Захисне покриття

Захисне покриття, яке складається з проміжних та зовнішнього шарів, яке відрізняється тим, що матеріал або композицію для нанесення проміжного, прилеглого до основи шару покриття вибирають на підставі співвідношення: 2 3 46036 В основу корисної моделі поставлено завдання створення захисного покриття із поліпшеними експлуатаційними характеристиками, тобто з підвищеною експлуатаційною стійкістю та надійністю, на деталі, яка працює в агресивному середовищі при підвищених температурах за умов неоднорідності температурного поля. Вирішення поставленого завдання досягається тим, що у захисному покритті, яке складається з проміжних та зовнішнього шарів, матеріал або композицію для нанесення проміжного, прилеглого до основи шару покриття вибирають на підставі співвідношень: eоснови меж £ КТРпр шару DТпр шару , (1,a) КТРпр шару £ 1.15 × eоснови меж DТ пр шару , (1,б) КТРпр шару де - коефіцієнт лінійного термічного розширення проміжного, прилеглого до основи шару покриття; DТпр шару - приріст температури проміжного, прилеглого до основи шару покриття над температурою у виробничому приміщенні T0 , при якій у цьому шарі відсутні температурні напруження; eоснови меж - термопружна відносна деформація основи в напрямку, дотичному до поверхні поділу покриття - основа, на межі покриття - основа. Приріст температури проміжного, прилеглого DТпр шару до основи шару покриття та відносну e деформацію основи меж основи визначають в результаті вирішення задач теплопровідності й термопружності для системи „покриття-основа’’. Проміжний, прилеглий до основи шар покриття найбільш суттєво впливає на одну з найважливіших характеристик покриття - міцність зчеплення з основою. Якщо виконано нерівність (1, а),то під час експлуатації, при підвищенні температури деталі за умов утворення в ній градієнта температур, в проміжному, прилеглому до основи шарі покриття виникатимуть температурні напруження стиску, які з точки зору міцності зчеплення покриття з основою є сприятливими. Відносні термопружні деформації проміжного, e прилеглого до основи шару покриття пр шару й e основи основи меж на межі покриття - основа в напрямку, дотичному до поверхні поділу покриття основа, дорівнюють одна одній: eпр шару = eоснови меж . З іншого боку, відносну деформацію шару покриття можна записати у вигляді суми двох складових - температурної (пружної) eмехан пр шару : темпер eпр шару та механічної 4 темпер eпр шару = eпр шару + eмехан пр шару темпер eпр шару де Тоді , = КТРпр шару × DТпр шару . eмехан = eоснови меж - КТРпр шару × DТпр шару пр шару . Для уникнення небезпечних температурних розтягуючих напружень і наведення сприятливих температурних стискаючих напружень у проміжному шарі покриття необхідно, щоб виконувалась eмехан £ 0 пр шару нерівність , eоснови меж £ КТРпр шару × DТпр шару звідки тобто необхідне виконання нерівності (1, а). КТРпр шару Чим вищий , тим менша у проміжному шарі частка кераміки, яка є більш інертною до агресивного середовища у порівнянні з металічним компонентом покриття. Тому виконання нерівності (1, б) потрібне для визначення мінімального вмісту кераміки у проміжному, прилеглому до основи шарі покриття з метою запобігання зниженню стійкості цього шару до впливу агресивного середовища, яке може проникати крізь дрібні пори у зовнішньому шарі покриття. У технічному рішенні, що заявляється, нові технічні ознаки при взаємодії з відомими дають новий технічний результат, спрямований на вирішення поставленого завдання. Таким чином, у порівнянні з прототипом запропоноване технічне рішення містить істотні відмінні ознаки і, отже, відповідає вимозі „новизна’’. Ознаки, які відрізняють технічне рішення, що заявляється, від прототипу, не виявлені в інших технічних рішеннях при вивченні цієї галузі техніки і, отже, забезпечують рішенню, що заявляється, винахідницький рівень. Приклад Захисне покриття для внутрішньої поверхні стінки хіміко-технологічного резервуару складається із проміжного, прилеглого до основи шару та зовнішнього шару. Зовнішня поверхня стінки резервуару (яка охолоджується за допомогою водяної сорочки) в робочих умовах має температуру 363 К (тобто 90 °С); температура у виробничому приміщенні T0 = 293 К (тобто 20 °С), тоді приріст температури на зовнішній поверхні основи над темпеT0 ратурою становить = 363 - 293 70(К ) DTоснови зовн = . Від гарячої рідини, яка знаходиться в резервуарі, до води у сорочці через стінку резервуару передається тепловий потік густиною: Вт q = 3.4 × 105 2 м . Матеріалом основи (тобто стінки резервуару) є сталь з коефіцієнтом лінійного термічного розши-6 -1 рення КТРоснови = 12 × 10 К та теплопровіднісВт l основи = 56.9 м × К . Радіус кривизни стінки ретю 5 46036 зервуару більше ніж на порядок перевищує її товщину h=10 мм; тоді q×h DТпр шару = DТоснови зовн + = 130 К l основи Товщина основи більше ніж на порядок перевищує товщину захисного покриття, тоді для визначення термопружної відносної деформації осe нови основи меж можна скористатися формулою: DТпр шару + DТоснови зовн eоснови меж = КТРоснови × 2 . Зовнішній шар покриття на 100 % складається з кераміки (Аl2О3+3,5 %ТіО2). Для нанесення про 6 міжного, прилеглого до основи шару покриття використано композицію (Аl2О3+3,5 %ТіО2)-(Ni+Аl). Відомо [3], що у неї коефіцієнт лінійного термічноКТРкомп го розширення змінюється від КТРкер = 6.8 × 10 -6 К -1 при вмісті кераміки (Аl2О3+3,5 %ТіО2) у композиції близько 100 % до КТРме = 13.5 × 10-6 К -1 при вмісті кераміки (Аl2О3+3,5 %ТіО2) біля 0 %, причому залежність близька до лінійної, тобто КТР комп = КТР кер × Скер + КТР ме × Сме = КТР ме - (КТР ме - КТР кер ) × Скер С де кер і Сме - частки кераміки та металічного компоненту в композиції в долях одиниці; Сме= 1 - Скер . С С Максимальна кер max та мінімальна кер min частка кераміки у проміжному, прилеглому до основи шарі покриття визначаються з рівнянь: (КТРме - (КТРме - КТРкер ) × Скер max ) × DTпр шару = КТРоснови × (КТР ме - (КТР ме - КТРкер ) × Скер , min ) × DTпр шару DТпр шару + DТоснови зовн 2 = 1.15 × КТР основи × DТпр шару , + DТ основи зовн 2 , тобто КТРме - КТРоснови × Cкер max = DТпр шару + DТоснови КТРме - КТРкер КТРме - 1.15 × КТРоснови × Cкер Тоді min мінімальна зовн 2 × DТпр шару = , DТ пр шару + DТ основи 2 × DТпр шару КТРме - КТРкер Cме min та максимальна Cме max частка металічного компоненту відповідно дорівнюють Cме min = 1 - Cкер max = 0 .363 , Cме max = 1 - Cкер min = 0 .569 . = 0.637 зовн = 0.431 . Отже, для нанесення проміжного, прилеглого до основи шару покриття може бути використано композицію, яка містить від 63 % до 44 % (Аl2О3+3,5 %ТіО2) та відповідно від 37 % до 56 % (Ni+Al). У такої композиції значення КТРкомп належить інтервалу : Від КТРкомп min = КТРме - (КТРме - КТРкер ) × Скер max = 9.23 × 10-6 K -1 = 0.77 × КТРоснови до КТРкомп max = КТРме - (КТРме - КТРкер ) × Скер min = 10.62 × 10-6 K -1 = 0.89 × КТРоснови . У порівнянні з прототипом, згідно з яким для нанесення проміжного, прилеглого до основи шару захисного покриття використовують металокерамічну композицію з 0.85 × КТРоснови £ КТРкомп £ 1.15 × КТРоснови , в даному винаході для нанесення проміжного шару покриття слід використати композицію 0.77 × КТРоснови £ КТРкомп £ 0.89 × КТРоснови . з Зменшення КТР напилюваної композиції досягається збільшенням у її складі частки компоненту з меншим КТР, зокрема частки кераміки у металокерамічній суміші. Оскільки кераміка є більш інертним до агресивного середовища компонентом на 7 46036 пилюваної композиції (зокрема, суміші порошків), то винахід, що заявляється, окрім оптимізації напруженого стану покриття, надає змогу підвищити стійкість проміжного шару та покриття в цілому до агресивного середовища. Це дозволяє зробити висновок про відповідність винаходу критерію «Промислова придатність». Джерела інформації: Комп’ютерна верстка І.Скворцова 8 1. Патент 2242537 Російської Федерації, МПК7 С23С 28/00, С23С 26/00, С23С 4/04, С23С 4/18, С23С 8/24, заявл. 24.10.2002. 2. Патент 2309194 Російської Федерації, МПК6 С23С 14/34, С23С 30/00, заявл. 20.06.2006. 3. Кудинов В. В., Иванов В. М. Нанесение плазмой тугоплавких покрытий. - М.: Машиностроение, 1981. Рис. 76,а. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601