Главная Коллекция "Revolution" Производство и технологии Современные технологии нанесения покрытий в машиностроении

Современные технологии нанесения покрытий в машиностроении

Преимущества использования современных покрытий: улучшение прочности и долговечности оборудования для добычи нефти и газа, "залечивание ран" на деталях самолётов и другие. Методы нанесения функциональных или износостойких покрытий на новые изделия.

Рубрика Производство и технологии
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 24.02.2019
Размер файла 23,4 K
рефераты на заказ со скидкой

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Российский государственный профессионально-педагогический университет, Екатеринбург, Россия

Современные технологии нанесения покрытий в машиностроении

Маков А.А.

Аннотация

Современные покрытия могут решать самые разные задачи: делать более прочным и долговечным оборудование для добычи нефти и газа, "залечивать раны" на деталях самолётов, улучшать качество эндопротезов… Технологии нанесения покрытий получили развитие и привнесения. Последние актуальные разработки в этом направлении освещаются в этой статье.

Ключевые слова: технологии нанесения покрытий. Эксплуатация изделий с нанесённым покрытием. Газодинамическое напыление. Холодное газодинамическое напыление. Импульсивно-плазменное нанесение покрытий.

В этой статье будут рассмотрены вопросы защиты изделий от различных воздействий путём нанесения покрытий различными технологиями.

Исследование в данном направлении предпринято ввиду востребованности продукции, получаемой путём покрытия для машиностроения, металлургии и пр. Для коллективов, занимающихся непосредственно применением теоретических изысканий в целях получения прибыли, представляет интерес информация, накопленная по различным способам повышения эксплуатационных характеристик металлических изделий. износостойкий покрытие изделие долговечность

Необходимо осветить и сформулировать вновь полученные технологии. Новизна технологических решений даст почву для реализации их на производстве и усовершенствует их.

В работе рассмотрены три метода и технологии нанесений покрытий, каждый из которых появился в последние три десятилетия. Их актуальность подтверждается тем, что они находят своё применение уже сегодня и на ответственных частях различных процессов

Метод газодинамического напыления является новым. Он разработан на основе открытого в 80-х годах эффекта закрепления частиц, движущихся со сверхзвуковой скоростью, на поверхности при соударении с ней. Не смотря на кажущуюся ясность метод находит применения ограничено. Несмотря на возникающие преимущества, массовое применения носит прогностический характер. Наша задача, изучив распространённые источники выяснить надёжность результатов оговоренного метода и понять степень освоенности технологических процессов.

Неотъемлемой частью экономической рентабельности инноваций является стремление к безотходности процессов. Метод импульсно-плазменного нанесения покрытий характеризуется именно этим.

Сущность процесса нанесения покрытий состоит в следующем. Полимерный порошок поступает из бункера в смеситель, где смешивается с воздухом в необходимой пропорции, регулируемой блоком вентилей, далее смесь порошка и воздуха поступает в распылитель. В распылителе находится высоковольтный (20 кВ, 200 мкА) источник, питающий разрядник. Проходя мимо него, пылинки приобретают необходимый электрический заряд, благодаря которому, пролетая вблизи покрываемой детали, которая находится в кабине, прилипают к её поверхности. Не прилипший порошок уносится потоком воздуха в вытяжную вентиляцию откуда опять поступает на вторичное использование. [5]

Метод позволяет обращаться к работе малого объёма, что непременно найдёт реализацию у малого и среднего предпринимательства, развитие которых сегодня поддерживается государственными программами.

Одним из эффективных методов нанесения функциональных или износостойких покрытий на новые изделия, а также восстановления изношенных деталей признается холодное газодинамическое или сверхзвуковое воздушно-порошковое напыление, основанное на эффекте закрепления движущихся со сверхзвуковой скоростью и обладающих большой кинетической энергией твёрдых частиц при высокоскоростном ударе о поверхность изделия. [6]

Для оценки сопротивления покрытия коррозии обычно применяют испытания, при которых коррозионная нагрузка на деталь близка к условиям её эксплуатации. Эффективность сопротивления коррозии предложенных технологий будет так же отражена в исследовании.

Газодинамический метод: особенности технологии и классификация. Метод газодинамического разработан на основе эффекта закрепления частиц, движущихся со сверхзвуковой скоростью, на поверхности при соударении с ней. Технология нанесения металлов на поверхность деталей использует газодинамический метод нанесения покрытий, который состоит в том, что твёрдые частицы металла, движущиеся со сверхзвуковой скоростью, прочно закрепляются на поверхности при соударении с нею. Сверхзвуковые скорости придаются частицам оборудованием (например, ДИМЕТ) с помощью сжатого воздуха. Технология позволяет наносить металлические покрытия не только на металлы, но и на стекло, керамику, камень, бетон.

К настоящему времени технология ДИМЕТ ДИМЕТ - название товарного знака, зарегистрированного Обнинским центром порошкового напыления, также это сокращённая формулировка «Технология динамической металлизации» позволяет наносить покрытия из алюминия, цинка, меди, олова, свинца, баббитов, никеля. [2]

В наиболее распространённых газотермических методах нанесения покрытий для формирования покрытий из потока частиц необходимо, чтобы падающие на подложку частицы имели высокую температуру, обычно выше температуры плавления материала.

В газодинамической технологии напыления (которую на практике удобно называть «наращиванием» металла), это условие не является обязательным, что и обуславливает её уникальность. В данном случае с твёрдой подложкой взаимодействуют частицы, находящиеся в нерасплавленном состоянии, но обладающие очень высокой скоростью. Ускорение частиц до нужных скоростей осуществляется сверхзвуковым воздушным потоком с помощью разработанных оригинальных установок.

Достоинства. Газодинамический метод нанесения металлических покрытий обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционными методами. Эти преимущества состоят в следующем:

1. покрытие наносится в воздушной атмосфере при нормальном давлении, при любых значениях температуры и влажности атмосферного воздуха;

2. при нанесении покрытий оказывается незначительное тепловое воздействие на покрываемое изделие (изделие в зоне нанесения покрытия не нагревается выше 100-150 Сo), что исключает возникновение внутренних напряжений в изделиях и их деформацию, а также окисление материалов покрытия и детали;

3. высокая производительность процесса (до 5 - 7 м Протекторная защита - это один из возможных вариантов защиты конструкционных материалов трубопроводов от коррозии /час);

4. возможность получения покрытий как защитных, так и декоративных на изделиях и конструкциях из самых различных металлических и неметаллических материалов.

Недостатки. В укромный уголок струе порошка не добраться, оптимальное положение распылителя - перпендикулярно обрабатываемой поверхности на расстоянии 5-20мм. Работа под острым углом (например, при восстановлении свечного отверстия в головке цилиндров) требует навыка (как при окраске обычной эмалью).

Область применения:

1. нанесение защитных и антикоррозионных покрытий на стенки корпусов резервуаров для хранения и переработки нефтепродуктов, морских судов, автомобилей, конструкций мостов, гидротехнических сооружений, внутренних и наружных поверхностей трубопроводов, в том числе протекторная защита2 внутренней поверхности стыков магистральных трубопроводов;

2. нанесение жаростойких, теплозащитных и антифрикционных покрытий на детали энергетического, машиностроительного и других видов оборудования.

Импульсно-плазменная технология нанесения покрытий. Основные принципы и классификация. Эффективным методом повышения мощности газодинамического импульса является осуществление детонации горючей газовой смеси в реакционной камере (РК) в электрическом поле. Инициирование детонации в РК осуществляется малогабаритным детонационным устройством. Энергию для поддержания напряжённости электрического поля подают от постоянно включённого электрического преобразователя. При инициировании детонации в РК по слою продуктов сгорания за детонационной волной (ДВ) течёт электрический ток. Возникает добавочный приток энергии к газу. После выхода ДВ из РК электрический ток течёт по плазменной струе и напыляемому материалу к поверхности напыляемого изделия.

Технологический процесс делится на этапы:

1. Подготовка поверхности. Это обезжиривание, удаление оксидов, а при жёстких условиях эксплуатации нередко дополнительно наносят конверсионные покрытия;

2. Нанесение слоя покрытия;

3. Запекания. Осуществление сушки и застывания нанесённого покрытия.

Достоинства:

1. Для подготовки поверхности пригодны как сухие, так и мокрые способы очистки;

2. Метод пригоден для работы с цветными и черными металлами;

3. Есть возможность нанесения конверсионных покрытий. Это улучшает защиту изделий, делает её более надёжной. Результат - эти способы используют преимущественно для изделий, эксплуатирующийся вне помещения и в условиях переменной влажности и температуры [1];

4. Возможность работы с антикварными изделиями. В процессе есть стадия запекания, позволяющая адаптировать происходящее к желаемому результату. При запекании деталей окрашенных антикварными ППК Полимерно-порошковая краска требуется отдельный температурный режим, а именно предварительная подготовка печи. Заранее разогревают печь, желательно до 230 °C.

Недостатки:

1. Детали, на которые наносят порошковые покрытия, должны быть предварительно подготовлены, обладать ровной поверхностью, без окислов, ржавчины и т.п.;

2. При подготовке поверхностей щелочным обезжириванием требуется специальное оборудование, предусматривающее не только обработку изделий моющим средством, но и последующую промывку и просушку. Последнее, за собой влечёт очистку и утилизацию сточных вод.

Область применения. Частным проявлением метода является известное сегодня нанесение порошковых полимерных покрытий. Типовой технологический процесс получения покрытий из порошковых красок включает три основные стадии: подготовку поверхности, нанесение порошкового материала, формирование из него покрытия (запекание). Качество покрытий зависит от строгого соблюдения технологических режимов всех стадий процесса.

Сверхзвуковое воздушно-порошковое напыление. Особенности технологии и классификация. Напыляемый материал выбирается на основе эксплуатационных требований к покрытию с учётом финишной обработки по ликвидации открытой пористости.

Износоустойчивая и противокоррозионная защита оплавляемыми материалами накладывает ограничения на габариты, массу и конструкцию защищаемого изделия. При поверхностном разогреве габариты изделия ограничиваются мощностью оплавляющих горелок, а при объёмном разогреве в печи - рабочими размерами последней. [4]

Преимущества:

1. В результате обработки поверхность приобретает требуемый комплекс характеристик: жаростойкость или жаропрочность, механическую износостойкость, антифрикционные свойства, коррозионную стойкость, радиопоглощение, электроизоляцию.

2. Покрытия представляют собой однородный слой плотно упакованных деформированных металлических частиц с внедрёнными керамическими частицами.

3. В некоторых случаях после напыления и термообработки покрытие шлифуется до необходимого уровня шероховатости. Это открывает возможность получения разнокалиберного результата

Недостатки. В ряде случаев для повышения коррозионной стойкости, жаростойкости и износостойкости покрытия необходимо формирование диффузионного слоя путём термической обработки, режимы которой подбираются экспериментально.

Область применения. Развиваются технологии по нанесению покрытий из ультрадисперсных порошков на поверхности элементов подшипников с целью улучшения антифрикционных, антикоррозионных и антиэрозионных свойств, а также лучшего рассеивания тепла.

Разработанные технологии используют порошки металлов (алюминий, медь, цинк, никель, свинец, олово, баббит Баббит - антифрикционный сплав на основе олова или свинца, предназначенный для использования в виде слоя, залитого или напыленного по корпусу вкладыша подшипника скольжения. , железо, кобальт, ванадий, титан), сплавов или их механические смеси с керамическими порошками. Они позволяют наносить металлические и керамические покрытия не только на металлы, но и на стекло, керамику, камень, бетон, и даже на плотные органические материалы - углепластик, вакуумную резину, пластмассы. [7] А это большая часть рынка.

Заключение

В этой статье были рассмотрены три современных технологии нанесения покрытий в машиностроении.

Привлекательность технологии нанесения металла на поверхность деталей и изделий газодинамическим методом состоит в том, что оборудование и создаваемые с его помощью покрытия свободны от большинства недостатков, присущих другим методам нанесения металлических покрытий, и обладают рядом технологических, экономических и экологических преимуществ.

Импульсно-плазменная технология нанесения покрытий при детальном изучении продемонстрировала ряд преимуществ технологического процесса и что интересно потребителю - градацию результатов.

Толщину слоя, его плотность можно регулировать параметрами высоковольтного источника. Хорошие результаты, даёт использование "групповой" оснастки, когда в кабине и в печи устанавливаются сразу несколько деталей. Благодаря тому, что заряженные частицы порошка могут налипать с "тыла" и "флангов" наносить слой можно не со всех сторон, а с нескольких удобных для работы направлений [3].

Значит, у метода есть возможность и конкурентное преимущество, заключённое в повышенных скоростно-объёмных показателях производства.

Метод сверхзвукового воздушно-порошкового напыления достаточно известен и распространён, однако разработка технологии нанесения покрытия на конкретные детали и изделия является сложной технической задачей. Успешно разрабатываются технологические схемы нанесения покрытий в зависимости от типа изделий, причём ряд способов запатентован.

Главной особенностью этой технологий является создание многослойных покрытий с комбинированными свойствами. Здесь находят своё применение и «новомодные» углеродные нано трубки. Кроме того, различные легирующие элементы в нано дисперсном виде могут добавляться при производстве конструкционных материалов, что повышает эксплуатационные свойства последних.

Покрытия в машиностроении играют огромную роль. Они увеличивают срок эксплуатации изделия, защищают от коррозии и от многих других разрушающих факторов.

Список литературы

1. Зенин Б. С., Слосман А. И. Современные технологии поверхностного упрочнения и нанесения покрытий: учебное пособие - Томск: ТПУ, 2003.- 98с.

2. Методы исследования материалов. Структура, свойства и процессы нанесения неорганических покрытий: учебное пособие / Л. И. Тушинский, А. В. Плохов, А. О. Токарев, В. И. Синдеев. -- Москва: Мир, 2004. -- 384 с.

3. Плазменные покрытия (свойства и применение): учебное пособие / В. П.Кривобоков, Н. С. Сочугов, А. А. Соловьёв; Томский политехнический университет (ТПУ). -- Томск: Изд-во ТПУ, 2009. -- 135 с.

4. Трефилова Н.В. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ // Современные наукоёмкие технологии. - 2014. - № 10. - С. 67-67

Электронные ресурсы:

5. Современные технологии поверхностного упрочнения и нанесения покрытий [Электронный ресурс] : учебное пособие / Б. С. Зенин, А. И. Слосман; Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ), Институт физики высоких технологий (ИФВТ), Кафедра материаловедения в машиностроении (ММС). -- 2-е изд.. -- 1 компьютерный файл (pdf; 3.2 MB). -- Томск: Изд-во ТПУ, 2012

6. Неорганические покрытия. [Электронный ресурс] URL: http://poznayka.org/s65372t1.html (Дата обращения: 20.12.2017)

7. Порошковые краски Pulver [Электронный ресурс] URL: http://www.polimerkraska.ru/paint/tech/ (Дата обращения: 20.12.2017)

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены