[发明专利]冷气动力喷涂临界速度测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及冷气动力喷涂技术，特别属于不同的粉末与不同基板组合的实际应用临界速度快速测量方法。

背景技术

冷气动力喷涂技术(简称冷喷涂)是以高压压缩气体为动力，驱动微小金属颗粒高速撞击基体材料表面，当喷涂粒子的速度超过一个特定的速度后，喷涂颗粒在材料表面发生强烈塑性变形而发生粘接，在基体材料表面形成涂层。这一特定的速度被称为临界速度。在临界速度以下，微小金属颗粒对材料表面形成冲蚀现象，不但不能形成涂层，反而会将材料表面剥离掉，造成表面损伤，因此临界速度对于冷喷涂非常重要。但是对于一种特定的基板和金属颗粒组合均有一个特定的临界速度，无论是材料的成分、组织以及颗粒的种类等任何一种因素发生变化，就会引起临界速度发生变化，影响喷涂工艺参数的设定和涂层的质量。

由此可见，临界速度是冷气动力喷涂技术中最为关键的技术指标，所有的参数均是为达到临界速度而设计。对于粒子中如果存在一些速度远远超过临界速度的粒子，同时又存在大量的低于临界速度的粒子，就会在涂层中形成缩孔，严重影响涂层的质量。因此对于临界速度的测量一直是冷气动力喷涂技术的关键技术，目前还没有有效的办法，只能采用尝试方法，即采用多次粒子速度测量，再进行实际喷涂实验确定哪一速度能够形成粘结，从而确定临界速度。这种方法需要测量多个粒子速度，并且需要使用粒径分布非常窄的粒子以确保粒子速度相近。同时由于冷气动力喷涂的粒子粒径小且速度高，粒子速度测量非常困难，需要专用的设备，因此测量费时而不是十分准确，为确定临界速度耗费大量的时间，同时实验条件也非常苛刻。冷气动力喷涂对于特定的粉末和基板组合都存在一个特定的临界速度，所以每一次的实验前均要进行临界速度测量，目前的方法难以适应要求，急需一种快速测量临界速度的方法。并且直接测量速度的方法会由于环境和技术参数的细微的变化而产生很大的误差，对于工艺的稳定性产生不利的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供冷气动力喷涂临界速度测量方法，它能够快速测量出冷气动力喷涂中基板与特定粒子的临界速度，能适用任何基板和粉末组合，能适合特定的工艺参数，只需一次实验就能获得临界速度值，具有较强的适用性和实用性。

本发明的技术原理是：冷喷涂过程中，粒子在高压压缩气体驱动下获得很高的速度。通过理论分析可知，在相同的工艺参数下，粒径小的粒子获得速度较高，随着粒子的粒径增加，速度逐渐降低。超过临界速度的粒子可以在基板上沉积，低于临界速度的粒子在基板上不能形成沉积。所以在一定的条件下只有小于一定粒径的粒子才能形成沉积，所以沉积率对就应着粒子粒径所对应的质量积分值。即粒子的粒径与质量沉积积分曲线和速度有着同一对应关系，而可沉积的粒径最大的粒子的最低速度即为这种基板与粒子组合的临界速度值。

本发明的技术构思如下：利用粒子粒径分布，粒子粒径与速度的关系以及冷气动力喷涂过程中粒子沉积率来测量冷气动力喷涂粒子的临界速度。具体特征为在同一粒子粒径坐标系中同时绘制粒径与速度以及粒子粒径质量积分分布曲线，利用沉积率标定粉末的粒径质量分数中的粒径点，通过粒径点标记粒径临界速度。

本发明的冷气动力喷涂临界速度测量方法，其包含如下步骤：

1)一组基板和粒子组合，先要对所用粒子进行粒径分布测量，得到粒子粒径分布微分曲线，根据粒子的分布范围和粒径的微分分布换算出粒子粒径的质量积分分布；

2)根据喷涂工艺参数条件，计算不同粒径粒子的速度值，并绘出粒子粒径和速度的曲线；

3)进行实际的喷涂实验，测量这一基板和粒子组合中该种粒子的沉积率；

4)通过沉积率、粒径分布积分曲线和粒径与速度的曲线确定粒子的临界速度，绘制粒子粒径与速度的曲线，在同一坐标内绘制出粒子粒径的质量积分分布曲线，根据粒子的沉积率测量值，在粒径质量积分曲线图上找到实际沉积率所对应的数值相同的百分率，以此点为基准，向粒子粒径坐标轴做垂线，此垂线与粒子粒径与速度的曲线相交，此交点所表示的速度为所要测量的基板与粒子组合的粒子临界速度。

所述步骤1)中，粒子的分布范围和粒径的微分分布换算出粒子粒径的质量积分分布，其换算公式如下：