СПОСОБ КОМПАКТИРОВАНИЯ ПОРОШКА Российский патент 1996 года по МПК B22F3/02 B22F7/00 C23C24/04 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к технологии динамического компактирования и нанесения покрытий.

Известны способы напыления, основанные на явлении компактирования порошкового материала при столкновении с твердой поверхностью расположенных частиц, имеющих скорость 50 100 м/с. Распыление и перенос диспрегированного материала осуществляется с помощью газовой или плазменной струи.

Нераспыленные металлические частицы компактируются при скорости соударения порядка нескольких сотен метров в секунду. Высокую скорость газопорошковой смеси получают с помощью сверхзвукового сопла.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является способ напыления покрытий, в котором применяют сверхзвуковое сопло, а в качестве ускоряющего газа используют нагретый до 200 500^oC воздух (Метод "холодного" газодинамического напыления /Алхимов А.П. Косарев В.Ф. Нестерович Н.И. Напарин А.Н.//Тез. докл. Международного рабочего совещания "Высокотемпературные запыленные струи в процессах обработки порошковых материалов", Новосибирск, 1988. Новосибирск: ИТО СО АН СССР, 1988, с. 100 - 103).

Способ-прототип имеет следующие недостатки:
-необходим воздушный процессор среднего давления;
-мелкодисперсные порошки железа, титана, меди и некоторых других металлов в нагретом воздухе интенсивно окисляются;
-воздушная струя не обеспечивает необходимую скорость частиц для материалов с температурой плавления выше 1000^oC;
-образуется большое количество отработанного запыленного воздуха.

Перед изобретением поставлена задача:
-удешевить технологию компактирования (напыления);
-улучшить качество изделия;
-повысить экологическую частоту рабочего процесса;
-расширить диапазон применяемых порошковых материалов;
-снизить потери порошка.

Сущность изобретения состоит в том, что для ускорения и нагревания порошка используют перегретый пар, в частности перегретый водяной пар.

Эффект компактирования обеспечивается за счет высокой кинетической энергии частиц.

Цель изобретения достигается тем, что
-перегретый пар получают в устройстве, (парогенераторе) технически более простом, дешевом и компактном по сравнению с компрессором;
-водяной пар в сравнении с воздухом обеспечивает более высокую скорость порошка;
-окисление мелкодисперсного порошка в среде менее интенсивно, чем окисление в среде нагретого воздуха;
-применение схемы конденсирования и последующей регенерации пара обеспечивает замкнутый рабочий процесс с возвратом отработанного порошка.

Возможность осуществления изобретения доказана на специальной экспериментальной установке при давлении водяного пара 1,5 МПа и температуре 350^oC. Получены покрытия из алюминия, титана, меди и никеля на стальной основе.

Установка имеет парогенератор, порошковый дозатор, сверхзвуковое сопло, камеру напыления, механизм перемещения подложки. Порошок вводится в паропровод перед соплом.

Давление и температуру пара, а также размеры сопла определяют расчетно-экспериментальным путем. При этом учитывают, что эффект динамического компактирования проявляется при полной энергии частиц, близкой к их тепловой энергии при температуре плавления.

Изобретение можно использовать для формования изделий и для напыления покрытий. Сцепление частиц порошка с твердой поверхностью обеспечивается физическими процессами, происходящими в зоне контакта при высокоскоростном соударении. В способе частицы порошка ускоряются перегретым паром (в частности водяным паром). 2 з.п. ф-лы.

1. Способ компактирования порошка, включающий ускорение металлических или композиционных частиц и нанесение их на изделие газовым потоком, отличающийся тем, что в качестве рабочего газа используют перегретый пар. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве рабочего газа используют водяной перегретый пар. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перегретый пар после использования конденсируют, а конденсат вместе с оставшимися и/или добавленными частицами наносимого материала используют по замкнутому циклу при регенерации паропорошковой смеси.