Получение покрытий с высокой инфракрасной излучательной способностью

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Одним из перспективных современных способов формирования покрытий является детонационное газодинамическое напыление. Покрытия, получаемые этим способом, имеют высокую адгезию к подложке, плотную структуру и заданные функциональные свойства. Разработка технологии получения функциональных покрытий с высоким коэффициентом излучения в инфракрасном диапазоне является насущной необходимостью развития высокотемпературных промышленных процессов и технологий. В высокотемпературных промышленных процессах тратится большое количество энергии, поэтому повышение энергоэффективности промышленного оборудования рассматривается как один из способов преодоления постоянно растущего энергетического кризиса. С этой целью для промышленных печей были разработаны покрытия с высокой инфракрасной излучательной способностью. Эти покрытия обычно наносятся на стенки печи, что значительно повышает энергоэффективность за счет увеличения передачи тепла от теплоотдающих поверхностей печи. Целью работы является получение покрытий с высокими показателями излучения в инфракрасном диапазоне для дальнейшей рекомендации по их использованию в хлебопекарных печах производства Шебекинского машиностроительного завода. Методы исследования образцов покрытий, полученных детонационным газотермическим методом: растровая электронная микроскопия, рентгенофазовый анализ, энергодисперсионный анализ, инфракрасная спектроскопия. Результаты и обсуждение. В работе были исследованы микроструктура, фазовый состав, излучательная способность и стойкость к термоциклированию покрытий Fe2O3, Al2O3 + 10 % Fe2O3 и Ti + 10 % Fe2O3, полученных методом детонационного газодинамического напыления порошков. Результаты исследования показали, что полученные покрытия имеют плотную структуру, повышенный коэффициент излучения и устойчивость к циклам температурной обработки, в результате воздействия которых структура кристаллической решетки покрытий не изменяется.

Об авторах

В. В. Сирота

Email: zmas36@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4634-7109
канд. физ.-мат. наук, Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова, ул. Костюкова, 46, г. Белгород, 308012, Россия, zmas36@mail.ru

С. В. Зайцев

Email: sergey-za@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0122-1908
Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова, ул. Костюкова, 46, г. Белгород, 308012, Россия, sergey-za@mail.ru

М. В. Лимаренко

Email: mclam@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6699-6910
Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова, ул. Костюкова, 46, г. Белгород, 308012, Россия, mclam@mail.ru

Д. С. Прохоренков

Email: bstu-cvt-sem@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-6455-8172
Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова, ул. Костюкова, 46, г. Белгород, 308012, Россия, bstu-cvt-sem@yandex.ru

М. С. Лебедев

Email: michaell1987@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3194-9238
канд. техн. наук, Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова, ул. Костюкова, 46, г. Белгород, 308012, Россия, michaell1987@yandex.ru

А. С. Чуриков

Email: churikov.toni@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1829-2676
Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова, ул. Костюкова, 46, г. Белгород, 308012, Россия, churikov.toni@mail.ru

А. Л. Даньшин

Email: aldans@mail.ru
ORCID iD: 0009-0009-6998-8241
ОАО «Шебекинский машиностроительный завод», ул. Октябрьская, 11, г. Шебекино, 309290, Россия, aldans@mail.ru

Список литературы

  1. Tan W., Petorak C.A., Trice R.W. Rare-earth modified zirconium diboride high emissivity coatings for hypersonic applications // Journal of the European Ceramic Society. – 2014. – Vol. 34 (1). – P. 1–11. – doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2013.07.016.
  2. Influence of FeSO4 concentration on thermal emissivity of coatings formed on titanium alloy by micro-arc oxidation / H. Tang, T. Xin, Q. Sun, C. Yi, Z. Jiang, F. Wang // Applied Surface Science. – 2011. – Vol. 257 (24). – P. 10839–10844. – doi: 10.1016/j.apsusc.2011.07.118.
  3. Ultrawhite BaSO4 paints and films for remarkable daytime subambient radiative cooling / X. Li, J. Peoples, P. Yao, X. Ruan // ACS Applied Materials & Interfaces. – 2021. – Vol. 13 (18). – P. 21733–21739. – doi: 10.1021/acsami.1c02368.
  4. The effect of SiC coatings microstructure on their infrared emissivity / J. Liu, Z. Chen, L. Yang, P. Chai, Q. Wan // Journal of Asian Ceramic Societies. – 2023. – Vol. 11 (1). – P. 98–104. – doi: 10.1080/21870764.2022.2159952.
  5. High emissivity MoSi2–ZrO2–borosilicate glass multiphase coating with SiB6 addition for fibrous ZrO2 ceramic // Ceramics International. – 2016. – Vol. 42 (7). – P. 8140–8150. – doi: 10.1016/j.ceramint.2016.02.020.
  6. Single nanoporous MgHPO4·1.2H2O for daytime radiative cooling / X. Huang, N. Li, J. Wang, D. Liu, J. Xu, Z. Zhang, M. Zhong // ACS Applied Materials & Interfaces. – 2019. – Vol. 12 (2). – P. 2252–2258. – doi: 10.1021/acsami.9b14615.
  7. Švantner M., Honnerová P., Veselý Z. The influence of furnace wall emissivity on steel charge heating // Infrared Physics & Technology. – 2016. – Vol. 74. – P. 63–71. – doi: 10.1016/j.infrared.2015.12.001.
  8. Industrial reheating furnaces: A review of energy efficiency assessments, waste heat recovery potentials, heating process characteristics and perspectives for steel industry / J. Zhao, L. Ma, M.E. Zayed, A.H. Elsheikh, W. Li, Q. Yan, J. Wang // Process Safety and Environmental Protection. – 2021. – Vol. 147. – P. 1209–1228. – doi: 10.1016/j.psep.2021.01.045.
  9. Emissivity of spinel and titanate structures aiming at the development of industrial high-temperature ceramic coatings / E.Y. Sako, H.D. Orsolini, M. Moreira, D. De Sousa Meneses, V.C. Pandolfelli // Journal of the European Ceramic Society. – 2021. – Vol. 41 (4). – P. 2958–2967. – doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2020.11.010.
  10. Double layer SiO2/Al2O3 high emissivity coatings on stainless steel substrates using simple spray deposition system / D.B. Mahadik, S. Gujjar, G.M. Gouda, H.C. Barshilia // Applied Surface Science. – 2014. – Vol. 299. – P. 6–11. – doi: 10.1016/j.apsusc.2014.01.159.
  11. Influence of Fe2O3 on the structure and near-infrared emissivity of aluminosilicate glass coatings / A. Gahmousse, K. Ferria, J. Rubio, N. Cornejo, A. Tamayo // Applied Physics A. – 2020. – Vol. 126 (9). – P. 732. – doi: 10.1007/s00339-020-03921-8.
  12. Heynderickx G.J., Nozawa M. High-emissivity coatings on reactor tubes and furnace walls in steam cracking furnaces // Chemical Engineering Science. – 2004. – Vol. 59 (22–23). – P. 5657–5662. – doi: 10.1016/j.ces.2004.07.075.
  13. Composite fillers and their influence on emissivity / M. Mauer, P. Kalenda, M. Honner, P. Vacikova // Journal of Physics and Chemistry of Solids. – 2012. – Vol. 73 (12). – P. 1550–1555. – doi: 10.1016/j.jpcs.2011.11.015.
  14. Study of failure of EB-PVD thermal barrier coating upon near-α titanium alloy / B. He, F. Li, H. Zhou, Y. Dai, B. Sun // Journal of Materials Science. – 2008. – Vol. 43. – P. 839–846. – doi: 10.1007/s10853-007-2204-7.
  15. Vacuum arc deposition of Al2O3–ZrO2 coatings: arc behavior and coating characteristics / I. Zukerman, V.N. Zhitomirsky, G. Beit-Ya’;akov, R.L. Boxman, A. Raveh, S.K. Kim // Journal of Materials Science. – 2010. – Vol. 45. – P. 6379–6388. – doi: 10.1007/s10853-010-4734-7.
  16. Shin D.-I., Gitzhofer F., Moreau C. Thermal property evolution of metal based thermal barrier coatings with heat treatments // Journal of Materials Science. – 2007. – Vol. 42. – P. 5915–5923. – doi: 10.1007/s10853-007-1772-x.
  17. High emissivity coatings on titanium alloy prepared by micro-arc oxidation for high temperature application / H. Tang, Q. Sun, C.G. Yi, Z.H. Jiang, F.P. Wang // Journal of Materials Science. – 2012. – Vol. 47. – P. 2162–2168. – doi: 10.1007/s10853-011-6017-3.
  18. Ca-Mn co-doping LaCrO3 coating with high emissivity and good mechanical property for enhancing high-temperature radiant heat dissipation / H. Zhang, C. Wang, Y. Wang, S. Wang, G. Chen, Y. Zou, C. Deng, D. Jia, Y. Zhou // Journal of the European Ceramic Society. – 2022. – Vol. 42 (15). – P. 7288–7299. – doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2022.08.033.
  19. Preparation of black high absorbance and high emissivity thermal control coating on Ti alloy by plasma electrolytic oxidation / Z. Yao, B. Hu, Q. Shen, A. Niu, Z. Jiang, P. Su, P. Ju // Surface and Coatings Technology. – 2014. – Vol. 253. – P. 166–170. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2014.05.032.
  20. Колисниченко О.В., Тюрин Ю.Н., Товбин Р. Эффективность процесса напыления покрытий с использованием многокамерного детонационного устройства // Автоматическая сварка. – 2017. – № 10. – С. 28–34.
  21. Zircon-based ceramic coatings formed by a new multi-chamber gas-dynamic accelerator / M. Kovaleva, M. Prozorova, M. Arseenko, Y. Tyurin, O. Kolisnichenko, M. Yapryntsev, V. Novikov, O. Vagina, V. Sirota // Coatings. – 2017. – Vol. 7 (9). – P. 142. – doi: 10.3390/coatings7090142.
  22. Detonation spraying of composite targets based on Ni, Cr and B4C for magnetron multi-functional coating / V.V. Sirota, S. Zaitsev, D. Prokhorenkov, M. Limarenko, A. Skiba, M.G. Kovaleva // Key Engineering Materials. – 2022. – Vol. 909. – P. 115–120. – doi: 10.4028/p-74w31h.
  23. Effect of heat treatment on the microstructure and phase composition of ZrB2–MoSi2 coating / M. Kovaleva, I. Goncharov, V. Novikov, M. Yapryntsev, O. Vagina, I. Pavlenko, V. Sirota, Y. Tyurin, O. Kolisnichenko // Coatings. – 2019. – Vol. 9 (12). – P. 779. – doi: 10.3390/coatings9120779.
  24. The influence of cold and detonation thermal spraying processes on the microstructure and properties of Al-based composite coatings on Mg alloy / Q. Wang, Q. Sun, M.-X. Zhang, W.-J. Niu, C.-B. Tang, K.-S. Wang, R. Xing, L. Zhai, L. Wang // Surface and Coatings Technology. – 2018. – Vol. 352. – P. 627–633. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2018.08.045.
  25. Thermal spray using a high-frequency pulse detonation combustor operated in the liquid-purge mode / T. Endo, R. Obayashi, T. Tajiri, K. Kimura, Y. Morohashi, T. Johzaki, K. Matsuoka, T. Hanafusa, S. Mizunari // Journal of Thermal Spray Technology. – 2016. – Vol. 25. – P. 494–508. – doi: 10.1007/s11666-015-0354-8.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».