[发明专利]一种制备金属复合梯度准晶涂层的冷喷涂装置及方法

权利要求书

1.一种制备金属复合梯度准晶涂层的冷喷涂装置，其特征在于，该装置包括：准晶粉末送粉器、金属或合金粉末送粉器、气体加热器、准晶粉末加热器、金属或合金粉末加热器、气固混合室、超音速喷嘴，具体结构如下：

准晶粉末送粉器和金属或合金粉末送粉器分别通过管路连至气固混合室，形成双通道送粉结构，在所述管路上分别设有准晶粉末加热器和金属或合金粉末加热器，气体加热器通过管路连接气固混合室，在气固混合室的出口处设置超音速喷嘴。

2.按照权利要求1所述的制备金属复合梯度准晶涂层的冷喷涂装置，其特征在于，超音速喷嘴的出口对应设置工件，自超音速喷嘴喷出的准晶粉末和金属或合金粉末，在工件的表面形成金属复合梯度准晶涂层。

3.按照权利要求1所述的制备金属复合梯度准晶涂层的冷喷涂装置，其特征在于，准晶粉末送粉器的一侧设有准晶粉末送粉器进气口，准晶粉末送粉器的另一侧通过管路连接准晶粉末加热器；金属或合金粉末送粉器的一侧设有金属或合金粉末送粉器进气口，金属或合金粉末送粉器的另一侧通过管路连接金属或合金粉末加热器；气体加热器的一侧设有气体加热器进气口，准晶粉末送粉器、金属或合金粉末送粉器和气体加热器的另一侧通过管路与气固混合室相通。

4.按照权利要求1或3所述的制备金属复合梯度准晶涂层的冷喷涂装置，其特征在于，在准晶粉末加热器中设置温度传感器Ⅰ，在金属或合金粉末加热器中设置温度传感器Ⅱ，在气体加热器中设置温度传感器Ⅲ。

5.按照权利要求3所述的制备金属复合梯度准晶涂层的冷喷涂装置，其特征在于，准晶粉末送粉器进气口、金属或合金粉末送粉器进气口、气体加热器进气口分别与高压气源相连，分别为准晶粉末送粉器和金属或合金粉末送粉器和气体加热器提供压缩气体。

6.按照权利要求1或3所述的制备金属复合梯度准晶涂层的冷喷涂装置，其特征在于，准晶粉末加热器、金属或合金粉末加热器和气体加热器采用螺旋型加热管结构。

7.一种利用按照权利要求1所述装置制备金属复合梯度准晶涂层的冷喷涂方法，其特征在于，采用气体动力喷涂方法，将气源压缩气体分三路，第一路进入准晶粉末送粉器，第二路进入金属或合金粉末送粉器，作为载气将粉末引入喷嘴；第三路连接气体加热器，气体经过预热后进入气固混合室，三路气体在气固混合室混合进入超音速喷嘴形成气-固双相流；气-固双相流在超音速喷嘴的收缩段压缩通过喉部进入超音速喷嘴的扩张段膨胀加速达到超音速；气-固双相流喷射到工件的表面，其中的金属或合金和准晶颗粒与工件表面碰撞发生严重的塑性变形粘接于工件表面，后继的高动能颗粒重复这一过程，而形成金属复合梯度准晶涂层。

8.按照权利要求7所述的制备金属复合梯度准晶涂层的冷喷涂方法，其特征在于，气体动力喷涂制备复合梯度准晶涂层的工艺参数范围如下：

气-固双相流的喷射距离为5～50mm，气体压强为0.5～5.0MPa，气体温度为室温至700℃，气流流量为10～30g/s，粉末粒度为1～100μm，两路送粉器分别有独立的调节阀门，按任意比例调节金属和准晶粉末的比例，粉末加热器对粉末加热，加热温度为室温至600℃；在整个喷涂过程中，喷涂粒子保持固态，以300～1200m/s飞行并撞击工件基体表面，发生强烈塑性变形、沉积工件基体表面而形成涂层，涂层厚度为50～6000微米。

9.按照权利要求8所述的制备金属复合梯度准晶涂层的冷喷涂方法，其特征在于，优选的工艺参数范围如下：

喷射距离为10～30mm，气体压强为2.0～4.0MPa，气体温度为300～700℃，气流流量为15～25g/s，粉末粒度为10～50μm，粉末加热温度为室温～600℃，涂层厚度为500～5000微米。

10.按照权利要求7所述的制备金属复合梯度准晶涂层的冷喷涂方法，其特征在于，气源使用的压缩气体为空气、氮气、氦气等之一种或一种以上的混合气体，金属粉末为塑性比较好的Al、Cu、Ti、Sn、Zn或Pb，合金粉末为塑性比较好的铝合金、铜合金或铅锡合金，准晶粉末为Al-Cu-Fe、Al-Cu-Cr、Al-Cu-Fe-Cr、Al-Mn、Al-Mn-Si、Al-Mn-Fe、Al-Mn-Sn-Fe、Al-Fe、Al-Cr、Al-Co、Al-V、Al-W或Al-Mo合金粉末，工件基体材料为各种金属材料。