Способ нанесения керамических покрытий

 

СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ КЕРАМИЧЕС КИХ ПОКРЫТИЙ путем газотермического Фа. 1 напыления керамических материалов с использованием трафаретов, отличающийся тем, что, с целью повышения долговечности покрытия, трафарет выполняют в виде сетки и располагают эквидистантно напыляемой поверхности на фиксированном от нее расстоянии d., определяемом по формуле Ь of. , где - тоЛ1чина напыляемого слоя; . ширина (диаметр) разделитель ных элементов сетки; напыляугол раскрытия струи емого материала; угол напыления.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(59 С 04 В 41 06

ВГГгй;у рy. „

)3.,, ц I

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

&91}} 9 г gin в!г

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITHA

Ъ (21) 3548832/29-33 (22) 28 01.83 (46) 07.()7.84.Бюл. Р 25 (72) С;А. Кадников (71) Физико-технический институт

АН Белорусской ССР (53) 666.798.2 (088.8) (56) 1. Плазменные процессы в метал-. лургии и технологии неорганических материалов. Сборник . М., Наука, 1973, с. 158-160.

2. Защитные высокотемпературные покрытия. Сборник. Л., Наука, с.100-106.

3. Зацитные высокотемпературные покрытия. Сборник. Л., Наука, 1972, с.81.

4, Данилин Б.С. ВакУУмное нанесение тонких пленок. М., Энергия, 1967, с.39(прототип). (54)(57) СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ КЕРАИИЧЕС

КИХ ПОКРЫТИЙ путем гаэотермического

„.ЯО„„И 01435 напыления керамических материалов с использованием трафаретов, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения долговечности покрытия, трафарет выполняют в виде сетки и располагают эквидистантно напыляемой поверхности на фиксированном от нее расстоянии с, определяемом по формуле

h > >д где " — толщина напыляемого слоя; 2 где и — ширина (диаметр) разделитель- Е ных элементов сетки;

8 - угол раскрытия струи напыля- щ р

1 емого материала; угол напыления.

С."

1101435

Изобретение относится к нанесению защитных керамических покрытий ciiocoбом газотермического напыления и мо.-. жет быть использовано в керамическом производстве, в частнос и s производстве огнеупорного кирпича и других 5 огнеупорных изделий.

Известно газотермическое напыление, в частности плазменное, широко применяемое для образования защитных покрытий в различных отраслях техники, в том числе и для целей получения покрытий из тугоплавких окислов на огнеупорных изделиях (1).

Недостатком таких покрытий являет-. ся низкая их долговечность из-за от" слаивания покрытия, что является следствием высоких напряжений, накап,ливающихся в покрытии как в процессе его формирования (при напылении), так и при эксплуатации в условиях нестационарных температУР, Усугуб- 20 ляемых низкой адгезионной прочностью напыления тугоплавких окислов, например окиси алюминия, на огнеупорный материал типа шамота.

Известен способ увеличения долговечности газотермических покрытий, 25 при котором покрытие армируют металлической сеткой (2).

Этот способ позволяет повысить прочность самого покрытия, но при этом снижается адгезионная прочность, 30 т.е. прочность сцепления покрытия с основой, и для ее увеличения рекомендуется приварка армирующей сетки к основе, например, точечной сваркой.

Поскольку приварить металлическую сет- З5 ку к керамическому изделию (кирпичу) не представляется возможным, то способ не может решить поставленной задачи.

Известно, что главной причиной разрушения покрытий являются образутв 0 щиеся в них напряжения, поэтому их снижение может быть достигнутс за счет разделения покрытия на.отдельные элементы,. поскольку известно, что нормальные напряжения в покрытии 45 снижаются с уменьшением площади на= пыляемой поверхности (3).

Наиболее близким к изобретению является способ нанесения покрытий газотермическим нацыйением, позволяющий разделить покрытие на элементы, и основанный на экранировании подложки с помощью трафарета из тонкой металлической фольги или другого материала. При этом сплошное покрытие разделяется на отдельные элементы (ячейки) по площади которых и суммируются остаточные напряжения (4).

Недостаток известного способа разделения1; покрытия на элементы в том, что покрытие образуется только в от.верстиях, а под трафаретом покрытие не образуется. Если перемычки между отверстиями в трафарете утоньшить, трафарет при образовании покрытия достаточной толщины будет зацылен в слой и превратится в арматуру со всеми укаэанными недостатками.

Белью изобретения является повышение долговечности покрытия, за счет снижения в нем напряжений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу нанесения керамических покрытий путем газотермического напыления керамических матерна» лов с использованием трафаретов, трафарет выполняют в виде сетки и располагают эквидистантно напыляемой поверхности на фиксированном от нее расстоянии (определяемом по формуле

h ),4 д где д" - толщина напыляемого слоя;

asia 4 гзн еИ где d — диаметр (ширина) разделительных элементов сетки;

Y - -угол раскрытия струи напыпяемого материала;

8 - угол напыления.

Требование фиксированной установки сетчатого трафарета относительно напыляемой поверхности связано с необходимостью выполнения двух Условий: незапыление сетчатого траФарета в слой и создание требуемых траекторий потоков частиц под элементами сетчатого трафарета, образующего ячейки.

На фиг.l показана схема предлагаемого способа; на фиг. 2 - устройство для осуществления способа.

В случае нулевого зазора между напыляемыми ячейками простой расчет (фиг.1) приводит к следующим результатам. Если диаметр IlpoBQJIoKH сетки

2 r угол раскрытия струи О, угол напыления Ч, то из A AOE

ОЕ = h = AO sin (ф/2 +у) ° ии е AOB Ao- е/г- е/2;Ao= т

Б!ье(2 е п 92

ГИ 4 APD 1800 Д 8/2; =1804 < г 80+9-8/2=4-8/2.

Тогда

29гп (9/2+9-9/2) Пэеп Р

Ий 8/2 sin8/2 !

Еалм по тем или иным причинам между ячейками необходим зазор величайкой Ь или ячейки должны взаимно пер4муваваться на величину b, то полученную величину h следует соответственно уменьшить или увеличить на величину h которая определяется но формуле ! Ьзегг (iÐ+ 8/2 f е1 и (Ч-8/Я) г что вытекает иэ рассмотрения геометрических параметров (фиг.l): ширина зазора. (или перекрытия) oIIpe1101435 деляется отрезком аЬ=Ь. Тогда иэ ьАЬс h = Ab ° s1n g где = 4Ð- 8/2.: мЬ ab

Ab = д;„ у (=Я, Ab =--д-„у

% ЬС аЬ е у ЬВгп(+6/2)Э11Е(Р-В/2!

Sill /Ь 5е уе

Таким образом, используя сетчатый трафарет, установленный на скорого заданном расстоянии, покрытие при напылении рассекается на отдельные ячейки, величина которых определяется размерами ячеек сетки. При этом напряжения суммируются уже не по всей площади покрытия, как в известном/ а только в пределах этого элемента. Если в процессе напыления сетчатому трафарету придать возвратно-поступательное движение с амплитудой A cñ-" сг в направлении напыления, 20 например, от вибратора частотой 50Н, то получают ячейки куполообразной формы, что ведет к дальнейшему снижению напряжений в пОкрытии эа счет сглаживания их концентраторов.

Экспериментально показано, что короб ление медной полосы 1х10х100 мм с покрытием иэ окиси алюминия толщиной

0,5 мм (по предлагаемому способу) не превышает 0,5 мм, причем его можно ликвидировать рихтовкой. При напылении покрытия (по известному) — коробление более 3 мм и рихтовке оно не поддается. Ресурс работы трафарета зависит от состава наносимого на него антиадгезионного покрытия и диаметра проволоки.

При использовании, например, в качестве антиадгезионного покрытия ацетиленовой сажи и проволоки диаметром 1 мм при напылении оксида 4р алюминия выдерживают не менее

100 циклов.

Диаметр проволоки сетчатого трафа рета определяется условиями напыления: . сМпЧ, 1>T y s 2Ьв нВ/2 45

=ггегааг ег. р

Экспериментально установлено, что при h = 1/2 L, где L — дистанция напыления, трафарет оплавляется.

Следовательно, диаметр проволоки не

Ьзгг В/2 цолжен быть более,чем 3 а

В 1 У

Иэ требования не запыления трафарета в покрытие должно выполняться условие где — толщина покрытия. Сле- 55

26Веll 6/2

P довательно «г у

В приведенном примере напыление проводилось при следуницих параметрах: угол раскрытия струи 8 10 у угол напыления 9 80 ; дистанция напыления L 130 мм1 толщина йацыляемого слоя d" 1,5 мм. Тогда г(.c (Ээ " „10.

81п 80

Ек — е "-en . Таким образом, 1гК Si ll 5

Эеее80 диаметр проволоки будет 10>d >0,12.

Для обеспечения конструктивной про& ности и жесткости трафарета в экспериМентах. выбрана проволока диаметром

1 мм.

Пример. Спроектировано и изготовлено устройство (фиг.2) для нанесения защитного покрытия из окиси алюминия на рабочую поверхность сводового огнеупорного иэделия (кирпич иэ шамота размером 296x25x300) с целью увеличения срока эксплуатации свода печи и повышения его отражательной способности, что увеличивает тепловой коэффициент использования топлива и другие показатели.

Грузовая площадка 1 изготовлена в виде катящейся платформы, передви- . гающейся с помощью электропривода 2.

На ней закреплены два вибратора 3 типа ВБ, на вибрирующих элементах которых с помощью винтов 4 закреплена рамка с сетчатым трафаретом 5, выполненным из стальной проволоки диаметром 1,0 мм. В качестве распылителя был использован плазмотрон 6 типа ГН-5 с тангенциальным вводом порошка,iîáåñïå÷èâàþùèì угол раскрытия струи 8 — 10 . Плазмотрон укреплен на стойке с механическим приводом.

Расстояние сетчатого трафарета от напыляемой поверхности кирпича 7 определяем по форму h 2 1 ег t tl (при условии, что b=0); где d — диаметр проволоки сетчатого трафарета, d 1 мм; 1"- угол напыления, Ч вЂ” 80О;

d"- zozfigvva напыляемого слоя, d"=

1,5 мм.

Следовательно 306)d > 303. Принято

d,- 305. Амплитуда колебания принята(А=- - — = р — 2,5 мм) 1 мм (из технических воэможностей вибратора ВБ ) .

Напыление производили на режимах: ток 350 А, напряжение рабочее 80 В, плазмообразующий газ-азот, дистанция напыления 130 мм. На тех же режимах было осуществлено напыление, аналогичное напылению по известному способу, т.е. без сетчатого трафарета.

Испытания показали, что покрытие, напыленное по известному способу отслоилось на пятый день работы, а по предлагаемому — проработало беэ видимых изменений в течение месяца.

11 01435

Составитель B.Äàíèëèí

Техред О.Нейе КорректорО. Билак

Редактор Н.Джуган

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

ЮМ«

Заказ 4718/13 Тираж 60б Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35у Раушская наб., д. 4/5