EA032724B1 - Способ получения плазменного износостойкого и коррозионностойкого керамического покрытия - Google Patents
Способ получения плазменного износостойкого и коррозионностойкого керамического покрытия Download PDFInfo
- Publication number
- EA032724B1 EA032724B1 EA201800046A EA201800046A EA032724B1 EA 032724 B1 EA032724 B1 EA 032724B1 EA 201800046 A EA201800046 A EA 201800046A EA 201800046 A EA201800046 A EA 201800046A EA 032724 B1 EA032724 B1 EA 032724B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- coating
- cerium oxide
- oxide
- resistant
- hardening component
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F17/00—Compounds of rare earth metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/10—Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
- C23C4/134—Plasma spraying
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области газотермических покрытий, более конкретно к способам нанесения защитных покрытий на поверхность деталей, эксплуатируемых в экстремальных условиях. Задачей предлагаемого технического решения является разработка покрытия с более высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами за счет упрочнения аморфных фаз. Кроме того, способ должен обеспечивать высокую производительность процесса напыления. Поставленная задача достигается тем, что в способе, включающем получение дисперсной порошковой смеси из оксидной керамики TiO-SiO-AlOи упрочняющего компонента, ввод в плазменный поток дисперсной порошковой смеси и последующее ее напыление на основной материал, согласно изобретению в качестве упрочняющего компонента используют оксид церия дисперсностью 20-50 мкм, а соотношение оксидной керамики и оксида церия составляет соответственно 50-70 и 30-50 мас.%, при этом в плазменном потоке происходит образование ультрадисперсных сфероидов в результате импульсного деления частиц упрочняющего компонента, а напыление покрытия можно вести как на металлическую, так и на керамическую основу.
Description
Изобретение относится к области газотермических покрытий, более конкретно к способам нанесения защитных покрытий на поверхность деталей, эксплуатируемых в экстремальных условиях.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения износостойкого покрытия [1], включающий введение в плазменный поток смеси порошков, содержащей оксиды металлов и диоксид кремния, дисперсностью менее 100 мкм и последующее напыление на стальную основу с формированием аморфно-кристаллической структуры покрытия; используют порошок, содержащий 40-70 мас.% частиц дисперсностью менее 50 мкм и 30-60 мас.% частиц дисперсностью более 50 мкм, и поддерживают ток дуги плазмотрона 250-300 А. Относительная износостойкость такого покрытия - 2,5, пористость - 1,2%, коэффициент использования порошка - 62%. Способ позволяет формировать структуру покрытий от кристаллической до частично и полностью аморфной.
Однако такие характеристики не обеспечивают повышенную эксплуатационную стойкость покрытий и их качество за счет снижения пористости.
Задачей предлагаемого технического решения является разработка покрытия с более высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами за счет упрочнения аморфных фаз. Кроме того, способ должен обеспечивать высокую производительность процесса напыления.
Поставленная задача достигается тем, что в способе, включающем получение дисперсной порошковой смеси из оксидной керамики TiO2-SiO2-Al2O3 и упрочняющего компонента, ввод в плазменный поток дисперсной порошковой смеси и последующее ее напыление на основной материал, согласно изобретению в качестве упрочняющего компонента используют оксид церия дисперсностью 20-50 мкм, а соотношение оксидной керамики и оксида церия составляет соответственно 50-70 и 30-50 мас.%; при этом в плазменном потоке происходит образование ультрадисперсных сфероидов в результате импульсного деления частиц упрочняющего компонента, а напыление покрытия можно вести как на металлическую, так и на керамическую основу.
Таким образом, отличительными признаками заявляемого способа являются иной состав используемой композиции, а именно упрочнение аморфных фаз оксидной керамики оксидом церия в определенном соотношении и определенной дисперсности; процесс образования ультрадисперсных сфероидов в результате импульсного деления частиц упрочняющего компонента; материал основы, на который осуществляется напыление покрытия.
В основе предлагаемого технического решения лежит процесс упрочнения аморфизирующихся при напыления фаз оксидной керамики ультрадисперсными сфероидизированными включениями оксида церия, которые формируются в результате импульсного деления сфероидов в плазменном потоке. Это приводит не только к повышению износостойкости покрытий в условиях абразивного трения и стойкости в агрессивных средах, но и к увеличению плотности материала напыляемых частиц, а, следовательно, и к повышению производительности процесса напыления. Известными способами именно такие покрытия получить невозможно.
Осуществление этого процесса возможно при сочетании следующих факторов. Использование оксида церия дисперсностью 20-50 мкм позволяет наиболее эффективно провести процесс импульсного деления сфероидов с образованием ультрадисперсных сфероидов, которые и упрочняют аморфные фазы оксидной керамики, что обусловливает высокие эксплуатационные свойства покрытия, в том числе и за счет большого количества межзеренных границ. Одновременно с этим достигается существенное увеличение коэффициента использования порошка (КИП) - 71% в сравнении с прототипом (62%). В предлагаемом способе КИП повышен на 9%. Отклонение от заявляемого интервала дисперсности и использование порошка оксида церия дисперсностью 40-50 мкм приводит к снижению износостойкости и возрастанию пористости напыленного слоя, что обусловлено уменьшением количества ультрадисперсных сфероидов оксида церия от 48 до 23%. Существенное повышение КИП предлагаемой композиции обеспечивается в основном двумя характеристиками оксида церия: возможностью материала измельчаться в плазменном потоке за счет импульсного деления сфероидов и высокой плотностью - 7,65 г/см3, в то время как плотность материала прототипа составляет 3,3 г/см3.
Следующим условием осуществления способа является соотношение оксидной керамики и оксида церия в исходной порошковой композиции. Снижение количества церия в исходной порошковой композиции до 5 мас.% приводит к снижению износостойкости покрытия до уровня износостойкости прототипа. Повышение содержания оксида церия в композиции выше 50% нецелесообразно в виду того, что в покрытии формируется недостаточно аморфной фазы, которая является матричным материалом данного слоевого композита. Это является причиной повышения пористости и снижения износостойкости (частицы упрочняющей фазы выкрашиваются под воздействием абразива).
Оптимальными являются равное соотношение порошков оксидной керамики и оксида церия при дисперсности порошка 20-40 мкм и соотношение оксидной керамики и оксида церия 60 и 40 мас.% при дисперсности порошка 40-50 мкм.
Другим условием осуществления способа является реализация процесса импульсного деления исходных частиц оксида церия, прошедших стадию сфероидизации в плазменном потоке, сущность которого заключается в периодическом выталкивании из объема базовой частицы, прошедшей стадию сфероидизации, за счет конвективного движения расплавленной массы более мелких сфероидов. При этом
- 1 032724 на одном полюсе базовой частицы образуется углубление, имеющее форму воронки, а на противоположном полюсе появляется микро- или ультрадисперсный дочерний сфероид. В покрытии, полученном при оптимальных условиях, содержится 48 мас.% ультрадисперсных сфероидов упрочняющей фазы. Отклонение от оптимальных условий приводит к резкому снижению количества упрочняющей фазы в виде ультрадисперсных сфероидов оксида церия (23%).
Еще одним условием осуществления способа является вид материала, на который наносится керамическое покрытие. В качестве такого материала можно использовать и сталь, и керамику. Основной материал в виде керамики экономически более целесообразен, т.к. не требует нанесения подслоя для обеспечения равномерного изменения коэффициента термического линейного расширения материалов.
Коэффициент использования порошка как основную характеристику производительности процесса напыления определяют из соотношения массы напыляемого покрытия к массе исходного порошка, используемого для нанесения данного покрытия, и выражают в процентах.
Пористость покрытий оценивают микроскопическим методом по отношению длины линии, занятой порами, к общей ее длине.
Испытания износостойкости проводят в коррозионной среде на специальном стенде ПВ-12, разработанном в НИИХИММАШ (г. Москва), на котором условия эксплуатации максимально соответствуют таковым для промышленных деталей бурового оборудования.
Образцы покрытий исследовали металлографическим, микрорентгеноспектральным и рентгенофазовым методами. Исследования микроструктуры проводили на микроскопе Neophot-21. Анализ вида и состава фаз выполняли на микроанализаторе Cameca с использованием программного пакета SKAN для количественного анализа. Общее содержание компонентов оценивали с помощью рентгеновского трансмиссионного дифрактометра Stadi P.
Пример 1.
Необходимо сформировать плазменное покрытие, характеризующееся относительной износостойкостью в коррозионной среде, равной 3,8, пористостью менее 1%, с КИП, равным 71%. Для получения плазменного покрытия с такими характеристиками берут порошок оксидной керамики TiO2-SiO2-Al2O3 в количестве 50 мас.% и порошок оксида церия в количестве 50 мас.% дисперсностью 20-40 мкм, эти компоненты тщательно перемешивают в смесителе. Далее смесь подают под срез сопла плазмотрона, и проводят напыление на основной материал - керамическую пластину из корунда. Параметры процесса напыления: ток - 230-300 А, напряжение - 180 В, состав плазмообразующего газа (%): воздух - 70, природный газ - 30. Толщина покрытия составляет 1,5-4 мм.
Примеры осуществления способа приведены в таблице.
Результаты исследований и испытаний покрытий
| Состав ί масс. % | покрытия, | Относител ьная | Порист | КИП/% | Плотность, г/см3 | Содержание |
| Оксидная керамика | Оксид церия | износосто йкость | ост ь,% | (*) | ультрадиспе рсных сфероидов оксида церия в покрытии, масс. % | |
| 95 | 5 | 2,5 | - | -- | 3,52 | |
| 70 | 30 | 3,1 | 0,47 | 65 | 4,61 | |
| 60 | 40 | 3,5 | — | 68 | 5,04 | |
| 50 | 50 | 3,8 | 0,86 | 71 | 5,48 | 48 |
| 40 | 60 Диспер сность (20-40) мкм | 3,2 | 1,8 | 5,91 | ||
| 60 | 40 Диспер сность (40- 50) мкм | з,о | 1,0 | 64 | 5JJ4 | ЙЗ |
| Прототип | 2,5 | 1,2 | 62 | з,з |
(*) - плотность оксида церия - 7, 65 г/см3.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать покрытия, характеризующиеся высокими эксплуатационными свойствами (стойкость покрытий в условиях одновременного воздействия абразивного изнашивания и коррозионной среды повышена в 1,24-1,52 раза), повысить качество покрытий за счет снижения пористости в 1,395-2,55 раза, повысить производительность процесса напыления на 9%, формировать покрытия на подложках как металлических, так и керамических материалов.
Источник информации.
1. Патент BY № 7776. ПГУ. Способ получения износостойкого покрытия. Руденская Н.А., Швейкин Г.П., Копысов В.А., 28.02.2006.
- 2 032724
Claims (1)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯСпособ получения плазменного износостойкого и коррозионностойкого керамического покрытия в виде слоевого композита, включающий получение дисперсной порошковой смеси из оксидной керамики TiO2-SiO2-Al2O3 и упрочняющего компонента, ввод в плазменный поток дисперсной порошковой смеси и последующее ее напыление на основной материал, отличающийся тем, что в качестве упрочняющего компонента используют оксид церия дисперсностью 20-50 мкм, а соотношение оксидной керамики и оксида церия составляет соответственно 50-70 и 30-50 мас.%, а напыление покрытия ведут как на металлическую, так и на керамическую основу.Евразийская патентная организация, ЕАПВРоссия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201800046A EA032724B1 (ru) | 2017-12-13 | 2017-12-13 | Способ получения плазменного износостойкого и коррозионностойкого керамического покрытия |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201800046A EA032724B1 (ru) | 2017-12-13 | 2017-12-13 | Способ получения плазменного износостойкого и коррозионностойкого керамического покрытия |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201800046A1 EA201800046A1 (ru) | 2019-06-28 |
| EA032724B1 true EA032724B1 (ru) | 2019-07-31 |
Family
ID=66998704
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201800046A EA032724B1 (ru) | 2017-12-13 | 2017-12-13 | Способ получения плазменного износостойкого и коррозионностойкого керамического покрытия |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA032724B1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2191217C2 (ru) * | 2000-07-24 | 2002-10-20 | Институт химии твердого тела Уральского Отделения РАН | Износостойкое покрытие |
| RU2436752C2 (ru) * | 2006-05-26 | 2011-12-20 | Праксайр Текнолоджи, Инк. | Высокочистые порошки и изготовленные из них покрытия |
| JP2013237935A (ja) * | 2013-08-09 | 2013-11-28 | Riverstone Kogyo Kk | 微粉末セラミックス衝撃焼結被覆法 |
| US20170183257A1 (en) * | 2014-09-12 | 2017-06-29 | Schott Ag | Method for production of a coated, chemically prestressed glass substrate having anti-fingerprint properties and produced glass substrate |
-
2017
- 2017-12-13 EA EA201800046A patent/EA032724B1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2191217C2 (ru) * | 2000-07-24 | 2002-10-20 | Институт химии твердого тела Уральского Отделения РАН | Износостойкое покрытие |
| RU2436752C2 (ru) * | 2006-05-26 | 2011-12-20 | Праксайр Текнолоджи, Инк. | Высокочистые порошки и изготовленные из них покрытия |
| JP2013237935A (ja) * | 2013-08-09 | 2013-11-28 | Riverstone Kogyo Kk | 微粉末セラミックス衝撃焼結被覆法 |
| US20170183257A1 (en) * | 2014-09-12 | 2017-06-29 | Schott Ag | Method for production of a coated, chemically prestressed glass substrate having anti-fingerprint properties and produced glass substrate |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201800046A1 (ru) | 2019-06-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rafiei et al. | Preparation and oxidation behavior of B4C–Ni and B4C–TiB2–TiC–Ni composite coatings produced by an HVOF process | |
| Li et al. | Laser remelting of plasma-sprayed conventional and nanostructured Al2O3–13 wt.% TiO2 coatings on titanium alloy | |
| Wang et al. | The hot erosion behavior of HVOF chromium carbide-metal cermet coatings sprayed with different powders | |
| Sarikaya | Effect of the substrate temperature on properties of plasma sprayed Al2O3 coatings | |
| RU2499078C1 (ru) | Способ получения эрозионностойких теплозащитных покрытий | |
| Sadeghi-Fadaki et al. | The adhesion strength and indentation toughness of plasma-sprayed yttria stabilized zirconia coatings | |
| Li et al. | Suppression of crystallization during high velocity impact quenching of alumina droplets: Observations and characterization | |
| Datye et al. | Synthesis and characterization of aluminum oxide–boron carbide coatings by air plasma spraying | |
| Gao et al. | Optimization of plasma spray process using statistical methods | |
| Lv et al. | Erosion behavior and mechanism of the HVOF-sprayed (AlCoCrFeNi) x/(WC-10Co) 1-x composite coatings at different slurry sand concentrations | |
| Kandeva et al. | TRIBOLOGICAL STUDIES OF HIGH VELOCITY OXY-FUEL (HVOF) SUPERALLOY COATINGS. | |
| Liu et al. | The influence of HVAF powder feedstock characteristics on the sliding wear behaviour of WC–NiCr coatings | |
| Singh et al. | Effect of nano yttria-stabilized zirconia on properties of Ni-20Cr composite coatings | |
| Dou et al. | Preliminary study on nano-and micro-composite sol–gel based alumina coatings on structural components of lead–bismuth eutectic cooled fast breeder reactors | |
| KR102013652B1 (ko) | 기공도 제어를 통해 향상된 열내구성을 가지는 세라믹 열차폐코팅층의 제조방법 | |
| Rosado et al. | ZrSiO4/ZrO2 thermal barrier coatings produced by suspension plasma spraying | |
| Liu et al. | Microstructure and properties of AC-HVAF sprayed Ni60/WC composite coating | |
| CN115516124A (zh) | 悬浮等离子体热喷涂用浆料组合物、其制备方法及悬浮等离子体热喷涂涂膜 | |
| EA032724B1 (ru) | Способ получения плазменного износостойкого и коррозионностойкого керамического покрытия | |
| Xinhua et al. | Fabrication and microstructure of ZrO2/NiCrCoAlY graded coating by plasma spraying | |
| Trelka et al. | Microstructure and Property Modification of Cold Sprayed Coatings Using Different Grain Sizes of Cr 3 C 2-25 (Ni20Cr) Composite Powder. | |
| Hazra et al. | Synthesis of mullite-based coatings from alumina and zircon powder mixtures by plasma spraying and laser remelting | |
| Guignard | Development of thermal spray processes with liquid feedstocks | |
| Kiasati et al. | Investigation of plasma power effect on the Nicraly/8YSZ coating properties | |
| Mishra et al. | Wear Characteristics of Plasma Sprayed Nickel—Aluminum Composite Coatings |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM RU |