以丙烷当燃气用于超合金表面喷涂抗磨涂层的方法与流程

本发明涉及超合金表面喷涂制程，特别是指一种以丙烷当燃气用于超合金表面喷涂抗磨涂层方法。

背景技术：

近几年国内外业者对于超合金表面的应用能力不断研发，使其超合金表面的耐压度及抗磨性提升许多，使得各种超合金应用能连续发展，相对来说对于物合金表面需要更高抗压强度及耐磨特性的要求门槛也愈来愈高，例如：应用在各种气体涡轮引擎及叶片或叶轮方面，而在这几年用来提升超合金表面硬度及抗磨度的技术不外乎采以丙烯或丙烷做为喷涂燃气将其碳化钨粉末喷涂于超合金表面，藉以形成一抗磨涂层，但丙烯却因价格快速上涨，更使得供货量无法稳定，使用丙烯做为喷涂制程的喷涂燃气，导致受影响工件的喷涂制程效率大幅降低，因此有部份业者开始采用丙烷替代丙烯做为超合金喷涂高性能抗磨耗涂层制程的喷涂燃气，因丙烷价格相对丙烯价格便宜许多，更可解决供货不稳定问题。而采用丙烷做为喷燃气，却因内含有乙硫醇及石腊(胫类)成份的臭味剂，在喷涂制程中会使得燃气喷涂设备中的伺服马达流量计堵塞，而阻碍喷涂燃气流通无法量测，造成燃气喷涂设备当机，严重影响抗磨涂层品质及制程稳定度。且因丙烷燃气是属于一种三碳的烷烃，化学式为C₃H₈，因本身化学性能的关系极易在喷涂过程中因压力及环境温差改变时由气态变回液态，同样因乙硫醇及石腊(胫类)造成燃气喷涂设备中的伺服马达流量计堵塞，而阻碍喷涂燃气流通无法量测，导致燃气喷涂设备当机，严重影响抗磨涂层品质及制程稳定度。

因此，需要解决上述以丙烷替代丙烯做为超合金喷涂制程的喷涂燃气缺点以及喷涂燃气的燃烧气体火焰长度及宽度不足的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种以丙烷当燃气用于超合金表面喷涂抗磨涂层方法，其是解决在喷涂制程时不会因丙烷燃气内臭化剂(包含乙硫醇及石腊)沾粘伺服马达流量计而污染抗磨涂层及影响喷涂燃气控制问题，提升超合金表面涂层品质及制程稳定度。

本发明还要解决的技术问题在于提供一种以丙烷当喷涂燃气用于超合金表面喷涂 抗磨涂层方法，其主要是解决喷涂燃气在喷涂过程因压力及环境温差改变而由气态变回液态，造成伺服马达流量计因堵塞而阻碍流量导致燃气喷涂设备当机的问题，除使制程更稳定外更进一步提升超合金表面高性能抗磨涂层品质。

本发明另要解决的技术问题在于提供一种以丙烷当燃气用于超合金表面喷涂抗磨涂层方法，其是解决在喷涂制程中因喷涂燃气流量及流速不足，造成碳化钨粉末无法被包覆于火焰焰内，而产生超合金表面无法被完整涂覆一抗磨涂层的问题，进而完整提升高流速喷涂功效使超合金表面的抗磨涂层达到更高抗压强度及耐磨等特性。

为解决上述问题，本发明是一种以丙烷当燃气用于超合金表面喷涂抗磨涂层的方法，其是以采用丙烷燃气及碳化钨粉未做为超合金表面抗磨涂层的主要技术手段，其中是藉由一喷涂燃气纯化过滤控制系统将丙烷燃气内含有乙硫醇及石腊(胫类)的臭味剂完全纯化及过滤，避免因臭化剂沾粘到伺服马达流量计而污染抗磨涂层及影响燃气控制问题，再藉由一加长渐扩型高流速喷涂喷嘴系统提高混合比与加速舱压，改善喷涂燃气的流量与速度，使得在喷涂过程可将碳化钨粉末集中在火焰内焰中心，达到完全熔融并将碳化钨粉末完整涂附于超合金表面形成抗磨涂层的目的，据使超合金表面具有更高抗压强度及抗磨等特性。

其中，值得注意的是在丙烷燃气进行加热气化及纯化、过滤过程中必需藉由一喷涂燃气恒温恒压防液化控制系统，防止气化后的丙烷燃气由气态变回液态，俾确保喷涂燃气一直以气态状输送至加长渐扩型高流速喷涂喷嘴系统进行喷涂程序。

更具体指出，该喷涂燃气纯化过滤控制系统是设有一过滤吸附空间及一气化空间。

更具体指出，该过滤吸附空间是由至少一个以上的导流过滤层、粗网不锈钢钢丝绒过滤层、细网不锈钢钢丝绒过滤层及吸附棉过滤层构成。

更具体指出，该导流过滤层以概呈倒V型吸附板为最佳实施例。

更具体指出，该气化空间是由加热层、保温层及气化层构成。

更具体指出，该加长渐扩型高流速喷涂喷嘴系统是由一加长型入口端连接一渐扩型高流速喷嘴出口端组合而成。

更具体指出，该加长渐扩型高流速喷涂喷嘴系统的加长型入口端是延伸一加长部。

更具体指出，该渐扩型高流速喷嘴出口的开口角度以1.0-3.0度为最佳值。

附图说明

图1是普通喷嘴结构剖视图

图2是本发明制程概要示意图。

图3是本发明加长渐扩型高流速喷嘴系统所喷出的火焰示意图。

图4是本发明喷涂燃气恒温恒压防液化控制系统示意图。

图5是本发明喷涂燃气纯化过滤控制系统示意图。

图6是本发明加长渐扩型高流速喷涂喷嘴系统剖视示意图。

图7是本发明加长渐扩型高流速喷涂喷嘴系统实验测试数据参考图。

图8是本发明以丙烷当燃气用于超合金物件表面喷涂抗磨涂层的方法实验数据符合GE F50TF71规范要求数据参考图。

附图标记说明

喷嘴1

喷嘴入口端2

喷嘴出口端3

内部孔径A

入口B

出口C

烘烤程序a

物件前处理程序b

第一道过滤程序c

隔水气化程序d

喷涂程序e

燃气钢瓶T

储气桶T1

喷涂燃气纯化过滤控制系统10

燃气入口11

燃气排放管路110

排放孔1100

燃气出口12

排泄口13

过滤吸附空间14

导流过滤层140

粗网不锈钢钢丝绒过滤层141

细网不锈钢钢丝绒过滤层142

吸附棉过滤层143

气化空间15

加热层150

保温层151

气化层152

燃气喷涂设备20

伺服马达流量计21

加长渐扩型高流速喷嘴系统30

加长型入口端31

氧气入口310

粉末入口311

丙烷燃气入口312

高压空气入口313

渐扩型高流速喷嘴出口端32

加长部33

喷涂燃气恒温恒压防液化控制系统40

防液化器41

恒温装置42

测温器43

恒压装置44

内部孔径A1

入口B1

出口C1

火焰F

超合金K

抗磨涂层K1

石腊M

具体实施方式

本发明主要是提供一种以丙烷当喷涂燃气用于超合金表面喷涂抗磨涂层的方法，其关键制程中是采用丙烷做为喷涂燃气，以及含钴8-18％的碳化钨做为欲喷涂在超合金k表面的喷涂粉末。

请参图2所示，是本发明制程概要示意图，为使碳化钨粉末能与丙烷燃气在喷涂制程时呈现最佳化融合，需先对碳化钨粉未进行一适当时间及温度的烘烤程序a(其温度为50-80度C、时间为5-10小时)，且为使被加工的超合金k表面可供碳化钨粉末完整涂覆，亦需先对超合金k表面做物件前处理程序b，而物件前处理程序b包括利用丙铜先对物件表面清洁，再利用高温胶带对超合金进行遮护，最后利用氧化铝砂对超合金k表面进行喷砂，使超合金k形成一可供喷涂的表面。

接续，在对碳化钨粉末进行烘烤程序a及超合金表面做物件前处理程序b后，对存放于一燃气钢瓶T内的丙烷燃气进行第一道过滤程序c，使燃气钢瓶T内的脏污杂质过滤去除再进行一隔水气化程序d，将丙烷燃气加热气化成气态状并存放于一储气桶T1。

然而就如先前技术中所提及因丙烷燃气内含有乙硫醇及石腊(胫类)的臭味剂，故本发明需利用一喷涂燃气纯化过滤控制系统10将丙烷燃气中的乙硫醇及石腊完全纯化及过滤掉，以得到最佳质量的丙烷燃气，将纯化过滤后的丙烷燃气输送至一燃气喷涂设备20进行喷涂。

再者，本发明是利用一加长渐扩型高流速喷嘴系统30连接该燃气喷涂设备20及碳化钨粉末，藉由该加长渐扩型高流速喷嘴系统30使得在超合金k表面喷涂程序e中将碳化钨粉末集中在火焰F内焰中心，达到完全熔融于该超合金k表面形成一抗磨涂层K1，配合图3所示，是本发明加长渐扩型高流速喷嘴系统所喷出的火焰F示意图。

为确保本发明的丙烷燃气从喷涂制程开始到进行超合金K表面喷涂的过程中一直保持气态，而不会因为外在温差或压力导致丙烷燃气由气态变回液态的现象，故本发明是藉由一喷涂燃气恒温恒压防液化控制系统40防止已气化后的丙烷燃气由气态变回液态。

进一步说明本发明的喷涂燃气恒温恒压防液化控制系统40主要手段及功能，请配合图4所示，主要功能为达到对燃气钢瓶T内的丙烷燃气进行加热气化形成气态状，并防止丙烷燃气由气态再变回液态，而设计此系统主要是因本发明改以丙烷替代丙烯做为喷涂燃气，而丙烷燃气是一种三碳的烷烃，化学式为C₃H₈，亦称为液化石油气，同其它烃类 一样，加入充足氧气(Oxygen)及高压空气(Compressed Air)时产生可见的火焰，但因丙烷燃气本身化学性能的关系极易在喷涂过程中当压力及环境温差改变时由气态变回液态，而丙烷燃气一旦变成液态将使燃气喷涂设备20中的伺服马达流量计21堵塞，而阻碍喷涂燃气流通无法量测，造成燃气喷涂设备20当机，导致无法进行最后的喷涂程序e。

因此本发明的喷涂燃气恒温恒压防液化控制系统40包括：至少一个以上的防液化器41、恒温装置42、测温器43、恒压装置44，并依实际数量需求将上述器具设置在该燃气钢瓶T、储气桶T1及燃气喷涂设备20上，而喷涂燃气恒温恒压防液化控制系统40中的防液化器41(可为一加热电毯)，利用将防化器41安装在每个阶段存放丙烷燃气的燃气钢瓶T、储气桶T1及燃气喷涂设备20内，可对丙烷燃气随时进行加热气化，使丙烷燃气一直保持气态。

另利，利用该测温器43配合该恒温装置42随时监测温度变化，而该恒温装置42的温度值是设置50-80度C区间，更准确来说当测温器43一旦监测到该燃气钢瓶T、储气桶T1及燃气喷涂设备20的温度落差异常，也就是温度超出50-80度C区间，该恒温装置42立即启动，使器具内温度得以随时保持在最佳温度值(即50-80度C区间)，如此一来该该燃气钢瓶T、储气桶T1及燃气喷涂设备20内的丙烷燃气便不会因为在传递过程受到温差的变化由气态再变回液态，进而堵塞燃气喷涂设备20中的伺服马达流量计21，导致喷涂燃气流通无法量测，造成燃气喷涂设备20当机的问题现象。

此外，因丙烷燃气在传递过程不仅会因为温差变化产生由气态变回液态现象，同样也会因为压力变化产生由气态变回液态的现象，因此为防止经纯化过滤后的丙烷燃气在由喷涂燃气纯化过滤控制系统10传递至燃气喷涂设备20过程中受到外在压力差的影响，使丙烷燃气由气态状再变回液态，故于该喷涂燃气纯化过滤控制系统10与燃气喷涂设备20之间加设该恒压装置44，藉由该恒压装置44使丙烷燃气在传递过程不会受到压力改变的影响，其中该恒压装置44的压力值以90-120PSI为最佳值，据此利用该喷涂燃气纯化过滤控制系统10可丙烷燃气不会在该喷涂燃气纯化过滤控制系统10与燃气喷涂设备20传递过程中受到压力差的影响由气态变回液态。

透过本发明喷涂燃气恒温恒压防液化控制系统40确实可有效解决丙烷燃气在整个喷涂制程(由燃气钢瓶T储气桶T1燃气喷涂设备20)因气态变回液态的现象，造成燃气喷涂设备20中的伺服马达流量计21堵塞，阻碍喷涂燃气流通无法量测，导致燃气喷涂设备20当机，严重影响涂层品质的问题。

此外，请再配合图5所示，是本发明喷涂燃气纯化过滤控制系统示意图，进一步说明本发明喷涂燃气纯化过滤控制系统10主要手段及功能，其喷涂燃气纯化过滤控制系统10包括：一燃气入口11、一燃气排放管路110、一燃气出口12、一排泄口13、一过滤吸附空间14及一气化空间15，而燃气排放管路110是连接该燃气入口11并设置于该过滤吸附空间14下方，而该气化空间15是设置该过滤空间14上方。

其中，过滤吸附空间14是由至少一层以上的导流过滤层140、一粗网不锈钢钢丝绒过滤层141、一细网不锈钢钢丝绒过滤层142及一吸附棉过滤层143由下而上依序构成，其中该导流过滤层140可为概呈倒V型吸附板，且该粗网不锈钢钢丝绒过滤层141的钢丝直径以1mm为最佳值、该细网不锈钢钢丝绒过滤层142的钢丝直径以0.25mm为最佳值。

该喷涂燃气纯化过滤控制系统10的纯化过滤方式，主要是利用该过滤吸附空间14将丙烷燃气中的石腊M过滤去除，因石腊M本身颗粒大小不一，因此过滤方式是提供丙烷燃气由燃气入口11所连接的排放管路110进入该喷涂燃气纯化过滤控制系统10内部底端，并由排放管路110的排放孔1100向上排出进入该过滤吸附空间14开始过滤，首先丙烷燃气先会经过第一层的导流过滤层140，利用该导流过滤层140以概呈倒V型吸附板的设计，先将丙烷燃气中最粗颗粒石腊M吸附并过滤去除。

虽然藉由第一层导流过滤层140可将丙烷燃气中大部份且最粗颗粒石腊M先过滤掉，但实际上丙烷燃气内仍有残存较细颗粒的石腊M，故该丙烷燃气依续进入粗网不锈钢钢丝绒过滤层141及细网不锈钢钢丝绒过滤层142，将丙烷燃气中较细颗粒石腊M再次进行过滤去除。

经过第一层的导流过滤层140、粗网不锈钢钢丝绒过滤层141及细网不锈钢钢丝绒过滤层142过滤后，丙烷燃气中剩下石腊M颗粒已非常微小，但本发明的喷涂燃气纯化过滤控制系统10主要技术是要完全过滤丙烷燃气中的石腊M，因此最后再利用吸附棉过滤层143更绵密的细微孔洞设计，将丙烷燃气中所有石腊M完全过滤去除。

据此，丙烷燃气中的石腊M在经过滤吸附空间14过滤去除后仅剩乙硫醇，而乙硫醇则进入该气化空间15开如加热气化，而该气化空间15内依序设置一加热层150、一保温层151一气化层152，先利用该加热层150将乙硫醇加热气化后，透过该保温层151保持温度再进入该气化层152。

最后乙硫醇与丙烷燃气依比重不同的特性，乙硫醇由排泄口13排出，而经纯化过滤所得的最佳质化的丙烷燃气则由燃气出口12输出。

据此，透过本发明该喷涂燃气纯化过滤控制系统10确实可有效将丙烷燃气中臭化剂(含乙硫醇及石腊M)完全纯化及过滤掉，解决在喷涂制程时不会因丙烷燃气仍含有臭化剂(含乙硫醇及石腊M)而沾粘到燃气喷涂设备20的伺服马达流量计21而污染涂层及影响喷涂燃气控制问题。

本发明经由上述喷涂燃气纯化过滤控制系统10及喷涂燃气恒温恒压防液化控制系统40，将丙烷燃气中臭化剂(含乙硫醇及石腊)完全纯化及过滤，并控制丙烷燃气在整个喷涂制程传递过程中不会因气态变回液态，因此可确实解决燃气喷涂设备20中的伺服马达流量计21因沾粘到臭化剂(含乙硫醇及石腊)而造成堵塞，阻碍喷涂燃气流通无法量测等问题。

本发明为进一步提升物合金K表面的抗磨涂层K1高致密、高硬度、高延长结合力的功效，该燃气喷涂设备20连接该加长渐扩型高流速喷嘴系统30，请参阅图6所示，是本发明加长渐扩型高流速喷涂喷嘴系统剖视示意图，该加长渐扩型高流速喷涂喷嘴系统30是由一加长型入口端31连接一渐扩型高流速喷嘴出口端32组合而成，其中该加长型入口端31是包括一加长部33，以及一氧气入口310、一粉末入口311、一丙烷燃气入口312及一高压空气入口313。

该丙烷燃气经由该燃气喷涂设备20中的伺服马达流量计21控制输出量后，再经由丙烷燃气入口312进入该加长渐扩型高流速喷涂喷嘴系统30内，同时该氧气、碳化钨粉末及高压空气亦分别藉由氧气入口310、粉末入口311、及高压空气入口313进入该加长渐扩型高流速喷涂喷嘴系统30内，因丙烷燃气属于可燃气体，氧气属于助燃气体，再施以适当燃点使气体产生燃烧现象形成一火焰F(此处属公知技术，不再赘述)。

而本发明的加长渐扩型高流速喷涂喷嘴系统30的特殊设计处是在于该加长型入口端31延伸设置的加长部33，藉由此加长部33的设计可增加该加长型入口端31的长度，相较传统的喷嘴1并无本发明的加长部33设计，而就本发明实施例而言，该加长型入口端31长度以介于110-140mm区间为最佳值。

另一特殊设计在于该渐扩型高流速喷嘴出口端32，由图6的剖视图显示该渐扩型高流速喷嘴出口端32的内部孔径A1是呈现由入口B1逐渐扩张至出口C1的方式，相较普通的喷嘴1的内部孔径A由入口B至出口C皆为一致的设计截然不同，而就本发明实施例而言，该渐扩型高流速喷嘴出口端32的开口端角度以介于1.0-3.0度区间为最佳值。

据此，本发明加长渐扩型高流速喷涂喷嘴系统30是结合加长型入口端31与渐扩型高 流速喷嘴出口端32的设计，同时经由本发明实验测试DOE(Design Of Experiment)，调整至最佳参数、水准、调合热能及动能(反应时间、反应温度、燃气火焰速度)的条件下，确实达到以下优点。

经由该加长渐扩型高流速喷涂喷嘴系统30可提升丙烷燃气流速及流量(160-210SCFH)及提高送粉背压(80-110PSI)，增加喷涂燃气的燃烧气体火焰长度及宽度，并将碳化钨粉末完全集中在火焰内焰中心，达到完全融合效果，使得碳化钨粉末可完整喷涂于该超合金K表面，并形成高性能的抗磨涂层K1，请配合参阅图7所示，是本发明加长渐扩型高流速喷涂喷嘴系统实验测试数据参考图。

据此，本发明以丙烷当燃气用于超合金表面喷涂该抗磨涂层的方法，主要技术手段是结合(1)喷涂燃气纯化过滤控制系统、(2)喷涂燃气恒温恒压防液化控制系统、(3)加长渐扩型高流速喷涂喷嘴系统三种系统，并确实解决普通技术缺失，进而达到以下效果。

第1点、透过本发明喷涂燃气纯化过滤控制系统10确实可达到有效将丙烷燃气中臭化剂(含乙硫醇及石腊)完全纯化及过滤掉效果，进而解决在喷涂制程时因丙烷燃气仍含有臭化剂(含乙硫醇及石腊)而沾粘到燃气喷涂设备20的伺服马达流量计21，污染该抗磨涂层K1及影响喷涂燃气控制的问题，并提升制程稳定度。

第2点、透过本发明喷涂燃气恒温恒压防液化控制系统40可确实控制丙烷燃气从喷涂制程开始到进行超合金K表面喷涂的过程中都持续保持气态的效果，因此有效解决丙烷燃气因为温差或压差再由气态变回液态的现象，造成燃气喷涂设备20中的伺服马达流量计21堵塞，阻碍喷涂燃气流通无法量测，导致燃气喷涂设备20当机问题，进一步提升高性能的抗磨涂层K1品质。

第3点、透过本发明加长渐扩型高流速喷涂喷嘴系统30确实可增加丙烷燃气在整个喷涂制程中的流速及流量(160-210SCFH)，及增加送粉背压(80-110PSI)，并提高喷涂燃气的燃烧气体火焰长度及宽度，将碳化钨粉末得以完全集中在火焰内焰中心，达到完全融合效果，进而使得碳化钨粉末可完整喷涂于该超合金K表面，形成高性能抗压强度及耐磨的抗磨涂层K1。

本发明的抗磨涂层K1经人测试后得到以下数据，该抗磨涂层K1达到高致密(Porsity＜1％)、高硬度(＞1,000HV)、高键结强(＞10,000PSI)等高性能抗磨涂层K1特性要求，此数据已检符合GE F50TF71规范要求(Required Limits)，请参阅图8所示，是本发明以丙烷当燃气用于超合金物件K表面喷涂抗磨涂层K1的方法实验数据符合GE F50TF71规范 要求数据参考图。

综上所述，上述各实施例及图式仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以之限定本发明权利保护范围，即大凡依本发明权利保护范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明涵盖的范围内。