[发明专利]等离子体喷涂装置和方法

说明书

本申请公开了一种用于涂覆基板(S)的等离子体喷涂装置(1)，包括：至少一个工作腔室(3)，该工作腔室包括至少一个等离子体炬(21)和至少一个用于要涂覆基板(S)的基板支承件(26)，惰性气体或惰性气体混合物容纳在该工作腔室中，其压力接近或高于正常压力；至少一个气体回路(2)，该气体回路与所述工作腔室(3)连通，并包括包含在所述工作腔室(3)中的惰性气体的再循环装置(R)。该再循环装置(R)包括：闭合环路(L)，该闭合环路包括用于使气体再循环的鼓风机(17)和用于冷却气体的第一换热器(18)，该闭合环路与所述工作腔室(3)连通，适用于从所述工作腔室(3)中抽出惰性气体和将冷却惰性气体的第一部分送回所述工作腔室(3)的第一部分(3a)中；以及至少一个通路(P)，该通路与所述闭合环路(L)连通，并包括用于压缩气体的压缩机(19)和用于进一步冷却气体的第二换热器(20)，该通路适合将冷却惰性气体的第二部分供给至所述工作腔室(3)的第二部分(3b)中，并通过合适布置的管道(31a、31b)而指向基板(S)。

技术领域

本发明涉及一种等离子体喷涂装置和方法。

背景技术

热喷涂技术是将熔化或加热的材料喷涂至表面(也称为基板)上的涂覆方法。

作为涂料前体的供料通过电或化学装置来加热。

等离子体喷涂方法是热喷涂的子类，其中，成粉末形式的供料通过等离子体射流来加热，该等离子体射流由等离子体炬发射。

在温度为大约10000K的等离子体射流中，材料熔化和推向基板。

在那里，熔融的液滴变扁平，迅速凝固，并一层层地形成沉积物。

等离子体由工作气体的连续输入来形成，该工作气体经受高电流放电。通常，工作气体由氮气、氢气、氦气、氩气或它们的混合物来构成。

等离子体喷涂方法能够通过喷涂环境来分类。

空气等离子体喷涂(APS)在常压下在空气中进行。

真空等离子体喷涂(VPS)和低压等离子体喷涂(LPPS)在低压下在密封腔室内的惰性气体环境中进行，低压例如0.05-0.25巴，或者甚至更低。

这种方法的示例在US4596718中公开，该US4596718涉及一种真空等离子体涂覆装置，该真空等离子体涂覆装置包括布置在低压腔室中的等离子体炬。

US4328257公开了一种超音速等离子体流和转移电弧系统，以获得高强度的涂层；等离子体腔室中的压力通过真空泵来保持，在0.6巴和低至0.001巴的范围内。

US6357386公开了另一种等离子体喷涂装置，等离子体喷涂装置在惰性气体中在低于大气压下工作，包括用于控制在处理腔室内部的气流的组件。

当与APS方法相比时，VPS和LPPS方法能够产生更高机械强度的涂层，因为在它们的环境中没有氧气。

众所周知，氧是一种非常活泼的元素，它氧化加热的供料，并在金属基质中引入脆性相；类似地，根据构成供料的元素，氮也能够使得涂层脆化。

因此，VPS和LPPS涂层有对于基板的更高粘附力、更高的内聚力、更高的耐磨性；而且，VPS和LPPS方法能够用于产生更高厚度的涂层(与通过APS方法获得的涂层相比)，还用于产生高多孔性的涂层，但机械强度仍然非常高。

由于等离子体射流，所有等离子体喷涂方法都产生大量热量，为了不使基板过热和造成热损坏，必须提供合适的冷却系统：该冷却系统包括一个或多个导管，冷却气体在该导管中以高流速吹向基板。

冷却系统限制了基板达到的温度；当没有合适冷却时，高的热应力将在基板内和涂层内产生，这可能对机械强度和抗疲劳性产生负面影响，或引起最终涂覆物体的变形。