Способ газотермического напыления покрытий

(71) Заявитель Государственное учреждение Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт сварки и защитных покрытий с опытным производством(72) Авторы Яркович Александр Михайлович Хроленок Валерий Васильевич(73) Патентообладатель Государственное учреждение Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт сварки и защитных покрытий с опытным производством(56) Витязь П.А. и др. Теория и практика нанесения защитных покрытий. - Мн. Беларуская навука, 1998. - С. 452.4367 1, 2002.1625045 , 1994.1740080 1, 1992.1685545 1, 1991.62192572 , 1987.(57) Способ газотермического напыления покрытий, включающий внешнее введение порошкового материала в высокотемпературную газовую струю, разогрев, ускорение и нанесение разогретых частиц на напыляемую поверхность, отличающийся тем, что внешнее введение порошкового материала осуществляют навстречу движению высокотемпературной газовой струи под углом 15-80 градусов к ее продольной оси. Предлагаемое изобретение относится к области технологии машиностроения, в частности к способам газотермического напыления покрытий, и может быть использовано в промышленности и сельском хозяйстве для восстановления геометрических размеров рабочих поверхностей деталей, повышения их износостойкости и коррозионной стойкости. Известен способ газотермического напыления покрытий, включающий внутренний ввод порошкового материала в высокотемпературную газовую струю, разогрев, ускорение и нанесение разогретых частиц на напыляемую поверхность 1. Недостатком данного способа являются ограниченные технологические возможности,вызванные тем, что направление движения порошка совпадает с направлением движения 8258 1 2006.08.30 пламени и время нагрева определяется скоростью движения пламени и не поддается регулированию. Нанесение легкоплавких и термически нестойких порошков затруднено и требует применения горючих газов с низкой температурой горения. Тугоплавкие порошки недостаточно нагреваются, так как пролетают высокотемпературные области быстро. Это приводит к снижению количества порошка, перешедшего в покрытие. Наиболее близким по технической сущности является способ газотермического напыления покрытий, включающий внешнее введение порошкового материала в высокотемпературную газовую струю, разогрев, ускорение и нанесение разогретых частиц на напыляемую поверхность, причем введение порошкового материала осуществляется сверху струи под силой тяжести порошка 2. Недостатки указанного способа обусловлены тем, что направление подачи порошка вертикально, так как порошок подается под собственным весом на определенном расстоянии от среза наконечника. Верхние слои пламени отклоняют поток порошка от вертикали по ходу пламени. Порошок не проникает в центральные нагретые области пламени и недостаточно прогревается. Это приводит к снижению коэффициента использования порошка, так как не расплавленные частицы порошка не образуют связей с подложкой и не переходят в покрытие. Техническая задача, решаемая изобретением, - расширение технологических возможностей процесса напыления. Технический результат достигается тем, что в способе газотермического напыления покрытий, включающем внешнее введение порошкового материала в высокотемпературную газовую струю, разогрев, ускорение и нанесение разогретых частиц на напыляемую поверхность, ведение порошкового материала осуществляется навстречу движению струи под углом 80-15 градусов к ее продольной оси. Технический результат выражается в том, что порошок движется в пламени по криволинейной траектории сначала под углом навстречу пламени, а затем, после торможения,прямолинейно ускоряясь вместе с продуктами горения. Движение по криволинейной траектории увеличивает время нахождения частиц порошка в пламени и обеспечивает их полный нагрев. Изменяя угол ввода порошка в пламя, можно регулировать длительность нагрева порошка. Изменяя место ввода порошка, можно выбирать необходимую температурную область пламени, соответствующую температуре плавления напыляемого порошка. При углах ввода менее 15 градусов порошок не проникает в высокотемпературные области пламени. Увеличение угла ввода свыше 80 градусов укорачивает траекторию движения частиц и обусловливает недостатки, присущие прототипу. Использование заявляемого технического решения позволит расширить технологические возможности процесса газотермического напыления, увеличить коэффициент использования порошка и наносить покрытия из различных материалов. На фиг. 1 представлена схема осуществления способа. Высокотемпературная газовая струя 1 образуется за счет горения горючей смеси, истекающей через сопла многосоплового наконечника 2, и движется от него к детали 3. Частицы порошка 4 по патрубку 5 подаются в струю, увлекаются ею и наносятся на деталь 3,образуя покрытие 6. Траектория частиц в высокотемпературной газовой струе криволинейная и приближается к параболе, что значительно увеличивает время прогрева частиц и, как следствие,процент частиц, перешедших в покрытие. Изменяя расстояние между многосопловым наконечником 2 и патрубком 5, угол наклона патрубка 5 и скорость ввода частиц, можно изменять траекторию движения частиц порошка и, соответственно, изменять условия нагрева частиц. Пример. При проведении эксперимента использовали порошок марки ПГ-СР 4 ГОСТ 21448-75 с температурой плавления 1320 К, с размером частиц 50100 мкм. 2 8258 1 2006.08.30 Многосопловой наконечник выполнен в виде цилиндра, имеет 12 сопел диаметром 0,18 мм, равномерно распределенных по окружности. Установлено, что при напылении порошков типа ПГ-СР 4 наиболее высокие технико-экономические показатели процесса обеспечиваются при расстоянии от точки ввода до среза наконечника 15 мм и угле ввода 30-35 градусов. Для введения порошка применялся порошковый питатель центробежного типа и 4 патрубка, равнорасположенных по окружности соосной с осью струи. Режимы напыления для прототипа и предлагаемого способа были выбраны одинаковыми и составляли расход кислорода, м 3 ч 1,75 расход ацетилена, м 3/ч 0,95 расход порошка, кг/ч 7,0. Коэффициент использования порошка определяли как отношение массы порошка, перешедшего в покрытие, к массе порошка, поданного в высокотемпературную газовую струю. Основные характеристики покрытий, полученных предлагаемым способом и способом прототипом, приведены в таблице. Показатели 1. Коэффициент использования порошка,2. Прочность сцепления, МПа 3. Пористость,4. Остаточные напряжения, МПа Таким образом, предлагаемый способ при одинаковых с прототипом расходах горючего газа и кислорода обеспечивает получение более качественного покрытия и более полное использование порошка. Источники информации 1. Витязь П.А. и др. Теория и практика нанесения защитных покрытий. - Мн. Беларуская навука, 1998. - С. 453. 2. Витязь П.А. и др. Теория и практика нанесения защитных покрытий. - Мн. Беларуская навука, 1998. - С. 452. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3