[发明专利]同轴激光器辅助的冷喷嘴

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年12月3日提交的美国发明专利申请No.12/959,523以及2009年12月4日提交的美国临时申请No.61/266,639的优先权。以上申请的全部公开内容通过参引并入本文。

政府权利

本发明是根据美国海军颁发的编号为N00244-07-P-0553的授权在美国政府的支持下进行的。美国政府对本发明拥有一定的权利。

技术领域

本公开涉及热喷涂，并且更具体地涉及一种同轴激光器辅助的冷喷嘴。

背景技术

本节提供了涉及本公开但并不一定是现有技术的背景信息。

热喷涂是用于涂覆基材的技术，例如，为了防止基材腐蚀。冷喷涂是热喷涂的一种类型，其中，由载气使固体粒子流通过喷嘴并朝向基材加速到高速。粒子在与基材碰撞时具有足够的动能从而发生塑性变形并且冶金地/机械地结合于基材以形成涂层。

将粒子加速到使得能够产生涂层的临界速度。该临界速度取决于粒子和基材的属性(即，可变形能力、形状、大小、温度等)。

为了使粒子更具塑形从而在冲击时变形，还可以通过载气将粒子加热。从该气体供应的热量取决于粒子和基材的属性。

过于坚硬的基材(例如，工具钢)可能难以通过冷喷涂来涂覆。这是因为基材可能无法充分地变形以允许粒子结合并形成涂层。粒子的冲击还可能造成基材的破裂。

此外，过于柔软的基材(例如，聚合物)也可能难以使用冷喷涂技术来涂覆。例如，这些基材可能被粒子的冲击和/或用来加速粒子的气体的高温所破坏。

此外，一些粒子可能不适于冷喷涂。例如，过于坚硬的粒子(例如，陶瓷)在冲击基材时可能无法充分地变形以结合并涂覆基材。

发明内容

本节提供本公开的总体发明内容，而不是本公开的全部范围或本公开的所有特征的全面公开。

公开了一种用于将粒子涂层施加到基材上的冷喷嘴组件。喷嘴组件包括限定具有喷嘴出口的内部通道的喷嘴。喷嘴组件还包括与内部通道连通的粒子供给构件。粒子供给构件供给粒子以流动并加速通过内部通道并且朝向基材经由喷嘴出口离开喷嘴，以涂覆在基材上。此外，喷嘴组件包括发射出传输通过内部通道的激光束的激光器。激光器加热粒子和基材中的至少一个以促进使用粒子对基材的涂覆。

此外，公开了一种用于将粒子涂层施加到基材上的方法。所述方法包括供给粒子以流动并加速通过喷嘴的内部通道并且朝向基材经由喷嘴出口离开喷嘴。所述方法还包括传输激光束通过内部通道以加热粒子和基材中的至少一个，以促进使用粒子对基材的涂覆。

还公开了一种用于将粒子涂层施加到基材上的冷喷嘴组件。冷喷嘴组件包括限定内部通道的喷嘴，内部通道具有喷嘴入口、喷嘴出口以及延伸穿过喷嘴入口和喷嘴出口的大致直的纵向轴线。内部通道在垂直于所述纵向轴线截取的横截面上是矩形的，并且所述横截面沿着整个喷嘴从喷嘴入口到喷嘴出口保持为矩形。内部通道还包括邻近喷嘴入口的会聚段和邻近喷嘴出口的扩散段。喷嘴还包括与扩散段连通并且横交于内部通道的所述纵向轴线延伸的粒子供给入口。喷嘴组件还包括与粒子供给入口连通的粒子供给构件。粒子供给构件供给粒子以流动并加速通过内部通道并且朝向基材经由喷嘴出口离开喷嘴，以涂覆在基材上。此外，喷嘴组件包括气体供给构件，气体供给构件向内部通道供给气体以流通通过喷嘴的内部通道，从而加速粒子。此外，喷嘴组件包括发射出激光束的激光器，激光束经由喷嘴入口传输到喷嘴中、通过内部通道并经由喷嘴出口离开喷嘴。激光器加热粒子和基材两者以促进使用粒子对基材的涂覆。此外，喷嘴组件包括使喷嘴和基材中的至少一个相对于另一个移动的操作装置。

通过本文提供的描述，另外的适用领域将变得明显。在该发明内容中的描述和具体示例仅仅出于示例性目的而非旨在对本公开的范围进行限制。

附图说明

在此描述的附图仅用于对所选择的实施方式而非所有可能的实现方式的示例性目的，并且其不是旨在对本公开的范围进行限制。

图1是根据本公开的多个示例性实施方式的冷喷嘴组件的立体图；

图2是图1的冷喷嘴组件的纵向剖视图；

图3是示出在图1的冷喷嘴组件的激光器工作期间，冷喷嘴组件的纵向剖视图；

图4是图1的冷喷嘴组件的喷嘴的纵向剖视图；

图5是已使用图1的冷喷嘴组件进行涂覆的平面基材的视图；以及

图6是已使用图1的冷喷嘴组件进行涂覆的管状基材的视图。

在附图的一些视图中，相应的参考数字表示相应的部件。