本發明涉及增材制造微滴離子濺射技術領域，且特別涉及一種微滴離子濺射工藝以及水輪機制備方法。
背景技術：
濺射技術是在待濺射基體上濺射一層或多層打印層，對基體的性能進行修正或改良。但是現有的濺射方式為單面濺射，即在待濺射基體的一面先進行濺射，濺射完成后再進行另一面的濺射。濺射打印層時，打印層溫度極高，因此打印層作用于待濺射基體一面后的部位溫度瞬間升高，由于采用單面濺射，待濺射基體與打印層作用的部位相對的一側，溫度低，兩側溫差大，因此，容易造成待濺射基體變形。同時，作用于待濺射基體的打印層的液滴粒徑較大，也容易造成變形，同時粒徑過大，不利于打印層涂布均勻。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種微滴離子濺射工藝，其能夠同時對待濺射基體相對兩個表面的相對區域同時進行打印層原料濺射，減小受熱不均導致的變形，解決待濺射基體的裂紋。氣泡等缺陷。
本發明的另一目的在于提供一種待濺射基體制備方法，該制備方過程中能夠保持待濺射基體結構完整且不受到破壞，減少了后續的多次正型等操作。
本發明解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的：
本發明提出一種微滴離子濺射工藝包括以下步驟：利用兩個濺射頭對待濺射基體相對的兩個表面同時進行濺射，形成打印層防護層；其中，濺射使用的打印層原料的粒徑為10-20納米。
本發明提出一種待濺射基體制備方法，其包括上述的微滴離子濺射工藝。
本發明微滴離子濺射工藝的有益效果是：本發明提供的一種微滴離子濺射工藝利用兩個濺射頭同時對待濺射基體相對的兩個表面的相對區域同時進行濺射，使得同時濺射的相對的兩個區域的受熱面積以及受熱溫度一致，繼而使得待濺射基體相對的兩個表面形變減小甚至不發生形變，進而保證待濺射基體結構的完整性。而對濺射的打印層原料的粒徑進行控制，減小具有高溫的打印層原料每次與待濺射基體表面接觸的面積，繼而降低具有較高能量的打印層原料對待濺射基體表面變形的影響。同時，濺射打印層原料的粒徑減小，更有利于打印層原料濺射均勻，同時，能夠提升打印層原料與待濺射基體表面的作用，增強打印層原料與待濺射基體表面的結合力，繼而提升形成的打印層防護層的防護效果。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。實施例中未注明具體條件者，按照常規條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。
在本發明的描述中，需要說明的是，術語“第一”、“第二”等僅用于區分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
下面對本發明實施例的微滴離子濺射工藝以及待濺射基體制備方法進行具體說明。
本發明實施例提供的一種微滴離子濺射工藝：
s1、待濺射基體預處理；
未進行打印層的待濺射基體表面可能凹凸不平，同時表面可能含有大量的灰塵等垃圾。若直徑對待濺射基體進行濺射，濺射打印層原料得到的防護也會存在凹凸不平的情況，同時，可能某些凹凸不平的區域未能濺射到打印層，進而降低打印層原料對待濺射基體的保護作用，不能實現延長待濺射基體壽命的目的。為了解決這一技術問題本發明實施例在濺射打印層原料前需要對待濺射基體進行預處理。
具體地，首先打磨，使用磨床或者砂輪磨機對待濺射基體進行打磨保證待濺射打印層的表面光滑。同時，由于待濺射基體結構較為精細，此類機械打磨機不能作用到待濺射基體元件與元件之間的連接處，因此，為了保證打磨效果，有效采人為手工打磨。打磨時間為5-10分鐘。
打磨完成后進行靜電除塵。靜電除塵不僅僅是去除累積在待濺射基體表面的灰塵，同時將上述打磨產生的各種顆粒物質去除。靜電除塵是利用靜電場使氣體電離從而使塵粒帶電吸附到電極上繼而實現除塵。靜電除塵的除塵效率高，且能夠去除的灰塵等雜質的粒徑范圍廣，更去除大顆粒灰塵。同時靜電除塵裝置的結構簡單、氣流速度低、能耗少。靜電除塵的時間為3-5分鐘。
s2、濺射打印層原料；
將制備好的打印層原料放置到容置腔內并對打印層原料進行加熱，使得固體的打印層原料熔融成為液體的打印層液。具體的加熱溫度為1200-1500℃。此溫度范圍內能夠將打印層原料完全的熔融，同時保證打印層原料不會因為加熱溫度過高而氧化或者分解，保證了打印層原料分子結構不被破壞，繼而保證后續形成的打印層防護層的防護效果。若溫度低于該范圍則打印層原料不能夠完全熔融，進而降低打印層原料濺射形成的防護層的防護效果。
同時，由于打印層液粘度較大且粒徑大，若直接將打印層液濺射于待濺射基體表面，每次作用于待濺射基體表面的打印層數量多，不利于濺射的打印層液干燥，進而使得打印層液一直保持液體狀態未能及時固化形成防護層，降低打印層于待濺射基體的粘附效果，繼而降低打印層的防護效果。同時，打印層液具有極高的溫度，其與待濺射基體表面作用后，相互作用的區域溫度極高，而周圍區域溫度未變及為常溫，由于熱脹冷縮、表面張力等限制，使得待濺射基體表面容易發生形變。而打印層液的液體粒徑較大，與待濺射基體表面接觸面積也增大，每次變形的范圍也較大，進而使得待濺射基體形變大，導致待濺射基體的結構發生變化，繼而影響待濺射基體的正常使用。為了解決這一技術問題本發明實施例將打印層加熱后立刻將得到的打印層液通過霧化噴嘴使得打印層液霧化成為液滴濺射于待濺射基體表面。霧化后形成的液滴粒徑小，與待濺射基體表面接觸面積小，減小形變。同時每次與待濺射基體接觸的量少，易于凝固成固體，且形成的防護層均勻，更利于延長待濺射基體的壽命。
進一步地，霧化形成的液滴的粒徑為10-20納米。液滴的粒徑處于該范圍，保證了液滴作用于待濺射基體表面后，待濺射基體表面形變最小，能夠保證待濺射基體結構的完整性。若濺射的打印層的粒徑高于此范圍則，液滴與待濺射基體表面作用面積增大，待濺射基體表面變形的程度加大，待濺射基體結構被破壞的可能性增大。同時，液滴僅作用與待濺射基體表面的一點，粒徑大，使得形成的該層防護層的厚度增大，打印層容易脫落。而若濺射的打印層的粒徑小于該范圍，對于濺射的設備的精密度提高，增加了生產成本。同時，濺射的打印層的粒徑小，增加了操作時間，對于濺射的精確的要求增加，不利于操作。
進一步地，打印層原料濺射到待濺射基體表面后待濺射基體表面溫度極高，打印層原料不易冷凝形成防護層，同時，對待濺射基體損傷較大。為了解決這一技術問題，本發明實施例在向待濺射基體濺射打印層的同時，對待濺射基體進行降溫處理。具體地降溫處理，是采用冷卻水進行降溫處理。此處采用冷卻水進行隔離降溫，而不采用一般通風降溫，是因為通風降溫時會使得空氣具有一定動能，而濺射的打印層原料的粒徑以及重量都較小，容易受到風力以及空氣的影響，進而使得打印層原料分布不均。而采用冷卻水隔離降溫，冷卻水本身具有較低的熱能，能夠快速與打印層原料產生熱交換，實現降溫。同時，打印層原料與冷卻水進行熱交換后，冷卻水變為熱水甚至氣化為水蒸氣具有較高的能量，可回收這些具有高能量的熱水或者水蒸氣，節約資源。降溫時，采用的冷卻水的流通速率為20-50dm3/min。
進一步地，在待濺射基體進行打印層原料濺射的同時旋轉待濺射基體。旋轉待濺射基體是為了使得打印層原料濺射的更均勻，更利于打印層原料附著于待濺射基體表面，更利于打印層對待濺射基體進行防護。進一步地，旋轉待濺射基體的轉速為3-5度/分鐘。此轉速范圍內，打印層原料能均勻的濺射于待濺射基體表面，若轉速過快，可能有部分打印層原料未及時濺射到待濺射基體表面，進而導致待濺射基體有部分區域未被打印層保護，減低待濺射基體的使用壽命。若轉速過慢，則可能導致濺射的打印層原料在待濺射基體表面堆積，造成濺射區域形成的打印層防護層的厚度過厚，降低打印層于待濺射基體的粘附例，使得打印層容易脫落，同樣降低打印層的防護效果。
進一步地，濺射打印層原料采用的逐層覆蓋的方式進行濺射。即濺射完一層打印層原料并等該打印層原料凝固并干結后形成第一層打印層防護層后再濺射形成第二層打印層防護層。采用逐層覆蓋的方式，提升了打印層原料于待濺射基體的作用力，提升了打印層的防護效果。同時，采用逐層覆蓋更利于打印層原料濺射均勻。進一步地，逐層覆蓋濺射得到打印層防護層為多層結構，每層打印層防護層的厚度為3-5納米。每層打印層防護層的厚度在該范圍既能夠實現每層打印層防護層與打印層防護層之間良好的粘接，同時每層打印層防護層的打印層原料也易于濺射。
進一步地，待濺射基體采用單面進行打印層原料濺射即進行打印層原料濺射時，先濺射完成一面后再進行另一面的濺射。濺射到待濺射基體表面的打印層原料具有較高溫度，因此，僅僅濺射一面即濺射面時，待濺射基體的另一面即與濺射面相對的一面接收到濺射打印層原料的表面的熱傳遞，繼而發生膨脹，使得整個待濺射基體發生形變。為了解決這一技術問題，本發明實施例利用兩個相對的濺射頭將打印層同時濺射到待濺射基體相對的兩個表面相對的區域，即當濺射一點或者一面時，同時對濺射面相對的表面進行濺射，優選地，是在濺射一面的一點時，在該濺射面的相對的表面的同一點進行濺射，此時，待濺射基體相對的表面相對的點或者區域受到相同的溫度，故而兩側沒有熱交換，繼而待濺射基體相對的表面不會發生形變，保證了待濺射基體結構的穩定性，提升打印層于待濺射基體表面的結合作用力。
采用雙槍同時進行濺射，同時控制濺射打印層原料的粒徑，能夠有效減少待濺射基體表面的變形，但是由于物質均具有一定的可延伸性，因此，待濺射基體可能存在少于的變形。同時，為了防止濺射過程中操作不當引起的待濺射基體的變形，需要對已經濺射完成打印層原料的待濺射基體進行加熱正型處理。具體地，采用的加熱正型的溫度為700-1000℃，加熱正型時間為5-10分鐘。在該溫度范圍內濺射到待濺射基體表面的打印層不會發生反應，且能加固與待濺射基體表面的作用，若加熱正型的溫度低于該溫度范圍，則不能達到加熱正型的目的，若溫度超過該范圍值，則可能導致打印層發生反應，進而影響打印層的防護效果。
濺射有打印層的待濺射基體經過加熱正型后基本已可使用，但是為了提升待濺射基體的美觀度，同時，降低打印層濺射過程中濺射不均而導致的待濺射基體表面凹凸不平對待濺射基體的性能的影響，對待濺射基體表面進行拋光處理，以降低待濺射基體表面的粗糙度，使得待濺射基體表面更光亮以及平整。
本發明實施例還提供一種水輪機制備方法，其包括上述的微滴離子濺射工藝。
本發明實施例提供的一種微滴離子濺射工藝，利用兩個濺射頭同時對待濺射基體相對的兩個表面的相對區域同時進行濺射，使得同時濺射的相對的兩個區域的受熱面積以及受熱溫度一致，繼而使得待濺射基體相對的兩個表面形變減小甚至不發生形變，進而保證待濺射基體結構的完整性。而對濺射的打印層原料的粒徑進行控制，減小具有高溫的打印層原料每次與待濺射基體表面接觸的面積，繼而降低具有較高能量的打印層原料對待濺射基體表面變形的影響。同時，濺射打印層原料的粒徑減小，更有利于打印層原料濺射均勻，同時，能夠提升打印層原料與待濺射基體表面的作用，增強打印層原料與待濺射基體表面的結合力，繼而提升形成的打印層防護層的防護效果。濺射打印層還可以彌補原待濺射基體原來本身具有的裂紋、氣泡等缺陷，進一步地優化了基體的性能。并且在濺射前，對待濺射基體進行打磨、除塵處理，避免待濺射基體表面的雜質對其結合造成影響，增強待濺射基體與打印層的結合力，繼而提升打印層的防護效果，延長待濺射基體的使用壽命。
以下結合實施例對本發明的特征和性能作進一步的詳細描述。
實施例1
本實施例提供一種微滴離子濺射工藝，對待濺射基體進行人工打磨和靜電除塵，其中打磨時間為7分鐘，靜電除塵時間為4分鐘。
而后將制備好的打印層原料放置到容置腔內并對打印層原料進行加熱，使得固體的打印層原料熔融成為液體的打印層液，具體的加熱溫度為1200℃。將打印層液通過霧化噴嘴使得打印層液霧化成為液滴濺射于待濺射基體表面，其中，霧化形成的液滴的粒徑為10納米。
濺射打印層原料的同時對待濺射基體進行降溫處理，利用冷卻水進行降溫，而通入冷卻水的流通速率為25dm3/min。同時，旋轉待濺射基體，旋轉待濺射基體的轉速為4度/分鐘。
整個濺射打印層原料的過程采用逐層覆蓋進行濺射，最終共濺射3次，得到3層打印層防護層，每層打印層防護層的厚度均為4納米。整個濺射打印層原料的過程采用雙槍同時進行濺射，即利用兩個相對設置的濺射頭將打印層原料同時濺射到待濺射基體相對的兩個表面相對的區域。
最后對濺射完成的待濺射基體進行加熱正型處理，具體地加熱正型的溫度為700℃，加熱正型時間為8分鐘。而后對待濺射基體進行拋光處理。
實施例2
本實施例提供一種微滴離子濺射工藝，對待濺射基體進行人工打磨和靜電除塵，其中打磨時間為10分鐘，靜電除塵時間為3分鐘。
而后將制備好的打印層原料放置到容置腔內并對打印層原料進行加熱，使得固體的打印層原料熔融成為液體的打印層液，具體的加熱溫度為1400℃。將打印層液通過霧化噴嘴使得打印層液霧化成為液滴濺射于待濺射基體表面，其中，霧化形成的液滴的粒徑為20納米。
濺射打印層原料的同時對待濺射基體進行降溫處理，利用冷卻水進行降溫，而通入冷卻水的流通速率為50dm3/min。同時，旋轉待濺射基體，旋轉待濺射基體的轉速為3度/分鐘。
整個濺射打印層原料的過程采用逐層覆蓋進行濺射，最終共濺射4次，得到4層打印層防護層，每層打印層防護層的厚度均為3納米。整個濺射打印層原料的過程采用雙槍同時進行濺射，即利用兩個相對設置的濺射頭將打印層原料同時濺射到待濺射基體相對的兩個表面相對的區域。
最后對濺射完成的待濺射基體進行加熱正型處理，具體地加熱正型的溫度為900℃，加熱正型時間為5分鐘。而后對待濺射基體進行拋光處理。
實施例3
本實施例提供一種微滴離子濺射工藝，對待濺射基體進行人工打磨和靜電除塵，其中打磨時間為5分鐘，靜電除塵時間為5分鐘。
而后將制備好的打印層原料放置到容置腔內并對打印層原料進行加熱，使得固體的打印層原料熔融成為液體的打印層液，具體的加熱溫度為1500℃。將打印層液通過霧化噴嘴使得打印層液霧化成為液滴濺射于待濺射基體表面，其中，霧化形成的液滴的粒徑為15納米。
濺射打印層原料的同時對待濺射基體進行降溫處理，利用冷卻水進行降溫，而通入冷卻水的流通速率為20dm3/min。同時，旋轉待濺射基體，旋轉待濺射基體的轉速為5度/分鐘。
整個濺射打印層原料的過程采用逐層覆蓋進行濺射，最終共濺射3次，得到3層打印層防護層，打印層防護層由內向外的厚度依次為3納米、4納米、3納米。整個濺射打印層原料的過程采用雙槍同時進行濺射，即利用兩個相對設置的濺射頭將打印層原料同時濺射到待濺射基體相對的兩個表面相對的區域。
最后對濺射完成的待濺射基體進行加熱正型處理，具體地加熱正型的溫度為1000℃，加熱正型時間為6分鐘。而后對待濺射基體進行拋光處理。
實施例4
本實施例提供一種微滴離子濺射工藝，對待濺射基體進行人工打磨和靜電除塵，其中打磨時間為8分鐘，靜電除塵時間為5分鐘。
而后將制備好的打印層原料放置到容置腔內并對打印層原料進行加熱，使得固體的打印層原料熔融成為液體的打印層液，具體的加熱溫度為1350℃。將打印層液通過霧化噴嘴使得打印層液霧化成為液滴濺射于待濺射基體表面，其中，霧化形成的液滴的粒徑為17納米。
濺射打印層原料的同時對待濺射基體進行降溫處理，利用冷卻水進行降溫，而通入冷卻水的流通速率為35dm3/min。同時，旋轉待濺射基體，旋轉待濺射基體的轉速為5度/分鐘。
整個濺射打印層原料的過程采用逐層覆蓋進行濺射，最終共濺射2次，得到2層打印層防護層，每層打印層防護層的厚度均為5納米。整個濺射打印層的過程采用雙槍同時進行濺射，即利用兩個相對設置的濺射頭將打印層同時濺射到待濺射基體相對的兩個表面相對的區域。
最后對濺射完成的待濺射基體進行加熱正型處理，具體地加熱正型的溫度為850℃，加熱正型時間為10分鐘。而后對待濺射基體進行拋光處理。
綜上所述，本發明實施例1-4提供的微滴離子濺射工藝利用兩個濺射頭同時對待濺射基體相對的兩個表面的相對區域同時進行濺射，使得同時濺射的相對的兩個區域的受熱面積以及受熱溫度一致，繼而使得待濺射基體相對的兩個表面形變減小甚至不發生形變，進而保證待濺射基體結構的完整性。而對濺射的打印層原料的粒徑進行控制，減小具有高溫的打印層每次與待濺射基體表面接觸的面積，繼而降低具有較高能量的打印層原料對待濺射基體表面變形的影響。
以上所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。本發明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。