Материал для напыления для газопламенного или плазменного способа напыления и способ его производства

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советсимк

Соцмалмстмчесммк

Республми

< Э60144

I (89) 204321 ЧССР

К АВТОРСКОМУ СВКДЕТЕЛЬСТВУ.(б() Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 09,06.80 (21) 7771237/29-33 (51)IVL. Кл. с присоединением заявки М (23) П риоритет

С 04 В 41/06

9вудврствинвй квннтет

ВИ ю делан ввеврвтевик и епрнтвй (5З) CLK 666.295 (088.8) Опубликована 23.09.82. Бюллетень М 35

Дата опубликования описания 23.09.82

Иностранпы

Бартушка Мирослав, Кроупа Петр, Сабо Йозеф и Звержина Карел (ЧССР) (72) Авторы изобретения Иностранное предприятие Высока школа хемиско-технологиска (ЧССР) (7!) Заявитель (54) МАТЕРИАЛ ДЛЯ НАПЬ1ЛЕНИЯ ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОГО

ИЛИ ПЛАЗМЕННОГО СПОСОБОВ НАПЫЛЕНИЯ И СПОСОБ

EIO ПРОИЗВОДСТВА

Изобретение касается материапов дпя газоппаменного ипи ппаменного напыления, главным обрезом неметаппическот .о огнеупорного материала, применяемого йля создания стойких слоев, а также способов производства таких материалоВ.

В настоящее время известны и применяются дпя изготовления защитных Слоев самые разнообразные метаппические. и неметаплические материалы> состав которых меняется в зависимости .от требуемых свойств как в смысле химического соста ва исходного сырья, так и в смысле его физических свойств.

К требуемым свойствам относятся i3 главным образом, огнестойкость,. стой кость против истирания, минимальная по ристость, хорошая придерживаемость к подкладному материалу и стойкость против механических ударов и термической 2п нагрузки, а также химическая стойкость: против. воздействия окружающей срвды, Проблемой, однако, остается достижение совокупности всех этих свойств в одном

2 материале, поэтому применяются металли. ческие, главным образом благородные йефииитные материалы, такие как.хром, титан, никель и йругие, облагороженные другими присайками ипи негирующими ве» ществамн. Исходные компоненты этих материалов имеют весьма хорошие механические свойства окончатепьного напыпения, но.огнестойкость ипи химическая стойкость напыления, проведенного таким образом, неудовлетворительна.

Материалами для напыления служат также неметаллические материапы, преимущественно на базе окисной керамики, где материал.дпя напыления образован нли одним окислом, ипи смесью нескольких окислов в пойвойящем соотношении.

Типичными примерами этих ма териалов

Рля напыления являются материалы на базе окиси алюминия А0 10, характерной чертой которых является состав напыления, состояний из смеси гамма» и альфамодификадий АВ 10 „При этом при температурах выше 1180 С происходит необ 1

3 96014 ратимый модификационный переход гамма-. модификации в альфа-модификацию, сопровождающийся постоянной усадкой и повышением веса, Напылители на базе А Pg О, так наэы- ваемые корундовые напылители, отличаются исключательной стойкостью против истирания, высокой адгеэией к материалу подложки и весьма хорошими электричес-. кими свойствами, однако их стойкость против коррозии ниже из-ва открытой пористости, которая составляет 6-8%, а при переходе в альфа-модификацию повышается до 9-10%. Материалы дпя напыления на базе окиси циркония 2r 0 обпада-р ют отличными теплоиэоляционными свойствами. Покрытия, образованные окисью хрома С О, очень твердые и стойкие против истирания. Плотными и хорошо обрабатываемыми являются материалы дпя: напыления на базе окиси титана Т1 О и веоьма твердыми являются, например, покрытия окиси гафния HfO@. Общим недостатком всех этих однокомпонентных материалов для напыления является сравни.тельно большая пористость и вследствии этого - низкая стойкость по отношению к агрессивным средам.

В.

Этот недостаток частично устраняется в материалах дня напыления на базе окиси кремния SiO@, которые образуют плот1 ные покрытия с очень низким коэффициентом теплового расширения и с нулевой пористостью. Эти покрытия устойчивы к коррозии и неожиданным изменениям температуры, но их стойкость к механичес— ким ударам является неудовлетворительной.

Проблема улучшения свойств матери40 алов для плазменного напыления в послед I нее время решена созданием смеси нескольких окисей, например силиката циркония ZrStO, s составе напылителя которого преобладает 2 t 02 в объемнь-. стабильной тетрагональной модифиуации в гомогенной смеси с S a стекпообраэо ной форме.При температурах выше 1150 С в напылителе возвратно синтезируется цирконий. Покрытие обладает высокой стойкостью к температурным изменениям, хорошей теплоизопяционной способностью и весьма хорошо сопротивляется коррозии расплавленной стеклянной массой, стружкой и цветными металлами благодаря плохому смачиванию циркония укаэанными сплавами. На общее сопротивление коррозии негативно влияет то, что, несмотря на присутствие стеклообразной

4 4

5iO открытая пористость покрытия составляет 15-25%,,О ругим многокомпонентным материалом для напыления является например, магнезиальная шпинель MgA00@, которая обладает низкой пористостью, высоким электрическим сопротивлением @ высокой адгезией к материалам подложки, но при этом имеет низкую. коррозионную устойчивость. Весьма распространенными являются и многокомпонентные материалы для напыления на базе APSO c добавлением Т1 0 или Сг О, в которых добавление Т1 О повышает; главным образом, плотность напыления при одновременномувепичении сопротивляемости к изменениям температуры, а добавление С 0 обеспечивает повышение сопротивляемости к истиранию, однако на остальные недостатки влияния не оказывает.

Известно использование AO@0 с добавлением ЫО, ° Этот материал обладает весьма хорошими механическими свойствами корундовых материалов дпя напыления; причем присутствие Si 0 повышает и корроэионную устойчивость.

Однако и здесь переход гамма- и альфа-модификаций А9 10 негативно влияет на окончательную пористость покрытия, г.. что не дает возможности достичь коррозионной устойчивости, требуемой от защитных покрытий.

Бель изобретения - получение материала для защитных покрытий, обладающего стойкостью к коррозии при одновременном достижении высокой огнестойкости, стойкости против истирания и смены температур.

Уменьшить пористость полученного покрытия, повысив тем самым его коррози-. онную устойчивость можно подбором соответствующей грану пяции исходного материала для напыления или использованием аморфной добавки, например цинка, однако это ухудшает прочность и огнеустойчивость напыпенного слоя. Известные двухкомпонентные .напыпитепи с аморфной добавкой, кроме того, не обеспечивают достаточной сопротивляемости наны-! ленного слоя относительно коррозионной среды данного состава. .Бля производства материалов для газопламенного или плазменного напыления обычно применяются традиционные способы обработки плавкой исходных материалов или их смесей в дуговых электрических печах с последующей обработкой на зернистость и форму, применяемые для напыления плазменной горелкой. Эти

5 9601 способы из-оа малого количества обрабатываемого материала довольно неэконо мичны, в особенности, если принимать во внимание высокие температуры плавления, обычные у материалов для напыления. Кроме того, при обработке материалов, легированных малым количеством добавок, на очень малых зернах при напылении потоком плазмы негомогенность| проявляется, как правило, уже в струк и туре материала, что оказывает отрицательное влияние на качество полученного покрытия. Известно также требуюшее значительного количества энергии легирование ма 3 териалов для напыления путем рассеива- . ния соответствуюших добавок при высоких температурах или грануляции смеси зерен отдельных компонентов, применимая только для производства материалов для напыления, состояших из двух ипи. более основных компонентов в смеси с относительно высоким весовым соотношени ем. Известен и способ, при котором отно- сительно большие зерна одного или нескольких компонентов обволакиваются очень тонкими добавками с размерами зерен меньше 0,3 мкм>,Однако и эти способы не дают удовлетворительных резуль- татов.

Укаэанные недостатки известных материалов для гаэопламенного ипи плазменного напыления устраняются в материалах для напыления, состояших из нескольких окислов металлов, из которых по крайней мере один является стеклообраэующим.

Сущность изобретения заключается в том, что материал для напыления образо- . ван агломератами по меньшей мере двух основных окислов, главным образом Al+З 0 СаО, ВаО> С 103> Т 01 или 2г01

3,46 в количестве 50-99 вес.%, и по меньшей мере одним стеклообразуюшим окислом. с температурой плавления на 50-1100оС ниже температур основных окислов, главным образом . S О, в количестве 11S

50 вес.%.

Материал для напыления моЖет содержать агломераты вес,%: 50-80 Са0, 1

5 Q и 18-45 S 01 нпи 50-90 M(p>

1-5оСаО и 5-45 >01, илн 90-95

Сг10, 2-8 Т 01 н 1-3 9101, или 6575 Сг10, 20-30 Мо,О и 2»»10 5 0g, или 30-40 А6103, 15-23 СаО и 35-50

;Ы01, или 25-30 АР 0,40-45 СаО и

S5

25-35 В10, или 46-51 АР О >33-41

2>"01 и 8-21 Si0<, или 25-30 AS@03>

25»30 Сг10, 25-30 2г 01 и 10-25$>01.

44 4

Приведенные недостатки известных способов производства материалов для гаэопламенного или плазменного напыления, состояших иэ нескольких окислов металлов, иэ которых хотя бы один является стеклообразуюшим, устранены при напылении предлагаемым способом, когда основной и стеклообразующий окисел или окислы вносятся отдельно или в виде предварительно приготовленной смеси в поток плазмы с концентрацией заряженных частиц 2,00»1(Р - 0,3» 10 >, особенно плазмы, стабилизированной водой.

Затем .частицы. напаивают или расплав- ляют и возникшие агпометры улавливают водяной или воздушной завесой.

При осуществлении способа в поток плазмы вносят смесь основного окисла с размером частиц 0,01-0,2 мм и стеклообразуюшего окисла ипя окислов с размером частиц 0,0002-0,04 мм, причем частицы основных окислов напаивают на поверхности. Можно основные окислы и сгеклообраэуюший окисел или окислы вносить раздельно или s предварительно приготовленные смеси в поток плазмы с концентрацией заряженных частиц в пределах

2,0 - 10 - 0,3 > 1 0 -", главным образом в плазму, стабилизированную водой. Частицы напаиваются нли расплавляются и в таком виде наносятся непосредственно на поверхность, которая должна предохраняться напылением.

Пример l. В ток стабилизированной водой плазмы плазменной горелки, приспособленной для плазменного напыления порошкообразных материалов, вносят смесь 65 вес.% порошкообразного СаО с размером частиц 0,04-О,О6 мм, 3 вес.% частиц МфО такого же размера и 32 вес.% 01 с размером частиц0,0005-0,0008мм, Отдельные. частицы реагируют между собой при 15000-60000 С и после реакции улавливаются водяной завесой. Возникшие агломераты в преобладающей степени образованы дикальцийсиликатом и, кроме того, небольшим количеством монтицеллита в качестве связкюшей фазы и небольшим количеством стеклянной фазы.

П р и м е- р 2. В ток плазмы вносят 70 вес.% М О и 28 вес.% %01 при тех же условиях, что и в предыдущем примере. Материалы наносят на поверхность детали конструкции и оставляют медпенно сохнуть. Материал, в основном, содержит форстерит, небольшое количество периклаза, монтицеллита и стеклофазы.

Пример 3, Для напыления, производимого при тех же условиях, что и в

7 960144 8 т смесь 95 вес% вах некоторых добавок. Указанные соста и 2 вес,% S>Og. вы с очень хорошими результатами можл преимущественно со- но наносить непосредственно на защищабольшое количество- -- емую поверхность, причем пойбором соот5 зетстъующегo Процентного содержания

jlaa напыления ис-.: %01, при соблюдении очень хороших меостоящая иэ 70 вес.% ханических свойств, можно получить и 5 вес.% S40, практически беспористое покрытие.

Формула изобре тения примере 1, применяю

Сг103, 3 вес.% Т 0

Получаемый матерна держит эсколит и не стек пофаэы.

Пример 4. пользуется смесь, с .СВ103, 25 вес.% М О

Материал главным образом содержит хромпикоФит и небольшое копичестйо фор- 1ф стерита и стеклофазы.

Пример 5. Для напыления используется смесь, состоящая из 36 sec.%

AQgO3, 20 вес.% CaO и 44 вес.% S Og.

Материал в основном содержит анортит и .небольшое количество. стеклофаэы.

Пример 6,,Юля напыления используется смесь, оси;тоящая из 27 вес.%

APgO3, 41 вес.% Вв0 и 32 вес.% SiO .

Материал в преобладающей степени состо-ур. ит из целсина и небольшого количества с теклофаэы.

Пример 7.Для напыления используется смесь, состоящая из .46-51 вес.%

APg03y 33-41 вес.% Zr О н 12-16вес.% g5

Si0g. Материал, в основном, сойержит t корунд и небольшое количество бадделита, муции га и стеклофаэы.

Пример. 8.,Бпя напыления используется смесь, состоящая из 28 вес.% 5в .

А 103, 28 вес.% С " 03, 28 вес.% Zr O и 16 .вес.% 510 . Материал состоит иэ приблизительно одинаковых частей бадйепита, рубина, эксколита и небольшого количества стекпофазы.

Материалы, приготовленные согласно приведенным примерам, дают гарантию огнестойкости, стойкости по отношению . к коррозии металлическими и неметаппическими сплавами, против истираний и резких изменений температур. . Это новые материалы, которые всегда содержат определенное количество стеклянной фазы ЯО, значительно увеличи- вающей коррозионную стойкость покрытия.

4S роме стеклофазы всегда присутствует и кристаллическая фаза . Физические. и химические свойства материалов являются решающими для устойчивости покрытия по отношению к корроэийной срейе йвнного состава, которое, исходя из неSO обходимости достаточно тонкого выбора этих свойств, образовано по меньшей мере двумя основными окислами. Улавливанием окончательных агломератов водной или воздушной завесой и новым.примене55 нием нх в пнвэменной горелке достигаетl ся высокая гомогенность провейенных напылеш и при относительно малых количест.

1. Материал для напыления дпя газопламенного или плазменного способов напыления,. состоящий иэ нескольких окислов металлов, иэ которых не менее чем . один должен быть стеклообразующим omd лом, о т и и ч а ю шийся тем; что образован агломератами по меньшей мере двух основных окислов, главным образом

АР103, М О, CaO, BaO, Сг 03, T 0 или2- О,в количестве 50-99 sec.% и по меньшей мере одним стеклообразую цим окислом с температурой плавления на

50-1100 С. ниже температуры плавления основных окислов, главным образом, бЛ) 1, в количестве 1-50 вес.%.

2, Материал по п. 1, о т л и ч а - . ю шийся тем, что образован 50- .

80 вес.% СаО, 1-5 вес.% Nq;O и 18-.

45 вес.% В О1.

3. Материал по п. 1, о т и и ч в— ю шийся тем, что образован 50

ЙО вес.% 0, 1-5 вес.% CaO и 545 вес,% S О .

4. Материалпоп. 1, отли чаю шийся тем, .что образован 9095 вес.% С 105, 2-8 вес.% Т1 01 и 13 вес.% S 01.

5. Материаппоп. 1, отличаI ю шийся тем, что образован 6575 вес.% Сг103, 20-30 вес.% O и

2-10 вес.% S 01.

6. Материал поп. 1, о тли чаю m и и с я тем, что образован 3040 вес.% A9@Og, 15-23 вес.% CaO u

35-50 вес.% %01.

7. Материал,по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что образован 25-.

30 вес.% А 103, 40-45 вес.% BaO u

25 35 вес.% %01.

8. Материал по п. 1, о т и и ч в юm è и с я тем, что образован 46-51 вес.%

А 03, 33 41 вес.% Zi" 0 и 8-21 вес.%

si(b.

9. Материал по и. 1, о т л и ч аю шийся тем,что образован 25-30вес.Ъ

AE@0y, 25-30 вес.% С " 0, 25.-30 вес.% 01 и 10-25 вес.% Si O .

9 9601

10. Способ производства материала для напыления по п. 1, о т п и ч а юш и и с я тем, что основной окисен вносится отдельно нли в предваритепьно подготовленной смеси в поток ппаэмы с кон- Ф центрацией заряженных частиц 2,0 ° 10,—

0,3-10, главным образом плазмы, стабилизированной водой, частицы напаиваются или расплавляются и возникшие агломераты улавливают, например водяной ипи воздушной завесой.

11. Способпоп. 10, о тпичаю. шийся тем, что в .поток пнаэмы вносится смесь основных окислов с раз-. мером частиц от 0,01-0,2 мм и стекпо-!5 образующего окиспа с размером частиц

0,0002-0,04 мм, причем частицы основных окислов поверхностно наплавляются, 44 10 а частицы стекпообразующего окиспа ипн. окислов расплавляются.

12. Способ по п. 1, о т и и ч а юшийся тем, что основные окислы и стекпообразующий окисеп ипи окйспы вносятся отдельно или в предварительно подготовпенной смеси в поток плазмы с концентрацией заряженных частиц в предепах 2,0 ° 10 4 - 0,3 10 . главным образом ппазмы, стабилизированной водой, частицы наппавпяются или расплавляются и наппавпенные ипи расппавпенные наносятся непосредственно на поверхность, ко- торая допжна охраняться напылением.

Признано изобретением по результатам экспертизы, осуществленной ведомством по изобретательству Чехосповацкой Социалистической Республики.

Составитепь P. Малькова

Редактор Н. Егорова Техред С.Мигунова Корректор B Бутяга

Заказ 7133/25 Тираж 641 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по денем изобретений и открытий

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

Фипиап ППП "Патент", r. Ужгород, уп. Проектная, 4