RU1830085C - Газова смесь дл детонационного напылени покрытий - Google Patents

Abstract

Использование: нанесение покрытий из порошковых материалов с помощью детонационного пистолета распылител . Сущность изобретени : газова  смесь дл  нанесени  покрытий содержит кислородсодержащий окислитель и топливную смесь из двух горючих газов, таких как ацетилен и пропилен. 3 з.п.ф-лы. 8 табл.

Description

Изобретение относитс  к газовой смеси дл  детонационного напылени  покрытий, содержащей по меньшей мере, два горючих газа, таких как ацетилен и пропилен.

Целью изобретени   вл етс  повышение твердости покрытий, при получении которых используетс  нова  газова  смесь дл  детонационного напылени .

Нова  газова  смесь содержит кислородсодержащий окислитель и топливную смесь из, по меньшей мере, двух горючих, газов, выбранных из группы насыщенных и ненасыщенных углеводородов.

Кислородсодержащий окислитель дл  использовани  в насто щем изобретении можно было бы выбрать из группы, состо щей из кислорода, закиси азота и их смесей и т.п. соединений.

Горюча  топливна  смесь из по меньшей мере двух газов дл  использовани  в насто щем изобретении может быть выбрана из группы, состо щей из ацетилена

(СаНа). пропилена (СзНв), метана (СН4), этилена (СгН), метилацетилена (пропина - прим.пер.) (СзН4). пропана (СзНв), этана (СаНб), бутадиенов (СдНа), бутиленов (С4Нв), бутанов (CUHio), циклопропана (СзНе), про- пандиена (СзНз), циклобутана (С4Нв) и окиси этилена (СаНдО). Предпочтительна  топливна  смесь должна включать ацетиленовый газ вместе с, по меньшей мере, одним вторым горючим газом, таким как пропилен.

Дл  большинства применений газова  смесь из насто щего изобретени  могла бы иметь атомное соотношение кислорода и углерода от приблизительно 0,9 до приблизительно 2,0, предпочтительно, от приблизительно 0.95 до приблизительно 1.6, и наиболее предпочтительно от приблизительно 0,98 до 1.4. Атомное соотношение между кислородом и углеродом ниже 0.9 должно быть а общем неподход щим из-за образовани  свободного углерода и сажи, в то врем  как их соотношение свыше 2,0 дол00

CJ

о о

00

ел

со

жно быть главным образом непригодным дл  карбидных и металлических покрытий в св зи с тем, что плам  становитс  слишком окислительным.

В предпочтительном варианте насто щего изобретени  газова  смесь должна содержать от 35 до 80 об,.% кислорода, от 2 до 50% объем, ацетилена и 2-60 об.% второго горючего газообразного топлива. В более предпочтительном варианте изобретени  газообразна  топливно-оиислительна  смесь должна содержать от 45 до 70 об.% кислорода, от 7 до 45 об.% ацетилена и 10-45 об.% второго горючего топлива, В другом более предпочтительном варианте изобретени  газообразна  топливно-окис- лительна  смесь должна содержать от 50 до 65 об.% кислорода, от 12 до 26 об.% ацетилена и 18-30 об.% второго горючего газообразного топлива, такого как пропилен. В некоторых случа х может оказатьс  желательно добавл ть к газообразной топливно-окис- лительной смеси инертный газ-разбавитель. Подход щими инертными разбавительными газами должны быть аргон, неон, криптон, ксенон , гелий иазОт.

Обычно вде известные материалы покрытий можно использовать с новой газовой смесью из насто щего изобретени . Помимо этого, известные композиции покрытий при использовании при более низких температурах и более высоких давлени х по сравнению с прин тыми в технике , образуют покрыти  на подложках, которые содержат известные композиции,, но обладают новыми и неочевидными физическими свойствами, такими как твердость. Примеры подход щих покровных композиций дл  использовани  с предусмотренной насто щим изобретением газовой смесью должны включать карбид вольфрама-ко- бальт, карбид вольфрама-никель, карбид вольфрама-кобальт хром, карбид вольфра- ма-нихром, хром-никель,:окись алюмини , карбид хрома - никель хром, карбид хрома- кобальт хром, вольфрам - карбид титана - никель, сплавы кобальта, окисна  дисперси  в сплавах кобальта, окись алюмини , двуокись титана, сплавы на основе меди, сплавы на основе хрома, окись хрома, окись хрома совместно с окисью алюмини , окись титана, титан совместно с окисью алюмини , сплавы на основе железа, никель, сплавы на основе никел , и т.п. Эти уникальные материалы покрыти  идеально пригодны дл  покрыти  подложек, выполненных из таких материалов, как титан, сталь, алюминий , никель, кобальт, их сплавы и т.п.

Порошками дл  нанесени  покрыти  в соответствии с насто щими изобретением

предпочтительно  вл ютс  порошки, полученные с помощью процесса лить  и дроблени . В этом процессе составл ющие компоненты порошка расплавл ют и отливают в слиток оболочковой (корковой) формы . После этого этот слиток измельчают с целью получени  порошка, который затем просеивают с целью получени  частиц требуемого гранулометрического состава,

Однако, также могут использоватьс  другие формы порошка, такие как спекаемые порошки, полученные при помощи процесса спекани , и смеси порошков. В процессе спекани  компоненты порошка

подвергают спеканию вместе с превращением в спекшийс  брикет и затем этот брикет измельчают с целью получени  порошка, который затем просеивают с целью получени  частиц требуемого гранунеметрического состава.

Дл  иллюстрации насто щего изобретени  ниже приведено несколько примеров. В этих примерах покрыти , были получены с использованием следующих порошковых

композиций, приведенных в табл.1.

Пример 1. Газова  смесь из композиций , приведенных в табл.2, кажда  были введены в детонационный пйстолет-распылитель с целью получени  детонируемой смеси, характеризуемой атомным соотношением между кислородом и углеродом, приведенным в табл.2.

Порошок пробы покрыти  Атакже ввели

в пистолет-распылитель. Расход каждой газообразной топливо-окислительной смеси составл л 13 куб,футов в минуту/0 ,38 м3/мин, за исключением проб 28,29 и 30, расходы которых составл ли 11 куб.футов/мин . (0,31 м /мин), и массовый расход каждого покровного порошка составл л 53,3 г/мин, за исключением пробы 29, массовый расход которой составл л 46,7 г/мин, и пробы 30, массовый расход которой составл л 40,0 г/мин. Газообразна  топливна  смесь в объемных процентах и атомное соотношение между кислородом и углеродом дл  каждого примера покрыти  приведены в табл.2. Проба покровного порошка

была введена в детонационный пистолет- распылитель и в то же самое врем  что и газообразна  топливо-окислительна  смесь. Зажигание детонационного пистолета-распылител  производилось с частотой

приблизительно 8 раз в секунду, и покровный порошок в детонационном пистолете- распылителе был направлен на стальную подложку с целью получени  плотного, прилегающего покрыти  из фасонных микроскопичёских листиков, св занных между собой и перекрывающих один другой.

Весовое процентное содержание кобальта и углерода в покрытом слое было определено совместно с твердостью покрыти . Твердость большинства из примеров покрыти  в табл.2 была измерена как поверхностна  твердость по Роквеллу и пересчитана в твердость по Виккерсу. При определении поверхностной твердости по Роквеллу использован стандартный метод ASTM Е-18. Твердость измер ют на гладкой и ровной поверхности собственно покрыти , нанесенного на закаленную стальную подложку. Значени  твердости по Роквеллу были пересчитаны (переведены) в значени  твердости по Виккерсу по следующей формуле: HV.3 1774 + 37.433HR45N, где HV.3 - твердость по Виккерсу, полученна  с помощью нагрузки 0,3 кгс, a HR45N-значение поверхностной твердости по Роквеллу, полученное на шкале N с помощью алмазного наконечника и при нагрузке 45- кгс. Твердость покрытий линии 28,29 и 30 была определена непосредственно как твердость по Виккерсу. Использованный способ определени  твердости по Виккерсу по существу соответствует стандартному методу ASTM Е-384, за исключением того, что измер ли лишь одну диагональ квадратного отпечатка вместо измерени  и усреднени  длин обеих диагоналей. Была использована нагрузка 0,3 кгс (HV.3). Эти данные приведены в табл.2. Значени  свидетельствуют о том, что дл  покрытий, полученных с использованием пропилена вместо азота в газообразной топливной смеси, твердость была отличной.

Эрози   вл етс  формой износа, при котором материал удал етс  с поверхности под воздействием удар ющих о нее частиц. Эти частицы обычно  вл ютс  твердыми и перенос тс  либо газообразным, либо жидкостным потоком, хот  эти частицы могут представл ть собой жидкость, перемещаемую газовым потоком.

Дл  измерени  степени эрозионного износа покрытий, представленных в примерах , была использована методика испытаний , аналогична  методу, описанному в ASTM 76-83, По существу приблизительно . 1,2 г/Мин, глиноземистого абразива подают в газовом потоке к соплу, установленному на короткой оси, так что она может устанавливатьс  дл  различных углов атаки частиц при поддержании посто нного рассто ни . Обычно на практике прин то испытывать покрыти  при углах атаки как 90°. так и 30°.

В процессе испытани  удар ющиес  о поверхность частицы создают на испытуемом образце кратер. Определенную глубину рубца кратера дел т на количество

абразивного материала, воздействовавшего на образец. Результаты износа в микрометрах (микронах) на один грамм абразивного материала принимают за скорость эрозионного износа (мкм/г). Эти данные также приведены в табл.2.

Данные о твердости и эрозионном износе свидетельствуют о том, что при использовании смеси ацетилена, углеводородного газа и кислорода вместо разбавленной азотом ацетилено-кислородной смеси можно получить покрытие, обладающее более высокой твердостью при одном и том же содержании кобальта (сравните образец покрыти  9 с образцами покрыти  22 и 23)

или характеризуемое более высоким содержанием кобальта при одинаковой твердости (сравните образец покрыти  1 с образцом покрыти  22),

Пример 2. Газова  топливно-окислительна  смесь из композиций, приведенных в таблице 3, кажда  была введена в детонационный пистолет-распылитель при объемном расходе 13,5 куб.футов в минуту (0,385 м /мин) с целью образовани  детонируемой смеси, характеризуемой атомным соотношением между кислородом и углеродом , также представленным в табл.3. В качестве порошка покрыти  был использован образец А, и топливно-окислительна  смесь

и расход порошка соответствуют также приведенным в табл.3. Аналогично примеру 1, были определены твердость по Виккерсу и скорость эрозии (мкм/г), и эти данные приведены в табл.3. Как хорошо видно из этих

данных, дл  получени  газообразной топ- ливно-окислительной смеси в соответствии с насто щим изобретением дл  покрыти  подложек можно использовать различные углеводородные газы вместе с ацетиленом,

Данные о твердости по Виккерсу иллюстрируют то, что использу  смесь ацетилена, углеводородного газа и кислорода вместо смеси ацетилена, кислорода и азота можно получить либо покрытие, обладающее более

высокой твердостью при одинаковом содержании кобальта (сравните образцы покрыти  образцов 5 и 10 с образцом покрыти  образца 23 в табл.2), или покрытие, обладающее более высоким содержанием кобальта при одинаковой твердости (сравните покрыти  образцов 6, 11с покрытием образца 22 в табл.2).

Пример 3. Газообразна  топливно- окислительна  смесь из композиций, приведенных в табл.4, кажда  была введена в детонационный пистолет-распылитель с целью образовани  детонируемой смеси, характеризуемой атомным соотношением между кислородом и углеродом, также приведенным в табл.4. В качестве покрыти  по- ро.шка был использован образец В, а топливно-окислительна  смесь соответствует также представленной в табл.4..Объемный расход газа составил 13,5 куб.фута/млн. (0,385 м /мин) с расходом, приведенным в табл.4. Аналогично примеру 1, были определены твердость и скорость эрозии (мкм/г), и эти данные приведены в табл.4. В то врем  как спекшиес  порошки не демонстрируют большое изменение в содержании кобальта в зависимости от изменений температуры пистолета-распылител , покрыти  более высокой прочности с эквивалентными содержани ми кобальта можно получить с помощью смесей ацетилена , углеводородного газа и кислорода, чем с помощью а.цетилено-кислородо-азотных смесей (сравните покрыти  образца 4 с по- крытием образца 1).

Пример 4. Газообразна  топливно- окислительна  смесь из композиций, приведенных в табл.5, кажда  была введена в детонационный пистолет-распылитель с целью образовани  детонируемой смеси, характеризуемой атомным соотношением между кислородом и углеродом, также приведенным в табл.5. В качестве порошка покрыти  был использован образец С, а топливно-окислительна  смесь также соответствует смеси, проиллюстрированной в табл.5. Объемный расход газа составил 13,5 куб.футов/мин (0,385 м /мин) при расходе, приведенном в табл.5. Аналогично примеру 1, были определены твердость по Виккерсу и скорость эрозии (мкм/г) и эти данные приведены в табл.5. Данные твердости по Виккерсу свидетельствуют о том, что с помощью смеси ацетилена, углеводородного газа и кислорода вместо ацетиленр-кислородо- азотной смеси можно получить покрытие, обладающее более высокой твердостью при одинаковом содержании кобальта (сравните образец покрыти  2 с образцом покрыти  1).

Пример 5. Газообразна  топливно- окислительна  смесь из композиций, приведенных & табл.6, кажда  была введена в детонационный пистолет-распылитель с целью образовани  детонируемой смеси с атомным соотношением между кислородом и углеродом, соответствующим также приведенному в табл.6. В качестве порошка покрыти  был использован порошок D, а

топливно-окислительна  смесь также соответствует приведенной в табл.б, Объемный расход газа составл л 13,5 куб.фута в минуту (0,385 м3/мин), за исключением покрытий

образцов 17,18 и 19, объемный расход газа дл  которых составл л 11,0 куб.футов в минуту (0,312 м3/мин), и весовой расход (порошка - прим.пер.) составл л 46,7 г/мин. Аналогично примеру 1, были определены

твердость по Виккерсу и скорость эрозии (мкм/г) и эти данные приведены в таблице 6. Данные твердости по Виккерсу свидетельствуют о том, что с помощью смеси ацетилена , углеводородного газа и кислорода

вместо ацетилено-кислородо-азотной смеси можно получить либо покрытие, характеризуемое более высокой твердостью при одинаковом содержании кобальта (сравните покрытие образца 5 с покрытием образца

17) или покрытие, характеризуемое более высоким содержанием кобальта дл  одной и той же твердости (сравните покрытие образца 5 с покрытием образца 18).

С целью дополнительно подчеркнуть

возможность использовани  новой газообразной композиции дл  покрытий различного типа прилагаетс  пример, в котором покрытие нового типа сопоставл етс  с ранее известным в эксперименте по нанесению вольфрам-хром карбидного никелевого покрыти  на подложку. Как очевидно, из данных, приведенных в этом примере, твердость покрыти , при нанесении которого используют новую газовую композицию, оказалось более высокой, как это определили в ходе испытани  на твердость по Роквел- лу. Кроме того, испытани  на истирание песком и эрозию показали, что покрытие,

нанесенное с использованием новой газообразной композиции, превосходит ранее известные.

Испытание на истирание песком.

Дл  испытани  покрытий на стойкость к

абразивному истиранию Американское общество по испытанию материалов (ASTM) рекомендует использовать нижеследующую практическую методику С-65. 8 ходе проведени  такого испытани  покрытие истирают порошком, который прижимают к покрытию вращающимс  резиновым колесом ,

Конкретно в качестве порошка использовал и кремнеземный песок с размером частиц 50-70 меш (0.188-0,140 мм). Это резиновое колесо было выполнено из хлор- бутилового каучука с твердостью по твердомеру А58-60. Скорость вращени  колеса составл ла 200 об./мин. Такое колесо прижимали к поверхности покрыти  с использованием груза весом 30 фунтов 13,6 кг в течение цикла из 600 об. Износ измер ли по потере материала покрыти  за 1000 об.

Испытание на эрозию.

Стойкость покрыти  к эрозии определ ли в ходе проведени  испытани  в соответствии с рекомендованной ASTM методикой С-76. В этом испытании твердые частицы (окись алюмини , 27 мкм) захватываютс  струей газа (аргона) и направл ютс  на поверхность покрыти , обычно под углом 30 или 90° к горизонтали. Эрозию измер ют по потере материала покрыти  на единицу количества частиц.

Значени  средней твердости, истирани  песком и эрозии сведены в табл.2 дл  нескольких покрытий из продуктов образца покрыти  А и образца покрыти  В, восстановленного по способу образца А и способу образца В (соответственно).

При м е р. В детонационный пистолет дл  приготовлени  детонирующей смеси вводили газообразную топливно-ркисли- тельную смесь, состав которой как образец способа А и образец способа В приведен в нижеследующей таблице. В детонационный пистолет вводили также порошок, который содержал приблизительно 67 вес.% вольфрама , примерно 22 вес.% хрома, около- 6 вес.% угл  и приблизительно 5 вес.% никел . Расход потока каждой из газообразной топливно-окислительной смеси составл л от 11 до 13 куб.футов/мин, 0,31-0,37 куб./мин, а расход потока каждого из порошков дл  нанесени  покрытий был равным 14,0 г/мин. Объемный процент газообразной топливной смеси и атомарное соотношение между кислородом и углеродом дл  каждого покрыти  приведены в табл.1. Образец порошка дл  нанесени  покрыти  вводили в детонационный пистолет одновременно с газообразной топливно- окислительной смесью. Детонационный пистолет приводилс  в действие со скоростью приблизительно 8 раз/с, а порошок дл  нанесени  покрытий в детонационном пистолете направл ли на стальную подложку, причем в расплавленном состо нии с образованием плотного и прочно сцепленного покрыти  в форме микроскопических листьев , которые сращиваютс  и перекрывают друг друга.

Покрытие, наносимое с использованием способа образца А. носит название образца покрыти  А, а покрытие, наносимое с использованием способа образца В, носит название образца покрыти  В. Было установлено , что образец покрыти  А включает

в себ  матрицу с аморфной фазой, обьем которой составл ет, по меньшей мере, 25%, в то врем  как образец покрыти  В, как было установлено, включает в себ  матрицу с аморфной фазой, обьем которой равен менее 15%, что определили анализом электронной микроскопии просвечивающего типа.

Испытани  на твердость. Значени  твердости покрытий измер ли с помощью прибора дл  определени  поверхностной твердости по Роквеллу. Твердость по Роквеллу измер ли на поверхности покрыти  в соответствии со стандар- тным методом ASTM E-18. При этом использовали шкалу поверхностной твердости 45N.

Claims (3)

1. Формула изобретени  1 .Газова  смесь дл  детонационного на- пылени  покрытий, содержаща  кислородсодержащий окислитель и ацетилен, отличающа с  тем, что, с целью повышени  твердости покрытий, она дополнительно содержит углеводород жирного р да или р да этилена при атомном соотношении между кислородом и углеродом от 0,9 до 2,0 от общего количества смеси и следующем содержании компонентов, об.%:

   Окислитель35-80

   Ацетилен2-50

   Углеводород жирного р да или этилена2-60.
2. 2.Смесьпоп.1,отличающа с  тем,

   что в качестве углеводорода жирного р да или р да этилена она содержит газ, выбранный из группы, включающей пропилен, метан , этилен, метилацетилен, пропан, пентан, бутадиен, бутилен, бутан, окись этилена , этан, циклопропан, пропандиен, цик- лобутан и их смеси.
3. 3.Смесь по пп.Т и2,отличающа - с   тем, что в качестве кислородсодержащего окислител  она содержит кислород или

   закись азота, или их смеси.

   4,Смесь по пп.1-3,.о тличающа с  тем, что она содержит инертный газ, выбранный из группы, включающей аргон, неон , криптон, ксенон, гелий и азот в качестве

   разбавител .

   т а С   и ц а 1

   не (I) измерена кэк поверхностна  твердость по Роквеллу и переведена в твердость по Оиккерсу, если мет ЛРУГИХ указаний по знаком звездочки ( ).

   Свойства покрытий, полученных из порошка А

   ТаблицаЗ

   15

   Свойства покрытий, полученных из порошка С

   Примечание. (1) Определена как поверхностна  твердость по Роквеллу и

   переведена а значение твердости по Виккерсу, если в противном случае нет другого указани  под знаком звездочки

   1830085

   16

   Т а б л и ц а 5.

   Номинальные параметры детонационного пистолета дл  нанесени  покрыти 

   Та б л и ц а 7

   Таблица 8