RU132078U1

RU132078U1 - INSTALLATION FOR GAS-FLAME SPRAYING OF NANOSTRUCTURED COATING

Info

Publication number: RU132078U1
Application number: RU2013110865/02U
Authority: RU
Inventors: Анвар Юсуфович Боташев; Назим Урасланович Бисилов; Роман Сергеевич Малсугенов
Original assignee: Анвар Юсуфович Боташев
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2013-03-13
Publication date: 2013-09-10

Abstract

Установка для газопламенного напыления наноструктурированного покрытия, содержащая распылитель с камерой сгорания, имеющей выходное сопло, и устройства для подачи в камеру сгорания горючего, окислителя и исходного материала для покрытия, отличающаяся тем, что она содержит дополнительное сопло, охватывающее выходное сопло камеры сгорания и имеющее устройство для подачи инертного газа, причем длина дополнительного сопла превышает длину выходного сопла камеры сгорания.Installation for gas-flame spraying of a nanostructured coating, comprising a sprayer with a combustion chamber having an outlet nozzle, and a device for supplying fuel, oxidizer and starting material for the coating to the combustion chamber, characterized in that it contains an additional nozzle covering the outlet nozzle of the combustion chamber and having a device for supplying an inert gas, the length of the additional nozzle exceeding the length of the outlet nozzle of the combustion chamber.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для получения наноструктурированных покрытий поверхности изделий с использованием методов газотермического напыления, в частности высокоскоростного газопламенного напыления. Наноструктурированные покрытия позволяют существенно повысить прочностные и антикоррозионные свойства поверхности изделий, что обеспечивает увеличение их эксплуатационного ресурса.The proposed utility model relates to devices for producing nanostructured coatings on the surface of products using methods of thermal spraying, in particular high-speed flame spraying. Nanostructured coatings can significantly increase the strength and anti-corrosion properties of the surface of products, which ensures an increase in their operational life.

Известны установки для газопламенного напыления, содержащие распылитель с устройствами для подачи горючего, окислителя и порошка напыляемого материала (см. книгу Газотермическое напыление: учебное пособие/кол, авторов; под общей редакцией Л.Х.Балдаева. - М.: Маркет ДС, 2007. С.106-114). В распылителе этих установок в результате сгорания горючего образуется высокотемпературный газовый поток. Порошок напыляемого материала под действием потока горячего газа разгоняется и, нагреваясь, расплавляется. При соударении с поверхностью детали, расплавленные капли растекаются и застывают, образуя защитное покрытие. Однако эти установки не обеспечивают получения наноструктурированного покрытия.Known installations for flame spraying, containing a spray device for supplying fuel, oxidizer and powder sprayed material (see book Thermal spraying: a training manual / count, authors; edited by L.Kh. Baldaev. - M .: Market DS, 2007 P.106-114). A high temperature gas stream is generated in the atomizer of these plants as a result of fuel combustion. Powder of the sprayed material is accelerated by the flow of hot gas and melts when heated. Upon impact with the surface of the part, the molten droplets spread and solidify, forming a protective coating. However, these installations do not provide nanostructured coatings.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели по совокупности признаков является установка для газопламенного напыления наноструктурированного покрытия, содержащая распылитель с камерой сгорания, имеющей выходное сопло, и устройства для подачи в камеру сгорания горючего, окислителя и исходного материала для покрытия (патент РФ №2407700 C2, МКП B82B 3/00, C23C 4/12). В этой установке исходный материал для покрытия представляет собой истинный или коллоидный раствор органических и/или неорганических соединений в жидком топливе, в частности керосине. При сгорании этого раствора в камере сгорания распылителя происходит выгорание растворителя - керосина и превращение раствора в материальные частицы при реакции пиролиза. Эти частицы агломерируются и ускоряются в выходном сопле распылителя, после выхода из которого осаждаются на подложке, образуя наноструктурированное покрытие.The closest analogue to the proposed utility model in terms of features is a flame-spraying installation of a nanostructured coating containing an atomizer with a combustion chamber having an outlet nozzle and devices for supplying fuel, an oxidizing agent and a starting material for the coating to the combustion chamber (RF patent No. 2407700 C2, MCP B82B 3/00, C23C 4/12). In this installation, the starting material for the coating is a true or colloidal solution of organic and / or inorganic compounds in liquid fuel, in particular kerosene. When this solution is burned in the combustion chamber of the atomizer, the solvent, kerosene, burns out and the solution turns into material particles during the pyrolysis reaction. These particles are agglomerated and accelerated in the outlet nozzle of the atomizer, after which they are deposited on the substrate, forming a nanostructured coating.

Недостатком известной установки является использование в качестве исходного материала для покрытия истинного или коллоидного раствора органических и неорганических соединений в органическом растворителе, служащем в качестве топлива. С одной стороны, получение такого раствора в целом усложняет и удорожает технологический процесс нанесения покрытия. С другой стороны, не всякий материал, используемый для покрытия, растворяется в органическом растворителе, служащем в качестве топлива. Это ограничивает технологические возможности данной установки.A disadvantage of the known installation is the use as a starting material for coating a true or colloidal solution of organic and inorganic compounds in an organic solvent serving as fuel. On the one hand, the preparation of such a solution generally complicates and increases the cost of the coating process. On the other hand, not every material used for coating dissolves in an organic solvent serving as fuel. This limits the technological capabilities of this installation.

Задачей полезной модели является упрощение организации технологического процесса получения наноструктурированного покрытия и расширение технологических возможностей установки для получения такого покрытия.The objective of the utility model is to simplify the organization of the technological process for producing a nanostructured coating and expand the technological capabilities of the installation to obtain such a coating.

Технический результат достигается тем, что установка для газопламенного напыления наноструктурированного покрытия, содержащая распылитель с камерой сгорания, имеющей входное сопло, и устройства для подачи в камеру сгорания горючего, окислителя и исходного материала для покрытия, имеет дополнительное сопло, охватывающее выходное сопло камеры сгорания и снабженное устройством для подачи инертного газа, причем длина дополнительного сопла превышает длину выходного сопла камеры сгорания.The technical result is achieved by the fact that the installation for flame spraying of a nanostructured coating containing an atomizer with a combustion chamber having an inlet nozzle and devices for supplying fuel, an oxidizing agent and a starting material for a coating to the combustion chamber has an additional nozzle covering the outlet nozzle of the combustion chamber and equipped with an inert gas supply device, wherein the length of the additional nozzle exceeds the length of the output nozzle of the combustion chamber.

В качестве исходного материала для покрытия используются порошковые материалы, широко применяемые на практике, в частности в порошковой металлургии. Достижение технического результата основано на том, что в камере сгорания порошок исходного материала для покрытия, нагреваясь под воздействием высокотемпературного потока газа, переходит в газообразное состояние, а затем в дополнительном сопле за счет резкого охлаждения потока газа исходный материал из газообразного состояния, минуя жидкое состояние, переходит в твердое состояние в виде наночастиц. Эти частицы при оседании на поверхности подложки образуют наноструктурированное покрытие.As a starting material for coating, powder materials are widely used in practice, in particular in powder metallurgy. The achievement of the technical result is based on the fact that in the combustion chamber the powder of the starting material for the coating, heating under the influence of a high-temperature gas flow, passes into the gaseous state, and then in the additional nozzle due to the sharp cooling of the gas flow, the starting material from the gaseous state, bypassing the liquid state, becomes solid in the form of nanoparticles. These particles, when deposited on the surface of the substrate, form a nanostructured coating.

Предлагаемая установка для газопламенного напыления наноструктурированного покрытия схематично показана на представленном чертеже. Установка имеет распылитель, содержащий корпус 1, в котором размещены камера сгорания 2 с выходным соплом 3 и диск 4 с отверстиями 5. На корпусе 1 установлены свеча зажигания 6 и трубка 7. На торце корпуса 1 имеются штуцеры 8 и 9. Между диском 4 и торцом корпуса 1 расположена полость 10, служащая для образования топливной смеси. Распылитель снабжен также дополнительным соплом 11, охватывающим сопло 3 камеры сгорания 2. Сопло 11 закреплено на корпусе 1. Между соплами 3 и 11 образована коническая кольцевая полость 12. Сопло 11 имеет штуцер 13 для подачи инертного газа.The proposed installation for flame spraying a nanostructured coating is shown schematically in the drawing. The installation has a sprayer comprising a housing 1, in which a combustion chamber 2 with an output nozzle 3 and a disk 4 with holes 5 are placed. An ignition plug 6 and a tube 7 are installed on the housing 1. At the end of the housing 1 there are fittings 8 and 9. Between the disk 4 and the end of the housing 1 is a cavity 10, which serves to form a fuel mixture. The sprayer is also equipped with an additional nozzle 11 covering the nozzle 3 of the combustion chamber 2. The nozzle 11 is mounted on the housing 1. A conical annular cavity 12 is formed between the nozzles 3 and 11. The nozzle 11 has a nozzle 13 for supplying inert gas.

Установка для напыления кроме распылителя содержит также системы для подачи топлива, порошка исходного материала для покрытия и инертного газа. Система топливоподачи включает в себя баллон 14 с горючим газом, например пропан - бутаном, баллон 15 с кислородом, воздушный компрессор 16, регуляторы давления 17, 18, 19, дроссели 20, 21, 22 и вентили 23, 24. Магистраль горючего газа присоединена к штуцеру 8, а магистраль окислителя к штуцеру 9. При использовании в качестве окислителя кислорода вентиль 23 находится в открытом положении, а вентиль 24 в закрытом положении. Если же используется в качестве окислителя сжатый воздух от компрессора 16, то вентиль 23 находится в закрытом положении, а вентиль 24 в открытом положении. Необходимое соотношение между горючим газом и окислителем обеспечивается соответствующим подбором проходных сечений дросселей 20, 21, 22.The spraying installation, in addition to the sprayer, also contains systems for supplying fuel, powder of the starting material for coating and inert gas. The fuel supply system includes a combustible gas cylinder 14, for example propane-butane, an oxygen cylinder 15, an air compressor 16, pressure regulators 17, 18, 19, throttles 20, 21, 22 and valves 23, 24. A combustible gas main is connected to fitting 8, and the oxidizer line to fitting 9. When using oxygen as an oxidizing agent, valve 23 is in the open position and valve 24 is in the closed position. If compressed air from compressor 16 is used as an oxidizing agent, then valve 23 is in the closed position and valve 24 is in the open position. The necessary ratio between the combustible gas and the oxidizing agent is provided by the appropriate selection of the flow areas of the chokes 20, 21, 22.

Системы подачи порошка исходного материала для покрытия и инертного газа включают в себя баллон 25 с газом, например азотом, регуляторы давления 26, 27 и емкость 28 с трубкой 29, соединенная трубопроводом с трубкой 7. Регулятор давления 26 соединен трубопроводом со штуцером 13. В емкости 28 помещен порошок 30 исходного материала для покрытия. Трубка 29 и полость емкости 28 соединены трубопроводами с регулятором давления 27.The supply system of the powder of the starting material for the coating and inert gas includes a cylinder 25 with gas, for example nitrogen, pressure regulators 26, 27 and a container 28 with a pipe 29 connected by a pipe to a pipe 7. A pressure controller 26 is connected by a pipe to a fitting 13. In the tank 28 placed powder 30 of the starting material for coating. The tube 29 and the cavity of the tank 28 are connected by pipelines to a pressure regulator 27.

Работа установки осуществляется следующим образом. Горючий газ из баллона 14 через регулятор давления 17, дроссель 20 и штуцер 8 поступает в полость 10. Одновременно кислород из баллона 15 через регулятор давления 18, дроссель 21, вентиль 23 и штуцер 9 поступает в полость 10. При использовании в качестве окислителя сжатого воздуха в полость 10 воздух поступает из компрессора 16 через регулятор 19, дроссель 22, вентиль 24. В полости 10 образуется топливная смесь, которая через отверстия 5 диска 4 поступает в камеру сгорания 2.The installation is as follows. Combustible gas from the cylinder 14 through the pressure regulator 17, the orifice 20 and the nozzle 8 enters the cavity 10. At the same time, oxygen from the cylinder 15 through the pressure regulator 18, the orifice 21, the valve 23 and the nozzle 9 enters the cavity 10. When using compressed air as an oxidizing agent air enters the cavity 10 from the compressor 16 through the regulator 19, the throttle 22, the valve 24. In the cavity 10, a fuel mixture is formed, which through the holes 5 of the disk 4 enters the combustion chamber 2.

Поджиг топливной смеси производится при помощи свечи 6. В дальнейшем свеча 6 не используется, процесс горения топливной смеси поддерживается автоматически. В результате сгорания топливной смеси в камере сгорания 2 формируется высокотемпературный газовый поток. Одновременно с этим инертный газ, поступающий из баллона 25 в трубку 29 емкости 28, при истечении из трубки 29 увлекает с собой частички порошка 30. Благодаря этому в камеру сгорания 2 через трубку 7 подается порошок исходного материала для покрытия. Под действием высокотемпературного газа частицы порошка нагреваются, расплавляются и испаряются.Ignition of the fuel mixture is performed using the candle 6. In the future, the candle 6 is not used, the combustion process of the fuel mixture is supported automatically. As a result of the combustion of the fuel mixture in the combustion chamber 2, a high-temperature gas stream is formed. At the same time, the inert gas coming from the cylinder 25 into the tube 29 of the tank 28, when flowing out of the tube 29, entrains particles of powder 30 with it. Due to this, the powder of the starting material is supplied to the combustion chamber 2 through the tube 7. Under the influence of high-temperature gas, the powder particles heat up, melt and evaporate.

Параметры газового потока подбираются таким образом, чтобы на длине камеры сгорания 2 частицы порошка полностью испарились. Таким образом, из камеры сгорания 2 в сопло 3 поступает газовый поток с парами исходного материала для покрытия. В сопле 3 газовый поток ускоряется и его температура снижается.The parameters of the gas stream are selected so that along the length of the combustion chamber 2 the powder particles completely evaporate. Thus, from the combustion chamber 2, a gas stream enters the nozzle 3 with vapors of the starting material for coating. In the nozzle 3, the gas flow accelerates and its temperature decreases.

Наряду с этим из баллона 25 через регулятор давления 26 и штуцер 13 подается инертный газ в сопло 11, и в кольцевой полости 12 формируется поток холодного газа. При смешивании высокотемпературного потока газа, вытекающего из сопла 3, с холодным потоком происходит резкое охлаждение высокотемпературного потока. Температура его становится ниже температуры плавления исходного материала для покрытия. При этом исходный материал из парогазообразного состояния переходит в твердое состояние, минуя жидкое состояние. Благодаря этому в газовом потоке возникают наночастицы напыляемого материала. В дальнейшем эти наночастицы, оседая на поверхность подложки, образуют наноструктурированное покрытие 31.In addition, inert gas is supplied from the cylinder 25 through the pressure regulator 26 and nozzle 13 to the nozzle 11, and a cold gas flow is formed in the annular cavity 12. When mixing a high-temperature gas stream flowing from the nozzle 3 with a cold stream, the high-temperature stream is rapidly cooled. Its temperature becomes lower than the melting temperature of the starting material for the coating. In this case, the source material from the vapor-gas state passes into the solid state, bypassing the liquid state. Due to this, nanoparticles of the sprayed material appear in the gas stream. Subsequently, these nanoparticles, deposited on the surface of the substrate, form a nanostructured coating 31.

В предлагаемой установке в качестве исходного материала для покрытия используются порошковые материалы, выпускаемые промышленностью. Это существенно упрощает организацию технологического процесса напыления наноструктурированного покрытия. Кроме того, покрытие может наноситься из различных порошковых материалов и их смесей. Это значительно расширяет технологические возможности установки для напыления наноструктурированного покрытия.In the proposed installation, as a starting material for coating, powder materials manufactured by the industry are used. This greatly simplifies the organization of the technological process of spraying a nanostructured coating. In addition, the coating can be applied from various powder materials and mixtures thereof. This greatly expands the technological capabilities of the installation for spraying a nanostructured coating.

Claims

Installation for gas-flame spraying of a nanostructured coating, comprising a sprayer with a combustion chamber having an outlet nozzle, and a device for supplying fuel, an oxidizer and a starting material for a coating to the combustion chamber, characterized in that it comprises an additional nozzle covering the outlet nozzle of the combustion chamber and having a device for supplying an inert gas, the length of the additional nozzle exceeding the length of the outlet nozzle of the combustion chamber.