Способы напыления

Тема: ГАЗОТЕРМИЧЕСКОЕ НАПЫЛЕНИЕ МЕТАЛЛА

Цель: Ознакомиться с методами и способами газотермического напыления. Узнать преимущества и недостатки каждого из методов.

Задание: Посмотреть учебный фильм, законспектировать лекционный материал, рис. 1, табл. 1. Ответить на контрольные вопросы.

Способ газотермического напыления находит широкое применение при восстановлении базовых деталей транспортных средств (картера маховика, маховика, валов трансмиссии, деталей двигателя и т. д. ) путем создания износостойких, жаропрочных, коррозионно- стойких, теплоизоляционных и других покрытий. Для формирования покрытий используются стали, цветные металлы и сплавы, бориды, нитриды и т. д. Толщина покрытия обычно составляет порядка 100— 500 мкм.

Сущность процесса газотермического напыления состоит в том, что исходный материал покрытия нагревается до жидкого или пластичного состояния, а затем распыляется газовой струей под давлением 0, 6 МПа. Таким образом, на обрабатываемую поверхность напыляемый материал поступает в виде потока жидких капель или пластифицированных частиц, закрепляемых на поверхности детали при соударении с последней и образующих покрытие.

Различают электродуговое, газопламенное, плазменное и высокочастотное напыление (в зависимости от источника тепловой энергии). Преимущества и недостатки каждого из них представлены в табл. 1.

Высокочастотное напыление предназначено только для стационарных работ, так как требует энергоемкого оборудования.

Таблица 1

Способы напыления

Напыление	Преимущества	Недостатки
Электродуговое	Достаточно высокая производительность и простота установки	Повышенное окисление металла и выгорание легирующих элементов
Газопламенное	Возможность расплавлять и напылять любые материалы плавящихся при температуре до 2800 °С без разложения; получать покрытия с высокой адгезионной прочностью с основным материалом; обрабатываемая поверхность практически не подвержена термическому влиянию из-за низкой температуры нагрева(100- 200° С); толщина покрытия лежит в пределах от 50 мкм до 10 мм	Наличие пористости (обычно в пределах 5—25%), которая препятствует применению покрытий в коррозионных средах без дополнительной обработки; невысокий коэффициент использования энергии газопламенной струи на нагрев порошка (2—12%); невозможность нанесения покрытий из тугоплавких материалов с температурой плавления более 2800 °С
Плазменное	Возможность получения покрытия из тугоплавких и износостойких материалов, в том числе из твердых сплавов	Дефицитность присадочных материалов, относительно высокая стоимость
Высокочастотное	Малое выгорание легирующих элементов, покрытие однородное и прочное, высокая производительность	Сложность оборудования

При газотермическом напылении в высокотемпературный газовый поток исходный материал подается в виде проволоки или порошка. В установках электродугового напыления можно использовать только проволоку, для газопламенного и плазменного напыления применяют как проволоку, так и порошок.

Для восстановления стальных и чугунных деталей наиболее часто используют стальную проволоку диаметром 0, 8—3, 0 мм с содержанием углерода 0, 3—0, 8%. Проволоки из алюминиевой бронзы применяют для получения антифрикционных покрытий ответственных подшипников скольжения. Для противокоррозионных покрытий используют цинковую, алюминиевую и стальную проволоки.

Максимальная температура при различных способах газотермического напыления составляет: при газопламенном методе — 1800— 3500 К; при электродуговом и плазменном — 2000—7500 К. Скорость частиц напыляемого металла составляет, м/с: при газопламенной обработке — 50—100, при электродуговой — 60—2500, при плазменной — 100—400.

При ударе с обрабатываемой поверхностью жидкие или пластифицированные частицы с поверхностной окисной пленкой частично разрушаются и происходит разбрызгивание жидкого ядра. Частицы, отвердевшие до удара, не разрушаются, что при формировании покрытия приводит к появлению в нем микроструктур и микропор, образованных газовыми пузырями (рис. 1).

Рис. 1. Изотермическое покрытие:

а — схема; б — напыление карбида; в — плазменное напыление; 1 — поры; 2 — напыляемая частица; 3 — столкновение частицы; 4— включения; 5 — нерасплавленная или окисленная частица; 6 — поверхность после дробеструйной обработки; 7 — основа емого слоя в них возникают внутренние (усадочные) напряжения. Само сцепление частиц покрытия происходит за счет механического сцепления, адгезии, частичной сварки и действия внутренних напряжений (усадочных сил).

Как показали исследования и опыт эксплуатации, прочность на отрыв напыленных слоев низка по сравнению со сварными соединениями и составляет 5—80 МПа. Плазменная металлизация позволяет получить большее сцепление покрытия с подложкой.

Толщина покрытия обычно не превышает 1 мм, так как с увеличением толщины внутренние напряжения растут, что приводит к отслаиванию покрытия.

Материал покрытия обычно тверже, чем подложка. Это объясняется закалкой частиц, их наклепом при ударе о поверхность и наличием в слое окисных пленок.

Плотность и пористость напыленных стальных покрытий обычно составляет 80—97%, покрытий на основе алюминия и циркония — 10—15%; покрытия из самофлюсующихся сплавов на основе никеля могут иметь пористость менее 2%.

Для получения антикоррозионных защитных покрытий обычно используют алюминий, цинк, медь, хромоникелевые сплавы. Вследствие пористости покрытий их толщина не должна быть меньше: 0, 2 мм — для цинка; 0, 23 мм — для алюминия; 0, 18 мм — для меди;

0. 6. 1, 0 мм — для нержавеющей стали.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

· 1. Как подготовить поверхность детали под нанесение декоративного покрытия?

· 2. Укажите достоинства и недостатки метода нанесения покрытий пневматическим воздушным распылением.

· 3. В чем сущность газодинамического способа напыления?

· 4. В чем достоинства газотермического напыления?