RU2575667C2 - Method of nano-structured coating and device to this end - Google Patents

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to flame plating of nano-structured coatings. Sprayer comprises forechamber. Powder material is used as an initial material. Simultaneously with development of high-temperature gas flow in sprayer combustion chamber, pressure is set therein higher than that in combustion chamber. High-temperature gas flow is created whereto powder of fed to produce gas-powder jet. Said jet is forced into combustion chamber at the rate higher than that of high-temperature gas flow. Nanoparticles produced from initial material are carried by said gas flow and deposited on the substrate.

EFFECT: high-quality coating of powder material.

2 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к способам и устройствам получения наноструктурированных покрытий поверхности изделий с использованием методов газотермического напыления.The present invention relates to methods and devices for producing nanostructured surface coatings of products using methods of thermal spraying.

Наноструктурированные покрытия позволяют существенно повысить прочностные и антикоррозионные свойства поверхности изделий, что обеспечивает увеличение их эксплуатационного ресурса. Использование наноструктурированых покрытий дает также возможность производить многослойные нанокомпозиционные материалы.Nanostructured coatings can significantly increase the strength and anti-corrosion properties of the surface of products, which ensures an increase in their operational life. The use of nanostructured coatings also makes it possible to produce multilayer nanocomposite materials.

Известны различные способы газотермического напыления. В частности, известно газопламенное напыление, при котором на поверхность детали непрерывно подается напыляемый материал в виде порошка при помощи газопламенной горелки (см., например, патент РФ №2432416 C1, МПК C23C 4/12). Порошок под действием потока горячего газа разгоняется и, нагреваясь, расплавляется. При соударении с поверхностью детали расплавленные капли растекаются и застывают, образуя защитное покрытие. Однако газопламенное напыление не обеспечивает получения наноструктурированного покрытия.Various methods of thermal spraying are known. In particular, flame spraying is known in which a sprayed material in the form of powder is continuously supplied to the surface of a part using a gas flame burner (see, for example, RF patent No. 2432416 C1, IPC C23C 4/12). The powder accelerates under the action of a stream of hot gas and melts when heated. Upon impact with the surface of the part, molten droplets spread and solidify, forming a protective coating. However, flame spraying does not provide a nanostructured coating.

Известен также способ детонационного напыления, при котором нагрев и транспортирование частиц порошкообразного материала на поверхность детали осуществляется путем использования энергии детонации газовой смеси (см., например, книгу: Газотермическое напыление: учебное пособие / Кол. авторов; под общей редакцией Л.Х. Балдаева. - М.: Маркет ДС, 2007. С.116-121). Детонационное напыление обеспечивает высокую скорость подлета частиц порошка к поверхности детали, что существенно повышает сцепление образующегося покрытия с поверхностью детали. Однако детонационное напыление также не обеспечивает получения наноструктурированного покрытия.There is also known a method of detonation spraying, in which the heating and transportation of particles of powder material to the surface of the part is carried out by using the detonation energy of the gas mixture (see, for example, the book: Thermal spraying: a training manual / Col. authors; edited by L.Kh. Baldaev - M.: Market DS, 2007. S.116-121). Detonation spraying provides a high speed of approach of the powder particles to the surface of the part, which significantly increases the adhesion of the resulting coating to the surface of the part. However, detonation spraying also does not provide a nanostructured coating.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по совокупности признаков является способ получения наноструктурированного покрытия, заключающийся в формировании в камере сгорания высокоскоростного распылителя высокотемпературного газового потока путем сжигания топлива в окислителе, в подаче в камеру сгорания высокоскоростного распылителя жидкого исходного материала, являющегося источником образования наночастиц, в образовании, разогреве и переносе высокотемпературным газовым потоком наночастиц и осаждении их на подложке, причем жидкий исходный материал, являющийся источником образования наночастиц, одновременно используют в качестве топлива для формирования высокотемпературного газового потока, при этом сам материал представляет собой истинный или коллоидный раствор органических и/или неорганических соединений в органическом растворителе или смеси нескольких растворителей (патент РФ №2394937 C1, МПК C23C 4/10, B82B 3/00). Данный способ реализуется при помощи установки газопламенного напыления, содержащей высокоскоростной распылитель с камерой сгорания, имеющей выходное сопло, и устройства для подачи в камеру сгорания топлива, окислителя и исходного материала для покрытия (патент РФ №2407700 C2, МПК B82B 3/00, C23C 4/24, В05D 1/08).Closest to the proposed invention in terms of features is a method for producing a nanostructured coating, which consists in the formation in the combustion chamber of a high-speed atomizer of a high-temperature gas stream by burning fuel in an oxidizer, in the supply to the combustion chamber of a high-speed atomizer of a liquid source material, which is the source of nanoparticle formation, in the formation of heating and transporting nanoparticles by high-temperature gas flow and their deposition on a substrate, and the liquid source material, which is the source of the formation of nanoparticles, is simultaneously used as fuel for the formation of a high-temperature gas stream, while the material itself is a true or colloidal solution of organic and / or inorganic compounds in an organic solvent or a mixture of several solvents (RF patent No. 2394937 C1, IPC C23C 4/10, B82B 3/00). This method is implemented using a flame spraying installation containing a high-speed atomizer with a combustion chamber having an outlet nozzle, and a device for supplying fuel, an oxidizer, and a starting material for coating to the combustion chamber (RF patent No. 2407700 C2, IPC B82B 3/00, C23C 4 / 24, B05D 1/08).

Недостатком известного способа и устройства является использование в качестве исходного материала истинного или коллоидного раствора органических и неорганических соединений в органическом растворителе, служащем в качестве топлива. С одной стороны, получение такого раствора в целом усложняет и удорожает технологический процесс нанесения покрытия. С другой стороны, не всякий материал, используемый для нанесения покрытия, растворяется в органическом растворителе, служащем в качестве топлива. Это ограничивает технологические возможности данного способа.A disadvantage of the known method and device is the use of a true or colloidal solution of organic and inorganic compounds in an organic solvent serving as fuel as a starting material. On the one hand, the preparation of such a solution generally complicates and increases the cost of the coating process. On the other hand, not every material used for coating is soluble in an organic solvent serving as fuel. This limits the technological capabilities of this method.

Задачей изобретения является разработка универсального способа получения наноструктурированных покрытий, позволяющего использовать имеющиеся порошковые материалы, широко применяемые на практике, в частности в порошковой металлургии, для нанесения наноструктурированных покрытий.The objective of the invention is to develop a universal method for producing nanostructured coatings, allowing the use of existing powder materials that are widely used in practice, in particular in powder metallurgy, for applying nanostructured coatings.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения наноструктурированного покрытия, заключающемся в формировании в камере сгорания высокоскоростного распылителя высокотемпературного газового потока путем сжигания топлива в окислителе, в подаче в камеру сгорания исходного материала, являющегося источником образования наночастиц, в образовании и переносе высокотемпературным газовым потоком наночастиц и осаждении их на подложке, исходный материал подают в камеру сгорания со скоростью, большей скорости высокотемпературного газового потока.The problem is achieved in that in a method for producing a nanostructured coating, which consists in forming a high-speed atomizer of a high-temperature gas stream in a combustion chamber by burning fuel in an oxidizing agent, in feeding into the combustion chamber a starting material, which is a source of nanoparticle formation, in the formation and transfer of a high-temperature gas stream of nanoparticles and deposition them on a substrate, the source material is fed into the combustion chamber at a speed greater than the speed of high-temperature gas stream.

Для реализации способа используют устройство для газопламенного напыления наноструктурированного покрытия, содержащее высокоскоростной распылитель с камерой сгорания и выходным соплом и устройства для подачи в камеру сгорания горючего и окислителя, а также форкамеру, снабженную устройствами для подачи горючего, окислителя и исходного материала для покрытия, причем форкамера расположена со стороны торца камеры сгорания и соединена с ней.To implement the method, a device for gas-flame spraying of a nanostructured coating is used, comprising a high-speed atomizer with a combustion chamber and an outlet nozzle and devices for supplying fuel and an oxidizing agent to the combustion chamber, as well as a pre-chamber equipped with devices for supplying fuel, an oxidizing agent and a starting material for coating, with a forechamber located on the side of the end of the combustion chamber and connected to it.

Преимущество предложенного способа заключается в том, что в качестве исходного материала для получения наноструктурированного покрытия используются порошковые материалы, выпускаемые промышленностью. Это существенно расширяет технологические возможности данного способа, так как дает возможность получать наноструктурированные покрытия из различных материалов.The advantage of the proposed method lies in the fact that as a starting material for obtaining a nanostructured coating, powder materials produced by the industry are used. This significantly expands the technological capabilities of this method, as it makes it possible to obtain nanostructured coatings from various materials.

Предлагаемый способ и устройство для его реализации показаны на фиг.1, 2, 3: на фиг.1 схематично представлено устройство газопламенного напыления; на фиг.2 показана схема расплавления частички порошка в распылителе; на фиг.3 показан характер течения порошка напыляемого материала в распылителе. Устройство газопламенного напыления имеет высокоскоростной распылитель, содержащий корпус 1, в котором размещены камера сгорания 2, выходное сопло 3 и конус 4 с отверстиями 5. На корпусе 1 установлена свеча зажигания 6 и штуцеры 7 и 8. Между торцом корпуса 1 и конусом 4 расположена полость 9, служащая для образования топливной смеси. В центре торца корпуса 1 выполнено коническое отверстие 10. На торце корпуса 1 закреплен корпус форкамеры 11, в котором размещены форкамера 12, диск 13 со сквозными отверстиями и полость 14. На корпусе форкамеры 11 установлены свеча зажигания 12, штуцеры 16, 17 и трубка 18.The proposed method and device for its implementation are shown in figures 1, 2, 3: figure 1 schematically shows a device for flame spraying; figure 2 shows a diagram of the melting of the powder particles in the atomizer; figure 3 shows the nature of the flow of powder sprayed material in the atomizer. The flame spraying device has a high-speed atomizer, comprising a housing 1, in which a combustion chamber 2, an output nozzle 3, and a cone 4 with openings 5 are placed. A spark plug 6 and fittings 7 and 8 are mounted on the housing 1. A cavity is located between the end of the housing 1 and the cone 4. 9, used to form a fuel mixture. A conical hole 10 is made in the center of the end face of the housing 1. At the end of the housing 1, a prechamber 11 housing is mounted, in which a prechamber 12, a disk 13 with through holes and a cavity 14 are placed. An ignition plug 12, fittings 16, 17 and a tube 18 are installed on the prechamber housing .

Устройство для напыления кроме распылителя содержит также системы для подачи компонентов топливной смеси и порошка исходного материала для покрытия. Система топливоподачи включает в себя баллон 19 с горючим газом, например пропан-бутаном, воздушный компрессор 20, баллон 21 с кислородом, регуляторы давления 22, 23, 24, 25, 26, дроссели 27, 28, 29, 30, 31 и вентили 32, 33. Газовый баллон 19 трубопроводом через регулятор давления 22 и дроссель 27 соединен со штуцером 16, а через регулятор давления 23 и дроссель 28 соединен со штуцером 7. Воздушный компрессор 20 через регулятор давления 24 и дроссель 29 соединен со штуцером 17, а через регулятор 25, дроссель 30 и вентиль 33 - со штуцером 8. Кислородный баллон через регулятор давления 26, дроссель 31 и вентиль 32 соединен со штуцером 8. В форкамере 12 в качестве окислителя используется сжатый воздух. В камере сгорания 2 в качестве окислителя используется сжатый воздух либо кислород. При использовании кислорода вентиль 32 находится в открытом положении, а вентиль 33 - в закрытом положении. Если же используется в качестве окислителя воздух, то вентиль 33 находится в открытом положении, а вентиль 32 - в закрытом положении. Необходимое соотношение между горючим газом и окислителем в форкамере 12 обеспечивается соответствующим подбором проходных сечений дросселей 27 и 29, а в камере сгорания 12 это обеспечивается подбором проходных сечений дросселей 28 и 30 или дросселей 28 и 31.The spraying device, in addition to the sprayer, also contains systems for supplying components of the fuel mixture and powder of the starting material for coating. The fuel supply system includes a cylinder 19 with a combustible gas, for example propane-butane, an air compressor 20, a cylinder 21 with oxygen, pressure regulators 22, 23, 24, 25, 26, chokes 27, 28, 29, 30, 31 and valves 32 , 33. A gas cylinder 19 is connected by a pipeline through a pressure regulator 22 and a throttle 27 to a fitting 16, and through a pressure regulator 23 and a throttle 28 is connected to a fitting 7. An air compressor 20 is connected to a fitting 17 through a pressure regulator 24 and a throttle 29, and through a regulator 25, throttle 30 and valve 33 - with fitting 8. Oxygen cylinder through pressure regulator 26, a throttle 31 and a valve 32 are connected to the nozzle 8. In the prechamber 12, compressed air is used as an oxidizing agent. In combustion chamber 2, compressed air or oxygen is used as an oxidizing agent. When using oxygen, valve 32 is in the open position and valve 33 is in the closed position. If air is used as an oxidizer, then valve 33 is in the open position and valve 32 is in the closed position. The necessary ratio between the combustible gas and the oxidizing agent in the pre-chamber 12 is ensured by the appropriate selection of the flow areas of the chokes 27 and 29, and in the combustion chamber 12 this is achieved by the selection of the flow areas of the chokes 28 and 30 or the chokes 28 and 31.

Система подачи порошка исходного материала для покрытия включает в себя баллон 34 с газом, например азотом, регулятор давления 35 и емкость 36 с трубкой 37, соединенной трубопроводом с трубкой 18. В емкости 36 помещен порошок 38 исходного материала для покрытия. Трубка 37 и полость емкости 36 соединены трубопроводами с регулятором давления 35.The powder feed system for the coating starting material includes a gas cylinder 34, such as nitrogen, a pressure regulator 35, and a container 36 with a pipe 37 connected by a pipe to the pipe 18. A powder 38 of the starting material for coating is placed in the container 36. The tube 37 and the cavity of the tank 36 are connected by pipelines to a pressure regulator 35.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. В камере сгорания за счет сгорания горючего в окислителе формируют высокотемпературный газовый поток. Одновременно в камеру сгорания подают порошок напыляемого материала со скоростью, значительно превышающей скорость высокотемпературного газового потока. Из-за разности скоростей частицы порошка обтекаются потоком горячего газа. При этом они интенсивно нагреваются. На фиг.2 показано движение одной и той же частицы 1 в различные моменты времени. Под воздействием встречного потока газа наиболее интенсивно нагревается лобовая часть 2 частицы 1, поэтому по мере движения частицы 1 ее диаметр непрерывно уменьшается. Наряду с этим непрерывно уменьшается и диаметр капель расплава, срывающихся с поверхности частицы. Благодаря этому из порошка напыляемого материала образуются наночастицы и на выходе из камеры сгорания формируется газовый поток с наночастицами. Далее поток с наночастицами в сопле ускоряется. На выходе из сопла эти наночастицы, осаждаясь на подложке, образуют наноструктурированное покрытие.The proposed method is as follows. In the combustion chamber due to the combustion of fuel in the oxidizer, a high-temperature gas stream is formed. At the same time, the powder of the sprayed material is fed into the combustion chamber at a speed significantly higher than the speed of the high-temperature gas stream. Due to the difference in speeds, the powder particles are surrounded by a stream of hot gas. At the same time, they heat up intensely. Figure 2 shows the movement of the same particle 1 at different points in time. Under the influence of the oncoming gas stream, the frontal part 2 of the particle 1 is most intensively heated, therefore, as the particle 1 moves, its diameter continuously decreases. Along with this, the diameter of the melt droplets breaking off the particle surface is continuously decreasing. Due to this, nanoparticles are formed from the powder of the sprayed material and a gas stream with nanoparticles is formed at the exit from the combustion chamber. Further, the flow with nanoparticles in the nozzle is accelerated. At the exit from the nozzle, these nanoparticles, deposited on a substrate, form a nanostructured coating.

Работа устройства, реализующего данный способ, осуществляется следующим образом. В полость 9 через штуцеры 7 и 8 подаются горючий газ и сжатый воздух или кислород. Горючий газ поступает из баллона 19 через регулятор давления 23 и дроссель 28, а сжатый воздух из компрессора 20 через регулятор давления 25, дроссель 30 и вентиль 33. Если в качестве окислителя используется кислород, то его подача осуществляется из баллона 21 через регулятор давления 26, дроссель 31 и вентиль 32. В полости 9 образуется газообразная топливная смесь, которая поджигается при помощи свечи 6. В дальнейшем свеча 6 не используется, процесс горения топливной смеси поддерживается автоматически. Продукты сгорания и частично топливная смесь поступают в камеру сгорания 2 через отверстия 5 конуса 4. В результате сгорания топливной смеси в камере сгорания 2 формируется высокотемпературный газовый поток. Наряду с этим горючий газ и сжатый воздух подаются также в полость 14. Горючий газ поступает из баллона 19 через регулятор давления 22, дроссель 27 и штуцер 16, а сжатый воздух - из компрессора 20 через регулятор давления 24, дроссель 29 и штуцер 17. Благодаря этому в полсти 16 образуется топливная смесь, которая поджигается свечей 15. Продукты сгорания и частично топливная смесь поступают полость 12 форкамеры 11. Окончательное сгорание топливной смеси происходит в полости 12. Одновременно с этим в полость 12 через трубку 18 подается порошок исходного материала для покрытия из емкости 36. Это производится под действием инертного газа, который при истечении из трубки 37 емкости 36 увлекает с собой частички порошка 38. Настройкой регуляторов давления 22, 23, 24, 25, 26 давление в форкамере 12 устанавливается в 1,1…1,4 раза выше, чем в камере сгорания 2. Благодаря этому в результате сгорания топливной смеси в форкамере 12 формируется высокотемпературный газовый поток, который интенсивно ускоряет частички порошка. Благодаря разности давлений между форкамерой 12 и камерой сгорания 2 образующаяся газопорошковая струя с большой скоростью поступает в камеру сгорания 2. На фиг.3 схематично показан характер течения газопорошковой струи. В камере сгорания газопорошковая струя расходится в форме конуса. При этом скорость частиц порошка значительно выше скорости высокотемпературного потока, созданного в камере сгорания 2. Вследствие этого частицы порошка обдуваются встречным потоком горячего газа, интенсивно нагреваются и, постепенно расплавляясь, раздробляются на множество мелких частей. Благодаря этому на выходе из камеры сгорания 2 в газовом потоке образуются наночастицы исходного материала для покрытия. В сопле 3 газовый поток вместе с наночастицами интенсивно ускоряется. После выхода газового потока из сопла 3 эти наночастицы, оседая на поверхность подложки, образуют наноструктурированное покрытие 39.The operation of the device that implements this method is as follows. Combustible gas and compressed air or oxygen are supplied into cavity 9 through fittings 7 and 8. Combustible gas comes from the cylinder 19 through the pressure regulator 23 and the throttle 28, and the compressed air from the compressor 20 through the pressure regulator 25, the throttle 30 and the valve 33. If oxygen is used as an oxidizer, then it is supplied from the cylinder 21 through the pressure regulator 26, throttle 31 and valve 32. In the cavity 9, a gaseous fuel mixture is formed, which is ignited using the candle 6. In the future, the candle 6 is not used, the combustion process of the fuel mixture is supported automatically. The combustion products and partially the fuel mixture enter the combustion chamber 2 through the holes 5 of the cone 4. As a result of the combustion of the fuel mixture in the combustion chamber 2, a high-temperature gas stream is formed. Along with this, combustible gas and compressed air are also supplied to the cavity 14. Combustible gas flows from the cylinder 19 through the pressure regulator 22, the throttle 27 and the nozzle 16, and compressed air from the compressor 20 through the pressure regulator 24, the throttle 29 and the nozzle 17. Thanks this, in the cavity 16, a fuel mixture is formed, which is ignited by the candles 15. The combustion products and partially the fuel mixture enter the cavity 12 of the pre-chamber 11. The final combustion of the fuel mixture occurs in the cavity 12. At the same time, the powder of the starting material is fed into the cavity 12 through the tube 18 la for coating from the tank 36. This is done under the influence of an inert gas, which, when it expires from the tube 37 of the tank 36, carries particles of powder 38 with it. By adjusting the pressure regulators 22, 23, 24, 25, 26, the pressure in the chamber 12 is set to 1.1 ... 1.4 times higher than in the combustion chamber 2. Due to this, as a result of the combustion of the fuel mixture in the pre-chamber 12, a high-temperature gas flow is formed, which intensively accelerates the powder particles. Due to the pressure difference between the prechamber 12 and the combustion chamber 2, the resulting gas-powder jet enters the combustion chamber 2 at a high speed. Figure 3 schematically shows the flow pattern of the gas-powder jet. In the combustion chamber, the gas-powder jet diverges in the shape of a cone. The speed of the powder particles is much higher than the speed of the high-temperature flow created in the combustion chamber 2. As a result, the powder particles are blown by the counter flow of hot gas, heat up intensively and, gradually melting, are crushed into many small parts. Due to this, at the exit of the combustion chamber 2, nanoparticles of the starting material for coating are formed in the gas stream. In nozzle 3, the gas flow together with nanoparticles is intensely accelerated. After the gas stream exits the nozzle 3, these nanoparticles, deposited on the surface of the substrate, form a nanostructured coating 39.

Примеры осуществления предлагаемого способаExamples of the proposed method

Пример 1. Создание покрытия медью. Температура плавления меди составляет 1083°C. В данном случае в качестве окислителя целесообразно использовать сжатый воздух. При сгорании газовоздушной смеси в камере сгорания формируется газовый поток с температурой порядка 1400…1600°C. Скорость газового потока составляет 30…50 м/с. В зависимости от диаметра частиц порошка в камеру сгорания порошок меди подают со скоростью 250…350 м/с. Для этого давление в форкамере устанавливают в 1,1…1,2 раза больше давления в камере сгорания. При этом скорость частиц порошка относительно газового потока составляет 200…300 м/с. Благодаря этой скорости частицы порошка в процессе движения в камере сгорания полностью расплавляются и раздробляются, образуя в газовом потоке наночастицы. Из-за нагрева и расплавления частиц порошка температура газового потока уменьшается. После выхода из камеры сгорания газовый поток с наночастицами интенсивно ускоряется в сопле. При этом температура газового потока снижается. В зависимости от параметров сопла температура газового потока на выходе из сопла составляет порядка 850…1000°C. При этом наночастицы могут находиться в твердом либо в жидком состоянии. На поверхности подложки из этих наночастиц образуется наноструктурированное покрытие.Example 1. Creating a copper coating. The melting point of copper is 1083 ° C. In this case, it is advisable to use compressed air as an oxidizing agent. When a gas-air mixture is burned, a gas stream with a temperature of about 1400 ... 1600 ° C is formed in the combustion chamber. The gas flow rate is 30 ... 50 m / s. Depending on the diameter of the powder particles, copper powder is fed into the combustion chamber at a speed of 250 ... 350 m / s. For this, the pressure in the prechamber is set to 1.1 ... 1.2 times the pressure in the combustion chamber. The speed of the powder particles relative to the gas stream is 200 ... 300 m / s. Due to this speed, the particles of the powder during movement in the combustion chamber completely melt and crush, forming nanoparticles in the gas stream. Due to the heating and melting of the powder particles, the temperature of the gas stream decreases. After exiting the combustion chamber, the gas flow with nanoparticles is intensely accelerated in the nozzle. In this case, the temperature of the gas stream decreases. Depending on the parameters of the nozzle, the temperature of the gas stream at the exit of the nozzle is about 850 ... 1000 ° C. In this case, the nanoparticles can be in solid or liquid state. A nanostructured coating is formed from the surface of the substrate from these nanoparticles.

Пример 2. Создание покрытия хромом.Example 2. Creating a coating of chrome.

Температура плавления хрома составляет 1890°C. В данном случае в качестве окислителя целесообразно использовать кислород. При сгорании смеси горючего газа с кислородом в камере сгорания формируется газовый поток с температурой порядка 2100…2500°C. Скорость газового потока в передней части камеры сгорания составляет 50…100 м/с. В камеру сгорания порошок храма подают со скоростью 300…450 м/с в зависимости от диаметра частиц порошка. Для этого давление в форкамере устанавливают в 1,15…1,25 раза больше давления в камере сгорания. При этом скорость частиц порошка хрома относительно газового потока составляет 250…350 м/с, что достаточно для образования в газовом потоке наночастиц хрома. В сопле скорость газового потока с наночастицами интенсивно повышается, при этом его температура снижается. На выходе из сопла температура газового потока составляет порядка 1700…1900°C. При этом наночастицы находятся преимущественно в твердом состоянии. Оседая на поверхность подложки, они образуют наноструктурированное покрытие.The melting point of chromium is 1890 ° C. In this case, it is advisable to use oxygen as an oxidizing agent. During the combustion of a mixture of combustible gas with oxygen, a gas stream with a temperature of about 2100 ... 2500 ° C is formed in the combustion chamber. The gas flow velocity in the front of the combustion chamber is 50 ... 100 m / s. The powder of the temple is fed into the combustion chamber at a speed of 300 ... 450 m / s, depending on the diameter of the powder particles. For this, the pressure in the prechamber is set to 1.15 ... 1.25 times the pressure in the combustion chamber. The speed of the particles of chromium powder relative to the gas stream is 250 ... 350 m / s, which is sufficient for the formation of chromium nanoparticles in the gas stream. In the nozzle, the gas flow rate with nanoparticles increases rapidly, while its temperature decreases. At the exit of the nozzle, the temperature of the gas stream is about 1700 ... 1900 ° C. In this case, the nanoparticles are mainly in the solid state. Settling on the surface of the substrate, they form a nanostructured coating.

В предлагаемом способе для получения наноструктурированного покрытия в качестве исходного материала используются порошковые материалы, широко используемые в промышленности. Это существенно упрощает и удешевляет получение наноструктурированных покрытий, что дает возможность широко применять такие покрытия.In the proposed method for obtaining a nanostructured coating, powder materials widely used in industry are used as a starting material. This greatly simplifies and reduces the cost of obtaining nanostructured coatings, which makes it possible to widely use such coatings.

Claims (2)

1. Способ газопламенного напыления наноструктурированного покрытия, включающий формирование в камере сгорания распылителя высокотемпературного газового потока путем сжигания топлива в окислителе, подачу в камеру сгорания исходного материала, образование и перенос высокотемпературным газовым потоком наночастиц, полученных из исходного материала, и осаждение их на подложке, отличающийся тем, что распылитель снабжают форкамерой, а в качестве исходного материала используют порошковый материал, при этом одновременно с формированием в камере сгорания распылителя высокотемпературного газового потока в упомянутой форкамере устанавливают давление выше, чем давление в камере сгорания, и формируют высокотемпературный газовый поток, в который подают порошковый материал с образованием газопорошковой струи, которую подают в камеру сгорания со скоростью, большей скорости высокотемпературного газового потока.1. A method of gas-flame spraying of a nanostructured coating, comprising forming a high-temperature gas stream in the combustion chamber of the atomizer by burning fuel in an oxidizer, supplying the starting material to the combustion chamber, forming and transferring nanoparticles obtained from the starting material by the high-temperature gas stream, and depositing them on a substrate, different the fact that the sprayer is provided with a prechamber, and powder material is used as the starting material, while simultaneously forming As atomizer high combustion gas flow in said precombustion chamber pressure is set higher than the pressure in the combustion chamber, and form a high temperature gas stream, which is supplied with particulate material to form a gas-powder jet which is fed into the combustion chamber at a velocity greater than the velocity of the high temperature gas stream. 2. Устройство для газопламенного напыления наноструктурированного покрытия, содержащее распылитель с камерой сгорания со штуцерами для подачи компонентов топливной смеси и выходным соплом, системы для подачи компонентов топливной смеси, соединенные с соответствующими штуцерами камеры сгорания, и систему для подачи исходного материала покрытия, отличающееся тем, что распылитель снабжен форкамерой со штуцерами для подачи компонентов топливной смеси, соединенными с соответствующими системами для подачи компонентов топливной смеси, и с трубкой для исходного материала покрытия, соединенной с системой для подачи исходного материала в виде порошка, при этом форкамера расположена со стороны торца камеры сгорания и соединена с ней. 2. A device for gas-flame spraying of a nanostructured coating, comprising a nozzle with a combustion chamber with fittings for supplying components of the fuel mixture and an outlet nozzle, systems for supplying components of the fuel mixture connected to respective fittings of the combustion chamber, and a system for supplying the starting coating material, characterized in that the sprayer is equipped with a prechamber with fittings for supplying the components of the fuel mixture, connected to respective systems for supplying the components of the fuel mixture, and with a tube for the starting coating material connected to the system for supplying the starting material in the form of a powder, the prechamber being located on the end side of the combustion chamber and connected to it.

Images