RU2743944C1 - Устройство для газодинамического нанесения покрытий - Google Patents
Устройство для газодинамического нанесения покрытий Download PDFInfo
- Publication number
- RU2743944C1 RU2743944C1 RU2020125760A RU2020125760A RU2743944C1 RU 2743944 C1 RU2743944 C1 RU 2743944C1 RU 2020125760 A RU2020125760 A RU 2020125760A RU 2020125760 A RU2020125760 A RU 2020125760A RU 2743944 C1 RU2743944 C1 RU 2743944C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- gas
- coating
- heater
- carrier gas
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
- C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
- C23C24/082—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat without intermediate formation of a liquid in the layer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
Abstract
Изобретение относится к технологии газодинамического нанесения покрытий из порошковых материалов и может быть использовано в машиностроении, авиакосмической технике, автомобильной промышленности, энергетике, строительстве и нефтегазовой промышленности. Установка для холодного газодинамического нанесения покрытий содержит источник газа-носителя, нагреватель для нагрева части газа-носителя, расположенный перед камерой смешения с сопловым блоком, систему управления, регулирующую массовый расход другой части газа-носителя, нагреватель наносимого порошка и по меньшей мере один дозатор порошка. Упомянутый нагреватель наносимого порошка представляет собой индукционный нагреватель, установленный в магистраль, связывающую по меньшей мере один дозатор порошка и камеру смешения с сопловым блоком. Упомянутая система управления выполнена с возможностью подачи другой части газа-носителя через по меньшей мере один дозатор для подачи порошка в индукционный нагреватель, а затем в камеру смешения с сопловым блоком для формирования гетерогенного потока для нанесения покрытия. Обеспечивается возможность точной регулировки температуры подаваемого порошка и высокий КПД используемой для нагрева частиц порошка энергии, при этом уменьшается время влияния кислорода воздуха на нагретый порошок, что обеспечивает лучшее сохранение свойств материала порошка и, как следствие, улучшает свойства покрытия. Наряду с этим повышается коэффициент использования порошка, так как все частички порошка вне зависимости от различной массы нагреваются до расчетной температуры. 1 ил.
Description
Изобретение относится к технологии газодинамического нанесения покрытий из порошковых материалов и может быть использовано в машиностроении, авиакосмической технике, автомобильной промышленности, энергетике, строительстве, нефтегазовой промышленности и других областях хозяйства.
Холодный газодинамический метод (ХГМ) нанесения покрытий имеет ряд преимуществ перед альтернативными газотермическими методами. Проведенные оценки показывают, что при высоком качестве покрытий, превосходящем по всем параметрам покрытия, получаемые известными способами, производительность ХГМ в разы превышает используемые промышленные методы. При этом энергозатраты на формирование покрытий ХГМ-технологией более чем в два раза ниже. Наряду с другими известными газотермическими методами в ХГМ для формирования покрытий также используются сверхзвуковые гетерогенные потоки. Однако исходная температура газа-носителя значительно меньше температуры плавления материала покрытия. Дополнительная энергия частице придается в специальном канале-ускорителе для разгона гетерогенной смеси (газ + порошок) до необходимой сверхзвуковой скорости. При соударении высокоскоростных частиц с твердой поверхностью в результате диссипации кинетической энергии частиц на поверхности формируется высококачественное покрытие. ХГМ-технология является наукоемким методом, основанным на использовании законов термогазодинамики гомогенных и гетерогенных сверхзвуковых потоков. Преимущества ХГМ метода в сравнении с газотермическими методами (плазменным, электродуговым, газопламенным, детонационным):
- более высокая адгезия (появляются электронные связи между материалом подложки и наносимым материалом);
- отсутствие пористости (менее 3%), что позволяет делать покрытия максимально тонкими;
- высокая производительность (скорость линейного перемещения газодинамического ускорителя до 1 м/с при толщине наносимого покрытия 100 мкм);
- возможность набора необходимых композиций (по своему составу практически без ограничений) материалов для нанесения;
- возможность нанесения на неподготовленную поверхность (происходит очистка от ржавчины, обезжиривание);
- простота реализации (в качестве газа-носителя используется сжатый воздух);
- отсутствие физико-химических превращений в процессе нанесения покрытий как наносимого материала, так и материала подложки (температура потока гораздо ниже температуры плавления металлов).
Для реализации процесса формирования покрытия необходимо обеспечить расчетные скорость и температуру порошка. Требуемые температура и скорость частиц порошка обеспечиваются установкой ускорителя оптимальной длины. Однако ускоритель, входящий в состав соплового блока, является сложным элементом, требующим большого объема работ при изготовлении. Чтобы обеспечить требуемый нагрев частиц порошка, не связанный со временем нахождения частицы в потоке и, соответственно, не зависящий от длины ускорителя, необходим нагрев порошка до необходимой температуры перед его подачей в гетерогенный поток.
Обычно в схемах установок холодного газодинамического нанесения покрытий порошок подается в поток уже нагретого до заданных температур газа-носителя. Известны патенты CN 200810158641 А от 02.11.2008, JP 2017074481 A от 04.04.2017, CN 201210043107 A от 24.02.2012, где газ и порошок нагреваются отдельно различными способами (омический нагрев, нагрев сгорающим газом). В патенте RU 2201472 от 27.03.2003 порошок дополнительно нагревается в теплообменнике, отводящем тепло от сверхзвукового сопла. Этот способ не эффективен в виду конструктивной сложности его реализации, инерционности и возможности нагрева только до небольших конечных значений температур, т.к. количество тепловой энергии, получаемой в результате охлаждения соплового блока, сильно ограничено.
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является устройство, описанное в патенте US 2007137560 A1 от 21.06.2007. Согласно патенту, предварительный нагрева порошка осуществляется резистивным способом перед его вводом в поток газа для разгона. В устройстве осуществляется нагрев порошка, перемещающегося по трубке, выполненной в виде спирали минимально с 5-ю витками. Это приводит к потере энергии как на перемещение самого порошка по трубке, так и на нагрев большой части всей конструкции.
Кроме того, в описанных выше способах для нагрева порошка по всему объему требуется определенное время, что приводит к предварительному окислению частиц порошка и инерционности самого процесса нагрева.
В предлагаемом устройстве предварительный нагрев порошка, состоящего из токопроводящих металлических частиц, которые наносят на поверхность подложки методом ХГМ, осуществляется индукционным методом.
Техническим результатом заявляемого изобретения является возможность точной регулировки температуры подаваемого порошка и, исходя из технических возможностей индукционного нагрева, высокий КПД используемой для нагрева частиц порошка энергии. При этом уменьшается время влияния кислорода воздуха на нагретый порошок, т.к. после подогрева порошок поступает в гетерогенный поток перед соплом, которое входит в состав соплового блока, только для разгона до нужной скорости. Это обеспечивает лучшее сохранение свойств материала порошка и, как следствие, улучшает свойства покрытия. Наряду с этим повышается коэффициент использования порошка, т.к. все частички порошка вне зависимости от различной массы нагреваются до расчетной температуры.
Заявленный технический результат достигается тем, в известной установке для холодного газодинамического нанесения покрытий, содержащей источник газа-носителя, нагреватель для нагрева части газа-носителя, расположенный перед камерой смешения с сопловым блоком, систему управления, регулирующую массовый расход другой части газа-носителя и нагреватель наносимого порошка, согласно заявляемому изобретению, установка дополнительно содержит, по меньшей мере один дозатор порошка, при этом упомянутый нагреватель наносимого порошка представляет собой индукционный нагреватель, установленный в магистраль, связывающую по меньшей мере один дозатор порошка и камеру смешения с сопловым блоком, причем упомянутая система управления выполнена с возможностью подачи другой части газа-носителя, через по меньшей мере один дозатор для подачи порошка в индукционный нагреватель, а затем в камеру смешения с сопловым блоком для формирования гетерогенного потока для нанесения покрытия.
На фиг.1 изображена блок-схема установки для холодного газодинамического метода нанесения покрытий. На блок-схеме используются следующие обозначения:
1 - индукционный нагреватель, 2 - камера смешения с сопловым блоком, 3 - система управления параметрами и массовым расходом газа-носителя, 4 - нагреватель газа-носителя, 5 - гетерогенный сверхзвуковой поток, 6 - формируемое покрытие, 7 - баллон сжатого газа, 8- подложка, 9 - дозаторы.
В магистраль между дозатором (дозаторами) (9) и камерой смешения с сопловым блоком (2) установлен индукционный нагреватель порошка (1). Газ-носитель из баллона сжатого воздуха (7) через нагреватель (4) подается в камеру смешения с сопловым блоком
(2), где разгоняется до необходимых скоростей. Другая часть газа-носителя, регулируемая системой управления (3), через дозаторы подает порошок в индукционный нагреватель (1), где осуществляется его нагрев до необходимых температур перед подачей в камеру смешения (2) с сопловым блоком, из которого выходит гетерогенный поток (5), формирующий покрытие (6) на подложке (8).
В магистрали на участке, связывающем дозатор (9) и сопловой блок (2), установлен индукционный нагреватель (1), который осуществляет нагрев порошка, непосредственно подающегося в поток (5). В этом случае обеспечивается экономичный нагрев и точная регулировка температуры подаваемого порошка исходя из возможностей индукционного нагрева, уменьшается время влияния кислорода воздуха на нагретый порошок, что обеспечивает лучшее сохранение свойств материала порошка и, как следствие, улучшение свойств покрытия. Кроме того, индукционный нагрев считается прямонаправленным. Тепловая энергия возникает непосредственно в самом изделии и может проникать внутрь на заданную глубину. Метод экономичен в отношении потребления электроэнергии. Для работы индуктора достаточно немного электричества, а тепловая энергия вырабатывается уже благодаря взаимодействию электроэнергии с индуктором и образованию мощного электромагнитного поля. КПД современных приборов - более 90%. Учитывая малые размеры частиц используемых порошков (5-100) мкм и эффект скин-слоя при использовании данного вида нагрева, можно предположить, что выделение тепловой энергии в частицах будет близко к 100%. Установка ХГН, использующая предварительный нагрев порошка индукционным методом, отличается экономичностью потребления электроэнергии, высоким коэффициентом использования порошка и улучшенным качеством наносимого покрытия.
В сравнении с другими типами нагрева индукционный не загрязняет окружающую среду. В случае с газовыми горелками и при дуговом нагреве загрязнение присутствует, индукционный метод это исключает за счет «чистого» электромагнитного излучения.
К плюсам данного метода нагрева порошка можно отнести простую настройку оборудования на нужный режим и легкость его регулировки.
Изобретение направлено на повышение технологичности и экономичности метода холодного газодинамического нанесения покрытий.
Claims (1)
- Установка для холодного газодинамического нанесения покрытий, содержащая источник газа-носителя, нагреватель для нагрева части газа-носителя, расположенный перед камерой смешения с сопловым блоком, систему управления, регулирующую массовый расход другой части газа-носителя, и нагреватель наносимого порошка, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит по меньшей мере один дозатор порошка, при этом упомянутый нагреватель наносимого порошка представляет собой индукционный нагреватель, установленный в магистраль, связывающую по меньшей мере один дозатор порошка и камеру смешения с сопловым блоком, причем упомянутая система управления выполнена с возможностью подачи другой части газа-носителя через по меньшей мере один дозатор для подачи порошка в индукционный нагреватель, а затем в камеру смешения с сопловым блоком для формирования гетерогенного потока для нанесения покрытия.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020125760A RU2743944C1 (ru) | 2020-08-03 | 2020-08-03 | Устройство для газодинамического нанесения покрытий |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020125760A RU2743944C1 (ru) | 2020-08-03 | 2020-08-03 | Устройство для газодинамического нанесения покрытий |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2743944C1 true RU2743944C1 (ru) | 2021-03-01 |
Family
ID=74857503
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020125760A RU2743944C1 (ru) | 2020-08-03 | 2020-08-03 | Устройство для газодинамического нанесения покрытий |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2743944C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2100474C1 (ru) * | 1996-11-18 | 1997-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Обнинский центр порошкового напыления" | Устройство для газодинамического нанесения покрытий из порошковых материалов |
| EP1383610B1 (en) * | 2001-04-24 | 2006-03-29 | Innovative Technology, Inc. | An apparatus and process for solid-state deposition and consolidation of high velocity powder particles using thermal plastic deformation |
| US20070137560A1 (en) * | 2003-12-24 | 2007-06-21 | Research Institute Of Industrial Science & Technology | Cold spray apparatus having powder preheating device |
| RU2399694C1 (ru) * | 2008-12-29 | 2010-09-20 | Учреждение Российской академии наук Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения РАН (ИТПМ СО РАН) | Способ газодинамической обработки поверхности порошковым материалом и устройство для его реализации |
-
2020
- 2020-08-03 RU RU2020125760A patent/RU2743944C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2100474C1 (ru) * | 1996-11-18 | 1997-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Обнинский центр порошкового напыления" | Устройство для газодинамического нанесения покрытий из порошковых материалов |
| EP1383610B1 (en) * | 2001-04-24 | 2006-03-29 | Innovative Technology, Inc. | An apparatus and process for solid-state deposition and consolidation of high velocity powder particles using thermal plastic deformation |
| US20070137560A1 (en) * | 2003-12-24 | 2007-06-21 | Research Institute Of Industrial Science & Technology | Cold spray apparatus having powder preheating device |
| RU2399694C1 (ru) * | 2008-12-29 | 2010-09-20 | Учреждение Российской академии наук Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения РАН (ИТПМ СО РАН) | Способ газодинамической обработки поверхности порошковым материалом и устройство для его реализации |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6650442B2 (ja) | 構成部品、バンド状の材料又はツールの表面にコーティングを形成する装置 | |
| US6861101B1 (en) | Plasma spray method for applying a coating utilizing particle kinetics | |
| US7654223B2 (en) | Cold spray apparatus having powder preheating device | |
| Grigoriev et al. | Cold spraying: From process fundamentals towards advanced applications | |
| US6986471B1 (en) | Rotary plasma spray method and apparatus for applying a coating utilizing particle kinetics | |
| CN102527544B (zh) | 一种制备金属复合梯度准晶涂层的冷喷涂装置及方法 | |
| Yoon et al. | Deposition behavior of bulk amorphous NiTiZrSiSn according to the kinetic and thermal energy levels in the kinetic spraying process | |
| SE445651B (sv) | Forfarande for applicering av partiklar av ett vermebestendigt material pa ett substrat och anordning for genomforande av forfarandet | |
| WO2015123098A1 (en) | Plasma-kinetic spray apparatus & method | |
| Matthews | Carbide dissolution/carbon loss as a function of spray distance in unshrouded/shrouded plasma sprayed Cr 3 C 2-NiCr coatings | |
| Miranda et al. | Atmospheric plasma spray processes: From micro to nanostructures | |
| RU2743944C1 (ru) | Устройство для газодинамического нанесения покрытий | |
| EP1888814A1 (en) | Method for coating turbine engine components with high velocity | |
| RU2038411C1 (ru) | Способ получения покрытия | |
| CN1215740C (zh) | 层流电弧等离子体射流的材料表面处理方法 | |
| Lee et al. | Fabrication of porous Al alloy coatings by cold gas dynamic spray process | |
| US7351450B2 (en) | Correcting defective kinetically sprayed surfaces | |
| CN114990541B (zh) | 高硬度材料涂层结构及其制备方法 | |
| JP5842766B2 (ja) | プラズマ塗装方法及び装置 | |
| Valincius et al. | Behaviour of dispersed ceramic particles in DC arc plasma jet during the spray deposition of coatings | |
| Klinkov et al. | Fundamentals of cold spraying | |
| Mrdak | Transfer of heat and speed of plasma particles to powder particles in the plasma spray process at atmospheric pressure | |
| Shahien et al. | Splat Morphology and Influence of Feeding Rate During Reactive Plasma Spray of Aluminum Powder | |
| Zha et al. | Microstructure and property of LTHVOF sprayed copper coatings | |
| RU2692348C2 (ru) | Способ гибридного лазерного шаржирования поверхности образца |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20210421 |