Способ нанесения защитного покрытия на сталь

Авторы патента:

Котванова Маргарита Кондратьевна (RU)

C23C4/134 - Способы покрытия путем распыления материала в расплавленном состоянии, например пламенное, плазменное или дуговое напыление (металлизаторы B05B; производство сплавов, содержащих волокна или нити термическим распылением металла C22C 47/16; плазмотроны H05H)

Владельцы патента RU 2763130:

Сологубова Ирина Александровна (RU)

Изобретение относится к технологии плазменного нанесения защитных покрытий и может быть использовано для защиты стальных конструкций, эксплуатируемых в условиях Арктики и Крайнего Севера. Способ нанесения защитного покрытия на стальные изделия, эксплуатируемые в условиях Арктики и Крайнего Севера, включает нанесение на стальную основу суспензии состава K_0.06TiO₂+H₂O+Na₂SiO₃ с размером частиц от 10 до 150 нм плазменным напылением в диапазоне температур 2000-2200°С, причем создают защитное покрытие толщиной 50-100 мкм. Изобретение направлено на получение покрытия, характеризующегося высокой коррозионной стойкостью, механической и химической устойчивостью, высокой прочностью сцепления со стальной основой и обеспечивающего увеличение срока службы стальных изделий. 1 пр.

Изобретение относится к технологии плазменного нанесения защитных покрытий и может быть использовано в машиностроении, нефтяной, энергетической и химической отраслях промышленности для защиты стальных конструкций, эксплуатируемых в условиях Арктики и Крайнего Севера и удовлетворяющих требованиям к арктическим материалам, устойчивым к низким температурам, интенсивным ветроволновым и ледовым динамическим нагрузкам, коррозионному и эрозионному воздействию.

Известны износостойкие покрытия, получаемые различными способами на поверхности конструкций из алюминиевых сплавов. Например, способами напыления или наплавки получают покрытия, которые состоят из сложных по структуре и составу компонентов, что обеспечивает достаточно высокие показатели прочности покрываемого изделия (Патент РФ № 2198066 «Способ восстановления изношенных деталей из алюминия и его сплавов»).

Одним из наиболее значимых недостатков таких покрытий и способов их получения является сложность обеспечения высокой прочности сцепления покрытия с металлом основы, вследствие чего высока вероятность отслаивания покрытия и нарушения его сплошности.

Известно применение композиционного алюминий-оксидного покрытия для защиты сталей от коррозии и износа (Патент РФ № 90440 «Композиционное алюминий-оксидное покрытие для защиты сталей от коррозии и износа»). Покрытие формируется плазменным напылением на стальной основе, из слоя алюминия пористостью 5-10 %, который затем оксидируют микродуговым методом, оставляя непрооксидированным подслой алюминия, прилегающий к поверхности стали, толщиной 35-65 мкм.

Недостатком способа является использование для получения покрытия агрессивной среды (щелочная среда), а также сложность контроля необходимого диапазона пористости покрытия.

Известен способ по патенту РФ № 2492281 «Способ нанесения защитного покрытия на изделия из стали или титана», включающий нанесение подслоя из кремния, или порошкообразных металлов из группы переходных металлов, или металлов подгруппы хрома с помощью плазменного напыления и проведение химико-термической обработки деталей в шликерной обмазке, содержащей активную порошковую смесь. При этом насыщение подслоя активной порошковой смесью осуществляют в вакууме или в защитной среде из инертного газа при термообработке в течение 1-4 часов при температуре в диапазоне 800-1100°С.

Недостатком указанного способа является сложность и длительность его осуществления вследствие необходимости реализации нескольких технологических стадий в условиях вакуума или в среде из инертного газа.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ по патенту РФ № 2698160 «Способ формирования оксидного титанового покрытия на стальной поверхности».

Недостатками этого способа являются низкая адгезия защитного покрытия к стали вследствие воздействия низких температур (при -60°С), а также невозможность нанесения защитного покрытия в промышленных масштабах.

Изобретение направлено на получение поверхностного покрытия, характеризующегося высокой коррозионной стойкостью, механической и химической устойчивостью, высокой прочностью сцепления со стальной основой и обеспечивающего увеличение срока службы стальных изделий.

Указанный технический результат достигается плазменным напылением на стальную основу суспензии гетерогенного состава: K_0.06TiO₂+H₂O+Na₂SiO₃. при температуре 2000-2200°С. При этом прочность сцепления между покрытием и основой в технологии напыления в наибольшей степени зависит от температуры и скорости частиц, транспортируемых плазменным потоком.

Сущность заявленного изобретения поясняется следующим описанием.

Синтез материала на основе K_0.06TiO₂проводится по методике, описанной в патенте РФ № 2683150 «Механохимический способ получения оксидной калий-титановой бронзы».

Гетерогенная водно-силикатная суспензия готовится из материала с размером частиц менее 150 нм, для увеличения сплошности получаемого покрытия и, как следствие, повышения антикоррозионной устойчивости. При размере частиц более 150 нм покрытие становится большим по толщине, пористым и несплошным. Исследования сплошности покрытий оценивали на металлографическом микроскопе Axiovert 200 MAT.

Средняя толщина покрытия порядка 75 мкм, обеспечивает высокую адгезию покрытия к стальной основе. Уменьшение толщины покрытия позволяет снизить экономические и ресурсные затраты. Изображение топографии покрытий получали с помощью атомно-силового микроскопа NanoEducator.

Пример осуществления технического решения

Стальную основу зачищают с помощью шлифовальной бумаги М40 и обезжиривают ацетоном. Суспензию готовят в весовом соотношении K_0.06TiO₂:H₂О:Na₂SiO₃(в NaOH_водн) = 0,05:1:0,05. Полученную суспензию напыляют ровным слоем на стальную основу с помощью аппарата для воздушно-плазменной резки Мультиплаз - 2500 М.

Рентгенофазовый анализ осуществляли на рентгеновском дифрактометре ARL X`TRA. Исследования фазового состава подтверждают сохранение в составе материала оксидной калий-титановой бронзы.

Физическо-химические свойства полученного покрытия следующие:

- прочность сцепления со стальной основой (адгезия) - 4 МПа;

- прочность покрытия при изгибе стальной пластины – отслоение происходит при изгибе основы на 30°;

- воздействие высокими температурами осуществлялось с помощью газовой горелки (1100-1200 °С) – разрушения покрытия не наблюдалось;

- воздействие низкими температурами осуществлялось с помощью криостата (-60 °С) – разрушения покрытия не наблюдалось;

- химическая стойкость сталь – покрытие увеличилась в 4 раза.

Полученное по описанной технологии арктическое оксидное защитное покрытие стали от коррозии обладает высокими эксплуатационными свойствами по сравнению с известными аналогами. Надежная защита стали от коррозии и механического износа достигается благодаря высокой адгезии, сплошности и коррозионной стойкости разработанного покрытия, вследствие чего увеличивается срок службы стальных изделий в условиях Крайнего Севера. Простой способ получения защитного покрытия является экологически безопасным и удобным для использования в промышленном масштабе.

Способ нанесения защитного покрытия на стальные изделия, эксплуатируемые в условиях Арктики и Крайнего Севера, включающий нанесение на стальную основу суспензии защитного состава K_0.06TiO₂+H₂O+Na₂SiO₃, отличающийся тем, что производят нанесение суспензии с размером частиц от 10 до 150 нм плазменным напылением в диапазоне температур 2000-2200°С, причем создают защитное покрытие толщиной 50-100 мкм.

Настоящее изобретение относится к области защитных покрытий для теплоизоляции деталей авиационных или наземных газотурбинных двигателей, работающих в условиях высоких температур. Предложенная деталь (20) с покрытием для газотурбинного двигателя содержит подложку (21) и, по меньшей мере, один защитный от алюмосиликатов кальция и магния (CMAS) слой (22) на подложке (21).

Установка для нанесения композитных материалов на поверхности деталей плазменным напылением // 2762082

Изобретение относится к устройству для нанесения функциональных покрытий на поверхности деталей различной конфигурации. Плазмотрон установлен с возможностью вращения в двух перпендикулярных проекциях двухкоординатных плоскостей по заданной программе.

Способ восстановления изношенных рабочих органов почвообрабатывающих машин // 2762070

Изобретение относится к восстановлению изношенных деталей и может быть использовано при восстановлении рабочих органов почвообрабатывающих машин. Способ включает удаление изношенной режуще-лезвийной части рабочего органа, изготовление накладной пластины из стали полосового проката ШХ15СГ толщиной 2,4 мм и ее приваривание контактно-точечной сваркой к восстанавливаемому рабочему органу, упрочнение поверхности накладной пластины путем наплавки износостойкого материала по всей площади поверхности накладной пластины.

Способ покрытия поверхности твердой основы слоем, содержащим керамическое соединение, и основа с покрытием, полученная этим способом // 2761397

Изобретение относится к анти-CMAS покрытиям и может быть использовано в газовых турбинах или двигательных системах, применяющихся в авиационной, космической, судостроительной и других отраслях промышленности для защиты деталей, подвергающихся действию высоких температур. Способ покрытия по меньшей мере одной поверхности твердой основы слоем, содержащим по меньшей мере одно керамическое соединение, методом суспензионного плазменного напыления включает впрыскивание по меньшей мере одной суспензии по меньшей мере одного керамического соединения в плазменную струю и ее распыление на поверхность основы с образованием слоя, содержащего по меньшей мере одно керамическое соединение, при этом в суспензии по меньшей мере 90 об.% твердых частиц имеет диаметр меньше 15 мкм и по меньшей мере 50 об.% твердых частиц имеет диаметр больше или равный 1 мкм.

Способ получения многослойных высокоэнтропийных композитных покрытий // 2760316

Изобретение относится к области металловедения, химико-термической обработке металлических изделий, к созданию материалов конструкционного назначения, к проблеме трения и износа и может быть использовано для повышения долговечности деталей машин в любой отрасли промышленности. Способ получения многослойного высокоэнтропийного композитного покрытия из порошковых материалов на стальной основе включает химическое травление, пескоструйную обработку стальной основы и нанесение высокоскоростным газопламенным напылением слоев высокоэнтропийного газопламенного покрытия.

Композиции износостойких сплавов на основе железа, включающие никель // 2759923

Изобретение относится к износостойким сплавам на основе железа для упрочнения поверхности стальных изделий, которые могут быть использованы для бурения при добыче нефти и газа, горных работах, производстве цемента и т.д. Износостойкий сплав на основе железа для поверхностного упрочнения стальной подложки включает, мас.%: бор 1,6-2,4, углерод 1,7-3,0, молибден 16,0-19,5, никель 3,5-6,5, марганец менее 0,8, кремний 0,2-3,0, ванадий 10,8-13,2, остальное – железо.

Способ нанесения теплозащитного электропроводящего покрытия на углеродные волокна и ткани // 2757827

Изобретение может быть использовано при производстве графитированных и активированных углеродных волокон и тканей, обладающих высокой теплостойкостью и электропроводностью. Теплозащитное электропроводящее покрытие на углеродные волокна и ткани наносят путём плазменного напыления керметной композиции из механической порошковой смеси, содержащей следующие компоненты, мас.%: нихром 5-15, диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия, 15-5, алюминий 50, никельалюминий 10, аморфный магнитомягкий сплав (Co-Fe-Ni-Cu-Nb-Si-B) - 20.

Двигатель внутреннего сгорания и способ изготовления картера и/или гильзы цилиндра для двигателя внутреннего сгорания // 2757087

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания с линейным движением поршней имеет по меньшей мере один цилиндр (5).

Способ комплексного восстановления рабочих органов почвообрабатывающих орудий // 2756087

Изобретение относится к восстановлению изношенных деталей и может быть использовано при восстановлении рабочих органов почвообрабатывающих машин. Способ включает удаление изношенной режуще-лезвийной части рабочего органа, изготовление накладной пластины из стали полосового проката ШХ15СГ толщиной 2,2 мм и ее приваривание контактно-точеной сваркой к восстанавливаемому рабочему органу, упрочнение поверхности накладной пластины путем наплавки износостойкого материала по всей площади поверхности накладной пластины.

Способ восстановления рабочих органов газопламенной наплавкой // 2756085

Изобретение относится к восстановлению изношенных деталей и может быть использовано при восстановлении рабочих органов почвообрабатывающих машин. Способ включает удаление изношенной режуще-лезвийной части рабочего органа, изготовление накладной пластины из стали полосового проката ШХ15СГ толщиной 2,1 мм и ее приваривание контактно-точеной сваркой к восстанавливаемому рабочему органу, упрочнение поверхности накладной пластины путем наплавки износостойкого материала по всей площади поверхности накладной пластины.

Способ восстановления долот чизельных плугов // 2763817

Изобретение относится к восстановлению изношенных деталей и может быть использовано при восстановлении долот чизельных плугов. Способ включает удаление изношенной режуще-лезвийной части рабочего органа, изготовление накладной пластины в виде заранее подготовленной по ширине и длине восстанавливаемой лезвийной части заготовки листового проката шарикоподшипниковой стали IIIХ15СГ толщиной 2,9 мм и ее приваривание к восстанавливаемому рабочему органу контактно-точечной сваркой. Упрочнение поверхности накладной пластины проводят газопламенным напылением. Сначала напыляют подслой термореагирующим порошком толщиной 0,05-0,15 мм, а затем основной слой износостойким порошковым сплавом толщиной 2,6-2,7 мм, при этом подслой и основной слой наносят при одних и тех же режимах напыления - давлении кислорода 0,35-0,45 МПа, давлении ацетилена 0,03-0,05 МПа, расходе кислорода 1000-1150 л/ч, расходе ацетилена 1000-1100 л/ч, расстоянии от среза сопла мундштука до наплавляемой поверхности 160-200 мм, расходе порошка 2,8-3,1 кг/ч, при этом перед началом напыления деталь подогревают до температуры 70-120°С. Изобретение позволяет повысить износостойкость долот чизельных плугов в условиях интенсивного абразивного изнашивания. 1 пр.