[科普中国]-热阻障层

零件的热喷雾为在该零件上施加厚且持久的金属或陶资涂层的众所周知方法，为的是提供热阻障层，改善表面硬度及耐磨耗性，增进耐腐蚀性或改变原始表面的其它性质。所述主要热喷涂工艺包括热等离子、高速氧燃料(HVOF)、电弧喷雾及火焰喷雾。

背景技术该喷雾广泛用于像是起落架、轴承座圈、阀及涡轮组件的重要磨耗零件。该工艺一般涉及经完全或部分熔融的金属、复合材料、聚合物或陶瓷液滴的沉积，其从枪或喷灯推进至该工件上。空气冷却经常被用于该喷雾工艺期间冷却该零件，但是经证实在高产量、生产操作的情形中是不足的，因此，需要在通行之间的冷却中断时间以周期性地将该枪移离该零件使该零件有效地冷却。此中断喷涂模式造成时间及涂布材料损失且可能造成基材材料及其它接触该基材的材料(例如安装、固持及表面掩模材料)的热降解。

就某些喷涂应用而言遮蔽该零件的某些区域(其是可能不需要涂层的)是重要的。这些区域的涂层可能是不希望的，可能会干扰该组件的机械作业，可能不需要，或可能不经济。在这些情形中，重要的是为这些区域的涂层提供有效的阻障物。金属板(影板(shadow plate))经常用于保护区域，比如遮蔽胶带。1

发明内容本发明提供一种防止基材热表面处理工艺期间 一种或更多掩模材料降解的方法，该方法包含下列步骤在基材上安装至少一个包含一种或更多掩模材料的掩模；热表面处理该基材表面，其提高了该基材的温度；及利用来自被导引至该基材的至少一个冷却装置的低温流体来冷却该一种或更多掩模材料。本发明另一种方法包括下列步骤将该基材冷却至不超过该邻近该基材的一种或更多掩模材料的降解温度。该冷却步骤可为连续或间歇导引至该掩模。该冷却装置可为喷嘴或输出头(header)或其它类似用于导引冷却剂至零件的装置。该基材和/或该冷却装置和/或该热处理装置在该方法的期间可以单一单元的方式(举例来说安装在单一机械手臂上)个别和/或单独和/或同时移动或旋转和/或可移动或旋转。

也提供用于执行该热表面处理方法的设备，其包含热处理装置及至少一个冷却装置。

本发明的方法及设备是用于防止安装在基材上的 一种或更多掩模材料的降解同时热表面处理该基材。先前已知的工艺并无法防止该掩模的降解。1

适用范围与具体工艺用于本发明的低温冷却的物质可为任何低温流体或低温流体的混合物，例如，氮、氦、二氧化碳或氩，但是在优选的实施方式中使用氮。该低温流体可为气体(蒸气)、液体或气-液混合物，而且任选地，可含有微细固体粒子。所述粒子可由在1大气压及室温的周围条件中熔融和/或蒸发的冰构成。所述粒子也可由在周围条件中为固体的材料构成，例如盐晶体或陶资氧化物。该低温流体从冷冻喷嘴喷向该基材及掩模材料，而且如果，除了气相之外，此喷射流含有液滴或固体粒子，则有时候将其称为冷冻喷雾。低温流体为在低于摄氏负150度的温度下的流体，即低到足以迅速冷却暴露于其下的表面。较高的冷却剂流体温度可以使用；然而，当该冷却剂流体的温度提高时，其当作冷却剂的效力即降低。

该热表面处理工艺为用于修饰基材表面的任何热处理工艺。该热表面处理工艺可为包括热等离子、高速氧燃料(HVOF)喷雾、电弧喷雾及火焰喷雾的热喷雾工艺。所述工艺也可能涉及化学和/或物理气相沉积方法以及基材表面的闪光灯(flash-lamp)处理或紫外灯、辐射固化。所述热表面处理工艺为通常在基材的至少一个小部分中加热该基材。该基材的加热可能或可能并非该热表面处理工艺的预期效应。有关该热处理(喷涂)工艺，也可被称为零件的基材，可包含例如铁、镍、铝、钛及铜的金属 及其合金，及具有陶瓷和有机(聚合物)材料、氧化物、氮化物、碳化物 及合成陶瓷物的复合材料，以及其与金属及聚合物、碳与环氧的复合物、 聚合物材料、玻璃、硅及硅化合物、微孔性、多孔性及发泡材料的复合 材料、无机和有机的熔接和黄铜或固化结构等。有关热喷涂工艺，典型
的涂布材料包括下列材料金属、陶瓷、金属基质及陶瓷基质复合材料、 聚合物及聚合物基质复合材料。其中最受欢迎的材料为例如WC-Co或 Cr3C2的碳化物硬面涂层(hardfacing coating)、基于Al2O3及ZrO2的热阻障涂层、Ni、 Ni-Al及Ni-Cr键涂层、NiAl、 FeAl及MoSi2中间金 属涂层、MCrAlY防止氧化超合金涂层、抗酸腐蚀及用于玻璃衬底修护的 Ta-涂层、抗水性腐蚀的泛用Al及Zn涂层、用于密封涡轮和泵/压缩机叶片的Al-聚合物研磨涂层、用于导电及装饰用途的Cu涂层以及用于无 溶剂沉积的各种尼龙和共聚物涂层。1

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所