RU2407700C2 - Установка для газопламенного напыления наноструктурированного покрытия - Google Patents
Установка для газопламенного напыления наноструктурированного покрытия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2407700C2 RU2407700C2 RU2008143072/02A RU2008143072A RU2407700C2 RU 2407700 C2 RU2407700 C2 RU 2407700C2 RU 2008143072/02 A RU2008143072/02 A RU 2008143072/02A RU 2008143072 A RU2008143072 A RU 2008143072A RU 2407700 C2 RU2407700 C2 RU 2407700C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- coating
- atomizer
- flame spraying
- tank
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к установке для газопламенного напыления наноструктурированного покрытия и может быть использовано для упрочнения поверхностей изделий. Установка содержит распылитель с устройствами подвода к нему жидкого топлива и газа, форсунку для впрыска топлива в камеру сгорания и выходное сопло. Питание распылителя топливом осуществляется через устройство подвода топлива в распылитель, подключенного через соответствующие расходомеры и клапаны к емкости с жидким топливом и емкости с использующимся в качестве топлива исходным материалом для покрытия, представляющим собой истинный или коллоидный раствор органических и/или неорганических соединений в жидком топливе. Подача топлива может осуществляться как попеременно из каждой емкости, так и одновременно из обеих емкостей. Изобретение позволяет простым и экономичным способом, используя стандартное оборудование для газопламенного напыления, наносить наноструктурные покрытия различного функционального назначения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к способам получения наноструктурированных покрытий, упрочняющих поверхность изделий, с использованием методов газотермического напыления, в частности газопламенного напыления.
Использование наноструктурированных материалов для создания покрытий позволяет достигать новых свойств покрытий различного функционального назначения, обладающих повышенной сопротивляемостью к разрушению в условиях воздействия циклических термомеханических напряжений и агрессивных сред.
Стандартные, хорошо изученные и широко распространенные процессы газотермического напыления в своей основе имеют процесс нагрева, диспергирования и переноса конденсированных частиц распыляемого материала газовым или плазменным потоком и формирования на подложке слоя материала. Подача материала осуществляется в факел газовой горелки распылителя, при этом в качестве материала для напыления используют порошки, шнуры и проволоки.
Известна установка для газопламенного напыления наноструктурированного покрытия, содержащая распылитель с устройствами подвода к нему жидкого топлива и газа, форсункой для впрыска топлива в камеру сгорания и выходным соплом, а также связанную с распылителем емкость с исходным материалом для покрытия и емкость с жидким топливом, связанную через расходомер и клапан с устройством подвода топлива в распылитель (Газотермическое напыление: Учеб. пособие. / Кол.авторов; под общей редакцией Л.Х.Балдаева. - М.: Маркет ДС, 2007, стр.106, рис.3.2) (1).
В качестве исходного материала в установке преимущественно используется порошковый материал. Вместе с тем, обычно для напыления рекомендуются порошки с размером частиц в интервале от 20 до 70 мкм. С уменьшением размера частиц (менее 10 мкм) возникают затруднения их транспортировки и ввода в распылитель. Мелкие порошки также не могут быть заранее подготовлены и выровнены по размеру с помощью набора сит, поскольку они не рассеиваются на ситах. Из-за влажности и проявления сил молекулярного сцепления мелкие порошки комкуются и образуют при подаче их потоком транспортирующего газа конгломераты из нескольких частиц. Уже будучи введенными в зону нагрева, мелкие частицы могут в ней полностью испариться. Мелкие порошки в плотной окружающей атмосфере быстро теряют скорость, отклоняются от заданной траектории и не достигают напыляемой поверхности.
В настоящее время известны способы обработки наноструктурированного сырья для его пригодности к промышленному напылению покрытий, при которых наноструктурное исходное сырье (как правило, в виде порошка) диспергируют в жидкую среду, например, посредством ультразвука (Патент РФ №2196846, 2003 г.) (2). Это делает возможным применение в известной установке (1) жидкого исходного материала для формирования наноструктурированного покрытия. Сырье подается в распылитель в осевом или радиальном направлении. Такая подача требует наличия в распылителе дополнительных устройств, инжектирующих материал непосредственно в камеру сгорания распылителя. Инжектирующие устройства должны обеспечить строго дозированный впрыск с очень малым размером капель дисперсии, чтобы транспортирующая жидкость успела испариться, обеспечив плавление и перенос частиц высокотемпературным газовым потоком на подложку, что делает довольно сложным их конструктивное исполнение и, кроме того, затрудняет использование одних и тех же инжектирующих устройств для различных типов исходных материалов. Даже при наличии такой возможности после использования одного материала и перед применением другого форсунки должны быть хорошо промыты. Применение дисперсий наноструктурных порошков в жидкости все равно требует, прежде всего, изготовления наноструктурного порошка, что является достаточно сложным процессом.
Задачей, на решение которой направлено заявленное решение, является упрощение конструкции установки газопламенного напыления наноструктурированного покрытия, обеспечивающей возможность получения простым и экономичным способом высококачественных наноструктурированных защитных покрытий различного функционального назначения.
Технический результат достигается тем, что в установке для газопламенного напыления наноструктурированного покрытия, содержащей распылитель с устройствами подвода к нему жидкого топлива и газа, форсункой для впрыска топлива в камеру сгорания и выходным соплом, а также связанную с распылителем емкость с исходным материалом для покрытия и емкость с жидким топливом, связанную через расходомер и клапан с устройством подвода топлива в распылитель, исходный материал для покрытия представляет собой истинный или коллоидный раствор органических и/или неорганических соединений в жидком топливе, причем емкость с исходным материалом связана с распылителем через устройство подвода топлива в распылитель путем ее подключения к этому устройству через дополнительные расходомер и клапан.
Кроме того, выходное сопло распылителя может быть выполнено расширяющимся к выходу.
Выполнение исходного материала в виде раствора органических и/или неорганических соединений в жидком топливе позволяет одновременно использовать исходный материал в качестве топлива и в качестве источника образования наночастиц. Это также позволяет подавать материал для покрытия в постоянной концетрации, что способствует стабильной работе всей системы по нанесению покрытия и обеспечивает заданное качество покрытия. Кроме того, это исключает необходимость предварительного синтеза наноструктурных порошков.
Подключение емкости с исходным материалом через дополнительные клапан и расходомер к устройству подвода топлива организует подачу исходного расхода в качестве топлива в камеру сгорания распылителя для формирования высокотемпературного газового потока, что позволяет исключить необходимость наличия специальной системы питания распылителя исходным материалом для покрытия, тем самым максимально упрощая систему для напыления покрытия и позволяя с минимальными переделками использовать стандартное оборудование для газопламенного напыления покрытий.
Установка для газопламенного напыления наноструктурированного покрытия схематично показана на представленном чертеже.
Установка содержит распылитель 1 с устройством 2 подвода топлива из емкости 3 и сжатого газа из источника 4 в камеру сгорания 5 и с выходным соплом 6, выполненным расширяющимся к выходу и образующим вместе с камерой сгорания канал типа сопла Лаваля для прохождения высокотемпературного газового потока. Подвод топлива к устройству 2 осуществляется через расходомер 7 и клапан 8. Параллельно емкости 3 с топливом устройству 2 подвода топлива через расходомер 9 и клапан 10 подключена емкость 11 с исходным материалом для покрытия, представляющим собой раствор органических и/или неорганических соединений для покрытия, в органическом растворителе - жидком топливе, например керосине. Исходный материал находится в растворе в малых концентрациях и может быть в виде жидкости или твердого тела, например соли. В качестве соли могут быть использованы карбоксилаты, ацетаты, нитраты, хлориды и т.д., а также комбинации, включающие одну или несколько перечисленных солей, щелочных металлов, щелочноземельных металлов, в том числе редких, их комбинации и т.д. Предпочтительно использование в качестве солей ацетата циркония, нитрата иттрия, нитрата алюминия, нитрата никеля, нитрата железа, азотнокислого цинка и их комбинаций, включающих одну и более исходных солей.
В качестве сжатого газа может использоваться кислород, воздух, смесь кислорода с азотом или другим инертным газом. Использование указанных смесей снижает температуру горения и предотвращает испарение наночастиц.
Устройство работает следующим образом.
В начальный момент времени для образования в распылителе 1 рабочей струи горячих газов в устройство 2 подвода топлива из емкости 3 через расходомер 7 и клапан 8 подают жидкое топливо, например керосин. Одновременно из источника 4 в камеру сгорания 5 распылителя подают газ, например сжатый воздух. После выхода распылителя на рабочий режим прекращают подачу топлива из емкости 3 и одновременно через расходомер 9 и клапан 10 осуществляют подачу в качестве топлива исходного материала из емкости 11. При сгорании раствора в камере сгорания распылителя происходит выгорание органического растворителя - керосина и превращение раствора в материальные частицы при реакции пиролиза. Эти частицы агломерируются и ускоряются в выходном сопле 5 распылителя 1, после выхода из которого осаждаются на подложке. Сжатый газ преимущественно подается по периферии форсунки, через которую в камеру сгорания 5 поступает топливо, являющееся одновременно источником образования наночастиц. Это обеспечивает охлаждение стенок камеры сгорания и препятствует в процессе образования материальных наночастиц их оседанию на стенках камеры сгорания.
Осуществление переноса и плавления образовавшихся наночастиц в выходном расширяющимся сопле высокоскоростного распылителя обеспечивает ламинарность потока и препятствует выносу формирующихся в процессе горения или примешанных в раствор наночастиц на периферию струи, что способствует направленному осаждению частиц на подложку.
Возможность переключения с подачи топлива из емкости 3 с жидким топливом на подачу раствора из емкости 11 и обратно позволяет использовать для напыления на одной установке различные материалы, поскольку после напыления покрытия в устройство 2 подвода топлива в распылитель 1 подается топливо из емкости 1, которое очищает форсунку от образовавшихся частиц предыдущего материала.
При высокой концентрации исходного раствора для ее уменьшения в процессе напыления возможна одновременная подача топлива из емкости 3 с исходным материалом из емкости 11 путем их смешения в смесителе 12.
Изобретение позволяет простым и экономичным способом, используя стандартное оборудование для газопламенного напыления, наносить наноструктурированные покрытия различного функционального назначения.
Claims (2)
1. Установка для газопламенного напыления наноструктурированного покрытия, содержащая распылитель с устройствами подвода к нему жидкого топлива и газа, форсункой для впрыска топлива в камеру сгорания и выходным соплом, и связанную с распылителем емкость с исходным материалом для покрытия и емкость с жидким топливом, связанную через расходометр и клапан с устройством подвода топлива в распылитель, отличающаяся тем, что емкость с исходным материалом для покрытия связана с распылителем через устройство подвода топлива в распылитель посредством подключения к упомянутому устройству через дополнительные расходометр и клапан, а исходный материал для покрытия представляет собой истинный или коллоидный раствор органических и/или неорганических соединений в жидком топливе.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выходное сопло распылителя выполнено расширяющимся к выходу.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008143072/02A RU2407700C2 (ru) | 2008-10-31 | 2008-10-31 | Установка для газопламенного напыления наноструктурированного покрытия |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008143072/02A RU2407700C2 (ru) | 2008-10-31 | 2008-10-31 | Установка для газопламенного напыления наноструктурированного покрытия |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008143072A RU2008143072A (ru) | 2010-05-10 |
RU2407700C2 true RU2407700C2 (ru) | 2010-12-27 |
Family
ID=42673443
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008143072/02A RU2407700C2 (ru) | 2008-10-31 | 2008-10-31 | Установка для газопламенного напыления наноструктурированного покрытия |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2407700C2 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2542218C2 (ru) * | 2013-03-13 | 2015-02-20 | Анвар Юсуфович Боташев | Способ получения наноструктурированного покрытия |
RU2575667C2 (ru) * | 2013-09-30 | 2016-02-20 | Анвар Юсуфович Боташев | Способ получения наноструктурированного покрытия и устройство для его реализации |
RU2600643C2 (ru) * | 2015-03-23 | 2016-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Устройство для нанесения покрытий из полимерных порошковых композиций электрогазопламенным способом |
-
2008
- 2008-10-31 RU RU2008143072/02A patent/RU2407700C2/ru active IP Right Revival
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2542218C2 (ru) * | 2013-03-13 | 2015-02-20 | Анвар Юсуфович Боташев | Способ получения наноструктурированного покрытия |
RU2575667C2 (ru) * | 2013-09-30 | 2016-02-20 | Анвар Юсуфович Боташев | Способ получения наноструктурированного покрытия и устройство для его реализации |
RU2600643C2 (ru) * | 2015-03-23 | 2016-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Устройство для нанесения покрытий из полимерных порошковых композиций электрогазопламенным способом |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008143072A (ru) | 2010-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2014394102B2 (en) | Method for the densification and spheroidization of solid and solution precursor droplets of materials using plasma | |
US20030219544A1 (en) | Thermal spray coating process with nano-sized materials | |
US9206085B2 (en) | Method for densification and spheroidization of solid and solution precursor droplets of materials using microwave generated plasma processing | |
US7112758B2 (en) | Apparatus and method for solution plasma spraying | |
KR100492441B1 (ko) | 고온 가스를 이용한 유체 분무 방법 | |
US8951496B2 (en) | Method for making amorphous particles using a uniform melt-state in a microwave generated plasma torch | |
US9328918B2 (en) | Combustion cold spray | |
US8252384B2 (en) | Method for feeding particles of a coating material into a thermal spraying process | |
RU2394937C1 (ru) | Способ получения наноструктурированного покрытия | |
KR20080021535A (ko) | 플라즈마 스프레이 장치 및 액체 전구체를 플라즈마 가스흐름에 도입시키는 방법 | |
US10745793B2 (en) | Ceramic coating deposition | |
US20060275542A1 (en) | Deposition of uniform layer of desired material | |
WO2007055934B1 (en) | Flame spraying process and apparatus | |
WO2009155702A1 (en) | Low-temperature oxy-fuel spray system and method for depositing layers using same | |
KR20130048235A (ko) | 액적 생성 시스템 및 방법 | |
RU2407700C2 (ru) | Установка для газопламенного напыления наноструктурированного покрытия | |
CN104114738A (zh) | 用于悬浮等离子喷涂法的反应性气体护罩或火焰护套 | |
RU82702U1 (ru) | Установка для газопламенного напыления наноструктурированного покрытия | |
JP2009161800A (ja) | 酸化ガドニウム溶射皮膜とその製造法 | |
RU2542218C2 (ru) | Способ получения наноструктурированного покрытия | |
CN106041065B (zh) | 连续成分无机块材自动化快速制备系统 | |
JP6543753B2 (ja) | プラズマを使用して固体材料および材料の溶液前駆体液滴を高密度化および球状化する方法 | |
CN112742620A (zh) | 高速含氧空气燃料热喷涂装置 | |
CN1278461A (zh) | 超音速火焰熔滴喷涂方法 | |
RU2575667C2 (ru) | Способ получения наноструктурированного покрытия и устройство для его реализации |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121101 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20140210 |
|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20140701 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181101 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20191126 |