Способ повышения теплоизлучательной способности нержавеющей стали

 

Способ повышения теплоизлучательной способности нержавеющей тали включает напыление на поверхность изделия через сверхзвуковое сопло смеси порошков, содержащей 20 - 80 мас.% двуокиси циркония, остальное - карбид кремния. 3 табл.

Изобретение относится у средствам для изменения физической структуры поверхности изделий из металлов путем распыления порошковых материалов и может быть использовано при изготовлении элементов терморегулирующих устройств.

Известен способ получения теплорегулирующих покрытий (авт. свид. СССР N 1749311, кл. C 23 C 4/12, 1990) путем плазменного напыления подслоя из сплава кобальт-никель и основного слоя, содержащего сплав хрома, алюминия, итрия с добавлением стабилизированного диоксида циркония.

Этот способ трудоемок, сложен и требует дорогостоящего оборудования для поддержания стабильности технологического процесса и обеспечения экологической безопасности.

Известен способ повышения излучательной способности нержавеющих сталей (патент РФ N 2054049, кл. C 23 C 22/70, 1992), включающий очистку поверхности (например, путем пескоструйной обработки) и формирование покрытия путем оксидированием поверхности нержавеющей стали при высокой температуре в расплавах бихроматов натрия или калия в течение 0,5 - 2 ч.

Этот способ довольно трудоемкий, требующий больших энергозатрат, необходимых для поддержания высокой температуры оксидирования, кроме того, этот способ экологически небезопасен, так как при оксидировании используются вредные химические вещества при высокой температуре.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Как известно коэффициент теплового излучения поверхности определяется составом и структурой этой поверхности. Для увеличения коэффициента теплового излучения на поверхность изделий наносят специальные покрытия.

Изменить состав и структуру поверхности изделия из нержавеющей стали можно путем нанесения на поверхность изделия покрытия из мелкодисперсного материала, ускоренного газовым потоком.

В этом случае частицы порошка сталкиваются с поверхностью из нержавеющей стали и некоторые из них закрепляются на этой поверхности. Причем результат каждого индивидуального столкновения зависит от многих факторов, таких как скорость и масса конкретной частицы порошка, форма ее поверхности, состояние подложки (поверхности нержавеющей стали) в точке столкновения, количество и результат предыдущих столкновений других частиц в этой и соседних точках.

Для получения покрытия с высоким коэффициентом теплового излучения достаточно использовать специальный порошкообразный материал, оптимизировав состав веществ входящих в порошковую смесь и скорость газового потока, с помощью которого производится напыление, при этом предварительная очистка поверхности не требуется.

Таким образом, исключается необходимость предварительной очистки поверхности и такая трудоемкая и экологически опасная операция как оксидирование в расплавах химических веществ.

Это достигается тем, что повышение теплоизлучательной способности нержавеющей стали, включающее нанесение покрытия на поверхность изделия, осуществляется путем напыления на нее порошкового материала, представляющего собой смесь, содержащую порошки двуокиси циркония и карбида кремния при соотношении мас.% 20 - 80 двуокиси циркония, остальное - карбид кремния, при этом частицы порошковой смеси ускоряют потоком воздуха в сверхзвуковом сопле и направляют их на поверхность изделия.

Сопоставительный анализ, проведенный по результатам поиска по патентной и научно-техническим источникам информации, показал, что предложенное решение отличается от прототипа тем, что повышение теплоизолирующей способности нержавеющей стали достигается нанесением покрытия путем напыления порошкового материала, представляющего собой смесь, содержащую порошки двуокиси циркония и карбида кремния при соотношении мас.% 20 - 80 двуокиси циркония, остальное - карбид кремния, и ускорением этой наносимой порошковой смеси газовым потоком в сверхзвуковом сопле. В результате поиска не обнаружен источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам предложенного изобретения.

Следовательно, изобретение соответствует критерию "новизна".

Для проверки соответствия предложенного изобретения условию "изобретательский уровень" проведен дополнительный поиск известных решений для выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками предложенного способа. Результаты поиска показали, что предложенное изобретение не вытекает для специалистов явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками предложенного изобретения преобразований для достижения технического результата.

Таким образом, предложенное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Изобретение реализуется следующим образом.

Порошки двуокиси циркония и карбида кремния перемешиваются и помещаются в питатель-дозатор (или другое устройство аналогичного назначения) распыляющего устройства. Непрерывно или периодически порошковая смесь подается в сверхзвуковое сопло, в которое одновременно от источника сжатого воздуха подается сжатый воздух. В сверхзвуковом сопле воздух ускоряется до сверхзвуковой скорости и ускоряет частицы порошка.

После выхода из сверхзвукового сопла частицы порошка, имеющие высокую скорость направляются на поверхность изделия из нержавеющей стали, на котором необходимо получить теплоизлучающее покрытие.

В результате конкретного столкновения с поверхностью изделия частиц порошка может: а) отскочить от поверхности и, при этом очистить поверхность от микрозагрязнений, изменить профиль поверхности подложки в точке столкновения, активировать поверхность подложки в точке столкновения, активировать поверхность подложки в точке столкновения и в непосредственной близости от нее, ударить по другой частице, закрепившейся на поверхности ранее, и выбить (полностью или частично) ее из подложки, ударить по другой частице, закрепившейся на поверхности ранее, и углубить ее проникновение в подложку; б) полностью или частично закрепиться на поверхность подложки, при этом частица порошка может механически внедриться в поверхность подложки или временно закрепиться на этой поверхности за счет адгезионных сил различной природы (при последующих ударах по ней других частиц, эта частица либо будет выбита с поверхности, либо будет полностью или частично "вбита" в поверхность подложки).

Свойства получаемого покрытия будут определяться получаемой структурой поверхности изделия, подвергшейся ударному воздействию частиц материала, а также количеством и химическим составом, прочно закрепившихся на поверхности частиц.

Поиск оптимального состава для получения покрытия с максимальным коэффициентом теплового излучения осуществлялся экспериментально.

Покрытие изготавливались на образцах из нержавеющей стали с помощью установки для газодинамического напыления покрытий типа ДИМЕТ-200 с использованием различных порошков. Коэффициент теплового излучения поверхности нержавеющей стали с покрытиями измерялся терморадиометром типа ТРМ "И".

Результаты экспериментов приведены ниже в табл. 1, 2 и 3.

Из табл. 1 видно, что порошки разных составов дают покрытие с различным коэффициентом теплового излучения.

В табл. 2 приведены результаты экспериментов, демонстрирующие, что при использовании смеси порошков коэффициент излучения получаемого покрытия может быть как больше, так и меньше, чем при использовании исходных порошков в чистом виде.

В табл. 3 приведены результаты экспериментов, показывающие изменение коэффициента теплового излучения покрытия в зависимости от процентного соотношения исходных порошков в смеси.

Таким образом, самый высокий коэффициент теплового излучения получается если использовать порошковую смесь следующего состава: порошок двуокиси циркония и порошок карбида кремния, при этом масса порошка двуокиси циркония должна составлять 20 - 80% от суммарной массы обоих порошков.

Изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании предложенного изобретения следующей совокупности условий: - полученное таким образом покрытие на изделии из нержавеющей стали обладает высокими коэффициентом теплового излучения и может быть использовано для изготовления терморегулирующих элементов, необходимых в различны областях техники; - для предложенного способа в том виде, как он представлен в формуле подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств.

Следовательно, предложенное изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".

Формула изобретения

Способ повышения теплоизлучательной способности нержавеющей стали, включающий нанесение покрытия на поверхность изделия, отличающийся тем, что покрытие наносят путем напыления порошкового материала, представляющего собой смесь, содержащую порошки двуокиси циркония и карбида кремния при соотношении, мас.

Двуокись циркония 20 80 Карбид кремния Остальное при этом частицы порошковой смеси ускоряют потоком воздуха в сверхзвуковом сопле и направляют их на поверхность изделия.

РИСУНКИ

Рисунок 1