[发明专利]一种微米级超音速悬浮等离子喷涂装置及喷涂方法

说明书

本发明涉及一种微米级超音速悬浮等离子喷涂装置及喷涂方法，提出的“针孔型”内喂料送粉设计，对工程上常用Laval型等离子喷枪的喂粉机构进行改造，通过合理配比喷涂粉末(粒径500nm～150μm)、无水乙醇、添加剂和去离子水，获得充分悬浮且稳定的液体料浆；利用机械蠕动泵将悬浮液体料浆输送至改进的超音速Laval喷枪的“针型”内喂料口，悬浮料浆与超音速等离子射流发生充分热交换后，经超音速喷涂过程沉积在基板上形成涂层。本发明所需喷涂颗粒的粒径可达150μm，对喷涂粉末的形貌、料浆粘度和流动度无限制、沉积效率可达到5～7μm/道·次，涂层制备效率可提高近7倍。

技术领域

本发明属于表面工程领域，涉及一种微米级超音速悬浮等离子喷涂装置及喷涂方法，是一种普适性强的制备微米级陶瓷、金属间化合物等涂层的悬浮等离子喷涂新技术

背景技术

大气等离子喷涂技术在制备热障涂层、抗氧化涂层和生物涂层方面具有重要的应用价值，但对等离子喷涂材料的状态和性质限制较多，比如喷涂原料必须是干燥粉末状固态、满足一定粉末粒径、粉末流动度和松装密度适中等，这对喷涂粉末的制备工艺提出了较高的要求。喷涂粉末的制备一般经过化学合成、陈化、喷雾造粒(球化)、煅烧、粉碎、球磨、分级等一系列繁琐的工艺流程，不仅粉末的回收率低，而且粉末的成本居高不下，限制了等离子喷涂涂层体系的开发。悬浮等离子喷涂技术的出现，解决了对喷涂粉末高要求限制的壁垒，对易团聚且流动度差的粉末适用性强，但对喷涂粉末的粒径仍要求相对较高，即必须是亚微米或纳米级粉末，一定程度上限制了悬浮等离子喷涂技术的推广应用。

专利1“制备羟基磷灰石生物活性涂层的注入式等离子喷涂装置，CN 101250682A”公开了一种利用外置注入式喂料方式制备羟基磷灰石涂层的方法，利用湿化学法合成了羟基磷灰石溶液，在压力罐内利用压缩空气将悬浮液注入至等离子射流，实现了在生物惰性医用金属材料表面制备羟基磷灰石涂层目的。但该方法对喷涂粉末料浆的喷涂不具备普适性，化学合成法制备的悬浮料浆只适用于使用前驱体溶液制备涂层，且要求悬浮液均匀性好，颗粒尺度处于纳米级，这限制了其他喷涂粉末的推广使用。专利2“一种羟基磷灰石涂层的制备方法，CN 105648390A”拓宽了悬浮喷涂只对羟基磷灰石前驱体的限制，对羟基磷灰石粉末的外置径向注入法有很好的效果，悬浮喷涂的使用范围得到了推广。但CN105648390A技术只具体针对羟基磷灰石体系，对其余喷涂体系无涉及，且要求喷涂粉末粒径在1μm之下，送料流量在ml/min量级，涂层制备效率较低。