CZ33518U1 - Kompozitní materiál pro povrchovou úpravu oceli - Google Patents

Kompozitní materiál pro povrchovou úpravu oceli Download PDF

Info

Publication number
CZ33518U1
CZ33518U1 CZ2019-36925U CZ201936925U CZ33518U1 CZ 33518 U1 CZ33518 U1 CZ 33518U1 CZ 201936925 U CZ201936925 U CZ 201936925U CZ 33518 U1 CZ33518 U1 CZ 33518U1
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
composite material
powder
basalt
copper powder
steel
Prior art date
Application number
CZ2019-36925U
Other languages
English (en)
Inventor
Pavla Bartoň Klufová
Ondřej Chocholatý
Antonín Kříž
Lucie Sikytová
Marek Vostřák
Original Assignee
Západočeská Univerzita V Plzni
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Západočeská Univerzita V Plzni filed Critical Západočeská Univerzita V Plzni
Priority to CZ2019-36925U priority Critical patent/CZ33518U1/cs
Publication of CZ33518U1 publication Critical patent/CZ33518U1/cs

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34Laser welding for purposes other than joining
    • B23K26/342Build-up welding
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/082Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat without intermediate formation of a liquid in the layer
    • C23C24/085Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23FNON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F11/00Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/28Treating solids
    • G21F9/34Disposal of solid waste

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Description

Úřad průmyslového vlastnictví v zápisném řízení nezjišťuje, zda předmět užitného vzoru splňuje podmínky způsobilosti k ochraně podle § 1 zák. ě. 478/1992 Sb.
Kompozitní materiál pro povrchovou úpravu oceli
Oblast techniky
Technické řešení se týká oblasti strojírenství a povrchové úpravy kovových materiálů a výrobků z nich, za účelem zvýšení jejich jakosti a užitkových vlastností.
Dosavadní stav techniky
Zvyšování užitných vlastností kovových materiálů, především ocelí, patří mezi jednu ze základních disciplín strojírenské výroby. Většina základních běžně používaných kovových slitin nesplňuje požadavky, které jsou kladené na výrobek z nich vyrobený. Proto je třeba s materiálem dále pracovat a tvářecími technologiemi, tepelným zpracováním a následnými povrchovými úpravami mu dodat potřebné parametry.
Mezi známé metody úpravy ocelí patří jejich legování. Do roztavené oceli se přidávají jednotlivé chemické prvky - legury, které po ztuhnutí oceli zvyšují např. její pevnost nebo ovlivňují oxidační stálost a oceli jsou tak nerezové. Mezi známé legující prvky patří, chrom, nikl, uhlík, vanad, wolfram atd.
Další proces zvyšování užitných vlastností oceli probíhá i po odlití základního polotovaru výrobku. Vybrané technologie tváření zvyšují počet mřížkových poruch v krystalografickém uspořádání tvářených ocelí, čímž je u finálního výrobku dosaženo optimální kombinace pevnosti a houževnatosti materiálu. Také úprava povrchu dokáže zásadně měnit povrchové vlastnosti výrobku. Mezi technologie povrchové úpravy patří pokovování nejrůznějšími kovy a jejich slitinami. Mezi nejčastěji používané technologie nanášení povrchových úprav patří depozice tenkých vrstev, plazmové nástřiky, laserové návary, galvanické pokovování, chromování či zinkování.
Tím se využívá především pevného kovového jádra výrobku v kombinaci s užitnými vlastnostmi nanášeného povrchu. Mezi často využívané patří různé žárově nanášené povrchy keramiky. Nalezneme keramiku, která vyniká svojí tvrdostí, jinou, která vyniká porézností, a tím dává výrobku lepší kluzné vlastnosti, nebo keramiku s chemickou odolností na nej různější toxické, těkavé a žíravé sloučeniny.
Úkolem předmětného technického řešení je splnit požadavky Státního úřadu pro jadernou bezpečnost a najít, vytvořit a aplikovat antikorozní vrstvu materiálu, která bude schopna odolat prostředí hlubinného úložiště radioaktivního odpadu. Tato antikorozní vrstva je tedy prioritně určena k povlakování obalových souborů pro uložení vyhořelého jaderného paliva do hlubinných úložišť. Odolnost povlaku proti korozi byla Státním úřadem pro jadernou bezpečnost stanovena na období sto tisíc let.
Podstata technického řešení
Kompozitní materiál pro povrchovou úpravu oceli je nanášen ve vrstvách na ocelové jádro, kde vytváří celistvý povlak. Základními komponenty kompozitního materiálu jsou pojivo, kterým je prášková měď, a plnivo, kterým je práškový čedič. Tyto dvě složky kompozitního materiálu vykazují samostatně vysokou chemickou stálost, která se ve směsi ještě násobí. Obsah práškové mědi v kompozitním materiálu je v rozmezí od 85 % hmotn. do 90 % hmotn. Obsah práškového čediče v kompozitním materiálu je v rozmezí od 10 % hmotn. do 15 % hmotn.
- 1 CZ 33518 U1
Ve výhodném provedení je optimální zrnitost práškové mědi 45 až 90 pm. Optimální zrnitost čediče je rovna nebo menší než 250 pm.
V jiném výhodném provedení je složení směsi kompozitního materiálu tvořeno 85 % hmotnosti práškové mědi a 15 % hmotnosti práškového čediče.
V dalším výhodném provedení je čistota práškové mědi v kompozitním materiálu vyšší než 99 %.
V následujícím výhodném provedení má prášková měď sférický tvar částic mědi.
Ocel s povrchovou úpravou tvořenou antikorozním povlakem, kdy povlak je vytvořen laserovým návarem kompozitního materiálu z mědi a čediče. Antikorozní povlak má tloušťku alespoň 0,35 mm.
Hlavní výhodou kompozitního materiálu a oceli s povrchem z tohoto kompozitního materiálu je vysoká korozní odolnost. Předpokládaná životnost kompozitního laserového návaru na obalovém souboru pro ukládání vyhořelého jaderného paliva do hlubinných úložišť je v řádu stovek tisíců let. Obě základní komodity směsi kompozitního materiálu jsou navíc běžně na trhu dostupné.
Objasnění výkresů
Technické řešení bude blíže objasněno pomocí výkresů, které znázorňují:
Obr. 1 snímek materiálové struktury kompozitního laserového návaru zachycený elektronovým mikroskopem;
Obr. 2 snímek příčného řezu kompozitním laserovým návarem a ocelí v místě hranice ztavení obou materiálů.
Příklady uskutečnění technického řešení
Podle obr. 2 je kompozitní materiál pro povrchovou úpravu oceli nanášen ve vrstvách na ocelové jádro technologií laserového navalování, kde na jádru vytváří celistvý kompozitní laserový návar. Jako ostatní běžné kompozitní přídavné prášky pro laserové navalování jsou i zde v přídavném prášku obsaženy složky pojivá a plniva. Pojivém v tomto konkrétním příkladu uskutečnění je prášková měď a plnivem práškový čedič. Tyto dvě složky kompozitního materiálu vykazují i samostatně vysokou chemickou stálost, která se ve směsi ještě násobí. Obsah práškové mědi v kompozitním materiálu je v rozmezí od 85 % hmotn. do 90 % hmotn. Obsah práškového čediče v kompozitním materiálu je v rozmezí od 10 % hmotn. do 15 % hmotn.
Nanášení kompozitního materiálu se v konkrétním příkladu uskutečnění technického řešení provádí laserovým navalováním pevnolátkovým diskovým laserem Trumpf TruDisk 8002 s vlnovou délkou 1030 nm a s průměrem laserového svazku v ohnisku 3,4 mm. Přídavný prášek pro laserové navalování byl přiváděn z podavače prášku GTV PF 2/2 MH do koaxiální povlakovací hlavy Precitec YC52 s čtyřcestným vedením prášku.
Experimentálně bylo zjištěno, že optimální směsí kompozitního materiálu byla směs s 85 % hmotnosti práškové mědi a 15 % hmotnosti práškového čediče, viz obr. 1. Korozní rychlost nově vyvinutého měď-čedičového kompozitního materiálu byla stanovena na vcon=0,3 mm/100 000 let v daném expozičním prostředí synteticky připravené důlní vody. Kvantifikovaná korozní rychlost předpokládá lineární závislost korozního úbytku materiálu na čase. Optimální vrstva pro splnění
-2 CZ 33518 U1 podmínek byla stanovena a odzkoušena pro vrstvu kompozitního materiálu 0,35 mm laserově navařené na jádro z oceli C45.
Pro tento příklad uskutečnění technického řešení byla stanovena optimální zrnitost práškové mědi 5 na 45 až 90 pm a optimální zrnitost čediče na rovnu nebo menší než 250 pm. Čistota práškové mědi v kompozitním materiálu byla v tomto příkladu uskutečnění technického řešení vyšší než 99 % a prášková měď měla sférický tvar částic mědi, měděný prášek METCO 55 od firmy Oerlikon Metco.
to Podle jednoho příkladu uskutečnění technického řešení byl použit čedič složením:
c. Název Značka C. Název Značka
1. Magnesium oxide MgO 11. Cristobalite Sis.oOie.o
2. Periclase (a=0,4200) Mgr.oOr.o 12. Calcium Aluminium Oxid CasAieOu
3. Periclase (a=0,4200) Mgr.oOr.o 13. Calcium Magnesium Oxid Ca4.oSi4.oMg4.o
4. Quartz (a=4702, c=0,5256) Sie.oOe.o 14. Alite Ca54.0Sil8.0O90.0
5. Quartz (a=4973, c-0,5267) Sie.oOe.o 15. Pyroxene ideal Mgs.oSis.o024.o
6. Quartz (a=4722, c=0,5267) Sie.oOe.o 16. Sillimanite A1S.0SÍ4.0O20.0
7. Silicon Oxide (Hexagonal) S1O2 17. Enstatite Mgl6.oSil6.o048.0
8. Silicon Oxide (Orthorombic) S1O2 18. Tobermorite Cas.oSie.oOis.o
9. Titanite Ca4.oSis.o020.o 19. Mullite AI4.8SÍ1.2O9.6
10. Cristobalite II Sis.oOie.o 20. Forsterit Mg2SiO4
Průmyslová využitelnost
Technické řešení lze využít ve strojírenství v návaznosti na jadernou energetiku, pro výrobu antikorozních obalů na vyhořelé jaderné palivo pro jeho ukládání do hlubinných úložišť vyhořelého jaderného paliva, kdy životnost obalu musí být větší než sto tisíc let.

Claims (6)

1. Kompozitní materiál pro povrchovou úpravu oceli ve formě keramiky, pro vrstvené nanášení na ocelové jádro, tvořený směsí pojivá a plniva, vyznačující se tím, že pojivém je prášková měď a plnivem práškový čedič, přičemž množství práškové mědi leží v rozmezí od 85 % hmotn. do 90 % hmotn. a množství práškového čediče leží v rozmezí od 10 % hmotn. do 15 % hmotn.
2. Kompozitní materiál podle nároku 1, vyznačující se tím, že prášková měď má zrnitost v rozmezí 45 až 90 pm a práškový čedič má zrnitost menší než 250 pm.
3. Kompozitní materiál podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že podíl práškové mědi je 85 % hmotnosti a podíl práškového čediče je 15 % hmotnosti.
4. Kompozitní materiál podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že prášková měď má čistotu prášku vyšší než 99 %.
5. Kompozitní materiál podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že prášková měď má sférický tvar částic mědi.
6. Ocel s povrchovou úpravou tvořenou antikorozním povlakem, vyznačující se tím, že povlak je tvořen laserovým návarem z kompozitního materiálu podle některého z nároků 1 až 5, tvořícím vrstvu tloušťky alespoň 0,35 mm.
CZ2019-36925U 2019-11-25 2019-11-25 Kompozitní materiál pro povrchovou úpravu oceli CZ33518U1 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2019-36925U CZ33518U1 (cs) 2019-11-25 2019-11-25 Kompozitní materiál pro povrchovou úpravu oceli

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2019-36925U CZ33518U1 (cs) 2019-11-25 2019-11-25 Kompozitní materiál pro povrchovou úpravu oceli

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ33518U1 true CZ33518U1 (cs) 2019-12-17

Family

ID=69054308

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2019-36925U CZ33518U1 (cs) 2019-11-25 2019-11-25 Kompozitní materiál pro povrchovou úpravu oceli

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ33518U1 (cs)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ310016B6 (cs) * 2022-12-19 2024-05-08 Západočeská Univerzita V Plzni Kompozitní laserový návar pro ochranu povrchu ocelového dílce před korozí

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ310016B6 (cs) * 2022-12-19 2024-05-08 Západočeská Univerzita V Plzni Kompozitní laserový návar pro ochranu povrchu ocelového dílce před korozí

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yang et al. Review on chromium coated zirconium alloy accident tolerant fuel cladding
US20180119265A1 (en) Ternary ceramic thermal spraying powder and method of manufacturing thermal sprayed coating using said powder
Abioye et al. Effect of carbide dissolution on the corrosion performance of tungsten carbide reinforced Inconel 625 wire laser coating
TWI609974B (zh) 新穎產物及彼等之用途
Zhou et al. Hot corrosion behaviour of HVOF-sprayed Cr3C2-NiCrMoNbAl coating
US20110200838A1 (en) Laser clad metal matrix composite compositions and methods
TW201536451A (zh) 基於碳化鉬之燒結噴霧粉末
CZ33518U1 (cs) Kompozitní materiál pro povrchovou úpravu oceli
Saladi et al. Hot Corrosion Behaviour of Detonation-Gun Sprayed Cr 3 C 2–NiCr Coating on Inconel-718 in Molten Salt Environment at 900 C
Oladijo et al. Thermally sprayed Inconel 625 coating on 304 stainless steel: a neutron diffraction stress analysis
Shen et al. Effect of Cr x C y–NiCr coating on the hydrogen embrittlement of 17-4 PH stainless steel using the smooth bar tensile test
US11000921B2 (en) Composite welding rods and associated cladded articles
Radhamani et al. 316L stainless steel microstructural, mechanical, and corrosion behavior: a comparison between spark plasma sintering, laser metal deposition, and cold spray
JP3881858B2 (ja) 耐食性に優れる炭化物サーメット溶射皮膜被覆部材
EP2855733B1 (de) Verfahren zum beschichten eines kobalt-, nickel- und/oder eisenhaltigen substrats mit einer korrosionsbeständigen schicht
Tsujikawa et al. Corrosion Protection of Mg‐Li Alloy by Plasma Thermal Spraying of Aluminum
Bonetti et al. Effect of flame spray deposition parameters on the microstructure, microhardness and corrosion resistance of FeNbC coatings on AISI 1020 steel
Zhang et al. Corrosion resistance of TiAl–Nb coating on 316L stainless steel in liquid zinc
Betts et al. Characterisation, wear and corrosion testing of laser-deposited AISI 316 reinforced with ceramic particles
JP2009019218A (ja) 溶射用線材及びそれを用いて形成された溶射皮膜
Shibang et al. Parameter Optimization and Microstructure Evolution of In-Situ TiC Particle Reinforced Ni-based Composite Coating by Laser Cladding.
Biswas et al. A review on TIG cladding of engineering material for improving their surface property
Surya et al. Development of Alumina‐Titania Composite Layers on Stainless Steel through the Detonation Spray Method and Investigation of Salt Spray Corrosion Behavior along with Surface Examination
CZ36790U1 (cs) Kompozitní návarový materiál pro ochranu povrchu ocelového dílce před korozí
Dwivedi et al. Surface modification by developing coating and cladding

Legal Events

Date Code Title Description
FG1K Utility model registered

Effective date: 20191217

MK1K Utility model expired

Effective date: 20231125