RU2542218C2 - Method of production of nanostructured coating - Google Patents
Method of production of nanostructured coating Download PDFInfo
- Publication number
- RU2542218C2 RU2542218C2 RU2013110864/02A RU2013110864A RU2542218C2 RU 2542218 C2 RU2542218 C2 RU 2542218C2 RU 2013110864/02 A RU2013110864/02 A RU 2013110864/02A RU 2013110864 A RU2013110864 A RU 2013110864A RU 2542218 C2 RU2542218 C2 RU 2542218C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- combustion chamber
- gas stream
- temperature
- starting material
- powder
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к способам получения наноструктурированных покрытий поверхности изделий с использованием методов газотермического напыления. Наноструктурированные покрытия позволяют существенно повысить прочностные и антикоррозионные свойства поверхности изделий, что обеспечивает увеличение их эксплуатационного ресурса. Использование наноструктурированных покрытий дает также возможность производить многослойные нанокомпозиционные материалы.The present invention relates to methods for producing nanostructured surface coatings of products using methods of thermal spraying. Nanostructured coatings can significantly increase the strength and anti-corrosion properties of the surface of products, which ensures an increase in their operational life. The use of nanostructured coatings also makes it possible to produce multilayer nanocomposite materials.
Известны различные способы газотермического напыления. В частности известно газопламенное напыление, при котором на поверхность детали непрерывно подается напыляемый материал в виде порошка при помощи газопламенной горелки (см., например, патент РФ №2432416 C1, МПК C23C 4/12). Порошок под действием потока горячего газа разгоняется и, нагреваясь, расплавляется. При соударении с поверхностью детали расплавленные капли растекаются и застывают, образуя защитное покрытие. Однако газопламенное напыление не обеспечивает получение наноструктурированного покрытия.Various methods of thermal spraying are known. In particular, flame spraying is known in which a sprayed material in the form of a powder is continuously supplied to the surface of a part using a gas flame burner (see, for example, RF patent No. 2432416 C1, IPC
Известен также способ детонационного напыления, при котором нагрев и транспортирование частиц порошкообразного материала на поверхность детали осуществляется путем использования энергии детонации газовой смеси (см., например, книгу: Газотермическое напыление: учебное пособие/ кол. авторов; под общей редакцией Л.Х.Балдаева. - М.: Маркет ДС, 2007. С.116-121). Детонационное напыление обеспечивает высокую скорость подлета частиц порошка к поверхности детали, что существенно повышает сцепление образующегося покрытия с поверхностью детали. Однако детонационное напыление также не обеспечивает получение наноструктурированного покрытия.There is also a known method of detonation spraying, in which the heating and transportation of particles of powder material to the surface of the part is carried out by using the energy of detonation of a gas mixture (see, for example, the book: Thermal spraying: a training manual / number of authors; edited by L.Kh. Baldaev - M.: Market DS, 2007. S.116-121). Detonation spraying provides a high speed of approach of the powder particles to the surface of the part, which significantly increases the adhesion of the resulting coating to the surface of the part. However, detonation spraying also does not provide a nanostructured coating.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по совокупности признаков является способ получения наноструктурированного покрытия, заключающийся в формировании в камере сгорания высокоскоростного распылителя высокотемпературного газового потока путем сжигания топлива в окислителе, в подаче в камеру сгорания высокоскоростного распылителя жидкого исходного материала, являющегося источником образования наночастиц, в образовании, разогреве и переносе высокотемпературным газовым потоком наночастиц и осаждении их на подложке, причем жидкий исходный материал, являющийся источником образования наночастиц, одновременно используют в качестве топлива для формирования высокотемпературного газового потока, при этом сам материал представляет собой истинный или коллоидный раствор органических и/или неорганических соединений в органическом растворителе или смеси нескольких растворителей (патент РФ №2394937 C1, МПК C23C 4/10, B82B 3/00).Closest to the proposed invention in terms of features is a method for producing a nanostructured coating, which consists in the formation in the combustion chamber of a high-speed atomizer of a high-temperature gas stream by burning fuel in an oxidizer, in the supply to the combustion chamber of a high-speed atomizer of a liquid source material, which is the source of nanoparticle formation, in the formation of heating and transporting nanoparticles by high-temperature gas flow and their deposition on a substrate, and the liquid source material, which is the source of the formation of nanoparticles, is simultaneously used as fuel for the formation of a high-temperature gas stream, while the material itself is a true or colloidal solution of organic and / or inorganic compounds in an organic solvent or a mixture of several solvents (RF patent No. 2394937 C1, IPC
Недостатком известного способа является использование в качестве исходного материала истинного или коллоидного раствора органических и неорганических соединений в органическом растворителе, служащем в качестве топлива. С одной стороны, получение такого раствора в целом усложняет и удорожает технологический процесс нанесения покрытия. С другой стороны, не всякий материал, используемый для нанесения покрытия, растворяется в органическом растворителе, служащем в качестве топлива. Это ограничивает технологические возможности данного способа.A disadvantage of the known method is the use of a true or colloidal solution of organic and inorganic compounds in an organic solvent serving as fuel as a starting material. On the one hand, the preparation of such a solution generally complicates and increases the cost of the coating process. On the other hand, not every material used for coating is soluble in an organic solvent serving as fuel. This limits the technological capabilities of this method.
Задачей изобретения является разработка универсального способа получения наноструктурированных покрытий, позволяющего использовать имеющиеся порошковые материалы, широко применяемые на практике, в частности в порошковой металлургии, для нанесения наноструктурированных покрытий.The objective of the invention is to develop a universal method for producing nanostructured coatings, allowing the use of existing powder materials that are widely used in practice, in particular in powder metallurgy, for applying nanostructured coatings.
Поставленная задача достигается тем, что в способе получения наноструктурированного покрытия, заключающемся в формировании в камере сгорания высокоскоростного распылителя высокотемпературного газового потока путем сжигания топлива в окислителе, в подаче в камеру сгорания исходного материала, являющегося источником образования наночастиц, в образовании и переносе высокотемпературным газовым потоком наночастиц и осаждении их на подложке, в камере сгорания воздействием высокотемпературного газового потока исходный материал переводят в газообразное состояние, а затем газовый поток после выхода из камеры сгорания резко охлаждают до достижения температуры ниже температуры плавления исходного материала. В частности, охлаждение упомянутого газового потока осуществляют путем его смешения с холодным потоком инертного газа.The problem is achieved in that in a method for producing a nanostructured coating, which consists in forming a high-speed atomizer of a high-temperature gas stream in a combustion chamber by burning fuel in an oxidizing agent, in feeding into the combustion chamber a starting material, which is a source of nanoparticle formation, in the formation and transfer of a high-temperature gas stream of nanoparticles and their deposition on a substrate in a combustion chamber by exposure to a high-temperature gas flow ny in the gaseous state, and then the gas stream after leaving the combustion chamber is quenched until the temperature below the melting temperature of the starting material. In particular, said gas stream is cooled by mixing it with a cold inert gas stream.
В предлагаемом способе в качестве исходного материала для образования наночастиц используются порошковые материалы, выпускаемые промышленностью. В камере сгорания под воздействием высокотемпературного газового потока порошок расплавляется и испаряется. После выхода газового потока из камеры сгорания при резком его охлаждении пары исходного материала, минуя жидкое состояние, переходят в твердое состояние. Так в газовом потоке образуются наночастицы. При оседании этих частиц на подложке образуется наноструктурированное покрытие.In the proposed method, as a starting material for the formation of nanoparticles, powder materials manufactured by the industry are used. In the combustion chamber, under the influence of a high-temperature gas stream, the powder melts and evaporates. After the gas stream exits the combustion chamber during its sharp cooling, the vapors of the source material, bypassing the liquid state, pass into the solid state. So in a gas stream nanoparticles are formed. When these particles settle on the substrate, a nanostructured coating is formed.
Предлагаемый способ реализуется в устройстве высокоскоростного напыления, схематически представленном на фиг.1. Устройство содержит камеру сгорания 1, соединенную с соплом 2. В камеру сгорания 1 подается горючее 3, окислитель 4 и порошок 5 исходного материала, служащего источником наночастиц. В качестве горючего используется природный газ или пропан-бутан, либо ацетилен, а в качестве окислителя - сжатый воздух или кислород. При необходимости вместе с порошком в камеру сгорания 1 может также подаваться азот. В результате сгорания топливной смеси в камере сгорания образуется высокотемпературный газовый поток. Под воздействием этого потока порошок исходного материала расплавляется, испаряется и смешивается с газовым потоком. Длина камеры сгорания 1 и параметры газового потока подбираются таким образом, чтобы в камере сгорания 1 порошок исходного материала успел испариться. Газовый поток после выхода из камеры сгорания 1 ускоряется в сопле 2. При этом температура газового потока интенсивно падает. Длина сопла 2 выбирается таким образом, чтобы до достижения выходного среза сопла температура газового потока стала ниже температуры плавления исходного материала. При этом из-за быстротечности процесса пары исходного материала, минуя жидкое состояние, переходят в твердое состояние. Благодаря этому из сопла выходит газовый поток с наночастицами, которые, оседая на подложке, образуют наноструктурированное покрытие 6.The proposed method is implemented in a high-speed spraying device, schematically represented in figure 1. The device comprises a
На фиг.2 схематично представлен другой вариант реализации предлагаемого способа. Устройство, осуществляющее способ, содержит камеру сгорания 1 с коническим соплом 2, в которую подаются горючее 3, окислитель 4 и порошковый материал 5. К корпусу камеры сгорания 1 присоединено дополнительное сопло 6, охватывающее сопло 2 камеры сгорания. В сопло 6 подается инертный газ 7, например азот, благодаря чему в пространстве 8 между соплами 2 и 6 формируется холодный поток инертного газа. В камере сгорания 1 из продуктов сгорания формируется поток высокотемпературного газа. Под его воздействием частицы порошка испаряются и смешиваются с потоком. В сопле 2 поток высокотемпературного газа ускоряется, при этом его температура интенсивно снижается. После выхода из сопла 2 поток высокотемпературного газа, смешиваясь с холодным потоком инертного газа, интенсивно охлаждается. При уменьшении его температуры ниже температуры плавления исходного материала из паров исходного материала образуются наночастицы, из этих частиц на подложке образуется наноструктурированное покрытие 9.Figure 2 schematically presents another embodiment of the proposed method. The device implementing the method comprises a
Примеры осуществления предлагаемого способаExamples of the proposed method
Пример 1. Создание антикоррозионного покрытия использованием хрома. Температура плавления хрома составляет 2130K, а температура кипения - 2945K. Следовательно, для испарения частичек порошка хрома температура газового потока должна быть порядка 2700…2900K. Следует отметить, что, так как парциальное давление паров хрома в газовом потоке будет невелико, температура газового потока может быть ниже температуры кипения хрома. Поэтому при температуре 2700…2800K частички хрома могут полностью испариться. Таким образом, газовый поток с парами хрома при выходе из камеры сгорания будет иметь температуру порядка 2700…2800K. В сопле температура газового потока должна быть снижена примерно до 2050…2150K, т.е. в 1,3…1,4 раза. Это достигается соответствующим подбором параметров сопла. Создание покрытия осуществляется при помощи устройства, представленного на фиг.1. В камеру сгорания подается природный газ, кислород и порошок хрома.Example 1. The creation of anti-corrosion coatings using chromium. The melting point of chromium is 2130K, and the boiling point is 2945K. Therefore, for the evaporation of particles of chromium powder, the temperature of the gas stream should be of the order of 2700 ... 2900K. It should be noted that, since the partial pressure of chromium vapor in the gas stream will be small, the temperature of the gas stream may be lower than the boiling point of chromium. Therefore, at a temperature of 2700 ... 2800K, chromium particles can completely evaporate. Thus, a gas stream with chromium vapor at the exit from the combustion chamber will have a temperature of about 2700 ... 2800K. In the nozzle, the gas flow temperature should be reduced to approximately 2050 ... 2150K, i.e. 1.3 ... 1.4 times. This is achieved by appropriate selection of nozzle parameters. Creating a coating is carried out using the device shown in Fig.1. Natural gas, oxygen and chromium powder are fed into the combustion chamber.
Пример 2. Создание антикоррозионного покрытия на основе алюминия. Температура плавления алюминия составляет 933K, а температура кипения 2673K. В данном случае температура кипения почти в 3 раза превышает температуру плавления. Поэтому для реализации предлагаемого способа целесообразнее использовать устройство, представленное на фиг.2. Для испарения частичек порошка алюминия вполне достаточна температура 2000…2100K, поэтому в качестве окислителя может быть использован сжатый воздух. В камеру сгорания подается природный газ, сжатый воздух и порошок алюминия, а в пространство 8 между соплами 2 и 6 подается азот. Газовый поток с парами алюминия при выходе из камеры сгорания будет иметь температуру порядка 2000…2100K. При прохождении потока через сопло его температура снижается. После выхода из сопла поток высокотемпературного газа смешивается с потоком азота, и его температура снижается до 850…900K.Example 2. The creation of an anti-corrosion coating based on aluminum. The melting point of aluminum is 933K, and the boiling point is 2673K. In this case, the boiling point is almost 3 times higher than the melting point. Therefore, to implement the proposed method, it is more advisable to use the device shown in figure 2. For the evaporation of particles of aluminum powder, a temperature of 2000 ... 2100K is quite sufficient, therefore, compressed air can be used as an oxidizing agent. Natural gas, compressed air and aluminum powder are supplied to the combustion chamber, and nitrogen is supplied to the
В предлагаемом способе для получения наноструктурированного покрытия в качестве исходного материала используются порошковые материалы, широко используемые в промышленности. Это существенно упрощает и удешевляет получение наноструктурированных покрытий, что дает возможность широко применять такие покрытия. Данный способ позволяет также производить многослойные нанокомпозиционные материалы.In the proposed method for obtaining a nanostructured coating, powder materials widely used in industry are used as a starting material. This greatly simplifies and reduces the cost of obtaining nanostructured coatings, which makes it possible to widely use such coatings. This method also allows the production of multilayer nanocomposite materials.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013110864/02A RU2542218C2 (en) | 2013-03-13 | 2013-03-13 | Method of production of nanostructured coating |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013110864/02A RU2542218C2 (en) | 2013-03-13 | 2013-03-13 | Method of production of nanostructured coating |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013110864A RU2013110864A (en) | 2014-09-20 |
RU2542218C2 true RU2542218C2 (en) | 2015-02-20 |
Family
ID=51583382
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013110864/02A RU2542218C2 (en) | 2013-03-13 | 2013-03-13 | Method of production of nanostructured coating |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2542218C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2636211C2 (en) * | 2016-02-15 | 2017-11-21 | Общество с ограниченной ответственностью "Технологические системы защитных покрытий", ООО "ТСЗП" | Method of protecting technological equipment for petrochemical production |
RU2710246C1 (en) * | 2019-05-13 | 2019-12-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Method of obtaining coating on part surface from steel |
RU2754127C1 (en) * | 2020-12-23 | 2021-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" | Method for transfer of threaded nanocrystals to substrate |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU716613A1 (en) * | 1978-04-03 | 1980-02-25 | Предприятие П/Я М-5671 | Powder material sprayer |
US6491971B2 (en) * | 2000-11-15 | 2002-12-10 | G.T. Equipment Technologies, Inc | Release coating system for crucibles |
US6580051B2 (en) * | 1999-09-15 | 2003-06-17 | Nanotechnologies, Inc. | Method and apparatus for producing bulk quantities of nano-sized materials by electrothermal gun synthesis |
RU2394937C1 (en) * | 2008-10-31 | 2010-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Технологические системы защитных покрытий" | Procedure for applying nano-structured coating |
RU2407700C2 (en) * | 2008-10-31 | 2010-12-27 | Лев Христофорович Балдаев | Installation for flame spraying of nano-structured coat |
-
2013
- 2013-03-13 RU RU2013110864/02A patent/RU2542218C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU716613A1 (en) * | 1978-04-03 | 1980-02-25 | Предприятие П/Я М-5671 | Powder material sprayer |
US6580051B2 (en) * | 1999-09-15 | 2003-06-17 | Nanotechnologies, Inc. | Method and apparatus for producing bulk quantities of nano-sized materials by electrothermal gun synthesis |
US6491971B2 (en) * | 2000-11-15 | 2002-12-10 | G.T. Equipment Technologies, Inc | Release coating system for crucibles |
RU2394937C1 (en) * | 2008-10-31 | 2010-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Технологические системы защитных покрытий" | Procedure for applying nano-structured coating |
RU2407700C2 (en) * | 2008-10-31 | 2010-12-27 | Лев Христофорович Балдаев | Installation for flame spraying of nano-structured coat |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2636211C2 (en) * | 2016-02-15 | 2017-11-21 | Общество с ограниченной ответственностью "Технологические системы защитных покрытий", ООО "ТСЗП" | Method of protecting technological equipment for petrochemical production |
RU2710246C1 (en) * | 2019-05-13 | 2019-12-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Method of obtaining coating on part surface from steel |
RU2754127C1 (en) * | 2020-12-23 | 2021-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" | Method for transfer of threaded nanocrystals to substrate |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013110864A (en) | 2014-09-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0567569B1 (en) | Thermal spray method utilizing in-transit powder particle temperatures below their melting point | |
US9206085B2 (en) | Method for densification and spheroidization of solid and solution precursor droplets of materials using microwave generated plasma processing | |
JP6603729B2 (en) | Thermal spraying of repair and protective coatings | |
CA2947531C (en) | Method for the densification and spheroidization of solid and solution precursor droplets of materials using plasma | |
US10745793B2 (en) | Ceramic coating deposition | |
RU2542218C2 (en) | Method of production of nanostructured coating | |
JP2005526910A (en) | Thermal spray coating process with nano-sized materials | |
Ulianitsky et al. | Enhancing the properties of WC/Co detonation coatings using two-component fuels | |
RU2394937C1 (en) | Procedure for applying nano-structured coating | |
JP2008542546A (en) | Deposit a uniform layer of the desired material | |
JP2005126795A (en) | Method for forming amorphous film | |
RU2525948C2 (en) | Device and method of production of amorphous cover film | |
CN107904541A (en) | A kind of supersonic flame spraying method and spray equipment | |
WO2013105613A1 (en) | Device for forming amorphous film and method for forming same | |
US8642120B2 (en) | Method and apparatus for coating glass substrate | |
RU2407700C2 (en) | Installation for flame spraying of nano-structured coat | |
RU2575667C2 (en) | Method of nano-structured coating and device to this end | |
Yoo et al. | Hafnium carbide coatings deposited by suspension vacuum plasma spraying for ultra-high-temperature oxidation barrier on carbon composites | |
Fauchais et al. | Sprays used for thermal barrier coatings | |
RU132078U1 (en) | INSTALLATION FOR GAS-FLAME SPRAYING OF NANOSTRUCTURED COATING | |
RU1787171C (en) | Method of flame spraying of powdered materials | |
CN104148210A (en) | High velocity oxy-liquid flame spray gun and process for coating thereof | |
RU82702U1 (en) | INSTALLATION FOR GAS-FLAME SPRAYING OF NANOSTRUCTURED COATING | |
RU2775984C1 (en) | Method for flame spraying of powder materials to obtain a nickel-based coating by means of a sprayer | |
US1795703A (en) | Method of coating bodies of iron, wood, or other material |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160314 |