[发明专利]改进的气体动态冷喷涂装置和涂覆基材的方法

权利要求书

1.改进的气体动态冷喷涂装置系统，用于将待沉积的材料涂覆在基材上，包含：控制板(1)、喷枪(2)和粉末进料器(3)，特征在于其包含：

a)控制板(1)，为使用PLC控制板设置有自动加热和粉末进料控制的自动化控制板，该控制板(1)连接至：i)气动柔性软管(5)用于提供压缩载气/工艺气体供应(4)；ii)分别连接至喷枪(2)和粉末进料器(3)的其它气动柔性软管(6和7)；和iii)电缆(12、13和8)用于分别向气体加热器(11)、粉末进料器(3)和喷枪(2)的热电偶(14)提供能量；

b)喷枪(2)，容纳缩扩型喷嘴(9)，借助该喷嘴(9)实现超音速，并且该喷枪(2)连接至：i)来自控制板(1)的气动柔性软管(6)；ii)粉末进料管(15)，携带来自粉末进料器(3)的粉末和载气的气动柔性软管(7a)与该粉末进料管(15)汇合；iii)通过电缆(8)电连接至控制板(1)的热电偶(14)，和iv)喷枪(2)的气体加热器(11)，来自控制板(1)的电缆(12)连接至气体加热器(11)；和

c)粉末进料器(3)，连接至：i)控制板(1)，该连接通过携带来自控制板(1)的载气的气动柔性软管(7)；ii)含有载气和粉末的气动柔性软管(7a)，该气动柔性软管(7a)与喷枪(2)的粉末进料管(15)汇合；iii)电缆(13)，该电缆(13)连接至控制板(1)；和iv)具有轻质“电机-齿轮箱组件”的变速电机，该变速电机驱动转筒，该转筒是在传送粉末的表面上具有锥形槽的轴。

2.根据权利要求1所述的改进的气体动态冷喷涂装置系统，其中只要气体入口压力达到设定的初始压力，该控制板(1)基于期望的入口温度自动地控制输入至喷枪(2)内设置的气体加热器(11)的电流，并且在气体压力下降至小于设定的初始压力的值的情况下，该控制板切断至加热器的电流供应，以避免损坏该气体加热器。

3.根据权利要求1所述的改进的气体动态冷喷涂装置系统，其中该喷嘴(9)设置有收缩部(20，25)、喉部(22，27)和扩张部(21，26)以及内壁(19，24)和外壁(18，23)，并且能够通过使用对于给定应用而言喉部和出口面积以及扩张和收缩长度的适当组合以(i)变化的沉积速率(50-500μm/s)；(ii)变化的点宽度或直径(0.9-4mm)和(iii)变化的点长度或直径(0.9-12mm)沉积涂层，而不损害以总体优化的功率和气体消耗的工艺沉积效率。

4.根据权利要求1所述的改进的气体动态冷喷涂装置系统，其中该喷嘴的横截面对于入口、喉部和出口而言选自圆形、矩形、方形或组合，以通过使边界层效应最小化来优化给定喉部尺寸或形状的沉积效率。

5.根据权利要求1所述的改进的气体动态冷喷涂装置系统，其中通过维持恒定的出口与喉部面积比或选自2至3.5的恒定马赫数以满足期望的应用或沉积速率的需要，通过减小或提高在0.2mm²至16mm²范围的喉部面积和在0.6mm²至50mm²范围的出口面积来改变喷嘴(9)的尺寸，从而获得具有细的点尺寸或在0.9mm宽或更小和/或3-10mm长的范围内的较小尺寸的涂层，而不损害沉积效率，并且不使用任何模板或掩模或一种或多种流量调节器，从而以优化的功率和气体消耗产生期望的沉积速率和沉积面积。

6.根据权利要求1所述的改进的气体动态冷喷涂装置系统，其中可成功地沉积具有临界速度和/或流动应力的强温度依赖性的选自Ni、Ni-Cr、其它Ni基合金(IN625、IN718)、钢材(AISI1045、AISI4340、H13)、Cu和Cu合金(筒形黄铜)的材料或选自Ti、Ti、Ta、Ta合金、Nb和Nb合金、Cu和Cu合金的氧化敏感材料，而不需要一个或多个电或电磁粉末预热器、和/或较高气体压力和气体预热温度或单原子气体，并且通过相对于扩张部将收缩部的长度延伸20-1000mm和从0.2mm²至16mm²范围的适当喉部面积与从0.6mm²至50mm²范围的出口面积的组合来实现，从而以总体优化的功率和气体消耗实现涂层。