RU2203347C2 - Method for applying corrosion resistant coating on article of copper alloys at imparting predetermined color to article surface - Google Patents

Method for applying corrosion resistant coating on article of copper alloys at imparting predetermined color to article surface Download PDF

Info

Publication number
RU2203347C2
RU2203347C2 RU2001100280A RU2001100280A RU2203347C2 RU 2203347 C2 RU2203347 C2 RU 2203347C2 RU 2001100280 A RU2001100280 A RU 2001100280A RU 2001100280 A RU2001100280 A RU 2001100280A RU 2203347 C2 RU2203347 C2 RU 2203347C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
jet
coating
product
copper
oxygen content
Prior art date
Application number
RU2001100280A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2001100280A (en
Inventor
В.С. Клубникин
В.Г. Сорин
Б.А. Юшин
Original Assignee
Клубникин Валерий Степанович
Сорин Владимир Григорьевич
Юшин Борис Альбертович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Клубникин Валерий Степанович, Сорин Владимир Григорьевич, Юшин Борис Альбертович filed Critical Клубникин Валерий Степанович
Priority to RU2001100280A priority Critical patent/RU2203347C2/en
Publication of RU2001100280A publication Critical patent/RU2001100280A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2203347C2 publication Critical patent/RU2203347C2/en

Links

Landscapes

  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

FIELD: restoration of monuments, sculptures, decorative guards and other articles of copper alloys subjected to atmospheric influence. SUBSTANCE: method is realized upon plasma deposition of material of copper or copper alloy at selecting such parameters as heat content, thermic jet speed and oxygen content in thermic jet in order to control quantity of formed copper oxides for providing predetermined color of applied coating. Temperature of article surface in deposition spot is kept no more than 200 C. It is possible to apply preliminary layer of coating in order to provide necessary adhesion strength. Method allows to apply protective coating of brown, olive, grayish brown, gray or black color. EFFECT: enhanced quality of anticorrosion coating with improved resistance against weather conditions. 7 cl

Description

Изобретение относится к способам создания антикоррозионных покрытий методом термического напыления покрытий и может быть использовано при реставрации памятников, декоративных решеток, скульптур, элементов строительных конструкций и др. изделий из медных сплавов, длительное время подвергавшихся атмосферным воздействиям, которые приводят к разрушению поверхностного слоя, или при создании новых изделий. The invention relates to methods for creating anticorrosive coatings by thermal spraying of coatings and can be used in the restoration of monuments, decorative grilles, sculptures, elements of building structures and other products from copper alloys exposed to atmospheric influences for a long time, which lead to destruction of the surface layer, or creating new products.

Известны способы защиты таких изделий, использующие природный процесс образования естественной патины, при котором вначале образуется слой закиси меди (куприт) на поверхности изделия и затем со временем образуется наружный слой, имеющий разный состав в зависимости от состава атмосферного воздуха. Внутренний слой закиси меди изолирует поверхность изделия от внешней среды и прекращает взаимодействие ее с воздухом. Полностью процесс образования патины толщиной (50-80) мкм при толщине внутреннего слоя закиси меди (15-20) мкм происходит в течение (10-20) лет, после чего патина становится непроницаемой [1]. Этот процесс часто нарушается воздействием агрессивных факторов окружающей среды, защитная пленка теряет целостность и плотность и поверхность изделия может разрушаться. Поэтому при реставрации таких поверхностей было предложено снимать разрушенный слой патины и создавать новый - искусственный путем химического оксидирования [1]. Такое искусственное оксидирование позволяет получать покрытие различных оттенков коричневого цвета. Known methods of protecting such products using the natural process of forming a natural patina, in which first a layer of copper oxide (cuprite) is formed on the surface of the product and then an outer layer is formed over time, having a different composition depending on the composition of the atmospheric air. The inner layer of copper oxide isolates the surface of the product from the external environment and stops its interaction with air. The whole process of forming a patina with a thickness of (50-80) microns with a thickness of the inner layer of copper oxide (15-20) microns occurs within (10-20) years, after which the patina becomes impermeable [1]. This process is often disrupted by aggressive environmental factors, the protective film loses its integrity and density, and the surface of the product can be destroyed. Therefore, during the restoration of such surfaces, it was proposed to remove the destroyed patina layer and create a new one - artificial by chemical oxidation [1]. Such artificial oxidation allows to obtain a coating of various shades of brown.

Следует отметить, что оксидные пленки, получаемые химическим путем, тонки и трещиноваты, и они также могут быть разрушены агрессивными факторами атмосферы, как и естественные пленки, что вызывает необходимость повторять процесс перепатинирования периодически. При химическом создании оксидных пленок в реакцию вовлекается медь из защищаемой поверхности (т.е. из поверхности памятника или иного изделия), что ведет (особенно при периодическом повторении этого процесса) к изменению геометрии самой этой поверхности. Кроме того, этот способ вообще непригоден, если отдельные части изделия выполнены из медных сплавов разного состава или имеются включения из других металлов, т. к. при этом образуются участки разного цвета, что встречается достаточно часто. It should be noted that oxide films obtained by chemical means are thin and fractured, and they can also be destroyed by aggressive atmospheric factors, as well as natural films, which makes it necessary to repeat the process of repetition periodically. In the chemical creation of oxide films, copper is involved in the reaction from the surface to be protected (i.e., from the surface of a monument or other product), which leads (especially with periodic repetition of this process) to a change in the geometry of this surface itself. In addition, this method is generally unsuitable if the individual parts of the product are made of copper alloys of different compositions or there are inclusions of other metals, because in this case sections of a different color are formed, which is quite common.

В качестве прототипа выбран способ термического напыления порошка из меди или медных сплавов на поверхность изделия из медных сплавов [2]. Этот способ используется в радиоэлектронной промышленности, где необходимо получить покрытие из чистой меди, причем это покрытие не испытывает разрушающего воздействия окружающей среды. Способ-прототип позволяет получить достаточно прочное покрытие изделия, но не дает возможности получить покрытие заданного цвета, отличающегося от цвета чистой меди. As a prototype, the method of thermal spraying of a powder of copper or copper alloys on the surface of a product made of copper alloys was selected [2]. This method is used in the electronics industry where it is necessary to obtain a coating of pure copper, and this coating does not experience the damaging effects of the environment. The prototype method allows to obtain a sufficiently strong coating of the product, but does not make it possible to obtain a coating of a given color, different from the color of pure copper.

Задача изобретения - создать антикоррозионное покрытие заданного цвета (при реставрации изделий из медных сплавов или при создании новых изделий) при нанесении на поверхность защитного слоя методом термического напыления. The objective of the invention is to create a corrosion-resistant coating of a given color (when restoring products from copper alloys or when creating new products) when applying a protective layer to the surface by thermal spraying.

Эта задача решается путем термического напыления на поверхность изделия из медных сплавов покрытия на основе меди с нужным для заданного цвета соотношением закиси и окиси меди в составе напыляемого порошка, порошкового шнура, штабика или проволоки. This problem is solved by thermal spraying on the surface of a product made of copper alloys of a copper-based coating with the ratio of nitrous oxide and copper oxide necessary for a given color in the composition of the sprayed powder, powder cord, rod or wire.

Если наносить на изделие покрытие из окисленного на воздухе порошка меди, то покрытие будет иметь низкую адгезию (прочность сцепления порошка с основой) и когезию (прочность сцепления частиц порошка между собой). Кроме того, порошок, окисленный на воздухе, содержит неконтролируемое количество закиси и окиси меди, и цвет покрытия, зависящий от этого соотношения, будет неуправляемым. Для технических изделий это не имеет значения, но для исторических памятников и ряда других изделий требуется получить покрытие заданного цвета, которому соответствует определенное процентное соотношение закиси и окиси меди в напыляемом порошке. If the product is coated with air-oxidized copper powder, the coating will have low adhesion (strength of adhesion of the powder to the base) and cohesion (strength of adhesion of powder particles to each other). In addition, the powder oxidized in air contains an uncontrolled amount of nitrous and copper oxide, and the color of the coating, depending on this ratio, will be uncontrollable. For technical products, this does not matter, but for historical monuments and a number of other products, it is necessary to obtain a coating of a given color, which corresponds to a certain percentage of nitrous oxide and copper oxide in the sprayed powder.

В заявляемом способе заданное соотношение формируется в термической струе путем выбора параметров струи (теплосодержания и скорости) и содержания кислорода в струе, а также температурой поверхности изделия в пятне напыления. Температура поверхности изделия в пятне напыления не должна превышать 200oС, иначе еще до осаждения частиц порошка на поверхности изделия образуется слой непрочных окислов, которые мешают формированию нужного покрытия.In the inventive method, a predetermined ratio is formed in the thermal jet by selecting the parameters of the jet (heat content and speed) and the oxygen content in the jet, as well as the surface temperature of the product in the spray spot. The surface temperature of the product in the spraying spot should not exceed 200 o C, otherwise even before the deposition of powder particles on the surface of the product, a layer of fragile oxides is formed that interfere with the formation of the desired coating.

Экспериментально установлено, что:
- для придания поверхности изделия всех оттенков коричневого цвета теплосодержание струи составляет 2-20 кДж/г, скорость струи - 100-2000 м/с, содержание кислорода в струе - 1-30%, причем температура поверхности изделия в пятне напыления не превышает 150oС;
- для придания поверхности изделия оливкового цвета различных оттенков теплосодержание струи составляет 4-10 кДж/г, скорость струи - 500-1000 м/с, содержание кислорода в струе - 10-21%, причем температура поверхности изделия в пятне напыления не превышает 100oС;
- для придания поверхности изделия бурого цвета различных оттенков теплосодержание струи составляет 8-17 кДж/г, скорость струи 300-700 м/с, содержание кислорода в струе - 15-21%, причем температура поверхности изделия в пятне напыления составляет 100-200oС;
- для придания поверхности изделия темно-серого и черного цвета различных оттенков теплосодержание струи составляет 10-20 кДж/г, скорость струи - 100-2000 м/с, содержание кислорода в струе - 15-30%, причем температура поверхности изделия в пятне напыления составляет 150-200oС;
- для придания слою повышенной прочности первый слой покрытия наносится на режимах, обеспечивающих повышенную адгезионную прочность покрытия, при теплосодержании струи 8-10 кДж/г, скорости струи 500-2000 м/с, содержании кислорода в струе 0-21%, а последующие слои в соответствии с предыдущим.It was experimentally established that:
- to give the surface of the product all shades of brown color, the heat content of the jet is 2-20 kJ / g, the speed of the jet is 100-2000 m / s, the oxygen content in the stream is 1-30%, and the surface temperature of the product in the spray spot does not exceed 150 o FROM;
- to give the surface of the product an olive color of various shades, the heat content of the jet is 4-10 kJ / g, the speed of the jet is 500-1000 m / s, the oxygen content in the stream is 10-21%, and the surface temperature of the product in the spray spot does not exceed 100 o FROM;
- to give the surface of the product a brown color of various shades, the heat content of the jet is 8-17 kJ / g, the speed of the jet is 300-700 m / s, the oxygen content in the jet is 15-21%, and the surface temperature of the product in the spray spot is 100-200 o FROM;
- to impart a dark gray and black color of various shades to the surface of the product, the heat content of the jet is 10-20 kJ / g, the speed of the jet is 100-2000 m / s, the oxygen content in the stream is 15-30%, and the surface temperature of the product in the spray spot is 150-200 o C;
- to give the layer increased strength, the first coating layer is applied in modes that provide increased adhesive strength of the coating at a heat content of the jet of 8-10 kJ / g, jet velocity of 500-2000 m / s, oxygen content in the stream of 0-21%, and subsequent layers in accordance with the previous one.

В качестве примера выполнения способа опишем процесс нанесения на четыре скульптурные группы "Укротители копей" П.К. Клодта в г. Санкт-Петербурге при их реставрации защитного покрытия коричневого цвета. As an example of the method, we describe the process of applying to four sculptural groups "Tamers of Mines" P.K. Klodt in St. Petersburg during their restoration of the brown protective coating.

Материалы скульптуры - латунь, бронза, медь, свинец. Материал покрытия - порошок меди с диаметром частиц 50 мкм. Плазмотрон - с межэлектродной вставкой. В качестве плазмообразующего газа использовался сжатый воздух (может использоваться другой газ, например аргон или гелий с кислородом, азот с кислородом и другие). Диаметр дугового канала 4-12 мм. Расход плазмообразующего газа 1,2-2,0 г/с, ток дуги 160-200 А. При этих параметрах теплосодержание сжатого воздуха в дуге составляло 12-17 кДж/г, что соответствует температуре 5500-6300 К, скорость струи 0,4-1,5 км/с. Содержание кислорода в сжатом воздухе - 21%, остальное - азот. Расход порошка - 1,0-8,0 кг/ч. Дистанция (расстояние от среза сопла плазмотрона до поверхности скульптуры) 15-25 см, скорость прохождения струи по поверхности изделия - 2-50 см/с, что обеспечивало температуру в пятне напыления не выше 200oС.Sculpture materials - brass, bronze, copper, lead. The coating material is copper powder with a particle diameter of 50 microns. Plasmatron - with interelectrode insert. Compressed air was used as the plasma-forming gas (another gas can be used, for example argon or helium with oxygen, nitrogen with oxygen, and others). The diameter of the arc channel is 4-12 mm. The consumption of plasma-forming gas is 1.2-2.0 g / s, the arc current is 160-200 A. At these parameters, the heat content of compressed air in the arc was 12-17 kJ / g, which corresponds to a temperature of 5500-6300 K, jet velocity 0.4 -1.5 km / s. The oxygen content in compressed air is 21%, the rest is nitrogen. Powder consumption - 1.0-8.0 kg / h. The distance (the distance from the nozzle exit of the plasma torch to the surface of the sculpture) is 15-25 cm, the speed of the jet on the surface of the product is 2-50 cm / s, which ensures the temperature in the spray spot is not higher than 200 o C.

Перед нанесением покрытия на скульптурную группу проводились испытания на образцах - латунных, бронзовых и медных пластинках. Результаты испытаний показали, что по прочностным характеристикам покрытие удовлетворяет требованиям реставраторов. Адгезия составила 1-5 кг/мм2.Before coating the sculptural group, tests were carried out on samples - brass, bronze and copper plates. The test results showed that the strength characteristics of the coating meets the requirements of restorers. The adhesion was 1-5 kg / mm 2 .

В результате работы получилось покрытие толщиной темно-коричневого цвета. Толщина покрытия не превышает 100 мкм, что удовлетворяет требованию не искажать рельеф скульптуры. As a result of the work, a coating of a dark brown color was obtained. The coating thickness does not exceed 100 microns, which meets the requirement not to distort the relief of the sculpture.

Использованная литература
1. Калиш М.К. Патина делает бронзу вечной. - Природа, 1974, 11, с. 61-65.References
1. Kalish M.K. Patina makes bronze eternal. - Nature, 1974, 11, p. 61-65.

2. Бурьяненко В.Д., Клубникин B.C., Свиридов В.А. Двухструйная плазменная металлизация керамических конденсаторов. Электронная техника, сер. Радиодетали и радиокомпоненты, 1982, вып. 1 (46), с. 8-11.0 2. Buryanenko V.D., Klubnikin B.C., Sviridov V.A. Two-jet plasma metallization of ceramic capacitors. Electronic technology, ser. Radio Parts and Radio Components, 1982, no. 1 (46), p. 8-11.0

Claims (7)

1. Способ создания антикоррозионного покрытия на поверхности изделия из медных сплавов, включающий плазменное напыление материала из меди или медного сплава, отличающийся тем, что при напылении выбирают теплосодержание, скорость термической струи и содержание в ней кислорода для регулирования количества образующейся закиси и окиси меди, обеспечивающего получение покрытия заданного цвета, при этом поддерживают температуру поверхности изделия в пятне напыления не выше 200oС.1. The method of creating a corrosion-resistant coating on the surface of a product made of copper alloys, including plasma spraying of a material of copper or a copper alloy, characterized in that the heat content, the speed of the thermal stream and the oxygen content in it are selected for spraying to control the amount of nitrous oxide and copper oxide formed, providing obtaining a coating of a given color, while maintaining the surface temperature of the product in the spray spot is not higher than 200 o C. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для получения покрытия всех оттенков коричневого цвета теплосодержание струи выбирают равным 2-20 кДж/г, скорость струи 100-2000 м/с, содержание кислорода в струе 1-30%, при этом температуру поверхности изделия в пятне напыления поддерживают не выше 150oС.2. The method according to claim 1, characterized in that to obtain a coating of all shades of brown color, the heat content of the jet is chosen equal to 2-20 kJ / g, the speed of the jet is 100-2000 m / s, the oxygen content in the stream is 1-30%, the surface temperature of the product in the spraying spot is maintained no higher than 150 o C. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для получения покрытия всех оттенков оливкового цвета теплосодержание струи выбирают равным 4-10 кДж/г, скорость струи 500-1000 м/с, содержание кислорода в струе 10-21%, при этом температуру поверхности изделия в пятне напыления поддерживают не выше 100oС.3. The method according to p. 1, characterized in that to obtain a coating of all shades of olive color, the heat content of the jet is chosen equal to 4-10 kJ / g, the speed of the jet is 500-1000 m / s, the oxygen content in the stream is 10-21%, the surface temperature of the product in the spraying spot is maintained no higher than 100 o C. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для получения покрытия всех оттенков бурого цвета теплосодержание струи выбирают равным 8-17 кДж/г, скорость струи 300-700 м/с, содержание кислорода в струе 15-21%, при этом температуру поверхности изделия в пятне напыления поддерживают 100-200oС.4. The method according to p. 1, characterized in that to obtain a coating of all shades of brown color, the heat content of the jet is chosen equal to 8-17 kJ / g, the speed of the jet is 300-700 m / s, the oxygen content in the stream is 15-21%, the surface temperature of the product in the spray spot support 100-200 o C. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для получения покрытия всех оттенков темно-серого и черного цвета теплосодержание струи выбирают равным 10-20 кДж/г, скорость струи 100-2000 м/с, содержание кислорода в струе 15-30%, при этом температуру поверхности изделия в пятне напыления поддерживают 150-200oС.5. The method according to p. 1, characterized in that to obtain a coating of all shades of dark gray and black, the heat content of the jet is chosen equal to 10-20 kJ / g, the speed of the jet is 100-2000 m / s, the oxygen content in the stream is 15-30 %, while the surface temperature of the product in the spray spot support 150-200 o C. 6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что на поверхность изделия предварительно наносят слой материала при теплосодержании струи 8-10 кДж/г, скорости струи 500-2000 м/с, содержании кислорода в струе 0-21% для повышения адгезионной прочности покрытия. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a layer of material is preliminarily applied to the surface of the product with a heat content of the jet of 8-10 kJ / g, a jet velocity of 500-2000 m / s, and an oxygen content of 0-21% to increase the adhesion strength of the coating. 7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что используют напыляемый материал в виде порошка, или порошкового шнура, или штабика, или проволоки. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the sprayed material is used in the form of a powder, or a powder cord, or a stick, or wire.
RU2001100280A 2001-01-04 2001-01-04 Method for applying corrosion resistant coating on article of copper alloys at imparting predetermined color to article surface RU2203347C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001100280A RU2203347C2 (en) 2001-01-04 2001-01-04 Method for applying corrosion resistant coating on article of copper alloys at imparting predetermined color to article surface

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001100280A RU2203347C2 (en) 2001-01-04 2001-01-04 Method for applying corrosion resistant coating on article of copper alloys at imparting predetermined color to article surface

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2001100280A RU2001100280A (en) 2001-07-27
RU2203347C2 true RU2203347C2 (en) 2003-04-27

Family

ID=20244422

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001100280A RU2203347C2 (en) 2001-01-04 2001-01-04 Method for applying corrosion resistant coating on article of copper alloys at imparting predetermined color to article surface

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2203347C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2475365C2 (en) * 2011-05-10 2013-02-20 Анатолий Павлович Алхимов Method of making special coatings and solid bodies on art articles from metallic and non-metallic materials
RU2486276C1 (en) * 2012-02-29 2013-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "Ассоциация Полиплазма" (ООО "Ассоциация Полиплазма") Method to form protective-decorative coating on metal surface

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
БУРЬЯНЕНКО В.Д. и др. Двухструйная плазменная металлизация керамических конденсаторов. Электронная техника. Серия "Радиодетали и радиокомпоненты", 1982, вып.1 (465), с.8-11. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2475365C2 (en) * 2011-05-10 2013-02-20 Анатолий Павлович Алхимов Method of making special coatings and solid bodies on art articles from metallic and non-metallic materials
RU2486276C1 (en) * 2012-02-29 2013-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "Ассоциация Полиплазма" (ООО "Ассоциация Полиплазма") Method to form protective-decorative coating on metal surface

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lee et al. Correlation between Al2O3 particles and interface of Al–Al2O3 coatings by cold spray
EP0911425B1 (en) Method for thermally coating surfaces
EP0907760B1 (en) Thermal spraying method and apparatus
JP6609725B2 (en) Reactive paint for steel that provides high corrosion resistance
US4987003A (en) Production of aluminum matrix composite coatings on metal structures
JP5017675B2 (en) Film manufacturing method
RU2203347C2 (en) Method for applying corrosion resistant coating on article of copper alloys at imparting predetermined color to article surface
EP2112252B1 (en) A thermal barrier, an article with a thermal barrier, and a method of applying a thermal barrier to a surface
WO2001038596A3 (en) Plasma coating metals at atmospheric pressure
EP1645337A4 (en) Photocatalyst coating method and photocatalyst coated article produced by such method
EP0911424B1 (en) Making of self-supporting composite materials
CN1225568C (en) Technique for preparing metal-base ceramic composite coating by electric are spraying
US20160153080A1 (en) Method for producing a coated component and a coated component
GB2206358A (en) Corrosion-resistant aluminium-bearing iron base alloy coating
JP2588036B2 (en) How to form patina
RU2381106C1 (en) Method for restoration of three-dimensional art works
RU2475365C2 (en) Method of making special coatings and solid bodies on art articles from metallic and non-metallic materials
GB191228001A (en) A Method of Producing Bodies and Coatings of Glass and other Substances.
RU2011123407A (en) METHOD FOR FORMING COATINGS AND OBTAINING VOLUME FORMS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
Schoop Early thermal spray application-JTST historical patent# 22
US3181964A (en) Magnesium oxide coating method
RU2486276C1 (en) Method to form protective-decorative coating on metal surface
RU2377341C2 (en) Method to produce multi-layer coat on article made from aluminium alloy
CN106591660A (en) Surface coating for AZ91D magnesium alloy and preparation method of surface coating
JPH0699820B2 (en) How to form patina

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150105