Обзор процессов газотермического напыления материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ивановская пожарно-спасательная академия

ОБЗОР ПРОЦЕССОВ ГАЗОТЕРМИЧЕСКОГО НАПЫЛЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ

Полетаев В.А.

Одним из способов удлинения срока службы оборудования является газотермическое напыление (ГТН), которое дает возможность наносить покрытия из металлов и неметаллических материалов, обладающие многими ценными свойствами.

Процессы газотермического напыления материалов известны много десятков лет. До последнего времени считалось; что металлизация распылением применима лишь в ремонтной практике для восстановления деталей. Это представление устарело. Исследования показали, что с помощью этого способа можно надежно решать разнообразные технологические задачи, к которым относятся: напыление износостойких, антифрикционных и коррозионностойких покрытий; алитирование напылением (повышение жаростойкости); наращивание размеров изделий; наплавка и пайка напылением; устранение напылением литейных дефектов, изготовление пресс-форм и другое. Опыт многих отечественных заводов и зарубежная информация свидетельствуют о том, что применение процессов ГТН по каждому из перечисленных технологических направлений может дать большой технико-экономический эффект. Однако возможности процессов ГТН и особенно физико-механические и эксплуатационные свойства напыленных материалов редко используются конструкторами при разработке нового оборудования. Различают газоэлектрические и газоплазменные процессы напыления материалов.

В газоэлектрических процессах для плавления некоторых материалов используют тепловое воздействие электрической дуги, индукционного нагрева токами высокой частоты, электродной плазменной струи, нагрева плавильных тиглей электросопротивлением.

Через два канала в горелке непрерывно подают две проволоки (диаметром 1,2-3,2 мм), между концами которых возбуждается дуга и происходит расплавление проволоки. Расплавленный металл подхватывается струей сжатого воздуха, истекающего из центрального сопла электрометаллизатора, и в мелко расплавленном виде переносится на поверхность основного материала. Распыление и транспортирование расплавляемого металла осуществляется обычно сжатым воздухом. При дуговом напылении на постоянном токе процесс протекает стабильно, обеспечивая получение слоя покрытия с мелкозернистой структурой при высокой производительности процесса. Поэтому в настоящее время для дугового напыления применяют источники постоянного тока со стабилизатором напряжения или источники со слегка возрастающей характеристикой. металл электродуговой плазменный напыление

В качестве исходного материала при электродуговом напылении используются металлы и сплавы в виде проволоки диаметром 1,2-3,2 мм. Плавление металла происходит за счет тепла электрической дуги небольшой длины, которая возбуждается между двумя или несколькими проволоками и постоянно поддерживается продвижением этих проволок с постоянной скоростью проволокоподающим механизмом. При работе на постоянном токе дуга горит непрерывно, а при питании переменным -- она периодически возобновляется. Непрерывно расплавляемый металл распыляется струей сжатого воздуха, которая сообщает распыленным частицам металла кинетическую энергию. Степень дисперсности распыленных частиц зависит от режима напыления. Изменяя режим, можно достигнуть более мелкого распыления металла (менее 50 мкм).

Особенностью электродугового напыления является то, что струя сжатого воздуха рассекается электродными проволоками на два или три потока, в зависимости от числа проволок, подаваемых в очаг плавления. В каждом из этих потоков образуется своя ось наиболее плотного насыщения факела распыленными металлическими частицами.

При высокочастотном напылении плавление металла происходит в результате индукционного нагрева, основанного на использовании явлений электромагнитной индукции, поверхностного эффекта и теплового действия тока лишь в поверхностном слое небольшой глубины. Металл плавится с помощью кольцевого индуктора, внутри которого имеется канал для ввода проволоки или прутка из исходного материала. В этот же канал, как в сопло, подается сжатый воздух. Индукционный нагрев вызывает поверхностное оплавление проволоки, а сжатый воздух сдувает каплю расплавленного металла к концу проволоки, отрывает ее и распыляет. Особенности высокочастотного напыления исключают возможность создания аппаратов для ручной работы, поэтому высокочастотные аппараты предназначены только для стационарных работ. Питание электроэнергией осуществляется с помощью ламповых генераторов т. в. ч. (частота тока 70-500 кгц), которые обычно применяются для поверхностной закалки деталей. Распылительный аппарат подключается к высокочастотному генератору с помощью коаксиального силового кабеля с водяным охлаждением. Длину кабеля стремятся сократить до минимума, но по условиям монтажа и работы оборудования он не может быть короче 1,5-2,0 м. В качестве исходного материала используется стальная проволока диаметром 3,5-5,5 мм, прутки из чугуна диаметром 4-5 мм и другие металлы.

При плазменном напылении плавление исходных материалов происходит за счет воздействия дуговой плазменной струи, температура которой достигает 5500-16000°С и более. Такая дуговая плазменная струя относится к категории низкотемпературной плазмы. Дуговую плазменную струю получают вдуванием плазмообразующего газа в электрическую дугу, возбуждаемую между двумя электродами. Высокая температура электрической дуги вызывает активную ионизацию паров электродного металла и плазмообразующего газа.

Плазменные установки выпускаются с распылительными головками (плазмотронами), предназначенными для ручных и для станочных работ. Источниками тока являются сварочные преобразователи постоянного тока или полупроводниковые выпрямители. В качестве плазмообразующих газов применяют азот, аргон, гелий, водород и их смеси. Применение нейтральных газов способствует предотвращению окисления напыляемых материалов. Газы, используемые для плазмообразования, одновременно выполняют функцию транспортировки порошковых материалов, на что тратится около 10 % расхода газа. Распыление при плазменном процессе происходит без применения сжатого воздуха. В качестве исходных материалов используются тугоплавкие материалы, выпускаемые в виде порошков или проволок. Тепловой режим распылительной головки определяется высокой температурой дуговой плазменной струи и наличием интенсивного водяного охлаждения медного сопла, обжимающего плазменную струю.

При тигельном напылении металл плавится в тигле, нагреваемом электрическим сопротивлением. Тигельное напыление можно применять для легкоплавких металлов, которые обладают свойствами жидкотекучести. Наиболее тугоплавким металлом, пригодным для тигельного процесса, является цинк (tnjl = A\9° C). Процесс успешно применяется для напыления селена (пЛ = 220° С), олова (пПЛ = 232° С) и др. Исходные металлы загружают в тигель в виде небольших чушек или коротких стержней, размеры которых определяются объемом тигля. Из тигля расплавленный металл подается по каналу к соплу (лётке) для выпуска металла. Струйка расплавленного металла, вытекающая из лётки, подхватывается струей сжатого воздуха, нагретого до 200-500° С, и распыляется ею. Дальнейшие стадии процесса напыления являются общими для всех разновидностей газотермического напыления.

Список литературы

1. Насосы: каталог-справочник / Д.Н. Азарх, Н.В. Попова, Л.П. Монахова; ВНИИгидромашиностроение. - Изд. 3-е, испр. - М.: Л.: Машгиз (Ленингр. отд-ние), 1960. - 552 с.

2. Насосы: справ. пособие / К. Бадене. и др. пер. с нем. В.В. Малюшенко, М.К. Бобка. - М.: Машиностроение, 1979. - 502 с.

3. Насосы и компрессоры - М.: Недра, 1974. - 296 с.

4. Сонин В.И. Газотермическое напыление материалов в машиностроении. - М.: Машиностроение, 1973. - 152 с.

5. Коваленко, В.С. Упрочнение и легирование деталей машин лучом лазера. - Киев.: Техника, 1990. - 190с.

6. Самок, Г.С., Полетаев В.А. Повышение долговечности деталей электронасосов путем нанесения специальных покрытий /Г.С. Самок, В.А. Полетаев // Физика, химия и механика трибосистем: сб. трудов. - Вып.3. - Иваново: ИвГУ, 2004. - С. 120-122.

7. Вольперт Г.Д. Покрытия распыленным металлом (металлизация) / Г.Д. Вольперг. - М.: Промиздат - 1967. - 286 с.

Размещено на Allbest.ru