[发明专利]一种冷喷涂装置及冷喷涂方法与应用

说明书

本发明公开了一种冷喷涂装置及冷喷涂方法与应用，属于冷喷涂技术领域。该装置包括拉法尔喷管及电磁感应线圈，电磁感应线圈设置于拉法尔喷管的出口端及基体之间，以使从出口端喷出的粉末颗粒在通过电磁感应线圈的过程中其表面被加热活化。通过采用上述装置在特定阶段对粉末颗粒进行表面加热活化，可有效地得到高金属沉积层的品质。该方法无需对进入拉法尔喷嘴的高压气体和粉末进行预热，不但能够降低固态沉积装备加热器对高温材料的使用需求，简化喷枪结构，延长使用寿命，还能够避免粉末由于温度过高在拉法尔喷嘴内部出现粘连导致堵枪的问题。同时，利用电磁感应加热可以稳定控制粉末颗粒的碰撞温度，实现冷喷涂层性能及稳定性的提升。

技术领域

本发明涉及冷喷涂技术领域，具体而言，涉及一种冷喷涂装置及冷喷涂方法与应用。

背景技术

冷喷涂作为一种新兴的表面处理工程新技术，是传统热喷涂技术的重要补充之一。它是基于空气动力学原理的一项喷涂技术，其原理是利用高压气体(氮气、氮气、空气、或混合气体等)携带粉末颗粒进入高温、高速气流，通过缩放管(Laval管)产生超音速气固两相流，粉末颗粒经超音速喷管加速后在固态状态下以极高的速度碰撞基板，通过产生强烈的塑性变形而沉积于基体表面形成涂层。上述喷涂加热温度远低于材料熔点，适用于纳米晶、非晶等对温度敏感材料，Cu、Ti等对氧化敏感材料，对于扩展热喷涂领域具有极其重要的意义，为表面工程技术的应用开辟了新的途径。己经广泛应用于制备各种功能性涂层、纳米涂层、汽车制造业、机械零件的修复再制造、航空航天等领域。

冷喷涂设备所采用的加热系统大多为空气加热器，传统的空气加热器是通过加热电阻丝将空气流从初始温度加热到所需要的空气温度，但加热效率低，加热时间长和加热不均匀是其主要弊端。

也有采用激光对粉末进行预加热的方式，但前置激光器对粉末加热，对于低熔点和较软的金属粉末材料在激光的照射下容易粘结在喷嘴喉部，长时间工作后易造成喷嘴堵塞，且对光斑直径的要求高；而后置激光器对于铜、铝、银等高激光反射材料，其对金属粉末的预热效果不达预期，粉末颗粒表面温度稳定性差，进而造成沉积体结构不均匀，性能较差。同时，激光器成本较高，能量转化率低，也进一步限制了其在冷喷涂技术领域的应用。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种冷喷涂装置，该装置结构简单，成本较低，使用寿命较长。通过使用上述冷喷涂装置，能够稳定控制粉末颗粒的碰撞温度，不但有利于获得质量良好的沉积涂层，而且还能有效避免堵枪问题。

本发明的目的之二在于提供一种冷喷涂方法，可获得性能良好的涂层。

本发明的目的之三在于提供一种由上述冷喷涂方法喷涂所得的涂层的应用。

本申请可这样实现：

第一方面，本申请提供一种冷喷涂装置，包括拉法尔喷管以及电磁感应线圈；

拉法尔喷管具有出口端，电磁感应线圈用于设置于拉法尔喷管的出口端以及基体之间，以使从拉法尔喷管的出口端喷出的粉末颗粒在通过电磁感应线圈的过程中被加热活化。

在可选的实施方式中，电磁感应线圈的长度为25-50mm，感应线圈的直径为20-80mm，电磁感应线圈为超高频电磁感应线圈。

在可选的实施方式中，电磁感应线圈为超高频电磁感应线圈。

在可选的实施方式中，冷喷涂装置还包括送粉器，拉法尔喷管还具有与出口端相对的入口端，入口端和出口端之间依次具有连通的收缩段、喉部以及扩张段；

送粉器与拉法尔喷管的入口端连接以将待沉积的粉末颗粒送入收缩段。

在可选的实施方式中，冷喷涂装置还包括高压气源，高压气源与拉法尔喷管的入口端连接以向收缩段引入高压气体。