Способ газопламенного напыления порошковых материалов с получением покрытия на никелевой основе посредством термораспылителя

Изобретение относится к области газотермических технологий и может быть использовано для нанесения порошковых покрытий методом низкоскоростного газопламенного напыления.  Способ газопламенного напыления порошкового материала с получением покрытия на никелевой основе посредством термораспылителя включает активирование пламени, образованного при сгорании ацетилена и кислорода, и подачу порошкового материала под срез сопла термораспылителя, при этом в качестве активирующей добавки используют водный раствор аммиака, а активирование пламени осуществляют путем подачи активирующей добавки до термического контакта с ядром основного пламени через термический диссоциатор, установленный соосно внутри центрального канала термораспылителя, при этом глубина его проникновения в высокотемпературное ядро основного пламени регулируется. Технический результат направлен на повышение физико-механических свойств порошковых покрытий поверхностей деталей машин и инструментов. 1 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к области газотермических технологий и может быть использовано при нанесении порошковых покрытий методом низкоскоростного газопламенного напыления. 

Известные способы получения низкоскоростного газопламенного напыления состоят в том, что определенная смесь кислорода (или воздуха) с горючим газом поступает в горелку, где поджигается и образует факел. В этот высокотемпературный поток газа подается порошковый материал, который нагревается до пластичного состояния и уносится на основу, где образует покрытие (см. книгу В.А.Линик, П.Ю.Пекшев. «Современная техника газотермического нанесения покрытий». - М., Машиностроение, 1985, с.7). 

Известно предложение, позволяющее увеличить протяженность «активной» зоны пламени путем формирования вторичного соосного факела, горящего с отрывом на некотором расстоянии от сопла термораспылителя за счет высокой скорости подачи рабочей смеси (SU №1787171 A3, C23C4/12, опубл. 07.01.1993 г.). 

Наиболее близким к заявляемому техническому решению, является способ газопламенного напыления металлических порошков (патент RU № 2169792 C2, МПК С23С 4/12, опубл.27.06.2001 г.), включающий введение в пламя, образованное при сгорании ацетилена и кислорода, струи, состоящей из транспортирующего газа-аммиака и напыляемого порошка. В результате диссоциации аммиака (NH3→N+3H) в ядре основного пламени и внешнего бескамерного горения смеси атомарного водорода с воздухом происходит удлинение факела, выравнивание профилей температур, интенсификация процесса передачи тепла от струи к порошку. 

Однако при значительном удлинении факела необходимо проведение дополнительных мероприятий по повышению скорости истечения струи стабилизирующей физико-механические свойства покрытия. 

По своим свойствам аммиак очень ядовит, вдвое легче воздуха, смесь с которым взрывоопасна. Работа с газом относится к работам с повышенной опасностью и регламентируется ПОТ Р О-14000-005-98 («Положение. Работы с повышенной опасностью. Организация проведения».) 

В силу вышеназванных причин при работе с газообразным аммиаком у предприятий и персонала возникает гораздо больше организационных и технических проблем связанных не только с закупкой, использованием и хранением газа, но и с разрешительной системой. Этим очевидно и обусловлено отсутствие коммерческой востребованности способа. 

Задача предлагаемого изобретения - повышение физико-механических свойств покрытия поверхностей деталей машин и инструмента и снижение опасности в работе. 

Сущность изобретения заключается в том, что способ газопламенного напыления порошковых материалов с получением покрытия на никелевой основе посредством термораспылителя, включающий активирование пламени образованного при сгорании ацетилена и кислорода путем подачи исходной активирующей добавки в виде вводного раствора аммиака до термического контакта с ядром основного пламени через термический диссоциатор, установленный соосно внутри центрального канала, при этом глубина его проникновения в высокотемпературное ядро основного пламени регулируется.

Технический результат направлен на повышение физико-механических свойств порошковых покрытий поверхностей деталей машин и инструментов.  

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе газопламенного напыления порошковых материалов с получением покрытия на никелевой основе посредством термораспылителя с помощью активированного газового пламени предусматривается возможность регулирования протяженности активной зоны пламени и скорости движения расплавленных напыляемых частиц введением под давлением исходной активирующей добавки в виде водного раствора аммиака в удлиненной до термического контакта с ядром основного пламени центральный канал термораспылителя за счет термического диссоциатора. На выходном участке диссоциатора длиной 10-15 мм в условиях ограниченного объема и температуре ~ 1000°С идет интенсивная многократная диссоциация двигающегося водного раствора с образованием на выходе термоактивирующей струи дополнительных объемов горючего газа в виде атомарного водорода и высокоскоростной струи перегретого водяного пара. 

Растворимость аммиака в воде равна 700:1 при 20°С по формуле NH3+H2O=NH4OH. В промышленных масштабах аммиачная вода поставляется в виде 25% раствора следующих марок: 

Марка % NH3 ГОСТ (ТУ)
Техническая 25 ГОСТ 9-92
ЧДА (чистый для анализа) 25 ГОСТ 3760-79

Согласно ГОСТУ 12.1.007 аммиачная вода относится к 4 классу опасности. Это значит, что она является умеренно-опасным для человека, но работа с ним все же несет в себе некоторые риски для здоровья людей. Поэтому при хранении, транспортировке и использовании аммиачной воды необходимо соблюдать Правила безопасности ПБ03-182-98. 

Гидроксид аммония (аммиачная вода) неустойчив и при температуре 100°С полностью диссоциирует по формуле: 

NH4OH→100℃NH3↑+H2O↑ 

Во время движения и нагрева водного раствора аммиака по удлиненному центральному каналу термораспылителя, например УПН-8-68, на выходе нагретого до ~ 1000°С пламенем участка канала происходит полная диссоциация аммиака NH3→ N+3Н и перегрев паров воды. В результате внешнего бескамерного горения смеси атамарного водорода с воздухом и выброса струи перегретого пара происходит удлинение факела, выравнивание профилей температур, интенсификация процесса передачи тепла от струи к порошку, а также повышение скорости (кинетической энергии) объемами перегретого водяного пара. 

Способ поясняется чертежом, в котором представлена схема структуры газового факела, где L – длина неограниченной стехиометрическими соотношениями, увеличенной до требуемой для гарантированного расплавления порошкового материала, «активной» зоны. 

Термораспылитель состоит из центрального канала 1, внутри которого соосно с центральным каналом 1 установлен трубчатый термический диссоциатор 2, для регулирования глубины проникновения на 15 – 20 мм в высокотемпературное, около 32000 С ядро основного пламени.

Способ достигается подачей через удлиненный до термического контакта с ядром пламени центральный канал термораспылителя в «активную» зону струи дополнительного количества атомарного водорода при неизменном расходе исходных компонентов основной горючей смеси. где на выходном участке диссоциатора, установленного соосно в центральном канале длиной 10-15 мм в условиях ограниченного объема и температуре ~1000°С идёт интенсивная многократная диссоциация движущегося раствора с образованием на выходе термоактивирующей струи атомарного водорода и повышающих скорость пламени перегретых паров и введение напыляемого порошкового материала в струе воздуха под срез сопла термораспылителя.

Здесь за счёт регулируемого углубления вылета термического диссоциатора в высокотемпературную (~3300°С) зону пламени обеспечивается максимальный рост температуры соизмеримой с температурой плавления материала металлического канала. Таким образом, в условиях ограниченного объема идет интенсивная, многократная диссоциация водного раствора с образованием на выходе термоактивирующей струи. Водород, имея меньшую скорость горения и не требующий для этого избытка воздуха (кислорода), в широких пределах увеличивает длину пламени. 

При осуществлении способа можно использовать любое серийное оборудование, работающее с применением любых известных горючих газов. Концентрированные водные растворы аммиака, с неистёкшим сроком годности, пригодны для получения покрытий без какой-либо подготовки. 

При использовании комплекта установки УПН-8-68 напыляемый порошковый материала подавался в активированное пламя под срез сопла. Подача водного раствора аммиака дозировалось визуально, по необходимой для проплавления конкретного размера частиц порошкового материала длине факела специальным вентилем. 

Качественные характеристики напыленного слоя контролировались образцами – «свидетелями». Прочность сцепления газопламенных покрытий из сплавов на никелевой основе, установленная по клеевой методике превышает 23 МПа.

Способ газопламенного напыления порошкового материала с получением покрытия на никелевой основе посредством термораспылителя, включающий активирование пламени, образованного при сгорании ацетилена и кислорода, и подачу порошкового материала под срез сопла термораспылителя, отличающийся тем, что в качестве активирующей добавки используют водный раствор аммиака, активирование пламени осуществляют путем подачи активирующей добавки до термического контакта с ядром основного пламени через термический диссоциатор, установленный соосно внутри центрального канала термораспылителя, при этом регулируют глубину его проникновения в высокотемпературное ядро основного пламени.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к плазмотрону для наплавки металлического порошка. Плазмотрон содержит защитное электрически нейтральное сопло с патрубком для подачи присадочного порошка, плазменное сопло с патрубком для подачи газа, соединенное с положительным полюсом источника питания постоянного тока, электрод, установленный внутри плазменного сопла и соединенный с отрицательным полюсом источника питания постоянного тока.

Изобретение относится к области металлургии, к напылению плазменных покрытий и может быть использовано для формирования износостойких, коррозионностойких и функциональных покрытий с минимальным содержанием оксидов, формирующихся в процессе напыления.

Изобретение относится к способу получения покрытий с интерметаллидной структурой из порошковых материалов с высокой адгезионной прочностью. Техническим результатом изобретения является получение интерметаллидного покрытия с регулируемой структурой.

Изобретение относится к изготовлению деталей из металлического порошкового материала с применением технологий 3D-печати. Способ послойного аддитивного изготовления детали включает получение первого слоя путем нанесения металлического порошкового материала на платформу и обработки лазером, получение второго и последующих слоев путем нанесения металлического порошкового материала на первый и предыдущие слои соответственно и обработки его лазером.

Изобретение обеспечивает оборудование для изготовления вала датчика крутящего момента путем формирования магнитострикционной области, включающей в себя покрытие на основе металлического стекла с заданным рисунком на боковой поверхности валообразной заготовки.

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению эрозионно-стойких теплозащитных покрытий методом плазменного напыления. Может применяться в ракетно-космической технике при изготовлении теплонагруженных элементов ЖРД, например камер сгорания.
Изобретение относится к нанесению антифрикционного слоя на металлические поверхности, в частности на колодки и подшипники. Осуществляют отливку методом литья под давлением пластины из полиэфирэфиркетона.

Изобретение относится к области упрочняющей термической обработки, а именно плазменной термической и химико-термической обработки поверхностного слоя деталей. Плазменную обработку ведут рабочей плазменной дугой прямой полярности, горящей между плазмообразующим соплом - катодом и изделием - анодом.

Изобретение относится к нанесению двухслойного покрытия и может быть использовано при повышении эксплуатационных свойств деталей, например, в авиадвигателестроении.

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на металлические поверхности с использованием концентрированных потоков энергии и направлено на формирование на титановых имплантатах покрытий на основе ниобия.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения сплавов на основе ванадия, и может быть использовано для получения высококачественных композиций на его основе с титаном и хромом, предназначенных для атомной энергетики.

Изобретение обеспечивает оборудование для изготовления вала датчика крутящего момента путем формирования магнитострикционной области, включающей в себя покрытие на основе металлического стекла с заданным рисунком на боковой поверхности валообразной заготовки.

Изобретение относится к нанесению двухслойного покрытия и может быть использовано при повышении эксплуатационных свойств деталей, например, в авиадвигателестроении.

Группа изобретений относится к области автомобилестроения. Способ изготовления тормозного диска заключается в том, что на основном корпусе тормозного диска выполняется эмалевое покрытие, для этого придают шероховатость поверхности основного корпуса в отдельных областях.

Изобретение относится к материалу покрытия, содержащему Cr-содержащие частицы, а также к способу получения покрытия и к покрытию, полученному с помощью этого способа.

Изобретение относится к металлическим покрытиям, в частности к нанесению поверхностного покрытия на композитное изделие. Способ формирования поверхностного покрытия (256) на композитном изделии (150) включает нанесение термического напыления (206, 236) на поверхность (302) инструмента (300) с обеспечением формирования поверхностного покрытия (256), имеющего раскрепляемую связь (226) с поверхностью (302) инструмента и имеющего суммарное остаточное напряжение (250), которое, по существу, эквивалентно по величине прочности (224) сцепления покрытия с инструментом.

Изобретение относится к способу подготовки подложки к нанесению металлического покрытия посредством термического напыления. Наносят слой адгезива на покрываемую зону, причем слой имеет однородную толщину более 10 мкм и менее 100 мкм.

Изобретение относится к способу нанесения покрытия путем термического напыления и может быть использовано для покрытия внутренних поверхностей гильз цилиндра двигателя внутреннего сгорания.

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно технологии формирования пористых биоинертных металлических покрытий на внутрикостных частях титановых имплантируемых конструкций.

Изобретение относится к способам и устройствам для нанесения износостойкого покрытия. Введение частиц порошкового материала в распылительное сопло.

Изобретение относится к области газотермических технологий и может быть использовано для нанесения порошковых покрытий методом низкоскоростного газопламенного напыления.  Способ газопламенного напыления порошкового материала с получением покрытия на никелевой основе посредством термораспылителя включает активирование пламени, образованного при сгорании ацетилена и кислорода, и подачу порошкового материала под срез сопла термораспылителя, при этом в качестве активирующей добавки используют водный раствор аммиака, а активирование пламени осуществляют путем подачи активирующей добавки до термического контакта с ядром основного пламени через термический диссоциатор, установленный соосно внутри центрального канала термораспылителя, при этом глубина его проникновения в высокотемпературное ядро основного пламени регулируется. Технический результат направлен на повышение физико-механических свойств порошковых покрытий поверхностей деталей машин и инструментов. 1 табл., 1 ил.

Наверх