CZ304146B6 - Process for preparing multilayer ceramic coating and multilayer ceramic coating prepared in such a manner - Google Patents
Process for preparing multilayer ceramic coating and multilayer ceramic coating prepared in such a manner Download PDFInfo
- Publication number
- CZ304146B6 CZ304146B6 CZ20090307A CZ2009307A CZ304146B6 CZ 304146 B6 CZ304146 B6 CZ 304146B6 CZ 20090307 A CZ20090307 A CZ 20090307A CZ 2009307 A CZ2009307 A CZ 2009307A CZ 304146 B6 CZ304146 B6 CZ 304146B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- formations
- coating
- ceramic coating
- disk
- layer
- Prior art date
Links
Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Description
Oblast technikyTechnical field
Vynález se týká způsobu přípravy gradovaného keramického povlaku na bázi Al2O3-ZrO2-SiO2, zejména pro kovové součásti vystavené abrazivnímu působení, a gradovaného keramického povlaku vytvořeného tímto způsobem.The invention relates to a process for the preparation of a graded ceramic coating based on Al 2 O 3 -ZrO 2 -SiO 2 , in particular for metal parts exposed to abrasive action, and a graded ceramic coating formed in this way.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Je známo, že dosloužilé vyzdívky sklářských pecí, které obsahují 45 až 55 % hmotn. A12O3, 28 až 35% hmotn. ZrO2, 12 až 18% hmotn. SiO2 a malé množství oxidů alkalických kovů, se s výhodou využívají k výrobě odlévaných objemových součástí nebo silnostěnných odlitků ve formě vložek potrubních dílů nebo tvarovek pro vyložení ocelových plášťů, neboť se zjistilo, že výrobky z tohoto materiálu mají vysokou tvrdost, odolnost proti otěru, vysokým teplotám a chemické korozi. Materiál roztavený v obloukové peci se odlévá většinou do pískových forem a při kontrolovaném chladnutí odlitku dochází ke krystalizací. Konečný produkt z tohoto keramického materiálu na bázi Al2O3-ZrO2-SiO2 má převládající eutektickou mikrostrukturu, která je tvořená lamelami korundu a baddeleyitu a obsahuje také menší množství skelné fáze. Jako vstupní materiály licího procesu lze samozřejmě použít i mechanicky připravené směsi uvedených, relativně čistých oxidů. Obvyklá technologie odlévání materiálu však do značné míry omezuje tvar i parametry konečných výrobků.It is known that retired lining of glass furnaces containing 45 to 55 wt. % Al 2 O 3 , 28 to 35 wt. % ZrO 2 , 12 to 18 wt. SiO 2 and a small amount of alkali metal oxides are preferably used for the production of cast parts or thick-walled castings in the form of pipe liners or fittings for lining steel shells, since the products of this material have been found to have high hardness, abrasion resistance, high temperatures and chemical corrosion. The material melted in the arc furnace is usually poured into sand molds and crystallization occurs under controlled cooling of the casting. The end product of this ceramic material based on Al 2 O 3 -ZrO 2 -SiO 2 has a predominant eutectic microstructure consisting of corundum and baddeleyite lamellas and also contains less glass phase. Of course, mechanically prepared mixtures of these relatively pure oxides can also be used as starting materials for the casting process. However, conventional casting technology largely limits the shape and parameters of the end products.
Obecně je také známo, že vytvořením nanokrystalické struktury v materiálech se dosáhne výrazného zlepšení mechanických vlastností materiálu. U strukturní nanokrystalické keramiky je to zvýšení tvrdosti, pevnosti a odolnosti proti opotřebení. Problémem však je omezená možnost výroby trojrozměrných kompaktních výrobků použitelných rozměrů a tvarů, jako jsou dlaždice, trubky a podobně. Ačkoliv existuje několik výrobních postupů, které dovolují připravit keramické prášky o velikosti částic od několika jednotek do několika desítek nm, tzv. nanoprášky, v dostatečně velkém množství, nedařilo se dosud vytvořit ani funkční nanostrukturní keramický povlak s dobrou adhezi k povlakovanému podkladu. Konsolidace nanoprášků do trojrozměrných strukturních Částí je pak problematická stále.It is also generally known that the formation of a nanocrystalline structure in materials achieves a significant improvement in the mechanical properties of the material. In the case of structural nanocrystalline ceramics, it is an increase in hardness, strength and wear resistance. However, the problem is the limited possibility of producing three-dimensional compact products of usable dimensions and shapes such as tiles, pipes and the like. Although there are several manufacturing processes which make it possible to prepare ceramic powders having a particle size of several units to several tens of nm, the so-called nanopowders, in a sufficiently large amount, a functional nanostructured ceramic coating with good adhesion to the coated substrate has not yet been produced. Consolidation of nanopowders into three-dimensional structural parts is still problematic.
Již řadu let se používá technika žárového stříkání, která dokáže nastolit podmínky pro velmi rychlé tuhnutí. Při konvečním procesu žárového stříkání se částice vstupního prášku vpravují do horkého proudu plazmatu, který je generovaný například plazmatronem. Částice se rychle roztaví, urychlí a jsou unášeny k substrátu. Při dopadu na relativně chladný substrát se roztavené částice rozprostřou, velmi rychle se ochladí a rapidně ztuhnou ve formě tenkých disků. Tyto disky zvané splaty, které se během procesu vrší stochasticky na sebe, tvoří základní stavební jednotku pro celý nástřik. Díky velmi vysokým rychlostem ochlazování vzniklých splatů, 103 až 105 Ks1, vznikají v jednotlivých splatech buď velmi jemné mikrostruktury tvořené úzkými sloupcovými krystaly, nebo může dojít k potlačení krystalizace a vzniku amorfních splatů. Pomocí žárového stříkání je tak možné produkovat samonosné keramické prvky, materiálově gradované vrstvy či materiály částečně nebo zcela amorfní.For many years, the thermal spraying technique has been used, which can establish conditions for very rapid solidification. In the conventional heat spraying process, the feed powder particles are introduced into a hot plasma stream, which is generated, for example, by a plasmatron. The particles quickly melt, accelerate and are carried to the substrate. On impact on a relatively cold substrate, the molten particles spread out, cool very rapidly, and solidify rapidly in the form of thin disks. These discs, called splats, which stack up stochastically on top of each other during the process, form the basic building block for the entire feed. Due to the very high cooling rates of the resulting trays, 10 3 to 10 5 Ks 1 , either very fine microstructures formed by narrow columnar crystals are formed in the individual installments, or crystallization can be suppressed and amorphous trays can occur. By means of thermal spraying it is thus possible to produce self-supporting ceramic elements, material graded layers or materials partially or completely amorphous.
V současné době se objevuje snaha využití žárového stříkání k vytváření nanostrukturních keramických povlaků. Jednu cestu představuje využití aglomerovaných nanoprášků a jejich pouze částečného natavení během procesu plazmového stříkání. Výsledkem jsou povlaky smírně zlepšenými vlastnostmi, které napříč tloušťkou obsahují směs nanokrystalické struktury a klasické mikrostruktury plazmových nástřiků vznikající při tuhnutí roztaveného materiálu.Recently, efforts have been made to use thermal spraying to form nanostructured ceramic coatings. One way is to use agglomerated nanopowders and only partially melt them during the plasma spraying process. As a result, coatings have modestly improved properties, which include a mixture of nanocrystalline structure and classical microstructure of plasma coatings arising from solidification of molten material across the thickness.
- 1 CZ 304146 B6- 1 GB 304146 B6
Další cesta, která je ovšem použitelná jen pro některé materiály, je jednak plazmové stříkání s podáváním nanoprášků v podobě suspenze, jednak stříkání roztoků chemických prekurzorů. U obou těchto postupů je velmi důležité zajistit velmi přesné, rovnoměrné a dostatečně pomalé podávání ať už suspenze nebo roztoku. Vzniklé nástřiky pak mají nanostrukturní formu napříč celou svojí tloušťkou a vykazují i určité zlepšené vlastnosti, ale jejich produkce je velmi pomalá.Another way, which is only applicable to some materials, is plasma spraying with the administration of nanopowders in the form of a suspension and spraying of chemical precursor solutions. In both of these procedures, it is very important to ensure a very accurate, uniform and sufficiently slow administration of either suspension or solution. The resulting coatings then have a nanostructured form throughout their thickness and exhibit some improved properties, but their production is very slow.
Úkolem předloženého vynálezu je tedy navrhnout způsob vytvoření komerčně využitelného keramického povlaku na podkladním tělese, který by měl zlepšené mechanické vlastnosti, a povlak zhotovený tímto způsobem.SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a method of forming a commercially available ceramic coating on a support body having improved mechanical properties and a coating made in this manner.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Výše uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje způsob přípravy gradovaného keramického povlaku, zejména pro kovové součásti vystavené abrazivnímu působení, při kterém se výchozí materiál na bázi AI2O3-ZrO2-SiO2 s obsahem 35 až 54 % hmotn. A12O3, 28 až 41 % hmotn. ZrO2 a 9 až 25 % hmotn. SiO2 roztaví v obloukové peci, tavenina se odlije za rychlého tuhnutí a namele se na prášek o velikosti zrna do 120 pm, tento prášek se žárovým stříkáním nanáší na kovový podklad, čímž se vytváří keramický povlak z vrstvených, vzájemně se překrývajících, soudržných zvlněných diskových útvarů o tloušťce do 3 pm z dopadajících roztavených zrn, který má celkovou pórovitost menší než 5 %, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se nanesený amorfní keramický povlak tepelně upraví krátkodobým ohřátím povrchu na teplotu v rozmezí od 940 do 1200 °C, zatímco spodní strana povlaku stýkající se s podkladem se udržuje na teplotě nejlépe do 230 °C, čímž vznikne povlak ze tří spojitých vrstev diskových útvarů s různým typem vnitřní struktury, z nichž povrchovou vrstvu tvoří diskovité útvary s nanokompozitní strukturou s krystalovými zrny o průměrné velikosti od 10 do 60 nm tvořenými jednou fází tuhého roztoku teragonálního ZrO2 přesyceného A12O3 a SiO2, základní vrstva stýkající se s podkladem je tvořená diskovými útvary s amorfní vnitřní strukturou a střední vrstva je přechodová vrstva jak s diskovými útvary s vnitřní nanokompozitní strukturou tak i s diskovými úvary s vnitřní amorfní strukturou.The aforementioned drawbacks are largely eliminated by the process of preparing a graded ceramic coating, in particular for metal parts subjected to an abrasive action, in which the starting material based on Al 2 O 3 -ZrO 2 -SiO 2 with a content of 35 to 54 wt. % Al 2 O 3 , 28 to 41 wt. % ZrO 2 and 9 to 25 wt. SiO 2 is melted in an arc furnace, the melt is poured with rapid solidification and ground to a powder size of up to 120 µm, which is sprayed onto a metal substrate by hot spraying to form a ceramic coating of layered, overlapping, cohesive corrugated discs. of a thickness of up to 3 µm of incident molten grains having an overall porosity of less than 5% according to the invention, characterized in that the applied amorphous ceramic coating is heat treated by briefly heating the surface to a temperature in the range of 940 to 1200 ° C while the underside of the substrate-contacting coating is maintained at a temperature of preferably up to 230 ° C, thereby forming a coating of three continuous layers of discs with different types of internal structure, the surface of which is a disc-shaped nanocomposite crystal grain structure of average size from 10 to 60 nm formed by one For solid ZrO 2 solid phase phases supersaturated with Al 2 O 3 and SiO 2 , the base layer in contact with the substrate is formed by disc formations with an amorphous internal structure and the middle layer is a transition layer with both disc formations with an internal nanocomposite structure and discs with an inner amorphous structure.
Podle vynálezu je výhodné, provádí-li se tepelná úprava povrchu povlaku přístrojem vyzařujícím energii, zejména laserem, kyslíko-acetylénovým hořákem, plazmatronem a podobně.According to the invention, it is advantageous if the heat treatment of the surface of the coating is carried out with an energy-radiating device, in particular a laser, an oxyacetylene burner, a plasmatron and the like.
Podstata řešení se také týká gradovaného keramického povlaku, zejména trvalého povlaku kovových součástí vystavených abrazivnímu působení, na bázi Al2O3-ZrO2-SiO2, který obsahuje 35 až 54 % hmotn. A12O3, 28 až 41 % hmotn. ZrO2 a 9 až 25 % hmotn. SiO2 aje tvořený soudržnými zvlněnými a plošně uspořádanými diskovými útvary o tloušťce do 3 pm překrývajícími se vzájemně tak, že celková pórovitost je menší než 5%, jehož podstata spočívá podle vynálezu V tom, Že povlak sestává ze tří vrstev s odlišnou vnitřní strukturou, z nichž vrchní, povrchová vrstva obsahuje diskové útvary s vnitřní nanokompozitní strukturou tvořenou zbytkovou amorfní matricí, ve které jsou rovnoměrně hustě dispergované oblá kiystalová zrna tvořená tuhým roztokem tetragonálního ZrO2 přesyceného A12O3 a SiO2 o průměrné velikosti 10 až 60 nm, základní vrstva dosedající na kovový podklad je tvořená diskovými útvary s amorfní strukturou a střední vrstva je přechodová vrstva s diskovými útvary jak s nanokompozitní vnitřní strukturou, tak i s diskovými útvary s amorfní strukturou.The invention also relates to a graded ceramic coating, in particular a permanent coating of abrasive-exposed metal parts based on Al 2 O 3 -ZrO 2 -SiO 2 , which contains 35 to 54 wt. % Al 2 O 3 , 28 to 41 wt. % ZrO 2 and 9 to 25 wt. SiO 2 is formed by cohesive corrugated and planar disk formations of up to 3 µm thickness overlapping each other so that the total porosity is less than 5% according to the invention, in that the coating consists of three layers with a different internal structure, the top surface of which comprises disc-shaped structures with an internal nanocomposite structure formed by a residual amorphous matrix in which the densely rounded crystalline grains consisting of a solid solution of tetragonal ZrO 2 supersaturated with Al 2 O 3 and SiO 2 having an average size of 10 to 60 nm are uniformly dispersed abutting the metal substrate is formed by disk formations with an amorphous structure and the middle layer is a transition layer with disk formations both with a nanocomposite inner structure and with disk formations with an amorphous structure.
S výhodou obsahují diskové útvary s vnitřní nanokompozitní strukturou v povrchové vrstvě gradovaného keramického povlaku mezi nanometrickými krystalovými zrny tenkou vrstvu zbytkové amorfní matrice případně částečně zkrystalizované jako fáze γ-Α12Ο3 nebo δ-Α12Ο3.Preferably, the disk-like structures with an internal nanocomposite structure in the surface layer of the graded ceramic coating between the nanometric crystal grains comprise a thin layer of residual amorphous matrix optionally partially crystallized as phases γ-Α1 2 Ο 3 or δ-Α1 2 Ο 3 .
Výsledkem způsobu podle vynálezu je tedy gradovaný keramický povlak, jehož volný povrch má kompozitní nanokrystalickou strukturu a zlepšené mechanické vlastnosti, jichž nebylo možno dosud používanými způsoby přípravy keramických nanokrystalických materiálů dosáhnout.The process according to the invention thus results in a graded ceramic coating whose free surface has a composite nanocrystalline structure and improved mechanical properties which have not been achieved by the methods of the preparation of ceramic nanocrystalline materials hitherto used.
-2CZ 304146 B6-2GB 304146 B6
Vniklý gradovaný povlak má povrchovou vrstvu, která je velmi tvrdá a odolná proti abrazivnímu opotřebení.The penetrated graded coating has a surface layer that is very hard and resistant to abrasive wear.
Popis příkladu konkrétního provedeníDescription of an example of a specific embodiment
Pro lepší pochopení a ilustrativní osvětlení podstaty vynálezu bude nyní vynález popsán na příkladu konkrétního provedení. Výchozí odlitý materiál s jemnou eutektickou mikrostrukturou měl následující chemické složení: 49,1 % hmotn. A12O3, 37,6 % hmotn. ZrO2, 11,6% hmotn. SiO2 a 1,7 % hmotn. ostatních oxidů. Mechanickým drcením odlitků a následným prosetím se pak připravil keramický prášek o velikosti částic 40 až 63 pm. Pro plazmové stříkání byl použit plazmatron WSP 500® o výkonu 160 kW s vodou stabilizovaným proudem plazmatu. Stříkání probíhalo na vzduchu, přičemž keramický prášek byl do proudu plazmatu podáván rychlostí 250 g.min 1 ve vzdálenosti 50 mm od čela hořáku a povlakovaný podklad byl umístěný 350 mm od čela hořáku a povlakovaný podklad byl umístěný 350 mm od čela hořáku. Toto nastavení parametrů stříkání zajistilo protavení většiny dopadajících částic. Povlakovaný podklad tvořila destička uhlíkové oceli s otryskaným povrchem o rozměrech 100 x 25 mm. Přejezdy plazmatronu přes podklad byly prokládány chlazením proudem stlačeného vzduchu, což dovolilo udržet teplotu povlaku během stříkání mezi 200 až 360 °C a zajistit tak dobrou adhezi povlaku na podkladu při pokojové teplotě. Vzniklý amorfní povlak měl tloušťku 1,5 mm, obsahoval kolem 4% obj. neroztavených částic keramického prášku a vykazoval otevřenou pórovitost 1,7 %.In order to better understand and illustrate the invention, the invention will now be described by way of example of a particular embodiment. The starting cast material with a fine eutectic microstructure had the following chemical composition: 49.1 wt. % Al 2 O 3 , 37.6 wt. % ZrO 2 , 11.6 wt. % SiO 2 and 1.7 wt. other oxides. By mechanical crushing of the castings and subsequent sieving, a ceramic powder having a particle size of 40 to 63 µm was then prepared. For plasma spraying, a 160 kW WSP 500® plasmatron with a water-stabilized plasma jet was used. Spraying was in air, with ceramic powder being fed into the plasma stream at a rate of 250 g.min 1 at a distance of 50 mm from the burner face and the coated substrate was placed 350 mm from the burner face and the coated substrate was placed 350 mm from the burner face. This setting of spray parameters ensured melting of most of the incident particles. The coated substrate was a 100 x 25 mm carbon steel plate with a blasted surface. Plasmatron crossings over the substrate were interleaved by cooling with a stream of compressed air, which allowed the coating temperature to be maintained between 200 and 360 ° C during spraying, ensuring good adhesion of the coating to the substrate at room temperature. The resulting amorphous coating had a thickness of 1.5 mm, contained about 4% by volume of molten ceramic powder particles and had an open porosity of 1.7%.
Za účelem kontrolované krystalizace povrchové vrstvy splatů se pak amorfní povlak podrobuje povrchovému tepelnému zpracování. K tomu se využívá přístroj vyzařující energii, např. laser, kyslíko-acetylénový hořák, plazmatron atd., který je schopný kontrolované a krátkodobě ohřát povrch povlaku na teplotu mezi 940 °C a 1200 °C a zároveň zajistit, aby teplota na rozhraní povlaku a podkladu nepřesáhla 230 °C. Protože většina dostupných zařízení neumožňuje zahřátí celého povrchu povlaku najednou, ale pouze jeho malé části, je nutné využít systematické rastrování povrchu povlaku tak, aby uvedené teplotní podmínky na povrchu povlaku a na rozhraní povlak - podklad byly splněny postupně lokálně ve všech bodech povrchu a v každém okamžiku ohřevu. Takové tepelné zpracování zajistí proběhnutí krystalizace v povrchové vrstvě povlaku za vzniku nanokrystalické kompozitní struktury uvnitř splatů s velikostí zrn od 10 do 60 nm a zároveň nedovolí natavení povrchu povlaku. Dodržení podmínky maximální teploty rozhraní zabraňuje výskytu odlupování povlaku od substrátu. Parametry procesu povrchového tepelného zpracování se určují v závislosti na zvoleném přístroji. Hloubka nanostrukturní vrstvy je závislá na měrné energii dodávané přístrojem resp. absorbované povrchem a na rychlosti pohybu paprsku resp. povrchu výrobku. Měrný výkon je možné měnit nastavením výkonu přístroje, u laseru např. jeho defokusací. Hloubku tepelně ovlivněné vrstvy určuje též tepelná vodivost keramického materiálu, která se pohybuje v rozmezí 1,1 až 1,5 W.m~'.K._l. Zvolení parametrů procesu povrchového tepelného zpracování má vliv na výslednou velikost nanometrických krystalových zrn a na hloubku nanostrukturní vrstvy keramického povlaku.The amorphous coating is then subjected to a surface heat treatment for controlled crystallization of the surface layer of the trays. An energy-emitting device, such as a laser, an oxy-acetylene burner, a plasmatron, etc., is used to heat the coating surface in a controlled and brief manner to a temperature between 940 ° C and 1200 ° C while ensuring that the temperature at the coating interface and of the substrate did not exceed 230 ° C. Since most of the devices available do not allow the entire surface of the coating to be heated at one time, but only a small portion of it, it is necessary to utilize systematic screening of the coating surface so that the temperature conditions at the coating surface and at the coating / substrate interface are met successively locally at all points and moment of heating. Such heat treatment ensures crystallization in the surface layer of the coating to form a nanocrystalline composite structure inside the trays with a grain size of 10 to 60 nm, while not allowing the surface of the coating to melt. Compliance with the maximum interface temperature condition prevents the coating from peeling from the substrate. The parameters of the surface heat treatment process are determined depending on the selected instrument. The depth of the nanostructured layer is dependent on the specific energy supplied by the device or the device. absorbed by the surface and at the speed of beam movement respectively. product surface. The specific power can be changed by adjusting the power of the instrument, for example by laser defocussing. The depth of the thermally affected layer is also determined by the thermal conductivity of the ceramic material, which ranges from 1.1 to 1.5 Wm @ -1. _l . The choice of surface heat treatment process parameters affects the resulting nanometric crystal grain size and the depth of the nanostructured layer of the ceramic coating.
V popisovaném konkrétním příkladu bylo povrchové tepelné zpracování provedeno na pulzním Nd:YAG laseru JK701H firmy Lumonics. Laser byl nastaven na energii pulzu 4 J při frekvenci 100 Hz a délce pulzu 2 ms. Použitá laserová optika měla ohniskovou vzdálenost 120 mm a byla rozostřena o 60 mm, aby šířka stopy byla přibližně 7,5 mm. Při povrchovém tepelném zpracování se laserová stopa pohybovala po povrchu povlaku rastrovým způsobem z rohu povlaku, a to konstantní rychlostí v jednotlivých úsecích o délce 19 mm. Po každém proběhlém úseku byl laser vypnut, přesunut o 5 mm v bočním směru a znovu spuštěn na další úsek a zároveň byla zvýšena rychlost přejezdu o 30 mm.min 1 z 380 až na konečných 500 mm.min 1 při posledním pátém úseku. Tímto způsobem byla tepelně zpracována první část povlaku o celkové ploše 25 x 25 mm.In the specific example described, the surface heat treatment was performed on a JK701H pulsed Nd: YAG laser from Lumonics. The laser was set to a pulse energy of 4 J at a frequency of 100 Hz and a pulse length of 2 ms. The laser optics used had a focal length of 120 mm and were blurred by 60 mm to give a track width of approximately 7.5 mm. In surface heat treatment, the laser trace was moved along the surface of the coating in a raster fashion from the corner of the coating at a constant speed in individual sections of 19 mm in length. After each run, the laser was switched off, moved 5 mm in the lateral direction and restarted to the next section, while increasing the crossing speed by 30 mm.min 1 from 380 to the final 500 mm.min 1 for the last fifth section. In this way, the first portion of the coating having a total area of 25 x 25 mm was heat treated.
Po minutovém chlazení bylo přikročeno k tepelnému zpracování sousedního čtverce 25 x 25 mm výše popsaným způsobem a tento proces se opakoval až do úplného tepelného zpracování celého povrchu povlaku. Výsledkem tohoto zpracování je gradovaný nanokompozitní povlak, jehožAfter one minute of cooling, the adjacent 25 x 25 mm square was heat treated as described above, and this process was repeated until the entire surface of the coating was completely heat treated. The result of this treatment is a graded nanocomposite coating of which
-3 CZ 304146 B6 povrchová nanokompozitní vrstva má tloušťku přibližně 0,4 mm. V povrchové nanokompozitní vrstvě byla zjištěna průměrná tvrdost 16,7 GPa a abrazivní odolnost zlepšená oproti odlévanému materiálu stejného složení o 1/2.The surface nanocomposite layer has a thickness of approximately 0.4 mm. In the surface nanocomposite layer an average hardness of 16.7 GPa and abrasive resistance improved compared to the cast material of the same composition by 1/2 were found.
Pro dosažení uvedených parametrů gradovaného keramického povlaku podle vynálezu je při aplikaci navrženého postupu samozřejmé, že při přípravě prášku keramického materiálu je třeba zajistit, aby každá částice prášku obsahovala všechny tři složky v poměru blízkém složení ternárního eutektika, což například nesplňuje prostá mechanická směs prášků čistých oxidických složek, která je tak pro popsaný způsob nepoužitelná. Žárové stříkání pak musí zaručit úplné roztavení prakticky všech částic prášku před jejich dopadem na povrch podkladu. Stříkací parametry, např. teplota podkladu, vzdálenost podkladu od plazmatronu, rychlost depozice atd., se nastavují pro použitý typ zařízení žárového stříkání tak, aby se dosáhlo velmi vysoké rychlosti chladnutí dopadlých částic, nízké pórovitosti nástřiku a dobré adheze povlaku k substrátu. Velmi vysoká rychlost chladnutí dopadajících částic vede k vysokému podchlazení taveniny a zároveň k potlačení difúze, která by vedla k nežádoucímu vzniku rovnovážné eutektické mikrostruktury při krystalizaci. Prudce ochlazené dopadlé částice proto nekrystalizují, ale zůstávají v morfním stavu. Výsledkem žárového stříkání je tak amorfní nástřik na podkladu.In order to achieve the graded ceramic coating of the present invention, it is obvious that when preparing the powder of a ceramic material, it is necessary to ensure that each powder particle contains all three components in a ratio close to the ternary eutectic composition. components which are thus unusable for the described process. Thermal spraying must then ensure complete melting of virtually all powder particles before they reach the surface of the substrate. Spray parameters, such as substrate temperature, substrate distance from plasmatron, deposition rate, etc., are set for the type of thermal spray equipment used to achieve very high cooling rate of the entrapped particles, low spray porosity, and good coating adhesion to the substrate. The very high cooling rate of the incident particles leads to high supercooling of the melt and at the same time to suppression of diffusion, which would lead to undesirable formation of equilibrium eutectic microstructure during crystallization. The rapidly cooled incident particles therefore do not crystallize but remain in a morph state. This results in an amorphous spray on the substrate.
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Různé kovové součásti opatřené gradovaným nanokompozitním povlakem na bázi A12O3 - ZrO2 - SiO2 podle vynálezu vykazují díky vysoké tvrdosti povlaku a odolnosti proti abrazi výrazně delší životnost při práci v abrazivním prostředí, takže jak povlak, tak i způsob jeho přípravy je možné využít k uvedenému účelu v řadě průmyslových aplikací.The various metal parts provided with a graded nanocomposite coating based on Al 2 O 3 - ZrO 2 - SiO 2 according to the invention exhibit significantly longer service life in an abrasive environment due to the high hardness of the coating and the abrasion resistance, so that both the coating and its preparation used for this purpose in a number of industrial applications.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20090307A CZ304146B6 (en) | 2009-05-18 | 2009-05-18 | Process for preparing multilayer ceramic coating and multilayer ceramic coating prepared in such a manner |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20090307A CZ304146B6 (en) | 2009-05-18 | 2009-05-18 | Process for preparing multilayer ceramic coating and multilayer ceramic coating prepared in such a manner |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2009307A3 CZ2009307A3 (en) | 2010-12-08 |
| CZ304146B6 true CZ304146B6 (en) | 2013-11-20 |
Family
ID=43297107
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20090307A CZ304146B6 (en) | 2009-05-18 | 2009-05-18 | Process for preparing multilayer ceramic coating and multilayer ceramic coating prepared in such a manner |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ304146B6 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01287263A (en) * | 1988-05-11 | 1989-11-17 | Nara Kikai Seisakusho:Kk | Thermal spraying powder combined with metal powder and ceramic powder for intermediate layer between metal and ceramic and its production |
| JPH07145470A (en) * | 1993-11-22 | 1995-06-06 | Nippon Steel Corp | Hard oxide thermal spraying material of high thermal expansion coefficient and hearth roll having thermally sprayed film |
| JP2000297358A (en) * | 1999-04-12 | 2000-10-24 | Nippon Steel Corp | Mold facing on metallic mold for centrifugal casting roll and method for applying mold facing |
| DE102007020891A1 (en) * | 2007-05-04 | 2008-11-13 | Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH | Lined brake disc for rail- or commercial road vehicles, is formed as spray-compacted metal coating containing embedded ceramic particles |
| DE102008035849A1 (en) * | 2008-08-01 | 2010-02-04 | Klaus John Eisenmenger | Method for coating a brake area of brake disks or other friction elements of brakes, comprises applying a wear-resistant coating on the brake area through thermal injection |
| DE102008062132A1 (en) * | 2008-12-16 | 2010-06-17 | Titan Präcis Metallurgie GmbH | Coating surfaces of brake disks or other friction elements of brakes, comprises roughening the brake surfaces with hard-material granules by radiation, and applying a wear-resistant coating on the brake surfaces by thermal injection |
-
2009
- 2009-05-18 CZ CZ20090307A patent/CZ304146B6/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01287263A (en) * | 1988-05-11 | 1989-11-17 | Nara Kikai Seisakusho:Kk | Thermal spraying powder combined with metal powder and ceramic powder for intermediate layer between metal and ceramic and its production |
| JPH07145470A (en) * | 1993-11-22 | 1995-06-06 | Nippon Steel Corp | Hard oxide thermal spraying material of high thermal expansion coefficient and hearth roll having thermally sprayed film |
| JP2000297358A (en) * | 1999-04-12 | 2000-10-24 | Nippon Steel Corp | Mold facing on metallic mold for centrifugal casting roll and method for applying mold facing |
| DE102007020891A1 (en) * | 2007-05-04 | 2008-11-13 | Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH | Lined brake disc for rail- or commercial road vehicles, is formed as spray-compacted metal coating containing embedded ceramic particles |
| DE102008035849A1 (en) * | 2008-08-01 | 2010-02-04 | Klaus John Eisenmenger | Method for coating a brake area of brake disks or other friction elements of brakes, comprises applying a wear-resistant coating on the brake area through thermal injection |
| DE102008062132A1 (en) * | 2008-12-16 | 2010-06-17 | Titan Präcis Metallurgie GmbH | Coating surfaces of brake disks or other friction elements of brakes, comprises roughening the brake surfaces with hard-material granules by radiation, and applying a wear-resistant coating on the brake surfaces by thermal injection |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2009307A3 (en) | 2010-12-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kulkarni et al. | Processing effects on porosity-property correlations in plasma sprayed yttria-stabilized zirconia coatings | |
| Nouri et al. | Powder morphology in thermal spraying | |
| EP2326443B1 (en) | Method of producing objects containing nano metal or composite metal | |
| Balla et al. | Compositionally graded yttria-stabilized zirconia coating on stainless steel using laser engineered net shaping (LENS™) | |
| Kobryn et al. | The laser additive manufacture of Ti-6Al-4V | |
| EP2081714B1 (en) | Method of producing products of amorphous metal | |
| Ghasemi et al. | Laser glazing of plasma-sprayed nanostructured yttria stabilized zirconia thermal barrier coatings | |
| Khmyrov et al. | Synthesis of nanostructured WC-Co hardmetal by selective laser melting | |
| CA2451495A1 (en) | Thermal barrier coating material, method of production thereof, and gas turbine member and gas turbine applying said thermal barrier coating material | |
| Wang et al. | Microstructural evolution of plasma sprayed submicron-/nano-zirconia-based thermal barrier coatings | |
| JPH10506153A (en) | Metal forming method | |
| KR20080043230A (en) | Electrocast brick coated with metal film and method of manufacturing the same | |
| Pakseresht et al. | Thermal plasma spheroidization and spray deposition of barium titanate powder and characterization of the plasma sprayable powder | |
| JP2000064022A (en) | Thermally spraying formation of allotropic bulk deposited metal | |
| Li et al. | Microstructure evolution of laser remelted Al2O3–13 wt.% TiO2 coatings | |
| US20090020916A1 (en) | Composite ceramic having nano-scale grain dimensions and method for manufacturing same | |
| Ullah et al. | Influence of laser parameters and Ti content on the surface morphology of L-PBF fabricated Titania | |
| CZ304146B6 (en) | Process for preparing multilayer ceramic coating and multilayer ceramic coating prepared in such a manner | |
| Nevrla et al. | Plasma spraying of natural kaolinite and metakaolinite | |
| Liu et al. | Investigation on microstructure evolution of iron-based alloy via synchronous powder-feeding underwater laser additive | |
| CN113953528B (en) | Method for preparing high-entropy reinforced amorphous alloy composite material | |
| KR20130089408A (en) | Coating material for thermal spray using ceramic composite materials and fabrication method and coating method therof | |
| Bolelli et al. | Influence of the manufacturing process on the crystallization behavior of a CZS glass system | |
| CZ300602B6 (en) | Nanocrystalline composite material based on AI203 - ZrO2 - SiO2 and process for preparing thereof | |
| Yang et al. | Pulsed laser deposition of hydroxyapatite film on laser gas nitriding NiTi substrate |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20190518 |