[发明专利]热喷涂组件及其使用方法

说明书

技术领域

本发明整体上涉及热喷涂组件和其使用方法用于沉积材料到基底上，特别但不排他性地用于沉积硬质层到钢体上，例如用作采矿、钻地或道路铣削的工具。

背景技术

国际专利申请公开号WO/2013/178550公开了一种制造包括用相对较硬材料层喷涂的钢基底(substrate)主体(body)的构件(construction)的方法。该方法可以包括提供多种含有铁(Fe)、硅(Si)和碳(C)源的颗粒，其中选择铁、硅的相对量使得铁、硅和碳的组合具有至多约1280摄氏度的液相线温度(phase liquidus temperature)；并借助于热喷涂组件(thermal spray assembly)将颗粒沉积到基底主体上。热喷涂工艺涉及以至少每秒约100摄氏度的平均加热速率将颗粒加热到至少约1350摄氏度的温度，并且在与基底主体接触时以至少约每秒20摄氏度的平均速率将颗粒冷却至低于1000摄氏度。

需要提供可用于具有相对低熔点的高效喷涂材料的装置和方法，以及用于热喷涂设备的颗粒和其使用方法。

发明内容

从第一方面来看，提供了一种热喷涂组件将前体材料(precursor material)转变成接合到基底主体的沉积材料层；其包括一种能够从等离子体喷嘴(plasmanozzle)产生等离子体射流(plasmajet)的等离子体焰炬(plasmatorch)以及一种进料机构(feedermechanism)，该进料机构可引导前体材料进入到正在使用的等离子体射流中，同时也能够在打开状态下能够提供进料孔(feederorifice)；该进料机构包括一个引导室(guide chamber)和一个可移动引导机构(moveable guide mechanism)；

该进料机构可以构造成引导室可引导前体材料进入到进料孔，前体材料可以对引导机构的移动做出响应，通过进料孔从引导室移动，并以可变平均距离从等离子体喷嘴进入到等离子体射流中。被使用中等离子体射流占据的区域可称为等离子体区域。当热喷涂组件处于组装状态时，可称之为热喷涂设备(thermal spray device)。

其中在组装状态和非组装状态下对热喷涂组件设想了各种配置和组合，如下列出非限制性和非穷举性的示例。

尽管不希望受到特定理论的束缚，但是等离子体射流内的温度可能随着与等离子体喷嘴的轴向距离不同而改变，并且与等离子体喷嘴的合适平均距离，即给定的前体材料进入到等离子体喷嘴的距离，在一定程度上取决于前体材料的熔点或共晶相(eutectic phase)温度。在一些示例中，前体材料可能是颗粒形式，例如粉末或者包含相应晶粒的聚集体的颗粒。前体材料可包括多种不同的材料，该材料可以由其中一种或者多种不同颗粒混合构成。

在一些配置示例中，对于已通过进料孔的前体材料，引导机构可以配置成使其可以改变上述前体材料的路径。

在一些配置示例中，进料孔相对于等离子体焰炬的相对位置、和/或进料孔的形状和/或尺寸，可以根据引导机构的配置而改变。

在一些配置示例中，引导机构可以与进料孔相连，使得引导机构可以提供具有可移动边界的进料口。

通常如文中所述的，轴向将采用其使用的等离子体射流的取向限定的纵轴进行对齐，其是等离子体喷嘴的中心纵轴。参考方位角(azimuthal)和/或径向与圆柱坐标系(cylindrical coordinate system)相关联，其中纵轴是圆柱轴。这种坐标系适于描述具有相当程度圆柱对称性的组件、设备和机构。

在一些配置示例中，引导机构可相对于等离子体焰炬轴向移动，其中轴线(axis)是由使用中的等离子体射流的方向限定的。

在一些配置示例中，引导机构可包含围绕等离子体焰炬方位角延伸的可移动套筒。

在一些配置示例中，引导机构可进行配置使得进料孔可在其相对边界之间提供高达1毫米(mm)的轴向位移，轴向位移与使用中的等离子体射流的方向对齐(换句话说，轴向位移是沿轴向相对主体上的对应点之间的最短轴向距离)。

在一些配置示例中，进料机构可处于封闭状态，其中阻止前体材料进入等离子体射流。

在一些配置示例中，进料机构可以构造成使得前体材料的不同部分可从多个方向会聚到等离子体射流上同时导入到等离子体射流中。