉倉501底部出口處安裝有篩板507，篩板507上分布有需要篩孔，篩板507上方設置有刮板508，刮板508與轉(zhuǎn)動軸506下端固定連接，刮板508通過轉(zhuǎn)動軸506與控制電機505傳動連接，控制電機505用于控制轉(zhuǎn)動軸506旋轉(zhuǎn)；控制電機505的輸出軸上還固定安裝有連接塊509，連接塊509與兩根攪拌棒510連接，兩根攪拌棒510位于轉(zhuǎn)動軸506兩側(cè)，控制電機505通過連接塊509控制兩根所述攪拌棒510相對于轉(zhuǎn)動軸506作圓周運動；壓力平衡管502的下端連接于粉倉501側(cè)壁上，且位于篩板507的下方。

由于冷噴涂中使用的噴涂粉末直徑較小，粉末容易粘結(jié)，并且在粉倉501內(nèi)還有可能產(chǎn)生架橋而導致粉末不流動，為了解決這一問題，在粉倉501內(nèi)安裝的兩根攪拌棒510由控制電機505帶動圓周運動，可有效防止粉末在粉倉501內(nèi)產(chǎn)生架橋現(xiàn)象，使粉末保持良好的流動性，保證均勻穩(wěn)定的輸送粉末。在這里需要進一步說明的是，控制電機505為步進電機，通過步進電機控制刮板508轉(zhuǎn)動，當刮板508不運動時，由于粉末的團簇，粉末不會從篩孔內(nèi)流出；而當刮板508轉(zhuǎn)動時，小孔內(nèi)粉末團簇被破壞，粉末從篩板507上的篩孔中均勻流出，對于篩板507的結(jié)構(gòu)具體如圖3所示。

基于同樣的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種冷噴涂用自重式送粉系統(tǒng)，具體如圖2所示，包括氣體加熱裝置1、外套管503、以及上述送粉裝置5；氣體加熱裝置1通過連接管路2與外套管503接通，外套管503位于粉倉501底部，與粉倉501和壓力平衡管502相通，且與粉倉501可拆卸連接，外套管503的下部固接有噴管接口511，外套管503內(nèi)設有粉末收集管512，粉末收集管512上端位于粉倉501底部出口正下方，下端與外套管503底部側(cè)壁密封固接。

在這里需要說明的是，送粉裝置采用耐高壓材料制成，能滿足高壓冷噴涂壓力要求，而粉倉501的耐壓強度應大于3mpa，這時因為，冷噴涂中進入噴管的氣體壓力較高(1.5～3.0mpa)，而要將粉末注入到粉末收集管512內(nèi)，粉倉501內(nèi)最小壓力應與粉末收集管512進口處壓力相等。需要進一步說明的是，粉倉501和外套管503可以以法蘭的形式密封連接。

上述送粉系統(tǒng)主要利用機械能及粉末自身重力進行送粉，采用上述冷噴涂用自重式送粉系統(tǒng)送粉方法為：在壓力平衡管502的作用下粉倉501內(nèi)的壓力與粉倉501出口下方的粉末收集管512壓力的始終處于平衡狀態(tài)。轉(zhuǎn)動軸506靜止時，由于粉末的團簇作用，粉末不會從篩板507的圓孔中流出；噴涂作業(yè)開始時，先將高壓氣源閥門打開，向氣體加熱裝置1通入高壓氣流，同時保持加熱器處于關閉狀態(tài)，未加熱高壓氣流通過連接管路2進入外套管503內(nèi)，由于外套管503與壓力平衡管502相通，使粉倉501內(nèi)氣體壓力和外套管503內(nèi)壓力保持平衡；當粉倉501內(nèi)壓力穩(wěn)定后，啟動氣體加熱裝置1對氣體進行加熱，同時，啟動控制電機505，刮板508的轉(zhuǎn)動會破壞粉末的團簇，使得粉末從篩板507的篩孔中均勻流出，由于送粉裝置與氣體加熱裝置1壓力保持平衡，熱氣流不會進入送粉裝置內(nèi)，而是從外套管503中流入到粉末收集管512內(nèi)進行加速，粉末粒子在機械能和自身重力作用從送粉裝置內(nèi)落下經(jīng)內(nèi)套管落入到主氣流中，并由主氣流攜帶進入粉末收集管512中，被加速到高速狀態(tài)撞擊基板形成涂層。由于粉末輸送完全不依靠送粉氣流(即δp＝0，δt＝0)，進入粉末收集管512的氣流僅為經(jīng)過預熱的主氣流，從而可徹底消除送粉氣流對粉末沉積的不利影響。

需要說明的是，上述外套管503上安裝有用于檢測外套管503內(nèi)壓力的壓力表，和用于檢測外套管503內(nèi)溫度的熱電偶，用于準確檢測外套管503內(nèi)的壓力和溫度。上述壓力平衡管502用于平衡儲粉倉501和外套管503內(nèi)氣體壓力，由于壓力平衡管502內(nèi)徑較大，約為2-3cm，當外套管503氣體壓力存在波動時，仍然可在極短的時間內(nèi)維持儲粉倉501和氣體加熱裝置1內(nèi)氣體壓力平衡。

需要進一步說明的是，上述送粉裝置5采用不銹鋼材質(zhì)制成，具有足夠的耐壓能力，而且不易被腐蝕，可防止送粉裝置因腐蝕或承壓能力不足而引起的不安全性。另外，保證了粉倉501內(nèi)部的光潔和純凈度，減少粉倉501內(nèi)部的積粉。此外，各零件之間采用螺紋緊密連接，不僅防止了氣體和粉末的外泄，而且結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝和拆卸，可方便地更換噴涂粉末，且粉倉501有足夠的儲粉能力，可長時間連續(xù)地輸送粉末。

在這里，為了獲得高質(zhì)量的涂層，送粉器必須能穩(wěn)定、均勻、連續(xù)地輸送粉末，送粉裝置的動力裝置由第一控制電機505提供，也就是步進電機提供，通過調(diào)節(jié)步進電機的脈沖頻率來控制送粉裝置5的送粉量，步進電機控制轉(zhuǎn)動軸506旋轉(zhuǎn)，進而帶動刮板508轉(zhuǎn)動。步進電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成對應的線位移或角位移的電磁機械裝置，具有快速啟動和停止的特點。當負荷不超過其所提供的動態(tài)轉(zhuǎn)矩值時，它能在瞬間啟動和停止。步進電機的轉(zhuǎn)速可通過調(diào)節(jié)脈沖頻率進行控制，其關系如下：

步進電機轉(zhuǎn)速(r/min)＝(步距角/360)*脈沖頻率(hz)*60

由上式可知，電機輸入脈沖與刮板轉(zhuǎn)速成正比關系。理論上篩板507上篩孔總面積一定的情況下，送粉速率與刮板508轉(zhuǎn)速也成正比關系，因此可直接通過調(diào)節(jié)步進電機脈沖頻率來控制送粉裝置的送粉量。

下面就以標定粒徑為600目的銅粉為例，采用上述送粉系統(tǒng)進行冷噴涂實驗。測試過程中，對于給定步進電機脈沖頻率，選取20s、40s、60s、80s及100s5個送粉時間段進行測試，對5次測量所得的送粉率取平均，得到這該脈沖頻率下的送粉率。圖4是送粉速率隨脈沖頻率的變化情況，從圖中可看出送粉速率與步進電機脈沖輸入頻率基本呈線性關系，符合預期目標。圖5是不同脈沖頻率下各個測試時間段的送粉速率，并且測試過程中，送粉裝置連續(xù)工作超過一個小時。從圖中可看出，在連續(xù)送粉工作情況下，不同脈沖頻率下送粉器在各個測試時間斷的送粉量十分穩(wěn)定，這說明送粉率基本不隨粉倉501內(nèi)銅粉末的重量變化而變化，所設計的送粉裝置及系統(tǒng)能保證長時間均勻穩(wěn)定的輸送粉末。

在這里需要進一步說明的是，我們僅僅以銅粉為例進行了示例說明，當然也可以選用其它粉末，值得注意的是，在其它條件一致的情況下，選擇不同的測試粉末材料，使用同一脈沖頻率的送粉速率也會不同。

以上所述實施例僅是為充分說明本發(fā)明而所舉的較佳的實施例，其保護范圍不限于此。本技術(shù)領域的技術(shù)人員在本發(fā)明基礎上所作的等同替代或變換，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)，本發(fā)明的保護范圍以權(quán)利要求書為準。