PL183877B1 - Sposób pokrywania podłoża powłoką ceramiczną odporną na wysoką temperaturę - Google Patents

Abstract

1. Sposób pokrywania podloza powloka ceramiczna odporna na wysoka temperature, znamienny tym, ze wtryskuje sie gaz obojetny pod cisnieniem do zbiornika (4), zawierajacego ciekly metyloacetylen/propadien (MAPP® ) wy- starczajaco do wytworzenia strumienia cieczy, usuwa sie strumien cieklego MAPP® ze zbiorni- ka (4) odparowuje sie strumien cieklego MAPP®, dostarcza sie odparowany MAPP® do komory mieszania (54) pistoletu natryskowego (52) tlenowo-paliwowego o duzej szybkosci dzialania, gdzie miesza sie go z tlenem pod cis- nieniem, wprowadza sie mieszanine do komory spalania (56) pistoletu natryskowego (52) tleno- wo-paliwowego wraz ze sproszkowanym mate- rialem ceramicznym odpornym na wysoka temperature, porywanym przez strumien obojet- nego gazu i natryskuje sie ogrzane czastki mate- rialu ceramicznego odpornego na wysoka temperature na powierzchnie podloza (70). FIG. 2 PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób pokrywania podłoża powłoką ceramiczną odporną na wysoką temperaturę. Wyrażenie „powłoka ceramiczna odporna na wysoką temperaturę” oznacza tu powłokę obejmującą tlenki, węgliki i azotki metali takich jak chrom, aluminium i cyrkon o temperaturze topnienia powyżej 2073°K (1800°C).

Tlenki chromu nakładano na podłoża metodą plazmową od wielu lat stosując je przykładowo w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym.

Dalsze zapotrzebowanie na stosunkowo grube powłoki tlenku chromu o wysokiej twardości i małej porowatości występuje w technice drukowania za pomocą wałków. W tej dziedzinie przemysłu powłoki zwykle graweruje się laserowo w celu wytworzenia wgłębień, przeznaczonych do przenoszenia farby. Im twardsza i grubsza powłoka, tym większą gęstość otworów można uzyskać. Podczas natrysku plazmowego w atmosferze wytwarza się powłoki o gęstości 90-95% wartości teoretycznych co umożliwia penetrację agresywnych gazów do otwartych porów i uszkadzanie zarówno powłoki jak i podłoża. Podejmowano starania aby osiągnąć szczelność na gazy w powłokach tlenku chromowego nakładanych plazmowo stosując natrysk plazmowy w próżni, obróbkę cieplną po wykonaniu powłoki i izotaktyczne prasowanie na gorąco w kapsule ale z niewielkim sukcesem.

Wykonano kilka prac z zastosowaniem acetylenu przy nakładaniu tlenku chromu natryskiem termicznym tlenowo-paliwowym z dużą szybkością. Jednak acetylen jest gazem paliwowym dobrze znanym ze względu na tendencję do burzliwego rozkładu i musi być stosowany pod stosunkowo niskimi ciśnieniami.

183 877

Inne sprężone gazy opałowe, stosowane w procesach natrysku termicznego tlenowo-paliwowego z dużą szybkością obejmowały stabilizowanąmieszaninę metyloacetylenu i propadienu (MAPP®). MAPI*® jest mieszaniną metyloacetylenu i propadienu z rozcieńczalnikami lub stabilizatorami takimi jak propan i propylen. Mogą być stosowane i inne rozcieńczalniki, na przykład metan, butan lub etan ale w małych ilościach procentowych. MAPP®jest szeroko stosowany szczególnie w Stanach Zjednoczonych jako bezpieczniejszy i bardziej ekonomiczny zamiennik acetylenu. Jednak powstawały tu też trudności ponieważ zwykle składuje się ciekły MAPP® w butlach pod ciśnieniem, a wtrysk ciekłego MAPP® jako gazu odbywa się pod ciśnieniem pary w celu zastosowania go w procesie natrysku termicznego wysokociśnieniowego, tlenowo-paliwowego o wysokim przepływie. Stwierdzono, że wysoka wydajność odparowania oparów powstaje efektywnie podczas frakcjonowanej destylacji gazowych MAPP’® prowadząc do zmian składu w trakcie wyczerpywania się butli. Stwierdzono, że powoduje to zmiany temperatury płomienia i wymaga dopasowywania ilości doprowadzanego tlenu w celu uniknięcia nadmiernego tworzenia się sadzy lub nadmiaru tlenu.

Utrzymywanie stałego ciśnienia i ilości przepływu także stwarza dalsze problemy. Dzieje się tak dlatego, że poziom cieczy opałowej w butli pod ciśnieniem zmniejsza się, temperatura podobnie się obniża, powodując zmiany ciepła odparowywania. Redukcja temperatury w butli ciśnieniowej prowadzi do zmniejszenia ciśnienia, co ma niekorzystny wpływ zarówno na ciśnienie jak i szybkość przepływu strumienia wyparowanego paliwa.

Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie sposobu pokrywania podłoży powłoką ceramiczną odpornąna wysoką temperaturę z zastosowaniem techniki natrysku termicznego tlenowo-paliwowego o dużej szybkości, w którym paliwo stanowi gazowy MAPP®.

Zgodnie z niniejszym wynalazkiem sposób pokrywania podłoża powłoką ceramiczną odporną na wysoką temperaturę charakteryzuje się następującymi etapami:

wtryskuje się gaz obojętny pod ciśnieniem do zbiornika zawierającego ciekły metyloacetylen/propadien (MAPP®) wystarczająco do wytworzenia strumienia cieczy, usuwa się strumień ciekłego MAPP® ze zbiornika, odparowuje się strumień ciekłego MAPP®, dostarcza się odparowany MAPP® do komory mieszania pistoletu natryskowego tlenowo-paliwowego o dużej szybkości działania, gdzie miesza się go z tlenem pod ciśnieniem, wprowadza się mieszaninę do komory spalania pistoletu natryskowego tlenowo-paliwowego wraz ze sproszkowanym materiałem ceramicznym odpornym na wysoką temperaturę, porywanym przez strumień obojętnego gazu i natryskuje się ogrzane cząsteczki materiału ceramicznego odpornego na wysoką temperaturę na powierzchnię podłoża.

Sposób charakteryzuje się też tym, żejako powłokę ceramiczną odpornąna wysoką temperaturę stosuje się tlenek chromu nakładany na podłoże do grubości 3,8x10-* m (380 gm). Jako powłokę ceramiczną odporną na wysoką temperaturę nakładaną na podłoże stosuje się też tlenek cyrkonu, a jako wtryskiwany gaz obojętny - azot. Materiał ceramiczny odporny na wysoką temperaturę jest porywany przez strumień argonu. Odparowany MAPP® wprowadza się komory mieszania zasadniczo pod stałym ciśnieniem, stałym przepływem i o stałym składzie.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat urządzenia do wytwarzania MAPP® w postaci gazu pracującego pod stałym ciśnieniem, stałymprzepływem i składem gazu, fig. 2 - schemat urządzenia do pokrywania podłoża powłoką ceramiczną odporną na wysoką temperaturę i podłączenie do urządzenia z fig. 1, a fig. 3 - schemat pistoletu tlenowo-paliwowego o dużej szybkości działania, tworzącego część urządzenia z fig. 2.

Na figurze 1 przedstawione jest urządzenie 2 do wytwarzania strumienia odparowanego gazu MAPP®, posiadającego stałe ciśnienie, przepływ i skład. Urządzenie 2 zawiera zbiornik 4 do ciekłego MAPP®, posiadający wlot 6 do wprowadzania gazu obojętnego, na przykład azotu, przez przewód 8 doprowadzający z butli gazowej 10 z azotem pod ciśnieniem. Zbiornik 4 posiada rurę 12 sięgającąprawie do dna 14 zbiornika, która zapewnia drogę przepływu ciekłego MAPP®, gdy wywierane jest ciśnienie przez wprowadzany azot. Zbiornik 4 posiada wylot 16, którym

183 877 ciekły MAPP® może przejść od ciśnieniem do przewodu 18 przez elastyczną rurę doprowadzającą 20. Przepływ cieczy MAPP® przez przewód 18 jest sterowany zaworem 22.

Przewód 18 połączony jest z odparowywaczem 24 pracującym w temperaturze wystarczającej do odparowania ciekłego MAPP®. Jednym z przykładów takiego odparowywacza jest gorący odparowywacz wodno/glikolowy utrzymywany w temperaturze wystarczającej do odparowania każdego z ciekłych składników MAPP®, zwykle między 303°K a 373°K (30-100°C) przez grzałkę zanurzeniową 26 kontrolowaną termicznie.

Przepływ ciekłego MAPP® z przewodu 18 do odparowywacza 24 sterowany jest przez zawór odcinający 28 wrażliwy na temperaturę, który zawiera próbnik termiczny 30, określający temperaturę wodnej kąpieli wewnątrz odparowywacza. Zawór 28 pracuje zapewniając przepływ ciekłego MAPP® do odparowalnika 24 w czasie gdy wodna kąpiel utrzymywana jest w minimalnej temperaturze wystarczającej do odparowania ciekłego MAPP®. Zawór 28 zabezpiecza zatem zalanie odparowywacza 24 ciekłym MAPP® zanim osiągnie się temperaturę pracy i przez to unika się wprowadzenia ciekłego paliwa do strefy urządzenia 2 pracującej z gazami.

Odparowywacz 24 zamienia ciekły MAPP® w doskonały strumień paliwa w postaci pary pod wysokim ciśnieniem i podwyższonej temperaturze, zwykle do około 323°K (50°C). Odparowany strumień MAPP® opuszcza odparowywacz 24 przez przewód 32 sterowany zaworem 34. Przewód 32 może być ogrzewany i/lub izolowany w celu zabezpieczenia przed kondensacją strumienia odparowanego MAPP®. Na przykład przewód 32 może być w tym celu owinięty taśmą grzejną.

W czasie stosowania azot z butli gazowej 10 jest wprowadzany do zbiornika 4 przewodem 8. Dla upewnienia się, że azot wprowadzany jest do zbiornika 4 pod odpowiednim nadciśnieniem, zwykle od około 109570,5 Pa do 114984 Pa (115 do 190 psig), korzystnie od około 111363 Pa do 113872,5 Pa (140-175 psig), stosuje się regulator ciśnienia 36. Zawór bezpieczeństwa 38 jest umieszczony na przewodzie 8, aby umożliwić ulotnienie się azotu przez upust 40, gdy zbiornik jest całkowicie opróżniony z ciekłego MAPP®.

Azot wchodzi do przestrzeni górnej 42 zbiornika 4 i to wywołuje siłę skierowaną w dół na powierzchnię 44 ciekłego MAPP®. Ciekły MAPP® jest zatem naciskany w dół przez rurę 12 i uchodzi wylotem 16, a następnie ewentualnie do odparowywacza 24.

Na figurze 2 jest przedstawione urządzenie 50 do nakładania powłoki na podłoże powłoką ceramiczną odporną na wysoką temperaturę, takąjak tlenek chromu. Urządzenie 50 zawiera pistolet tlenowo-paliwowy o dużej szybkości działania 52 (patrz fig. 3), posiadający komorę mieszania gazów 54, komorę spalania 56 i dyszę 58, rozciągającą się w kierunku zewnętrznym od komory spalania. Komory 54, 56 są podzielone przegrodą 55 z otworami 57.

Jak to pokazano, połączenie z komorą mieszania gazów 54 stanowi pierwszy przewód 60 podłączony do źródła tlenu pod ciśnieniem i drugi przewód 62 połączony z przewodem 32 prowadzącym z odparowywania 24. Trzeci przewód 64 przebiega przez komorę mieszania 54 i łączy się bezpośrednio z komorą spalania 56. Przewód 64 dochodzi z zasobnika proszku tlenku chromu 66. Rura 68 prowadzi od źródła argonu pod ciśnieniem do górnego zakończenia zasobnika 66 (jak pokazano).

Pistolet 52 jest wyposażony w kanały 80 dla czynnika chłodzącego, na przykład wody.

Podczas pracy, opary MAPP® dostarczane sądo komory mieszania gazów 54, z odparowywacza przewodami 32, 62 pod stałym ciśnieniem, przepływem i o stałym składzie. Równocześnie, przewodem 60 dostarcza się strumień tlenu do komory mieszania gazów 54. Tlen i MAPP® gazowy mieszane są w komorze mieszania 54 i wychodzą z komory mieszania 54 wchodząc do komory spalania 56 pistoletu 52 przez otwory 57 gdzie sązapalane. Równocześnie argon pod ciśnieniem przechodzi się rurę 68 do zasobnika 66 gdzie porywa proszek tlenku chromu, a następnie przechodzi przez przewód 64 bezpośrednio do komory spalania 56. Wylotowe płomienie oraz ogrzane cząstki sproszkowanego tlenku chromu opuszczają komorę spalania dyszą 58, cząstki osadzają się na podłożu 70.

183 877

Przykład

Próbki testowe pokryte tlenkiem chromu wykonano stosując pistolet firmy Miller Thermal HV2000 tlenowo-paliwowy o dużej szybkości, posiadający komorę spalania o wielkości 22x10'³ m (22 mm), przeznaczoną dla proszków o wysokiej temperaturze topnienia. Do natrysku wszystkich testowych próbek stosowano tlenek chromu o wysokiej czystości Sulzer Metco's Amdry 6417, o rozmiarze cząstek od 5x10'⁶m do 22x10-6 m (5-22 gm), z szybkością zasilania proszkiem 25 g/min, stosując jako gaz nośnikowy argon o wysokiej czystości w ilości 11,5 l/min. Opary MAPP® wprowadzano do komory spalania pod ciśnieniem 6094,5 Pa (85 psi) i w ilości 70 l/min, zaś tlen wprowadzono do komory spalania pod ciśnieniem 10755 Pa (150 psi) w ilości 233 l/min. Obróbka powierzchni wszystkich próbek testowych za pomocąproszku korundowego 40 dawała minimalny wskaźnik chropowatości powierzchni (ra) wartości 7x10'6 m - 1x10'⁵m (7-10 (tm). Wszystkie próbki testowe pokrywano do grubości między 2x104 m - 2,6x10-4 m (200-260 (tm), utrzymując temperaturę poniżej 423°K (150°C). W różnych warunkach można było uzyskać grubość większą niż 3,8x10-4 m (380 gm).

Stwierdzono, że nakładanie na podłoże powłoki ceramicznej odpornej na wysoką temperaturę, takiej jak tlenek chromu lub tlenek cyrkonu, z zastosowaniem natrysku termicznego tlenowo-paliwowego o dużej szybkości, w którym gaz paliwowy stanowi MaPP® dostarczany pod stałym ciśnieniem, przepływem i składzie, daje powłoki wysokiej jakości, o małej porowatości i o wysokiej twardości.

183 877 \

XΧΧ

5fl /θ //⁵⁷ δθ ) 7 Ί 1

-χ r /1 ίζς ~ -- < - ' \J j......3~’

6652

5Ł

FIG. 2

183 877

FIG. 3

183 877

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób pokrywania podłoża powłoką ceramiczną odporną na wysoką temperaturę, znamienny tym, że wtryskuje się gaz obojętny pod ciśnieniem do zbiornika (4), zawierającego ciekły metyloacetylen/propadien (MAPP®) wystarczająco do wytworzenia strumienia cieczy, usuwa się strumień ciekłego MAPP® ze zbiornika (4), odparowuje się strumień ciekłego MAPP®, dostarcza się odparowany MAPP® do komory mieszania (54) pistoletu natryskowego (52) tlenowo-paliwowego o dużej szybkości działania, gdzie miesza się go z tlenem pod ciśnieniem, wprowadza się mieszaninę do komory spalania (56) pistoletu natryskowego (52) tlenowo-paliwowego wraz ze sproszkowanym materiałem ceramicznym odpornym na wysoką temperaturę, porywanym przez strumień obojętnego gazu i natryskuje się ogrzane cząstki materiału ceramicznego odpornego na wysoką temperaturę na powierzchnię podłoża (70).
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako powłokę ceramiczną odporną na wysokątemperaturę stosuje się tlenek chromu nakładany na podłoże do grubości 3,8x 10- m (380 pm).
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że j ako powłokę ceramiczną odporną na wysoką temperaturę nakładaną na podłoże stosuje się tlenek cyrkonu.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako wtryskiwany gaz obojętny stosuje się azot.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał ceramiczny odporny na wysoką temperaturę jest porywany przez strumień argonu.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że odparowany MAPP® wprowadza się do komory mieszania (54) pod zasadniczo stałym ciśnieniem, ze stałym przepływem i o stałym składzie.