Меню Рубрики

Установка газотермического напыление металла

Газотермическое напыление

В настоящее время наиболее широко в промышленности применяются три основных процесса:

  • металлизация из проволоки;
  • порошковое газопламенное напыление;
  • плазменное напыление порошкообразных материалов.

Металлизация из проволок

Необходимые материалы, как правило, металлы и сплавы, в виде проволоки подаются в ацетиленокислородное пламя или в электрическую дугу. Нагретый до пластического состояния (обычно до плавления) материал вводится в струю газа или сжатого воздуха, и с большой скоростью подается на подготовленную поверхность детали, где образует покрытие.

Порошковое газопламенное напыление

Возможности применения металлизации из проволоки ограничиваются выпускаемыми в промышленности проволочными материалами. Многие материалы просто невозможно получить в виде проволоки. Самофлюсующиеся, термореагирующие сплавы, керамические материалы , а также различные смеси порошков подаются в высокотемпературную зону ацетиленокислородного пламени, затем на поверхность, где образуют покрытие. Этот способ напыления наиболее часто применяется в монтажных условиях , когда деталь либо невозможно, либо нерационально напылять в стационарных условиях.

Плазменное напыление

Способ плазменного напыления был разработан для получения наиболее качественных покрытий практически из любых материалов — от баббитов с температурой около 300°С до самых тугоплавких соединений — оксидов, нитридов, карбидов, имеющих температуру свыше 3300°С.

Что из себя представляют покрытия нанесенные газотермическим напылением?

В момент столкновения разогретых частиц с чистой шероховатой поверхностью (которая получается в результате дробеструйной обработки) они почти одновременно заполняют все неровности поверхности и остывают. Напыление продолжается, очередные частицы соединяются с предыдущими и таким образом образуется покрытие.

Рис. Поверхность после дробеструйной обработки.

Рис. Поверхность после напыления.

В результате свойства покрытий до некоторой степени структурно сравнимы с литыми материалами и покрытия слегка пористые.

Области применения газотермического напыления

Газотермическое напыление относится к группе классических ресурсо- и энергосберегающих технологий. Зачастую масса нанесенного покрытия составляет лишь доли процента от массы всей восстановленной детали. Поскольку слой наносится с минимальными припусками под последующую обработку — ниже затраты на механическую обработку. Температура детали в процессе напыления ,как правило, не превышает 60. 80°С, что совершенно исключает коробление и деформации присущие способам наплавки.

Наиболее рациональные области применения покрытий:

  • Восстановление и упрочнение сопрягаемых поверхностей, работающих в условиях абразивного износа.
  • Сопротивление эрозии и кавитации.
  • Устойчивость против высоких температур и газовой коррозии.
  • Покрытия для защиты от коррозии в активных средах.

Такой широкий диапазон возможных областей применения заставляет находить технические решения только с привлечением специалистов имеющих значительный опыт в этой сфере.

Основные особенности способов нанесения покрытий газотермическим напылением

Универсальность. Никаким другим способом нельзя нанести покрытия таких различных материалов, как металлы, сплавы, окислы, карбиды, нитриды, бориды, пластмассы и комбинации материалов с температурой плавления от 300°С до 3500°С на основу из сталей, чугунов, цветных металлов без ограничений. Толщина слоя от 0,1 мм до 15,0 мм. Оптимально 0,5..3,0 мм.

Легкость управления процессом получения и составом покрытий. Энергетические характеристики изменяются в зависимости от требований технологии в процессе получения покрытий. Составом покрытия и его служебными свойствами (твердость, коррозионная стойкость, износоустойчивость и др.) можно управлять путем смешивания различных материалов. Твердость покрытия — величина управляемая в диапазоне 180 HВ..64 HRC.

Отсутствие термических деформаций и каких-либо структурных изменений материала детали при напылении ввиду незначительного нагрева. Температура детали при нанесении покрытия не превышает 100°С, что позволяет с уверенностью гарантировать отсутствие каких-либо структурных превращений не только в массиве детали, но даже и в поверхностных слоях.

Нанесение покрытия на детали без ограничения их веса и габаритов. Размеры и масса восстанавливаемых деталей определяются возможностями вращателя и грузоподъемных механизмов. При плазменном напылении в наших условиях вес деталей от 0,1..4500 кг, длина 10..3500 мм. В монтажных условиях при использовании способа газопламенного порошкового напыления вес деталей и габариты не ограничены.

Читайте также:  Установка линзованного ксенона в штатные фары

Экономное использование материалов и энергоресурсов. Зачастую при износе поверхностей 0,1..1,5 мм вес покрытия составляет лишь доли процента от веса восстановленной детали. Припуски под последующую обработку минимальны и составляют 10-15% от толщины покрытия. За счет этого время простоев и затраты по обработке сведены к минимуму. Поверхности могут быть восстановлены неоднократно. Стоимость выполнения работ составляет от 5 до 50 % от стоимости нового изделия, при этом, ресурс работы детали, как правило, не менее новой или существенно выше.

Возможность замены дорогостоящих конструкционных материалов более дешевыми за счет нанесения специальных покрытий. За счет нанесения износоустойчивых, коррозионностойких, эрозионностойких, антифрикционных, жаростойких и других покрытий с управляемой твердостью от 150 НВ до 65 HRC и выше.

Газотермическое напыление как альтернатива «гальваники»

Повышение надежности изделий, снижение себестоимости их изготовления и обслуживания, продление ресурса эксплуатации, а также современные технологий реновации путем восстановления работоспособности узлов до уровня новых — наиболее приоритетные направления повышения конкурентоспособности продукции машиностроительных предприятий. Применение технологий нанесения защитных покрытий, среди которых наиболее перспективным представляется газотермическое напыление, является одним из таких путей. С использованием газотермического напыления стало возможным значительно снизить или исключить влияние на износ деталей таких факторов, как эрозия, коррозия (в том числе высокотемпературная), кавитация Газотермическое напыление может быть использовано для нанесения покрытий обладающих специальными свойствами, например: для создания термобарьерного слоя, обеспечения электроизоляционных свойств, поглощения излучения продуктов радиоактивного распада, обеспечения определенных оптических свойств, реализации селективного смачивания, создания биологически активных поверхностных свойств для различных искусственных органов и многого другого.

В промышленно развитых странах освоение техники газотермического напыления происходит путем вытеснения «грязных» гальванических технологий. Ситуация в России, сложившаяся в 80-90 гг. позволяет не реанимировать устаревшие технологии, а адаптируясь к новым условиям, вместо гальванических методов использовать новейшие технологии газотермического напыления.

Технологические возможности газотермического напыления

  • газотермическое напыление можно использовать на объектах любых размеров: мосты, суда, трубопроводы, строительные конструкции, котлы, коленчатые валы, лопатки турбин;
  • толщина покрытия может составлять от 0,01 до 10 и более мм; они могут иметь заданную пористость (от 0 до 30 и более процентов);
  • наносить можно любые материалы, имеющие точку плавления или интервал размягчения;
  • в качестве подложки можно использовать дерево, стекло, пластмассы, керамику, композиционные материалы, металлы;
  • нанесение покрытий может производиться в широком диапазоне состава покрытия, температуры и давления — в низком вакууме в специальной камере с контролируемой инертной атмосферой, в воздухе при нормальных условиях, под водой;
  • технология нанесения не вызывает значительного нагрева напыляемой поверхности, следовательно, обеспечивается сохранение геометрических размеров деталей.

Область применения газотермического напыления

Газотермическое напыление применяют при ремонте оборудования или упрочнении рабочих поверхностей новых деталей. В зависимости от назначения покрытия и условий его работы меняются требования к точности соблюдения основных параметров — его состава, толщины, плотности, прочности сцепления с подложкой. Основные технологические процессы, которые сегодня используются в мировой практике — это высокоскоростное напыление; плазменное напыление на воздухе с использованием таких плазмообразующих газов, как аргон, азот, гелий, воздух; детонационное или газопламенное напыление, а также электродуговая металлизация. По косвенной оценке (число продаваемого оборудования для газотермического напыления покрытий), насыщенность европейской промышленности выше насыщенности российских предприятий примерно в 350-400 раз.

За рубежом 75% запорной арматуры (шаровые краны большого диаметра) производится с газотермическим напылением карбида вольфрама на связке кобальт-хром, а остальная часть — с гальваническим нанесением хрома или никеля. У нас же 100% шаровых кранов такого же типоразмера имеют гальванические покрытия. Такое состояние дел можно объяснить большим количеством отрицательных результатов, полученных при использовании газотермических технологий в прежние годы. Анализ опыта внедрения технологии газотермического напыления в производство в прежние годы показывает, что получение отрицательных результатов было обусловленно низким качеством или несовершенством технологического оборудования и средств контроля, либо неправильным выбором технологических схем. В настоящее время отечественные предприятия, борющиеся за свое место на рынке, все чаще начинают внедрять современные методы газотермического нанесения покрытий для повышения качества выпускаемой продукции.

Читайте также:  Установка противотуманок в заглушки противотуманок

Рис. Газотермическое нанесение антифрикционного покрытия на ходовой винт.

Рис. Газотермическое упрочнение гофровала.

Рис. Детали насосного оборудования упрочненные газотермическим напылением

Суть процесса

Суть процесса газотермического напыления заключается в расплавлении материала покрытия (проволока или порошок) с последующим нанесением (напылением) его на основу в газовом потоке. В микрозоне удара частиц расплава о покрываемую поверхность они деформируются и растекаются, последовательно слипаясь друг с другом и затвердевая, они формируют плоский слой. Связь напылямых частиц с основой происходит за счет тепловой и кинетической энергии, которая определяется температурой и скоростью этих частиц. Связь покрытия с основой- адгезионная, она осуществляется за счет межмолекулярных сил и механического сцепления его с неровностями развитой шероховатой поверхности.

Немного о самих покрытиях

Износостоийкие

Изнашивание металлов — процесс разрушения поверностных слоев трущихся тел — характеризуется разнообразием условий их нагружения. В зависимости от этих условий следует выбирать те материалы, которые имеют большее сопротивление изнашиванию. В качестве износостойких в условиях пленочной жидкой смазки применяют антифрикционные материалы (баббиты, бронзы). При сухом трении до 500оС — сочетание твердых материалов с мягкой связкой (карбид вольфрама — кобальт или никель). При повышенных температурах (до 900оС) — карбид хрома — нихром. При высоких температурах — материалы, дающие устойчивые оксиды: алюминид никеля, нихром, или покрытия, содержащие твердые смазки ( графит, дисульфид молибдена, нитрид бора). При возможности абразивного изнашивания применяют твердые наплавочные материалы — самофлюсующиеся покрытия, содержащие бориды, карбиды. При эрозионном пылевом изнашивании помимо самофлюсующихся покрытий хорошо себя зарекомендовали плотные пленки на основе карбидов вольфрама или хрома, полученные при напылении высокоскоростным способом. Газотермические покрытия пористостью 5-15% при жидкостном трении обладают более высокой износостойкостью, чем новая деталь. Так, у нового стального вала двигателя внутреннего сгорания после прекращения подачи обычной моторной смазки через 2,5…3 ч происходит разрушение масляной пленки, а затем заедание в баббитовом подшипнике, что приводит к резкому увеличению коэффициента трения и разрушению подшипника. Заедание вала с напыленным стальным покрытием происходит через 22,5 ч после прекращения подачи смазки при постепенном повышении коэффициента трения. Если в качестве смазочного материала использовали графитизированное масло, то заедания вала с напыленным покрытием не наблюдалось после 190 ч с момента прекращения подачи смазки.

Жаростойкие

Жаростойкие покрытия образуют плотную оксидную пленку, которая защищает подложку от окисления. Оксиды алюминия, хрома, кремния имеют плотное строение и высокую прочность сцепления. Жаростойкими являются сплавы в системах Ni-Al, Ni-Cr, Ni-Cr-Al, Ni-Co-Cr-Al-X, MoSi2, . Теплозащитные покрытия (ТЗП) должны иметь низкое значение коэффициента теплопроводности l и высокую температуру плавления.Наиболее подходящим материалом для ТЗП является оксид циркония. ТЗП лопаток турбины ГТД должно иметь l менее 2,5 Вт/(м•К). ТЗП из ZrO2 имеет пористость 15±5%, при которой l

источник

Назначение и применение газотермического напыления

Газотермическое напыление: суть технологии и сферы применения. Эксплуатационные свойства защитного покрытия. Основные источники тепла для газотермического напыления. Различия методов. Подготовка поверхности. Преимущества технологии. Используемое оборудование.

Газотермическое напыление – это технология нанесения специального покрытия на поверхность. Этим термином обозначают все процессы, связанные с обработкой заготовок материалами, которые не подвержены распаду под воздействием высокой температуры. Чаще всего процедуре модификации поверхности подвергают изделия из металла, пластика или бумаги.

Технология относится к категории энергосберегающих: масса нанесенного покрытия редко превышает десятые доли процента. По этой причине оборудование для газотермического напыления – непременный атрибут металлообрабатывающих предприятий, а также ремонтных цехов крупных объектов промышленности.

Читайте также:  Установка груши на буран

Сущность и назначение газотермического напыления

Сущность газотермического напыления покрытий заключается в использовании специальных материалов, которые поставляют в виде порошка, проволоки или прутков. Заготовку подают в высокотемпературную зону и нагревают до пластичного или жидкого состояния. Затем в камеру под большим давлением поступает газ: это может быть обычный воздух или особый состав в зависимости от требований к нанесенному покрытию и типа используемого оборудования. Его функция заключается в распылении основного материала на предварительно подготовленную поверхность. При взаимодействии с обрабатываемым изделием частицы, уровень нагрева которых близок к порогу плавления, деформируются и заполняют все поры и неровности заготовки. Так с помощью температуры и давления создается защитный слой, обладающий высокими эксплуатационными характеристиками.

Принцип действия оборудования основан на переносе расплавленного материала на подготовленную поверхность. Здесь можно увидеть сходство со сваркой. Ключевое отличие заключается в назначении процесса. Сварка призвана создать неразрывное соединение отдельных элементов, тогда как цель газотермического напыления – защитить поверхность от коррозии и других вредных факторов.

  • изнашивания;
  • эрозии;
  • коррозии (в том числе и высокотемпературной).

В зависимости от типа используемых материалов газотермическую металлизацию с успехом применяют для создания термических барьеров, получения электроизоляционного слоя или экранирования поверхности от воздействия продуктов распада радиоактивных элементов.

Стремительное развитие технологии привело к тому, что с ее помощью была реализована возможность получения слоя с биологически активными свойствами для искусственного выращивания органов.

Газотермическое напыление включает в себя следующие методы модификации поверхности, которые различаются источниками тепла:

  • газопламенный;
  • детонационный;
  • плазменный;
  • напыление с оплавлением;
  • электродуговую металлизацию.
  1. Тип энергии. Технологии могут использовать электричество или тепло, которое образуется в процессе горения газов.
  2. Вид материала. Современное оборудование использует порошковые, стержневые или комбинированные методы напыления.
  3. Степень защиты. Процесс может протекать в любых условиях, включая обработку в герметичных камерах с пониженным давлением.
  4. Уровень автоматизации. Существует множество станков различной степени механизации. Например, при ручном режиме работы сопло перемещается оператором, а параметры потока распыляемого материала регулируются автоматически.

Особенности подготовки поверхности

От надежности сцепления защитного слоя с основной поверхностью зависят его долговечность и качественные характеристики. Кроме того, важную роль играют вид напыляемого материала и режим обработки.

Идеально подготовленная поверхность должна обладать незначительными дефектами, которые повысят адгезию защитного слоя. Для достижения оптимального результата обычно прибегают к следующим методам:

  • к абразивной обработке;
  • механическому воздействию;
  • накатке.

Для повышения сцепления специалисты рекомендуют выполнить напыление специальным экзотермическим порошком.

Преимущества технологии

  1. Газотермическое напыление – универсальная технология. С ее помощью можно нанести покрытие без ограничений по размеру конструкции и температуре плавления. Толщина защитного слоя варьируется в пределах от 0,1 до 15 мм.
  2. По сравнению с другими методами модификации технология относится к экологически чистым процессам.
  3. Назначение покрытия с легкостью меняют путем изменения состава порошка.
  4. Процедура характеризуется низким температурным воздействием на обрабатываемое изделие. Благодаря этому изделие не подвержено изменениям структуры под действием тепловой энергии.
  5. Особенности технологии позволяют выполнять многократную обработку одного элемента в случае его износа.

Применяемое оборудование

  • линии механизированной подачи;
  • дробеструйной установки;
  • камеры для нанесения защитного слоя;
  • системы фильтрации воздуха;
  • погрузочно-разгрузочного механизма.

Источник тока располагается в соседнем помещении или на расстоянии не менее 10 метров от установки для металлизации.

Газотермическое напыление – стремительно развивающаяся технология модификации поверхности. Она востребована во многих отраслях промышленности, которые связаны с обработкой металлов. Немаловажным преимуществом является экологическая чистота: толчок к развитию во многом связан с ограничением гальванического хромирования и других методов, которые характеризуются загрязнением атмосферы.

Какой метод газотермического напыления вы считаете самым перспективным? Напишите ваше мнение в блоке комментариев.

источник