Устройство для нанесения покрытий на внутренние поверхности изделий

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА ВНУТРЕННИЕ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЙ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Изоитко Владимир Михайлович Буйкус Кястас Вито(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) Устройство для нанесения покрытий на внутренние поверхности изделий, содержащее распылитель, установочное приспособление и вращающийся экран, выполненный в виде набора установленных на одной оси элементов с нагревательным устройством, при этом ближний к распылителю элемент - конический, а остальные выполнены в виде усеченных конусов с внутренними сквозными полостями, отличающееся тем, что вдоль оси экрана выполнена магистраль для подвода газа, причем каждый элемент экрана снабжен сообщенными с магистралью для подвода газа каналами газоводов, перпендикулярными оси экрана. 6298 1 Изобретение относится к устройствам для нанесения покрытий на внутренние поверхности и может быть использовано в машиностроении для защиты от коррозии, упрочнения и восстановления размеров деталей машин. Известно устройство, содержащее распылитель, установочное приспособление в виде каретки с направляющей и вращающийся экран, выполненный в виде набора установленных на оси со смещением элементов, первый из которых по ходу распыляемого покрытия- конический, а остальные выполнены в виде усеченных конусов с внутренними сквозными полостями для прохода газа 1. Устройство не обеспечивает высокого качества покрытия вследствие того, что летящие из распылителя частицы, попадая на холодный экран, налипают на него. При этом эффективность нанесения покрытия на внутренние поверхности изделия снижается. В качестве прототипа выбрано устройство, содержащее распылитель, установочное приспособление и вращающийся экран, выполненный в виде набора установленных на оси со смещением элементов, первый из которых по ходу распыляемого покрытия - конический, а остальные выполнены в виде усеченных конусов с внутренними сквозными полостями, причем каждый элемент экрана снабжен нагревательным устройством 2. Однако нагрев элементов экрана способствует тому, что покрытие наносится крупными каплями, оторвавшимися от поверхности экрана, обеспечивая формирование покрытия с высокой пористостью. Техническая задача изобретения - повышение качества покрытия. Поставленная техническая задача решается тем, что в устройстве для нанесения покрытий на внутренние поверхности изделий, содержащее распылитель, установочное приспособление и вращающийся экран, выполненный в виде набора установленных на одной оси элементов с нагревательным устройством, ближний к распылителю элемент - конический,а остальные выполнены в виде усеченных конусов с внутренними сквозными полостями,вдоль оси экрана выполнена магистраль для подвода газа, причем каждый элемент экрана снабжен сообщенными с магистралью для подвода газа каналами газоводов, перпендикулярными оси экрана. На чертеже изображена конструкция устройства. Устройство содержит распылитель 1, установочное приспособление в виде каретки 2 с направляющей 3 и вращающийся экран 4, выполненный в виде набора установленных на оси 5 конического элемента 6 и элементов в виде усеченных конусов 7 с внутренними сквозными полостями 8. Каждый элемент 6 и 7 экрана 4 снабжен нагревательным устройством 9, подключенным через провода 10 и токосъемное устройство 11 к источнику питания (не показан), и перпендикулярными оси 5 каналами газоводов 12, присоединенных к магистрали 13, проходящей вдоль оси 5, давление в которой определяется из соотношения 3 эн где 3 - производительность напыления- давление атмосферы внутри изделия э - количество элементов экрана- расстояние от -го элемента экрана до поверхности изделия- необходимая скорость частицы при ударе о напыляемую поверхность изделия- плотность материала частицы- отношение длины окружности к ее диаметру- радиус частицы- показатель адиабаты- угловая скорость вращения экрана 2 6298 1 э - средний радиус -го элемента экрана- поверхностное натяжение материала частицы- ускорение свободного падения- газовая постоянная То - температура газа в магистрали с - коэффициент аэродинамического сопротивления- плотность струи газа о - количество каналов- диаметр каналов- высота -го элемента экрана. Выражение (1) получено из баланса сил, действующих на частицу при ее отлете от экрана(2)цсгде ц - центробежная сила- аэродинамическая сила- сила поверхностного натяжения частицы. По закону сохранения количества движения 2 где- начальная скорость струи- площадь поперечного сечения частицы. Подставляя в выражение (2) формулы (3)-(9), приводя к множеству частиц и элементов 6 и 7 экрана 4 и выражая из него н, получают выражение (1). Диаметр нижнего основания предыдущего элемента 7 экрана 4 выполнен меньше диаметра верхнего основания последующего элемента 7. Распылитель 1 и экран 4 смонтированы с возможностью возвратно-поступательного движения по направляющим 3 каретки 2, вращение экрана осуществляется приводом 14. Изделие 15 устанавливается на опорах 16 и крепится зажимом 17. Устройство работает следующим образом. Изделие 15 зацепляют на опорах 16 зажимом 17. Экран 4 вводят в полость изделия 15 и устанавливают вместе с распылительной головкой 1 на оси изделия 15. Производят нагрев элементов экрана 6 и 7 с помощью нагревательного устройства 9, подавая ток от источника тока (не показан) через провода 10 и токосъемное устройство 11. Включают привод 14 вращения экрана 4, а затем механизм возвратно-поступательного перемещения каретки 2 с направляющей 3. Подают газ в каналы 12 через магистраль 13, который поступает внутрь изделия 15. Включают распылитель 1. Частицы распыляемого материала 3 6298 1 пролетают от распылителя 1 в направлении оси изделия 15, попадают на конические поверхности элементов 6 и 7 экрана 4, отражаются от них за счет перенаправления потока частиц газовыми струями из каналов 12 и центробежных сил в направлении перпендикулярном напыляемой поверхности изделия 15, формируя на нем покрытие. Распылитель 1 и экран 4 перемещают синхронно вдоль оси изделия 15, при этом покрытие наносят на всю внутреннюю поверхность изделия 15. Отработанный газ через зазоры между элементами 6 и 7 экрана 4 и внутренние полости 8 элементов 7 выводят наружу с противоположной относительно экрана 4 распылителю 1 стороны изделия 15. За счет нагрева поверхностей элементов 6 и 7 экрана 4 предотвращается кристаллизация напыляемых частиц, а перенаправлением потока частиц газовыми струями из каналов 12 предотвращается закрепление на экранах частиц, сохраняются размеры частиц и наносится покрытие с низкой пористостью высокого качества. Пример. Необходимо нанести покрытие на внутреннюю поверхность втулки с внутренним диаметром 60 мм. В табл. 1 приведены необходимые для расчета исходные данные. Параметр Производительность напыления э Давление атмосферы внутри изделия о Количество элементов экрана э Расстояние от -го элемента экрана до поверхности изделияНеобходимая скорость частицы при ударе о напыляемую поверхность изделияПлотность материала частицы х Радиус частицыПоказатель адиабатыУгловая скорость вращения экранаСредний радиус -го элемента экрана э э 1 э 2 э 3 Поверхностное натяжение материала частицыГазовая постояннаяТемпература газа в магистрали То Коэффициент аэродинамического сопротивления с Плотность струи газаКоличество каналов о Диаметр каналовВысота -го элемента экрана По формуле (1) вычисляют давление газа в магистрали устройства. Расчетное значение давления составляет 0,867 МПа. В табл. 2 приведены результаты исследования покрытий, нанесенных с использованием предлагаемого устройства и прототипа. 4 6298 1 Таблица 2 Параметр Равномерность покрытия Остаточная пористость Значение Предлагаемое устройство 0,12 мм 3 Таким образом, покрытие, нанесенное с использованием предлагаемого устройства по сравнению с прототипом, более чем в раза равномернее и плотнее, то есть качество покрытия выше. При меньших значениях давления газа эффективность отражения частиц падает и покрытие формируется из капель, собираемых и отбрасываемых вращающимися нагретыми экранами. При более высоком давлении газа в магистрали возникает поток, направленный против распыляющей струи, что делает процесс нанесения равномерного покрытия невозможным. Использование в качестве газа вместо сжатого воздуха углекислого или инертных газов позволяет создать дополнительно защитную атмосферу при формировании покрытия,уменьшая окисленность отдельных частиц распыленного материала, повышая качество покрытия. Источники информации 1. А.с. СССР 1366229, МПК В 05 В 13/06, 1988. 2. А.с. СССР 1706716, МПК В 05 В 13/06, 1992. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.