RU2680627C1

RU2680627C1 - Method of coating steel substrate with gas-dynamic spraying

Info

Publication number: RU2680627C1
Application number: RU2017142594A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Викторович Москвитин; Владимир Евгеньевич Архипов; Анатолий Федорович Лондарский; Аскольд Филиппович Мельшанов; Максим Сергеевич Пугачев
Priority date: 2017-12-06
Filing date: 2017-12-06
Publication date: 2019-02-25

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: invention relates to the technology of producing coatings and can be used in various branches of mechanical engineering in the manufacture or restoration of parts to impart a surface with improved corrosion resistance characteristics. Method of coating a steel substrate by gas-dynamic spraying involves applying an intermediate and base layers of the coating by heating compressed air and feeding it into a supersonic nozzle to form a high-speed air flow, in which a powder mixture appropriate for each of these layers is introduced. When the intermediate layer is applied, the compressed air is heated to a temperature of 250–450 °C, in this case, a powder mixture consisting of aluminum oxide and aluminum at 1:1 ratio is introduced into the high-speed air flow. Then main layer is applied, for which a powder mixture consisting of aluminum oxide and nickel at 1:1 ratio is introduced into the high-speed air flow. Each of the intermediate and base layers is applied with a thickness of 0.2–0.3 mm.EFFECT: improvement of the quality of the coating and increase of the corrosion resistance of the steel substrate with the above-mentioned coating, which allows improving the quality and service life of coated steel parts.1 cl, 1 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на поверхности изделий, а именно к способам получения покрытий с использованием неорганического порошка, и может быть использовано в различных отраслях машиностроении.The invention relates to a technology for coating on the surface of products, and in particular to methods for producing coatings using inorganic powder, and can be used in various branches of engineering.

Известен способ получения покрытия путем нанесения порошковых металлов, ускоренных подогреваемым газовым потоком в сверхзвуковом сопле. (См. авт. свид. СССР 1618778, кл. С23С 4/00, 1986 г.).A known method for producing a coating by applying powdered metals accelerated by a heated gas stream in a supersonic nozzle. (See ed. Certificate of the USSR 1618778, class C23C 4/00, 1986).

В этом способе обеспечивается ускорение частиц порошка до высоких скоростей (650-1200 м/сек), что позволяет получать покрытия с повышенной прочностью сцепления и невысокой пористостью.This method provides acceleration of powder particles to high speeds (650-1200 m / s), which allows to obtain coatings with increased adhesion strength and low porosity.

Однако этот способ сравнительно дорог и технически сложен, так как для его реализации необходимо использовать дорогостоящие газы (например, гелий) и высокое давление рабочего газа (15-20 атм).However, this method is relatively expensive and technically difficult, since for its implementation it is necessary to use expensive gases (for example, helium) and high working gas pressure (15-20 atm).

Наиболее близким к заявляемому решению является способ получения покрытия, включающий предварительный нагрев сжатого воздуха до температуры 400-500°С, подачу его в сверхзвуковое сопло, формирование в нем высокоскоростного воздушного потока, введение в этот поток механической смеси порошков из оксида алюминия и никеля в равных долях и нанесение порошкового покрытия толщиной 0,2-0,3 мм на основу. Перед нанесением покрытия на основу формируют на ней подложку путем предварительного нагрева сжатого воздуха до температуры 400-500°С, подачи его в сверхзвуковое сопло, формирования в нем высокоскоростного воздушного потока, введения в этот поток порошкового материала из оксида алюминия и меди в равных долях и нанесения порошкового покрытия на основу до формирования толщины слоя подложки 0,3-0,4 мм. (Патент РФ 2542196, С23С 24/04, 2013 г.)Closest to the claimed solution is a method for coating, including pre-heating compressed air to a temperature of 400-500 ° C, feeding it into a supersonic nozzle, forming a high-speed air stream in it, introducing into this stream a mechanical mixture of alumina and nickel powders in equal shares and powder coating with a thickness of 0.2-0.3 mm on the base. Before coating the base, a substrate is formed on it by pre-heating compressed air to a temperature of 400-500 ° C, feeding it into a supersonic nozzle, forming a high-speed air flow in it, introducing alumina and copper powder material into this stream in equal proportions and applying a powder coating to the substrate until the thickness of the substrate layer is 0.3-0.4 mm. (RF patent 2542196, C23C 24/04, 2013)

Этот способ не трудоемок и не требует больших материальных затрат.This method is not laborious and does not require large material costs.

К основному недостатку способа можно отнести более низкую коррозионную стойкость такого покрытия, чем предлагаемого способа. Задачей заявляемого решения является улучшение качества покрытия, а именно повышение коррозионной стойкости.The main disadvantage of this method is the lower corrosion resistance of such a coating than the proposed method. The objective of the proposed solution is to improve the quality of the coating, namely increasing corrosion resistance.

Поставленная задача достигается тем, что предлагаемый способ нанесения покрытия на стальную подложку газодинамическим напылением, включает создание промежуточного и основного слоев покрытия посредством нагрева сжатого воздуха и подачу его в сверхзвуковое сопло для формирования высокоскоростного воздушного потока, в который вводят соответствующую для каждого из указанных слоев порошковую смесь, отличающийся тем, что при нанесении промежуточного слоя осуществляют нагрев сжатого воздуха до температуры 250-450°С, при этом в высокоскоростной воздушный поток вводят порошковую смесь, состоящую из оксида алюминия и алюминия при соотношении 1:1, после чего наносят основной слой, для чего в высокоскоростной воздушный поток вводят порошковую смесь, состоящую из оксида алюминия и никеля при соотношении 1:1, причем каждый из промежуточного и основного слоев наносят толщиной 0,2=0,3 мм.The problem is achieved in that the proposed method of coating a steel substrate with gas-dynamic spraying includes the creation of an intermediate and main coating layer by heating compressed air and feeding it into a supersonic nozzle to form a high-speed air stream into which a powder mixture is introduced for each of these layers , characterized in that when applying the intermediate layer, the compressed air is heated to a temperature of 250-450 ° C, while in high speed A powder mixture consisting of alumina and aluminum oxide is introduced at a ratio of 1: 1, after which a base layer is applied, for which a powder mixture consisting of alumina and nickel is introduced into the high-speed air stream at a ratio of 1: 1, each of which the intermediate and main layers are applied with a thickness of 0.2 = 0.3 mm.

Положительный результат подтверждается экспериментальными данными, полученными при исследованиях образцов стальных пластин с покрытием, нанесенным предложенным способом.A positive result is confirmed by experimental data obtained in the study of samples of steel plates with a coating deposited by the proposed method.

Испытания на сопротивление коррозии продолжительностью 12 недель (2016 часов) проводили по методике ускоренных испытаний при полном погружении образцов из стали 20 и стали 20 с покрытием, нанесенным газодинамическим напылением, в ванну с электролитом (3% раствор NaCl).Corrosion resistance tests lasting 12 weeks (2016 hours) were carried out according to the accelerated testing method by completely immersing samples of steel 20 and steel 20 with a coating applied by gas-dynamic spraying in a bath with an electrolyte (3% NaCl solution).

Пример 1.Example 1

Предварительно на стальную основу наносят подложку. Для этого производят нагрев сжатого воздуха до температуры 250-450°С, подают его в сопло, формируют в нем высокоскоростной воздушный поток, вводят в этот поток механическую смесь порошков из оксида алюминия и никеля в соотношении 1:1 и наносят порошковое покрытие толщиной 0,2-0,3 мм. Затем производят нанесение основного покрытия. Для этого предварительно нагревают сжатый воздух до температуры 300-500°С, подают этот поток порошковый материал из оксида алюминия и никеля в соотношении 1:1 и наносят порошковое покрытие толщиной 0,2-0,3 мм.Previously, a substrate is applied to the steel base. To do this, heat compressed air to a temperature of 250-450 ° C, feed it into the nozzle, form a high-speed air stream in it, introduce a mechanical mixture of aluminum oxide and nickel powders in this ratio in a ratio of 1: 1 and apply a powder coating with a thickness of 0, 2-0.3 mm. Then apply the main coating. For this purpose, compressed air is preheated to a temperature of 300-500 ° C, this stream is supplied with a powder of aluminum oxide and nickel in a ratio of 1: 1, and a powder coating of 0.2-0.3 mm thickness is applied.

Пример 2.Example 2

Вели процесс по технологии, описанной в примере 1, но в качестве порошкового покрытия предварительно нанесенного на стальную основу используют порошковый материал из оксида алюминия и цинка в соотношении 1:1.The process was conducted according to the technology described in example 1, but as a powder coating pre-deposited on a steel base using a powder material of aluminum oxide and zinc in a ratio of 1: 1.

Пример 3.Example 3

Одновременно проводили испытания образца и напыление покрытия по способу прототипу, где в качестве порошкового покрытия, предварительно нанесенного на стальную основу используют порошковый материал из оксида алюминия и меди в соотношении 1:1.At the same time, tests of the sample and spraying of the coating were carried out according to the prototype method, where a powder material of aluminum oxide and copper in a ratio of 1: 1 was used as a powder coating previously applied to a steel base.

Результаты испытания представлены в таблице 1.The test results are presented in table 1.

У образцов с нанесенным подслоем из меди (пример 3) количество продуктов коррозии было значительно меньше, как на образцах, так и на дне ванны, чем при напылении только слоя никеля (пример 2). При использовании в качестве подслоя алюминия (пример 1) на поверхности никеля формируются крупные частицы (кристаллы) белого цвета, однако в значительно меньшем количестве. На поверхности ванны с раствором, также, отмечается наличие пузырей (пены), но в значительно меньшем объеме. Образцы с подслоем цинка остаются достаточно чистыми в течение всего периода испытаний, как и раствор для испытания.For samples with a copper sublayer (example 3), the amount of corrosion products was significantly less both on the samples and at the bottom of the bath than when only a nickel layer was sprayed (example 2). When aluminum is used as a sublayer (Example 1), large white particles (crystals) are formed on the nickel surface, however, in much smaller quantities. On the surface of the bath with the solution, the presence of bubbles (foam) is also noted, but in a much smaller volume. Samples with a zinc sublayer remain reasonably clean throughout the test period, as does the test solution.

Коррозионные потери массы образцов из стали 20, где покрытие никеля наносится на подслой из меди (пример 3) достаточно низкие. Их появление отмечается только после 1848 часов нахождения в коррозионной среде и после завершения испытаний они составляют 5,9×10^-15 кг/м². Коррозионные потери массы порошкового покрытия, где в качестве подслоя используется цинк (пример 3), имеют тенденцию к повышению с 1,5×10^-15 кг/м² до 30,6×10^-15 кг/м² при 1512 часов испытаний. Затем коррозионные потери массы снижаются до 24,7×10^-15 кг/м² и сохраняются на этом уровне до конца испытаний. Нанесение подслоя из алюминия (пример 1) оказывается самым эффективным для повышения коррозионной стойкости образцов из низкоуглеродистой стали. На протяжении 336 часов испытаний коррозионные потери массы образца с порошковым покрытием алюминий - никель уменьшаются с 4,4×10^-15 кг/м² до 0,4×10^-15 кг/м² и в дальнейшем снижаются до нуля.Corrosive mass loss of samples of steel 20, where the nickel coating is applied to the copper sublayer (example 3) is quite low. Their appearance is noted only after 1848 hours in a corrosive environment and after completion of the tests they amount to 5.9 × 10 ^-15 kg / m ² . Corrosive mass loss of the powder coating, where zinc is used as the sublayer (Example 3), tends to increase from 1.5 × 10 ^-15 kg / m ² to 30.6 × 10 ^-15 kg / m ² at 1512 hours of testing. Then the corrosive mass loss is reduced to 24.7 × 10 ^-15 kg / m ² and remain at this level until the end of the test. The application of an aluminum sublayer (Example 1) is most effective for increasing the corrosion resistance of low carbon steel samples. During 336 hours of testing, the corrosion loss in mass of the sample with a powder coating of aluminum - nickel decreases from 4.4 × 10 ⁻¹⁵ kg / m ² to 0.4 × 10 ⁻¹⁵ kg / m ² and then decreases to zero.

Как показано в таблице 1, после нанесения покрытия по оптимизированной технологии согласно изобретению (пример 1) коррозия у стальной подложки практически отсутствует по сравнению с известной технологией нанесения никелевого покрытия газодинамическим напылением по способу-прототипу. При отклонении параметров нанесения покрытия от предложенной технологии (пример 2) параметры коррозионной устойчивости мало отличаются от соответствующих параметров покрытия, нанесенного известным способом.As shown in table 1, after coating according to the optimized technology according to the invention (example 1), the corrosion of the steel substrate is practically absent in comparison with the known nickel coating technology by gas dynamic spraying according to the prototype method. If the coating parameters deviate from the proposed technology (example 2), the corrosion resistance parameters differ little from the corresponding coating parameters applied in a known manner.

Использование изобретения позволяет повысить качество и ресурс эксплуатации стальных деталей с покрытием никеля, нанесенным газодинамическим напылением, в коррозионной среде.The use of the invention improves the quality and service life of steel parts coated with nickel, applied by gas-dynamic spraying, in a corrosive environment.

Claims

A method of coating a steel substrate by gas-dynamic spraying, comprising applying the intermediate and main coating layers by heating compressed air and feeding it into a supersonic nozzle to form a high-speed air stream into which a powder mixture is introduced for each of these layers, characterized in that when applying the intermediate layer carry out heating of compressed air to a temperature of 250-450 ° C, while the powder mixture is introduced into the high-speed air stream, consisting of aluminum oxide and aluminum at a ratio of 1: 1, after which the main layer is applied, for which a powder mixture consisting of aluminum oxide and nickel is introduced into the high-speed air stream at a ratio of 1: 1, each of the intermediate and main layers being applied with a thickness of 0 , 2-0.3 mm.