RU2181788C1 - Method of producing composite materials and coats made from powders and device for realization of this method - Google Patents
Method of producing composite materials and coats made from powders and device for realization of this method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2181788C1 RU2181788C1 RU2000120661A RU2000120661A RU2181788C1 RU 2181788 C1 RU2181788 C1 RU 2181788C1 RU 2000120661 A RU2000120661 A RU 2000120661A RU 2000120661 A RU2000120661 A RU 2000120661A RU 2181788 C1 RU2181788 C1 RU 2181788C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- powder
- powder components
- accelerating
- flow
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Nozzles (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области порошковой металлургии и получению покрытий из порошковых материалов и может быть использовано при получении новых различных композиционных материалов и покрытий из них с уникальными свойствами, а также в различных отраслях промышленности для повышения технологических и физико-химических свойств изделий и придания им специфических свойств. The invention relates to the field of powder metallurgy and the production of coatings from powder materials and can be used to obtain new various composite materials and coatings from them with unique properties, as well as in various industries to improve the technological and physico-chemical properties of products and give them specific properties .
Известен способ получения тугоплавких твердых сплавов со связкой из группы железа с использованием самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) путем компактирования продуктов СВС динамическим давлением, генерируемым детонацией взрывчатых веществ [1]. A known method of producing refractory hard alloys with a binder from the iron group using self-propagating high-temperature synthesis (SHS) by compacting SHS products with dynamic pressure generated by the detonation of explosives [1].
Этот способ не требует дорогостоящего оборудования и позволяет получать высокоплотные композиты и интерметаллиды. This method does not require expensive equipment and allows to obtain high-density composites and intermetallic compounds.
Недостатком способа являются его ограниченные технологические возможности и достаточно высокие энергозатраты. Кроме этого, способ не обеспечивает высокую чистоту конечного продукта ввиду возможного загрязнения последнего продуктами детонации и не предусматривает возможность формирования композиционного материала в виде покрытия. The disadvantage of this method is its limited technological capabilities and relatively high energy costs. In addition, the method does not provide high purity of the final product due to the possible contamination of the latter with detonation products and does not provide for the possibility of forming a composite material in the form of a coating.
Известен способ получения керамических покрытий на трубах с помощью термитных реакций, который позволяет формировать материал покрытия без применения сложного дорогостоящего оборудования [2]. Способ позволяет получать покрытия значительной толщины, однако не исключает недостатков предыдущего способа. A known method of producing ceramic coatings on pipes using thermite reactions, which allows you to form a coating material without the use of complex expensive equipment [2]. The method allows to obtain coatings of significant thickness, but does not exclude the disadvantages of the previous method.
Направление в технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза имеет дело с новыми процессами, в которых может быть осуществлено нанесение и формирование покрытий на поверхности материала подложки, сопровождающееся одновременно получением на ней композиционных материалов, интерметаллидов и различного рода соединений. The direction in the technology of self-propagating high-temperature synthesis deals with new processes in which the deposition and formation of coatings on the surface of the substrate material can be carried out, accompanied by the simultaneous production of composite materials, intermetallic compounds and various kinds of compounds on it.
Известен способ получения композиционных материалов из порошковых компонентов, включающий приготовление экзотермического состава из порошковых материалов, введение газотранспортных добавок и покрываемых деталей, инициирование на них химического взаимодействия порошковых компонентов в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. В ходе процесса осуществляется газотранспортный перенос реагентов к поверхности деталей, на которой происходит химическая реакция с образованием СВС продукта в виде покрытия. Совмещая различные носители, регулируя состав, стадийность процесса возможно в одном технологическом процессе получать сложные многокомпонентные материалы и покрытия, в том числе и многослойные из боридов, силицидов, интерметаллидов. Толщина покрытия может изменяться в пределах 5-150 мкм. Однородность материала обусловлена участием газовой фазы [3]. Процесс получения материалов и покрытий из них с помощью газотранспортных СВС реакций на подложке является, по существу, промежуточным между газофазным осаждением и диффузионным насыщением [4]. A known method for producing composite materials from powder components, including the preparation of an exothermic composition from powder materials, the introduction of gas transport additives and coated parts, initiating chemical interaction of powder components on them in the mode of self-propagating high-temperature synthesis. During the process, gas transport of reagents to the surface of the parts, on which a chemical reaction occurs with the formation of the SHS product in the form of a coating, is carried out. Combining various carriers, adjusting the composition, and the staging of the process, it is possible in one technological process to obtain complex multicomponent materials and coatings, including multilayer ones from borides, silicides, intermetallic compounds. The coating thickness can vary between 5-150 microns. The homogeneity of the material is due to the participation of the gas phase [3]. The process of obtaining materials and coatings from them using gas transport SHS reactions on a substrate is essentially intermediate between gas-phase deposition and diffusion saturation [4].
Недостатками способа являются ограниченные технологические возможности, низкая эффективность и экономичность процесса, связанная с высоким расходом порошковых материалов и высокими энергозатратами. Кроме того, описываемый способ не позволяет использовать его при формировании композиционных покрытий на длинномерных крупногабаритных изделиях и конструкциях, например в нестационарных полевых условиях при строительстве, ремонте и эксплуатации трубопроводов и других протяженных систем. The disadvantages of the method are limited technological capabilities, low efficiency and efficiency of the process associated with high consumption of powder materials and high energy consumption. In addition, the described method does not allow it to be used when forming composite coatings on long-sized large-sized products and structures, for example, in unsteady field conditions during the construction, repair and operation of pipelines and other extended systems.
Известно устройство для получения композиционных материалов из порошковых компонентов, которое позволяет получать эти материалы на поверхностях изделий в виде покрытий на них. Устройство включает средство подачи ускоряющего газа-носителя, систему управления рабочим процессом подачи ускоряющего потока газа-носителя и порошкового материала, узел загрузки и подачи порошкового материала, содержащий питатель-дозатор, распыливающий узел с камерой выравнивания газового потока и разгонным сверхзвуковым соплом [5]. A device for producing composite materials from powder components is known, which allows one to obtain these materials on the surfaces of products in the form of coatings on them. The device includes means for supplying an accelerating carrier gas, a process control system for supplying an accelerating stream of carrier gas and powder material, a powder material loading and supply unit comprising a metering feeder, a spray unit with a gas flow equalization chamber and an accelerating supersonic nozzle [5].
Устройство позволяет получать композиционные материалы газодинамическим методом в виде покрытия на поверхности подложки, в качестве которой может быть какое-либо изделие или деталь, за счет высокой кинетической энергии частиц порошковых компонентов исходного материала, приобретаемой ими при взаимодействии с ускоряющим их сверхзвуковым потоком газа-носителя. Формирование покрытий и материалов из механических смесей газодинамическим методом позволяет получать композиционные материалы с различными физико-химическими и механическими свойствами. The device allows to obtain composite materials by the gas-dynamic method in the form of a coating on the surface of the substrate, which can be any product or part, due to the high kinetic energy of the particles of the powder components of the starting material acquired by them in interaction with a supersonic carrier gas stream accelerating them. The formation of coatings and materials from mechanical mixtures by the gas-dynamic method allows to obtain composite materials with various physicochemical and mechanical properties.
Недостатком этого устройства являются ограниченные технологические возможности при использовании порошковых материалов экзотермического состава. В случае использования такого типа порошковых материалов возникает возможность инициирования СВС реакции в объеме бункера питателя-дозатора по трактам подачи порошкового материала и сопловом распыляющем узле, что приводит к выходу из строя устройства и возможности возникновения неконтролируемой ситуации. The disadvantage of this device is the limited technological capabilities when using powder materials of exothermic composition. In the case of using this type of powder materials, it becomes possible to initiate a SHS reaction in the volume of the hopper of the feeder-dispenser along the supply paths of the powder material and the nozzle spray unit, which leads to failure of the device and the possibility of an uncontrolled situation.
Известно устройство для получения композиционных материалов из порошковых компонентов, предусматривающее формирование материала газодинамическим методом на подложке, в качестве которой может быть поверхность материала различных изделий или конструкций. Устройство включает средство подачи потока ускоряющего сжатого газа-носителя, систему запорно-регулирующей аппаратуры управления рабочим процессом подачи потока ускоряющего сжатого газа-носителя, средство подачи транспортирующего порошковые компоненты сжатого газа, систему запорно-регулирующей аппаратуры управления процессом газопорошковой взвеси, камеру выравнивания газового потока, соединенный с ней узел размещения и подачи порошковых компонентов, разгонное сверхзвуковое сопло и узел размещения подложки [6]. A device for producing composite materials from powder components is known, which provides for the formation of a material by the gas-dynamic method on a substrate, which may be the surface of the material of various products or structures. The device includes means for supplying a stream of accelerating compressed carrier gas, a system of shut-off and control apparatus for controlling the working process of supplying a stream of accelerating compressed gas-carriers, means for supplying transporting powder components of compressed gas, a system of shut-off and controlling apparatus for controlling the process of gas-powder suspension, a chamber for equalizing the gas flow, connected to it is a host for the placement and supply of powder components, an accelerating supersonic nozzle and a host for the substrate [6].
Недостатками устройства также являются его ограниченные возможности и неэффективность при использовании порошковых компонентов, способных в механических смесях взаимодействовать в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в объеме бункера питателя-дозатора, в магистральных системах и распыляющем узле, что также приводит к неконтролируемой опасной ситуации. The disadvantages of the device are its limited capabilities and inefficiency when using powder components capable of interacting in mechanical mixtures in the mode of self-propagating high-temperature synthesis in the volume of the hopper of the feeder-dispenser, in the main systems and the spraying unit, which also leads to an uncontrolled dangerous situation.
Способ по источнику информации [3] и устройство, описанное в источнике информации [6], являются наиболее близкими аналогами описываемого изобретения. The method according to the source of information [3] and the device described in the source of information [6] are the closest analogues of the described invention.
Техническим результатом описываемого изобретения является повышение безопасности, эффективности и экономичности процесса получения композиционных материалов из порошковых компонентов, способных вступать в реакцию самораспространяющегося высокотемпературного синтеза при соударении с поверхностью материала изделия, что позволяет значительно расширить технологические возможности получения композиционных материалов газодинамическим методом на изделиях любой протяженности и формы в стационарных и полевых условиях при сохранении высоких показателей коэффициента использования исходных материалов, невысоких энергетических затратах и экологической чистоте процесса. The technical result of the described invention is to increase the safety, efficiency and economy of the process of producing composite materials from powder components capable of reacting self-propagating high-temperature synthesis upon impact with the surface of the product material, which can significantly expand the technological capabilities of producing composite materials by the gas-dynamic method on products of any length and shape in stationary and field conditions while maintaining high rates of utilization of raw materials, low energy costs and environmental cleanliness of the process.
Для достижения этого результата предложен способ, сущность которого заключается в приготовлении экзотермического состава путем подачи каждого порошкового компонента в индивидуальные потоки транспортирующего их сжатого газа с образованием газовзвеси и последующим ее вводом и смешиванием в потоке ускоряющего газа-носителя, переносе порошковых компонентов к подложке ускоряющим их газом-носителем путем ввода потоков газовзвеси к оси входной дозвуковой части разгонного сверхзвукового сопла с последующим их ускорением, а инициирование химического взаимодействия порошковых компонентов экзотермического состава осуществляется воздействием на подложку высокоскоростного потока порошковых компонентов в газе при соударении. При приготовлении экзотермического состава могут быть введены добавки для получения материалов различного химического состава, а также для регулирования скорости и температуры протекания самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Подачу газовзвеси во входную дозвуковую часть сверхзвукового разгонного сопла в ядро потока ускоряющего газа-носителя осуществляют по патрубку с каналами, имеющими косые срезы, причем подачу каждого порошкового компонента осуществляют из индивидуальных питателей-дозаторов, а для равномерного перемешивания и ускорения газовзвесь подают в разгонное сверхзвуковое сопло с удлиненной частью критического сечения. В качестве транспортирующего порошковые компоненты газа используют: азот, аргон, воздух, углекислый газ или их смеси, а в качестве газа-носителя используют газ или смесь газов, удовлетворяющих условиям проведения реакции СВС из группы: азот, аргон, гелий, углекислый газ, воздух. To achieve this result, a method is proposed, the essence of which is to prepare an exothermic composition by supplying each powder component to the individual flows of compressed gas transporting them with the formation of a gas suspension and its subsequent introduction and mixing in an accelerating carrier gas stream, transferring the powder components to the substrate by accelerating gas -carrier by introducing gas suspension flows to the axis of the input subsonic part of the accelerating supersonic nozzle with their subsequent acceleration, and initiation chemical interaction of the powder components of exothermic composition is carried out by exposing the substrate to a high-speed flow of powder components in a gas during collision. When preparing an exothermic composition, additives can be introduced to obtain materials of various chemical compositions, as well as to control the rate and temperature of the flow of self-propagating high-temperature synthesis. The gas suspension is fed into the inlet subsonic part of the supersonic accelerating nozzle into the core of the accelerating carrier gas stream through a pipe with channels having oblique sections, each powder component being supplied from individual metering feeders, and for uniform mixing and acceleration, the gas suspension is fed into the accelerating supersonic nozzle with an elongated part of the critical section. The gas transporting the powder components of the gas is nitrogen, argon, air, carbon dioxide, or mixtures thereof, and the carrier gas is a gas or gas mixture satisfying the conditions of the SHS reaction from the group: nitrogen, argon, helium, carbon dioxide, air .
Инициирование химического взаимодействия в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза проводят в газошумоизолирующей камере в газовой среде натекающего газа до заданного давления. The initiation of chemical interaction in the mode of self-propagating high-temperature synthesis is carried out in a gas-insulating chamber in a gas medium of a leaking gas to a predetermined pressure.
Для осуществления этого способа предусматривается устройство, сущность которого заключается в том, что оно содержит средство подачи ускоряющего сжатого газа-носителя, систему запорно-регулирующей аппаратуры управления рабочим процессом подачи ускоряющего газа-носителя, средство подачи транспортирующего порошковые компоненты сжатого газа, систему запорно-регулирующей аппаратуры управления процессом подачи газопорошковой взвеси, нагреватель ускоряющего газа-носителя, камеру выравнивания газовых потоков, соединенный с ней узел размещения и подачи порошковых компонентов, выполненный в виде индивидуальных, по меньшей мере, двух питателей-дозаторов из материала, не вступающего во взаимодействие с порошковыми компонентами экзотермического состава, и соединенный с системой регулирования концентрацией порошковых компонентов; камера выравнивания снабжена установленным на ее входе многоканальным штуцером с многоканальным патрубком ввода газопорошковой взвеси, размещенным внутри камеры и имеющим каналы с косым срезом для направления потока газовзвеси к оси входной дозвуковой части разгонного сверхзвукового сопла, узел размещения подложки снабжен газошумоизолирующей камерой протекания реакции, а разгонное сверхзвуковое сопло выполнено с удлиненной частью критического сечения исходя из соотношения L/dкp≥2. Устройство предусматривает покрытие внутренней поверхности питателей-дозаторов и подводящих трубопроводов материалом, не вступающим во взаимодействие с порошковыми компонентами экзотермического состава.To implement this method, a device is provided, the essence of which is that it contains means for supplying an accelerating compressed carrier gas, a system of shut-off and control apparatus for controlling the working process for supplying an accelerating carrier gas, means for supplying a powder gas transporting the powder components, and a locking-regulating system apparatus for controlling the process of supplying gas-powder suspension, a heater for an accelerating carrier gas, a chamber for equalizing gas flows, a unit connected to it once escheniya and supplying powdered components formed as individual, at least two metering feeders of a material that does not react with the powdered components of the exothermic composition, and connected to the control system the concentration of the powder components; the alignment chamber is equipped with a multichannel fitting installed at its inlet with a multichannel inlet of the gas-powder suspension placed inside the chamber and having channels with an oblique cut for directing the flow of the gas suspension to the axis of the inlet subsonic part of the accelerated supersonic nozzle, the host for the substrate is equipped with a gas-noise insulating reaction chamber, and the accelerated one the nozzle is made with an elongated part of the critical section based on the ratio L / d kp ≥2. The device provides for coating the inner surface of metering feeders and supply pipelines with material that does not interact with powder components of exothermic composition.
Сущность изобретения поясняется фиг.1 и 2, где на фиг.1 представлен общий вид устройства, описываемого в данном изобретении, а на фиг.2 - распыливающий узел этого устройства. The invention is illustrated in figures 1 and 2, where figure 1 shows a General view of the device described in this invention, and figure 2 - spray node of this device.
Устройство содержит средство 1 подачи ускоряющего сжатого газа-носителя, систему 2 запорно-регулирующей аппаратуры управления рабочим процессом подачи ускоряющего газа-носителя, нагреватель 3 ускоряющего газа-носителя, камеру 4 выравнивания газового потока, разгонное сверхзвуковое сопло 5, подложку 6, в качестве которой может быть использовано какое-либо изделие для формирования на ней композиционного материала, газошумоизолирующую камеру 7 протекания реакции, средство 8 подачи транспортирующего порошковые компоненты сжатого газа, систему 9 запорно-регулирующей аппаратуры управления рабочим процессом подачи газопорошковой взвеси, систему 10 регулирования концентрацией порошковых компонентов в потоке газа, узел 11 размещения и подачи порошковых компонентов, выполненный в виде нескольких индивидуальных питателей-дозаторов. Камера 4 выравнивания газового потока и разгонное сверхзвуковое сопло 5 образуют распыливающий узел. На входе камеры 4 выравнивания газового потока имеется многоканальный штуцер 12 с многоканальным патрубком 13 подачи газопорошковой взвеси, размещенным в камере 4. Каналы 14 патрубка 13 имеют на выходе косые срезы для направления потока газопорошковой взвеси к оси входной дозвуковой части разгонного сверхзвукового сопла 5, выполненного с удлиненной частью L критического сечения сопла 5. The device comprises means 1 for supplying an accelerating compressed carrier gas, a system 2 for shutoff and regulating apparatus for controlling the working process for supplying an accelerating carrier gas, a heater 3 for accelerating carrier gas, a gas flow equalization chamber 4, an accelerating supersonic nozzle 5, substrate 6, the quality of which some product can be used to form a composite material on it, a gas-insulating chamber 7 for the reaction, means 8 for supplying compressed gas transporting the powder components, system him 9 shut-off and control equipment for controlling the working process of supplying gas-powder suspension, a system 10 for controlling the concentration of powder components in the gas stream, a unit 11 for placing and supplying powder components, made in the form of several individual metering feeders. The gas flow equalization chamber 4 and the accelerating supersonic nozzle 5 form a spraying unit. At the inlet of the gas flow equalization chamber 4 there is a
Реализация способа и работа устройства осуществляются следующим образом. The implementation of the method and the operation of the device are as follows.
В изобретении предусматривается использование ускоряющего сжатого газа-носителя, подаваемого из средства 1 в камеру 4 выравнивания газового потока и потока, транспортирующего порошковые компоненты сжатого газа. Ускоряющий газ-носитель под давлением из средства 1 поступает в систему 2 запорно-регулирующей аппаратуры управления рабочим процессом подачи ускоряющего сжатого газа-носителя. Отрегулированный до заданных параметров поток ускоряющего газа-носителя поступает в нагреватель 3, где производится его подогрев до температуры, соответствующей расчетной скорости истечения. Подогретый ускоряющий газ-носитель по трубопроводу поступает в камеру 4 выравнивания газового потока, ускоряется в разгонном сверхзвуковом сопле 5, натекая на подложку 6, установленную в газошумоизолирующей камере 7. Истекающий из сопла 5 ускоряющий газ-носитель заполняет камеру 7, образуя необходимую газовую среду для протекания реакции СВС. Избыточное количество газа-носителя удаляется в систему аспирации. При достижении ускоряющим газом-носителем рабочих параметров из средства 8 подачи транспортирующего порошковые компоненты сжатого газа последний поступает в систему 9 запорно-регулирующей аппаратуры управления рабочим процессом подачи газопорошковой взвеси. Отрегулированный до необходимых параметров транспортирующий газ поступает в систему 10 регулирования концентрацией порошковых компонентов в потоке газа, куда порошковые компоненты поступают из узла 11, выполненного в виде нескольких питателей-дозаторов. Полученная таким образом газовзвесь необходимого состава и расхода из индивидуальных бункеров питателей-дозаторов 11 по своим трубопроводам поступает во входной многоканальный штуцер 12 и многоканальный патрубок 13, из которого по каналам 14 с косым срезом истекает в область удлиненной части L критического сечения разгонного сверхзвукового сопла 5 в ядро потока ускоряющего газа-носителя. В области удлиненной части L критического сечения сопла происходит интенсивное перемешивание и ускорение до околозвуковых скоростей газопорошковой взвеси. В расширяющейся части разгонного сверхзвукового сопла 5 происходит дальнейшее ускорение двухфазного потока газовзвеси до скоростей, необходимых для реализации реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза при соударении частиц порошковых компонентов экзотермического состава с подложкой. Инициирование химического взаимодействия между компонентами в режиме СВС осуществляется за счет газодинамического воздействия сверхзвукового потока газопорошковой взвеси на подложку, на которой происходит формирование композиционного материала. При соударении частиц порошковых компонентов, составляющих многокомпонентную смесь заданного состава, с подложкой и между собою кинетической энергии частиц достаточно для того, чтобы инициировать реакцию СВС. The invention provides for the use of an accelerating compressed carrier gas supplied from the means 1 to the chamber 4 for aligning the gas stream and the stream transporting the powder components of the compressed gas. The accelerating carrier gas under pressure from the means 1 enters the system 2 of shut-off and control apparatus for controlling the working process of supplying the accelerating compressed carrier gas. Adjusted to the specified parameters, the flow of the accelerating carrier gas enters the heater 3, where it is heated to a temperature corresponding to the calculated flow rate. The heated accelerating carrier gas through the pipeline enters the gas flow equalization chamber 4, accelerates in the accelerating supersonic nozzle 5, flowing onto the substrate 6 installed in the gas-insulating chamber 7. The accelerating carrier gas flowing out from the nozzle 5 fills the chamber 7, forming the necessary gas medium for the course of the SHS reaction. Excess carrier gas is removed to the suction system. When the accelerating carrier gas reaches operating parameters from the means 8 for supplying the compressed gas transporting the powder components, the latter enters the system 9 of shut-off and control equipment for controlling the working process of supplying the gas-powder suspension. Adjusted to the necessary parameters, the transporting gas enters the system 10 for controlling the concentration of powder components in the gas stream, where the powder components come from the node 11, made in the form of several metering feeders. The thus obtained gas suspension of the required composition and flow rate from individual hoppers of the metering feeder 11 through its pipelines enters the
Для получения композиционных материалов на основе различных соединений в качестве ускоряющего и транспортирующего газов используют необходимый для образования соединений газ или смесь газов, истекающих в газошумоизолирующую камеру 7, где поддерживают необходимое давление натекающей газовой среды. Это позволяет получать различного рода соединения: оксиды, нитриды, карбиды, силициды и другие. To obtain composite materials based on various compounds, the accelerating and transporting gases use the gas necessary for the formation of compounds or a mixture of gases flowing into the gas-insulating chamber 7, where the necessary pressure of the leaking gas medium is maintained. This allows you to get various kinds of compounds: oxides, nitrides, carbides, silicides and others.
Используя нейтральные газы в качестве ускоряющего и транспортирующего газа возможно получение чистых СВС реакций между компонентами. Using neutral gases as an accelerating and transporting gas, it is possible to obtain pure SHS reactions between the components.
Для предотвращения возникновения реакции СВС в тракте питателя-дозатора, его подводящих магистралей и в разгонном сверхзвуковом сопле подачу каждого из порошковых компонентов производят из индивидуальных для каждого компонента питателей-дозаторов, изготовленных из материала или имеющих покрытие, не вступающее во взаимодействие с порошковым компонентом. To prevent the occurrence of the SHS reaction in the path of the metering feeder, its supply lines and in the accelerating supersonic nozzle, the supply of each of the powder components is carried out from individual for each component of the metering feeders made of material or having a coating that does not interact with the powder component.
Наличие косого среза на выходе каналов 14 позволяет повернуть поток газопорошковой взвеси к оси дозвуковой входной части сопла, ввести газопорошковую взвесь в ядро потока газа-носителя и устранить трение частиц о стенки проточной части сопла. The presence of an oblique cut at the exit of the
Удлинение критической части сверхзвукового разгонного сопла позволяет ускорить движение частиц порошковых компонентов на длине L до скоростей, близких к скорости звука в разгоняющем их газе при их интенсивном перемешивании. Выбор длины критической части сопла производят, исходя из соотношения L/dкp≥2 на основании того, что он должен обеспечить на этой длине в зависимости от грануляции и удельного веса порошкового компонента необходимую скорость и перемешивание.The lengthening of the critical part of the supersonic accelerating nozzle makes it possible to accelerate the movement of the particles of the powder components along the length L to velocities close to the speed of sound in the gas that accelerates them with intensive mixing. The length of the critical part of the nozzle is selected based on the ratio L / d kp ≥2 on the basis that it should provide the necessary speed and mixing at this length depending on the granulation and specific gravity of the powder component.
Получение стехеометрического соотношения компонентов экзотермического состава для протекания реакции СВС достигается путем регулирования расхода и концентрации порошковых компонентов в каждом из питателей-дозаторов. Obtaining a stoichiometric ratio of the components of the exothermic composition for the SHS reaction is achieved by controlling the flow rate and concentration of the powder components in each of the metering feeders.
Например, для получения термостойкого покрытия на основе титана и алюминия в питатели-дозаторы раздельно засыпают порошковые Ti дисперстностью 63-100 мкм и А1 10-40 мкм. Отрегулировав расходы порошков в стехеометрическом соотношении между собою 64%Ti+36%Al в питателях-дозаторах, производят транспортирование порошкового материала нейтральным газом (аргоном) в распыляющее устройство, где происходит ускорение частиц порошка потоком газа-носителя (воздуха) с температурой 270oС с последующим формированием покрытия при натекании частиц в газе на подложку, например сталь 10, в шумогазоизолирующей камере. При соударении частиц Ti и А1 с поверхностью материала изделия и между собою происходит реакция СВС на его поверхности с образованием композитного покрытия или материала заданной толщины, при удалении которого от подложки возможно его самостоятельное использование в качестве заготовки изделия для дальнейшей обработки и использования.For example, to obtain a heat-resistant coating based on titanium and aluminum, powdered Ti with a dispersion of 63-100 μm and A1 10-40 μm are separately poured into metering feeders. By adjusting the flow rates of the powders in a stoichiometric ratio of 64% Ti + 36% Al in the metering feeders, the powder material is transported by neutral gas (argon) to a spray device, where the powder particles are accelerated by a carrier gas stream (air) with a temperature of 270 o С with the subsequent formation of a coating when particles leak in a gas onto a substrate, for example steel 10, in a noise-insulating chamber. When Ti and A1 particles collide with the surface of the product material and between themselves, the SHS reacts on its surface with the formation of a composite coating or material of a given thickness, when removed from the substrate, it can be independently used as a product blank for further processing and use.
Введение добавок к порошковым компонентам экзотермического состава позволяет получать разнообразные комбинации материалов на подложке, используя тепловую энергию, выделяющуюся при экзотермической реакции СВС. The introduction of additives to the powder components of an exothermic composition allows one to obtain various combinations of materials on a substrate using the thermal energy released during the exothermic SHS reaction.
Например, введение таких порошковых добавок, как медь, цинк, вольфрам, кремний и различные керамические и органические соединения, позволяет получать соединения этих элементов с порошковыми компонентами экзотермического состава. For example, the introduction of powder additives such as copper, zinc, tungsten, silicon and various ceramic and organic compounds, allows to obtain compounds of these elements with powder components of exothermic composition.
Описываемое изобретение позволяет расширить технологические и качественные возможности получения композиционных материалов газодинамическим методом формирования их на различных поверхностях изделий, отличается высокой эффективностью и экономичностью процесса, сокращает расход материалов при высокой производительности, не требует дорогостоящего оборудования, обеспечивает экологическую чистоту и безопасность процесса, расширяет возможности получения новых классов материалов. The described invention allows to expand the technological and quality capabilities of producing composite materials by the gas-dynamic method of forming them on various product surfaces, is highly efficient and economical in the process, reduces material consumption at high productivity, does not require expensive equipment, ensures environmental cleanliness and safety of the process, extends the possibilities of obtaining new classes of materials.
Источники информации
1. Гордополов Ю.А. и др. Исследование ударноволнового нагружения при синтезе тугоплавких твердых сплавов в волне горения. Порошковая металлургия. Тезисы докладов XVI Всесоюзной научно-технической конференции. III. Теория и технология композиционных материалов. - Свердловск, 1989, с. 54.Sources of information
1. Gordopolov Yu.A. et al. Study of shock-wave loading during the synthesis of refractory hard alloys in a combustion wave. Powder metallurgy. Abstracts of the XVI All-Union Scientific and Technical Conference. III. Theory and technology of composite materials. - Sverdlovsk, 1989, p. 54.
2. Fukaya Y., Hirat В. Ceramic Lining Pipe by Thermit Reaction Japan Welding Boc, 1989, v. 58, 5, p. 14-16, реферат в сборнике аннотаций "Самораспространяющийся высокотемпературный синтез. - Черноголовка, 1990, с. 20. 2. Fukaya Y., Hirat B. Ceramic Lining Pipe by Thermit Reaction Japan Welding Boc, 1989, v. 58, 5, p. 14-16, abstract in the collection of annotations "Self-propagating high-temperature synthesis. - Chernogolovka, 1990, p. 20.
3. Мержанов А.Г. Саморапространяющийся высокотемпературный синтез: двадцать лет поисков и находок. - Черноголовка, 1989, с. 60-63. 3. Merzhanov A.G. Self-propagating high-temperature synthesis: twenty years of searching and finding. - Chernogolovka, 1989, p. 60-63.
4. Физическая химия. Современные проблемы./Под общей редакцией академика Я.М. Колотыркина. - М.: Химия, 1983, с. 10. 4. Physical chemistry. Modern problems. / Under the general editorship of academician Ya.M. Kolotyrkina. - M.: Chemistry, 1983, p. 10.
5. Технология газодинамического нанесения покрытий из порошковых материалов. Журнал "Электроника. Наука. Технология. Бизнес. - Москва, 5, 1997, с. 85-86. 5. Technology of gas-dynamic coating of powder materials. The journal "Electronics. Science. Technology. Business. - Moscow, 5, 1997, pp. 85-86.
6. RU 2145644, кл. B 22 F 7/04, 20.02.2000 г. 6. RU 2145644, cl. B 22 F 7/04, 02.20.2000
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000120661A RU2181788C1 (en) | 2000-08-08 | 2000-08-08 | Method of producing composite materials and coats made from powders and device for realization of this method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000120661A RU2181788C1 (en) | 2000-08-08 | 2000-08-08 | Method of producing composite materials and coats made from powders and device for realization of this method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2181788C1 true RU2181788C1 (en) | 2002-04-27 |
Family
ID=20238757
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000120661A RU2181788C1 (en) | 2000-08-08 | 2000-08-08 | Method of producing composite materials and coats made from powders and device for realization of this method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2181788C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006123965A1 (en) * | 2005-05-20 | 2006-11-23 | Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostiju Obninsky Tsentr Poroshkovogo Napyleniya | Apparatus for gas-dynamic applying coatings an method of coating |
| CN102676974A (en) * | 2012-06-11 | 2012-09-19 | 山东理工大学 | Thermal spraying galvanizing method of thin plate |
| RU2434073C9 (en) * | 2005-05-05 | 2012-12-27 | Х.К. Штарк Гмбх | Procedure for coating surface of substrate and product with applied coating |
| RU2587365C1 (en) * | 2015-03-24 | 2016-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Method of chemical-thermal treatment of item |
-
2000
- 2000-08-08 RU RU2000120661A patent/RU2181788C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| МЕРЖАНОВ А.Г. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез: двадцать лет поисков и находок. - Черноголовка, 1989, с.60-63. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2434073C9 (en) * | 2005-05-05 | 2012-12-27 | Х.К. Штарк Гмбх | Procedure for coating surface of substrate and product with applied coating |
| WO2006123965A1 (en) * | 2005-05-20 | 2006-11-23 | Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostiju Obninsky Tsentr Poroshkovogo Napyleniya | Apparatus for gas-dynamic applying coatings an method of coating |
| EA011084B1 (en) * | 2005-05-20 | 2008-12-30 | Общество С Ограниченной Ответственностью Обнинский Центр Порошкового Напыления | Apparatus for gas-dynamic applying coating and method of coating |
| CN102676974A (en) * | 2012-06-11 | 2012-09-19 | 山东理工大学 | Thermal spraying galvanizing method of thin plate |
| RU2587365C1 (en) * | 2015-03-24 | 2016-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Method of chemical-thermal treatment of item |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7108893B2 (en) | Spray system with combined kinetic spray and thermal spray ability | |
| US5019686A (en) | High-velocity flame spray apparatus and method of forming materials | |
| RU2213805C2 (en) | Method of application of coats made from powder materials and device for realization of this method | |
| US6623796B1 (en) | Method of producing a coating using a kinetic spray process with large particles and nozzles for the same | |
| US5206059A (en) | Method of forming metal-matrix composites and composite materials | |
| US6139913A (en) | Kinetic spray coating method and apparatus | |
| US6924004B2 (en) | Apparatus and method for synthesizing films and coatings by focused particle beam deposition | |
| JP3533459B2 (en) | Manufacturing method of coated metal quasi-fine particles | |
| US6743468B2 (en) | Method of coating with combined kinetic spray and thermal spray | |
| EP1579921A2 (en) | Improved kinetic spray nozzle system design | |
| US20080152801A1 (en) | Cold sprayed metal matrix composites | |
| KR20060063639A (en) | Vacuum cold spray process | |
| JPH08158033A (en) | Production of fine-structure thick film material and device therefor | |
| RU2181788C1 (en) | Method of producing composite materials and coats made from powders and device for realization of this method | |
| EP1508379B1 (en) | Gas collimator for a kinetic powder spray nozzle | |
| WO2007091102A1 (en) | Kinetic spraying apparatus and method | |
| JPH08199372A (en) | Production of functionally gradient material and device therefor | |
| RU2353705C2 (en) | Method ofgas-dynamic sputtering of powder materials and facility for its realisation | |
| US6630207B1 (en) | Method and apparatus for low-pressure pulsed coating | |
| JPS61259016A (en) | Annular nozzle and usage thereof | |
| US7351450B2 (en) | Correcting defective kinetically sprayed surfaces | |
| JPH0753268A (en) | Coated high pressure type boron nitride sintered body and its production | |
| RU2082823C1 (en) | Method of preparing coatings | |
| RU2222639C2 (en) | The device for deposition of coatings on the internal surfaces of items | |
| RU2222640C2 (en) | The device for deposition of coatings on the external surfaces of items |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070809 |