RU2070844C1

RU2070844C1 - Method for making multilayer powder coatings and apparatus for performing the same

Info

Publication number: RU2070844C1
Authority: RU
Inventors: В.А. Демченко; А.М. Дубравин; В.В. Маликов; А.М. Глумилин
Original assignee: Оренбургское вагонное депо
Priority date: 1990-07-17
Filing date: 1990-07-17
Publication date: 1996-12-27

Abstract

FIELD: powder coatings. SUBSTANCE: method involves layer-by-layer powder applying to part surface, levelling and compacting each layer. Each successive layer is applied simultaneously with levelling and compacting previous layer. Compaction is performed by tangential pulsating effort simultaneously in two directions: preliminary - in direction from 45-70 degrees to powder layer, and working - in direction from 15-40 degrees to powder layer. Pulsating effort is created with oscillation frequency 180-360 rad/s and amplitude 6.0 $$$ m-1.4 $$$ m. Apparatus for making powder coating has unit for applying powder to moving part 1 in the form of vibration conveyer 2 separated by horizontal partitions 3 to sections 4 whose number is equal to number of coating layers. Inlet portion 5 of each section 4 is combined with respective metering device 6 and its end portion is provided with compacting foot 7 whose lower surface is arranged at predetermined height of powder layer applied from previous section. Vibration conveyer 2 includes drive unit with crank mechanism 9 and is mounted on flexible struts 10. At working, powder is fed from output opening of each section 4 onto surface of part 1, and passing under compacting foot 7 mounted on partition 3 of successive-height section, is levelled and compacted. EFFECT: enhanced quality of coating. 4 cl, 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при изготовлении и ремонте деталей с многослойными порошковыми покрытиями. The invention relates to powder metallurgy and can be used in the manufacture and repair of parts with multilayer powder coatings.

Известен способ получения на изделии покрытия из порошка, включающий нанесение последнего на поверхность перемещающейся детали и последующее уплотнение тангенциально действующим усилием [1]
Известен способ получения многослойных покрытий, включающий послойное нанесение порошка на поверхность детали, разделение слоев прокладками из легкоплавкого органического материала и последующее одновременное уплотнение всех слоев одновременно [2]
Для исключения перемешивания слоев порошков необходимо уплотнять каждый слой перед нанесением следующего или устанавливать прокладки между слоями. В первом случае снижается производительность процесса, во втором наличие прокладок из легкоплавкого органического материала приводит к изменению структуры зоны сплавления слоев и ухудшению качества покрытия.A known method of producing a powder coating on an article, comprising applying the latter to the surface of a moving part and subsequent compaction with a tangentially acting force [1]
A known method of producing multilayer coatings, including layer-by-layer deposition of powder on the surface of the part, separation of the layers with gaskets of fusible organic material and subsequent simultaneous compaction of all layers simultaneously [2]
To prevent mixing of the layers of powders, it is necessary to compact each layer before applying the next or to install gaskets between the layers. In the first case, the productivity of the process is reduced, in the second, the presence of gaskets of fusible organic material leads to a change in the structure of the zone of fusion of the layers and the deterioration of the quality of the coating.

Известно устройство для нанесения порошковых покрытий, включающее дозатор, связанный с вибрационным механизмом нанесения порошка на движущуюся деталь, при этом каждый вибрационный механизм выполнен в виде блоков сит, которые обеспечивают равномерность толщины наносимого слоя [3]
Недостаток известного устройства заключается в том, что оно не обеспечивает промежуточного уплотнения слоев порошка.A device for applying powder coatings, comprising a dispenser associated with a vibrational mechanism for applying powder to a moving part, each vibration mechanism is made in the form of sieve blocks that ensure uniformity of the thickness of the applied layer [3]
A disadvantage of the known device is that it does not provide an intermediate seal of the powder layers.

Цель изобретения повышение производительности процесса и улучшении качества зоны соединения различных слоев порошка. The purpose of the invention is to increase the productivity of the process and improve the quality of the zone of connection of various layers of powder.

Цель достигается тем, что в способе получения многослойных покрытий, включающем послойное нанесение порошков на поверхность детали, выравнивание и уплотнение каждого слоя, согласно изобретению, одновременно с нанесением каждого последующего слоя производят выравнивание и уплотнение предыдущего слоя. The goal is achieved by the fact that in the method for producing multilayer coatings, which includes layer-by-layer deposition of powders on the surface of a part, alignment and densification of each layer according to the invention, simultaneously with the application of each subsequent layer, alignment and densification of the previous layer are performed.

Уплотнение производят тангенциальным пульсирующим усилием одновременно в двух встречных движению детали направлениях: предварительное в направлении 45 70^o к слою порошка и рабочее в направлении 15 40^o к слою порошка.The seal is produced by a tangential pulsating force simultaneously in two directions opposite to the movement of the part: preliminary in the direction of 45 70 ^o to the powder layer and working in the direction of 15 40 ^o to the powder layer.

Пульсирующее усилие создают с частотой колебаний от 180 до 380 рад/с и амплитудой от 6,0•10^-4 м до 1,4•10^-3 м.A pulsating force is created with an oscillation frequency of 180 to 380 rad / s and an amplitude of 6.0 • 10 ^-4 m to 1.4 • 10 ^-3 m.

Зону предварительного уплотнения L определяют по следующему соотношению
L=6,7•10^-2•A•S•ω²•sinβ/sinα, м
где А амплитуда колебаний, м;
S толщина слоя порошка, м;
ω частота колебаний, рад/c;
a угол между направлением действия уплотняющей силы и поверхностью порошка в зоне предварительного уплотнения, град.The pre-compaction zone L is determined by the following relation
L = 6.7 • 10 ^-2 • A • S • ω ² • sinβ / sinα, m
where A is the amplitude of the oscillations, m;
S is the thickness of the powder layer, m;
ω oscillation frequency, rad / s;
a angle between the direction of action of the sealing force and the surface of the powder in the pre-compaction zone, deg.

b угол между направлением действия уплотняющей силы и горизонталью, град. b angle between the direction of action of the sealing force and the horizontal, deg.

Цель изобретения достигается также тем, что в устройстве для нанесения многослойных порошковых покрытий, содержащем дозатор, соединенный с вибрационным механизмом нанесения порошка на движущуюся деталь, согласно изобретению снабженным дозаторами, вибрационный механизм выполнен в виде конвейера, разделенного горизонтальными перегородками на секции по числу слоев покрытия, причем входной участок каждой секции совмещен с соответствующим дозатором, а концевой участок имеет уплотняющую лапу. The purpose of the invention is also achieved by the fact that in a device for applying multilayer powder coatings containing a dispenser connected to a vibrating mechanism for applying powder to a moving part, equipped with dispensers according to the invention, the vibrating mechanism is made in the form of a conveyor, divided by horizontal partitions into sections according to the number of coating layers, moreover, the inlet section of each section is aligned with the corresponding dispenser, and the end section has a sealing foot.

Исполнение узла нанесения порошка в виде многосекционного вибрационного конвейера, где каждая секция наносит заданный слой порошка и снабжена уплотняющей лапой для слоя порошка, уложенного с предыдущей секции, обеспечивает согласно способу одновременно с нанесением каждого последующего слоя выравнивание и уплотнение предыдущего слоя. Этим подтверждается достижение цели изобретения и связь предлагаемого единым изобретательским замыслом. The execution of the powder application unit in the form of a multi-section vibratory conveyor, where each section applies a predetermined powder layer and is equipped with a sealing paw for the powder layer laid from the previous section, ensures, according to the method, at the same time as applying each subsequent layer, the previous layer is aligned and compacted. This confirms the achievement of the purpose of the invention and the connection proposed by a single inventive concept.

Сравнение предлагаемого с прототипом [2 и 3] позволило установить соответствие предлагаемого изобретения критерию "новизна". Comparison of the proposed with the prototype [2 and 3] made it possible to establish compliance of the proposed invention with the criterion of "novelty."

Аналог [1] содержит признак использования тангенциально действующего усилия для уплотнения порошка. Однако в известном решении это усилие действует одновременно с нормальным, причем в самом конце обжатия тангенциальная составляющая отсутствует, поскольку согласно известному решению обжатие производят роликом. В заявленном решении действует только тангенциальное усилие, причем в строго заданном направлении, тем самым эффективность обжатия повышается. Это свойство известного признака, проявляемое в предлагаемом решении, обеспечивает последнему соответствие критерию "изобретательский уровень". The analogue [1] contains a sign of using a tangentially acting force to compact the powder. However, in the known solution, this force acts simultaneously with the normal one, and at the very end of the compression, the tangential component is absent, since according to the known solution, the compression is carried out with a roller. In the claimed solution, only the tangential force acts, and in a strictly specified direction, thereby the compression efficiency is increased. This property of a well-known feature, manifested in the proposed solution, provides the latter with the criterion of "inventive step".

Реализация способа и устройства для его осуществления поясняется с помощью схематического изображения этого устройства на чертеже. The implementation of the method and device for its implementation is illustrated using a schematic representation of this device in the drawing.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства с продольным разрезом вибрационного конвейера; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - выносное сечение 1 на фиг. 1 в увеличенном виде. In FIG. 1 shows a General view of a device with a longitudinal section of a vibration conveyor; in FIG. 2, section AA in FIG. 1; in FIG. 3 is a detail section 1 in FIG. 1 enlarged view.

Узел нанесения порошка на движущуюся деталь 1 выполнен в виде вибрационного конвейера 2, разделенного горизонтальными перегородками 3 на секции 4 по числу слоев покрытия. Входной участок 5 каждой секции 4 совмещен с соответствующим дозатором 6, а концевой участок снабжен уплотняющей лапой 7, нижняя поверхность которой размещена на заданной высоте слоя порошка, уложенного с предыдущей секции. Положение лап 7 устанавливается с помощью винтов 8. Вибрационный конвейер 2 имеет привод с кривошипным механизмом 9 и установлен на упругих стойках 10, которые закреплены на основании 11 под углом b к вертикали. The unit for applying powder to a moving part 1 is made in the form of a vibrating conveyor 2, divided by horizontal partitions 3 into sections 4 according to the number of coating layers. The inlet section 5 of each section 4 is aligned with the corresponding dispenser 6, and the end section is equipped with a sealing foot 7, the lower surface of which is placed at a predetermined height of the powder layer laid with the previous section. The position of the legs 7 is set using screws 8. The vibration conveyor 2 has a drive with a crank mechanism 9 and is mounted on elastic struts 10, which are mounted on the base 11 at an angle b to the vertical.

Предлагаемый способ с помощью этого устройства реализуется следующим образом. The proposed method using this device is implemented as follows.

Подготовленную к нанесению многослойного покрытия деталь 1 устанавливают перед концевым участком нижней секции 4 вибрационного конвейера 2. Затем включают рабочее перемещение детали 1 (на чертеже слева направо) и привод 9 вибрационного конвейера 2. При этом порошок поступает из концевого участка нижней секции 4 на поверхность детали 1 и проходя под уплотняющую лапу 7, расположенную на перегородке 3 следующей по высоте секции, выравнивается и уплотняется. Одновременно с верхней поверхности той же лапы 7 на поверхность первого слоя порошка поступает второй слой порошка из следующей по высоте секции 3, который уплотняется второй лапой 7, закрепленной на перегородке 3 третьей снизу секции 4. Prepared for applying a multilayer coating, part 1 is installed in front of the end section of the lower section 4 of the vibration conveyor 2. Then, the working movement of the part 1 (from left to right in the drawing) and the drive 9 of the vibration conveyor 2 are turned on. In this case, the powder comes from the end section of the lower section 4 to the surface of the part 1 and passing under the sealing foot 7, located on the partition 3 of the next highest section, is leveled and compacted. At the same time, from the upper surface of the same paw 7, the second powder layer from the next highest section 3 enters the surface of the first powder layer, which is sealed by the second paw 7, mounted on the partition 3 of the third lower section 4.

Таким образом одновременно с нанесением каждого последующего слоя производят выравнивание и уплотнение предыдущего слоя порошка. Уплотнение производят тангенциальным пульсирующим усилием в направлении встречном движению детали, причем, одновременно в двух направлениях: предварительное в направлении угла a (фиг. 3) от 45 к 70^o к слою порошка в наклонной части уплотняющих лап 7; рабочее в направлении угла b от 15 до 40^o к слою порошка горизонтальной частью уплотняющих лап 7. Частота колебаний пульсирующего усилия составляет от 180 рад./с до 380 рад./с, а амплитуда колебаний от 6•10^-4 м до 1,4•10^-3м. Зону предварительного уплотнения (L на фиг. 3), которая расположена между концом рабочей поверхности одной уплотняющей лапы и началом рабочей поверхности следующей за ней уплотняющей лапы, определяют по следующему соотношению
L=6,7•10^-2•A•S•ω²•sinβ/sinα, м
где А амплитуда колебаний, м;
S толщина слоя порошка, укладываемого между этими лапами, м;
ω частота колебаний, рад./c;
a угол между направлением действия уплотняющей силы и поверхностью порошка в зоне предварительного уплотнения, град.Thus, simultaneously with the application of each subsequent layer, the previous powder layer is aligned and compacted. The seal is produced by a tangential pulsating force in the direction of the oncoming movement of the part, and, simultaneously, in two directions: preliminary in the direction of the angle a (Fig. 3) from 45 to 70 ^o to the powder layer in the inclined part of the sealing legs 7; working in the direction of the angle b from 15 to 40 ^o to the powder layer by the horizontal part of the sealing paws 7. The oscillation frequency of the pulsating force is from 180 rad./s to 380 rad./s, and the oscillation amplitude is from 6 • 10 ^-4 m to 1, 4 • 10 ^-3 m. The pre-compaction zone (L in Fig. 3), which is located between the end of the working surface of one sealing paw and the beginning of the working surface of the next sealing paw, is determined by the following ratio
L = 6.7 • 10 ^-2 • A • S • ω ² • sinβ / sinα, m
where A is the amplitude of the oscillations, m;
S is the thickness of the layer of powder placed between these legs, m;
ω oscillation frequency, rad. / c;
a angle between the direction of action of the sealing force and the surface of the powder in the pre-compaction zone, deg.

В таблице приведены примеры выполнения способа при получении двухслойного покрытия из порошков: ПГ-С27 верхний слой толщиной 3•10^-3 м; ПЖО нижний слой толщиной 3•10⁼³ м. Эффективность предлагаемого способа и качество полученного покрытия определяли по трем показателям:
увеличение плотности каждого слоя по формуле

ρ, ρ_н соответственно плотность после уплотнения и плотность насыпная порошка;
равномерность распределения плотности по глубине слоя по формуле ρ₁/ρ₂;
где ρ₁,ρ₂ соответственно средняя плотность нижней и верхней половины каждого слоя;
появление дефектов в нижнем слое после нанесения верхнего.The table shows examples of the method for obtaining a two-layer coating of powders: PG-C27 top layer with a thickness of 3 • 10 ^-3 m; PZhO lower layer with a thickness of 3 • 10 ^{= 3} m. The effectiveness of the proposed method and the quality of the resulting coating was determined by three indicators:
the increase in the density of each layer according to the formula

ρ, ρ _n, respectively, density after compaction and bulk density of the powder;
uniformity of the density distribution over the depth of the layer according to the formula ρ ₁ / ρ ₂ ;
where ρ ₁ , ρ _2, respectively, the average density of the lower and upper half of each layer;
the appearance of defects in the lower layer after applying the upper.

Экспериментально установленная зона предварительного уплотнения в первых трех примерах соответствовала рассчитанной по предлагаемой формуле. В примерах 4 9, в которых часть параметров способа принималась за границей заявленных пределов, экспериментальное и расчетное значения расстояния не совпадали. В этих примерах в таблице показаны экспериментальные расстояния L. Приведенные в таблице обозначения углов α,β и расстояние L показаны на фиг. 3. The experimentally established pre-compaction zone in the first three examples corresponded to that calculated by the proposed formula. In examples 4 to 9, in which part of the parameters of the method was taken outside the declared limits, the experimental and calculated values of the distance did not coincide. In these examples, the table shows the experimental distances L. The designations of the angles α, β and the distance L given in the table are shown in FIG. 3.

Уменьшение равномерности распределения плотности в примерах 4, 6 и 8 ниже 0,85 приводит к значительному снижению прочности покрытия после термической обработки. В примерах 5, 7 и 9 наблюдалось появление в нижнем слое трещин от 0,3 до 0,7 мм, что служило причиной сквозных трещин после термической обработки. The decrease in the uniformity of the density distribution in examples 4, 6 and 8 below 0.85 leads to a significant decrease in the strength of the coating after heat treatment. In examples 5, 7 and 9, the appearance of cracks in the lower layer from 0.3 to 0.7 mm was observed, which served as the cause of through cracks after heat treatment.

Использование предлагаемых решений позволяет сравнительно простым путем совместить операции и механизмы нанесения и уплотнения порошков во многослойных покрытиях и тем самым повысить производительность процесса, упростить устройство для нанесения многослойных порошковых покрытий и сократить его энергоемкость. Одновременно повышается качество покрытия за счет увеличения равномерности распределения плотности по толщине слоев. Using the proposed solutions allows a relatively simple way to combine the operations and mechanisms of the application and compaction of powders in multilayer coatings and thereby increase the productivity of the process, simplify the device for applying multilayer powder coatings and reduce its energy consumption. At the same time, the quality of the coating is improved by increasing the uniformity of the density distribution over the thickness of the layers.

Claims

1. A method for producing multilayer powder coatings, including layer-by-layer deposition of powders on the surface of a part, leveling and densification of each layer, characterized in that, in order to increase the productivity of the process, the previous layer is aligned and densified simultaneously with each subsequent layer, and the tangential densification pulsating force simultaneously in two, opposite to the movement of the part, the directions of the preliminary and working, while creating a pulsating force with a frequency of oscillations from 180 to 380 rad / s and an amplitude of 6,10 • 10 ^- ⁴ to 1,4 • 10 ^- ³ m.

2. The method according to p. 1, characterized in that the preliminary compaction is carried out at an angle of 40 70 ^o , and the working 15 40 ^o to the powder layer.

3. The method according to p. 1, characterized in that the pre-compaction zone L is determined from the following ratio:
L = 6.7 • 10 ^-3 • A • S • ω ² • sinβ / sinα m,
where A is the amplitude of the oscillations, m;
S is the thickness of the powder layer, m;
ω oscillation frequency, rad / s;
a angle between the direction of action of the sealing force and the surface of the powder in the pre-compaction zone, deg.

b angle between the direction of action of the sealing force and the horizontal, deg.

4. A device for applying multilayer powder coatings, comprising a dispenser connected to a vibrating mechanism for applying powder to a moving part, characterized in that, in order to increase productivity, it is equipped with dispensers, the vibrating mechanism is made in the form of a conveyor, divided by horizontal partitions into sections according to the number coating layers, and the inlet section of each section is aligned with the corresponding dispenser, and the end section has a sealing foot.