一体化熔-喷设备及工艺 【技术领域】
本发明涉及表面工程改性领域，具体地说是一体化熔-喷设备及工艺，通过其对工程构件进行表面改性加工或修复。背景技术
我们知道，目前，表面工程是一门综合性的新型学科，由于具有极强的应用价值和重大的经济效益及社会效益，因此国内外对此极为重视，投入了大量的人力、物力和财力进行研究及开发，有力地促进了表面工程技术的迅速发展，使新的表面改性技术在不断出现，从而造福于人类。与本发明相关的技术是电弧堆焊技术、喷涂技术、熔敷技术及粉末冶金技术。
电弧堆焊技术不论从工艺和材料方面都比较成熟，已得到了广泛的应用。电弧堆焊技术是将所需的材料利用焊接的方式堆焊在金属表面，最大的优点是，由于改性层与母材为冶金结合，所以强度高，但在堆焊过程中，由于热输入量大，会使工件产生较大的变形，而且会引起热影响区组织的变化。另外对(如化合物、金属陶瓷、陶瓷、硬质合金等)不易导电的材料及难熔材料进行堆焊会受到一定的限制。
喷涂技术发展比较快，在方法、设备、工艺及材料方面，目前仍处于研究及开发应用阶段。喷涂技术原则上可将任何材料喷涂到工件上，由于涂层与母材的结合主要靠机械结合，结合强度较低，而且随着涂层材料种类的不同，涂层厚度会受到一定的限制，因此对新材料的推广和应用带来了一定的困难。
粉末冶金技术，目前是比较热门的一项课题，很多人在进行这方面的工作。熔敷技术是将涂层重熔的一种技术，可提高涂层的结合强度及致密性，但对于高熔点及互溶性较差的材料进行重熔比较困难。
如上几种表面工程技术，由于本身的加工工艺所限，在应用方面具有很大的局限性。经《科技查新报告》检索，在国内外还未发现有关一体化熔-喷技术方面地研究成果及资料报道。发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种新型表面改性技术的设备及工艺，该设备构造合理，工艺操作性能强，操作灵活方便，安全可靠，自动化程度高，适用范围广，涂层具有高结合强度、高耐磨性、抗冲击、抗腐蚀、耐高温、致密均匀的特点。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种一体化熔-喷设备，其特征在于：其主要由主电源和辅助电源、冷却系统、工作气体系统、控制系统、熔-喷枪体组成，主电源主要为等离子弧提供能源，辅助电源为控制系统及其它系统提供能源，冷却系统用于冷却熔-喷枪体和压缩等离子弧，工作气体氩气或氮气作为离子气体，氢气作辅助气体，控制系统采用计算机控制，按照熔-喷工艺要求，通过程序控制实现自动化操作，熔-喷枪体采用双弧结构形式。
本发明一体化熔-喷工艺，其特征是：(1)对工件表面进行粗化和净化，(2)选择好所需要的涂层粉末材料，(3)调好设备的送粉率和等离子弧温度、压力、熔-喷速度等各种参数，(4)进行熔-喷加工，使涂层和基材熔融为一体，(5)对涂层进行成型加工。
本发明由于采用上述设备和工艺，对照现有技术，其设备构造合理，工艺操作灵活方便，安全可靠，自动化程度高，涂层具有高结合强度、高耐磨性、抗冲击、抗腐蚀、耐高温、致密均匀的优良性能。具有堆焊、粉末冶金、喷涂、熔敷等技术的综合特点，应用领域和应用范围极广，不仅能用于机械设备的表面改性和废旧产品的修复，而且还可以应用于某些新产品的制造。附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明设备的结构示意框图。具体实施方式
本发明一体化熔-喷设备整机结构示意图见图1所示。该设备主要用于各种金属、难熔合金、化合物、陶瓷等粉末材料的熔-喷涂层加工，设备是采用高能束等离子弧作热源，来完成熔焊、喷涂、重熔同时进行的熔-喷工艺加工技术，为了能满足不导电涂层材料熔-喷加工工艺，熔-喷设备设计为等离子弧非转移类型。
整套设备主要由主电源和辅助电源、冷却系统、工作气体系统、控制系统、熔-喷枪体等组成。主电源主要为等离子弧提供能源。辅助电源为控制系统及其它系统提供能源。冷却系统用于冷却熔-喷枪体和压缩等离子弧。工作气体有主气体(氩气或氮气)，作为离子气体，辅助气体为氢气，起增加电弧温度的作用。控制系统采用计算机控制，按照熔-喷工艺要求，通过程序控制实现自动化操作。该设备还设有手动操作功能。熔-喷枪体是最关键和最主要的组成部分，该枪最关键的技术是采用双弧结构形式。
该设备操作程序如下：(1)打开电源、供气源、冷却水源、装好熔-喷涂层粉末材料；(2)放置好熔-喷工件；(3)调好设备的各种参数(电压、电流、主气和辅助气体的流量、喷涂粉末的送粉速度及载流气体流量)；(4)检查准备工作是否就绪；(5)开机进行熔-喷涂层的加工。
本发明一体化熔-喷工艺是：(1)对工件表面进行粗化和净化，(2)选择好所需要的涂层粉末材料，(3)调好设备的送粉率和等离子弧温度、压力、熔-喷速度等各种参数，(4)进行熔-喷加工，使涂层和基材熔融为一体，(5)对涂层进行成型加工。熔-喷工艺的最终目的是使涂层和基材熔融为一体，形成冶金结合的机制，提高涂层的结合强度。对涂层进行重熔，提高涂层的致密度。涂层的熔-喷工艺技术是根据涂层材料的种类不同而定，主要是根据涂层材料的性质，来确定熔-喷的工艺参数及操作技术。熔-喷技术的关键在于：(1)选好涂层材料；(2)调好设备的各种参数；保证合适的送粉率和等离子弧温度；(3)掌握好熔-喷过程的操作技术，如熔-喷角度、枪嘴与工件的距离、熔-喷速度等。
本发明具有以下特点：
1.只要能进行堆焊的母材都可以进行熔-喷，凡是能进行喷涂的金属材料、化合物材料、陶瓷材料等，都可以作为熔-喷涂层材料。这种技术具有堆焊、粉末冶金、喷涂、熔敷等综合性能的特点。
2.结合强度可达到材料本身堆焊技术的冶金结合的性能指标。
3.涂层的组织结构和致密度能达到熔敷技术和粉末冶金技术的效果。
4.涂层厚度一般不会受到熔-喷工艺的限制。
5.涂层不会改变本身材料的性能和功能。
6.一体化熔-喷技术能方便地加工成性能不同的梯度涂层或复合涂层。
7.对硬质合金、陶瓷、难熔金属及特殊功能的材料应用的拓宽。
8.根据不同涂层材料的选择和对构件表面改性的具体要求，可加工成结合强度高、组织结构均匀致密、耐腐蚀、耐磨损、耐高温、抗氧化、抗冲击、抗疲劳性好、导电或绝缘及其它特殊功能的涂层。
9.该技术凡是喷涂及堆焊所应用的领域均适用。应用范围十分广泛，应用市场及前景非常可观。可在各个领域里得到应用。
10.一体化熔-喷设备系列产品，熔焊和喷涂实现了同时进行的一体化加工工艺，操作灵活方便，安全可靠，自动化程度高等特点。
实施例1：以切削加工刀具制造为例，刀体材料选用45#钢，刀刃选用WC硬质合金粉末喷涂材料，加工工艺首先准备刀刃所用的喷涂材料；调试一体化熔-喷设备的各项工艺参数；刀刃成型模与刀体的装配；进行熔-喷加工；熔-喷后质量检验；刀具的后序成型加工及检验；包装入库；成品销售。
实施例2：以″仿人体关节熔-喷技术″为例，仿人体关节主要用于人体内关节坏死后需要代替的再植品，根据身体的生理要求，目前国内外多采用钛合金制作人体关节的材料，但由于钛合金与肉体长合不理想，所以需要在钛合金表面制作一层能与肌肉长合良好的材料，经临床实验研究，羟基磷灰石是目前最佳首选材料。采用一体化熔-喷技术，提高了涂层的结合强度，保证了涂层表面均匀的孔隙率，提高了产品质量的安全性和可靠性，制作效率高，熔-喷后的产品不再需要后序加工，从而降低了生产成本。