Основные технологические операции процесса газотермического напыления. Газоэлектрические методы напыления: электродуговое, плазменное и высокочастотное .

Газотермическое напыление используется для получения износостойких, коррозионно-стойких, жаропрочных, теплоизоляционных и других покрытий. При газотермическом напылении для формирования покрытий используются цветные металлы и сплавы, стали, полимеры, оксиды, бориды, нитриды и др. Покрытия могут быть нанесены на металлы, пластмассы, стекло, дерево, ткань, бумагу, керамику, так как в процессе напыления температура изделия изменяется незначительно. Толщина покрытия обычно составляет примерно 100...500 мкм.

Газотермический метод формирования покрытий заключается в нагреве исходного материала покрытия до жидкого или пластичного состояния и его распылении газовой струей. Напыляемый материал поступает на обрабатываемую поверхность в виде потока жидких капель или пластифицированных частиц, которые при соударении закрепляются на поверхности детали, образуя покрытие.

По способу плавления исходного материала различают газопламенные, газоэлектрические и детонационные методы. Наибольшее распространение получили методы электродугового и плазменного напыления

При газотермическом напылении источником тепловой энергии является пламя, образующееся в результате горения смеси кислорода и горючего газа (ацетилена, метана и др.). При электродуговом и плазменном напылении источником тепла является электрическая дуга, горящая между электродами в потоке газа.

Исходный материал покрытия подается в высокотемпературный газовый поток в виде проволоки (прутка) или порошка. Для электродугового напыления можно использовать только проволоку, для детонационного напыления — только порошок, для газопламенного и плазменного методов — как проволоку, так и порошок.

Максимальная температура при газотермическом напылении покрытий составляет: при газопламенном методе — 1800...3500 К, при электродуговом и плазменном — 7500...2000 К. Скорость частиц напыляемого материала составляет, м/с: при газопламенной обработке — 50... 100, при электродуговой — 60...2500, при плазменной — 100...400, при детонационной — 700 и более.

Напыление покрытий происходит в следующем порядке: расплавление наплавляемого материала; ускорение и распыление расплавленного материала; полет напыляемых частиц в направлении к обрабатываемой поверхности; удар частиц и их сцепление с поверхностью обрабатываемого изделия.

Во всех процессах газотермического напыления в высокотемпературном потоке газа напыляемый материал ускоряется, нагревается, плавится (или пластифицируется) и в виде потока жидких капель (или пластифицированных частиц) при ударном взаимодействии с обрабатываемой поверхностью формирует покрытие.

Струя сжатого воздуха (или другого газа-носителя) распыляет каплю расплавленного металла на мельчайшие частицы, сообщает им значительные ускорения, под действием которых происходит разгон частиц, формирование распыленных частиц по величине и конфигурации. В полете частицы распределяются в определенном порядке по сечению струи.

Наиболее интенсивное напыление происходит по центру потока, где сосредотачиваются самые крупные фракции наименее окисленных распыленных частиц.

Основная масса напыляемого материала поступает по центру потока (пятно 5), где достигаются наилучшее сцепление с основой, минимальная пористость и окисление частиц. В наружной части факела (кольцо 7) материал напыляется с

минимальной скоростью, при этом образуется окисленный слой частиц с высокой пористостью и плохим сцеплением с подложкой.

Жидкие или пластифицированные частицы с поверхностной пленкой частично разрушаются при ударе с обрабатываемой поверхностью. При ударе капли разрушается окисная пленка и происходит частичное разбрызгивание жидкого ядра. Частицы, отвердевшие до удара, не разрушаются. Такая схема формирования покрытия приводит к появлению в нем микропустот и микропор, образованных газовыми пузырями.

Так как напыление покрытия осуществляется на практически холодную подложку, при охлаждении капель (частиц) напыляемого слоя в них возникают внутренние («усадочные») напряжения.

Сцепление частиц покрытия происходит за счет механического сцепления, адгезии, частичной сварки и действия внутренних напряжений («усадочных» сил).

Основные технологические операции процесса газотермического напыления. После разборки детали поступают в моечное отделение, где их очищают моющим раствором, дефектуют и отправляют в цех (участок, отделение) напыления.

1.Механическая обработка изделий

2.Обезжиривание

3.Струйная обработка.

4.Процесс напыления.

5.Окончательная механическая обработка.

6.Контроль качества покрытий .

Газоэлектрические методы напыления - одни из наиболее распространенных способов получения металлических покрытий поверхностей нанесением на эти поверхности расплавленного металла. Сущность процесса — металл, расплавленный дугой или ацетилено-кислородным пламенем и распыленный струей сжатого воздуха (давление до 0,6 МПа), покрывает поверхность восстанавливаемой детали.

Электродуговое напыление. Процесс электродугового напыления осуществляется специальным аппаратом (рис. 14.2), который действует следующим образом. С помощью протяжных роликов по направляющим наконечникам непрерывно подаются две проволоки, к которым подключен электрический ток. Возникающая между проволоками электрическая дуга расплавляет металл. Одновременно по воздушному соплу в зону дуги поступает сжатый газ под давлением 0,6 МПа. Большая скорость движения частиц металла (120...300 м/с) и незначительное время полета, исчисляемое тысячными долями секунды, обуславливают в момент удара о деталь ее пластическую деформацию, заполнение частицами пор поверхности детали, сцепление частиц между собой и с поверхностью, в результате чего образуется сплошное покрытие. Последовательным наслаиванием расплавленного металла можно получить покрытие, толщина слоя которого может быть от нескольких микрон до... 1,5 мм — для тугоплавких и 2,5...3,0 мм — для легкоплавких металлов).

Способы напыления

Электродуговое Достаточно высокая производительность и простота установки Повышенное окисление металла и выгорание легирующих элементов

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

Особенностью электродугового напыления является образование нескольких максимумов в факеле распыления. Это связано с тем, 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 максимальной концентрации распыленных частиц.

Плазменное напыление — это процесс нанесения покрытий напылением, при котором для расплавления и переноса материала на поверхность детали используются тепловые и динамические свойства плазменной струи.

Попадая в плазменную струю, порошок расплавляется и приобретает определенную скорость полета, которая достигает наибольшей величины на расстоянии 50... 80 мм от среза сопла плазмотрона. На этом расстоянии целесообразно располагать деталь.

Высокочастотное напыление. Плавление исходного материала покрытия (проволоки) происходит за счет индукционного нагрева, а распыление — струей сжатого воздуха. Головка высокочастотного аппарата (рис. 14.3) имеет индуктор, питаемый от генератора ТВЧ, и концентратор тока, который обеспечивает плавление проволоки на небольшом участке ее длины.

Высокочастотное напыление предназначено только для стационарных работ, так как подвод электроэнергии осуществляется от мощных генераторов ТВЧ, используемых для поверхностной закалки.