RU2715169C1

RU2715169C1 - Device for sputtering of ultrahigh molecular polyethylene

Info

Publication number: RU2715169C1
Application number: RU2019131261A
Authority: RU
Inventors: Андрей Юрьевич Измайлов; Яков Петрович Лобачевский; Сергей Иванович Старовойтов; Алексей Семенович Дорохов; Вячеслав Александрович Денисов; Бадри Хутаевич Ахалая; Юсуп Хабибулахович Уянаев; Николай Геориевич Кынев; Сергей Андреевич Квас
Priority date: 2019-10-04
Filing date: 2019-10-04
Publication date: 2020-02-25

Abstract

FIELD: agriculture; machine building.

SUBSTANCE: invention relates to agricultural machine building, in particular to devices for formation of protective coatings. Device for sputtering of ultrahigh molecular polyethylene includes melting chamber and system for tracking melted material. Melting chamber is made in the form of two coaxial cylinders, the cavity between which is closed by annular covers. Tracking system is made in the form of a gas-jet radiator installed with possibility of regulating throughput capacity.

EFFECT: simplified design and improved quality of applied coating.

1 cl, 1 dwg

Description

Устройство для напыления сверхвысокомолекулярного полиэтиленаDevice for spraying ultra high molecular weight polyethylene

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, в частности, к устройствам для формирования защитных покрытий.The invention relates to the field of agricultural engineering, in particular, to devices for forming protective coatings.

В последние годы практически во всех развитых странах пошли по пути разработки дорогостоящих систем газопламенного напыления.In recent years, almost all developed countries have taken the path of developing costly flame spraying systems.

Современная газопламенная горелка состоит из следующих систем: охлаждения, образования горючей смеси, подачи распыляемого материала, подачи топлива, подачи окислителя, системы сопровождения распыляемого материала, камеры плавления. [Пат. РФ № 6528, МПК В05В 7/20. Газоплазменная горелка для сверхзвукового напыления покрытий / В.Н.Дегтярев, Г.С. Казаков, И.В. Лунев.- 1998]. A modern gas-flame burner consists of the following systems: cooling, the formation of a combustible mixture, the supply of sprayed material, the supply of fuel, the supply of an oxidizing agent, the tracking system of the sprayed material, and the melting chamber. [Pat. RF № 6528, IPC В05В 7/20. Gas-plasma torch for supersonic coating spraying / V.N.Degtyarev, G.S. Kazakov, I.V. Lunev. - 1998].

Нагрев материала может осуществляться с помощью кварцевых лапм [Пат. РФ № 2213653, МПК В32Р 6/00, 2003.], ТЭНов [Пат. РФ № 2417884 В 29 С 41/30, 2011.], за счет сгорания горючей смеси [Пат. РФ №141545, МПК В 82 В 3/00, 2014].Heating of the material can be carried out using quartz hands [US Pat. RF № 2213653, IPC В32Р 6/00, 2003.], heating elements [Pat. RF № 2417884 В 29 С 41/30, 2011.], due to the combustion of a combustible mixture [US Pat. RF №141545, IPC В 82 В 3/00, 2014].

Камера плавления представляет собой внутреннюю полость наружного конуса трубчатой насадки, где происходит оплавление материала за счет сгорания горючей смеси. Сам материал поступает в камеру плавления по центральной осевой линии, а горючая смесь под небольшим углом к ней из сопел, расположенных концентрично к данной осевой линии [Пат. РФ № 2212953, МПК В 05 В 7/20, 2003].The melting chamber is the inner cavity of the outer cone of the tubular nozzle, where the material is melted due to the combustion of the combustible mixture. The material itself enters the melting chamber along the central axial line, and the combustible mixture at a slight angle to it from nozzles located concentrically to this axial line [Pat. RF № 2212953, IPC В 05 В 7/20, 2003].

Транспортировка расплавленного материала осуществляется за счет факела сгорания горючей смеси [Пат. РФ №2212953 МПК В 05 В 7/20, 2003].Transportation of the molten material is carried out due to the torch of combustion of the combustible mixture [US Pat. RF №2212953 IPC В 05 В 7/20, 2003].

и сжатого воздуха. Существуют горелки для сверхзвукового напыления покрытий [Пат. № 6528 РФ В05В7/20, 1998.]. and compressed air. There are burners for supersonic spraying of coatings [US Pat. No. 6528 of the Russian Federation B05V7 / 20, 1998.].

В результате анализа установлено, что сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) может быть в виде порошка, гранул и гибкого шнура. Материал подается в камеру плавления потоком сжатого воздуха или за счет использования протяжного механизма.As a result of the analysis, it was found that ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) can be in the form of powder, granules and a flexible cord. The material is fed into the melting chamber by a stream of compressed air or through the use of a broaching mechanism.

Применение напыляемого материала в виде порошков затруднено необходимостью соблюдать жесткие требования к классификации частиц заданной фракции, их текучести, условиям хранения, сложностям, связанным с обеспечением стабильной и точно дозированной подачи порошка пневмотранспортом в зону горения или плазменную струю. Несоблюдение этих требований приводит к неравномерности нагрева и проплавления напыляемого материала.The use of sprayed material in the form of powders is complicated by the need to comply with stringent requirements for the classification of particles of a given fraction, their fluidity, storage conditions, and the difficulties associated with ensuring a stable and accurately metered supply of powder by pneumatic transport to the combustion zone or plasma jet. Failure to comply with these requirements leads to uneven heating and penetration of the sprayed material.

Наличие системы подачи топлива и окислителя, системы образования горючей смеси, усложняют конструкцию горелки для газопламенного напыления.The presence of a fuel supply system and an oxidizing agent, a system for the formation of a combustible mixture, complicate the design of a burner for flame spraying.

Прототипом изобретения является горелка для газопламенного напыления [Пат. РФ № 2212953, МПК В 05 В 7/20, 2003], включающая плавильную камеру и систему сопровождения расплавленного материала. The prototype of the invention is a burner for flame spraying [US Pat. RF № 2212953, IPC В 05 В 7/20, 2003], including a melting chamber and a system for tracking molten material.

К недостаткам известного устройства для газопламенного напыления можно отнести достаточно сложную конструкцию, неравномерность нагрева и проплавления напыляемого материала.The disadvantages of the known device for flame spraying include a rather complex structure, uneven heating and penetration of the sprayed material.

Технической задачей данного изобретения является упрощение конструкции и улучшение качества нанесенного покрытия. The technical task of this invention is to simplify the design and improve the quality of the applied coating.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для напыления сверхвысокомолекулярного полиэтилена, включающем плавильную камеру, систему сопровождения расплавленного материала, согласно изобретения, плавильная камера выполнена в виде двух коаксиальных цилиндров, полость между которыми закрыта кольцевыми крышками, система сопровождения выполнена в виде газоструйного излучателя, установленного с возможностью регулирования пропускной способности.The technical result is achieved by the fact that in the device for spraying ultra-high molecular weight polyethylene, including a melting chamber, a system for tracking molten material, according to the invention, the melting chamber is made in the form of two coaxial cylinders, the cavity between which is closed by ring caps, the tracking system is made in the form of a gas-jet emitter installed with the ability to control bandwidth.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема устройства.The invention is illustrated in the drawing, which shows a diagram of the device.

Устройство для газопламенного напыления порошковых покрытий, в частности сверхвысокомолекулярного полиэтилена, включает плавильную камеру 1, которая одновременного служит резервуаром для хранения материала, выгрузной патрубок 2 и газоструйный излучатель Гартмана 3.A device for gas-flame spraying of powder coatings, in particular ultra-high molecular weight polyethylene, includes a melting chamber 1, which at the same time serves as a reservoir for storing material, an unloading pipe 2 and a gas-jet emitter Hartmann 3.

Плавильная камера 1 имеет правую 4 и левую 5 кольцевые крышки, которые закрывают полость между внутренним 6 и наружным 7 коаксиальными цилиндрами. С одного края внутреннего цилиндра 6 нарезана внутренняя резьба для крепления плавильной камеры 1 на газовой горелке (на фиг. на показана). В наружном цилиндре 7 выполнены два резьбовых отверстия: верхнее и нижнее. Верхнее резьбовое отверстие предназначено для загрузки порошка и закрыто крышкой 8. В нижнем резьбовом отверстии закрепляется выгрузной патрубок 2. В выгрузном патрубке 2 соосно выполнены два отверстия. Одно из отверстий 9 служит для подачи расплавленного материала на обрабатываемую поверхность. Резьбовое отверстие 10 служит для крепления газоструйного излучателя Гартмана 3. Газоструйный излучатель Гартмана 3 включает сопло 11, резонатор 12, выходной канал 13 рабочей камеры. Выходной канал 13 рабочей камеры снабжен внешней резьбой. The melting chamber 1 has a right 4 and left 5 ring caps, which cover the cavity between the inner 6 and outer 7 coaxial cylinders. An internal thread is cut from one edge of the inner cylinder 6 for mounting the melting chamber 1 on a gas burner (shown in Fig.). In the outer cylinder 7 there are two threaded holes: upper and lower. The upper threaded hole is intended for powder loading and is closed by a cover 8. In the lower threaded hole, the discharge pipe 2 is fixed. Two holes are coaxially made in the discharge pipe 2. One of the holes 9 serves to supply molten material to the surface to be treated. The threaded hole 10 is used to mount the gas-jet radiator Hartmann 3. Gas-jet radiator Hartmann 3 includes a nozzle 11, a resonator 12, the output channel 13 of the working chamber. The output channel 13 of the working chamber is provided with an external thread.

Подготовка к работе устройства для напыления сверхвысокомолекулярного полиэтилена осуществляется следующим образом. Preparation for operation of the device for spraying ultra-high molecular weight polyethylene is as follows.

Выходной канал 13 рабочей камеры газоструйного излучателя 3 поджимают к левому отверстию 9 выгрузного патрубка 2, поворачивая по часовой стрелке. Откручивают крышку 8 наружного цилиндра 7 и заполняют плавильную камеру 1 порошком сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Крышку 8 закручивают. Заполненную плавильную камеру 1 присоединяют к газовой горелке (на рисунке не показана).The output channel 13 of the working chamber of the gas-jet emitter 3 is pressed to the left hole 9 of the discharge pipe 2, turning clockwise. Unscrew the cover 8 of the outer cylinder 7 and fill the melting chamber 1 with a powder of ultra-high molecular weight polyethylene. Cover 8 is screwed. The filled melting chamber 1 is connected to a gas burner (not shown in the figure).

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При работе газовой горелки порошок из сверхвысокомолекулярного полиэтилена расплавляется и переходит в жидкое состояние. В исходном положении, когда выходной канал 13 рабочей камеры поджат к отверстию 9 выгрузного патрубка 2, истечение материала в жидком состоянии не происходит. При повороте газоструйного излучателя 3 против часовой стрелки появляется зазор между торцом выходного канала 13 рабочей камеры и отверстием 8 выгрузного патрубка 2, который заполняется расплавленным сверхвысокомолекулярным полиэтиленом. К газоструйному излучателю Гартмана 3 подается сжатый воздух. Сжатый воздух, проходя через сопло 11, тормозится резонатором 12. Периодическое расширение скачка уплотнения и взаимодействие его с набегающим потоком генерирует интенсивную акустическую волну, выходящую из отверстия выходного канала 13 рабочей камеры. Данная волна подхватывает частицы расплавленного порошка сверхвысокомолекулярного полиэтилена и транспортирует его со сверхзвуковой скоростью на обрабатываемую поверхность. Регулированием зазора между торцом выходного канала 13 рабочей камеры и отверстием 8 выгрузного патрубка можно изменять толщину напыляемого покрытия. Подаваться на обрабатываемую поверхность рабочего органа будет только расплавленный материал.During the operation of the gas burner, the powder from ultra-high molecular weight polyethylene melts and passes into a liquid state. In the initial position, when the output channel 13 of the working chamber is pressed against the hole 9 of the discharge pipe 2, the outflow of material in the liquid state does not occur. When the gas-jet emitter 3 is rotated counterclockwise, a gap appears between the end of the outlet channel 13 of the working chamber and the hole 8 of the discharge pipe 2, which is filled with molten ultra-high molecular weight polyethylene. Compressed air is supplied to the Hartmann gas-jet emitter 3. Compressed air passing through the nozzle 11 is inhibited by the resonator 12. The periodic expansion of the shock wave and its interaction with the incoming flow generates an intense acoustic wave emerging from the opening of the output channel 13 of the working chamber. This wave picks up particles of molten powder of ultra-high molecular weight polyethylene and transports it with supersonic speed to the surface to be treated. By adjusting the gap between the end of the output channel 13 of the working chamber and the hole 8 of the discharge pipe, the thickness of the sprayed coating can be changed. Only molten material will be fed onto the treated surface of the working body.

Использование данной модели позволит упростить конструкцию и улучшить качество нанесенного покрытия.Using this model will simplify the design and improve the quality of the applied coating.

Claims

A device for spraying ultra-high molecular weight polyethylene, comprising a melting chamber and a system for tracking molten material, characterized in that the melting chamber is made in the form of two coaxial cylinders, the cavity between which is closed by ring caps, the tracking system is made in the form of a gas-jet emitter installed with the ability to control the throughput.