Keraamipinnoitteiden valmistus HVOF-ruiskutuksella

Kari Korpiola, Petri Jokinen

Research output: Book/ReportReportProfessional

Abstract

Keraamien pinnoittaminen termisesti ruiskuttamalla suoritetaan yleisesti plasmaruiskutuksella. Keraamien pinnoittaminen HVOF-ruiskutuksella (suurnopeusliekkiruiskutuksella) on poikkeuksellista. Keraamien pinnoittaminen HVOF-ruiskutuksella on kuitenkin kiinnostavaa, koska näin valmistettujen keraamipinnoitteiden käyttöominaisuudet ovat plasmaruiskutettuja pinnoitteita parempia. Tutkimuksessa verrattiin kaupallisia Al2O3-, TiO2- ja Cr22O3- pinnoitteita laboratoriossa tehtyihin HVOF-keraamipinnoitteisiin. Testeissä havaittiin laboratoriossa valmistettujen HVOF-keraamipinnoitteiden olevan kaupallisia plasma- ja liekkiruiskutuksella valmistettuja keraamipinnoitteita merkittävästi parempia. HVOF-keraamipinnoitteet saavuttivat erinomaisen tartunnan ruiskutusalustaan, suuren kovuuden ja kulutuksen keston. Keraamipinnoitteet havaittiin kemialliselta kestoltaan yllättäen vain kohtuullisiksi. Niiden kestävyys oli rajallista matalassa ja korkeassa pH:ssa, vastoin odotuksia. Hankkeen aikana HVOF-pinnoitusta kokeiltiin Neles Controls Oy:n kypäräventtiiliin. Hankkeeseen osallistuvat yritykset eivät olleet aiemmin pinnoittaneet keraameja HVOF-ruiskutuksella. Hankkeen kestäessä saatiin keraamien HVOF-ruiskutus siirrettyä yrityksiin, ja niissä valmistetut pinnoitteet olivat ominaisuuksiltaan erinomaisia. Keraami-, plasma- ja HVOF-pinnoitteita vertailtaessa havaittiin HVOF-pinnoitteiden olevan 3-6 kertaa kalliimpia valmistaa. Toisalta HVOF-keraamipinnoitteiden kohonneita valmistuskustannuksia kompensoi käyttöominaisuuksiltaan merkittävästi parempi pinnoiteen laatu ja mahdollisuus pinnoittaa ilman tartuntakerrosta. Kulutusta vastaan tarvittava pienempi pinnan vahvuus alentaa merkittävästi valmistuskustannuksia. Onnistuneen HVOF-keraamipinnoitteen valmistamisen edellytykseksi havaittin: Keraamipinnoitteiden valmistus onnistuu ainoastaan plasmapinnoitejauheita (5-60 mm) pienemmillä keraamijauheilla (5-20 mm). Pinnoituskokeissa havaittiin tärkeäksi jauheiden hyvä juoksevuus, josta on seurauksena tasainen pinnan laatu. Pinnoitejauheiden hyvä juoksevuus saavutetaan varastoimalla jauheet kuivassa ja lämpimässä tilassa. Onnistuneen keraamipinnoitteen edellytyksenä on siihen soveltuva HVOF-ruisku (Prax Air HV-2000 ja muunneltu Sulzer Metco DJ Hybrid). Pinnoitejauheen sulamiselta edellytetään sopivaa kuuman liekin tuottavaa polttoainetta, propaania tai vetyä. Pinnotusparametreiksi pitää valita kuuma liekki ja lyhyt pinnoitusetäisyys (100-150 mm). HVOF-ruiskussa pitää käyttää riittävän pitkää pinnoitejauheen kiihdytys- ja lämmityssuutinta (> 10 cm). Riittävän pitkällä suuttimella varmistetaan keraamijauheiden sopiva pinnoituslämpötila. Pinnoitteen kiinnipysyvyyttä voidaan merkittävästi parantaa aloittamalla ja lopettamalla pinnoitus korotetussa lämpötilassa (> 100 °C).
Original languageFinnish
Place of PublicationEspoo
PublisherVTT Technical Research Centre of Finland
Number of pages91
ISBN (Electronic)951-38-5647-X
ISBN (Print)951-38-5646-1
Publication statusPublished - 2000
MoE publication typeD4 Published development or research report or study

Publication series

NameVTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes
PublisherVTT
No.2020
ISSN (Print)1235-0605
ISSN (Electronic)1455-0865

Keywords

  • ceramic coatings
  • HVOF
  • thermally sprayed coatings
  • plasma sprayed coatings
  • fuel gas
  • wear
  • alumina coatings
  • surface treatment
  • tests
  • microstructure
  • durability
  • corrosion resistance
  • mechanical properties

Cite this

Korpiola, K., & Jokinen, P. (2000). Keraamipinnoitteiden valmistus HVOF-ruiskutuksella. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland. VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes, No. 2020
Korpiola, Kari ; Jokinen, Petri. / Keraamipinnoitteiden valmistus HVOF-ruiskutuksella. Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 2000. 91 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 2020).
@book{3f22124718ac4a8f979ac5a0258de629,
title = "Keraamipinnoitteiden valmistus HVOF-ruiskutuksella",
abstract = "Keraamien pinnoittaminen termisesti ruiskuttamalla suoritetaan yleisesti plasmaruiskutuksella. Keraamien pinnoittaminen HVOF-ruiskutuksella (suurnopeusliekkiruiskutuksella) on poikkeuksellista. Keraamien pinnoittaminen HVOF-ruiskutuksella on kuitenkin kiinnostavaa, koska n{\"a}in valmistettujen keraamipinnoitteiden k{\"a}ytt{\"o}ominaisuudet ovat plasmaruiskutettuja pinnoitteita parempia. Tutkimuksessa verrattiin kaupallisia Al2O3-, TiO2- ja Cr22O3- pinnoitteita laboratoriossa tehtyihin HVOF-keraamipinnoitteisiin. Testeiss{\"a} havaittiin laboratoriossa valmistettujen HVOF-keraamipinnoitteiden olevan kaupallisia plasma- ja liekkiruiskutuksella valmistettuja keraamipinnoitteita merkitt{\"a}v{\"a}sti parempia. HVOF-keraamipinnoitteet saavuttivat erinomaisen tartunnan ruiskutusalustaan, suuren kovuuden ja kulutuksen keston. Keraamipinnoitteet havaittiin kemialliselta kestoltaan yll{\"a}tt{\"a}en vain kohtuullisiksi. Niiden kest{\"a}vyys oli rajallista matalassa ja korkeassa pH:ssa, vastoin odotuksia. Hankkeen aikana HVOF-pinnoitusta kokeiltiin Neles Controls Oy:n kyp{\"a}r{\"a}venttiiliin. Hankkeeseen osallistuvat yritykset eiv{\"a}t olleet aiemmin pinnoittaneet keraameja HVOF-ruiskutuksella. Hankkeen kest{\"a}ess{\"a} saatiin keraamien HVOF-ruiskutus siirretty{\"a} yrityksiin, ja niiss{\"a} valmistetut pinnoitteet olivat ominaisuuksiltaan erinomaisia. Keraami-, plasma- ja HVOF-pinnoitteita vertailtaessa havaittiin HVOF-pinnoitteiden olevan 3-6 kertaa kalliimpia valmistaa. Toisalta HVOF-keraamipinnoitteiden kohonneita valmistuskustannuksia kompensoi k{\"a}ytt{\"o}ominaisuuksiltaan merkitt{\"a}v{\"a}sti parempi pinnoiteen laatu ja mahdollisuus pinnoittaa ilman tartuntakerrosta. Kulutusta vastaan tarvittava pienempi pinnan vahvuus alentaa merkitt{\"a}v{\"a}sti valmistuskustannuksia. Onnistuneen HVOF-keraamipinnoitteen valmistamisen edellytykseksi havaittin: Keraamipinnoitteiden valmistus onnistuu ainoastaan plasmapinnoitejauheita (5-60 mm) pienemmill{\"a} keraamijauheilla (5-20 mm). Pinnoituskokeissa havaittiin t{\"a}rke{\"a}ksi jauheiden hyv{\"a} juoksevuus, josta on seurauksena tasainen pinnan laatu. Pinnoitejauheiden hyv{\"a} juoksevuus saavutetaan varastoimalla jauheet kuivassa ja l{\"a}mpim{\"a}ss{\"a} tilassa. Onnistuneen keraamipinnoitteen edellytyksen{\"a} on siihen soveltuva HVOF-ruisku (Prax Air HV-2000 ja muunneltu Sulzer Metco DJ Hybrid). Pinnoitejauheen sulamiselta edellytet{\"a}{\"a}n sopivaa kuuman liekin tuottavaa polttoainetta, propaania tai vety{\"a}. Pinnotusparametreiksi pit{\"a}{\"a} valita kuuma liekki ja lyhyt pinnoituset{\"a}isyys (100-150 mm). HVOF-ruiskussa pit{\"a}{\"a} k{\"a}ytt{\"a}{\"a} riitt{\"a}v{\"a}n pitk{\"a}{\"a} pinnoitejauheen kiihdytys- ja l{\"a}mmityssuutinta (> 10 cm). Riitt{\"a}v{\"a}n pitk{\"a}ll{\"a} suuttimella varmistetaan keraamijauheiden sopiva pinnoitusl{\"a}mp{\"o}tila. Pinnoitteen kiinnipysyvyytt{\"a} voidaan merkitt{\"a}v{\"a}sti parantaa aloittamalla ja lopettamalla pinnoitus korotetussa l{\"a}mp{\"o}tilassa (> 100 °C).",
keywords = "ceramic coatings, HVOF, thermally sprayed coatings, plasma sprayed coatings, fuel gas, wear, alumina coatings, surface treatment, tests, microstructure, durability, corrosion resistance, mechanical properties",
author = "Kari Korpiola and Petri Jokinen",
note = "Project code: V8SU00013",
year = "2000",
language = "Finnish",
isbn = "951-38-5646-1",
series = "VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes",
publisher = "VTT Technical Research Centre of Finland",
number = "2020",
address = "Finland",

}

Korpiola, K & Jokinen, P 2000, Keraamipinnoitteiden valmistus HVOF-ruiskutuksella. VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes, no. 2020, VTT Technical Research Centre of Finland, Espoo.

Keraamipinnoitteiden valmistus HVOF-ruiskutuksella. / Korpiola, Kari; Jokinen, Petri.

Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 2000. 91 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 2020).

Research output: Book/ReportReportProfessional

TY - BOOK

T1 - Keraamipinnoitteiden valmistus HVOF-ruiskutuksella

AU - Korpiola, Kari

AU - Jokinen, Petri

N1 - Project code: V8SU00013

PY - 2000

Y1 - 2000

N2 - Keraamien pinnoittaminen termisesti ruiskuttamalla suoritetaan yleisesti plasmaruiskutuksella. Keraamien pinnoittaminen HVOF-ruiskutuksella (suurnopeusliekkiruiskutuksella) on poikkeuksellista. Keraamien pinnoittaminen HVOF-ruiskutuksella on kuitenkin kiinnostavaa, koska näin valmistettujen keraamipinnoitteiden käyttöominaisuudet ovat plasmaruiskutettuja pinnoitteita parempia. Tutkimuksessa verrattiin kaupallisia Al2O3-, TiO2- ja Cr22O3- pinnoitteita laboratoriossa tehtyihin HVOF-keraamipinnoitteisiin. Testeissä havaittiin laboratoriossa valmistettujen HVOF-keraamipinnoitteiden olevan kaupallisia plasma- ja liekkiruiskutuksella valmistettuja keraamipinnoitteita merkittävästi parempia. HVOF-keraamipinnoitteet saavuttivat erinomaisen tartunnan ruiskutusalustaan, suuren kovuuden ja kulutuksen keston. Keraamipinnoitteet havaittiin kemialliselta kestoltaan yllättäen vain kohtuullisiksi. Niiden kestävyys oli rajallista matalassa ja korkeassa pH:ssa, vastoin odotuksia. Hankkeen aikana HVOF-pinnoitusta kokeiltiin Neles Controls Oy:n kypäräventtiiliin. Hankkeeseen osallistuvat yritykset eivät olleet aiemmin pinnoittaneet keraameja HVOF-ruiskutuksella. Hankkeen kestäessä saatiin keraamien HVOF-ruiskutus siirrettyä yrityksiin, ja niissä valmistetut pinnoitteet olivat ominaisuuksiltaan erinomaisia. Keraami-, plasma- ja HVOF-pinnoitteita vertailtaessa havaittiin HVOF-pinnoitteiden olevan 3-6 kertaa kalliimpia valmistaa. Toisalta HVOF-keraamipinnoitteiden kohonneita valmistuskustannuksia kompensoi käyttöominaisuuksiltaan merkittävästi parempi pinnoiteen laatu ja mahdollisuus pinnoittaa ilman tartuntakerrosta. Kulutusta vastaan tarvittava pienempi pinnan vahvuus alentaa merkittävästi valmistuskustannuksia. Onnistuneen HVOF-keraamipinnoitteen valmistamisen edellytykseksi havaittin: Keraamipinnoitteiden valmistus onnistuu ainoastaan plasmapinnoitejauheita (5-60 mm) pienemmillä keraamijauheilla (5-20 mm). Pinnoituskokeissa havaittiin tärkeäksi jauheiden hyvä juoksevuus, josta on seurauksena tasainen pinnan laatu. Pinnoitejauheiden hyvä juoksevuus saavutetaan varastoimalla jauheet kuivassa ja lämpimässä tilassa. Onnistuneen keraamipinnoitteen edellytyksenä on siihen soveltuva HVOF-ruisku (Prax Air HV-2000 ja muunneltu Sulzer Metco DJ Hybrid). Pinnoitejauheen sulamiselta edellytetään sopivaa kuuman liekin tuottavaa polttoainetta, propaania tai vetyä. Pinnotusparametreiksi pitää valita kuuma liekki ja lyhyt pinnoitusetäisyys (100-150 mm). HVOF-ruiskussa pitää käyttää riittävän pitkää pinnoitejauheen kiihdytys- ja lämmityssuutinta (> 10 cm). Riittävän pitkällä suuttimella varmistetaan keraamijauheiden sopiva pinnoituslämpötila. Pinnoitteen kiinnipysyvyyttä voidaan merkittävästi parantaa aloittamalla ja lopettamalla pinnoitus korotetussa lämpötilassa (> 100 °C).

AB - Keraamien pinnoittaminen termisesti ruiskuttamalla suoritetaan yleisesti plasmaruiskutuksella. Keraamien pinnoittaminen HVOF-ruiskutuksella (suurnopeusliekkiruiskutuksella) on poikkeuksellista. Keraamien pinnoittaminen HVOF-ruiskutuksella on kuitenkin kiinnostavaa, koska näin valmistettujen keraamipinnoitteiden käyttöominaisuudet ovat plasmaruiskutettuja pinnoitteita parempia. Tutkimuksessa verrattiin kaupallisia Al2O3-, TiO2- ja Cr22O3- pinnoitteita laboratoriossa tehtyihin HVOF-keraamipinnoitteisiin. Testeissä havaittiin laboratoriossa valmistettujen HVOF-keraamipinnoitteiden olevan kaupallisia plasma- ja liekkiruiskutuksella valmistettuja keraamipinnoitteita merkittävästi parempia. HVOF-keraamipinnoitteet saavuttivat erinomaisen tartunnan ruiskutusalustaan, suuren kovuuden ja kulutuksen keston. Keraamipinnoitteet havaittiin kemialliselta kestoltaan yllättäen vain kohtuullisiksi. Niiden kestävyys oli rajallista matalassa ja korkeassa pH:ssa, vastoin odotuksia. Hankkeen aikana HVOF-pinnoitusta kokeiltiin Neles Controls Oy:n kypäräventtiiliin. Hankkeeseen osallistuvat yritykset eivät olleet aiemmin pinnoittaneet keraameja HVOF-ruiskutuksella. Hankkeen kestäessä saatiin keraamien HVOF-ruiskutus siirrettyä yrityksiin, ja niissä valmistetut pinnoitteet olivat ominaisuuksiltaan erinomaisia. Keraami-, plasma- ja HVOF-pinnoitteita vertailtaessa havaittiin HVOF-pinnoitteiden olevan 3-6 kertaa kalliimpia valmistaa. Toisalta HVOF-keraamipinnoitteiden kohonneita valmistuskustannuksia kompensoi käyttöominaisuuksiltaan merkittävästi parempi pinnoiteen laatu ja mahdollisuus pinnoittaa ilman tartuntakerrosta. Kulutusta vastaan tarvittava pienempi pinnan vahvuus alentaa merkittävästi valmistuskustannuksia. Onnistuneen HVOF-keraamipinnoitteen valmistamisen edellytykseksi havaittin: Keraamipinnoitteiden valmistus onnistuu ainoastaan plasmapinnoitejauheita (5-60 mm) pienemmillä keraamijauheilla (5-20 mm). Pinnoituskokeissa havaittiin tärkeäksi jauheiden hyvä juoksevuus, josta on seurauksena tasainen pinnan laatu. Pinnoitejauheiden hyvä juoksevuus saavutetaan varastoimalla jauheet kuivassa ja lämpimässä tilassa. Onnistuneen keraamipinnoitteen edellytyksenä on siihen soveltuva HVOF-ruisku (Prax Air HV-2000 ja muunneltu Sulzer Metco DJ Hybrid). Pinnoitejauheen sulamiselta edellytetään sopivaa kuuman liekin tuottavaa polttoainetta, propaania tai vetyä. Pinnotusparametreiksi pitää valita kuuma liekki ja lyhyt pinnoitusetäisyys (100-150 mm). HVOF-ruiskussa pitää käyttää riittävän pitkää pinnoitejauheen kiihdytys- ja lämmityssuutinta (> 10 cm). Riittävän pitkällä suuttimella varmistetaan keraamijauheiden sopiva pinnoituslämpötila. Pinnoitteen kiinnipysyvyyttä voidaan merkittävästi parantaa aloittamalla ja lopettamalla pinnoitus korotetussa lämpötilassa (> 100 °C).

KW - ceramic coatings

KW - HVOF

KW - thermally sprayed coatings

KW - plasma sprayed coatings

KW - fuel gas

KW - wear

KW - alumina coatings

KW - surface treatment

KW - tests

KW - microstructure

KW - durability

KW - corrosion resistance

KW - mechanical properties

M3 - Report

SN - 951-38-5646-1

T3 - VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes

BT - Keraamipinnoitteiden valmistus HVOF-ruiskutuksella

PB - VTT Technical Research Centre of Finland

CY - Espoo

ER -

Korpiola K, Jokinen P. Keraamipinnoitteiden valmistus HVOF-ruiskutuksella. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland, 2000. 91 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 2020).