КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ПЛАЗМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ ПОКРЫТИЙ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Советский патент 1996 года по МПК C23C4/12 

Изобретение относится к газотермическим методам нанесения покрытий, в частности, для получения уплотнительных покрытий на основе никеля и графита для изделий, работающих при высоких температурных нагрузках.

Целью изобретения является повышение коэффициента использования материала, адгезии и эрозионной стойкости покрытий.

Композиция для плазменного напыления покрытий на основе никеля и графита по изобретению дополнительно содержит силикат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.

Никель 60 80
Графит 15 30
Силикат 5 10
Композицию получают смешением компонентов, грануляцией, конвективной обработкой в кипящем слое и дроблением с выделением фракции зерен. Вначале готовят смесь графита и жидкого силиката натрия с плотностью 1,25 1,35 г/см³ с содержанием графита 35 55 и раствора силиката натрия 45 65 мас. затем к полученной смеси подмешивают никель, размешивание ведут до пластической прочности 0,23 0,25 МПа, полученную смесь гранулируют формованием в сочетании с конвективной обработкой в кипящем слое при 150 - 170^oС до прочности 3 4 МПа, затем гранулят подвергают дроблению с последующим выделением зерен фракции 80 300 мкм.

В предлагаемом способе получения материала каждая микрогранула, кроме графита и никеля, содержит еще и силикат натрия. Причем в микрогрануле зерна никеля покрыты графитом, замешанным на силикате натрия. Такая структура микрогранул позволяет увеличить коэффициент напыления на 25% и улучшить физико-механические характеристики получаемых покрытий, в частности адгезию и эрозионную стойкость.

Предварительное смешение графита и раствора силиката натрия и только последующее добавление никеля имеют существенное значение, так как при замешивании одновременно трех компонентов (графит, никель, силикат натрия) заметно проявляется сегрегация компонентов смеси и различная смачиваемость твердых поверхностей по отношению к жидкому силикату натрия.

Оптимальными физико-механическими свойствами гранул, дающими наибольший положительный эффект (коэффициент использования материала и качество уплотнительного покрытия) при оптимальном составе композиции, являются прочность гранул 3 4 МПа, размер гранул 80 300 мкм. Данный диапазон указанных физико-механических свойств является необходимым и достаточным для обеспечения нужной газопроницаемости и неразрушаемости в активной гидродинамической обстановке термогазового потока в процессе напыления. При повышении прочности гранул до свыше 4 МПа снижается прочность сцепления покрытия с подложкой и пористость гранул. При прочности гранул ниже 3 МПа они не выдерживают активной гидродинамики плазменного напыления и разрушаются, что приводит к снижению коэффициента напыления.

Плотность жидкого силиката натрия 1350 кг/м³ является предельной, при которой еще удается равномерно распределить компоненты смеси при перемешивании.

Пределы пластической прочности системы 0,23 0,25 МПа являются необходимым значением для обеспечения равномерности распределения ингредиентов смеси, создания нормальных условий формования и конвективной обработки. Большая пластическая прочность не обеспечивает равномерного распределения ингредиентов композиции, что обусловливает снижение уплотнительного качества. Меньшая пластическая прочность облегчает работу гранулятора формирующего типа и обеспечивает хорошую равномерность распределения ингредиентов композиции. Однако для достижения такой пластической прочности необходимо дополнительно увлажнение смеси или длительное интенсивное ее перемешивание.

Температурные пределы конвективной обработки сформованного материала 150 170^oC обусловлены получением гранул необходимой прочности (3 4 МПа). При температуре конвективной обработки менее 150^oС прочность получаемых гранул более 4 МПа, что впоследствии отрицательно сказывается на качестве уплотнительного покрытия. При температуре конвективной обработки более 170^oC получаются непрочные гранулы, что также отрицательно сказывается на качестве напыляемого уплотнения и коэффициенте напыления.

П р и м е р. Композицию, содержащую мас. никель 60 80, графит 15 - 30, силикат натрия 5 10, получают смешением компонентов, грануляцией, конвективной обработкой в кипящем слое и дроблением с выделением фракции гранул.

В смеситель лопастного типа подают из дозаторов раствор силиката натрия и порошок графита, готовят смесь графита (35 55 мас.) и жидкого силиката натрия (45 65 мас.), затем к полученной смеси в смеситель подают из дозатора порошок в количестве 45 65 мас. на подмешивание для достижения плотности смеси 1250 1350 кг/м³, далее продолжают размешивать смесь до пластической прочности 0,23 0,25 МПа.

Полученную смесь из смесителя подают в вальцовый гранулятор на формование гранулята. Из гранулятора в процессе грануляции гранулят поступает в аппарат кипящего слоя, где при 150 170^oC происходит его конвективная обработка до прочности гранулята 3 4 МПа. После чего гранулят подают в измельчитель роторного типа на дробление. Дробленую композицию подвергают пневморассеву на установке пневморассева (аэраторе) на три группы фракции гранул: крупнее 300 мкм, 80 300 мкм и мельче 80 мкм. Фракция гранул 80 300 мкм составляет годную композицию. Фракцию крупнее 300 мкм возвращают в измельчитель, менее 80 мкм в дозатор порошка графита.

В таблице показано влияние состава композиционного материла, режимов способа, прочности и размера гранул на качество получаемого плазменным напылением уплотнительного покрытия.

Как следует из представленных данных, использование описываемого способа приготовления композиционного материала для плазменного напыления уплотнительных покрытий по сравнению с известным способом позволяет повысить коэффициент использования материала, адгезию и эрозионную стойкость уплотнительного покрытия, что обеспечивает более высокие эксплуатационные характеристики и возможность использования для деталей различного назначения.

Изобретение относится к газотермическому напылению различных покрытий, в частности покрытий на основе никеля и графита, которые могут использоваться в качестве уплотнительных для изделий, работающих при высоких температурных нагрузках. Цель изобретения - повышение коэффициента использования материала, адгезии и эрозионной стойкости покрытий. Композиционный материал содержит 60 - 80 мас.% никеля, 15 - 30 мас.% графита и 5 - 10 мас.% силиката натрия. Для приготовления материала сначала готовят смесь графита и жидкого стекла с плотностью 1250 - 1350 кг/м³, затем добавляют никель и перемешивают до пластической прочности 0,23 - 0,25 МПа, после чего конвективно обрабатывают в кипящем слое до прочности 3 - 4 МПа с одновременным гранулированием. Полученный гранулят дробят с выделением фракции 80 - 300 мкм, которую используют для напыления покрытий. Наличие в составе силиката натрия и определенная последовательность операций при приготовлении материала обеспечивают равномерность распределения компонентов в материале и соответственно повышение коэффициента его использования, а также адгезии и эрозионной стойкости покрытий. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Композиционный материал для плазменного напыления покрытий на основе никеля и графита, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента использования материала, адгезии и эрозионной стойкости покрытий, он дополнительно содержит силикат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.

Никель 60 80
Графит 15 30
Силикат натрия 5 10
2. Способ получения композиционного материала для плазменного напыления покрытий на основе никеля и графита, включающий смешение компонентов, грануляцию, конвективную обработку в кипящем слое и дробление с выделением фракции гранул, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента использования материала адгезии и эрозионной стойкости покрытия, сначала готовят смесь графита и жидкого силиката натрия с плотностью 1,25 1,35 г/см³ и содержанием графита и силиката натрия 35 55 и 45 65 мас. соответственно, затем к полученной смеси добавляют никель и размешивают смесь до пластической прочности 0,23 0,25 МПа, а гранулирование осуществляют в сочетании с конвективной обработкой в кипящем слое при 150 170^oС до прочности 3 4 МПа с последующим дроблением и выделением фракции 80 300 мкм.