Баллистическая установка для создания высокотемпературных высокоскоростных потоков частиц

Авторы патента:

Ганигин Сергей Юрьевич (RU)

Сатдарова Наиля Маратовна (RU)

Кондратенко Павел Константинович (RU)

Ибатуллин Ильдар Дугласович (RU)

Письменный Павел Владимирович (RU)

Рогожин Павел Викторович (RU)

Нечаев Илья Владимирович (RU)

Ненашев Максим Владимирович (RU)

C23C4/126 - Способы покрытия путем распыления материала в расплавленном состоянии, например пламенное, плазменное или дуговое напыление (металлизаторы B05B; производство сплавов, содержащих волокна или нити термическим распылением металла C22C 47/16; плазмотроны H05H)

C23C24/04 - осаждение частиц за счет удара или кинетической энергии

B05B7/16 - с устройствами для нагрева материалов, подлежащих распылению

Владельцы патента RU 2656316:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к устройствам для создания высокотемпературных высокоскоростных потоков частиц, которые могут быть использованы, в частности для нанесения порошкового покрытия на изделия любой формы. Установка для нанесения порошкового покрытия с использованием высокотемпературных высокоскоростных потоков частиц метаемого порошка содержит ствол, в котором размещена зарядная камера с основным метающим зарядом из пороха и средством инициирования, поршень, примыкающий к зарядной камере с основным метающим зарядом, контейнер с дополнительным зарядом из термитной смеси, смешанной с метаемым порошком, устройство воспламенения дополнительного заряда и установленная на срезе ствола диафрагма - отсекатель контейнера с дополнительным зарядом. Обеспечивается повышение производительности нанесения покрытий. 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для создания высокотемпературных высокоскоростных потоков частиц, которые могут использоваться, в частности для нанесения порошкового покрытия на изделия любой формы.

Известно устройство по патенту №2399430, в котором для нагревания и разгона порошковых материалов при образовании покрытия используется энергия газового взрыва.

Недостатком такой системы является низкая производительность. Один выстрел обеспечивает нанесение не более чем 100 мг порошкового вещества на поверхность подложки. Другим недостатком является низкая скорость формируемого потока частиц, что обусловлено предельными значениями скорости движения и плотности продуктов газовой детонации.

Известно также устройство распыления порошков, описанное в патенте №2176925. Недостатком такого устройства является невозможность разгона частиц порошка до скоростей выше 200 м/с из-за отсутствия ствольной системы.

Известен также способ получения высокодисперсного аэрозоля из твердых частиц по патенту №2403985. В устройстве для реализации способа несмотря на возможность разгона до больших скоростей частиц порошка, отсутствует возможность его нагревания.

В качестве прототипа выбрано двухкаскадное баллистическое устройство по патенту №2535349.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение производительности нанесения покрытий.

Технический результат достигается тем, что баллистическая установка для создания высокотемпературных высокоскоростных потоков частиц содержит ствол с зарядной камерой, установленный в ней основной метающий заряд со средством инициирования, поршень, примыкающий к основному заряду, контейнер с дополнительным зарядом, устройство воспламенения дополнительного заряда, причем на срезе ствола устанавливается диафрагма - отсекатель контейнера, содержащего дополнительный заряд, основной заряд выполнен из пороха, а дополнительный заряд - из тепловыделяющего состава, смешанного с метаемым порошком.

Результат, состоящий в предварительном нагревании метаемого порошка, достигается путем использования в качестве дополнительного заряда тепловыделяющего состава разбавленного метаемым порошковым материалом. Также, в качестве устройства инициирования использован не заряд ВВ, а электровоспламенитель, а в качестве основного метающего заряда использован заряд пороха.

Устройство реализуется по схеме Фиг. 1.

В состав баллистического устройства входят: 1 - устройство инициирования основного метающего заряда; 2 - ствол баллистической установки; 3 - основной заряд (навеска пороха); 4 - поршень (пыж); 5 - контейнер для дополнительного заряда; 6 -дополнительный заряд (навеска порошка); 7 - устройство воспламенения дополнительного заряда; 8 - диафрагма (для отсекания элементов контейнера).

В качестве тепловыделяющих веществ в смеси с нагреваемым порошком могут быть использованы термитные составы, имеющие ряд преимуществ: обширная номенклатура по температуре горения; малое газовыделение при горении; в составе продуктов горения нет вредных компонентов, загрязняющих получаемое покрытие. Температура и скорость горения разбавленных балластных смесей "нагреваемый порошок - термит" зависят от размеров частиц реагирующих материалов, условий воспламенения и теоретически трудно предсказуемы. В продуктах горения присутствует чистый металл и оксид алюминия в ультрадисперсном виде, который при движении отстает от основного металла из-за сравнительно низкой плотности и малой силы инерции при близких коэффициентах аэродинамического сопротивления.

При выборе термитного состава следует учитывать следующие особенности. Восстанавливаемый металл в ходе реакции горения частично окисляется при высокой температуре в кислороде воздуха. Температура горения многих термитов превышает температуру плавления металла, которым разбавляется термит, с образованием агломерированных частиц большего размера, чем исходный материал. Использование термитов с меньшей температурой горения приводит к снижению скорости горения и сложному процессу инициирования, в частности, для зажигания термитов ТiO₂/Аl требуется предварительное нагревание или разбавление катализатором горения с меньшей энергией зажигания и большим запасом термичности, например, термитом СuО/Аl.

Для нагревания порошка использовались следующие термитные смеси с металлами:

CuO/Al/Cu; CuO/Al/WC-Co; CuO/Al/Mo; WO₃/Al/WC-Co; MoO₃/Al Mo;

CuO/Al+TiO₂/Al+Cu; CuO/Al+TiO₂/Al+Mo; WO₃/Al+TiO₂/Al+WC-Co.

Пример

Конструкция баллистической установки для создания высокотемпературных высокоскоростных потоков частиц была реализована с использованием гладкого ствола, снаряженного патроном с конструкцией по Фиг 2.

В состав патрона входит: 9 - смесь нагреваемого и метаемого порошка с тепловыделяющим составом; 10 - элементы обтюратора; 11 - гильза; 12 - воспламенитель ТВС; 13 - токоведущие стержни; 14 - проводники; 15 - воспламенитель порохового заряда; 16 - проводники; 17 - навеска пороха; 18 - основание гильзы; 19 - втулка; 20 - токоведущие стержни; 21 - проводники к генератору инициирующих импульсов.

Использовали ствол длиной 1200 мм, диаметром канала 18,6 мм, что соответствует калибру 12, патрона с пороховым зарядом массой 6 г и типом пороха 4/7ЦГР (65%) и Сунар (35%), контейнером для смеси тепловыделяющего состава WO₃/Al+TiO₂Al+WC-Co массой 15 г и системы инициирования, представляющей собой две нити накаливания из нихромовой проволоки толщиной 0,2 мм, размещенных в метающем пороховом заряде и тепловыделяющем заряде термитной смеси WO₃/TiO₂/Al с порошком ВК-12, нити накаливания соединены медными проводниками по трехпроводной схеме с одним центральным проводом, проходящими сквозь дно контейнера и центральный герметичный канал гильзы и казенной части ствола. Зажигание выполняли в следующей последовательности: сначала зажигали термитную смесь с порошком ВК-12. После прогорания смеси через 2 с зажигали пороховой метающий заряд. При этом использовали электрический импульс тока при зажигании термитной смеси до 2 А длительностью 2 с, а для зажигания порохового заряда до 2 А длительностью 100 мс.

В результате получали поток частиц, движущийся со скоростью 1000 м/с на расстоянии 0,5 м от среза ствола. Температура частиц в контейнере перед выстрелом составляла 1540°C.

Список литературы

1. Патент №2399430. Установка для детонационного напыления покрытий.

2. Патент №2176925. Способ получения огнетушащей смеси и устройство для его осуществления.

3. Патент №2535349. Двухкаскадная баллистическая установка.

Установка для нанесения порошкового покрытия с использованием высокотемпературных высокоскоростных потоков частиц метаемого порошка, содержащая ствол, в котором размещена зарядная камера с основным метающим зарядом из пороха и средством инициирования, поршень, примыкающий к зарядной камере с основным метающим зарядом, контейнер с дополнительным зарядом из термитной смеси, смешанной с метаемым порошком, устройство воспламенения дополнительного заряда и установленную на срезе ствола диафрагму - отсекатель контейнера с дополнительным зарядом.

Изобретение относится к формированию на стальных поверхностях покрытий на основе карбида титана, никеля и молибдена, которые могут быть использованы в штамповочном производстве и других отраслях промышленности.

Способ восстановления шеек стальных коленчатых валов // 2652609

Изобретение относится к способу восстановления шеек стального коленчатого вала двигателей внутреннего сгорания. В способе восстановления шеек стальных коленчатых валов осуществляют демонтаж, мойку, дефектоскопию и шлифование изношенной поверхности, зачистку подложечного слоя от коррозии, подготовку подложечного слоя к наплавке путем дробеструйной обработки и газопламенное напыление.

Способ напыления газотермических покрытий на внутренние поверхности и устройство для его реализации // 2650471

Изобретение относится к технологии напыления газотермических покрытий и может быть использовано в машиностроении, авиационной и ракетно-космической технике, станкостроении, нефтегазодобывающей промышленности, энергетике и в городских сетях.

Способ изготовления напыленной рабочей поверхности цилиндра в блоке цилиндров двигателя внутреннего сгорания, а также такой блок цилиндров // 2647064

Изобретение относится к способам нанесения покрытий, в частности к способу нанесения покрытий на рабочую поверхность цилиндра блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания.

Способ нанесения металлического порошкового покрытия на поверхность металлических подложек // 2645421

Изобретение относится к способу нанесения металлического порошкового покрытия на поверхность металлической подложки. Осуществляют обезжиривание, механическую обработку поверхности металлической подложки и электродуговое напыление порошка, который подают из сопла-электрода горелки посредством транспортирующего газа в зону электрической дуги между соплом-электродом и металлической подложкой.

Способ получения катализаторов гидроочистки углеводородного сырья на основе аморфных металлических наночастиц // 2645354

Изобретение относится к способу получения катализаторов гидроочистки углеводородного сырья на основе аморфных металлических наночастиц относится к области нефтепереработки и может быть использован для очистки от серосодержащих и азотсодержащих соединений дизельного топлива и дизельно-масляных фракций.

Способ обработки ниппельной части резьбового соединения насосно-компрессорной трубы // 2644836

Изобретение относится к трубному производству, в частности к способу обработки ниппельной части резьбового соединения насосно-компрессорной трубы, и может быть использовано при строительстве нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин.

Способ нанесения многокомпонентного покрытия при электродуговой металлизации // 2641427

Изобретение относится к способу нанесения многокомпонентного покрытия путем электродуговой металлизации и предназначено для создания антифрикционных покрытий на поверхности деталей, работающих в условиях интенсивного износа поверхностного слоя.

Способ формирования волокнистого композиционного покрытия // 2637437

Изобретение относится к способу формирования волокнистого композиционного покрытия на изделии из низко- или среднеуглеродистой конструкционной стали. Осуществляют нанесение покрытия на основе промышленного порошка ПР-10Р6М5 электронно-лучевым или плазменно-порошковым методом.

Способ получения износостойкого многослойного композита на металлической поверхности // 2634099

Изобретение относится к области металловедения, химико-термической обработке металлических изделий, к созданию наноструктурированных материалов конструкционного назначения, к проблеме трения и износа и может быть использовано для повышения долговечности деталей машин в любой отрасли промышленности.

Способ напыления газотермических покрытий на внутренние поверхности и устройство для его реализации // 2650471

Способ подготовки поверхности изделий из циркония или сплавов на его основе перед гальваническим никелированием // 2649112

Изобретение относится к гальваностегии, в частности к нанесению защитных никелевых покрытий на изделия из циркония и сплавов на его основе, и может найти применение в области атомной энергии при производстве уран-циркониевых твэлов при подготовке поверхности перед гальваническим никелированием.

Способ получения износостойкого многослойного композита на металлической поверхности // 2634099

Способ получения покрытия на стальной пластине // 2621088

Изобретение относится к технологии получения покрытий и может быть использовано в различных отраслях машиностроения при изготовлении или восстановлении деталей для придания поверхности повышенных характеристик сопротивления коррозии.

Способ нанесения покрытия из антифрикционного твердого сплава // 2619550

Изобретение относится к нанесению покрытия из антифрикционного твердого сплава на металлическую подложку. На поверхность металлической подложки размещают порошковый материал, состоящий из слоев титанового порошка и смеси порошков карбида хрома и титана в соотношении 78 мас.

Способ нанесения алюминида титана и изделие с поверхностью из алюминида титана // 2619419

Изобретение относится к способам нанесения покрытия из алюминида титана на металлическое изделие и к металлическому изделию с указанным покрытием. Способ нанесения покрытия из алюминида титана на металлическое изделие включает холодное напыление алюминида титана на изделие для формирования покрытия из алюминида титана, причем покрытие из алюминида титана включает тонкую гамма/альфа2 структуру, а алюминид титана, нанесенный на изделие холодным напылением, имеет состав, включающий 45 мас.

Способ газодинамического напыления антикоррозионного покрытия из коррозионно-стойкой композиции на поверхности контейнера для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива, выполненного из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом // 2593041

Изобретение относится к способу газодинамического напыления антикоррозионного покрытия из коррозионно-стойкой композиции на поверхности контейнера для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива, выполненного из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом и может быть использовано, например, для покрытия полости контейнера, служащей для приема отработавшего ядерного топлива.

Способ формирования токоведущей шины на низкоэмиссионной поверхности стекла // 2588921

Изобретение относится к способу формирования токоведущей шины на низкоэмиссионной поверхности стекла методом холодного газодинамического напыления с помощью сопла устройства для газодинамического напыления.

Способ детонационного нанесения покрытия из оксида алюминия // 2587370

Изобретение относится к области газотермического напыления покрытий, а именно к технологии подготовки поверхности изделия перед нанесением детонационного покрытия.

Алюминиевый элемент токопровода и способ его получения // 2572953

Изобретение относится к электротехнике, а именно к области токопроводящих шин. Алюминиевый элемент токопровода, имеющий рабочую контактную площадку, представляет собой алюминиевую шину.

Способ нанесения покрытия распылением // 2650520

Настоящее изобретение относится к способу для нанесения покрытия распылением на поверхности субстратов, в котором: (а) на первом этапе поддающееся термопластичной переработке вещество в экструдере расплавляют и тем самым разжижают, (b) на расплавленное вещество воздействуют давлением при помощи газа-носителя, (с) смесь, образующуюся из указанного расплавленного вещества и указанного газа-носителя, продавливают через одну или несколько форсунок, причем в зоне выходного отверстия форсунки к распыляемой струе подводят газ-распылитель, имеющий температуру, которая по меньшей мере столь же высока, как температура расплава, и (d) образующуюся распыляемую струю с расплавленным поддающимся термопластичной переработке веществом направляют на поверхность субстрата, причем вещество в форме капель в текучем состоянии попадает на поверхность субстрата, образует непрерывное покрытие на поверхности субстрата и затем затвердевает.