熱阻障層

零件的熱噴霧為在該零件上施加厚且持久的金屬或陶資塗層的眾所周知方法，為的是提供熱阻障層，改善表面硬度及耐磨耗性，增進耐腐蝕性或改變原始表面的其它性質。所述主要熱噴塗工藝包括熱等離子、高速氧燃料(HVOF)、電弧噴霧及火焰噴霧。

基本介紹

• 中文名：熱阻障層
• 製備方法：零件的熱噴霧製備
• 作用1：改善表面硬度及耐磨耗性
• 作用2：增進耐腐蝕性或改變表面其它性質
• 領域：工程技術

背景技術

該噴霧廣泛用於像是起落架、軸承座圈、閥及渦輪組件的重要磨耗零件。該工藝一般涉及經完全或部分熔融的金屬、複合材料、聚合物或陶瓷液滴的沉積，其從槍或噴燈推進至該工件上。空氣冷卻經常被用於該噴霧工藝期間冷卻該零件，但是經證實在高產量、生產操作的情形中是不足的，因此，需要在通行之間的冷卻中斷時間以周期性地將該槍移離該零件使該零件有效地冷卻。此中斷噴塗模式造成時間及塗布材料損失且可能造成基材材料及其它接觸該基材的材料(例如安裝、固持及表面掩模材料)的熱降解。

就某些噴塗套用而言遮蔽該零件的某些區域(其是可能不需要塗層的)是重要的。這些區域的塗層可能是不希望的，可能會干擾該組件的機械作業，可能不需要，或可能不經濟。在這些情形中，重要的是為這些區域的塗層提供有效的阻障物。金屬板(影板(shadow plate))經常用於保護區域，比如遮蔽膠帶。

發明內容

本發明提供一種防止基材熱表面處理工藝期間 一種或更多掩模材料降解的方法，該方法包含下列步驟在基材上安裝至少一個包含一種或更多掩模材料的掩模；熱表面處理該基材表面，其提高了該基材的溫度；及利用來自被導引至該基材的至少一個冷卻裝置的低溫流體來冷卻該一種或更多掩模材料。本發明另一種方法包括下列步驟將該基材冷卻至不超過該鄰近該基材的一種或更多掩模材料的降解溫度。該冷卻步驟可為連續或間歇導引至該掩模。該冷卻裝置可為噴嘴或輸出頭(header)或其它類似用於導引冷卻劑至零件的裝置。該基材和/或該冷卻裝置和/或該熱處理裝置在該方法的期間可以單一單元的方式(舉例來說安裝在單一機械手臂上)個別和/或單獨和/或同時移動或旋轉和/或可移動或旋轉。

也提供用於執行該熱表面處理方法的設備，其包含熱處理裝置及至少一個冷卻裝置。

本發明的方法及設備是用於防止安裝在基材上的 一種或更多掩模材料的降解同時熱表面處理該基材。先前已知的工藝並無法防止該掩模的降解。

適用範圍與具體工藝

用於本發明的低溫冷卻的物質可為任何低溫流體或低溫流體的混合物，例如，氮、氦、二氧化碳或氬，但是在優選的實施方式中使用氮。該低溫流體可為氣體(蒸氣)、液體或氣-液混合物，而且任選地，可含有微細固體粒子。所述粒子可由在1大氣壓及室溫的周圍條件中熔融和/或蒸發的冰構成。所述粒子也可由在周圍條件中為固體的材料構成，例如鹽晶體或陶資氧化物。該低溫流體從冷凍噴嘴噴向該基材及掩模材料，而且如果，除了氣相之外，此噴射流含有液滴或固體粒子，則有時候將其稱為冷凍噴霧。低溫流體為在低於攝氏負150度的溫度下的流體，即低到足以迅速冷卻暴露於其下的表面。較高的冷卻劑流體溫度可以使用；然而，當該冷卻劑流體的溫度提高時，其當作冷卻劑的效力即降低。

該熱表面處理工藝為用於修飾基材表面的任何熱處理工藝。該熱表面處理工藝可為包括熱等離子、高速氧燃料(HVOF)噴霧、電弧噴霧及火焰噴霧的熱噴霧工藝。所述工藝也可能涉及化學和/或物理氣相沉積方法以及基材表面的閃光燈(flash-lamp)處理或紫外燈、輻射固化。所述熱表面處理工藝為通常在基材的至少一個小部分中加熱該基材。該基材的加熱可能或可能並非該熱表面處理工藝的預期效應。有關該熱處理(噴塗)工藝，也可被稱為零件的基材，可包含例如鐵、鎳、鋁、鈦及銅的金屬 及其合金，及具有陶瓷和有機(聚合物)材料、氧化物、氮化物、碳化物 及合成陶瓷物的複合材料，以及其與金屬及聚合物、碳與環氧的複合物、 聚合物材料、玻璃、矽及矽化合物、微孔性、多孔性及發泡材料的複合 材料、無機和有機的熔接和黃銅或固化結構等。有關熱噴塗工藝，典型
的塗布材料包括下列材料金屬、陶瓷、金屬基質及陶瓷基質複合材料、 聚合物及聚合物基質複合材料。其中最受歡迎的材料為例如WC-Co或 Cr₃C₂的碳化物硬面塗層(hardfacing coating)、基於Al₂O₃及ZrO₂的熱阻障塗層、Ni、 Ni-Al及Ni-Cr鍵塗層、NiAl、 FeAl及MoSi₂中間金 屬塗層、MCrAlY防止氧化超合金塗層、抗酸腐蝕及用於玻璃襯底修護的 Ta-塗層、抗水性腐蝕的泛用Al及Zn塗層、用於密封渦輪和泵/壓縮機葉片的Al-聚合物研磨塗層、用於導電及裝飾用途的Cu塗層以及用於無 溶劑沉積的各種尼龍和共聚物塗層。