Восстановление деталей газотермическим напылением возможно следующими способами

Восстановление изношенных деталей методами газотермического напыления

Вступление

Экономия металла, защита его от коррозии, повышение надежности и долговечности машин и механизмов являются важнейшими задачами всех отраслей промышленности, при этом первостепенное значение приобретает правильный выбор способа упрочнения, защиты от коррозии и восстановления деталей.

Перспективным направлением повышения срока службы изделий является образование поверхностного слоя, контактирующего с внешней средой, с улучшенными свойствами.

Для восстановления изношенных деталей в основном применяют сварочно-наплавочные методы. Недостатком этих методов являются: значительные термические воздействия на деталь, возникновения в деталях остаточных напряжений, деформаций, трещин и, как следствие, снижения срока службы по сравнению с новыми деталями. Кроме того, для наплавленного материала характерен значительный разброс физико-механических свойств.

Одним из интенсивно развивающихся направлений является газотермическое напыление (ГТН) покрытий: газопламенное, плазменное, денатоционное, электродуговая металлизация. При ГТН поверхность детали, на которую наносится покрытие, нагревается ниже температуры отпуска. Поэтому для процессов ГТН характерны малые тепловые деформации и во многих случаях> отсутствие структурных изменений в детали. Это обуславливает эффективность ГТН-методов для улучшения эксплуатационных характеристик изделия.

Результаты анализа, выполненного консалтинговой фирмой The Technical Center for Mechanical Engineers (CETIM) (Франция), показывают, что мировой объем рынка технологий ГТН в 2000 г. составил 1600 млн. евро, а рост в последующее десятилетие составит 25 %.

Электродуговое напыление предпочтительнее других способов газотермического напыления покрытий по таким показателям, как тепловая эффективность, стоимость напыляемых материалов, простота обслуживания. Расход электроэнергии на 1 кг распыляемого материала при электродуговом напылении составляет примерно 0,6 кВт/кг. При плазменном напылении энергетические затраты составляют 5 – 7 кВт/кг для порошкового напыления, 2 – 3 кВт/кг для проволочного напыления. Технико-экономическая оценка, выполненная Ю.А. Харламовым, показала, что относительная стоимость электродуговых покрытий в 3 – 10 раз дешевле покрытий, получаемых другими способами газотермического напыления при обеспечении их высокой прочности.

Основные результаты работы

В Национальном университете кораблестроения имени адмирала Макарова по заказу станкоремонтной компании “Юг – Станкосервис” проведены работы по восстановлению двух изношенных втулок изготовленных из стали марки Ст45 и одной бронзовой втулки изготовленной из материала марки БрОЦС 5-5-5.

Стальные втулки работали в механизме гильотины, обеспечивая вращение зубчатого колеса диаметром 700 мм. Втулка закреплялась на валу при помощи шпонки. На вал с зафиксированной втулкой одевалась шестерня с бронзовой вставкой. В результате трения бронзовой вставки по стальной втулке произошел износ, как бронзовой вставки, так и стальной втулки.

Наружный диаметр стальной втулки 360 мм, внутренний 260 мм, ширина кольца 75 мм. Износ наружной поверхности составил 2 мм.

Для восстановления металлических колец был выбран метод электродугового напыления, который значительно снижает затраты на их ремонт по сравнению с другими методами газотермического напыления.

Восстановление колец проводили на установке электродугового напыления КДМ-2, состоящей из металлизационного аппарата ЭМ-14М с центральной сопловой системой подачи сжатого воздуха и источника питания “Тимез-500”, предназначенного для питания электрической дуги металлизационного аппарата постоянным током. Наружную поверхность колец напыляли цельнотянутой проволокой марки 65Г (диаметр 1,6 мм).

Перед нанесением покрытия поверхность обезжиривали ацетоном и подвергали струйно-абразивной обработке на установке марки 026-7 “Ремдеталь”. В качестве абразива использовали электрокорунд марки 7Б, шлифзерно номер 120.

Покрытие наносили на следующем режиме: напряжение 27 В, сила тока 200 А, скорость подачи проволоки 340 м/ч, давление сжатого воздуха 0,5…0,6 МПа, расстояние от среза сопла до напыляемой поверхности 100…120 мм.

Толщина покрытия составляла 2,3 мм. После нанесения покрытия наружная поверхность колец шлифовалась в размер.

Стоимость работ по восстановлению стальной втулки электродуговым методом напыления составила 150 грн.

Бронзовая втулка работала в механизме пресса. В ней вращался стальной вал, в результате чего износ втулки по внутреннему диаметру составил 1,5 мм.

Наружный диаметр втулки 260 мм, внутренний 220 мм, ширина 280 мм.

Восстановление бронзовой втулки проводили на установке плазменного напыления “Киев-7”. Для напыления использовали порошок марки ПГ-19М-01 (фракция 40…80 мкм).

Перед нанесением покрытия внутреннюю поверхность бронзовой втулки подготавливали аналогично, как и для электродугового метода напыления.

Покрытие наносили на следующем режиме: напряжение 210 В, сила тока 170 А, давление плазмообразующего газа 2,5 МПа, расход плазмообразующего газа 6,5 м3/ч (в качестве плазмообразующего газа использовали сжатый воздух).

Толщина нанесенного покрытия составляла 2 мм. После напыления втулку шлифовали в размер.

Стоимость работ по восстановлению бронзовой втулки плазменным методом нанесения покрытий составила 250 грн.

Приведенные примеры напыления обеспечивают возможность напыления большой номенклатуры материалов, которые могут также использоваться и в сельскохозяйственной технике. Эти методы позволили не только снизить затраты на закупку или изготовление новых деталей, но и сообщить восстановленным деталям новые ценные эксплуатационные свойства.

Выводы

Качество восстановленных деталей полностью удовлетворило требования заказчиков. Восстановленные детали были установлены в узлы соответствующих механизмов, и как показал опыт их эксплуатации, обеспечивают надежную работу по сегодняшний день. Стоимость восстановительных работ по предложенной методике ниже более чем в 10 раз по сравнению с заменой изношенных деталей.

Источник

Газотермическое напыление

Газотермическое напыление представляет собой процедуру, при которой конденсированные частицы распыляемого материала нагреваются, диспергируются и переносятся посредством потока газа. Это позволяет сформировать на подложке покрытие из требуемого материала.

Компания «МеталХантерс» сотрудничает с ведущими компаниями, занимающимися разработкой оборудования (цинкование, алюминизация) и улучшением соответствующих технологий.

Поэтому «МеталХантерс» предлагает наиболее эффективные и выгодные услуги по антикоррозийной обработке металлоконструкций с применением электродуговой металлизации.

Компания сегодня успешно занимается нанесением алюминиевых, цинковых, стальных и комбинированных покрытий на конструкции, применяемые в различных сферах и отраслях тяжёлой, лёгкой и нефтехимической промышленности. И в каждом случае металлизация конструкций оказывается самым надёжным способом защиты от коррозии и прочих воздействий.

Рассчитайте стоимость работ сейчас .

Оставьте ваш контакт, мы вам перезвоним

Возможность изгиба и выправления обработанных конструкций (в зависимости от толщины защитного покрытия обработанные изделия выдерживают изгиб при радиусе до двух толщин без повреждения антикоррозионной поверхности).

Металлические защитные покрытия, нанесённые электродуговым методом, имеют свойство самовосстановления, то есть при механическом повреждении поверхности, они просто «заживают» на металле.

Металлизация, в отличие от нанесения лакокрасочных покрытий, производится только в один слой, что позволяет обрабатывать большие поверхности быстрее.

Металлизационные покрытия обладают большой адгезионной прочностью, то есть не отслаиваются от самой конструкции, на которую нанесены.

Нанесение маркировки на металлоконструкцию после обработкиМеталлизация производится при разных внешних температурах, что существенно расширяет технологические возможности антикоррозионной обработки — при нанесении покрытий не происходит нагревания поверхностей свыше 70–100°C.

Нанесение металлизационного цинкового покрытия на конструкции ферм ПОАРЭ для гидроузла в Рязанской области.Антикоррозионные покрытия выдерживают температуры до −60°C, не отслаиваясь и не разрушаясь, что позволяет использовать их даже на крайнем севере.

Защитные металлические покрытия не содержат органических веществ, что позволяет хранить в обработанных резервуарах различные жидкости.

Металлизационные покрытия могут применяться для защиты больших поверхностей различных сооружений непосредственно на месте их эксплуатации.

Плюсы газотермического напыления

Примеры работ

Нанесение металлизационного цинкового покрытия на торцевой лист металлоконструкций пролетных строений автодорожного моста Адлер — Горно-климатический курорт Альпика сервис. Площадь работ 2335м2.

Нанесение металлизационного цинкового покрытия на торцевой лист металлоконструкций пролетных строений автодорожного моста Адлер — Горно-климатический курорт Альпика сервис. Площадь работ 2335м2.

Нанесение металлизационного цинкового покрытия на конструкции ферм ПОАРЭ для гидроузла в Рязанской области.

Нанесение металлизационного цинкового покрытия на конструкции ферм ПОАРЭ для гидроузла в Рязанской области.

Нанесение металлизационного цинкового покрытия с последующей окраской на установки освещения для стадиона г.Химки

Нанесение металлизационного цинкового покрытия на конструкции ферм ПОАРЭ для гидроузла в Рязанской области.

Металлизация алюминием металлической дымовой трубы

Дымовая труба ТЭЦ-26

Комбинированное металлизационное покрытие дымовой трубы

Нанесение цинкового покрытия на металлоконструкции подъемного механизма для компании Оптима-Строй. г. Москва.

Нанесение металлизационного цинкового покрытия на опору для канатной дороги олимпийского объекта. г. Сочи. Внешняя сторона.

Нанесение металлизационного цинкового покрытия на опору для канатной дороги олимпийского объекта. г. Сочи. Внутренняя сторона.

Антикоррозионное металлизационное покрытие металлоконструкций-ферм, двутавров.

Нанесение цинкового металлизационного покрытия на вышку сотовой связи.

Нанесение цинкового металлизационного покрытия на вышку сотовой связи.

Нанесение маркировки на металлоконструкцию после обработки

Нанесение маркировки на металлоконструкцию после обработки

Источник

Глава 9 ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ГАЗОТЕРМИЧЕСКИМ НАПЫЛЕНИЕМ

СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА НАПЫЛЕНИЯ

Под восстановлением деталей газотермическим напылением понима­ют процесс нанесения покрытий рас­пылением нагретого до жидкого или вязкотекучего состояния дисперги­рованного (порошкообразного) мате­риала газовой струей. Перед напыле­нием восстанавливаемая поверх­ность подготавливается. Частицы распыленного металла достигают по­верхности в пластическом состоянии, имея большую скорость полета. При контакте с поверхностью детали они деформируются и, внедряясь в ее не­ровности, образуют покрытие. Сцеп­ление покрытия с поверхностью дета­ли носит в основном механический ха­рактер и только в отдельных локаль­ных точках можно наблюдать мости­ки сварки.

Восстановление деталей газотер­мическими покрытиями имеет ряд неоспоримых преимуществ:

незначительный на грев (до 200 °С ) детали;

высокая производительность про­цессов;

возможность регулирования в ши­роком диапазоне (0,1 — 10 мм) тол­щины наносимого покрытия;

простота технологического процес­са и оборудования;

широкий диапазон материалов, ис­пользуемых для получения покрытий с заданными свойствами.

Рассмотренный способ позволяет не только придавать восстанавливае­мым деталям требуемую форму и размеры, но и изменять в широких пределах поверхностные свойства металлопокрытий. В результате мно­гие детали из дорогостоящих и дефицитных металлов и сплавов можно при ремонте заменить деталями иу более дешевых материален. Напыле­ние на рабочие поверхности специ­альных сплавов с необходимыми фи­зико-механическими свойствами обеспечивает более низкую себестои­мость восстановления деталей, а по­казатели их надежности и долговеч­ности не уступают соответствующим показателям деталей, изготовленных целиком из дорогостоящего металла. Этим объясняется широкое примене­ние газотермических методов напы­ления не только при ремонте, но и при изготовлении новых деталей.

На рис. 9.1 представлена блок-схе­ма технологического процесса вос­становления деталей газотермиче­ским напылением. Основные техно­логические операции, показанные на блок-схеме:

очистка. После разборки детали поступают в моечное отделение, где их очищают от различных загрязне­ний. В качестве моющих средств при­меняют синтетические моющие сред­ства (СМС) типа лабомид и МС. Рас­творы СМС не вызывают коррозии черных металлов, не разрушают де­тали из алюминиевых сплавов;

механическая обработка деталей. Для устранения дефектов, образо­вавшихся в процессе эксплуатации, или придания правильной геометри­ческой формы изношенным поверхно­стям детали подвергают механиче­ской обработке, в том числе специ­альной (нарезка «рваной» резьбы, фрезерование канавок, насечка по­верхностей, накатка профиля роли­ками и пр.);

обезжиривание. Перед абразивной обработкой поверхности, подлежа­щие нанесению газотермических покрытий, обезжиривают органически­ми растворителями. Чугунные дета­ли кроме обезжиривания подвергают обжигу при температуре 260 — 530 °С для выгорания масла, содер­жащегося в порах;

дробеструйная обработка. Такая обработка предназначена для акти­визации и придания шероховатости восстанавливаемым поверхностям детали. Дробеструйную обработку выполняют при давлении сжатого воздуха 0,5 — 0,7 МПа. В качестве абразивного материала применяют чугунную дробь ДЧК.-01. После дробе­струйной обработки детали обдувают сухим сжатым воздухом для удаления частиц абразива с поверхности;

сушка порошка. Перед использо­ванием композиционные порошко­вые материалы необходимо просу­шить в электрическом шкафу. По­рошки сушат на противнях из нержа­веющей стали при периодическом пе­ремешивании;

напыление. В процессе напыления металлогазовая струя должна быть устойчивой, без пульсаций. Расход

порошка и транспортирующего газа регулируют в необходимых пределах. Требуемую толщину покрытия полу­чают многократным повторением операции напыления. После напыле­ния изделие снимают с приспособле­ния, не допуская повреждения по­крытия. Экраны и другие защитные приспособления снимают с деталей после охлаждения ее до комнатной температуры;

механическая обработка. Оконча­тельная механическая обработка де­талей с нанесенным покрытием осу­ществляется лезвийным и абразив­ным инструментом;

контроль качества покрытий. Из­делия с покрытием подвергают конт­ролю по внешнему виду, толщине, ге­ометрическим размерам. Контроль по внешнему виду осуществляется для выявления внешних дефектов; сколов, вздутий, отслоений. Осмотр осуществляется при помощи лупы. Толщину покрытия на деталях опре­деляют штангенциркулем, микро­метром и магнитным толщиномером МТ-20.

СПОСОБЫ ГАЗОТЕРМИЧЕСКОГО НАПЫЛЕНИЯ

Электродуговое напыление

В зависимости от источника энер­гии для нагрева и транспортировки частиц материала покрытия разли­чают следующие способы напыления: электродуговое, газопламенное, вы­сокочастотное, плазменное, детона­ционное и упрочнение конденсацией металла с ионной бомбардировкой.

Процесс характеризуется тем, что получение расплава осуществляется в результате тепла электрической ду­ги, горящей между двумя электрод­ными проволоками, а распыление осуществляется струей сжатого воз­духа (рис. 9.2). Металл распыляется до частиц размером 10 — 50м км, тол­щина получаемого слоя может дости­гать 12 мм и выше. Однако его проч­ность и устойчивость к динамическим нагрузкам низкая. К другим недостаткам следует отнести перегрев и окисление напыляемого материала и выгорание легирующих элементов присадочного металла. Например, содержание углерода в сплаве по­крытия снижается на 40 — 60%, а кремния и марганца — на 10— 15 %. К достоинствам электродугового напыления относится высокая произ­водительность процесса (до 65 кг/ч), высокая износостойкость покрытия, а также простота и технологичность процесса.

Восстановление деталей электро­дуговым напылением включает под­готовку поверхности к нанесению по­крытия, непосредственно напыление и последующую механическую обра­ботку. Напыление как бы состоит из трех процессов: перевода электрод­ной проволоки в жидкую фазу, рас­пыление расплава струей воздуха и формирование покрытия. Процесс плавления металла электродной про­волоки характеризуется высокой температурой горения электриче­ской дуги, цикличностью и скоротеч­ностью явлений, протекающих в зоне плавления. При плавлении проволо­ки в процессе электродугового напыления происходят следующие циклы явлений:

горение пути между электродами и плавление их;

первый разрыв электрической це­пи электродов;

короткое замыкание и дальнейшее плавление электродов;

искровой разряд, зажигающий но­вую дугу.

Расплавление материала электро­дов происходит и в момент горения и короткого замыкания дуги. В момен­ты разрывов электрической цепи электродов плавление металла не происходит. Длительность каждого из указанных циклов составляет ты­сячные доли секунды. Длительность периода горения дуги при работе электродугового металлизатора на переменном токе составляет 43 — 49,5 % от длительности цикла всех явлений. Поэтому температура жид­кого сплава при различных рассмотренных циклах различна. Наиболее высокая температура будет при горе­нии дуги. Это благоприятно сказыва­ется на образовании большого числа мелкодисперсных частиц металла. В то же время при коротком замыкании температура расплава будет более низкая, и распыл получается с части­цами более крупными.

На структуру и свойства слоя значи­тельное влияние оказывает скорость движения частиц, их масса и разме­ры, температура во время полета. Большинство этих факторов зависит от режимов электродуговой металли­зации.

Скорость металловоздушной струи так же, как и температура частиц, из­меняется от зоны плавления до вос­станавливаемой (упрочняемой) по­верхности. Например, скорость час­тиц от небольшой начальной скоро­сти, равной 18,8 м/с, увеличивается до максимальных значений, а затем по мере удаления от источника тепла уменьшается. Ориентировочно мож­но считать максимальную скорость частиц распыленной стали не менее 190 м/с. Конечная скорость полета частиц на расстоянии 250 мм от сопла металлизатора составляет около 85 м/с, а время нахождения частиц в воздухе не более 0,003 с. Высокая ско­рость и малое время полета распы­ленных частиц металла позволяют им достигать поверхности детали, бу­дучи в пластическом состоянии. Так, температура части металла по оси струи на расстоянии от сопла аппа­рата, равном 50 мм, составляет 1030 °С, а на удалении 200 мм — 900 «С.

Высокая конечная скорость полета частиц металла, обладающих боль­шим запасом кинетической энергии, способствует плотному контакту час­тиц с микрорельефом поверхности детали и между собой. Увеличению контактной поверхности способству­ет пластическое состояние частиц. Некоторое влияние на снижение контактной прочности оказывает окис­ление восстанавливаемой (упрочняе­мой) поверхности, а также металли­ческих частиц в процессе полета и на­несения их на деталь. Известно, что Окислы являются более хрупкими, чем металл, и в этой связи снижают прочность нанесенного слоя. При ис­пользовании, например, в качестве транспортирующего газа азота проч­ность металлизационных покрытий заметно увеличивается, благодаря уменьшению содержания в них окис­лов.

Промышленностью серийно выпу­скается комплект оборудования для электродуговой металлизации КДМ-2, в который входят два электрометаллизационных аппарата ЭМ-14М, специализированный тиристорный источник питания ТИМЕЗ-500 с пультом управления и блоком кассет.

Характеристики комплекта а также наиболее широко используе­мых стационарных электро дуговых, металлизаторов ЭМ-12.И ЭМ-1,5 приведены в табл. 9.1.

Электродуговое напыление ис­пользуют для антикоррозионной за­щиты алюминием и цинком различ­ных вместимостей, труб и металло­конструкций. Для восстановления деталей данный способ напыления нашел более широкое распростране­ние за рубежом. Например, в Герма­нии все разновидности коленчатых валов карбюраторных и дизельных двигателей восстанавливают элект­родуговой металлизацией. Такие коленчатые валы по износостойкости не уступают новым.

Таблица 9.1. Техническая характеристика оборудования для электродугового напыления

На отечественных ремонтных пред­приятиях внедрен технологический процесс восстановления приварочной плоскости головок цилиндров, в основу которого положен способ электродуговой металлизации. На 4-м Горловском ПО «Авторемонт» орга­низован специализированный уча­сток восстановления напылением привалочной плоскости головок ци­линдров двигателей ЗМЗ-53. Для металлизации используют проволоку Св-Ак-5 диаметром 2 мм. Режим ме­таллизации: ток дуги — 300 А, напряжение — 28 — 32 В, давление сжато­го воздуха — 0,4 — 0,6 МПа, дистан­ция металлизации — 80 — 100 мм; источник питания — ВДГИ-301, электрометаллизатор — ЭМ-12. Ис­пользуемая технология достаточно надежна, положительный результат получен при изменении давления сжатого воздуха в широких пределах, что особенно важно для реальных производственных условий. Толщина наносимого слоя — до 5 мм, продол­жительность операции —8 — 10 мин.

Установка для электродуговой ме­таллизации головок цилиндров пред­ставляет собой закрытую камеру с установленным в ней аппаратом мо­дели ЭМ-12. Головка блока цилинд­ров двигателя ЗМЗ-53 монтируется к перемещается в специальной кассе­те. Производительность установки — до 25 головок в смену. Потребляемая мощность — не более 10,8 кВт. Сжа­тый воздух подвергается двойной очистке, проходя через два масловлагоотделителя.

При обследовании головок цилинд­ров, восстановленных способом элек­тродугового напыления и повторно поступающих в ремонт, выявлено следующее: отсутствует отслоение покрытий от деталей и прогар покры­тий, а также подтекание охлаждаю­щей жидкости под покрытие. Корро­зионная стойкость покрытий не ниже, чем у основного металла.

Себестоимость восстановления го­ловок цилиндров двигателя ЗМЗ-53, восстановленных описанным спосо­бом, составляет 28,5 % от стоимости новых головок.

Газоплазменное напыление

Процесс напыления. В данном слу­чае в качестве источника энергии для нагрева частиц присадочного мате­риала используют газокислородное пламя. Для транспортирования на­гретого напыляемого порошка на уп­рочняемую поверхность используют сжатый воздух или газокислородную струю. В качестве газа наиболее часто в практике ремонтного производ­ства применяют ацетилен или про­пан-бутан.

Рассмотрим два основных способа газопламенного напыления. На рис. 9.3, а представлена первая схема газопламенного напыления, в которой подача порошкообразного присадоч­ного материала в зону пламени осу­ществляется в результате инжекции струей кислорода. В процессе напы­ления порошок из вместимости, за­крепленной на горелке, после откры­тия клапана поступает в канал горел­ки и захватывается потоком транс­портирующего газа. При выходе из сопла горелки порошкообразный ма­териал попадает в зону пламени, где происходит его оплавление. В даль­нейшем потоком горящих газов поро­шок, находящийся в тестообразном состоянии, подается на восстанавли­ваемую поверхность.

Во втором способе порошкообраз­ный присадочный материал подает­ся из емкости непосредственно в фа­кел пламени под действием силы тяжести. Схема напыления с подачей порошка в факел пламени под дейст­вием сил гравитации показана на рис. 9.3, б!

Достоинства первой схемы газо­пламенного напыления заключают­ся в том, что транспортировка по­рошка к поверхности детали проис­ходит под действием струи газа, а это уменьшает степень окисления расплавленных частиц. В результа­те повышается качество напыленного слоя и прочность сцепления его с основным металлом. Преимущест­ва второго способа внешней подачи порошка заключаются в простоте оборудования, возможности точной регулировки мощности пламени и места ввода порошка в факел, отпа­дает необходимость в транспорти­рующем газе и пр.

Основными свойствами, определя­ющими эксплуатационную надеж­ность восстановленных напылением деталей, является прочность сцепле­ния нанесенного слоя материала с ос­новным металлом. Степень сцепле­ния покрытия с основным металлом определяется, в первую очередь, со­стоянием восстанавливаемой поверх­ности детали, скоростью полета час­тиц, их температурой, видом матери­ала.

Наиболее развитая поверхность детали, т. е. обладающая наибольшей шероховатостью, обеспечивает при прочих равных условиях большее значение сцепления покрытия с ос­новным металлом. Для повышения прочности сцепления газопламенных покрытий восстанавливаемой повер­хности придают необходимую шеро­ховатость струйной обработкой ко­рундом, колотой дробью, нарезанием резьбы, накаткой роликом, электро­механической обработкой и другими способами. Чем больше шерохова­тость, тем и выше прочность сцепле­ния покрытия с основным металлом. Однако одновременно с этим снижа­ется усталостная прочность деталей.

На прочность сцепления покрытия с основным материалом значитель­ное влияние оказывает первый слой напыленных частиц, являющийся своеобразным грунтом для последу­ющих слоев. Сцепление частиц перво­го слоя с металлом восстанавливае­мой поверхности происходит в наиболее неблагоприятных условиях. Это связано с резким охлаждением час­тиц при контакте с холодной поверх­ностью детали, в результате чего их пластичность снижается. По этой причине смачивание твердой поверх­ности происходит в неблагоприятных условиях в сравнении со смачивани­ем последующих слоев. Требуемые условия для возникновения молеку­лярных сил для большинства частиц отсутствуют из-за наличия окисной пленки на поверхности детали и напыленных частицах. Кроме того, из-за значительной разности темпера­тур наносимых частиц и поверхности детали в покрытии по границам час­тиц возникают внутренние напряже­ния. Однако каждый последующий слой частиц имеет более высокую температуру, чем температура поверхности детали. Поэтому пластич­ность частиц присадочного материа­ла во всех последующих слоях более высокая, чем частиц граничного слоя. В результате этого условия смачива­ния частиц в каждом последующем слое более благоприятны, чем у пер­вого слоя. При высокой температуре покрытия происходит спекание час­тиц и усадка слоя в целом. В связи с этим прочность сцепления частиц между собой выше прочности сцепле­ния покрытия с восстанавливаемой поверхностью.

Прочность сцепления частиц при­садочного материала с основным ме­таллом можно увеличить, предвари­тельно нанеся подслой из специаль­ных материалов. Для подслоя ис­пользуют молибден, нержавеющую сталь, экзотермические композиции из смеси никеля и алюминия. Наибо­лее широкое распространение полу­чили порошки, которые при нагреве вступают в экзотермическую реак­цию. В результате частицы металла свариваются с материалом восста­навливаемой поверхности. Размеры зоны сплавления незначительны и лежат в пределах 0,1 мм. Напыленный слой имеет сильно развитую поверх­ность. Благодаря высокой темпера­туре (более 1500 °С) частиц металла подслоя в момент контакта с поверх­ностью основного материала обеспе­чивается высокая прочность сцепле­ния и плотность покрытия.

На подготовленную к напылению поверхность (после нанесения под­слоя) наносят основной (рабочий) слой покрытия. Попадая на подогре­тую до температуры 100 °С деталь, оплавленные до тестообразного со­стояния частицы порошка заполняют всевозможные неровности. После за­вершения процессов кристаллизации и охлаждения частицы нанесенного металла сжимаются и прочно прони­кают в основной металл (рис. 9.4). Не­ровности микрорельефа восстанавливаемой детали увеличивают повер­хность контакта. В результате дейст­вие межатомных сил проявляется на больших участках и увеличивается в результате быстрого спекания час­тиц.

Специализированный участок (рис. 9.5) восстановления деталей газопламенным напылением (наплав­кой) состоит из следующего оборудо­вания:

компрессора с рабочим давлением 0,4 — 0,6 МПа; камеры струйной об­работки деталей корундом или коло­той металлической дробью модели 026-7 «Ремдеталь»; масловлагоотделителя; вращателя деталей типа 011-1-09 «Ремдеталь»; горелки для газо­пламенного напыления и наплавки инжекторного типа ГН-2; стола свар­щика; печи для сушки порошка; стола и сита для просеивания порошка; вентилятора; воздуховода; газораспределительного щита; стеллажей.

Горелка ГН-2 предназначена для ацетиленокислородной наплавки и напыления гранулированных само­флюсующихся и экзотермических по­рошков, наносимых для восстановле­ния и упрочнения поверхностей дета­лей.

Общий вид горелки ГН-2 показан

на рис. 9.6. На стволе 5 горелки раз­мещены стандартные вентили 6 для регулировки подачи горючей смеси газов. В верхней части горелки распо­ложена емкость.3 для порошкообраз­ного присадочного материала, пода­ча которого в горелки 2 осуществля­ется рычагом 4. Горелка имеет смен­ный мундштук 1, изготовленный из меди. Замена мундштука позволяет регулировать мощность пламени. Данная горелка работает по прин­ципу инжектирования порошка кислородной струей и горючего газа кислородно-порошковой смесью, т. е. по­рошок металла поступает в зону на­грева вместе с горючей смесью. ,

Горелка ГН-2 имеет следующие ос­новные технические характеристики: диапазон толщин напыляемого слоя — 0,3 — 2 мм; расход порошка при непрерывной подаче в пламя — 2,0 кг/ч; коэффициент использования порошка — 75 %; расход кислоро­да — 350 — 600 л/ч; расход ацетиле­на — 350 — 600 л/ч; давление кисло­рода — не более 0,2 — 0,35 МПа (для мундштука № 4); давление ацетиле­на — не менее 0,1 МПа.

Для струйной обработки поверхно­сти восстанавливаемых деталей ко­лотой дробью или корундом участок оснащен установкой ОК-26-7 «Ремдеталь». Данная установка стационар­ного типа состоит из металлического каркаса, поддона для дроби или ко­рунда, камеры для очистки деталей, пистолета, передней стенки, на кото­рой установлено смотровое окно, ма­нометр и редуктор, а также плафон для освещения камеры. Расход воз­духа при непрерывной работе струей установки не превышает 4,5 м 3 /ч. До­пустимое максимальное давление воздуха — до 0,8 МПа. В установке используется дробь или корунд с раз­мером частиц 0,5 — 3 мм.

Используемые материалы. В каче­стве подслоя применяют алюминиево-никелевую смесь, состоящую из 80 — 82 % N1 и 18 — 20 % А1. Компо­зиционный порошок представляет со­бой сферические частицы алюминия, плакированные никелем. Под дейст­вием газового пламени частицы по­рошка нагреваются до температуры 700 — 800°С, и между N1 и А1 проис­ходит экзотермическая реакция. В результате реакции температура резко повышается и при достижении частицами восстанавливаемой по­верхности достигает 1460 — 1500°С. В данном случае возникают механи­ческие, физические и химические (микросварка) связи порошка с под­ложкой.

В качестве материалов для получе­ния рабочего слоя покрытий исполь­зуют в основном самофлюсующиеся порошки на никелевой основе. В табл. 9.2 приведены характеристики неко­торых отечественных порошков для газопламенного напыления и на­плавки, получившие наиболее широ­кое распространение в ремонтном производстве для восстановления и упрочнения автотракторных деталей.

Композиционные порошки ПТ-НА-01 и ПГ-19Н-01 представляют собой плакированные алюминием сфериче­ские частицы на основе никеля и его сплавов. Эти порошки используют для напыления без последующего оплавления и применяют, как правило, для подслоя. Однако они могут ис­пользоваться и для основного слоя, например для шеек коленчатых ва­лов автомобильных двигателей.

Порошкообразные материалы хранят в герметичной таре, исключа­ющей их загрязнение и окисление. Перед применением порошки просу­шивают в электрошкафах при темпе­ратуре 150 — 170 °С в течение 3 — 4ч при толщине засыпки 10— 15 мм и периодическом перемешивании материала. Для сушки используют про­тивни из нержавеющей стали. При попадании инородных тел порошок просеивают через сита с размером ячеек 0,1 и 0,04 мм.

Порошкообразные материалы, ис­пользуемые для газоплазменного на­пыления и наплавки, на предприяти­ях подлежат входному контролю на предмет их соответствия сопроводи­тельному документу. Отдельные пар­тии порошка имеют паспорт, в кото­ром указывается наименование материала, его марка, размер частиц, химический состав и пр.

Подготовка поверхности деталей к напылению. Качество подготовки восстанавливаемой поверхности де­талей к напылению играет опреде­ленную роль в сцеплении покрытия с подложкой. Подготовка поверхности заключается в удалении масла, влаги и обезжиривании поверхности, а так­же механической обработки.

Очистка деталей перед напылени­ем осуществляется в моющем раство­ре Лабомид-102 или Лабомид-203 при его концентрации 29 г/л в течение 20 — 25 мин при температуре раство­ра 80 — 85 «С. После ополаскивания в чистой воде детали сушат до полно­го удаления остатков влаги.

Для’ удаления остатков масла

можно использовать трихлор-. или перхлорэтилен и чистую салфетку. Нельзя использовать очищающий материал дважды. Можно использо­вать и метод выжигания горелкой жирных пятен. Выжигание необходи­мо выполнять при избытке кислорода в пламени. Не следует для очистки использовать сжатый воздух, так как капельки масла из воздуха могут за­грязнить уже очищенные поверхно­сти.

В процессе эксплуатации в резуль­тате износа восстанавливаемые по­верхности деталей принимают раз­личную форму — овальность, бочкообразность, огранку и пр. (рис. 9.7). Для устранения следов износа вос­станавливаемую поверхность подвергают механической обработке без применения смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ).

Рис. 9.7. Отклонение формы по­верхностей деталей в результате из­носа:

а — оградка; 6 — конусность; в — бочкообразность; г — корсетообразность; д — волнистость; е — эллипсность

Для незакаленных деталей кроме проточки нарезают рваную резьбу для повышения прочности сцепления покрытия с основным металлом. При нарезании резьбы вершина резца смещается относительно линии цент­ров станка на 3 — 5мм; шаг нарезае­мой резьбы — в предел ах 0,4—0,7мм при глубине резания 0,3 — 0,4 мм (рис. 9.8).

У закаленных деталей требуемая шероховатость поверхности перед на­пылением достигается струйной об­работкой порошком электрокорунда с размером зерна 0,5—8 мм. Обра­ботка восстанавливаемой поверхно­сти выполняется в струйной камере при следующих режимах: давление воздуха — 0,5 — 0,6 МПа, угол наклона струи абразива к поверхно­сти — 60 — 70 °, расстояние от обре­за сопла пистолета до поверхности — 70 —90 мм. После 5 — 7-кратного использования порошка корунда осу­ществляется его сушка в течение 3 ч при температуре 200 °С. Периодиче­ски производится просев электроко­рунда. Аналогичным образом осуще­ствляется подготовка поверхности и при других способах газотермическо­го напыления.

Подготовленные к напылению по­верхности необходимо защищать от возможного загрязнения, а места де­тали, не подлежащие покрытию, — предохранять кожухами или обмаз­кой. Промежуток времени между подготовкой поверхности к напыле­нию и непосредственно процессом на­пыления не должен превышать 2 — 3 ч. Нельзя трогать руками подготов­ленную поверхность.

Горелку ГН-2 для напыления под­соединяют соответствующими шту­церами к шлангам подачи кислорода и ацетилена. Уст;! приливают и загру­жают порошком бачок и опробуют механизм подачи порошка. После за­жигания газовой смеси (ацетилен — кислород) регулируют пламя подачей ацетилена таким образом, чтобы его ядро имело длину 6 — 8 мм. При восстановлении наружной цилиндри­ческой поверхности (тел вращения) деталь устанавливают в центре вра­щателя. При напылении других дета­лей, например сферической поверх­ности лапки коромысла клапана, их укладывают в соответствующее мно­гоместное приспособление на столе сварщика.

Напыление. Процесс напыления (первый этап) начинают с нагрева

восстанавливаемой поверхности до температуры 60 — 100 °С для удале­ния следов влаги и устранения воз­можного образования конденсата. Первый этап напыления заключает­ся в нанесении подслоя экзотермического никель-алюминиевого порошка ПТ-НА-01. Подслой наносят на один проход газопламенной горелки. Тол­щина подслоя должна находиться в пределах 0,06 — 0,1 мм. Расход экзо­термического порошка составляет 6 — 8 г на 1 дм 2 восстанавливаемой поверхности. Дистанция напыле­ния — 160— 180мм.

Второй этап напыления заключа­ется в нанесении основного (рабоче­го) слоя порошка, толщина которого должна быть на 0,3 мм больше номи­нального размера восстанавливае­мой детали. Основной слой наносят в несколько проходов, при этом темпе­ратура детали не должна превышать 200 — 250 °С. При восстановлении тел вращения скорость вращения де­тали ‘лежит в пределах 18 — 20 м/мин. Напыление выполняют до номинального или ближайшего ре­монтного размера с припуском на по­следующую Механическую обработ­ку 0,5 — 0,6 мм на диаметр вала. В процессе напыления необходимо кон­тролировать равномерность толщи­ны слоя по длине и диаметру деталей (в 3 — 4 сечениях). Для контроля ис­пользуют шаблоны, штангенциркули или микрометры с обезжиренными губками.

При напылении порошком с после­дующим оплавлением слоя подготов­ка поверхности детали перед нанесе­нием порошка заключается в ее меха­нической обработке на станках без применения СОЖ.

Рис. 9.8. Подготовка поверхностей деталей под покрытие

На обработанную поверхность наносят слой порошка необходимой толщины и оплавляют его ацетиленокислородным пламе­нем горелки ГН-2. Об окончании про­цесса оплавления судят по появле­нию характерной блестящей поверх­ности напыленного слоя.

Высокочастотное напыление

При таком способе напыления пе­ревод материала покрытия (проволо­ки) в жидкую фазу осуществляется нагревом токами высокой частоты. Распыление расплава выполняется струей сжатого воздуха.

Распылительная головка высоко­частотного металлизатора представ­лена на рис. 9.9. Питание индуктора аппарата осуществляется от лампо­вой высокочастотной установки отно­сительно небольшой мощности, на­пример ВЧИ4-10/0,44 или ВЧИ-25/0,44 (мощность соответственно 10 и 25 кВт, рабочая частота — 440 кГц).

Физико-механические свойства по­крытий, нанесенные высокочастот­ным напылением, значительно выше аналогичных свойств покрытий, полу­ченных электродуговым напылени­ем. Это объясняется более благопри­ятными условиями плавления мате­риала покрытия (проволоки). Коле­бания размеров распыляемых частиц и их температура по сечению конуса

распыла изменяются в более узких пределах, чем при электродуговой металлизации. Поэтому выгорание основных химических элементов сни­жается в 4 — 6 раз, насыщенность по­крытия окислами уменьшается в 2 — 3 раза.

Меньшая окисляемость частиц по­крытия улучшает условия смачи­вания частицами восстанавливае­мой поверхности детали. Поэтому при данном способе напыления проч­ность сцепления частиц между собой и подложкой повышается. Кроме то­го, конструкции аппаратов для высо­кочастотного напыления обеспечива­ют распыление металлических час­тиц в форме правильного конуса с ма­лым углом при вершине, что в конеч­ном итоге обеспечивает снижение не­эффективных потерь материала по­крытия (проволоки).

К основным недостаткам следует отнести сравнительно невысокую производительность процесса, слож­ность и высокую стоимость высокоча­стотных ламповых установок, кото­рые необходимо использовать для пи­тания индуктора металлизатора.

Плазменное напыление

При плазменном напылении по­крытий для расплавления и переноса порошка на восстанавливаемую (уп­рочняемую) поверхность детали ис­пользуют тепловые и динамические свойства плазменной струи.

Плазменное напыление основано на способности газов при определен­ных условиях переходить в состояние плазмы, которая представляет собой ионизированный поток газа при вы­соких температурах. Наиболее высо­кую температуру (15 000—30 000 °С) имеет аргоновая плазма. При воз­буждении электрической дуги газ, подведенный в зону горения дуги, ионизируется под влиянием высокой температуры, повышенного давле­ния газов и термоэмиссии электронов с поверхности катода. Наряду с поло­жительно и отрицательно заряжен ними ионами в газе содержатся элек­троны и нейтральные атомы, при столкновении которых процесс пони­мании активизируется. Плазма обла­дает высокой электрической прово­димостью, поэтому напряжение в струе плазмы низкое, а сила тока большая. Высокая электропроводи­мость плазмы способствует образо­ванию вокруг нее значительного магнитного поля. Магнитные силовые линии заставляют плазму сжимать­ся, в результате чего она вытягивает­ся и принимает форму шнура. Скоро­сть потока плазмы достигает на выхо­де из сопла 9000 м/с, а у газовой го­релки, т-г 90 м/с. Плазмообразующий газ, не содержащий кислорода, по­зволяет получать покрытия без окис­лов.

Устройство плазмотрона для на­пыления порошкообразного матери­ала схематически представлено на рис. 9.10, Для зажигания электриче­ской дуги используют высокочастот­ную искру от включенного в цепь ос­циллятора или проводят кратковре­менное замыкание электродов горел­ки при помощи графитового стержня. Одновременно подают плазмообразующий газ, а после образования плазмы — напыляемый порошок.

В зависимости от схемы включения электрической цепи возможны три вида плазменной дуги (рис. 9.11): от­крытая, когда анодом служит деталь; закрытая, когда анодом служит со­пло, и комбинированная, когда ано­дом служит и сопло, и деталь. Первый вариант используют для резки и реже для сварки и наплавки, вторую схему используют в плазмотронах для напыления, а третью — в установках для оплавления покрытий и плазмен­ной наплавки.

Для плазменного напыления наи­более широкое распространение полу­чили установки типа УПУ и УМП. Как правило, в комплект установки входят: вращатель, защитная каме­ра, плазмотрон, порошковый дозатор. Источник питания и пульт управ­ления. Наиболее ответственным узлом установки является плазмотрон,

в котором формируются энергетиче­ские и геометрические параметры плазменной струи. Срок эксплуата­ции и стабильность работы любого плазмотрона во многом определяют­ся стойкостью сопла, которое несет наиболее значительные нагрузки. Период работы современных плазмотронов невысок (изменяется десят­ками часов), поэтому его быстроизна­шивающиеся элементы делают смен­ными.

Отечественной промышленностью серийно выпускаются установки для плазменного напыления, наиболее широкое распространение из кото­рых получили УПУ-3, УМП-5 и УМП-6(табл. 9.3). Данные установки явля­ются универсальными. Источником тока служат два последовательно со единенных сварочных генератора ти­па ПСО-500 или выпрямитель ИПН-160/600.

В качестве плазмообразующего га­за наиболее широко используют ар­гон, азот или их смеси. Использова­ние аргона (помимо его значительной стоимости и дефицитности) не обес­печивает достаточной эффективно­сти и производительности процесса из-за низкого коэффициента теплоот­дачи от плазмы к частицам, малой длины плазменной струи и значи­тельного перепада температуры по сечению струи. Это ухудшает плавле­ние частиц напыляемого материала, и, как следствие, снижается качество нанесенных покрытий.

Перспективным направлением в области плазменных покрытий явля­ется использование в качестве плаз­мообразующего газа воздуха или его смеси с другими газами. Применение воздуха позволяет повысить стабиль­ность и длительность непрерывной работы плазмотрона. Одновременно с этим наблюдается стабилизация то­ка и процесса в целом, что в конечном итоге позволяет получать покрытия более высокого качества.

Плазмотроны типа ПНВ-23, где в качестве плазмообразующего газа используется воздух, разработаны в Ленинградском политехническом ин­ституте и внедрены в производствен­ном объединении «Ленавторемонт». Воздушно-плазменным напылением освоено восстановление посадочных отверстий картеров коробки передач автомобилей МАЗ и КрАЗ, поворот­ных цапф автомобиля ЗИЛ-130, оси

коромысла двигателя ЗМЗ-24 и дру­гих деталей.

Свойства покрытий зависят от тем­пературы нагрева и скорости полета частиц в момент контакта с подлож­кой. Более высокие скорости полета частиц порошка и температура его нагрева в струе плазмы обеспечива­ют более высокие, чем при ранее рас­смотренных способах напыления, фи­зико-механические свойства покры­тия и более высокую степень его сцеп­ления с поверхностью детали. Кроме того, процесс плазменного напыле­ния обладает высокой производи­тельностью, возможностью использо­вания для покрытий широкой гаммы материалов, большим коэффициен­том напыления (до 95 %) и возможно­стью полной автоматизации процес­са.

Источник