ES2654858A2 - Method for preparing a flexible metal-ceramic carrier having a nanocrystalline surface layer - Google Patents

Method for preparing a flexible metal-ceramic carrier having a nanocrystalline surface layer Download PDF

Info

Publication number
ES2654858A2
ES2654858A2 ES201790011A ES201790011A ES2654858A2 ES 2654858 A2 ES2654858 A2 ES 2654858A2 ES 201790011 A ES201790011 A ES 201790011A ES 201790011 A ES201790011 A ES 201790011A ES 2654858 A2 ES2654858 A2 ES 2654858A2
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
metal
coatings
aluminum
preparing
carried out
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Granted
Application number
ES201790011A
Other languages
Spanish (es)
Other versions
ES2654858B1 (en
ES2654858R1 (en
Inventor
Rimantas Pakamanis
Alexandr. KHINSKII
Kristina KLEMKAITE-RAMANAUSKE
Nerijus LAURINAITIS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Uab "verdigo"
Uab Verdigo
Original Assignee
Uab "verdigo"
Uab Verdigo
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 Uab "verdigo", Uab Verdigo filed Critical Uab "verdigo"
Publication of ES2654858A2 publication Critical patent/ES2654858A2/en
Publication of ES2654858R1 publication Critical patent/ES2654858R1/en
Application granted granted Critical
Publication of ES2654858B1 publication Critical patent/ES2654858B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • 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
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06Metallic material
    • C23C4/08Metallic material containing only metal elements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/02Boron or aluminium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/04Alumina
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/08Heat treatment
    • B01J37/10Heat treatment in the presence of water, e.g. steam
    • 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
    • C23C24/02Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
    • C23C24/04Impact or kinetic deposition of particles

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

The invention relates to the field of producing ceramic coatings, having a developed surface, on metal objects having complex shapes, and can be used in applied chemistry for preparing catalyst elements, in mechanical engineering, shipbuilding, the aviation industry, and in preparing objects of space technology when applying protective coatings including anti-corrosion coatings, thermal-barrier coatings, coatings resistant to ice formation, and other coatings. A method for preparing a flexible metal-ceramic carrier having a nanocrystalline surface layer includes the plasma spraying of a special aluminum-based coating onto a metal strip carrier, with the subsequent hydrothermal processing of the flexible semi-finished product. The invention is novel in that the hydrothermal processing, which provides for optimal microstructure, nanostructure and porosity, is carried out in two stages, wherein the first stage of processing is carried out at a pressure of 20-26 atm and temperatures of 200-230 degrees centigrade for 6-12 hours, and the second stage is carried out at a pressure of 4-8 atm and temperatures of 150-170 degrees for 120-160 hours.

Description

MÉTODO PARA PREPARAR UN SOPORTE DE METAL -CERÁMICA METHOD FOR PREPARING A METAL -CERAMIC SUPPORT

FLEXIBLE QUE TIENE UNA CAPA SUPERFICIAL NANOCRISTALINA FLEXIBLE THAT HAS A NANOCRISTALINE SURFACE LAYER

Campo técnico Technical field

5 La invención se refiere al campo de la producción de revestimientos de cerámica, que tienen una superficie desarrollada, sobre objetos de metal que tienen formas complejas, y se puede usar en química aplicada para preparar elementos de catalizador, en ingeniería mecánica, construcción naval, la industria de la aviación, y en la preparación de objetos de tecnología espacial The invention relates to the field of the production of ceramic coatings, which have a developed surface, on metal objects that have complex shapes, and can be used in applied chemistry to prepare catalyst elements, in mechanical engineering, shipbuilding, the aviation industry, and in the preparation of space technology objects

10 cuando se aplican revestimientos protectores, incluyendo revestimientos anticorrosión, revestimientos de barrera térmica, revestimientos resistentes a la formación de hielo, y otros revestimientos. Técnica anterior La aplicación de revestimientos de cerámica sobre un soporte de metal se 10 when protective coatings, including anti-corrosion coatings, thermal barrier coatings, ice-resistant coatings, and other coatings are applied. Prior art The application of ceramic coatings on a metal support is

15 usa ampliamente en la industria, permitiendo proporcionar una protección fiable frente a diversos factores de exposición a un entorno tanto natural como artificial. Por ejemplo: el documento CN101438439, 20 -05 -2009, A multi-layer coating, Halvor Larsen Peter; el documento EP2088225 (A1), 12 -08 -2009, 15 widely used in industry, allowing to provide reliable protection against various exposure factors to both a natural and artificial environment. For example: document CN101438439, 20 -05-2009, A multi-layer coating, Halvor Larsen Peter; EP2088225 (A1), 12-0-2009,

20 Erosion and corrosion-resistant coating system and process therefor, Pabla Surinder Singh; el documento CA2664929 (A1), 03 -04 -2008, Method and device for depositing a non-metal coatings by means of cold-gas spraying, Luethen Volkmar; el documento CA2668736, 15 -05 -2008, A method for the production of thin layers of metal-ceramic composite materials, Clasen Rolf. 20 Erosion and corrosion-resistant coating system and process therefor, Pabla Surinder Singh; document CA2664929 (A1), 03 -04-2008, Method and device for depositing a non-metal coatings by means of cold-gas spraying, Luethen Volkmar; document CA2668736, 15-5-2008, A method for the production of thin layers of metal-ceramic composite materials, Clasen Rolf.

25 No obstante, los revestimientos de cerámica sobre un sustrato de metal tienen una serie de desventajas que surgen de los detalles específicos de su naturaleza. En primer lugar, esta atañe a una diferencia significativa en el coeficiente de dilatación lineal (LEC, linear expansion coefficient) para cerámicas y metales (véase la tabla 1). 25 However, ceramic coatings on a metal substrate have a number of disadvantages that arise from the specific details of their nature. First, it concerns a significant difference in the linear expansion coefficient (LEC) for ceramics and metals (see table 1).

30 Tabla 1. Coeficiente de dilatación lineal para materiales de metal y cerámicas 30 Table 1. Linear expansion coefficient for metal and ceramic materials

Tipo de material Type of material
Material Coeficiente de dilatación térmica a 20 ºC, x 10 -6 / K Material Coefficient of thermal expansion at 20 ºC, x 10 -6 / K

Metal Metal
Fe 11,1 Faith 11.1

Acero al carbono Carbon Steel
10,8 10.8

Tipo de material Type of material
Material Coeficiente de dilatación térmica a 20 ºC, x 10 -6 / K Material Coefficient of thermal expansion at 20 ºC, x 10 -6 / K

Acero inoxidable Stainless steel
17,3 17.3

Ni Neither
13 13

Al To the
23 2. 3

Cerámica Ceramics
Vidrio 8,5 Glass 8.5

Por lo tanto, cuando se usa un material compuesto de metal -cerámica a temperaturas elevadas o reducidas, que está asociado necesariamente con el proceso de calentamiento y de enfriamiento, aparecen unas tensiones térmicas Therefore, when a metal-ceramic composite material is used at elevated or reduced temperatures, which is necessarily associated with the heating and cooling process, thermal stresses appear

5 elevadas en la frontera entre el metal y la cerámica, lo que puede dar lugar, en muchos casos, a distorsiones estructurales tanto del sustrato de metal como del revestimiento de cerámica y, en algunos casos, a las destrucciones de capa de cerámica, apareciendo como una grave deslaminación de revestimiento o incluso exfoliación. 5 raised at the border between metal and ceramics, which can lead, in many cases, to structural distortions of both the metal substrate and the ceramic coating and, in some cases, to the destruction of the ceramic layer, appearing as a serious delamination of coating or even exfoliation.

10 La situación se vuelve incluso más grave cuando el revestimiento se usa en condiciones de choque térmico y ciclos térmicos con la exposición simultánea a factores tales como corrosión o erosión por gas. 10 The situation becomes even more serious when the coating is used in conditions of thermal shock and thermal cycles with simultaneous exposure to factors such as corrosion or gas erosion.

Para compensar las tensiones térmicas, se usan a menudo unas capas intermedias que están ubicadas entre el sustrato de metal y el revestimiento de 15 cerámica, proporcionando de ese modo una relajación completa o parcial de To compensate for thermal stresses, intermediate layers that are located between the metal substrate and the ceramic lining are often used, thereby providing complete or partial relaxation of

las tensiones térmicas que surgen en la capa intermedia. the thermal stresses that arise in the intermediate layer.

Se imponen unos requisitos muy extremos sobre las capas intermedias, en concreto, estas han de proporcionar una adhesión fiable tanto al metal de sustrato como al revestimiento de cerámica, para proporcionar una rápida Very extreme requirements are imposed on the intermediate layers, in particular, these must provide reliable adhesion to both the substrate metal and the ceramic coating, to provide rapid

20 relajación de tensiones a su mínimo nivel debido a la deformación plástica, la cual es posible solo con la máxima plasticidad del material de capa intermedia. Además, el material de capa intermedia debería ver aumentada su fragilidad en grado mínimo durante la aplicación de gradientes de temperatura (o el aumento de fragilidad se debería liberar por medio de mecanismos de relajación 20 stress relaxation at its minimum level due to plastic deformation, which is possible only with the maximum plasticity of the intermediate layer material. In addition, the intermediate layer material should see its fragility increased to a minimum during the application of temperature gradients (or the increase in fragility should be released by means of relaxation mechanisms

25 específicos solo durante el funcionamiento). Además, basándose en disposiciones generales, la capa intermedia debería tener un espesor mínimo. Todo esto impone una gama de graves restricciones sobre el material de 25 specific only during operation). In addition, based on general provisions, the intermediate layer should have a minimum thickness. All this imposes a range of serious restrictions on the material of

capa intermedia y limita drásticamente la gama de materiales que se pueden usar para estos fines. Como una capa intermedia se usan a menudo metales tales como aluminio, níquel y cobre que, junto con una elevada plasticidad, presentan una intermediate layer and dramatically limits the range of materials that can be used for these purposes. As an intermediate layer, metals such as aluminum, nickel and copper are often used, which, together with high plasticity, have a

5 buena adhesión al sustrato de metal y de cerámica, así como una elevada procesabilidad, permitiendo de ese modo el uso de procesos tecnológicos existentes tales como la pulverización térmica (pulverización de plasma y pulverización de llama), pulverización por magnetrón y de plasma de iones, así como métodos de revestimiento electrolítico. 5 Good adhesion to the metal and ceramic substrate, as well as high processability, thereby allowing the use of existing technological processes such as thermal spraying (plasma spraying and flame spraying), magnetron and ion plasma spraying , as well as electrolytic coating methods.

10 Cuando se estima la eficiencia de estos métodos de aplicación de capas intermedias desde el punto de vista de la adhesión a un sustrato de metal (acero), se puede dar preferencia solo a los métodos de pulverización por magnetrón y de plasma de iones, que se prefieren frente a los métodos de pulverización térmica, tomándose los métodos galvánicos después de todos los 10 When the efficiency of these intermediate layer application methods is estimated from the point of view of adhesion to a metal (steel) substrate, preference can only be given to the magnetron and ion plasma spray methods, which they are preferred over thermal spray methods, the galvanic methods being taken after all

15 otros. La ventaja principal de los métodos de deposición física (pulverización por magnetrón y de plasma de iones) es la deposición capa a capa gradual de iones de metal, en la que la primera capa se adhiere firmemente a la capa superficial de sustrato y, entonces, las capas subsiguientes se adhieren 15 others The main advantage of physical deposition methods (magnetron and ion plasma spraying) is the gradual layer-to-layer deposition of metal ions, in which the first layer adheres firmly to the surface layer of substrate and, then, subsequent layers adhere

20 perfectamente a la primera capa, la segunda capa, etc. Una desventaja significativa de estos métodos es una tasa muy baja de este crecimiento de las capas intermedias. Por lo tanto, estos métodos se pueden aplicar solo para crear una capa adhesiva intermedia y no se pueden usar para obtener una capa de un soporte 20 perfectly to the first layer, the second layer, etc. A significant disadvantage of these methods is a very low rate of this growth of the intermediate layers. Therefore, these methods can be applied only to create an intermediate adhesive layer and cannot be used to obtain a layer of a support

25 de catalizador sobre una superficie de sustrato de metal. Para obtener una capa de soporte catalítico, se deberían usar otros métodos de pulverización o de deposición para proporcionar una capa del suficiente espesor que asegura un alto grado de desarrollo superficial. Por lo tanto, por ejemplo, se conocen unas soluciones técnicas en las que 25 of catalyst on a metal substrate surface. To obtain a catalytic support layer, other spraying or deposition methods should be used to provide a layer of sufficient thickness that ensures a high degree of surface development. Therefore, for example, technical solutions are known in which

30 se usa una capa muy delgada de aluminio como la capa intermedia que es depositada por el método de plasma de iones sobre la superficie de una tira de acero. A continuación, una capa de un soporte de catalizador a base de óxido de aluminio con modificación alfa se aplica sobre su superficie mediante el método de plasma. A very thin layer of aluminum is used as the intermediate layer that is deposited by the ion plasma method on the surface of a steel strip. Next, a layer of an aluminum oxide-based catalyst support with alpha modification is applied to its surface by the plasma method.

35 Cuando se usan métodos de pulverización térmica y galvánicos, es 35 When thermal and galvanic spray methods are used, it is

posible obtener unos revestimientos lo bastante gruesos que se pueden usar como revestimientos adhesivos, así como formar una capa de soporte de catalizador sobre sus superficies. It is possible to obtain sufficiently thick coatings that can be used as adhesive coatings, as well as forming a catalyst support layer on their surfaces.

Una solución es sugerida por una serie de patentes. 5 Por ejemplo, la patente de EE. UU. con n.º 5.362.523 a nombre de Gorinin A solution is suggested by a series of patents. 5 For example, US Pat. UU. No. 5,362,523 to Gorinin

I. V., Farmakovsky B. V., Khinsky A. P., et al., 1994, describe un método para producir un material de tira de catalizador que incluye un sustrato de acero, que en primer lugar se cubre con una subcapa adhesiva mediante el método de pulverización de plasma y que, a continuación, se cubre con un revestimiento 10 de múltiples capas de catalizador mediante el mismo método en el que la concentración de elementos catalíticamente activos aumenta de forma gradual de 0 en la frontera entre la subcapa adhesiva y la capa catalíticamente activa a un 100 % sobre la superficie. La fuerza de adhesión aumentada entre la capa adhesiva y el sustrato de acero se logra debido a la formación de una capa de IV, Farmakovsky BV, Khinsky AP, et al., 1994, describes a method for producing a catalyst strip material that includes a steel substrate, which is first covered with an adhesive sublayer by the plasma spraying method and which is then covered with a coating 10 of multiple catalyst layers by the same method in which the concentration of catalytically active elements gradually increases from 0 at the boundary between the adhesive sublayer and the catalytically active layer to 100 % Over the surface. The increased bond strength between the adhesive layer and the steel substrate is achieved due to the formation of a layer of

15 difusión eficiente en la zona de contacto entre la capa adhesiva y el sustrato. La patente de EE. UU. con n.º 5.820.940 a nombre de Gorinin I. V., Farmakovsky B. V., Khinsky A. P. et al., 1998, describe un método para producir un revestimiento adhesivo (capa intermedia) sobre un soporte de tira de metal mediante la pulverización de plasma de polvos de material compuesto 15 efficient diffusion in the contact area between the adhesive layer and the substrate. U.S. Patent UU. No. 5,820,940 in the name of Gorinin IV, Farmakovsky BV, Khinsky AP et al., 1998, describes a method for producing an adhesive coating (intermediate layer) on a metal strip support by spraying powder plasma of composite material

20 térmicamente reactivos (tales como níquel -aluminio). El método tal como se describe proporciona una capa adhesiva intermedia que se adhiere muy estrechamente al soporte de tira de acero, lo que es demostrado por los resultados de prueba. No obstante, el problema de la adhesión fiable de la capa catalítica que se 20 thermally reactive (such as nickel-aluminum). The method as described provides an intermediate adhesive layer that adheres very closely to the steel strip support, which is demonstrated by the test results. However, the problem of reliable adhesion of the catalytic layer that

25 deposita sobre la superficie de las capas intermedias sigue sin resolver y la fuerza de adhesión entre estas capas, a pesar de que no se menciona en los materiales de patente, será obviamente más baja que la fuerza de adhesión entre la capa intermedia y el sustrato de metal. Cuando se usan elementos de catalizador fabricados de un material de tira de catalizador de este tipo, en 25 deposited on the surface of the intermediate layers remains unresolved and the bond strength between these layers, although not mentioned in the patent materials, will obviously be lower than the bond strength between the intermediate layer and the substrate of metal. When catalyst elements made of such a catalyst strip material are used, in

30 condiciones extremas, incluyendo ciclos térmicos, erosión por gas intensiva, etc., es posible una deslaminación parcial de la capa de catalizador junto con una disminución correspondiente en sus características. 30 extreme conditions, including thermal cycles, intensive gas erosion, etc., a partial delamination of the catalyst layer is possible along with a corresponding decrease in its characteristics.

Los intentos de aumentar la fuerza de adhesión entre la capa intermedia y la capa de catalizador a través de un procesamiento térmico intermedio (el 35 documento US2001014648, Hums E., Khinsky A., 2001), a través del uso de Attempts to increase the bond strength between the intermediate layer and the catalyst layer through an intermediate thermal processing (US2001014648, Hums E., Khinsky A., 2001), through the use of

diversos lugares para introducir los materiales en polvo en la corriente de plasma durante el proceso de pulverización (el documento WO2004079035, Khinsky A. P., 2004), a través del uso del método de HVOF (high velocity oxygen fuel, combustible de oxígeno de alta velocidad) de pulverización de various places to introduce the powdered materials into the plasma stream during the spraying process (WO2004079035, Khinsky AP, 2004), through the use of the HVOF method (high velocity oxygen fuel, high speed oxygen fuel) spray

5 polvo de material compuesto (el documento WO2008063038, Khinsky A. P, Klemkaite K., 2008) dan lugar a un cierto aumento en la fuerza de adhesión, si bien no proporcionan un alto nivel de fuerza de adhesión entre la capa intermedia y el sustrato de metal. 5 composite powder (WO2008063038, Khinsky A. P, Klemkaite K., 2008) results in a certain increase in adhesion strength, although they do not provide a high level of adhesion strength between the intermediate layer and the metal substrate

El uso de revestimientos que se obtienen mediante pulverización térmica The use of coatings obtained by thermal spraying

10 de metales y aleaciones dúctiles (aluminio, níquel, cobre, etc.) proporciona una elevada adhesión a la superficie pulverizada debido a la elevada energía cinética de las partículas que se están pulverizando (a menudo, la pulverización se lleva a cabo a unas velocidades cercanas a, o incluso más altas que, la velocidad del sonido) y a la elevada dinámica de su enfriamiento, lo que 10 of ductile metals and alloys (aluminum, nickel, copper, etc.) provides high adhesion to the sprayed surface due to the high kinetic energy of the particles being sprayed (often, the spraying is carried out at speeds close to, or even higher than, the speed of sound) and the high dynamics of its cooling, which

15 conduce casi siempre a la amorfización (o a la transición al estado microcristalino) de las partículas de metal que se están pulverizando. No obstante, los compuestos que se forman durante el contacto instantáneo entre las partículas fundidas y el sustrato de metal durante el transcurso del proceso de pulverización térmica, que son principalmente 15 almost always leads to the amorphization (or the transition to the microcrystalline state) of the metal particles being sprayed. However, the compounds that are formed during the instantaneous contact between the molten particles and the metal substrate during the course of the thermal spray process, which are mainly

20 intermetaluros de una composición y una estequiometría diferentes que se forman en la zona de contacto como películas muy delgadas, difieren considerablemente en cuanto a sus características físico-mecánicas con respecto a los intermetaluros habituales, que se forman durante el transcurso de procesos metalúrgicos convencionales, incluyendo colada, procesamiento 20 intermetalides of a different composition and stoichiometry that are formed in the contact zone as very thin films, differ considerably in their physical-mechanical characteristics with respect to the usual intermetalides, which are formed during the course of conventional metallurgical processes, including laundry, processing

25 térmico, etc., de aceros especiales y aleaciones. Se conoce que los intermetaluros convencionales que se forman en iguales condiciones están caracterizados por una dureza y una fragilidad elevadas, mientras que los intermetaluros no estequiométricos de película que se forman durante el transcurso de la pulverización térmica, tal como muestra la práctica, no exhiben 25 thermal, etc., of special steels and alloys. It is known that conventional intermetalides that are formed under the same conditions are characterized by high hardness and fragility, while non-stoichiometric film intermetalides that are formed during the course of thermal spraying, as practice shows, do not exhibit

30 tales propiedades y, además, los mismos proporcionan muy buena adhesión de la capa pulverizada al sustrato. Los revestimientos que se obtienen mediante el método de pulverización térmica proporcionan otra ventaja importante frente al método galvánico y los métodos de pulverización por magnetrón y de plasma de iones. Esta ventaja 30 such properties and, in addition, they provide very good adhesion of the sprayed layer to the substrate. The coatings obtained by the thermal spray method provide another important advantage over the galvanic method and the magnetron and ion plasma spray methods. This advantage

35 radica en la capacidad de formar una microestructura superficial durante la 35 lies in the ability to form a surface microstructure during the

pulverización térmica. El espesor típico de tal revestimiento es de 10 -20 µm. thermal spray The typical thickness of such a coating is 10-20 µm.

La estructura de la superficie de capa pulverizada se puede mejorar de forma significativa debido a la formación de unas “protuberancias” nanoestructuradas en forma de nanocristales de diferentes configuraciones The structure of the sprayed layer surface can be significantly improved due to the formation of nanostructured "protuberances" in the form of nanocrystals of different configurations

5 (A. V. Lukashin, Создание функциональных нанокомпозитов на основе оксидных матриц с упорядоченной пористой структурой, Автореферат докторской диссертации, 2009, MGU, Moscú). 5 (A. V. Lukashin, Создание функциональных нанокомпозитов на основе оксидных матриц с упорядоченной пористой структурой, Автореферат докторской диссертации, 2009, MGU, Moscow).

La creación de nanoestructuras sobre la superficie de este tipo aumenta la actividad de catalizador, la resistencia a la formación de películas de hielo a 10 temperaturas bajo cero, las características ópticas de los revestimientos etc. The creation of nanostructures on the surface of this type increases the activity of catalyst, the resistance to the formation of ice films at 10 temperatures below zero, the optical characteristics of the coatings etc.

Por lo tanto, el uso de revestimientos que se obtienen mediante pulverización térmica (en especial, la pulverización de plasma) como una capa intermedia, además de obtener una elevada adhesión de la capa pulverizada, hace posible prever la formación de su microestructura desarrollada superficial. Therefore, the use of coatings obtained by thermal spraying (especially plasma spraying) as an intermediate layer, in addition to obtaining high adhesion of the sprayed layer, makes it possible to provide for the formation of its surface developed microstructure.

15 La aplicación de una capa de soporte de catalizador (con o sin catalizador como tal) sobre la capa intermedia se puede llevar a cabo de diversas formas; no obstante, en cualquier caso, la capa aplicada ha de proporcionar las siguientes características: -Una superficie libre lo bastante alta con una estructura de porosidad óptima; The application of a catalyst support layer (with or without catalyst as such) on the intermediate layer can be carried out in various ways; however, in any case, the applied layer has to provide the following characteristics: - A sufficiently high free surface with an optimum porosity structure;

20 -Elevada fuerza de adhesión entre la capa de soporte de catalizador y la capa intermedia; -Un nivel lo bastante alto de propiedades catalíticas cuando se interactúa con el catalizador como tal. Desafortunadamente, prácticamente la totalidad de los métodos 20 -High adhesion strength between the catalyst support layer and the intermediate layer; -A sufficiently high level of catalytic properties when interacting with the catalyst as such. Unfortunately, virtually all of the methods

25 existentes de aplicación de un soporte catalítico no pueden proporcionar un alto nivel de propiedades catalíticas y una elevada adhesión al revestimiento intermedio al mismo tiempo. Por lo tanto, la elección del método óptimo para formar una capa de soporte de catalizador sobre sustratos de metal es a menudo muy difícil. Existing application of a catalytic support cannot provide a high level of catalytic properties and high adhesion to the intermediate coating at the same time. Therefore, choosing the optimal method to form a catalyst support layer on metal substrates is often very difficult.

30 Además, el proceso de fabricación que comprende dichas fases intermedias, es decir, la fase de aplicación de la capa adhesiva intermedia y la fase subsiguiente de aplicación del soporte de catalizador y, posiblemente, también la fase de aplicación del catalizador, es muy complicado y costoso. Por lo tanto, por ejemplo, cuando un soporte de catalizador que está In addition, the manufacturing process comprising said intermediate phases, that is, the application phase of the intermediate adhesive layer and the subsequent application phase of the catalyst support and possibly also the catalyst application phase, is very complicated. and expensive. Therefore, for example, when a catalyst support that is

35 comprendido en una suspensión acuosa se aplica sobre una estructura celular 35 comprised in an aqueous suspension is applied on a cellular structure

de metal mediante el método de inmersión y secado sucesivos, un factor muy molesto que limita la amplia aplicabilidad de este método radica en el lento drenado de la suspensión a través de los orificios durante el transcurso del secado y la formación de carámbanos específicos en la parte inferior de la of metal by the method of successive immersion and drying, a very annoying factor that limits the wide applicability of this method lies in the slow drainage of the suspension through the holes during the course of drying and the formation of specific icicles in the part bottom of the

5 estructura celular, lo que puede conducir, en algunos casos, al completo bloqueo de sus orificios. 5 cellular structure, which can lead, in some cases, to the complete blockage of its holes.

Desde este punto de vista, parece muy ventajoso combinar los procesos de la pulverización de revestimiento adhesivo (capa intermedia) y la subsiguiente transformación de su superficie en un soporte de catalizador. En From this point of view, it seems very advantageous to combine the processes of spraying adhesive coating (intermediate layer) and the subsequent transformation of its surface into a catalyst support. In

10 el presente caso, por otro lado, se asegura una elevada adhesión del revestimiento adhesivo al sustrato de metal que, tal como se ha mencionado en lo que antecede, es característica para los revestimientos que se aplican mediante el método de pulverización de plasma y, por otro lado, la transición orgánica del metal de revestimiento a la fase de óxido (o de hidróxido). The present case, on the other hand, ensures high adhesion of the adhesive coating to the metal substrate which, as mentioned above, is characteristic for the coatings that are applied by the plasma spraying method and, on the other hand, the organic transition of the coating metal to the oxide (or hydroxide) phase.

15 En general, se usan metales y aleaciones dúctiles, en particular aluminio, níquel, cobre y sus aleaciones como el material de revestimiento adhesivo tal como se ha mencionado en lo que antecede. En general, en ciertas condiciones, la totalidad de estos materiales se pueden transformar a partir de la superficie en óxidos e hidróxidos, lo que se ve In general, ductile metals and alloys are used, in particular aluminum, nickel, copper and their alloys as the adhesive coating material as mentioned above. In general, under certain conditions, all of these materials can be transformed from the surface into oxides and hydroxides, which is seen

20 acompañado en algunos casos por un desarrollo concomitante de una estructura porosa. Esta última circunstancia es muy importante para fines de formación de revestimientos catalíticos. 20 accompanied in some cases by a concomitant development of a porous structure. The latter circumstance is very important for the purpose of forming catalytic coatings.

No obstante, para los metales que se han enumerado en lo que antecede, que se usan para aplicar un revestimiento adhesivo, la formación de estructura 25 porosa que se requiere para el soporte de catalizador se observa solo en el However, for the metals that have been listed above, which are used to apply an adhesive coating, the formation of porous structure that is required for the catalyst support is observed only in the

caso del aluminio. aluminum case.

En ciertas condiciones, el aluminio y una serie de sus aleaciones se pueden convertir a partir de la superficie en hidróxido de aluminio. En condiciones ordinarias, sobre la superficie de metal aluminio se forma una Under certain conditions, aluminum and a series of its alloys can be converted from the surface into aluminum hydroxide. Under ordinary conditions, a surface is formed on the aluminum metal surface

30 película de óxido delgada y muy densa, que se restablece de forma instantánea tras su destrucción. Esta película evita la oxidación de aluminio adicional. No obstante, en ciertas condiciones -a una presión y a una temperatura elevadas en la atmósfera de vapor de agua supercalentado -se observa una transición gradual de aluminio a hidróxido de aluminio (boehmita). Tal como se muestra 30 thin and very dense oxide film, which is instantly restored after its destruction. This film prevents oxidation of additional aluminum. However, under certain conditions - at a high pressure and temperature in the atmosphere of superheated steam - a gradual transition from aluminum to aluminum hydroxide (boehmite) is observed. As shown

35 en una serie de estudios, este proceso se lleva a cabo por medio de la 35 in a series of studies, this process is carried out through the

hidratación sucesiva de la película de óxido que se forma sobre la superficie de metal aluminio. En una serie de artículos (Tihov S. F., Fenelonov B. B., et al., Кинетика и катализ, 2000, Vol. 41, n.º 6, p. 907 -915. Tihov S. F., Zaykovskiy V. I. et al., successive hydration of the oxide film that forms on the aluminum metal surface. In a series of articles (Tihov S. F., Fenelonov B. B., et al., Кинетика и катализ, 2000, Vol. 41, No. 6, p. 907-915. Tihov S. F., Zaykovskiy V. I. et al.,

5 Кинетика и катализ, 2000, Vol. 41, n.º 6, p. 916 -924), se muestra que este proceso se puede usar para producir soportes de cerámica celulares porosos a base de óxido de aluminio. 5 Кинетика и катализ, 2000, Vol. 41, No. 6, p. 916-924), it is shown that this process can be used to produce porous cellular ceramic supports based on aluminum oxide.

Los artículos describen un procedimiento para la preparación de una composición de óxido de aluminio / metal aluminio de metal -cerámica porosa The articles describe a process for the preparation of a composition of aluminum oxide / metal aluminum metal-porous ceramic

10 cuando se procesan briquetas de polvo de aluminio con una porosidad lo bastante alta (bastante para la libre circulación de aire en el interior). El procesamiento se llevó a cabo en una prensa de autoclave especial, lo que asegura el procesamiento de la briqueta en una atmósfera de vapor de agua a una temperatura de 150 a 250 ºC y una presión de 5 a 50 atmósferas. 10 when processing aluminum powder briquettes with a sufficiently high porosity (enough for the free circulation of air inside). The processing was carried out in a special autoclave press, which ensures the processing of the briquette in a water vapor atmosphere at a temperature of 150 to 250 ° C and a pressure of 5 to 50 atmospheres.

15 También se conoce una patente (RU2256499 (C1) de Pakhomov N. A., Tikhov S. F. et al., 2004), sobre la base de la tecnología que se describe en los artículos. A patent (RU2256499 (C1) of Pakhomov N. A., Tikhov S. F. et al., 2004) is also known, based on the technology described in the articles.

La presente patente sugiere un catalizador de cerámica para un proceso de deshidrogenación de hidrocarburos y un método para la preparación del 20 mismo. The present patent suggests a ceramic catalyst for a hydrocarbon dehydrogenation process and a method for the preparation thereof.

La composición del catalizador contiene óxido de cromo y un metal alcalino que se aplica sobre un soporte, que representa un material compuesto que incluye óxido de aluminio y aluminio. The catalyst composition contains chromium oxide and an alkali metal that is applied on a support, which represents a composite material that includes aluminum and aluminum oxide.

Los mecanismos según se ha descrito en lo que antecede en lo que The mechanisms as described above in what

25 respecta a la transformación de metal aluminio en hidróxido de aluminio y su descomposición subsiguiente para preparar un soporte de catalizador sugieren una idea para desarrollar una tecnología sobre la base de estos principios para la preparación de un soporte de catalizador después de la aplicación de una capa inferior adhesiva de aluminio sobre la superficie de un soporte de tira de 25 regarding the transformation of aluminum metal into aluminum hydroxide and its subsequent decomposition to prepare a catalyst support suggest an idea to develop a technology based on these principles for the preparation of a catalyst support after the application of a layer Aluminum adhesive bottom on the surface of a strip holder

30 metal. En el documento JP9217178, 19 -08 -1997, Kanbe Yumi, y el documento JP10120499, 12 -05 -1998, Kanbe Yumi, se describe un método para preparar un revestimiento delgado de múltiples capas. El revestimiento debería proporcionar una estructura de óxido de metal porosa sobre la cual se deposita 30 metal In JP9217178, 19 -08 -1997, Kanbe Yumi, and JP10120499, 12 -05 -1998, Kanbe Yumi, a method for preparing a thin multilayer coating is described. The coating should provide a porous metal oxide structure on which it is deposited

35 el material eléctricamente aislante que llena los poros de la capa de óxido de 35 the electrically insulating material that fills the pores of the oxide layer of

metal. metal.

De acuerdo con la patente, durante la primera fase del proceso, se forma una película de óxido de metal delgada y porosa sobre la superficie de sustrato durante el transcurso de su procesamiento hidrotérmico en soluciones de sales According to the patent, during the first phase of the process, a thin and porous metal oxide film is formed on the substrate surface during the course of its hydrothermal processing in salt solutions

5 correspondientes. 5 corresponding.

El documento JP9156.627, 17 -06 -1997, Nakayama Naomi, divulga un método para preparar un revestimiento de óxido de múltiples capas sobre áreas de sustrato seleccionadas, que comprende las fases de: formar un revestimiento de óxido sobre la superficie de sustrato, retirar el material de JP9156.627, 17-06-1997, Nakayama Naomi, discloses a method for preparing a multilayer oxide coating on selected substrate areas, comprising the phases of: forming an oxide coating on the substrate surface, remove the material from

10 máscara, a continuación realizar el procesamiento en un entorno oxidante para formar un revestimiento de óxido etc. La operación final es el procesamiento hidrotérmico del revestimiento obtenido en soluciones alcalinas acuosas. 10 mask, then perform the processing in an oxidizing environment to form an oxide coating etc. The final operation is the hydrothermal processing of the coating obtained in aqueous alkaline solutions.

El documento JP3284356, 16 -12 -1991, Kameyama Hideo, describe una técnica para preparar un elemento de catalizador de baja temperatura plano, 15 que incluye las siguientes operaciones. Un sustrato plano fabricado de una aleación de aluminio se somete a recocido a una temperatura elevada, preferiblemente en el intervalo de 900 – 1000 ºC, para formar una película de óxido a base de óxido de aluminio sobre su superficie. A continuación, el sustrato experimenta un procesamiento hidrotérmico en el intervalo de 20 temperaturas de 50 -350 ºC., y el metal que tiene una actividad de catalizador se aplica sobre el soporte de catalizador a base de alúmina que se forma sobre la superficie del sustrato plano como resultado del procesamiento hidrotérmico. El soporte de catalizador que se obtiene como resultado del procesamiento hidrotérmico ha de ser óxido de aluminio con modificación gamma con una JP3284356, 16-12-1991, Kameyama Hideo, describes a technique for preparing a flat low temperature catalyst element, which includes the following operations. A flat substrate made of an aluminum alloy is annealed at an elevated temperature, preferably in the range of 900-1000 ° C, to form an oxide film based on aluminum oxide on its surface. Next, the substrate undergoes hydrothermal processing in the range of 20 temperatures of 50-350 ° C., And the metal having a catalyst activity is applied on the alumina-based catalyst support that is formed on the substrate surface plane as a result of hydrothermal processing. The catalyst support obtained as a result of hydrothermal processing must be gamma-modified aluminum oxide with a

25 superficie libre desarrollada. Un metal que tiene una actividad de catalizador también se puede aplicar en una fase de procesamiento hidrotérmico. El documento JP2000178792, 27 -06 -2000, Ishizawa Hitoshi, describe un método para formar un revestimiento a base de óxido de titanio con una superficie libre elevada sobre un sustrato de metal. El método incluye una fase 25 free surface developed. A metal that has a catalyst activity can also be applied in a hydrothermal processing phase. JP2000178792, 27-0-2000, Ishizawa Hitoshi, describes a method for forming a titanium oxide based coating with a raised free surface on a metal substrate. The method includes a phase

30 de preparación de la superficie de sustrato de metal, una fase de anodización de al menos una superficie del sustrato para formar una película de óxido anódica, y una fase de aplicación de una suspensión a base de soluciones acuosas de sales de metal y alcóxidos que contienen partículas de óxido de metal dispersadas. Después de la fase de anodización, se recomienda un 30 for preparing the metal substrate surface, an anodizing phase of at least one surface of the substrate to form an anodic oxide film, and an application phase of a suspension based on aqueous solutions of metal salts and alkoxides that They contain dispersed metal oxide particles. After the anodizing phase, a

35 procesamiento hidrotérmico. 35 hydrothermal processing.

El documento 2004058066, 2004-058066, Wei Zhiqiang, describe un método para formar un revestimiento de óxido de metal de película delgada. El método incluye las siguientes fases: una fase de aplicación de un revestimiento de sol-gel que comprende al menos Document 2004058066, 2004-058066, Wei Zhiqiang, describes a method for forming a thin film metal oxide coating. The method includes the following phases: an application phase of a sol-gel coating comprising at least

5 un componente de metal sobre la superficie de sustrato de metal, una fase de secado de dicho revestimiento de sol-gel, una fase de impregnación del revestimiento obtenido en soluciones acuosas alcalinas que contienen al menos un componente de metal, una fase de secado y una fase de procesamiento hidrotérmico. 5 a metal component on the metal substrate surface, a drying phase of said sol-gel coating, an impregnation phase of the coating obtained in aqueous alkaline solutions containing at least one metal component, a drying phase and a phase of hydrothermal processing.

10 Las patentes según lo que antecede, evidencian que se da una gran importancia, y en algunos casos una importancia fundamental, al método de aplicación de un revestimiento de aluminio sobre la superficie de soporte de tira. Una patente (RU2295588, Hinskogo A. P., 20 de marzo de 2007) divulga 10 The patents, according to the foregoing, show that great importance, and in some cases a fundamental importance, is given to the method of applying an aluminum coating on the strip support surface. A patent (RU2295588, Hinskogo A. P., March 20, 2007) discloses

15 un proceso para aplicar el polvo de aluminio sobre una superficie. Una característica distintiva del revestimiento tal como se describe en este proceso es su elevada adhesión a la tira de acero que se usa como un sustrato. Una tira de acero con un revestimiento por pulverización como un producto semi-acabado resultante presenta una fuerza de adhesión tan 20 elevada que esta permite llevar a cabo prácticamente cualquier operación de mecanización, tal como corte, corrugación, perforación, etc. sin deslaminación 15 a process to apply the aluminum powder on a surface. A distinctive feature of the coating as described in this process is its high adhesion to the steel strip that is used as a substrate. A steel strip with a spray coating as a resulting semi-finished product has such a high adhesion strength that it allows to carry out virtually any machining operation, such as cutting, corrugation, drilling, etc. no delamination

o exfoliación de la capa pulverizada. or exfoliation of the sprayed layer.

Sumario de la invención Summary of the invention

El uso de este proceso para pulverizar la capa de aluminio creará un Using this process to spray the aluminum layer will create a

25 revestimiento que combinaría las funciones de una capa adhesiva intermedia (sobre la superficie adyacente al soporte de tira de acero) y un soporte catalítico (sobre la superficie del revestimiento como tal) si este se pudiera convertir en un soporte poroso a base de óxido de aluminio de acuerdo con la tecnología tal como se ha descrito en lo que antecede. 25 coating that would combine the functions of an intermediate adhesive layer (on the surface adjacent to the steel strip support) and a catalytic support (on the surface of the coating as such) if it could be converted into a porous oxide-based support aluminum according to the technology as described above.

30 Además, se debería cambiar la secuencia de los procesos de aplicación del revestimiento de aluminio y su transformación en el soporte de catalizador. Debido a que se supone que la fuerza de adhesión entre el revestimiento y el sustrato de acero es tan alta que esta permitirá mecanizar el producto semiacabado que se obtiene tras la pulverización, parece razonable incluir esta fase In addition, the sequence of the application processes of the aluminum coating and its transformation into the catalyst support should be changed. Because it is assumed that the bond strength between the coating and the steel substrate is so high that it will allow the semi-finished product obtained after spraying to be machined, it seems reasonable to include this phase

35 inmediatamente después de la pulverización, y completar la fase de 35 immediately after spraying, and complete the phase of

procesamiento hidrotérmico. En el presente caso, teniendo en cuenta las patentes anteriores, el proceso debería incluir las siguientes fases sucesivas: hydrothermal processing In the present case, taking into account previous patents, the process should include the following successive phases:

1. Aplicar una capa adhesiva de aluminio sobre la superficie de sustrato de tira 5 de metal mediante el método de pulverización térmica. 1. Apply an adhesive layer of aluminum on the substrate surface of metal strip 5 using the thermal spray method.

2. 2.
Mecanizar (incluyendo corte, corrugación, perforación, etc.) para formar el elemento catalítico en su forma final. Machining (including cutting, corrugation, drilling, etc.) to form the catalytic element in its final form.

3. 3.
Procesar el elemento de catalizador resultante en una atmósfera de vapor de Process the resulting catalyst element in a steam atmosphere of

agua -aire a una presión y a una temperatura elevadas para la conversión 10 parcial de la porción superficial de capa adhesiva en hidróxidos de aluminio. water - air at an elevated pressure and temperature for the partial conversion of the surface portion of the adhesive layer into aluminum hydroxides.

4. Four.
Descomposición térmica del revestimiento de hidróxido obtenido con su transformación en óxido de aluminio para formar una estructura superficial porosa. Thermal decomposition of the hydroxide coating obtained with its transformation into aluminum oxide to form a porous surface structure.

5. 5.
Aplicar catalizadores mediante el método de impregnación. Apply catalysts using the impregnation method.

15 Para implementar el método tal como se sugiere para preparar un soporte de catalizador, se realizaron labores para las fases 1, 2, 3 y 4 del proceso, debido a que la fase 5 es muy trivial y se puede llevar a cabo sin preparación preliminar. Fase 1. 15 To implement the method as suggested to prepare a catalyst support, work was carried out for phases 1, 2, 3 and 4 of the process, because phase 5 is very trivial and can be carried out without preliminary preparation . Phase 1.

20 Aplicar una capa adhesiva de aluminio sobre la superficie de un sustrato de tira de metal mediante pulverización térmica. 20 Apply an adhesive layer of aluminum on the surface of a metal strip substrate by thermal spraying.

Para aplicar una capa de aluminio sobre la superficie de un sustrato de tira de metal, se usaron los siguientes materiales: -Tira de acero laminada en frío fabricada de acero inoxidable con cromo To apply an aluminum layer on the surface of a metal strip substrate, the following materials were used: Cold rolled steel strip made of chrome stainless steel

25 ferrítico con un espesor de 40 µm y una anchura de 100 y 90 mm de Sandvik (Suecia). En la tabla 2 se dan datos acerca la composición química y la aplicabilidad. Tabla 2. Características de la tira de acero laminada en frío OS404 de Sandvik 25 ferritic with a thickness of 40 µm and a width of 100 and 90 mm from Sandvik (Sweden). Table 2 gives data on chemical composition and applicability. Table 2. Characteristics of the Sandvik OS404 cold rolled steel strip

Material Material
Calidad Composición química Aplicabilidad Quality Chemical composition Applicability

Tira de acero Steel strip
OS404 C Cr Al Unidades catalíticas para convertidores, intercambiadores de calor para temperaturas elevadas OS404 C Cr To the Catalytic units for converters, heat exchangers for high temperatures

laminada en frío fabricada de acero inoxidable con cromo cold rolled chrome stainless steel
< 0,02 20,0 20,5 5,0 5,5 <0.02 20.0 20.5 5.0 5.5

--
Polvo de aluminio ПА-1 y polvo de aluminio ПАП-2 (ГОСТ 5494 -95) de Volgograd Aluminum Company (Валком-ПМ). ПА-1 aluminum powder and ПАП-2 aluminum powder (ГОСТ 5494 -95) from Volgograd Aluminum Company (Валком-ПМ).

En las tablas 3 y 4 se dan características básicas de estos materiales. Tabla 3. Características básicas del polvo de aluminio ПА-1 Basic characteristics of these materials are given in tables 3 and 4. Table 3. Basic characteristics of PA-1 aluminum powder

Calidad Quality
Densidad Composición química, % Density Chemical composition, %

aparente, g / cm3 , apparent, g / cm3,
Aluminio activo, Elementos residuales, máx. Humedad, máx. Área superficial específica, m2 / g Active aluminum, Residual elements, max. Humidity, max. Specific surface area, m2 / g

mín. min.
mín. min.
Fe Si Cu Faith Yes Cu

ПА-1 PA-1
0,96 99 0,35 0,4 0,02 0,2 - 0.96 99 0.35 0.4 0.02 0.2 -

Tabla 4. Características básicas del polvo de aluminio ПАП-2 Table 4. Basic characteristics of PAP-2 aluminum powder

Parámetros Parameters
Calidad Quality

Potencia de recubrimiento en agua, cm2 / g, mín. Coating power in water, cm2 / g, min.
ПАП1 ПАП2 ПАП1 ПАП2

Potencia de recubrimiento en agua, cm2 / g, mín. Coating power in water, cm2 / g, min.
7000 10000 7000 10000

008 008
1,0 - 1.0 -

0056 0056
- 0,3 - 0.3

0045 0045
- 0,5 - 0.5

Flotación, %, mín. Flotation,%, min.
80 80 80 80

Contenido en elementos residuales, % en peso, máx. Content in residual elements,% by weight, max.
Fe 0,5 0,5 Faith 0.5 0.5

Si Yes
0,4 0,4 0.4 0.4

Cu Cu
0,05 0,05 0.05 0.05

Mn Mn
0,01 0,01 0.01 0.01

Humedad, máx. Humidity, max.
0,2 0,2 0.2 0.2

Para aplicar la capa adhesiva de aluminio, se usó el método de pulverización de plasma, que se lleva a cabo por medio de un aparato To apply the aluminum adhesive layer, the plasma spraying method was used, which is carried out by means of an apparatus

10 especialmente diseñado en la atmósfera de aire usando una antorcha de plasma y un dosificador de diseño original (la descripción del aparato y la antorcha de plasma se da en las patentes RU2295588, WO2008063038, WO2004079035, US2001014648). 10 specially designed in the air atmosphere using a plasma torch and an original design dispenser (the description of the apparatus and the plasma torch is given in patents RU2295588, WO2008063038, WO2004079035, US2001014648).

Los modos de pulverización de plasma para el polvo de aluminio y polvo 15 fino así como otros parámetros de proceso se dan en la tabla 5. Tabla 5. Parámetros básicos del proceso de pulverización de plasma The plasma spray modes for aluminum powder and fine powder 15 as well as other process parameters are given in Table 5. Table 5. Basic parameters of the plasma spray process

Tensión de funcionamiento, V Operating voltage, V
Corriente de funcionamiento, A Capacidad del aparato, kVA Distancia con respecto a la boquilla de la antorcha de plasma, mm Gas de generación de plasma Polvo que se está pulverizando Contenido fraccional de la mezcla que se está pulverizando Operating current, A Device capacity, kVA Distance from plasma torch nozzle, mm Plasma generation gas Powder that is being sprayed Fractional content of the mixture being sprayed

214 214
150 32,1 98 aire Mezcla de polvo de aluminio y polvo fino Máx. 63 µm 150 32.1 98 air Mixture of aluminum powder and fine powder Max. 63 µm

Como resultado de las pruebas, se obtuvo un revestimiento de aluminio continuo de un espesor de 18 -24 µm. La composición química del revestimiento pulverizado se representa por As a result of the tests, a continuous aluminum coating with a thickness of 18-24 µm was obtained. The chemical composition of the sprayed coating is represented by

5 medio de los datos de una investigación por radiografía (la figura 1), que se lleva a cabo usando la técnica de Bragg-Brentano convencional por medio de un sistema de radiografía DRON-6 que está equipado con un monocromador de grafito secundario. Como una fuente de radiación, se usó radiación de Cu Kα (λ = 1,541838 Å). 5 means of the data from an investigation by radiography (Figure 1), which is carried out using the conventional Bragg-Brentane technique by means of a DRON-6 radiography system that is equipped with a secondary graphite monochromator. As a radiation source, Cu Kα radiation (λ = 1.541838 Å) was used.

10 La figura 1 muestra un patrón de difracción de rayos X de la capa de aluminio pulverizada. 10 Figure 1 shows an X-ray diffraction pattern of the sprayed aluminum layer.

La fuerza de adhesión entre el revestimiento de aluminio y el sustrato de metal se evaluó mediante los resultados de mecanización del producto semiacabado resultante mediante una inspección visual en busca de la presencia The adhesion strength between the aluminum coating and the metal substrate was evaluated by means of the results of mechanization of the resulting semi-finished product by a visual inspection for the presence

15 de discontinuidades en el revestimiento pulverizado (deslaminación, exfoliación, etc.). La corrugación y la perforación se eligieron como dos operaciones de mecanización típicas y lo bastante agresivas para la evaluación de la continuidad. Fase 2. 15 discontinuities in the sprayed coating (delamination, exfoliation, etc.). Corrugation and drilling were chosen as two typical mechanization operations and aggressive enough for continuity assessment. Phase 2.

20 Mecanización (incluyendo corte, corrugación, perforación, etc.) para formar el elemento catalítico en su forma final. 20 Mechanization (including cutting, corrugation, drilling, etc.) to form the catalytic element in its final form.

Esta fase ya se ha descrito parcialmente en la fase 1 (véase en lo que antecede), de tal modo que una descripción adicional de esta fase parece ser superflua. Fase 3. This phase has already been partially described in phase 1 (see above), so that an additional description of this phase seems to be superfluous. Phase 3.

5 Procesar el elemento de catalizador resultante (producto semi-acabado) en una atmósfera de vapor de agua -aire a una presión y a una temperatura elevadas para la conversión parcial de la porción superficial de capa adhesiva en hidróxidos de aluminio. 5 Process the resulting catalyst element (semi-finished product) in an atmosphere of water vapor - air at an elevated pressure and temperature for the partial conversion of the surface portion of the adhesive layer into aluminum hydroxides.

El procesamiento hidrotérmico de los productos semi-acabados de Hydrothermal processing of semi-finished products from

10 soporte que resultan de la pulverización de plasma y de los elementos de catalizador (estructuras celulares) preparados de dicho soporte se llevó a cabo por medio de un aparato especial diseñado y fabricado para resolver este problema. El aparato es una prensa de autoclave (la figura 2), que está diseñada para operar en el intervalo de temperaturas y de presiones (que se The support resulting from the spray of plasma and the catalyst elements (cellular structures) prepared from said support was carried out by means of a special apparatus designed and manufactured to solve this problem. The apparatus is an autoclave press (Figure 2), which is designed to operate in the temperature and pressure range (which is

15 muestra en la tabla 6) y que incluye una cámara de reacción que proporciona un espacio de reacción para recibir los productos semi-acabados y los elementos de catalizador (estructuras celulares) durante el procesamiento hidrotérmico, una cámara de compuerta que proporciona una pre-colocación de elementos catalíticos para su transporte subsiguiente hasta la cámara de 15 shown in table 6) and which includes a reaction chamber that provides a reaction space to receive semi-finished products and catalyst elements (cellular structures) during hydrothermal processing, a gate chamber that provides a pre- placement of catalytic elements for subsequent transport to the chamber of

20 reacción, y una cámara de descarga desde la cual se descargan los elementos de catalizador procesados. Tabla 6. Intervalos de temperaturas y de presiones de funcionamiento de la prensa de autoclave 20 reaction, and a discharge chamber from which the processed catalyst elements are discharged. Table 6. Temperature and operating pressure ranges of the autoclave press

Parámetros de funcionamiento de prensa de autoclave Operating parameters of autoclave press
Intervalo de temperaturas, ºC Intervalo de presiones, atm Duración de las pruebas, h Temperature range, ºC Pressure range, atm Test duration, h

50 -250 50 -250
10 -40 sin límite 10 -40 Unlimited

25 El equipo adicional del aparato incluye un dispositivo (3) que proporciona un ajuste y un mantenimiento automáticos de los parámetros de proceso principales (temperatura, presión, humedad, flujo, etc.). Además, en la figura 2 se representan otros elementos de la prensa de autoclave, tales como: válvula de excedente (1), pernos de fijación (2) de la tapa, manómetro de presión (4), The additional equipment of the apparatus includes a device (3) that provides automatic adjustment and maintenance of the main process parameters (temperature, pressure, humidity, flow, etc.). In addition, other elements of the autoclave press, such as: excess valve (1), fixing bolts (2) of the lid, pressure gauge (4), are shown in Figure 2.

30 válvula de escape de vapor de agua (5) y elemento de calentamiento (6). El procesamiento en una prensa de autoclave se llevó a cabo de acuerdo con los 30 water vapor exhaust valve (5) and heating element (6). The processing in an autoclave press was carried out in accordance with the

modos que se dan en la tabla 7. Tabla 7. Modos básicos de procesamiento de soportes semi-acabados por medio de una prensa de autoclave modes given in table 7. Table 7. Basic modes of semi-finished media processing by means of an autoclave press

Modo de funcionamiento Operating mode
Temperatura, ºC Presión, atm Duración, h Temperature, ºC Pressure, atm Duration, h

Modo 1 Mode 1
150 4 6 150 4 6

Modo 2 Mode 2
210 24 6 210 24 6

Modo 3 Mode 3
210 + 150 24 + 2 6 + 120 210 + 150 24 + 2 6 + 120

5 Algunos estudios han mostrado que el procesamiento hidrotérmico en la totalidad de los modos (1, 2 y 3) se ve acompañado por la transición de la capa superficial de revestimiento de aluminio a óxido de aluminio con modificación gamma y por el desarrollo de la superficie libre de revestimiento y la formación de una estructura de porosidad óptima. 5 Some studies have shown that hydrothermal processing in all modes (1, 2 and 3) is accompanied by the transition of the surface layer of aluminum coating to aluminum oxide with gamma modification and the development of the surface free of coating and the formation of an optimal porosity structure.

10 El valor de la superficie libre relativa que caracteriza el desarrollo de porosidad después del procesamiento hidrotérmico mediante los modos 2 y 3, se encuentra en el intervalo de 60 -100 m2 / g, que es un resultado bastante aceptable. No obstante, si la superficie, en general, conserva la microestructura 10 The value of the relative free surface that characterizes the development of porosity after hydrothermal processing by means of modes 2 and 3, is in the range of 60 -100 m2 / g, which is a fairly acceptable result. However, if the surface, in general, retains the microstructure

15 morfológica de la capa pulverizada y, en la capa superficial, se observa la presencia de partículas esféricas de diversos tamaños (de varias micras a decenas de micras) parcialmente deformadas (aplanadas) y firmemente unidas entre sí, la cual es una estructura típica de la capa pulverizada, se observa una imagen completamente diferente cuando se procesa mediante el modo 3. 15 morphological of the pulverized layer and, in the superficial layer, the presence of spherical particles of various sizes (from several microns to tens of microns) partially deformed (flattened) and firmly joined together, which is a typical structure of the sprayed layer, a completely different image is observed when processed by mode 3.

20 En el presente caso, se estableció de forma experimental que, sobre la superficie de capa pulverizada, se forma un “bosque” ordenado de nanocristalitos con forma de aguja con una orientación lo bastante uniforme en relación con el sustrato. La figura 3 muestra, con diferentes aumentos, la estructura superficial de la capa pulverizada de aluminio después del In the present case, it was experimentally established that, on the surface of the sprayed layer, an orderly "forest" of needle-shaped nanocrystals with a sufficiently uniform orientation in relation to the substrate is formed. Figure 3 shows, with different magnifications, the surface structure of the sprayed aluminum layer after

25 procesamiento por medio de una prensa de autoclave de acuerdo con el modo 3 (véase la tabla 7). Una estructura similar se forma de manera continua sobre la superficie de la capa de aluminio pulverizada en los siguientes intervalos de temperaturas y de presiones (véase la tabla 8). 25 processing by means of an autoclave press according to mode 3 (see table 7). A similar structure is formed continuously on the surface of the sprayed aluminum layer at the following temperature and pressure ranges (see table 8).

30 Tabla 8. Intervalos paramétricos para formar la nanoestructura de revestimiento durante el procesamiento de un producto semi-acabado pulverizado de una 30 Table 8. Parametric intervals to form the coating nanostructure during the processing of a semi-finished product sprayed from a

forma por etapas (modo 3). stage form (mode 3).

Intervalos paramétricos para formar la nanoestructura de revestimiento Parametric intervals to form the coating nanostructure
Temperatura, ºC Presión, atm Duración, h Temperature, ºC Pressure, atm Duration, h

Fase de procesamiento 1 Processing Phase 1
200 -230 22 -26 6 -8 200 -230 22-26 6 -8

Fase de procesamiento 2 Processing Phase 2
150 -170 4 -8 120 -140 150 -170 4 -8 120 -140

Al respecto de los valores anteriores, indicar que la fase de procedimiento Regarding the above values, indicate that the procedure phase

5 1 también podría llevarse a cabo con una duración de entre 6-12 horas. De la misma forma, la fase de procedimiento 2 también podría llevarse a cabo con una duración de entre 120-160 horas. Igualmente la fase de procedimiento 1 también podría podría llevarse a cabo con una presión de 20-26 atmósferas. 5 1 could also be carried out with a duration of between 6-12 hours. In the same way, the procedure phase 2 could also be carried out with a duration of between 120-160 hours. Similarly, the procedure phase 1 could also be carried out with a pressure of 20-26 atmospheres.

10 La figura 3 muestra la estructura de la superficie de capa pulverizada de aluminio después del procesamiento en prensa de autoclave de una forma por etapas con la disminución de la temperatura de procesamiento. 10 Figure 3 shows the structure of the surface of the aluminum spray layer after the autoclave press processing in a stepwise manner with the decrease in the processing temperature.

Tal como han mostrado las investigaciones de la estructura fina superficial después del procesamiento hidrotérmico, el aumento de temperatura y de 15 presión da lugar a un aumento de la intensidad de transformación del revestimiento de aluminio y el proceso avanza de forma gradual desde la superficie de revestimiento hacia su profundidad. En el presente caso, en la capa pulverizada de aluminio puro se observan una transformación por capas gradual de aluminio metálico en un óxido correspondiente y una formación de As the investigations of the fine surface structure have shown after hydrothermal processing, the increase in temperature and pressure leads to an increase in the intensity of transformation of the aluminum coating and the process progresses gradually from the coating surface towards its depth In the present case, in the pulverized layer of pure aluminum a gradual layered transformation of metallic aluminum into a corresponding oxide and a formation of

20 microestructura específica. En lo que respecta al efecto específico del “bosque” nanoestructurado de cristales que se forma en las condiciones de un modo por etapas con la disminución de temperatura y de presión en la segunda fase, este es causado, probablemente, por el aumento de la selectividad de los puntos de crecimiento 20 specific microstructure. With regard to the specific effect of the nanostructured "forest" of crystals that forms under conditions in a phased manner with the decrease in temperature and pressure in the second phase, this is probably caused by the increase in selectivity of the growth points

25 durante el proceso de cristalización de nanocristales. 25 during the crystallization process of nanocrystals.

Claims (3)

REIVINDICACIONES 1. Un método para preparar un soporte de metal -cerámica flexible que tiene una capa superficial nanocristalina, que comprende la pulverización de 1. A method for preparing a flexible metal-ceramic support having a nanocrystalline surface layer, which comprises spraying 5 plasma de un revestimiento a base de aluminio especial sobre un soporte de tira de metal con el procesamiento hidrotérmico subsiguiente del producto semi-acabado flexible, 5 plasma of a special aluminum-based coating on a metal strip support with subsequent hydrothermal processing of the flexible semi-finished product, caracterizado por que characterized by that el procesamiento hidrotérmico, que prevé una microestructura, una hydrothermal processing, which provides for a microstructure, a 10 nanoestructura y una porosidad óptimas, se lleva a cabo en dos fases, en el que la primera fase del procesamiento se lleva a cabo a una presión de 20 -26 atm y unas temperaturas de 200 -230 grados centígrados durante 6 -12 horas, y la segunda fase se lleva a cabo a una presión de 4 -8 atm y unas temperaturas de 150 -170 grados durante 120 -160 horas. 10 optimal nanostructure and porosity is carried out in two phases, in which the first phase of the processing is carried out at a pressure of 20-26 atm and temperatures of 200-230 degrees Celsius for 6-12 hours, and the second phase is carried out at a pressure of 4-8 atm and temperatures of 150-170 degrees for 120-160 hours. 2. Un método para preparar un soporte de metal -cerámica flexible que tiene una capa superficial nanocristalina según reivindicación 1 caracterizado por que la primera fase se lleva a cabo a una presión de 22 -26 atm y unas temperaturas de 200 -230 grados centígrados durante 6 -8 horas 2. A method for preparing a flexible metal-ceramic support having a nanocrystalline surface layer according to claim 1 characterized in that the first phase is carried out at a pressure of 22-26 atm and temperatures of 200-230 degrees Celsius during 6 -8 hours 3. Un método para preparar un soporte de metal -cerámica flexible que tiene una capa superficial nanocristalina según reivindicación 1 o 2 referente a un método para preparar un soporte caracterizado por que la segunda fase se lleva a cabo a una presión de 4 -8 atm y unas temperaturas de 150 -170 3. A method for preparing a flexible metal-ceramic support having a nanocrystalline surface layer according to claim 1 or 2 referring to a method for preparing a support characterized in that the second phase is carried out at a pressure of 4-8 atm and temperatures of 150 -170 25 grados durante 120 -140 horas. 25 degrees for 120-140 hours.
ES201790011A 2014-10-03 2014-10-03 METHOD FOR PREPARING A METAL SUPPORT - FLEXIBLE CERAMIC THAT HAS A NANOCRISTALINE SURFACE LAYER Active ES2654858B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/LT2014/000011 WO2016053070A1 (en) 2014-10-03 2014-10-03 Method for preparing a flexible metal-ceramic carrier having a nanocrystalline surface layer

Publications (3)

Publication Number Publication Date
ES2654858A2 true ES2654858A2 (en) 2018-02-15
ES2654858R1 ES2654858R1 (en) 2018-04-11
ES2654858B1 ES2654858B1 (en) 2018-10-04

Family

ID=55631011

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES201790011A Active ES2654858B1 (en) 2014-10-03 2014-10-03 METHOD FOR PREPARING A METAL SUPPORT - FLEXIBLE CERAMIC THAT HAS A NANOCRISTALINE SURFACE LAYER

Country Status (2)

Country Link
ES (1) ES2654858B1 (en)
WO (1) WO2016053070A1 (en)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2126717C1 (en) * 1995-03-06 1999-02-27 Хинский Александр Павлович Method of manufacturing catalytic unit for neutralization of gas effluents
US6491985B2 (en) * 2000-12-20 2002-12-10 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Method for enhancing the surface of a metal substrate
WO2011008778A2 (en) * 2009-07-14 2011-01-20 University Of Massachusetts Metal and metal oxide structures and preparation thereof
RU90440U1 (en) * 2009-09-23 2010-01-10 Общество с ограниченной ответственностью "Инновационно-технологический центр "НАНОМЕР" COMPOSITION ALUMINUM-OXIDE COATING FOR PROTECTING STEEL FROM CORROSION AND WEAR

Also Published As

Publication number Publication date
ES2654858B1 (en) 2018-10-04
ES2654858R1 (en) 2018-04-11
WO2016053070A1 (en) 2016-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Sol–gel prepared Al2O3 coatings for the application as tritium permeation barrier
EP1963550B1 (en) Method of reducing porosity
CN101074473B (en) Ceramic coating member for semiconductor processing apparatus
US20140120456A1 (en) Permeation barrier layer
Levchuk et al. Al–Cr–O thin films as an efficient hydrogen barrier
WO2014035413A1 (en) Protective internal coatings for porous substrates
JP6712662B2 (en) Method for manufacturing surface-modified member
Ranjan et al. Plasma sprayed copper coatings for improved surface and mechanical properties
Paul et al. Formation and characterization of uniform SiC coating on 3-D graphite substrate using halide activated pack cementation method
Quan et al. High temperature oxidation behavior of a novel Ni− Cr binary alloy coating prepared by cathode plasma electrolytic deposition
Chaliampalias et al. Formation and oxidation resistance of Al/Ni coatings on low carbon steel by flame spray
Agarwal et al. Elevated temperature oxidation of laser surface engineered composite boride coating on steel
Guillon et al. Tuning the microstructure and thickness of ceramic layers with advanced coating technologies using zirconia as an example
Sure et al. Evaluation of plasma sprayed alumina–40 wt% titania and partially stabilized zirconia coatings on high density graphite for uranium melting application
Bolelli et al. Heat treatment effects on the corrosion resistance of some HVOF-sprayed metal alloy coatings
Xue et al. Effects of air annealing treatments on the microstructure, components, and mechanical properties of magnetron sputtered Al2O3–Cr2O3–ZrO2 composite coatings
WO2006084925A1 (en) Method of protecting titanium alloys against high temperatures and material thus obtained
ES2654858B1 (en) METHOD FOR PREPARING A METAL SUPPORT - FLEXIBLE CERAMIC THAT HAS A NANOCRISTALINE SURFACE LAYER
Dalbauer et al. In-situ XRD studies of arc evaporated Al-Cr-O coatings during oxidation
Mayoral et al. Aluminium depletion in NiCrAlY bond coatings by hot corrosion as a function of projection system
Madhura et al. Surface optimization of CVD grown silicon carbide interlayer on graphite for plasma sprayed yttria topcoat
TW201418190A (en) Carbon material having thermal sprayed coating layer
Li et al. Microstructure and properties of Al and Al-Cr coatings on nickel-based superalloy GH625 by a thermal diffusion process
Lachowicz et al. Corrosion damage mechanisms of TiO2 cold-sprayed coatings
Sitek et al. Structure and properties of nickel aluminide layers on Inconel 100

Legal Events

Date Code Title Description
FG2A Definitive protection

Ref document number: 2654858

Country of ref document: ES

Kind code of ref document: B1

Effective date: 20181004