Вплив армування керамічного покриття на теплотехнічні властивості

Abstract

UK: Постановка проблеми.Керамічні покриття, володіючи високою температурою плавлення, можуть бути отримані розплавленням матеріалів у потоці плазми. Для цього використовують плазмові установки типу УПУ, Київ-7 та ін. Але ці покриття мають суттєвий недолік – вони слабко опираються змінним температурним навантаженням, тобто термостійкість цих покриттів досить низька. Останнім часом для підвищення термостійкості почали напиляти не чисту кераміку, а суміші декількох окислів. У цій статті досліджувалась термостійкість шпінелі з армуванням сіткою та без армування. Методика. Для виготовлення такої композиції використовували золь-гель процес. Для напилення вказаної шпінелі підготовляли частинки порошку крупністю 50…100 мкм та використовували плазмову установку типу УПУ. Товщина напиленого покриття складала 2…3 мм. Металеву сітку підбирали з нержавіючої сталі і NiCr з крупністю комірки 3 мм. Для фіксації сітки на поверхні металу використовували точкове мікрозварювання. Для дослідження коефіцієнтів теплопровідності шпінелі скористались приладом для вимірювання теплопровідності ИТ-λ-400. Вимірювання теплопровідності проводили в режимі монотонного нагрівання методом динамічного калориметра. Для дослідження теплопровідності використовували теплопровідну пасту до 400 ºС. Результати. Теплопровідність шпінелі типу Аl2О3 Сr2О3 зі збільшенням температури незначно зменшується, приблизно на 5…10 %, і складає для покриття без армування 3,5…3,21 Вт/м К, для армованого – 5,46…4,46 Вт/м К. На теплопровідність покриття впливає армування його сіткою, яке викликає підвищення теплопровідності в широкому інтервалі температур від 25 до 400 ºС. Наукова новизна. Результати дослідження теплозахисних покриттів, армованих металевою сіткою для шпінелі наведені вперше. Практична значимість. Для отримання покриттів шпінелі типу Аl2О3 Сr2О3, що володіють високою теплопровідністю і міцністю, можна рекомендувати армування металевою сіткою.

RU: Постановка проблемы. Керамические покрытия, обладающие высокой температурой плавления, могут быть получены расплавлением материалов в потоке плазмы. Для этого используют плазменные установки типа УПУ, Киев-7 и др. Но эти покрытия имеют существенный недостаток – они слабо сопротивляются переменным температурным нагрузкам, т. е. термостойкость этих покрытий очень низкая. В последнее время для повыщения термостойкости начали напылять не чистую керамику, а смеси нескольких окислов.В даннойработе исследовалась термостойкость шпинели как с армированием сеткой, так и без армирования. Методика. Для изготовления такой композиции использовался золь-гель процесс. При напылении указанной шпинели подготавливались частички порошка крупностью 50...100 мкм и использовалась плазменная установка типа УПУ. Толщина напыленного покрытия находилась в пределах 2...3 мм. Металлическая сетка подбиралась из нержавеющей стали и NiCr с крупностью ячейки 3 мм. Для фиксации сетки на поверхности металла использовали точечное микросваривание. Для исследования коэффициентов теплопроводности шпинели воспользовались прибором для измерения теплопроводности ИТ–λ–400. Измерение теплопроводности проводилось в режиме монотонного нагревания методом динамического калориметра. При исследовании теплопроводности использовалась теплопроводная паста до 400 ºС. Результаты. Теплопроводность шпинели типа Аl2О3 Сr2О3 с увеличением температуры незначительно уменьшается, приблизительно на 5..10 %, и составляет для покрытия без армирования 3,5...3,21 Вт/м К, для армированного – 5,46...4,46 Вт/м К. На теплопроводность покрытия влияет армирование его сеткой, которое вызывает повышение теплопроводности в широком интервале температур от 25 до 400 ºС. Научная новизна. Результаты исследования теплозащитных покрытий, армированных металлической сеткой, для шпинели приведены впервые. Практическая значимость. Для получения покрытий шпинели типа Аl2О3 Сr2О3,обладающих высокой теплопроводностю и прочностю, можно рекомендовать армирование металлической сеткой.

EN: Purpose. Ceramic coatings, having a high melting point, can be obtained by melting materials in a plasma stream. For this purpose, plasma units like UPU, Kyiv-7 and others are used. But these coatings have a significant drawback − they resist poorly variable temperature loads, i.e. the thermal stability of these coatings is quite low. Now, not pure ceramics but mixtures of several oxides are sprayed to increase the thermal stability. In this article, the thermal stability of the spinel with mesh reinforcement and without reinforcement is studied. Methodology.. For the manufacture of such a composition sol-gel process was used. During the spraying of the indicated spinel, powder particles with a particle size of 50−100 μm were prepared and a UPU plasma unit was used. The thickness of sprayed coating was within 2…3 mm. Metal mesh was selected from stainless steel and NiCr with a lattice size of 3 mm. For fixing the mesh on the metal surface, point micro-welding was used. A device for measuring the thermal conductivity of IT-λ-400 was used to study the thermal conductivity coefficients for the spinel. The measurement of thermal conductivity was carried out in the monotonous heating mode using the dynamic calorimeter method. In the study of thermal conductivity, heat conductive paste up to 400 ºС was used. Results. The thermal conductivity of the spinel Аl2О3 Сr2О3 type slightly decreases with temperature increasing, approximately by 5…10 %, and amounts to 3.5…3.21 W/m∙K for the coating without reinforcement, and 5,46…4,46 W/m Кfor the reinforced The thermal conductivity of a coating is affected by its reinforcement with a mesh, which causes an increase in thermal conductivity in a wide range of temperatures from 25 to 400 °. Scientific novelty. The results of the study of thermal protective coatings reinforced with metal mesh for spinel are presented for the first time. Practical relevance. To obtain coatings for the spinel Аl2О3 Сr2О3 type with high thermal conductivity and strength, we can recommend the reinforcement with metal mesh.