RU194660U1 - Устройство для газотермического оксидирования металлических изделий - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к электротермическому оборудованию для газотермической обработки (оксидирования) металлоизделий, применяемых в машиностроении, химическом производстве, судостроении, имплантационной медицине и выполняемых из различных конструкционных металлических материалов с целью повышения прочностных характеристик и защитных свойств поверхности. Технический результат полезной модели заключается в придании поверхности металлоизделий широкого спектра функциональных свойств и эксплуатационных характеристик за счет получения термооксидных покрытий, модифицированных частицами различных порошковых материалов, а также в обеспечении равномерности подачи порошка в камеру оксидирования устройства. Устройство для газотермического оксидирования металлических изделий, включающее камеру оксидирования с системами нагрева и охлаждения, узлы для проточной подачи через камеру окислительной газовой среды, узлы для проточной подачи защитного охлаждающего газа, закрытую с двух противоположных сторон крышками, в одну из которых вмонтирован узел для подачи окислительной газовой среды и термопара, а другая снабжена защелкой, камера оксидирования выполнена с возможностью охлаждения оксидированных металлических изделий, при этом узел для подачи защитного охлаждающего газа вмонтирован в крышку устройства наряду с узлом для подачи окислительной газовой среды, а для отвода защитного охлаждающего газа из камеры использован узел для отвода окислительной газовой среды, узел для проточной подачи через камеру системы одновременной подачи окислительной газовой среды и порошковых материалов в камеру оксидирования окислительной газовой среды дополнительно содержит систему одновременной подачи окислительной газовой среды и порошковых материалов, оснащенную вибратором. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Полезная модель относится к электротермическому оборудованию для газотермической обработки (оксидирования) металлоизделий, применяемых в машиностроении, химическом производстве, судостроении, имплантационной медицине и выполняемых из различных конструкционных металлических материалов с целью повышения прочностных характеристик и защитных свойств поверхности.

Термооксидные покрытия на металлических изделиях получают с использованием газовых сред, преимущественно не содержащих воздух, что позволяет минимизировать образование в оксидном слое нежелательных металлонитридных соединений, ухудшающих качество оксидированной поверхности. Однако большинство известных устройств для газотермического оксидирования не имеют технической возможности для подачи в технологическую камеру порошковых материалов, содержащих также фракции наночастиц для дополнительного модифицирования поверхности и придания ей различных функциональных свойств и эксплуатационных характеристик.

Известна конструкция устройства для оксидирования металлов и сплавов [патент РФ 2189400, МПК: С23С 8/16, С23С 8/18, опубликован 20.09.2002], включающая камеру оксидирования (паровую камеру), систему циркуляции паровоздушной смеси, емкость с жидкой средой, конденсатор пара и сборник конденсата, систему нагрева камеры оксидирования, узел для подачи газовой смеси в камеру.

Недостатком данной конструкции является сложность и громоздкость конструкции. Изделия из титана и его сплавов оксидируются в данном устройстве с образованием в оксидном слое хрупких титанонитридных соединений из-за отсутствия в устройстве технической возможности для охлаждения изделий в защитном газе, а также из-за отсутствия системы одновременной подачи окислительной газовой среды и порошковых материалов в камеру оксидирования устройства для дополнительного модифицирования оксидированной поверхности частицами порошковых материалов.

Наиболее близким к предлагаемому решению является конструкция устройства для газотермического оксидирования изделий из титана и его сплавов [патент РФ 89528, МПК: С23С 8/16, С23С 8/18, опубликован 10.12.2009], которая включает камеру оксидирования с системами нагрева и охлаждения, узлы для проточной подачи через камеру окислительной газовой среды, узлы для проточной подачи защитного охлаждающего газа и закрытую с двух противоположных сторон крышками, в одну из которых вмонтированы узел для подачи окислительной газовой среды и термопара, а другая - снабжена защелкой, камера оксидирования выполнена с возможностью охлаждения оксидированных титановых изделий, при этом узел для подачи защитного охлаждающего газа вмонтирован в крышку устройства наряду с узлом для подачи окислительной газовой среды, а для отвода защитного охлаждающего газа из камеры использован узел для отвода окислительной газовой среды.

Недостатком данной конструкции является отсутствие системы одновременной подачи окислительной газовой среды и порошковых материалов в камеру оксидирования устройства для дополнительного модифицирования оксидированной поверхности частицами порошковых материалов.

Задачей полезной модели является создание конструкции устройства для газотермического оксидирования с системой одновременной подачи окислительной газовой среды и порошковых материалов в камеру оксидирования устройства с целью проведения газотермического оксидирования и дополнительного модифицирования оксидированной поверхности частицами порошковых материалов при предотвращении процесса их коагуляции.

Технический результат полезной модели заключается в придании поверхности металлоизделий широкого спектра функциональных свойств и эксплуатационных характеристик за счет получения термооксидных покрытий, модифицированных частицами различных порошковых материалов, а также в обеспечении равномерности подачи порошка в камеру оксидирования устройства.

Поставленная задача решается следующим образом. Предложено устройство для газотермического оксидирования металлических изделий, содержащее камеру оксидирования с вмонтированным газоотводящим штуцером для отвода из нее избытка окислительной газовой среды и защитного охлаждающего газа, соединенную с нагревательным элементом и системой охлаждения, газоподводящим штуцером для проточной подачи в упомянутую камеру окислительной газовой среды, штуцером для проточной подачи защитного охлаждающего газа и закрытую с двух противоположных сторон крышками, в одну из которых вмонтированы штуцер для подачи окислительной газовой среды, термопара и штуцер для проточной подачи защитного охлаждающего газа, при этом другая крышка снабжена защелкой, при этом камера оксидирования выполнена с возможностью охлаждения оксидированных металлических изделий. Заявленное устройство содержит воронку для подачи порошковых материалов, оснащенную вибратором, и камеру смешивания, соединенные с камерой оксидирования через упомянутый газоподводящий штуцер для проточной подачи, который выполнен с возможностью одновременной подачи в камеру окислительной газовой среды и порошковых материалов.

С применением предлагаемой системы можно обрабатывать такие металлические конструкционные материалы, как нержавеющие стали кобальтохромовые сплавы, титан, цирконий, медь, алюминий и их сплавы, широко применяемые в машиностроении, судостроении, химической промышленности, медицинской технике. В качестве порошковых материалов могут быть использованы наноразмерные и ультрамелкодисперсные фракции карбида титана, оксида титана, оксида циркония, оксида тантала, оксида алюминия.

Описание конструкции.

Предложенное устройство (фиг.) состоит из цилиндрической камеры 1, закрытой с двух сторон крышками 2 и 3, которая снабжена термопарой 4 и системой нагрева в виде расположенного на корпусе нагревательного элемента 5, соединенного с токоизолированными электрическими выводами 6 источника питания (на чертеже не показан). С внешней стороны нагревательный элемент 5 закрыт кожухом 7 с прокладками из теплоизолирующего материала. В крышку 2 вмонтирован штуцер 8 для подачи окислительной газовой среды для осуществления процесса оксидирования и штуцер 9 для подачи защитного газа для охлаждения изделий. Для отвода отработавших газов после оксидирования и охлаждения изделий в корпус камеры 1 вмонтирован газоотводящий штуцер 10. Устройство имеет систему охлаждения камеры 1 в виде охлаждающих контуров 11 со штуцерами, обеспечивающими циркуляцию жидкой среды. Охлаждающие контуры 11 расположены на корпусе камеры 1 с двух сторон нагревательного элемента 5 на равном от него расстоянии. Крышки 2 и 3 снабжены уплотнительными кольцами (на чертеже не показано), кроме этого, крышка 3 снабжена защелкой 12 для открывания и закрывания камеры 1. К камере 1 через штуцер 8 подсоединена система одновременной подачи окислительной газовой среды и порошковых материалов, которая состоит из воронки 13, камеры смешивания 14, штуцера 15 для соединения с газовым баллоном и отвода 16 для соединения со штуцером 8 через переходник 17. Воронка 13 оснащена вибратором 18 для предотвращения коагуляции частиц порошковых материалов и обеспечения их равномерной подачи.

Устройство работает следующим образом.

При открытой крышке 3 производят загрузку обрабатываемых изделий в камеру 1. После закрытия крышки 3 на защелку 12, с помощью токоизолированных электрических выводов 6, соединенных с источником питания производят включение нагревательного элемента 5, закрытого кожухом 7 с прокладками из теплоизолирующего материала для обеспечения заданной температуры в камере 1, используя при этом термопару 4. Через газоподводящий штуцер 8 крышки 2 в камеру 1 проточно подают смесь окислительной газовой средой и порошкового материала и осуществляют процесс газотермической обработки изделий. Через газоотводящий штуцер 10 производят отвод избытка окислительной газовой среды из камеры 1.

Порошковый материал засыпают в воронку 13, оснащенную вибратором 18 для предотвращения коагуляции частиц порошковых материалов. Из воронки 13 порошковый материал равномерно поступает в камеру смешивания 14. Окислительная газовая среда через штуцер 15 подается в камеру смешивания 14 и, увлекая за собой частицы порошкового материала, через штуцер 16 и переходник 17 поступает в камеру 1. Нагретые в камере 1 частицы порошкового материала осаждаются и закрепляются на термоактивированной поверхности за счет протекания термодиффузионных процессов, в результате чего оксидированная поверхность дополнительно модифицируется и приобретает повышенные физико-механические характеристики и защитные свойства. После завершения процесса газотермической обработки нагревательный элемент 5 отключают от источника питания, включают прокачку охлаждающей жидкой среды через контуры 11 для охлаждения камеры 1 и через штуцер 9 подают защитный газ для охлаждения модифицированных изделий, который отводится через штуцер 10. После завершения охлаждения оксидированных изделий и камеры 1, открыв крышку 3, изделия извлекают из устройства.

Таким образом, предложенное устройство для газотермического оксидирования металлических изделий с наличием системы одновременной подачи окислительной газовой среды и порошковых материалов в камеру оксидирования позволит получить оксидные покрытия, не содержащие хрупкие металлонитридные соединения и низкокоррозионностойкие металлооксидные фазы, существенно снижающие прочностные характеристики и защитные свойства поверхности металлоизделий. Получаемое покрытие характеризуется равномерностью по толщине модифицированного слоя за счет предотвращения коагулирования частиц порошковых материалов и их равномерной подачи в технологическую камеру. Система одновременной подачи окислительной газовой среды и порошковых материалов в камеру оксидирования, оснащенная вибратором, позволяет предотвратить процесс коагуляции мелкодисперсных частиц порошка и обеспечить их равномерную подачу в камеру оксидирования устройства.

Claims (1)

1. Устройство для газотермического оксидирования металлических изделий, содержащее камеру оксидирования с вмонтированным газоотводящим штуцером для отвода из нее избытка окислительной газовой среды и защитного охлаждающего газа, соединенную с нагревательным элементом и системой охлаждения, газоподводящим штуцером для проточной подачи в упомянутую камеру окислительной газовой среды и штуцером для проточной подачи защитного охлаждающего газа и закрытую с двух противоположных сторон крышками, в одну из которых вмонтированы штуцер для подачи окислительной газовой среды, термопара и штуцер для проточной подачи защитного охлаждающего газа, при этом другая крышка снабжена защелкой, при этом камера оксидирования выполнена с возможностью охлаждения оксидированных металлических изделий, отличающееся тем, что оно содержит воронку для подачи порошковых материалов, оснащенную вибратором, и камеру смешивания, соединенные с камерой оксидирования через упомянутый газоподводящий штуцер для проточной подачи, который выполнен с возможностью одновременной подачи в камеру окислительной газовой среды и порошковых материалов.

Images