PL236584B1 - Protective coating on the surface of transporting perpetual screw for the 250 kW boiler, preferably for the coal-fired retort boiler - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest powłoka ochronna na powierzchnię ślimaka transportowego dla kotła o mocy do 250 kW, zwłaszcza retortowego kotła węglowego, która natryskiwana jest przy łuku elektrycznym z wykorzystaniem jako elektrod drutów proszkowych na osnowie żelaza i zawierających korzystnie mangan, chrom, wanad, bór, krzem i węgiel. Charakteryzuje się tym, że jest z materiału powłokowego w postaci drutu proszkowego o składzie wagowym: 0,9% do 1,1% węgla, korzystnie 1,0% węgla C, 1,3% do 1,5% krzemu Si, korzystnie 1,4% krzemu Si, manganu Mn 0,85% do 1,0%, korzystnie 0,9% manganu Mn, chromu Cr 22% do 24%, korzystnie 22,5% chromu Cr, wanadu W 1,2% do 1,7%, korzystnie 1,5% wanadu W, boru 4,2% do 4,5%, korzystnie 4,2% boru B, molibdenu Mo 2,8% do 3,2%, korzystnie 3,0% molibdenu Mo i w pozostałej części osnowy żelaza Fe z niezbędnymi składnikami topliwymi, przy czym średnia wartość porowatości jest od 4 do 2%, korzystnie 2%. Korzystnie natryskiwane łukowo kolejne warstewki spojone są energią ciśnienia powyżej 5 bar gazu transportującego podawanego z odległości 75 do 85 mm od natryskiwanej powierzchni. Powłoka jest natryskiwana łukowo przy zredukowanym natężeniu prądu do wartości poniżej 135 A, korzystnie o wartości 130 A. Uzyskano redukcję porowatości powłoki do średniej wartości wynoszącej 2%.The subject of the invention is a protective coating on the surface of the transport screw for a boiler with a power of up to 250 kW, in particular a retort coal-fired boiler, which is sprayed with an electric arc using flux-cored wires based on iron and preferably containing manganese, chromium, vanadium, boron, silicon and coal. It is characterized by the fact that it is made of a coating material in the form of a cored wire with a weight composition of: 0.9% to 1.1% carbon, preferably 1.0% carbon C, 1.3% to 1.5% silicon Si, preferably 1 .4% silicon Si, manganese Mn 0.85% to 1.0%, preferably 0.9% manganese Mn, chromium Cr 22% to 24%, preferably 22.5% chromium Cr, vanadium W 1.2% to 1 .7%, preferably 1.5% vanadium W, boron 4.2% to 4.5%, preferably 4.2% boron B, molybdenum Mo 2.8% to 3.2%, preferably 3.0% molybdenum Mo and in the rest of the iron matrix Fe with the necessary fusible components, the average value of porosity being from 4 to 2%, preferably 2%. Preferably, the arc-sprayed successive layers are bonded by the energy of a pressure above 5 bar of the transporting gas fed at a distance of 75 to 85 mm from the sprayed surface. The coating is arc sprayed at a reduced current to less than 135 A, preferably 130 A. A reduction of the coating porosity to an average value of 2% was obtained.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest powłoka ochronna na powierzchni ślimaka transportowego dla kotła o mocy do 250 kW, zwłaszcza do węglowego kotła retortowego.The subject of the invention is a protective coating on the surface of a transport screw for boilers up to 250 kW, in particular for a coal retort boiler.

Jednymi z najpopularniejszych kotłów na naszym rynku są kotły retortowe z automatycznym podajnikiem i zasobnikiem na paliwo. W kotłach retortowych, dzięki specjalnemu palenisku bezresztowemu, spala się dokładnie taka porcja węgla, jaka jest potrzebna do otrzymania nastawionej przez użytkownika temperatury.One of the most popular boilers on our market are retort boilers with an automatic feeder and fuel container. In retort boilers, thanks to a special non-residue furnace, exactly the amount of coal needed to obtain the temperature set by the user is burned.

Najważniejszym elementem kotła retortowego obok palnika retortowego jest podajnik paliwa. Podajnik zbudowany jest z wielu podzespołów. Motoreduktor napędza ślimak podajnika, na który zs ypuje się paliwo ze zbiornika. Jest ono następnie transportowane do palnika retortowego i wypychane w stronę górnej części palnika. Tam w końcu ulega spaleniu. Przy spalaniu paliwa w palniku retortowym jest wymóg, aby proces przebiegał ponad otworem palnika, tworząc delikatną górkę, tzw. kopczyk. Warstwa żaru ma grubość od kilkudziesięciu do ponad 100 mm, a nawet 150 mm (w zależności od mocy kotła).The most important element of the retort boiler, next to the retort burner, is the fuel feeder. The feeder consists of many components. The geared motor drives the feeder screw onto which fuel is siphoned from the tank. It is then transported to the retort burner and pushed towards the top of the burner. There it eventually gets burnt. When burning fuel in a retort burner, the process must run over the burner opening, creating a delicate hill, the so-called mound. The heat layer has a thickness from several dozen to over 100 mm, and even 150 mm (depending on the boiler power).

Zbyt krótkie czasy podawania lub zbyt długie odstępy pomiędzy poszczególnymi momentami pracy podajnika powodują stopniowe obniżanie się żaru, aż do wysokości ślimaka lub nawet poniżej. Efektem tego jest praca części ślimaka w żarze. Wówczas na początku ślimaka może kształtować się spiek, który w jakimś stopniu przyczyni się do powstania dużych oporów na ślimaku. Dodatkowo wysoka temperatura żaru (700 : 1200°C), nagrzewając ślimak, powoduje jego uplastycznienie. Może to spowodować znaczne skręcenie wałka, przy jednoczesnym spęczeniu i zmniejszeniu odległości pomiędzy zwojami (w jednym z przypadków z 85 do 45 mm), a tym samym skrócenie. Bardzo często nieprawidłowa praca kotła retortowego jest spowodowana uszkodzeniem lub zużyciem zwojów ślimaka transportowego, zwłaszcza w części podpalnikowej.Too short feeding times or too long intervals between individual moments of the feeder's operation result in a gradual lowering of the heat, down to the height of the screw or even below. The effect of this is the work of part of the screw in the embers. Then, a sinter may form at the beginning of the screw, which to some extent will contribute to the formation of high resistance on the screw. Additionally, the high temperature of the heat (700: 1200 ° C), heating the screw, makes it plasticize. This can cause the shaft to twist considerably while upset and reduce the distance between coils (in one case from 85 to 45 mm), thereby shortening. Very often, incorrect operation of the retort boiler is caused by damage or wear of the transport screw coils, especially in the burner part.

Zasadniczo, ślimaki transportowe w kotłach retortowych nie są wykonane ze stali żaroodpornych i w swoim składzie chemicznym nie posiadają pierwiastków, takich jak krzem, aluminium czy chrom, którymi charakteryzują się stale żaroodporne. Proces utleniania polega na tworzeniu się zgorzeliny (warstwy tlenków). Nie ustaje on, a w połączeniu z czasem oraz wysoką temperaturą, jej grubość na bieżąco się powiększa. Im grubsza warstwa zgorzeliny, tym przyczepność do podłoża spada, powodując odrywanie się „płatów” warstwy tlenkowej. Również, podczas procesu utleniania pojawiają się b ardzo silne naprężenia w warstwie tlenków na zwojach ślimaków transportowych. Mają one duży wpływ na deformacje zgorzeliny i powodują pęknięcia, a także odrywanie się jej od reszty materiału, a tym samym postępujące niszczenie ślimaka.Basically, the transport screws in retort boilers are not made of heat-resistant steels and in their chemical composition do not contain elements such as silicon, aluminum or chromium, which are characteristic of heat-resistant steels. The oxidation process is based on the formation of a scale (oxide layer). It does not stop, and in combination with time and high temperature, its thickness constantly increases. The thicker the layer of scale, the adhesion to the substrate decreases, causing the "flakes" of the oxide layer to peel off. Also, during the oxidation process very strong stresses appear in the oxide layer on the coils of the transport screws. They have a large impact on the deformation of the scale and cause cracks, as well as its detachment from the rest of the material, and thus progressive destruction of the screw.

Dotychczas, ślimaki transportowe kotłów energetycznych, w szczególności do użytku domowego, wykonywano z materiału rodzimego nie zabezpieczonego w żaden sposób. Brak zabezpieczenia powodował przyspieszone zużywanie w warunkach eksploatacyjnych w środowisku silnie obciążającym ściernie, po czym ślimak wymieniano na nowy. Regeneracja jest niemożliwa z uwagi na znaczne ubytki powierzchni piór ślimaków.Until now, the transport screws of power boilers, especially for domestic use, were made of unprotected native material. The lack of protection caused accelerated wear under operating conditions in an environment with a high abrasive load, after which the screw was replaced with a new one. Regeneration is impossible due to the significant losses in the surface of snail feathers.

Spośród znanych metod zabezpieczania transporterów ślimakowych znane są metody napawania materiałami dodatkowymi w postaci zarówno proszków, jak i drutów. Metody te jednak przeznaczone są do elementów o znacznej grubości w stosunku do powierzchni napawanej płaszczyzny. Wynika to ze znacznej ilości wprowadzonego ciepła podczas napawania do materiału rodzimego, co prowadzi do znacznych naprężeń cieplnych wynikających z przemian mikrostrukturalnych w SWC (Strefie Wpływu Ciepła).Among the known methods of securing screw conveyors, methods of surfacing with additional materials in the form of both powders and wires are known. However, these methods are intended for elements of considerable thickness in relation to the surface of the welded plane. This is due to the significant amount of heat introduced during surfacing to the base material, which leads to significant thermal stresses resulting from microstructural changes in the HAZ (Heat Influence Zone).

W przypadku elementów, w których grubość blachy piór zwojów ślimaka transportowego jest mała w stosunku do powierzchni koniecznej do zabezpieczenia, przy niewłaściwej technologii zwiększenia trwałości piór zwojów, powstałe naprężenia spawalnicze doprowadzą do deformacji i odkształceń, a w skrajnym przypadku do pękania spiralnych spoin mocujących pióra zwojów do walca ślimaka.In the case of elements where the thickness of the sheet of the blades of the transport worm's coils is small in relation to the area necessary for protection, with the wrong technology of increasing the durability of the coils, the welding stresses generated will lead to deformation and deformation, and in the extreme case to cracking of the spiral welds securing the leaves of the coils to snail roller.

Znane są metody napylania powierzchni elementów mieszaniną składników zawierających żelazo lub inne metale.There are known methods of spraying the surfaces of elements with a mixture of components containing iron or other metals.

Z opisu WO2015044735A1 znana jest sposób uzyskiwania na podłożu żelaznej powłoki z kropelek stopionego drutu łukiem elektrycznym. Sposób obejmuje: etap formowania pierwszej natryskiwanej żelaznej powłoki na podłożu, gdzie drutem do natryskiwania łukowego jest pierwszy drut zawierający żelazo i 0,03 do 0,10% masy węgla przy użyciu sprężonego gazu, który jest gazem obojętnym,From WO2015044735A1, a method of obtaining an iron coating of droplets of molten wire with an electric arc is known. The method comprises: the step of forming a first sprayed iron coating on a substrate, wherein the arc spray wire is a first iron containing wire and 0.03 to 0.10% by weight of carbon using a compressed gas which is an inert gas.

PL 236 584 B1 oraz etap formowania drugiej natryskiwanej żelaznej powłoki na pierwszą natryskiwaną żelazną powłokę, gdzie drutem do natryskiwania łukowego jest drugi drut zawierający żelazo i 0,03 do 0,10% masy węgla przy pomocy sprężonego gazu zawierającego 10 do 21% objętości tlenu.And the step of forming a second injected iron skin over the first injected iron skin, wherein the arc spray wire is a second wire containing iron and 0.03 to 0.10% by weight of carbon with pressurized gas containing 10 to 21% by volume oxygen.

W opisie WO2015028358A1 przedstawiony jest skład zewnętrznej powłoki dla elementu rurowego na bazie żelaza, zwłaszcza żeliwa, która składa się z zasadniczo czystego cynku lub stopu cynku lub pseudo-stopu, stop lub pseudo-stop zawierający wagowo co najmniej 50% cynku oraz najlepiej pomiędzy 0,5% i 40% aluminium. Na pierwszą warstwę porowatą nakładana jest druga warstwa, która zawiera farbę na bazie co najmniej jednej żywicy organicznej lub farby dwuskładnikowej zabezpieczającej pory pierwszej warstwy.WO2015028358A1 describes the composition of the outer shell for an iron-based tubular element, in particular cast iron, which consists of substantially pure zinc or a zinc alloy or a pseudo-alloy, an alloy or a pseudo-alloy containing at least 50% by weight of zinc and preferably between 0 5% and 40% aluminum. A second layer is applied to the first porous layer which comprises an at least one organic resin or a two-component paint to protect the pores of the first layer.

W opisie PL380114A1 ujawniony jest sposób, w którym oczyszczoną wewnętrzną powierzchnię płaszcza i dennic zbiornika pokrywa się warstwą metalizacji grubocząsteczkowej do wysokości 300° płaszcza poniżej włazu, a warstwę metalizacji grubocząsteczkowej oraz pozostałą powierzchnię od góry płaszcza i dennic pokrywa się warstwą metalizacji drobnocząsteczkowej. Warstwę metalizacji grubocząsteczkowej oraz warstwę metalizacji drobnocząsteczkowej, uzyskuje się przez natryskiwanie łukowe metali lub stopów metali. Cząsteczki natryskiwanego ciekłego metalu rzucane są na metalizowaną powierzchnię z prędkością od 150-200 m/s, przez co uzyskuje się cząsteczki prawie o jednakowych wymiarach w granicach od 0,05 do 0,10 mm oraz stopień wypełnienia formowanej warstwy metalizacji grubocząsteczkowej do 70% objętości.The description of PL380114A1 discloses a method in which the cleaned inner surface of the shell and the bottoms of the tank is covered with a layer of coarse metallization up to a height of 300 ° of the shell below the manhole, and the coarse-particle metallization layer and the remaining surface from the top of the shell and bottoms are covered with a layer of fine-particle metallization. The coarse-particle metallization layer and the fine-particle metallization layer are obtained by arc spraying of metals or metal alloys. The particles of the sprayed liquid metal are thrown onto the metallized surface at a speed of 150-200 m / s, which results in particles of almost equal dimensions ranging from 0.05 to 0.10 mm and the degree of filling of the formed coarse-particle metallization layer up to 70% of the volume .

Sposób wykonywania powłoki ochronnej na elementach wymienników ciepła z natryskiem proszkiem, zwłaszcza na ekranach palenisk kotłów energetycznych przedstawiony jest w opisie zgłoszeniowym PL384460A1. Trójfazowe nakładanie tej powłoki, gdzie w pierwszej fazie dokonuje się strumieniowo-ścierne oczyszczanie podłoża, w drugiej fazie dokonuje się termiczne natryskiwanie proszkiem aluminiowym, a w trzeciej fazie przeprowadza się uodpornienie wierzchniej warstwy wykonanej powłoki przed korozją gazową wysokotemperaturową do postaci tlenku aluminium oraz zainicjowanie dyfuzji aluminium do podłoża i powłoki przez nagrzewanie polega na tym, że w pierwszej fazie prowadzi się strumieniowo-ścierne oczyszczanie podłoża do chropowatości minimum Rz 15 μm, maksimum Rz 100 μm, korzystnie Rz 70 μm, w drugiej fazie nakłada się termicznie metodą łukową powłokę z materiału o zawartości aluminium (Al) w zakresie od 50% do 100%, korzystnie 95% i grubości minimum 20 μm, korzystnie 400 μm oraz o porowatości do 50%, korzystnie od 4-17%, a w trzeciej fazie nagrzewanie prowadzi się w temperaturze do 800°C przez okres minimum 2 godzin.The method of applying a protective coating on elements of heat exchangers with powder spraying, especially on screens of furnaces of power boilers is presented in the application description PL384460A1. Three-phase application of this coating, where the first phase is abrasive cleaning of the substrate, the second phase is thermal spraying with aluminum powder, and the third phase is the resistance of the top layer of the coating against high-temperature gas corrosion to the form of aluminum oxide and initiation of aluminum diffusion into the substrate and coatings by heating means that in the first phase, abrasive cleaning of the substrate to a roughness of minimum Rz 15 μm, maximum Rz 100 μm, preferably Rz 70 μm, in the second phase, a thermal arc coating of a material containing aluminum (Al) in the range from 50% to 100%, preferably 95%, and a minimum thickness of 20 μm, preferably 400 μm, and a porosity of up to 50%, preferably from 4-17%, and in the third phase heating is carried out at a temperature of up to 800 ° C for a minimum of 2 hours.

Rozwiązanie znane z opisu zgłoszeniowego PL384541A1 dotyczy zastosowania dwuwarstwowej powłoki ochronnej na rurowych ekranach komór paleniskowych. Warstwa pierwsza, nakładana metodą łukową lub płomieniową o grubości korzystnie od 1400 do 500 μm, najkorzystniej złożona jest z 30% chromu, 15% wolframu, 7% molibdenu, 7% manganu, 7% boru, 3% węgla, 3% krzemu i z żelaza, a warstwa druga, nakładana metodą plazmową lub metodą naddźwiękową HVOR ma grubość korzystnie od 200 μm do 300 μm i złożona jest z kobaltu jako bazy oraz z 10% do 50%, najkorzystniej 40% chromu, z 8% do 45%, najkorzystniej 25% niklu, z 1% do 10%, najkorzystniej 3% molibdenu, z 0,5% do 10% najkorzystniej 3% aluminium, z 1% do 12%, najkorzystniej 6% węgla, z 0,5% do 7%, najkorzystniej 2% krzemu, z 0,5% do 10%, najkorzystniej 2% boru.The solution known from the application description PL384541A1 concerns the application of a two-layer protective coating on tubular screens of combustion chambers. The first layer, applied by arc or flame method, with a thickness preferably from 1400 to 500 μm, most preferably composed of 30% chromium, 15% tungsten, 7% molybdenum, 7% manganese, 7% boron, 3% carbon, 3% silicon and iron and the second layer, applied by the plasma or supersonic HVOR method, has a thickness of preferably 200 µm to 300 µm and is composed of cobalt base and 10% to 50%, most preferably 40% chromium, with 8% to 45%, most preferably 25 % nickel, with 1% to 10%, most preferably 3% molybdenum, with 0.5% to 10% most preferably 3% aluminum, with 1% to 12%, most preferably 6% carbon, with 0.5% to 7%, most preferably 2% silicon, with 0.5% to 10%, most preferably 2% boron.

Sposób wytwarzania powłok na elementach wykonanych z materiałów przewodzących energię elektryczną znany jest z opisu zgłoszeniowego PL387176 A1. Polega on na tym, że w pierwszym etapie przygotowuje się podłoże, w drugim etapie nanosi się na podłoże dowolną metodą natryskiwania cieplnego, korzystnie płomieniową, powłokę o grubości od 0,05 mm do 5 mm, a w trzecim etapie generuje się łuk elektryczny, doprowadzając potencjał elektryczny do elektrody korzystnie wykonanej z wolframu lub wolframu z dodatkiem toru w granicach od 0,5% do 5%, korzystnie 2-3% oraz do przewodzącego energię elektryczną podłoża z naniesioną powłoką. Następnie przeprowadza się jej przetapianie, przy czym odległość elektrody od powierzchni powłoki wynosi od 1 mm do 5 mm, korzystnie 1,5 mm, natężenie prądu procesu wynosi od 10 A do 500 A, korzystnie 120 A, prędkość przemieszczania się elektrody względem powierzchni powłoki wynosi od 1 mm/s do 20 mm/s, korzystnie 5 mm/s, a grubość elektrody wynosi od 1 mm do 5 mm, korzystnie 3,5 mm.The method of producing coatings on elements made of electrically conductive materials is known from the application description PL387176 A1. It consists in the fact that in the first stage the substrate is prepared, in the second stage a coating with a thickness of 0.05 mm to 5 mm is applied to the substrate by any thermal spray method, preferably flame, and in the third stage an electric arc is generated, leading to the potential electric to an electrode preferably made of tungsten or tungsten with an addition of thorium in the range of 0.5% to 5%, preferably 2-3%, and to an electrically conductive substrate with a coating applied. Then it is remelted, the distance of the electrode from the surface of the coating is from 1 mm to 5 mm, preferably 1.5 mm, the intensity of the process current is from 10 A to 500 A, preferably 120 A, the speed of movement of the electrode in relation to the coating surface is from 1 mm / s to 20 mm / s, preferably 5 mm / s, and the thickness of the electrode is from 1 mm to 5 mm, preferably 3.5 mm.

Dla podniesienia trwałości walca hutniczego lub rolki, przedstawiono w opisie zgłoszeniowym PL 408099A1 sposób, w którym na przynajmniej część co najmniej jednej powierzchni roboczej walca, nachylonej pod kątem mniejszym niż 30° w stosunku do osi obrotu walca oraz na co najmniej części co najmniej jednej powierzchni roboczej walca, nachylonej pod kątem większym niż 45° w stosunku do osi obrotu walca, wykonuje się metodą natrysku cieplnego powłoki trudnościeralne z materiałuIn order to increase the durability of a metallurgical roll or roll, a method is described in the application description PL 408099A1, in which at least part of at least one working surface of the roll is inclined at an angle of less than 30 ° with respect to the axis of rotation of the roll and at least part of at least one working cylinder, inclined at an angle greater than 45 ° in relation to the axis of rotation of the cylinder, thermal spraying is made of abrasion-resistant coatings made of material

PL 236 584 B1 zawierającego węglik wolframu i/lub węglik chromu, korzystnie w osnowie kobaltu i/lub chromu, i/lub niklu, o grubości do 4 mm, korzystnie od 0,03 mm do 0,5 mm. Przynajmniej części co najmniej jednej powierzchni roboczej walca, nachylonej pod kątem większym niż 45° w stosunku do osi obrotu walca, grubość nakładanej powłoki trudnościeralnej z materiału zawierającego węglik wolframu i/lub węglik chromu, korzystnie w osnowie kobaltu i/lub chromu, i/lub niklu, jest większa co najmniej 10%, korzystnie od 50% do 100%, od grubości powłoki trudnościeralnej na powierzchniach roboczych, nachylonych pod kątem mniejszym niż 30° w stosunku do osi obrotu walca.Containing tungsten carbide and / or chromium carbide, preferably in a matrix of cobalt and / or chromium and / or nickel, up to 4 mm thick, preferably 0.03 mm to 0.5 mm. At least a portion of at least one working surface of the roll, inclined at an angle greater than 45 ° to the axis of rotation of the roll, the thickness of the applied wear-resistant coating of a material containing tungsten carbide and / or chromium carbide, preferably in a cobalt and / or chromium matrix, and / or nickel, is greater than at least 10%, preferably from 50% to 100%, of the thickness of the wear-resistant coating on the working surfaces inclined at an angle of less than 30 ° to the axis of rotation of the cylinder.

Podobnie w opisie zgłoszeniowym PL408100, też przedstawiony jest sposób podniesienia trwałości lub regeneracji walca hutniczego. Polega on na tym, że na przynajmniej części co najmniej jednej powierzchni roboczej walca, nachylonej pod kątem mniejszym niż 30° w stosunku do osi obrotu walca, wykonuje się powłokę trudnościeralną poprzez natryśnięcie metodą natrysku cieplnego co najmniej jednej warstwy z materiału, zawierającego węglik wolframu i/lub węglik chromu, korzystnie w osnowie kobaltu i/lub chromu, i/lub niklu, o łącznej grubości do 3 mm, korzystnie od 0,03 mm do 0,8 mm, oraz na przynajmniej części co najmniej jednej powierzchni roboczej walca, nachylonej pod kątem większym niż 45° w stosunku do osi obrotu walca, wykonuje się powłokę trudnościeralną poprzez napawanie, korzystnie napawanie laserowe, co najmniej jednej warstwy materiału trudnościeralnego o łącznej grubości od 0,2 mm do 5 mm, korzystnie od 1,2 mm do 2,5 mm i twardości c o najmniej 5 HRC, korzystnie 10-20 HRC, większej od twardości materiału walca, przy czym grubość nakładanej powłoki trudnościeralnej na powierzchniach jest co najmniej o 20% większa, korzystnie 4-6 razy większa od średniej grubości powłoki trudnościeralnej na powierzchniach.Similarly, in the application description PL408100, a method of increasing the durability or regeneration of a steel roll is also presented. It consists in the fact that on at least part of at least one working surface of the cylinder, inclined at an angle of less than 30 ° with respect to the axis of rotation of the cylinder, a wear-resistant coating is made by spraying by thermal spraying at least one layer of a material containing tungsten carbide and / or chromium carbide, preferably in a matrix of cobalt and / or chromium and / or nickel, with a total thickness of up to 3 mm, preferably from 0.03 mm to 0.8 mm, and on at least part of at least one working surface of the cylinder, inclined at an angle greater than 45 ° in relation to the axis of rotation of the roller, the wear-resistant coating is made by padding, preferably laser welding, of at least one layer of wear-resistant material with a total thickness of 0.2 mm to 5 mm, preferably 1.2 mm to 2 , 5 mm and a hardness of at least 5 HRC, preferably 10-20 HRC, greater than that of the roll material, the thickness of the applied wear-resistant coating on the surfaces is at least 20% wi Thicker, preferably 4-6 times the average thickness of the wear-resistant coating on the surfaces.

W metodzie formowania materiałów kompozytowych reflektora CN105437569 przedstawiony jest sposób ultradźwiękowego natryskiwania łukiem elektrycznym powłoki metalowej na powierzchnię odbijającą korpusu reflektora w celu zmniejszenia grubości owej powłoki i unikania deformacji materiału pod wpływem wysokich temperatur.The method of forming composite materials of the CN105437569 reflector shows a method of ultrasonic spraying of a metal coating on the reflective surface of the reflector body with an electric arc in order to reduce the thickness of the coating and avoid deformation of the material under the influence of high temperatures.

W „Metody natryskiwania cieplnego”, [J. Miszczok i in., Pol. Śląska, W IMiM] omówiono różne metody natryskiwania cieplnego. Norma PN-EN 657 podaje definicję natryskiwania cieplnego jako proces, w którym materiał powłokowy jest nagrzewany do stanu plastycznego lub ciekłego wewnątrz lub na zewnątrz pistoletu do natryskiwania, a następnie rozpylany i nanoszony na przygotowaną powierzchnię, przy czym powierzchnia ta nie jest nadtapiana.In "Thermal spray methods", [J. Miszczok et al., Pol. Śląska, In IMiM] various methods of thermal spraying were discussed. The PN-EN 657 standard defines thermal spraying as a process in which the coating material is heated to a plastic or liquid state inside or outside the spray gun, and then sprayed and applied to the prepared surface, without the surface being melted.

Natryskiwanie cieplne jest grupą metod, w których stopiony lub ciastowaty materiał powłoki jest nanoszony na powierzchnię wcześniej przygotowanego podłoża.Thermal spraying is a group of methods in which a molten or pasty coating material is applied to the surface of a previously prepared substrate.

Na powłoki stosuje się czyste metale, stopy metali, ceramiki (tlenki, węgliki, azotki, borki i niektóre szkła), związki metaliczne (siarczki, krzemki, cermetale, związki międzymetaliczne), niektóre materiały polimerowe (epoksydy, nylon, teflon i inne). Powłoki z tych materiałów nakłada się na metale, ceramiki, szkła, niektóre maty plastyczne, drewno i papier.Pure metals, metal alloys, ceramics (oxides, carbides, nitrides, borides and some glasses), metallic compounds (sulfides, silicides, cermets, intermetallic compounds), some polymer materials (epoxies, nylon, Teflon and others) are used for coatings. Coatings made of these materials are applied to metals, ceramics, glasses, some plastic mats, wood and paper.

Najczęściej metody natryskiwania cieplnego używa się do nanoszenia metali na materiały niemetalowe. Metodę tę nazwano „metalizowaniem”. W „Open Access Library”, Vol. 5/2011, „Technologie natryskiwania cieplnego warstw powierzchniowych” omówiono różne metody natryskiwania cieplnego.Most often, thermal spraying is used to apply metals to non-metallic materials. This method was called "metallization". In "Open Access Library", Vol. 5/2011, "Surface Layer Thermal Spray Technologies" various thermal spray methods are discussed.

Na powłoki stosuje się następujące materiały:The following materials are used for coatings:

• czyste metale, • stopy metali, • ceramiki (tlenki, węgliki, azotki, borki i niektóre szkła), • związki metaliczne (siarczki, krzemki, cermetale, związki międzymetaliczne), • niektóre materiały polimerowe (epoksydy, nylon, teflon i inne).• pure metals, • metal alloys, • ceramics (oxides, carbides, nitrides, borides and some glasses), • metallic compounds (sulfides, silicides, cermets, intermetallic compounds), • some polymer materials (epoxies, nylon, Teflon and others) .

Powłoki z tych materiałów nakłada się na podłożu z materiałów znacznie mniej kosztownych lub łatwiej dostępnych niż powłoka, w tym na metale, ceramiki, szkła, niektóre materiały polimerowe, drewno i papier. Najczęściej metody natryskiwania cieplnego używa się do nanoszenia metali na materiały niemetalowe, wobec czego metodę tę nazwano „metalizowaniem”.Coatings of these materials are applied to a substrate of materials much less expensive or more readily available than the coating, including metals, ceramics, glasses, certain polymeric materials, wood and paper. Most often, thermal spraying is used to apply metals to non-metallic materials, which is why this method is called "metallization".

Drut lity lub proszkowy, pręt lub proszek materiału pokrycia jest umieszczany w płomieniu gazowym, łuku elektrycznym lub plazmowym, gdzie następuje jego stopienie i rozdrobnienie przez strumień gazu, takiego jak argon, azot, lub sprężone powietrze albo w płomieniu gazowym. Strumień gazu porywając ciekłe cząstki o średnicy 0,01-0,05 mm kieruje je na powierzchnię pokrywanego elementu, o którą uderzają, chłodzą się na niej i łączą się z nią. Na podłoże przekazywane jest niewiele ciepła, w wyniku czego jego temperatura podnosi się jedynie do 100-250°C. Natryskiwanie cieplne nie powoduje zatem zmian strukturalnych lub odkształcenia plastycznego podłoża, a tego typu pokrycia mogąThe solid or flux cored wire, rod or powder of the coating material is placed in a gas flame, electric arc or plasma where it is melted and fragmented by a stream of gas such as argon, nitrogen or compressed air or in a gas flame. The gas stream, entraining liquid particles with a diameter of 0.01-0.05 mm, directs them to the surface of the coated element against which they hit, cool on it and merge with it. Little heat is transferred to the substrate, as a result of which its temperature only rises to 100-250 ° C. Thermal spraying therefore does not cause structural changes or plastic deformation of the substrate, and such coatings can

PL 236 584 B1 być m.in. stosowane do cienkich i precyzyjnych elementów oraz do materiałów podatnych na oddziaływanie ciepła, np. do materiałów polimerowych. Natryskiwana powłoka ma strukturę warstwową o różnej koncentracji porów, która może dochodzić nawet do 20%. Grubość powłok jest na ogół większa niż grubość otrzymywana innymi technikami powlekania powierzchni i zwykle mieści się w przedziale 0,05-2,5 mm, chociaż może sięgać do 12 mm. Uzyskiwane powłoki mogą być również cieńsze niż w przypadku pozostałych metod.PL 236 584 B1 be, inter alia, used for thin and precise components and for materials susceptible to heat, e.g. polymer materials. The sprayed coating has a layered structure with a different pore concentration, which can reach up to 20%. The thickness of the coatings is generally greater than that obtained by other surface coating techniques and is usually in the range of 0.05-2.5 mm, although it can be up to 12 mm. The resulting coatings can also be thinner than with other methods.

Pokrycia natryskiwane cieplnie zyskały liczne zastosowania praktyczne, a wśród nich zapewniające:Thermal sprayed coatings have gained numerous practical applications, including:

• ochronę przeciwkorozyjną - Zn lub Al natryskiwane na żeliwa lub stale powodują zwiększenie odporności na korozję, w wyniku czego przedłuża się trwałość mostów, budynków i innych elementów infrastruktury; wewnętrzne powierzchnie kotłów mogą być pokrywane stopami wysokochromowymi w celu zwiększenia ich żaroodporności i odporności na korozję;• anti-corrosion protection - Zn or Al sprayed on cast iron or steel increases the corrosion resistance, resulting in longer life of bridges, buildings and other infrastructure elements; internal surfaces of boilers can be coated with high-chromium alloys to increase their heat resistance and corrosion resistance;

• utwardzanie powierzchniowe - stosowane, gdy wymagana jest mniejsza grubość niż możliwa do uzyskania przez napawanie; typowymi zastosowaniami są cylindry silników samochodowych, pierścienie tłokowe, elementy maszyn tekstylnych, elementy pomp i łożysk; naprawę ubytków powierzchniowych - powierzchnie uszkodzone w wyniku wad technologicznych lub w trakcie eksploatacji mogą być regenerowane przez uzupełnienie ubytków; najczęściej dotyczy to elementów silników lotniczych;• surface hardening - used when a smaller thickness is required than that obtainable by surfacing; typical applications are automotive engine cylinders, piston rings, textile machinery components, pump and bearing components; repair of surface defects - surfaces damaged as a result of technological defects or during operation may be regenerated by filling the defects; most often it concerns aircraft engine components;

• przewodnictwo elektryczne - możliwe jest zapewnienie przewodnictwa elektrycznego na powierzchni słabych przewodników lub materiałów nieprzewodzących prądu elektrycznego; Cu, Al lub Ag są natryskiwane na podłoże ze szkła lub materiałów polimerowych oraz odwrotnie na powierzchnie przewodników są nanoszone warstwy izolacyjne z AbO3;• electrical conductivity - it is possible to provide electrical conductivity on the surface of weak conductors or electrically non-conductive materials; Cu, Al or Ag are sprayed onto the substrate of glass or polymeric materials, and vice versa, insulation layers of AbO3 are applied to the surfaces of the conductors;

• porowatość powierzchni - porowate pokrycia Co lub Ti, a także materiałów ceramicznych są natryskiwane na implanty medyczne w celu zapewnienia adhezji i wzrostu kości lub tkanek;• surface porosity - porous Co or Ti coatings as well as ceramic materials are sprayed onto medical implants to ensure the adhesion and growth of bone or tissue;

• pokrywanie metalami szlachetnymi lub o dużych kosztach - stosowane, gdy niemożliwe jest wykonanie konwencjonalnego platerowania; ze względu na czynniki technologiczne lub ekonomiczne;• coating with precious metals or with high costs - used when it is impossible to perform conventional plating; due to technological or economic factors;

• efekty dekoracyjne - materiały dekoracyjne są natryskiwane na różne produkty oraz na elementy obiektów architektonicznych;• decorative effects - decorative materials are sprayed onto various products and elements of architectural objects;

• odbicie światła - przez natryskiwanie Al na powierzchnię szkła uzyskuje się lustra.• light reflection - mirrors are obtained by spraying Al on the glass surface.

Do negatywnych cech procesu natryskiwania cieplnego zalicza się straty materiału użytkowanego do wytwarzania powłok. Część cząstek natryskiwanych nie osiada bowiem na materiale podłoża. Cząstki znajdujące się na obrzeżach strumienia natryskowego są gwałtownie chłodzone, mają poza tym mniejszą prędkość i w wyniku tego za małą energię, aby ulec odkształceniu i w konsekwencji tego osadzeniu na powierzchni podłoża. W przypadku materiałów powłok o niskiej temperaturze topnienia, część cząstek wyparowuje. Wielkość tych strat wynikających z istoty procesu technologicznego, zależy z jednej strony od temperatury topnienia i parowania materiału powłoki, a z drugiej - od metody natryskiwania, rozwiązania konstrukcyjnego pistoletu do natryskiwania i warunków natryskiwania, a głównie od odległości natryskiwania. Wielkość strat powstająca wskutek stosowania rożnych materiałów powłok i pistoletów o zróżnicowanej konstrukcji może mieć zatem istotny wpływ na koszty wytwarzania powłoki.The negative characteristics of the thermal spraying process include the loss of material used to produce the coatings. Part of the sprayed particles does not settle on the base material. The particles at the periphery of the spray jet are rapidly cooled, moreover their speed is lower and therefore too little energy to deform and consequently deposit on the substrate surface. In the case of low melting point coating materials, some of the particles evaporate. The size of these losses resulting from the essence of the technological process depends on the one hand on the melting and evaporation point of the coating material, and on the other hand - on the spraying method, the spray gun design and spraying conditions, and mainly on the spraying distance. The amount of losses resulting from the use of various coating materials and guns of various designs can therefore have a significant impact on the cost of coating production.

Szerokiemu zastosowaniu natryskiwania cieplnego sprzyja również wykorzystanie ostatnio do tego procesu nowoczesnych urządzeń łukowych, umożliwiających podniesienie jakości powłok i istotne obniżenie kosztów nakładania. W przypadku większych, ciężkich elementów koszt nakładania cynkowej powłoki natryskiwanej cieplnie jest porównywalny z kosztem powłoki zanurzeniowej. Wśród znanych i stosowanych metod wyróżnia się technologie natryskiwania cieplnego:The widespread use of thermal spraying is also favored by the recent use of modern arc devices for this process, enabling the improvement of the quality of coatings and a significant reduction in application costs. For larger, heavy components, the cost of applying a thermally sprayed zinc coating is comparable to that of a dip coating. Among the known and used methods, thermal spray technologies are distinguished:

• płomieniowe klasyczne lub poddźwiękowe, • płomieniowe naddźwiękowe HVOF i HP/HVOF (j. ang.: high velocity oxy fuel), • łukowe, • plazmowe.• classic or subsonic flame, • supersonic HVOF and HP / HVOF (high velocity oxy fuel) flame, • arc, • plasma.

Poniższa tablica przedstawia porównanie podstawowych metod natryskiwania cieplnego (opracowanie według danych E.P. Degarmo, J.T. Blacka i R.A. Kohsera oraz A. Klimpla).The table below presents a comparison of the basic methods of thermal spraying (elaboration according to the data of E.P. Degarmo, J.T. Black and R.A. Kohser and A. Klimpel).

PL 236 584 Β1PL 236 584 Β1

Metoda Method Źródło ciepła Source of heat Temperatura procesu ⁿCProcess temperature ⁿ C Nanoszony materiał Material applied Prędkość uderzających cząstek m/s Impact speed of particles m / s Przyczepność Adhesion Natryskiwanie płomieniowe - drutem Flame spraying - wire płomień flame 3000 3000 metałe metals 180 180 średnia average - proszkiem - powder metale, ceramika, materiały polimerowe metals, ceramics, polymer materials 30 thirty niska short Natryskiwanie naddźwiękowe Supersonic spraying metale, węgliki metals, carbides 600 - 1200 600 - 1200 b. wysoka very high Natryskiwanie łukowe Arc spraying łuk elektryczny arc electric 5000-6000 5000-6000 tylko metale only metals 250 250 wysoka tall Natryskiwanie plazmowe Plasma spraying 8000-20000 8000-20000 wszystkie all 250 - 1200 250 - 1200 wysoka tall

W natryskiwaniu płomieniowym wykorzystuje się spalanie paliwa (zazwyczaj propanu lub acetylenu) w tlenie w celu roztopienia materiału mającego utworzyć powłokę. Materiał może być podawany w formie drutu, proszku lub pręta. Przy zastosowaniu drutu (CWS) o średnicy 5 mm wydajność stapiania jest do 10 kg/h, zaś ciśnienie gazu rozpylająco-transportującego dochodzi do 1 MPa. Stosuje się odległość wylotu dyszy od natryskiwanego podłoża 100-250 mm.Flame spraying uses the combustion of fuel (usually propane or acetylene) in oxygen to melt the material to form the coating. The material can be fed in the form of wire, powder or rod. When using a wire (CWS) with a diameter of 5 mm, the deposition rate is up to 10 kg / h, and the pressure of the atomizing and transporting gas reaches 1 MPa. The distance between the nozzle outlet and the sprayed substrate is 100-250 mm.

Natryskiwanie płomieniowe przy zastosowaniu proszku (CPS) umożliwia nanoszenie powłok metalowych o niemal dowolnym składzie oraz niektórych powłok ceramicznych i ceramiczno-metalowych. Gazem transportującym najczęściej jest sprężone powietrze mieszane na wylocie z dyszy z mieszanką palną. Wydajność stapiania zwykle nie przekracza 3 kg/h, ale może być wyższa przy metalach niskotopliwych. Metody te stosuje się do regeneracji zużytych części stalowych lub z brązu, w sytuacji gdy jest dobre odprowadzanie dużych ilości ciepła przez natryskiwane podłoże.Flame spraying with powder (CPS) allows the application of metal coatings of almost any composition and some ceramic and ceramic-metal coatings. The most common transporting gas is compressed air mixed at the outlet of the nozzle with a combustible mixture. The deposition rate usually does not exceed 3 kg / h, but may be higher with low-melting metals. These methods are used for the regeneration of worn steel or bronze parts where it is good to dissipate large amounts of heat through the substrate being sprayed.

Przy natryskiwaniu płomieniowym naddźwiękowym cząstki metalu powłokowego osiągają prędkość od 600 do 1200 m/s. Najczęściej stosuje się podobne gazy co powyżej: propan, wodór, propylen. Powłoki natryskane mają bardzo niską porowatość i małą zawartość tlenków oraz bardzo dużą wytrzymałość obszaru dyfuzyjnego połączenia powłoki z natryskiwanym podłożem.In supersonic flame spraying, the coating metal particles reach speeds of 600 to 1200 m / s. The most commonly used gases are similar to those above: propane, hydrogen, propylene. Sprayed coatings have a very low porosity and a low content of oxides as well as very high strength of the diffusion area of the connection between the coating and the sprayed substrate.

Ze względu na relatywnie niską temperaturę oraz stosunkowo niewielką szybkość cząsteczek natryskiwanego materiału, uzyskiwana powłoka w wyniku natryskiwania płomieniowego charakteryzuje się porowatością do 10% i stosunkowo małą przyczepnością. Natryskiwanie płomieniowe stosuje się, jeśli konieczne jest ograniczenie kosztów, natomiast niższa jakość pokrycia jest akceptowalna. Typowe aplikacje to:Due to the relatively low temperature and relatively low speed of the particles of the sprayed material, the coating obtained as a result of flame spraying is characterized by porosity up to 10% and relatively low adhesion. Flame spraying is used when cost reduction is required, but lower quality coverage is acceptable. Common applications are:

• ochrona przed korozją elementów i całych konstrukcji (np. mostów, platform wiertniczych, butli z ciekłym paliwem gazowym) warstwami z aluminium lub cynku; aluminium jest bardziej kosztowne, ale jest odporne na kwaśną atmosferę (występującą podczas przetwarzania paliw kopalnych) i roztwory obojętne, natomiast cynk wykazuje odporność na korozję zasadową, regeneracja zużytych elementów (zazwyczaj stalowych lub ze stopów miedzi), zwłaszcza wałków w miejscu łożyskowania; powłoki są dość porowate, więc substancje smarujące mogą wnikać w pory polepszając pracę łożyska, • nanoszenie powłok polimerowych.• corrosion protection of elements and entire structures (eg bridges, oil rigs, cylinders with liquid gas fuel) with aluminum or zinc layers; aluminum is more expensive, but is resistant to acidic atmosphere (occurring during the processing of fossil fuels) and neutral solutions, while zinc is resistant to alkaline corrosion, regeneration of worn elements (usually steel or copper alloys), especially shafts at the bearing point; the coatings are quite porous, so lubricants can penetrate into the pores, improving bearing performance, • applying polymer coatings.

Przy natryskiwaniu plazmowym (APS) proszek metaliczny (lub z niemetali) stapiany jest w strumieniu plazmy i roztopione cząstki kierowane są przez strumień gazu plazmowego na pokrywaną powierzchnię. Łuk plazmowy o temperaturze do ok. 16 000 °C jest zajarzany między nietopliwą katodą wolframową a anodą miedzianą, stanowiącą równocześnie dyszę wylotową dla strumienia plazmy i natryskiwanych cząstek. Aby zabezpieczyć elektrody przed stopieniem, palnik plazmowy jest intensywnie chłodzony wodą. Jako gazy plazmowe stosuje się argon lub azot, a jako gaz pomocniczy wodór lub hel. Gazy służą do wytworzenia plazmy, stabilizacji jarzenia się łuku wewnątrz palnika i przenoszenia proszku plazmowego. Dla uzyskania powłok odpornych na ścieranie stosuje się druty z rdzeniem i płaszczem. Tę metodę stosuje się również na pokrycia antykorozyjne z cynku lub aluminium dla dużych elementów takich jak mosty.In plasma spraying (APS), metallic (or non-metallic) powder is fused in the plasma stream and the molten particles are directed by the plasma gas stream onto the surface to be coated. The plasma arc with a temperature of up to approx. 16,000 ° C is struck between the infusible tungsten cathode and the copper anode, which is also the outlet nozzle for the plasma jet and the sprayed particles. To prevent the electrodes from melting, the plasma torch is intensively cooled with water. Argon or nitrogen is used as plasma gases and hydrogen or helium is used as auxiliary gas. The gases are used to create plasma, stabilize the glow of the arc inside the torch, and transport the plasma powder. Core and jacketed wires are used to obtain abrasion-resistant coatings. This method is also used for zinc or aluminum corrosion protection coatings for large components such as bridges.

PL 236 584 Β1PL 236 584 Β1

W celu porównania różnych metod natryskiwania zestawiono poniżej ich parametry.In order to compare the different spraying methods, their parameters are summarized below.

Adhezja MPa Adhesion of MPa Zawartość tlenków Oxides content Porowatość % Porosity% Prędkość nanoszenia kg/h Application speed kg / h Typowa grubość powłoki mm Typical coating thickness mm Płomieniowe Flame <8 <8 10-15 10-15 10 - 15 10 - 15 1 -10 1 -10 0,2 - 10 0.2 - 10 Łukowe Arched 10-30 10-30 10-20 10-20 5 - 10 5 - 10 6-60 6-60 0,2-10 0.2-10 Plazmowe Plasma 20-70 20-70 1-3 1-3 5 - 10 5 - 10 1 - 5 1 - 5 0,2 - 2 0.2 - 2 Naddźwiękowe Supersonic >70 > 70 1-2 1-2 1-2 1-2 1 - 5 1 - 5 0,2-2 0.2-2

Powłoki natryskiwane płomieniowo naddźwiękowo (HVOF) przy zastosowaniu proszków: na bazie miedzi - charakteryzuje dobra przewodność cieplna i elektryczna, na bazie niklu - charakteryzuje wysoka przyczepność do podłoża, żaroodporność i odporność na korozję.Supersonic flame sprayed coatings (HVOF) with the use of powders: copper-based - good thermal and electrical conductivity, nickel-based - characterized by high adhesion to the substrate, heat resistance and corrosion resistance.

Typowymi własnościami powłok natryskiwanych cieplnie w zależności od zastosowanych materiałów i warunków ich pracy są między innymi:Typical properties of thermally sprayed coatings depending on the materials used and their working conditions are, among others:

- odporność na korozję - np. stosując cynk, aluminium, stal kwasoodporną;- corrosion resistance - e.g. by using zinc, aluminum, acid-resistant steel;

- żarowytrzymałość - np. stosując tlenki aluminium i tlenki tytanu;- creep resistance - e.g. using aluminum oxides and titanium oxides;

- właściwości trybologiczne - np. stosując stop łożyskowy (babbit), brąz;- tribological properties - e.g. using a bearing alloy (babbit), bronze;

- odporność na ścieranie - np. węgliki wolframu, węgliki chromu, tlenek chromu;- abrasion resistance - e.g. tungsten carbides, chromium carbides, chromium oxide;

- cieplną i elektryczną przewodność - np. stosując miedź;- thermal and electrical conductivity - e.g. using copper;

- dobrą obrabialność - np. stosując stale niskowęglowe, stale niskostopowe;- good machinability - e.g. using low carbon steels, low alloy steels;

Powłoki wykonane z proszku na bazie kobaltu zapewniają odporność na korozję w wysokich temperaturach oraz wysoką odporność na zużycie erozyjne, na bazie chromu zapewniają odporność na zużycie przez tarcie, kawitację i erozję metali w temperaturach 540-815°C, na bazie wolframu zapewniają odporność na zużycie przez tarcie w temperaturach do 500°C, na bazie niklu zapewniają wysoką przyczepność do podłoża, żaroodporność i odporność na korozję.Coatings made of cobalt-based powder provide corrosion resistance at high temperatures and high resistance to erosive wear, on the basis of chromium provide resistance to wear by friction, cavitation and metal erosion at 540-815 ° C, on the basis of tungsten ensure wear resistance by friction at temperatures up to 500 ° C, nickel based, provide high adhesion to the substrate, heat resistance and corrosion resistance.

Prawie wszystkie te metody stosowane są do dużych lub stosunkowo dużych gabarytowo elementów, jak wały przekładni i reduktorów, czopy na wałach 5-6 metrowych, łopatki turbin parowych, łopaty turbin wodnych itp.Almost all of these methods are used for large or relatively large-size components, such as gear shafts and reducers, pivots on 5-6 meter shafts, steam turbine blades, water turbine blades, etc.

Przed natryskiwaniem przygotowuje się powierzchnię podłoża poprzez piaskowanie, zwykle sprężonym strumieniem wody z domieszką ścierniwa - tak zwana obróbka hydro-ścierna, która nie uszkadza struktury materiału podłoża, a po spłukaniu suszy się element natryskiwany w suszarce.Before spraying, the surface of the substrate is prepared by sandblasting, usually with a compressed water jet mixed with abrasive - the so-called hydro-abrasive treatment, which does not damage the structure of the substrate material, and after rinsing, the sprayed part is dried in a dryer.

W natryskiwaniu łukowym rolę elektrod, pomiędzy którymi dochodzi do wyładowania pełni para drutów z materiału przewodzącego elektrycznie, litych lub proszkowych podawanych z taką samą prędkością. Strumień gazu podawany w obszar łuku powoduje rozpylenie roztopionego metalu i kieruje go na podłoże. Druty pełnią rolę elektrod, pomiędzy którymi dochodzi do wyładowania. Stopiony materiał jest atomizowany sprężonym powietrzem i przyspieszany w kierunku podłoża. Cząstki materiału uderzając w podłoże, gwałtownie chłodzą się i zestalając tworzą powłokę.In arc spraying, the role of the electrodes between which the discharge takes place is played by a pair of wires made of electrically conductive material, solid or powder, fed at the same speed. The gas stream injected into the arc area causes the molten metal to be sprayed and directed to the substrate. The wires act as electrodes between which the discharge occurs. The molten material is atomized with compressed air and accelerated towards the substrate. The material particles hitting the substrate rapidly cool down and solidify to form a coating.

Poprawnie realizowany proces natryskiwania łukowego określa się mianem „cold process” - zimnego procesu, ponieważ temperatura podłoża pozostaje niska, zapobiega to jego uszkodzeniom, odkształcaniu i zmianom składu chemicznego. Nie zawsze jednak jest to pożądane, nakładanie gorącej warstwy na zimne podłoże prowadzi do generacji większej ilości naprężeń podczas stygnięcia. Z tego powodu czasem podczas natryskiwania łukowego używa się dodatkowego palnika do grzania podłoża.Correctly carried out arc spraying process is called a "cold process" - a cold process, because the temperature of the substrate remains low, it prevents its damage, deformation and changes in chemical composition. However, this is not always desirable, as applying the hot coat to a cold substrate leads to the generation of more stresses as it cools. For this reason, an auxiliary burner is sometimes used to heat the substrate during arc spraying.

Średnica drutu to typowo 2-5 mm, cząstki mogą osiągać prędkości do 150 m/s. Palnik zasilany jest zwykle mocą 5-10 kW, temperatura w łuku może osiągać 6100°C przy prądzie 280 A. Napięcie łuku wynosi typowo 20-40 V. Uzyskuje się warstwy o porowatości 10-20%, o grubości zwykle 0,1-1,5 mm.Wire diameter is typically 2-5 mm, particles can reach speeds of up to 150 m / s. The burner is usually supplied with a power of 5-10 kW, the temperature in the arc can reach 6100 ° C with a current of 280 A. The arc voltage is typically 20-40 V. The resulting layers are 10-20% porous, usually 0.1-1 thick. .5 mm.

Przy natryskiwaniu łukowym źródłem ciepła wykorzystanym do stopienia materiału jest łuk elektryczny zajarzony między końcówkami dwóch drutów podawanych równomiernie do urządzenia metalizacyjnego. Temperatura łuku jest wyższa niż przy natryskiwaniu płomieniowym i zwykle wynosi ok. 4000-5000°C. Sprężone powietrze wprowadzone centralnie w obszar łuku rozpyla i przyspiesza stopione cząstki metalu.In arc spraying, the heat source used to melt the material is an electric arc struck between the ends of two wires fed evenly to the metallizing device. The arc temperature is higher than for flame spraying and is usually in the range of 4000-5000 ° C. Compressed air introduced centrally into the arc area atomizes and accelerates the molten metal particles.

Ze względu na wysoką wydajność procesu, natryskiwanie łukowe stosuje się głównie do nakładania powłok antykorozyjnych cynkowych i aluminiowych na dużych konstrukcjach, a także do nakładaniaDue to the high efficiency of the process, arc spraying is mainly used for the application of zinc and aluminum anti-corrosion coatings on large structures, as well as for the application of

PL 236 584 B1 metalowych powłok regeneracyjnych. Wysoka temperatura łuku może powodować większe wypalanie węgla i składników stopowych zawartych w stali niż przy natryskiwaniu płomieniowym.Of metal regenerative coatings. The high temperature of the arc can burn more carbon and alloying elements in the steel than with flame spraying.

Do natryskiwania łukowego można stosować zarówno druty pełne, wykonane z danego stopu metalu, jak również druty proszkowe zawierające w otulinie stalowej mieszaninę proszków metali czy nawet dodatek węglików. Możliwe jest również natryskiwanie z wykorzystaniem dwóch drutów wykonanych z różnych materiałów. Własności użytkowe wytworzonych w ten sposób powłok są wypadkową własności zastosowanych materiałów. Powłoki wytworzone techniką natryskiwania łukowego są zwykle gęstsze i wytrzymalsze niż naniesione natryskiwaniem płomieniowym. Niskie koszty, duża prędkość nanoszenia i efektywność sprawiają, że natryskiwaniem łukowym można pokrywać duże powierzchnie. Wadą natryskiwania łukowego jest konieczność stosowania drutów przewodzących elektryczność, a jeśli istnieje potrzeba grzania podłoża podczas nanoszenia, trzeba stosować osobne źródło ciepła. Oprócz drutów z jednolitych metali i stopów stosuje się druty złożone z rdzenia i płaszcza (np.: WC-W2C w powłoce Co), zwykle płaszcz ma 50-proc. udział w kompozycji. Procesy natryskiwania cieplnego stosowane są na pokrycia ochronne, aluminiowe lub modyfikowane na osnowie aluminium, takie jak: Al-Si, Al-Cr, Al-Pt, Pt-Al-Cr, co umożliwia zwiększenie maksymalnej temperatury pracy powyżej 1100°C, w której spełniane są wymagania odpowiednich własności użytkowych przez stopy Ni krystalizowane kierunkowo oraz monokryształy.For arc spraying, both solid wires made of a given metal alloy can be used, as well as flux-cored wires containing a mixture of metal powders in the steel cover or even the addition of carbides. It is also possible to spray with two wires made of different materials. The functional properties of the coatings produced in this way are the resultant of the properties of the materials used. Arc spray coatings are generally denser and stronger than flame spray coatings. Low costs, high application speed and efficiency make it possible to spray large areas with arc spraying. The disadvantage of arc spraying is the need to use electrically conductive wires, and if there is a need to heat the substrate during application, a separate heat source must be used. In addition to wires made of uniform metals and alloys, wires composed of a core and a sheath are used (e.g. WC-W2C in a Co sheath), usually the sheath is 50% participation in the composition. Thermal spraying processes are used for protective coatings, aluminum or modified on an aluminum matrix, such as: Al-Si, Al-Cr, Al-Pt, Pt-Al-Cr, which allows to increase the maximum operating temperature above 1100 ° C, in which the requirements of appropriate functional properties are met by directionally crystallized Ni alloys and single crystals.

Dalsze możliwości zwiększania temperatury pracy, zwłaszcza na elementy turbin gazowych, poprzez modyfikację składu chemicznego stopów lub technologii otrzymywania elementów są coraz bardziej ograniczone. Pokrycia opisywane ogólnie jako MeCrAlY, gdzie Me to Co, Ni, NiCo, a także CoNiCrAlYHfSi oraz CoCrAlYSi oraz pokrycia typu barier cieplnych TBC (j. ang.: thermal barrier coating), tworzących izolację cieplną chroniącą stop przed oddziaływaniem wysokiej temperatury. Materiałem na te pokrycia jest ZrO2-Y2O3 lub AhO3, Al2O3+5% Ni, a jako międzywarstwy stosowane są pokrycia typu Me-CrAl. Rodzaj i morfologia warstw w różnym stopniu oddziałują na trwałość zmęczeniową stopów niklu z pokryciami. Najkorzystniej zachowują się warstwy adhezyjno-dyfuzyjne.Further possibilities of increasing the operating temperature, especially for gas turbine elements, by modifying the chemical composition of the alloys or the technology of producing elements are more and more limited. Coatings generally described as MeCrAlY, where Me is Co, Ni, NiCo, as well as CoNiCrAlYHfSi and CoCrAlYSi, and TBC thermal barrier coatings, creating thermal insulation that protects the alloy against high temperature. The material for these coatings is ZrO2-Y2O3 or AhO3, Al2O3 + 5% Ni, and the Me-CrAl type coatings are used as interlayers. The type and morphology of the layers have a different effect on the fatigue life of nickel alloys with coatings. The adhesive-diffusion layers are the most advantageous.

W. Milewski, A. Olbrycht, S. Pawlik [„Wpływ rodzaju układu rozpylającego i sposobu natryskiwania na koszty wykonania powłok natryskiwanych łukowo”, Przegląd Spawalnictwa, Volume: R. 84, nr 9, 2012 ] omówili wyniki badań wpływu odległości natryskiwania, kąta natryskiwania, napięcia łuku, ciśnienia powietrza rozpylającego, rodzaju materiału powłokowego oraz rodzaju układu rozpylającego w pistoletach łukowych na wielkość strat materiału powłokowego, a więc koszty materiałowe. Badania wykonane zgodnie z normą PN-EN ISO 17836 wykazały, że przy nadmiernym zwiększeniu odległości natryskiwania koszty materiałowe mogą wzrosnąć nawet dwukrotnie. Stwierdzono, że dzięki zastosowaniu stopu Zn-Al zamiast Zn można koszty materiałowe zmniejszyć o ok. 10:12%.W. Milewski, A. Olbrycht, S. Pawlik ["Influence of the type of spraying system and spraying method on the costs of making arc sprayed coatings", Przegląd Spawalnictwa, Volume: R. 84, No. 9, 2012] discussed the results of research on the impact of spraying distance, angle spraying, arc voltage, atomizing air pressure, type of coating material and type of spraying system in arc guns on the amount of coating material loss, i.e. material costs. The tests carried out in accordance with the PN-EN ISO 17836 standard have shown that when the spraying distance is increased too much, material costs can even double. It was found that by using the Zn-Al alloy instead of Zn, material costs can be reduced by approx. 10: 12%.

Badano zastosowanie drutów proszkowych do łukowego natryskiwania powłok [W. Milewski, A. Olbrycht, S. Pawlik, H. Pokhmurska, „Zastosowanie drutów proszkowych do łukowego natryskiwania powłok żaroodpornych”, Inżynieria Powierzchni, Volume: 19, Issue: 4, IMP, Warszawa 2014] i przedstawiono wyniki natryskiwania łukowego wielowarstwowej powłoki składającej się z międzywarstwy NiAl, warstwy z drutu proszkowego (Fe-Cr) oraz Al. Zbadano żaroodporność powłoki, jej odporność na zużycie oraz przeprowadzono badania metalograficzne. Stwierdzono, że natryskana wielowarstwowa powłoka bardzo dobrze zabezpiecza przed utlenianiem stalowe podłoże w temp. 550°C i 900°C .The use of flux-cored wires for arc spraying of coatings was investigated [W. Milewski, A. Olbrycht, S. Pawlik, H. Pokhmurska, "The use of flux-cored wires for arc spraying of heat-resistant coatings", Inżynieria Surface, Volume: 19, Issue: 4, IMP, Warsaw 2014] and the results of arc spraying of a multilayer coating consisting of NiAl interlayer, powder wire layer (Fe-Cr) and Al. The heat resistance of the coating and its wear resistance were tested and metallographic tests were performed. It was found that the sprayed multilayer coating protects the steel substrate against oxidation very well at 550 ° C and 900 ° C.

Zdaniem Z. Kurzyny [„Kształtowanie powierzchni wewnętrznych cylindrów technologią natryskiwania cieplnego metali” Pol. Rzeszowska, Rzeszów,] grubość powłoki natryskiwanej łukowo wynosi około 0,2-2 mm, porowatość około 5-10%, zawartość tlenków do 10%. Największy wpływ na porowatość powłoki ma ciśnienie i wydajność gazu jak również odległość palnika od powierzchni natryskiwanej. Małe wymiary rozpylonych cząstek ograniczają nagrzewanie podłoża, którego temperatura nie przekracza 100°C. Natryskiwanie łukowe jest najtańszym procesem natryskiwania cieplnego.According to Z. Kurzyna ["Shaping the internal surfaces of cylinders with the technology of thermal spraying of metals" Pol. Rzeszowska, Rzeszów,] the thickness of the arc sprayed coating is about 0.2-2 mm, the porosity is about 5-10%, and the oxide content is up to 10%. The pressure and efficiency of the gas as well as the distance of the torch from the sprayed surface have the greatest influence on the porosity of the coating. The small dimensions of the atomized particles limit the heating of the substrate, the temperature of which does not exceed 100 ° C. Arc spraying is the cheapest thermal spraying process.

Przy natryskiwaniu powłok stalowych należy unikać powstawania tlenków Fe2O3, które są materiałem ściernym. Przy wysokich temperaturach natryskiwania może dochodzić do wypalania niektórych składników materiału. Podczas natryskiwania łukowego stali ubywa do 45% węgla i do 50% krzemu i manganu. [T. Szulc, „Natryskiwanie termiczne”].When spraying steel coatings, the formation of Fe2O3 oxides, which is an abrasive material, should be avoided. Material components can burn out at high spray temperatures. During arc spraying of steel, up to 45% of carbon and up to 50% of silicon and manganese are lost. [T. Szulc, "Thermal spraying"].

Natryskiwanie łukowe stosowane jest w wielu gałęziach przemysłu. Firma Mercedes - Benz opracowała i wprowadziła do seryjnej produkcji technologię łukowego natryskiwania cieplnego gładzi cylindra. Druty ze stopu żelaza z węglem są topione w łuku elektrycznym, a stopiony materiał jest rozpylany na ściance cylindra. Powłoka jest następnie poddawana gładzeniu, którego efektem jest bardzo gładka,Arc spraying is used in many industries. The Mercedes-Benz company has developed and introduced into serial production the technology of thermal arc spraying of cylinder surface. The iron-carbon alloy wires are melted in an electric arc and the molten material is sprayed onto the cylinder wall. The coating is then honed, which results in a very smooth, smooth

PL 236 584 B1 lustrzana powierzchnia. W trakcie procesu gładzenia odsłaniane są pory w materiale powłoki stanowiące mikrozbiorniki oleju. Technologię natryskiwania cieplnego łukiem elektrycznym stosuje również BMW w sześciocylindrowych silnikach samochodów sportowych BMW M3 sedan oraz BMW M4 Coupe.Mirror surface. During the honing process, pores in the coating material, constituting micro oil reservoirs, are exposed. BMW also uses electric arc thermal spray technology in the BMW M3 sedan and BMW M4 Coupe six-cylinder sports car engines.

Metodę wytwarzania powłoki odpornej na korozję i ścieranie za pomocą naddźwiękowego elektrycznego natryskiwania łukowego ujawnia opis CN105331920. Metoda ta obejmuje kilka etapów. Matryca jest czyszczona szorstkim elementem, przez co usuwane są z niej zanieczyszczenia, wykorzystuje się tester chropowatości do przeprowadzenia kontroli jakości części matrycy poddawanej natryskiwaniu. Do natryskiwania używany jest materiał odporny na ścieranie taki jak stop monelu lub stop kobaltowozłoty lub stop niklowo-wolframowy lub wybrany twardy kompozyt. Naddźwiękowe elektryczne natryskiwanie łukowe przeprowadza się na części przygotowanej warstwy metalu, przy czym prędkość rozpylania wynosi od 300 m/s do 400 m/s. Przeprowadza się je niezależnie od napięcia powierzchniowego na powłoce, przy czym suszenie przeprowadza się w temperaturze w zakresie od 800°C do 1200°C. Warstwa odporna na korozję i ścieranie jest przygotowana, jeśli twardość powłoki wynosi HV397. Powłoka ma budowę strukturalną, wskaźnik porowatości powłoki wynosi od 0,9% do 2,3%, a średnia wielkość natryskiwanych cząstek wynosi 4,32 mikrometrów. Otrzymana powłoka jest bardziej spoista, ma niższy wskaźnik porowatości, jest bardziej zwarta, nie jest zdeformowana, oraz posiada wysoką odporność na korozję i ścieranie.The method of producing a corrosion and abrasion resistant coating by means of supersonic electric arc spraying is disclosed in CN105331920. This method involves several steps. The matrix is cleaned with a rough element, which removes impurities from it, a roughness tester is used to carry out quality control of the part of the matrix being sprayed. An abrasion resistant material such as Monel alloy or cobalt gold alloy or nickel tungsten alloy or selected hard composite is used for spraying. Supersonic electric arc spraying is carried out on a part of the prepared metal layer, the spraying speed being from 300 m / s to 400 m / s. They are carried out independently of the surface tension on the coating, and drying is carried out at a temperature ranging from 800 ° C to 1200 ° C. The corrosion and abrasion resistant layer is prepared when the hardness of the coating is HV397. The coating is structured, the coating has a porosity index of 0.9% to 2.3% and the average spray particle size is 4.32 micrometers. The resulting coating is more cohesive, has a lower porosity index, is more compact, is not deformed, and has high corrosion and abrasion resistance.

W opisie zgłoszeniowym EP2845655A1 omówiony jest sposób łukowego natryskiwania na korek materiału powłoki ochronnej zawierającej tlenek żelaza. Optymalną była odległość 1000 mm od łuku do natryskiwanej powierzchni.EP2845655A1 describes a method of arc spraying a protective coating material containing iron oxide onto a plug. A distance of 1000 mm from the arc to the sprayed surface was optimal.

Ujawniona w opisie CN105385978A metoda elektrycznego natryskiwania łukowego obejmuje etap wstępnej obróbki materiału podłoża, podgrzewanie, wybranie właściwego napięcia elektrycznego natryskiwania łukowego oraz odpowiedniego strumienia natrysku elektrycznego natryskiwania łukowego i obróbki cieplnej. Materiał podstawowy zawiera stal węglową taką jak Q235 i stop magnezu. Wstępna obróbka powierzchni materiału podstawowego obejmuje oczyszczanie powierzchni i piaskowanie. Napięcie elektryczne natryskiwania łukowego wynosi 20 V-50 V, a natężenie prądu w elektrycznym natryskiwaniu łukowym wynosi 140-160 A. Rozpylanym materiałem jest drut aluminiowy lub stal 3Crl3, odległość natryskiwania wynosi od 130 mm do 200 mm. Temperatura obróbki wstępnej i obróbki cieplnej wynosi do 100°C do 300°C. Metoda ta stosowana jest do natryskiwania powierzchni ze stopu magnezu i zwykłej stali węglowej.The electric arc spraying method disclosed in the description of CN105385978A includes the step of pre-treating the substrate material, heating, selecting the correct electric arc spraying voltage and the appropriate electric arc spraying spray jet and heat treatment. The base material comprises carbon steel such as Q235 and a magnesium alloy. Pretreatment of the surface of the base material includes surface cleaning and sandblasting. The electric arc spraying voltage is 20V-50V, and the electric arc spraying current is 140-160A. The material sprayed is aluminum wire or 3Crl3 steel, spraying distance is 130mm to 200mm. The temperature of the pretreatment and heat treatment is up to 100 ° C to 300 ° C. This method is used to spray surfaces made of magnesium alloy and ordinary carbon steel.

Natryskiwanie łukowe drutem rdzeniowym stosowanym do ponownego stopienia ujawnione jest w opisie CN103173711A. Sproszkowany rdzeń zawiera w sobie składniki, odpowiednio masowo wynoszące: 6-15% Ni, 5-13% Cr, 4-8% Al, 5% B, 3% Nb oraz 1-3% mieszanki bazowo-niklowej. Mieszanka bazowo-niklowa (RE) zawiera w sobie składniki, odpowiednio masowo wynoszące: 60% Ni i 40% mieszanki RE. Mieszanka RE zawiera w sobie składniki, odpowiednio masowo wynoszące: 25-28% La, 48-52% Ce, 14-17% Nb oraz 4-6% Pu. Sproszkowany rdzeń równoważy Fe. Powłoka po natryskiwaniu łukowym zapewnia wynalazkowi średnią twardość na poziomie 530 HV0.1, średnią wytrzymałość spoiwa na poziomie 38 MPa, średnią porowatość na poziomie 14,2% oraz średnią zawartość tlenu na poziomie 8,72%. Po ponownym naprawczym przetopieniu średnia twardość powłoki zwiększyła się do poziomu 770 HV0.1 oraz zasadniczo tworzy wiązanie metalurgiczne z podłożem. Po ponownym przetopieniu materiał powłoki drutu ma dobrą odporność na ścieranie, odporność na erozję oraz odporność na obciążenia.Arc spraying with a cored wire used for remelting is disclosed in CN103173711A. The powdered core contains the following components, suitably by weight: 6-15% Ni, 5-13% Cr, 4-8% Al, 5% B, 3% Nb and 1-3% base-nickel blend. The base-nickel mixture (RE) contains components, respectively by mass amounting to: 60% Ni and 40% of the RE mixture. The RE blend contains the following components, respectively by weight: 25-28% La, 48-52% Ce, 14-17% Nb and 4-6% Pu. The powdered core balances the Fe. The arc spray coating provides the invention with an average hardness of 530 HV0.1, an average binder strength of 38 MPa, an average porosity of 14.2% and an average oxygen content of 8.72%. After remedial remelting, the average hardness of the coating increased to 770 HV0.1 and essentially forms a metallurgical bond with the substrate. After remelting, the wire coating material has good abrasion resistance, erosion resistance and load resistance.

Celem wynalazku jest rozwiązanie naniesienia powłoki ochronnej na wykonane ze stosunkowo cienkiej blachy stalowej żebra ślimaka, eliminując oddziaływanie dużych ilości ciepła na blachę, które powodują przemiany mikrostrukturalne w materiale rodzimym. Wymaga to zarówno określenia zamierzonego składu powłoki, jak i sposobu jej nanoszenia.The aim of the invention is to apply a protective coating to the screw ribs made of relatively thin steel sheet, eliminating the effect of large amounts of heat on the sheet, which cause microstructural changes in the base material. This requires both the intended composition of the coating and the method of its application.

Istotą rozwiązania według wynalazku jest natryskiwana łukowo powłoka z materiału powłokowego w postaci drutu proszkowego o składzie wagowym: 0,9% do 1,1% węgla, korzystnie 1,0% węgla C, 1,3% do 1,5% krzemu Si, korzystnie 1,4% krzemu Si, manganu Mn 0,85% do 1,0%, korzystnie 0,9% manganu Mn, chromu Cr 22% do 24%, korzystnie 22,5% chromu Cr, wanadu W 1,2% do 1,7%, korzystnie 1,5% wanadu W, boru 4,2% do 4,5%, korzystnie 4,2% boru B, molibdenu Mo 2,8% do 3,2%, korzystnie 3,0% molibdenu Mo i w pozostałej części osnowy żelaza Fe z niezbędnymi składnikami topliwymi, przy czym średnia wartość porowatości jest od 4 do 2%, korzystnie 2%. Korzystnie natryskiwane łukowo kolejne warstewki spojone są energią ciśnienia powyżej 5 bar gazu transportującego podawanego z odległości 75 do 85 mm od natryskiwanej powierzchni.The essence of the solution according to the invention is an arc sprayed coating of a coating material in the form of a flux-cored wire with a weight composition of: 0.9% to 1.1% carbon, preferably 1.0% carbon C, 1.3% to 1.5% silicon Si, preferably 1.4% silicon Si, manganese Mn 0.85% to 1.0%, preferably 0.9% manganese Mn, chromium Cr 22% to 24%, preferably 22.5% chromium Cr, vanadium W 1.2% up to 1.7%, preferably 1.5% vanadium W, boron 4.2% to 4.5%, preferably 4.2% boron B, molybdenum Mo 2.8% to 3.2%, preferably 3.0% Mo molybdenum and in the remainder of the iron Fe matrix with the necessary fusible components, the average value of the porosity being from 4 to 2%, preferably 2%. Preferably, the arc-sprayed successive layers are bonded with a pressure energy above 5 bar of transport gas fed at a distance of 75 to 85 mm from the sprayed surface.

PL 236 584 B1PL 236 584 B1

Nieoczekiwanie okazało się, że po dodaniu molibdenu Mo do składu drutów proszkowych stosowanych jako elektrody do natryskiwania łukowego i przy zmianie parametrów natryskiwania łukowego poprzez zwiększenie prędkość liniowej, przesuwu łuku elektrycznego jarzonego nad powierzchnią blachy powyżej 40 m/min, przy zmniejszonym natężeniu prądu zasilającego łuk elektryczny do 130 A oraz przy zwiększonym do ponad 5 bar ciśnieniu gazu transportującego cząsteczki do natryskiwanej powłoki, powłoka na cienkiej blasze posiada nie tylko lepsze właściwości mechaniczne, ale że uzyskano również redukcję porowatości do wartości średniej wynoszącej 2%. Struktura krystaliczna natryskiwanej blachy nie uległa pogorszeniu, gdyż ilość ciepła przekazywanego podczas natryskiwania została istotnie zredukowana. W konwencjonalnym aspekcie parametrowym porowatość natryskiwanej łukowo powłoki wynosi ona najmniej 5%. Zmniejszona zawartość porów w objętości powłoki zmniejsza, lub całkowicie eliminuje, ryzyko powstania kanałów dwukierunkowej dyfuzji substratów z korozyjnego środowiska pracy do podłoża oraz składników podłoża ponad powierzchnię powłoki, a tym samym znacznie zmniejszone zostało ryzyko powstawania korozji podpowłokowej.Surprisingly, it turned out that after adding Mo molybdenum to the composition of flux-cored wires used as electrodes for arc spraying and changing the parameters of the arc spraying by increasing the linear speed, the travel of the electric arc over the sheet surface above 40 m / min, with a reduced current supplying the electric arc up to 130 A and with an increased gas pressure of more than 5 bar transporting the particles to the spray coating, the coating on the sheet metal not only has better mechanical properties, but also a reduction of the porosity to an average value of 2% was achieved. The crystal structure of the sprayed sheet metal did not deteriorate as the amount of heat transferred during spraying was significantly reduced. In the conventional parameter aspect, the porosity of the arc sprayed coating is at least 5%. The reduced pore content in the coating volume reduces or completely eliminates the risk of formation of channels for bidirectional diffusion of substrates from the corrosive working environment into the substrate and substrate components above the coating surface, and thus the risk of undercoat corrosion is significantly reduced.

Przekrój powłoki w powiększeniu mikroskopowym został przedstawiony na rysunku w Fig. 1 i Fig. 2.A cross-section of the coating at microscopic magnification is shown in Fig. 1 and Fig. 2 in the drawing.

Powłoka ochronna na powierzchnię ślimaka transportowego natryskiwana jest przy łuku elektrycznym z wykorzystaniem jako elektrod drutów proszkowych na osnowie żelaza i zawierających korzystnie mangan, chrom, wanad, bor, krzem i węgiel. Powłoka ochronna jest z materiału powłokowego w postaci drutu proszkowego o składzie Wagowym: 0,9% do 1,1% węgla, korzystnie 1,0% węgla C, 1,3% do 1,5% krzemu Si, korzystnie 1,4% krzemu Si, manganu Mn 0,85% do 1,0%, korzystnie 0,9% manganu Mn, chromu Cr 22% do 24%, korzystnie 22,5% chromu Cr, wanadu W 1,2% do 1,7%, korzystnie 1,5% wanadu W, boru 4,2% do 4,5%, korzystnie 4,2% boru B, molibdenu Mo 2,8% do 3,2%, korzystnie 3,0% molibdenu Mo i w pozostałej części osnowy żelaza Fe z niezbędnymi składnikami topliwymi. Natryskiwanie łukowe prowadzone jest z odległości 75 do 85 mm od natryskiwanej powierzchni podłoża. Powłoka jest natryskiwana łukowo przy zredukowanym natężeniu prądu do wartości poniżej 135 A, korzystnie o wartości 130 A. Natryskiwane łukowo kolejne warstewki spojone są energią ciśnienia powyżej 5 bar gazu transportującego podawanego z odległości 75 do 85 mm od natryskiwanej powierzchni. Uzyskuje się powłokę ochronną o średniej wartości porowatości od 4 do 2%, korzystnie 2%, przy czym struktura krystaliczna natryskiwanej blachy nie uległa pogorszeniu.The protective coating is sprayed onto the surface of the conveyor screw at an electric arc using iron-based flux-cored wires and preferably containing manganese, chromium, vanadium, boron, silicon and carbon as electrodes. The protective coating consists of a coating material in the form of a flux-cored wire with a weight composition: 0.9% to 1.1% carbon, preferably 1.0% carbon C, 1.3% to 1.5% silicon Si, preferably 1.4% silicon Si, manganese Mn 0.85% to 1.0%, preferably 0.9% manganese Mn, chromium Cr 22% to 24%, preferably 22.5%, chromium Cr, vanadium 1.2% to 1.7% , preferably 1.5% vanadium W, boron 4.2% to 4.5%, preferably 4.2% boron B, molybdenum Mo 2.8% to 3.2%, preferably 3.0% Mo molybdenum and the remainder iron Fe matrix with the necessary fusible components. Arc spraying is carried out at a distance of 75 to 85 mm from the surface of the substrate being sprayed. The coating is arc sprayed with a current reduced below 135 A, preferably 130 A. The arc sprayed successive layers are bonded with a pressure energy above 5 bar of transport gas supplied at a distance of 75 to 85 mm from the sprayed surface. A protective coating is obtained with an average porosity value of 4 to 2%, preferably 2%, while the crystal structure of the sprayed sheet metal is not deteriorated.

Elementem przeznaczonym do natryskiwania jest część transportująca transportera ślimakowego wykonana ze stali niestopowej o relatywnie małej grubości w stosunku do jej powierzchni. Gotowy element w stanie dostawy przeznaczony do natryskiwania, w stanie finalnym musi charakteryzować się:The element to be sprayed is the transporting part of the screw conveyor made of unalloyed steel with a relatively small thickness in relation to its surface. The ready element in the delivery condition intended for spraying, in the final state must be characterized by:

1. brakiem deformacji wynikających z odkształceń cieplnych,1.no deformation resulting from thermal deformation,

2. powłoką zapewniającą trwałość eksploatacyjną w warunkach obciążenia znacznie przekraczającą osiąganą dotychczas trwałość czasową transporterów bez warstwy ochronnej,2.A coating ensuring operational durability under load conditions significantly exceeding the previously achieved time durability of transporters without a protective layer,

3. możliwością zastosowania niekonwencjonalnych parametrów procesowych zapewniających zredukowanie porowatości i przez to uszczelnienie powłoki zmierzające do zwiększenia odporności korozyjnej,3.possibility of using unconventional process parameters ensuring reduction of porosity and thus sealing of the coating aimed at increasing corrosion resistance,

4. możliwością zastosowania nowoczesnego materiału powłokowego w postaci drutu proszkowego o kompozycji chemicznej zapewniającej redukcję współczynnika tarcia oraz zwiększenie odporności na obciążenia udarowe.4. the possibility of using a modern coating material in the form of a flux-cored wire with a chemical composition ensuring the reduction of the friction coefficient and increasing the resistance to impact loads.

Standardowo, spośród podstawowych parametrów procesowych podczas natryskiwania łukowego między innymi precyzyjnie ustala się natężenie prądu w zakresie od 200 do 400 A, napięcie łuku w zakresie 10-50 V, wartość odległości natryskiwania w zakresie 150-280 mm, ciśnienia i rodzaju gazu transportującego w zakresie 3-4 bar oraz rodzaj dyszy pistoletu. W standardowym ujęciu dostępne są ramowe zakresy parametrów dla określonych grup materiałów powłokowych.As a standard, among the basic process parameters during arc spraying, the current intensity in the range from 200 to 400 A, the arc voltage in the range of 10-50 V, the spraying distance in the range of 150-280 mm, the pressure and type of transporting gas in the range of 3-4 bar and the type of gun nozzle. In standard terms, there are framework parameter ranges for specific groups of coating materials.

Przez natryskiwanie łukowe zabezpiecza się powierzchnię pracującą ślimaków poprzez wytworzenie powłoki o podwyższonej twardości, zredukowanym współczynniku tarcia i bardzo małej porowatości. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu niekonwencjonalnych wariacji parametrów procesowych dających redukcję ilości wprowadzonego ciepła do materiału rodzimego i nowoczesnego materiału powłokowego w postaci drutu proszkowego. W tym procesie ślimaki uzyskują możliwość:By arc spraying, the working surface of the screws is protected by creating a coating with increased hardness, reduced friction coefficient and very low porosity. It is possible thanks to the use of unconventional variations of the process parameters that reduce the amount of heat introduced to the native material and modern coating material in the form of flux-cored wire. In this process, snails are able to:

1. wydłużenia czasu eksploatacji w warunkach obciążenia,1.extension of operating time under load conditions,

2. regeneracji po okresie zużycia się powłoki ochronnej,2.regeneration after the wear of the protective coating,

3. wytworzenia nowej powłoki zabezpieczającej.3. producing a new protective coating.

Zastosowana metoda natryskiwania łukowego, gdzie ilość wprowadzonego ciepła jest na tyle mała, że wartość temperatury, do jakiej nagrzewają się detale, jest znacznie niższa niż temperaturaThe applied method of arc spraying, where the amount of heat introduced is so small that the temperature value to which the details heat up is much lower than the temperature

PL 236 584 Β1 przemian mikrostrukturalnych w materiale rodzimym. Zatem, powstałe naprężenia podczas natryskiwania łukowego powierzchni mogą wynikać jedynie ze współczynnika rozszerzalności temperaturowej detali i są odwracalne. Pozostają zatem całkowicie bezpieczne także dla cienkich blach zwojów części ślimaka transportującego. W przykładzie realizacji wykorzystano urządzenie o największym natężeniu prądu wynoszącym 400 A wyposażone w inwertorowe źródło prądu z możliwością pracy synergicznej. Zastosowano pistolet z dyszą o układzie zamkniętym i prostymi prowadnicami drutu (nie kątowymi) oraz przewody transportujące o długości 3000 mm.PL 236 584 Β1 microstructural transformations in the native material. Thus, the stresses generated during surface arc spraying can only result from the part's thermal expansion coefficient and are reversible. They therefore remain absolutely safe also for the thin sheets of the turns of the conveying screw parts. In the embodiment, a device with the highest current intensity of 400 A was used, equipped with an inverter current source with the possibility of synergistic operation. A gun with a closed nozzle system and straight wire guides (not angular) and 3000 mm long transport hoses were used.

W aspekcie natryskiwania łukowego ślimaków transportujących zastosowano całkowicie odmienne i niestosowane dotychczas podejście, znacznie wykraczające poza zakres dopuszczalnych wartości parametrów procesowych.In the aspect of arc spraying of conveying screws, a completely different and hitherto unused approach was applied, significantly exceeding the range of permissible values of process parameters.

Z biblioteki dostępnych materiałów konwencjonalnych nie wytypowano materiału spełniającego postawione wymagania. Zatem poddano modyfikacji materiał na osnowie żelaza, gdzie poza pierwiastkami takimi jak mangan, chrom, wolfram czy bor zastosowano zwiększoną ilość molibdenu wynoszącą 3% wagowych. Zastosowano materiał powłokowy w postaci drutu proszkowego o średnicy 1,6 mm. Zredukowano znacznie odległość natryskiwania do 80 mm, pomiędzy tukiem a powierzchnią natryskiwaną, przy jednoczesnym zredukowaniu natężenia prądu natryskiwania do wartości 130 A oraz zastosowano ciśnieniu gazu transportującego o podwyższonej wartość wynoszącej 5,2 bar przy prędkości liniowej natryskiwania wynoszącej 46 m/min. Stosując elektrodę 1,6 mm i kilkukrotne natryskiwanie uzyskano powłokę o grubości 1,1-1,2 mm. Wartości parametrów procesowych są zestawione w tabeli poniżej.From the library of available conventional materials, no material meeting the requirements was selected. Therefore, the iron-based material was modified, where, apart from elements such as manganese, chromium, tungsten and boron, an increased amount of molybdenum of 3% by weight was used. The coating material used was a 1.6 mm diameter flux-cored wire. The spray distance between the pipe and the surface to be sprayed was significantly reduced to 80 mm while the spray current was reduced to 130 A and a transport gas pressure of 5.2 bar was used at a linear spray speed of 46 m / min. Using a 1.6 mm electrode and spraying several times, a coating thickness of 1.1-1.2 mm was obtained. The process parameter values are listed in the table below.

Parametr Parameter Wartość Value Natężenie prądu (A) Current intensity (A) 130 130 Napięcie prądu (V) Current voltage (V) 32 32 Odległość (mm) Distance (mm) 80 80 Ciśnienie gazu (bar) Gas pressure (bar) 5,2 5.2 Prędkość (m/min) Speed (m / min) 46 46

Synergiczne źródło prądu zapewniło stabilność i powtarzalność zastosowanej wariacji parametrów procesowych. Jako gaz transportujący zastosowano powietrze dostarczone z układu sprężającego o mechanizmie śrubowym. Układ wyposażono w filtr wodny, olejowy i osuszacz i uzyskano powietrze o jakości powietrza syntetycznego o temperaturze wyższej od temperatury otoczenia o około 20°C. Wzrost temperatury wynika z obróbki mechanicznej powietrza. Alternatywnie możliwe jest zastosowanie powietrza syntetycznego. Uzyskano w ten sposób warunki termodynamiczne dla strumienia natryskowego, w którym drobiny docierające do materiału rodzimego, znajdowały się w stanie bliskim cieczy. Stąd zapotrzebowanie na energię kinetyczną strumienia, która zamieniana zostaje na energię odkształcenia plastycznego w czasie uderzania tych drobin w powierzchnię materiału rodzimego jest niewielkie. Drobiny łatwo odkształcają się dopasowując do rozwiniętej powierzchni podłoża, gdzie powłoka ulega zakleszczaniu i procesowi adhezji. Jednak mimo to, zwiększono ciśnienie gazu transportującego do 5,2 bar, przez co wytworzono dużą wartość energii kinetycznej drobin w strumieniu natryskowym. Następnie energia odkształcenia postaciowego zapewnia w dużym stopniu dokładne dopasowanie drobin do kształtu rozwiniętego podłoża.The synergistic power source ensured the stability and repeatability of the variation of process parameters used. The transporting gas used was air supplied from a compression system with a screw mechanism. The system was equipped with a water filter, an oil filter and a dryer, and the air quality was synthetic and the temperature was higher than the ambient temperature by about 20 ° C. The temperature increase is due to the mechanical treatment of the air. Alternatively, it is possible to use synthetic air. This way, the thermodynamic conditions were obtained for the spray jet, in which the particles reaching the parent material were in a state close to the liquid. Hence, the demand for the kinetic energy of the stream, which is converted into the energy of plastic deformation during the impact of these particles on the surface of the parent material, is low. The particles easily deform to match the developed surface of the substrate, where the coating is subject to jamming and the adhesion process. However, despite this, the pressure of the transport gas was increased to 5.2 bar, whereby a high kinetic energy value of the particles in the spray stream was generated. Subsequently, the energy of the shear deformation largely ensures that the particles are perfectly matched to the shape of the developed substrate.

Zastosowano materiał powłokowy w postaci drutu proszkowego o średnicy 1,6 mm. Poddano modyfikacji materiał na osnowie żelaza, gdzie poza pierwiastkami takimi jak mangan, chrom, wolfram czy bor zastosowano zwiększoną ilość molibdenu wynoszącą 3% wagowych.The coating material used was a 1.6 mm diameter flux wire. The material based on iron was modified, where, apart from elements such as manganese, chromium, tungsten and boron, an increased amount of molybdenum of 3% by weight was used.

Konwencjonalne materiały charakteryzują się twardością, jednak odporność eksploatacyjną w warunkach obciążenia ściernego zapewniają jedynie materiały o podwyższonej twardości i zredukowanym współczynniku tarcia. Zastosowana powłoka poprzez wzbogacenie składu chemicznego 3-proc. zawartością molibdenu zachowuje jednocześnie podwyższoną twardość, jak i mniejszy współczynnik tarcia oraz zwiększoną odporność na obciążenie udarowe.Conventional materials are characterized by hardness, however, the operational resistance under abrasive load conditions is provided only by materials with increased hardness and a reduced coefficient of friction. The applied coating by enriching the chemical composition of 3% the molybdenum content maintains both increased hardness and lower friction coefficient and increased resistance to impact load.

Przez zastosowanie natryskiwania łukowego części transportującej ślimaków:By using arc spraying on the conveying part of the augers:

1. wyeliminowano wprowadzania dużej ilość ciepła napawania ślimaków, a także stosowania pracochłonnej metody napawania płaskich blach, wycinania, kształtowania i spawania piór transportujących do walca,1.the introduction of a large amount of heat padding on the screws was eliminated, as well as the labor-intensive method of surfacing flat sheets, cutting, shaping and welding of the transport feathers to the roller,

PL 236 584 B1PL 236 584 B1

2. wyeliminowano oddziaływanie dużych ilości ciepła na elementy ślimaków transportujących wykonanych z cienkich blach, z efektem braku odkształceń wynikających z przemian mikrostrukturalnych w materiale rodzimym, przy temperaturze natryskiwanych blach nie przekraczającej 100°C,2.the impact of large amounts of heat on the elements of the conveying screws made of thin sheets was eliminated, with the effect of no deformation resulting from microstructural changes in the native material, with the temperature of the sprayed sheets not exceeding 100 ° C,

3. znacznie zwiększono szczelność powłok poprzez redukcję porowatości do 2%,3.The tightness of the coatings has been significantly increased by reducing the porosity to 2%,

4. uzyskano materiał powłokowy wzbogacony w zawartość molibdenu zapewniającego wzrost wartości parametrów eksploatacyjnych powłoki w warunkach naturalnego obciążenia.4. a coating material enriched with molybdenum content was obtained, ensuring an increase in the operating parameters of the coating under natural loading conditions.

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowePatent claims 1. Powłoka ochronna na powierzchnię ślimaka transportowego dla kotła o mocy do 250 kW, zwłaszcza retortowego kotła węglowego, natryskiwana jest przy łuku elektrycznym z materiału powłokowego w postaci z drutów proszkowych na osnowie żelaza i zawierają mangan, chrom, wanad, bor, krzem i węgiel jako elektrod, znamienna tym, że drut proszkowy ma skład wagowy: 0,9% do 1,1% węgla, korzystnie 1,0% węgla C, 1,3% do 1,5% krzemu Si, korzystnie 1,4% krzemu Si, manganu Mn 0,85% do 1,0%, korzystnie 0,9% manganu Mn, chromu Cr 22% do 24%, korzystnie 22,5% chromu Cr, wanadu W 1,2% do 1,7%, korzystnie 1,5% wanadu W, boru 4,2% do 4,5%, korzystnie 4,2% boru B, molibdenu Mo 2,8% do 3,2%, korzystnie 3,0% molibdenu Mo i w pozostałej części osnowy żelaza Fe z niezbędnymi składnikami topliwymi, przy czym średnia wartość porowatości jest od 4 do 2%, korzystnie 2%.1. Protective coating on the surface of the transport screw for a boiler with a capacity of up to 250 kW, especially a coal-fired retort boiler, is sprayed with an electric arc from a coating material in the form of flux-cored wires on an iron matrix and contains manganese, chrome, vanadium, boron, silicon and carbon as electrodes, characterized in that the flux-cored wire has a composition by weight: 0.9% to 1.1% carbon, preferably 1.0% carbon C, 1.3% to 1.5% silicon Si, preferably 1.4% silicon Si, manganese Mn 0.85% to 1.0%, preferably 0.9% manganese Mn, chromium Cr 22% to 24%, preferably 22.5%, chromium Cr, vanadium 1.2% to 1.7%, preferably 1.5% vanadium W, boron 4.2% to 4.5%, preferably 4.2% boron B, molybdenum Mo 2.8% to 3.2%, preferably 3.0% Mo molybdenum and in the remainder of the matrix iron Fe with the necessary fusible components, the mean value of the porosity being from 4 to 2%, preferably 2%. 2. Powłoka według zastrz. 1, znamienna tym, że natryskiwane łukowo kolejne warstewki spojone są energią ciśnienia powyżej 5 bar gazu transportującego podawanego z odległości 75 do 85 mm od natryskiwanej powierzchni.2. A coating according to claim 1 The method of claim 1, wherein the arc-sprayed successive layers are bonded with a pressure energy above 5 bar of transport gas fed at a distance of 75 to 85 mm from the sprayed surface.