Устройство и способ формирования аморфной покрывающей пленки



Устройство и способ формирования аморфной покрывающей пленки
Устройство и способ формирования аморфной покрывающей пленки
Устройство и способ формирования аморфной покрывающей пленки
Устройство и способ формирования аморфной покрывающей пленки
Устройство и способ формирования аморфной покрывающей пленки
Устройство и способ формирования аморфной покрывающей пленки
Устройство и способ формирования аморфной покрывающей пленки
Устройство и способ формирования аморфной покрывающей пленки
Устройство и способ формирования аморфной покрывающей пленки
Устройство и способ формирования аморфной покрывающей пленки
Устройство и способ формирования аморфной покрывающей пленки
Устройство и способ формирования аморфной покрывающей пленки

 


Владельцы патента RU 2525948:

НАКАЯМА АМОРФОУС КО., ЛТД.(JP)

Изобретение относится к способу и устройству для формирования аморфной покрывающей пленки (варианты). Пленку формируют посредством выпуска пламени, содержащего частицы материала для пламенного напыления, струей из пистолета для пламенного напыления по направлению к материалу-основе, вызывания плавления частиц посредством пламени и охлаждения как частиц, так и пламени посредством охлаждающего газа перед тем, как частицы достигают материала-основы. Устройство содержит трубчатый элемент, предусмотренный на пути, по которому пистолет для пламенного напыления выбрасывает струю пламени, так что он окружает пламя, проходящее через зону плавления, в которой плавятся частицы. Трубчатый элемент имеет проточный канал для охлаждающего газа, выполненный вдоль трубчатого элемента и как единое целое с ним. Изобретение обладает следующими преимуществами: для формирования аморфной покрывающей пленки на материале-основе можно использовать множество металлов, имеющих высокие температуры плавления и узкие диапазоны температур переохлаждения, устройство позволяет обеспечить подавление выделения оксидов. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 12 ил., 1 табл.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к устройству и способу формирования аморфной покрывающей пленки на поверхности материала-основы (подложки) посредством нанесения покрытия методом пламенного напыления.

Характеристика предшествующего уровня техники

Нанесение покрытия методом высокоскоростного напыления из кислородно-топливного пламени (HVOF) представляет собой известный способ формирования аморфной фазы на поверхности основного металла. Этот способ заключается в следующем. За счет подачи топлива и газообразного кислорода из корпуса пистолета для газопламенного напыления, пламя (газовое пламя) выпускается струей вперед с высокой скоростью. Частицы (порошок) материала для пламенного напыления подаются в пламя с помощью газа-носителя. Частицы, подаваемые в пламя, нагреваются и ускоряются в этом пламени, ударяются о поверхность материала-основы вместе с пламенем и охлаждаются, затвердевая на этой поверхности. Таким образом, на поверхности материала-основы формируется аморфная покрывающая пленка, зависящая от типа металла, который определяется компонентами частиц, и от скорости охлаждения, с которой частицы охлаждаются и затвердевают. В патентных документах 1 и 2, указываемых ниже, описано нанесение покрытия методом высокоскоростного напыления из кислородно-топливного пламени.

При осуществлении этого нанесения покрытия методом высокоскоростного напыления из кислородно-топливного пламени частицы пребывают в пламени лишь в течение короткого времени, так что им трудно полностью расплавиться. Помимо этого, температура материала-основы растет, так что скорость охлаждения демонстрирует тенденцию к снижению. По этим причинам, материалы, которые можно использовать для формирования пленок аморфных покрытий, ограничены лишь теми металлами, температуры плавления которых являются низкими, а их способности становиться аморфными являются значительными. Например, требованиям, предъявляемым к таким металлам, удовлетворяют металлические стекла с температурами плавления примерно 1200K или менее и диапазонами температур переохлаждения 50K или более.

В патентном документе 3, указываемом ниже, описано устройство, которое дает возможность использовать множество металлов, не ограничиваясь металлическими стеклами, для формирования аморфных покрывающих пленок. Это устройство изображено на фиг.12 прилагаемых чертежей. Пламя F, содержащее частицы материала для пламенного напыления, выпускается струей из пистолета 10' для пламенного напыления по направлению к материалу-основе M, а вокруг пламени F продувается охлаждающий газ G. Этот охлаждающий газ G не только продувается по соплу 11' пистолета 10' для пламенного напыления, но и выбрасывается из множества трубок 20', предусмотренных вокруг пламени F, и сближается с пламенем F. Поскольку пламя F в таком устройстве для нанесения покрытия пламенным напылением охлаждается прежде, чем оно достигает материала-основы M, частицы материала для пламенного напыления легко могут становиться аморфными. Следовательно, даже при использовании металла, обладающего высокой температурой плавления и узким диапазоном температур переохлаждения, в качестве материала для пламенного напыления, можно сформировать аморфную покрывающую пленку на материале-основе М.

Патентный документ 1: JP 2006-159108A

Патентный документ 2: JP 2006-214000A

Патентный документ 3: JP 2008-43869A

В устройстве, описанном в патентном документе 3, остаются возможности усовершенствования применительно к следующим моментам.

а) Между каждыми двумя из трубок 20', показанных на фиг.12, имеется пространство, так что пламя F частично подвергается воздействию атмосферного воздуха на стадии, когда частицы материала для пламенного напыления плавятся (стадии перед охлаждением частиц посредством охлаждающего газа). Поэтому частицы проявляют тенденцию к тому, чтобы подвергаться окислению.

b) Множество трубок 20', выступающих вокруг пути, по которому пламя F выпускается струей, неизбежно делают устройство крупногабаритным. Хотя устройство можно эксплуатировать на месте работ, с этим устройством нелегко обращаться.

Сущность изобретения

Данное изобретение было сделано для того, чтобы внести улучшение в вышеописанные моменты. А именно, в данном изобретении предложены устройство и способ формирования аморфной покрывающей пленки, обладающей следующими преимуществами: для формирования аморфных покрывающих пленок можно использовать множество металлов, имеющих высокие температуры плавления и узкие диапазоны температур переохлаждения; устройство можно сделать компактным, а выделение оксидов подавляется.

Устройство для формирования аморфной покрывающей пленки в соответствии с данным изобретением представляет собой устройство для формирования аморфной покрывающей пленки посредством выпуска пламени, содержащего частицы (порошок) материала для пламенного напыления, струей из пистолета для пламенного напыления по направлению к материалу-основе, вызывания плавления частиц посредством пламени и охлаждения как частиц, так и пламени посредством охлаждающего газа перед тем, как частицы достигают материала-основы, содержащее трубчатый элемент, предусмотренный в зоне плавления (около первой половины пути, по которому струей выпускается пламя), в которой частицы плавятся, на пути, по которому пистолет для пламенного напыления выпускает пламя струей, и тем самым защищающий пламя от атмосферного воздуха в зоне плавления; трубчатый элемент имеет проточный канал для охлаждающего газа, выполненный вдоль трубчатого элемента и как единое целое с ним. В качестве пистолета для пламенного напыления можно использовать любой обычный пистолет для пламенного напыления порошка. Как будет описано ниже, в качестве охлаждающего газа можно использовать любой из газообразного азота, инертных газов, газов, смешанных с мелкими капельками (туманом) жидкостей, и другие газы.

Устройство для формирования аморфной покрывающей пленки, обладающее вышеописанными отличительными признаками, имеет следующие эффекты.

а) Трубчатый элемент предусмотрен в определенной части вдоль пути, по которому струей выпускается пламя, как описано выше, так что пламя защищается от атмосферного воздуха. Следовательно, частицы, вряд ли подвержены окислению на стадии, где они плавятся, что приводит к подавлению выделения оксидов в аморфной покрывающей пленке.

b) Поскольку проточный канал для охлаждающего газа выполнен вдоль трубчатого элемента и как единое целое с ним, нет нужды предусматривать занимающие большой объем трубки или аналогичные средства для охлаждающего газа вокруг пути, по которому струей выпускается пламя. Это делает устройство компактным. Следовательно, устройство оказывается простым в обращении и упрощает осуществляемое на месте работ формирование аморфных покрывающих пленок.

Проточный канал предпочтительно выполнен так, что охлаждающий газ, выходящий из него, трубчато течет вокруг всей периферии пламени (вблизи последней половины (зоны быстрого охлаждения) пути, по которому струей выпускается пламя). В частности, охлаждающий газ предпочтительно бесперебойно вытекает из трубчатого элемента, образуя непрерывный поток.

Когда трубчатый элемент имеет вышеописанный проточный канал, частицы и пламя равномерно охлаждаются с внешней стороны в зоне быстрого охлаждения, в которой они охлаждаются, а также происходит надежное предотвращение окисления частиц в зависимости от типа используемого охлаждающего газа. Таким образом, формируется аморфная покрывающая пленка, обладающая конкретно высоким качеством, превосходной коррозионной стойкостью, и т.д.

Трубчатый элемент предпочтительно имеет две коаксиальные цилиндрические трубки, дистальные концы которых открыты, так что охлаждающий газ течет между этими двумя трубками и выбрасывается из пространства между дистальными концами (или их окрестности) обеих трубок (например, в направлении, параллельном пламени).

Такой трубчатый элемент сам должным образом охлаждается за счет воздействия охлаждающего газа, который течет между двумя коаксиальными трубками. Поэтому трубчатый элемент не подвергается термическому повреждению пламенем, даже если он не изготовлен из специального тугоплавкого металла. Более того, поскольку охлаждающий газ течет между этими двумя трубками и выбрасывается из пространства между дистальными концами обеих трубок, этот трубчатый элемент и проточный канал для охлаждающего газа можно компактно объединить друг с другом. Это делает устройство малогабаритным, а обращение с ним, в частности, простым. Также можно сделать возможным трубчатое течение охлаждающего газа вокруг всей периферии пламени, как описано выше.

Площадь сечения проема между дистальными концами обеих трубок предпочтительно меньше, чем площадь сечения проема между телами обеих трубок. Чтобы достичь этого, между дистальными концами обеих трубок можно разместить, например, перегородочные элементы, тем самым создавая напыляющее сопло со щелями.

Делая площадь сечения проема между дистальными концами обеих трубок меньшей, чем площадь сечения проема между телами обеих трубок, можно обеспечить выбрасывание охлаждающего газа с увеличенной скоростью течения. Охлаждающий газ, выбрасываемый с увеличенной скоростью течения, течет без значительных отклонений от своего пути посредством пламени, так что он может интенсивно и эффективно охлаждать пламя.

В частности, в качестве охлаждающего газа предпочтительно использовать газообразный азот или инертный газ, такой как газообразный аргон.

Использование вышеописанного газа, обладающего низкой реакционной способностью, в качестве охлаждающего газа предотвращает вступление расплавленных частиц в контакт с газообразным кислородом даже в зоне быстрого охлаждения, в которой происходит охлаждение частиц. Это приводит к подавлению выделения оксидов в аморфной покрывающей пленке. Когда происходит большее подавление выделения оксидов, формируется аморфная покрывающая пленка, обладающая повышенным качеством, еще лучшая по коррозионной стойкости, и т.д.

Трубчатый элемент предпочтительно имеет проксимальный конец, который соединен с пистолетом для пламенного напыления, и этот проксимальный конец или его окрестность может быть открытым или открытой (так что внутреннее пространство трубчатого элемента может сообщаться с атмосферным воздухом) с целью зажигания пистолета для пламенного напыления, а также может быть закрытым или закрытой.

Если пистолет для пламенного напыления снабжен спереди вышеописанным трубчатым элементом, то нелегко воспламенить горючий газ, чтобы пистолет для пламенного напыления начал выбрасывать пламя струей. Это происходит потому, что топливо и воздух (газообразный кислород) не всегда присутствуют в трубчатом элементе при подходящем соотношении компонентов горючей смеси. Если проксимальный конец трубчатого элемента или его окрестность делают открываемым или открываемой, как описано выше, то впрыскиваемое топливо мало-помалу умеренно смешивается с атмосферным воздухом. Это упрощает воспламенение топлива. Если в окрестности вышеописанного открываемого конца (на трубчатом элементе или на пистолете для пламенного напыления, либо между ними обоими) предусматривается свеча зажигания или аналогичное средство, то можно упростить воспламенение топлива. После воспламенения топлива, проксимальный конец трубчатого элемента закрывают, а топливо получает возможность сгорать с помощью газообразного кислорода, который отдельно подается из пистолета для пламенного напыления.

Трубчатый элемент предпочтительно выполнен с возможностью замены трубчатым элементом, имеющим другую длину.

Оптимальная длина трубчатого элемента изменяется в зависимости, например, от температуры плавления металла, который используется для формирования аморфной покрывающей пленки. Когда в качестве материала для пламенного напыления используется металл с более высокой температурой плавления, плавление его частиц займет большее время, и поэтому приходится использовать более длинный трубчатый элемент. Если трубчатый элемент выполнен с возможностью замены трубчатым элементом, имеющим другую длину, как описано выше, то можно использовать трубчатый элемент с длиной, оптимальной для металла, который используется для формирования аморфной покрывающей пленки.

В предпочтительном варианте, устройство имеет - между трубчатым элементом и пистолетом для пламенного напыления - воздухозаборники или отверстия для подачи инертного газа, эффективные при подавлении создания давления ниже атмосферного в трубчатом элементе.

Что касается создания давления ниже атмосферного, то авторы данного изобретения провели некоторые испытания и обнаружили следующее. Если в трубчатом элементе создается давление ниже атмосферного, то происходит возмущение потоков газов и пламени в трубчатом элементе и осаждение частиц на внутренней поверхности трубчатого элемента; это мешает непрерывной работе устройства. Если трубчатый элемент или пистолет для пламенного напыления имеет воздухозаборники (или отверстия для подачи инертного газа), как описано выше, воздух (или инертный газ) течет в трубчатый элемент в надлежащем количестве, зависящем от внутреннего давления трубчатого элемента (или каким-то образом регулируемом), вследствие чего создание давления ниже атмосферного в трубчатом элементе подавляется. Таким образом, исключается вероятность, что осаждение частиц на внутренней поверхности трубчатого элемента помешает непрерывной работе устройства, и делается возможной непрерывная и плавная работа устройства.

Температура внешней части пламени, окружающей центральную часть пламени в пределах диаметра 10 мм, предпочтительно не превышает температуру стеклования металла, который используется в форме частиц материала для пламенного напыления, когда пламя достигает материала-основы.

При обычном нанесении покрытия методом пламенного напыления порошка, пламя, струя которого вылетает из пистолета для пламенного напыления, не охлаждается в достаточной мере, так что температура обычно является высокой, даже если пламя достигает материала-основы. А именно, температура большой части пламени в пределах диаметра, например, около 30 мм или более, включая центральную часть пламени, выше, чем температура стеклования металла, который используется в форме частиц материала для пламенного напыления, когда пламя достигает материала-основы. Следовательно, если при осуществлении этого обычного способа пламя непрерывно и концентрично подводится к некоторой части материала-основы, температура материала-основы быстро увеличивается и превышает температуру стеклования металла в пределах времени, меньшего, чем примерно десять секунд. По этой причине, невозможно сформировать аморфную покрывающую пленку на материале-основе, если в качестве материала для пламенного напыления не используется металл, чья температура плавления является существенно низкой и чья способность становиться аморфным велика, или если устройство (пистолет для пламенного напыления) не движется относительно материала-основы в направлении, параллельном поверхности материала-основы, с очень высокой скоростью. Более того, когда скорость этого движения высока, даже если и можно сформировать аморфную покрывающую пленку, то нелегко сделать толщину пленки покрытия большой.

Если температурой внешней части пламени, окружающей центральную часть пламени в пределах диаметра 10 мм, управляют так, что она не превышает температуру стеклования, то аморфным можно сделать даже металл, чья температура плавления является высокой и чья способность становиться аморфным является неудовлетворительной (т.е. чей диапазон температур переохлаждения является узким). Более того, рост температуры материала-основы подавляется воздействием внешней части пламени с низкой температурой. Следовательно, движение устройства относительно материала-основы в вышеописанном направлении с существенно низкой скоростью оказывается достаточным для формирования аморфной покрывающей пленки на материале-основе (в некоторых случаях, относительное движение можно прекратить). Это исключительно упрощает эксплуатацию на месте работ.

Способ формирования аморфной покрывающей пленки в соответствии с данным изобретением представляет собой способ формирования аморфной покрывающей пленки, включающий в себя этап нанесения пламени и частиц материала для пламенного напыления на определенную часть материала-основы (к одной и той же части без относительного движения) с использованием любого из вышеописанных устройств для формирования аморфной покрывающей пленки, при этом охлаждение пламени и частиц осуществляют с помощью охлаждающего газа таким образом, что температуру поверхности упомянутой определенной части материала-основы (включая центральную часть материала-основы в пределах диаметра 10 мм) можно поддерживать на уровне температуры, равной температуре стеклования металла, который используется в форме частиц материала для пламенного напыления, или меньшей, чем эта температура, в течение периода 10 секунд или более (желательно - 30 секунд или более).

Вышеописанный способ упрощает формирование аморфной покрывающей пленки даже при использовании металла, чья температура плавления является высокой и чья способность становиться аморфным является неудовлетворительной. Рост температуры материала-основы благодаря бьющему в него пламени полностью подавляется, так что устройство можно перемещать относительно материала-основы с существенно низкой скоростью. Это делает эксплуатацию на месте работ очень простой.

В вышеописанном способе формирования аморфной покрывающей пленки также предпочтительно охлаждать с помощью охлаждающего газа не только пламя, но и материал-осноу, чтобы можно было поддерживать температуру поверхности определенной части материала-основы на уровне температуры, равной температуре стеклования металла, который используется в форме частиц материала для пламенного напыления, или меньшей, чем эта температура, в течение периода 10 секунд или более (желательно - 30 секунд или более).

А именно, охлаждая - в дополнение к пламени - материал-основу охлаждающим газом, подавляют рост температуры материала-основы. И в этом случае даже металл, чья температура плавления является высокой и чья способность становиться аморфным является неудовлетворительной, легко сможет образовать аморфную покрывающую пленку на материале-основе. Например, можно перемещать устройство относительно материала-основы с существенно низкой скоростью, и это делает довольно простой эксплуатацию на месте работ.

Предпочтительно управлять температурой поверхности в любом месте на материале-основе так, чтобы эта температура не превышала температуру стеклования металла, который используется в форме частиц материала для пламенного напыления, путем перемещения устройства относительно материала-основы в направлении, параллельном поверхности материала-основы, при проведении охлаждения. В той мере, в какой достижимо подавление роста температуры материала-основы, употребляемое здесь выражение «в направлении, параллельном» применимо не только к случаю, в котором устройство и материал-основа идеально параллельны друг другу, но и в случае, когда они почти параллельны друг другу.

Если проводят охлаждение пламени (либо пламени и материала-основы), вышеописанное относительное движение можно осуществлять с меньшей скоростью. В этом случае, формирование аморфной покрывающей пленки на материале-основе довольно упрощается, если температурой поверхности в любом месте на материале-основе управляют так, что она не превышает температуру стеклования металла, который используется в форме частиц, за счет надлежащего задания интенсивности охлаждения и скорости относительного движения. А именно, металл, который вместе с пламенем выпушен струей из пистолета для пламенного напыления и расплавился этим пламенем, эффективно охлаждается прежде, чем он бьет по материалу-основе, так что даже металл, чья температура плавления является высокой и чья способность становиться аморфным является неудовлетворительной, может легко образовывать аморфную покрывающую пленку. Еще одним преимуществом является то, что поскольку рост температуры материала-основы мал, появляется возможность использовать материал, обладающий неудовлетворительными механическими свойствами и т.д. при высоких температурах, в качестве материала-основы.

Наряду с использованием вышеописанного устройства, в качестве вышеописанного пламени предпочтительно использовать, в частности, восстановительное пламя, которое образуется за счет использования увеличенного количества ацетилена и уменьшенного количества кислорода.

Использование восстановительного пламени приводит к подавлению выделения оксидов в аморфной покрывающей пленке. При большем подавлении выделения оксидов, формируется аморфная покрывающая пленка, обладающая повышенным качеством, еще лучшая по коррозионной стойкости, и т.д. Предпочтительнее использовать восстановительное пламя в качестве пламени, а газообразный азот или инертный газ - в качестве охлаждающего газа.

При использовании вышеупомянутого устройства предпочтительно, чтобы охлаждающий газ в зоне быстрого охлаждения, в которой пламя охлаждается, имел скорость течения, которая была бы почти равной скорости распространения пламени (составляла бы примерно ±20% скорости распространения пламени).

Для охлаждения пламени и частиц с большей интенсивностью, обычно советуют увеличить скорость течения охлаждающего газа. Но авторы данного изобретения провели несколько испытаний и обнаружили следующее. Если скорость течения охлаждающего газа делают излишне высокой, наращивая давление охлаждающего газа, то в трубчатом элементе создается давление ниже атмосферного, и происходит возмущение потока газа в трубчатом элементе. Как упоминалось ранее, это затрудняет непрерывную работу устройства. Эту проблему, обуславливаемую созданием давления ниже атмосферного в трубчатом элементе, можно решить, обеспечивая втекание большого количества атмосферного воздуха в трубчатый элемент. Однако атмосферный воздух, втекающий в трубчатый элемент в относительно большом количестве, склонен вызывать более частое выделение оксидов. Поэтому предпочтительно сделать скорость течения охлаждающего газа почти равной скорости пламени, как описано выше. Если скорость течения охлаждающего газа регулируют таким образом, то значительное давление ниже атмосферного в трубчатом элементе не создается, и более того, не вызываются хлопоты в связи с тем, что в трубчатый элемент втекает избыточное количество атмосферного воздуха.

В устройстве для формирования аморфной покрывающей пленки в соответствии с данным изобретением подавляется окисление частиц материала для пламенного напыления, вследствие чего формируется высококачественная пленка анодного покрытия. Более того, это устройство можно сделать компактным, что делает простым обращение с ним.

Если проксимальный конец трубчатого элемента (или окрестность этого конца), который соединен с пистолетом для плазменного напыления, является раскрываемым (раскрываемой), то можно легко провести операцию зажигания пистолета для пламенного напыления с тем, чтобы он начал выпускать пламя струей.

Если в надлежащих точках между трубчатым элементом и пистолетом для пламенного напыления предусмотрены воздухозаборники, то создание давления ниже атмосферного в трубчатом элементе подавляется. Следовательно, предотвращается осаждение частиц на внутренней поверхности трубчатого элемента, что обеспечивает непрерывную работу устройства.

Если температурой пламени, достигающего материала-основы, управляют так, что внешняя часть пламени имеет температуру, равную температуре стеклования металла, который используется в форме частиц материала для пламенного напыления, или меньшую, то рост температуры материала-основы подавляется, и аморфным легко сможет стать даже металл, чья температура плавления является высокой и чья способность становиться аморфным является неудовлетворительной.

При осуществлении способа формирования аморфной покрывающей пленки в соответствии с данным изобретением рост температуры поверхности материала-основы подавляют путем использования вышеописанного устройства для формирования аморфной покрывающей пленки. Поэтому можно с выгодой применять способ в соответствии с этим изобретением для формирования аморфной покрывающей пленки с использованием металла, чья температура плавления является высокой и чья способность становиться аморфным является неудовлетворительной.

В частности, когда в качестве пламени используют восстановительное пламя, можно подавить окисление частиц в аморфной покрывающей пленке. Таким образом, можно сформировать высококачественную аморфную покрывающую пленку.

Вдобавок, если скорость течения охлаждающего газа сделана почти равной скорости распространения пламени, непрерывная работа устройства не затрудняется, а окисление частиц материала в аморфной покрывающей пленке подавляется.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлен вид, иллюстрирующий всю конструкцию устройства 1 для формирования аморфной покрывающей пленки в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения. На фиг.1(a) представлен вид сбоку, частично - в сечении, устройства 1, а на фиг.1(b) представлен вид в плане устройства 1 с трубчатым элементом 20, выполненным с возможностью скольжения для открывания его проксимального конца.

На фиг.2(a) представлен вид в сечении, проведенном в направлении, обозначенном стрелками IIa-IIa на фиг.1(a), а на фиг.2(b) представлен вид в сечении, проведенном в направлении, обозначенном стрелками IIb-IIb на фиг.1(a).

На фиг.3 представлен вид сбоку, иллюстрирующий устройство 1 для формирования аморфной покрывающей пленки во время эксплуатации.

На фиг.4(a-1) показано распределение температуры пламени F по вертикальному сечению, показанному стрелками IV-IV на фиг.3, а на фиг.4(b-1) показано распределение температуры пламени, выпускаемого струей при обычном нанесении покрытия методом пламенного напыления порошка, по тому же сечению, что и вышеупомянутое. На фиг.4(a-2) представлен график, иллюстрирующий рост температуры материала-основы, когда распределение температуры пламени F является таким, как показанное на фиг.4(a-1), а на фиг.4(b-2) представлен график, иллюстрирующий рост температуры материала-основы, когда распределение температуры пламени является таким, как показанное на фиг.4(b-1).

На фиг.5 представлен график, иллюстрирующий градиент температуры пламени F между дистальным концом трубчатого элемента 20 и материалом-основой M.

На фиг.6 представлен график, иллюстрирующий соотношение компонентов газообразного продукта сгорания в нескольких точках перед дистальным концом трубчатого элемента 20.

На фиг.7 представлен график, иллюстрирующий градиент роста температуры материала-основы, когда на нем формируют пленку покрытия методом пламенного напыления.

На фиг.8 представлен график, иллюстрирующий скорости течения охлаждающего газа G в зависимости от давления, измеренные в нескольких точках между дистальным концом трубчатого элемента 20 и материалом-основой M.

На фиг.9(a-1)-(a-3) представлены микрофотографии, иллюстрирующие результаты испытания на электролитическую коррозию с помощью щавелевой кислоты, проведенного на аморфной покрывающей пленке, сформированной посредством обычного устройства.

На фиг.9(b-1)-(b-3) представлены микрофотографии, иллюстрирующие результаты испытания на электролитическую коррозию с помощью щавелевой кислоты, проведенного на аморфной покрывающей пленке, сформированной посредством устройства в соответствии с изобретением.

На фиг.10(a) и 10(b) представлены фотографии, сделанные при испытаниях для оценки коррозионной стойкости и стойкости к абразивному истиранию, проведенных с использованием мешалки, установленной на заводе химических удобрений. На фиг.10(a) представлена фотография обычной крыльчатки и иллюстрируется внешний вид этой крыльчатки после эксплуатации в течение некоторого периода времени, а на фиг.10(b) представлена фотография крыльчатки, покрытой аморфной покрывающей пленкой, сформированной посредством устройства в соответствии с данным изобретением, и иллюстрируется внешний вид этой крыльчатки после эксплуатации в течение некоторого периода времени.

На фиг.11 представлены изображение и фотография, иллюстрирующие состояние абразивного истирания на втулке вала насоса с аморфной покрывающей пленкой или без нее после использования для суспензии с pH 2.

На фиг.12 представлен вид сбоку, схематически иллюстрирующий обычное устройство для формирования аморфной покрывающей пленки.

Лучший способ осуществления изобретения

Как показано на фиг.1, устройство 1 для формирования аморфной покрывающей пленки в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения содержит пистолет 10 для пламенного напыления порошка и трубчатый элемент 20 и т.д. (который также можно назвать устройством внешнего охлаждения), прикрепленный спереди к пистолету 10 для пламенного напыления порошка. Хотя это не показано на чертеже, с пистолетом 10 для пламенного напыления порошка соединены трубка для подачи порошка материала для пламенного напыления вместе с газом-носителем (например, газообразным водородом), трубки для соответственной подачи газообразного ацетилена и газообразного кислорода, используемых в качестве топлива, и трубка для подачи газа внутреннего охлаждения (например, газообразного водорода). Пистолет 10 для пламенного напыления порошка имеет в своем дуле сопло 11, из которого струей выпускаются пламя F и расплавленный материал (вышеописанный порошок, который расплавлен), как показано на фиг.3. Газ внутреннего охлаждения выбрасывается из одного или нескольких положений в контакте с периферией сопла 11, тем самым охлаждая сопло 11 и управляя температурой пламени F. К пистолету 10 для пламенного напыления порошка прикреплена передняя пластина 12 в форме фланца, так что она располагается в окрестности дула пистолета 10 для пламенного напыления порошка и вокруг сопла 11. Трубчатый элемент 20 прикреплен к пистолету 10 для пламенного напыления порошка с помощью передней пластины 12.

Трубчатый элемент 20, показанный на фиг.1, предназначен для защиты от атмосферного воздуха пламени F, выпускаемого струей из пистолета 10 для пламенного напыления порошка, на первой половине пути, по которому струей выпускается пламя, а именно, в зоне плавления, в которой плавится порошок материала для пламенного напыления, а также предназначен для выбрасывания охлаждающего газа (например, газообразного водорода) G из дистального конца 23 пистолета к последней половине пути, по которому струей выпускается пламя (см. фиг.3). В этом варианте осуществления, для трубчатого элемента 20 используются две цилиндрические коаксиальные трубки, изготовленные из нержавеющей стали; внешняя трубка 21 и внутренняя трубка 22 расположены коаксиально, образуя между собой пространство. Это пространство служит в качестве проточного канала для охлаждающего газа, а дистальный конец 23 - в качестве отверстия, через которое выбрасывается охлаждающий газ. Поскольку охлаждающий газ имеет возможность течь между этими двумя трубками (внешней трубкой 21 и внутренней трубкой 22), рост температуры внутренней трубки 22 подавляется. На дистальном конце 23 трубчатого элемента 20, дистальный конец внешней трубки 21 выступает (простирается) за дистальный конец внутренней трубки 22. Поэтому охлаждающий газ направляется в окрестность дистального конца внешней трубки 21 для выбрасывания в направлении, параллельном пламени F, образуя непрерывный цилиндрический поток. Перегородочные элементы 23a, которые также служат для поддержания обеих трубок коаксиальными, прикреплены к дистальному концу 23, образуя множество щелей 23b (см. фиг.2(b)). Поэтому площадь сечения проемов между дистальными концами обеих трубок меньше, чем у пространства между телами обеих трубок. Это служит для увеличения скорости течения охлаждающего газа.

Внешняя трубка 21 и внутренняя трубка 22 трубчатого элемента 20 соединены с держателем 24 посредством резьб, которые предусмотрены на соответствующих проксимальных концах трубок. Держатель 24 изготовлен из нержавеющей стали и является полым. На своем переднем конце, держатель 24 имеет соединение для внешней трубки 21 и еще одно соединение для внутренней трубки 22. Резьба внешней трубки 21, являющаяся охватываемой, соединена с первым соединением, а резьба внутренней трубки 22, являющаяся охватывающей, соединена с последним соединением. За счет этого, даже если происходит небольшая утечка охлаждающего газа из пространства вокруг резьб, направление течения утекающего газа оказывается таким же, как направление пламени, так что он никогда не возмущает течение пламени.

Держатель 24 имеет на своей задней поверхности (в левой стороне на фиг.1) пластину, а с этой пластиной соединено множество трубок 26, изготовленных из нержавеющей стали. По этим трубкам 26 к проксимальному концу трубчатого элемента 20 подается газообразный азот в качестве охлаждающего газа. Проходя по трубкам 26, охлаждающий газ G попадает в держатель 24. После этого, охлаждающий газ G проходит через пространство между внешней трубкой 21 и внутренней трубкой 22 трубчатого элемента 20 и выбрасывается из дистального конца 23.

К задней поверхности держателя 24 прикреплена цилиндрическая крышка 25, соединяя пистолет 10 для пламенного напыления порошка и трубчатый элемент 20, как показано на фиг.1(a), и закрывая внутреннее пространство. Пистолет 10 для пламенного напыления порошка и трубчатый элемент 20 поддерживаются соединенными посредством соединительной металлической фурнитуры (замка) 13, показанного на чертежах. Крышка 25 предотвращает вступление пламени F в контакт с атмосферным воздухом, а также служит для образования пространства, полезного для плавного введения атмосферного воздуха.

Трудно воспламенить топливо для начала нанесения покрытия пламенным напылением в состоянии, в котором трубчатый элемент 20 и пистолет 10 для пламенного напыления порошка соединены друг с другом, чтобы закрыть внутреннее пространство. Поэтому окрестность проксимального конца трубчатого элемента 20 сделана открываемой. В частности, трубчатый элемент 20, включающий в себя крышку 25, выполнен так, что он с помощью соединительной металлической фурнитуры 13 может скользить вперед из пистолета 10 для пламенного напыления порошка, как показано на фиг.1(b). Чтобы выполнить трубчатый элемент 20 с возможностью скольжения, как описано выше, трубки 26 пропущены с возможностью скольжения через соответствующие отверстия, выполненные в передней пластине 12 пистолета 10 для пламенного напыления порошка. Будучи направляемым трубками 26, трубчатый элемент 20 и т.д. может скользить, как описано выше. Иными словами, четыре трубки 26 служат для подачи газообразного водорода в качестве охлаждающего газа, а также для направления движения трубчатого элемента 20 и т.д. взад и вперед. После скольжения трубчатого элемента 20 вперед, топливо воспламеняется за счет приближения запальника к топливу (или посредством свечи зажигания, предусмотренной в передней части пистолета 10 для пламенного напыления порошка), обеспечивая при этом течение охлаждающего газа в небольшом количестве. Затем пистолет для пламенного напыления выбрасывает струю пламени F в полном объеме, им обеспечивается течение увеличенного количества охлаждающего газа. Трубчатый элемент 20 отводят скольжением назад, чтобы закрыть внутреннее пространство, и соединительная металлическая фурнитура 13 запирается.

Чтобы нанести покрытие методом пламенного напыления, можно использовать множество материалов для пламенного напыления, имеющих разные температуры плавления, а длина зоны плавления, в которой плавится материал для пламенного напыления (см. фиг.3), изменяется в зависимости от материала, так что рекомендуется подготавливать множество трубчатых элементов 20, имеющих разные длины. Как упоминалось ранее, внешняя трубка 21 и внутренняя трубка 22, составляющие трубчатый элемент 20, соединены с держателем 24 посредством резьб, предусмотренных на проксимальных концах обеих труб. Поэтому можно легко отсоединить обе трубки 21, 22 от держателя 24, вращая эти две трубки 21, 22 в конкретном направлении, и подсоединить другие две трубки 21, 22 к держателю 24.

Если охлаждающий газ G выбрасывается с высокой скоростью течения, в окрестности сопла 11 пистолета 10 для пламенного напыления порошка, а также в трубчатом элементе 20 создается давление ниже атмосферного, возмущающее течение охлаждающего газа, что приводит к осаждению материала для пламенного напыления на внутренней поверхности трубчатого элемента 20 и т.д., что иногда мешает непрерывной работе устройства. Чтобы решить эту проблему, в передней пластине 12 пистолета 10 для пламенного напыления порошка в устройстве 1 предусмотрены воздухозаборники 14, как показано на фиг.2. Эти воздухозаборники 14 дают воздуху возможность втекать в трубчатый элемент 20 в надлежащем количестве, зависящем от внутреннего давления трубчатого элемента 20, вследствие чего создание давления ниже атмосферного подавляется.

С помощью устройства 1, показанного на фиг.1 и 2, можно сформировать аморфную покрывающую пленку на поверхности материала-основы M, как показано на фиг.3. Будучи окружаемым сначала трубчатым элементом 20, а затем охлаждающим газом (газообразным водородом), выбрасываемым из дистального конца трубчатого элемента 20, пламя F, выпускаемого струей из пистолета 10 для пламенного напыления порошка через его сопло 11, достигает материала-основы M. Поэтому аморфная покрывающая пленка, формируемая на поверхности материала-основы M, содержит мало оксидов.

На фиг.4(a-1) показано распределение температуры пламени F по вертикальному сечению IV-IV, показанному на фиг.3. На фиг.4(b-1) показано распределение температуры пламени при обычном нанесении покрытия методом пламенного напыления порошка, по тому же сечению, что и вышеупомянутое. В случае, где используется устройство 1, показанное на фиг.3, центральная часть (в пределах диаметра примерно 10 мм) пламени F является высокотемпературной частью H (частью с температурой, превышающей температуру стеклования металла, используемого в качестве материала для пламенного напыления), а другая часть, окружающая центральную часть, является низкотемпературной частью L (частью с температурой, равной упомянутой температуре стеклования, или меньшей, чем она). С другой стороны, при обычном нанесении покрытия методом пламенного напыления порошка, вся часть пламени в пределах диаметра 30 мм или более, включая центральную часть, является высокотемпературной частью H с температурой, превышающей упомянутую температуру стеклования, как показано на фиг.4(b-1).

Если пламя F имеет низкотемпературную часть L вокруг высокотемпературной части H, как показано на фиг.4(a-1), рост температуры материала-основы M является умеренным, как показано на фиг.4(a-2), когда пламя F непрерывно подается к некоторой части поверхности материала-основы M, и температура центра этой части, к которой подано пламя F, не достигает упомянутой температуры стеклования в течение примерно 30 секунд. Если высокотемпературная часть H пламени F велика, как показано на фиг.4(b-1), температура материала-основы M быстро увеличивается, как показано на фиг.4(b-2), когда пламя F непрерывно подается к некоторой части поверхности материала-основы M, а температура центра и т.д. этой части превышает упомянутую температуру стеклования в течение нескольких секунд. Следовательно, чтобы сформировать аморфную покрывающую пленку посредством обычного нанесения покрытия методом пламенного напыления порошка, необходимо интенсивно охлаждать материал-основу M или с высокой скоростью перемещать устройство (пистолет для пламенного напыления) относительно материала-основы M в направлении, параллельном поверхности материала-основы M, либо выбирать материал для пламенного напыления только из металлов, чьи температуры плавления являются низкими и чьи способности становиться аморфными являются значительными. С другой стороны, использование устройства 1, показанного на фиг.1-3, не подвержено этим ограничениям или в значительной мере нивелирует их.

Ниже приводятся данные, полученные авторами данного изобретения в результате нескольких испытаний с использованием устройства 1.

1. На фиг.5 представлен график, иллюстрирующий градиент температуры пламени (F) между дистальным концом устройства внешнего охлаждения (трубчатого элемента 20), прикрепленного к дулу пистолета (10) для пламенного напыления, и объектом (материалом-основой M), на который надлежит нанести покрытие методом пламенного напыления. На этом графике, кривая под названием «0 мм» иллюстрирует градиент температуры пламени в его центре, а кривые под названиями «5 мм» и «10 мм» представляют собой градиенты температуры пламени в точках, удаленных от центра на 5 мм и 10 мм, соответственно. Этот график показывает следующее: температура пламени в его центре составляет почти 1000°C, когда пламя бьет в объект, тогда как температуры пламени в точках, немного удаленных от центра, гораздо ниже, чем температура в центре, когда пламя бьет в объект, составляя примерно 500°С в точке, удаленной от центра на 5 мм, и примерно 300°C в точке, удаленной от центра на 10 мм. Это показывает, что когда пламя бьет в материал-основу, его градиент температуры является торообразным.

2. На фиг.6 представлен график, иллюстрирующий соотношение компонентов горючего газа в точках, удаленных на 20 мм и 70 мм от дистального конца устройства (20) внешнего охлаждения, прикрепленного к дулу пистолета (10) для пламенного напыления. На этом графике, столбик с подписью «продувка воздухом» иллюстрирует соотношение компонентов горючего газа, когда для внешнего охлаждения используется воздух, а столбик с подписью «продувка N2» иллюстрирует соотношение компонентов горючего газа, когда для внешнего охлаждения используется газообразный азот. Состояние горения пламени тестируется с помощью богатого топливом пламени с незначительным содержанием O2 - так называемого восстановительного пламени. В состоянии «продувки воздухом», газообразный продукт сгорания имеет высокие содержания О2 и СО2 в точках, удаленных на 20 мм и 70 мм от дистального конца устройства внешнего охлаждения. С другой стороны, в состоянии «продувки N2» газообразный продукт сгорания имеет высокое содержание CO и исключительно низкое содержание О2 в точке, удаленной на 20 мм от дистального конца устройства внешнего охлаждения, и имеет высокие содержания N2 и CO2 и низкое содержание O2 в точке, удаленной на 70 мм от дистального конца устройства внешнего охлаждения. Эти результаты показывают следующее: если нанесение покрытия методом пламенного напыления проводят в состоянии «продувки N2», материал для пламенного напыления защищается газообразным продуктом сгорания, имеющим низкое содержание O2, так что образование оксидов подавляется.

3. На фиг.7 представлен график, иллюстрирующий градиент температуры объекта (М), на который надлежит нанести покрытие методом пламенного напыления, получаемый путем использования термопары, внедренной в объект (M), когда нанесение покрытия методом пламенного напыления проводят путем использования устройства, имеющего устройство (20) внешнего охлаждения, прикрепленное к дулу пистолета (10) для пламенного напыления. На этом графике, кривая с подписью «пистолет для пламенного напыления неподвижен» иллюстрирует градиент температуры объекта в случае, где пистолет для пламенного напыления неподвижен, а струя пламени непрерывно и концентрично летит (подается) к одному месту на объекте. Кривая с подписью «пистолет для пламенного напыления движется» иллюстрирует градиент температуры объекта в случае, где пламя непрерывно подается с помощью пистолета для пламенного напыления, движущегося со скоростью 280 мм/с. Поскольку в случае, когда «пистолет для пламенного напыления неподвижен», высокотемпературная часть создается в центральной части пламени, как описано в вышеизложенном пункте 1, температура объекта увеличивается по мере нанесения покрытия методом пламенного напыления, и она превышает 500°C примерно через 60 секунд после начала нанесения покрытия методом пламенного напыления. С другой стороны, поскольку в случае, когда «пистолет для пламенного напыления движется», этот пистолет для пламенного напыления движется с высокой скоростью, части пламени бьют в объект в таком порядке: низкотемпературная часть пламени, высокотемпературная часть пламени и низкотемпературная часть пламени. Это эффективно при подавлении роста температуры объекта. График показывает, что температура объекта ниже 300°C даже через 180 секунд после начала нанесения покрытия методом пламенного напыления.

4. На фиг.8 представлен график, иллюстрирующий скорости течения охлаждающего газа (G) в зависимости от давления, определенные в нескольких точках между дистальным концом устройства (20) внешнего охлаждения, прикрепленного к дулу пистолета (10) для пламенного напыления, и объектом (М), на который надлежит нанести покрытие методом пламенного напыления. Скорость распространения пламени (F), выпускаемого струей из пистолета для пламенного напыления, составляет 30-40 м/с. Чтобы получить эффекты охлаждения, а также сделать течение охлаждающего газа плавным, необходимо задать скорость течения охлаждающего газа большей, чем скорость распространения пламени. Как можно понять из графика, желательно, чтобы давление охлаждающего газа было задано равным 0,25 МПа или более. Однако если давление охлаждающего газа излишне увеличивается, в трубчатом элементе создается давление ниже атмосферного. Таким образом, происходит возмущение потока охлаждающего газа, и частицы материала для пламенного напыления осаждаются на внутренней поверхности трубчатого элемента. Это делает невозможной непрерывную работу устройства. Чтобы избежать этого неудобства, необходимо увеличить забор атмосферного воздуха, поддерживая тем самым надлежащий баланс компонентов газа, но это способствует выделению оксидов. Поэтому понятно, что оптимальное давление охлаждающего газа находится в окрестности значения 0,25 МПа, при котором скорость течения охлаждающего газа становится близкой к скорости распространения пламени, струя которого вылетает из пистолета для пламенного напыления.

5. На фиг.9(a-1)-9(a-3) представлены фотографии, иллюстрирующие результаты испытания на электролитическую коррозию с помощью щавелевой кислоты, проведенного на аморфной покрывающей пленке, сформированной посредством обычного устройства, показанного на фиг.12 и имеющего напорное сопло (20'). На фиг.9(b-1)-9(b-3) представлены фотографии, иллюстрирующие результаты испытания на электролитическую коррозию с помощью щавелевой кислоты, проведенного на аморфной покрывающей пленке, сформированной посредством устройства в соответствии с изобретением, имеющего вышеописанное устройство (20) внешнего охлаждения. Когда используют обычное устройство с напорным соплом, частицы вступают в контакт с атмосферным воздухом, так что сформированная аморфная покрывающая пленка неизбежно содержит оксиды и не расплавившиеся частицы. С другой стороны, когда используют устройство в соответствии с изобретением, имеющее вышеописанное воздухонепроницаемое цилиндрическое устройство (20) внешнего охлаждения, сформированная аморфная покрывающая пленка не содержит нерасплавившиеся частицы, и появление значимого количества оксидов в пленке пресекается. Таким образом, аморфная покрывающая пленка, сформированная устройством в соответствии с изобретением, оказывается высококачественной.

6. В нижеследующей таблице 1 показаны результаты испытания на коррозионную стойкость, проведенного на сформированной аморфной покрывающей пленке (только на аморфной покрывающей пленке, отслоенной от материала-основы), а также на сплаве Hastelloy С и на титане как на эталонных образцах. Аморфная покрывающая пленка, Hastelloy С и титан одновременно погружали в различные агрессивные жидкости на четыре недели, и определяли изменения массы этих образцов. В соответствии с критериями оценки коррозионной стойкости химических красок, когда образец подвергается лишь такому уменьшению массы, как 0-0,5 г/м2 в сутки, его оценивают как высокостойкий к коррозии. Что касается аморфной покрывающей пленки, то наблюдалось начальное увеличение массы из-за выделения слоя оксида, но после этого коррозия почти не развивалась. С другой стороны, Hastelloy С и титан корродировали. Очевидно, что аморфная покрывающая пленка имеет более высокую стойкость к коррозии, чем Hastelloy С и титан.

Таблица 1
Результаты испытания на коррозионную стойкость,
изменение массы (г/м2 в сутки)
Агрессивная жидкость Концент
рация
Темпе
ратура
Время погру
жения
Аморфная покрыва
ющая пленка
Эталонные образцы
Hastel-
loy С
Титан
Соляная кислота 35% Нормаль-ная темпера-тура 6 часов -7890 -4,56 -312
Азотная кислота 10% То же 4 недели +0,065 0 -0,004
Серная кислота 5% То же 4 недели +0,049 0 -0,013
Серная кислота 70% То же 4 недели -0,011 -0,013 -0,117
Едкий натр 48% То же 4 недели +0,024 -0,008 -0,004
Раствор соды в хлорноватистой кислоте 12% То же 4 недели +0,079 0 0
Физиологичес
кий раствор
3% То же 4 недели +0,154 0 0
Фосфорная кислота 5% То же 4 недели +0,100 - -
Примечание: критерии оценки коррозионной стойкости химических установок:
0-0,5 г/м2 в сутки = обладает высокой стойкостью.

7. Формировали аморфную покрывающую пленку на крыльчатке для мешалки в технологической линии на заводе химических удобрений путем использования устройства в соответствии с изобретением, имеющего вышеописанное устройство (20) внешнего охлаждения, и проводили на этой крыльчатке проверочное испытание. Условия испытания и результаты испытания приведены ниже. Внешний вид обычной крыльчатки вышеупомянутой мешалки и внешний вид крыльчатки, покрытой аморфной покрывающей пленкой посредством использования устройства в соответствии с изобретением, после эксплуатации в течение некоторого периода времени показаны на фиг.10. На фиг.10(a) представлена фотография обычной крыльчатки для мешалки, которую использовали для сборника суспензии с pH 2, а на фиг.10(b) представлена фотография крыльчатки, покрытой аморфной покрывающей пленкой, которую использовали так же, как обычную крыльчатку.

[Технические условия испытания]

Поверхность: высокостойкий материал

Fe70Cr10P13C7 300 мкм

[Обстоятельства испытания]

Мешалка в технологической линии на заводе химических удобрений

[Требования к рабочим параметрам]

Коррозионная стойкость и стойкость к абразивному истиранию в суспензии с pH 2

[Обычный материал] SUS316L

Доля уменьшения массы посредством абразивного истирания

Крыльчатка, изготовленная из обычного материала SUS316L

после 11-ти месяцев: 62%

(после 5-ти месяцев: 28% (расчетное значение))

Крыльчатка, покрытая аморфной покрывающей пленкой

После 5-ти месяцев: 2%

Доля уменьшения массы посредством абразивного истирания обычной крыльчатки, изготовленной из обычного материала SUS316L, составляла 62% после эксплуатации в течение 11-ти месяцев (полученное расчетным путем значение после эксплуатации в течение 5-ти месяцев: 28%), как описано выше. С другой стороны, доля уменьшения массы посредством абразивного истирания крыльчатки, покрытой аморфной покрывающей пленкой, составляла 2% после эксплуатации в течение 5-ти месяцев. Эти результаты показывают, что стойкость к коррозии и абразивному истиранию крыльчатки, покрытой аморфной покрывающей пленкой, в 14 раз больше, чем стойкость к коррозии и абразивному истиранию обычной крыльчатки.

8. Кроме того, формировали аморфную покрывающую пленку на втулке вала насоса для перекачки суспензии в технологической линии завода химических удобрений путем использования устройства в соответствии с изобретением, имеющего вышеописанное устройство (20) внешнего охлаждения, и проводили на этой втулке вала проверочное испытание. Условия испытания показаны ниже. Состояние абразивного истирания и другие параметры показаны на фиг. 11.

[Технические условия испытания]

Материал-основа: NiCr 50 мкм

Поверхность: высокостойкий материал

Fe70Cr10P13C7 150 мкм

[Обстоятельства испытания]

Насос для перекачки суспензии в технологической линии на заводе химических удобрений

[Требования к рабочим параметрам]

Коррозионная стойкость и стойкость к абразивному истиранию в суспензии с pH 2

[Обычные материалы]

Титан, Hastteloy, Durimet 20, SUS316L

Испытуемый образец подготавливали путем изготовления втулки вала, предназначенной для вышеупомянутого насоса, из SUS304, формирования аморфной покрывающей пленки на поверхности втулки вала и осуществления алмазного полирования на поверхности. Этот испытуемый образец устанавливали на обычном насосе для перекачки суспензии и проводили проверочное испытание. Как показывает фиг.11, после эксплуатации в течение 2-х месяцев, на обычной втулке вала, изготовленной из Durimet, наблюдался имевший глубину 4 мкм след абразивного истирания и коррозии, обусловленный набивкой. С другой стороны, после эксплуатации в течение 2-х месяцев, на втулке вала, покрытой аморфной покрывающей пленкой, не наблюдался след ни абразивного истирания, ни коррозии. Это показывает, что втулка вала, покрытая аморфной покрывающей пленкой, имеет более высокую стойкость к коррозии и абразивному истиранию, чем обычная втулка вала, изготовленная из Durimet.

Хотя выше, с некоторой степенью конкретности, описан предпочтительный вариант осуществления, для специалистов в данной области техники будет очевидно, что в него можно внести различные модификации и изменения. Поэтому должно быть ясно, что в рамках его объема притязаний и существа, данное изобретение можно воплотить в формах, отличающихся от конкретно описанных в вышеизложенном описании.

1. Устройство для формирования аморфной покрывающей пленки посредством выпуска пламени, содержащего частицы материала для пламенного напыления, из пистолета для пламенного напыления по направлению к материалу-основе, вызывания плавления частиц посредством пламени и охлаждения как частиц, так и пламени посредством охлаждающего газа перед тем, как они достигают материала-основы,
содержащее трубчатый элемент, предусмотренный в зоне плавления, в которой частицы плавятся, на пути, по которому пистолет для пламенного напыления выпускает пламя, и тем самым защищающий пламя от атмосферного воздуха в зоне плавления, причем трубчатый элемент имеет проточный канал для охлаждающего газа, выполненный вдоль трубчатого элемента и как единое целое с ним, при этом
устройство дополнительно имеет между трубчатым элементом и пистолетом для пламенного напыления воздухозаборники или отверстия для подачи инертного газа, эффективные при подавлении возникновения давления ниже атмосферного в трубчатом элементе.

2. Устройство для формирования аморфной покрывающей пленки посредством выпуска пламени, содержащего частицы материала для пламенного напыления, из пистолета для пламенного напыления по направлению к материалу-основе, вызывания плавления частиц посредством пламени и охлаждения как частиц, так и пламени посредством охлаждающего газа перед тем, как они достигают материала- основы,
содержащее трубчатый элемент, предусмотренный в зоне плавления, в которой частицы плавятся, на пути, по которому пистолет для пламенного напыления выпускает пламя, и тем самым защищающий пламя от атмосферного воздуха в зоне плавления, причем
трубчатый элемент имеет две коаксиальные цилиндрические трубки, дистальные концы которых открыты, так что охлаждающий газ течет между этими двумя трубками и выбрасывается из пространства между дистальными концами обеих трубок для трубчатого протекания вокруг всей периферии пламени, при этом
площадь сечения проема между дистальными концами двух трубок меньше, чем площадь сечения проема между телами двух трубок.

3. Устройство для формирования аморфной покрывающей пленки по п.2 , в котором две цилиндрические трубки состоят из внешней трубки и внутренней трубки, дистальный конец внешней трубки выступает за дистальный конец внутренней трубки.

4. Устройство для формирования аморфной покрывающей пленки по любому из пп.1-3, в котором трубчатый элемент имеет проксимальный конец, который соединен с пистолетом для пламенного напыления, и этот проксимальный конец или его участок выполнен с возможностью открытия при зажигании пистолета для пламенного напыления и закрытия.

5. Способ формирования аморфной покрывающей пленки, включающий в себя этап нанесения пламени и частиц материала для пламенного напыления на определенную часть материала-основы с использованием устройства по любому из пп.1-4, при этом пламя и частицы охлаждают с помощью охлаждающего газа таким образом, что температуру поверхности упомянутой определенной части материала-основы можно поддерживать равной температуре стеклования металла, который используют в форме частиц материала для пламенного напыления, или меньшей, чем эта температура, в течение периода 10 секунд или более.

6. Способ формирования аморфной покрывающей пленки по п.5, в котором с помощью охлаждающего газа охлаждают пламя и частицы и дополнительно материал-основу, так чтобы можно было поддерживать температуру поверхности определенной части материала-основы равной температуре стеклования металла, который используют в форме частиц материала для пламенного напыления, или меньшей,чем эта температура, в течение периода 10 секунд или более.

7. Способ формирования аморфной покрывающей пленки по п.5 или 6, в котором устройство для формирования аморфной покрывающей пленки перемещают относительно материала-основы в направлении, параллельном поверхности материала-основы, при проведении охлаждения так, чтобы температура поверхности в любой точке на материале-основе не превышала температуру стеклования металла, который используют в форме частиц материала для пламенного напыления.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу получения магнитотвердого покрытия из сплава самария с кобальтом и может использоваться при изготовлении постоянных магнитов, используемых в конструкциях малогабаритных двигателей постоянного тока, бортовой измерительной аппаратуре, а также различных устройствах, предназначенных для исследования космического пространства.

Изобретение относится к способу лазерной наплавки направленно упрочненного металлического материала. Осуществляют подачу порошка на поверхность подложки (4) конструктивного элемента (1, 120, 130) из упрочненного металлического материала, имеющего дендриты (31), ориентированные в направлении (32).

Изобретение относится к нанесению защитных износостойких покрытий из порошковых материалов. Способ восстановления внутренней поверхности ступицы направляющего аппарата центробежного электронасоса, включает нанесение на внутреннюю цилиндрическую поверхность ступицы, имеющей диаметр D и длину рабочего канала L, износостойкого порошкового материала детонационным напылением при помощи ствола детонационной установки с диаметром d, равным (0,7-0,8)D.

Изобретение относится к способу металлизации изделий из древесины. Технический результат изобретения заключается в повышении качества и долговечности покрытия за счет увеличения прочности сцепления покрытия с подложкой, устранения пористости покрытия и увеличения водонепроницаемости покрытия, снижении трудоемкости и энергоемкости процесса.
Изобретение относится к способам получения защитно-декоративных покрытий на изделиях из древесины. Технический результат заключается в повышении качества и долговечности покрытия за счет увеличения прочности сцепления покрытия с подложкой и устранения водопроницаемости покрытия, и снижении энергоемкости процесса.
Изобретение относится к способу получения адгезионно-прочных медных покрытий на керамической поверхности с использованием газодинамического напыления. Проводят предварительное напыление подслоя из оксида меди (1) с последующим напылением медного покрытия и термическую обработку покрытия.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий, а именно покрытий из нитрида титана, и может быть использовано в металлообработке. Способ включает очистку поверхности пескоструйной обработкой и нанесения покрытия детонационным методом.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к детонационному напылению. Может использоваться для разгона и нагрева порошков при нанесения покрытий.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к нанесению детонационных покрытий на поверхности деталей машин. Технический результат - повышение равномерности толщины получаемого покрытия.

Изобретение относится к медицине, а именно к челюстно-лицевой хирургии и травматологии, и может быть использовано для формирования антимикробного покрытия при изготовлении внутритканевых эндопротезов на титановой основе.

Изобретение относится к способу нанесения состава для покрытия, содержащего углерод в форме углеродных нанотрубок, графенов, фуллеренов или их смеси, и металлические частицы, на субстрат с последующей обработкой под давлением и тепловой обработкой покрытия после нанесения на субстрат.

Изобретение относится к обработке поверхности металлов. Способ получения коррозионно-стойкого покрытия на поверхности нелегированной стали включает подготовку порошка в виде нанокомпозитных частиц Fe-Ni, содержащих 3-10 мас.% никеля, и послойное нанесение его на поверхность нелегированной стали с лазерным спеканием.

Изобретение относится к наноэлектронике и наноэлектромеханике и может быть использовано в различных областях современной наноиндустрии, микроэлектронике, альтернативной энергетике и т.д. В способе получения наноструктурного покрытия из гранулированного нанокомпозита «металл-керамика» получают нанокомпозит предпочтительно методом ионно-лучевого распыления с образованием гранул, со средним диаметром преимущественно 2-4 нм, а концентрацию металлической фазы в получаемом нанокомпозите при распылении обеспечивают в пределах 25-30 ат.%.

Изобретение относится к лезвиям для бритвенных приборов и способу их формирования. Способ формирования лезвия для бритвенного прибора включает нанесение по меньшей мере одного полимерного материала, имеющего верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, на кромку по меньшей мере одного лезвия с помощью изостатического прессования с образованием полученного изостатическим прессованием покрытия на кромке упомянутого по меньшей мере одного лезвия.

Изобретение относится к нанесению защитных износостойких покрытий из порошковых материалов. Способ восстановления внутренней поверхности ступицы направляющего аппарата центробежного электронасоса, включает нанесение на внутреннюю цилиндрическую поверхность ступицы, имеющей диаметр D и длину рабочего канала L, износостойкого порошкового материала детонационным напылением при помощи ствола детонационной установки с диаметром d, равным (0,7-0,8)D.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при формировании износостойкого покрытия на поверхностях деталей с подачей ремонтно-восстановительных составов на поверхность и последующим пластическим деформированием с помощью безабразивной ультразвуковой финишной обработки.

Настоящее изобретение относится области металлургии, а именно к способу формирования тонких, однородных покрытий на кромках бритвенных лезвий. Способ формирования кромки бритвенного лезвия содержит стадию, на которой изостатически прессуют (IP), по меньшей мере, одну кромку лезвия, покрытую полимерным материалом.

Изобретение относится к наноэлектронике и наноэлектромеханике и может быть использовано в различных областях современной наноиндустрии, микроэлектроники, альтернативной энергетике и т.д.

Изобретение относится к наноэлектронике и наноэлектромеханике и может быть использовано в различных областях современной наноиндустрии, микроэлектронике, альтернативной энергетике и т.д.
Изобретение относится к получению медных покрытий и может быть использовано для коррозионной защиты, декоративной обработки различных материалов, а также в электронной технике.

Изобретение относится к способу атмосферного плазменного напыления и может быть использовано для нанесения покрытия на различные детали машин, например на турбины.
Наверх