close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY14389

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.06.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 23C 4/04
КОМПОЗИЦИОННЫЙ ПОРОШКООБРАЗНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ
ГАЗОПЛАМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ ПОКРЫТИЙ
(21) Номер заявки: a 20091621
(22) 2009.11.17
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт порошковой металлургии" (BY)
(72) Авторы: Манойло Евгений Данилович; Онащенко Филипп Евгеньевич
(BY)
BY 14389 C1 2011.06.30
BY (11) 14389
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт порошковой металлургии" (BY)
(56) МАНОЙЛО Е.Д. и др. // Сварка и родственные технологии. - 1999. - № 2. С. 124-128.
МАНОЙЛО Е.Д. и др. Материалы докладов Международного симпозиума
"Инженерия поверхности. Новые порошковые композиционные материалы. Сварка". - Минск, 2009. - С. 226229.
BY 2327 C2, 1998.
SU 316339 A1, 1990.
RU 2058420 C1, 1996.
RU 2219212 C1, 2003.
ОХЛОПКОВА А.А. и др. Материалы
докладов 7-й международной научнотехнической конференции "Новые материалы и технологии: порошковая
металлургия, композиционные материалы, защитные покрытия". - Минск,
2006. - С. 213-214.
RU 2223304 C1, 2004.
JP 2000-219911 А.
(57)
Композиционный порошкообразный материал для газопламенного напыления покрытий, содержащий порошки оксида алюминия и полиамида, отличающийся тем, что содержит 40-80 мас. % оксида алюминия и 20-60 мас. % полиамида и дополнительно к
общей массе порошков содержит частицы ультрадисперсных алмазов в количестве 0,020,5 %, при этом размер частиц порошка оксида алюминия составляет 10-20 мкм, полиамида - 20-100 мкм, ультрадисперсных алмазов - 4-6 нм.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к составам
порошков, применяемых для получения защитных покрытий методами газотермического
напыления.
BY 14389 C1 2011.06.30
Известен композиционный материал, состоящий из полимерной матрицы полиамида и
алюминиевой крошки (от 5 до 35 объемных %) [1]. Введение алюминиевой крошки в полиамидную матрицу способствует повышению прочности и износостойкости композита.
Однако при введении в материал более 20 объемных % алюминиевой крошки в нем возникает взаимное касание частиц алюминия и связанное с этим снижение его прочности.
Данный материал предназначен для производства деталей методом экструзии, имеет невысокую твердость и прочность и без дополнительной доработки и измельчения непригоден для газопламенного напыления защитных покрытий на детали, работающие в
условиях трения и солевой коррозии.
Известен также композиционный порошкообразный материал для газопламенного
напыления покрытий, состоящий из смеси порошков полиамида, полиэтилентерефталата и
0,5 % ультрадисперсных алмазов с размерами частиц: полиамида - 40-160 мкм, полиэтилентерефталата 0-100 мкм [2]. Он предназначен для защиты роторов погружных насосов
от совместного воздействия кавитации, коррозии и эрозии и позволяет восстановить рабочие характеристики погружных насосов и увеличить их срок службы при постоянных токовых режимах. Введение ультрадисперсных алмазов позволило уменьшить коэффициент
трения, улучшить термостабильность, получить более качественную микроструктуру покрытия и повысить его прочностные свойства.
Однако такой композиционный порошкообразный материал имеет невысокую твердость, что не позволяет использовать его для защиты от износа и активной солевой коррозии, в частности, роторов смесителей солеперерабатывающих предприятий.
Наиболее близким из известных материалов по составу компонентов к заявляемому
является композиционный порошкообразный материал для газопламенного напыления
покрытий, состоящий из 60 % полиэтилентерефталата, 15-30 % полиамида и 10-30 % оксида алюминия, с размерами частиц полиэтилентерефталата 0-100 мкм, полиамида - 40160 мкм и оксида алюминия - 20-40 мкм [3]. Данный материал был использован для газопламенного напыления защитных покрытий на крупногабаритные детали - бункеры разбрасывателя солепесчаной смеси, на которые в процессе эксплуатации одновременно
воздействуют трение и коррозия.
Основными параметрами, определяющими ресурс работы таких покрытий, при прочих равных условиях, являются твердость, прочность на разрыв и пористость. Покрытия
из такого материала имеют прочность на разрыв 15-26 МПа. Твердость их с увеличением
содержания оксида алюминия до 30 % растет и достигает максимального значения 38 НВ,
при этом поры в покрытии практически отсутствуют. При этом наиболее высокие защитные свойства покрытий были обеспечены при использовании композиции, состоящей из
60 % полиэтилентерефталата, 15 % полиамида и 25 % оксида алюминия, при толщине
слоя покрытия 0,2…0,6 мм.
Однако такой композиционный порошкообразный материал также имеет недостаточные твердость и прочность, что не обеспечивает необходимой стойкости деталей, работающих в условиях трения и солевой коррозии.
Задачей изобретения является создание композиционного порошкообразного материала для газопламенного напыления покрытий, состоящего из частиц оксида алюминия и
полимера, который позволяет получить при напылении более высокие параметры твердости и прочности покрытий и обеспечить необходимую стойкость деталей при работе в
условиях трения и солевой коррозии.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в
получении композиционного порошкообразного материала для газопламенного напыления практически беспористых покрытий с повышенной твердостью и прочностью на разрыв.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что композиционный порошкообразный материал для газопламенного напыления покрытий, содержащий порош2
BY 14389 C1 2011.06.30
ки оксида алюминия и полиамида, для получения вышеуказанного технического результата содержит 40-80 мас. % оксида алюминия и 20-60 мас. % полиамида и дополнительно к
общей массе порошков содержит частицы ультрадисперсных алмазов в количестве 0,020,5 %, при этом размер частиц порошка оксида алюминия составляет 10-20 мкм, полиамида - 20-100 мкм, ультрадисперсных алмазов - 4-6 нм.
Предлагаемый состав порошка при оптимальных режимах газопламенного напыления
(скорость соударения частиц с подложкой 80-120 м/с) обеспечивает формирование твердого, высокопрочного, плотного покрытия значительной толщины (до 1,0 мм).
В процессе газопламенного напыления в частицах композиционного порошкообразного материала оксид алюминия, температура плавления которого равна 20-50 °С, находится
в твердом, а полиамид, температура плавления которого равна 188 °С, - в высокопластичном или жидком состоянии. В момент контакта с подложкой полиамид хорошо растекается, а частицы ультра алмазов, благодаря своим малым размерам кристаллов - 4-6 нм и
высокой удельной поверхности - 300 м кВ/г, активно взаимодействуют с жидкой фазой
полимера, образуя множество центров кристаллизации. Так как в момент контакта с
напыляемыми частицами композиционного порошкообразного материала подложка находится в твердом состоянии, то избыточная тепловая энергия от частиц оксида алюминия и
ультрадисперсных алмазов передается к ней и частицам полимера, увеличивая время
охлаждения покрытия и полимеризации. Благодаря усилению процессов взаимодействия,
при газопламенном напылении композиционного порошка образуются прочные связи
между частицами композиционного материла и подложкой, формируется высокоплотное
(до 1,2 % пор), твердое (НВ 46-121) покрытие с прочностью на растяжение до 65 МПа. Такое покрытие обладает повышенной долговечностью при работе в условиях трения и активной солевой коррозии.
Пример
Для испытаний было подготовлено 5 вариантов порошков № 1-5 указанного состава
(табл. 1).
Таблица 1
Состав композиции, мас. %
Ультрадисперсные алмазы, мас. %, дополнитель№
но к общей массе
Оксид алюминия Полиамид
1
40
60
0,02
2
50
50
0,1
3
60
40
0,2
4
70
30
0,3
5
80
20
0,5
Предварительно порошки оксида алюминия (с размерами частиц 10-20 мкм), полиамида (с размерами частиц 40-100 мкм) и ультрадисперсных алмазов (4-6 нм) обрабатывались в двухбаночном смесителе, в присутствии шаров из сплава ВК6 диаметром 10 мм.
Отношение массы шаров к массе композиционного материала - 7:1, время обработки - 2530 мин.
Покрытия наносили на подложку из нержавеющей стали, подвергнутую струйноабразивной обработке электрокорундом нормальным (ГОСТ 3647-80) зернистостью 80Н
(ГОСТ 11964-81) при следующих режимах: дистанция от сопла аппарата до обрабатываемой поверхности - 60 мм, угол атаки абразива (угол соударения с поверхностью) - 90°,
давление воздуха - 5-6 кгс/см2, время обработки - 3-5 с. Совокупность режимов струйноабразивной обработки обеспечивала следующие параметры контактной поверхности
подложки: высота микронеровностей R - 12-15 мкм.
Газопламенное напыление порошковых композиций № 1-5 производили аппаратом
ТЕНА-Ппм производства ОДО "ТЕНА", РБ, при следующих режимах работы: давление
газов, кгс/см2: кислород - 8,0; горючий газ - метилацетиленовая фракция (МАФ) - 2,5;
сжатый воздух - 5,0; расход газов, м3/ч: кислород - 7,0; метилацетиленовая фракция
3
BY 14389 C1 2011.06.30
(МАФ) - 2,0; сжатый воздух - 20,0; дистанция напыления - 180 мм, скорость перемещения
сопла газопламенной горелки - 300 мм/мин.
Указанные режимы работы аппарата обеспечивали скорость полета частиц с
размерами dp = 10-71 мкм более 130 м/с. Скорость полета частиц определяли с помощью
прибора ИССО-1.
Полученные покрытия имели уровень свойств, приведенный в табл. 2.
Таблица 2
Прочность,
№ компо- Твердость, Пористость,
Содержание ультрадисперсных
зиции
НВ
П, %
алмазов, %
σb, МПа
Прототип
38
менее 0,5
26
1
46-51
0,3-0,5
35-38
0,02
2
77-81
0,4-0,6
43-47
1
3
119-121
0,5-0,7
61-65
2
4
71-75
0,8-1,1
49-44
3
5
41-43
0,9-1,2
31-36
5
Из табл. 2 видно, что при увеличении в известном композиционном порошкообразном
материале содержания оксида алюминия до 60 % и ультрадисперсных алмазов до 2 %
твердость покрытия увеличивается от 46 до 121 НВ, прочность - от 35 до 65 МПа, а пористость - от 0,3 до 0,7 %. При дальнейшем увеличении в композиции количества оксида
алюминия и ультрадисперсных алмазов твердость и прочность покрытий уменьшаются, а
пористость увеличивается.
В результате применения для газопламенного напыления покрытий заявляемого композиционного порошкообразного материала, состоящего из частиц оксида алюминия и
полиамида, дополнительно содержащего частицы ультрадисперсных алмазов до 0,5
мас. %, при следующем соотношении компонентов (мас. %): оксид алюминия - 80-40, полиамид - 20-60, с размерами частиц полиамида - 20-100 мкм, оксида алюминия - 10-20 мкм
и ультрадисперсных алмазов - 4-6 нм, формируется высокоплотное (0,3-1,2 % пор), твердое (НВ 46-121) покрытие с прочностью на растяжение 35-65 МПа. Такое покрытие обладает повышенной долговечностью при работе в условиях трения и активной солевой
коррозии.
Такие условия реализуются, в частности, при работе роторов смесителей солеперерабатывающих предприятий.
Источники информации:
1. Даниел Чопак. Исследование полимерных композитных материалов. Новые материалы и технологии: Порошковая металлургия. Композиционные материалы, Защитные покрытия. 5-я МНТК. Минск. Беларусь. 18-19 сентября 2002 г. Материалы докладов. Минск: Тонпик, 2002. - С. 93-94.
2. Ильющенко А.Ф., Манойло Е.Д., Андреев М.А., Кухарев А.А. О возможности применения частиц ультрадисперсных алмазов при газопламенном напылении полимерных
покрытий. Углеродные наночастицы в конденсированных средах: Сб. научн. трудов. НАН
Беларуси. ИТМО им. Лыкова. - Минск, 2006. - С. 238-245.
3. Манойло Е.Д., Толстяк Э.Н., Осипов А.А., Кобяк Ю.В. Газопламенное напыление
покрытий из композиционных материалов на полимерной основе: Республ. межведомств.
сб. научн. тр. "Сварка и родственные технологии". - Минск: Вып. 2. - 1999. - С. 124-128.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
87 Кб
Теги
by14389, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа