RU2145644C1 - Способ получения покрытия из порошковых материалов и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ получения покрытия из порошковых материалов и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2145644C1 RU2145644C1 RU98119848/02A RU98119848A RU2145644C1 RU 2145644 C1 RU2145644 C1 RU 2145644C1 RU 98119848/02 A RU98119848/02 A RU 98119848/02A RU 98119848 A RU98119848 A RU 98119848A RU 2145644 C1 RU2145644 C1 RU 2145644C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- powder
- accelerating
- powder material
- flow
- Prior art date
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 123
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 118
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 74
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 52
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 46
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims abstract description 35
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 84
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 70
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 8
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 5
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000005514 two-phase flow Effects 0.000 claims description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 6
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 239000000320 mechanical mixture Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052743 krypton Inorganic materials 0.000 description 1
- DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N krypton atom Chemical compound [Kr] DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010297 mechanical methods and process Methods 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
- C23C24/02—Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
- C23C24/04—Impact or kinetic deposition of particles
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано в металлургической, машиностроительной, радиоэлектронной отраслях промышленности. Способ включает формирование ускоряющего потока рабочего газа-носителя, введение в него частиц порошкового материала, подачу полученной газопорошковой смеси в разгонное сверхзвуковое сопло и нанесение порошкового материала на поверхность изделия. Перед введением порошка в поток рабочего газа его подвергают предварительному ускорению инертным по отношению к исходному порошковому материалу газом до скорости, определяемой числом 0,3≤М≤1,0, газопорошковую смесь в разгонном сверхзвуковом сопле вводят в ядро ускоряющего потока рабочего газа, а перед нанесением порошкового материала на поверхность проводят отделение порошковых частиц от газа. Устройство содержит распыляющий узел, выполненный в виде разгонного сверхзвукового сопла с дозвуковой сужающейся и сверхзвуковой расширяющейся частями и промежуточного сопла, средство подвода сжатого рабочего газа-носителя, средство ввода газопорошковой смеси в распыливающий узел и питатель-дозатор, средство подвода дополнительного сжатого инертного по отношению к порошковому материалу покрытия газа, промежуточное сопло выполнено сверхзвуковым и соосно установлено с возможностью осевого поступательного перемещения в его дозвуковой части, а разгонное сверхзвуковое сопло имеет на выходе своей сверхзвуковой части линейный участок, переходящий в участок с криволинейной поверхностью радиуса R. Способ позволяет расширить технологические возможности получения покрытий из различных порошковых материалов, увеличить эффективность процесса нанесения. 2 с. и 15 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области нанесения и получения покрытий из порошковых материалов и может быть использовано в металлургической, машиностроительной, радиоэлектронной и других отраслях промышленности для повышения технологических и физико-химических свойств изделий, восстановления различных изношенных деталей и придания поверхности изделий специфических свойств.
Известен способ получения покрытия из порошковых материалов, включающий введение исходного порошкового материала в ускоряющий частицы материала газовый поток, формирование высокоскоростной газопорошковой струи и нанесение порошкового материала на поверхность изделия [1].
Недостатками этого способа являются: невозможность разогнать газовым потоком частицы материала покрытия до скоростей, близких к скорости ускоряющего их газа, и реализовать процесс формирования покрытия при относительно невысоких параметрах рабочего газа (воздуха) с давлением P < 10•105н/м2.
Указанные недостатки сужают технологические возможности способа и требуют значительных энергозатрат.
Известен также способ получения покрытия из порошковых материалов на поверхности изделия, материал которого выбран из группы, состоящей из металлов, сплавов или диэлектриков, включающий формирование ускоряющего потока рабочего газа-носителя, введение в него частиц порошкового материала, подачу полученной газопорошковой смеси в разгонное сверхзвуковое сопло и нанесение порошкового материала на поверхность изделия газовым потоком [2].
Для осуществления этого способа используется устройство, содержащее распыливающий узел, выполненный в виде сверхзвукового сопла с дозвуковой сужающейся и сверхзвуковой частями и промежуточного сопла, средство подвода сжатого рабочего газа-носителя и средство ввода газопорошковой смеси в распыливающий узел [2].
Недостатками известного способа и устройства являются ограниченные возможности получения качественного материала покрытия вследствие наличия на частицах используемых порошковых материалов поверхностной оксидной пленки и, как результат этого, наличие окислов в структуре материала покрытия, недостаточная эффективность процесса ускорения частиц вследствие их торможения в сжатом пристеночном слое газа у поверхности обрабатываемого изделия, недостаточно высокие физико-химические свойства получаемых покрытий, ограниченные возможности управления скоростью газового потока и частицами порошкового материала, из которого формируется покрытие, наличие трения и торможения частиц вдоль стенок ускоряющего тракта сверхзвукового сопла, приводящих к снижению эффективности процесса нанесения покрытия и ресурса распыливающей системы. Известное устройство является достаточно сложным в конструктивном выполнении. Указанные недостатки не позволяют получать покрытия с высокими физико-механическими свойствами, сужают технологические возможности получения качественного покрытия из порошковых материалов, а также не обеспечивают высокую эффективность процесса нанесения покрытия и высокий ресурс распыливающей системы.
В основе описываемого изобретения лежит задача создания способа получения покрытия из порошковых материалов и устройства для его осуществления, которые позволили бы расширить технологические возможности получения покрытий из различных порошковых материалов и их механических смесей, повысить физико- химические свойства получаемого материала покрытия, увеличить эффективность процесса нанесения и формирования покрытия, а также ресурс распыливающей системы.
Указанный технический результат достигается благодаря использованию способа получения покрытия из порошковых материалов и устройства для его осуществления, сущность которых заключается в следующем.
В способе получения покрытия из порошковых материалов, включающем формирование ускоряющего потока рабочего газа-носителя, введение в него частиц порошкового материала, подачу полученной газопорошковой смеси в разгонное сверхзвуковое сопло и нанесение порошкового материала на поверхность изделия газовым потоком, предусматривается перед подачей газопорошковой смеси в разгонное сопло ее предварительное ускорение инертным по отношению к исходному порошковому материалу газом до скорости, определяемой числом 0,3 ≤ М ≤ 1,0, где М - число Маха, и дополнительное ускорение путем ввода газопорошковой смеси в ядро ускоряющего потока рабочего газа-носителя, а перед нанесением порошкового материала покрытия на поверхность изделия предусматривается отделение порошковых частиц от газа.
Формирование ускоряющего потока рабочего газа-носителя осуществляют по квадратичному закону изменения профиля площади разгонного сверхзвукового сопла. Этим обеспечивается возможность для более эффективного использования энергии газового потока.
Целесообразно осуществлять подачу газопорошковой смеси в разгонное сопло при суммарном расходе ускоряющего потока газа-носителя и инертного по отношению к порошковому материалу газа, устанавливаемом в соответствии с расчетным режимом разгонного сопла.
Способ предусматривает использование в качестве рабочего газа-носителя воздуха или смеси газов, а в качестве инертного по отношению к порошковому материалу газа берут газ или смесь газов, не вступающих в химическое взаимодействие с порошковыми компонентами этого материала.
Перед предварительным ускорением порошковый материал подвергают механической, электрохимической или химической обработке в инертной для исходного порошкового материала газовой среде и в потоке этой среды подают в питатель-дозатор.
Желательно в качестве инертного по отношению к порошковому материалу газа использовать газ с температурой Т ≤ 300 К.
Подача газопорошковой смеси в ядро ускоряющего потока из питателя-дозатора может быть осуществлена в импульсном режиме.
При нанесении порошкового материала на поверхность изделия последнее может подвергаться колебательному перемещению соосно набегающему двухфазному сверхзвуковому потоку.
Для повышения пластичности покрываемой поверхности изделие подвергают поверхностному нагреву.
В процессе нанесения покрытия на покрываемое изделие может быть подан потенциал, обратный по знаку заряда частицам, находящимся в двухфазном потоке газопорошковой смеси.
Сущность изобретения в части описываемого устройства заключается в том, что устройство для получения покрытий из порошковых материалов, содержащее распыливающий узел, выполненный в виде разгонного сверхзвукового сопла с дозвуковой сужающейся и сверхзвуковой частями и промежуточного сопла, средство подвода сжатого рабочего газа-носителя, средство ввода газопорошковой смеси в распыливающий узел и питатель-дозатор, снабжено средством подвода дополнительного сжатого инертного по отношению к порошковому материалу газа, промежуточное сопло выполнено сверхзвуковым с диаметром среза dср меньше диаметра критического сечения Dкр разгонного сопла и соосно установлено с возможностью поступательного перемещения в его дозвуковой сужающейся части, а разгонное сверхзвуковое сопло имеет на выходе своей сверхзвуковой части линейный участок, переходящий в участок с криволинейной поверхностью радиуса R.
Устройство предусматривает наличие узла для обработки порошкового материала с целью активации и очистки поверхности частиц материала покрытия, пульсатора газа, соединенного со средством ввода газопорошковой смеси, вибратора для сообщения колебаний покрываемому изделию и источника питания для подачи потенциала на изделие.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1 и 2 .
На фиг. 1 представлен общий вид устройства для получения покрытия из порошковых материалов, а на фиг. 2 - распыливающий узел описываемого устройства со средством ввода газопорошковой смеси и разделения двухфазного потока на фракции.
Устройство содержит средство 1 подачи сжатого инертного по отношению к материалу покрытия (смеси порошковых компонентов) газа, запорный вентиль 2, узел 3 предварительной обработки порошкового материала для удаления оксидной пленки и активации частиц, узел 4 сбора оксидной пленки и мелкодисперсной фракции порошка, узел 5 подачи обработанного порошкового материала в питатель-дозатор 6, запорный вентиль 7, пульсатор 8 инертного по отношению к порошковому материалу газа, средство 9 подачи рабочего газа-носителя (например, воздуха), систему 10 управления рабочим процессом нанесения покрытий, нагреватель 11 рабочего газа-носителя, узел 12 поступательного осевого перемещения промежуточного сверхзвукового сопла 13, камеру 14 выравнивания потока газа-носителя, центрирующую перфорируемую втулку 15, разгонное сверхзвуковое сопло 16 с линейным участком 17, переходящим в участок с криволинейной поверхностью 18 для изменения направления движения газового потока, средство 19 отвода газового потока от покрываемого изделия 20, средство 21 крепления и вращения покрываемого изделия, узел 22 возвратно-поступательного перемещения покрываемого изделия, вибратор 23, источник 24 питания, патрубок 25 подачи газопорошковой смеси, патрубок 26 подачи рабочего газа-носителя.
Реализация работы описываемых способа и устройства осуществляется следующим образом.
Инертный по отношению к материалу покрытия (смеси порошковых компонентов) газ под давлением из средства 1 подачи при открытом запорном вентиле 7 поступает в узел 3 предварительной обработки порошкового материала покрытия, предварительно заполненный требуемым количеством порошка (смеси порошков). При включении в работу узла 3 предварительной обработки порошкового материала в нем механическим либо другим способом удаляется оксидная пленка с поверхности частиц порошкового материала покрытия. Отходы предварительной обработки в виде частиц оксидной пленки и некалиброванной мелкодисперсной фракции порошка поступают в узел 4. Затем проводят активацию частиц порошкового материала покрытия электромагнитным, термическим, химическим либо другим способом, зависящим от химического состава и физических свойств порошкового материала (смеси порошковых компонентов) покрытия. Активированные частицы посредством узла 5 подачи порошкового материала поступают в питатель-дозатор 6. После заполнения порошковым материалом и инертным по отношению к нему газом питателя-дозатора 6 производят отключение узлов 3,4,5 и закрывают запорный вентиль 2, прекращая подачу инертного по отношению к порошковому материалу газа.
Для процесса получения покрытия из порошковых материалов рабочий газ-носитель (например, воздух, азот) под давлением из средства 9 подачи подают в систему 10 управления рабочим процессом нанесения покрытий, где давление понижают до требуемого рабочего значения. Пониженный до требуемого давления газ поступает в нагреватель 11 газа, где происходит его подогрев до температуры, соответствующей расчетному режиму работы. Подогретый рабочий газ-носитель поступает по патрубку 26 подачи рабочего газа-носителя в камеру 14 выравнивания потока газа-носителя и затем через профилированные отверстия в центрирующей втулке 15 поступает в разгонное сверхзвуковое сопло 16, где разгоняется до требуемой для нанесения и формирования покрытия скорости. При достижении требуемых параметров рабочего газа-носителя открывают запорный вентиль 7, осуществляя подачу инертного по отношению к порошковому материалу газа, который сначала поступает в пульсатор 8, где приобретает соответствующую по частоте пульсационную составляющую. Из пульсатора 8 инертный по отношению к порошковому материалу газ с требуемой частотой поступает в питатель-дозатор 6, где при смешивании газа с частицами порошкового материала покрытия при переменном давлении образуется газопорошковая смесь, в которой порошковые частицы находятся в виде взвеси. Полученную газопорошковую смесь в виде двухфазного потока подают через патрубок 25 в промежуточное сверхзвуковое сопло 13 и затем в ядро ускоряющего потока газа-носителя в область критического сечения разгонного сверхзвукового сопла 16. Для достижения требуемых расчетных термогазодинамических параметров рабочего газа-носителя и пульсирующей газопорошковой смеси в области критического сечения разгонного сверхзвукового сопла 16 перемещают промежуточное сверхзвуковое сопло 13. Это перемещение осуществляют поступательно вдоль оси сопел посредством узла 12 осевого перемещения на величину, зависящую от скорости истечения и частоты пульсаций газопорошковой смеси в область критического сечения разгонного сверхзвукового сопла 16. Достигнув требуемой величины перемещения, производят отключение узла 12 осевого перемещения промежуточного сверхзвукового сопла 13. Истекающая из промежуточного сверхзвукового сопла 13 пульсирующая смесь частиц с инертным для них газом, имея начальную осевую скорость 0,3 ≤ М ≤ 1,0 (где М - число Маха), смешивается в области критического сечения разгонного сверхзвукового сопла 16 с рабочим газом-носителем, где происходит основное ускорение газопорошковой смеси. Приобретя по тракту разгонного сверхзвукового сопла 16 требуемую скорость, поток газопорошковой смеси выравнивает направление своего движения на линейном участке 17 и затем основная часть потока газа поворачивается на участке, имеющим криволинейную поверхность 18, попадая во входной участок средства 19 отвода газового потока. Порошковые частицы материала покрытия, имея большую массу и инерционность, продолжают свое прямолинейное движение до соударения с поверхностью покрываемого изделия. При достижении необходимых термо- и газодинамических режимов для нанесения покрытия приводят в движение (возвратно-поступательное, вращательное) покрываемое изделие 20, закрепленное в средстве 21 крепления изделия. Затем включают вибратор 23, соединенный с узлом 22 перемещения изделия, и источник питания 24, подающий обратный по знаку движущимся частицам потенциал на изделие 20. Таким образом происходит процесс нанесения и формирования покрытия на поверхности изделия.
В качестве газа, инертного по отношению к порошковому материалу, может быть выбран газ (смесь газов), не вступающий в химическое взаимодействие с порошковым материалом покрытия, например: азот, аргон, гелий, криптон и др. Выбор газа определяется конкретными требованиями к свойствам получаемого покрытия, его структуре и составу материала последнего.
Устранение оксидной пленки с поверхности порошковых частиц материала покрытия, их активация, транспортирование и предварительный разгон инертным для них газом препятствуют окислению материала покрытия и позволяют при нанесении и формировании покрытия получать химически чистые, без окислов в их структуре материалы, существенно улучшить их структуру, физико-химические и технологические свойства.
Коэффициент использования наносимого материала покрытия, адгезия, когезия и его структура зависят от скорости соударения наносимых частиц покрытия о поверхность материала изделия. Предварительное ускорение частиц материала покрытия инертным для них газом при температуре Т ≤ 300 К, скорости ускоряющего их газа 0,3 ≤ М ≤ 1,0 и ввод газопорошковой смеси в ядро ускоряющего их газа-носителя позволяет существенно увеличить скорость частиц материала покрытия до скорости, близкой к скорости ускоряющего их газа, тем самым максимально использовать энергию ускоряющей их газовой струи. Ввод газопорошковой смеси в ядро ускоряющего потока газа-носителя устраняет эффект торможения частиц о стенки проточной части сверхзвукового разгонного сопла, увеличивает ресурс использования устройства, коэффициент использования наносимого материала покрытия. Для устранения эффекта торможения частиц покрытия в пристеночном сжатом слое газа, возникающего при натекании сверхзвуковой струи газа на поверхность изделия, в описываемом способе производят поворот газового потока и его отвод от поверхности обрабатываемого изделия.
Поворот газового потока обусловлен физическим эффектом, возникающим при обтекании плоскопараллельным потоком газа криволинейной поверхности радиуса R. Таким образом, поворот газового потока и его отвод от поверхности обрабатываемого изделия устраняет появление пристеночного сжатого слоя газа на поверхности изделия и частицы покрытия, продолжая свое прямолинейное движение, достигают поверхности изделия со скоростью, которую они приобрели при взаимодействии с ускоряющим их потоком газа. Это позволяет при меньших энергетических параметрах газового потока наносить частицы материала покрытия с более высокими скоростями соударения с поверхностью материала изделия, что приводит к снижению энергозатрат, увеличению коэффициента использования материала покрытия, к улучшению структуры, качества и свойств материала покрытия.
Установление суммарного расхода ускоряющего потока рабочего газа-носителя и инертного по отношению к порошковому материалу покрытия газа в соответствии с расчетным режимом истечения разгонного сопла связано с тем, что расчетный режим истечения газа - режим, при котором давление в выходном сечении разгонного сверхзвукового сопла соответствует давлению окружающей среды. При этом условии скорость истечения газового потока из сверхзвукового сопла будет максимальной. Любое изменение параметров газа-носителя, таких как температура, давление, род газа, приводят к нерасчетному режиму истечения, т. е. потере скорости газового потока и, следовательно, скорости частиц наносимого материала покрытия.
Колебательные движения обрабатываемого изделия при синхронном вводе в импульсном режиме газопорошковой смеси в ядро ускоряющего их потока газа-носителя проводят таким образом, что подача газопорошковой смеси осуществляется в тот момент, когда движение обрабатываемого изделия происходит навстречу движению потока частиц наносимого материала покрытия. В этом случае происходит суммирование скоростей движущихся частиц материала покрытия и скорости перемещения обрабатываемого изделия. В результате скорость столкновения частиц с поверхностью увеличивается. Это приводит к увеличению глубины проникновения частиц в поверхность материала изделия, степени их пластической деформации, увеличению коэффициента использования материала покрытия, улучшению структуры покрытия и его технологических свойств.
Для интенсификации протекания механических и химических процессов в поверхностном слое материала изделия при соударении частиц материала покрытия с поверхностью изделия в описываемом способе производят поверхностный подогрев изделия до температуры, при которой пластичность поверхности материала изделия близка к пластичности материала покрытия. Это позволяет наносить покрытия, обладающие меньшей твердостью на более твердые и менее пластичные поверхности изделий. В этом случае резко изменяются свойства переходной зоны (материал частиц и материал изделия), улучшается ее структура и, как следствие, адгезия покрытия. В переходной зоне также образуется интерметаллическое соединение при нанесении металла на металл, состоящее из материала наносимых частиц покрытия и материала изделия. Твердые частицы при своем движении в потоке газа приобретают определенный по величине и по знаку заряд за счет трения о газ, друг о друга и о стенки проточной части газового тракта. Величина и знак заряда зависят от материала частиц. При подаче обратного по знаку потенциала в описываемом способе на поверхность покрываемого изделия происходит увеличение скорости заряженных частиц при подлете к поверхности изделия и возникновение микродугового разряда при соударении.
Воздействуя на движущийся поток заряженных частиц различными электромагнитными способами и величиной поданного потенциала на изделие, можно управлять процессом нанесения и формирования покрытия.
Это позволяет в процессе нанесения покрытия изменять структуру, свойства и качество покрытия. Конструктивные особенности устройства ввода газопорошковой смеси позволяют осуществить осевой ввод частиц покрытия с начальной скоростью в ядро рабочего ускоряющего их потока газа-носителя, избежав взаимодействия частиц материала покрытия со стенками разгонного сверхзвукового сопла 16 при условии dср ≤ Dкр.
Это позволяет увеличить ресурс использования устройства, максимально использовать энергию газового потока для увеличения кинетической энергии частиц материала покрытия, реализовать процесс формирования покрытия при относительно невысоких входных параметрах газа-носителя, увеличить коэффициент использования наносимого материала.
Описываемое изобретение может быть использовано для получения многофункциональных покрытий и материалов из различных порошковых компонентов, выбранных из группы, в которую входят металлы, сплавы или их механические смеси, а также диэлектрики и органические соединения.
За счет создания условий, позволяющих активировать и исключить на поверхности частиц оксидную пленку, область используемых для нанесения покрытий материалов описываемым изобретением может быть значительно расширена.
Таким образом, описываемые способ и устройство для получения покрытия из порошковых материалов позволяет интенсифицировать процесс нанесения и формирования покрытий из различных порошков и их смесей, получить материал покрытия без наличия в случае необходимости в его структуре оксидных включений, улучшить структуру материала покрытия и его физико-химические свойства, увеличить коэффициент использования материала покрытия, снизить энергетические параметры газового потока, расширить возможности управления процессом нанесения и формирования покрытий, получать материалы в покрытии с уникальными свойствами, расширить технологические и функциональные возможности процесса получения покрытий.
Claims (17)
1. Способ получения покрытия из порошковых материалов, включающий формирование ускоряющего потока рабочего газа-носителя, введение в него частиц порошкового материала, подачу полученной газопорошковой смеси в разгонное сверхзвуковое сопло и нанесение порошкового материала на поверхность изделия, отличающийся тем, что перед введением порошка в поток рабочего газа-носителя его подвергают предварительному ускорению инертным по отношению к исходному порошковому материалу газом до скорости, определяемой числом
0,3 ≤ M ≤ 1,0,
где M - число Маха,
газопорошковую смесь в разгонном сверхзвуковом сопле подвергают дополнительному ускорению путем ввода ее в ядро ускоряющего потока рабочего газа-носителя, а перед нанесением порошкового материала на поверхность изделия проводят отделение порошковых частиц от газа.
0,3 ≤ M ≤ 1,0,
где M - число Маха,
газопорошковую смесь в разгонном сверхзвуковом сопле подвергают дополнительному ускорению путем ввода ее в ядро ускоряющего потока рабочего газа-носителя, а перед нанесением порошкового материала на поверхность изделия проводят отделение порошковых частиц от газа.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что формирование ускоряющего потока рабочего газа-носителя осуществляют по квадратичному закону изменения площади профиля разгонного сверхзвукового сопла.
3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что подачу газопорошковой смеси в разгонное сверхзвуковое сопло проводят при суммарном расходе ускоряющего потока газа-носителя и инертного по отношению к порошковому материалу газа, устанавливаемом в соответствии с расчетным режимом разгонного сверхзвукового сопла.
4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что в качестве рабочего газа-носителя используют воздух, а в качестве инертного по отношению к порошковому материалу газа берут газ или смесь газов, не вступающих в химическое взаимодействие с порошковым материалом.
5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что перед предварительным ускорением порошковый материал подвергают обработке в инертной по отношению к нему газовой среде для активизации и устранения оксидной пленки с поверхности порошковых частиц и в потоке этой среды подают в питатель-дозатор.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что обработку порошкового материала проводят механическим, электрохимическим или химическим путем.
7. Способ по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что инертный по отношению к порошковому материалу газ берут с температурой T ≤ 300К.
8. Способ по любому из пп.1 - 7, отличающийся тем, что ввод газопорошковой смеси в ядро ускоряющего потока рабочего газа-носителя осуществляют в импульсном режиме.
9. Способ по любому из пп.1 - 8, отличающийся тем, что при нанесении порошкового материала на поверхность изделия последнее подвергают колебательному перемещению соосно набегающему двухфазному потоку.
10. Способ по любому из пп.1 - 10, отличающийся тем, что при нанесении порошкового материала проводят поверхностный нагрев изделия.
11. Способ по любому из пп.1 - 10, отличающийся тем, что нанесение порошкового материала на покрываемую поверхность проводят при подаче на изделие потенциала, обратного по знаку частицам потока газопорошковой смеси.
12. Устройство для получения покрытия из порошковых материалов, содержащее распыляющий узел, выполненный в виде разгонного сверхзвукового сопла с дозвуковой сужающейся и сверхзвуковой расширяющейся частями и промежуточного сопла, средство подвода сжатого рабочего газа-носителя, средство ввода газопорошковой смеси в распыливающий узел и питатель-дозатор, отличающееся тем, что оно снабжено средством дополнительного сжатого инертного по отношению к порошковому материалу покрытия газа, промежуточное сопло выполнено сверхзвуковым с диаметром среза dср меньше диаметра критического сечения Dкр разгонного сверхзвукового сопла и соосно установлено с возможностью осевого поступательного перемещения в его дозвуковой части, а разгонное сверхзвуковое сопло имеет на выходе своей сверхзвуковой части линейный участок, переходящий в участок с криволинейной поверхностью радиуса R.
13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что оно снабжено узлом обработки порошкового материала для активации и очистки поверхности частиц, соединенным со средством ввода газопорошковой смеси.
14. Устройство по любому из пп.12 и 13, отличающееся тем, что оно снабжено пульсатором, соединенным со средством ввода газопорошковой смеси.
15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что пульсатор установлен перед питателем-дозатором.
16. Устройство по любому из пп.12 - 15, отличающееся тем, что оно снабжено вибратором для передачи колебательного движения покрываемому изделию.
17. Устройство по любому из пп.12 - 16, отличающееся тем, что оно снабжено источником питания для подачи потенциала на изделие.
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98119848/02A RU2145644C1 (ru) | 1998-11-05 | 1998-11-05 | Способ получения покрытия из порошковых материалов и устройство для его осуществления |
| EP99954555A EP1132497A4 (en) | 1998-11-05 | 1999-07-29 | PROCESS FOR PRODUCING A COATING COMPOSED OF POWDER MATERIALS AND DEVICE FOR CARRYING OUT SAID METHOD |
| AU10875/00A AU1087500A (en) | 1998-11-05 | 1999-07-29 | Method for producing a coating made of powdered materials and device for realising the same |
| CA002349597A CA2349597A1 (en) | 1998-11-05 | 1999-07-29 | Method for producing a coating made of powdered materials and device for realising the same |
| KR1020017005660A KR20010085999A (ko) | 1998-11-05 | 1999-07-29 | 분말 재료로부터 코팅을 제조하는 방법 및 그 방법을수행하기 위한 장치 |
| CN99815192A CN1332811A (zh) | 1998-11-05 | 1999-07-29 | 制备粉末材料涂层的方法和实施该方法的装置 |
| PCT/RU1999/000262 WO2000028110A1 (fr) | 1998-11-05 | 1999-07-29 | Procede de production d'un revetement se composant de materiaux en poudre et dispositif de mise en oeuvre de ce procede |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98119848/02A RU2145644C1 (ru) | 1998-11-05 | 1998-11-05 | Способ получения покрытия из порошковых материалов и устройство для его осуществления |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2145644C1 true RU2145644C1 (ru) | 2000-02-20 |
| RU98119848A RU98119848A (ru) | 2000-03-10 |
Family
ID=20211902
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98119848/02A RU2145644C1 (ru) | 1998-11-05 | 1998-11-05 | Способ получения покрытия из порошковых материалов и устройство для его осуществления |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1132497A4 (ru) |
| KR (1) | KR20010085999A (ru) |
| CN (1) | CN1332811A (ru) |
| AU (1) | AU1087500A (ru) |
| CA (1) | CA2349597A1 (ru) |
| RU (1) | RU2145644C1 (ru) |
| WO (1) | WO2000028110A1 (ru) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2181390C2 (ru) * | 2000-06-06 | 2002-04-20 | Дикун Юрий Вениаминович | Установка для газодинамического нанесения покрытия из порошковых материалов |
| RU2181788C1 (ru) * | 2000-08-08 | 2002-04-27 | Дикун Юрий Вениаминович | Способ получения композиционных материалов и покрытий из порошков и устройство для его осуществления |
| RU2190695C2 (ru) * | 2000-04-20 | 2002-10-10 | Институт теоретической и прикладной механики СО РАН | Устройство газодинамического напыления порошковых материалов |
| RU2334827C2 (ru) * | 2006-07-07 | 2008-09-27 | Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН (ИТПМ СО РАН) | Устройство газодинамического напыления порошковых материалов |
| RU2405739C1 (ru) * | 2009-04-28 | 2010-12-10 | Леонид Васильевич Носачев | Способ получения покрытий из углеродных наноматериалов и устройство для его реализации |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1031388B1 (en) | 1999-02-26 | 2012-12-19 | Hitachi Metals, Ltd. | Surface-treatment of hollow work, and ring-shaped bonded magnet produced by the process |
| US6641778B2 (en) | 2001-05-17 | 2003-11-04 | National Research Council Of Canada | Device and method for regulating flow of particulate material, especially small flows of fine powder |
| DE10158622A1 (de) * | 2001-11-29 | 2003-06-12 | Benteler Automobiltechnik Gmbh | Verfahren zur Entfernung von oxidischen Belägen auf Stahlteilen und Erzeugung einer Beschichtung |
| GB0130782D0 (en) * | 2001-12-21 | 2002-02-06 | Rosti Wembley Ltd | Applying metallic coatings to plastics materials |
| US7125586B2 (en) * | 2003-04-11 | 2006-10-24 | Delphi Technologies, Inc. | Kinetic spray application of coatings onto covered materials |
| DE102004059716B3 (de) * | 2004-12-08 | 2006-04-06 | Siemens Ag | Verfahren zum Kaltgasspritzen |
| KR100691161B1 (ko) * | 2005-05-12 | 2007-03-09 | 삼성전기주식회사 | 전계방출 에미터전극 제조방법 |
| EP1806183A1 (de) | 2006-01-10 | 2007-07-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Düsenanordnung und Verfahren zum Kaltgasspritzen |
| DE502006001063D1 (de) | 2006-01-10 | 2008-08-21 | Siemens Ag | Kaltspritzanlage und Kaltspritzverfahren mit moduliertem Gasstrom |
| DE102006027754A1 (de) * | 2006-06-09 | 2007-12-13 | Siemens Ag | Anordnung und Verfahren zum Beschleunigen von Partikeln |
| DE102006029619B3 (de) * | 2006-06-23 | 2007-07-26 | Siemens Ag | Verfahren zum Beschichten eines Bauteils durch Kaltgasspritzen |
| KR101038187B1 (ko) * | 2008-11-05 | 2011-06-01 | 주식회사 펨빅스 | 온도조절장치가 구비된 고상파우더 진공증착장치 및 고상파우더 진공증착방법 |
| KR101020042B1 (ko) * | 2008-11-11 | 2011-03-09 | 주식회사 펨빅스 | 기재 열충격 제어수단을 구비한 고상파우더 분사 증착 장치및 고상파우더 분사 증착 과정에서의 기재 열충격 제거를 위한 온도조절방법 |
| KR101065271B1 (ko) * | 2009-04-30 | 2011-09-20 | 주식회사 펨빅스 | 고상파우더 코팅장치 |
| CA2816903C (en) * | 2010-12-15 | 2019-12-03 | Sulzer Metco (Us) Inc. | Pressure based liquid feed system for suspension plasma spray coatings |
| CN104372332B (zh) * | 2013-08-13 | 2017-06-06 | 宝山钢铁股份有限公司 | 结晶器冷喷涂整体修复方法及边角处理专用夹紧装置 |
| CN104624428B (zh) * | 2015-02-11 | 2017-01-25 | 普利瑞医疗科技（苏州）有限公司 | 一种全角度超声喷涂操作系统 |
| CN104607335B (zh) * | 2015-02-11 | 2017-11-21 | 苏州微赛智能科技有限公司 | 一种全角度超声喷涂操作系统 |
| CN109500488B (zh) * | 2019-01-12 | 2024-02-13 | 锦州汉拿电机有限公司 | 基于超声振动的粉末涂覆装置以及工艺 |
| CN114875351A (zh) * | 2022-05-13 | 2022-08-09 | 中国舰船研究设计中心 | 一种降低热喷涂非晶合金涂层氧化的装置 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0361710A1 (en) * | 1988-09-20 | 1990-04-04 | Plasma Technik Ag | High-velocity flame spray apparatus |
| EP0375931A2 (en) * | 1988-12-28 | 1990-07-04 | Sulzer Metco (US) Inc. | High velocity powder thermal spray method for spraying non-meltable materials |
| GB2228267A (en) * | 1989-02-16 | 1990-08-22 | Deloro Stellite Limited | Method for plasma transferred arc welding |
| US5005764A (en) * | 1989-02-10 | 1991-04-09 | Castolin S.A. | Apparatus for flame spraying of powder materials |
| EP0455812A1 (en) * | 1989-12-01 | 1991-11-13 | Leningradsky Politekhnichesky Institut Imeni M.I.Kalinina | Method for gas-plasma spraying of metal coatings |
| WO1991019016A1 (fr) * | 1990-05-19 | 1991-12-12 | Institut Teoreticheskoi I Prikladnoi Mekhaniki Sibirskogo Otdelenia Akademii Nauk Sssr | Procede et dispositif de revetement |
| RU2062820C1 (ru) * | 1994-05-20 | 1996-06-27 | Иосиф Сергеевич Гершман | Способ получения покрытий |
| RU2081202C1 (ru) * | 1995-06-28 | 1997-06-10 | Научно-исследовательский институт низких температур при МАИ (Московском государственном авиационном институте-техническом университете) | Способ нанесения покрытия (варианты) |
| RU2082823C1 (ru) * | 1991-06-17 | 1997-06-27 | Московский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе | Способ получения покрытий |
| RU2087207C1 (ru) * | 1995-08-14 | 1997-08-20 | Акционерное общество закрытого типа "ТОТЕМ" | Устройство для нанесения покрытий из порошковых материалов |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5933670B2 (ja) * | 1981-11-04 | 1984-08-17 | 敞 井出 | 被加工物表面への固体薄膜製造装置 |
| LU85363A1 (fr) * | 1984-05-15 | 1986-01-29 | Arbed | Dispositif d'adaptation pour tuyere d'acceleration de particules solides |
| US5779523A (en) * | 1994-03-01 | 1998-07-14 | Job Industies, Ltd. | Apparatus for and method for accelerating fluidized particulate matter |
| US5795626A (en) * | 1995-04-28 | 1998-08-18 | Innovative Technology Inc. | Coating or ablation applicator with a debris recovery attachment |
| RU2100474C1 (ru) * | 1996-11-18 | 1997-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Обнинский центр порошкового напыления" | Устройство для газодинамического нанесения покрытий из порошковых материалов |
-
1998
- 1998-11-05 RU RU98119848/02A patent/RU2145644C1/ru not_active IP Right Cessation
-
1999
- 1999-07-29 AU AU10875/00A patent/AU1087500A/en not_active Abandoned
- 1999-07-29 CA CA002349597A patent/CA2349597A1/en not_active Abandoned
- 1999-07-29 KR KR1020017005660A patent/KR20010085999A/ko not_active Withdrawn
- 1999-07-29 WO PCT/RU1999/000262 patent/WO2000028110A1/ru not_active Ceased
- 1999-07-29 CN CN99815192A patent/CN1332811A/zh active Pending
- 1999-07-29 EP EP99954555A patent/EP1132497A4/en not_active Withdrawn
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0361710A1 (en) * | 1988-09-20 | 1990-04-04 | Plasma Technik Ag | High-velocity flame spray apparatus |
| EP0375931A2 (en) * | 1988-12-28 | 1990-07-04 | Sulzer Metco (US) Inc. | High velocity powder thermal spray method for spraying non-meltable materials |
| US5005764A (en) * | 1989-02-10 | 1991-04-09 | Castolin S.A. | Apparatus for flame spraying of powder materials |
| GB2228267A (en) * | 1989-02-16 | 1990-08-22 | Deloro Stellite Limited | Method for plasma transferred arc welding |
| EP0455812A1 (en) * | 1989-12-01 | 1991-11-13 | Leningradsky Politekhnichesky Institut Imeni M.I.Kalinina | Method for gas-plasma spraying of metal coatings |
| WO1991019016A1 (fr) * | 1990-05-19 | 1991-12-12 | Institut Teoreticheskoi I Prikladnoi Mekhaniki Sibirskogo Otdelenia Akademii Nauk Sssr | Procede et dispositif de revetement |
| RU2082823C1 (ru) * | 1991-06-17 | 1997-06-27 | Московский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе | Способ получения покрытий |
| RU2062820C1 (ru) * | 1994-05-20 | 1996-06-27 | Иосиф Сергеевич Гершман | Способ получения покрытий |
| RU2081202C1 (ru) * | 1995-06-28 | 1997-06-10 | Научно-исследовательский институт низких температур при МАИ (Московском государственном авиационном институте-техническом университете) | Способ нанесения покрытия (варианты) |
| RU2087207C1 (ru) * | 1995-08-14 | 1997-08-20 | Акционерное общество закрытого типа "ТОТЕМ" | Устройство для нанесения покрытий из порошковых материалов |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2190695C2 (ru) * | 2000-04-20 | 2002-10-10 | Институт теоретической и прикладной механики СО РАН | Устройство газодинамического напыления порошковых материалов |
| RU2181390C2 (ru) * | 2000-06-06 | 2002-04-20 | Дикун Юрий Вениаминович | Установка для газодинамического нанесения покрытия из порошковых материалов |
| RU2181788C1 (ru) * | 2000-08-08 | 2002-04-27 | Дикун Юрий Вениаминович | Способ получения композиционных материалов и покрытий из порошков и устройство для его осуществления |
| RU2334827C2 (ru) * | 2006-07-07 | 2008-09-27 | Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН (ИТПМ СО РАН) | Устройство газодинамического напыления порошковых материалов |
| RU2405739C1 (ru) * | 2009-04-28 | 2010-12-10 | Леонид Васильевич Носачев | Способ получения покрытий из углеродных наноматериалов и устройство для его реализации |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU1087500A (en) | 2000-05-29 |
| CN1332811A (zh) | 2002-01-23 |
| WO2000028110A1 (fr) | 2000-05-18 |
| EP1132497A1 (en) | 2001-09-12 |
| CA2349597A1 (en) | 2000-05-18 |
| EP1132497A4 (en) | 2002-03-27 |
| KR20010085999A (ko) | 2001-09-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2145644C1 (ru) | Способ получения покрытия из порошковых материалов и устройство для его осуществления | |
| RU2213805C2 (ru) | Способ нанесения покрытий из порошковых материалов и устройство для его осуществления | |
| EP1200200B1 (en) | Kinetic spray coating method and apparatus | |
| US6623796B1 (en) | Method of producing a coating using a kinetic spray process with large particles and nozzles for the same | |
| RU98119848A (ru) | Способ получения покрытия из порошковых материалов и устройство для его осуществления | |
| EP0484533A1 (en) | Method and device for coating | |
| JP5184347B2 (ja) | ガスダイナミックコーティング装置およびコーティング方法 | |
| US20100143700A1 (en) | Cold spray impact deposition system and coating process | |
| US20030127160A1 (en) | Method of surface self-nanocrystallization of metallic materials | |
| JP2006176880A (ja) | コールドスプレープロセスおよび装置 | |
| JP2006161161A (ja) | 真空コールドスプレープロセス | |
| JP2006247639A (ja) | コールドスプレー用ノズルならびにこれを利用したコールドスプレー装置及び方法 | |
| US20050214474A1 (en) | Kinetic spray nozzle system design | |
| JP4171955B2 (ja) | 金属粉末を製造する方法及び装置 | |
| EP2110178A1 (en) | Cold gas-dynamic spray nozzle | |
| RU2205897C1 (ru) | Способ нанесения покрытий | |
| WO2007091102A1 (en) | Kinetic spraying apparatus and method | |
| RU2399694C1 (ru) | Способ газодинамической обработки поверхности порошковым материалом и устройство для его реализации | |
| RU2195515C2 (ru) | Способ нанесения покрытий из порошковых материалов | |
| WO2008031185A1 (en) | Nozzle assembly for cold gas dynamic spray system | |
| SU1618778A1 (ru) | Способ получени покрытий | |
| JPH10503806A (ja) | 分散性液体材料のアトマイズ方法 | |
| RU2128728C1 (ru) | Способ получения покрытий из порошковых материалов | |
| RU95110652A (ru) | Способ нанесения покрытий (варианты) | |
| RU2154694C1 (ru) | Способ обработки поверхности изделий и устройство для его осуществления |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20031106 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051106 |