RU2845211C1 - Method of gas-dynamic coating application and device for implementation thereof - Google Patents
Method of gas-dynamic coating application and device for implementation thereofInfo
- Publication number
- RU2845211C1 RU2845211C1 RU2024121987A RU2024121987A RU2845211C1 RU 2845211 C1 RU2845211 C1 RU 2845211C1 RU 2024121987 A RU2024121987 A RU 2024121987A RU 2024121987 A RU2024121987 A RU 2024121987A RU 2845211 C1 RU2845211 C1 RU 2845211C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- jet
- nozzle
- copper powder
- powder
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии и средствам для газодинамического нанесения покрытий из порошковых материалов и может быть использовано в машиностроении и других отраслях промышленности для получения покрытий, придающих различные свойства обрабатываемым поверхностям.The invention relates to technology and means for gas-dynamic application of coatings from powder materials and can be used in mechanical engineering and other branches of industry to obtain coatings that impart various properties to the treated surfaces.
Наиболее близким по технической сущности является способ газодинамической обработки поверхности порошковым материалом и устройство для его реализации, описанный в патенте №2399694, МПК С23С 24/04, 20.09.2010 г. Способ включает подачу частиц порошкового материала в сверхзвуковое сопло, ускорение частиц сверхзвуковым газовым потоком и направление частиц на поверхность подложки. Для ускорения порошкового материала используют плоское или осесимметричное сопло, выполненное с длиной сверхзвуковой части и характерным размером критического сечения, соответствующими заявленным условиям.The closest in technical essence is the method of gas-dynamic surface treatment with powder material and the device for its implementation, described in patent No. 2399694, IPC C23C 24/04, 20.09.2010. The method includes feeding particles of powder material into a supersonic nozzle, accelerating the particles with a supersonic gas flow and directing the particles to the surface of the substrate. To accelerate the powder material, a flat or axisymmetric nozzle is used, made with a supersonic part length and a characteristic size of the critical section corresponding to the declared conditions.
Недостатком указанного способа и устройства является то, что в процессе нанесения покрытия нагретая газовая струя, используемая для ускорения частиц порошка, при натекании на поверхность обрабатываемого (напыляемого) изделия нагревает изделие и динамически на него воздействует, что в ряде случаев может приводить к разрушению, растрескиванию либо значительным деформациям изделия и нежелательным фазовым трансформациям.The disadvantage of the specified method and device is that during the coating application process, the heated gas jet used to accelerate the powder particles, when flowing onto the surface of the processed (sprayed) product, heats the product and dynamically affects it, which in some cases can lead to destruction, cracking or significant deformation of the product and undesirable phase transformations.
Так, например, тепловой поток от газовой струи оценивался из расчета натекания сверхзвуковой воздушной струи на металлическую подложку диаметром 50 мм и толщиной 5 мм. Сверхзвуковая расчетная струя формировалась с помощью осесимметричного сопла Лаваля, имеющего длину сверхзвуковой части 145 мм с диаметрами критического и выходного сечений dcr=2,8 мм dex=6,5 мм соответственно, дистанция от среза сопла до подложки была постоянной и составляла zns=30 мм. Поток из сопла направлялся перпендикулярно поверхности подложки. Воздух подогревался до температуры 673 К, давление в форкамере сопла было равно 3,75 МПа (типичные параметры при нанесении медного покрытия). Расчет проводился с использованием модели турбулентности k-ω SST, применялась неявная схема интегрирования 2-го порядка точности. Материалом подложки была выбрана сталь с температурой поверхности 300 К, истечение струи происходило в окружающее пространство с давлением воздуха 0,1 МПа и температурой 300 К.For example, the heat flux from the gas jet was estimated based on the calculation of the supersonic air jet impingement on a metal substrate with a diameter of 50 mm and a thickness of 5 mm. The supersonic calculated jet was formed using an axisymmetric Laval nozzle with a supersonic section length of 145 mm with critical and exit section diameters of d cr = 2.8 mm and d ex = 6.5 mm, respectively. The distance from the nozzle exit section to the substrate was constant and was z ns = 30 mm. The flow from the nozzle was directed perpendicular to the substrate surface. The air was heated to a temperature of 673 K, the pressure in the nozzle prechamber was 3.75 MPa (typical parameters for copper coating). The calculation was performed using the k-ω SST turbulence model, and an implicit 2nd-order integration scheme was used. The substrate material chosen was steel with a surface temperature of 300 K, and the jet flowed into the surrounding space with an air pressure of 0.1 MPa and a temperature of 300 K.
На фиг. 1 показан удельный тепловой поток от газовой струи на поверхности подложки в начальный момент времени.Fig. 1 shows the specific heat flux from the gas jet on the substrate surface at the initial moment of time.
Из графика видно, что тепловой поток имеет максимальную величину ~ 3,5 МВт/м2 на радиусе ~1,5-2 мм, затем наблюдается резкое уменьшение теплообмена в переделах размера пятна напыления (~ 5 мм), далее он монотонно падает.It is evident from the graph that the heat flow has a maximum value of ~3.5 MW/ m2 at a radius of ~1.5-2 mm, then a sharp decrease in heat exchange is observed within the size of the spray spot (~5 mm), after which it monotonously decreases.
Зависимость интегрального теплового потока (общий поток тепла в подложку) от радиуса (фиг.2) найдем из выраженияThe dependence of the integral heat flow (total heat flow into the substrate) on the radius (Fig. 2) is found from the expression
Видно, что полный тепловой поток от газовой струи к подложке, имеющей комнатную температуру, равен примерно 1000 Вт.It can be seen that the total heat flow from the gas jet to the substrate at room temperature is approximately 1000 W.
Оценим поток тепла от частиц в подложку. Поток энергии напыляемых частиц, который может трансформироваться в нагрев подложки, можно записать какLet us estimate the heat flow from the particles to the substrate. The energy flow of the deposited particles, which can be transformed into heating of the substrate, can be written as
Где kd - коэффициент напыления (доля частиц закрепившихся на поверхности после соударения с последней), Gp - массовый расход частиц через сопло, ир - скорость соударения частиц с подложкой, ср - удельная теплоемкость материала частиц, Тр -температура частиц перед ударом о поверхность, Ts - температура поверхности подложки.Where kd is the deposition coefficient (the proportion of particles fixed on the surface after impact with the latter), G p is the mass flow rate of particles through the nozzle, and p is the velocity of impact of particles with the substrate, c p is the specific heat capacity of the particle material, T p is the temperature of the particles before impact with the surface, T s is the surface temperature of the substrate.
Оценим поток тепла от частиц при нанесении медного покрытия. Характерные для этого случая значения: kd ≈ 0,5; Gp ≈ 2-3 г/с; up ≈ 600 м/с; ср ≈ 400 Дж/кг⋅К; Тр ≈ 500 К; Ts ≈ 300 К. В итоге имеем Qp ≈ 260-390 Вт. Т.е. поток тепла в подложку от частиц примерно в 3 раза меньше, чем от газовой струи.Let us estimate the heat flow from the particles during the application of a copper coating. The values typical for this case are: k d ≈ 0.5; G p ≈ 2-3 g/s; u p ≈ 600 m/s; с р ≈ 400 J/kg⋅K; Т р ≈ 500 K; T s ≈ 300 K. As a result, we have Q p ≈ 260-390 W. That is, the heat flow into the substrate from the particles is approximately 3 times less than from the gas jet.
Силовое воздействие газовой струи на подложку может быть оценено из выраженияThe force action of the gas jet on the substrate can be estimated from the expression
Расход воздуха (азота) через сверхзвуковое сопло определяется какThe air (nitrogen) flow rate through a supersonic nozzle is determined as
Где р0 - давление торможения (давление в форкамере сверхзвукового сопла), Scr - площадь критического сечения, Т0 - температура торможения (температура газа в форкамере сверхзвукового сопла).Where p 0 is the stagnation pressure (pressure in the prechamber of the supersonic nozzle), S cr is the critical section area, T 0 is the stagnation temperature (gas temperature in the prechamber of the supersonic nozzle).
Давление газа в форкамере сопла равнялось 3,75 МПа, скорость истечения газа из сопла примерно 850 м/с, площадь критического сечения (при его диаметре равном 2,8 мм) - 6,16 мм2, температура торможения - 673 К.The gas pressure in the nozzle prechamber was 3.75 MPa, the gas flow velocity from the nozzle was approximately 850 m/s, the critical cross-sectional area (with its diameter equal to 2.8 mm) was 6.16 mm2 , and the braking temperature was 673 K.
Подставив эти значения в формулы (4) и (3) получим, что струя динамически воздействует на напыляемую поверхность с силой примерно 30 Н.Substituting these values into formulas (4) and (3), we obtain that the jet dynamically acts on the sprayed surface with a force of approximately 30 N.
Сила, с которой струя частиц динамически воздействует на преграду, определяется какThe force with which a jet of particles dynamically acts on an obstacle is defined as
Характерный расход частиц при напылении Gp≈2-3 г/с и скорость частиц примерно 600 м/с. В итоге для силы давления частиц получим оценку 1,2 1,8 Н, что более чем на порядок меньше силы давления газовой струи.The typical particle flow rate during spraying is G p ≈2-3 g/s and the particle velocity is approximately 600 m/s. As a result, for the particle pressure force we obtain an estimate of 1.2-1.8 N, which is more than an order of magnitude less than the pressure force of the gas jet.
Техническим результатом изобретения является уменьшение температурного и динамического воздействия на обрабатываемое (напыляемое) изделие.The technical result of the invention is a reduction in the temperature and dynamic impact on the processed (sprayed) product.
Использование предложенного технического решения обеспечит:The use of the proposed technical solution will ensure:
- уменьшение температурной деформации/коробления напыляемого изделия при нагреве, что актуально в случае нанесения покрытий на тонкостенные поверхности;- reduction of temperature deformation/warping of the sprayed product during heating, which is important in the case of applying coatings to thin-walled surfaces;
- уменьшение температуры поверхности/покрытия в пятне напыления и, соответственно, уменьшению нежелательных химических реакций (например, окисление) и фазовых переходов в материале покрытия и подложки в процессе напыления;- reduction of the surface/coating temperature in the spray spot and, accordingly, reduction of undesirable chemical reactions (e.g. oxidation) and phase transitions in the coating and substrate material during the spraying process;
- уменьшение динамического воздействия на напыляемое изделие, что сделает возможным наносить покрытия на подложки деформируемые или разрушаемые при воздействии газовой струи, например на тонкие керамические подложки.- reduction of the dynamic impact on the sprayed product, which will make it possible to apply coatings to substrates that are deformable or destroyed by the action of a gas jet, for example, to thin ceramic substrates.
Технический результат решается благодаря тому, что способ газодинамического нанесения медного порошка для формирования покрытия включает подачу частиц медного порошка из дозатора порошка через узел подачи в сверхзвуковое сопло, ускорение упомянутых частиц сверхзвуковой газовой струей, при этом на газопорошковую струю при выходе из сверхзвукового сопла воздействуют газовой струёй из дополнительного сопла, направленной к газопорошковой струе под углом от 30 до 90 градусов для отклонения газовой части газопорошковой струи с разделением газопорошковой струи на поток газа и поток частиц медного порошка, после чего частицы медного порошка из потока частиц медного порошка соударяются с поверхностью изделия с формированием покрытия, а образованный указанным разделением поток газа для исключения воздействия упомянутого газового потока на напыляемую поверхность, отклоняют дефлектором, закрепленным в приспособлении для регулирования угла наклона упомянутого дефлектора и расстояния упомянутого дефлектора от поверхности напыляемого изделия, при этом дополнительное сопло закреплено в приспособлении для регулирования расстояния дополнительного сопла от напыляемой поверхности и от угла пересечения осей основного и дополнительного сопла.The technical result is solved due to the fact that the method of gas-dynamic application of copper powder for forming a coating includes feeding copper powder particles from a powder dispenser through a feed unit into a supersonic nozzle, accelerating said particles with a supersonic gas jet, wherein the gas-powder jet at the exit from the supersonic nozzle is affected by a gas jet from an additional nozzle directed towards the gas-powder jet at an angle of 30 to 90 degrees to deflect the gas part of the gas-powder jet with the division of the gas-powder jet into a gas flow and a flow of copper powder particles, after which the copper powder particles from the flow of copper powder particles collide with the surface of the product with the formation of a coating, and the gas flow formed by said division, in order to exclude the impact of said gas flow on the sprayed surface, is deflected by a deflector fixed in a device for adjusting the angle of inclination of said deflector and the distance of said deflector from the surface of the sprayed product, wherein the additional The nozzle is secured in a device for adjusting the distance of the additional nozzle from the sprayed surface and from the angle of intersection of the axes of the main and additional nozzle.
Для реализации способа газодинамического нанесения покрытий используют устройство для газодинамического нанесения медного порошка для формирования покрытия, содержащее форкамерно-сопловой узел со сверхзвуковым соплом, соединенным с узлом подачи в него медного порошка, и дозатор медного порошка, выход которого соединен с узлом подачи медного порошка в сверхзвуковое сопло, при этом устройство снабжено дополнительным соплом, закрепленным в приспособлении с возможностью регулирования расстояния дополнительного сопла от поверхности напыляемого изделия и угла пересечения осей основного и дополнительного сопла, составляющего от 30 до 90 градусов для отклонения газовой части газопорошковой струи с разделением газопорошковой струи на поток газа и поток частиц медного порошка, и дефлектором, закрепленным в приспособлении для регулирования угла наклона упомянутого дефлектора и расстояния упомянутого дефлектора от поверхности напыляемого изделия.In order to implement the method of gas-dynamic coating application, a device is used for gas-dynamic application of copper powder to form a coating, comprising a pre-chamber nozzle unit with a supersonic nozzle connected to a unit for feeding copper powder into it, and a copper powder dispenser, the outlet of which is connected to a unit for feeding copper powder into the supersonic nozzle, wherein the device is provided with an additional nozzle fixed in a device with the possibility of adjusting the distance of the additional nozzle from the surface of the product being sprayed and the angle of intersection of the axes of the main and additional nozzles, which is from 30 to 90 degrees for deflecting the gas part of the gas-powder jet with separation of the gas-powder jet into a gas flow and a flow of copper powder particles, and a deflector fixed in a device for adjusting the angle of inclination of said deflector and the distance of said deflector from the surface of the product being sprayed.
Преимуществами предложенного способа газодинамического напыления и устройства для его реализации является то, что нагретая газовая струя, ускоряющая частицы порошка, отклоняется из зоны/пятна напыления. Это приводит к уменьшению температурного и динамического воздействия на напыляемое изделие, а частицы порошка вследствие инерционности отклоняются на угол меньший, чем угол отклонения газа и при минимальных потерях скорости, соударяясь с поверхностью обрабатываемого изделия, формируют покрытие.The advantages of the proposed method of gas-dynamic spraying and the device for its implementation are that the heated gas jet, accelerating the powder particles, is deflected from the spraying zone/spot. This leads to a decrease in the temperature and dynamic impact on the sprayed product, and the powder particles, due to inertia, are deflected by an angle smaller than the gas deflection angle and, with minimal speed losses, colliding with the surface of the processed product, form a coating.
На фиг. 3 схематично изображено устройство газодинамического нанесения покрытия из порошкового материала.Fig. 3 schematically shows a device for gas-dynamic application of a coating from powder material.
Устройство газодинамического нанесения покрытий содержит сверхзвуковое основное сопло 1, присоединенное к фор камерно-сопловому узлу 2, соединенному с нагревателем рабочего газа и дозатором порошкового материала (на фиг. 3 не показаны). На форкамерно-сопловом узле 2 смонтированы приспособления 3 и 4. Приспособление 3 предназначено для закрепления на нем форкамерно-соплового узла 5 с присоединенным дополнительным соплом 6. Приспособление 4 содержит дефлектор 7. Сверхзвуковое сопло 1 формирует газопорошковую струю 8. Дополнительное сопло 6 формирует газовую отклоняющую струю 9. При пересечении струй 8 и 9 формируется результирующая газовая струя 10. Приспособление 3 выполнено с возможностью регулирования расстояния сопла 6 от поверхности 11 и угла пересечения газопорошковой струи 8 и газовой струи 9 на угол от 30 до 90°. Дефлектор 7, установлен с возможностью регулирования в приспособлении 4 его угла наклона и расстояния от поверхности напыляемого изделия для дополнительного разворота результирующей струи 10 с целью полного исключения ее воздействия на напыляемую поверхность изделия (подложки) 11.The gas-dynamic coating application device comprises a supersonic main nozzle 1 connected to a pre-chamber-nozzle unit 2 connected to a working gas heater and a powder material dispenser (not shown in Fig. 3). Devices 3 and 4 are mounted on the pre-chamber-nozzle unit 2. Device 3 is intended for securing the pre-chamber-nozzle unit 5 with an additional nozzle 6 connected to it. Device 4 comprises a deflector 7. The supersonic nozzle 1 forms a gas-powder jet 8. The additional nozzle 6 forms a gas deflecting jet 9. When jets 8 and 9 intersect, a resulting gas jet 10 is formed. Device 3 is designed with the possibility of adjusting the distance of the nozzle 6 from the surface 11 and the angle of intersection of the gas-powder jet 8 and the gas jet 9 at an angle from 30 to 90°. The deflector 7 is installed with the possibility of adjusting its angle of inclination and distance from the surface of the sprayed product in the device 4 for additional rotation of the resulting jet 10 in order to completely eliminate its impact on the sprayed surface of the product (substrate) 11.
Способ газодинамического нанесения покрытий осуществляется следующим образом.The method of gas-dynamic coating application is carried out as follows.
В зависимости от выбранного для напыления материала порошка (учитывают плотность материала частиц и их средний размер) устанавливают давление и температуру газа (воздух, азот) в устройстве газодинамического нанесения покрытия. Частицам порошка 12 обеспечивают необходимую для напыления скорость соударения с поверхностью подложки 11 за счет газодинамического ускорения в сверхзвуковой части сопла 1. Затем в выбранном промежутке между срезом сопла 1 и напыляемой поверхностью подложки 11 воздействуют на нагретую газопорошковую струю 8 с помощью газовой струи 9 из дополнительного сопла 6, установленного под углом от 30 до 90 градусов к оси сопла 1 с помощью приспособления 3. Образовавшуюся от взаимодействия струй 8 и 9, газовую результирующую струю 10, для полного исключения ее воздействия на напыляемую поверхность подложки 11, отклоняют за пределы поверхности изделия дефлектором 7, установленным с возможностью регулирования в приспособлении 4 его угла наклона и расстояния от поверхности напыляемого изделия. При этом частицы порошка 12, соударяясь с поверхностью обрабатываемого изделия, формируют покрытие 13.Depending on the powder material selected for spraying (taking into account the density of the particle material and their average size), the pressure and temperature of the gas (air, nitrogen) in the gas-dynamic coating application device are set. The particles of powder 12 are provided with the necessary velocity of impact with the surface of substrate 11 for spraying due to gas-dynamic acceleration in the supersonic part of nozzle 1. Then, in the selected gap between the exit section of nozzle 1 and the sprayed surface of substrate 11, the heated gas-powder jet 8 is acted upon by means of gas jet 9 from additional nozzle 6, installed at an angle of 30 to 90 degrees to the axis of nozzle 1 using device 3. The resulting gas jet 10 formed from the interaction of jets 8 and 9, in order to completely eliminate its impact on the sprayed surface of substrate 11, is deflected beyond the surface of the product by deflector 7, installed with the possibility of adjusting its angle of inclination and distance from the surface of the sprayed product in device 4. In this case, the particles of powder 12, colliding with the surface of the product being processed, form a coating 13.
ПримерыExamples
Пример 1Example 1
Расчет проводился в соответствии с параметрами характерными для напыления медного порошка. Давление торможения ускоряющей частицы струи равнялось 3,75 МПа, температура торможения 673°К. Отклоняющая газовая струя 6 не подогревалась и ее давление торможения равнялось 3,75 МПа.The calculation was carried out in accordance with the parameters characteristic of copper powder spraying. The braking pressure of the accelerating particle of the jet was 3.75 MPa, the braking temperature was 673°K. The deflecting gas jet 6 was not heated and its braking pressure was 3.75 MPa.
На фиг. 4 и фиг. 5 показаны зависимости от размера частиц скорости их удара о поверхность напыляемого изделия и их температуры перед ударом для случаев угла пересечения струй 90 и 30 градусов, а также в отсутствии отклоняющей струи. При всех других углах в интервале от 30 до 90 градусов зависимости будут расположены между кривой для 90 градусов и кривой для 30 градусов. Результаты расчета показывают, что при увеличении диаметра частицы влияние отклоняющей струи на скорость частиц уменьшается. Падение скорости составляет менее 10% по сравнению со случаем без отклоняющей струи для угла пересечения струй 90° при диаметрах частиц порошка более 23 мкм, а для угла 30 градусов - более 10 мкм. Из фиг. 5 видно, что температура частиц перед ударом почти не меняется по сравнению со случаем без вспомогательной струи.Fig. 4 and Fig. 5 show the dependences of the particle size on the velocity of their impact on the surface of the sprayed article and their temperature before the impact for the cases of the jet intersection angle of 90 and 30 degrees, as well as in the absence of a deflecting jet. For all other angles in the range from 30 to 90 degrees, the dependences will be located between the curve for 90 degrees and the curve for 30 degrees. The calculation results show that with an increase in the particle diameter, the effect of the deflecting jet on the particle velocity decreases. The drop in velocity is less than 10% compared to the case without a deflecting jet for an intersection angle of jets of 90° for powder particle diameters greater than 23 μm, and for an angle of 30 degrees - more than 10 μm. From Fig. 5 it is evident that the particle temperature before the impact hardly changes compared to the case without an auxiliary jet.
На фиг. 6 показана картина газового течения и траектории частиц. По результатам расчета видно, что результирующая струя 10 отклоняется почти на 45 градусов относительно оси сопла 1. На фиг. 7 показаны градиенты плотности газа в струях 8, 9 и 10 и траектории медных частиц размером 5, 10, 20, 30 и 50 мкм. Видно, что частицы отклоняются на меньший угол, что позволяет разделить потоки газа и частиц.Fig. 6 shows a picture of the gas flow and particle trajectories. According to the calculation results, it is evident that the resulting jet 10 deviates by almost 45 degrees relative to the axis of the nozzle 1. Fig. 7 shows the gas density gradients in jets 8, 9 and 10 and the trajectories of copper particles of 5, 10, 20, 30 and 50 μm in size. It is evident that the particles deviate by a smaller angle, which allows the gas and particle flows to be separated.
Пример 2Example 2
Для проверки возможности напыления покрытий в условиях разделения потоков газа и частиц был проведен эксперимент. На фиг. 8 показано схематическое изображение эксперимента. Цифрами обозначены: основное сопло 1, формирующее несущую газопорошковую струю 8, дополнительное сопло 6, формирующее отклоняющую газовую струю 9, подложка 11 и дорожка напыления (покрытие) 13. Ось основного сопла 1 ориентирована перпендикулярно поверхности подложки 11. Сопло 1 было установлено на фланце 6-ти координатного робота KUKA на расстоянии от среза сопла до подложки 11 на 53 мм и перемещалось параллельно поверхности подложки 11 со скоростью 30 мм/с. Отклоняющая газовая струя 9 истекала из стационарно установленного дополнительного сопла 6, ось симметрии которого была расположена параллельно плоскости подложки 11 на расстоянии 23 мм и перпендикулярна (90 градусов) вектору скорости перемещения сопла 1. Расстояние от среза дополнительного сопла 3 до оси основного сопла 1 равнялась 30 мм.An experiment was conducted to test the possibility of spraying coatings under conditions of separation of gas and particle flows. Fig. 8 shows a schematic representation of the experiment. The numbers indicate: the main nozzle 1, which forms the carrier gas-powder jet 8, the additional nozzle 6, which forms the deflecting gas jet 9, the substrate 11 and the spraying track (coating) 13. The axis of the main nozzle 1 is oriented perpendicular to the surface of the substrate 11. The nozzle 1 was mounted on the flange of a 6-axis KUKA robot at a distance of 53 mm from the nozzle exit to the substrate 11 and moved parallel to the surface of the substrate 11 at a speed of 30 mm/s. The deflecting gas jet 9 flowed out of a stationary additional nozzle 6, the symmetry axis of which was located parallel to the plane of the substrate 11 at a distance of 23 mm and perpendicular (90 degrees) to the velocity vector of the movement of the nozzle 1. The distance from the cut of the additional nozzle 3 to the axis of the main nozzle 1 was equal to 30 mm.
Проводилось напыление медного порошка со средним размером частиц 40 мкм. Давление торможения несущей струи равнялось 3,75 МПа, температура торможения 673°К. Отклоняющая газовая струя 6 не подогревалась и ее давление торможения равнялось 3,75 МПа. В процессе движения сопла 1 газопорошковая струя 8 пересекала отклоняющую струю 9 и в этот момент дорожка напыления 13 смещалась в сторону сдува на расстояние около 3 мм, что составляет менее половины ее ширины (8 мм). При этом результирующая газовая струя 10, согласно представленным выше расчетам, отклонялась на угол примерно 45 градусов и соударялась с поверхностью подложки 11 на расстоянии 20 25 мм от дорожки напыления 13.Copper powder with an average particle size of 40 μm was sprayed. The braking pressure of the carrier jet was 3.75 MPa, the braking temperature was 673°K. The deflecting gas jet 6 was not heated and its braking pressure was 3.75 MPa. During the movement of the nozzle 1, the gas-powder jet 8 crossed the deflecting jet 9 and at this moment the spray track 13 shifted towards the blow-off at a distance of about 3 mm, which is less than half its width (8 mm). In this case, the resulting gas jet 10, according to the calculations presented above, deflected at an angle of approximately 45 degrees and collided with the surface of the substrate 11 at a distance of 20-25 mm from the spray track 13.
На фиг. 9 показан результат напыления. Видно, что в момент пересечения струй 8 и 9 из сопл 1 и 6 дорожка напыления отклонилась на расстояние около 3 мм. Это значит, что частицы за время прохождения зоны пересечения струй 8 и 9 отклонились на угол менее 10 градусов. В то время как результирующая газовая струя 10 отклонена от струи 8 на угол примерно 45 градусов и достигнет подложки на расстоянии около 20 мм от дорожки/пятна напыления. Таким образом, эксперимент показал принципиальную возможность разделить сверхзвуковую газопорошковую струю на газовую и струю частиц и нанести покрытие со значительно меньшим температурным и динамическим воздействием на напыляемое изделие.Fig. 9 shows the result of spraying. It is evident that at the moment of intersection of jets 8 and 9 from nozzles 1 and 6, the spray path deviated by a distance of about 3 mm. This means that the particles deviated by an angle of less than 10 degrees during the time of passing the zone of intersection of jets 8 and 9. While the resulting gas jet 10 is deviated from jet 8 by an angle of approximately 45 degrees and will reach the substrate at a distance of about 20 mm from the path/spray spot. Thus, the experiment demonstrated the fundamental possibility of dividing the supersonic gas-powder jet into a gas jet and a particle jet and applying a coating with a significantly lower temperature and dynamic effect on the sprayed product.
Источники информации:Sources of information:
1. Патент РФ №2399694. Способ газодинамической обработки поверхности порошковым материалом и устройство для его реализации / Косарев В.Ф., Клинков С.В., Лаже Б., Бертран Ф., Смуров И // БИПМ. 2010. №26.1. Patent of the Russian Federation No. 2399694. Method of gas-dynamic surface treatment with powder material and device for its implementation / Kosarev V.F., Klinkov S.V., Lage B., Bertrand F., Smurov I // BIPM. 2010. No. 26.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2845211C1 true RU2845211C1 (en) | 2025-08-15 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2041287C1 (en) * | 1992-10-28 | 1995-08-09 | Научно-исследовательский институт "Геодезия" | Method for producing laminated honeycomb structures and device for making the same |
| RU2181390C2 (en) * | 2000-06-06 | 2002-04-20 | Дикун Юрий Вениаминович | Plant for gas-dynamic deposition of coat from powdery materials |
| RU2270883C1 (en) * | 2004-07-27 | 2006-02-27 | Закрытое Акционерное Общество Научно-Производственное Предприятие "Нефтетрубосервис" | Method of application of anti-score coat on threaded sections of oil tubes and device for realization of this method |
| RU2399694C1 (en) * | 2008-12-29 | 2010-09-20 | Учреждение Российской академии наук Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения РАН (ИТПМ СО РАН) | Procedure for surface gas-dynamic processing with powder material and facility for its implementation |
| CN108486565B (en) * | 2018-03-27 | 2020-08-07 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | Low-pressure cold spraying copper-based self-lubricating coating and preparation method thereof |
| CN111799116A (en) * | 2020-06-22 | 2020-10-20 | 陕西斯瑞新材料股份有限公司 | Preparation method of rapidly-formed copper-chromium composite contact |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2041287C1 (en) * | 1992-10-28 | 1995-08-09 | Научно-исследовательский институт "Геодезия" | Method for producing laminated honeycomb structures and device for making the same |
| RU2181390C2 (en) * | 2000-06-06 | 2002-04-20 | Дикун Юрий Вениаминович | Plant for gas-dynamic deposition of coat from powdery materials |
| RU2270883C1 (en) * | 2004-07-27 | 2006-02-27 | Закрытое Акционерное Общество Научно-Производственное Предприятие "Нефтетрубосервис" | Method of application of anti-score coat on threaded sections of oil tubes and device for realization of this method |
| RU2399694C1 (en) * | 2008-12-29 | 2010-09-20 | Учреждение Российской академии наук Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения РАН (ИТПМ СО РАН) | Procedure for surface gas-dynamic processing with powder material and facility for its implementation |
| CN108486565B (en) * | 2018-03-27 | 2020-08-07 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | Low-pressure cold spraying copper-based self-lubricating coating and preparation method thereof |
| CN111799116A (en) * | 2020-06-22 | 2020-10-20 | 陕西斯瑞新材料股份有限公司 | Preparation method of rapidly-formed copper-chromium composite contact |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102803520B (en) | Method and apparatus for cooling a material by atomizing a spray | |
| JP5184347B2 (en) | Gas dynamic coating apparatus and coating method | |
| KR20060071315A (en) | Laser Enhancement of Cold Spray Deposits | |
| KR20060063639A (en) | Vacuum cold spray method | |
| US20050214474A1 (en) | Kinetic spray nozzle system design | |
| EP2052788B1 (en) | Apparatus and method for improved mixing of axial injected material in thermal spray guns | |
| EP2110178A1 (en) | Cold gas-dynamic spray nozzle | |
| WO2007091102A1 (en) | Kinetic spraying apparatus and method | |
| GB2439934A (en) | Laser-assisted spray system and nozzle | |
| US8956693B2 (en) | Surface treatment device and method | |
| RU2845211C1 (en) | Method of gas-dynamic coating application and device for implementation thereof | |
| RU2399694C1 (en) | Procedure for surface gas-dynamic processing with powder material and facility for its implementation | |
| JP5228149B2 (en) | Nozzle for film formation, film formation method, and film formation member | |
| US8297529B2 (en) | Directional jet flow control | |
| US10329670B2 (en) | Apparatus and method for cold spraying and coating processing | |
| RU2195515C2 (en) | Method for applying coats of powder materials | |
| JP6644070B2 (en) | Thermal spraying method integrating selective removal of particles | |
| RU2399695C1 (en) | Procedure for sputtering fine-grade powder materials and device for its implementation | |
| KR20080009160A (en) | Method and apparatus for lamination of materials | |
| RU2650471C1 (en) | Method of sputtering gas-thermal coatings on inner surfaces and its implementation device | |
| RU2237746C1 (en) | Method and apparatus for gas-dynamic deposition of coating | |
| RU2285746C2 (en) | Method of application of functional coats at high adhesive properties | |
| SU1618782A1 (en) | Method of producing aluminium coatings | |
| RU2224049C1 (en) | Method for flame spraying of coatings | |
| Sakaki et al. | Effect of gun nozzle geometry, increase in the entrance convergent section length and powder injection position on cold sprayed titanium coatings |