RU2462536C1 - Method to apply coatings - Google Patents
Method to apply coatings Download PDFInfo
- Publication number
- RU2462536C1 RU2462536C1 RU2011118601/02A RU2011118601A RU2462536C1 RU 2462536 C1 RU2462536 C1 RU 2462536C1 RU 2011118601/02 A RU2011118601/02 A RU 2011118601/02A RU 2011118601 A RU2011118601 A RU 2011118601A RU 2462536 C1 RU2462536 C1 RU 2462536C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- chamber
- substrate
- mask
- plasma
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области нанотехнологий, используемых для нанесения покрытий, и может найти применение в машиностроительной промышленности, а именно в ракетостроении и авиастроении.The invention relates to the field of nanotechnology used for coating, and can find application in the engineering industry, namely in rocket science and aircraft construction.
Известен способ нанесения покрытий [1], в котором при помощи плазменного распыления порошков материалов микронных размеров сверхзвуковыми потоками плазмы в камерах с пониженным давлением наносятся покрытия на подложку. Во время нанесения покрытия в камере поддерживается динамический вакуум, т.е. процесс происходит в камере, в которую с одной стороны из плазмотрона поступает плазма, а с другой стороны постоянно ведется откачка атмосферы камеры вакуумными насосами.A known method of coating [1], in which using plasma spraying of powders of micron-sized materials, supersonic plasma flows in chambers with reduced pressure are applied to a substrate. During coating, a dynamic vacuum is maintained in the chamber, i.e. the process takes place in a chamber into which plasma enters from the plasma torch on one side, and on the other hand, the atmosphere of the chamber is constantly evacuated by vacuum pumps.
Недостатком данного способа является то, что полученные покрытия обладают коэффициентом температурного расширения (КТР), как правило, в 2-3 раза отличающимся от КТР подложки, что приводит при наличии многократных термоциклических нагрузок к появлению трещин в покрытии и его разрушению.The disadvantage of this method is that the coatings obtained have a coefficient of thermal expansion (CTE), which is usually 2-3 times different from the CTE of the substrate, which leads to the appearance of cracks in the coating and its destruction when there are multiple thermocyclic loads.
Задачей предлагаемого изобретения является существенное улучшение рабочих характеристик покрытия при многократных термоциклических нагрузках за счет проведения с ним продольного послойного наноструктурирования.The objective of the invention is to significantly improve the performance of the coating at multiple thermocyclic loads due to conducting longitudinal layer-by-layer nanostructuring with it.
Для достижения этого технического результата в предлагаемом способе нанесения покрытий, включающем установку плазмотрона в камеру с пониженным давлением, размещение подложки для нанесения покрытия в камере, поддержание динамического вакуума в камере, подачу плазмообразующего газа и порошка напыляемого материала в плазмотрон и распыление материала сверхзвуковым потоком плазмы в камере с образованием расплавленных частиц порошка и паровой фазы распыляемого материала, перед подложкой, на которую наносится покрытие, устанавливают маску с отверстиями и перемычками между ними, обеспечивают обтекание перемычек только паровой фазой напыляемого вещества, создают за перемычками волны разряжения, в которых происходит конденсация паровой фазы с образованием наночастиц, которые выпадают на подложку и формируют покрытие в виде узких полос, состоящих только из наночастиц и находящихся вокруг участков покрытия, созданного напротив отверстий маски из частиц порошка, кроме того, сдвигают маску относительно нанесенного покрытия и формируют следующие слои покрытия на уже нанесенном покрытии для получения структуры из нескольких покрытий.To achieve this technical result in the proposed method of coating, including installing a plasma torch in a chamber with reduced pressure, placing a substrate for coating in the chamber, maintaining a dynamic vacuum in the chamber, supplying a plasma-forming gas and powder of the sprayed material into the plasma torch and spraying the material with a supersonic plasma stream in chamber with the formation of molten powder particles and the vapor phase of the sprayed material, in front of the substrate on which the coating is applied, install with holes and jumpers between them, they only allow the vapor to flow around the jumpers with the vapor phase of the sprayed substance, create rarefaction waves behind the jumpers, in which the vapor phase condensates to form nanoparticles, which fall onto the substrate and form a coating in the form of narrow bands consisting of only nanoparticles and located around the coating areas created opposite the mask openings from powder particles, in addition, the mask is shifted relative to the applied coating and the following coating layers are formed on the already applied SG coating for structures of several coatings.
На фигуре 1 представлена схема расположении плазмотрона, подложки и маски, с помощью которой может быть осуществлен предлагаемый способ. В вакуумную камеру помещается плазмотрон [2], в плазмообразующий газ которого добавляется порошок материала, которым наносится покрытие. Струя плазмы, содержащая плазмообразующий газ, расплавленные частицы порошка и материал в паровой фазе, в которую он частично перешел в плазмотроне и сверхзвуковом сопле 1 плазмотрона, истекает в область динамического вакуума. В недорасширенной струе плазмы при этом возникает висячий скачок уплотнения 2, внутри которого реализуется сверхзвуковое течение, совпадающее с истечением струи в вакуум [3].The figure 1 presents a diagram of the location of the plasma torch, substrate and mask, with which the proposed method can be implemented. A plasmatron [2] is placed in a vacuum chamber, into the plasma-forming gas of which a powder of material is added, which is coated. A plasma jet containing a plasma-forming gas, molten powder particles and material in the vapor phase, into which it partially passed in the plasmatron and supersonic nozzle 1 of the plasma torch, flows into the dynamic vacuum region. In this case, in the underexpanded plasma jet, a hanging shock wave of compaction 2 occurs, inside which a supersonic flow is realized, which coincides with the outflow of the jet into vacuum [3].
Перед подложкой 3 устанавливается маска 4, в которой имеются отверстия 5 произвольной формы с перемычками 6 между ними. На подложке напротив отверстий 5 происходит обычное нанесение покрытия 7, характерное для плазменно-кластерной технологии. В этой части покрытия на подложке присутствуют как крупные частицы, так и мелкие частицы напыляемого вещества с наличием крупных пор между ними. В то же время в областях покрытия напротив перемычек 6 (в так называемых «затененных областях» от прямого натекания плазмы) реализуется течение Прандтля-Майера -сверхзвуковое обтекание перемычки паровой фазой материала в маске с образованием веера волн разряжения 8, проходя который из паровой фазы напыляемого материала конденсируются наночастицы, которые выпадают на подложку и образуют узкие полосы 9 в покрытии, состоящие целиком из наночастиц, при практически полном отсутствии пор между ними. В этом случае, в тех частях покрытия, которые расположены напротив отверстий, полностью сохраняются защитные свойства традиционного покрытия, а в узких полосах вокруг этих областей покрытие состоит из одних наночастиц, которые обладают повышенной адгезионной прочностью по сравнению с обычным покрытием, но с несколько ухудшенными защитными свойствами за счет отсутствия пор между ними.In front of the
Таким образом, в продольном направлении образуется ячеистая структура покрытия (см. фиг.1), состоящая из областей обычного сплошного покрытия 7 и узких полос 9, окаймляющих этих области, состоящие из наночастиц. Такая конструкция покрытия приводит к тому, что в случае приложения к покрытию многократных термоциклических нагрузок заметные трещины, вызванные отличием КТР материала покрытия и материала подложки, не образуются вообще из-за малых размеров по абсолютной величине областей с обычным покрытием, либо в случае возможного образования трещина не выходит за пределы этой области, т.к. она окружена полосой покрытия, состоящего из наночастиц, обладающих более высокими прочностными характеристиками, хотя и меньшими защитными свойствами.Thus, in the longitudinal direction, a cellular structure of the coating is formed (see FIG. 1), consisting of regions of ordinary
Сдвигая маску в продольном направлении относительно нанесенного слоя покрытия на величину, меньшую, чем размер ячейки, наносится следующий слой наноструктурированного в продольном направлении покрытия. Таким образом, наносится требуемое количество слоев для выполнения защитных функций покрытия. В результате образуется многослойное защитное наноструктурированное в продольном направлении покрытие на подложке (см. фиг.2), воздействие на которое многоразовых термоциклических нагрузок не приведет к разрушению покрытия из-за наличия в слоях перемычек из наночастиц, обладающих повышенной адгезионной прочностью на интерфейсе между слоями и областями с обычным покрытием внутри каждого слоя.Moving the mask in the longitudinal direction relative to the applied coating layer by an amount smaller than the cell size, the next layer of nanostructured coating in the longitudinal direction is applied. Thus, the required number of layers is applied to perform the protective functions of the coating. As a result, a multilayer protective longitudinally nanostructured protective coating is formed on the substrate (see Fig. 2), the effect of which reusable thermocyclic loads will not lead to the destruction of the coating due to the presence in the layers of jumpers made of nanoparticles with increased adhesive strength at the interface between the layers and areas with a normal coating inside each layer.
Предлагаемое техническое решение позволяет достаточно просто получать наноструктурированное в продольном направлении покрытие, которое обладает повышенной устойчивостью к воздействию на него многоразовых термоциклических нагрузок; при этом способ получения части покрытия с помощью наночастиц является экологически безопасным, т.к. весь процесс образования наночастиц из паровой фазы напыляемого материала до нанесения на подложку происходит в замкнутом объеме вакуумной камеры, полностью изолированной от обслуживающего персонала.The proposed technical solution makes it quite simple to obtain a nanostructured coating in the longitudinal direction, which has increased resistance to the effects of reusable thermocyclic loads on it; however, the method of obtaining part of the coating using nanoparticles is environmentally friendly, because the entire process of formation of nanoparticles from the vapor phase of the sprayed material prior to application to the substrate occurs in a closed volume of a vacuum chamber, completely isolated from the staff.
Источники информацииInformation sources
1. В.В.Кудинов, Г.В.Бобров. Нанесение покрытий напылением. Теория, технология и оборудование. - М.: Металлургия, 1992, стр.144-148.1. V.V. Kudinov, G.V. Bobrov. Spray coating. Theory, technology and equipment. - M.: Metallurgy, 1992, p. 144-148.
2. С.Г.Ребров, М.Н.Полянский, Р.Н.Ризаханов. Плазмотрон для нанесения покрытий. Патент РФ, заявка №2007147821 от 25.12.2007.2. S.G. Rebrov, M.N. Polyansky, R.N. Rizakhanov. Plasmatron for coating. RF patent, application No. 2007147821 from 12.25.2007.
3. B.C.Авдуевский, Э.А.Ашратов, А.В.Иванов, У.Г.Пирумов. Газодинамика сверхзвуковых неизобарических струй. - М.: Машиностроение, 1989.3. B.C. Avduevsky, E.A. Ashratov, A.V. Ivanov, U.G. Pirumov. Gas dynamics of supersonic non-isobaric jets. - M.: Mechanical Engineering, 1989.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011118601/02A RU2462536C1 (en) | 2011-05-11 | 2011-05-11 | Method to apply coatings |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011118601/02A RU2462536C1 (en) | 2011-05-11 | 2011-05-11 | Method to apply coatings |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2462536C1 true RU2462536C1 (en) | 2012-09-27 |
Family
ID=47078510
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011118601/02A RU2462536C1 (en) | 2011-05-11 | 2011-05-11 | Method to apply coatings |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2462536C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016064858A1 (en) * | 2014-10-21 | 2016-04-28 | Oreltech Ltd. | A method and system for forming a patterned metal film on a substrate |
RU2699611C1 (en) * | 2015-12-11 | 2019-09-06 | Витро Флэт Глас ЛЛК | Coating system and products made therein |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3051265C2 (en) * | 1979-11-26 | 1999-12-16 | Plasmainvent Ag Wohlen | Plasma arc coating chamber and pistol |
EP1231294A1 (en) * | 1999-10-12 | 2002-08-14 | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology | Composite structured material and method for preparation thereof and apparatus for preparation thereof |
RU2362839C1 (en) * | 2007-11-02 | 2009-07-27 | Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" | Method of applying nanostructurised wear-resistant electroconductive coverings |
RU2399695C1 (en) * | 2008-12-29 | 2010-09-20 | Учреждение Российской академии наук Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения РАН (ИТПМ СО РАН) | Procedure for sputtering fine-grade powder materials and device for its implementation |
-
2011
- 2011-05-11 RU RU2011118601/02A patent/RU2462536C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3051265C2 (en) * | 1979-11-26 | 1999-12-16 | Plasmainvent Ag Wohlen | Plasma arc coating chamber and pistol |
EP1231294A1 (en) * | 1999-10-12 | 2002-08-14 | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology | Composite structured material and method for preparation thereof and apparatus for preparation thereof |
RU2362839C1 (en) * | 2007-11-02 | 2009-07-27 | Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" | Method of applying nanostructurised wear-resistant electroconductive coverings |
RU2399695C1 (en) * | 2008-12-29 | 2010-09-20 | Учреждение Российской академии наук Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения РАН (ИТПМ СО РАН) | Procedure for sputtering fine-grade powder materials and device for its implementation |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
КУДИНОВ В.В. и др. Нанесение покрытий напылением. Теория, технология и оборудование. - М.: Металлургия, 1992, с.144-148. * |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016064858A1 (en) * | 2014-10-21 | 2016-04-28 | Oreltech Ltd. | A method and system for forming a patterned metal film on a substrate |
US11661527B2 (en) | 2014-10-21 | 2023-05-30 | Oreltech Ltd. | Composition for forming a patterned metal film on a substrate |
US11912883B2 (en) | 2014-10-21 | 2024-02-27 | Oreltech Ltd. | Method and system for forming a patterned metal film on a substrate |
RU2699611C1 (en) * | 2015-12-11 | 2019-09-06 | Витро Флэт Глас ЛЛК | Coating system and products made therein |
RU2718869C2 (en) * | 2015-12-11 | 2020-04-15 | Витро Флэт Глас ЛЛК | Coating system and products made therein |
US11014118B2 (en) | 2015-12-11 | 2021-05-25 | Vitro Flat Glass Llc | Float bath coating system |
US11213848B2 (en) | 2015-12-11 | 2022-01-04 | Vitro Flat Glass Llc | Nanoparticle coater |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7622195B2 (en) | Thermal barrier coating compositions, processes for applying same and articles coated with same | |
BR112019007670A2 (en) | method for coating at least one surface of a solid substrate, substrate, part and use of the layer obtainable by the method | |
JP2012102732A5 (en) | ||
WO2007000422A3 (en) | Method for producing ceramic layers | |
JP5736138B2 (en) | Coating deposition apparatus and method | |
JP2008045211A (en) | Turbine engine component, and coating method thereof | |
JP2009286127A5 (en) | ||
CN104674217B (en) | A kind of preparation method of the thermal barrier coating of the tack coat containing double-decker | |
Sarikaya | Effect of the substrate temperature on properties of plasma sprayed Al2O3 coatings | |
WO2014007901A3 (en) | Hybrid thermal barrier coating | |
ATE415502T1 (en) | PLASMA SPRAYING PROCESS | |
JP2008095193A (en) | Segmented abradable coating and process for applying the same | |
RU2462536C1 (en) | Method to apply coatings | |
EP2322686B1 (en) | Thermal spray method for producing vertically segmented thermal barrier coatings | |
US10196929B2 (en) | Process for depositing a ceramic coating and product formed thereof | |
CN106510476B (en) | Cookware | |
CN107142443A (en) | It is a kind of to have the method for blocking groove shape part bottom surface Velocity Oxygen Flame Sprayed Coatings | |
Floristán et al. | Development and testing of 140 GHz absorber coatings for the water baffle of W7-X cryopumps | |
US11078794B2 (en) | Airfoil structure manufacturing method | |
RU2014108988A (en) | CERAMIC TILE FOR LAYING COMBUSTION CHAMBERS, IN PARTICULAR OF GAS TURBINES, AND METHOD OF ITS PRODUCTION | |
US20140087084A1 (en) | Apparatus and method for generating a layer system | |
MX2015015756A (en) | A method for treating a component to prevent erosion of such component. | |
US20160195272A1 (en) | Methods for coating gas turbine engine components | |
Sakaki | Cold Spray Process~ Overview and Application Trends~ | |
RU2436862C1 (en) | Procedure for application of coating |