RU2774672C1 - Heating apparatus, application thereof, ohmically resistive coating, method for coating by the cold spraying method and particle mixture applied therein - Google Patents
Heating apparatus, application thereof, ohmically resistive coating, method for coating by the cold spraying method and particle mixture applied therein Download PDFInfo
- Publication number
- RU2774672C1 RU2774672C1 RU2021111813A RU2021111813A RU2774672C1 RU 2774672 C1 RU2774672 C1 RU 2774672C1 RU 2021111813 A RU2021111813 A RU 2021111813A RU 2021111813 A RU2021111813 A RU 2021111813A RU 2774672 C1 RU2774672 C1 RU 2774672C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- particles
- ductile
- mixture
- paragraphs
- metals
- Prior art date
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 81
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 67
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 238000010288 cold spraying Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 99
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 99
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims abstract description 73
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 49
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 claims abstract description 12
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims abstract description 12
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 43
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 33
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 26
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 150000002738 metalloids Chemical class 0.000 claims description 23
- 229910052752 metalloid Inorganic materials 0.000 claims description 20
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 13
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims description 13
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 10
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 10
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 9
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 9
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 9
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 9
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims description 6
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 4
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 3
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000003570 air Substances 0.000 claims description 2
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052789 astatine Inorganic materials 0.000 claims description 2
- RYXHOMYVWAEKHL-UHFFFAOYSA-N astatine(.) Chemical compound [At] RYXHOMYVWAEKHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 2
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon(0) Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 2
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910000460 iron oxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 abstract description 13
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 abstract description 12
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 239000004033 plastic Substances 0.000 abstract description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 abstract description 3
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 19
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 15
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 7
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 7
- 238000010285 flame spraying Methods 0.000 description 6
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 5
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 5
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 4
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052765 Lutetium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N al2o3 Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 description 3
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 229910001055 inconels 600 Inorganic materials 0.000 description 3
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 3
- OHSVLFRHMCKCQY-UHFFFAOYSA-N lutetium Chemical compound [Lu] OHSVLFRHMCKCQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 3
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 3
- GZCRRIHWUXGPOV-UHFFFAOYSA-N terbium Chemical compound [Tb] GZCRRIHWUXGPOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 3
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium(0) Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 2
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 2
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000005294 ferromagnetic Effects 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 150000002737 metalloid compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000009718 spray deposition Methods 0.000 description 2
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002482 Cu–Ni Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000003298 Dental Enamel Anatomy 0.000 description 1
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004541 SiN Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005296 abrasive Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive Effects 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- QXUAMGWCVYZOLV-UHFFFAOYSA-N boride(3-) Chemical compound [B-3] QXUAMGWCVYZOLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011089 carbon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- UOUJSJZBMCDAEU-UHFFFAOYSA-N chromium(3+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Cr+3].[Cr+3] UOUJSJZBMCDAEU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000010411 cooking Methods 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000003670 easy-to-clean Effects 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 230000003203 everyday Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 244000144972 livestock Species 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 229910003455 mixed metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 1
- TWXTWZIUMCFMSG-UHFFFAOYSA-N nitride(3-) Chemical compound [N-3] TWXTWZIUMCFMSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002843 nonmetals Chemical class 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative Effects 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000011846 petroleum-based material Substances 0.000 description 1
- 235000013550 pizza Nutrition 0.000 description 1
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective Effects 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 1
- 230000001932 seasonal Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000391 smoking Effects 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing Effects 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N tin hydride Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005341 toughened glass Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
- 239000000037 vitreous enamel Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
[0001] Настоящее изобретение имеет отношение к нагревательному устройству и его применениям. Оно также имеет отношение к омически резистивному покрытию, способу нанесения покрытия на подложку с использованием "холодного напыления" и к смеси частиц для использования в нем.[0001] The present invention relates to a heating device and its applications. It also relates to an ohmic resistive coating, a "cold spray" method of coating a substrate, and a mixture of particles for use therein.
[0002] Новое нагревательное устройство содержит нагревательный элемент, имеющий омически резистивное покрытие. Нагревательное устройство и покрытие изготовляют с использованием недорогого производственного способа, известного в данной области техники как "холодное напыление" или "твердофазное" осаждение. При этом способе осаждают новую смесь частиц, содержащую (i) пластичный или ковкий металл, который деформируется при ударе о подложку, сцепляясь с поверхностью, и (ii) частицы, содержащие один или несколько электрически резистивных оксидов, карбидов, силицидов, дисилицидов, нитридов, боридов или сульфидов металлов, которые становятся связанными с образованием омически резистивного покрытия на подложке. Типичное соотношение пластичного или ковкого металла к электрически резистивным частицам может составлять от 2:1 до 1:2.[0002] The new heating device includes a heating element having an ohmic resistive coating. The heating device and coating are made using an inexpensive manufacturing process known in the art as "cold spray" or "solid phase" deposition. In this method, a new mixture of particles is deposited containing (i) a ductile or malleable metal that deforms upon impact with the substrate, adhering to the surface, and (ii) particles containing one or more electrically resistive oxides, carbides, silicides, disilicides, nitrides, metal borides or sulfides which become associated to form an ohmic resistive coating on the substrate. A typical ratio of ductile or malleable metal to electrically resistive particles can be from 2:1 to 1:2.
[0003] Специалист в данной области техники сможет отличить покрытие, полученное с помощью холодного напыления, от покрытия, полученного путем "плавления" частиц, сравните ФИГ. 4а-4с с ФИГ. 5, поскольку под микроскопом покрытия, полученные "холодным напылением", менее неоднородны, чем покрытия, полученные в результате процессов, при которых плавятся частицы.[0003] One skilled in the art will be able to distinguish between a cold spray coating and a particle "melt" coating, compare FIG. 4a-4c with FIG. 5 because, under the microscope, "cold spray" coatings are less heterogeneous than coatings produced by processes that melt particles.
[0004] Затем нагревательный элемент может быть электрически подключен к источнику переменного или постоянного тока для омического нагревания рассматриваемого покрытия.[0004] The heating element can then be electrically connected to an AC or DC source to resistively heat the coating in question.
Уровень техникиState of the art
[0005] Известны различные методы производства нагревательных элементов для нанесения поверхностного покрытия с использованием методов осаждения, при которых нагревают один или несколько металлов и/или оксидов, карбидов, силицидов, дисилицидов, нитридов, боридов и сульфидов до достаточно высокой температуры, обычно выше 3000°С, чтобы позволить процессу осаждения происходить через полурасплавленную фазу. Такой процесс из-за высоких рабочих температур накладывает ограничения на вид подложки и имеет высокую расходную составляющую, что ограничивает производство таких товаров для многих применений из-за их высокой стоимости.[0005] Various methods are known for the production of heating elements for surface coating using deposition methods in which one or more metals and/or oxides, carbides, silicides, disilicides, nitrides, borides and sulfides are heated to a sufficiently high temperature, usually above 3000° C to allow the precipitation process to proceed through the semi-molten phase. Such a process, due to high operating temperatures, imposes restrictions on the type of substrate and has a high cost component, which limits the production of such products for many applications due to their high cost.
[0006] Эти применения полурасплавленной фазы, в которых используются как порошковые, так и проволочные исходные материалы, включают, среди прочего, газопламенное напыление с использованием ряда газообразных кислородно-топливных смесей, технологии высокоскоростного газопламенного напыления (HVOF) и устройства плазменного напыления, каждое из которых работает при все более высоких рабочих температурах и/или подводимой кинетической энергии. Эти методы хорошо зарекомендовали себя с коммерческой точки зрения, но имеют ограничения по их применению, в частности из-за проблем, которые могут возникнуть из-за неконтролируемого снятия внутренних напряжений в подложке в процессе производства при высоких температурах. Это может привести к нестойкости и короблению, особенно когда речь идет о большой длине поверхности или площади, а именно при величине в один квадратный метр или более, особенно если подложка тонкая. Установленным обычаем и практикой является охлаждение таких чувствительных подложек во время процесса высокотемпературного напыления с использованием охлаждаемых водой плит, ванн с сухим льдом и т.п. для охлаждения изделия, которое подвергается напылению. Такие меры не всегда осуществимы или усложняют процесс осаждения. Как следствие, это может отрицательно сказаться как на производительности, так и на производственных затратах, при этом увеличивается риск производства некачественных изделий.[0006] These semi-molten phase applications using both powder and wire feed materials include, among others, flame spraying using a range of gaseous oxygen-fuel mixtures, high-velocity flame spraying (HVOF) technology, and plasma spraying devices, each of operating at increasingly higher operating temperatures and/or kinetic energy inputs. These methods have proven themselves commercially, but have limitations in their application, in particular due to problems that can arise from uncontrolled stress relief in the substrate during production at high temperatures. This can lead to instability and warping, especially when it comes to a long surface length or area, such as one square meter or more, especially if the substrate is thin. It is established custom and practice to cool such sensitive substrates during a high temperature deposition process using water-cooled plates, dry ice baths, and the like. for cooling the product, which is subjected to spraying. Such measures are not always feasible or complicate the deposition process. As a consequence, this can have a negative impact on both productivity and production costs, while increasing the risk of producing substandard products.
[0007] В PCT/GB2005/003949, PCT/GB2007/004999 и PCT/GB2009/050643 этот же заявитель описал производство электронагревательных элементов с использованием методов пламенного напыления. Хотя они предназначены для изготовления различных изделий, например, крупной бытовой техники, коммерческого оборудования для приготовления пищи и применения в фундаментальных научных исследованиях с использованием установок сверхвысокого вакуума, заявитель выявил значительные новые рыночные возможности, основанные, например, на применении ультратонких нагревательных элементов с поверхностным покрытием, в частности, на архитектурных панелях, содержащие внутренний слой из мягкой стали с тонким керамическим покрытием на одной или обеих поверхностях; такое покрытие обладает высокой стойкостью диэлектрического сопротивления даже при нагревании при соответствующей электрической мощности до высоких температур, таких как 400°С.[0007] In PCT/GB2005/003949, PCT/GB2007/004999 and PCT/GB2009/050643, the same Applicant described the production of electric heating elements using flame spraying techniques. Although they are intended for the manufacture of various products, such as large household appliances, commercial cooking equipment and basic scientific research applications using ultra-high vacuum installations, the applicant has identified significant new market opportunities based, for example, on the use of ultra-thin surface-coated heating elements. in particular on architectural panels comprising a mild steel core with a thin ceramic coating on one or both surfaces; such a coating has a high resistance to dielectric resistance even when heated at appropriate electrical power to high temperatures, such as 400°C.
[0008] В настоящее время считается, что хрупкие или твердые соединения или соли металлов (такие как оксиды и/или карбиды, силициды, дисилициды, нитриды, бориды и сульфиды одного или нескольких металлов) не могут быть осаждены на подложку никакими другими способами, кроме как применением полурасплавленной фазы, потому что соединения или соли, будучи абразивными по своей природе, разрушат поверхность, на которую они будут осаждаться. Действительно, общепринятой промышленной практикой при использовании холодного напыления является включение небольшого в процентном отношении количества хрупких оксидов металлов для подготовки и очистки обрабатываемой поверхности, чтобы лучше "закрепить" наносимые впоследствии частицы пластичного металла. Заявитель преодолел эту проблему путем совместного осаждения их с пластичным или ковким металлом при температуре ниже точки плавления пластичного или ковкого металла и с использованием достаточного количества пластичного или ковкого металла, обычно не менее 30% по массе, а более конкретно - по меньшей мере 40% по массе, для связывания одного или нескольких оксидов и/или карбидов, силицидов, дисилицидов, нитридов, боридов и сульфидов металлов с поверхностью подложки.[0008] It is currently believed that brittle or hard metal compounds or salts (such as oxides and/or carbides, silicides, disilicides, nitrides, borides and sulfides of one or more metals) cannot be deposited onto a substrate by any other means than as using a semi-molten phase, because the compounds or salts, being abrasive in nature, will destroy the surface on which they will be deposited. Indeed, it is common industry practice when using cold spray to include a small percentage of brittle metal oxides to prepare and clean the surface to be treated to better "fix" the subsequently applied ductile metal particles. Applicant has overcome this problem by co-depositing them with a ductile or malleable metal at a temperature below the melting point of the ductile or malleable metal and using a sufficient amount of the ductile or malleable metal, typically at least 30% by weight, and more specifically at least 40% by weight. mass, to bind one or more oxides and/or carbides, silicides, disilicides, nitrides, borides and sulfides of metals with the surface of the substrate.
[0009] Источники формирования уровня техники можно разделить на две группы.[0009] The sources of prior art formation can be divided into two groups.
[0010] Высокотемпературные термические способы напыления (не холодное напыление) и продукты включают:[0010] High temperature thermal spray processes (not cold spray) and products include:
[0011] WO 2016/084019, где раскрыт резистивный нагреватель, имеющий по меньшей мере один термически напыленный резистивный нагревательный слой, содержащий первый металлический компонент, который является электропроводящим, электрически изолирующую производную первого металлического компонента и третий компонент, стабилизирующий удельное сопротивление нагревательного слоя;[0011] WO 2016/084019, which discloses a resistive heater having at least one thermally sprayed resistive heating layer comprising a first metal component that is electrically conductive, an electrically insulating derivative of the first metal component, and a third component that stabilizes the resistivity of the heating layer;
[0012] US 3922386, где раскрыт нагревательный элемент, полученный термическим напылением глобул расплавленного алюминия в окислительной атмосфере;[0012] US 3922386, which discloses a heating element obtained by thermal spraying of globules of molten aluminum in an oxidizing atmosphere;
[0013] GB 2344042, где раскрыт способ изготовления резистивных нагревательных элементов путем нагревания предварительно окисленных частиц так, что они становятся полурасплавленными, и осаждения их на подложке; и[0013] GB 2344042, which discloses a method for manufacturing resistive heating elements by heating pre-oxidized particles so that they become semi-molten and depositing them on a substrate; and
[0014] US 2008/0075876, где раскрыт способ формирования электрического нагревательного элемента с использованием пламенного напыления.[0014] US 2008/0075876, which discloses a method for forming an electrical heating element using flame spraying.
[0015] В отличие от вышеизложенного, следующие ссылки относятся к методам и продуктам "холодного распыления":[0015] In contrast to the foregoing, the following references refer to "cold spray" methods and products:
[0016] WO 2014/184146, где раскрыто холодное напыление металлов, отдельно или в сплавах. Упомянутая публикация касается создания эффектов ферромагнитного нагревания для "подталкивания" температур выше точки застывания с последующим их прекращением из-за присущих им температур точек Кюри, для которых предназначена комбинация металлических сплавов. Здесь упоминается ряд ферромагнитных металлических сплавов, в частности, Cu-Ni и Fe-Ni, с Сr, Al, Mn или без них;[0016] WO 2014/184146, which discloses cold spraying of metals, alone or in alloys. The referenced publication relates to the creation of ferromagnetic heating effects to "push" temperatures above the set point and then stop them due to their inherent Curie point temperatures for which the combination of metal alloys is intended. A number of ferromagnetic metal alloys are mentioned here, in particular Cu-Ni and Fe-Ni, with or without Cr, Al, Mn;
[0017] WO 2005/079209, где раскрыто производство нанокристаллических слоев. В этой публикации описано использование металлов и сплавов и их армирование с использованием керамики для производства спеченных прессовок;[0017] WO 2005/079209, which discloses the production of nanocrystalline layers. This publication describes the use of metals and alloys and their reinforcement using ceramics to produce sintered compacts;
[0018] US 2018/0138494, где раскрыто осаждение катодных или анодных материалов с использованием процесса холодного напыления;[0018] US 2018/0138494, which discloses the deposition of cathode or anode materials using a cold deposition process;
[0019] CN 107841744, где раскрыто использование холодного напыления для получения композитных керамических материалов на основе наноразмерных частиц легированных металлов, которые подвергают тщательному предварительному измельчению и вакуумной сушке. После нанесения холодным напылением поверхность подвергают высокоскоростной обработке трением. В этой публикации не говорится о производстве омически резистивных покрытий или нагревательных устройств.[0019] CN 107841744, which discloses the use of cold spraying to obtain composite ceramic materials based on nanosized particles of alloyed metals, which are subjected to thorough pre-grinding and vacuum drying. After cold spray application, the surface is subjected to a high speed friction treatment. This publication does not cover the production of ohmic resistive coatings or heating devices.
[0020] Ни в одном из описаний, относящихся к холодному напылению, не говорится о формировании нагревательных элементов путем совместного осаждения частиц электрически резистивных соединений или солей металлов, таких как оксиды металлов, с пластичным или ковким металлом.[0020] None of the descriptions relating to cold spraying, does not talk about the formation of heating elements by co-deposition of particles of electrically resistive compounds or metal salts, such as metal oxides, with ductile or malleable metal.
[0021] Заявитель неожиданно установил возможность осаждения соединений или солей хрупких или твердых металлов, включая те, которые обычно используются в промышленных порошковых частицах, применяемых в современных способах термического напыления при низких температурах в контексте осаждения распылением (т.е. температуры ниже их точки плавления) путем осаждения соединений или солей хрупких или твердых металлов вместе с пластичным или ковким металлом или металлами при температуре, при которой они остаются твердыми, с контролируемым импульсом, так что пластичный или ковкий металл деформируется при контакте с поверхностью, и соединения или соли хрупких или твердых металлов внедряются в пластичный или ковкий металл без пескоструйной обработки совместно осажденного пластичного металла или поверхности, нанесенной на него. Полученное покрытие сцепляется с подложкой.[0021] The Applicant has surprisingly found the ability to deposit compounds or salts of brittle or hard metals, including those commonly used in commercial powder particles used in modern thermal spray processes at low temperatures in the context of spray deposition (i.e. temperatures below their melting point ) by depositing compounds or salts of brittle or hard metals together with ductile or malleable metal or metals at a temperature at which they remain solid, with controlled momentum so that the ductile or malleable metal deforms on contact with the surface, and compounds or salts of brittle or hard metals are embedded in ductile or malleable metal without sandblasting the co-deposited ductile metal or the surface deposited thereon. The resulting coating adheres to the substrate.
[0022] В этом отношении использование цинка, который имеет температуру плавления около 419,5°С, в качестве пластичного или ковкого металла является особенно предпочтительным, хотя пластичные или ковкие металлы с более высокой температурой плавления, такие как медь, алюминий и марганец, также могут быть использован.[0022] In this regard, the use of zinc, which has a melting point of about 419.5° C., as a ductile or malleable metal is particularly preferred, although higher melting point ductile or ductile metals such as copper, aluminum and manganese are also can be used.
[0023] Внешний вид покрытия, нанесенного способом холодного напыления, отличается от внешнего вида покрытия, нанесенного в полурасплавленном состоянии. Специалист в данной области техники сможет отличить покрытие, нанесенное способом холодного напыления, от покрытия, полученного в полурасплавленном состоянии, поскольку оно будет менее неоднородным по внешнему виду под микроскопом и будет менее пористым.[0023] The appearance of a cold spray coating is different from that of a semi-molten coating. A person skilled in the art will be able to distinguish between a cold spray coating and a semi-molten coating because it will be less non-uniform in appearance under a microscope and will be less porous.
[0024] Путем нанесения этих соединений или солей металлов на поверхность подложек вместе с пластичным или ковким металлом заявитель смог создать нагревательные устройства, которые можно использовать во множестве применений, в том числе для обогрева бытовых, коммерческих и производственных помещений.[0024] By applying these metal compounds or salts to the surface of substrates along with ductile or malleable metal, Applicant has been able to create heating devices that can be used in a variety of applications, including domestic, commercial, and industrial space heating.
[0025] Идеальными подложками для таких применений являются архитектурные панели со стальным внутренним слоем с тонким керамическим покрытием, например, имеющиеся в продаже панели от Polyvision BV. Предпочтительными являются панели Polyvision Flex 1 или Flex 2.[0025] Ideal substrates for such applications are architectural panels with a steel core with a thin ceramic coating, such as commercially available panels from Polyvision BV. Polyvision Flex 1 or Flex 2 panels are preferred.
[0026] Предпочтительными являются покрытия, полученные из смеси оксида никеля и цинка, хотя были успешно продемонстрированы многие другие комбинации.[0026] Coatings made from a mixture of nickel oxide and zinc oxide are preferred, although many other combinations have been successfully demonstrated.
[0027] Другие применения для обогрева включают применения их в автомобиле, в частности, в электрических и гибридных приводах для маломощных обогревателей кабины, применения в аэрокосмической отрасли для защиты от обледенения и/или для размораживания, а также в строительной отрасли, где покрытия наносят на цементные и другие строительные материалы.[0027] Other heating applications include automotive applications such as electric and hybrid drives for low power cabin heaters, aerospace applications for de-icing and/or defrost applications, and the construction industry where coatings are applied to cement and other building materials.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
[0028] В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предложено нагревательное устройство, содержащее подложку с поверхностью, имеющее нагревательный элемент, содержащий омически резистивное покрытие, которое нанесено на упомянутую поверхность упомянутой подложки путем холодного напыления, при этом упомянутое омически резистивное покрытие имеет слой толщиной от 2 мкм до 300 мкм и содержит:[0028] In accordance with a first aspect of the present invention, there is provided a heating device comprising a substrate with a surface having a heating element comprising an ohmic resistive coating that is applied to said surface of said substrate by cold spraying, wherein said ohmic resistive coating has a layer thickness of 2 microns up to 300 microns and contains:
i) один или несколько пластичных или ковких металлов, выбранных из группы, которую составляют: медь, золото, свинец, алюминий, платина, никель, цинк, магний, железо, марганец, хром, титан, ванадий, ниобий, индий, тербий, стронций, церий и лютеций; иi) one or more ductile or malleable metals selected from the group consisting of: copper, gold, lead, aluminium, platinum, nickel, zinc, magnesium, iron, manganese, chromium, titanium, vanadium, niobium, indium, terbium, strontium , cerium and lutetium; and
ii) частицы, содержащие один или несколько электрически резистивных оксидов, карбидов, силицидов, дисилицидов, нитридов, боридов или сульфидов металлов,ii) particles containing one or more electrically resistive oxides, carbides, silicides, disilicides, nitrides, borides or sulfides of metals,
при этом упомянутые один или несколько пластичных или ковких металлов связывают упомянутые частицы с упомянутой поверхностью упомянутой подложки,wherein said one or more ductile or malleable metals bind said particles to said surface of said substrate,
и по меньшей мере пару электрических контактов, расположенных на нагревательном элементе,and at least a pair of electrical contacts located on the heating element,
при этом нагревательный элемент во время работы подключен к источнику переменного или постоянного тока.while the heating element during operation is connected to a source of alternating or direct current.
[0029] Предпочтительно упомянутое нагревательное устройство содержит множество нагревательных элементов, каждый из которых имеет общий вывод подачи напряжения и независимый вывод возврата.[0029] Preferably, said heating device comprises a plurality of heating elements, each having a common voltage supply terminal and an independent return terminal.
[0030] Упомянутый нагревательный элемент может быть подключен к источнику питания переменного или постоянного тока механическими средствами, пайкой, лазерной пайкой и лазерной сваркой, твердофазным осаждением пластичных металлов с применением технологии "аддитивного производства" или с использованием электропроводящих клеев или красок. Упомянутые соединения могут быть выполнены на соответствующих концах и дополнительно в промежуточных точках по длине нагревательного элемента.[0030] Said heating element can be connected to an AC or DC power source by mechanical means, soldering, laser soldering and laser welding, solid phase deposition of ductile metals using "additive manufacturing" technology, or using electrically conductive adhesives or paints. Said connections may be made at the respective ends and additionally at intermediate points along the length of the heating element.
[0031] В одном из режимов работы упомянутый источник питания работает от сети.[0031] In one of the modes of operation, said power supply operates from the mains.
[0032] В предпочтительном режиме работы упомянутый источник питания представляет собой источник низкого напряжения, работающий в диапазоне 1-110 В, более предпочтительно ниже 30 В.[0032] In the preferred mode of operation, said power supply is a low voltage source operating in the range of 1-110V, more preferably below 30V.
[0033] Предпочтительно упомянутая поверхность подложки содержит диэлектрический изолирующий материал.[0033] Preferably, said substrate surface comprises a dielectric insulating material.
[0034] В особо предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутый диэлектрический изолирующий материал содержит керамику.[0034] In a particularly preferred embodiment of the present invention, said dielectric insulating material comprises ceramic.
[0035] Предпочтительно упомянутая подложка содержит листовой материал, наиболее предпочтительно представляет собой архитектурную панель.[0035] Preferably said substrate comprises sheet material, most preferably an architectural panel.
[0036] Упомянутый листовой материал может содержать стальной внутренний слой и керамическую поверхность.[0036] Said sheet material may comprise a steel core and a ceramic surface.
[0037] Альтернативно упомянутый листовой материал может содержать керамику, стекло или зеркальное стекло.[0037] Alternatively, said sheet material may comprise ceramic, glass, or mirror glass.
[0038] Упомянутый лист может варьировать по размеру и иметь площадь нагреваемой поверхности от 150 см2 до 20000 см2.[0038] Said sheet may vary in size and have a heated surface area from 150 cm 2 to 20,000 cm 2 .
[0039] Предпочтительно упомянутый нагревательный элемент представляет собой саморегулирующийся резистивный нагревательный элемент.[0039] Preferably, said heating element is a self-regulating resistance heating element.
[0040] Упомянутое покрытие также может быть "защищено" путем покрывания его защитным слоем. Упомянутый защитный слой может иметь форму, например, пленки, листа, покрытия или нанесенной стяжки, которые могут защищать от износа или проникновения, например, воды или веществ, вызывающих коррозию упомянутого нагревательного элемента, и для обеспечения защиты от случайного контакта с такими горячими поверхностями или для защиты от поражения электрическим током в результате случайного контакта с элементом, находящимся под напряжением.[0040] Said coating can also be "protected" by coating it with a protective layer. Said protective layer may be in the form of, for example, a film, sheet, coating or applied screed, which may protect against wear or penetration of, for example, water or corrosive substances of said heating element, and to provide protection against accidental contact with such hot surfaces or to protect against electric shock resulting from accidental contact with a live element.
[0041] Кроме того, для облегчения очищения может быть использован защитный/дополнительный слой, представляющий собой легко очищаемую поверхность и/или терморегулирующее покрытие.[0041] In addition, to facilitate cleaning, a protective/additional layer, which is an easy-to-clean surface and/or a thermal control coating, can be used.
[0042] В особо предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения предложено транспортное средство, содержащее нагревательный элемент по первому аспекту настоящего изобретения.[0042] In a particularly preferred embodiment, the present invention provides a vehicle comprising a heating element according to the first aspect of the present invention.
[0043] В другом особо предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения предложено здание, содержащее нагревательный элемент по первому аспекту настоящего изобретения.[0043] In another particularly preferred embodiment of the present invention, there is provided a building comprising a heating element according to the first aspect of the present invention.
[0044] Нагревательное устройство может быть применено для местного нагревания или для защиты от холода.[0044] The heating device can be used for local heating or for protection from the cold.
[0045] Примеры, приведенные только в качестве иллюстрации, включают:[0045] Examples, given by way of illustration only, include:
• горизонтальные и вертикальные строительные конструкции, включая все виды жилых домов, в том числе общественные здания, коммерческие здания, в том числе офисы, магазины и торговые центры, спортивные комплексы и производственные помещения, в том числе логистические центры, мастерские и т.п.;• horizontal and vertical building structures, including all types of residential buildings, including public buildings, commercial buildings, including offices, shops and shopping centers, sports complexes and industrial premises, including logistics centers, workshops, etc. ;
• мосты, туннели, крытые переходы, автобусные и железнодорожные вокзалы, убежища и т.п., и специально отведенные места для курения на открытом воздухе;• bridges, tunnels, underpasses, bus and train stations, shelters, etc., and designated outdoor smoking areas;
• внешние панели или внутренние панели самолета, подверженные воздействию низких температур;• external panels or internal panels of the aircraft exposed to low temperatures;
• железнодорожные пути, более конкретно стрелочные переводы;• railway tracks, more specifically turnouts;
• террасы и ступени стадионов, взлетно-посадочные полосы, заправочные площадки, дороги и пешеходные дорожки;• terraces and steps of stadiums, runways, gas stations, roads and footpaths;
• дорожные указатели и рекламные щиты;• road signs and billboards;
• промышленные холодильные и морозильные камеры; и• industrial refrigerators and freezers; and
• автомойки, заводы, аэропорты, конюшни, фермы и животноводческие помещения, стадионы, распределительные, выставочные и развлекательные центры/комплексы, склады и другие здания большой площади/объема.• car washes, factories, airports, stables, farms and livestock buildings, stadiums, distribution, exhibition and entertainment centers/complexes, warehouses and other buildings of large area/volume.
[0046] Строительные конструкции, приведенные только в качестве примера, включают:[0046] Building structures, given by way of example only, include:
• стены;• walls;
• потолки;• ceilings;
• несущие колонны;• bearing columns;
• полы;• floors;
• кровли (обратные стороны и открытые поверхности - для предотвращения накопления снега/веса), и• roofs (back sides and exposed surfaces - to prevent snow/weight accumulation), and
• функциональные тепловыделяющие устройства внутри упомянутых конструкций, включая сауны, парные, печи для пиццы и тандыры.• Functional heat-generating devices inside the structures mentioned, including saunas, steam rooms, pizza ovens and tandoors.
[0047] Упомянутая конструкция может быть изготовлена из множества различных материалов. Предпочтительные материалы, которые могут быть обработаны, включают строительные материалы, такие как, например,[0047] Said structure can be made from many different materials. Preferred materials that can be processed include building materials such as, for example,
• цементные, керамические и подобные материалы, включая бетон;• cement, ceramic and similar materials, including concrete;
• асфальт, битум и подобные материалы на основе нефти;• asphalt, bitumen and similar petroleum-based materials;
• пластмассы и полимеры;• plastics and polymers;
• композитные материалы; и• composite materials; and
• металлы, изолированные металлические поверхности и эмаль.• metals, insulated metal surfaces and enamel.
[0048] Настоящим изобретением также предложен способ обогрева помещения, включающий подачу энергии к нагревательному устройству в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения.[0048] The present invention also provides a method for heating a space, including supplying power to a heating device in accordance with the first aspect of the present invention.
[0049] Предпочтительно в упомянутом способе обогрева помещения упомянутое покрытие нагревается до >90°С за менее чем 5 мин.[0049] Preferably, in said room heating method, said coating is heated to >90°C in less than 5 minutes.
[0050] Предпочтительно тепло выделяется в основном в форме инфракрасной лучистой тепловой энергии.[0050] Preferably, the heat is released primarily in the form of infrared radiant thermal energy.
[0051] Тепловыделение до некоторой степени можно регулировать конфигурацией дорожек. Упомянутые дорожки могут быть размещены последовательно, или параллельно, или последовательно-параллельно, чтобы создавать электрическое сопротивление, необходимое для получения желаемой мощности нагрева на единицу площади. Примеры включают:[0051] Heat dissipation can be controlled to some extent by track configuration. Said tracks may be placed in series, or in parallel, or in series-parallel to provide the electrical resistance necessary to obtain the desired heating power per unit area. Examples include:
[0052] для инфракрасных излучающих обогревателей помещения обычно мощность составляет 400-800 Вт/м2,[0052] For infrared radiant space heaters, the typical power is 400-800 W/m 2 ,
[0053] для пешеходных дорожек, дорожных указателей, террас обычно мощность составляет 200-300 Вт/м2,[0053] for footpaths, road signs, terraces, the power is usually 200-300 W/m 2 ,
[0054] для строительных конструкций обычно мощность составляет 40-100 Вт/м2,[0054] for building structures, typically the power is 40-100 W/m 2 ,
[0055] для крыльев самолета обычно мощность составляет 100-200 Вт/м2, и[0055] For aircraft wings, typically the power is 100-200 W/m 2 , and
[0056] для обогревателей кабины электромобилей обычно это 400-800 Вт/м2.[0056] for cabin heaters of electric vehicles, this is typically 400-800 W/m 2 .
[0057] В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предложено омически резистивное покрытие, содержащее слой, который нанесен на поверхность подложки, при этом упомянутый слой, толщина которого составляет от 2 мкм до 300 мкм, содержит:[0057] According to a second aspect of the present invention, there is provided an ohmic resistive coating comprising a layer which is deposited on the surface of a substrate, said layer having a thickness of 2 µm to 300 µm comprising:
i) один или несколько пластичных или ковких металлов, выбранных из группы, которую составляют медь, золото, свинец, алюминий, платина, никель, цинк, магний, железо, марганец, хром, титан, ванадий, ниобий, индий, тербий, стронций, церий и лютеций; иi) one or more ductile or malleable metals selected from the group consisting of copper, gold, lead, aluminium, platinum, nickel, zinc, magnesium, iron, manganese, chromium, titanium, vanadium, niobium, indium, terbium, strontium, cerium and lutetium; and
ii) частицы, содержащие один или несколько электрически резистивных оксидов, карбидов, силицидов, дисилицидов, нитридов, боридов или сульфидов металлов,ii) particles containing one or more electrically resistive oxides, carbides, silicides, disilicides, nitrides, borides or sulfides of metals,
и при этом упомянутый один или несколько пластичных или ковких металлов связывает упомянутые частицы с упомянутой поверхностью упомянутой подложки.and wherein said one or more ductile or malleable metals binds said particles to said surface of said substrate.
[0058] Наиболее предпочтительно толщина упомянутого слоя составляет 20-70 мкм.[0058] Most preferably, the thickness of said layer is 20-70 microns.
[0059] Предпочтительно упомянутый слой покрывает по меньшей мере 10% площади упомянутой поверхности упомянутой подложки.[0059] Preferably, said layer covers at least 10% of said surface area of said substrate.
[0060] Наиболее предпочтительно упомянутый слой покрывает по меньшей мере 50% площади упомянутой поверхности упомянутой подложки.[0060] Most preferably, said layer covers at least 50% of the area of said surface of said substrate.
[0061] Упомянутый слой может быть нанесен в виде одной или нескольких разделенных или перекрывающихся дорожек.[0061] Said layer may be applied as one or more separated or overlapping tracks.
[0062] Упомянутое покрытие может быть нанесено таким образом, чтобы оно могло иметь постоянные размеры (одинаковую ширину и толщину), или могло быть нанесено переменным способом, так что сопротивление (и, как следствие, эффект нагрева) в данной точке или площади можно контролировать так, чтобы при желании можно было достичь неоднородных эффектов. Это может быть сделано путем изменения формы или конфигурации дорожки, например, путем изменения ширины или толщины осаждения и/или путем изменения состава и/или уровня величины электрического сопротивления соединения металла, в частности присутствующего оксида металла, или путем изменения расстояния между соседними дорожками. Таким образом, например, можно достичь большего теплового эффекта на периферии конструкции по сравнению с ее центром, или обеспечить отдельно управляемые зоны нагрева внутри большей поверхности нагревателя, так чтобы при подключении через программируемый центральный блок управления можно было бы получить регулируемую тепловую мощность. Настраиваемая система может учитывать сезонные колебания отопления или обеспечивать повышенную энергоэффективность при повседневном использовании.[0062] Said coating can be applied in such a way that it can have constant dimensions (the same width and thickness), or can be applied in a variable way, so that the resistance (and, as a result, the heating effect) at a given point or area can be controlled so that, if desired, heterogeneous effects can be achieved. This can be done by changing the shape or configuration of the track, for example by changing the width or thickness of the deposition and/or by changing the composition and/or level of the electrical resistance value of the metal compound, in particular the metal oxide present, or by changing the spacing between adjacent tracks. In this way, for example, it is possible to achieve a greater thermal effect at the periphery of the structure compared to its center, or to provide separately controlled heating zones within a larger heater surface, so that when connected via a programmable central control unit, an adjustable heating output can be obtained. A customizable system can take into account seasonal heating fluctuations or provide improved energy efficiency in everyday use.
[0063] В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения предложена смесь для холодного напыления или твердофазного осаждения, содержащая:[0063] According to a third aspect of the present invention, there is provided a cold spray or solid phase deposition mixture comprising:
i) по меньшей мере один пластичный или ковкий металл вместе сi) at least one ductile or malleable metal together with
ii) частицами, содержащими:ii) particles containing:
a) один или несколько металлов и/или один или несколько металлоидов вместе с их соединениями или солями; или жеa) one or more metals and/or one or more metalloids together with their compounds or salts; or
b) одно или несколько соединений или солей металлов или металлоидов;b) one or more compounds or salts of metals or metalloids;
при этом упомянутый по меньшей мере один пластичный или ковкий металл присутствует в количестве по массе, достаточном для того, чтобы упомянутая смесь могла образовывать покрытие на поверхности подложки при осаждении при температурах ниже 1000°С.wherein said at least one ductile or malleable metal is present in an amount by weight sufficient to enable said mixture to form a coating on the surface of the substrate when deposited at temperatures below 1000°C.
[0064] Предпочтительно упомянутые одно или несколько соединений или солей металлов или металлоидов включают один или несколько оксидов, карбидов, силицидов, дисилицидов, нитридов, боридов или сульфидов.[0064] Preferably, said one or more metal or metalloid compounds or salts include one or more oxides, carbides, silicides, disilicides, nitrides, borides or sulfides.
[0065] Наиболее предпочтительно упомянутые одно или несколько соединений или солей металлов или металлоидов представляют собой оксид.[0065] Most preferably, said one or more metal or metalloid compounds or salts is an oxide.
[0066] Предпочтительно упомянутые одно или несколько соединений металлов содержат: медь, золото, свинец, алюминий, платину, никель, цинк, хром, магний, железо, марганец, титан, ванадий, ниобий, индий, тербий, стронций, церий и лютеций.[0066] Preferably, said one or more metal compounds comprise: copper, gold, lead, aluminum, platinum, nickel, zinc, chromium, magnesium, iron, manganese, titanium, vanadium, niobium, indium, terbium, strontium, cerium, and lutetium.
[0067] Наиболее предпочтительно упомянутые одно или несколько соединений металлов содержат никель.[0067] Most preferably, said one or more metal compounds contain nickel.
[0068] Предпочтительно упомянутые один или несколько металлоидов выбраны из таких: бор, кремний, германий, мышьяк, сурьма, теллур и астат.[0068] Preferably, said one or more metalloids are selected from boron, silicon, germanium, arsenic, antimony, tellurium, and astatine.
[0069] Предпочтительно упомянутые один или несколько пластичных или ковких металлов выбраны из таких: золото, серебро, алюминий, медь, олово, свинец, цинк, железо, марганец, платина, никель, вольфрам и магний.[0069] Preferably, said one or more ductile or malleable metals are selected from gold, silver, aluminum, copper, tin, lead, zinc, iron, manganese, platinum, nickel, tungsten, and magnesium.
[0070] Наиболее предпочтительно упомянутые один или несколько пластичных или ковких металлов представляют собой цинк или цинк в смеси с никелем.[0070] Most preferably, said one or more ductile or malleable metals are zinc or zinc mixed with nickel.
[0071] Упомянутая смесь может содержать по массе от 10% до 90% упомянутых одного или нескольких пластичных или ковких металлов.[0071] Said mixture may contain, by weight, from 10% to 90% of said one or more ductile or malleable metals.
[0072] Наиболее предпочтительно упомянутая смесь содержит от 40% до 60% упомянутых одного или нескольких пластичных или ковких металлов.[0072] Most preferably, said mixture contains from 40% to 60% of said one or more ductile or malleable metals.
[0073] Обычно упомянутые частицы содержат:[0073] Typically, these particles contain:
а) один или несколько металлов и/или один или несколько металлоидов вместе с их соединениями или солями; или жеa) one or more metals and/or one or more metalloids together with their compounds or salts; or
b) одно или несколько соединений или солей металлов или металлоидов, имеющих средний размер частиц 0,1-150 мкм.b) one or more compounds or salts of metals or metalloids having an average particle size of 0.1-150 microns.
[0074] Наиболее предпочтительно средний размер упомянутых частиц составляет 5-35 мкм.[0074] Most preferably, the average particle size of said particles is 5-35 microns.
[0075] В особо предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутые частицы содержат оксиды никеля, железа и/или хрома.[0075] In a particularly preferred embodiment of the present invention, said particles contain oxides of nickel, iron and/or chromium.
[0076] Упомянутые один или несколько металлов и/или один или несколько металлоидов вместе с их соединениями или солями могут быть получены, например, в виде предварительно окисленных (или других) порошков, полученных пропусканием металлических порошков через зону нагрева устройства термического осаждения в воздушной атмосфере (или в другом подходящем газе) так, чтобы металлические порошки расплавлялись и окислялись (или иным образом изменялись) до контролируемой степени перед закалкой, выделением и сушкой.[0076] Mentioned one or more metals and/or one or more metalloids together with their compounds or salts can be obtained, for example, in the form of pre-oxidized (or other) powders obtained by passing metal powders through the heating zone of a thermal deposition device in an air atmosphere (or other suitable gas) so that the metal powders are melted and oxidized (or otherwise altered) to a controlled degree before quenching, isolation and drying.
[0077] Электрически резистивные оксиды металлов (карбид, силицид, дисилицид, нитрид, борид, сульфид и другие неметаллы и/или металлоиды или любая их комбинация) и их смеси предпочтительно выбраны из тех, которые проявляют увеличение сопротивления с повышением температуры.[0077] Electrically resistive metal oxides (carbide, silicide, disilicide, nitride, boride, sulfide, and other non-metals and/or metalloids, or any combination thereof) and mixtures thereof are preferably selected from those that exhibit an increase in resistance with increasing temperature.
[0078] В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения предложен способ нанесения смеси, содержащей[0078] In accordance with the fourth aspect of the present invention, a method for applying a mixture containing
i) по меньшей мере один пластичный или ковкий металл вместе сi) at least one ductile or malleable metal together with
ii) частицами, содержащими:ii) particles containing:
a) один или несколько металлов и/или один или несколько металлоидов вместе с соединениями или солями, включая их соли; или жеa) one or more metals and/or one or more metalloids together with compounds or salts, including their salts; or
b) одно или несколько соединений или солей металлов или металлоидов;b) one or more compounds or salts of metals or metalloids;
для формирования покрытия на поверхности подложки,to form a coating on the substrate surface,
включающий этапы, обеспечивающие сцепление упомянутой смеси с упомянутой поверхностью путем:comprising steps to ensure adhesion of said mixture to said surface by:
i) подачи компонентов смеси в устройство для холодного напыления; иi) supplying the components of the mixture to the device for cold spraying; and
ii) осаждения частиц смеси через нагретую сжатую сверхзвуковую газовую струю, которая ускоряет упомянутые частицы смеси через сопло при температуре и давлении на упомянутую поверхность подложки, которая расположена на таком расстоянии от сопла, что упомянутые частицы смеси сцепляются с упомянутой поверхностью, образуя на ней покрытие.ii) deposition of mixture particles through a heated compressed supersonic gas jet, which accelerates said mixture particles through a nozzle at temperature and pressure on said substrate surface, which is located at such a distance from the nozzle that said mixture particles adhere to said surface, forming a coating on it.
[0079] Упомянутая температура может составлять от 100°С до 1200°С.[0079] Said temperature may be from 100°C to 1200°C.
[0080] Наиболее предпочтительно упомянутая температура составляет ниже 600°С.[0080] Most preferably, said temperature is below 600°C.
[0081] Еще более предпочтительно упомянутая температура ниже температуры, которая могла бы вызвать плавление или частичное размягчение упомянутых одной или нескольких частиц пластичного или ковкого металла, поэтому при использовании цинка температура должна быть ниже 400°С.[0081] Still more preferably, said temperature is below a temperature that would cause melting or partial softening of said one or more ductile or malleable metal particles, so that when zinc is used, the temperature should be below 400°C.
[0082] Предпочтительно упомянутое давление составляет 1-10 атм (0,101-1,01 МПа).[0082] Preferably, said pressure is 1-10 atm (0.101-1.01 MPa).
[0083] Предпочтительно в упомянутом способе вакуум не применяют.[0083] Preferably, vacuum is not used in said process.
[0084] Предпочтительно упомянутое расстояние составляет менее чем 1 м, еще более предпочтительно составляет 1-30 см.[0084] Preferably, said distance is less than 1 m, even more preferably 1-30 cm.
[0085] Предпочтительно средний размер упомянутых частиц составляет 0,1-150 мкм, более предпочтительно составляет 15-35 мкм.[0085] Preferably, the average particle size of said particles is 0.1-150 µm, more preferably 15-35 µm.
[0086] Предпочтительно упомянутый газ представляет собой воздух, кислород, азот, диоксид углерода, аргон или неон, хотя могут быть использованы и другие газы, используемые, например, при сварке.[0086] Preferably, said gas is air, oxygen, nitrogen, carbon dioxide, argon, or neon, although other gases such as those used in welding may be used.
Краткое описание фигурBrief description of the figures
[0087] Варианты осуществления настоящего изобретения описаны ниже со ссылкой на прилагаемые фигуры, на которых:[0087] Embodiments of the present invention are described below with reference to the accompanying figures, in which:
Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение смеси, образованной из по меньшей мере одного пластичного или ковкого металла вместе с частицами, содержащими:Fig. 1 is a schematic representation of a mixture formed from at least one ductile or malleable metal together with particles containing:
a) один или несколько металлов и/или один или несколько металлоидов вместе с их соединениями или солями; илиa) one or more metals and/or one or more metalloids together with their compounds or salts; or
b) одно или несколько соединений или солей металлов или металлоидов;b) one or more compounds or salts of metals or metalloids;
на Фиг. 2 изображено устройство, подходящее для использования в способе по третьему аспекту настоящего изобретения;in FIG. 2 shows an apparatus suitable for use in the method of the third aspect of the present invention;
Фиг. 3 представляет собой схематическое изображение покрытия по настоящему изобретению, нанесенного на подложку;Fig. 3 is a schematic representation of the coating of the present invention applied to a substrate;
Фиг. 4а-4с представляют собой многократно увеличенные в микроскопе изображения покрытия, сформированного на подложке путем термического напыления, при котором частицы осаждаются в полурасплавленном состоянии в соответствии с известным уровнем технологии;Fig. 4a-4c are magnified microscope images of a coating formed on a substrate by thermal spraying in which particles are deposited in a semi-molten state in accordance with prior art;
Фиг. 5 является изображением в микроскопе покрытия, сформированного на подложке холодным напылением, при котором частицы осаждаются в твердом состоянии согласно настоящему изобретению; иFig. 5 is a microscope image of a coating formed on a substrate by cold spraying in which particles are deposited in a solid state according to the present invention; and
на Фиг. 6 изображено нагревательное устройство согласно четвертому аспекту настоящего изобретения.in FIG. 6 shows a heating device according to a fourth aspect of the present invention.
Подробное описаниеDetailed description
[0088] На Фиг. 1 показана смесь (10) для холодного напыления или твердофазного осаждения, полученная смешиванием i) по меньшей мере одного пластичного или ковкого металла (18), обычно в виде частиц, с ii) частицами (20), содержащими а) один или несколько металлов (12) и/или металлоидов (14) вместе с их соединениями или солями (16) или b) одно или несколько соединений или солей (16) металлов или металлоидов.[0088] In FIG. 1 shows a mixture (10) for cold spraying or solid phase deposition obtained by mixing i) at least one ductile or malleable metal (18), usually in the form of particles, with ii) particles (20) containing a) one or more metals ( 12) and/or metalloids (14) together with their compounds or salts (16) or b) one or more compounds or salts (16) of metals or metalloids.
[0089] Смеси (10) могут быть предварительно смешаны и введены в устройство для холодного напыления или другое устройство для твердофазного осаждения для использования в способе по настоящему изобретению, или могут быть введены отдельно и смешаны in situ.[0089] Blends (10) may be premixed and introduced into a cold spray or other solid phase deposition apparatus for use in the method of the present invention, or may be introduced separately and mixed in situ.
[0090] Как видно на Фиг. 2, смесь (10) может быть подана в устройство (50) для холодного напыления, так что частицы (22) смеси проходят в нагретую (52) сжатую (54) сверхзвуковую газовую струю (56), где они ускоряются через сопло (58) при температуре (Т) и давлении (Р) на поверхность (42) подложки (40), которая расположена на расстоянии (D) от сопла так, что частицы (22) смеси сцепляются с поверхностью (42), образуя покрытие (30).[0090] As seen in FIG. 2, the mixture (10) can be fed into the cold spray device (50) so that the mixture particles (22) pass into the heated (52) compressed (54) supersonic gas jet (56) where they are accelerated through the nozzle (58) at temperature (T) and pressure (P) on the surface (42) of the substrate (40), which is located at a distance (D) from the nozzle so that the particles (22) of the mixture adhere to the surface (42), forming a coating (30).
[0091] Результатом является покрытие (30), см. Фиг. 3, в котором i) упомянутый по меньшей мере один пластичный или ковкий металл (18) служит для "связывания" ii) частиц (20), содержащих а) один или несколько металлов (12) и/или металлоидов (14) вместе с их соединениями или солями (16) или b) одно или несколько соединений или солей (16) металлов или металлоидов на поверхности (42) подложки (40).[0091] The result is a coating (30), see FIG. 3, in which i) said at least one ductile or malleable metal (18) serves to "bond" ii) particles (20) containing a) one or more metals (12) and/or metalloids (14) together with their compounds or salts (16) or b) one or more compounds or salts (16) of metals or metalloids on the surface (42) of the substrate (40).
[0092] Специалист в данной области техники может отличить покрытия, нанесенные холодным напылением по настоящему изобретению от покрытий, полученных термическим напылением, при которых осаждаемые частицы плавятся. Покрытия, нанесенные холодным напылением, обладают меньшей неоднородностью и пористостью, чем покрытия, нанесенные термическим напылением.[0092] A person skilled in the art can distinguish the cold spray coatings of the present invention from thermal spray coatings in which the deposited particles melt. Cold spray coatings have less heterogeneity and porosity than thermal spray coatings.
[0093] Термическое напыление методом высокоскоростного газопламенного напыления с использованием высокопластичных материалов может обеспечить осаждение с высокой плотностью и низкой пористостью при работе в условиях особо высоких температур и скоростей с использованием одних только очень пластичных компонентов. Однако большинство технологий термического осаждения (таких как газопламенное напыление) или напыление составов приводят к очень неоднородным уровням плотности (в диапазоне от 50% до 85%) (то есть уровням пористости от 15% до 50%). В целом, более плотные уровни достигаются на участках (или во всех покрытиях), где уровень пластичных материалов особенно высок, а уровни более низкой плотности (более высокой пористости) достигаются на участках, где (хрупкий) керамический компонент или компоненты более выражены.[0093] Thermal spraying by high velocity flame spraying using highly ductile materials can provide high density, low porosity deposition when operating at extremely high temperatures and velocities using highly ductile components alone. However, most thermal deposition technologies (such as flame spraying) or composition spraying result in very non-uniform density levels (in the range of 50% to 85%) (i.e., porosity levels of 15% to 50%). In general, denser levels are achieved in areas (or all coatings) where the level of ductile materials is particularly high, and lower density levels (higher porosity) are achieved in areas where the (brittle) ceramic component or components are more pronounced.
[0094] Напротив, уровни плотности, достигаемые холодным напылением применяемых в настоящее время пластичных металлов с компонентами хрупкого керамического типа, дают общие уровни плотности >90% (пористость <10%).[0094] In contrast, density levels achieved by cold spraying of currently used ductile metals with brittle ceramic-type components give overall density levels >90% (<10% porosity).
[0095] Более того, пористость покрытий по настоящему изобретению может составлять от менее чем 10% до 8%, 6%, от 4% до менее чем 3%, 2% или 1%.[0095] Moreover, the porosity of the coatings of the present invention can be from less than 10% to 8%, 6%, from 4% to less than 3%, 2% or 1%.
[0096] Это проиллюстрировано сравнением Фиг. 4а-4с (покрытие, нанесенное термическим напылением) с Фиг. 5а (покрытие, нанесенное холодным напылением по настоящему изобретению).[0096] This is illustrated by comparing FIG. 4a-4c (thermal spray coating) of FIG. 5a (cold spray coating of the present invention).
[0097] На Фиг. 4а показана сложная микроструктура покрытия, нанесенного газопламенным напылением смеси металл/оксид металла. После термического напыления происходит случайное распределение и разделение различных фаз. Металлические частицы (18) из-за их более высокой отражательной способности обратного рассеяния света выглядят белыми. Смешанные оксиды (20) металлов отображены в серых тонах, в то время как более черные участки представляют собой пропуски или "пустоты", которые приводят к высокой общей пористости этих покрытий.[0097] In FIG. 4a shows the complex microstructure of a metal/metal oxide flame sprayed coating. After thermal spraying, random distribution and separation of the various phases occurs. The metal particles (18) appear white due to their higher backscattering reflectivity. Mixed metal oxides (20) are displayed in gray tones, while blacker areas are gaps or "voids" that lead to a high overall porosity of these coatings.
[0098] Высокая (но переменная) степень деформации металлических частиц, возникающая при нанесении расплавленной фазы, становится более очевидной при больших увеличениях. Частицы варьируются от полностью "расплющенных" (подвергнутых воздействию зон с более высокой температурой внутри пламени и/или более коротких траекторий полета, с меньшей возможностью охлаждения перед столкновением), до таких, с различными степенями деформации, которые остаются почти сферическими. Наиболее деформированные частицы также будут подвергаться различной степени окисления, реагируя с доступным окружающим газообразным кислородом, присутствующим в пламени, что также формирует очень сложные микроструктуры как внутри, так и вокруг таких частиц.[0098] The high (but variable) degree of deformation of the metal particles that occurs when applying the molten phase becomes more apparent at higher magnifications. Particles range from completely "flattened" (subjected to higher temperature zones within the flame and/or shorter flight paths, with less chance of cooling before impact), to those with varying degrees of deformation that remain nearly spherical. The most deformed particles will also undergo varying degrees of oxidation, reacting with the available ambient oxygen gas present in the flame, which also forms very complex microstructures both within and around such particles.
[0099] На Фиг. 4b изображена поверхность, показанная на Фиг. 4а, при 2,5-кратном увеличении. Сложные микроструктуры более заметны в металлических (более светлых) зонах (18) и в зонах оксидов (20) металлов (более серых). Пустоты все еще отображены как более темные участки.[0099] In FIG. 4b shows the surface shown in FIG. 4a at 2.5x magnification. Complex microstructures are more visible in metallic (lighter) zones (18) and in metal oxide zones (20) (greyer). The voids are still rendered as darker areas.
[00100] На Фиг. 4с показано упомянутое покрытие при 5-кратном увеличении. Металлический участок (18) имеет пористость и окружен участком оболочки из оксида (20) металла. Картирование элементов участка (18) показывает высокие уровни металлического никеля с присутствием внедренных оксидных частиц, которые содержат более высокие концентрации оксидов железа и хрома, оба из которых, как ожидается, будут предпочтительно реагировать с доступным кислородом, присутствующим в пламени, во время полета в расплавленной фазе. Точно так же следует отметить высокое присутствие мелких металлических частиц внутри разрушенной внешней оболочки оксида металла. Это наглядно демонстрирует сложность и возникающую неоднородность термически напыленных отложений.[00100] In Fig. 4c shows said coating at 5x magnification. The metal area (18) has porosity and is surrounded by a sheath area of metal oxide (20). Site (18) feature mapping shows high levels of nickel metal with the presence of embedded oxide particles that contain higher concentrations of iron and chromium oxides, both of which are expected to preferentially react with the available oxygen present in the flame during flight in the molten phase. Similarly, the high presence of small metal particles within the destroyed outer shell of the metal oxide should be noted. This clearly demonstrates the complexity and resulting heterogeneity of thermally sprayed deposits.
[00101] Их можно противопоставить значительно менее неоднородным структурам, которые возникают в результате использования процессов нанесения холодным напылением, которые происходят как процессы твердофазного осаждения, типичным примером которых является иллюстрация на Фиг. 5, на которой частицы оксида (20) металла внедрены в ковкий металл (18).[00101] These can be contrasted with the much less heterogeneous structures that result from the use of cold spray deposition processes that occur as solid phase deposition processes, typified by the illustration in FIG. 5 in which metal oxide particles (20) are embedded in malleable metal (18).
[00102] Будучи все еще неоднородными в распределении, составляющие зоны (т.е. электрически проводящая зона пластичного металла и зона электрически непроводящего хрупкого оксида металла или солей металлов) не претерпели каких-либо фазовых переходов в расплавленном состоянии и, соответственно, не подверглись химической модификации своих соответствующих композиций. Задача при изготовлении таких покрытий состоит в том, чтобы тщательно контролировать физические условия нанесения применяемым устройством для холодного распыления, чтобы "дробеструйной обработкой" попросту не срезать покрываемую основу и/или любой уже нанесенный материал. Это происходит из-за самой природы хрупкости оксидов металлов/солей металлов, которые обычно используются в качестве порошков для дробеструйной очистки поверхности подложек при нанесении 100% пластичных металлов.[00102] While still heterogeneous in distribution, the constituent zones (i.e., the electrically conductive ductile metal zone and the electrically non-conductive brittle metal oxide or metal salt zone) did not undergo any phase transitions in the molten state and, accordingly, were not chemically modifications to their respective compositions. The challenge in making such coatings is to carefully control the physical conditions of application of the cold spray apparatus used so that "shot blasting" does not simply cut away the substrate to be coated and/or any material already applied. This is due to the very nature of the brittleness of the metal oxides/metal salts that are commonly used as shot blasting powders for the surface of substrates when applying 100% ductile metals.
[00103] Путем тщательного контроля за смешиванием и подачей порошка через пистолет для холодного напыления с определенными соотношениями заявитель может получить воспроизводимые композиции с однородностью нагрева.[00103] By carefully controlling the mixing and delivery of the powder through the cold spray gun at certain ratios, an applicant can obtain reproducible compositions with heating uniformity.
[00104] В приведенном в качестве примера способе смесь (10) может быть такой, как проиллюстрировано в любом из Примеров с 1 по 7.[00104] In the exemplary method, mixture (10) may be as illustrated in any of Examples 1 to 7.
[00105] Частицы, имеющие средний диаметр 5-35 мкм, нагреваются в газовом потоке воздуха до температуры ниже 600°С и при давлении около 5 атм (0,507 МПа), когда они покидают упомянутое устройство и проходят расстояние 8-300 мм, где они осаждаются на керамическую поверхность (42) и образуют покрытие (30) слоем (32), толщина которого составляет около 45 мкм.[00105] Particles having an average diameter of 5-35 microns are heated in a gaseous air stream to a temperature below 600° C. and at a pressure of about 5 atm (0.507 MPa) when they leave said device and travel a distance of 8-300 mm, where they are deposited on the ceramic surface (42) and form a coating (30) with a layer (32) having a thickness of about 45 µm.
[00106] Покрытие (30) может быть нанесено контролируемым способом, образуя дорожку или дорожки (44), которые могут образовывать, например, функциональный компонент. Таким образом, как показано на Фиг. 6, нагревательное устройство (60) содержит стальную подложку (40) с керамической поверхностью (42), на которую контролируемым способом нанесен нагревательный элемент (62), содержащий, например, покрытие (30), содержащее оксид никеля и цинк. Установлена пара электрических контактов (64; 66), которые могут быть подключены к источнику питания (68) так, чтобы нагревательное устройство могло нагреваться.[00106] The coating (30) can be applied in a controlled manner to form a track or tracks (44) that can form, for example, a functional component. Thus, as shown in FIG. 6, the heating device (60) comprises a steel substrate (40) with a ceramic surface (42) on which a heating element (62) is applied in a controlled manner, containing, for example, a coating (30) containing nickel oxide and zinc. A pair of electrical contacts (64; 66) are installed, which can be connected to a power source (68) so that the heating device can be heated.
[00107] Альтернативно, упомянутое устройство может содержать множество нагревательных элементов, совместно использующих общий вывод (64) подачи и имеющих независимые выводы (66) возврата.[00107] Alternatively, said device may comprise a plurality of heating elements sharing a common supply terminal (64) and having independent return terminals (66).
[00108] Источник питания предпочтительно является источником низкого напряжения менее чем 30 В.[00108] The power supply is preferably a low voltage source of less than 30V.
[00109] Нагревательное устройство может использоваться во множестве различных применений, но два особенно предпочтительных применения в транспортных средствах, таких как, но без ограничения ими, легковые автомобили, грузовики, поезда, лодки и самолеты, а также в зданиях, таких как, но без ограничения ими, жилые дома, офисы, больницы и складские помещения.[00109] The heating device can be used in a variety of different applications, but two particularly preferred applications are in vehicles such as, but not limited to, cars, trucks, trains, boats, and aircraft, and in buildings, such as, but not limited to restrictions to them, houses, offices, hospitals and warehouses.
[00110] Чтобы дополнительно проиллюстрировать настоящее изобретение (изобретения), ниже описаны некоторые приведенные в качестве примера смеси и подробности их нанесения на подложки для образования нагревательных элементов.[00110] To further illustrate the present invention(s), some exemplary mixtures and details of their application to substrates to form heating elements are described below.
Пример 1Example 1
[00111] Смесь (10) порошка металлического цинка (18), порошка металлического никеля (12) и порошка оксида (16) алюминия в смеси по массе 75:23:2 и с диапазоном размеров частиц 15-30 мкм осаждали при помощи устройства для холодного напыления или твердофазного осаждения с интервалом 10 мм на эмалированную стекловидной эмалью (42) стальную подложку (40), с использованием сжатого воздуха под давлением 5,6 бар (0,56 МПа) в качестве газа-носителя, нагретого до ~600°С, в виде расположенных параллельно одна другой дорожек шириной около 0,45 см со скоростью напыления 4 см/с. Когда источник питания 20 В переменного тока был подключен по всей длине дорожки осажденного элемента, упомянутая дорожка нагрелась до 120°С, потребляя ток 4 А.[00111] A mixture (10) of zinc metal powder (18), nickel metal powder (12) and aluminum oxide powder (16) in a mixture by weight of 75:23:2 and with a particle size range of 15-30 µm was deposited using a device for cold spray or solid phase deposition at 10 mm intervals on a vitreous enamel (42) steel substrate (40), using compressed air at a pressure of 5.6 bar (0.56 MPa) as a carrier gas heated to ~600°C , in the form of tracks arranged parallel to one another with a width of about 0.45 cm with a deposition rate of 4 cm/s. When a 20 VAC power supply was connected along the entire length of the track of the deposited element, said track heated up to 120°C, drawing a current of 4 A.
Пример 2Example 2
[00112] Та же смесь цинкового порошка, никелевого порошка и оксида алюминия, использовавшаяся в Примере 1, была смешана в соотношении 1:1 с предварительно термически окисленным сплавом Inconel 600 (до примерно 10% общего уровня окисления и смолотого до 45 мкм) под давлением 5,6 бар (0,56 МПа) была нанесена с интервалом 12 мм и скоростью напыления 4 см/с на стальную подложку с нанесенным плазменным напылением покрытием из оксида алюминия, с использованием сжатого воздуха, нагретого до ~600°С, в качестве газа-носителя, на соседние дорожки общей шириной ~4,5 см. Когда источник питания 10 В переменного тока был подключен по всей длине дорожки осажденного элемента, упомянутая дорожка нагрелась до 60°С, потребляя ток 3 А.[00112] The same mixture of zinc powder, nickel powder and alumina used in Example 1 was mixed in a 1:1 ratio with pre-thermally oxidized Inconel 600 alloy (to about 10% of the total oxidation level and ground to 45 microns) under pressure 5.6 bar (0.56 MPa) was deposited at 12 mm intervals and a deposition rate of 4 cm/s onto a plasma-sprayed alumina-coated steel substrate using compressed air heated to ~600°C as the gas -carrier, to adjacent tracks with a total width of ~4.5 cm. When a 10 V AC power source was connected along the entire length of the track of the deposited element, the said track heated up to 60 ° C, consuming a current of 3 A.
Пример 3Example 3
[00113] Смесь, как в Примере 2, была напылена при 400°С на подложку из закаленного стекла с интервалом 10 см и скоростью перемещения 8 см/с, и была нанесена в виде параллельных элементов шириной примерно 0,45 см.[00113] The mixture as in Example 2 was sprayed at 400°C onto a tempered glass substrate at 10 cm intervals and a travel speed of 8 cm/s, and was deposited in parallel features approximately 0.45 cm wide.
Пример 4Example 4
[00114] Смесь, как в Примере 2, была напылена на керамический блок SiN при 600°С и давлении 5,6 бар (0,56 МПа), с интервалом 8 см и скоростью перемещения 4 см/с, для получения смежных дорожек общей шириной ~4,5 см.[00114] The mixture as in Example 2 was sprayed onto a SiN ceramic block at 600°C and a pressure of 5.6 bar (0.56 MPa), with an interval of 8 cm and a movement speed of 4 cm/s, to obtain adjacent tracks with a total ~4.5 cm wide.
Пример 5Example 5
[00115] Смесь порошка оксида никеля (16) (15 мкм) в соотношении 4:1 с порошком металлического цинка (18) при 600°С и давлении 4,4 бар (0,44 МПа) была напылена с интервалом 8 см и скоростью перемещения 8 см/с на стальную архитектурную панель с керамическим покрытием, для получения параллельных дорожек шириной около 0,45 см.[00115] A mixture of nickel oxide powder (16) (15 μm) in a ratio of 4:1 with metallic zinc powder (18) at 600 ° C and a pressure of 4.4 bar (0.44 MPa) was sprayed with an interval of 8 cm and a speed movement of 8 cm/s on a steel architectural panel with a ceramic coating, to obtain parallel tracks with a width of about 0.45 cm.
Пример 6Example 6
[00116] Смесь порошка металлического цинка (18), порошка металлического никеля (12) и предварительно термически окисленного сплава Inconel 600 (16), использовавшаяся в Примере 2, была напылена на стальную архитектурную панель с керамическим покрытием при 400°С и давлении 5,6 бар (0,56 МПа), с интервалом 8 см и скоростью перемещения 12 см/с, для получения параллельных дорожек шириной около 0,45 см. Когда источник питания 40 В постоянного тока был подключен по всей длине дорожки осажденного элемента, последняя нагрелась до 110°С, потребляя ток 2 А.[00116] The mixture of zinc metal powder (18), nickel metal powder (12), and pre-thermally oxidized Inconel 600 alloy (16) used in Example 2 was sprayed onto a ceramic-coated steel architectural panel at 400°C and a pressure of 5, 6 bar (0.56 MPa), with an interval of 8 cm and a travel speed of 12 cm/s, to obtain parallel tracks with a width of about 0.45 cm. When a 40 V DC power supply was connected along the entire length of the track of the deposited element, the latter heated up to 110°C, consuming a current of 2 A.
Пример 7Example 7
[00117] Смесь предварительно термически окисленного сплава Inconel 600 (16), используемого в Примере 2, в соотношении 6:1 с порошком металлического цинка (18) была напылена на стальную архитектурную панель с керамическим покрытием при 570°С и давлении 5,6 бар (0,56 МПа), с интервалом 8 см и скоростью перемещения 4 см/с, для получения параллельных дорожек элемента шириной около 0,45 см. Когда источник питания 240 В переменного тока был подключен по всей длине дорожки осажденного элемента, последняя нагрелась до 250°С, потребляя ток 0,9 А.[00117] A mixture of the pre-thermally oxidized Inconel 600 alloy (16) used in Example 2 in a 6:1 ratio with zinc metal powder (18) was sprayed onto a ceramic-coated steel architectural panel at 570°C and a pressure of 5.6 bar (0.56 MPa), with an interval of 8 cm and a movement speed of 4 cm / s, to obtain parallel tracks of the element with a width of about 0.45 cm. When a 240 VAC power source was connected along the entire length of the track of the deposited element, 250°C, consuming a current of 0.9 A.
Claims (59)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB1815753.7 | 2018-09-27 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2774672C1 true RU2774672C1 (en) | 2022-06-21 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2394398C1 (en) * | 2009-06-16 | 2010-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью Завод "Рациональные отопительные системы" | Method of making film-type electric heater (versions) |
| RU2503155C1 (en) * | 2012-04-26 | 2013-12-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Heating unit and method of its manufacturing |
| EP2580365B1 (en) * | 2010-06-11 | 2016-03-16 | Thermoceramix, Inc. | Kinetic spray method for obtaining resistors |
| WO2016084019A1 (en) * | 2014-11-26 | 2016-06-02 | Thermoceramix Inc. | Thermally sprayed resistive heaters and uses thereof |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2394398C1 (en) * | 2009-06-16 | 2010-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью Завод "Рациональные отопительные системы" | Method of making film-type electric heater (versions) |
| EP2580365B1 (en) * | 2010-06-11 | 2016-03-16 | Thermoceramix, Inc. | Kinetic spray method for obtaining resistors |
| RU2503155C1 (en) * | 2012-04-26 | 2013-12-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Heating unit and method of its manufacturing |
| WO2016084019A1 (en) * | 2014-11-26 | 2016-06-02 | Thermoceramix Inc. | Thermally sprayed resistive heaters and uses thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103819705B (en) | The enhancing polymer composites of thermal spraying | |
| US8306408B2 (en) | Radiant heating using heater coatings | |
| JP2000096203A (en) | Method for thermally spraying polymer material | |
| US7322099B2 (en) | Method for producing heated components for injection moulding apparatus | |
| Liao et al. | Anti-icing performance of ZnO/SiO2/PTFE sandwich-nanostructure superhydrophobic film on glass prepared via RF magnetron sputtering | |
| US20150264747A1 (en) | Radiant heating using heater coatings | |
| US20110188838A1 (en) | Radiant heating using heater coatings | |
| JP7279143B2 (en) | Thermal spray for durable, large area hydrophobic and superhydrophobic/icephobic coatings | |
| JP2010529394A (en) | Gas heating apparatus and method | |
| CN102167568B (en) | Amorphous and nanocrystalline ceramic material, ceramic coating and preparation method of ceramic coating | |
| JP7419384B2 (en) | Heating devices, applications therefor, ohmic resistance coatings, methods of depositing coatings using cold spray, and blending of particles for use therein. | |
| KR940006427A (en) | Method for Forming Coating by Plasma Spray Treatment of Magnetic-Cermet Dielectric Composite Particles | |
| US20110236566A1 (en) | Method of Depositing Electrically Conductive Material onto a Substrate | |
| RU2774672C1 (en) | Heating apparatus, application thereof, ohmically resistive coating, method for coating by the cold spraying method and particle mixture applied therein | |
| CN1833051B (en) | Method and device for coating or modifying surfaces | |
| US20060000183A1 (en) | Method and apparatus for anticorrosive coating | |
| Károly et al. | Deposition of Silicon Carbide and Nitride‐Based Coatings by Atmospheric Plasma Spraying | |
| Torres et al. | Properties and microstructure of Al–11Si/SiCp composite coatings fabricated by thermal spray | |
| CN108130506A (en) | Food processing plank and its processing method | |
| CN109554656A (en) | The preparation method and system of ceramic of compact coating under a kind of room temperature atmospheric atmosphere | |
| CN108715989A (en) | A kind of preparation method of plasma spraying insulating coating | |
| CN108220868A (en) | The processing method of food processing plank | |
| KR20090044157A (en) | Coating device for composite material | |
| EP1186207A1 (en) | Electrical heating elements and method for producing same | |
| US20090258214A1 (en) | Vapor-deposited coating and thermally stressable component having such a coating, and also a process and apparatus for producing such a coating |