Материал для напыления для газопламенного или плазменного способа напыления и способ его производства Советский патент 1982 года по МПК C04B41/06 

(54) МАТЕРИАЛ ДЛЯ НАПЫЛЕНИЯ ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОГО ИЛИ ПЛАЗМЕННОГО СПОСОБОВ НАПЫЛЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО ПРОИЗВОДСТВА Изобретение касается материалов для 1азоппаме11НЬго ипи ппамекного нЬпыпения, главным образом иеметаппияеского огнеупорного материала, применяемого для создания стойких слоев, а также способов производства таких материалов. В настоящее время известны и фиМеняются Для изготовления защитных слоев самые разнообразные металлические и не металлические материалы, состав которых меняется в зависимости от требуемых свойств как в смысле }дг1мического соста ва исходного сырья, так и в смысле его физических свойств. К требуемым свойствам относятся главным образом, огнестойкость, стойкость против истирания, минимальная по ристость, хорошая придержи ваемость к подкладному материалу и стойкость механических ударов и термической нагрузки, а также химическая стойкость против воздействия окружающей србДы, Проблемой, однако, остается достижение совокупности всех этих свойств в ОДНШ4 материале, поэтому применяются металли:ческие, главным образом благородные дефицитные материалы, такие как.хром, тятан, никель и другие, облагороженные другими присадками или легирующими веществами. Исходные компоненты этих материалов имеют весьма хорошие механические свойства окончательного напыления, но огнестойкость или химическая стойкость напыления, приведённого таким образом, неудовлетворительна.«i Материалами для напыления служат также неметаллические материалы, преимущественно на базе окисной керамики, где материал для напыления образован или одним окислом, или смесью нескольких окислов в подводящем соотношении. Типичными примерами этих материалов Для напыления 51Вл$потся материалы на базе окиси алюминия АЕ lOj характерной чертой которых является состав напыления, состоящий из смеси гамма и альфамодификаций А 8 -2.0 3. При этом при темпвipatypax вьшге 118О°С происходит необратимый модификационный переход гамма-г Модификации в альфа-модификацию, сопро вождающийся постоянной усадкой и повышением веса. Напылите ли на базе , так. назы B eMbte корундовые напыпители, отличаются искгаочательной стойкостью против истирания, высокой адгезией к материалу подложки и весьма хорошими эпектрическими свойствами, однако их стойкость против коррозии ниже из-за открытой пористости, которая доставляет 6-8%, а пр переходе в альфа-модификацию повышается до 9-10%. Материалы для напыления на базе окиси циркония Zr О« облада ют отличными теплоизоляционными свойствами. Покрытия, образованные окисью хрома С л Oj, очень твердые и стойкие против истирания. Плотными и хорошо обрабатываемыми являются материалы Для-; напыления на базе окиси титана TiO-j и весьма твердыми являются, например, покрытия окиси гафния HfO-. Общим недостатком всех этих однокомпонентных материалов для напыления является сравни-.тельно большая пористость и вследствии этого - низкая стойкость по отношению к агрессивным средам. Этот недостаток частично устраняется в материалах для напыления на .базе окиси кремния Si 0(2, которые образуют плот ные покрытия с очень низким коэффициентом теплового расширения и с нулевой пористостью. Эти покрытия устойчивы к коррозии и неожиданным изменениям температуры I но их стойкость к мезшничес - КИМ ударам является неудовлетворительной. Проблема улучшения свойств материалов для плазменного напыления в послед нее время решена созданием смеси нескольких окисей, например силиката цир конияггзЮ, в составе напылителя которого преобладает Z t О «2. в объемностабильной тетрагональной модифиуации в гомогенной смеси с стеклообразной форме. При температурах выше 115О в напылителе возвратно синтезируется цирконий. Покрытие обладает высокой стойкостью к температурным изменениям хорошей теплоизоляционной способностью и весьма хорошо сопротивляется коррозии расплавленной стеклянной массой, стружкой и цветными металлами благодаря плохому смачиванию циркония указан- .иыми сплавами. На общее сопротивление коррозии негативно влияет то, что, несмотря на присутствие стеклообразной SiOtj, открытая пористость покрытия составляет 15-25%. Другим многокомпонентным материалом для напыления является например, магнезиальная шпинель которая обладает низкой пористостью, высоким электрическим сопротивлением щ высокой адгезией к материалам подложки, но при этом имеет низкую коррозионную устойчивость. Весьма распространенными являются и многокомпонентные материалы для напыления на базе с добавлением Ti О а или , в которьк добавление Ti 0-2 повышает, главным образом. плотность напыления при одновременном увеличении сопротивляемости к изменениям температуры, а добавление обеспечивает повышение сопротивляемости к истиранию, однако на остальные недостатки влияния не оказывает. Известно использование с До. Этот материал обладает бавлением SvO, весьма хорошими механическими свойствами корундовых материалов для напыления, причем присутствие Si О « повышает и коррозионную устойчивость., Однако и здесь переход гамма- и альфа-модифик;аш1Й АС 12 0знегативно влияет на окончательную пористость покрытия, то не дает возможности достичь коррозионной устойчивости, требуемой от защитных покрытий. Цель изобретения - получение материала для защитных покрытий, обладающего стойкостью к коррозии при одновременном достижении высокой огнестойкости, стойкости против исшрания и смены температур. Уменьшить пористость погученного покрытия, повысив тем самым его коррозионную устойчивость можно подбором соответствующей гранупяции исходного материала для напь1ления или использованием аморфной добавки, например цинка, однако это ухудшает прочность и огнеустойчивость напыленного слоя. Известные двухкомпонентные -напылители с аморфной добавкой, кроме того, не обеспечивают Достаточной сопротивляемости напы1ленного слоя относительно коррозионной среды данного состава. Для производства материалов для газопламенного или плазменного напыления обычно применяются традиционные способы обработки плавкой исходных материалов или их смесей в дуговых элек1рических печах с последующей обработкой на зернистость и форму, применяемые для напыления плазменной горепкой. Эти способы из-оа малого количества обраба тываемого материала довольно неэкономичнры, в особенности, если принимать во внимание высокие температу ры ппавлеЦия, обычные у материалов для напыпения. Кроме того, при обработке материалов, легированных малым количеством добавок, на очень малых зернах при напылении потоком плазмы негомогенносты проявляется, как правило, уже в структуре материала, что оказывает отрицательное влияние на качество полученного покрытия., Известно также требующее значительного количества энергии легирование материалов для напыления путем рассеивания соответствующих добавок при высоких температурах или грануляции смеси зерен отдельных компонентов, применимая только для производства материалов для напыления, состояпдах из двух или бо лее основных компонентов в смеси с относительно высоким весовым соотношением. Известен и способ, при котором отно сительно большие зерна одного или нескольких компонентов обволакиваются очень тонкими добавками с размерами зерен меньше 0,3 мкм..Однако и эти способы не дают удовлетворительных резуль татов.. Указанные недостатки известных 1мате риалов для газопламенного или плазменного напыления устраняются в материалах для напыления, состоящих из нескольких окислов металлов, из которых по крайней мере один является стеклообра кядим. Сущность изобретения заключается в том, что материал для напыления образован агломератами по меньшей мере двух основных окислов, главным образом AB JWfO, CaO, BaO, , или 2rO в количестве 50-99 вес.%, и по меньшей мере одним стеклообразукшим окислом с температурой плавления на 50-1100° С ниже температур основных окислов, главным образом Si в количестве 1 - 5О вес.%. Материал для напыления моЯсет содержать агломераты вес.% 5О-8О СаО, 15 Q и 18-45 Si Оа или 5О-90 , 1-5«СаО и 5-45 Si О 2, или 9О-95° , 2-8 TiO-j H 1-3 SiO., или 6575 , 2О-30 MqjO и 2-10 SAOa или 3O-40 АЙаОз, 15-23 CaO и 35-5O iOi. или 25-30 APiQj,4O-45 CaO и 25-35 . SiO, или 46-51 ,,33-41 8-21 SiO,, иди 25-3O ACiOj, 25-3O , 25-ЗО2гОт. и lO-25SiO Приведенные недостатки известных способов производства материалов для газопламенного или плазменного напыления, состоящих из нескольких окислов металлов, из которых хотя бы один является стеклообразующим, устранены при напылении предлагаемым способом, когда основной и стеклообразукиций окисел или окислы вносятся отдельно или в виде предварительно приготовленной смеси в поток плазмы с концентрацией заряженных частиц 2, О,3 , особенно плазмы, стабилизированной водой. Затем частицы- напаиваюгг или расплавляют и возникшие аглометры улавливают водяной или воздушной завесой. При осуществлении способа в поток плазмь вносят смесь основного окисла с размером частиц 0,01-О,2 мм и стеклообразующего: окисла итШ окислов с размером частиц О,ООР2-О,О4 мм, причем частицы ocHOBHbix окислов напаивают на поверхности. Можно основные окислы и стеклообразующий окисел или окислы вносить раздельно или в предварительно приготовленные смеси в поток плазмы с концентрацией заряженных частиц в пределах 2,0-10 - O,3-10 i главным образом в плазму, стабилизированную . Частицы напаиваются или расплавляются и в таком виде наносятся непосредственно на поверхность, которая Должна предохраняться напылением. Пример 1. В ток стабилизированной водой плазмы плазменной горелки, приспособленной для плазменного напыления порошкообразных материалов, вносят смесь 6 5 вес.% порошкообразного СаО с размером частицО,О4-О,О6 мм, 3 вес.% частиц такого же размера и 32 вес.% 5i02.c размером части«0,ООО5-О,ООО8мм. Отдельные частицы реагируют между собой при 1500О-60ООО С и после реакции улавливаются водяной завесой. Возникшие агломераты в преобладающей степени образованы дикальцийсиликатом и, кроме того, 4 еболыш1м количеством монтицелшта в качестве связ)рощей фазы и небольшим количеством стеклянной фазы. П р и м е- р 2. В ток плазмы вносят 7О вес.% MtjO и 28 вес.% при тех же условиях, что и в предыдущем примере. Материалы наносят на поверхность детали конструкции и оставляют медленно сохнуть. Материал, в основном, содержит форстерит, небольшое количество периклаза, монтицеллита и стеклофазы. Примерз. Для напыления, производимого при тех же условиях, что и в 96 примере 1, применяют смесь 95 вес.% Cr-jOj, 3 вес.% t-tO и 2 вес.% S-fO-i. Попучаекшй материал преимущественно со дер;«{ит эсколит и небольшое количество стекпофазы. П р и м е р 4. Для напыления НС-. пользуется смесь, состоящая иэ 7О вес.% , 25 вес.% McjO и 5 вес.% Si О т.. Материал главным образом содержит xpoMHHKotHT и небольшое котщчество форстерита и стеклофазы. Пример 5, Для напыления используется смесь, состоящая из 36 вес.% АВ2Оз, 2О вес.% СаО и 44 вес.% SiO. Материал в основном содержит анортит и небольшое количество стеклофазы. Пример 6. Для напыления используется смесь, состоящая, из 27 вес.% АБ,0, 41 вес.% ВаО и 32 вес.% SiO. Материал в преобладавшей степени состоит из целсина и небольшого количества стеклофазы. Пример 7. Для напыления используется смесь, состоящая из 46-51 вес.% , 33-41 .% 2г р ги12-16вес,% -SiOi. Материал, в осн6внс л, содержит / корунд и небольшое количество бадделита муллита и стеклофазы. Пример- 8. Для напыления используется смесь, состоящая из 23 вес.% Ае2Оз, 28 вес.% , 28 вес.% 2 г О и 16 вес.% SiO-i. Материал состоит из приблизитель но одинаковых частей бадделита, рубина, эксколита и небольшого количества стеклофазы. Материалы, приготовленные согласно приведенным примерам, дают гарантию огнестойкости, стойкости по отношению к коррозии металлическими и неметаллическими сплавами, против истираний и резких изменений температ5Гр. ЭТо новые материалы, которые всегда содержат определенное количество стеклянной фазы STO, значительно увепичивающей коррозионную стойкость покрытия ...... .. роме стеклофазы всегда присутствует и кристаллическая фаза.. Физические и химические свойства материалов являются решающими для устойшвости покрытия по отношению к коррозийной среде данного состава, которое, исходя из необходимости достаточно тонкого выбора этих свойств, образован по меньщеЙ мере двумя основными окислами. Улавливанием окончательных агломератов водной или воздушной завесой и новым применением их в плазменной горелке достигается высокая гомогенность проведенных напь1ле П1й при относительно малых количест 4 вах некоторых добавок. Указанные составы с очень хорошими результатами можно наносить непосредственно на защищамую поверхность, причем подбором соотетствующего КроценТного содержания SiO, при соблк: дении очень хороших механических свойств, можно получить рактически беспористое покрытие. о р м у л а изобретения 1. Материал для напыления для газопламенного или плазменного способов напыления, состоящий иэ нескольких окислов металлов, из которых не менее чем один должен быть с,Теклообраа ую0шм oiai,eлом, о т л и «1 а ю щи и с я TeMi что образован агломератами по меньшей мере двух основных окислов, главным образом . MqjO , СаО, ВаО, , ТтО иш2.Ю,вколичесгае 50-99 вес.% и по меньшей мере одним стеклообразуюишм окислом с температурой плавления на 5О-11ООС. ниже температуры плавления основных окислов, главным образом, SiOij, в количестве 1-50 вес.% 2.Материал по п, 1, о тли чающий с я тем, что образован 5080 вес.% СаО, 1-5 вес.% MtjO и 18- , 45 вес.% 3i(i. 3.Материал по п. 1, о т ли ч а ю щ и и с я тем, что образован 50 90 вес.% M(0, 1-5 вес.% СаО и 545 вес.% SiO. 4.Материал по п. 1, от л и ч а ю lii и и с я тем, что образован 9095 вес.% , 2-8 вес.% Ti О и 13 вес.% S-iO-i. ; 5, Материал по п. 1 отличаК) щ и и с я тем, что образован 6575 вес.% , 20-30 вес.% МуО и 2-10 вес.% Si 02. 6. Материал по п. 1, о т л и ч а ю щи и с я тем, что образован 30Л/ л/ А Л с - о о ,«. Of f t 4О вес.% АСгОз, 15-23 вес.% СаО и 35-50 вес.% SiО. 7.Материал,по п. 1, о т л и ч а К) 1ц и и с я тем, что образован 25-. 30 вес.% AC-jOj, 4О-45 вес.% ВаО и 25-35 вес.% . 8.Материал по п. 1, о т л и ч а ю щи И с я тем,что образован 46-51 вес.% , 33-41 вес.% 8-21 вес.% SiOi. 9.Материал по п. 1, отличающий с я тем, что образован 25-ЗОвес./ , 25-30 вес.% , 25-ЗОвес.% 7гО2. и 10-25 вес.% Si OL

10. Способ производства материапа для напыления по п. 1, отличающий с я тем, что основной окисел вносится отдельно или в предварительно подготовленной смеси в поток плазмы с концентрацией заряженных частиц 2,,3-10 .главным образом плазмы, стабипизированнЪй водой, частицы напаиваются или расплавляются и возникшие агломераты улавливают, например водяной или воздушной завесой. . 11. Способ по п. Ю, о т л и ч а ю. ш и и с я тем, что в поток плазмы вносится смесь основных окислов с размером частиц от 0,О1-0,2 мм и стеклообразующего окисла с размером частно О,0002-О,О4 мм, причем частицы основных окислов поверхностно наплавляются)

а частицы стеклообразующего окисла илиокислов расплавляются.

12, Способ по п. 1, отличающий с я тем, 1то основные окислы и стеклообраэуюший окисел или окислы вносятся отдельно или в предварительно подготовленной смеси в поток плазмы с концентрацией заряженных частиц в пределах 2, 0,, главным образом плазмы, стабилизированной водой, частицы нвп11авляются или расплавляются и наплавленные ипи расплавленные наносятся непосредственно на поверхность, ко тсфая должна охраняться напылением.

Признано изобретением по результатам экспертизы, осуществленной ведомством по изобретательству Чехословацкой Соци алистаческой Республики.