Способ электродугового напыления покрытия

Изобретение относится к способу электродугового напыления покрытий и может быть использовано в машиностроении для повышения удобства в эксплуатации при нанесении покрытий на труднодоступные поверхности изделий. Нанесение покрытия осуществляют с помощью металлизационной струи и инжектирования в металлизационную струю полимерных термопластичных материалов. Создают металлизационную струю и сначала наносят металлический слой толщиной 20-600 мкм. Наносят композитный слой толщиной 20-600 мкм таким образом, что инжектируют в металлизационную струю полимерные термопластичные материалы и затем отключают металлизационную струю и наносят полимерный слой толщиной 20-600 мкм без участия металлизационной струи. При выполнении слоев с участием полимерных термопластичных материалов дополнительно вводят пропан или пропан-бутан, или пропан-воздушную смесь. Технический результат состоит в сокращении количества технологических видов оборудования (объединение двух технологических видов оборудования в один), уменьшении времени нанесения металлополимерного покрытия (за счет исключения времени на переналадку оборудования под другой процесс нанесения покрытий), формировании металлополимерного покрытия в рамках одного процесса без переналадки оборудования, получении функционального металлополимерного покрытия с требуемыми свойствами. 2 пр.

 

Изобретение относится к способам нанесения защитных газотермических коррозионно-стойких, антифрикционных, антиобледенительных и антиобрастающих металлополимерных покрытий из проволочных материалов при помощи электродуговых устройств, и может быть использовано для защиты изделий в химической, машиностроительной, авиационной, судостроительной и других отраслях промышленности.

Известен способ получения металлополимерного покрытия (RU 2332524 С1, МКП С23С 24/04, C09D 5/10), при котором смешивают порошкообразные полимерные частицы и порошкообразные частицы металлсодержащего прекурсора. Далее осаждают порошкообразную смесь на поверхность детали, нагревают, оплавляют полимерные частицы. Затем проводят термолиз прекурсора и монолитизацию покрытия.

Недостатком данного способа является предварительный нагрев изделия до температуры плавления полимера, что не применимо для больших поверхностей.

Также известен способ, описанный в журнале "Journal of Thermal Spray Technology", Volume 23(1-2), January 2014, p. 40-50, "Metal Matrix Composites Deposition in Twin Wire Arc Spraying Utilizing an External Powder Injection Composition" W. Tillmann, M. Abdulgader, L. Hagen, and J. Nellesen, (Submitted May 15, 2013; in revised form November 5, 2013). Описан способ электродугового нанесения покрытий, путем подачи проволочных материалов, при соприкосновении которых возбуждается электрическая дуга и включающий нанесение покрытия с помощью металлизационной струи и инжектирование в металлизационную струю легирующего материала.

Недостатком (ограничением) данного способа является то, что он позволяет подавать в металлизационную струю только тугоплавкие материалы (оксиды, карбиды) и создавать металлизационные покрытия с включениями оксидов или карбидов.

В качестве прототипа предлагается способ электродугового напыления покрытий (SU 1359336 А1, МПК С23С 4/04, опубликовано 15.12.1987),, включающий нанесение покрытия с помощью металлизационной струи и инжектирование в металлизационную струю полимерных термопластичных материалов

Недостатком вышеуказанного способа является сложность изготовления порошковой проволоки, сложность и необходимость поддержания постоянного расстояния от токоотводов до точки пересечения электродов не более 12 мм, так как увеличение вылета электродов приводит к недопустимому нагреву и разложению материала сердечника, а также невозможность вести раздельно напыление металла без полимера (металлизационный слой) и полимера без металла (финишнный слой).

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является сочетание в одном устройстве процесса электродуговой металлизации с процессом нанесения термопластических полимерных материалов для получения металлополимерных покрытий.

Желаемым техническим результатом является:

- сокращение количества технологического оборудования (объединение двух видов технологического оборудования в один),

- уменьшение времени нанесения металлополимерного покрытия (за счет исключения времени на переналадку оборудования под другой процесс нанесения покрытий),

- формирование металлополимерного покрытия в рамках одного процесса без переналадки оборудования,

- получение функционального металлополимерного покрытия с требуемыми свойствами, за счет и включения в металлизационное покрытие различных термопластичных полимерных порошковых материалов с возможностью изменять их концентрацию по толщине,

- эргономика (за счет исключения отдельного оборудования под каждый вид процесса).

Желаемый технический результат достигается тем, что создают металлизационную струю и сначала наносят металлический слой толщиной 20-600 мкм, затем наносят композитный слой толщиной 20-600 мкм таким образом, что инжектируют в металлизационную струю полимерные термопластичные материалы и затем отключают металлизационную струю и наносят полимерный слой толщиной 20-600 мкм без участия металлизационной струи, при этом при выполнении слоев с участием полимерных термопластичных материалов дополнительно вводят пропан или пропан-бутан, или пропан-воздушную смесь.

Металлизационный слой (подслой Bond Coat) - нанесение выполняется по стандартной технологии, толщина данного слоя при этом составляет 20-600 мкм, данный слой обеспечивает адгезию покрытия и формирует поверхность для нанесения последующего композитного слоя. В качестве материалов для нанесения металлизационного слоя могут использоваться проволочные материалы диаметром 1,0-4,0 мм из антикоррозионных нержавеющих металлов и сплавов, цинка, алюминия, алюминия-магния, цинк-алюминия, псевдосплавов, а также порошковая проволока с заданным химическим составом.

Композитный слой (переходный слой «металл-полимер») - данный слой выполняется с инжектированием в зону распыления проволок термопластичных полимерных порошковых материалов или их суспензий. Толщина данного слоя при этом составляет 20-600 мкм, данный слой обеспечивает переход от металлического слоя к полимерному слою.

Полимерный слой (поверхностный финишный слой Top Coat) - данный слой выполняется без участия металлизационной струи и формируется только за счет полимерной составляющей и дополнительного подогрева поверхности и при необходимости оплавлением на поверхности термопластичного полимерного материала пропановым или пропан-бутановым, или пропан-воздушным пламенем, подаваемым из кольцевого контура, смонтированного на сопле пистолета металлизатора. Также для дополнительного подогрева термопластичного полимерного материала в центральный воздушный канал для транспортирующего газа на пистолете металлизатора выполняется подача пропана или пропан-бутана, или пропан-воздушной смеси с последующим поджигом на выходе из сопла. При этом термопластичнй полимерный материал, присутствующий в предыдущем композиционном слое, обеспечивает прочное соединение с поверхностным полимерным слоем. Толщина данного слоя при этом составляет 20-600 мкм, данный слой обеспечивает поверхностную антикоррозионную защиту от агрессивной среды эксплуатации. В качестве термпопластичных полимерных материалов могут использоваться полиэтилен, полипропилен, полиамид, полиимид, поливинилиденфторид, политетрафторэтилен, полиэфирэфиркетон с фракционным составом 20-600 мкм.

Также для активации и дополнительного подогрева металлизационной струи и напыляемой поверхности используется пропановое или пропан-бутановое, или пропан-воздушное пламя, подаваемое из кольцевого контура, смонтированного на корпусе пистолета металлизатора.

В основу технологического процесса нанесения металлополимерного покрытия положен процесс электродуговой металлизации, в котором традиционно осуществляется подача двух проволочных материалов (электродов), при соприкосновении которых возбуждается электрическая дуга, за счет чего происходит их расплавление и последующее распыление расплавленного металла струей сжатого воздуха. Расплавленные частицы металла, попадая на покрываемую поверхность, сцепляются с ней и образуют сплошное покрытие, при этом толщина слоя регулируется числом проходов и скоростью перемещения пистолета металлизатора относительно поверхности.

Отличием технологии нанесения металлополимерного покрытия от стандартной технологии электродуговой металлизации является инжектирование в зону распыления проволок термопластичных полимерных порошковых материалов или их суспензии. Также для активации и дополнительного подогрева напыляемой поверхности и металлизационной струи используется пропановое или пропан-бутановое, или пропан-воздушное пламя, подаваемое из кольцевого контура, смонтированного на корпусе пистолета.

В качестве оборудования в технологии нанесения металлополимерного покрытия используется устройство для нанесения металлополимерного покрытия, которое представляет собой пистолет-металлизатор с насадкой, используемый для нанесения покрытий в составе оборудования для процесса электродуговой металлизации, который обеспечивает инжектирование в зону распыления термопластичных полимерных порошковых материалов. Также для активации и дополнительного подогрева напыляемой поверхности и металлизационной струи используется пропановое или пропан-бутановое, или пропан-воздушное пламя, подаваемое из кольцевого контура, смонтированного на корпусе пистолета.

Технологический процесс нанесения металлополимерных покрытий (МПП) объединяет и совмещает в себе технологию нанесения металлизационных и полимерных покрытий. Технология позволяет наносить металлополимерные покрытия в «один прием» без разделения технологических операций на нанесение металлического и полимерного слоев.

Таким образом, технология нанесения МПП позволяет получить покрытия нового типа объединяющие свойства химически стойких сплавов и полимерных материалов.

Получаемая структура покрытий является композитной и содержит как металлические, так и полимерные составляющие практически по всей толщине покрытия.

Адгезия металлополимерных покрытий при этом будет соответствовать адгезии металлических покрытий, наносимых методами газотермического напыления (5-20 МПа) или быть выше.

Повышение характеристик обеспечивается за счет разработанной технологии нанесения материалов, позволяющих формировать защитные функциональные покрытия, химически коррозионно-эрозионно-стойкие, на поверхностях, подвергаемых воздействию агрессивных сред - высокосернистых соединений, меркаптанов, хлоридов, снижающих эксплуатационную надежность оборудования и аппаратов в процессе добычи, транспортировки и переработки природного газа и других углеводородов.

Основные характеристики технологии:

- Производительность нанесения покрытия 1-5 м2/ч и более (зависит от характеристик оборудования).

- Возможность применения внутри резервуаров и аппаратов.

- Возможность использования в составе роботизированных комплексов по нанесению покрытия и вручную.

Типовые характеристики металлополимерных покрытий:

- Адгезия - 5-20 МПа.

- Толщина - 250-1000 мкм.

- Стойкость в средах: сырая нефть и нефтепродукты, кислые и другие агрессивные компоненты, содержащиеся в нефти и нефтепродуктах.

- Температура эксплуатации - до 200-340°C.

Пример 1

Металлополимерное покрытие (МПП) напыляют с использованием электродугового металлизатора М-2 на образцы из стали 09Г2С. Поверхность под нанесение покрытия готовят абразивно-струйной обработкой. В качестве материалов при нанесении МПП для металлизационного слоя используют антикоррозионную проволоку НМЖМц 28-2,5-1,5 (аналог монель) диаметром 1,6 мм, для полимерного покрытия используют полимерный термопластичный порошок политетрафторэтилен (фторопласт Ф-4), фракционный состав 50-100 мкм. Давление воздуха на входе в металлизатор 0,5 МПа, дистанция напыления 200-250 мм, ток дуги 250-270 А, напряжение 25-30 В. Металлополимерное покрытие наносят толщиной 500-600 мкм. Прочность сцепления покрытия с подложкой определяют по штифтовой методике. Коррозионную стойкость определяют по результатам испытания образцов в камере соляного тумана в растворе NaCl при концентрации 5% и температуре 35°C в течение 240 ч.

Таким образом, изобретение позволяет получать металлополимерные покрытия прочно сцепленные с подложкой и обеспечивающие надежную защиту от коррозии. Это позволяет рекомендовать использование изобретения для антикоррозионной защиты оборудования нефтегазового сектора.

Пример 2

Металлополимерное покрытие (МПП) напыляют с использованием электродугового металлизатора М-2 на образцы из стали 3. Поверхность под нанесение покрытия готовят абразивно-струйной обработкой. В качестве материалов при нанесении МПП для металлизационного слоя используют антикоррозионную проволоку AlMg5 диаметром 2,5 мм, для полимерного покрытия полимерный термопластичный порошок - полиэтилен (фракционный состав 200-300 мкм). Давление воздуха на входе в металлизатор 0,5 МПа, дистанция напыления 150-180 мм, ток дуги 200-250 А, напряжение 20-25 В. Металлополимерное покрытие наносят толщиной 800-1000 мкм. Прочность сцепления покрытия с подложкой определяют по штифтовой методике. Коррозионную стойкость определяют по результатам испытания образцов в камере соляного тумана в растворе NaCl при концентрации 5% и температуре 35°C в течение 240 ч.

Таким образом, изобретение позволяет получать металлополимерные покрытия прочно сцепленные с подложкой и обеспечивающие надежную защиту от коррозии. Это позволяет рекомендовать использование изобретения для антикоррозионной защиты оборудования судостроительной отрасли.

Способ электродугового напыления покрытия, включающий нанесение покрытия с помощью металлизационной струи и инжектирование в металлизационную струю полимерных термопластичных материалов, отличающийся тем, что сначала c помощью металлизационной струи наносят металлический слой толщиной 20-600 мкм, затем наносят композитный слой толщиной 20-600 мкм, для чего инжектируют в металлизационную струю полимерные термопластичные материалы, отключают металлизационную струю и наносят полимерный слой толщиной 20-600 мкм без участия металлизационной струи, при этом при выполнении слоев с участием полимерных термопластичных материалов дополнительно вводят пропан или пропан-бутан, или пропан-воздушную смесь.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к оборудованию для нанесения покрытий методом холодного газодинамического напыления, и может быть использовано для напыления внутренних поверхностей цилиндрических деталей и их восстановления.

Изобретение относится к поглощающим СВЧ-энергию покрытиям и может быть использовано в электронной технике. Способ получения поглощающего СВЧ-энергию покрытия на металлических поверхностях деталей включает газотермическое напыление порошка, содержащего диоксид титана, при этом в качестве порошка, содержащего диоксид титана, используют порошок, состоящий из 100 % полиморфной модификации диоксида титана – рутила, а напыление осуществляют детонационным способом с получением покрытия, содержащего в качестве поглощающей СВЧ-энергию фазы - рутил.

Изобретение относится к технике и технологии нанесения защитных ионно-плазменных покрытий и может быть применено в машиностроении, например, для защиты рабочих и направляющих лопаток турбомашин.

Изобретение относится к способу электродуговой металлизации и может найти применение в различных отраслях машиностроения и ремонтном производстве. Техническим результатом изобретения является повышение адгезионной прочности и износостойкости покрытий, полученных методом электродуговой металлизации, за счет применения водного раствора неорганических веществ.

Изобретение относится к способу получения композиционного материала для изготовления функциональных покрытий из сплава алюминия и углеродного нановолокна и может быть использовано в авиационной, космической, судостроительной и других областях промышленности.

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.

Изобретение относится к области защитных полимерных покрытий, может быть использовано в машиностроительной, авиационной, приборостроительной промышленности и других областях техники.

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 относится к области нанесения покрытий на металлические контакты. Способ включает электрический взрыв композиционного электрически взрываемого проводника, состоящего из двухслойной плоской серебряной оболочки массой 60-360 мг и сердечника в виде порошка оксида цинка массой, равной 0,5-2,0 массы оболочки, формирование из продуктов взрыва импульсной многофазной плазменной струи, оплавление ею поверхности медного электрического контакта при поглощаемой плотности мощности 4,5-6,5 ГВт/м2, осаждение на поверхность продуктов взрыва и формирование на ней композиционного покрытия системы ZnO-Ag и последующую импульсно-периодическую электронно-пучковую обработку поверхности покрытия при поглощаемой плотности энергии 40-60 Дж/см2, длительности импульсов 150-200 мкс и количестве импульсов 10-30.

Изобретение относится к способу электродуговой металлизации и может найти применение в различных отраслях машиностроения и ремонтном производстве. Техническим результатом изобретения является повышение адгезионной прочности и износостойкости покрытий, полученных методом электродуговой металлизации, за счет применения водного раствора неорганических веществ.

Изобретение относится к обрабатывающей головке (1) для обработки поверхности посредством лазерного луча. Обрабатывающая головка (1) включает в себя канал (2) для прохода лазера, имеющий продольную ось (A), по меньшей мере один канал (3) для подвода порошка и канал (4) охлаждения для охлаждения обрабатывающей головки (1).

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться для металлизации деталей и их восстановления. Электродуговой металлизатор содержит корпус , распылительную головку с цилиндрическим соплом и воздуховодами и электродные проволоки в токоподводящих трубках с наконечниками, соединенными с тоководами и механизмом их перемещения.

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться для металлизации деталей и их восстановления. Электродуговой металлизатор содержит корпус , распылительную головку с цилиндрическим соплом и воздуховодами и электродные проволоки в токоподводящих трубках с наконечниками, соединенными с тоководами и механизмом их перемещения.

Изобретение относится к портативному устройству для газодинамического напыления покрытий из порошковых материалов. Блок напыления содержит электронагреватель сжатого газа и сверхзвуковое сопло, выполненное со сменной вставкой, соединенное с выходом электронагревателя, и узел ввода в сопло порошкового материала.

Изобретение относится к портативному устройству для газодинамического напыления покрытий из порошковых материалов. Блок напыления устройства включает электронагреватель сжатого газа, сверхзвуковое сопло, выполненное со сменной вставкой, соединенное с выходом электронагревателя, и узел ввода в сопло порошкового материала.

Изобретение относится к технологии плазменной обработки изделий, а более конкретно к электродуговым плазматронам, предназначенным для напыления порошковых материалов, включая тугоплавкие металлы.

Изобретение относится к способу нанесения многокомпонентного покрытия путем электродуговой металлизации и предназначено для создания антифрикционных покрытий на поверхности деталей, работающих в условиях интенсивного износа поверхностного слоя.

Изобретение относится к устройству термического плазменно-дугового проволочного напыления. Механизм подачи проволоки (20) действует как первый электрод.

Изобретение относится к способу электродугового напыления покрытий и может быть использовано в машиностроении для повышения удобства в эксплуатации при нанесении покрытий на труднодоступные поверхности изделий. Нанесение покрытия осуществляют с помощью металлизационной струи и инжектирования в металлизационную струю полимерных термопластичных материалов. Создают металлизационную струю и сначала наносят металлический слой толщиной 20-600 мкм. Наносят композитный слой толщиной 20-600 мкм таким образом, что инжектируют в металлизационную струю полимерные термопластичные материалы и затем отключают металлизационную струю и наносят полимерный слой толщиной 20-600 мкм без участия металлизационной струи. При выполнении слоев с участием полимерных термопластичных материалов дополнительно вводят пропан или пропан-бутан, или пропан-воздушную смесь. Технический результат состоит в сокращении количества технологических видов оборудования, уменьшении времени нанесения металлополимерного покрытия, формировании металлополимерного покрытия в рамках одного процесса без переналадки оборудования, получении функционального металлополимерного покрытия с требуемыми свойствами. 2 пр.

Наверх