專利名稱：燒結涂層的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于工件的燒結涂層的方法以及一種適于實施該方法的裝置。
長期以來已公知并使用用于通過燒結上塑料粉末在金屬表面、尤其是金屬絲制品及金屬小零件表面產生保護層的方法。適合于實施這種方法的塑料粉末例如由在Marl的DEGUSSAAG(德古薩股份公司)以商品名稱VESTOSINT提供。
工件的燒結涂層傳統(tǒng)地以這樣的方式進行，即該工件首先被加熱到高于待燒結上的材料的熔化溫度的溫度上及然后與(通常粉末形式的)材料形成接觸。該接觸發(fā)生在必定地低于燒結材料的熔化溫度的環(huán)境溫度上，以致該工件在與燒結材料接觸時失去熱量并最后低于燒結材料的熔化溫度，由此使燒結過程停頓。直至這時沉積在工件上的層厚度正比于和燒結材料接觸開始與低于其熔化溫度的時刻之間的時間間隔。當待涂層的工件具有小的材料厚度時，其冷卻進行得比具有大材料厚度的工件快，以致于，為了在具有不同材料厚度的工件上達到相同的涂層厚度，在工件與燒結材料形成接觸前，在這些工件上加熱到的溫度必需不同。因此，對于具有均勻材料組分及恒定壁厚的簡單地成形的工件通過合適地選擇使工件與燒結材料形成接觸的溫度可得到具有所需的層厚度的燒結涂層。
在具有不均勻壁厚或不均勻材料組分的工件、即通常所說的具有不同的、與表面相關的熱容的區(qū)段的工件的情況下，這將引起這樣的問題，即沉積在具有大的、與表面相關的熱容的區(qū)段上的燒結層在該區(qū)段冷卻到該燒結材料的熔化溫度以下前，比具有小的、與表面相關的熱容的區(qū)段上的燒結層厚。因此，使這種工件設置有恒定厚度的涂層是有困難的。當在具有小的、與表面相關的熱容的區(qū)段上必須達到一個最小的層厚時，則必須以在其它區(qū)段上形成的層變得更厚為代價。這不僅由于燒結材料的不必要的損耗導致不希望的額外費用，而且不同的層厚也增大了燒結層有缺陷的可能性，這損害對它下面的工件的保護作用。
為了解決該問題，提出了快速加熱方法，其中在工件達到均勻的溫度分布前，中止工件的加熱。由此達到，在與燒結材料形成接觸時具有小的、與表面相關的熱容的工件區(qū)段比具有大的、與表面相關的熱容的工件區(qū)段具有更高的溫度，以致直到冷卻到低于熔化溫度的時間間隔并由此對于兩個區(qū)段形成的層厚大致變得相同。原則上可以認為用這種方法通過合適地選擇加熱條件、即當工件持續(xù)經受快速加熱的條件時在工件上應達到的最終溫度，及工件受到快速加熱的時間間隔可在一定的上限以內調節(jié)在不同熱容的區(qū)段之間的溫度差并可優(yōu)化到相同的沉積層厚度。但通過試驗表明以此方式不能達到令人滿意的層質量；并尤其在具有不同的、與表面相關的熱容的區(qū)段之間的過渡區(qū)域中層缺陷的傾向很大。
因此，本發(fā)明的任務在于，給出一種方法和一種裝置，它能夠在具有不同的、與表面相關的熱容的區(qū)段的工件上產生高質量并且均勻層厚的燒結層。
出人意料地表明，該目的可以這樣實現，其方式是在傳統(tǒng)的快速加熱前接入工件的一個預加熱的步驟，其中這樣地選擇預加熱條件，使得在對工件持續(xù)影響下使工件達到涂層材料的熔化溫度與當工件持續(xù)經受快速加熱條件時該工件會達到的溫度之間的溫度上。
可以設想，該方法的有效性是基于在傳統(tǒng)的快速加熱中存在的、具有大的、與表面相關的熱容的區(qū)段的表面與內部之間的強溫度梯度通過預加熱步驟來減??；并由此對于工件表面的冷卻，工件內的內部溫度均衡的影響減小。而在無預加熱的簡單快速加熱時工件的深表面區(qū)域、尤其是在具有不同的、與表面相關的熱容的區(qū)段之間的交界處由于其受防護的狀態(tài)僅相對地說接收小的熱量及相應地在涂層時很快地冷卻；在根據本發(fā)明的方法中這樣的區(qū)域通過預加熱將更長時間地保持適合燒結的溫度，以致于在這些問題區(qū)域中也形成高質量的層。
無論是預加熱還是快速加熱優(yōu)選通過將工件各置入一個熱浴中來進行，該熱浴尤其是一個爐的形式。在此情況下，工件在第二熱浴中即在預加熱步驟中的停留時間應優(yōu)選比在第一熱浴中即快速加熱的停留時間長。在一個涂層設備中這些不同的停留時間優(yōu)選這樣來實現，即用于待涂層的工件的預加熱爐沿輸送區(qū)段的延伸距離比用于快速加熱的爐的延伸距離大。
當工件在燒結過程中緩慢地冷卻時，可在一個結束階段通過燒結材料的不完全的熔化形成粗糙的表面。為了改善表面質量，符合目的的是，在涂覆燒結材料后工件表面至少再加熱到涂層材料的熔化溫度上，以便這樣地達到表面的平滑。
將燒結材料涂覆在工件上優(yōu)選通過將被加熱的工件導入流化狀態(tài)的燒結材料中來進行。
適合作燒結材料的是聚酰胺粉末，例如上述的VESTOSINT粉末。該材料具有176℃的熔點；因此，在240與340℃之間的第二熱浴的溫度適于預加熱。在390與420℃之間的第一熱浴的溫度優(yōu)選用于快速加熱。
當具有大的、與表面相關的熱容的區(qū)段達到在300與370℃之間的區(qū)域中選擇的一個中間溫度時，符合目的地中斷快速加熱。具體選擇的溫度依賴于與表面相關的熱容的情況，該熱容的差別愈大，則中止溫度必需選擇得愈低，以便保證在工件的不同區(qū)段上相同的層厚度。
根據本發(fā)明的方法的一個優(yōu)選應用是一種熱交換器、尤其是用于致冷器具的冷凝器的涂層，其中具有大的、與表面相關的熱容的區(qū)段是一個用于載熱流體的管道及具有小的、與表面相關的熱容的區(qū)段是固定在該管道上的金屬絲。
根據本發(fā)明的方法的另外一些特征及優(yōu)點從以下參照附圖對實施例的說明中得到。附圖表示

圖1作為對其可實施該方法的一個工件例子的一個熱交換器；圖2用于實施該方法的一個裝置的一個方框圖；及圖3在按照根據本發(fā)明的方法加熱時冷凝器的表面溫度相對時間的函數。
圖1以透視圖示出用于致冷器具的金屬絲-管結構形式的本身公知的冷凝器的一部分，在該致冷器具上可有利地應用根據本發(fā)明的涂層方法。一個這種蒸發(fā)器基本上由兩個不同類型的部件構成，即一個曲折形地彎曲的鋼管1及多個金屬絲2，這些金屬絲各相對鋼管1的直線區(qū)段橫向地布置及將它們相互連接。因此，這些金屬絲2同時用于加固蒸發(fā)器及增大它的熱交換表面。
該鋼管1典型地具有8mm的外徑及1mm的壁厚。這些金屬絲2實心地具有1.6mm的典型直徑。這些金屬絲2通過點焊、釬焊或其它合適的技術固定在該鋼管1上，其中在鋼管1與金屬絲2之間的接觸區(qū)域3中形成窄的、不易進入的角4。
如容易地看出的，該鋼管1上單位表面積的材料量比金屬絲2上的材料量明顯大，確切地說對于這里所選擇的尺寸，約大2.5倍。與此相應地，在該金屬絲2上單位表面積的熱容也比鋼管1上的熱容明顯低，以致在一個熱浴中前者的加熱明顯地比后者快。
很概要地示出在圖2中的涂層裝置包括一個輸送裝置5，在該輸送裝置上可固定由多個熱交換器6組成的每個組。這些熱交換器6組借助該輸送裝置5的步進運動通過該涂層裝置地被輸送，其中兩個相繼的輸送步之間的時間間隔例如可為20至40秒。
這些熱交換器6在其通過該涂層裝置的路徑中首先經過一個預熱爐7，它通過一個預熱燃燒器8保持在200至340℃之間的一個固定溫度上、這里約為240℃。該預熱爐7的長度這樣地選擇，使得可進入兩組熱交換器，或為了輸送一組穿過預熱爐7需要兩個輸送步。
與該預熱爐7可直接地連接一個快速加熱爐9，它通過另一燃燒器10來保持在390與420℃之間的確定溫度上。這兩個爐7，9可通過在圖中由虛線表示的爐門15互相隔開；但是該爐門不是絕對需要的。該快速加熱爐9為一組熱交換器6提供了位置；它在該爐9中的停留時間因此與該輸送裝置5的兩個輸送步之間的時間間隔相符。
與快速加熱爐9相連接地設置有一個流化床 11，它包含流化的聚酰胺粉末。該輸送裝置5具有執(zhí)行機構，它用于將一組熱交換器6下降到流化床11中并再提升該組熱交換器。該流化床11為一組熱交換器6提供了位置，使得熱交換器在其中的最大停留時間與該輸送裝置5的兩個輸送步之間的時間間隔相符。然而，在硫化床11中的實際停留時間與此相比可以任意縮短，其方式是在輸送裝置5的兩個輸送步之間的一個原則上可任意選擇的時刻上將該熱交換器6從流化床11提升出來。
在流化床11中設置了聚酰胺層的熱交換器6最后到達一個再加熱爐12，在該再加熱爐中熱交換器被重新加熱到聚酰胺粉末的熔化溫度以上的一個溫度上。為此，該再加熱爐12通過一個燃燒器13保持在240℃的溫度上。該再加熱爐12用于改善沉積在熱交換器6上的聚酰胺層的質量。即，當它們從流化床11出來時這些聚酰胺層可能具有一定的粗糙度，這歸因于此，即熱交換器上燒結材料沉積快結束時，其溫度可能下降到不再能完全熔化燒結材料粒子。該再加熱爐12提供了用于兩組熱交換器6的位置，使得為了輸送熱交換器6通過再加熱爐12，需要輸送裝置3的兩個步。
與該再加熱爐12相連接地還設置有一個浸漬槽14，在該浸漬槽中使完成涂層的熱交換器6淬火(abschrecken)。
圖3示出熱交換器6在通過爐7及9的路徑上其金屬絲及鋼管的表面溫度隨時間的變化曲線。加熱在時刻t＝0以熱交換器進入預熱爐7開始。在該爐內部的溫度為240℃；由曲線16表示的金屬絲2的溫度比由曲線17表示的鋼管1的溫度更快地接近該值。在熱交換器6在預熱爐7中停留時間期間無論金屬絲還是管均不能達到預熱爐的空氣溫度；在60秒后金屬絲的溫度大致平衡在大約220℃的溫度上；管的溫度明顯低于金屬絲溫度，處在大約170℃上。
在時刻t＝60秒時熱交換器6被置入快速加熱爐9，在這里熱交換器經受420℃的溫度。當在時刻t＝90秒從快速加熱爐9取出熱交換器并再傳送到流化床11時，金屬絲達到剛好超過400℃的溫度；鋼管表面溫度為大約330℃。在鋼管表面及其內部之間存在10至15℃的溫度差。這意味著，鋼管的緊鄰近與金屬絲2的連接點3的及因此通過與爐5及7中的熱氣體的接觸僅相對低效地被加熱的表面區(qū)域也已達到相同數量級的溫度。因此，不像傳統(tǒng)的快速加熱的情況下鋼管在單個步中通過熱量排出到管內部而很強地冷卻，而是基本上僅通過管將熱量排出到它所浸入的流化床而冷卻。在金屬絲2與鋼管1之間的接觸點3上的冷卻不比鋼管的其它區(qū)域上更快地進行。相反，在涂層時有問題的部位上，如金屬絲與鋼管之間接觸的區(qū)域中的窄間隙4，由于這些部位受防護的狀態(tài)其熱量向流化床中的排出比鋼管的露出的表面區(qū)域慢，以致由此可達到在這些部位上一個足夠熔化涂層材料的溫度保持存在得比其它位置長，由此使這些部位上涂層材料的難以接近受到補償并在這些問題部位上也可得到均勻厚度及高質量的層。
權利要求
1.用于工件(6)的燒結涂層的方法，該工件由至少兩個具有不同的、與表面相關的熱容的區(qū)段(1，2)構成，具有在對工件(6)持續(xù)影響下使該工件達到第一溫度并且在具有較大的、與表面相關的熱容的區(qū)段(1)的溫度平衡在該第一溫度上之前結束該快速加熱的條件下快速加熱工件(6)的一個步驟；及接著將燒結材料涂覆到工件(6)上的步驟，其特征在于在所述快速加熱前，在對所述工件(6)持續(xù)影響下使所述工件達到所述涂層材料的熔化溫度與所述第一溫度之間的第二溫度的條件下進行所述工件(6)的一個預加熱步驟。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于所述快速加熱的步驟包括將所述工件(6)置入具有所述第一溫度的第一熱浴(9)中。
3.根據權利要求1或2的方法，其特征在于所述預加熱的步驟包括將所述工件(6)置入具有所述第二溫度的第二熱浴(7)中。
4.根據以上權利要求中一項的方法，其特征在于所述工件(6)在所述第二熱浴(7)中的停留時間比在所述第一熱浴(9)中的停留時間長。
5.根據以上權利要求中一項的方法，其特征在于在涂覆所述燒結材料后跟隨著一個至少使所述工件(6)的表面再加熱到至少所述涂層材料的熔化溫度的步驟。
6.根據以上權利要求中一項的方法，其特征在于通過將所述被加熱的工件(6)導入所述流化的燒結材料中進行燒結材料的涂覆。
7.根據以上權利要求中一項的方法，其特征在于所述燒結材料是聚酰胺粉末。
8.根據以上權利要求中一項的方法，其特征在于所述第二熱浴(7)的溫度在200與340℃之間。
9.根據以上權利要求中一項的方法，其特征在于所述第一熱浴(9)的溫度在390與420℃之間。
10.根據權利要求8及權利要求9的方法，其特征在于當具有較大的、與表面相關的熱容的區(qū)段(1)已達到在300與370℃之間的區(qū)域中所選擇的中間溫度時，中斷所述快速加熱。
11.根據以上權利要求中一項的方法，其特征在于所述工件是一個熱交換器，其中具有大的、與表面相關的熱容的區(qū)段是一個管道(1)及具有小的、與表面相關的熱容的區(qū)段是固定在所述管道上的金屬絲(2)。
12.根據權利要求10的方法，其特征在于所述熱交換器是一個用于致冷器具的冷凝器。
13.用于實施根據以上權利要求中一項的方法的裝置，它具有用于進行預加熱及快速加熱的各一個爐(7，9)及一個用于進行涂層的流化床(11)，所述流化床被設置在所述爐(7，9)后面待涂層的工件(6)的輸送區(qū)段(5)上。
14.根據權利要求13的裝置，其特征在于；用于預加熱的爐(7)沿輸送區(qū)段(5)的延伸距離比用于快速加熱的爐(9)的延伸距離大。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于工件的燒結涂層的方法，該工件由至少兩個具有不同的、與表面相關的熱容的區(qū)段構成，具有在對工件持續(xù)影響下使該工件置于第一溫度上，并在具有大的、與表面相關的熱容的區(qū)段平衡在該第一溫度上之前結束該加熱的條件下快速加熱工件的一個步驟；及接著將燒結材料涂覆到工件上的步驟，其特征在于在所述快速加熱前在對工件持續(xù)影響下使所述工件置于所述涂層材料的熔化溫度與所述第一溫度之間的第二溫度上的條件下進行所述工件的預加熱的一個步驟。
文檔編號B05D1/24GK1826184SQ200480020839
公開日2006年8月30日 申請日期2004年5月19日 優(yōu)先權日2003年5月20日
發(fā)明者赫爾曼·施特格邁爾, 于爾根·埃貝勒, 托馬斯·席費爾, 迪爾克·海因里希, 漢斯-約阿希姆·沃尼克爾 申請人:Bsh博世和西門子家用器具有限公司