Газовоздушное напыление . . 5

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПЫЛЕНИЯ………………………………………………………4

ГАЗОВОЗДУШНОЕ НАПЫЛЕНИЕ…………………………………………………..5

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГАЗОВОЗДУШНОГО НАПЫЛЕНИЯ…………………….8

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ………………………………………………...12

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПЫЛЕНИЯ

Газотермическое напыление — это процесс нагрева, диспергирования и переноса конденсированных частиц распыляемого материала газовым или плазменным потоком для формирования на подложке слоя нужного материала.

Под общим названием газотермическое напыление (ГТН) объединяют следующие методы:

· Высокоскоростное газопламенное напыление широко применяется для создания плотных металлических и металлокерамических покрытий;

· Детонационное напыление — в силу дисперсного характера напыления и малой производительности наиболее подходит для напыления покрытий для защиты и восстановления небольших участков поверхности;

· Распыление с помощью плазмы обычно называют плазменным напылением. Энергозатратный метод, наиболее оправдано его применение для создания керамических покрытий из тугоплавких материалов;

· Электродуговая металлизация энергетически более выгодна, однако позволяет напылять только металлические материалы. Как правило, используется для напыления антикоррозионных металлических покрытий на больших площадях;

· Газопламенное напыление — недорогой во внедрении и эксплуатации метод, широко используемый для восстановления геометрии деталей;

· Напыление с оплавлением — метод, обеспечивающий металлургическую связь покрытия с основой. Применяется, если высокий нагрев при оплавлении не ведет к риску термических поводок детали, либо такой риск считается оправданным.

ГАЗОВОЗДУШНОЕ НАПЫЛЕНИЕ

Газовоздушное напыление — одна из технологий газотермического напыления защитных покрытий, при которой порошковый материал наносится на подложку на высокой (обычно более 5 скоростей звука) скорости.

Системы высокоскоростного газопламенного напыления делится по типу оборудования на системы керосин-кислород (HVOF, High Velocity Oxygen Fuel) и системы пропан-воздух (HVAF, High Velocity Air Fuel). С помощью высокоскоростного напыления наносятся покрытия из карбидов вольфрама, хрома, никель- кобальт- и железно-базированных порошков, MeCrAlY. Важным преимуществом технологии является формирование в получаемых покрытиях напряжений растяжения, что позволяет получать более толстые покрытия, чем при других технологиях напыления.

Получаемые покрытия сочетают высокие прочность сцепления, стойкость к знакопеременным нагрузкам, низкие пористость и степень окисления. Это позволяет применять их для деталей, работающих в условиях высоких механических и тепловых нагрузок при наличии агрессивных и или абразивных сред. В сочетании с комплексной поставкой всего необходимого для осуществления процесса и квалифицированным инженерным сопровождением это обуславливает эффективное применение. Присущая этому процессу высокая производительность делает восстановление крупногабаритных деталей технологичным.

Стойкость напыленных покрытий выше, чем у электролитического хрома. При этом исключается гальваническое производство, что резко снижает загрязнение окружающей среды, непроизводительный расход электроэнергии, необходимость в специализированных ваннах обработки габаритных изделий.

Рис. 1. Схема расположения различных способов газотермического напыления в зависимости от скорости напыляемых частиц на основу.

Анализируя представленные данные видно, что в последние годы появились и получают свое развитие новые способы газотермического напыления: сверхзвуковое газопламенное напыление, сверхзвуковое плазменное напыление, сверхзвуковое газодинамическое напыление.

Газотермические способы получения покрытий со сверхзвуковой скоростью частиц носят названия «High-Velocity-Oxygen-Fuel» (НVOF) – «Высокая скорость-Кислород-Топливо» и «High-Velocity-Air-Fuel» (HVAF) – «Высокая скорость-Воздух-Топливо».

Рис. 2. Конструктивные особенности горелок при различных способах газотермического напыления: а) при сверхзвуковом газопламенном напылении;

б) при традиционном газопламенном напылении

Рабочий процесс в сверхзвуковой напылительной горелке аналогичен рабочему процессу в ракетном двигателе. Топлива при высокоскоростном газопламенном напылении сжигаются в горелках при повышенных давлениях, обеспечивающих критический перепад давлений на сверхзвуковых соплах (рис. 2а). Этот метод отличается от традиционного газопламенного напыления, при котором топливо сжигается во внешнем факеле при атмосферном давлении (рис. б).

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГАЗОВОЗДУШНОГО НАПЫЛЕНИЯ

Одной из лучших Российских универсальных установок для высокоскоростного газопламенного напыления является ТСЗП-HVOF-K2. Основные характеристики покрытий, формируемых на данном оборудовании, представлены в табл. 2.

Таблица 2. Основные характеристики покрытий формируемых

ТСЗП-HVOF-K2

Параметр	Значение
Твердость покрытия для Wc/Co (88/12), HV
Пористость покрытия для Wc/Co (88/12), %	< 1
Адгезия покрытия для Wc/Co (88/12), МПа	> 80

Высокоскоростное газопламенное напыление по праву считается наиболее современной из технологий напыления. В странах Европы и Северной Америки высокоскоростное напыление практически вытеснило гальванику и методы вакуумного напыления во многих отраслях.Твердосплавные покрытия, нанесенные методами высокоскоростного напыления, по всем статьям превосходят гальванические покрытия, процесс создания которых признан чрезвычайно канцерогенным.

В процессе порошкового высокоскоростного газотермического напыления AC-HVAF(Activated High Velocity Air-Fuel, российский аналог этого термина сверхзвуковое газовоздушное напыление, СГВ) используется энергии сгорания топливо-воздушной смеси. Процесс позволяет наносить высококачественные покрытия из металлов, сплавов, металлокерамики и боридов на металлические поверхности.

Материал покрытия в форме сплава или композитного порошка подается в устройство для его нагрева и ускорения. Смесь горючего газа (пропана, пропан-бутана, пропилена, природного газа) сжигается в каталитической камере сгорания пистолета генерируя высокоскоростную струю продуктов сгорания. Напыляемый порошок нагревается в камере сгорания и ускоряется в струе, формируя покрытие при ударе частиц о подложку. Данная схема обуславливает ряд особенностей процесса

Хотя ускоряющая струя AC-HVAF-процесса во многом напоминает струю HP-HVOF пистолета, между ними существуют существенные различия, создающие уникальность AC-HVAF процесса. Это во-первых размер струи и, во-вторых ее относительно низкая температура. AC-HVAF-пистолет генерирует струю диаметром более 16 мм и длиной более 250 мм. (рис. 1). Это гораздо больше дистанции напыления, которая обычно составляет 125-180 мм. Несмотря на большие размеры струи, нагрев подложки под ее воздействием обычно незначителен, так как активная фаза горения топлива происходит в каталитической камере сгорания.

Рис. 3. Ускоряющая струя AC-HVAF-процесса

Диаметр потока напыляемых частиц обычно составляет 3…5 мм (рис. 2). Учитывая размеры самой струи, это означает, что все частицы нагретого порошка до момента соударения с подложкой находятся в восстановительной атмосфере, то есть происходит минимальное окисление напыляемого материала. По этому показателю процесс очень близок к процессу холодного напыления. Малый диаметр порошковой струи позволяет эффективно напылять детали малого размера. В тоже время использование робота является необходимостью для получения равномерного покрытия.

Поскольку температура сгорания топлив в воздухе гораздо ниже, чем в чистом кислороде, становится возможным формировать покрытие из частиц в пластичном состоянии. В сочетании с высоким уровнем кинетической энергии частиц порошка, ускоренных до очень высоких скоростей, порядка 700…800 м/с, это позволяет получать высокоплотные покрытия высокой прочности сцепления с материалом подложки. Точное регулирование температуры частиц и поддержание ее ниже температуры плавления материала, а так же очень высокие скорости соударения частиц с подложкой, являются очень важными отличительными характеристиками AC-HVAF процесса.

Уменьшение окисления частиц в покрытии

Низкая температура струи AC-HVAF процесса позволяет избежать перегрева частиц выше точки плавления, характерного для HVOF, плазменного, дугового и детонационного процессов. Поэтому окисление частиц в полете значительно ниже по сравнению с расплавленными частицами при HVOF. Также существенно снижается декарбюризация карбидо - вольфрамового порошка при его напылении.

Остаточные напряжения

Напыление высокоскоростными пластичными частицами вместо расплавленных ведет к образованию напряжений сжатия в покрытии, или существенному снижению напряжений растяжения.

Постоянство свойств покрытий

Ускоренные до высокой скорости частицы обладая дробеструйным эффектом, удаляют частицы плохо сцепленные с подложкой, устраняя источник возможных дефектов в покрытии.

Типичные сферы применения:

- Альтернатива хромированию твердыми сплавами;

- В полиграфии и деревообработке для хромирования каландровых и анилоксовых валов;

- Газовые и нефтяные клапаны;

- Гидроцилиндры;

- Детали подвески;

- Шасси самолета;

- Гидравлические турбины;

- Автомобильные клапаны;

- Блоки подачи (волочение) проволоки.

Рис.4. Пример детали без напыления и с ним.

Рис. 5. Процесс роботизированного напыления.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. http://www.texko.ru

2. http://www.shtorm-its.ru

3. http://ural-welding.ru

4. http://weldsol.ru/

Дата добавления: 2015-10-21