适用于热喷涂涂层的真空封孔设备及封孔方法

摘要

本发明公开了一种适用于热喷涂涂层的真空封孔设备，用于对涂层部件的热喷涂涂层进行封孔，所述真空封孔设备包括容器、与所述容器连通的封孔剂贮存罐、热水罐以及真空泵，所述容器包括下方的盒体以及上方的封盖，盒体的侧壁上开设有第一开口、第二开口以及第三开口，盒体的底部开设有第四开口和第五开口，所述封孔剂贮存罐与所述容器通过所述第二开口和第四开口连通，所述热水罐和容器通过所述第三开口和第五开口连通，所述真空泵通过所述第一开口与所述容器连通。本申请的适用于热喷涂涂层的真空封孔设备，在进行封孔时，封孔剂的渗透深度深；且采用了热水循环清洗和固化，提高了涂层封孔效率；能够实现批量自动化封孔流水线，提高了热喷涂生产效率。

说明书

技术领域

本发明属于封孔技术领域，具体涉及一种适用于热喷涂涂层的真空封孔设备以及采用该封孔设备进行涂层部件封孔的方法。

背景技术

热喷涂技术是利用热源将喷涂材料加热到熔化或半熔化状态，并以一定的速度喷射沉积到经过预处理的基体表面形成涂层的方法，赋予基体表面特殊的性能。

热喷涂涂层是由相互叠加的微粒构成，叠加的微粒之间必然存在孔隙，这些孔隙缺陷是腐蚀介质快速扩散的通道，显著降低涂层的抗腐蚀性能。尤其是贯穿性孔隙的存在，使得腐蚀介质有可能通过孔隙到达被保护基体的表面，使涂层与基体发生化学或电化学侵蚀，腐蚀产物在界面积累，使热喷涂涂层龟裂、剥落，最终导致涂层失效。

解决热喷涂涂层存在孔隙的主要途径是采用封孔技术，即将封孔剂(一般为有机材料油状物)涂覆并渗入热喷涂涂层，填塞热喷涂涂层的孔隙，从而实现对热喷涂涂层的封孔处理。

然而，目前的涂层封孔领域存在两个亟待解决的问题：

一、受限于有机物的结构稳定性，纯有机物组分的封孔剂服役温度有限(一般<300℃)。

二、传统的封孔方法为常压刷涂式，即在常压环境下，手工把有机封孔剂均匀刷涂到涂层表面，由封孔剂依靠自身流动性渗透进入涂层孔隙。常压刷涂式封孔工艺有如下缺点：

(1)常压刷涂式封孔工艺存在的技术缺陷：

常压刷涂式封孔工艺存在封孔剂渗透深度浅和封孔剂渗透深度不均匀两大缺点，制约了涂层服役寿命。涂层服役期间，涂层表面将持续受到介质的磨损，一旦磨损量超过封孔剂渗透深度，涂层内部微粒之间的孔隙就暴露在介质环境中，腐蚀介质就可通过孔隙到达被保护基体，涂层就很容易发生剥落，就失去了抗腐蚀或者密封的效果。

1、封孔剂渗透深度浅：常压刷涂工艺下封孔剂靠自身流动性渗透进入涂层表面的微小孔隙中，因孔隙中残留有空气，以及封孔剂自身流动性能有限，封孔剂只能渗透到涂层浅表面，一般渗透深度约为20μm。

一般工业经验表明，在常规介质环境中运转的转动机械设备，其转动部件表面涂层服役时间一般为1-3年即可能脱落，封孔工艺控制不当的涂层服役1年即脱落失效。

2、封孔剂渗透深度不均匀：常压刷涂工艺为人为手工操作，操作者的经验和熟练程度、涂层表面几何形状都影响到封孔剂刷涂的均匀性。如果涂覆层厚度不均，有可能导致在薄涂覆层的部位，封孔剂渗透的渗透深度浅于其他部位。工业经验表明，刷涂式工艺下的渗透深度最浅深度比最深深度小50％。渗透浅薄部位成为涂层服役寿命的薄弱点，影响到涂层寿命。

(2)常压刷涂式封孔工艺生产效率低，体现在两个方面：

1、封孔剂固化时间长：封孔剂固化时间指封孔剂刷涂到涂层表面至封孔剂在涂层孔隙中凝固所需的时间。

常压刷涂式封孔工艺依靠的是封孔剂自身流动性渗透进入涂层孔隙，而封孔剂流动性一般较差，封孔剂流动进入和填充孔隙的动态过程耗时很长。工业经验表明，固化时间至少需要24小时。

2、难以自动化：如上所述，刷涂式封孔工艺为手工操作活动，必须依靠有经验的人员按件手工施工，目前工业上没有实现自动化工艺，制约了大规模、批量化进行高效热喷涂施工的活动。

发明内容

有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷和达到上述目的，本发明的目的是提供一种适用于热喷涂涂层的真空封孔设备，采用该真空封孔设备进行热喷涂涂层的封孔，封孔剂的渗透深度深，封孔效果好。

为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种适用于热喷涂涂层的真空封孔设备，用于对涂层部件的热喷涂涂层进行封孔，所述真空封孔设备包括容器、与所述容器连通的封孔剂贮存罐、热水罐以及真空泵，所述容器包括下方的盒体以及上方的封盖，盒体的侧壁上开设有第一开口、第二开口以及第三开口，盒体的底部开设有第四开口和第五开口，所述封孔剂贮存罐与所述容器通过所述第二开口和第四开口连通，所述热水罐和容器通过所述第三开口和第五开口连通，所述真空泵通过所述第一开口与所述容器连通，所述真空泵用于使得所述热喷涂涂层的孔隙内形成负压使得封孔剂进入所述孔隙内。

根据本发明的一些优选实施方面，所述第一开口、第二开口位于同一侧壁上，且所述第二开口的高度低于第一开口的高度，所述第三开口位于相对的另一侧壁上。

根据本发明的一些优选实施方面，包括加压泵，所述第一开口上连通有加压管道和真空管道，所述加压管道上设置有加压泵和第一隔离阀，所述真空管道上设置有真空泵和第二隔离阀。

根据本发明的一些优选实施方面，所述封孔剂贮存罐上具有设置在其侧壁上的第六开口和设置在底部上的第七开口，所述第六开口与所述第二开口之间设置有封孔剂输送管道，所述第七开口与所述第四开口之间设置有封孔剂回流管道。

根据本发明的一些优选实施方面，所述封孔剂输送管道上设置有封孔剂输送泵和第三隔离阀，所述封孔剂回流管道上设置有第四隔离阀。

根据本发明的一些优选实施方面，所述热水罐上具有设置在其侧壁上的第八开口和设置在底部上的第九开口，所述第九开口和所述第五开口之间设置有热水输送管道，所述第八开口与所述第三开口之间设置有热水回流管道。

根据本发明的一些优选实施方面，所述热水输送管道上设置有热水循环泵和第五隔离阀，所述热水回流管道上设置有第六隔离阀。

本发明还提供了一种热喷涂涂层的封孔方法，包括如下步骤：将具有热喷涂涂层的涂层部件放置于密闭容器中，向所述密闭容器内加入封孔剂并使所述封孔剂充满整个密闭容器，控制所述密闭容器为负压状态以使得所述封孔剂流入涂层内部的孔隙；排出密闭容器内的封孔剂，并对涂层部件进行清洗，取出涂层部件晾干。

根据本发明的一些优选实施方面，所述封孔方法还包括在排出密闭容器内封孔剂之前的加压步骤，具体包括如下步骤：恢复密闭容器内的压力为常压后对所述密闭容器进行加压，并维持一定的时间。即在负压后还有正压的过程，进一步使得封孔剂更好的进入涂层的孔隙中。

根据本发明的一些优选实施方面，所述清洗为向所述密闭容器内加入水并进行循环清洗，所述水的温度不低于85℃，以更好地清洗涂层部件表面残留的封孔剂，同时封孔剂中的有机成分在85℃以上的温度环境下凝固固化，填满涂层中的孔隙。

在本发明的一些实施例中，封孔方法具体包括如下步骤：

A.将待封孔的涂层部件放置于密闭容器。

B.向密闭容器中送入前述的液态封孔剂。

C.从密闭容器的顶部抽出容器内空气，最终封孔剂充满整个密闭容器，并维持容器为负压状态，负压维持在0～10pa(绝对压力)，维持时间20～30min。负压状态能够抽出孔隙内的空气，有助于封孔剂流入涂层内部的孔隙，并达到更深的渗透深度。

D.连通容器与大气，恢复密闭容器内的压力为常压。

E.从密闭容器的顶部向密闭容器内部打压，压力维持在6～50bar(绝对压力)，维持时间20～30min。加压进一步强制推动封孔剂进入涂层内部孔隙，并达到更深的渗透深度。

F.排出密闭容器内的封孔剂。

G.将密闭容器与热水罐相连通，热水循环10～15min左右，清洗涂层部件表面沾附的残余封孔剂，热水温度不低于85℃。且在高温水加热下，留在涂层孔隙中的封孔剂凝固并填满孔隙。

H.取出涂层部件晾干。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：本申请的适用于热喷涂涂层的真空封孔设备，在进行封孔时，使得封孔剂能够达到全涂层厚度的渗透填充或大于100um的渗透厚度，渗透深度深；且采用了热水循环清洗和固化，大大提高涂层封孔效率；能够实现批量自动化封孔流水线，大大提高热喷涂生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明优选实施例中真空封孔设备的示意图；

其中：1容器的盒体，2容器的封盖，3封孔剂，41第一开口，42第二开口，43第三开口，44第四开口，45第五开口，46第六开口，47第七开口，48第八开口，49第九开口，51第一隔离阀，52第二隔离阀，53第三隔离阀，54第四隔离阀，55第五隔离阀，56第六隔离阀，6封孔剂贮存罐，7封孔剂输送泵，8热水罐，9加热器，10温度计，11热水，12流量计，13压力表，14加压泵，15真空泵，16加压管道，17真空管道，18封孔剂输送管道，19封孔剂回流管道，20热水输送管道，21热水回流管道，22热水循环泵。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例一封孔设备

本实施例中的适用于热喷涂涂层的真空封孔设备，用于对涂层部件的热喷涂涂层进行封孔。参见图1，真空封孔设备包括容器、与容器连通的封孔剂贮存罐6、热水罐8以及真空泵15和加压泵14，容器包括下方的盒体1以及上方的封盖2，盒体1的侧壁上开设有第一开口41、第二开口42以及第三开口43，盒体1的底部开设有第四开口44和第五开口45。第一开口41、第二开口42位于同一侧壁上，且第二开口42的高度低于第一开口41的高度，第三开口43位于相对的另一侧壁上。

封孔剂贮存罐6上具有设置在其侧壁上的第六开口46和设置在底部上的第七开口47，第六开口46与第二开口42之间设置有封孔剂输送管道18，第七开口47与第四开口44之间设置有封孔剂回流管道19。封孔剂输送管道18上设置有封孔剂输送泵7和第三隔离阀53，封孔剂回流管道19上设置有第四隔离阀54。

热水罐8上具有设置在其侧壁上的第八开口48和设置在底部上的第九开口49，第九开口49和第五开口45之间设置有热水输送管道20，第八开口48与第三开口43之间设置有热水回流管道21。热水输送管道20上设置有热水循环泵22和第五隔离阀55，热水回流管道21上设置有第六隔离阀56。

热水罐8上还设置有加热器9和温度计10，以进一步控制热水11的温度。热水回流管道21上设置有流量计12，控制热水11循环时的水流量。

第二开口42上连通有加压管道16和真空管道17，加压管道16上设置有加压泵14和第一隔离阀51，真空管道17上设置有真空泵15和第二隔离阀52，加压管道16和真空管道17的尾端均与大气连通。

容器还设置有压力表13，通过压力表13实时观察容器内的压力。且该压力表13与加压泵14和真空泵15连通，以通过加压泵14和真空泵15对容器内的压力进行控制。

实施例二封孔方法

本实施例提供了基于实施例1的封孔设备进行热喷涂涂层部件的封孔方法，具体包括如下步骤：

A.将待封孔的涂层部件放置于容器的盒体1内，之后将封盖2盖上，使容器密闭，此时，所有的隔离阀均关闭。如果部件较重，可以考虑使用吊车等吊具。

B.将第三隔离阀53打开，第四隔离阀54关闭，通过封孔剂输送管道18上的封孔剂输送泵7向密闭容器中传入液态的封孔剂3。

C.开启真空管道17上的真空泵15和第二隔离阀52，通过第一开口41从容器的顶部抽出容器内空气，最终封孔剂3充满整个密闭容器，并维持容器为负压状态。压力表13显示容器内压力值，实时监控确认压力值为8pa(绝对压力)，维持时间30min。

负压状态能够抽出孔隙内的空气，有助于封孔剂3流入涂层内部的孔隙，并达到更深的渗透深度。

D.停运真空泵15，此时密闭容器通过第二隔离阀52和真空泵15与大气相连通，容器内压力恢复为常压。

E.关闭第二隔离阀52，开启加压管道16上的第一隔离阀51，运行加压泵14，用过加压管道16向密闭容器内部加压，压力表13显示容器内压力值，压力维持在10bar(绝对压力)，维持时间30min。即在负压后还有正压的过程，加压操作能够进一步强制推动封孔剂3进入涂层内部孔隙，并达到更深的渗透深度。

F.停运加压泵14，开启封孔剂回流管道19上的第四隔离阀54，利用自身重力，封孔剂3通过第四隔离阀54所在的封孔剂回流管道19排出容器，进入封孔剂贮存罐6。

G.检查温度计10，确认热水罐8内热水11温度为90℃，开启热水输送管道20上的第五隔离阀55和热水回流管道21上的第六隔离阀56，将容器与热水罐8相连，启动热水输送管道20上的热水循环泵22，循环时间为15min。利用热水11清洗密闭容器内涂层部件表面，清洗涂层部件表面沾附的残余封孔剂3，同时，在高温水加热下，留在涂层孔隙中的封孔剂3的有机成分凝固并填满孔隙，减少了封孔剂的固化时间。

步骤C将孔隙中的空气全部抽走之后，孔隙中为负压，所以孔隙中的封孔剂3无法流出来，热水11只能清洗涂层部件表面沾附的残余封孔剂3。

H.打开容器的封盖2，取出涂层部件晾干。

采用上述的封孔设备和工艺方法，使得封孔剂3能够更加深入至涂层的孔隙中，充分达到封孔的效果，封孔的维持效果也很好。

通过上述的A～H步骤可以将封孔工艺设计为一条流水线，实现自动化操作。

各步骤中封孔设备中主要部件运行状态如下表所示：

采用上述的封孔设备和封孔方法，对于电弧喷涂工艺制备的涂层，本实施例的封孔方法可以实现全厚度的100％渗透填充，而常规常压刷涂式封孔方法只能渗透至涂层厚度的20％；对于超音速火焰喷涂工艺制备的涂层，本实施例的渗透深度比常压刷涂封孔方法提升40％。所以采用上述的封孔设备和封孔方法的能够有效地增加渗透深度。

本发明的封孔设备和封孔方法，具有如下的优势：

(1)采用本申请的封孔设备和对应的封孔方法，使得封孔剂渗透深度达到常压刷涂式封孔工艺的5倍，即不小于100um；对于厚度小于100um的热喷涂涂层，可实现全厚度的渗透填充；大大提高了涂层的服役寿命。

(2)采用了热水循环清洗和固化，封孔固化时间缩短到常压刷涂式封孔工艺的20％，即单件涂层部件封孔固化不超过5h，大大提高涂层封孔效率。

(3)能够实现工件批量自动化封孔流水线，大大提高热喷涂的生产效率。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。