Способ и устройство для детонационного напыления

Содержание

Введение. 4

1.Способ детонационного напыления поверхностей деталей..........................5

1.1 Описание изобретения. 5

1.2 Анализ изобретения. 7

2. Способ и устройство для детонационного напыления. 8

2.1. Описание изобретения. 8

2.2. Анализ изобретения. 13

3. Способ детонационного нанесения покрытий. 15

3.1. Описание изобретения. 15

3.2. Анализ изобретения. 21

Список использованных информационных источников. 24

Введение

Темой данной курсовой работы является проведение патентного поиска с составлением отчета и анализа изобретений с применением ТРИЗ по теме «Способы детонационного напыления».

Детонационное напыление является одной из разновидностей газотермического напыления промышленных покрытий в основе которого лежит принцип нагрева напыляемого материала (обычно порошка) с последующим его ускорением и переносом на напыляемую деталь с помощью продуктов детонации. При детонационном напылении для нагрева и ускорения напыляемого материала используется энергия продуктов детонации газокислородного топлива. В качестве горючего газа обычно применяется пропан-бутановая смесь. В пушку, заполненную газовой смесью ацетилена и кислорода, впрыскивается напыляемый порошок и электрической искрой возбуждается детонация. При температуре в зоне взрыва около от 2000 К до 4000 К, со скоростью более 100 м/сек, разогретые до плавления частицы порошка попадают на поверхность армированной детали. При этом происходит микросварка и порошок на молекулярном уровне соединяется с деталью, образуя слой толщиной 8...10 мкм. Необходимое увеличение толщины слоя армирования достигается серией пушечных выстрелов

Цель курсовой работы: изучение основных приемов и методов ТРИЗа, позволяющих анализировать проблемы, устанавливать системные связи, выявлять противоречия, находить для них решения на уровне оптимальных на примере изобретений по теме: «Способы детонационного напыления».

Задачи:

1. Провести патентный поиск по теме «Способы детонационного напыления».

2. Привести полные описания не менее 3-х изобретений по теме поиска.

3. Проанализировать изобретения с определением для каждого технического и физического противоречия и приемов устранения технических противоречий использованных в этих изобретениях.

Способ детонационного напыления поверхностей деталей

Описание изобретения

Номер патента: 2150337

Класс(ы) патента: В05В17/00

Номер заявки: 98120537/12

Дата подачи заявки: 10.11.1998

Дата публикации: 10.06.2000

Заявитель(и): Казаков Владимир Михайлович

Автор(ы): Казаков В.М.

Патентообладатель(и): Казаков Владимир Михайлович

Изобретение относится к области обработки поверхностей деталей с помощью напыления. По литературному источнику известен способ детанационного напыления со схемой устройства, где напыляемый порошок подается в камеру сверху, что не обеспечивает более равномерную подачу напыляемого порошка, а также качественной продувки азотом, т.к. он также подается в камеру в перпендикулярном направлении по отношению к его оси. Кроме этого, подача порошка производится по трубопроводу без наличия в нем металла в газообразном состоянии, что также снижает качество напыляемого слоя на обрабатываемую поверхность.

Предлагаемый способ отличается от имеющегося в литературном источнике тем, что подача порошка и азота в камеру происходит по центру камеры с тылового торца, а сама подача порошка производится с помощью струи металла в газообразном виде, обеспечивая всем этим более высокое качество напыляемого слоя.

На чертеже показана схема применяемого способа.

Этим способом напыления расплавление металла, его распыление и перенос на поверхность достигаются за счет энергии взрыва смеси ацетилена и кислорода.
При напылении металла в камеру охлаждаемого водой створа аппарата для напыления подаются в определенном соотношении ацетилен и кислород. Затем в камеру вводится с помощью струи металла в газообразном состоянии напыляемый порошок с размером гранул 30...100 мкм, перед входом в камеру порошка в трубопровод подается азот. Газовая смесь поджигается с помощью электрической искры. Взрывная волна сообщает частичкам порошка высокую скорость полета, которая на расстоянии 75 мм от среза ствола достигает 800 м/с.
После нанесения каждой дозы порошка ствол аппарата продувается азотом для удаления продуктов сгорания. Этот процесс повторяется автоматически с частотой 3...4 раза в секунду за один цикл. На поверхность детали наносится слой металла толщиной до 6 мкм.

Пример. Проводится детанационная обработка поверхности детали 4, где в камеру 2 первоначально подается ацетилен через патрубок 6 и кислород через патрубок 7 в определенном соотношении. Затем в камеру вводится с помощью струи металла в газообразном виде (через патрубок 5) напыляемый порошок с размером гранул 30...100 мкм, а перед входом в камеру порошка по трубопроводу 8 в основной канал подается азот. Газовая смесь поджигается с помощью электрической искры, свечи 1. Взрывная волна сообщает образующейся смеси 2 высокую скорость, подавая ее по стволу 3 к обрабатываемой поверхности, образуя напыляемый слой 9. После нанесения каждой дозы порошка ствол аппарата продувается азотом для удаления продуктов сгорания.

Преимуществами этого способа напыления являются большая производительность процесса (при диаметре ствола 20-25 мм за 15 секунд наносится покрытие толщиной до 0,4 мм на площади до 5 кв.см), высокая прочность сцепления покрытия с поверхностью детали, невысокая температура на поверхности детали (не более 200^oC).

К недостаткам процесса относят высокий уровень шума (до 140 дБ), что обуславливает необходимость выполнения работ по нанесению покрытий в специальной звукопоглощающей камере.

Формула изобретения

1. Способ детонационного напыления на поверхности деталей, в процессе которого происходит подача порошка в камеру ствола аппарата для напыления, напыление порошка на поверхность с помощью взрывной волны, отличающийся тем, что напыляемый порошок подается в камеру с помощью струи металла в газообразном состоянии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подача порошка с помощью струи металла в газообразном состоянии производится с тыльной стороны по центру ствола.[1]

Анализ изобретения

Производят детонационное напыление на поверхности деталей, в процессе которого происходит подача порошка в камеру ствола аппарата для напыления, напыление порошка на поверхность с помощью взрывной волны.

При выборе данного способа возникают следующие проблемы. При детанационном напылении, где напыляемый порошок подается в камеру сверху, что не обеспечивает более равномерную подачу напыляемого порошка, а также качественной продувки азотом, т.к. он также подается в камеру в перпендикулярном направлении по отношению к его оси. Кроме этого, подача порошка производится по трубопроводу без наличия в нем металла в газообразном состоянии, что также снижает качество напыляемого слоя на обрабатываемую поверхность.

Из данных проблем видно, что возникают физические противоречия.

Физическое противоречие - Увеличиваются производительность процесса (при диаметре ствола 20-25 мм за 15 секунд наносится покрытие толщиной до 0,4 мм на площади до 5 кв.см), прочность сцепления покрытия с поверхностью детали, понижается температура на поверхности детали (не более 200^oC), но повышается также и уровень шума (до 140 дБ), что обуславливает необходимость выполнения работ по нанесению покрытий в специальной звукопоглощающей камере.

При анализе данного изобретения технических противоречий не выявлено.

Авторы данного изобретения решили технические проблемы воспользовавшись приемом «предварительного исполнения». Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что подача порошка и азота в камеру происходит по центру камеры с тылового торца, а сама подача порошка производится с помощью струи металла в газообразном виде, обеспечивая всем этим более высокое качество напыляемого слоя.

Способ и устройство для детонационного напыления

Описание изобретения

Номер патента: 2140334

Класс(ы) патента: В05В7/20

Номер заявки: 97114298/12

Дата подачи заявки: 19.08.1997

Дата публикации: 27.10.1999

Заявитель(и): ОАО "Пермские моторы"

Автор(ы): Хорошенин А.И.; Аржакин А.Н.

Патентообладатель(и): Открытое акционерное общество "Пермский моторный завод"

Изобретение относится к области напыления покрытий.
Известен способ детонационного напыления покрытий, заключающийся в заполнении ствола смесью горючих газов, подаче в ствол напыляемого порошка и инициировании взрыва с последующим выбросом продукции детонации на поверхность изделия (а. с. СССР N 700977, МКИ B 05 B 7/20, приоритет 16.12.77).
Недостатком известного способа является низкая адгезия. Низкая адгезия обусловлена нанесением "холодного" порошка на поверхность изделия. Этот недостаток проявляется при высоких рабочих температурах покрытия. Данный способ не предназначен для нанесения высокотемпературного покрытия, содержащего вольфрам, двуокись циркония, карбид титана.

Наиболее близким по технической сущности является способ детонационного напыления покрытий, заключающийся в заполнении ствола смесью горючих газов, подаче в ствол напыляемого порошка и инициировании взрыва с последующим выбросом продукции детонации на поверхность изделия (а. с. СССР N 513728, МКИ B 05 B 7/20, приоритет 02.08.74).

Недостатком известного способа является низкая адгезия. Низкая адгезия обусловлена нанесением "холодного" порошка на поверхность изделия. Этот недостаток проявляется при высоких рабочих температурах покрытия. Данный способ не предназначен для нанесения высокотемпературного покрытия, содержащего вольфрам, двуокись циркония, карбид титана.

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение адгезии.
Технический результат достигается тем, что, при детонационном напылении, заключающемся в заполнении ствола смесью горючих газов и инициировании взрыва с последующим выбросом продукции детонации на поверхность изделия, разогретый в разрядной камере напыляемый порошок с малой скоростью направляют в разгонный участок перед выбросом детонационной волны.

Известно устройство для газотермического нанесения покрытий, у которого ствол состоит из нескольких секций: камера сгорания соединена с конечной секцией переходной секцией (патент РФ N 1836161, МКИ B 05 B 7/20, 15.12.89).
Недостатком известного устройства является низкая адгезия наносимого покрытия и детали. Низкая адгезия обусловлена нанесением "холодного" порошка на поверхность изделия. Данное устройство не предназначено для нанесения высокотемпературного покрытия, содержащего вольфрам, двуокись циркония, карбид титана. Толщина наносимого покрытия слабо зависит от дозы порошка и весь излишек порошка уносится в процессе напыления.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для детонационного напыления, содержащее ствол, дозатор подачи напыляемого порошка и систему зажигания газовой смеси (а. с. СССР N 1452610, МКИ B 05 B 7/20, 27.10.83).

Недостатком известного устройства является низкая адгезия наносимого покрытия и детали. Низкая адгезия обусловлена нанесением "холодного" порошка на поверхность изделия. Данное устройство не предназначено для нанесения высокотемпературного покрытия, содержащего вольфрам, двуокись циркония, карбид титана. Толщина наносимого покрытия слабо зависит от дозы порошка и весь излишек порошка уносится в процессе напыления.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение адгезии.

Технический результат достигается тем, что, устройство для детонационного напыления, содержит несколько стволов и разгонный участок, дозатор подачи напыляемого порошка и систему зажигания газовой смеси, причем оси стволов лежат на образующей конуса, вершина которого находится на оси разгонного участка, а импульсная система подачи напыляемого порошка и разрядная камера расположены внутри конуса.

Известны способы детонационного напыления покрытий, заключающиеся в заполнении ствола смесью горючих газов, подаче в ствол напыляемого порошка и инициировании взрыва с последующим выбросом продукции детонации на поверхность изделия. (а. с. СССР N 747010, МКИ B 05 B 7/20, 08.09.78; а. с. СССР N 839589, B 05 B 7/20, 17.09.79). В известных способах порошок перед напылением не нагревают.

Известно применение камеры жидкостного реактивного двигателя в качестве напылителя порошкового материала (а. с. СССР N 716613, МКИ B 05 B 7/20). Порошок разогревается до температуры 3000-4000^oC и разгоняется до сверхзвуковой скорости. Способ может быть использован только для нанесения покрытий на большие поверхности с жестким креплением изделия.
В предлагаемом техническом решении разогретый в разрядной камере напыляемый порошок направляют в разгонный участок перед инициированием взрыва в стволах. Разогрев напыляемого порошка перед нанесением его на поверхность повышает адгезию и улучшает эксплуатационные характеристики покрытия.
Известно устройство для газотермического нанесения покрытий, у которого ствол состоит из нескольких секций: камера сгорания соединена с конечной секцией переходной секцией (патент РФ N 1836161, МКИ B 05 B 7/20, 15.12.89).
Недостатком известного устройства является низкая адгезия наносимого покрытия и детали. Низкая адгезия обусловлена нанесением "холодного" порошка на поверхность изделия. Толщина наносимого покрытия слабо зависит от дозы порошка и весь излишек порошка уносится в процессе напыления.
В предлагаемом техническом решении несколько стволов расположены по образующей конуса, а разгонный участок, соединен со всеми стволами. В разрядной камере доза порошка может превышать дозу порошка известного устройства в несколько раз. Скорость выброса нагретого порошка может в несколько раз превышать скорость выброса порошка в известном устройстве, т.к. в предлагаемом техническом решении суммируется энергия взрыва нескольких известных устройств. Схема расположения стволов позволяет компактно разместить оборудование и упростить обслуживание установки.

Принципиальная схема реализации способа представлена на чертеже.
Устройство для детонационного напыления содержит несколько стволов 1, разгонный участок 2, дозатор 3 подачи напыляемого порошка, систему зажигания 4 газовой смеси, подводимой к стволам 1 трубопроводом 5. Оси стволов 1 лежат на образующей конуса, вершина которого находится на оси разгонного участка 2, а импульсная система 6 подачи напыляемого порошка и разрядная камера 7 расположены внутри конуса. Между разрядной камерой 7 и разгонным участком 2 установлено противовыбросное устройство 8.

Устройство работает следующим образом.

Напыляемый порошок из дозатора 3 поступает в импульсную систему 6 подачи напыляемого порошка. Порция напыляемого порошка поступает в разрядную камеру 7, где порошок разогревается до температуры плавления. Одновременно из трубопровода 5 в стволы 1 направляется смесь рабочих газов. Разогретый в разрядной камере 7 напыляемый порошок направляется в разгонный участок 2.

Система зажигания 4 инициирует взрыв газовой смеси одновременно во всех стволах 1. Общая детонационная волна настигает разогретый напыляемый порошок в разгонном участке 2 и выбрасывает продукты детонации на поверхность изделия. Противовыбросное устройство 8, работающее в импульсном режиме, препятствует выбросу продуктов детонации в разрядную камеру 7.

Для повышения адгезии, напыляемый порошок разогревают до 0,9 температуры плавления. Разогретый напыляемый порошок направляют в разгонный участок 2 с малой скоростью.

Пример выполнения:

Напыляемый порошок ZrO₂ разогревается в разрядной камере до температуры 2400 - 2700^oC. В стволы направляется пропан, кислород, азот. Разогретый напыляемый порошок ZrO₂ направляется с малой скоростью в разгонный участок. Система зажигания инициирует взрыв газовой смеси во всех стволах. Детонационная волна выбрасывает разогретый напыляемый порошок ZrO₂ на поверхность изделия, выполненной из сплава ВЖ-98.
Адгезия - 8 кг/мм².

Формула изобретения

1. Способ детонационного напыления, заключающийся в заполнении ствола смесью горючих газов и инициировании взрыва с последующим выбросом продукции детонации на поверхность изделия, отличающийся тем, что напыляемый порошок разогревают в разрядной камере и направляют в разгонный участок до инициирования взрыва.

2. Способ детонационного напыления по п.1, отличающийся тем, что напыляемый порошок разогревают до 0,9 температуры плавления.

3. Способ детонационного напыления по п.1, отличающийся тем, что в разгонный участок разогретый напыляемый порошок направляют с малой скоростью.

4. Устройство для детонационного напыления, содержащее ствол, дозатор подачи напыляемого порошка и систему зажигания газовой смеси, отличающееся тем, что оно снабжено несколькими стволами и разгонным участком, причем оси стволов лежат на образующей конуса, вершина которого находится на оси разгонного участка, а импульсная система подачи напыляемого порошка и разрядная камера расположены внутри конуса.[2]

Анализ изобретения

Производят детонационное напыление покрытий, в процессе которого заполняют ствол смесью горючих газов, также подают в ствол напыляемый порошок и инициируют взрыв с последующим выбросом продукции детонации на поверхность изделия.

Однако данный способ не предназначен для нанесения высокотемпературного покрытия, содержащего вольфрам, двуокись циркония, карбид титана. Толщина наносимого покрытия слабо зависит от дозы порошка и весь излишек порошка уносится в процессе напыления.

Известно применение камеры жидкостного реактивного двигателя в качестве напылителя порошкового материала. Порошок разогревается до температуры 3000 - 4000^oC и разгоняется до сверхзвуковой скорости. Способ может быть использован только для нанесения покрытий на большие поверхности с жестким креплением изделия.

Разогретый в разрядной камере напыляемый порошок направляют в разгонный участок перед инициированием взрыва в стволах. Разогрев напыляемого порошка перед нанесением его на поверхность повышает адгезию и улучшает эксплуатационные характеристики покрытия.

Таким образом можно сформулировать следующее техническое противоречие.

Техническое противоречие - Улучшается адгезия и эксплуатационные характеристики покрытия, однако данный способ не предназначен для нанесения высокотемпературного покрытия, содержащего вольфрам, двуокись циркония, карбид титана.

При анализе данного изобретения физических противоречий не выявлено.

Авторы данного изобретения решили технические проблемы воспользовавшись приемом «изменения физико-химических параметров объекта» и «предварительного исполнения». Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что устройство для детонационного напыления, содержит несколько стволов и разгонный участок, дозатор подачи напыляемого порошка и систему зажигания газовой смеси, причем оси стволов лежат на образующей конуса, вершина которого находится на оси разгонного участка, а импульсная система подачи напыляемого порошка и разрядная камера расположены внутри конуса. В разрядной камере доза порошка может превышать дозу порошка известного устройства в несколько раз. Скорость выброса нагретого порошка может в несколько раз превышать скорость выброса порошка в известном устройстве, т.к. в предлагаемом техническом решении суммируется энергия взрыва нескольких известных устройств. Схема расположения стволов позволяет компактно разместить оборудование и упростить обслуживание установки. Разогретый в разрядной камере напыляемый порошок направляют в разгонный участок перед инициированием взрыва в стволах. А разогрев напыляемого порошка перед нанесением его на поверхность повышает адгезию и улучшает эксплуатационные характеристики покрытия.