CS260111B1 - Způsob výroby materiálu na bázi oxidu hlinitého pro plazmové nebo žárové stříkání - Google Patents

Abstract

Řešení se týká práškových keramickýoh materiálů a řeší problém výroby aglomerovaných materiálů pro žárové nebo plazmové stříkání. Účelem řešení je snížení energetické náročnosti výroby těchto materiálů při současném zvýšení kvality z nich vytvářených povlaků. Tohoto cíle se dosahuje aglomerací výchozího materiálu na bázi oxidu hlinitého při teplotě 1000 až 1500 °0 na prášek o zdánlivé porovitosti 10 až 65 >5 obj. a jeho fláeledným protavením v proudu plazmatu. Řešení je možno využít při výrobě práškových materiálů pro plazmové nebo žárové nanášení vrstev nebo sferoidizovanýoh práškových materiálů obeonóho použití.

Description

Vynález se týká způsobu výroby materiálu no bázi oxidu hlinitého pro nanášení povrchových ochranných vrstev technologií plazmového nebo žárového stříkání.

Pro výrobu nekovových ochranných povlaků na bázi oxidu hlinitého jsou známy a v současné době se používají různé druhy taveného nebo slinutého korundu, jehož složení je pro žádané fyzikální vlastnosti povlaku popřípadě upraveno přísadami dalších oxidů, zejména chrómu, a titanu, Výchozí nástřikový materiál se připravuje bud tavením oxidu hlinitého samotného, nebo o přísadami v elektrické obloukové peci nebo slinováním zmíněných surovin zpravidla za teplot nad 1400°C, V obou případech je výsledným produktem hutný, kompaktní, velmi tvrdý a oteruvzdorný materiálkterý je nutno nadrtit, semlít a z jemnozrnného produktu mletí pak vytřídit úzkou zrnitostní frakci, např. v rozmezí 20 až 40/um. Taková úzká frakce zpravidla představuje jen malý podíl z mletého materiálu,

Osou známy i další způsoby výroby nástřikových materiálů na bázi oxidu hlinitého, založené na prosté homogenizaci výchozího taveného nebo slinutého korundu, vytříděného na požadovanou zrnitost, s velmi jemnými částicemi oxidových přísad, zpravidla o zrnitosti pod 2/um, připravenými chemickým srážením nebo jemným mletím·. V tomto případě, kdy k vazbě přísad no zrna základního materiálu je využito pouze Van der V/aalsovských sil, je sice odstraněn energeticky náročný proces tavení nebo slinování, použitelná koncentrace přísad je však omezena jen na malá množství cca do 10% hmot, V průběhu nástřikových operací doclxázi mimoto k odtékání určitého podílu volně vázaných přísad a při transportu o manipulaci s nástřikovým materiálem dochází snadno k oddalování jemných částic přísad od povrchu hrubších zrn korundu, tím se porušuje homogenita chemického složení nástřikového materiálu a v důsledku toho dochází i k nerovnoměrnému složení povlaku. Pro výrobu nástřikových materiálů obsahujících vysoký podíl přísad, zejména oxidu titaničitého v množství cca 40% hmot,, se používá i postupů založených na aglomeraci velmi jemných částic výchozích materiálů. Problémem zde jo žejména docílení stejnorodosti aglomerovaných částic nástřikového materiálu, kladoucí velké nároky na přesnost dodržení technologických parametrů výrobního procesu a vyšší náročnost materiálu na dodržení parametrů žárového nebo plazmového stříkání ,

Při známých způsobech přípravy výchozího nástřikového materiálu so až dosud, vycházelo především z představy, že pro vytvoření hutného, o tím i mechanicky odolného a otěruvzdorného povlaku je výhodný práškový materiál složený rovněž z hutných částic. Nevýhodou takového postupu je mimořádně vysoká energetická náročnost, zahrnující značný energetický vklad již při přípravě hutné výchozí suroviny zejména elektrickým tavením a vyžadující další spotřebu energie při drcení a mletí kompaktního kusového poloproduktu na jemný práškový systém. Další nevýhodou uvedeného postupu je nebezpečí negativního ovlivnění vlastností povlaku v důsledku neprotavení určitého podílu nástřikového práškového materiálu v průběhu plazmového nebo žárového nanášení, Meprotavenó částice jsou naprosto hutné a tvořeny původní modifikací, oxidu hlinitého na rozdíl od povlaku.

jenž se vyznačuje určitou.porovitosti a je složen převážně z nově vzniklé - modifikace oxidu hlinitého, Rozdílem v modifikaci a v mikrostruktuře představují noprotavené částice nehomogenní vměst.ky v povlaku, které zhoršují zejména odolnost povlaku ke změnám teploty, a tím i přídržnost zejména při opakované tepelné exposici systému podklad - povlak, V důsledku zhoršené homogenity povlaku klestí i jeho chemická odolnost a otěruvzdornost, což jsou zpravidla vlastnosti rozhodující o' použitelnosti povlaku v praxi.

U aglomorovaných nástřikových materiálů jo základním předpokladem kvality výsledného povlaku rovněž stupeň protavcní částic nástřikového materiálu. Partie obsahující riepr.otavený nebo jen částečné protavcný nástřikový materiál jsou značné pórovité a podstatné zhoršují vlastnosti povlaku. Obtíže způsobuje i přítomnost použitého organického pojivá v množství cca do 2% hmot.

• Uvedené nevýhody známých způsobů výroby materiálů na bázi oxidu hlinitého pro plazmové nebo žárové stříkání odstraňuje z p ň s o b v ý r o by a g1o m o r ov a nýc h m a t o r i ú1ů po d1o vy nalezu, jehož podstata spočívá v tom, že se výchozí materiál, obsahující 35 až 99,5% hmot, oxidu hlinitého a 0,5 až .15% hmot. dalších oxidů kovů s teplotou tání v rozmezí 1.700 až 2800°C aglomeruje při teplete 1000 až 1500°C na prásek o zdánlivé .pórovitosti 10 až 65% obj., umělo se, vytřídí na požadovanou zrnitostní frakci v rozmezí 10 až 70 /um a protaví v proudu plazmatu. . .

Výchozí materiál sc před aglomerací může granulovat o přísadou 0,2 až 2% hmot . dočasného, vyhořívaj ícího organického pojivo a můžo sc protavit v proudu plazmatu generovaném v plazmovém generátoru s vodní stabilizací elektrického oblouku. Přetavený prášek se může sferoidizovat řízeným chlazením vodou, nebo přímo aplikovat na podložní materiál.

Výhodou použití pórovitého aglomerátu je především vysoká energetická úspora, protože odpadá energie potřebná k roztavení oxidu hlinitého s teplotou tání 2050°C a výrazné se snižuje energie potřebná k drcení a mletí. Vstupním materiálem pro zdrobnení j? namísto hutných kusů taveného korundu pórovitá a drobná drt měkkého aglomerátu, připravená bučí nízkoteplotním- zpevněním granulí oxidu hlinitého,nebo jeho směsi s přísadami nebo s výhodou získaná z odpadu od výroby korundové keramiky před stádiem konečného výpalu. Výhodou uvedeného postupu je dále podstatné snížení podílu neprotavených částic v povlaku. Neprotavoné částice jsou tvořeny z hlediska teplotní roztažnosti isotropními agregáty řádové mikronových krystalků korundu, namísto velkými monokrystalickými zrny korundu, jejíchž roztažnost jo směrové závislá, jako je tomu při použití nástřikového materiálu na bázi mletého taveného korundu. Výsledkem je Zlepšení homogenity a mikrostruktury povlaku a tím i zlepšení funkčních vlastností, zejména odolnosti kc změnám teploty, oteruvzdornosti a odolnosti vůči korozi.

Další výhodou je možnost vracet do aglomeračního procesu prachové podíly od mletí, to jest jemnější, než je spodní zrnitostní mez stříkacího prásku, a tím pracovat v bezodpadové a ekologicky nezávadné technologii výroby nástřikového materiálu.

Podstata vynálezu jo dálo objasněna na příkladech provedení:

Příklad 1. Výchozím materiálem je .technický oxid hlinitý, obsahující 98,9% Al,.,O..., granulovaný s přísadou 0,5% polývinylalkoholu jako dočasného, vyhořívajícího pojivá, aglomerovaný při teplotě 1250°G, semletý za sucha v bubnovém mlýnu a proti- ₍₎ proudým větrným tříděním a vytříděný do frakce 40 až 65/um, *7 *2

Hustota· prásku tvořeného vC - modifikací Al_Q0-, je 3,98.10^ukg.m , zdánlivá pórovitost 47%. Prášek se podává v množství 37 kg.h do proudu plazmatu, generovaného v plazmovém hořáku s vodní stabilizací elektrického oblouku při napětí 325 V a proudu 480 A a sferoidizuje do vody. Povlak o tlouštce 0,55 mm, vytvořený na kovovém podkladu stojným plazmovým hořákem při napětí 320 V a proudu 500A obsahuje 96% modifikace Al_o0~, a

4Í— O

3% noprotavenýfch částic nástřikového materiálu jež jsou tvořeny hutným agregátem malých krystalků 7 - Al^O- o velikosti .1 až 6/Um, Zdánlivá pórovitost povlaku je 5,2% a hustota SjGS.lO^kg.m“*^.

Přiklad 2. Výchozím‘materiálem je směs složená ze 58,2% technického oxidu hlinitého, obsahujícího 99,3%Al₂0₃, 1,8% oxidu chromitého o velikosti částic pod i/um o ze 40% prachového podílu pod 20/um, odpadajícího při tříděni mletého aglomerátu složeného z 97% oxidu hlinitého o 3% oxidu chromitého. Střední velikost částic prachového podílu je 12/um, Směs se granuluje s přísadou dočasného pojivá 0,8% polyvinylálkoholu, která vyhoří při následující aglomeraci na 1300°C, Aglomerát so semele za sucha v bubnovém mlýnu a vytřídí do frakce 20 qž 45/um, jejíž podíl představuje 10% vsázky mellvo. Hrubé podíly nad 45/um se vrací do mletí, prachové podíly pod 20/um, jichž odpadá 15*'.'. ce použijí jako přísada k technickému oxidu hlinitému pri výrobo další šarže aglomerátu. Hustota prášku je 3,90.10'’ kg. m , zdánlivá pórovitost 41%, Prášek se podává v množství 32 kg.h do proudu plazmatu, generovaného v plazmovém hořáku s vodní stabilizací elektrického oblouku při napětí 320 V a proudu 400 A a nanáší přímo na ‘kovový podklad při střikac.í vzdálenosti 200 až 200 mm,. Povlak o tlouštce 0,40 mm obsahuje 90 až 90% - modifikace tuhého roztoku AlgO., s 3%, Cr,,0 . a 0% nepro.tavoných částic nástřikového materiálu o velikosti 10 až 40/um, složených z malých krystalků & - AlgO-, o velikosti 3 a.ž ů/um. Zdánlivá pórovitost povlaku je 7,6%, hustota 3 ,.69.1O'^Jkg ,m”.

Příklad, 3. Výchozím materiálem je pórovitá korundová keramika, obsahující 97% technického oxidu hlinitého, 1% oxidu hořečnatého a 2% oxidu křemičitého, tepelné zpracovaná při teplote 1300°C, umletá v bubnovém mlýnu za mokra a vytříděná _ o na frakci 40 až 65/um. Hustota prásku je 3,97,10*· kg.m ‘ , zdánlivá pórovitost·20%. Povlak o tlouštce 0,0 mm, vytvořený na kovovém podkl;.idu za podmínek uvedených v příkladu 1, obsahuje 92%, ty* - modifikace Al_?0..., 9% neprotavených částic o velikosti pod 60/ur.i% složených z malých krystalků <Xz - Al^O^ o velikosti 2 až 6/um, zdánlivá pórovitosrt'povlaku jo 9,4%, hustota 3,6G. l(.r'kg ,m~'^J. '

Claims (5)

1. Ρ R Ρ D II ΓΞ Τ V Υ Ν Λ L Ε Z '’ΐJ

   1. Způsob výroby materiálu na bázi oxidu hlinitého pro plazmové nebo žárové stříkání aglomeraci velmi jemných částic, vyznačený tím, že se výchozí materiál, obsahující 85 až 99,5% hmot. oxidu hlinitého a 0,5 až 15% hmot. dalších oxidů kovů s teplotou tání v rozmezí 1700 až 28OO°C aglomertije při teplotě 1000 až 1500°C na prášek o zdánlivé pórovitosti 10 až 65% obj., umele se, vytřídí na požadovanou zrnitostni frakci v rozmezí 10 až 70/um a protaví v proudu plazmatu.
2. 2. Způsob výroby materiálu na bázi oxidu hlinitého podle bodu 1: , vyznačený tím, že se výchozí materiál před aglomeraci granuluje s přísadou 0,2 až 2% hmot. dočasného, vyhořívajíciho organického pojivá.
3. 3. Způsob výroby materiálu na bázi oxidu hlinitého podle bodu 1; , vyznačený tím, že se vy t řiděný. prášek protaví v proudu plazmatu generovaném v plazmovém generátoru s vodní stabilizací elektrického oblouku.
4. 4. Způsob výroby materiálu na bázi oxidu hlinitého podle bodu 31·, vyznačený tím, že se přetavený prášek sferoidizuje řízeným chlazením vodou.
5. 5. Způsob výroby materiálu na bázi oxidu hlinitého podle bodu 3,, vyznačený tím, že se protavený prášek přímo aplikuje na podložní materiál.