Металлотермическая порошкообразная смесь для газопламенного напыления покрытий Советский патент 1992 года по МПК C23C4/00 

Изобретение относится к области нанесения покрытий на металлическую основу из стали, чугуна и цветных металлов и может быть использовано в машиностроении и других отраслях промышленности .

Цель изобретения - повышение адге- зии покрытия.

Металлотермическах порошкообразная смесь для газопламенного напыления содержит частицы напыляемого материала, которые равномерно смешаны с агломератами экзотермической смеси зосстанавливаемой окиси металла, связанной посредством термонестойкого связующего с частицами сильного восстановителя, причем металл окиси имеет отрицательную свободную энергию окисления не выше 60 ккал/г-атом при 25 С, а металл-восстановитель имеет отрицательную свободную энергию окисления не ниже 90 ккал/г-атом кислорода, частицы, входягсне в агломерат, имеют размер 1-20 мкм, а размер агломератов и материала покрытия 30- 150 мкм, причем содержание агломератов в смеси составляет (по массе) 10-80%, а материала покрытия - 20- 90%, материал покрытия выбран из группы, содержании металлы, гп.-кшы, тугоплавкие окиси, а также к.фПиды, силициды, нитриды, бориды тугоплавких

Х|

g

О

со

Јь

см

металлов IV, V и VI групп Периодической системы.

В качестве материала покрытия может быть выбран элемент из группы, содержащей железо, никель, кобальт, медь и сплавы на их основе.

Агломераты металлотермической композиции могут состоять из частиц по крайней мере одной восстанавливаемой окиси металла, выбранной из группы железа и окиси меди, а в качестве : восстановителя может быть использован алюминий.

В качестве восстанавливаемых окисей металлов могут быть взяты следующие: FeO, Ке2(э, СоО, NiO, CuzO, Cu() Sb203, Мо()2, Мо)3, WOZ, WU3.

В качестве металлов-восстановителей могут быть взяты Si, Al,Zr, Be.

При напылении покрытий с использованием указанной металлотермическо композиции образуется пламя с повышенной температурой у напыляемой подложки, поэтому, происходит перегрев материала подложки до более высоких температур по сравнению с пламенем, получаемым при напылении смесью по прототипу. Улучшенные характеристики пламени достигаются благодаря самопроизвольному взрыву каждого агломерата с выделением большого количеств теплоты от экзотермической реакции. Так как каждый агломерат равномерно смешан с материалом покрытия, то на перегретую подложку попадают частицы материала покрытия, также нагретые до более высоких температур. Все это способствует получению плотного покрытия, имеющего хорошее сцепление с основанием.

Для образования экзотермического агломерата тонко помолотый порошок -г восстанавливаемой окиси металла смешивается с металлом-восстановителем и с соответствующим количеством нестойкого связующего агента, такого как смола, или другого клаящего вещества, например силиката щелочного металла. Одним из примеров нестойког связующего агента является метилмет- акрилат, растворенный в метилэтилке- тоне.

Количество применяемой смолы по отношению к общему весу ингредиентов составляет 1-5% (сухого вещества).

Другими примерами смол, которые могут применяться для этих целей, являются лкрилаты, например метил 0

0

5

метлкрилаты, полнвииилхлориды, поли- уретан, поливиниловый спирт и т.д.

Смолы применяются в виде растворов, они растворены в совместимых летучих органических растворах, таких как спирты, метилэтилкетон, ксилол и т.д., при этом заранее заданное количество раствора смеривается с порошкообразными ингредиентами и растворитель выпаривается до образования связанных агломератов. Полученные агломераты просеиваются через сито для выделения смеси агломератов 5 необходимых размеров (30-150 мкм).

Экзотермическая смесь может быть применена в относительно широком диапазоне композиций. Желательно, чтобы частицы восстанавливаемой окиси металла и восстановителя в агломерате имели средний размер, находящийся в диапазоне до 20 мкм, чаще всего 2-10i мкм, при этом средний размер агломерата находится в диапазоне 30-150 мкм.

В композиции теплообразующего агломерата находится 30-70 мас.% восстанавливаемой окиси металла и от 70 до 30 мас.% металлического восстановителя, причем оптимальным является содержание 40-60 мас„% восстанавливаемой окиси металла и от 60 до 40 мас.% металлического восстановителя.

Содержание тёплообразующих агломератов в порошковой смеси может быть в диапазоне 10-80 мас.%, а содержание материала покрытия - от 90 до . 20 мас.%, при этом оптимальным является содержание агломератов 20 - 60 мас.Х и от 80 до 40 мас.% материала покрытия.

Когда никелево-алюминиевый композит применяется как часть напыляемого материала пламенем состава или смеси, он может содержать примерно 75- 98 мас.% никеля и 2-25 мас.% алюминия, либо другой плакирующий металл. Предпочтительно использовать никель или порошок никелевого сплава, плакированный алюминием в виде агломерата, при этом два металла соединяются друг с другом посредством нестойкого связующего вещества, как описано.

Агломерат может содержать до 15 мас.% огнеупорных веществ, таких как карбиды, бориды, силициды и нитриды металлов IV , V и ;VI групп Периодической системы.

0

5

0

5

0

5

517046 Агломерат, наряду с многими другими материалам) покрытия могут быть смешаны с такими веществамм, как сплаьы на основе никеля, кобальта, железа и меди. 5

Предпочтительно использовать саморазжижающиеся сплавы, имеющие температуру плавления 870-1288 С. Саморазжижающиеся сплавы в своем составе г имеют либо 0,5-6 мас.% кремния, либо 0,5-5 мас.% бора.

Сплав на основе никепя содержит, мас.%:

Кремний1,5-5,0 Бор 1,5-5,0 Хром 0-20 Молибден 0-7 Никель Остальное В этом сплаве никель может быть заменен кобальтом или железом. В сплавы этого типа могут быть добавлены тугоплавкие карбиды, например WC, в виде мелких частиц для обеспечения дополнительного повышения сопротивления абразивному износу.

Сплав на основе кобальта содержит мас.%:

Никель1,0-5,0 Хром 20,0-32,0 Кремний 0,5-3,0 Бор 1,0-3,0 Углерод 0,8-2,0 . Вольфрам 3,5-7,5 Молибден 0-5,0 Кобальт Остальное Сплав на основе меди содержит, мас.%:

Никель15,0-40,0 Кремний 1,0-5,0 Бор 0,15-2,50 Магний 0,2-2,0 Медь Остальное Пример 1. Был образован связующий порошок, содержащей три ингредиента: 50 маСо% агломерата Ni-Al содержащего 95% Ni и 5% Al, соединенных друг с другом нестойким связующи представляющим собой фенольную смолу (2% сухого веса от общего содержания никеля и алюминия); 25 мас.% агломе- рированного , образованного распылением смеси 50% NiO - 50% AI (при этом частицы имеют размер 2- 10 мкм) с использованием в качестве связующего силиката натрия; 25 мас.% сплава на основе никеля.

Средний размер частиц агломератов 30-150 мкм, сплава 3 1-105 мкм.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

346

. Напылению подвергалась подвергнутая пескоструйной обработке стальная поверхность.

Пример 2о Кыла образована следующая порошковая смесь, мас.%: осушенные распылением агломераты NiO-Al (50% NiO и 50% А1) 25; сплав Ni-Si, содержащий 93% Ni и 7% Si, предварительно прореагировавший сплав, состоящий из 95% Ni и 5 % А1, 50.

Средний размер частиц порошковой смеси 30 - 150 мкм.

Пример 3. Была образована следующая порошковая смесь, мас.%: композит 95% Ni - 5 % Al (агломерат), плакированный соединением TiSis посредством клеящего вещества, 50; осушенные распылением агломераты NiO-Al (50% NiO и 50% Al) 50.

Средний размер частиц порошковой смеси 30-150 мкм.|

Наиболее высокое качество покрытий получается при напылении на стальную подложку. Однако такое покрытие может быть напылено на основание из никеля, кобальта, алюминиевых сплавов, меди, некоторые неметаллические основания.

Формула изобретения

1. Металлотермическая порошкообразная смесь для газопламенного напыления покрытий, содержащая частицы напыляемого материала, отличающаяся, тем, что, с целью повышения, адгезии покрытия, она дополнительно содержит агломераты экзо-1- термической смеси, восстанавливаемой окиси металла, связанной посредством термонестойкого связующего с частица- ми сильного восстановителя, причем металл окисла имеет отрицательную свободную энергию окисления не выше 60 ккал/г-атом при 25°С, а металл- восстановитель имеет отрицательную свободную энергию окисления не ниже 90 ккал/г-атом кислорода, частицы, входящие в агломерат, имеют размер 1-20 мкм, а размер агломератов и материала покрытия от 30 до 150 мкм, причем содержание агломератов в смеси составляет (по массе) 10-80%, а материала покрытия - 20-90%, материал покрытия выбран из группы, со,;ержащей металлы, сплавы, тугоплавкие окиси, а также карбиды, силициды нитриды

и О op iv IN тугоплавких мета пон V, V, VI групп Периодической системы.

2. Смесь по и.1, о т л и ч л п - щ а я с я тем, что агломерат содержит мас.% окиси метапла и 70-30 мас.% восстановителя.

3. Смесь по п.1, о т л н Ч а ю - щ а я с я тем, что содержание агломератов в ней составляет 60 мае . / , а содержание нДпдляемого материала - 80-40 мас.Х.

4. Смесь по п.1, отличаю- щ а я с я. тем, что восстанавливаемая окись металла агломерата выбрана из

группы, содержащей окись металла группы железа и окиси меди, я восстановителем в агломерате является алюминий.

5. Смесь по п.1, отличающая с я тем, что окисью металла в агломерате является окись никеля, а восстановителем является алюминий.

6. Смесь по п.1, отличающая с я тем, что средний размер материала покрытия в порошкообразной смеси находится в диапазоне от 30 До 150 мкм. .

Изобретение относится к области нанесения покрытий на металлическую основу из стали, чугуна и цветных металлов и может быть использовано в машиностроении и других отраслях промышленности. Цель изобретения повышение адгезни покрытия. Металло- термическая порошкообразная смесь для газопламенного напыления содержит частицы напыляемого материала, равномерно смешанные с агломератами экзо- - термической смеси, состоящей из окисла восстанавливаемого металла, выбранного из группы железа и меди и сильного восстановителя, например алюминия. В качестве материала покрытия могут быть использованы металлы, сплавы, а также тугоплавкие окислы, бориды, силициды, карбиды, нитриды тугоплавких металлов IV, V, VI групп Периодической системы. Частицы агломератов и материала покрытия имеют размеры от 30 до 150 мкм, а размер частиц в агломерате составляет от 1 до 20 мкм. 5 з.п. ф-лы. г (Л