[发明专利]冷喷枪及具备该冷喷枪的冷喷涂设备

说明书

本发明提供一种实现装置的小型轻量化、可以将原料粉体稳定地加热到指定的高温的冷喷枪，及采用该冷喷枪的冷喷涂设备。本发明的冷喷枪是将载气输送的原料粉体与加热至该原料粉体的融点或软化点以下的温度的工作气体一同以超音速流从喷头出口喷出，从而使该原料粉体以固相状态直接碰撞在基材来形成被膜的冷喷枪，其特征在于，具备收容输送到该喷头的该工作气体的腔室，在该腔室内配置由通电后电阻发热的发热电阻体构成的气体加热配管，从而加热流入该气体加热配管内部的工作气体。

技术领域

本发明涉及一种冷喷枪及具备该冷喷枪的冷喷涂设备，该冷喷枪将原料粉体与工作气体一同从喷头高速喷出，使其以固相状态直接碰撞在基材来形成被膜。特别是，本发明涉及该工作气体的加热。

背景技术

以往，为了提高耐磨性和耐腐蚀性，采用了在各种金属部件形成镍、铜、铝、铬或这些的合金等的被膜的技术。作为通常的被膜形成方法，有电镀方法、化学镀方法、溅射蒸镀法或等离子喷涂法等。近年来，作为这些方法的替代方法，热喷涂法和冷喷涂法受到了瞩目。

热喷涂法可以是低压等离子喷涂(LPPS)、火焰喷涂、高速火焰喷涂(HVOF)、大气等离子喷涂等。这些热喷涂法中，加热被膜形成材料后，使其以熔融或半熔融的微粒子状态高速碰撞在基材表面来形成被膜。

相对于此，冷喷涂法是将载气输送的原料粉体从粉体端口喷出、投入到供给有高压的工作气体的冷喷枪的腔室内后，使含有该原料粉体的工作气体作为超音速流体喷出，进而使该原料粉体以固相状态直接碰撞在基材来形成被膜的方法。此时，冷喷枪内的工作气体的温度被设定在比形成被膜的金属、合金、金属间化合物、陶瓷等原料粉体的融点或软化点低的温度。因此，已知与用上述现有的方法形成的同种的金属被膜相比，用冷喷涂法形成的金属被膜的氧化或热变少，致密、高密度且密合性良好，且导电性、导热率高。

图4为现有的冷喷涂设备100的模式结构的示意图。储存了氮气、氦气、空气等高压气体的压缩气瓶2的供气管线3分岔成工作气体管线4和载气管线5。工作气体管线4中设置有由内部形成了工作气体流路的电阻发热体构成的加热器101。流入到工作气体管线4的工作气体在该加热器101被加热到原料粉体的融点或软化点以下的温度后，被导入到冷喷枪102的腔室103内。

载气管线5中设置有原料粉体供给装置6，流入载气管线5的载气被导入到原料粉体供给装置6后，与原料粉体一同从冷喷枪102的腔室103内的粉体端口104供给到工作气体中。

该腔室103的前端装配有冷喷喷头30。因此，腔室103内的工作气体与粉体端口104供给的原料粉体一同从该冷喷喷头30的圆锥状的缩口部32经过狭缝部33后形成超音速流，进而从位于圆锥状的膨胀部34的前端的喷头出口35喷出。从冷喷喷头30喷出的原料粉体以固相状态直接碰撞并堆积在基材40的表面上，从而形成被膜41。

该冷喷涂法中，与基材碰撞的原料粉体粒子的速度和温度会极大影响被膜附着效率。具体地说，原料粉体粒子的速度依赖于气体速度，气体速度与腔室内的气体温度的平方根成比例地增加。冷喷被膜的特性受到原料粉体粒子的碰撞速度的极大影响，通常碰撞速度快时可以形成致密且密合力高的被膜。为了得到更高的粒子速度，需要尽可能地使气体温度为高温。并且，气体压力也影响原料粉体粒子的速度。具体地说，将粒子投入到流速相同、压力不同的气体的气流中时，与压力低的气流、即气体密度低的气流相比，压力高的气流、即气体密度高的气流加速粒子的力度大，粒子更易于为高速。

例如，专利文献1中公开了一种在气动喷雾法中，作为供给到预混合腔室的气体的加热单元，采用了流动有气体的薄壁管的螺旋状电阻合金制发热元件，其中，所述气动喷雾法是将选自由金属、合金、聚合物及金属的机械混合物组成的群组中的至少一种第1材料的粉体粒子导入到气体中，从而实施物件的涂层加工的方法。