一种金属表面涂层的离子喷涂装置及其工艺

技术领域

本发明涉及等离子喷涂技术领域，具体涉及一种金属表面涂层的离子喷涂装置及其工艺。

背景技术

等离子喷涂是一种材料表面强化和表面改性的技术，可以使金属表面具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化、电绝缘、隔热、防辐射、减磨和密封等性能。等离子喷涂技术是采用由直流电驱动的等离子电弧作为热源，将陶瓷、合金、金属等材料加热到熔融或半熔融状态，并以高速喷向经过预处理的工件表面而形成附着牢固的表面层的方法。

但是金属基体的表面温度受到室温的影响，与离子涂料的温差很大，巨大的温差使得喷涂效果不甚理想，且在喷涂过程中，金属基体的局部位置急剧升温，影响金属表面对涂料的附着能力，甚至会有形变的风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属表面涂层的离子喷涂装置及其工艺，以解决现有技术中金属基体由于温差导致喷涂效果差的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

本发明提供了一种金属表面涂层的离子喷涂装置，包括喷涂箱，所述喷涂箱内部设置有喷涂腔室，所述喷涂腔室的顶端设置有离子喷枪，所述离子喷枪向固定在所述喷涂腔室内部的金属基体的表面进行等离子喷涂；

所述喷涂腔室内部竖直设置有分隔板以及环绕设置在所述分隔板两侧的U型支撑板，所述分隔板将所述喷涂腔室分为预热腔室以及工作腔室，所述U型支撑板横向穿过设置在所述预热腔室和所述工作腔室内且滑动安装有运输机构，所述运输机构用于带动金属基体从所述预热腔室移动至所述工作腔室，所述离子喷枪设置在所述工作腔室端部，所述工作腔室上设置有冷却装置，所述离子喷枪、所述运输机构均连接有控制面板。

作为本发明的一种优选方案，所述分隔板的上端以及一侧边贴合设置在所述喷涂箱的内壁上，所述分隔板的底部与所述喷涂箱之间设置有热风流道，所述分隔板的另一侧边与所述喷涂箱之间形成有缝隙且所述U型支撑板穿过设置在所述缝隙上。

作为本发明的一种优选方案，所述分隔板的底部安装有引风机，所述引风机设置在所述热流通道上，所述引风机的进风口设置在所述工作腔室内，所述引风机的出风口设置在所述预热腔室内，所述引风机与所述控制面板连接。

作为本发明的一种优选方案，所述引风机的出风口内设置有加热丝，所述加热丝上设置有控温器，所述控温器与所述控制面板连接。

作为本发明的一种优选方案，所述喷涂箱的侧边铰接有保温门，所述分隔板贴合设置在所述保温门上，所述保温门上设置有分别安装在所述分隔板两侧的开孔，所述U型支撑板分别设置在所述预热腔室以及所述工作腔室的两个末端穿过相邻的所述开孔连接有弧形支撑架，所述弧形支撑架与所述U型支撑板组成供所述运输机构环绕的闭环。

作为本发明的一种优选方案，所述冷却装置包括多个嵌合设置在所述喷涂箱端部的冷风筒，所述冷风筒围绕所述离子喷枪安装，所述冷风筒穿过所述喷涂箱连接有风箱，所述风箱与所述控制面板连接。

作为本发明的一种优选方案，所述运输机构包括设置在所述U型支撑板和所述弧形支撑架上的闭合轨道，所述闭合轨道上设置有多个夹持件，所述夹持件的底端通过滑块在所述闭合轨道上滑动，所述滑块与所述闭合轨道之间设置有动力模组，相邻的两个所述夹持件之间通过链条连接在一起，所述动力模组与所述控制面板连接；

所述夹持件的两端均转动设置有用于固定所述金属基体的弹簧手，所述弹簧手横向设置在所述夹持件上且一侧所述弹簧手与所述夹持件之间通过转动盘连接，所述转动盘与所述控制面板连接。

作为本发明的一种优选方案，设置在所述工作腔室内的所述U型支撑板高于设置在所述预热腔室内的所述U型支撑板，所述U型支撑板在穿过所述缝隙时向上倾斜设置。

本发明提供了一种金属表面涂层的离子喷涂工艺，包括步骤：

S100、将所述金属基体安装在所述夹持件上，并通过所述弹簧手将所述金属基体固定；

S200、通过所述控制面板打开所述动力模组与所述转动盘，所述金属基体在所述夹持件的带动下依次进入所述预热腔室；

S300、所述金属基体在所述动力模组的带动下金属所述工作腔室，通过所述控制面板依次打开所述风箱、所述离子喷枪，使得所述金属基体在被所述风箱控温的时其表面受到所述离子喷枪喷涂；

S400、通过控制面板打开引风机，使得从所述离子喷枪带来的热量对所述预热腔室进行加热。

作为本发明的一种优选方案，在步骤S300中，还包括如下步骤：

S301、通过所述控制面板打开所述加热丝，使得所述预热腔室内的温度提高至固定温度；

S302、当所述预热腔室内的温度保持在所述固定温度时，通过控制面板控制所述加热丝停止工作。

本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

本发明在喷涂箱内设置工作腔室与预热腔室，并将离子喷枪与冷却装置设置在工作腔室上，使得金属基体在进行喷涂时在冷却装置的冷气作用下保持在理想温度，提高金属表面对涂料的附着能力，且金属基体在喷涂时产生的温度以及冷气热交换后的热气均导入至预加热腔室，对等候喷涂的金属基体进行预加热，以减少金属基体在喷涂前期表面温度与涂料之间的温差，提高金属的表面喷涂效果，实现能量的多级利用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明提供金属表面涂层的离子喷涂装置的侧面结构示意图；

图2为本发明提供金属表面涂层的离子喷涂装置的俯视结构示意图；

图3为本发明提供保温门的结构示意图；

图4为本发明提供运输机构的结构示意图。

图中的标号分别表示如下：

1-喷涂箱；2-离子喷枪；3-分隔板；4-U型支撑板；5-预热腔室；6-工作腔室；7-运输机构；8-冷却装置；9-引风机；10-热流通道；11-加热丝；12-保温门；13-开孔；14-弧形支撑架；

701-闭合轨道；702-夹持件；703-滑块；704-链条；705-弹簧手；706-转动盘；

801-冷风筒；802-风箱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图4所示，本发明提供了一种金属表面涂层的离子喷涂装置及其工艺，包括喷涂箱1，喷涂箱1内部设置有喷涂腔室，喷涂腔室的顶端设置有离子喷枪2，离子喷枪2向固定在喷涂腔室内部的金属基体的表面进行等离子喷涂；

喷涂腔室内部竖直设置有分隔板3以及环绕设置在分隔板3两侧的U型支撑板4，分隔板3将喷涂腔室分为预热腔室5以及工作腔室6，U型支撑板4横向穿过设置在预热腔室5和工作腔室6内且滑动安装有运输机构7，运输机构7用于带动金属基体从预热腔室5移动至工作腔室6，离子喷枪2设置在工作腔室6端部，工作腔室6上设置有冷却装置8，离子喷枪2、运输机构7均连接有控制面板。

喷涂箱1即为一个矩形的箱体，其余部分密封处理，但有一侧用于运输机构7上金属基体的运输，其还可以连接供气系统和控制框，供气系统为提供工作气体以及供给粉气的系统，控制面板设置在控制框上，用于对对喷涂装置进行自动化控制，达到全自动化喷涂的目的；离子喷枪2是一个非转移弧等离子发生器，其上集中了整个系统的电，气，粉，水等，离子喷枪2还连接有用以供给喷枪直流电的电源，通常为全波硅整流装置；离子喷枪2还连接有送粉器、热交换器等装置。

喷涂箱1、离子喷枪2、供气系统、控制框、供电系统、送粉器、热交换器等装置均为等离子喷涂的现有技术，通过简单检索即可获得全备的装置体系，在此不做赘述。

在等粒子喷涂过程中，影响涂层质量的工艺参数很多，较理想的喷涂工件是在喷涂前把工件预热到喷涂过程要达到的温度，然后在喷涂过程中对工件采用喷气冷却的措施，使其保持原来的温度。在本实施例中，为了实现对金属基体的预加热，将喷涂腔室分隔为预热腔室5与工作腔室6，预热腔室5与工作腔室6通过一个金属材质的分隔板3分隔开，当离子喷枪2在工作腔室6对金属基体进行喷涂时，会有另一个等待的金属基体停留在预热腔室5，当工作腔室6开始工作时，会产生较高的温度，此时分隔板3将温度导流至预热区使得预热腔室5中的工作升高至一定的理想温度。

且为了进一步提高金属基体表面的喷涂效果，工作腔室6上设置有冷却装置8，冷却装置8内设置有温度较低的惰性气体，在工作腔室6工作时，冷却装置8对工作腔室6中因喷涂而温度急剧升高的金属基体进行热交换，使得基体的温度保持在理想温度，而经过热交换的惰性气体从工作腔室6流向预热腔室5，对预热腔室5的金属基体进行预加热，实现能量的多级利用，降低金属喷涂前后的表面温度差，提高金属的表面喷涂效果。

在本实施例中，分隔板3的上端以及一侧边贴合设置在喷涂箱1的内壁上，分隔板3的底部与喷涂箱1之间设置有热风流道，分隔板3的另一侧边与喷涂箱1之间形成有缝隙且U型支撑板4穿过设置在缝隙上。

分隔板3的上端焊接在喷涂箱1上，且为了防止冷气直接从工作腔室6进入预热腔室5，分隔板3的一侧贴合设置在喷涂箱1上，防止冷空气逸散。且当冷风从上向下吹至金属基体上时，冷风被加热至一定温度，此时被加热的空气从热风流道流入至预热腔室5，实现风的流动，特别的是，一般的喷涂箱1内均设置有循环的惰性气体工作系统，此惰性气体工作系统的收风口设置在预热腔室5内，使得预热腔室5保持一定的负压环境。

U型支撑板4从缝隙中穿过分隔板3，当工作腔室6内的金属基体喷涂结束后，通过运输机构7将喷涂结束的金属基体运输处喷涂箱1，并将预热完成的金属基体从缝隙中运输至工作腔室6，在控制面板的作用下控制离子喷枪2对金属基体进行喷涂，此时一个新的金属基体被连锁运输至预热腔室5进行预热。此装置为往复循环装置，可以同时并连续的进行预热与喷涂，能量利用率高，工作效率高。

优选的，为了进一步提高热交换气体的流通效率，分隔板3的底部安装有引风机9，引风机9设置在热流通道10上，引风机9的进风口设置在工作腔室6内，引风机9的出风口设置在预热腔室5内，引风机9与控制面板连接。引风机9将工作腔室6内的加热气体通入预热腔室5中，用以快速提高预热腔室5内的空气温度，并防止加热后的气体在工作腔室6内再次上升至金属基体上，影响温度的控制。

优选的，引风机9的出风口内设置有加热丝11，加热丝11上设置有控温器，控温器与控制面板连接。

由于在本实施例中，金属基体是依次进入的，且前一个金属基体为后一个个进入的金属基体提供预加热环境，故在生产时，往往第一个生产的金属基体没有预热环境，其品质与其他产品品质会有差异，为了消除差异，提高产品质量，引风机9内部设置有加热丝11，此加热丝11可以为预热腔室5提供初始的预热环境，且也可以在工作时控制环境温度，当环境温度达到所需的理想温度时即可停机。

在本实施例中，喷涂箱1的侧边铰接有保温门12，分隔板贴合设置在保温门12上，保温门12上设置有分别安装在分隔板3两侧的开孔13，U型支撑板4分别设置在预热腔室以及工作腔室的两个末端穿过相邻的开孔13连接有弧形支撑架14，弧形支撑架14与U型支撑板4组成供运输机构7环绕的闭环。

保温门12为上下开合的铰接门，为俩扇结构，且上下扇分别铰接在喷涂箱1的上下边缘，在打开时不会受到U型支撑板4的限制，且其合上时共同组成开孔13结构，此开孔13结构仅供U型支撑板4、运输机构7通过。

为了进一步提高金属基体的表面喷涂质量，U型支撑板4与弧形支撑架14组成一个闭环结构，当喷涂完成后的金属基体质量较差时，可以选择循环补涂，而质量符合标准的金属基体直接取下即可。

在本实施例中，冷却装置8包括多个嵌合设置在喷涂箱1端部的冷风筒801，冷风筒801围绕离子喷枪2安装，冷风筒801穿过喷涂箱1连接有风箱802，风箱802与控制面板连接。

风箱802内提供温度较低的惰性气体，惰性气体在冷风筒801的导流下喷至金属基体上，用于将金属基体的温度冷却在合适的范围内，其中风箱802提供的气体流量与温度可以通过控制面板控制。

在本实施例中，运输机构7包括设置在U型支撑板4和弧形支撑架14上的闭合轨道701，闭合轨道701上设置有多个夹持件702，夹持件702的底端通过滑块703在闭合轨道701上滑动，滑块703与闭合轨道701之间设置有动力模组，相邻的两个夹持件702之间通过链条704连接在一起，动力模组与控制面板连接；

夹持件702的两端均转动设置有用于固定金属基体的弹簧手705，弹簧手705横向设置在夹持件702上且一侧弹簧手705与夹持件702之间通过转动盘706连接，转动盘706与控制面板连接。

在使用时，首先将多个金属基体依次安装在夹持件702上，并通过两个弹簧手705将金属基体完全固定，此时设置在工作腔室6内的夹持件702上不用安装金属基体，金属基体在夹持件702的带动下依次从进入至预热腔室5并进入至工作腔室6，并在公转的过程中被转动盘706带动自转，以便于完成喷涂。其中动力模组为现有技术，转动盘706为现有技术，且动力模组以及转动盘706的运动速率均被控制面板控制。

优选的，设置在工作腔室6内的U型支撑板4高于设置在预热腔室5内的U型支撑板4，U型支撑板4在穿过缝隙时向上倾斜设置。

夹持件702需要在分隔板3的侧边缝隙处完成一个转弯，此弯道的曲率半径越小，转动越困难，故需要增大弯道的转弯半径，故采取高度差的方式增大转弯半径，且预热腔室5处的夹持件702高度更低，可以减少距离加热空气的距离，提高预加热效果。

一种金属表面涂层的离子喷涂工艺，包括步骤：

S100、将金属基体安装在夹持件上，并通过弹簧手将金属基体固定；

S200、通过控制面板打开动力模组与转动盘，金属基体在夹持件的带动下依次进入预热腔室，并自转；

S300、金属基体在动力模组的带动下金属工作腔室，通过控制面板依次打开风箱、离子喷枪，使得金属基体在被风箱控温的时其表面受到离子喷枪喷涂；

S400、通过控制面板打开引风机，使得从离子喷枪带来的热量对预热腔室进行加热。

优选的，在步骤S300中，还包括如下步骤：

S301、通过控制面板打开加热丝，使得预热腔室内的温度提高至固定温度；

S302、当预热腔室内的温度保持在固定温度时，通过控制面板控制加热丝停止工作。

通过本实施例的金属表面涂层的离子喷涂装置及其工艺，可以实现金属基体在进行喷涂前达到理想温度并在喷涂过程中受到冷却并保持理想温度，且将喷涂时的工作温度引入至预热工作上，实现能量的多级利用。

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。