RU2716921C1 - Method of forming high-strength coatings on metal surfaces - Google Patents
Method of forming high-strength coatings on metal surfaces Download PDFInfo
- Publication number
- RU2716921C1 RU2716921C1 RU2019103605A RU2019103605A RU2716921C1 RU 2716921 C1 RU2716921 C1 RU 2716921C1 RU 2019103605 A RU2019103605 A RU 2019103605A RU 2019103605 A RU2019103605 A RU 2019103605A RU 2716921 C1 RU2716921 C1 RU 2716921C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- nitrogen
- boron
- strength
- composition
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
- B05D3/12—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by mechanical means
-
- 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
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
-
- 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
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/10—Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
-
- 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
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
- C23C4/134—Plasma spraying
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области создания высокопрочных жаростойких (2000÷2500°С) покрытий с антифрикционными свойствами на металлических (стальных) поверхностях подшипников, пресс-форм, штампов и других изделий, подвергаемых высоким сжимающим и сдвиговым нагрузкам.The invention relates to the field of creating high-strength heat-resistant (2000 ÷ 2500 ° C) coatings with anti-friction properties on the metal (steel) surfaces of bearings, molds, dies and other products subjected to high compressive and shear loads.
Известен способ нанесения покрытий из сплавов системы Co-Cr-B-Si путем напыления составов газоплазменным методом с последующим оплавлением поверхности (Heganas, Metal Spray Powders, Sweden, HMSP, 1980, 51 p.). К недостаткам способа относится высокая остаточная пористость и недостаточная устойчивость покрытия к отслоению.A known method of coating from alloys of the Co-Cr-B-Si system by spraying compositions with a gas-plasma method followed by surface melting (Heganas, Metal Spray Powders, Sweden, HMSP, 1980, 51 p.). The disadvantages of the method include high residual porosity and insufficient resistance of the coating to delamination.
Известен также способ плазменного нанесения покрытий, включающий ввод в плазменную струю шихты на основе самофлюсующегося сплава и тугоплавкого соединения титана, являющийся ближайшим прототипом (см. RU 2 112 075 С1 от 27.05.1998). Этот способ позволяет получать покрытия с низкой пористостью (3÷4%) и хорошей износостойкостью (4,8). Недостатками указанного способа являются необходимость трудоемких операций приготовления дорогостоящих компонентов самофлюсующегося сплава Co-Cr-B-Si и диборида титана, а также недостаточная равномерность и гомогенность покрытия, невысокая прочность сцепления покрытия с металлом.There is also known a plasma coating method, comprising introducing into a plasma jet a mixture based on a self-fluxing alloy and a refractory titanium compound, which is the closest prototype (see RU 2 112 075 C1 of 05.27.1998). This method allows to obtain coatings with low porosity (3 ÷ 4%) and good wear resistance (4.8). The disadvantages of this method are the need for time-consuming operations of preparing expensive components of the self-fluxing Co-Cr-B-Si alloy and titanium diboride, as well as insufficient uniformity and homogeneity of the coating, low adhesion strength of the coating to the metal.
Целью настоящего изобретения является способ формирования высокопрочных и жаростойких покрытий с антифрикционными свойствами, каким является нитрид бора, обладающий устойчивостью к воздействию температур до 2500÷3000°С и высокой поверхностной твердостью, приближающейся к твердости алмаза. Способ основывается на использовании серийно выпускаемых компонентов несопоставимо более дешевых и доступных, чем упоминаемых в прототипе.The aim of the present invention is a method of forming high-strength and heat-resistant coatings with antifriction properties, such as boron nitride, which is resistant to temperatures up to 2500 ÷ 3000 ° C and high surface hardness, approaching the hardness of diamond. The method is based on the use of commercially available components that are incomparably cheaper and more affordable than those mentioned in the prototype.
Поставленная цель достигается тем, что на поверхность металла, подвергнутую дробеструйной обработке, наносят состав, включающий химически связанные в одном продукте атомы бора и азота, которые при газоплазменном воздействии при температуре 1000÷1200°С высвобождаются из деструктируемого продукта и вступают в реакцию по схемеThis goal is achieved by the fact that a composition comprising boron and nitrogen atoms chemically bonded in the same product is applied to the surface of the metal subjected to bead-blasting, which, upon gas-plasma exposure at a temperature of 1000 ÷ 1200 ° C, are released from the destructible product and react according to the scheme
B2O3+3С+2N→2BN+CO2.B 2 O 3 + 3C + 2N → 2BN + CO 2 .
Реакция необратима, поскольку образующийся нитрид бора устойчив до температур порядка 2500°С, а исходный продукт деструктирует при 400÷500°С, образуя предельно активные атомы азота и бора, особенно активные и подвижные при температуре 1000÷1200°С, и одновременно образует активный атомарный углерод, который является катализатором реакции присоединения атомов бора и азота. Давление газоплазменной струи способствует проникновению и накоплению на размягченной металлической (стальной) поверхности образующихся молекул нитрида бора.The reaction is irreversible, since the resulting boron nitride is stable up to temperatures of the order of 2500 ° С, and the initial product is degraded at 400 ÷ 500 ° С, forming extremely active nitrogen and boron atoms, especially active and mobile at a temperature of 1000 ÷ 1200 ° С, and at the same time forms an active atomic carbon, which is a catalyst for the addition of boron and nitrogen atoms. The pressure of the gas-plasma jet facilitates the penetration and accumulation of boron nitride molecules on the softened metal (steel) surface.
Химические соединения, содержащие одновременно бор и азот, неоднократно публиковались в авторских свидетельствах СССР (авторы Лапицкий В.А. и др.), например, 1663072, 2177967 (RU патент), которые были использованы в серийном производстве материалов.Chemical compounds containing both boron and nitrogen have been repeatedly published in the copyright certificates of the USSR (authors Lapitsky V.A. et al.), For example, 1663072, 2177967 (RU patent), which were used in serial production of materials.
Получение состава, содержащего атомы бора и азота, осуществляли путем растворения борного ангидрида в этилцеллозольве совместно с дициандиамидом. Полученный продукт является эффективным отвердителем эпоксидных смол, обеспечивающим повышение теплостойкости отвержденных полимеров.A composition containing boron and nitrogen atoms was prepared by dissolving boric anhydride in ethyl cellosolve together with dicyandiamide. The resulting product is an effective hardener of epoxy resins, providing increased heat resistance of cured polymers.
Для заявляемого способа указанный продукт использовали в сочетании с триглицидилизоциануратом с преобладанием атомов азота (промышленный продукт-эпоксидная смола марки ЭЦ). Полученный жидкий состав, стабильный при хранении не менее 12 месяцев, наносили на поверхность металла кистью или краскопультом.For the proposed method, the specified product was used in combination with triglycidyl isocyanurate with a predominance of nitrogen atoms (industrial product is an epoxy resin brand EC). The resulting liquid composition, stable during storage for at least 12 months, was applied to the metal surface with a brush or spray gun.
Покрытие после воздействия температуры 150÷200°С превращается в твердый прочный материал в течение 1÷2 мин, медленно деструктирующий при температуре 400÷500°С и быстро - при температуре 900÷1000°С, образуя реакционную смесь, состоящую из атомов бора, азота и углерода.The coating after exposure to a temperature of 150 ÷ 200 ° C turns into a solid durable material within 1 ÷ 2 min, slowly degrading at a temperature of 400 ÷ 500 ° C and quickly at a temperature of 900 ÷ 1000 ° C, forming a reaction mixture consisting of boron atoms, nitrogen and carbon.
Пример 1.Example 1
Приготовление композиции для нанесения покрытий осуществляют в реакторе с мешалкой и обогревом. В реактор загружают растворитель - этилцеллозольв (малотоксичный) (А), затем загружают порошкообразный борный ангидрид (Б) и дициандиамид (В) (серийно выпускаемые продукты). После растворения борного ангидрида и дициандиамида образуется комплексное соединение-отвердитель латентного действия для эпоксидных смол. Соотношение компонентов А:Б:В 60:20:20 (в масс. ч.).The preparation of the coating composition is carried out in a reactor with a stirrer and heating. The solvent is loaded into the reactor, ethyl cellosolve (low toxicity) (A), then powdered boric anhydride (B) and dicyandiamide (C) (commercially available products) are loaded. After the dissolution of boric anhydride and dicyandiamide, a latent hardener complex compound is formed for epoxy resins. The ratio of components A: B: C 60:20:20 (in mass. Hours).
К полученному раствору отвердителя добавляют 40 масс. ч. триглицидилизоцианурата (эпоксидная смола марки ЭЦ, серийно выпускаемый продукт, состоящий преимущественно из атомов азота и углерода (90%), а также кислорода и водорода (10%)).To the resulting hardener solution add 40 mass. including triglycidyl isocyanurate (an epoxy resin of the EC grade, a commercially available product consisting mainly of nitrogen and carbon atoms (90%), as well as oxygen and hydrogen (10%)).
Состав может храниться не менее 12 месяцев.The composition can be stored for at least 12 months.
Полученный жидкий состав наносят слоем в 1 мм на металлическую поверхность, подвергнутую дробеструйной обработке, и подвергают сушке при 120°С для удаления растворителя и одновременного отверждения в течение 30 мин.The resulting liquid composition is applied in a 1 mm layer on a shot-blasted metal surface and dried at 120 ° C. to remove the solvent and cure for 30 minutes at the same time.
Образуется твердое прочное полимерное покрытие, которое сразу или после любого по длительности перерыва подвергается воздействию плазмотрона с использованием смеси природного газа и воздуха при температуре ~1100°С в течение 10 минут, затем постепенно охлаждают до нормальной температуры. Толщина готового покрытия составляет 200 мкм. Поверхностная микротвердость - 1900 кг/мм2. Температура плавления - свыше 2500°С.A solid, durable polymer coating is formed, which is immediately or after a break of any time exposed to a plasma torch using a mixture of natural gas and air at a temperature of ~ 1100 ° C for 10 minutes, then gradually cooled to normal temperature. The thickness of the finished coating is 200 microns. Surface microhardness - 1900 kg / mm 2 . Melting point - over 2500 ° C.
Пример2.Example 2.
Осуществляют аналогично примеру 1, но толщину наносимого слоя доводят до 2 мм. Образованное покрытие подвергается воздействию плазмотрона с использованием смеси природного газа и воздуха при температуре ~1100°С в течение 5 мин (сразу или после любого по длительности перерыва). Толщина готового покрытия составляет 200 мкм. Поверхностная микротвердость - 1800 кг/мм2. Температура плавления - свыше 2500°С.Carried out analogously to example 1, but the thickness of the applied layer is adjusted to 2 mm. The formed coating is exposed to a plasma torch using a mixture of natural gas and air at a temperature of ~ 1100 ° C for 5 minutes (immediately or after any break time). The thickness of the finished coating is 200 microns. Surface microhardness - 1800 kg / mm 2 . Melting point - over 2500 ° C.
Пример 3.Example 3
Осуществляют аналогично примеру 1, но соотношение компонентов А: Б:В=70:15:15 (в масс. ч.), а эпоксидной смолы марки ЭЦ добавляют 60 масс. ч. на 100 масс. ч. А+Б+В. Слой покрытия наносят толщиной в 3 мм. Образованное покрытие подвергается воздействию плазмотрона с использованием смеси природного газа и воздуха при температуре ~1100°С в течение 15 мин (сразу или после любого по длительности перерыва). Толщина готового покрытия составляет 600 мкм. Поверхностная микротвердость - 1900 кг/мм2. Температура плавления - свыше 2500°С.Carried out analogously to example 1, but the ratio of the components A: B: C = 70: 15: 15 (in parts by mass), and 60 parts by mass of epoxy resin of the EC grade are added. hours per 100 mass. h. A + B + C. The coating layer is applied with a thickness of 3 mm. The formed coating is exposed to a plasma torch using a mixture of natural gas and air at a temperature of ~ 1100 ° C for 15 minutes (immediately or after any break time). The thickness of the finished coating is 600 microns. Surface microhardness - 1900 kg / mm 2 . Melting point - over 2500 ° C.
Пример 4.Example 4
Осуществляют аналогично примеру 1, но соотношение компонентов А:Б:В применяют 50:25:25, а эпоксидной смолы марки ЭЦ добавляют 30 масс. ч. на 100 масс. ч. А+Б+В. Слой покрытия наносят толщиной в 0,8 мм. Образованное покрытие подвергается воздействию плазмотрона с использованием смеси природного газа и воздуха при температуре ~1100°С в течение 5 мин (сразу или после любого по длительности перерыва). Толщина готового покрытия составляет 150 мкм. Поверхностная микротвердость - 1800 кг/мм2. Температура плавления -свыше 2500°С.Carried out analogously to example 1, but the ratio of the components A: B: C is used 50:25:25, and 30 wt. hours per 100 mass. h. A + B + C. The coating layer is applied with a thickness of 0.8 mm. The formed coating is exposed to a plasma torch using a mixture of natural gas and air at a temperature of ~ 1100 ° C for 5 minutes (immediately or after any break time). The thickness of the finished coating is 150 microns. Surface microhardness - 1800 kg / mm 2 . Melting point is above 2500 ° C.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019103605A RU2716921C1 (en) | 2019-02-08 | 2019-02-08 | Method of forming high-strength coatings on metal surfaces |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019103605A RU2716921C1 (en) | 2019-02-08 | 2019-02-08 | Method of forming high-strength coatings on metal surfaces |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2716921C1 true RU2716921C1 (en) | 2020-03-17 |
Family
ID=69898563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019103605A RU2716921C1 (en) | 2019-02-08 | 2019-02-08 | Method of forming high-strength coatings on metal surfaces |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2716921C1 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03260054A (en) * | 1990-03-09 | 1991-11-20 | Masao Murakawa | Cubic bn coated member having superior exfoliation resistance and its production |
| US5683825A (en) * | 1996-01-02 | 1997-11-04 | General Electric Company | Thermal barrier coating resistant to erosion and impact by particulate matter |
| RU2112075C1 (en) * | 1996-07-22 | 1998-05-27 | Институт химии твердого тела Уральского Отделения РАН | Method of deposition of plasma coating |
| RU2177967C2 (en) * | 1999-07-15 | 2002-01-10 | Колесников Владимир Иванович | Composition for preparing friction molding material |
| RU2441102C2 (en) * | 2010-04-13 | 2012-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Производственное предприятие "Турбинаспецсервис" | Method of producing refractory coat of gas turbine vanes |
| RU2441100C2 (en) * | 2010-04-20 | 2012-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Производственное предприятие "Турбинаспецсервис" | Method of producing heat-resisting coat on gas turbine vanes |
| RU2467092C2 (en) * | 2006-02-23 | 2012-11-20 | Пикодеон Лтд Ой | Method of applying coating and coated metal article |
-
2019
- 2019-02-08 RU RU2019103605A patent/RU2716921C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03260054A (en) * | 1990-03-09 | 1991-11-20 | Masao Murakawa | Cubic bn coated member having superior exfoliation resistance and its production |
| US5683825A (en) * | 1996-01-02 | 1997-11-04 | General Electric Company | Thermal barrier coating resistant to erosion and impact by particulate matter |
| RU2112075C1 (en) * | 1996-07-22 | 1998-05-27 | Институт химии твердого тела Уральского Отделения РАН | Method of deposition of plasma coating |
| RU2177967C2 (en) * | 1999-07-15 | 2002-01-10 | Колесников Владимир Иванович | Composition for preparing friction molding material |
| RU2467092C2 (en) * | 2006-02-23 | 2012-11-20 | Пикодеон Лтд Ой | Method of applying coating and coated metal article |
| RU2441102C2 (en) * | 2010-04-13 | 2012-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Производственное предприятие "Турбинаспецсервис" | Method of producing refractory coat of gas turbine vanes |
| RU2441100C2 (en) * | 2010-04-20 | 2012-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Производственное предприятие "Турбинаспецсервис" | Method of producing heat-resisting coat on gas turbine vanes |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102302317B1 (en) | Method For Forming Powder Of High Entropy Ceramic And Method For Forming Thermal Spray Coatings Layer Using Powder Of High Entropy Ceramic | |
| Kim et al. | Superhard nano WC–12% Co coating by cold spray deposition | |
| US10308999B2 (en) | Iron-based alloy coating and method for manufacturing the same | |
| JP6603729B2 (en) | Thermal spraying of repair and protective coatings | |
| FI83935B (en) | SAETT ATT BEHANDLA OCH FRAMSTAELLA MATERIAL. | |
| Gan et al. | Thermal spray forming of titanium and its alloys | |
| US5073409A (en) | Environmentally stable metal powders | |
| KR20150111921A (en) | Method for producing spray powders containing chromium nitride | |
| KR20150127719A (en) | Ternary ceramic thermal spraying powder and coating method | |
| US12227854B2 (en) | Method for forming binder-free refractory carbide, nitride and boride coatings with a controlled porosity | |
| DK172981B1 (en) | Method of making a corrosion and abrasion resistant coating on a metal surface | |
| Solonenko et al. | Effect of the microstructure of SHS powders of titanium carbide–nichrome on the properties of detonation coatings | |
| US4915906A (en) | Novel zinc-based alloys, preparation and use thereof for producing thermal-sprayed coatings having improved corrosion resistance and adherence | |
| RU2716921C1 (en) | Method of forming high-strength coatings on metal surfaces | |
| RU2180018C1 (en) | Method of preparing powdered mix for thermodiffusion zinc-plating | |
| Kuchumova et al. | Effect of WC addition on microstructure and functional properties of Fe-based metallic glass coatings obtained by detonation spraying | |
| FR2565250A1 (en) | CORROSION RESISTANT SILICON RICH ALLOY, METHOD OF COATING SUBSTRATE ARTICLE, AND ARTICLE OBTAINED THEREFROM | |
| RU2699602C1 (en) | Method of laser hardening of metal surfaces | |
| CN105256270A (en) | Preparing method for Fe-Cr-B system amorphous coating with high Cr content and high B content | |
| Porcayo-Calderon et al. | Corrosion performance of Fe-Al intermetallic coatings in 1.0 M NaOH solution | |
| EP1995345A1 (en) | Method for manufacturing a substance resistant to high temperatures | |
| Kumaravel et al. | Advancements in deposition of high entropy alloys using cold spray technology | |
| JPH04185414A (en) | Composite cylinder with lining layer made of corrosion-resistant and wear-resistant sintered alloy | |
| RU2736289C1 (en) | Method of nitriding parts from alloyed steels | |
| RU2737796C1 (en) | Compound composition for nitriding parts from alloyed steels |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210209 |