RU2036022C1

RU2036022C1 - Device for application of coatings to article internal surfaces by detonation

Info

Publication number: RU2036022C1
Authority: RU
Inventors: В.А. Яковлев; А.Г. Погорилый; Ю.А. Вольвач
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Детон"
Priority date: 1992-05-28
Filing date: 1992-05-28
Publication date: 1995-05-27
Also published as: UA5432C2

Abstract

FIELD: application of coatings. SUBSTANCE: device for application of coatings to article internal surfaces by detonation has, at least, one auxiliary barrel for supply of products of gas detonation. Auxiliary barrel is parallel to main barrel and enters outlet chamber near its internal wall opposite to opened end face. Openings of all barrels entering the outlet chamber are located in one plane, and opened end of outlet chamber is square to this plane. Presence of auxiliary barrel makes it possible to impart additional energy to particles at outlet and to improve quality of applied coatings. EFFECT: higher efficiency. 3 dwg

Description

Изобретение относится к технике нанесения покрытий из порошковых материалов, в частности касается устройств для детонационного нанесения покрытий на внутреннюю поверхность изделий, позволяющих обеспечить повышение износостойкости, жаропрочности и других свойств внутренних поверхностей деталей, используемых в различных отраслях промышленности. The invention relates to a technique for applying coatings of powder materials, in particular, to devices for detonation coating on the inner surface of products, which allows to increase the wear resistance, heat resistance and other properties of the inner surfaces of parts used in various industries.

Известно устройство для детонационного напыления покрытий, содержащее ствол, соединенный с дозатором порошка, системой подачи газов и зажигания [1] Данное устройство позволяет наносить покрытия на наружные поверхности изделий, а также на внутренние повеpхности втулок с соотношением длины к диаметру l ≅d. При этом втулка перед напылением располагается под углом к оси ствола. A device for detonation spraying of coatings containing a barrel connected to a powder dispenser, a gas supply system and ignition [1] This device allows you to apply coatings on the outer surfaces of the products, as well as on the inner surfaces of the bushings with a ratio of length to diameter l ≅ d. In this case, the sleeve before spraying is located at an angle to the axis of the barrel.

Однако такое устройство можно использовать только для весьма ограниченного круга изделий, так как оно не обеспечивает нанесения покрытий на внутренние поверхности широкого класса изделий различных форм и размеров. However, such a device can be used only for a very limited range of products, since it does not provide coating on the inner surfaces of a wide class of products of various shapes and sizes.

Устранить этот недостаток стало возможным при использовании специальных отражателей частиц порошка, движущихся в высокоскоростном потоке продуктов детонации. Эти отражатели (твердость поверхности которых должна быть не менее НРС60) могут быть установлены как внутри напыляемого изделия, так и вне его. It became possible to eliminate this drawback by using special reflectors of powder particles moving in a high-speed flow of detonation products. These reflectors (whose surface hardness should be at least HPC60) can be installed both inside and outside the sprayed product.

Известно также устройство для нанесения покрытия на внутренние поверхности изделий, в котором такой отражатель закреплен в полости изделия и выполнен в виде набора установленных на одной оси со смешением элементов, первый из которых конический, а остальные выполнены в виде усеченных конусов с внутренними сквозными полостями, причем диаметр верхнего основания последующего элемента экрана меньше диаметра нижнего основания предыдущего элемента [2]
Однако известно, что некоторые легкоплавкие материалы Zn, Al, Cu, Co и др. ) образуют покрытия даже с твердосплавной подложкой, имеющей твердость поверхности НРС 60. Это ограничивает технологические возможности нанесения покрытия с использованием указанных выше отражателей. Кроме того, процесс отображения приводит к уменьшению кинетической энергии частиц и, следовательно, к образованию несплошного, неравномерно распределенного по поверхности покрытия.A device for coating on the inner surfaces of products is also known, in which such a reflector is fixed in the cavity of the product and is made in the form of a set of elements mounted on the same axis with mixing, the first of which is conical, and the rest are made in the form of truncated cones with internal through cavities, moreover the diameter of the upper base of the subsequent element of the screen is less than the diameter of the lower base of the previous element [2]
However, it is known that some low-melting materials Zn, Al, Cu, Co, etc.) form coatings even with a carbide substrate having a surface hardness of LDC 60. This limits the technological possibilities of coating using the above reflectors. In addition, the display process leads to a decrease in the kinetic energy of the particles and, consequently, to the formation of a discontinuous, unevenly distributed over the surface of the coating.

Кроме того, данное устройство имеет достаточно сложную конструкцию, если учесть, что в ряде случаев для его эффективной работы требуется обеспечить взаимное перемещение изделия и отражателя. In addition, this device has a rather complicated design, given that in some cases for its effective operation it is necessary to ensure mutual movement of the product and the reflector.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по сущности и достигаемому результату является устройство для детонационного напыления покрытий на внутреннюю поверхность изделий [3] содержащее ствол с прямолинейным каналом разгона и разогрева частиц порошка, подаваемых из порошкового питателя. Этот канал входит в выходную камеру, открытый торец которой расположен под углом к оси ствола. Такая выходная камера, являющаяся в вариантах выполнения насадкой для прямолинейного канала, обеспечивает изменение траектории движения частиц порошка в сторону внутренней поверхности изделий. Устройство, кроме того, содержит расположенные со стороны закрытого торца ствола систему подачи газовой смеси и узел инициирования взрыва. The closest to the proposed invention in essence and the achieved result is a device for detonation spraying of coatings on the inner surface of products [3] containing a barrel with a straight channel for accelerating and heating powder particles supplied from a powder feeder. This channel enters the exit chamber, the open end of which is located at an angle to the axis of the barrel. Such an output chamber, which in embodiments is a nozzle for a rectilinear channel, provides a change in the trajectory of the movement of powder particles towards the inner surface of the products. The device also comprises a gas mixture supply system and an explosion initiation unit located on the closed end of the barrel.

Данное устройство позволяет достаточно просто направлять поток частиц порошка во внутренние объемы изделий под определенными углами к напыляемой поверхности. Для реализации устройства, предполагающей наличие набора насадок с различной степенью изгиба и протяженности, могут быть использованы существующие модели устройств для детонационного напыления покрытий на наружные поверхности изделий. This device allows you to quite simply direct the flow of powder particles into the internal volumes of the products at certain angles to the sprayed surface. To implement a device involving a set of nozzles with varying degrees of bending and length, existing models of devices for detonation spraying of coatings on the outer surfaces of products can be used.

Однако при прохождении частиц в прямолинейном канале и последующем отражении частиц от внутренних стенок выходной камеры при изменении траектории движения последние теряют часть своей тепловой и кинетической энергии, при этом ухудшается качество наносимых покрытий в особенности для тугоплавких материалов. Недостаточными энергетическими возможностями частиц порошка на выходе можно объяснить и тот факт, что устройство может работать только в узком диапазоне угла поворота насадки по отношению к прямолинейному каналу. В частности, исключен вариант подачи порошка под прямым углом к поверхности. Кроме того, уменьшение энергии частиц на выходе приводит к такому нежелательному явлению, как "залипание" частиц на внутренних стенках выходной камеры, приводящее к уменьшению проходного сечения этих камер, а следовательно, к нестабильности и ненадежности ведения процесса. However, during the passage of particles in a straight channel and subsequent reflection of particles from the inner walls of the output chamber, when the trajectory of motion changes, the latter lose part of their thermal and kinetic energy, while the quality of the applied coatings deteriorates, especially for refractory materials. The insufficient energy capabilities of the powder particles at the outlet can also explain the fact that the device can only work in a narrow range of the angle of rotation of the nozzle with respect to the rectilinear channel. In particular, the option of feeding the powder at right angles to the surface is excluded. In addition, a decrease in the energy of the particles at the exit leads to such an undesirable phenomenon as “sticking” of particles on the inner walls of the exit chamber, which leads to a decrease in the flow cross section of these chambers and, consequently, to instability and unreliability of the process.

Цель изобретения создание такого устройства для детонационного нанесения покрытий на внутреннюю поверхность изделий, в котором благодаря использованию вспомогательного потока продуктов газовой детонации, введенного в определенный момент времени в поток частиц порошка, удалось бы на коротком участке пробега частиц на выходе сообщить им дополнительную тепловую и кинетическую энергию, достаточную для преодоления указанных выше противоречий. The purpose of the invention is the creation of such a device for detonation coating on the inner surface of products, in which thanks to the use of an auxiliary flow of gas detonation products introduced at a certain point in time into the flow of powder particles, it would be possible to convey additional thermal and kinetic energy to them at a short exit path sufficient to overcome the above contradictions.

Для этого в устройство, содержащее основной ствол с прямолинейным каналом разгона и разогрева частиц порошка, сообщающимся с выходной камерой изогнутой формы, открытый торец которой обращен в сторону внутренней поверхности изделий, а также систему подачи газовой смеси и узел инициирования взрыва, согласно изобретению введен по меньшей мере один вспомогательный ствол для подачи продуктов газовой детонации, расположенный параллельно основному стволу и входящий в выходную камеру вблизи ее внутренней стенки, противоположной открытому торцу, причем отверстия всех стволов, входящих в выполненную камеру, расположены в одной плоскости и открытый торец выходной камеры перпендикулярен этой плоскости. To this end, a device containing a main barrel with a straight-line channel for accelerating and heating powder particles communicating with an output chamber of curved shape, the open end of which faces the inner surface of the products, as well as a gas mixture supply system and an explosion initiation unit, is introduced according to the invention at least at least one auxiliary barrel for supplying gas detonation products located parallel to the main barrel and entering the outlet chamber near its inner wall opposite to the open one rtsu, and the openings of all the trunks included in the made chamber are located in one plane and the open end of the outlet chamber is perpendicular to this plane.

Выполнение устройства согласно изобретению позволяет создать компактную конструкцию (за счет параллельного расположения стволов), обеспечивающую в месте столкновения двух потоков в выходной камере создание условий вовлечения частиц порошка в поток, подаваемый из вспомогательного ствола и обладающий высокими энергетическими параметрами, и передачу этим частицам дополнительной энергии. Этому же способствует и зона повышенного давления, возникающая при сжатии детонационной волны на изгибе выходной камеры со стороны внутренней стенки с меньшим диаметром скругления. Эта зона охватывает входящий в выходную камеру канал разгона и разогрева частиц порошка и распространяется в сторону открытого торца указанной камеры. Усилению мощности напорных потоков будет способствовать также и наличие нескольких вспомогательных стволов. The implementation of the device according to the invention allows you to create a compact design (due to the parallel arrangement of the trunks), providing at the point of collision of two streams in the output chamber, the creation of conditions for the involvement of powder particles in the stream supplied from the auxiliary barrel and having high energy parameters, and the transfer of additional energy to these particles. The high pressure zone, which occurs when the detonation wave is compressed on the bend of the output chamber from the side of the inner wall with a smaller rounding diameter, also contributes to this. This zone covers the channel for accelerating and heating the powder particles entering the output chamber and extends toward the open end of the specified chamber. The presence of several auxiliary shafts will also contribute to the increase in power of pressure flows.

Кроме того, такое выполнение устройства позволяет обеспечить подачу частиц порошка перпендикулярно напыляемой поверхности, за счет чего улучшаются адгезионные характеристики наносимых покрытий. In addition, this embodiment of the device allows for the supply of powder particles perpendicular to the sprayed surface, thereby improving the adhesion characteristics of the applied coatings.

На фиг.1 представлено схематическое изображение устройства для детонационного нанесения покрытий на внутреннюю поверхность изделия; на фиг.2 фрагмент выходной камеры устройства с одним вспомогательным стволом; на фиг.3 то же, с двумя вспомогательными стволами. Figure 1 presents a schematic illustration of a device for detonation coating on the inner surface of the product; figure 2 a fragment of the output chamber of the device with one auxiliary barrel; figure 3 the same, with two auxiliary trunks.

Устройство содержит основной ствол 1, сообщающиеся с ним со стороны закрытого торца порошковый дозатор 2 (в вариантах выполнения их может быть несколько) и систему 3 подачи газовой смеси. Со стороны открытого торца ствола 1 выполнен цилиндрический канал разгона и разогрева частиц порошка, входящий в выходную камеру 4, изогнутой формы, открытый торец которой обращен в сторону внутренней поверхности изделий (не показано). Степенью прогнутости камеры 4 можно регулировать угол отклонения частиц от их прямолинейной траектории. The device comprises a main barrel 1, a powder dispenser 2 communicating with it from the closed end side (there may be several of them in embodiments) and a gas mixture supply system 3. On the side of the open end of the barrel 1, a cylindrical channel for accelerating and heating the powder particles is made, which enters the exit chamber 4, of a curved shape, the open end of which faces the inner surface of the products (not shown). The degree of curvature of the chamber 4, you can adjust the angle of deviation of the particles from their straight path.

Согласно изобретению предлагаемое устройство имеет по меньшей мере один вспомогательный ствол 5, установленный параллельно основному стволу 1 и входящий в выходную камеру 4 вблизи ее внутренней стенки 6, имеющей больший диаметр скругления. Вспомогательный ствол 5 служит для подачи потока продуктов газовой детонации в выходную камеру 4. Этот поток является напорным по отношению к потоку частиц порошка на выходе из основного ствола 1. Для этих целей поток продуктов газовой детонации, выходящий из вспомогательного ствола 5, должен иметь более высокие энергетические параметры по сравнению с аналогичным потоком в основном стволе 1. Достичь этого возможно, например, используя в стволе 5 больший объем камеры 7 зажигания, как это и показано на фиг. 1. В камере 7 установлен узел 8 инициирования взрыва в виде свечи зажигания, являющейся общей для двух стволов. Распространению пламени в ствол 1 способствует, в частности, соединительное отверстие 9. В вариантах выполнения устройства возможно использование раздельных свеч зажигания в каждом из стволов и соответствующая система управления. Кроме того, возможно использование нескольких вспомогательных стволов 5 (фиг.3), обеспечивающих создание более мощных напорных потоков в выходной камере 4. Сама выходная камера 4, формирующая направление выходного потока частиц, также может иметь несколько модификаций в зависимости от требований, предъявляемых к качеству покрытия. According to the invention, the device according to the invention has at least one auxiliary barrel 5 mounted parallel to the main barrel 1 and entering the output chamber 4 near its inner wall 6 having a larger round diameter. The auxiliary barrel 5 serves to supply the flow of gas detonation products into the outlet chamber 4. This flow is pressure with respect to the flow of powder particles at the outlet of the main barrel 1. For these purposes, the flow of gas detonation products exiting the auxiliary barrel 5 should have higher energy parameters compared to a similar flow in the main barrel 1. This can be achieved, for example, by using a larger volume of the ignition chamber 7 in the barrel 5, as shown in FIG. 1. In the chamber 7, an explosion initiation unit 8 is installed in the form of a spark plug, which is common to two shafts. The propagation of the flame in the barrel 1 is facilitated, in particular, by the connecting hole 9. In embodiments of the device, it is possible to use separate spark plugs in each of the trunks and a corresponding control system. In addition, it is possible to use several auxiliary shafts 5 (Fig. 3), which provide the creation of more powerful pressure flows in the output chamber 4. The output chamber 4 itself, which forms the direction of the output particle stream, can also have several modifications depending on the quality requirements coverings.

Так, в соответствии с одним из аспектов данного изобретения, отверстия всех стволов, входящих в выходную камеру 4, должны быть расположены в одной плоскости, как это показано на фиг.1. При этом открытый торец камеры 4 выполнен перпендикулярно этой плоскости. Такое выполнение обеспечивает подачу потока частиц порошка перпендикулярно поверхности напыления. Возможен вариант выполнения выходной камеры, в которой открытый торец расположен под углом к оси ствола 1,5. So, in accordance with one aspect of the present invention, the openings of all the trunks included in the output chamber 4 should be located in the same plane, as shown in figure 1. While the open end of the chamber 4 is made perpendicular to this plane. This embodiment provides a flow of powder particles perpendicular to the spraying surface. A possible embodiment of the output chamber, in which the open end is located at an angle to the axis of the barrel 1.5.

Для улучшения производительности может быть предусмотрена возможность перемещения изделия относительно стволов. To improve performance, it may be possible to move the product relative to the trunks.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В одном цикле работы в основной ствол 1 и вспомогательный ствол 5 через систему 3 подачи газовой смеси подается порция газовой смеси, способной детонировать при зажигании. Например, в ствол 1 подается пропано-кислородная, а в ствол 5 ацетилено-кислородная смесь. Непосредственно перед инициированием взрыва в канал основного ствола 1 через дозатор 2 впрыскивают порцию напыляемого материала (Al₂O₃). Горение и взрыв газовой смеси в камере 7 инициируют свечой 8. Одновременно через соединительное отверстие 9 происходит поджиг газовой смеси основного ствола 1. Предварительно разогретые и ускоренные частицы порошка входят в выходную камеру 4, сталкиваясь с потоком продуктов детонации, подаваемым из вспомогательного ствола 5, например, под прямым углом к оси ствола 1 (фиг.1). Энергетические параметры потока (его давление, плотность, скорость и т.д.), выходящего из вспомогательного ствола, заранее выбирают превышающими соответствующие энергетические параметры основного потока. Другими словами, поток продуктов детонации, поступающий из вспомогательного ствола 5, будет напорным по отношению к потоку частиц порошка, поступающему из ствола 1. Как указывалось выше, оптимальным является напорное давление во вспомогательном стволе 5, превышающее напорное давление в основном стволе 1 в пределах от 1,5 до 7 раз. Частицы порошка вовлекаются в суммарный поток, изменяют свою траекторию и устремляются к открытому торцу камеры, приобретая на коротком участке пробега дополнительную тепловую и кинетическую энергию.In one operation cycle, a portion of the gas mixture capable of detonating upon ignition is supplied to the main barrel 1 and the auxiliary barrel 5 through the gas mixture supply system 3. For example, propane-oxygen is fed into barrel 1, and an acetylene-oxygen mixture is fed into barrel 5. Immediately before initiating the explosion, a portion of the sprayed material (Al ₂ O ₃ ) is injected into the channel of the main barrel 1 through the dispenser 2. Combustion and explosion of the gas mixture in the chamber 7 is initiated by the candle 8. Simultaneously through the connecting hole 9, the gas mixture of the main barrel 1 is ignited. Preheated and accelerated powder particles enter the outlet chamber 4, encountering a detonation product stream supplied from the auxiliary barrel 5, for example , at right angles to the axis of the barrel 1 (figure 1). The energy parameters of the flow (its pressure, density, speed, etc.) emerging from the auxiliary barrel are preselected in excess of the corresponding energy parameters of the main stream. In other words, the detonation product stream coming from the auxiliary barrel 5 will be pressurized with respect to the powder particle stream coming from the barrel 1. As mentioned above, the pressure pressure in the auxiliary barrel 5 is higher than the pressure in the main barrel 1 ranging from 1.5 to 7 times. Powder particles are involved in the total flow, change their trajectory and rush to the open end of the chamber, acquiring additional thermal and kinetic energy in a short section of the path.

Соударяясь с внутренней поверхностью изделия, эти частицы порошка образуют высокоплотное покрытие. В зависимости от типа напыляемого материала прочность сцепления колеблется в пределах от 30 до 200 МПа с остаточной пористостью 1-2%
Таким образом, устройство для детонационного нанесения покрытий позволяет получать высокопрочные защитные покрытия на внутренних поверхностях изделий, используя для этого широкий спектр порошковых материалов. Техническое решение универсально, его можно эффективно использовать при необходимости и для нанесения детонационных покрытий на наружные поверхности изделий.Colliding with the inner surface of the product, these powder particles form a high-density coating. Depending on the type of sprayed material, the adhesion strength ranges from 30 to 200 MPa with a residual porosity of 1-2%
Thus, the device for detonation coating allows you to get high-strength protective coatings on the inner surfaces of the products, using a wide range of powder materials. The technical solution is universal, it can be effectively used if necessary and for applying detonation coatings on the outer surfaces of products.

Claims

DEVICE FOR KNOCKING COATINGS ON THE INTERNAL SURFACE OF PRODUCTS, containing a main barrel with a straight-line channel for dispersing and heating powder particles, communicating with an exit chamber of curved shape, the open end of which faces the inner surface of the products, as well as the gas mixture supply system and the initiation unit for initiating a gas mixture characterized in that the device is equipped with at least one auxiliary barrel for supplying gas detonation products located parallel to the main barrel and entering them in the outlet chamber near its inner wall opposite the open end, wherein the openings of all the trunks included in the outlet chamber are arranged in one plane and perpendicular to the open end of the discharge chamber to this plane.