Газоплазменное напыление металлов

Газопламенное напыление

Газоплазменное напыление металлов
Очищеноболее 1200 единиц

оборудования

Более 700довольных

клиентов

100квалифицированных

сотрудников

Работаем по всей России

Результатом этого процесса газопламенного напыления является формирование стабильного непрерывного напыления, которое достигается в ходе выполнения строгой последовательности действий: нагрев, плавление, диспергирование полученной смеси, перенос расплавленных частиц ацетилено-кислотного пламени материала на металлическую поверхность детали.

В процессе газопламенного напыления используется горелка на основе ацетилен-кислорода или пропан-кислорода. В ее пламя от питателя передается субстанция (например, проволока — установка FS15), она расплавляется и, с помощью сжатого воздуха, поступает на поверхность детали. Нагретая смесь, остывая, формирует на детали прочное покрытие.

Использовать такой способ работы допускается как в ручном режиме, так и с применением специального оборудования.

С помощью газопламенного напыления допускается наносить покрытия из следующих сплавов: железных, никелевых, медных, алюминиевых, цинковых.

Применение газопламенного напыления:

  • восстановление работоспособности оборудования;
  • усиление прочности новых деталей;
  • изготовление запорной арматуры (75% от всех изготовленных за рубежом шаровых кранов);
  • для восстановления геометрии деталей насосно-компрессорного оборудования, крышек и валов электродвигателей;
  • восстановление баббитового покрытия подшипников;
  • создание антикоррозийных покрытий;
  • покрытия рилсан (изоляционные покрытия для трубопроводных систем);
  • декоративные покрытия предметов, подвергающихся неблагоприятному внешнему воздействию окружающей среды (барельефы, памятники, фонтаны и т.д.)

В зависимости от того, для чего требуется создать покрытие, к нему предъявляются различные требования, т.е. изменяется его состав, толщина, плотность, плотность сцепления с поверхностью подложки.

В дальнейшем, после затвердевания, обрабатывать созданное напыление допускается с помощью шлифования или резанием. Такой способ обработки объясняется пористостью в 2-10% всех покрытий, созданных с помощью газопламенного напыления.

Преимущества газопламенного напыления:

  • допускается использовать на объектах с любыми габаритами (трубопроводы, корабли, мосты, лопатки турбин и т.д.);
  • можно задать необходимую пористость покрытия (до 30%) и его толщину;
  • в качестве подложки используется дерево, стекло, металлы, пластмассы разных типов, композиционные материалы;
  • при выполнении напыления покрываемая деталь не деформируется (т.к. не требуется ее сильный нагрев);
  • наносить можно любые материалы, имеющие точку плавления или интервал размягчения;
  • выполнять напыление допускается при нормальных погодных условиях, в воде, в специальном помещении с контролируемой инертной атмосферой;
  • покрытие выполняется металлами, сплавами, карбидами, нитридами, боридами, пластмассами и комбинациями материалов с температурой плавления от 300°С до 3500°С;
  • достигается снижение себестоимости конечного объекта, т.к. для его первоначального покрытия (до обработки) допустимо использовать менее дорогостоящие материалы;
  • более эффективное использование материалов и энергоресурсов;
  • повышение долговечности изделий, срока их эксплуатации;
  • минимизировано влияние на детали таких явлений как коррозия, эрозия;
  • относительно небольшие временные затраты на создание покрытия;
  • низкий уровень шума в ходе работы;
  • не высокий радиационный фон;
  • возможность настройки процесса работы в автономном режиме;
  • оборудованию не требуется сложный уход и техническое обслуживание;
  • само оборудование мобильно и выполнять процесс напыления возможно непосредственно на объекте, без демонтажа деталей.

Недостатки технологии:

  • при испытании прочности сцепления созданного напыления с поверхностью детали на нормальный прорыв иногда достигаются неприемлемые результаты (5–45 МПа);
  • без дополнительной обработки запрещается использовать изделия с подобным покрытием в коррозийных средах из-за высокой пористости (5-25%);
  • невозможно нанести покрытие из материалов, чья температура плавления выше 2800 °С;
  • невысокий коэффициент использования энергии газопламенного потока на нагрев порошка (2–12 %).

1 этап. Подготовка поверхности

В состав этапа подготовки поверхности входят следующие операции:

  • обезжиривание поверхности изделия с помощью углеводородных растворителей в случае присутствия масляно-жировых включений.
  • обмыв участков изделия с целью удаления солей, атмосферных загрязнений, закоксованностей;
  • абразивоструйная, гидроабразивная или гидродинамическая очистка поверхности с целью удаления старого покрытия, ржавчины, окалины и придания шероховатости;
  • сушка поверхности ( при использовании технологий гидроабразивной или гидродинамической очистки)
  • ручная очистка и закругление острых углов, кромок, удаление заусенцев и варочных брызг.
  • обдувка сжатым воздухом и обеспыливание поверхности.

Контроль качества подготовленной поверхности осуществляется на предмет соответствия следующим критериям:

  • абразивоструйная очистка должна быть осуществлена до степени, определенной регламентом (ППР), как правило, это степень SA 2- 2,5 — 3 по ISO 8501 и проверена визуально путем сравнения с эталоном;
  • ручная очистка должна быть осуществлена до степени St 2- 2,5- 3 по ISO 8501 и проверена визуально путем сравнения эталоном;
  • шероховатость Rz мкм (в зависимости от условий ППР) — проверяется с помощью компаратора или профилометра по ISO 8503-1
  • степень обеспыливания по ISO 8502-3 — проверяется по количеству и размеру частиц пыли;
  • степень обезжиривания проверяется люминесцентным способом по ГОСТ 12.2.052-81.

2 этап. Газопламенное напыление

При газоплазменном напылении формируются капельки (микрочастицы) расплавленного металла, которые затем переносятся на обрабатываемую поверхность, создавая на ней сплошное металлопокрытие.

Присадочный материал подается к факелу пламени горелки, плавится, и сжатым воздухом распыляется по обрабатываемой поверхности.

После остывания на поверхности обрабатываемого изделия формируется достаточно прочное покрытие.

Процесс газопламенного покрытия допускается выполнять с одновременным оплавлением, но это возможно только при использовании газового пламени. Из-за сильного, но не равномерного нагревания напыленного слоя, плазменная струя не может обеспечить получение в результате работы качественного покрытия. Этапы выполнения напыления с одновременным оплавлением:

  • прогрев всей обрабатываемой поверхности до температуры 250-300 °С;
  • для исключения окисления рекомендуется нанести на восстанавливаемые участки защитный слой толщиной 0,2-0,3 мм;
  • напыленный участок поверхности нагреть до состояния «запотевания»;
  • на предварительно оплавленный слой напылить новый, довести его до состояния оплавления.

В процессе оплавления важно не допустить перегрева напыленного слоя до состояния жидкой ванны, а после завершения технологического процесса требуется обеспечить плавное охлаждение поверхности детали.

Это легко достигается при использовании песка, асбеста.

Нарушение этого технологического процесса привезет к повышенной пористости слоя, стеканию металла в случае перегрева, к появлению трещин, отслаиванию в случае неравномерного охлаждения.

3 этап. Контроль качества

Контроль качества газопламенного напыления по внешнему виду производится путем осмотра изделий на наличие таких механических повреждений как сколы, вздутия, отслоения, трещины, раковины. При этом внешний осмотр проводится с помощью десятикратной лупы.

Замеры толщины напыления следует производить в доступных местах, где отсутствуют накатки, дефекты поверхности, которые отстоят на 5 мм и более от ребер узлов, кромок, мест контакта и отверстий.

Необходимо:

  • осуществить осмотр внешнего вида напыления невооруженным глазом на предмет выявления трещин, пор, отслоений. Данные дефекты, обнаруживаемые таким способом, в покрытии не допустимы;
  • измерить твердость покрытия востановленной поверхности в трех и более точках. Фактической величиной твёрдости покрытия следует считать среднее значение полученных замеров. Использование для этих целей приборов, выполняющих измерения ультразвуковым методом, недопустимо. В первую очередь это связано с пористостью (хотя и незначительной) газопламенного напыления.

Газопламенное напыление и металлизация

Газоплазменное напыление металлов

Нагрев присадочного материала при газопламенном напылении и металлизации осуществляется за счет теплоты, выделяемой в результате сгорания различных горючих газов (ацетилена, пропан-бутана, природного газа и др.) в среде кислорода.

Из горючих газов наибольшее применение получил ацетилен, сгорание которого в смеси с кислородом позволяет получать температуру пламени порядка 3100-3200 °С, что на 500-800 °С выше температуры его заменителей (табл. 3.5).

Типы пламени

В зависимости от соотношения горючего вещества и кислорода газовое пламя подразделяют на:

  • окислительное – с избытком кислорода;
  • нормальное – при паритетном соотношении горючего вещества и кислорода;
  • восстановительное – с избытком горючего газа.

Тип газового пламени, используемый при напылении, выбирается в зависимости от химического состава напыляемого металла (табл. 3.6).

Таблица 3.5. Термодинамические характеристики газовых смесей.

ПараметрыГорючий газ
АцетиленС2Н2ВодородН2МетанСН4ПропанС3Н8БутанС4Н10
Теплотворная способность, кДж/м352 80010 06033 52087 150116 480
Температура пламени в смеси с кислородом, °С3100-32002100-25002000-27002400-27002400-2700
Удельный расход кислорода, мм32,50,52,035,156,8

Мощность пламени выбирают в зависимости от размеров детали. При напылении стальных деталей применяют восстановительное (нормальное) или науглероживающее (с небольшим избытком ацетилена) пламя.

Перед началом напыления деталь подогревают до температуры 50-100 °С. В процессе напыления необходимо следить, чтобы поверхность напыляемой детали не нагревалась выше 250 °С.

Температуру можно контролировать с помощью термочувствительных карандашей.

По виду присадочного материала газопламенное напыление и металлизацию подразделяют на:

  • металлизацию стержневыми присадочными материалами;
  • порошковое напыление.

Проволочные распылители

Первый газопламенный проволочный распылитель разработал в 1913 г. М.У. Шооп.

Стержневой присадочный материал с помощью механизма подачи направляется через центральное отверстие горелки в высокотемпературную зону пламени, где нагревается до температуры плавления.

Полученная капля жидкого металла с его торца распыляется сжатым воздухом и в виде мелких частиц переносится на поверхность детали (рис. 3.6).

Таблица 3.6. Характеристики газопламенного напыления.

Распыляемый материалДистанция напыления, ммВид пламени
РучноеМеханизированное
Нержавеющая сталь80-150150-250Нейтральное
Высокоуглеродистая сталь180-200250-300Нейтральное
Бронза100-150180-250Слегка окислительное
Алюминий100-150180-250Слегка восстановительное
Цинк280-360400-500Нейтральное
Молибден80-130200-30010% – окислительное

Рис. 3.6. Схема проволочного распылителя:
1 – воздушное сопло; 2 – газовое сопло; 3 – пруток; 4 – направляющая трубка.

В качестве стержневого присадочного материала используют прутки, проволоки и шнуровые материалы.

Прутковые материалы используются при напылении керамики. Прутки изготавливают из оксидов или карбидов металлов со связующим на жидком стекле диаметром до 8,0 мм. частиц твердых фаз в прутке может достигать 95 %.

При нагреве прутка связующее выгорает, а зерна твердой фазы подаются на поверхность изделия. Основным недостатком использования керамики является прерывистость процесса, влияющая на качество поверхности покрытия.

Наряду с прутковыми материалами используются и трубчатые полые стержни, заполненные зерновым релитом.

Распылитель для прутковых материалов имеет дополнительное воздушное сопло, направляющее воздух в радиальном направлении в зону плавления керамического стержня, где осевая скорость частиц невелика.

«Загибающий» воздух дробит относительно крупные (100-160 мкм) расплавленные частицы на более мелкие (20-40 мкм) и направляет их под углом 45-50° к поверхности изделия. Дистанция напыления составляет 50 мм.

Осевое расположение распылителя и малая дистанция напыления позволяли наносить покрытия на внутреннюю поверхность трубы диаметром 100 мм.

Проволока для напыления применяется диаметром от 0,8 до 2,0 мм и изготавливается из различных материалов (коррозионно-стойкие и углеродистые стали, латуни, бронзы, баббиты, Al, Cu, Mo, Zn, Sn, Pb, сплавы на никелевой и кобальтовой основах). Производительность напыления и металлизации проволокой из цветных металлов – до 15 кг/ч, из стали и сплавов – до 9 кг/ч. Расход кислорода – 50 л/мин, расход ацетилена или пропана – до 20 л/мин. Давление воздуха – 0,5 МПа.

При газопламенном проволочном напылении в получаемом покрытии содержится меньше оксидов, чем при порошковом напылении. Это имеет особо важное значение для получения коррозионно-стойких покрытий с низкой пористостью.

Для снижения степени окисления присадочного материала камеру сгорания приближают к выходному отверстию сопла.

Однако относительно малая скорость движения частиц при газопламенном напылении проволокой не обеспечивает формирования высокоплотного покрытия.

В последние десятилетия наряду с проволоками все большее применение находят шнуровые присадочные материалы. Прочность и эластичность гибких шнуров позволяет пользоваться ими так же, как и проволокой и наносить покрытия с помощью газопламенных аппаратов проволочного типа.

Шнуровые материалы состоят из органического связующего, составляющего оболочку, и порошкового наполнителя, включающего высокотвердые компоненты и соединения, обеспечивающие протекание экзотермических реакций и синтезирование новых фаз в процессе напыления. Это позволяет повысить показатели адгезионной и когезионной прочности.

В шнуровых материалах используют порошковые наполнители на основе самофлюсующихся сплавов систем Ni(Co)-Cr-B-Si и в смесях с карбидом вольфрама или оксидами алюминия, титана, хрома, циркония.

Шнуры производятся диаметром от 4,0 и 7,0 мм и размером зерен литого карбида вольфрама в диапазоне от 0,1 до 2,5 мм, причем для конкретных видов изнашивания применяются специальные комбинации мелкозернистого и крупнозернистого карбида вольфрама.

Равномерное распределение зерен карбидов в порошковом шнуре обеспечивает наиболее благоприятное их расположение на напыляемой поверхности, что приводит к повышению износостойкости наплавленного слоя (рис. 3.7).

Матрица наплавленного слоя, представляющая собой никелевый самофлюсущийся сплав системы Ni-Cr-B-Si, обеспечивает хорошее смачивание зерен карбидов, обладает низкой температурой плавления (950-1050 °С), имеет высокую текучесть и отличается высокой стойкостью к воздействию кислот, щелочей и других коррозионно-активных сред.

Рис. 3.7. Технология ручной газопламенной наплавки шнурового материала «Сфекорд-HR».

Порошковый распылитель

Напыление порошками позволяет в широких пределах регулировать состав наносимых покрытий. В зависимости от места подвода порошка в горелку и его транспортирования в зону пламени газопорошковое напыление подразделяют на два способа.

  1. Порошок из питателя (рис. 3.8) поступает в центральный канал горелки, захватывается транспортирующим газом и подается в факел ацетиленокислородного пламени, струей которого оплавляется и направляется на поверхность детали, образуя заданный слой покрытия.

Рис. 3.8. Схема газопламенного напыления с вводом порошка в зону пламени транспортирующим газом:
1 – сопло; 2 – пламя; 3 – покрытие; 4 – деталь; 5 – кислород и горючий газ; 6 -транспортирующий газ; 7 – напыляемый порошок

Порошковая струя окружена кольцом пламени. При перемешивании струй пламени и газопорошковой взвеси происходит теплообмен. Частицы нагреваются до температуры плавления и переносятся на поверхность детали.

  1. Порошок из бункера (рис. 3.9) подается с внешней стороны мундштука в зону пламени, где его частицы оплавяются и направляются газовым потоком на поверхность напыляемой детали.

Применение при первом способе напыления транспортирующего газа, обычно инертного, для подачи порошка позволяет уменьшить его окисление, однако усложняется схема подачи и конструкция газовой горелки. Второй способ характеризуется большей простотой оборудование и облегчается выбор оптимального режима.

Наиболее качественные покрытия получаются при первоначальном напылении подслоя термореагирующим порошком толщиной 0,05-0,15 мм, а затем основного слоя износостойким порошковым сплавом толщиной 2 мм. Подслой и основной слой наносят при одних и тех же режимах напыления:

  • давление кислорода 0,35-0,45 МПа;
  • давление ацетилена 0,03-0,05 МПа;
  • расход кислорода 960-1100 л/ч;
  • расход ацетилена 900-1000 л/ч;
  • расстояние от среза сопла мундштука до наплавляемой поверхности 160-200 мм;
  • продольная подача 3-5 мм/об;
  • расход порошка 2,5-3 кг/ч.

Рис. 3.9. Схема газопламенного напыления с внешним вводом порошка.

Процесс газопламенного напыления можно проводить с одновременным оплавлением, что возможно лишь газовым пламенем. Плазменная струя из-за интенсивного неравномерного нагрева напыленного слоя не обеспечивает получения качественного покрытия. Напыление с одновременным оплавлением рекомендуется выполнять в такой последовательности:

  • подогреть всю деталь до температуры 250-300 °С;
  • на восстанавливаемые поверхности для их защиты от последующего окисления напылить слои толщиной 0,2-0,3 мм;
  • напыленный участок поверхности нагреть до состояния «запотевания», что характерно для процесса оплавления;
  • на предварительно оплавленный слой нанести новый, доводя его до состояния оплавления.

В процессе оплавления важно не допустить перегрева напыленного слоя до состояния жидкой ванны, а после оплавления обеспечить медленное охлаждение детали (в песке, асбесте, печи).

Перегрев приводит к стеканию металла, образованию пор, а быстрое охлаждение – к возникновению трещин, к отслаиванию.

Для восстановления деталей этим способом наиболее рационально применять порошковые сплавы ПГ-ЮН-01, ПГ-ЮН-03, ПГ-СРЗ, ПГ-СР4. Толщина напыленного слоя может доходить до 3 мм.

Высокоскоростное напыление

Высокоскоростное газопламенное напыление появилось в начале 80-х годов прошлого века и характеризуется скоростью газового потока до 1000 м/с. Плотность покрытий достигает 99 %. Увеличение скорости частиц при меньшей их температуре позволило снизить уровень окисленности напыляемого металла и повысить плотность порошкового покрытия.

В качестве наносимого материала используют порошки карбидов, металлокарбидов, сплавов на основе Ni, Cu и др. Для увеличения скорости частиц увеличивают скорость истечения продуктов сгорания путем повышения давления в камере сгорания до 1,0—1,5 МПа. На рис. 3.10 представлена схема высокоскоростного распылителя системы ВСН.

Рис. 3.10. Схема высокоскоростного порошкового распылителя:
1 – подача порошка (осевая); 2 – подача кислорода; 3 – подача топлива; 4 – подача порошка (радиальная); 5 – ствол.

Рис. 3.11. Сопла распылителя:
а – цилиндрическое; б – расширяющееся (сопло Лаваля)

В порошковых распылителях ВСН первого и второго поколений использовалось цилиндрическое сопло (рис. 3.11, а), а затем в конструкции соплового аппарата стало использоваться сопло Лаваля (рис. 3.11, б).

Для систем первого поколения давление в камере сгорания составляло 0,3-0,5 МПа, скорость частиц – 450 м/с для порошковых смесей системы WC-Co с грануляцией 10-45 мкм.

Для систем второго поколения давление в камере сгорания повысилось до 0,6-1,0 МПа, что привело к увеличению скорости движения частиц до 600-650 м/с. Расход порошка составил 10 кг/ч.

В системах третьего поколения с применением расширяющихся профильных сопел Лаваля расход порошка достигает 18 кг/ч.

Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи: by HyperComments

Напыление металлов – все способы и необходимое оборудование

Газоплазменное напыление металлов

Напыление металлов позволяет улучшить характеристики деталей, работающих в условиях, связанных сильным изнашиванием и механическими концентрированными нагрузками. Металлизация поверхностей повышает устойчивость и увеличивает срок службы.

Кроме решения технических задач, напыление используется во время производства декоративных изделий, бижутерии, в пищевой, фармацевтической и химической промышленностях.

Для напыления могут применяться различные металлы, конкретный выбор зависит от технического задания.

Химическое хромирование

Используется для обработки деталей со сложной геометрической формой, процесс основан на восстановлении хрома из растворов солей при помощи гипофосфита натрия. Осадок имеет серый цвет, блеск приобретается после полирования. Химическое хромирование протекает в ваннах с таким составом растворов.

Состав растворов для химического хромирования

  1. Фтористый хром, г — 17
  2. Хлористый хром, г — 1,2
  3. Лимоннокислый натрий, г — 8,5
  4. Гипофосфит натрия, г — 8,5
  5. Вода, л — 1
  6. Температура, °С — 70-87

Хромированная деталь

Скорость процесса хромирования может достигать 2,5 мкм/ч, для изготовления ванн используется устойчивый пластик. Металлизация сопровождается выделением ядовитых химических соединений, растворы негативно влияют на кожу людей.

Во время производства работ следует соблюдать правила техники безопасности, для очистки воздушной среды устанавливается принудительная вентиляция.

Мощность вентиляции рассчитывается исходя из объема помещения или рабочей зоны с учетом минимальной кратности обмена.

На промышленных предприятиях монтируется вентиляция пластиковая, она позволяет выдерживать рекомендованные технологические параметры при минимальных финансовых потерях. Для промышленного хромирования химическим методом применяются специально разработанные растворы с улучшенными показателями.

Промышленные растворы для химического хромирования

При приготовлении растворов первым растворяется хлористый хром. Затем согласно схеме могут растворяться лимонно-кислый натрий и фтористый хром. Для ускорения химических процессов в состав добавляется щавелевая кислота.

Ионы хрома образуют с ней химически активный ион, скорость покрытия возрастает до 7 мкм/ч и более. Процентное содержание ингредиентов корректируется технологами с учетом поставленных конечных задач по обработке деталей.

Для получения расчетного покрытия необходимо выполнять следующие требования:

  1. Качественная подготовка поверхностей. Детали очищаются механическим и химическим способами, при необходимости поверхности шлифуются.
  2. Оборудование должно обеспечивать максимальную автоматизацию процесса для исключения вредного влияния человеческого фактора.
  3. Постоянный контроль за состоянием раствора, фильтрование, поддержание заданной концентрации, своевременная замена катода.

Нарушение рекомендованной технологии может становиться причиной отслоений покрытий или образования глубоких раковин. Необходимость исправления дефектов приводит к значительному увеличению себестоимости производства.

Линия химического хромирования

Визуальный контроль химических процессов производится за счет определения количества выделяемого водорода, технологи рекомендуют для улучшения процесса одновременно покрывать детали из нескольких металлов. Слишком интенсивное выделение водорода может становиться причиной появления раковин, скорость процесса регулируется в каждом конкретном случае.

Газоплазменное напыление

Газоплазменное напыления позволяет получать чистое покрытие с высокими показателями адгезии. Процесс протекает при температурах до +50 000°С, скорость струи оставляет 500 м/с, температура поверхности обрабатываемой детали составляет не более +200°С.

Газоплазменное напыление металлов

Шероховатость поверхности напыляемых деталей до 60 Rz, зона обдува должна на 2–5 мм превышать номинальный размер напыляемого участка. Для работы используются порошки одной фракции по размерам, необрабатываемые участки детали закрываются специальными экранами. Перед процессом поверхность деталей предварительно прогревается до рабочих технологических температур.

Режимы работы оборудования при газоплазменном напылении

Технология напыления

Схема оборудования для напыления

Оборудование для порошкового напыления состоит из подвода газа (1), катода плазмотрона (2), корпуса катода (3), теплоизолятора (4), корпуса анода (5), порошкового питателя (6), подвода газа-носителя (7), плазменной дуги (8) и источника питания (9).

Газоплазменное напыление допускает финишную обработку покрытий для улучшения характеристик деталей, в таком случае толщина покрытия должна учитывать механическую шлифовку.

Напыление в вакууме

Перенос напыляемых металлов выполняется при разрежении 10-2 Па, напыление может быть катодным, магнетронным или ионно-плазменным. Вакуум увеличивает прочность сцепления поверхностей. Оборудование для технологии может быть многокамерным или многопозиционным однокамерным.

Первые линии состоят из нескольких установок, в каждой из которых выполняется определенное напыление металлов, агрегаты между собой соединены технологическими линиями для транспортировки деталей. Многопозиционные имеют несколько отдельных постов для напыления в одном объеме.

Вакуумное напыление производится по следующим этапам:

  1. Создание вакуума заданной глубины. Мощные компрессоры откачивают воздух из камеры, металлизация контролируется автоматическими приборами.
  2. Распыление покрывающего материала. В зависимости от особенностей процесса напыление металлов может выполняться несколькими способами.
  3. Транспортировка деталей в зависимости от их состояния.

Установка вакуумного напыления

Технологические определенияВакуумное напыление – сложный технологический процесс, зависящий от нескольких параметров:

  1. Критическая температурная точка напыления. Выше этого значения весь объем направляемых частиц отражается от поверхности детали, напыление металлов приостанавливается. Параметр зависит от металла детали, состояния ее рабочей поверхности и свойств напыляемых материалов.
  2. Критическая плотность давления. Минимальная плотность, при которой осадочная пленка адсорбируется и становится неспособной принимать атомы металла, напыление прекращается. Контроль критической плотности в установках выполняется непрерывно, при необходимости параметры условий корректируются. В зависимости от состава пленки могут быть моно- или поликристаллическими и аморфными.

Для повышения производительности вакуумное оборудование комплектуется механизмами автоматизированной транспортировки деталей в камеру и из нее, экранами и манипуляторами, заслонками и прочими механизмами. Напыление осуществляется в полуавтоматическом режиме.

Использование вакуумного оборудования позволяет получать напыление металлов с максимальным коэффициентом адгезии, увеличивается скорость протекания процесса, покрытия отличаются повышенной твердостью и химической устойчивостью. Недостаток – высокая энергоемкость процесса. Кроме того, вакуумное напыление не рекомендуется использовать для деталей со сложным профилем поверхностей.

Плазменное напыление как способ защиты изделий диффузной металлизацией

Газоплазменное напыление металлов

Газопламенное напыление – это экономичный способ нанесения покрытия, при котором смешивают и сжигают кислород с топливом, а расходный материал (проволока, порошок, стержень) подают в горелку. Расходный материал плавится, распыляется и переносится на поверхность обрабатываемой детали с помощью расширяющейся газовой струи.

Дополнительное ускорение частиц, а также охлаждение обрабатываемой детали достигается за счет дополнительной струи газа (например, струи сжатого воздуха, аргона, азота).

С помощью газопламенного напыления наносят износостойкие и коррозионностойкие покрытия из железных, никелевых, медных, алюминиевых, цинковых сплавов, баббитовые покрытия подшипников скольжения, электропроводные покрытия, электроизоляционные покрытия, декоративные покрытия.

Электродуговая металлизация (ЭДМ)

Принципиальная схема электродуговой металлизации показана на рисунке 1.11. Через два канала в горелке непрерывно подают две проволоки (диаметром 1,5-3,2 мм), между концами которых возбуждается дуга, за счет тепла которой и происходит расплавление проволоки.

Расплавленный металл подхватывается струёй сжатого воздуха, истекающего из центрального сопла электрометаллизатора, распыляется и в виде жидких капель переносится на поверхность напыляемой детали.

Схема электродуговой металлизации

Рисунок 1.11 – Схема дугового напыления:

1 – сопло; 2 – место ввода напыляемого материала (проволоки);

3 – место подачи сжатого воздуха

Производительность процесса электродуговой металлизации (ЭДМ) чрезвычайно высока, например, можно напылять стальное покрытие с производительностью до 36 кг/ч, цинковое покрытие – до 1,2 кг/мин. При использовании в качестве электродов проволок из двух различных металлов можно получить покрытие из их сплава.

Такого рода сплавы называют псевдосплавами. Эксплуатационные расходы при электрометаллизации небольшие. Процесс дугового напыления хорошо поддаётся автоматизации.

Краткие характеристики покрытия:

  • Пористость покрытия, 5-20 %;
  • Прочность сцепления покрытия с основой (адгезия), 3,0–5,0 кг/ мм² ;
  • Толщина напыленного слоя, 0,5 –15 мм.

Установка газопламенного напыления проволокой SPRAYJET-88-MV

Установка предназначена для использования в автоматических/роботизированных системах газопламенного проволочного или порошкового напыления.

Отличительной особенностью установки является применение автоматической панели управления, осуществляющей управление внешними устройствами безопасности и блокирующей, например, двери, пылеуловитель, манипулятор пистолета и т.д,, если существует какой-то внешний мешающий фактор.

Также система контролирует параметры напыления в процессе работы и блокирует процесс с выводом соответствующего сигнала на панель управления, если какой-либо параметр вышел за пределы допустимых значений.

Краткие технические характеристики
Масса пистолет2,3 кг
Применяемый горючий газАцетилен
Применяемый вторичный газкислород
Диаметр проволоки1,6-4,76 мм
Привод подачи проволокиЭлектропривод
Возможность автоматизациида

Плазменное напыление металла

Газоплазменное напыление металлов

Плазменное напыление (или, другими словами – диффузионная металлизация) эффективный способ изменения физико-механических свойств, а также структуры основной поверхности. Поэтому он часто используется с декоративными целями, и для увеличения стойкости конечного продукта.

Плазменное напыление металла

Принцип плазменного напыления

Как и традиционные методы поверхностных покрытий, при диффузионной металлизации происходит осаждение на поверхности металла слоя другого металла или сплава, который обладает необходимыми для последующего применения детали свойствами – нужным цветом, антикоррозионной стойкостью, твёрдостью. Отличия заключаются в следующем:

  1. Высокотемпературная (5000 — 6000 °С) плазма значительно ускоряет процесс нанесения покрытий, который может составлять доли секунд.
  2. При диффузионной металлизации в струе плазмы в поверхностные слои металла могут диффундировать также химические элементы из газа, где проводится обработка. Таким образом, регулируя химический состав газа, можно добиваться комбинированного поверхностного насыщения металла атомами нужных элементов.
  3. Равномерность температуры и давления внутри плазменной струи обеспечивает высокое качество конечных покрытий, чего весьма трудно достичь при традиционных способах металлизации.
  4. Плазменное напыление отличается чрезвычайно малой длительностью процесса. В результате не только повышается производительность, но также исключается перегрев, окисление, прочие нежелательные поверхностные явления.

Поскольку чаще всего для инициации высокотемпературной плазмы используется электрический разряд – дуговой, искровой или импульсный – то применяемое для такого способа напыления оборудование включает:

  • Источник создания разряда: высокочастотный генератор, либо сварочный преобразователь;
  • Рабочую герметизированную камеру, где размещается подвергаемая металлизации заготовка;
  • Резервуар для газа, в атмосфере которого будет производиться формирование высокотемпературной плазмы;
  • Насосной или вакуумной установки, обеспечивающей необходимое давление для прокачки рабочей среды или для создания требуемого разрежения;
  • Системы управления за ходом протекания процесса.

Работа плазмотрона, выполняющего плазменное напыление, происходит так.

В герметизированной камере закрепляется напыляемая деталь, после чего между поверхностями рабочего электрода (в состав которого входят напыляемые элементы) и заготовкой возбуждается электрический разряд.

Одновременно через рабочую зону с требуемым давлением прокачивается жидкая или газообразная среда. Её назначение – сжать зону разряда, повысив тем самым объёмную плотность его тепловой мощности.

Высококонцентрированная плазма обеспечивает размерное испарение металла электрода и одновременно инициирует пиролиз окружающей заготовку среды. В результате на поверхности образуется слой нужного химического состава. Изменяя характеристики разряда – ток, напряжение, давление – можно управлять толщиной, а также структурой напыляемого покрытия.

Схема плазменного напыления

Аналогично происходит и процесс диффузионной металлизации в вакууме, за исключением того, что сжатие плазмы происходит вследствие разницы давлений внутри и вне её столба.

Выбор материала электродов зависит от назначения напыления и вида обрабатываемого металла. Например, для упрочнения штампов наиболее эффективны электроды из железо-никелевых сплавов, которые дополнительно легируются такими элементами, как хром, бор, кремний. Хром повышает износостойкость покрытия, бор – твёрдость, а кремний – плотность финишного покрытия.

При металлизации с декоративными целями, главным критерием выбора металла рабочего электрода является конфигурация напыляемой поверхности, а также её внешний вид. Напыление медью, например, производят электродами из электротехнической меди М1.

Важной структурной составляющей процесса является состав среды. Например, при необходимости получить в напыляемом слое высокостойкие нитриды и карбиды, в газе должны присутствовать органические среды, содержащие углерод или азот.

Последующая обработка готового покрытия

В силу особенностей процесса плотность напылённого слоя и прочность его сцепления с основным металлом не всегда бывают достаточными для обеспечения долговечности покрытия.

Поэтому часто после обработки деталь подвергается последующему поверхностному оплавлению с использованием кислородно-ацетиленового пламени, либо в термических печах. Как следствие, плотность покрытия возрастает в несколько раз.

После этого продукцию шлифуют и полируют, применяя твердосплавный инструмент.

С учётом последующей доводки изделия, толщину слоя металла после обработки принимают не менее 0,8 — 0,9 мм.

Для придания детали окончательных прочностных свойств её закаливают и отпускают, применяя технологические режимы, рекомендуемые для основного металла.

Плазменное напыление повышает теплостойкость, износостойкость и твёрдость изделий, увеличивает их способность противодействовать коррозионным процессам, а напыление с декоративными целями значительно улучшает внешний вид деталей.

Ограничениями технологии диффузионного плазменного напыления считаются чрезмерная сложность конфигурации заготовки, а также относительная сложность используемых установок.

При невысоких требованиях к равномерности образующегося слоя можно использовать и более простые установки, конструктивно напоминающие сварочные полуавтоматы.

В этом случае плазменное напыление производится в воздушном пузыре, который образуется при обдуве зоны обработки компрессором. Электроды, в составе которых имеется напыляемый металл, последовательно перемещаются по контуру изделия.

Для улучшения сцепления напыляемого металла с основой внутрь зоны напыления вводится также присадочный материал.

Процесс напыления металлического порошка на токарном станке

Сделай своими руками
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: