Способ газотермического напыленияпокрытий ha изделие и устройство дляего осуществления

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Реслублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву — . (22) Заявлено 17.09.79 (21) 2824252/23-05 с присоединением заявки №вЂ” (51) M. Кл

В 05 В 7/20

С 23 С 7/00

Гос Алрствонный комитет (23) Приоритет—

СССР по делам изооретений и открытий (53) УДК 621.793 (088.8) Опубликовано 23.06.81. Бюллетень №23

Дата опубликования описания 28.06.81 (72) Авторы изобретения

С. С. Бартенев и Ю. П. Федько

- Ф, Г

i"

Ордена Ленина физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе АН СССР / (7l ) Заявитель (54) СПОСОБ ГАЗОТЕРМИЧЕСКОГО НАПЫЛЕНИЯ ПОКРЫТИЙ

НА ИЗДЕЛИЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к технике газотермического нанесения покрытий.

Известен способ газотермического напыления покрытий на изделие, заключающийся в подаче в открытый с одного конца ствол горючей смеси газов и порошка и инициировании детонации (1).

Известно также устройство для газотермического напыления покрытий, содержащее ствол, блоки подачи в него газов и порошка и блок инициирования детонации ().

При получении детонационных покрытий с помощью известных способа и устройства покрытия формируются при взаимодействии с подложкой протяженного двухфазного потока, состоящего из напыляемых частиц и продуктов детонации. Сравнительно низкие технические характеристики покрытий обусловлены тем, что частицы, входящие в различные части потока, имеют существенно-различные параметры: скорость, температуру, средний размер и т.д. При использовании известных способов и устройства покрытие образуется из смеси частиц с оптимальными и с далекими от оптимальных параметрами. Частицы с неоптимальными параметрами приводят к существенному ухудшению свойств покрытия в целом.

Цель изобретения — повышение качества покрытий за счет напыления на изделие частиц порошка из той части двухфазного потока, в которой они имеют оптимальные параметры.

Указанная цель достигается тем, что в способе газотермическаго напыления покрытий на изделие, заключающемся в подаче

10 в открытый с одного конца ствол горючей смеси газов и порошка и инициировании детонации, согласно изобретению, изделие во время цикла напыления перемещают относигельно среза ствола со скоростью V„>

=4 ч„/Итак, чтобы в момент инициирования детонации геометрический центр напыляемой поверхности изделия находился от оси ствола на расстоянии S= усь - Еф где V >> — скорость перемещения изделия, v"„— средняя скорость частиц вблизи изделия в той части двухфазного потока, состоящего из напыляемых частиц и продуктов детонации, из которой формируется покрытие.

839589

d — размер изделия в направлении его перемещения;

53 â длина той части двухфазного потока, из которой формируется покрытие; à — время движения частиц в выбранной части потока от начального положения до изделия;

V 1,— средняя скорость частиц в выбранной части потока на всем расстоянии от начального положения частиц до изделия.

Указанная цель достигается также тем, что устройство для газотермического напыления покрытий, содержащее ствол, блоки подачи в него газов и порошка и блок инициирования детонации, дополнительно снабжено блоком перемещения изделия относительно среза ствола во время цикла напыления и блоком согласования перемещения изделия с моментом инициирования детонации, соединенным с блоком перемещения изделия и с блоком инициирования детонации.

Причем блок перемещения изделия выполнен в виде приводного диска, расположенного перпендикулярно стволу, а блок согласования перемещения изделия с моментом инициирования детонации включает схему формирования импульсов, соединенную с блоком инициирования детонации, и датчик положения диска, состоящий из ферромагнитного элемента, закрепленного на диске, и катушки индуктивности, соединенной со схемой формирования импульсов.

На фиг. 1 схематично изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 — изменение коэффициента фильтрации К (кривая 1), адгезии 5 (кривая 2) и износостойкости (кривая 3) при напылении покрытий из окиси алюминия, полученных из различных частей двухфазного потока.

Оно включает ствол 1 с присоединенными к нему блоком подачи газов 2, через трубку 3, блоком подачи напыляемого порошка 4 через трубку 5, блоком инициирования 6 с воспламенителем 7, диск 8 с закрепленным на нем изделием 9, соединенный с мотором 10, на диске 8 закреплена часть 11 датчика положения диска, выполненная в виде ферромагнитного элемента, вторая часть 12 датчика, включает катушку индуктивности, закрепленную неподвижно и соединенную блоком 13 формирования импульсов, которая соединена с блоком 6 инициирования и размыкатель 14.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Предварительно определяют месторасположение и длину (Ы) части потока частиц, из которой необходимо формировать покрытие, средние значения скорости частиц в выбранной части потока вблизи изделия (y.) и на всем расстоянии, где осуществляется ускорение (ч ).

Закрепляют на диске 8 изделие 9 и часть 11 датчика так, чтобы покрытие на изделий формировалось из указанной части потока.

Разгоняют диск 8 с изделием 9 до достижения изделием линейной скорости Vö =

=d.÷ /ЛК При каждом обороте диска датчик выдает импульсы, но пока устройство не готово, размыкатель 14 не пропускает их на схему формирования импульса.

Из блока 2 через трубку 3 в ствол 1 подают гремучую смесь газов, из блока 4 через трубку 5 подают напыляемый порошок, после чего установка готова к работе.

Размыкатель 14 замыкает цепь, после чего импульс проходит в блок 13, где формируется прямоугольный импульс, который усиливается блоком 6 и подается на воспламенитель 7, где проскакивает искра, вызывающая инициирование детонации гремучей смеси в стволе 1.

Продукты детонации заставляют поро2О шок двигаться ускоренно, в результате чего образуется протяженный двухфазный поток. Благодаря выбору места закрепления части ll датчика в момент инициирования геометрический центр напыляемой поверхности находится от оси ствола на расстоянии S = y

В результате одного выстрела образуется на изделии 9 покрытие толщиной 1 — 5 мм.

Для получения покрытия заданной толщины операции повторяют необходимое число раз.

Пример. В открытую с одного конца трубу из нержавеющей стали длиной 200 см, с внутренним диаметром 2 см подают смесь кислорода и ацетилена в соотношении 2,5:1. .Перпендикулярно оси трубы, вне ее, на расстоянии около 150 мм от открытого конца

" трубы помешают диск диаметром 400 мм так, чтобы продолжение оси трубы было на расстоянии 200 мм от края диска.

Диск разгоняют до частоты n = 4000 оборотов в мин. При этом линейная скорость края диска 7= О ОΠ— =80 м/с.

Ьо

На расстоянии 50 см ототкрытого конца трубы внутрь ее впрыскивают 0,1 г порошка смеси алюминия грануляцией 10 — 30 мкм и одновременно поджигают детонируюшую смесь в момент, когда часть датчика, закреп4 ленная на диске и неподвижная часть датчика совмещаются. Часть 11 датчика выполнена из цилиндрического куска магнитной стали диаметром 5 мм массой около 10 r, а неподвижная часть 12 выполнена путем намотки 2000 витков медной изолированной

5О проволоки диаметром 0,02 мм на один из полюсов П-образного магнита. При прохождении части 11 датчика мимо полюсов магнита магнитное поле, пронизывающее контур, резко возрастает, т.е. размер части 11 равен расстоянию между полюсами магнита, расположенными на расстоянии менее

1 мм от части 11, который при прохождении мимо магнита как бы соединяет полюса.

Схема формирования импульса включает

839589

10 !

Формула изобретения

50

55 импульсный ключ и ждущий мультивибратор. Передний фронт импульса от части 12 приводит к формированию прямоугольного импульса, который подается на блок инициирования б, где усиливается и подается на воспламенитель 7, в качестве которого используют автомобильную свечу.

При напылении на край быстровращающегося диска получают покрытие в виде полосы. Наличие полосы показывает, что частицы при детонационном напылении разгоняются до существенно различных скоростей (обычно в интервале 50 — 800 м/с). Наиболее быстрые частицы достигают диски за наименьшее время и из них формируется начало полосы. Наиболее медленные двигаются наибольшее время, за которое диск успевает повернуться на максимальный угол и из них формируется конец полосы.

На краю диска закрепляются образцы и производится напыление на диск, вращающийся с линейной скоростью 50 в 150 м/с.

После напыления и остановки диска исследуется адгезия, газопроницаемость, износостойкость и пористость покрытий, формируюшихся из частиц,.двигающихся с различными скоростями.

На фиг. 2 показано изменение коэффициента фильтрации (К) (кривая 1) и адгезии б (кривая 2) и износостойкости 3 (кривая 3) для покрытий из окиси алюминия, полученных предлагаемым способом из различных частей двухфазного потока. Начало полосы (1=0) принято за ноль. Отсчет (k) ведется по дуге. Найденные зависимости, по-видимому, можно объяснить тем, что наиболее быстрые частицы находятся в зоне горячих газов слишком малое время и не успевают проплавляться. Медленные частицы не могут образовывать качественное покрытие из-за малой кинетической энергии и плохого растекателя по поверхности нижележаших слоев.

Полосу напыления, после остановки диска, фиксируют различными известными способами, например визуально, по разности электропроводностей покрытия и диска или путем напыления непрозрачных частиц на прозрачный материал.

Выбирая различные части потока час-. тиц, можно управлять техническими характеристиками покрытий в широких пределах.

При напылении покрытий на изделие, диаметром 20 мм с адгезией, уступающей максимально возможной не более чем на 20 /р.

Используя данные, приведенные на фиг. 2, видно, что следует использовать частицы, из которых формируется участок полосы дли. ной 1 — 40 мм, начало участка находится на расстоянии около 90 мм от начала полосы.

Производят предварительное напыление на диск при вращении диска с частотой и z ——

=2000 об/мин. Частота п выбрана из условия пz п,.й/Ж, где d — размер изделия.

При этом длина этих всех участков полосы уменьшается в два раза. Выбранный учас20

Зо

40 ток полосы равен площади обрабатываемого изделия.

После остановки диска закрепляют изделие так, чтобы центр его был на расстоянии

50 мм от начала полосы, полученной при вращении с частотой п z и на оси ствола.

Для исключения боя на диск закрепляют противовес.

Разгоняют диск до той же скорости (2000 оборотов в мин) и производят напыление. При этом необходимо, чтобы условия основного и предварительного напылений были строго одинаковыми.. При этом линейная скорость изделия при напылении равна

Ч„= d vÄ/й1, где v„-/ Я=2000 1/с. В момент инициирования детонации геометрический центр изделия расЪолагается от оси ствола на расстоянии, измеренном вдоль траектории движения изделия S =v

Число выстрелов выбирают из условия получения покрытия заданной толщины.

Изменяя число оборотов, закрепляя изделия в разных местах диска, можно, используя результаты предварительного напыления, получать на различных деталях покрытия с заданными значениями различных технических характеристик.

Эффективность предлагаемого способа была проверена для покрытий, полученных из сплавов ВК, А1 0 q Ti02, Сглаз. Проведенные исследования показывают, что удается увеличить адгезию и износостойкость в 2 — 3 раза и уменьшить газопроницаемость в 15 — 30 раз.

Применение данного изобретения для защиты от коррозии и эрозии лопаток газовых турбин позволяет существенно уменьшить эрозию лопаток.

1. Способ газотермического напыления покрытий на изделие, заключающийся в подаче в открытый с одного конца ствол горючей смеси газов и порошка и инициировании детонации, отличающийся тем, что, с целью повышения качества покрытий за счет напыления на изделие частиц порошка из той части двухфазного потока, в которой они имеют оптимальные параметры, изделие во время цикла напыления перемещают относительно среза ствола со скоростью V 5ч ——

= d-v„./ hl, так чтобы в момент инициирования детонации геометрический центр напыляемой поверхности изделия находился от оси ствола на расстоянии S=v+p - Еф где Ъцд — скорость перемещения изделия; у средняя скорость частиц вблизи изделия в той части двухфазного потока, состоящего из напыляемых частиц и продуктов дЕтонации, из которой формируется покрытие;

839589

10иг.(10

-4

-5

10 г00

-ф

10 .г

Составитель Л. Янковская

Техред А. Бойкас Корректор Л. Иван

Тираж 762 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

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

Редактор А. Шандор

Заказ 4611/7

d — размер изделия в направлении его перемещения;

hE — длина той части двухфазного потока, из которой формируется покрытие;

Тф — время движения частиц в выбранной части потока от начального положения до изделия, 1гср — средняя скорость частиц в выбранной части потока на всем расстоянии от начального положения частиц до изделия. 10

2. Устройство для газотермического напыления покрытий, содержащее ствол, блоки подачи в него газов и порошка и блок инициирования детонации, отличающееся тем, что оно снабжено блоком перемещения изделия относительно среза ствола во время цикла напыления и блоком согласова ния перемещения изделия с моментом инициирования детонации, соединенным с блоком перемещения изделия и с блоком инициирова- ния детонации.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что блок перемещения изделия выполнен в виде приводного диска, расположенного перпендикулярно стволу, а блок согласования перемещения изделия с моментом инициирования детонации включает схему формирования импульсов, соединенную с блоком инициирования детонации и датчик положения диска, состоящий из ферромагнитного элемента, закрепленного на диске, и катушки индуктивности, соединенной со схемой формирования импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 2714563 кл. 117 †1, опублик. 1955 (прототип).