CS204321B1 - Nástřikový materiál pro žárové nebo plasmové stříkání a způsob . jeho Výroby - Google Patents

Description

Vynález se týká materiálu pro žárové nebo plasmové stříkání, zejména nekovového žáru. vzdorného materiálu, vhodného pro vytváření odolných vrstev, jakož i způsobu výroby takového materiálu.

V současné době jsou známy a pro. výrobu ochranných vrstev se používají nejrůznějěí kovové i nekovové .materiály, jejichž složeni se obměňuje podle požadovaných vlastností nástřiku jak po stránce chemického složeni výchozích surovin, tak po stránce jejich fyzikálních vlastností. Jde o materiály vykazující požadované vlastnosti, zejména žáruvzdornost, otěruvzdořnost, minimální porózitu, dobrou, přídržnosťk podložnímu materiálu á odolnost proti mechanickým á tepelným rázům, jakož i chemickou odolnost proti vlivům.okolního prostředí, problémem’však'zůstává dosažení souhrnu těchto vlastností u jediného.nástřiku.

Používá sé například kovových; zejména ušlechtilých nedostatkových materiálů jako chrómu, titanu, niklu a podobně,· popřípadě ještě zušlechťovaných dalšími přísadami nebo legurami. U těchto materiálů se, ják. vyplývá již ž vlastností jejich výchozích složek, dosahuje velmi dobrých mechanických vlastností výsledného nástřiku, ale žáruvzdornost nebo chemická odolnost takto provedeného nástřiku bývá ji-ž podstatně horší.

Další velkou skupinou nástřikových materiálů jsou nekovové materiály, -jména na bázi kysiičníkové keramiky, kde nástřikový materiál je tvořen bu5 jedním kyslič: . .em nebo směsí několika kysličníků ve vhodném poměru..Typickými představiteli těchto nástřikových materiálů .jsou materiály ha bázi kysličníku hlinitého AlgOj, jejichž-charakteristickým rysem je složení, nástřiku ze směsi gama a· alfa modifikace AI2O3. Při teplotách nad 1 180 °C přitom dochází· k nevratné modifikační přeměně'gama modifikace AlgOj na alfa modifikaci, doprovázené trvalým smrštěním a Zvýšením'.objemové hmotnosti. Nástřiky na bázi AI2O3, takzvané korun204321 .··’·. .

204321 , - · ; g > -v ý L*',··^:

Ϊ -V.':..·,.,' ' Ύ..; ' -,.¾ ¹ 1. ' .,' Jj ..^'/ .íp ** á''..··· '> ' í* £’ ' Z.'i ';- '* ‘5 ' . ' \ '. <, -Γ' \dové nástřiky, se vyznačují minio'řáaho'ú odolností ''vůči ‘btěru, vyáokou adhezí-k.'pbdlózhímu materiálu a velmi':dobřými, .eipktrickymi .vlastnostmi,, jejich p.^pjuiost^yůčíi''korozi, je'-však '' nižší v důsledku otevřené'pórovidiostx která činí 6 až 8 % a po přeměně na alfa modifikaci, se zvýší na 9 až 10 %·. Nástřiky na bázi kysličníku zirkoničitéhó ZrOg mají zejména·'výborné . tepelně izolační vlastnosti, povlaky tvořené kysličníkem chromitým CrgO jsou y.elmi tvrdé a otšruvzdůrné, hutné; a dobře opracovatelné jsou nástřiky kysličníkutitaničitéhp. T.iOg a velmi tvrdé jsou například povlaky kysličníku, hafničitého Hf02,.společnou nevýhoá.oú těchto jednosložkových nástřikových materiálů však je poměrně velká porózita a z ni/pilyňpůci menši odolnost vůči vlivům agresivních prostředí. · ' • , ' í

Tuto nevýhodu zčásti odstraňuji nástřiky na bázi kysličníku křemičitého SiOgj který vytváří hutný nástřik s velmi nízkým koeficientem tepelné r.oztažhosti 'á s nulovou pórovitostí. Tento nástřik jje'značně odolný vůči korozi a náhlým změnám t.eplotý,^haprffti 'tomu je však zcela nedostatečná jeho odolnost vůči mechanickým rázům. .... ,

Problém zlepšování vlastností plasmových nástřiků je v poslední době. řešen tvorbou směsí několika kysličníků, vykazujících ve vhodném poměru vhodnější· vlastnosti než jsou vlastnosti základních složek. Je to například křemíčitan zirkoničitý ZrSiO^, u něhož ve složení nástřiku převládá Zr02 v objemově stabilní tetragonálňí modifikaci· v homogenní směsi s SiC>2 ve^; skelné formě. Při teplotách nad 1 150 °C se v nástřiku zpětně syntetizuje zirkon. Nástřik má výbornou odolnost ke změnám teploty, dobrou tepelně izolační schopnost a velmi dobře odolává korozi roztavenými sklovinami, struskami a barevnými kovy'vzhledem ke špatnému smáčení zirkonu uvedenými tavenlnami.. Obecná'odolnost proti .korozi je však. negativně ovlivňována tím, že i přes přítomnost skelné formy SiOg činí^otevřená pórovitost nástřiku 15 až 25 95/ ' '''ϊ','.·''·'·;

Z dalších vícesložkových nástřikových materiálů je možno vést například hořečnatý spinel MgAl2O4, který má nízkou pórovitost,· vysoký elektrický odpor a výbornou adhézi k podkladu, ale jehož korozní odolnost je již podstatně'nižší.'Velmi rozšířené jsou-i vícesložkové nástřikové materiály na bázi AI2O3 s přísadami TÍO2 nebo Ο2Ο3, kde přísada TÍ.O2 · zvyšuje ze jména.hutnost nástřiku při současném zlepšení odolnosti ke'změnám teploty a přísada CrijOj zabezpečuje zvýšení odolnosti k otěru, ostatní nevýhody však neovlivní. ; .. ·,.

Konečně je známo i použití AI2Ó3 s přísadou SÍO2·. Tento nástřikový materiál si zachovává velmi dobré mechanické vlastnosti korundových nástřiků, přičemž přítomnost SÍO2 zvyšuje i odolnost vůči- korozi,. Vzhledem k mechanismu přeměny gama a alfa modifikací AI2O3 však ani zde v důsledku negativního-ovlivněpí výsledné porózity nástřiku nelze docílit korozivzdornosti srovnatelné s ochrannými povlaky' S1O2, což je při současném dosažení vysoké žáruvzdornosti, odolnosti'vůči otěru i náhlým změnám teploty hlavním cílem tohoto vynálezu.

Další možnou cestou jak zmenšit porózitu provedeného nástřiku, a tím zvýšit Odolnost proti korozi, je volba vhodné granulace výchozího nástřikového materiálu nebo použití amorfní přísady,. jako například žínku, čímž se však opět zhoršuje pevnost a žáruvzdornost nástřiku. Známé dvousložkové nástřiky s amorfní přísadou kromě toho neumožňují dostatečné přizpůsobení odolnosti nástřiku vůči koroznímu prostředí daného slpžení.

Pokud jde o způsob výroby nástřikových materiálů: pro .žárové nebo plasmové stříkání, používá se vesměs tradičních způsobů zpracování.tavením výchozích materiálů nebo jejich směsí v obloukových pecích a následným zpracováním na zrnitost.a. tvar vhodný pro aplikaci plasmovým hořákem. Tyt,o postupy, jsou s ohledem na poměrně malá zpracovávaná množství materiálu značně neekonomická, .zejména s ohledem na-vysoké, teploty tavení obvyklých nástřikových materiálů. Kromě toho se při Zpracovávání materiálů, ..legovaných malými množstvími přísady, na velmi malá zrna velikosti obvyklé při stříkání proudem'plasmatu již projevují nehomogenity ve struktuře materiálu,'negativně ovlivňující kvalitu provedených nástřiků.

Rovněž je známo energeticky značně náročné legování nástřikových materiálů difúzí .

příslušných přísad za vysokých teplot nebo granulace směsi zrn jednotlivých složek, vhodné pouze pro výrobu nástřikových materiálů sestávajících ze dvou nebo více základních složek obsažených ^:Ve: směsi v relativně velkém hmotnostním poměru. Je znám i způsob, kde se.-relativně; velká zrna jedné nebo více základních složek, obalují velice-jemnými přísadami o rozměru.'.zrn menším než 0,3 mikrometru. Ani tyto způsoby však nevyhovují při vysokých požadavcích r.a stejnorodost nástřikového materiálu. ;; · ·· .;·

Uvedené nevýhody známých nástřikových materiálů' pro žárové nebo plasmové stříkáni odstraňuje nástřikový materiál, sestávající z několika, kysličníků kovů, z nichž nejméně jeden je sklotvorný kysličník, podle, vynálezu jehož podstata: spočívá v tom, že nástřikový materiál: je. tvořen, aglomeráty. nejméně .dvou-základních, kysličníků, zejména AI2O3, MgO, CaO, BaO, CrgOs', TÍO2 nebo ZrC>2, v množství 50-99 95 hmot,, a nejméně jednoho: šklotvorného kysličníku o bodu tání nižším o 50 až 1 100 °C než body tání základních kysličníků, zejména SÍO2, v množství 1 až 50 % hmot. Nástřikový materiál může s výhodou obsahovat aglomeráty 50 až 80 % hmot. CaO, 1 až 5 95 hmot. MgO a 18 až 45 % hmot. SiO₂ nebo 50 až 90 95 hmot. MgO, 1 až 5 % hmot. CaO a 5 až 45 % hmot. Si02.nebo 90 až 95 %'hmot. C^Oj, 2 až 8 95 hmot. T1O2 a 1 až 3 % hmot. SÍO2 nebo. 65 až 75 % hmot. CrgOj, 20 až 3θ % hmot. MgO a 2 až 10 % hmot.

SÍO2 n.eb.o 30 až 40 % hmot. AI2O3, 15 až 25 95 hmot. CaO; á 35 až50 % hmot. SÍO2 nebo 25 až 30 95 hmot. Al203, 40 až 45 95 hmot. BaO. a 25 až 35 95,·hmot.. SÍO2 nebo 46 až 51 % hmot. AI2O3, 33 až 41 % hmot. Zr02 a 8 až 21 % hmot. S1O2, nebo 25 až 30 % hmot. AI2O3, .25 až 30 % hmot. 0Γ203 , 25 až 30 % hmot. ŽrO2 a 10 až 25 95 hmot. SÍO2.

Uvedené· nevýhody známých·způsobů výroby nástřikových materiálů pro žárové nebo plasmové stříkání, sestávajících z několika kysličníků.kovů, z nichž nejméně jeden je sklotvorný kysličník, odstraňuje způsob podle, vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se.základní kysličníky a sklotvorný kysličník nebo kysličníky-vnáší odděleně nebo v předeni připravené směsi do proudu plasmatuo koncentraci nabitých částic v rozmezí 2,00.10²4 _až 0,3.10²3, zejména vodou stabilizovaného plašmatu, nataVí se' nebo roztaví a vzniklé aglomeráty se zachytí například vodní nebo vzduchovou clonou. Způsob podle vynálezu může být s výhodou pro-. vozován tak,že se do proudu plašmatu vnáší 3měs základních kysličníků o rozměru částic.

0,01 až 0,2 mm a šklotvorného kysličníku nebo kysličníků o, rozměru částic 0,0002 až 0,04 mm, přičemž se částice základních kysličníků povrchově natavi a částice šklotvorného kysličníku nebo kysličníků se roztaví nebo že se základní kysličníky a sklotvorný kysličník nebo kysličníky ynáší odděleně nebo v předem připravené směsi do proudu plašmatu o koncentraci nabitých částic v rozmezí 2,0.10²4 - 0,3.10²3, zejména vodou stabilizovaného plašmatu, natavi se nebo roztaví a natavené nebo roztavené částice se nanáší přímo na povrch, který má být nástřikem chráněn..

Podstata vynálezu je dále objasněna na několika příkladech provedení:

Přikladl

Do proudu plašmatu vodou stabilizovaného plasmového hořáku upraveného pro stříkání práškových materiálů se vnese směs 65 95 hmot. práškového CaO o rozměru částic 0,04 až 0,06 mm, 3 %hmot. MgO stejného rozměru a 32 % hmot. S1O2 o rozměru částic 0,0005 až 0,0008 mm, jednotlivé částice se vystaví teplotě 15 000 až. 60 000' *?C a po; proběhnutí příslunných.reakcí se zachytí vodní clonou. Výsledné aglomeráty jsou v převážné míře tvořeny dikalciumsilikátem, provázeným malým množstvím monticellitu jako pojící fáze a menším množstvím skelné fáze. .

Příklad 2

Do proudu plasmatu se vnese 70 % hmot. MgO a 2 % hmot. CaO ve směsi s 28 % hmot. S1O2 za podmínek obdobných jako v předcházejícím případě. Materiály se nanesou na povrch předehřáté konstrukční součásti a nechají pomalu zchladnout. Výsledný materiál nástřiku bude tvořen forsteritem, doprovázeným menším množstvím periklasu, monticellitu a skelnou fází.

P ř í k 1 a il 3

Pro nástřik provedený za podmínek obdobných předcházejícímu příkladu se použije 95 % hmot. CrgOj, 3 % hmot. TiOg a 2 % hmot. SiOg. Výsledný materiál'bude z převážné části tvořen eskolayťem a malým množstvím skelné fáze.

Příkladě

Použije se 70 % hmot. C^Oj, 25 % hmot. MgO a 5 % hmot. SiOg. Výsledný materiál bude z převážné části tvořen chrómpicotitem, doprovázeným malým množstvím forsteritu a skelné fáze.

P r í k 1 a d 5

Použije se 36 % hmot. A1₂O3, 20 % hmot. CaO a 44 % hmot. S1O2. Podstatná část výsledného materiálu bude tvořena anorthitem, doprovázeným skelnou fází.

Příkladó

Použije se 27 % hmot. AI2O3, 4, % hmot. BaO a 32 % hmot. SÍO2· Výsledný materiál bude z převážné části tvořen celsiénem, provázeným skelnou fází.

Příklad 7 . Použije se 46 až 51 % hmot. AI2O3, 33 až 41 % hmot. Zr02 a 12. až 16 % hmot. SÍO2· Výsledkem bude materiál tvořený převážně korundem, provázeným baddeleyitem, mullitem a skelnou fází. '

Příklade

Použije se 28½ hmot. AI2O3, 28 % hmot. Cr₂03, 28 % hmot. Zr02 a 16 % hmot. S1O2. Výsledný materiál bude sestávat z přibližně stejných dílů baddeleyitu, rubínu a.eskolaytu, provázenými menším, množstvím skelné fáze.

Materiály připravené podle shora uvedených příkladů dávají záruku vysoké žáruvzdornosti, odolnosti vůči korozi kovovými i nekovovými taveninami, vůči otěru i náhlým změnám teploty. Jde o nové materiály vhodného složení a vlastností, obsahující vždy určité množství skelné fáze Si0₂, která podstatně zvyšuje·odolnost nástřiku proti korozi. Mimo této skelné fáze je přítomna vždy i krystalická fáze, jejíž fyzikální a chemické vlastnosti jsou spolurozhodující pro maximální odolnost nástřiku vůči koroznímu prostředí daného' složení á která jo vzhledem k nutnosti dostatečně jemné volby svých vlastností tvořena nejméně dvěma, základními kysličníky.

Zachycením výsledných aglomerátů vodní nebo vzduchovou, clonou a jejich novou aplikací plasmovým hořákem se dosahuje vysoké homogennosti provedených nástřiků i při poměrně malých množstvích některých přísad. S velmi dobrými výsledky lze všechny uvedené nástřikové materiály nanášet přímo na povrch, který má být nástřikem chráněn, přičemž volbou vhodného procentuálního obsahu a rozměru částic SÍO2 se při zachování velmi dobrých mechanických vlastností získá prakticky neporézní nástřik.

Claims (7)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Nástřikový materiál pro žárové nebo plasmové stříkání, sestávající z několika kysličníků kovů, z nichž nejméně jeden je sklotvorný kysličník, vyznačený tím, že je tvořen aglomeráty nejméně dvou základních kysličníků, zejména AI2O3, MgO, CaO, BaO, Cr₂03, TiOnebo Zr<>2 v množství 50 až 99 9t> hmot., a nejméně jedním,sklotvorným kysličníkem o bodu tání nižším o 50 až 1 100 °C než body tání základních kysličníků, zejména SiO₂ v množství 1 až . 50 % hmot.
2. 2. Nástřikový materiál podle bodu 1, vyznačený tím,-že je tvořen 50 až 80 % hmot. CaO, 1 až 5 % hmot. MgO a 18 až 45 % hmot. SiO₂.
3. 3..Nástřikový materiál podle bodu 1, vyznačený tím, že je tvořen 50 až 90 % hmot. MgO, 1 až 5 95 hmot. CaO a 5 až 45 % hmot. Si0₂.

   Cr₂O₃, ^Cr2°31 . Nástřikový materiál podle bodu 1 , vyznačený tím, že je tvořen 90 až 95 % hmot. 2 až 8 95 hmot. TiO₂ a 1 až 3 % hmot. SiO₂.

   . Nástřikový materiál podle bodu 1, vyznačený tím, že je tvořen 65 až 75 % hmot. 20 až 30 % hmot. MgO a 2 až 10 % hmot. SiO₂.
4. 6. Nástřikový materiál podle bodu 1 , vyznačený tím, že je tvořen 30 až 40 95 hmot. AI2O3, 15 až 25 % hmot. CaO a 35 až 50 % hmot. SiÓ₂.

   A1₂O₃, ai₂o₃,

   AI2O3, . Nástřikový materiál podle bodu 1, vyznačený tím, že je tvořen 25 až 30 % hmot. 40 až 45 % hmot. BaO a 25 až 35 95 hmot. Si0₂.

   . Nástřikový materiál podle bodu 1, vyznačený tím, že je tvořen 46 až 51 % hmot. 33 až 41 % hmot. ZrO₂ a 8 až 21 % hmot. SiO₂.

   . Nástřikový materiál podle bodu 1 ,. vyznačený tím, že je tvořen 25 až 30 % hmot. 25 až 30 % hmot. Cr₂03, 25 až 30 % hmot. ZrO₂ a 10 až 25 % hmot. SiO₂.
5. 10. Způsob výroby nástřikového materiálu podle bodu 1, vyznačený tím, že se základní kysličníky vnáší odděleně nebo v předem připravené směsi do proudu plasmatu o koncentraci ' nabitých částic v rozmezí 2,00.10^4 až 0,3.10^3, zejména vodou stabilizovaného plasmatu, nataví se nebo roztaví a vzniklé aglomeráty se zachytí například vodní nebo vzduchovou clonou.
6. 11. Způsob výroby nástřikového materiálu podle bodu 10, vyznačený tím, že se do proudu plasmatu vnáší směs základních kysličníků o rozměru částic 0,01 až 0,2 mm a sklotvorného kysličníku nebo kysličníků o rozměru částic 0,0002 až 0,04 mm, přičemž se částice základních kysličníků povrchově nataví a částice sklotvorného kysličníku nebo kysličníků roztaví.
7. 12. Způsob výroby nástřikového materiálu podle bodu 1, vyznačený tím, že se základní kysličníky a sklotvorný kysličník nebo kysličníky vnáší odděleně nebo v předem připravené směsi do proudu plasmatu o koncentraci nabitých částic v rozmezí 2,0.10^4 až. 0,3.1023, zejména vodou stabilizovaného plasmatu, nataví se nebo roztaví a netavené nebo roztavené částice se nanáší přímo na povrch, který má být nástřikem chráněn^

   Srvrropraft*. n. p- aíved 7. Mo.1