Вивчення обладнання та технологічних прийомів плазмового напилювання покриттів, визначення адгезії

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №6

ВИВЧЕННЯ ОБЛАДНАННЯ ТА ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРИЙОМІВ ПЛАЗМОВОГО НАПИЛЮВАННЯ ПОКРИТТІВ, ВИЗНАЧЕННЯ АДГЕЗІЇ

Мета роботи: Практично ознайомитись із технологією нанесення покриттів на поверхні деталей методом плазмового напилювання.

Прилади та матеріали:

1. Комплекс автоматизованого обладнання плазмового напилювання марки ОГН-11;

2. Аргоновий та водневий балони із редукторами;

3. Зразки чи деталі для напилювання;

4. Аргон вищого ґатунку за ГОСТ 10157-79 та водень технічний марки А за ГОСТ 3022-80;

5. Порошок металідів ПМ 85Ю15 (ГТТН-01) зернистістю 20-63 мкм за ТУ 14-1-3282-81 та мікропорошок електрокорунду нормального марки 15А за ТУ2-036-802-79 зернистістю М2в за ГОСТ 3647-80;

6. Шліфзерно електрокорунду нормального марки 15А за ТУ2-036-807-79 зернистістю 63Н за ГОСТ 3647-80;

7. Інструмент та пристрої для заміру та кріплення деталей;

8. Штангенциркуль за ГОСТ 166-73, лупа ПіП-7х ГОСТ 7594-75.

Послідовність виконання роботи

1. Ознайомитися зі складом обладнання, призначенням його вузлів.

2. Ознайомитися із технологічними операціями процесу плазмового напилювання покриттів.

3. Визначити якість напилювання зовнішнім оглядом, вимірюванням товщини шару, визначенням твердості покриття механічним способом.

Теоретичні відомості

Для багатьох галузей машинобудування одним із прогресивних технологічних процесів, що дозволяють підвищувати надійність, довговічність та якість машин до випуску, є плазмове напилювання.

Суть процесу плазмового нанесення покриттів полягає в утворенні направленого потоку дисперсних частинок напилюючого матеріалу, що забезпечує перенесення їх на поверхню оброблюваного виробу при оптимальних для формування шару покриття значеннях температури та швидкості.

При плазмовому нанесенні покриттів із порошків (рисунок 6.1) плавлення вихідного матеріалу відбувається у плазмовому струмені, температура якого становить 5000-55000 К, а швидкість польоту частинок порошку - 100-200 м/с.

Плазмовий струмінь отримують вдуванням плазмоутворюючого газу в електричну дугу, що виникає між двома електродами.

Найбільш поширеним способом отримання плазмового струменя шляхом інтенсивного обдування стовпа електричної дуги є обдування струменя у спеціальних пристроях - плазмотронах.

Плазмовий струмінь являє собою потік речовини, яка складається з електронів, іонів та нейтральних атомів плазмоутворюючого газу.

1 - плазмовий струмінь; 2 — охолоджуюча рідина; 3 - плазмоутворюючий газ; 4 — подача порошкового матеріалу

Рисунок 6.1 - Схема процесу плазмово-дугового нанесення покриття

Як плазмоутворюючі гази використовують аргон, водень, аміак, гелій та інші гази, а також їх суміші.

Частинки вихідного порошку, потрапляючи у плазмовий струмінь, розпилюються, інтенсивно нагріваючись до температури плавлення, та з великою швидкістю спрямовуються на поверхню, що покривається.

При ударі частинки зчеплюються з поверхнею та одна з одною і утворюють на поверхні шар покриття, товщину якого можна регулювати у межах від десятків мікрон до кількох міліметрів.

Серед великої кількості факторів, що впливають на процес плавлення порошкового матеріалу, формування покриттів та їх кінцеві експлуатаційні властивості, найбільш важливе значення мають:

• потужність плазмового струменя;

• склад плазмоутворюючих газів;

• хімічний склад, фізичні властивості, форма та розміри частинок порошку;

• характеристика поверхні, що підлягає напилюванню;

• технологічні прийоми нанесення покриття.

Потужність плазмотронів, які використовуються для напилювання, звичайно становить 20-40 кВт (найчастіше 40 кВт). При цьому, як правило, 40% потужності витрачається на охолодження пальника.

Одним з найбільш суттєвих факторів, що впливають на кінцеві властивості покриттів, є хімічні та фізичні властивості матеріалу, який застосовується для напилювання.

У процесі плазмового напилювання частинки порошку перетворюються на рідкі краплі, які втягуються плазмовим струменем та, потрапивши на поверхню напилювання, розтікаються, тверднуть та утворюють покриття.

Необхідна вимога до матеріалів напилювання - стабільність їх складу у процесі розплавлення: вони повинні плавитись без розкладання.

Найбільш важливими фізичними властивостями матеріалів, які визначають можливість їх застосування для нанесення захисних покриттів, є температура плавлення, кристалічна структура, а також спеціальні властивості, які мають бути задані умовами експлуатації покриттів: твердість, термостійкість, зносостійкість, опір впливу агресивних середовищ, електроізоляція та ін.

Форма та розміри частинок порошкових матеріалів визначають, насамперед, транспортабельність порошку газовим потоком у зону плазмового струменя.

Досвід показує, що для плазмового напилювання найбільш придатні порошки зі сферичною формою частинок та розмірами від 20 до 160 мкм (залежно від природи матеріалу напилювання), але на практиці частіше використовують порошки сферичної та скалкової форми із розміром 20-40 мкм.

Велике значення для отримання якісних покриттів має стан поверхні та матеріал деталі для напилювання.

Звичайно плазмові покриття наносять на різні сталі, чавун, алюмінієві та мідні сплави.

Для забезпечення якісного зчеплення покриття, поверхню під напилювання очищують від забруднень, оксидних та жирових плівок.

Досить істотно впливають на продуктивність процесу та якість нового покриття технологічні умови напилювання, серед яких необхідно виділити такі:

- відстань від зрізу плазмотрону до поверхні напилювання;

- кут напилювання;

- швидкість відносного переміщення деталі та плазмотрона.

Плазмове напилювання дозволяє наносити покриття практично з усіх матеріалів, які існують у твердому вигляді.

У таблиці 6.1 наведена номенклатура порошків та галузі їх застосування, підібрані на основі лабораторних досліджень та рекомендацій.

Таблиця 6.1 - Номенклатура порошків для плазмового напилювання та галузі їх застосування

Найменування порошкового матеріалу	Галузь застосування
1. Порошки металів та сплавів 1.1. Алюміній та його сплави 1.2. Молібден 1.3. Цинк 1.4. Нікель та його сплави 1.5. Хром та його сплави 1.6. Титан та його сплави 1.7. Вольфрам 1.8. Кобальт та його сплави 1.9. Мідь та її сплави 1.10. Леговані сталі	Антикорозійні покриття для металічних конструкцій. Зносостійкі покриття для поршневих кілець, штампів тощо. Антикорозійні покриття для труб, листів. Антикорозійні та жаростійкі покриття, складові частини композиційних порошків. Антикорозійні, зносостійкі та жаростійкі покриття для деталей машин, двигунів, інструменту, технологічного оснащення. Антикорозійні покриття деталей хімічного обладнання. Покриття виробів спеціального призначення. Зносо- і корозійностійкі покриття, в тому числі для відновлення деталей. Антифрикційні та електропровідні покриття. Зносо- та корозійностійкі покриття, в тому числі для відновлення деталей (Х18НДТ та ін.)
2. Оксиди та їх композиції 2.1. Оксид алюмінію 2.2. Оксид цирконію 2.3. Двооксид титану (рутил) 2.4. Оксид хрому 2.5. Композиційні сполуки	Зносостійкі, теплозахисні, стійкі до розплавлених металів, електроізоляційні покриття деталей машин, двигунів, інструменту, технологічного оснащення.
3. Безкисневі тугоплавкі сполуки та сплави на їх основі 3.1. Диборид хрому 3.2. Диборид титану 3.3. Подвійний диборид титану та хрому 3.4. Карбід хрому 3.5. Карбід вольфраму 3.6. Сплави чи суміші на основі карбіду хрому з нікелем чи ніхромом 3.7. Сплави на основі карбідувольфраму з нікелем чи кобальтом	Зносостійкі, жаро- та корозійностійкі покриття на деталях машин, інструментів та технологічному оснащенні.
4. Композитні (плаковані) порошки 4.1. Нікель-алюмінієві композиції 4.2. Нікель-хромові композиції 4.3. Нікель-титанові композиції 4.4.Карбід-вольфрамкобальтові композиції	Проміжний шар, компоненти для сумішей, зносостійкі, ударостійкі, теплостійкі покриття.
5. Самофлірсуючі сплави	Зносостійкі, корозійностійкі покриття важконавантажених деталей насосів, лопаток вентиляторів, плунжерів, кулачкових пар, штампів та ін.

Технологічний процес нанесення покриттів методом плазмового напилювання виконується у такій послідовності:

• підготовка поверхонь деталей (знежирення та струменево-абразивна обробка - очищення);

• плазмове напилювання;

• механічна обробка поверхні покрить.

Знежирення деталей виконується водними розчинами технічних миючих засобів на установці для миття.

Температура робочого розчину 70-80 °С; час знежирення 5-15 хв залежно від ступеня забрудненості поверхні.

Струменево-абразивна обробка матеріалів виконується на установці марки АП-1М.

Рекомендовані режими струменево-абразивної обробки:

Р - тиск повітря, МПа - 0,4...0,6;

α - кут атаки, град - 60...90;

Н - відстань від зрізу сопла плазмотрона до оброблюваної поверхні, мм - 100-120.

Плазмове напилювання деталей виконується на установці плазмового напилювання.

Товщина шару напилювання покриття залежить від вимог конструкторської документації та умов експлуатації деталей.

Наприклад, при нанесенні зносостійкого керамічного покриття із мікропорошку електрокорунду нормального марки 15А зернистістю М28, товщина шару становить 0,12-0,15 мм.

При цьому, для збільшення міцності зчеплення (адгезії) покриття із поверхнею напилювання, наносять проміжний шар (підшар) порошку ПН851-015 (ПТНА-01) товщиною 0,02-0,07 мм.

Таблиця 6.2 - Рекомендовані режими плазмового напилювання

Технологічні параметри напилювання	Значення показника
для підшару	для основного шару
Струм, А	400-500	500-550
Напруга, В	65-75	65-75
Відстань від зрізу сопла плазмотрона до поверхні напилювання, мм
Витрати плазмоутворюючих газів, л\хв.: аргон	35-40	35-40
водень	9,5-10,5	11-12
Витрати порошку, кг\год	2-4	4-6

Спосіб механічної обробки обирається залежно від форми, розмірів деталей та від вимог, які висувають до оброблюваних поверхонь.

Кінцеву обробку, як правило, виконують на існуючому обладнанні з використанням алмазних та ельборових кругів різних типорозмірів - ГОСТ 16167-80, ГОСТ 16181-82, алмазних стрічок типу АЛШБ за ТУ 2-037-199-77, а також методами безрозмірної обробки, в тому числі об'ємно-вібраційним та абразивно-рідинним.

Технічні характеристики комплексу автоматизованого обладнання плазмового напилювання ОПМ 11

Розмір деталей напилювання, мм

максимальні:

- довжина 600

- діаметр 180

Маса деталей напилювання з пристосуванням, кг максимальна 12

Швидкість переміщення плазмотрона

- вертикального, мм/с 1-50

- поздовжнього, мм/с 2,5-125

- поперечного, мм/с 2,5-125

- кутового, град/с 1-50

Схема розміщення комплексу обладнання наведена на рисунку 6.2

Рисунок 6.2 - Схема розташування обладнання на ділянці плазмового напилювання

Комплекс автоматизованого обладнання плазмового напилювання марки ОПН-11 складається з таких частин:

1.Установка плазмового напилювання.

2.Пристрій аспіраційний марки А-90000.

3.Блок плазмового напилювання БП-1:

3.1. плазмотрон марки АП-1М;

3.2. джерело живлення марки ИП-7;

3.3. установка холодильна марки "Холод-1".

4. Блок керування марки БУ-1, у тому числі:

4.1. змішувач газів;

4.2. живильника порошку.

5. Установка струменево-абразивна марки АВП-1М.

6. Установка для миття. Призначення вузлів:

Установка для миття з електричним підігрівом робочого розчину призначена для знежирення дрібних та середніх деталей (поз. 1).

Установка струменево-абразивна призначена для зняття оксидних плівок та створення активно розвиненої жорсткості поверхні деталі (поз.2).

Змішувач газів необхідний для керування режимами роботи плазмотрона та живильника порошків (поз.3).

Живильник порошку призначений для дозування та рівномірної подачі порошку у зону плазмового струменя (поз.4).

Пристрій аспірацій ний необхідний для видалення порошків та аерозолів із зони плазмового напилювання (поз.5).

Установка плазмового напилювання призначена для захисту обслуговуючого персоналу від дії шуму, випромінювань та маніпулювання деталями і плазмотроном (поз.6).

Джерело живлення є статичним перетворювачем змінного трифазного струму промислової частоти на постійний, призначений для живлення електричної дуги із самовстановлюваною довжиною (поз.7).

Установка холодильна призначена для забезпечення режимів охолодження плазмотрона та струмопровідних кабелів (поз. 8).

Зміст протоколу

1.Назва роботи

2.Мета роботи

3.Короткі теоретичні відомості

4.Експериментальні дані по нанесенню захисних покрить

5.Висновки з роботи (у вигляді таблиці 6.3)

Таблиця 6.3 – Результати роботи

Режим знежирення
Температура
Час
Режим струменево-абразивної обробки
Тиск повітря
Кут атаки
Відстань
Режим напилення
Струм	підшару	основного шару
Напруга
Відстань
Витрати плазмоутворюючих газів: - аргон - водень
Витрати порошку
Параметри отриманого покриття
Якість (візуально)
Товщина покриття
Міцність

Контрольні запитання

1. В чому полягає суть процесу плазмового нанесення покриттів?

2. Що таке плазмовий струмінь?

3. Які плазмоутворюючі гази використовуються при нанесенні покриттів?

4. Які фактори впливають на процес плавлення порошкового матеріалу?

5. Які вимоги до матеріалів напилювання?

6. Які параметри процесу нанесення покриттів найбільш істотно впливають на продуктивність обробки?

7. Які матеріали використовуються для напилення і в яких галузях застосовуються плазмові покриття?

8. Який технологічний процес нанесення покриттів?

9. Назвіть технологічні параметри дая нанесення підшару та основного шару.

10. 3 яких основних блоків складається комплекс плазмового напилення?

Дата добавления: 2015-08-28