Керамические детали с покрытием и способ их изготовления
Изобретение относится к керамическим деталям с покрытием, предназначенным для использования при работе с погружением или частичным погружением в расплавленную стекломассу при производстве стеклянных изделий и способу изготовления таких деталей. Керамический элемент с покрытием на его поверхностях, контактирующих с расплавленной стекломассой, содержит базовое покрытие толщиной 0,05 мм из порошка никель хром-алюминий-кобальт-иттриевого композита и покрытие толщиной 0,15 мм из предварительно сплавленного окисла циркония, стабилизированного церием-иттрием, которое наложено на базовое покрытие. Покрытия наносят в виде порошка плазменным напылением. Технический результат изобретения - увеличение срока службы керамических деталей. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к керамическим деталям с покрытием такого типа, которые используются при производстве изделий из расплавленного стекла, и к способу изготовления таких деталей. В частности, настоящее изобретение относится к покрытию керамических деталей, которые должны погружаться или частично погружаться в расплавленную стекломассу для замедления износа контактирующих с расплавленной стекломассой поверхностей таких деталей при воздействии расплавленной стекломассы.
Уровень техники
При производстве стеклянных изделий из расплавленной стекломассы, например, при производстве стеклянных контейнеров из расплавленного стекла, состоящего из соды, извести и кварца, с использованием машины типа индивидуальной секции (ИС), формирующей стеклянные контейнеры, используются различные керамические детали в тех местах, где эти детали погружены или частично погружены в расплавленную стекломассу. Такие детали включают керамические кольца для установки в отверстия, как в общем описано в американском патенте 4950321 (автора ДиФранк (DiFrank)), которые погружены в расплавленную стекломассу так, что их внешняя поверхность находится в контакте с расплавленной стекломассой, керамические иглы управления потоком стекломассы, которые обозначены номером ссылки 32 в американском патенте 5660610 (авторов ДиФранк и др.) (DiFrank et al.), и керамическая труба подачи, обозначенная номером 80 ссылки в вышеуказанном патенте '610, которая при использовании частично погружена в расплавленную стекломассу. Вышеуказанные патенты '321 и '610 переданы правопреемнику настоящей заявки, и их описания приведены здесь в качестве ссылки.
Составы расплавленной стекломассы, включающие составы стекла, содержащие соду, известь и кварц, являются очень абразивными в отношении тех типов керамических составов, которые используются при производстве деталей, которые погружены или частично погружены в расплавленную стекломассу, и это приводит к необходимости частой замены указанных керамических деталей, например колец, устанавливаемых в отверстия, например через 30-60 дней, в зависимости от цвета стекла и температуры, причем этот интервал сокращается при повышении производительности установки.
Сущность изобретения
Однако представляется возможным существенно увеличить срок службы используемых керамических деталей, которые погружены в расплавленную стекломассу, при производстве деталей из расплавленного стекла. Срок службы керамических деталей существенно увеличивается при покрытии всех поверхностей, контактирующих с расплавленным стеклом, каждого изделия наложенной друг на друга парой слоев, причем каждое такое покрытие наносится исключительно тонким слоем. Внутреннее или базовое покрытие или покрытие, контактирующее с керамической деталью, которое необходимо наносить с толщиной приблизительно 0,002 дюйма (0,05 мм), представляет собой композитное порошковое покрытие, которое состоит из порошка никель хром-алюминий-кобальт-иттриевого композита. Такой порошок покрытия поставляется под торговым обозначением Metco 461 отделением Metco компании Perkin-Elmer Corporation, которая расположена по адресу Вестбури, Лонг Айлэнд, Нью-Йорк. На керамическую деталь с базовым покрытием затем наносят дополнительное покрытие толщиной приблизительно 0,006 дюймов (0,15 мм), которое представляет собой порошковое покрытие, состоящее из предварительно сплавленного окисла циркония, стабилизированного церием-иттрием, который также поставляется отделением Metco компании Perkin - Elmer Corporation, и этот порошок покрытия имеет торговое обозначение Metco 205 NS порошок. Считается, что базовое покрытие, которое служит в качестве связующего покрытия для верхнего покрытия, и верхнее покрытие для каждой керамической детали с таким покрытием взаимодействует с керамической деталью после нагрева во время производства детали для получения высокопрочного и высокостойкого покрытия. Такое покрытие также образует тепловой барьер между керамикой и расплавленным стеклом, и этот тепловой барьер защищает керамическую деталь, снижая тепловой удар, передаваемый на нее, и снижая частоту растрескивания.
В соответствии с этим целью настоящего изобретения является получение керамических деталей с увеличенным сроком службы для использования их при погружении или частичном погружении в расплавленную стекломассу при производстве изделий из расплавленного стекла. Кроме того, настоящее изобретение направлено на способ обработки керамических деталей, используемых при производстве стеклянных изделий, для увеличения срока службы таких деталей, несмотря на то, что такие детали должны использоваться при погружении или частичном погружении в расплавленное стекло, которое является чрезвычайно абразивным для таких керамических деталей.
Для лучшего понимания настоящего изобретения и его целей далее будут описаны прилагаемые чертежи, краткое их описание и подробное описание настоящего изобретения, а также формула изобретения.
Перечень чертежей
Фиг.1 изображает вид сбоку с поперечным сечением керамического кольца, устанавливаемого в отверстие, в соответствии с настоящим изобретением, которое было изготовлено с помощью способа, в соответствии с настоящим изобретением, для использования при производстве стеклянных изделий.
Фиг.2 изображает вид сбоку, частично в сечении, керамической трубы подачи в соответствии с настоящим изобретением, которая была изготовлена с помощью способа, в соответствии с настоящим изобретением, для использования при производстве стеклянных изделий.
Фиг.3 изображает вид сбоку с частичным поперечным сечением керамической иглы управления потоком в соответствии с настоящим изобретением, которая была изготовлена с помощью способа, в соответствии с настоящим изобретением, для использования при производстве стеклянных изделий.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Кольцо, устанавливаемое в отверстии в соответствии с настоящим изобретением, в общем обозначено номером 10 ссылки на фиг.1. Кольцо 10, устанавливаемое в отверстии, изготовлено из керамического элемента 12, который может иметь обычную конструкцию, и предназначено для использования в выходном отверстии чаши питателя расплавленной стекломассы, которая используется для подачи расплавленной стекломассы в машину ИС, формирующую стеклянные изделия, через отверстия 14, 16, в кольце 10, устанавливаемом в отверстии. При этом кольцо 10, устанавливаемое в отверстие, погружено в расплавленную стекломассу в течение его срока службы так, что его внешняя поверхность находится в контакте с расплавленной стекломассой.
Керамический элемент 12 кольца 10, устанавливаемого в отверстие, содержит пару наложенных друг на друга покрытий 18, 20 на каждой из поверхностей, контактирующих со стеклом. Внутреннее или базовое покрытие 18 представляет собой покрытие, которое изготовлено из порошка никель хром-алюминий-кобальт-иттриевого композита, который наносят на керамический элемент 12 приблизительно с толщиной 0,002 дюйма (0,05 мм) при плазменном распылении, причем подходящим материалом покрытия для использования в качестве покрытия 18 является порошковое покрытие Metco 461, поставляемое отделением Metco компании Perkin-Elmer.
Керамический элемент 12 с покрытием 18, нанесенным на него, снова покрывают, на этот раз покрытием 20, которое наносят поверх покрытия 18, нанесенного на керамический элемент 12. Покрытие 20 также наносят в виде порошка путем плазменного нанесения покрытия с толщиной приблизительно 0,006 дюймов (0,15 мм). Заранее сплавленный окисел циркония, стабилизированный церием-иттрием, такой как поставляется отделением Metco компании Parkin-Elmer под торговым обозначением Metco 205 NS, используется в качестве покрытия 20. В брошюре Metco для покрытия Metco 205 NS описано нанесение с помощью плазменного покрытия на керамический элемент, и ее описание также приводится здесь в качестве ссылки. Кольцо 10, устанавливаемое в отверстие, с покрытиями 18, 20, нанесенными на керамический элемент 12, устанавливают без дополнительной обработки в чашу питателя стекломассы. Считается, что нагрев во время плазменного напыления покрытий (18 и 20) является достаточным, чтобы произошло взаимодействие между керамическим элементом 12 и базовым покрытием 18, а также взаимодействие между базовым покрытием 18 и покрытием 20. Это взаимодействие между керамическим элементом 12 и базовым покрытием 18 и покрытием 20 создает тепловой барьер, который защищает керамический элемент, снижая тепловой удар, которому он подвергается при внезапном взаимодействии с расплавленной стекломассой, и снижает растрескивание керамического элемента 12. Двойное покрытие 18, 20 керамического элемента 12 не только повышает износостойкость кольца 10, устанавливаемого в отверстие, несмотря на то, что оно погружено в расплавленную стекломассу, но также защищает те области, которые содержат меньше керамической массы, такие как область перемычки (не показана) кольца, устанавливаемого в отверстие, от избыточных тепловых градиентов.
Труба питателя, в соответствии с настоящим изобретением, в общем обозначена номером 30 ссылки на фиг.2. Труба 30 питателя выполнена в виде кольцевого керамического элемента 32, который может иметь обычную конструкцию так, что ее нижний конец погружен в расплавленную стекломассу в чаше питателя, которая используется для подачи расплавленной стекломассы в машину ИС, формирующую стеклянное изделие. При этом нижний конец трубы 30 питателя погружен в расплавленную стекломассу в течение срока ее службы.
Часть керамического элемента 32, которая погружена в расплавленную стекломассу, содержит пару наложенных друг на друга покрытий 34, 36 на всех ее поверхностях, контактирующих с расплавленной стекломассой. Внутреннее или базовое покрытие 34 представляет собой покрытие, которое выполнено из порошка никель хром-алюминий-кобальт-иттриевого композита, и это покрытие наносят на погружаемую часть керамического элемента 32, приблизительно с толщиной 0,002 дюйма (0,05 мм) путем плазменного напыления. Порошковое покрытие Metco 461, поставляемое отделением Metco компании Perkin-Elmer, представляет собой подходящий материал покрытия для использования в качестве покрытия 34.
На погруженную часть керамического элемента 32 с нанесенным на него покрытием 34 наносят покрытие 36 поверх покрытия 34 керамического элемента 32. Покрытие 36 также наносят в виде порошка с помощью плазменного покрытия, и его наносят приблизительно с толщиной 0,006 дюймов (0,15 мм) из предварительно сплавленного окисла циркония, стабилизированного церием-иттрием, который поставляется отделением Metco компании Parkin-Elmer под торговым наименованием Metco 205 NS, который является пригодным для использования в качестве покрытия 36.
Трубу 30 питателя с покрытиями 34, 36, нанесенными на ее керамический элемент 32, устанавливают без дополнительной обработки в чашу питателя стекломассы с расплавленной стекломассой, которая выходит через нижний конец трубы 30 питателя до уровня, не превышающего уровень покрытия 34, 36 ее керамического элемента 32.
Игла управления потоком, в соответствии с настоящим изобретением, обозначена в общем номером 40 ссылки на фиг.3. Игла 40 управления потоком изготовлена из керамического элемента 42, который может иметь обычную конструкцию, и разработана так, что может использоваться для управления потоком расплавленной стекломассы через погруженные в стекломассу выходные отверстия чаши питателя расплавленной стекломассы, которая используется для подачи расплавленной стекломассы в машине ИС, формирующей стеклянные изделия. При этом нижняя часть иглы управления потоком погружена в расплавленную стекломассу в течение всего срока ее службы.
Керамический элемент 42 иглы 40 управления потоком содержит пару наложенных друг на друга покрытий 44, 46 в его нижней части, а именно в той части, которая должна погружаться в расплавленную стекломассу в чаше питателя. Внутреннее или базовое покрытие 44 представляет собой покрытие, которое выполнено из порошка никель хром-алюминий-кобальт-иттриевого композита, и это покрытие наносят на элемент 42 приблизительно с толщиной 0,002 дюйма (0,05 мм) путем плазменного напыления. Порошковое покрытие Metco 461, поставляемое отделением Metco компании Parkin-Elmer, представляет собой подходящий материал для использования в качестве покрытия 44.
Керамический элемент 42 с нанесенным на него покрытием 44 снова покрывают покрытием 46, которое также наносят поверх покрытия 44 керамического элемента 42. Покрытие 46 также наносят в виде порошка с помощью плазменного покрытия и с толщиной приблизительно 0,006 дюйма (0,15 мм), причем предварительно сплавленная окись циркония, стабилизированная церием-иттрием, которая поставляется отделением Metco компании Perkin-Elmer под торговым наименованием Metco 205 NS, является пригодной для использования в качестве покрытия 46.
Хотя был представлен и описан лучший способ выполнения настоящего изобретения на момент его подачи, для специалиста в данной области будет очевидно, что подходящие модификации, изменения и эквиваленты могут быть выполнены без отхода от объема настоящего изобретения, причем этот объем ограничен исключительно условиями нижеприведенной формулы изобретения и ее законными эквивалентами.
1. Способ повышения стойкости керамического элемента абразивному воздействию расплавленной стекломассы, который предназначен для использования в контакте с расплавленным стеклом, содержащий нанесение на поверхность керамического элемента, контактирующую с расплавленной стекломассой, тонкого базового покрытия из порошка никель хром-алюминий-кобальт-иттриевого композита; нанесение на тонкое базовое покрытие несколько более толстого покрытия из предварительно сплавленного окисла циркония, стабилизированного церием-иттрием, и затем нагрев керамического элемента с тонким покрытием и более толстым покрытием для получения на керамическом элементе долговечной стойкой к абразивному воздействию поверхности, контактирующей с расплавленным стеклом.
2. Способ по п.1, в котором базовое покрытие наносят приблизительно толщиной 0,002 дюйма (0,05 мм).
3. Способ по п.2, в котором более толстое покрытие наносят толщиной приблизительно 0,006 дюйма (0,15 мм).
4. Способ по п.2, в котором базовое покрытие наносят в виде порошка с помощью плазменного напыления.
5. Способ по п.3, в котором более толстое покрытие наносят в виде порошка с помощью плазменного напыления.
6. Керамический элемент, стойкий к абразивному воздействию, предназначенный для использования в контакте с расплавленной стекломассой, содержащий тонкое базовое покрытие из порошка никель хром-алюминий-кобальт-иттриевого композита на каждой поверхности керамического элемента, контактирующей с расплавленной стекломассой; и несколько более толстое покрытие из заранее сплавленного окисла циркония, стабилизированного церием-иттрием, поверх базового покрытия.
7. Керамический элемент по п.6, в котором базовое покрытие наносят приблизительно толщиной 0,002 дюйма (0,05 мм).
8. Керамический элемент по п.6, в котором более толстое покрытие наносят толщиной приблизительно 0,006 дюйма (0,15 мм).
9. Керамический элемент по п.6, в котором керамический элемент представляет собой кольцо, устанавливаемое в отверстие, и в котором каждое из базового покрытия и более толстого покрытия наносят на каждую внешнюю поверхность кольца, устанавливаемого в отверстие.
10. Керамический элемент по п.6, в котором керамический элемент представляет собой кольцевую трубу питателя и в котором каждое из базового покрытия и более толстого покрытия наносят на трубу питателя, как на ее внутреннюю поверхность, так и на ее внешнюю поверхность на глубину трубы питателя, которая предназначена для погружения в расплавленную стекломассу.
11. Керамический элемент по п.7, в котором керамический элемент представляет собой иглу управления потоком, которая имеет сплошное поперечное сечение, и в котором каждое из тонкого базового покрытия и несколько более толстого покрытия наносят на нижнюю часть иглы управления потоком, которая предназначена для погружения в расплавленное стекло.
