RU2439199C2 - Method of multi-layer coating containing nano-particles - Google Patents
Method of multi-layer coating containing nano-particles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2439199C2 RU2439199C2 RU2010101438/02A RU2010101438A RU2439199C2 RU 2439199 C2 RU2439199 C2 RU 2439199C2 RU 2010101438/02 A RU2010101438/02 A RU 2010101438/02A RU 2010101438 A RU2010101438 A RU 2010101438A RU 2439199 C2 RU2439199 C2 RU 2439199C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composition
- components
- jet
- working gas
- layer
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области получения покрытий с наночастицами, используемых в химической, металлургической, лакокрасочной промышленности, в частности, изобретение может быть использовано при формировании лакокрасочных, радиопоглощающих, светоотражающих, защитных и других функциональных покрытий.The invention relates to the field of production of coatings with nanoparticles used in the chemical, metallurgical, paint and varnish industries, in particular, the invention can be used in the formation of paints, radars, reflective, protective and other functional coatings.
Известно «Многослойное антикоррозионное покрытие с углеродными нанотрубками» по патенту РФ №2312875, состоящее из грунтовочного слоя толщиной 80…100 мкм, промежуточного слоя толщиной 70…90 мкм и покрывного слоя, сформированных из лакокрасочного материала на основе пленкообразующего и содержащего от 10 до 48 об.% углеродных нанотрубок, от 40 до 86 об.% высокодисперсного цинкового наполнителя, и общей толщиной 220…240 мкм.It is known "Multilayer anti-corrosion coating with carbon nanotubes" according to the patent of the Russian Federation No. 2312875, consisting of a primer layer with a thickness of 80 ... 100 microns, an intermediate layer with a thickness of 70 ... 90 microns and a coating layer formed from a coating material based on film-forming and containing from 10 to 48 vol .% carbon nanotubes, from 40 to 86 vol.% highly dispersed zinc filler, and a total thickness of 220 ... 240 microns.
Недостатком известного покрытия по патенту РФ №2312875 является низкая однородность в каждом отдельном слое покрытия, вызванная сложностью равномерного распределения углеродных нанотрубок и высокодисперсного цинкового наполнителя в лакокрасочном материале при формировании каждого отдельного слоя покрытия.A disadvantage of the known coating according to RF patent No. 2312875 is the low uniformity in each individual coating layer, caused by the complexity of the uniform distribution of carbon nanotubes and highly dispersed zinc filler in the paint material during the formation of each individual coating layer.
Известен «Способ получения наноструктурированных функционально-градиентных износостойких покрытий» по патенту РФ №2354749, принятый в качестве ближайшего аналога, включающий подачу порошковой композиции, по крайней мере, из двух дозаторов в сверхзвуковой поток подогретого газа с образованием гетерофазного потока и нанесение порошковой композиции на поверхность изделия, при этом из первого дозатора в сверхзвуковой поток подогретого газа вводят армирующие неметаллические ультрадисперсные частицы Аl2О3 фракции от 0,1 до 1,0 мкм и проводят обработку поверхности изделия до образования ювенильной поверхности, затем из второго дозатора наносят промежуточный слой из порошка одного или нескольких металлов из группы: Аl, Cu, Ni, Zn, Sn, Ti, Pb, Co и/или сплавов на их основе, после чего производят нанесение функционально-градиентного слоя покрытия одновременно из двух упомянутых дозаторов с получением покрытия с содержанием Аl2О3, увеличивающимся от промежуточного слоя к поверхности в пределах от 0,1 до 30 об.%.The well-known "Method for producing nanostructured functionally gradient wear-resistant coatings" according to the patent of the Russian Federation No. 2354749, adopted as the closest analogue, comprising supplying a powder composition from at least two dispensers to a supersonic heated gas stream with the formation of a heterophasic stream and applying the powder composition to the surface products, while reinforcing non-metallic ultrafine particles Al 2 O 3 fractions from 0.1 to 1.0 μm are introduced from the first dispenser into a supersonic stream of heated gas and carried out surface treatment of the product until a juvenile surface is formed, then an intermediate layer of powder of one or more metals from the group: Al, Cu, Ni, Zn, Sn, Ti, Pb, Co and / or alloys based on them is applied from the second dispenser, and then produced applying a functional gradient coating layer simultaneously from the two dispensers mentioned above to obtain a coating with an Al 2 O 3 content increasing from 0.1 to 30 vol% from the intermediate layer to the surface.
Недостатком известного способа по патенту РФ №2354749 является низкая однородность по содержанию Аl2О3 в каждом отдельном слое покрытия из-за недостаточной эффективности перемешивания и гомогенизации частиц компонентов покрытия в сверхзвуковом гетерофазном потоке.The disadvantage of this method according to the patent of the Russian Federation No. 2354749 is the low uniformity in the content of Al 2 O 3 in each individual coating layer due to insufficient mixing and homogenization of particles of the coating components in a supersonic heterophasic stream.
Перед заявляемым изобретением поставлена задача повышения прочностных и функциональных свойств покрытия за счет повышения однородности содержания компонентов в каждом отдельном слое покрытия и введения в покрытие наночастиц.The claimed invention has the task of increasing the strength and functional properties of the coating by increasing the uniformity of the content of components in each individual coating layer and introducing nanoparticles into the coating.
Поставленная задача в заявляемом изобретении решается за счет того, что способ формирования многослойного покрытия, содержащего наночастицы, включает подачу по крайней мере двух компонентов в сверхзвуковой поток рабочего газа и послойное их нанесение при изменяющемся содержании компонентов при переходе от слоя к слою, при этом из упомянутых компонентов предварительно приготавливают по крайней мере одну композицию, содержащую по крайней мере один компонент в виде порошка и по крайней мере один компонент в виде жидкости, перемешивают композицию с наночастицами в виде фуллеренов или углеродных нанотрубок и формируют газодинамический факел распыления путем подачи по крайней мере одной струи из полученной композиции и по меньшей мере двух взаимодействующих между собой сверхзвуковых струй рабочего газа, охватывающих струю композиции с диспергированием, перемешиванием и гомогенизацией компонентов композиции в упомянутом факеле.The problem in the claimed invention is solved due to the fact that the method of forming a multilayer coating containing nanoparticles includes the supply of at least two components in a supersonic flow of a working gas and their layer-by-layer deposition with a changing content of components during the transition from layer to layer, while of the components, at least one composition containing at least one component in the form of a powder and at least one component in the form of a liquid is preliminarily prepared, mixed to a composition with nanoparticles in the form of fullerenes or carbon nanotubes and form a gas-dynamic spray torch by feeding at least one jet from the resulting composition and at least two interacting supersonic jets of the working gas, covering the stream of the composition with dispersion, mixing and homogenization of the components of the composition in the aforementioned torch.
Могут формировать газодинамический факел распыления путем подачи по крайней мере одной струи из полученной композиции и по меньшей мере двух взаимодействующих между собой сверхзвуковых струй рабочего газа, истекающих из сопел Лаваля.They can form a gas-dynamic spray torch by feeding at least one jet from the resulting composition and at least two interacting supersonic jets of the working gas flowing out of Laval nozzles.
Могут формировать газодинамический факел распыления путем подачи по крайней мере одной струи из полученной композиции и по меньшей мере двух взаимодействующих между собой сверхзвуковых струй рабочего газа, истекающих из конических сопел, расширяющихся в направлении истечения рабочего газа.They can form a gas-dynamic spray torch by supplying at least one jet from the obtained composition and at least two interacting supersonic jets of the working gas flowing from conical nozzles expanding in the direction of the working gas.
Могут формировать газодинамический факел распыления путем подачи по крайней мере одной струи из полученной композиции и по меньшей мере двух взаимодействующих между собой сверхзвуковых струй рабочего газа, истекающих из сопел, каждое из которых представляет собой щель, расширяющуюся в направлении истечения рабочего газа.They can form a gas-dynamic spray torch by supplying at least one jet from the obtained composition and at least two interacting supersonic jets of the working gas flowing out of the nozzles, each of which is a gap widening in the direction of the working gas flow.
Заявленное изобретение отличается от известного способа по патенту РФ №2354749 тем, что из упомянутых компонентов предварительно приготавливают по крайней мере одну композицию, содержащую по крайней мере один компонент в виде порошка и по крайней мере один компонент в виде жидкости, перемешивают композицию с наночастицами в виде фуллеренов или углеродных нанотрубок и формируют газодинамический факел распыления путем подачи по крайней мере одной струи из полученной композиции и по меньшей мере двух взаимодействующих между собой сверхзвуковых струй рабочего газа, охватывающих струю композиции с диспергированием, перемешиванием и гомогенизацией компонентов композиции в упомянутом факеле.The claimed invention differs from the known method according to RF patent No. 2354749 in that at least one composition containing at least one component in the form of a powder and at least one component in the form of a liquid is preliminarily prepared from the mentioned components, the composition is mixed with nanoparticles in the form fullerenes or carbon nanotubes and form a gas-dynamic spray torch by supplying at least one jet from the resulting composition and at least two interacting with each other of the working gas jets spanning the composition stream with dispersing, mixing and homogenizing the components of the composition in said torch.
Указанное отличие позволило получить технический результат, а именно обеспечило повышение прочностных и функциональных свойств покрытия за счет повышения однородности содержания компонентов в каждом отдельном слое покрытия и введения в покрытие наночастиц.This difference made it possible to obtain a technical result, namely, it provided an increase in the strength and functional properties of the coating by increasing the uniformity of the content of components in each individual coating layer and introducing nanoparticles into the coating.
На фиг.1 представлена схема формирования многослойного покрытия. Газодинамический факел распыления образован из струй двух композиций, охваченных двумя взаимодействующими между собой сверхзвуковыми струями рабочего газа, истекающими из конических сопел, расширяющихся в направлении истечения рабочего газа.Figure 1 presents a diagram of the formation of a multilayer coating. The gas-dynamic spray torch is formed from the jets of two compositions covered by two interacting supersonic jets of the working gas flowing from conical nozzles expanding in the direction of flow of the working gas.
На фиг.2 представлен выносной элемент А фиг.1, показан пример истечения сверхзвуковых струй из сопел Лаваля.Figure 2 presents the remote element A of figure 1, shows an example of the expiration of supersonic jets from Laval nozzles.
На фиг.3 представлен выносной элемент А фиг.1, показан пример истечения сверхзвуковых струй из сопел, каждое из которых представляет собой щель, расширяющуюся в направлении истечения рабочего газа.Figure 3 presents the remote element A of figure 1, shows an example of the outflow of supersonic jets from the nozzles, each of which represents a gap expanding in the direction of flow of the working gas.
На фиг.4 представлен вид Б фиг.3, показан пример конфигурации щели.Figure 4 presents a view B of figure 3, shows an example configuration of the slit.
Способ формирования многослойного покрытия, содержащего наночастицы (фиг.1), включающий подачу по крайней мере двух компонентов в сверхзвуковой поток рабочего газа и послойное их нанесение при изменяющемся содержании компонентов при переходе от слоя к слою 1, отличается тем, что из упомянутых компонентов предварительно приготавливают по крайней мере одну композицию, содержащую по крайней мере один компонент в виде порошка и по крайней мере один компонент в виде жидкости, перемешивают композицию с наночастицами в виде фуллеренов или углеродных нанотрубок и формируют газодинамический факел распыления путем подачи по крайней мере одной струи 2 из полученной композиции и по меньшей мере двух взаимодействующих между собой сверхзвуковых струй 3 рабочего газа, охватывающих струю 2 композиции с диспергированием, перемешиванием и гомогенизацией компонентов композиции в упомянутом факеле. Слои 1 образуют покрытие 4. Сверхзвуковые струи 3 рабочего газа истекают из сопел 5. Покрытие 4 напыляют на поверхность 6 изделия 7.The method of forming a multilayer coating containing nanoparticles (Fig. 1), comprising supplying at least two components to a supersonic flow of a working gas and applying them in layers with a changing content of components during the transition from layer to layer 1, is characterized in that the components are preliminarily prepared at least one composition containing at least one component in the form of a powder and at least one component in the form of a liquid, mix the composition with nanoparticles in the form of fullerenes or carbon native nanotubes and form a gas-dynamic spray torch by supplying at least one jet 2 from the obtained composition and at least two interacting supersonic jets 3 of the working gas, covering stream 2 of the composition with dispersing, mixing and homogenizing the components of the composition in the said torch. The layers 1 form a coating 4. The supersonic jets 3 of the working gas flow out from the nozzles 5. The coating 4 is sprayed onto the surface 6 of the
Работа по предлагаемому способу осуществляется следующим образом (фиг.1). Из компонентов покрытия 4, которые представляют собой порошки или жидкости, составляют одну или несколько композиций, обладающих текучестью. Композиция может представлять собой лакокрасочный материал, в состав которого входят жидкости (пленкообразователи, растворители, отвердители), металлические и неметаллические порошки (наполнители, пигменты). Каждую композицию предварительно перемешивают для выравнивания концентрации компонентов композиции по ее объему. В одну или несколько композиций при перемешивании вводят наночастицы (фуллерены, углеродные нанотрубки) и перемешивание ведут до равномерного распределения наночастиц по объему композиции. Каждую композицию струями 2 подают в газодинамический факел распыления, представляющий собой совокупность диспергированных рабочим газом капель жидкости и частиц порошка. Расход каждой композиции изменяется по определенному закону. Рабочий газ подают под давлением к соплам 5. В качестве рабочего газа могут использовать воздух, при необходимости - инертные газы (аргон, гелий). Истекающие из сопел 5 сверхзвуковые струи 3 рабочего газа охватывают струи 2 композиций. Струи 2 композиций подвергаются аэродинамическому воздействию со стороны сверхзвуковых струй 3 рабочего газа, приводящему к распаду струй 2 композиций на капли. Применение сопел 5 Лаваля (фиг.2), конических сопел 5 (фиг.1) и сопел 5 в виде щелей (фиг.3, 4), расширяющихся в направлении истечения рабочего газа, позволяет получить сверхзвуковой режим истечения рабочего газа. Сверхзвуковые струи 3 расположены достаточно близко друг к другу и взаимодействуют между собой. При взаимодействии сверхзвуковых струй 3 образуется газодинамический факел распыления с развитой системой скачков уплотнения. Жидкие капли композиций, проходя через скачки уплотнения, дробятся на более мелкие, эти капли, в свою очередь, проходя через следующий скачок уплотнения, также подвергаются дроблению. Таким образом, компоненты композиций в системе скачков уплотнения газодинамического факела распыления диспергируют на мельчайшие капли, в состав которых могут входить частицы порошков, наночастицы, объединенные жидкой пленкой. Образованное облако капель движется внутри газодинамического факела распыления, состоящего из отдельных сверхзвуковых струй 3 рабочего газа. По мере падения скорости струй 3 рабочего газа имеет место их смыкание в единый многофазный поток, сопровождающееся резкой турбулизацией потока. Турбулизация потока приводит к интенсивному перемешиваю капель, а следовательно, и компонентов покрытия 4. Это приводит к гомогенизации компонентов покрытия 4 в поперечном сечении газодинамического факела распыления. Таким образом, на поверхность 6 изделия 7 поочередно напыляют слои 1 покрытия 4, при этом каждый слой 1 покрытия 4 имеет высокую однородность, так как компоненты покрытия 4 равномерно распределены в объеме этого слоя 1. Необходимо заметить, что содержание каждого компонента покрытия 4 изменяется при переходе от одного слоя 1 к другому и зависит от изменения расхода композиции, в которую входит данный компонент, во время формирования покрытия 4. Наличие наночастиц (фуллеренов, углеродных нанотрубок) и частиц порошка придает покрытию 4 специальные функциональные свойства (электропроводность, теплопроводность, коррозионную стойкость, износостойкость, химическую стойкость и прочие). Например, углеродные нанотрубки имеют высокую электропроводность, что обеспечивает не только надежный электрический контакт, но и стекание статических зарядов с поверхности покрытия 4, обеспечивая электробезопасность изделия. Фуллерены и углеродные нанотрубки обладают очень высокой жесткостью и прочностью, их введение в покрытие 4 придает ему высокую адгезионную и когезионную прочность. В результате диспергации, перемешивания и турбулизации компонентов покрытия 4 в газодинамическом факеле распыления повышается однородность слоев 1 покрытия 4, а сочетание высокой однородности слоев 1 покрытия 4 и наночастиц, содержащихся в них, позволяет повысить прочность покрытия 4 и придать ему специальные функциональные свойства.Work on the proposed method is as follows (figure 1). Of the components of the coating 4, which are powders or liquids, make up one or more compositions having flowability. The composition may be a paint and varnish material, which includes liquids (film-forming agents, solvents, hardeners), metallic and non-metallic powders (fillers, pigments). Each composition is pre-mixed to equalize the concentration of the components of the composition in its volume. Nanoparticles (fullerenes, carbon nanotubes) are introduced into one or several compositions with stirring and mixing is carried out until the nanoparticles are evenly distributed throughout the composition. Each composition with jets 2 is fed into a gas-dynamic spray torch, which is a combination of liquid droplets and powder particles dispersed by a working gas. The consumption of each composition varies according to a certain law. The working gas is supplied under pressure to the nozzles 5. Air can be used as the working gas, if necessary inert gases (argon, helium). The supersonic jets 3 of the working gas flowing from the nozzles 5 cover the jets of 2 compositions. The jets of the 2 compositions are subjected to aerodynamic action from the side of the supersonic jets 3 of the working gas, leading to the decay of the jets of the 2 compositions into drops. The use of Laval nozzles 5 (FIG. 2), conical nozzles 5 (FIG. 1) and nozzles 5 in the form of slots (FIGS. 3, 4), expanding in the direction of the working gas flow, allows to obtain a supersonic regime of the working gas flow. Supersonic jets 3 are located quite close to each other and interact with each other. In the interaction of supersonic jets 3, a gas-dynamic spray jet is formed with a developed system of shock waves. Liquid drops of the compositions passing through the shock wave are crushed into smaller ones, these drops, in turn, passing through the next shock wave, are also crushed. Thus, the components of the compositions in the system of jumps in the densification of the gas-dynamic spray torch are dispersed into tiny droplets, which may include powder particles, nanoparticles combined with a liquid film. The formed cloud of droplets moves inside the gas-dynamic spray torch, consisting of separate supersonic jets 3 of the working gas. As the speed of the jets 3 of the working gas drops, they close in a single multiphase flow, accompanied by a sharp turbulization of the flow. Turbulization of the flow leads to intensive mixing of the droplets, and consequently the coating components 4. This leads to the homogenization of the coating components 4 in the cross section of the gas-dynamic spray torch. Thus, the coating layers 1 are alternately sprayed onto the surface 6 of the
Изобретение позволило получить технический результат, а именно обеспечило повышение прочностных и функциональных свойств покрытия за счет повышения однородности содержания компонентов в каждом отдельном слое покрытия и введения в покрытие наночастиц.The invention allowed to obtain a technical result, namely, it provided an increase in the strength and functional properties of the coating by increasing the uniformity of the content of components in each individual coating layer and introducing nanoparticles into the coating.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010101438/02A RU2439199C2 (en) | 2010-01-18 | 2010-01-18 | Method of multi-layer coating containing nano-particles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010101438/02A RU2439199C2 (en) | 2010-01-18 | 2010-01-18 | Method of multi-layer coating containing nano-particles |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010101438A RU2010101438A (en) | 2011-07-27 |
| RU2439199C2 true RU2439199C2 (en) | 2012-01-10 |
Family
ID=44753132
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010101438/02A RU2439199C2 (en) | 2010-01-18 | 2010-01-18 | Method of multi-layer coating containing nano-particles |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2439199C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2699611C1 (en) * | 2015-12-11 | 2019-09-06 | Витро Флэт Глас ЛЛК | Coating system and products made therein |
-
2010
- 2010-01-18 RU RU2010101438/02A patent/RU2439199C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2699611C1 (en) * | 2015-12-11 | 2019-09-06 | Витро Флэт Глас ЛЛК | Coating system and products made therein |
| RU2718869C2 (en) * | 2015-12-11 | 2020-04-15 | Витро Флэт Глас ЛЛК | Coating system and products made therein |
| US11014118B2 (en) | 2015-12-11 | 2021-05-25 | Vitro Flat Glass Llc | Float bath coating system |
| US11213848B2 (en) | 2015-12-11 | 2022-01-04 | Vitro Flat Glass Llc | Nanoparticle coater |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010101438A (en) | 2011-07-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9328918B2 (en) | Combustion cold spray | |
| US20020031658A1 (en) | Nanosize particle coatings made by thermally spraying solution precursor feedstocks | |
| EP1675971B1 (en) | Method for coating a substrate surface using a plasma beam | |
| WO2008057710A3 (en) | Method for coating a substrate and coated product | |
| JP4982859B2 (en) | Formation method of organic film | |
| WO2013014212A2 (en) | Method for applying a coating to a substrate, coating, and use of particles | |
| TW200706696A (en) | Method for coating a substrate surface and coated product | |
| CA2816903A1 (en) | Pressure based liquid feed system for suspension plasma spray coatings | |
| CN103415644A (en) | Coating, and method and device for coating | |
| EP3101152A1 (en) | Ceramic coating deposition | |
| EP2588242B1 (en) | Droplet generation system and method | |
| US11390773B2 (en) | Thermoplastic coating formulations for high-velocity sprayer application and methods for applying same | |
| JP5224022B2 (en) | Method and apparatus for producing silver fine particles | |
| RU2439199C2 (en) | Method of multi-layer coating containing nano-particles | |
| Cotler et al. | Pressure-based liquid feed system for suspension plasma spray coatings | |
| Rukosuyev et al. | Design and application of nanoparticle coating system with decoupled spray generation and deposition control | |
| EP2743373B1 (en) | Metering unit and use of the same | |
| Toma et al. | The improvement of the physical and mechanical properties of steel deposits obtained by thermal spraying in electric arc | |
| Lekatou et al. | Corrosion properties of HVOF cermet coatings with bond coats in an aqueous chloride environment | |
| RU2362839C1 (en) | Method of applying nanostructurised wear-resistant electroconductive coverings | |
| RU2007113724A (en) | METHOD FOR PRODUCING NANOSTRUCTURED FUNCTIONALLY GRADIENT WEAR-RESISTANT COATINGS | |
| FI124667B (en) | Method and raw material for the manufacture of metal coating and steel product | |
| Surzhenkov et al. | Wear resistant self-fluxing alloy based TiC-NiMo and Cr2C3-Ni hardmetal particles reinforced composite coatings | |
| CN104619617A (en) | Conveyor or processing belt | |
| KR100245231B1 (en) | Powder-coating process, a device for carrying out the process and coating powder for use in the process |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 1-2012 FOR TAG: (72) |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160119 |