CS240555B1

CS240555B1 - Protective coating for surface protection of parts made from light metals or from light metal alloys

Info

Publication number: CS240555B1
Application number: CS838253A
Authority: CS
Inventors: Stepan Smidak; Lubomir Ivan; Jan Bodi; Milon Balek; Dusan Matejka; Miklos Frcska; Sandor Hlavay; Zsolt Szilvassy; Lorand Dezsery; Jozsef Korbuly
Original assignee: Stepan Smidak; Lubomir Ivan; Jan Bodi; Milon Balek; Dusan Matejka; Miklos Frcska; Sandor Hlavay; Zsolt Szilvassy; Lorand Dezsery; Jozsef Korbuly
Priority date: 1983-11-09
Filing date: 1983-11-09
Publication date: 1986-02-13
Also published as: CS825383A1

Abstract

Ochranný povlak podle vynálezu je použitelný pro zamezení vzniku mechanických zápalných jisker především u hliníkových důlních stojek a je vytvořen nástřikem prášková směsi na povrch součástí. Prášková směs, respektive ochranný povlak obsahuje 55 až 75 % tvrdých kovů a 25 až 45 % bronzu, jeho tloušťka 1 je 0,15 až 0,5 mm. Tvrdoko- vová směs sestává účelově z 81 až 96 % niklu a 4 až 19 % BSiF.e, .bronz sestává ze 75 .až 95 %, mědi a 5 až 25 % cínu.The protective coating of the present invention is useful for preventing mechanical ignition sparks, especially in aluminum mine props, and is formed by spraying a powder mixture onto the surface of components. The powder mixture or protective coating contains 55 to 75% hard metals and 25 to 45% bronze, its thickness 1 being 0.15 to 0.5 mm. The hard mixture consists of 81 to 96% nickel and 4 to 19% BSiF.e, the bronze consist of 75 to 95% copper and 5 to 25% tin.

Description

Vynález se týká ochranného povlaku pro povrchovou ochranu součástí z lehkých kovů a ze slitin lehkých kovů, pro zamezení vzniku mechanických zápalných jisker především u hliníkových důlních stojek¹, který se vytváří nástřikem práškové směsi na povrch příslušné součásti.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a protective coating for the surface protection of light metal and light metal alloy components to prevent the formation of mechanical ignition sparks, particularly in aluminum mine supports ¹ , which are formed by spraying a powder mixture onto the surface of the component.

Je známo, že v důsledku vzájemného mechanického působení různých látek mohou vznikat jiskry, které ve výbušném prostředí mohou zapříčinit zapálení výbušné směsi a výbuch. Tato skutečnost je zpravidla doprovázena značnými hmotnými škodami a často způsobí zranění nebo i smrt, Z těchto důvodů jsou v platnosti různé předpisy pro používání materiálů ve výbušném prostředí, které nařizují používání materiálů bezpečných z hlediska vzniku mechanických zápalných jisker. Jiskrově bezpečné materiály ve skutečnosti ovšem neexistují. V případě vzájemného' působení kterékoliv dvojice materiálu o dostatečné intenzitě může vzniknout po vzájemném nárazu zápalná jiskra. O materiálech bezpečných z hlediska vzniku mechanických zápalných jisker lze tvrdit pouze to, že při jejich aplikaci za určitých okolností nelze očekávat vznik jiskry. Závisí to ovšem na prostředí, ve kterém je příslušný materiál používán, s jakými jinými materiály může vstoupit do vzájemné interakce, jaký je charakter této interakce a jaké množství energie se uvolňuje v jejím důsledku. Charakteristickou oblastí použití materiálů bezpečných z hlediska vzniku mechanických zápalných jisker jsou důlní zařízení. Při výrobě důlních stojek a zařízení jsou nutná bezpečnostní a ochranná opatření vylučující vznik mechanických zápalných jisker.It is known that, due to the mechanical interaction of various substances, sparks may occur, which in an explosive atmosphere may cause ignition of the explosive mixture and explosion. This is usually accompanied by considerable material damage and often causes injury or even death. For these reasons, various regulations apply to the use of materials in explosive atmospheres, which mandate the use of materials that are safe from the occurrence of mechanical incendiary sparks. In fact, intrinsically safe materials do not exist. In the case of interaction of any pair of material of sufficient intensity, an igniting spark may occur after impact. Materials that are safe from the occurrence of mechanical incendiary sparks can only be said to be unlikely to produce a spark when applied under certain circumstances. However, this depends on the environment in which the material is used, with what other materials it can interact with, the nature of the interaction and how much energy is released as a result. Mining equipment is a typical field of application of materials that are safe from the occurrence of mechanical ignition sparks. In the manufacture of mine posts and equipment safety and protective measures are necessary to prevent the occurrence of mechanical incendiary sparks.

Dříve používané ocelové důlní stojky byly považovány za jiskrově bezpečnější než stojky z lehkých kovů, jelikož při styku ocelového nářadí z důlními ocelovými stojkami je nebezpečí vzniku jisker poměrně malé. Podle dosavadní praxe při styku hliníkových důlních stojek s ocelovým nářadím, zejména korodovaným je nebezpečí vzninu jisker podstatně vyšší. To je základní nepříznivou vlastností stojek z hliníku a z leihkýcli kovů. Přitom ovšem hmotnost důlních stojek z lehkých slitin je podstatně nižší než hmotnost stojek ocelových a tak jejich použití je snadnější, hospodárnější. Za účelem řešení výše uvedeného problému proběhla řada pokusů. Je známé například i takové řešení, kdy hliníkové stojky byly potaženy vrstvou umělé hmoty. Nedostatkem tohoto řešení je, že vrstva z umělé hmoty se v průběhu namáhání poměrně rychle opotřebí, zejména z povrchu výsuvné části stojky a její ochranný účinek je tím značně omezený. Je známé i řešení (viz například popis patentu č. 808 225 Německé spolkové republiky), při kterém vnější povrch stojek je potažen vrstvou pryže. U tohoto řešení zůstává nevyřešeným problémem, že výsuvnou část stojek pryžovým povlakem opatřit nelze a také v souvislosti s tímto povlakem vznikají problémy podobné jako u stojek potažených vrstvou umělé hmoty. Maďarský patent číslo 176 097 obsahuje řešení, kdy pouze část důlní stojky je opatřena jiskrově bezpečným pláštěm odolným nárazům. Plášť je vytvořen účelově z oceli tloušťky 0,2-0,6 mm. Nevýhodou tohoto řešení je, že vytváření pláště vyžaduje poměrně složitou technologii. Řešení jc dále komplikováno i tím, že je nutno použít izolace mezi vlastní stojkou a pláštěm, aby nevznikl elektrický článek způsobující korozi. Byly prováděny také pokusy, jejichž cílem bylo opatřit stojky z lehkých slitin galvanickými, chemickými nebo anodovými elektrolytickými povlaky. Tyto povlaky jsou ovšem příliš měkké a nemohou zabránit tvorbě jisker vznikajících v důsledku působení nárazové energie.Previously used steel mine props were considered more intrinsically safe than light metal props, as the risk of sparks is relatively low when steel mine steel rods come into contact. According to current practice, the risk of sparks is considerably higher when aluminum mine posts are in contact with steel tools, in particular corroded ones. This is the basic unfavorable feature of aluminum and light metal supports. At the same time, however, the weight of the light alloy mine supports is considerably lower than the weight of the steel mine supports, making their use easier and more economical. A number of attempts have been made to solve the above problem. It is also known, for example, that the aluminum props have been coated with a plastic layer. A drawback of this solution is that the plastic layer wears out relatively quickly during stress, in particular from the surface of the pull-out part of the upright, and its protective effect is thereby considerably limited. A solution is also known (see for example the description of patent no. 808 225 of the Federal Republic of Germany), in which the outer surface of the uprights is coated with a rubber layer. In this solution, the unresolved problem remains that the telescopic part of the props cannot be provided with a rubber coating, and problems associated with this coating also present problems similar to those of plastic-coated props. The Hungarian patent number 176 097 contains a solution in which only a part of the mine upright is provided with an intrinsically safe impact-resistant jacket. The casing is made of steel 0.2-0.6 mm thick. The disadvantage of this solution is that the formation of the jacket requires a relatively complex technology. The solution is further complicated by the fact that it is necessary to use insulation between the prop itself and the casing in order to avoid the formation of an electrical element causing corrosion. Attempts have also been made to provide light alloy props with galvanic, chemical or anode electrolytic coatings. However, these coatings are too soft and cannot prevent sparks due to impact energy.

Cílem tohoto vynálezu je vytvoření takového řešení, které umožňuje opatřit hliníkové stojky a stojky z lehkých slitin ochranným povlakem a tím vytvořit konstrukci, kterou v dané oblasti použití lze nazvat z hlediska vzniku zápalných mechanických jisker bezpečnou.The object of the present invention is to provide a solution which allows to provide aluminum and light alloy props with a protective coating and thus to create a structure which can be called safe in the field of application in terms of ignition of mechanical sparks.

Povrchová ochrana součástí kovovým nástřikem je samozřejmě dávno známá. Při tomto řešení byly použity nejrůznější směsi. Podle patentu Německé spolkové republiky č. 24 25 358, například za účelem zvýšení odolnosti povrchu pístů proti otěru a zajištění vhodného uložení pístních kroužků se nanáší na povrch pístů vrstva z aluminiového bronzu, fosforbronzu, nerezavějící oceli nebo ze slitiny mědi a niklu. Podle anglického patentu č. 1 403 639 se povrch součástí chrání vrstvou ze slitiny s obsahem zinku. Povrchová ochranná vrstva se nanáší taktéž kovovým nástřikem. Taktéž anglický patent č. 1460 285 obsahuje postup, při kterém na povrch hliníkových součásti se nanáší ochranný povlak slitiny s obsahem niklu nebo kobaltu.Of course, the surface protection of parts by metal spraying has long been known. Various mixtures were used in this solution. According to German Patent No. 24 25 358, for example, in order to increase the abrasion resistance of the pistons surface and to ensure a suitable fit of the piston rings, a layer of aluminum bronze, phosphor bronze, stainless steel or a copper-nickel alloy is applied to the pistons. According to English Patent No. 1,403,639, the surface of the components is protected by a layer of zinc-containing alloy. The surface protective layer is also applied by metal spraying. Also, English Patent No. 1460,285 discloses a process in which a protective coating of a nickel or cobalt-containing alloy is applied to the surface of aluminum components.

Žádné z těchto řešení není vhodné k vytvoření bezpečných povrchů (ostatně uvedená řešení ani nejsou používána k tomuto účelu] už tím, že prášky z tvrdých kovů samy o sobě vytvářejí poměrně drsný povrch, který lze upravit pouze cestou dodatečného obrábění. V průběhu obrábění se ovšem odkryjí případné bubliny v povlaku, které mohou ve značné míře zhoršit homogenitu povrchu. Prášky z mědi nebo bronzu vytvářejí souvislou povrchovou vrstvu s dobrou jakostí, nevyžadují dodatečné opracování ovšem jejich pevnostní charakteristiky — podobně jako u galvanických povlaků — nejsou vyhovující.None of these solutions is suitable for creating safe surfaces (these solutions are not even used for this purpose) because hard metal powders themselves create a relatively rough surface that can only be treated by post-machining. Copper or bronze powders form a continuous surface layer of good quality but do not require additional treatment, but their strength characteristics - as with galvanic coatings - are not satisfactory.

Výše uvedené nevýhody odstraňuje ochranný povlak podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že obsahuje 55 až 75 % tvrdých kovů a 25 až 35 % bronzu a tloušťka vrstvy se pohybuje mezi 0,15 až 0,5 mm. Prášek z tvrdého kovu obsahuje účelově 81 až 96 % niklu a 4 až 19 % BSiFe. Výhodné složení bronzového prášku je 75 až 95 % mědi a 5 až 25 % cínu. Takto vytvořená ochranná vrstva výborně ulpívá na základním materiálu, dodatečné opracování prakticky nevyžaduje a dobře odolává i mechanickým vlivům.The above-mentioned disadvantages are overcome by the protective coating according to the invention, which comprises 55 to 75% hard metals and 25 to 35% bronze and the layer thickness is between 0.15 and 0.5 mm. The hard metal powder preferably contains 81 to 96% nickel and 4 to 19% BSiFe. The preferred composition of the bronze powder is 75 to 95% copper and 5 to 25% tin. The protective layer formed in this way adheres perfectly to the base material, practically does not require any additional processing and resists mechanical influences.

Základem tohoto vynálezu je poznatek, že použije-li se současně prášku z tvrdých kovů a bronzu ve vhodném složení jako ochranný povlak, lze vytvořit takovou vrstvu, která má dobrou přilnavost, její mechanická pevnost je výborná, jakost povrchu je vyhovující bez dodatečného opracování. Výše uvedené vlastnosti se dosahují tím, že bronzoTabulka 1 vá složka vytváří dobře přilnavou, relativně měkkou základní vrstvu a v této vrstvě je rozložen komponent z tvrdých kovů. Tím se současně zabezpečí všechny vlastnosti nutné k vytvoření povlaku odpovídající jakosti.It is the basis of the present invention that when using a hard metal powder and a bronze powder in a suitable composition as a protective coating, a layer can be formed which has good adhesion, its mechanical strength is excellent, the surface quality is satisfactory without additional processing. The aforementioned properties are achieved by the fact that the bronze Table 1 forms a well-adhering, relatively soft base layer and the hard metal component is distributed in this layer. At the same time, all the properties necessary to produce a coating of adequate quality are assured.

Další podrobnosti o vynálezu jsou demonstrovány na příkladech provedení.Further details of the invention are demonstrated by way of examples.

Ochranným povlakem podle tohoto vynálezu byly opatřeny vnitřní výsuvné části hliníkových hydraulických důlních stojek. V průběhu zkoušek bylo použito čtyř druhů složení, které jsou uvedeny v tabulce:The inner withdrawable portions of aluminum hydraulic mine supports have been provided with the protective coating of the present invention. In the course of the tests four types of compositions were used, which are shown in the table:

Označení vzorku NiSample designation Ni

Složení v % hmot. BSiFe Tvrdokov. Cu ' ^ř prášky Sn celkemComposition in% wt. BSiFe Tvrdokov. Cu ' ^ř Sn Sn total

Bronzové prášky celkemTotal bronze powders

I. AND. 85 85 15 15 Dec 50 50 80 80 20 20 May 50 50 II.* II. * 90 90 10 10 60 60 90 90 10 10 40 40 III.* III. * 95 95 5 5 70 70 95 95 5 5 30 30 IV. IV. 85 85 15 15 Dec 80 80 90 90 10 10 20 20 May

‘složení podle vynálezuThe composition according to the invention

Prášky o složení uvedeném v tabulce 1 byly naneseny na opískováním očištěné povrchy součástí známým způsobem — plazmovým nástřikem. Tloušťky vytvořených vrstev byly následující:Powders of the composition shown in Table 1 were applied to the sandblasted surfaces of the components in a known manner by plasma spraying. The thicknesses of the layers created were as follows:

Tabulka 2Table 2

Označení Tloušťka povlaku vzorku v mmDesignation Thickness of the sample coating in mm

I. 0,3I. 0,3

II. 0,2II. 0.2

III. 0,3III. 0.3

IV. 0,4IV. 0.4

Takto vytvořené součásti, respektive z nich vyrobené vzorky byly podrobeny zkoušce na mechanickou jiskru a mechanické zkoušce. Zkouška na mechanickou jiskru byla provedena následujícím způsobem:The components thus produced, or samples produced therefrom, were subjected to a mechanical spark test and a mechanical test. The mechanical spark test was performed as follows:

Ze vzorků byly vyrobeny prstence o vnitřním průměru 112 mm, vnějším průměru 138 milimetrů a výšce 15 mm. Prstence byly připevněny ke 20 kg-ovým padacím závažím. Zkoušky pádem byly prováděny v pádové komoře, vytvořené z ocelových plechů tlouštky 5 mm vyztužených úhelníky. Komora má tvar krychle o délce hrany 1 m a je naplnitelná plynem. Padací závaží bylo přivedeno na cílový předmět pomocí naváděcího potrubí. Výška naváděcího potrubí byla 3 m, cílový předmět tvořil povrchově zkorodovaný ocelový plech tloušťky 40 mm. Ocelový plech byl připevněn k železobetonovému bloku tak, aby s vodorovnou rovinou svíral úhel 60°. Zkušební komora byla před zkouškou naplněna výbušnou směsí CPU — vzduch. Potom se vzorek pustil pádovou energií 588,4 J na cílový předmět. Výsledky zkoušek jsou uvedeny v tabulce 3.Rings with an inner diameter of 112 mm, an outer diameter of 138 mm and a height of 15 mm were made from the samples. The rings were attached to 20 kg drop weights. The drop tests were carried out in a drop chamber made of 5 mm thick steel plates reinforced with angles. The chamber has a cube shape with an edge length of 1 m and is gas-filled. The drop weight was applied to the target object via a guidance line. The height of the guide pipe was 3 m, the target object being a corroded steel sheet of 40 mm thickness. The steel sheet was attached to the reinforced concrete block so that it formed an angle of 60 ° with the horizontal. The test chamber was pre-filled with an explosive CPU-air mixture. Then the sample was dropped with a drop energy of 588.4 J onto the target object. The test results are shown in Table 3.

Tabulka 3Table 3

Označení vzorku Designation sample Obsah CH4 % Content CH4% Počet pádových nárazů Number of strokes Počet výbuchů Number explosions I. AND. 6,4 6.4 10 10 2 2 II. II. 6,6 6.6 10 10 _- _- III. III. 6,4 6.4 10 10 _ _ IV. IV. 6,5 6.5 10 10 3 3

Z výsledků zkoušek je patrné, že v daných podmínkách' ochranný povlak podle tohoto vynálezu lze považovat z hlediska vzniku mechanických zápalných jisker za bezpečný. Z výsledků zkoušek dále vyplývá, že použije-li se povlak odlišného složení od stanového, zaniká. Tento jev je způsoben u povlaku obsahujícího příliš velké množství tvrdokovového prášku křehkostí povlaku, u povlaku obsahujícího příliš velké množství bronzu nižší pevností povlaku než je potřebné. Na uvedených vzorcích byly prováděny i zatěžovací zkoušky. V průběhu zkoušek části rour o průměru 90 mm byly axiálně zatěžovány tlakem 60 t. V důsledku zatížení došlo k vypouknutí rour, které tím nabyly maximálního průměru 101 mm. Ochranný povlak o složení podle vynálezu dokonale vydržel zatěžovací zkoušku, povlak prokázal i odpovídající: přilnavost při obsahu poměrně velkého množství bronzu. Povlak s příliš velkým obsahem tvrdých kovů v průběhu zkoušky popraskal.It can be seen from the results of the tests that, under the given conditions, the protective coating according to the invention can be considered safe from the point of view of the formation of mechanical ignition sparks. Furthermore, the results of the tests show that if a coating of a different composition from the tent coating is used, it ceases to exist. This phenomenon is due to the brittleness of the coating containing too much carbide powder, and to the coating containing too much bronze a lower coating strength than necessary. Load tests were also performed on the samples. During the tests, parts of pipes with a diameter of 90 mm were axially loaded with a pressure of 60 t. Due to the load, the pipes were blown out, resulting in a maximum diameter of 101 mm. The protective coating of the composition according to the invention perfectly withstood the load test, and the coating also showed adequate adhesion at relatively high levels of bronze. A coating with too much hard metal content cracked during the test.

. Z uvedených příkladů vyplývá, že na rozdíl od ídosud vyzkoušených povlaků ochranný povlak podle vynálezu vyhovuje jak z hlediska mechanické zatížitelnosti tak i z hlediska bezpečnosti proti vzniku mechanických zápalných jisker. Povlak přirozeně může sloužit nejen pro účely ochrany důlních stojek, přestože v příkladech byly popsány zkoušky právě těchto stojek.: Je zřejmé, že podobné povlaky lze aplikovat s dobrým výsledkem i v jiných oblastech použití.. These examples show that, in contrast to the previously tested coatings, the protective coating according to the invention satisfies both the mechanical load capacity and the safety against the occurrence of mechanical ignition sparks. Naturally, the coating may serve not only for the purpose of protecting mine supports, although tests have been described in these examples. It is obvious that similar coatings can be applied with good results in other fields of application.

Claims

SUBJECT

A protective coating for the surface protection of components made of light metal or light metal alloys to prevent the formation of mechanical sparks, in particular for aluminum mine props, formed by spraying a metal mixture on the surface of the respective parts, characterized in that it contains 55 to 75% by weight. % of hard metals and 25 to 45 wt. bronze and its thickness is 0.15 to 0.5 mm.

VYNALEZU

2. The protective coating of claim 1 wherein the hard metal comprises 81 to 96 weight percent. % nickel and 4 to 19 wt. BSiFe.

Protective coating according to claim 1 or 2, characterized in that the bronze powder consists of 75 to 95% by weight. and from 5 to 25 percent tin.

Severography, n. P., Plant 7, Most

Price 2,40 Kčs