CS260443B1

CS260443B1 - Protective coating of metal surface

Info

Publication number: CS260443B1
Application number: CS864570A
Authority: CS
Inventors: Lumir Bula; Petr Tajchman; Jaroslav Hajek
Original assignee: Lumir Bula; Petr Tajchman; Jaroslav Hajek
Priority date: 1986-06-20
Filing date: 1986-06-20
Publication date: 1988-12-15
Also published as: CS457086A1

Abstract

Úkolem je vyřešit ochranný povlak povrchu kovové součásti proti korozi, žáru, abrazi, erozi a dalším provozním vlivům. 0- chranný povlak základního materiálu sestá vá ze tří vrstev, a to z niklové nosné vrstvy o tloušťce 0,001 do 0,1 mm, mezivrstvy tvo řené chromniklovou ocelí o tloušťce od 0,05 do 0,45 mm a funkční vrstvy tvořené keramickou hmotou o tloušťce od 0,10 do 0,55 milimetru, přičemž jsou všechny vrstvy vzá jemně mezi sebou a společně se základním materiálem v odstupu po 5 až 40 nim spojeny protavenou zónou.The task is to solve the problem of a protective coating of the surface of a metal component against corrosion, heat, abrasion, erosion and other operational influences. 0- The protective coating of the base material consists of three layers, namely a nickel carrier layer with a thickness of 0.001 to 0.1 mm, an intermediate layer formed by chromium-nickel steel with a thickness of 0.05 to 0.45 mm and a functional layer formed by a ceramic mass with a thickness of 0.10 to 0.55 millimeters, with all layers being connected to each other and together with the base material at a distance of 5 to 40 mm by a molten zone.

Description

Vynález se týká kovového keramického a kovokeramického ochranného povlaku základního materiálu, vytvořeného na základním materiálu kombinací několika nanášecích technologií, jejichž společným působením se dosáhne vysoké přilnavosti jeho jednotlivých vrstev navzájem i vysoké přilnavosti k základnímu materiálu jako celku.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a metallic ceramic and metal-ceramic protective coating of a base material formed on a base material by a combination of several coating technologies whose combined action achieves high adhesion of its individual layers to each other and high adhesion to the base material as a whole.

Doposud známé ochranné povlaky, vytvořené na základních materiálech, za účelem jejich ochrany proti korozi, žáru, abrazi, erozi a dalším provozním vlivům, jsou vesměs vyrobeny jednou technologií. Tak například jako ochrana proti korozi se používá elektrolytické nanášení ochranných povlaků, které však mohou být vytvořeny také žárovým nástřikem antikorozních kovů. Proti žáru se používají nástřiky provedené hlavně plazmovými hořáky a proti abrazi se převážně používá nástřiků elektrickým obloukem nebo navařováním. Jsou známé i technologie, které za stejným účelem přetavují celou povrchovou vrstvu základního materiálu a zlepšují tak jeho vlastnosti. Každá z těchto technologií je převážné jednoúčelová a zajišťuje většinou ochranu pouze proti jednomu typu namáhání. Společnou nevýhodou všech těchto známých technologií je nízká pevnost ve smyku i v tahu ve spojovací rovině základního materiálu s nanesenou funkční vrstvou. Při tepelném namáhání dochází pak navíc vlivem rozdílného koeficientu roztažnosti základního materiálu a ochranné vrstvy k jejímu odloupávání, a to tím více, čím větší je chráněná plocha, neboť napětí se v celé vrstvě sčítají. Některé základní materiály náchylné k vysoké oxidaci, zvláště barevné kovy s vysokým obsahem mědi mají tu vlastnost, že přilnavost se zlepšuje ohřevem před jejich nástřikem, což však lze obtížně dosáhnout, neboť úměrně s teplotou zde stoupá i rychlost oxidace. Proto se nástřik provádí za omezeného ohřevu, který je však pro kvalitní spojení základního materiálu s dalšími vrstvami nedostatečné. Přilnavost takto provedených nástřiků uvedenými metodami je poměrně nízká a značně omezuje celkovou životnost výrobku, na němž je aplikována.The prior art protective coatings formed on the base materials to protect them against corrosion, heat, abrasion, erosion and other operational influences are all made by one technology. For example, electrolytic deposition of protective coatings is used as corrosion protection, but can also be produced by hot spraying of anticorrosive metals. Anti-heat are used mainly by plasma torches and anti-abrasion is mainly used by electric arc or by welding. Technologies for remelting the entire surface layer of the base material to improve its properties are also known. Each of these technologies is predominantly dedicated and provides mostly protection against only one type of stress. A common disadvantage of all these known technologies is the low shear and tensile strength in the bonding plane of the base material with the applied functional layer. In addition, due to the different coefficients of expansion of the base material and the protective layer, the thermal stress is exfoliated, the more the larger the area to be protected, since the stresses add up in the entire layer. Some base materials susceptible to high oxidation, especially non-ferrous metals with a high copper content, have the property that the adhesion is improved by heating before they are sprayed, but this is difficult to achieve because the rate of oxidation increases with temperature. Therefore, the spraying is carried out under limited heating, which, however, is insufficient for a good connection of the base material with other layers. The adhesion of the coatings so produced by these methods is relatively low and greatly limits the overall service life of the product to which it is applied.

Výše uvedené nedostatky se odstraní ochranným povlakem kovového povrchu podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že sestává z niklové nosné vrstvy o tloušťce 0,001 do 0,1 mm, mezivrstvy tvořené chromniklovou ocelí o tloušťce 0,05 do 0,45 mm a funkční vrstvy tvořené keramickou hmotou o tloušťce od 0,10 do 0,55 mm, přičemž jsou všechny vrstvy vzájemně mezi sebou a společně se základním materiálem v odstupu po 5 až 40 mm spojeny protavenou zónou.The aforementioned drawbacks are overcome by the protective coating of the metal surface according to the invention, which consists of a nickel backing layer of 0.001 to 0.1 mm thickness, an intermediate layer of 0.05 to 0.45 mm chromium-nickel steel and a functional layer A ceramic material having a thickness of from 0.10 to 0.55 mm, all layers being joined to each other and together with the base material at intervals of 5 to 40 mm by a melting zone.

Ochranným povlakem podle vynálezu se dosáhne jeho víceúčelového využití, neboť se tím získá odolnost povrchu ihned proti několika druhům namáhání, a to při současném zvýšení přilnavosti celé vrstvy, což se zvlášť příznivě projeví v odolnosti proti smyku mezi jednotlivými vrstvami i v celé kombinované vrstvě jako celku. TaLu kombinace se navíc projeví zmenšením celkového napětí plochy, jeho rozdělením do lokálních prostorů v okolí jejich vzájemného protavení. Předností je také to, že i velké plochy mají ve všech místech přibližně stejné vlastnosti, a že zlepšení povrchu je tím natolik odolné mechanickým,, chemickým a tepelným vlivům, že lze provést i takové kombinované ochranné vrstvy, které pouze jednotlivými technologiemi jsou neproveditelné.The protective coating according to the invention achieves its multipurpose use, as this gives the surface resistance immediately to several types of stress, while increasing the adhesion of the entire layer, which has a particularly favorable effect on the shear resistance between the individual layers and the entire combined layer as a whole. . In addition, this combination results in a reduction of the overall stress of the surface, its division into local spaces around their mutual melting. It is also advantageous that even large areas have approximately the same properties at all locations and that the surface improvement is so resistant to mechanical, chemical and thermal influences that even combined protective layers can be made which are not feasible by individual technologies alone.

Ochranný povlak základního materiálu je v příkladném provedení znázorněn na přiloženém výkrese, kde obr. 1 znázorňuje příčný řez vrstvou s pulsním provedením lokálního protavení, obr. 2 znázorňuje příčný řez vrstvou s kontinuálním provedením lokálního protavení a obr. 3 jejich půdorysný pohled.In the exemplary embodiment, the protective coating of the base material is shown in the accompanying drawing, wherein FIG. 1 shows a cross-section of a pulse of local melting; FIG. 2 shows a cross-section of a continuous melting layer of FIG.

Podle příkladného provedení se na základní kovový materiál 1 po očištění jeho povrchu nanese z roztoku ohřátého na potřebnou teplotu chemickým způsobem bez pomocného přídavného napětí kovový film o tloušťce do 100 mikrometrů, který tvoří nosnou vrstvu 2. V případě, že základní kovový materiál tvořila měď, byl povrch očištěn otryskáním korundovou drtí a kovový film byl vytvořen chemickým niklováním v roztoku niklu typu K ohřátého na teplotu 95 °C. Po takovém vytvoření nosné vrstvy 2 se kovový materiál 1 ohřeje na teplotu 350° Celsia a na nosnou vrstvu 2 se pak žárově plynovou, obloukovou, plazmovou, hypersonickou nebo detonační pistolí nanese mezivrstva 3 chromniklové oceli tloušťky do 450 mikrometrů. Podle druhu pistole se mezivrstva 3 nanáší teplotou 2 700 až 4 500^cC. Na mezivrstvu 3 v chromniklové ocelí se pak nanese funkční vrstva 4 o tloušťce do 550 mikrometrů. Funkční vrstva 4 je tvořena keramickou hmotou. Při použití korundu jako keramické hmoty je žárový nástřik proveden při teplotě 8 000 ^CC. Pokud by byl jako keramická hmota 4 na vytvoření funkční vrstvy použit CraOj, pak teplota bude úměrně vyšší. Po nanesení všech vrstev se funkční korundová vrstva 4, mezivrstva 3 chromniklové oceli a nosná vrstva 2 z niklu protaví pulsně s odstupem 20 mm laserovým CO2 paprskem o energii nad 160 Ws. Místo laserového paprsku lze použít jiný energetický paprsek, který způsobí protavení po celé ose jeho pohybu a vytvoří protavení zón například elektronový paprsek, případně elektrický výboj.According to an exemplary embodiment, a metal film of up to 100 microns in thickness, forming the carrier layer 2, is applied to the base metal material 1 after cleaning the surface thereof from a solution heated to the desired temperature by chemical means without additional stress, forming the carrier layer 2. If the base metal material was copper, the surface was purged with corundum grit blasting and the metal film was formed by chemical nickel plating in a type K nickel solution heated to 95 ° C. After such formation of the support layer 2, the metal material 1 is heated to a temperature of 350 ° C and an intermediate layer 3 of chromium-nickel steel up to 450 microns is then applied to the support layer 2 by means of a gas-gas, arc, plasma, hypersonic or detonation gun. Depending on the type of gun, the intermediate layer 3 is applied at a temperature of 2700 to ^4500C . A functional layer 4 of up to 550 microns thickness is then applied to the intermediate layer 3 in chrome-nickel steel. The functional layer 4 is made of ceramic. When using alumina as ceramic material is hot dip coating performed at 8000 ^C C. If the ceramic material 4 as a functional layer on CraOj used, the temperature will be proportionally higher. After all the layers have been applied, the functional corundum layer 4, the chromium-nickel steel interlayer 3 and the nickel support layer 2 are pulsed with a 20 mm laser beam spacing of over 160 Ws at a spacing. Instead of a laser beam, another energy beam can be used which causes melting along the entire axis of its movement and creates a melting of the zones, for example an electron beam or an electric discharge.

Ochranný povlak základního materiálu se s výhodou použije pro ochranu proti korozi, abrazi, erozi, žáru a styku s tekutými kovy, a to zvláště tam, kde tepelná roztažnost základního materiálu je odlišná od tepelné roztažnosti nanesených vrstev, jako napři5 klad ochrany měděných výrobků, zvláště u ocelářských trysek, vysokopecních výfučen, krystalizátorů kovů a taktéž u jiných výrobků, kde se požadují mimořádné mechanické vlastnosti ochranné vrstvy.The protective coating of the base material is preferably used for protection against corrosion, abrasion, erosion, heat and contact with liquid metals, especially where the thermal expansion of the base material is different from the thermal expansion of the deposited layers, such as the protection of copper products, in particular steel nozzles, blast furnaces, metal crystallisers and other products where extraordinary mechanical properties of the protective layer are required.

Claims

Protective coating of a metal surface, characterized in that it consists of a nickel support layer (2) with a thickness of 0.001 to 0.1 mm, an intermediate layer (3) of chromium-nickel steel with a thickness of 0.05 to 0.45 mm and a functional layer ( 4) formed of a ceramic material with a thickness of 0.10 to 0.55 mm, wherein all layers (2, 3, 4) are joined to each other and together with the base material (1 j at intervals of 5 to 40 mm) by a melting zone.