热喷涂基体表面分散单个扁平粒子收集装置及收集方法

技术领域

本发明涉及热喷涂技术领域，具体涉及一种热喷涂基体表面分散单个扁平粒子收集装置及收集方法。

背景技术

热喷涂是将细微而分散的金属或非金属的涂层材料加热到塑态或熔融态，再经受压缩空气的加速，使受约束的颗粒束流冲击到基体表面上。冲击到表面的颗粒，因受冲压而变形，形成叠层薄片，粘附在经过制备的基体表面，随之冷却并不断堆积，最终形成一种层状的涂层。因此，涂层的基本结构单元—“扁平粒子"的形成过程，直接影响涂层的组织结构和性能；扁平粒子的大小和形态决定了涂层的层状结构，粒子在沉积表面上铺展程度越高，或者说粒子的扁平化程度越高，涂层就越致密、质量越高。人们无法从涂层中观测单个扁平粒子，因此发明了多种装置，收集基体上单个扁平粒子。文献《等离子喷涂中雷诺数对熔滴扁平化行为的影响》(无机材料学报，2014，30(1)：65-70.)采用在基体前设置狭缝挡板的狭缝法收集扁平粒子。文献《基于粒子飞行特性及铺展行为的WC-10Co4Cr涂层孔隙形成机理研究》(无机材料学报，2018，33(8)：895-902)和文献《HA粉末粒径对微束等离子喷涂扁平粒子形貌及涂层微结构的影响》(表面技术，2019，48(4)：91-96)采用在基体前设置有小圆孔点阵挡板收集扁平粒子。文献《Knowledge Concerning Splat Formation:An InvitedReview》(Thermal SprayTeehnoiogy，2004，13(3)：337-360.)和文献《基底对等离子喷涂Mo层片形成的影响》(热加工工艺，2007，36(3)：53-56)在基体前设置快门式装置收集收集扁平粒子。不论在基体前设置狭缝挡板、小圆孔点阵挡板和快门装置，因挡板和快门装置的存在，都势必改变粒子撞击基体时的粒子周边的环境，与实际喷涂时粒子的环境不同。另外，还有采用在杆的一端装夹一小基体，在喷涂过程中，手握杆的另一端让基体快速扫过火焰而捕捉单个扁平粒子，这样必定无法较好掌控基体与喷嘴的距离。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供了热喷涂基体表面分散单个扁平粒子收集装置及收集方法。该装置避免了在基体前方设置挡板或快门装置影响喷射火焰环境。

为解决上述问题，本发明提供了一种热喷涂基体表面分散单个扁平粒子收集装置，其特征在于，包括：

基体，所述基体用于收集分散单个扁平粒子，

基体运动组件，所述基体运动组件包括第一导向件、第二导向件和推动件，所述基体设置在第一导向件和第二导向件之间，且能够沿第一导向件及第二导向件从第一位置移动至第二位置，所述推动件与基体连接，且用于推动基体从第一位置移动至第二位置；

冲击组件，所述冲击组件用于产生冲击力并肩冲击力传递给推动件，使推动件推动基体从第一位置移动至第二位置。

上述的一种热喷涂基体表面分散单个扁平粒子收集装置，其特征在于：所述热喷涂基体表面分散单个扁平粒子收集装置还包括底座板，所述第一导向件的一端位于底座板一端的上部，且与底座板固定连接，所述第一导向件的另一端伸向底座板上部的外侧，所述第二导向件与第一导向件平行设置，所述第二导向件的一端位于底座板一端的上部，且与底座板固定连接，所述第二导向件的另一端伸向底座板上部的外侧。

上述的一种热喷涂基体表面分散单个扁平粒子收集装置，其特征在于：所述推动件包括撞击杆和撞击杆套，所述撞击杆套固定在底座板的上部，所述撞击杆的一端穿过撞击杆套后与基体连接，所述撞击杆的另一端用于接受冲击组件施加的冲击力。

上述的一种热喷涂基体表面分散单个扁平粒子收集装置，其特征在于：所述冲击组件包括立柱、摆锤和摆锤轴，所述立柱固定在底座板的上表面上，且立柱的长度方向与底座板的上表面垂直，所述摆锤轴沿与底座板上表面平行的方向固定在立柱的上部，所述摆锤的一端铰接在摆锤轴上，且所述摆锤能够在自身重力的作用下沿摆锤轴转动，并使摆锤的另一端撞击撞击杆的另一端，进而将冲击力传递给撞击杆。

上述的一种热喷涂基体表面分散单个扁平粒子收集装置，其特征在于：所述冲击组件还包括半圆盘和释放器，所述半圆盘固定在立柱的上部，所述释放器固定在半圆盘上，所述摆锤上设置有挂板，所述释放器上设置有阻挡部，所述阻挡部用于阻挡挂板，使摆锤保持在与释放器固定位置相对应的位置。

上述的一种热喷涂基体表面分散单个扁平粒子收集装置，其特征在于：所述半圆盘上开设有用来调整释放器固定位置的弧形槽。

上述的一种热喷涂基体表面分散单个扁平粒子收集装置，其特征在于：所述热喷涂基体表面分散单个扁平粒子收集装置还包括电源和控制开关，所述控制开关与释放器连接，用于控制释放器动作，所述电源与控制开关及释放器连接，用于为控制开关及释放器提供所需的电能，所述释放器为智能电磁锁，所述阻挡部为锁舌。

上述的一种热喷涂基体表面分散单个扁平粒子收集装置，其特征在于：所述底座板上沿撞击杆的运动路径方向开设有开口槽，所述开口槽位于撞击杆运动路径的下方，且开口槽的开口端位于远离撞击杆套的一侧。

本发明还公开了一种采用上述的热喷涂基体表面分散单个扁平粒子收集装置的热喷涂基体表面分散单个扁平粒子的收集方法，其特征在于，所述方法包括：

将基体推至右侧，即所述第一位置，喷枪置于基体移动路径的正上方，根据喷涂工艺要求，调整好喷枪与基体移动路径的距离，同时使喷枪垂直于基体所在平面；

根据需要调整好释放器的安装位置，将摆锤通过挂板挂在释放器对应的安装位置处；

根据喷涂工艺，调整好工艺参数，点火开始喷涂；

按下控制开关，通电，通电即时触发释放器，释放器的阻挡部收回至释放器内部，摆锤脱挂，摆锤下摆，摆锤撞击撞击杆，撞击杆撞击基体，基体沿第一导向件和第二导向件快速通过喷涂火焰，从而收集分散单个扁平粒子。

上述的一种热喷涂基体表面分散单个扁平粒子收集方法，其特征在于：所述工艺参数包括送粉量和送气量。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明避免了在基体前方设置挡板或快门装置影响喷射火焰环境，并能通过调整摆锤起始位置决定收集分散单个扁平粒子的多少。

2、本发明的装置操作安全方便，可将开关安装在离开喷涂处，消除了喷涂环境对操作人员的危害。按下开关就能完成粒子的收集。

3、本发明的装置制作简单，所有零件简单的机械加工就可制作；组装方便，仅有一处需电焊连接，其余仅需螺钉和螺栓连接。

下面通过附图和实施例，对发明做进一步的详细描述。

附图说明

结合附图并参考以下具体实施方式，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，原件和元素不一定按照比例绘制。

图1示出了本发明实施例的立体结构示意图。

图2示出了本发明实施例中释放器的立体结构示意图。

图3示出了本发明实施例中摆锤轴的立体结构示意图。

图4示出了本发明摆锤上扬45度下落时收集的分散单个扁平粒子照片。

图5示出了本发明摆锤上扬45度下落时收集的孤立扁平粒子照片。

图6示出了本发明摆锤水平下落时收集的分散单个扁平粒子照片。

图7示出了本发明摆锤水平下落时收集的孤立扁平粒子照片。

附图标记说明：

100—基体；200—基体运动组件；210—第一导向件；

220—第二导向件；230—推动件；231—撞击杆；

232—撞击杆套；300—冲击组件；310—立柱；

320—摆锤；330—摆锤轴；340—半圆盘；

341—弧形槽；350—释放器；400—底座板；

410—开口槽；500—电源；600—控制开关。

具体实施方式

在此面将参照附图更详细地描述本发明的实施例。虽然附图中显示了本发明的某些实施例，然而应当理解的是，本发明可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本发明。应当理解的是，本发明的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明的保护范围。

需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

如图1所示，本发明公开了一种热喷涂基体表面分散单个扁平粒子收集装置，其包括基体100和基体运动组件200和冲击组件300；所述基体100用于收集分散单个扁平粒子；所述基体运动组件200包括第一导向件210、第二导向件220和推动件230，所述基体100设置在第一导向件210和第二导向件220之间，且能够沿第一导向件210及第二导向件220从第一位置移动至第二位置，所述推动件230与基体100连接，且用于推动基体100从第一位置移动至第二位置；所述冲击组件300用于产生冲击力并肩冲击力传递给推动件230，使推动件230推动基体100从第一位置移动至第二位置。

本发明通过冲击组件300产生冲击力，使推动件230推动基体100沿第一导向件210和第二导向件220快速的从所述第一位置移动到所述第二位置，热喷涂的喷枪位于基体100从所述第一位置移动到所述第二位置路径的正上方，且与所述路径垂直，喷枪的喷涂火焰位于第一导向件210和第二导向件220之间的所述路径上，基体100在冲击力的作用下快速的通过喷枪的喷涂火焰，从而收集分散单个扁平粒子。本发明的热喷涂基体表面分散单个扁平粒子收集装置避免了在基体前方设置挡板或快门装置影响喷射火焰环境，获取的单个扁平粒子与实际喷涂时的粒子差异较大的问题。

如图1所示，所述热喷涂基体表面分散单个扁平粒子收集装置还包括底座板400，所述第一导向件210的一端位于底座板400一端的上部，且与底座板400固定连接，所述第一导向件210的另一端伸向底座板400上部的外侧，所述第二导向件220与第一导向件210平行设置，所述第二导向件220的一端位于底座板400一端的上部，且与底座板400固定连接，所述第二导向件220的另一端伸向底座板400上部的外侧。

本实施例中，基体100的材质及表面处理均与实际喷涂工件相同。所述第一导向件210和第二导向件220为导轨，其采用选用45号钢加工，其一端通过M5的螺钉固定在底座板400上，另一端伸向底座板400的外侧，喷涂火焰位于底座板400外侧的第一导向件210和第二导向件220之间。无任何东西阻挡喷涂火焰，改变喷射火焰环境，保证了收集的单个扁平粒子更加接近实际喷涂情况，使得实验研究更加准确、可靠。

如图1至图3所示，所述推动件230包括撞击杆231和撞击杆套232，所述撞击杆套232固定在底座板400的上部，所述撞击杆231的一端穿过撞击杆套232后与基体100连接，撞击杆231与基体4可以采用固定连接，也可以采用接触连接的方式，其主要作用是将冲击力传递给基体4，使基体4快速的沿第一导向件210和第二导向件220移动，所述撞击杆231的另一端用于接受冲击组件300施加的冲击力。

撞击杆231可选用直径为10mm的45钢制成，撞击杆套232可选45钢加工，通过4个螺钉固定在底座板400上，所述螺钉的螺钉孔直径为6mm，穿设撞击杆231的水平孔洞的直径与撞击杆231的直径相适配，以使得撞击杆231能够在所述水平孔洞内自由滑动，所述水平孔洞直径可设置为略大于10mm，或者再水平孔洞内安装直线轴承，所述直线轴承的内径与撞击杆231的外径相适配，以使得撞击杆231能在所述直线轴承内自由滑动。

所述冲击组件300包括立柱310、摆锤320和摆锤轴330，所述立柱310固定在底座板400的上表面上，且立柱310长度方向与底座板400的上表面垂直，所述摆锤轴330沿与底座板400上表面平行的方向固定在立柱310的上部，所述摆锤320的一端铰接在摆锤轴330上，且所述摆锤320能够在自身重力的作用下沿摆锤轴330转动，并使摆锤320的另一端撞击撞击杆231的另一端，进而将冲击力传递给撞击杆231。

所述冲击组件300还包括半圆盘340、释放器350，所述半圆盘340固定在立柱310的上部，所述释放器350固定在半圆盘340上，所述摆锤320上设置有挂板321，所述释放器350上设置有阻挡部，所述阻挡部用于阻挡挂板321，使摆锤320保持在与释放器350固定位置相对应的位置。

一般热喷涂火焰的直径为10mm，本实施例中，基体100采用直径30mm、厚度3mm圆盘状结构，这样的尺寸要明显大于喷涂火焰的直径，在基体100经过喷涂火焰时，有利于收集到喷涂火焰直径范围内各处的单个扁平粒子。同时，该尺寸大小的基体100也方便放入扫描电镜试样室内观察。

所述第一导向件210和第二导向件220上均开设有导轨沟槽，导轨沟槽槽深3mm、宽3.2mm，所述第一导向件210和第二导向件220固定时需确保基体100能在两导轨沟槽内自由滑动。即所述第一导向件210和第二导向件220平行且对称设置。

所述半圆盘340开设有用来调整释放器350固定位置的弧形槽341。即智能电磁锁的位置可调，进而使摆锤320的起始位置(即起始高度)可调，则摆锤320下摆后的冲击能量能量可调。摆锤320的冲击能量能量可调，则通过撞击杆231撞击到基体100上的冲击能量可调。基体100上的冲击能量不同，其沿轨道运行的速度不同，即其穿越喷涂火焰的速度不同。基体穿越喷涂火焰的速度不同，其收集分散单个扁平粒子的多少不同。则通过调整智能电磁锁的位置，可调整基体上收集分散单个扁平粒子的多少。

所述热喷涂基体表面分散单个扁平粒子收集装置还包括电源500和控制开关600，所述控制开关600与释放器350连接，用于控制释放器350动作，所述电源500与控制开关600及释放器350连接，用于为控制开关600及释放器350提供所需的电能，各个电气设备之间通过电线连接，用于传递电能或者控制信号，所述释放器350为智能电磁锁，所述阻挡部为锁舌。

本实施例中，摆锤320与摆锤轴330连接处设置有摆锤安装孔，所述摆锤安装孔与摆锤轴330间隙配合，所述摆锤安装孔可选用直径10mm的孔，摆锤安装孔到摆锤锤头的距离可选用1m，挂板321采用45号钢加工而成，通过M5的螺钉固定在摆锤320上。摆锤轴330也选用45号钢加工而成，最大处的直径为20mm，两端为螺纹端，两端的螺纹分别为M8和M5，M8一端用垫片和螺母紧固在立柱上，安装摆锤320处的直径略小于摆锤安装孔的直径，如9.8mm，形成间隙配合，宽度也需略大于摆锤320的宽度，以使摆锤320能绕摆锤轴330自由转动。此处，摆锤320与摆锤轴330也可以采用轴承连接，使得摆锤320能够绕摆锤轴330自由转动。摆锤轴330M5螺纹端处垫上较大垫片，用螺母紧固，用垫片阻挡摆锤320，防止摆锤320从摆锤轴330上滑落。

立柱310可用厚度20mm的45钢板加工而成或者矩形钢管制作而成，其上部开始有直径为9mm和6mm的孔，直径9mm的孔用于安装摆锤轴330，直径6mm的孔用于安装半圆盘340。立柱310的高度根据摆锤320的长度而定，需确保摆锤锤头运动到最下端时，锤头的中间正面撞击撞击杆231的一端。所述立柱310的下端设置有立柱座板，立柱垂直焊接在立柱座板上，立柱座板可用10mm厚的45号钢板加工而成，上面的螺钉孔为直径为10mm，用垫片和M8的螺钉紧固在底座板400上。

半圆盘340可以用厚度为5mm的45号钢板加工而成，半圆盘340上有四个M5内螺纹孔，用垫片和M5螺钉固定于立柱310上。半圆盘340上开设直径21mm的孔，其用于穿过摆锤轴330。半圆盘340还上开设有用来调整释放器350固定位置的弧形槽341，弧形槽341为两个半圆槽，其用于安装智能电磁锁，设计成半圆槽易于调整智能电磁锁安装位置，半圆槽半径和宽度根据市场采购的电磁锁安装要求而定。智能电磁锁市场采购，如99-A22智能箱柜电磁锁(12V，0.6A)，用螺栓和垫片固定在半圆盘上。电源根据智能电磁锁要求配备，市场采购。开关为普通的按钮开关。

如图1所示，所述底座板400上沿撞击杆231的运动路径方向开设有开口槽410，所述开口槽410位于撞击杆231运动路径的下方，且开口槽410的开口端位于远离撞击杆套232的一侧。

本实施例中，底座板400可采用厚度10mm的45号钢板加工而成，其上开设有用于安装第一导向件210、第二导向件220、撞击杆套232和立柱310等的螺纹孔，方便这些部件的安装和拆卸，该热喷涂基体表面分散单个扁平粒子收集装置制作简单、组装方便。用于固定第一导向件210和第二导向件220的螺纹孔的位置设计需确保第一导向件210、第二导向件220即左、右导轨对称分布在撞击杆231轴线的延长线两侧，以及安装好冲击组件后，确保摆锤320锤头运动到最下端时，所述锤头的中间正面撞击撞击杆231的一端。第一导向件210、第二导向件220、撞击杆套232尺寸设计时还需确保撞击杆231轴线距底座板的距离与基体厚度一半处距底座板的距离大致相等。

发明还公开了一种采用上述热喷涂基体表面分散单个扁平粒子收集装置的热喷涂基体表面分散单个扁平粒子的收集方法，其特征在于，所述方法包括：

将基体100推至右侧，即所述第一位置，喷枪置于基体100移动路径的正上方，根据喷涂工艺要求，调整好喷枪与基体100移动路径的距离，同时使喷枪垂直于基体100所在平面；

根据需要调整好释放器350的安装位置，将摆锤320通过挂板321挂在释放器350对应的安装位置处；

根据喷涂工艺，调整好工艺参数，点火开始喷涂；

按下控制开关600，通电，通电即时触发释放器350，释放器350的阻挡部收回至释放器350内部，摆锤320脱挂，摆锤320下摆，摆锤320撞击撞击杆231，撞击杆231撞击基体100，基体100沿第一导向件210和第二导向件220快速通过喷涂火焰，从而收集分散单个扁平粒子。

所述工艺参数包括送粉量和送气量。

本发明的热喷涂基体表面分散单个扁平粒子收集装置可以根据实验要求，调整摆锤起始位置，产生大小不同的冲击力，是基体的移动速度不同通，进而获得实验所需的单个扁平粒子。图4至图7给出了，喷枪与基板距离为180mm。通过调整电磁锁位置，使摆锤起始位置不同，摆锤起始位置为上扬45度时，收集的分散单个扁平粒子的照片；以及摆锤起始位置水平时，收集的分散单个扁平粒子的照片。

如图1所示，喷涂前，将基体100推至虚线位置，将喷枪喷嘴与基体100距离调至要求的距离，同时使喷枪垂直于底座板400。按下控制开关600，通电，通电即时触发智能电磁锁开锁(锁头收回)，摆锤320脱钩，摆锤320下摆，冲击撞击杆231，进而撞击基体100，基体100沿轨道快速运动，收集单个扁平粒子，其可将控制开关600安装在离开喷涂处，消除了喷涂环境对操作人员的危害。按下控制开关600就能完成粒子的收集。且本发明的装置制作简单，所有零件简单的机械加工就可制作。组装方便，仅有一处需电焊连接，其余仅需螺钉和螺栓连接。