冷喷涂设备

SX-LP80型冷喷涂系统(cold spray system)

      冷喷涂（CS）是一种新型的热喷涂技术，基于空气动力学原理，利用高温高压气体携带粉末颗粒从轴向进入喷枪拉瓦尔喷嘴（Laval nozzle）产生超音速流，粉末颗粒经喷枪加速到 500m/s-1200m/s 后在完全固态下撞击基体，产生塑性变形，沉积于基体表面形成致密涂层。

可制备高热传导率、高导电率涂层；对基材热影响小；晶粒生长速度极慢（有可能维持纳米组织结构）；接近锻造组织（与传统涂层相比硬度高），相和化学成分稳定；涂层厚度可达10cm以上。

冷喷涂原理

    冷喷涂（CS）是一种新型的热喷涂技术，二十世纪80年代中期，由苏联理论和应用力学研究所Papyrin和他的团队首先提出。它基于空气动力学原理，利用高压气体携带粉末颗粒从轴向进入喷枪拉瓦尔（Laval nozzle）喷嘴产生超音速气流，粉末颗粒（1-50µm）经高速气流加速到500 m/s-1200 m/s后在完全固态下撞击基体（金属、陶瓷、玻璃等），通过塑性变形沉积于基体表面形成致密涂层。气体通常用氮气、氦气或两者的混合气。

冷喷涂的优点

       冷喷涂区别于其他喷涂方法的最重要特点是不熔化涂层材料，基于物理方法成型，与电弧喷涂、等离子喷涂、HVOF喷涂相比，冷喷涂层几乎没氧化物、涂层致密。冷喷涂纯铜涂层的导电率可达铸造块材的90%，而火焰喷涂层和HVOF喷涂层的导电率小于铸态块材的50%。

*沉积效率高（某些材料可达95%以上），氧化物含量低；

*涂层致密；

*可制备高热传导率，高导电率涂层（热导率、导电率可达相应块材的90%以上）；

*对基材热影响小；

*晶粒长大可忽略（可维持纳米组织结构）；

*接近锻造组织（与传统涂层相比硬度高），喷涂过程不引起相和化学成分变化；

*可选择不同形状的喷嘴，喷束横截面积可达到20 mm —60mnr；

*喷涂距离极短（可小于10mm）；

*涂层厚度可达10cm以上；

*可收集和重复使用粉末（粉末利用率高）。

冷喷涂的应用

      可塑性变形的金属粉末与含可塑性变形材料成分的复合粉末，适用于冷喷涂。可喷涂的金属范围从低熔点的锌到高熔点的钛和祀。与热喷涂一样，冷喷涂在吸风除尘净化装置的隔音室中工作。其噪声远低于HVOF喷涂。

冷喷涂系统组成部分：主控制柜、操作控制显示屏、主加热器、喷枪和喷嘴、送粉器、管气电路等。

                                                                         冷喷涂总体布局图

                        冷喷涂结构示意图

冷喷涂设备工作主要技术参数

可用工作气体：氮气、氦气或混合气体

工作压力：0-3.5Mpa

工作温度：0-450℃

气体流量：氮气、氦气-3000L/min

送粉量（铜粉）：20-200g/min

粉末粒度：1-50µm

喷射距离：5-50mm

消耗功率：15-55KW

1、控制柜和操作控制显示屏

*左柜布置为主电源控制和加热控制电源和功率调节器。加热控制电源和功率调节器为冷喷涂应用研制的，输出功率超过50kW,并设有通风调节风扇，满足长时间散热要求。

*右柜布置主气为氮气、附气氦气、送粉气氮气。每路气体均配置质量控制流量控制器及安全阀，安全阀通过控制缓慢打开，快速关断；发生故障时、压力突降或断电时，系统快速关断。

*控制单元发出声音警告信号，显示错误报警信息。

*独立的氮气和氦气控制回路，满足单气体和混合使用要求: 主气，附气及送粉气体可根据使用不同气体要求改变气体质量流量控制器设定。

*操作控制显示屏采用10寸西门子触摸屏，控制全系统运转。触摸屏集成接口与外部计算机、打印机及网络连接。

操作控制界面

*主界面显示系统总流程。

*监测数据可在操作界面显示，温度和压力变化时，数据会随之改变。

*工作过程中可输入并可查看所用部件的参数。

控制柜

主控制柜技术参数

•电压：380VAC  50Hz  三相五线

输入功率：55kW

气体需求：

气体质量：氮气97.7%，氨气99.995%

显示操作屏控制和监测参数如下：

*粉末用量

*气体消耗量

*主气温度（加热器出口气体温度）

*加热器加热体温度

*加热器控制电源输出功率

*主气压力

*送粉气用量

*送粉气压力

*喷嘴的气体温度

*喷嘴压力

2、主加热器

主加热器温度调节

     主加热器是冷喷涂系统的核心部分。主加热器可在1一2分钟内将主气加热至8OO°C左右。采用安全保护技术保护加热器器件，避免过热损坏。

     加热器采用耐高温材料，置于隔热绝缘室内。隔热绝缘室可以保障连续工作，外壳也不会过热。

     封闭的冷却系统可避免电极过热。冷却装置将传导到电极的热量引入热交换器。保持电极电缆组件的恒温控制。

    主加热器适于连续生产。

主加热器技术参数

*加热功率：22.5kW

*加热能力（在4.5Mpa下，喷嘴直径Φ2mm时的温升）

3、喷枪和喷嘴

冷喷涂系统的重要组成是喷枪及其拉瓦尔(Laval nozzle)喷嘴。

    我公司釆用多种精密制造技术，制作成系列精度高标准喷嘴。带喷嘴的喷枪，经过长时间的使用测试，满足生产、科研等冷喷涂生产需求。标准喷嘴为一体式结构，可以快速更换喷嘴，如下图所示。

*喷枪输入侧设置主气入口、送粉气入口、测压及测温传感器，满足生产需要的气体流量、加热喷枪最大功率22.5kW。

*使用耐高温材料，保证喷枪及喷嘴有较长的使用寿命。

*根据冷喷涂工艺、材料不同选择喷枪、喷嘴和冷却附件。

*主气金属高压软管(800°C、4.5Mpa)为避免温度损失，用绝热绝缘材料包裹软管和接头等。

*送粉器通过带金属内衬的细高压软管输送粉末。

*主气和带有粉末的送粉气在喷枪预混区充分混合、预热，再被注入拉瓦尔喷嘴，并加速射向基体。

4、送粉器

送粉器

      送粉器是为冷喷系统专门研制的，送粉量采用旋转计量盘速度控制。

      送粉气流粉末经软管进入喷枪，然后注入主气喷射气流，粉末经预热室进入喷嘴压缩室的送粉气流采用质量流量控制器控制，流量稳定，很好的保证送粉精度，涂层均匀稳定。容积计量送粉量在整个喷涂过程中，粉末材料进给率变化小。

      送粉量重复性执行DIN EN1395-7标准。

送粉器技术参数：