冷噴涂工藝的制作方法
【專利摘要】公開一種冷噴涂工藝。冷噴涂工藝包括相對于軸承組件定位冷噴噴嘴，使軸承組件旋轉，以及通過冷噴噴嘴將粉狀巴比合金材料引導至旋轉軸承組件的表面。粉狀巴比合金材料粘附于旋轉的軸承組件的表面，從而在表面上形成涂層。另一種冷噴涂工藝包括相對于軸承組件定位冷噴噴嘴，使冷噴噴嘴旋轉，以及通過冷噴噴嘴將粉狀巴比合金材料引導至軸承組件的表面。粉狀巴比合金材料粘附于表面，冷噴噴嘴的旋轉在表面上形成涂層。另一種冷噴涂工藝包括利用涂層監測器監測軸承組件的表面上的涂層的特性。
【專利說明】冷噴涂工藝
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及涂覆工藝。更特別地，本發明涉及冷噴涂工藝。
【背景技術】
[0002]在工業應用中使用的各種材料經受不同的一組惡劣狀況。例如，某些渦輪構件經受在熱、機械和化學方面緊迫的環境，這對構件可為有害的。通常，材料的表面設有對運行條件和預期使用特有的保護涂層。作為一個實例，渦輪軸承通常涂有保護性巴比合金材料。但是，材料的表面的涂覆可為難以控制、不可預測、耗時、占用空間且昂貴的。
[0003]典型地，在構件旋轉時，使用離心力對構件表面施加巴比合金材料。為了像這樣施加巴比合金涂層，巴比合金材料必須呈液體形式。另外，必須預加熱涂層施加于其的構件。此類技術遭受多種缺陷。此類技術需要大罐熔化的巴比合金材料，基于構件形狀在施加上受到限制，可導致在施加期間浪費巴比合金材料，可導致不佳的表面特性，可導致過多的巴比合金材料被加工掉，在施加期間可遭受相分離，需要構件的旋轉，或它們的組合。
[0004]在涂覆之后，由于構件在運行期間經受磨損，故對巴比合金材料的損壞在各種區域中發生。如果發現得早，則修復受損的巴比合金材料，以便防止對構件本身的損壞。一種示例修復方法包括剝去巴比合金材料，使構件的表面準備好重新施加液體巴比合金，隨后加工，或它們的組合。此類方法為耗時的，可為昂貴的，可導致構件受損，在施加和加工期間可導致進一步浪費巴比合金材料，或它們的組合。
[0005]不遭受以上缺陷的涂覆工藝和經涂覆物品在本領域中將為合乎需要的。
【發明內容】
[0006]在實施例中，一種用于使用冷噴噴嘴來推動粉狀巴比合金材料的冷噴涂工藝包括相對于軸承組件定位冷噴噴嘴，使軸承組件旋轉，以及通過冷噴噴嘴將粉狀巴比合金材料引導至旋轉的軸承組件的表面。粉狀巴比合金材料粘附于旋轉的軸承組件的表面，從而在旋轉的軸承組件的表面上形成涂層。
[0007]在另一個實施例中，一種用于使用冷噴噴嘴來推動粉狀巴比合金材料的冷噴涂工藝包括相對于軸承組件定位冷噴噴嘴，使冷噴噴嘴旋轉，以及通過冷噴噴嘴將粉狀巴比合金材料引導至軸承組件的表面。粉狀巴比合金材料粘附于軸承組件的表面，冷噴噴嘴的旋轉在軸承組件的表面上形成涂層。
[0008]在另一個實施例中，一種用于使用冷噴噴嘴來推動粉狀巴比合金材料的冷噴涂工藝包括相對于軸承組件定位冷噴噴嘴，使冷噴噴嘴和軸承組件相對于彼此旋轉，通過冷噴噴嘴將粉狀巴比合金材料引導至軸承組件的表面，使粉狀巴比合金材料粘附于軸承組件的表面，巴比合金材料的粘附在軸承組件的表面上形成涂層，利用涂層監測器監測軸承組件的表面上的涂層的一個或更多個特性，將來自涂層監測器的第一信號傳送至涂層分析器，利用涂層分析器分析來自涂層監測器的第一信號，將來自涂層分析器的第二信號發送至涂層控制裝置，以及響應于第二信號，利用涂層控制裝置配置冷噴噴嘴。
[0009]一種用于使用冷噴噴嘴來推動粉狀巴比合金材料的冷噴涂工藝，冷噴涂工藝包括:相對于軸承組件定位冷噴噴嘴；使軸承組件旋轉；以及通過冷噴噴嘴將粉狀巴比合金材料引導至旋轉軸承組件的表面；其中，粉狀巴比合金材料粘附于旋轉軸承組件的表面，從而在旋轉軸承組件的表面上形成涂層。
[0010]優選地，軸承組件是半軸承。
[0011]優選地，軸承組件是全軸承。
[0012]優選地，冷噴涂工藝進一步包括修復受損的軸承組件。
[0013]優選地，冷噴涂工藝進一步包括重新涂覆軸承組件的表面。
[0014]優選地，軸承組件的表面在重新涂覆之前未剝去。
[0015]優選地，軸承組件的表面包括涂層減少的區域。
[0016]優選地，冷噴涂工藝進一步包括使涂層均勻地分配在旋轉軸承組件的表面上。
[0017]優選地，涂層在安裝之前未經加工。
[0018]優選地，冷噴涂工藝進一步包括以電子的方式監測涂層的一個或更多個特性。
[0019]優選地，冷噴涂工藝進一步包括實時監測涂層的厚度。
[0020]優選地，冷噴涂工藝進一步包括以電子的方式控制冷噴噴嘴。
[0021]優選地，冷噴涂工藝進一步包括相對于軸承組件定位的多個冷噴噴嘴。
[0022]優選地,粉狀巴比合金材料包括錫、銅、鉛或它們的組合。
[0023]優選地，在引導粉狀金屬材料通過冷噴噴嘴之前不需要錫施加。
[0024]優選地，使軸承組件旋轉以介于大約0.5轉每分鐘和5轉每分鐘之間的旋轉速度提供。
[0025]優選地，粉狀巴比合金材料按重量計具有選自由下者組成的成分組的成分:大約90%的錫和大約10%的銅；大約89%的錫、大約7%的銻和大約4%的銅；大約80%的鉛、大約15%的銻和大約5%的錫；大約76%的銅和大約24%的鉛；大約75%的鉛和大約10%的錫；大約67%的銅、大約28%的錫和大約5%的鉛；以及它們的組合。
[0026]一種用于使用冷噴噴嘴來推動粉狀巴比合金材料的冷噴涂工藝，冷噴涂工藝包括:相對于軸承組件定位冷噴噴嘴；使冷噴噴嘴旋轉；以及通過冷噴噴嘴將粉狀巴比合金材料引導至軸承組件的表面；其中，粉狀巴比合金材料粘附于軸承組件的表面，冷噴噴嘴的旋轉在軸承組件的表面上形成涂層。
[0027]一種用于使用冷噴噴嘴來推動粉狀巴比合金材料的冷噴涂工藝，冷噴涂工藝包括:相對于軸承組件定位冷噴噴嘴；使冷噴噴嘴和軸承組件相對于彼此旋轉；通過冷噴噴嘴將粉狀巴比合金材料引導至軸承組件的表面；將粉狀巴比合金材料粘附于軸承組件的表面，巴比合金材料的粘附在軸承組件的表面上形成涂層；利用涂層監測器監測軸承組件的表面上的涂層的一個或更多個特性；將來自涂層監測器的第一信號傳送至涂層分析器；利用涂層分析器分析來自涂層監測器的第一信號；將來自涂層分析器的第二信號發送至涂層控制裝置；以及響應于第二信號，利用涂層控制裝置來配置冷噴噴嘴。
[0028]優選地，冷噴噴嘴的操縱包括旋轉速度、粉狀巴比合金材料的分配、被推動的粉狀巴比合金材料的量，以及粉狀巴比合金材料的噴射型式。
[0029]從結合附圖進行的優選實施例的以下更詳細的描述，本發明的其它特征和優點將為顯而易見的，該附圖經由實例示出本發明的原理。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]圖1是根據本發明的實施例的定位在軸承內的冷噴噴嘴的透視圖。
[0031]圖2是根據本發明的實施例的定位在軸承內的多個冷噴噴嘴的透視圖。
[0032]在可能的地方，相同的附圖標記將遍及附圖用于表示相同的部件。
【具體實施方式】
[0033]提供涂覆工藝。與未使用本文公開的特征中的一個或更多個的工藝和物品相比，本公開的實施例減少涂覆后加工，提高涂覆均勻性，提高涂覆效率，或它們的組合。
[0034] 參照圖1，在一個實施例中，冷噴設備100包括相對于軸承組件101定位的冷噴噴嘴102。軸承組件101包括任何類型的軸承，諸如(但不限于)燃氣渦輪軸承、全軸承、半軸承、受損軸承，或它們的組合。粉狀巴比合金材料103通過冷噴噴嘴102引導至軸承組件101的表面104。表面104包括(但不限于)經涂覆的表面、受損表面、未經涂覆的表面、具有涂層減少的區域的表面，或它們的組合。冷噴噴嘴102將粉狀巴比合金材料103推動至軸承組件101的表面104。粉狀巴比合金材料103粘附至軸承組件101的表面104，在表面104上形成涂層105。在一個實施例中，涂層105是軸承組件101的表面104的二次涂層。在又一個實施例中，軸承組件101的表面104在重新涂覆之前未被剝去。
[0035]在一個實施例中，以電子的方式監測涂層105的特性，并且通過調節冷噴噴嘴102來控制涂層105的特性。涂層105的特性包括(但不限于)厚度、分配或它們的組合。對冷噴噴嘴102的調節包括(但不限于)旋轉速度、粉狀巴比合金材料103的分配、被推動的粉狀巴比合金材料103的量、粉狀巴比合金材料103的噴涂型式，或它們的組合。
[0036]在一個實施例中，涂層監測器110實時獲取對應于涂層105的至少一個特性的信息120。涂層監測器110通過能夠實時地測量涂層105的任何適當的特性的任何適當的方法來獲取信息120。測量涂層105的至少一個特性的適當方法包括(但不限于)可見光測量(諸如白光/藍光)、激光厚度測量、溫度測量，或它們的組合。用于測量的涂層105的適當特性包括(但不限于)厚度、溫度、密度，或它們的組合。
[0037]涂層監測器110基于涂層105的特性而產生第一信號121，并且將第一信號121發送至涂層分析器112。涂層分析器112接收第一信號121，分析涂層105的特性，并且產生第二信號122。涂層分析器112將第二信號122發送至涂層控制裝置114。第二信號122包括用于調節冷噴噴嘴102的信息，以基于由涂層監測器110實時地獲取的涂層105的特性，形成期望的最終涂層。響應于第二信號122，涂層控制裝置114通過改變冷噴噴嘴102的涂覆參數或設定，或者保持冷噴噴嘴102的涂覆參數或設定，來配置冷噴噴嘴102。能夠改變的適當的涂覆參數包括冷噴噴嘴102的速度、氣體流量、涂覆路徑，或它們的組合。在涂層控制裝置114調節冷噴噴嘴102之后，涂層監測器110繼續獲取關于涂層105的特性的信息120，從而形成連續環路。
[0038]在一個實施例中，涂層控制裝置114調節冷噴噴嘴102，以形成涂層105的均勻分配。在一個實施例中，涂層控制裝置114調節冷噴噴嘴102，以保持涂層105的合乎需要的厚度。與用離心涂覆形成的涂層相比，涂層105的合乎需要的厚度減小。減小涂層105的厚度消除過度涂覆，以及/或者為了完成涂層105而進行加工的需要。在一個實施例中，涂層控制裝置114使冷噴噴嘴102指向軸承組件101的受損區域。
[0039]冷噴設備100通過在沒有對粉狀巴比合金材料103的顯著熱輸入的情況下沖擊粉狀巴比合金材料103，來在表面104上形成涂層105。冷噴涂工藝100大致保持了粉狀巴比合金材料103的相和顯微結構。在一個實施例中，冷噴(步驟304)包括例如基于下面的關于會聚-擴散噴嘴的公式，使粉狀巴比合金材料103加速至至少預定的速度或速度范圍:
在公式I中，“A”是冷噴噴嘴102的出口的面積，而“A*”是冷噴噴嘴102的喉部的面積。“Y”是使用的工藝氣體的CP/CVK (Cp是恒定壓力下的比熱，而Cv是恒定體積下的比熱)。氣體流參數取決于A/A*的比。當冷噴噴嘴102在扼流條件下運行時，出口氣體速度馬赫數(M)能夠由公式I確認。“ Y ”值較大的氣體導致較大的馬赫數。粉狀巴比合金材料103以預定速度或速度范圍沖擊軸承組件101的表面104，并且粉狀巴比合金材料103結合于軸承組件101的表面104，以形成涂層105。
[0040]冷噴噴嘴102定位成離軸承組件101的表面104預定距離，例如，介于大約10 mm和大約150 mm之間，介于大約10 mm和大約50 mm之間，介于大約50 mm和大約100 mm之間，介于大約10 mm和大約30 mm之間，介于大約30 mm和大約70 mm之間，介于大約70 mm和大約100 mm之間，或它們的任何適當的組合或子組合。在一個實施例中，冷噴噴嘴102定位在軸承組件101的中心。定位在軸承組件101的中心的冷噴噴嘴102旋轉就位，從而在整個360°旋轉中在冷噴噴嘴102和表面104之間提供相等的距離。在一個實施例中，冷噴噴嘴102在軸承組件101內形成同心布置。處于同心布置的冷噴噴嘴102在軸承組件101內按圓形移動，使得在整個360°移動中，保持冷噴噴嘴102和表面104之間的距離。
[0041]在一個實施例中，巴比合金材料是形成表面層的金屬基質。金屬基質是具有擴散在金屬中的晶體的復合物。在一個實施例中，使用巴比合金材料作為軸承組件101的表面104的保護涂層和/或潤滑劑。晶體與金屬相比相對硬，并且形成表面層的非潤滑部分。巴比合金材料包括(但不限于)錫、銅、鉛或它們的組合。巴比合金材料的適當的成分包括(但不限于)90%的錫和10%的銅；89%的錫、7%的銻和4%的銅；80%的鉛、15%的銻和5%的錫;76%的銅和24%的鉛；75%的鉛和10%的錫；67%的銅、28%的錫和5%的鉛；或它們的組合。對于包括錫的巴比合金材料成分，由于使用軸承組件101而產生的摩擦產生熱，該熱使巴比合金材料中的錫熔化。熔化的錫形成用于保護軸承組件101的表面104的潤滑劑。
[0042]在一個實施例中，軸承組件101在冷噴噴嘴102保持固定時旋轉106。軸承組件101在噴射粉狀巴比合金材料103時旋轉106在表面104上面形成成圓條的涂層105。在一個實施例中，冷噴噴嘴102在軸承組件101保持固定時旋轉107。冷噴噴嘴102在噴射粉狀巴比合金材料103時旋轉107在表面104上面形成成圓條的涂層105。
[0043]在一個實施例中，冷噴噴嘴102以覆蓋軸承組件101的高度109的一部分的型式推動粉狀巴比合金材料103。冷噴噴嘴102或軸承組件101旋轉一周在軸承組件101的表面104上形成成圓條的涂層105。相對于軸承組件101的高度109來調節冷噴噴嘴102，并且粉狀巴比合金材料103推動至軸承組件101的未經涂覆的部分108。冷噴噴嘴102或軸承組件101旋轉一周，從而形成另一個成圓條的涂層105。重復調節冷噴噴嘴和形成成圓條的涂層105，直到表面104以涂層105來充分覆蓋。
[0044]參照圖2，在一個實施例中，多個冷噴噴嘴102相對于軸承組件101定位。冷噴噴嘴102中的各個以覆蓋軸承組件101的高度109的一部分的型式推動粉狀巴比合金材料103。冷噴噴嘴102的數量的增加會增加在單周旋轉期間以涂層105來覆蓋的高度109的部分。
[0045]備選冷噴設備100包括相對于軸承組件101定位的第一冷噴噴嘴202和第二冷噴噴嘴204。第一冷噴噴嘴202和第二冷噴噴嘴204兩者將粉狀巴比合金材料103推動至軸承組件101的表面104。第一冷噴噴嘴202在第一位置處形成第一成圓條207的涂層105，而第二冷噴噴嘴204在第二位置處形成第二成圓條209的涂層105。第一位置和第二位置相對于軸承組件101的高度109類似、大致類似或不同。在一個實施例中，第一冷噴噴嘴202和第二冷噴噴嘴204隔開180°面向，使得使噴嘴180°旋轉在軸承組件101的360°表面104上面形成涂層105。在另一個實施例中，對第一冷噴噴嘴202和第二冷噴噴嘴204提供單獨的饋送器。單獨的饋送器容許同時推送不同的材料組合，從而在涂層105中形成復合物或梯度。另外，單獨的饋送器容許根據巴比合金材料的厚度來改變涂層105的化學性質。
[0046]在一個實施例中,旋轉速度包括(但不限于)介于大約0.5轉每分鐘(RPM)和大約5 RPM之間，介于大約I RPM和大約3 RPM之間，介于大約2 RPM和大約4 RPM之間，或者它們的任何組合、子組合、范圍或子范圍。涂層105的適當的厚度包括(但不限于)介于大約I密耳和大約2000密耳之間，介于大約I密耳和大約500密耳之間，介于大約10密耳和大約500密耳之間，介于大約20密耳和大約400密耳之間，介于大約30密耳和大約200密耳之間，介于大約40密耳和大約100密耳之間，或者它們的任何適當的組合或子組合。
[0047]雖然已參照優選實施例描述本發明，但本領域技術人員將理解，可作出各種變化，并且等同物可代替其元素，而不背離本發明的范圍。另外，可作出許多修改以使特定的情況或材料適應本發明的教導而不背離其基本范圍。因此，意圖是，本發明不限于公開為設想用于執行本發明的最佳模式的特定實施例，而是本發明將包括落入所附權利要求的范圍內的所有實施例。。
【權利要求】
1.一種用于使用冷噴噴嘴來推動粉狀巴比合金材料的冷噴涂工藝，所述冷噴涂工藝包括: 相對于軸承組件定位所述冷噴噴嘴； 使所述軸承組件旋轉；以及 通過所述冷噴噴嘴將所述粉狀巴比合金材料引導至所述旋轉軸承組件的表面； 其中，所述粉狀巴比合金材料粘附于所述旋轉軸承組件的表面，從而在所述旋轉軸承組件的表面上形成涂層。
2.根據權利要求1所述的冷噴涂工藝，其特征在于，所述軸承組件是半軸承。
3.根據權利要求1所述的冷噴涂工藝，其特征在于，所述軸承組件是全軸承。
4.根據權利要求1所述的冷噴涂工藝，其特征在于，進一步包括修復受損的軸承組件。
5.根據權利要求1所述的冷噴涂工藝，其特征在于，進一步包括重新涂覆所述軸承組件的表面。
6.根據權利要求5所述的冷噴涂工藝，其特征在于，所述軸承組件的表面在重新涂覆之前未剝去。
7.根據權利要求5所述的冷噴涂工藝，其特征在于，所述軸承組件的表面包括涂層減少的區域。
8.根據權利要求1所述的冷噴涂工藝，其特征在于，進一步包括使所述涂層均勻地分配在所述旋轉軸承組件的表面上。
9.根據權利要求1所述的冷噴涂工藝，其特征在于，所述涂層在安裝之前未經加工。
10.根據權利要求1所述的冷噴涂工藝，其特征在于，進一步包括以電子的方式監測所述涂層的一個或更多個特性。
【文檔編號】C23C24/02GK104178760SQ201410220528
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年5月23日 優先權日:2013年5月24日
【發明者】G.A.拉姆伯頓, K.B.莫雷, A.B.韋特內伊 申請人:通用電氣公司