RU2817682C1 - Способ формирования высокоэмиссионного покрытия с использованием газодинамического детонационного метода напыления на теплоотдающей поверхности хлебопекарной печи - Google Patents

Способ формирования высокоэмиссионного покрытия с использованием газодинамического детонационного метода напыления на теплоотдающей поверхности хлебопекарной печи Download PDF

Info

Publication number
RU2817682C1
RU2817682C1 RU2023131272A RU2023131272A RU2817682C1 RU 2817682 C1 RU2817682 C1 RU 2817682C1 RU 2023131272 A RU2023131272 A RU 2023131272A RU 2023131272 A RU2023131272 A RU 2023131272A RU 2817682 C1 RU2817682 C1 RU 2817682C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
heat
detonation
dynamic
release surface
Prior art date
Application number
RU2023131272A
Other languages
English (en)
Inventor
Вячеслав Викторович Сирота
Антон Сергеевич Чуриков
Сергей Викторович Зайцев
Дмитрий Станиславович Прохоренков
Михаил Витальевич Лимаренко
Дмитрий Николаевич Перелыгин
Андрей Александрович Скиба
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова"
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова"
Application granted granted Critical
Publication of RU2817682C1 publication Critical patent/RU2817682C1/ru

Links

Abstract

Предложен способ формирования высокоэмиссионного покрытия с использованием газодинамического детонационного метода напыления на теплоотдающей поверхности хлебопекарной печи. Проводят подготовку упомянутой металлической теплоотдающей поверхности путем пескоструйной обработки и химической обработки с использованием бензина-растворителя. Затем осуществляют газодинамическое детонационное напыление порошка оксида железа с дисперсностью 20-40 мкм с частотой циклов инициирования детонации 20 Гц. При этом одновременно подают в основную камеру сгорания газодинамической детонационной установки воздуха – 1,41 л/мин, кислорода – 2,87 л/мин и пропан-бутана – 0,54 л/мин и в боковую камеру сгорания упомянутой установки - воздуха – 1,08 л/мин, кислорода – 3,26 л/мин и пропан-бутана – 0,65 л/мин. Расстояние от металлической теплоотдающей поверхности хлебопекарной печи до сопла ствола упомянутой газодинамической детонационной установки составляет 30-40 мм, и скорость прохода упомянутого сопла по площади теплоотдающей поверхности хлебопекарной печи равна 1000-2000 мм/мин. Обеспечивается формирование высокоэмиссионного покрытия на теплоотдающей поверхности хлебопекарной печи, обладающего повышенной адгезионной прочностью, высоким коэффициентом излучения в инфракрасном диапазоне и стойкостью к термоциклированию. 4 ил., 1 пр.

Description

Изобретение относится к высокотемпературным покрытиям, а именно к технологии получения высокоэмиссионных покрытий, обладающих высоким коэффициентом излучения в инфракрасном диапазоне, и может быть использовано в хлебопекарной отрасли, при формировании покрытий на металлических теплоотдающих поверхностях хлебопекарных печей.
Известен способ формирования покрытия на внутреннюю поверхность производственных печей из магниево-хромовой шпинели, легированной оксидом меди (Патент CN113214685B «High-temperature high-emissivity infrared radiation coating as well as preparation method and use method thereof», 15.04.2022), которое получают смешиванием исходных компонентов в планетарной мельнице, с последующим спеканием и просеиванием для получения порошка с дисперсностью 74 мкм. Нанесение покрытия на внутреннюю поверхность производственных печей осуществляют нанесением кистью или распылением суспензии, для получения которой используют водную золь кремниевой кислоты, сушки на воздухе и проведения термообработки в течение 1–4 часов при температуре 110–700 0С. Покрытие, полученное по этому способу, имеет коэффициент излучения 0,9 в диапазоне длин волн 1–5 мкм.
Основными недостатками известного способа формирования покрытия является низкий уровень адгезионной прочности покрытия с металлической поверхностью как с основой, что не позволяет обеспечить продолжительное функционирование формируемого покрытия и возможное стекание композиции к краю подложки, что может негативно сказываться на толщине и функциональности получаемых покрытий.
Наиболее близким к предложенному способу по технической сущности и достигаемому техническому результату, выбранным в качестве прототипа, является способ формирования высокоэмиссионного покрытия (Патент CN109355613A «High-temperature and high-emissivity hafnium oxide base infrared radiating coating and preparing method thereof», 19.02.2019), которое можно использовать в отрасли здравоохранения, новых строительных материалов и промышленных печах. Он включает подготовку металлической теплоотдающей поверхности и синтез напыляемого порошка из оксида гафния и оксида редкоземельного элемента методом измельчения до гомогенного состояния, с последующим гранулированием, спеканием и просеиванием для получения однофазной порошковой композиции с дисперсностью 40–70 мкм и последующего формирования покрытия из полученного порошка методом воздушно-плазменного напыления. Параметры технологии напыления включают в себя: использование ионного газа при распылении, представляющий смесь аргона с водородом высокой чистоты, газ для подачи порошка представляет собой аргон высокой чистоты. Пропорции напыления высокоэмиссионного покрытия: 30–40 л/мин ионного аргона, 1–5 л/мин водорода, 1-3 л/мин аргона для подачи порошка, расстояние от сопла до напыляемой поверхности 100-150 мм, электрический ток распыления 350-450 А, напряжение распыления 70-80 В.
С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: подготовка металлической теплоотдающей поверхности с последующим формированием высокоэмиссионного покрытия методом напыления порошка.
Однако, вышеописанный способ формирования высокоэмиссионного покрытия на металлическую поверхность не обеспечивает высокую адгезионную прочность покрытия с металлической основой. Кроме того, данный способ имеет малую эффективность нанесения покрытий из-за низкого коэффициента использования напыляемого материала.
Изобретение направлено на формирование высокоэмиссионного покрытия на теплоотдающую поверхность хлебопекарной печи с повышенной адгезионной прочностью, высоким коэффициентом излучения в инфракрасном диапазоне и стойкостью к термоциклированию.
Это достигается тем, что способ формирования высокоэмиссионного покрытия с использованием газодинамического детонационного метода напыления на теплоотдающей поверхности хлебопекарной печи включает подготовку упомянутой металлической теплоотдающей поверхности путем пескоструйной обработки и химической обработки с использованием бензина-растворителя и последующее газодинамическое детонационное напыление порошка оксида железа с дисперсностью 20-40 мкм с одновременной подачей в основную камеру сгорания газодинамической детонационной установки воздуха – 1,41 л/мин, кислорода – 2,87 л/мин и пропан-бутана – 0,54 л/мин и в боковую камеру сгорания упомянутой установки - воздуха – 1,08 л/мин, кислорода – 3,26 л/мин и пропан-бутана – 0,65 л/мин и с частотой циклов инициирования детонации 20 Гц. При этом расстояние от металлической теплоотдающей поверхности хлебопекарной печи до сопла ствола упомянутой газодинамической детонационной установки составляет 30-40 мм. Скорость прохода упомянутого сопла по площади теплоотдающей поверхности хлебопекарной печи равна 1000-2000 мм/мин.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено устройство для газодинамического детонационного ускорения порошков, фиг. 2 – график спектральной излучательной способности полученного высокоэмиссионного покрытия при 450°С, фиг. 3 – микроструктура и морфология поверхности поперечного шлифа полученного высокоэмиссионного покрытия, фиг. 4 – шкала критической нагрузки, H.
Реализация способа может быть осуществлена с использованием устройства (патент RU на изобретение № 2506341 «Способ газодинамического детонационного ускорения порошков и устройство для его осуществления», опубл. 10.02.2014, бюл. №4), представленного на фиг. 1.
Устройство содержит узлы для подачи, смешивания и активирования горючей газовой смеси (1), которые сопрягаются с форкамерой, имеющей угловые отражатели (2) и свечу зажигания (3), угловой отражатель с каналами (4), соединяющими форкамеру с основной камерой сгорания (5). С основной камерой посредством кольцевого переходника (6) сопрягаются боковые камеры (7). Компоненты горючей смеси подаются, смешиваются и активируются в специальном устройстве (8), которое соединено с кольцевой камерой на цилиндрической периферийной стенке. Боковая камера может иметь вид правильного и неправильного коноида. Ускоряемый порошок подается в ствол в зону, расположенную после места сопряжения боковых камер с основной камерой (10), через устройство (11) в ствол (12). Ударные волны и продукты сгорания отклоняются от пути следования порошка за счет среза ствола (13). Ствол имеет кожух (14) для водяного охлаждения. Кожухи для водяного охлаждения имеют основная, боковая камеры (15) и форкамера (16).
Сначала подготавливают упомянутую металлическую поверхность хлебопекарной печи методами механической и химической обработки. Порошок оксида железа сушат в печи при температуре не ниже 105 °С. Затем осуществляют формирование покрытия методом газодинамического детонационного напыления порошка оксида железа дисперсностью на теплоотдающую поверхность хлебопекарной печи.
Газодинамическое детонационное напыление порошка оксида железа осуществляют, регулируя одновременную подачу компонентов горючей смеси в основную (5) и боковую (7) камеры сгорания в следующих пропорциях:
основная камера – воздух 1,41 л/мин, кислород 2,87 л/мин, пропан-бутан 0,54 л/мин;
боковая камера – воздух 1,08 л/мин, кислород 3,26 л/мин, пропан-бутан 0,65 л/мин.
Напыление производится за счет одновременной подачи в ствол (12) установки вышеупомянутого порошка и вышеупомянутых компонентов горючей смеси с частотой циклов инициирования детонации 20 Гц в форкамере.
Пример 1.
Предварительно в качестве материала теплоотдающей поверхности хлебопекарной печи выбрали сталь Ст3, которая широко используется при производстве хлебопекарных печей, а в качестве высокоэмиссионного материала покрытия – порошок оксида железа дисперсностью 20–40 мкм. Порошок оксида железа высушивают в печи при температуре не ниже 105 °С.
Перед формированием покрытия поверхность теплоотдающей поверхности хлебопекарной печи подвергают механической и химической обработкам. Механическую обработку поверхности осуществляют методом пескоструйной отделки воздушно абразивной смесью с использованием кварцевого песка. Последующую химическую обработку поверхности для увеличения адгезионной прочности покрытия осуществляют с использованием бензина-растворителя.
Газодинамическое детонационное напыление порошка оксида железа на теплоотдающую поверхность хлебопекарной печи начинают с жесткой фиксации напыляемой поверхности и настройки сопла ствола упомянутой газодинамической детонационной установки. Расстояние от металлической теплоотдающей поверхности хлебопекарной печи до упомянутого сопла ствола составляет 30-40 мм, скорость прохода упомянутого сопла по площади теплоотдающей поверхности хлебопекарной печи равна 1000-2000 мм/мин.
Инициирование детонации осуществляют свечой зажигания в форкамере с частотой 20 Гц, с одновременной подачей в основную камеру воздуха – 1,41 л/мин, кислорода – 2,87 л/мин и пропан-бутана – 0,54 л/мин и в боковую камеру - воздуха – 1,08 л/мин, кислорода – 3,26 л/мин и пропан-бутана – 0,65 л/мин.
Получение адгезионной прочности покрытия с металлической основой теплоотдающей поверхности хлебопекарной печи обусловлено газодинамическим детонационным напылением порошка оксида железа дисперсностью 20–40 мкм и формированием плотного слоя покрытия толщиной не менее 25 мкм.
Коэффициент излучения в инфракрасном диапазоне определяли при помощи инфракрасного Фурье спектрометра. Анализ полученных данных показал, что коэффициент излучения металлической теплоотдающей поверхности удалось повысить более чем в 2 раза по сравнению с исходным коэффициентом излучения стали Ст3 (Фиг.2).
Термоциклирование экспериментальных образцов с высокоэмиссионным покрытием проводили в муфельной печи. Для каждого испытания три образца теплоотдающей поверхности помещали на лоток. Лоток можно перемещать в камеру муфельной печи и из нее. Система воздушного охлаждения была закреплена снаружи камеры для охлаждения образцов. Температуру печи устанавливали на 550 °C. Образцы выдерживали в печи в течение 30 мин. Затем движущийся лоток с образцами вынимали из печи и к образцам применяли воздушное охлаждение в течение 10 мин. Один термический цикл состоит из 30-минутного нагрева и 10-минутного охлаждения на воздухе. Образцы прошли 300 циклов для оценки воздействия на покрытие. По результатам электронной микроскопии, можно сказать, что высокоэмиссионное покрытие из оксида железа имеет плотную структуру с толщиной 20 мкм, которая не изменилась после испытания термоциклированием (Фиг.3).
Скретч-тесты для оценки адгезии и трещеностойкости детонационного высокоэмиссионного покрытия проводили на скретч-тестере MFT-2000A (Rtec Instruments, США) с использованием конического индентора Роквелла с углом при вершине 120° и радиусом закругления кончика 200 мкм. Царапина длиной 9 мм были выполнены при скорости скольжения 5,5 мм/мин. Нагружающее индентора линейно возрастало от предварительного натяга 90 мН до 80 Н при скорости нагружения 23 Н/мин. Значения Lc – критической нагрузки, соответствующей различным механизмам разрушения (адгезивному/когезионному), измеряли путем анализа событий разрушения на царапающей дорожке с помощью сканирующей электронной микроскопии (Фиг.4). Первые трещины образуются при нагрузке 46 Н (4,7 кг). Первое частичное отслоение покрытия от подложки происходит при нагрузке 56 Н (5,7 кг).
Таким образом, предлагаемый способ формирования высокоэмиссионного покрытия на теплоотдающую поверхность хлебопекарной печи позволяет повысить адгезионную прочность высокоэмиссионного покрытия, обеспечить высокий коэффициент излучения в инфракрасном диапазоне 3–7 мкм при 450 °С и повысить стойкость к термоциклированию, что приводит к увеличению КПД хлебопекарной печи и снижению необходимого времени для выпекания хлебобулочных изделий.

Claims (1)

  1. Способ формирования высокоэмиссионного покрытия с использованием газодинамического детонационного метода напыления на теплоотдающей поверхности хлебопекарной печи, включающий подготовку упомянутой металлической теплоотдающей поверхности путем пескоструйной обработки и химической обработки с использованием бензина-растворителя и последующее газодинамическое детонационное напыление порошка оксида железа с дисперсностью 20-40 мкм с одновременной подачей в основную камеру сгорания газодинамической детонационной установки воздуха – 1,41 л/мин, кислорода – 2,87 л/мин и пропан-бутана – 0,54 л/мин и в боковую камеру сгорания упомянутой установки - воздуха – 1,08 л/мин, кислорода – 3,26 л/мин и пропан-бутана – 0,65 л/мин и с частотой циклов инициирования детонации 20 Гц, при этом расстояние от металлической теплоотдающей поверхности хлебопекарной печи до сопла ствола упомянутой газодинамической детонационной установки составляет 30-40 мм и скорость прохода упомянутого сопла по площади теплоотдающей поверхности хлебопекарной печи равна 1000-2000 мм/мин.
RU2023131272A 2023-11-29 Способ формирования высокоэмиссионного покрытия с использованием газодинамического детонационного метода напыления на теплоотдающей поверхности хлебопекарной печи RU2817682C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2817682C1 true RU2817682C1 (ru) 2024-04-18

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2087584C1 (ru) * 1995-07-13 1997-08-20 Людмила Николаевна Димитриенко Способ нанесения упрочняющего покрытия на детали из алюминиевых деформируемых сплавов
RU2099442C1 (ru) * 1993-12-17 1997-12-20 Научно-производственное объединение "Интерфакт" Способ газодинамического нанесения покрытий из порошковых материалов
AU1838201A (en) * 2000-02-09 2001-08-16 Nissan Casting Australia Pty. Ltd. Coatings produced by thermal powder-cladding
RU2545883C2 (ru) * 2013-04-30 2015-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "Технологические системы защитных покрытий" Способ подготовки поверхности изделия перед нанесением детонационного покрытия
CN109355613A (zh) * 2018-12-14 2019-02-19 武汉理工大学 一种高温高发射率氧化铪基红外辐射涂层及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2099442C1 (ru) * 1993-12-17 1997-12-20 Научно-производственное объединение "Интерфакт" Способ газодинамического нанесения покрытий из порошковых материалов
RU2087584C1 (ru) * 1995-07-13 1997-08-20 Людмила Николаевна Димитриенко Способ нанесения упрочняющего покрытия на детали из алюминиевых деформируемых сплавов
AU1838201A (en) * 2000-02-09 2001-08-16 Nissan Casting Australia Pty. Ltd. Coatings produced by thermal powder-cladding
RU2545883C2 (ru) * 2013-04-30 2015-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "Технологические системы защитных покрытий" Способ подготовки поверхности изделия перед нанесением детонационного покрытия
CN109355613A (zh) * 2018-12-14 2019-02-19 武汉理工大学 一种高温高发射率氧化铪基红外辐射涂层及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4377618A (en) Infrared radiator
Hu et al. The epoxy-siloxane/Al composite coatings with low infrared emissivity for high temperature applications
CN101684046B (zh) 用于干燥蜂窝成形体的方法
EP1651790B1 (en) Method of shielding effluents in spray devices
CN111004029B (zh) 一种用于高温炉窑远红外节能型辐射涂料
JPH08119775A (ja) 高温耐火材表面処理方法
RU2817682C1 (ru) Способ формирования высокоэмиссионного покрытия с использованием газодинамического детонационного метода напыления на теплоотдающей поверхности хлебопекарной печи
US20210053117A1 (en) Method for preparing ferrite/reducing metal composite particles and method for preparing high temperature resistant stealth coating based on 3d laser printing
RU2601049C1 (ru) Способ нанесения газоплотного покрытия из карбида кремния
CN114605915B (zh) 一种耐热陶瓷涂料和表面涂层及制备方法
CN1014617B (zh) 钼或钼合金抗氧化涂层的渗制方法
CN115416880A (zh) 一种高超声速飞行器热考核试验系统的使用方法
CN110342916B (zh) 耐高温高辐射的粉料、其制备、包含其的涂层浆料、涂层及应用
CN112209743B (zh) 一种耐高温高发射率涂层及其制备方法
US5486382A (en) Method for preparing a cermet-coated article
RU2679774C1 (ru) Способ получения жаростойкого стеклокерамического покрытия
CN115628646B (zh) 一种耐高温的雷达吸波材料以及利用该材料制备吸波涂层的方法和应用
SU1617044A1 (ru) Состав дл напылени защитной обмазки
Ramesham et al. Characterization of hypervelocity impact craters on chemical vapour-deposited diamond and diamond-like carbon films
RU2315443C1 (ru) Способ спекания керамического изделия большого размера с использованием нагрева микроволновым излучением
Yang et al. The Performance and Application of High-temperature Functional Coatings
RU2613397C1 (ru) Способ изготовления защитного покрытия
Zheng et al. New type of coatings combining invisibility and high power laser protection function
Kolisnichenko et al. DepOsItIOn Of cerAmIc cOAtInG On the surfAce Of A pOrOus mAtrIX Of InfrAreD GAs burner
Hellander How high emissivity ceramic coatings function advantageously in furnace applications