RU2564300C2

RU2564300C2 - Protective coating

Info

Publication number: RU2564300C2
Application number: RU2013154791/05A
Authority: RU
Inventors: Юрий Петрович Петренко; Юлия Юрьевна Петренко; Николай Юрьевич Петренко; Сергей Викторович Данилов; Валерий Юрьевич Сорокин; Светлана Анатольевна Микаева; Анжела Сергеевна Микаева; Сергей Геннадьевич Микаев; Владимир Сергеевич Поляков; Александр Дмитриевич Силаев; Дмитрий Александрович Силаев; Светлана Геннадьевна Силаева; Наталья Михайловна Бородинская; Наталья Евгеньевна Харитонова
Original assignee: Юрий Петрович Петренко; Юлия Юрьевна Петренко; Николай Юрьевич Петренко; Сергей Викторович Данилов; Валерий Юрьевич Сорокин; Светлана Анатольевна Микаева; Анжела Сергеевна Микаева; Сергей Геннадьевич Микаев; Владимир Сергеевич Поляков; Александр Дмитриевич Силаев; Дмитрий Александрович Силаев; Светлана Геннадьевна Силаева; Наталья Михайловна Бородинская; Наталья Евгеньевна Харитонова
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2015-09-27
Also published as: RU2013154791A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: protective coating on the inner surface of discharge covers of radiation sources contains aluminium oxide, yttrium oxide, magnesium oxide, zirconium oxide and thorium oxide.

EFFECT: increasing inertness of material of a burner on inner surface a discharge cover with regard to vapours of corrosive metals at high temperatures and pressures; increasing physical service life of mercury and caesium lamps at inconsiderable reduction of radiation during operation within those values of service life.

2 tbl

Description

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для использования в разрядных источниках излучения.The invention relates to the field of electrical engineering and is intended for use in discharge radiation sources.

Известны газоразрядные источники излучения, представляющие собой разрядную оболочку из тугоплавкого материала, электродные узлы и наполнение оболочки - инертный газ и излучающие материалы: ртуть и (или) другие металлы. В зависимости от величины давления наполняющих оболочку компонентов источники излучения делятся на лампы низкого и высокого давления (См. Г.Н.Рохлин. РАЗРЯДНЫЕ ИСТОЧНИКИ СВЕТА, М.: Энергоатомиздат, 1991 г. ).Known gas-discharge radiation sources, which are a discharge shell of refractory material, electrode assemblies and shell filling are an inert gas and emitting materials: mercury and (or) other metals. Depending on the pressure value of the components filling the shell, the radiation sources are divided into low and high pressure lamps (See G.N. Rokhlin. DISCHARGE SOURCES OF LIGHT, M .: Energoatomizdat, 1991).

Известно техническое решение по защите кварцевой оболочки бактерицидной амальгамной лампы низкого давления типа ДБ, например ДБ 300 и других, выпускаемыми ЗАО НПО «ЛИТ» (аналог), (см. «Ультрафиолетовые технологии в современном мире». Под ред. Кармазинова Ф.В., Костюченко С.В., Кудрявцева Н.Н., Храменкова С.В. Изд. Дом ИНТЕЛЛЕКТ, Долгопрудный, 2012, с. 63-64).A technical solution is known for protecting the quartz shell of a low-pressure bactericidal amalgam lamp of the DB type, for example, DB 300 and others, manufactured by NPO LIT CJSC (analogue) (see “UV Technologies in the Modern World.” Edited by F.V. Karmazinov. , Kostyuchenko S.V., Kudryavtseva N.N., Khramenkova S.V. Publishing House INTELLIGENCE, Dolgoprudny, 2012, p. 63-64).

Это решение заключается в нанесении на внутреннюю поверхность кварцевой оболочки водорастворимой соли иттрия (например, водный раствор ацетата иттрия), которая после соответствующей термообработки превращается в тончайшую пленку (толщина - несколько микрон) оксида иттрия, имеющую физическую связь с кварцем. Суть данного решения заключается в том, что оксид иттрия является более инертным соединением по отношению к парам ртути и (или) других металлов, наполняющих оболочку, таким образом, препятствуя взаимодействию паров ртути с кварцем, т.е. потемнению кварцевого стекла в процессе работы лампы. Соответственно, у такой лампы будет более стабильный лучистый поток в процессе эксплуатации. Однако все вышесказанное справедливо только для ламп низкого давления, тогда как в лампах высокой интенсивности, у которых пары ртути и излучающих добавок имеют более высокую температуру, а также температура оболочки более высока, чем в случае с лампами низкого давления, эффективность подобного покрытия снижается. Ситуация усугубляется в источниках света, в которых излучающими добавками являются агрессивные металлы типа лития, натрия, калия и т.п. Кварцевые горелки взаимодействуют (разъедаются) с агрессивной средой (кстати, дающей, весьма, эффективное излучение в видимой или инфракрасной областях спектра), т.е. темнеют в течение нескольких десятков часов работы.This solution consists in applying a water-soluble yttrium salt (for example, an aqueous solution of yttrium acetate) to the inner surface of the quartz shell, which, after appropriate heat treatment, turns into a thin film (a few microns thick) of yttrium oxide, which has a physical bond with quartz. The essence of this solution is that yttrium oxide is a more inert compound with respect to mercury vapor and (or) other metals that fill the shell, thus preventing the interaction of mercury vapor with quartz, i.e. darkening of quartz glass during lamp operation. Accordingly, such a lamp will have a more stable radiant flux during operation. However, all of the above is true only for low-pressure lamps, whereas in high-intensity lamps, in which mercury vapor and emitting additives have a higher temperature, and also the temperature of the shell is higher than in the case of low-pressure lamps, the effectiveness of such a coating is reduced. The situation is exacerbated by light sources in which the emitting additives are aggressive metals such as lithium, sodium, potassium, etc. Quartz burners interact (corrode) with an aggressive environment (by the way, giving very, very effective radiation in the visible or infrared regions of the spectrum), i.e. darken for several tens of hours of work.

Наиболее подходящим типом оболочки для высокоинтенсивных газоразрядных ламп высокого давления является поликор - технологически он освоен на высоком уровне, температура плавления свыше 2000°C. Подобная поликоровая оболочка используется и в натриевых лампах высокого давления, и в металлогалогенных лампах, и в иных, специальных источниках света (См. Г.Н.Рохлин. Дуговым источникам света 200 лет. Изд ВИГМА, 2001 г.).The most suitable type of casing for high-intensity high-pressure discharge lamps is polycor - it is technologically mastered at a high level, the melting point is over 2000 ° C. A similar polycrust shell is used in high-pressure sodium lamps, metal halide lamps, and other special light sources (See G.N. Rokhlin. Arc light sources 200 years. Edition VIGMA, 2001).

Известно покрытие для горелок литиевых ламп (см. а.с. СССР №767866, H01J 61/35) - прототип, содержащее оксиды иттрия, кальция, алюминия, лантана и одного из лантаноидов. Однако предлагаемое техническое решение справедливо только для одного частного случая - литиевых ламп, и решает одну задачу - защищает оболочку от агрессивной среды разряда, и разряд от паров материала оболочки. При этом к недостаткам покрытия относятся и относительно невысокая термостойкость, недостаточная инертность и реализация только для паров лития, а для более активных сред не существует возможности использовать данный состав, например в натрийцезиевых лампах высокого давления с улучшенной цветопередачей (см. А.С. СССР №1579337, №1384102, №1384103).Known coating for lithium lamp burners (see AS USSR No. 767866, H01J 61/35) - a prototype containing oxides of yttrium, calcium, aluminum, lanthanum and one of the lanthanides. However, the proposed technical solution is valid only for one particular case - lithium lamps, and solves one problem - protects the shell from an aggressive discharge medium, and the discharge from the vapor of the shell material. Moreover, the relatively low heat resistance, insufficient inertness and implementation only for lithium vapors are also disadvantages of the coating, and for more active media it is not possible to use this composition, for example, in high-pressure sodium cesium lamps with improved color rendering (see A.S. USSR No. 1579337, No. 1384102, No. 1384103).

Приведенные недостатки прототипа устранены в предлагаемом нами защитном покрытии поликоровой оболочки, содержащем кроме оксидов алюминия и иттрия, дополнительно оксиды магния, тория и циркония. Патентуемый состав используется на внутренней поверхности поликоровых горелок, при этом после технологических процессов нанесения и обработки покрытия его толщина составляет от десятых долей микрона до 2-4 мкм. Состав покрытия формировался из таких важнейших качественных показателей, как термостойкость, химическая инертность, близость изменения свойств с ростом температуры и т.д. Нанесенное покрытие формирует достаточно прозрачный слой, пропускающий видимое и ИК-излучение. Патентуемое нами защитное покрытие позволяет существенно повысить стабильность характеристик ламп в процессе работы и увеличить физический срок службы источников излучения, использующих пары агрессивных металлов при высоких давлениях и температурах.The above disadvantages of the prototype are eliminated in our protective coating of a multicorrosive shell containing, in addition to aluminum and yttrium oxides, additionally oxides of magnesium, thorium and zirconium. The patented composition is used on the inner surface of multicorrosive burners, and after technological processes of coating application and processing, its thickness is from tenths of a micron to 2-4 microns. The composition of the coating was formed from such important quality indicators as heat resistance, chemical inertness, the proximity of changes in properties with increasing temperature, etc. The applied coating forms a sufficiently transparent layer that transmits visible and infrared radiation. The protective coating we patented allows us to significantly increase the stability of the characteristics of the lamps during operation and to increase the physical life of the radiation sources using aggressive metal pairs at high pressures and temperatures.

Целью настоящего изобретения является повышение инертности материала горелки на внутренней поверхности разрядной оболочки по отношению к парам агрессивных металлов при высоких температурах и давлениях.The aim of the present invention is to increase the inertia of the burner material on the inner surface of the discharge shell with respect to pairs of aggressive metals at high temperatures and pressures.

Указанная цель достигается тем, что защитное покрытие, кроме оксидов иттрия и алюминия, содержит оксиды магния, тория и циркония при следующем соотношении компонентов (в вес.%):This goal is achieved in that the protective coating, in addition to yttrium and aluminum oxides, contains oxides of magnesium, thorium and zirconium in the following ratio of components (in wt.%):

оксиды: алюминияoxides: aluminum 50-6550-65 иттрияyttrium 15-2015-20 а также оксиды: магнияand also oxides: magnesium 10-1510-15 циркония zirconium 6-106-10 торияthorium 4-54-5

Составы исходных растворов, для проведения сравнительных испытаний, использовавшихся для приготовления покрытий, и составы соответствующих покрытий приведены в таблице:The compositions of the initial solutions for comparative tests used for the preparation of coatings, and the compositions of the corresponding coatings are shown in the table:

* В качестве смачивателя использовался глицерил лаурат.* Glyceryl laurate was used as a wetting agent.

** В качестве загустителя использовался поливиниловый спирт.** Polyvinyl alcohol was used as a thickener.

Смачиватель в исходных растворах нужен для как можно более равномерного распределения покрытия по поверхности. Загуститель препятствовал преждевременному выпадению в осадок компонентов раствора, во время испарения воды, а также способствовал лучшему сцеплению раствора и поликоровой оболочки горелки.A wetting agent in the initial solutions is needed for the most uniform distribution of the coating over the surface. The thickener prevented premature precipitation of the components of the solution during the evaporation of water, and also contributed to better adhesion of the solution and the multicore shell of the burner.

Нами были проведены сравнительные испытания предлагаемых вариантов защитных покрытий. В горелки ламп ДНаТ 250 дозировались амальгама цезия (т.е. наполнение ртутно-цезиевое ок. 20 мг., 25 масс % цезия, остальное - ртуть) и инертный газ - аргон, давлением 20 торр. Изготовлено 4 партии ламп - 3 по предлагаемым нами составам и одна - контрольная, без покрытия. Покрытия наносились на внутреннюю поверхность горелок соответствующими растворами с последующей термообработкой при 150°C (сушка), а затем при 900°C (вжигание). Изготовленные образцы ламп - по 2 шт. каждого типа, включались в стандартную схему эксплуатации для ламп ДНаТ 250.We have conducted comparative tests of the proposed options for protective coatings. Cesium amalgam (i.e., mercury-cesium content of approx. 20 mg, 25 wt% cesium, the rest is mercury) and an inert gas - argon, with a pressure of 20 torr were dosed into the burners of the DNaT 250 lamps. Made 4 batches of lamps - 3 according to the compositions we offer and one - control, without coating. Coatings were applied to the inner surface of the burners with appropriate solutions, followed by heat treatment at 150 ° C (drying), and then at 900 ° C (burning). Manufactured lamp samples - 2 pcs. of each type included in the standard operating scheme for DNaT 250 lamps.

Результаты испытаний - время работы ламп - приведены в таблице.Test results - lamp hours - are given in the table.

Как следует из результатов испытаний - предлагаемый состав защитного покрытия позволяет в несколько раз увеличить физический срок службы ртутно-цезиевых ламп при незначительном снижении излучения в процессе работы, в пределах этих значений срока службы. Данное техническое решение распространяется и на разрядные оболочки из оксида алюминия с иными агрессивными наполнителями.As follows from the test results, the proposed composition of the protective coating allows several times to increase the physical service life of mercury-cesium lamps with a slight decrease in radiation during operation, within these service life values. This technical solution extends to discharge shells of aluminum oxide with other aggressive fillers.

Claims

A protective coating for the discharge shells of radiation sources containing oxides of aluminum and yttrium, characterized in that it additionally contains oxides of magnesium, zirconium and thorium, in the following ratio of components (wt.%):
oxides: aluminum 50-65 yttrium 15-25 and also oxides: magnesium 10-15 zirconium 6-10 thorium 4-5