Metody metalizacji. Ręczny metalizator łuku elektrycznego do natrysku powłok cynkowych, aluminiowych, nierdzewnych Mapa technologiczna metalizacji łukiem elektrycznym cynkiem

Metoda galwaniczna

Metoda galwaniczna służy do nakładania powłok ze złożonych roztworów siarczynowych trójwartościowego chromu. Dodatek niektórych pierwiastków, w szczególności manganu (wg danych K.N.Pimenovej), umożliwia zwiększenie twardości i odporności na korozję osadów żelazowo-chromowych. Z punktu widzenia technologiczności osadzanie galwaniczne w warunkach produkcji masowej jest uciążliwe, wielooperacyjne i wymaga starannego przestrzegania warunków ochrony i bezpieczeństwa pracy. Powłoki mają niewystarczającą przyczepność do podłoża, pękają przy odkształcaniu. Podczas nakładania grubych powłok na stal konstrukcyjnych proces staje się znacznie bardziej skomplikowany i wymaga użycia specjalnych elektrolitów, soli, zawiesin, a następnie wyżarzania, prasowania i powlekania innymi metalami.

Rysunek 1.1 przedstawia schematyczny diagram metody powlekania galwanicznego.

Rysunek 1.1

Metoda okładziny

Metoda platerowania stosowana jest głównie w celu uzyskania powłok ochronnych na wyrobach walcowanych. Istnieje kilka odmian tej metody otrzymywania powłok: zalewanie, odkształcanie plastyczne złącza, napawanie czy spawanie elektryczne. W latach 60. opracowano metodę spawania wybuchowego, której istota jest następująca. Płytkę materiału okładziny umieszcza się pod kątem do powlekanej powierzchni, na którą nakłada się płytę pomocniczą z ładunkiem wybuchowym. Po wybuchu powstaje silne połączenie pod działaniem znacznego ciśnienia, przemieszczenia stycznego oraz w wyniku oczyszczenia łączonych powierzchni z warstw tlenków.

Metody metalizacji

Metody metalizacji są szeroko rozpowszechnione w produkcji powłok ze stopów Fe-Cr. W zależności od metody topienia materiału rozróżnia się łuk elektryczny, płomień gazowy i natryskiwanie plazmowe.

Metalizacja łukowa

Istotą metody metalizacji łuku elektrycznego jest nagrzewanie (przed stopieniem) łukiem elektrycznym w zbieżnych drutach pistoletu natryskowego. Kropelki stopionego metalu są następnie wydmuchiwane przez przepływ gazu w kierunku podłoża. Powlekanie powierzchni metalem odbywa się zwykle w kilku przejściach. Najczęściej stosuje się opryskiwanie aluminium i cynkiem.

Rysunek 1.2 przedstawia schemat działania metalizatora.

Rysunek 1.2

Elektrometalizator posiada prowadnice, przez które w sposób ciągły podawane są dwa natryskiwane druty. Między końcami tych przewodów powstaje łuk elektryczny. W centralnej części elektrometalizatora znajduje się dysza, przez którą dostarczane jest sprężone powietrze.

Strumień sprężonego powietrza odrywa cząstki stopionego metalu z drutów elektrodowych i przenosi je na natryskiwaną powierzchnię. Elektrometalizator może działać zarówno na prąd stały, jak i przemienny. Podczas korzystania z prądu przemiennego łuk pali się niestabilnie i towarzyszy mu duży hałas. Przy stałym prądzie charakter pracy jest stabilny, natryskiwany materiał ma drobnoziarnistą strukturę, szybkość osadzania jest wysoka. Dlatego obecnie źródła stałych prąd elektryczny.

Do natryskiwania zwykle stosuje się drut o średnicy 0,8; 1,0; 1,6 i 2,0 mm. Warstwa metalizacji nakładana jest na otwarte powierzchnie konstrukcji, z możliwością skierowania strumienia roztopionego metalu pod kątem od 45 do 90°. Powierzchnia przeznaczona do metalizacji musi być przygotowana, wolna od brudu, olejów, rdzy. Przygotowanie powierzchni do metalizacji odbywa się poprzez śrutowanie (piaskowanie). Powierzchnie przeznaczone do obróbki muszą być wolne od zadziorów, ostrych krawędzi, odprysków spawalniczych i resztek topnika. Odtłuścić powierzchnię przed obróbką. Aby zapewnić przyczepność (a tym samym wysokiej jakości powłokę metalizacyjną), czas pomiędzy przygotowaniem a natryskiem nie powinien przekraczać 2 godzin. Aby zredukować wewnętrzne naprężenia termiczne, proces metalizacji należy prowadzić z przerwami pomiędzy poszczególnymi przejściami, unikając przegrzania metalizowanej powierzchni.

Rozwój nowoczesnych technologii i technologii umożliwia ochronę konstrukcji metalowych, konstrukcji, produktów i różnych części przed skutkami opadów atmosferycznych, środowisk korozyjnych oraz kilkukrotne wydłużenie ich żywotności. Jednym z najskuteczniejszych sposobów ochrony metali przed korozją jest metalizacja natryskowa (płomień, łuk elektryczny). Proces metalizacji znany jest od dawna, a od lat 50-tych ubiegłego wieku jest szeroko stosowany do ochrony antykorozyjnej konstrukcji metalowych. Jest to sprawdzona i sprawdzona technologia ochrony antykorozyjnej, odbudowy zużytych i zniszczonych powierzchni konstrukcji i wyrobów stalowych. Proces metalizacji natryskowej polega na ciągłym topieniu metalu, natryskiwaniu go na najdrobniejsze cząstki i nakładaniu na specjalnie przygotowaną powierzchnię.

Dostając się na metalizowaną powierzchnię, cząstki odkształcają się, spiętrzają jedna na drugiej i tworzą powłokę metalizacyjną o strukturze warstwowej.

Rysunek 1.3

Metalizacja, a następnie malowanie, stosowane do zabezpieczania stalowych konstrukcji metalowych, nazywane są powłokami kombinowanymi, które są systemami dwuwarstwowymi, których dolną warstwę uzyskuje się poprzez metalizację, a górną - poprzez nałożenie powłoki malarskiej i lakierniczej. Dzięki synergii żywotność powłok kombinowanych jest znacznie większa niż suma żywotności każdej warstwy z osobna, dlatego należy je stosować do długotrwałej ochrony antykorozyjnej konstrukcji stalowych, które będą eksploatowane w środowiskach średnio i silnie korozyjnych wewnątrz budynków, na zewnątrz i pod wiatami, a także w płynnych mediach organicznych i nieorganicznych.

Podczas metalizacji adhezja cząstek do podłoża następuje z powodu chropowatości powierzchni i pod działaniem sił molekularnych i ma głównie charakter mechaniczny. W niektórych przypadkach metalizacja jest jedynym i niezastąpionym sposobem ochrony konstrukcji przed korozją i zniszczeniem. Powłoki metalizacyjne mogą być nakładane zarówno w fabryce, jak i na miejscu montażu.

Głównymi materiałami antykorozyjnymi stosowanymi przez metalizację do konstrukcji i wyrobów stalowych są cynk, aluminium i ich stopy. Powłoki cynkowe są odporne na korozję w atmosferze wody morskiej i morskiej. Największy wpływ na szybkość korozji cynku w atmosferze przemysłowej miast przemysłowych ma zawartość w nim tlenków siarki, a także innych substancji (np. pary chloru i kwasu solnego), które tworzą z cynkiem związki higroskopijne.

Ze względu na swoje właściwości chemiczne aluminium jest bardzo aktywne, ale w obecności utleniaczy pokrywa je film ochronny, który znacznie zmniejsza jego aktywność chemiczną. Odporność aluminium na korozję zależy od warunków, w jakich występuje korozja. W silnie zanieczyszczonej atmosferze aluminium koroduje wielokrotnie szybciej niż w czystym powietrzu. Aluminium jest odporne na gorącą i miękką wodę.

Stopy cynku i aluminium (Zn/Al 15, Zn/Al 5) tworzą powłoki odporne na każdą atmosferę, co tłumaczy się szybkim wypełnianiem porów produktami korozji cynku. Kontakt aluminium z cynkiem jest bezpieczny, ponieważ potencjał elektrodowy cynku jest bardziej ujemny niż aluminium, dlatego po rozpuszczeniu cynk chroni elektrochemicznie aluminium.

Powłoki aluminiowe są również szeroko stosowane do ochrony żelaza i stali przed korozją gazową. Cynk i aluminium tworzą gęstą warstwę produktów korozji, znacznie większą niż metal, z którego zostały utworzone. Powłoka cynkowa, która długo przebywa w wodzie, pokryta jest gęstą warstwą tlenku węglanu lub wodorotlenku cynku, pory są zatkane produktami korozji. Powłoka ta z biegiem czasu znacznie zwiększa odporność na korozję.

Rysunek 1.4

Stosowane są głównie powłoki antykorozyjne metalizowanie urządzenia typu drutowego (rzadziej stosowane są instalacje do nakładania materiałów proszkowych).

Zasada działania metalizatorów typu drutowego polega na tym, że metal w postaci drutu podawany jest w sposób ciągły do ​​urządzenia, gdzie jest stapiany płomieniem gazowym lub łukiem elektrycznym, a następnie natryskiwany sprężonym powietrza na najmniejsze cząsteczki, które są nakładane na powierzchnię.

Główne powody stosowania powłok metalizowanych to:

1. wysoka odporność na korozję powłok metalizowanych;

2. brak deformacji produktów;

3. mobilność instalacji metalizacji i możliwość nakładania powłok ochronnych w terenie;

4. wysoka przyczepność powłok metalizowanych (w porównaniu z powłokami malarskimi);

5. wysokie właściwości plastyczne powłok metalizowanych;

6.wysoka wydajność procesu i możliwość znacznego

7. skrócenie czasu poświęcanego na opryskiwanie. Na przykład przy natężeniu prądu 750 A

możliwe jest natryskiwanie powłoki stalowej z wydajnością 36 kg/h, która jest kilkakrotnie wyższa niż wydajność natryskiwania płomieniowego.

W porównaniu do natryskiwania płomieniowego metalizacja pozwala na uzyskanie trwalszych powłok, które lepiej przylegają do podłoża. Stosując druty z dwóch różnych metali jako elektrody, możliwe jest uzyskanie powłoki z ich stopu. Koszty eksploatacji elektrometalizatora są dość niewielkie. Przy natryskiwaniu powłoki przez natryskiwanie dwóch elektrod wykonanych z różnych materiałów pożądane jest zastosowanie elektrometalizatorów, które umożliwiłyby oddzielne regulowanie szybkości podawania każdej elektrody. Główne wady metalizacji to:

1. wysoka porowatość (do 20%);

2. znaczne straty metalu podczas natryskiwania. Aby zwiększyć gęstość i zmniejszyć przepuszczalność powłok, stosuje się różnorodne impregnaty odporne na agresywne media, a także malowanie;

3. przegrzanie i utlenianie natryskiwanego materiału przy niskich prędkościach podawania natryskiwanego drutu;

4. Duża ilość ciepła wydzielanego podczas spalania łuku prowadzi do znacznego wypalenia pierwiastków stopowych zawartych w

5. natryskiwany stop (na przykład zawartość węgla w materiale powłokowym jest zmniejszona o 40-60%, a krzem i mangan - o 10-15%). Należy o tym pamiętać i stosować do natrysku drutu zawierającego zwiększoną ilość pierwiastków stopowych.

Jego istota polega na topieniu metalowych drutów z zajarzeniem łuku elektrycznego między nimi, przedmuchiwaniu strumieniem sprężonego gazu przez łuk elektryczny, zdmuchiwaniu stopionego metalu i przeniesieniu go w postaci cząstek (kropli) na przywracaną powierzchnię .

Schemat metalizacji łukowej pokazano na ryc. 2.38. Dwa druty (o średnicy 1,5-3,2 mm) są w sposób ciągły prowadzone przez dwa kanały w palniku, pomiędzy końcami których zajarzenie i stopienie łuku. Stopiony metal jest wyłapywany przez strumień sprężonego powietrza wypływającego z centralnej dyszy elektrometalizatora i w postaci drobno stopionej jest przenoszony na powierzchnię materiału podstawowego. Natryskiwanie i transportowanie stopionego metalu odbywa się zwykle za pomocą sprężonego powietrza, z wyjątkiem natryskiwania stali odpornej na korozję i stopów aluminium, gdy stosuje się azot. W przypadku natryskiwania łukiem DC proces jest stabilny, zapewniając warstwę powłoki o drobnoziarnistej strukturze przy wysokiej wydajności. Dlatego obecnie do natryskiwania łukowego stosuje się źródła prądu stałego ze stabilizatorem napięcia lub źródła o słabo rosnącej charakterystyce.

Ryż. 2.38.

7 - dysze; 2 - miejsce wprowadzenia natryskiwanego materiału (drutu); 3 - miejsce

zasilanie sprężonym powietrzem

Temperatura łuku zależy od rodzaju gazu transportującego, składu drutu elektrodowego, trybów natryskiwania i innych parametrów. Przy zastosowaniu elektrod metalowych i prądu łuku 280 A osiągana jest temperatura 5800 ± 200 ° C. Podczas metalizacji łukowej w tej temperaturze łatwiej tworzą się kropelki natryskiwanego materiału.

W przypadku metalizacji łukowej, dzięki zastosowaniu potężnych instalacji do elektrometalizacji, wydajność procesu jest znacznie wyższa i poświęca się mniej czasu niż przy natryskiwaniu płomieniem gazowym. Na przykład przy prądzie 750 A można natryskiwać powłokę stalową z wydajnością 36 kg / h, a przy prądzie 500 A można natryskiwać powłokę cynkową z wydajnością 1,2 kg / min, która jest kilkakrotnie wyższa niż wydajność natryskiwania płomieniowego.

Elektrometalizacja zapewnia mocniejsze powłoki, które lepiej wiążą się z podłożem niż natryskiwanie płomieniowe. Stosując druty z dwóch różnych metali jako elektrody, możliwe jest uzyskanie powłoki z ich stopu (stopy tego typu nazywane są pseudostopami), jednak pożądane jest stosowanie takich elektrometalizatorów, które pozwalają oddzielnie regulować prędkość posuwu każdą elektrodę.

Koszty operacyjne elektrometalizacji są niskie. Ponadto elastyczność i wszechstronność tej technologii pozwala na uzyskanie bardziej jednolitej warstwy o grubości od kilku mikrometrów do 10 mm.

Jednak przy natryskiwaniu łukowym można natryskiwać tylko materiały przewodzące prąd elektryczny, istnieje niebezpieczeństwo przegrzania i utlenienia natryskiwanego materiału przy niskich prędkościach podawania natryskiwanego drutu; ze względu na wydzielanie się dużej ilości ciepła podczas spalania łuku dochodzi do znacznego wypalenia pierwiastków stopowych zawartych w natryskiwanym stopie (np. zawartość węgla w materiale powłokowym spada o 40-60%, a krzemu i manganu – o 10-15%).

Ta metoda służy do przywracania części, takich jak wały korbowe silników KamAZ i innych pojazdów samochodowych; bębny hamulcowe, tarcze hamulcowe, tarcze sprzęgłowe, koła pasowe hamulcowe; aluminiowe głowice cylindrów (płaszczyzna podziału); korbowody silnika (dolna głowica); tuleje cylindrowe (powierzchnie wewnętrzne i zewnętrzne); wały wirników, rozruszników, silników elektrycznych, czopów, drążków hydraulicznych, bloków cylindrów o dowolnych standardowych wymiarach (podpory łożysk głównych).

Proces technologiczny natryskiwania powłok łukiem elektrycznym obejmuje kilka operacji. Zużyte powierzchnie części po obróbce wstępnej poddawane są obróbce strumieniowo-ściernej w celu wyeliminowania defektów powstałych podczas eksploatacji, nadania prawidłowego kształtu i wyeliminowania odchyleń od wyrównania, uzyskania niezbędnej chropowatości, usunięcia filmu tlenkowego i stworzenia rozwiniętej powierzchni . Usunięcie warstewki tlenkowej aktywuje natryskiwaną powierzchnię, co zapewnia tworzenie wiązań chemicznych pomiędzy tą powierzchnią a natryskiwanymi cząstkami.

Na technologię śrutowania ma wpływ rodzaj ścierniwa, jego kształt i wielkość. Jako materiał ścierny stosuje się gatunki elektrokorundu 13A, 14A o wielkości ziarna 60-80 (50% masy) i wielkości ziarna 120-160 (GOST 3647-80) lub śrut marki DSK (DChK) o wielkości ziarna 0,8-1,5 (GOST 11964-81). Tryby przetwarzania: ciśnienie powietrza 0,5-0,6 MPa; kąt nachylenia strumienia ściernego do powierzchni części wynosi 60-90 °; odległość przetwarzania 100-150 mm; zużycie powietrza 3-4 m 3 / min.

Powierzchnie części, które nie ulegają pyleniu pokrywane są maskami ochronnymi lub pokrywane związkami izolacyjnymi typu „Protector-1”, „Protector-2”; w otwory wkładane są zaślepki z gumy żaroodpornej.

Powierzchnie przeznaczone do natrysku są oczyszczane z pozostałych drobnych cząstek ściernych i odtłuszczane rozpuszczalnikami organicznymi i detergentami. Przygotowana powierzchnia powinna być matowa i wolna od błyszczących miejsc. Części żeliwne poddawane są nie tylko odtłuszczaniu, ale również wypalaniu w temperaturze 260-530 °C w celu wypalenia oleju zawartego w porach.

W takim przypadku operacja natryskiwania jest wykonywana natychmiast po przygotowaniu powierzchni części. Po natryśnięciu powłok na detale są one obrabiane poprzez szlifowanie lub cięcie i PPD z nagrzewaniem (odkształcenie termoplastyczne) do wymiarów nominalnych. Po docieraniu kontrolowane są wymiary i twardość obrabianej powierzchni.

Metalizacja łukiem elektrycznym to metoda nakładania warstwa po warstwie metalu o małej grubości na podgrzane produkty. W tym przypadku wysokość łuku elektrycznego jest minimalna, a stopiony drut jest rozpraszany przez strumień gazu skierowany wzdłuż osi materiału wypełniacza. Technologia została opracowana w latach 50. XX wieku i jest szeroko stosowana do ochrony konstrukcji o różnym przeznaczeniu przed korozją.

Do wykonania metalizacji wykorzystuje się pośredni łuk elektryczny, spalający się pomiędzy przewodzącymi elementami drutu. Rozgrzany do stanu kropli metal elektrody jest natryskiwany na obrabiany przedmiot strumieniem gazu osłonowego lub sprężonego powietrza. Gdy dodatki topią się, dwie pary rolek jednocześnie wchodzą w obszar łuku.

Zabezpieczenie antykorozyjne metodą metalizacji charakteryzuje się:

• niskie zużycie energii;
• wysoka wydajność i efektywność zużycia opryskiwanego dodatku;
• możliwość tworzenia powłoki o grubości do 15 mm bez ograniczenia wielkości części;
• niewielki wpływ temperatury na główny materiał przetwarzanych produktów;
• niezawodność, łatwość konserwacji sprzętu;
• możliwość pełnej lub częściowej automatyzacji procesu, tworzenie linii produkcyjnych.

Metalizacja łukiem elektrycznym ma również wady:

• ograniczony zakres materiałów wypełniających;
• zawartość w powłoce dużej ilości tlenków zmniejszających udarność;
• niewystarczająco wysoka przyczepność do materiału podstawowego;
• wysoka porowatość warstw, która uniemożliwia ciągłą pracę produktów w środowiskach korozyjnych bez dodatkowej ochrony.

Technologia obróbki metalu

Druty do topienia o przekroju 1,5–2 mm przechodzą przez otwory w palniku. Między prętami wypełniającymi powstaje łuk elektryczny, który powoduje ich stopienie.

Sprężone powietrze wydostaje się z dyszy znajdującej się pośrodku metalizatora, zbierając małe krople stopionego metalu i przenosząc je na obrabianą powierzchnię.

Sprężone powietrze jest zwykle używane do natryskiwania i przenoszenia stopionego materiału. Jeżeli jako materiał wypełniający do powlekania łukiem elektrycznym stosuje się stal nierdzewną lub stopy aluminium, stosuje się azot.

Intensywność dopływu skroplonego dodatku podczas metalizacji łukiem elektrycznym dobierana jest zgodnie z wymaganym trybem łuku, co wpływa na odległość między elementami drutu.

Metalizatory łuku elektrycznego mają następujące standardowe tryby pracy:

• napięcie - 24-35 V;
• siła prądu - 75-200 A;
• ciśnienie powietrza nawiewanego - 0,5 MPa;
• produkcja aparatów - 30–300 g/min.

Proces metalizacji łuku elektrycznego jest stabilny przy stałym prądzie i pozwala na tworzenie natrysku o drobnoziarnistej strukturze.

Rysunek przedstawia główne elementy metalizatora:

• 1 - dysze;
• 2 - punkt materiału wypełniającego;
• 3 - punkt wylotu sprężonego powietrza.

Metalizowana powierzchnia jest wstępnie oczyszczana z olejów, brudu i ognisk korozji. Przygotowanie dużych produktów odbywa się metodą piaskowania lub śrutowania po wstępnym odtłuszczeniu.

Aby poprawić przyczepność, czas między zakończeniem prac przygotowawczych a wykonaniem powłoki łukowej nie powinien przekraczać 120 minut.

Aby zminimalizować naprężenia temperaturowe i zapobiec przegrzaniu produktów, metalizacja warstwa po warstwie jest przeprowadzana z przerwami w celu schłodzenia i utworzenia powłoki.

Metal jest najpierw nakładany na obszary produktu w miejscach nagłych przejść, zaokrągleń, narożników, występów lub półek. Następnie przeprowadza się metalizację głównych obszarów, pod warunkiem, że dodatek jest nakładany równomiernie w jednym lub kilku przejściach.

Wymagany rodzaj, wielkość i kształt produktu uzyskuje się po napylaniu łukiem elektrycznym podczas obróbki końcowej.

Materiały wypełniające

Korzystnie jako materiał wypełniający stosuje się walcówkę o ciągłej długości. Dodatki są dostarczane w dwóch rodzajach:

• solidna sekcja;
• proszek.

Intensywność wlotu jest przypisana 220-850 m / h.

Aby stworzyć ochronną warstwę elementów metalowych z ich późniejszym sadzeniem lub stałym połączeniem, stosuje się nitkę z drutu litego. Pręty proszkowe należy stosować do tworzenia powierzchni o podwyższonej twardości podczas metalizacji łukiem elektrycznym.

Do tworzenia warstw antykorozyjnych stosuje się wysokostopowe spoiwa na bazie żelaza, druty z metali nieżelaznych.

Do aplikacji metodą metalizacji łukiem elektrycznym najczęściej stosuje się aluminium, cynk i oparte na nich związki.

Dodatek z wężownic przechodzi przez dwa elastyczne węże do metalizatora. Kasety i pilot znajdują się na cokole 3 i można je obracać wzdłuż osi pionowej.

Łukowe urządzenie do metalizacji EDM-3 charakteryzuje się niewielką wagą (1,8 kg), a możliwość obracania kasety i jednostki sterującej w poziomie czyni go wygodnym w obsłudze.

Aparat do łuku elektrycznego o innej konstrukcji EM-6 musi być zainstalowany na wsporniku tokarka, na wale, na którym zamontowana jest natryskiwana część. Pomiędzy metalizatorem a produktem zamocowany jest stalowy lejek. Na jego powierzchnię nakłada się sproszkowany grafit, płynne szkło potasowe lub sodowe. Dzięki takiemu rozwiązaniu efektywność wykorzystania materiału wypełniającego wzrasta o 10-15%.

Zmodernizowano układ zraszania aparatu łukiem elektrycznym poprzez zamontowanie stożkowej dyszy powietrznej. Pozwala to na zmniejszenie kąta rozwarcia stożka, zwiększenie energii strumienia natrysku oraz nakładanie warstw pod ciśnieniem 0,45–0,5 MPa.

Elementy konstrukcyjne łukowego urządzenia do metalizacji EM-6:

1. Metalizator.
2. Dysza w kształcie stożka.
3. Produkt do przetworzenia.
4. Nabój.
5. Urządzenie służące do przesuwania wspornika maszyny wraz z metalizatorem łuku elektrycznego w kierunku wzdłużnym.

Łuk może być zasilany prądem przemiennym lub stałym. Przy zastosowaniu prądu stałego łuk pali się w sposób ciągły i równomierny, dzięki czemu w porównaniu z prądem przemiennym proces topienia jest bardziej stabilny, zapewnione jest wysokie rozproszenie cząstek nałożonego metalu oraz gęstość wytworzonych przez nie powłok.

Podziel się swoją pracą w mediach społecznościowych

Jeśli ta praca Ci nie odpowiadała, na dole strony znajduje się lista podobnych prac. Możesz także użyć przycisku wyszukiwania

Metalizacja łukowa

Istota procesu polega na tym, że natryskiwany metal topi się łukiem elektrycznym, rozpryskuje na cząstki o wielkości 10-100 mikronów i przenosi strumieniem gazu na powierzchnię, która ma zostać zregenerowana.

Ryż. 4.49. Schemat metalizacji łukiem elektrycznym: 1 - powierzchnia natryskiwana; 2 - wskazówki przewodnika; 3 - dysza powietrzna; 4 - rolki podające; 5 - drut; 6 - gaz.

Łuk elektryczny jest zajarzany między dwoma drutami elektrodowymi 5, które są od siebie odizolowane i podawane równomiernie przez mechanizmy rolkowe 4 z prędkością 0,6-1,5 m / min przez ucha prowadzące 2. Jeśli druty są wykonane z różnych materiałów, to materiał powłoki jest ich stopem. Odległość od dyszy do części wynosi 80-100 mm.

Jednocześnie sprężone powietrze lub gaz obojętny pod ciśnieniem 0,4-0,6 MPa wchodzi do strefy łuku przez dyszę powietrzną 3, która rozpyla stopiony metal i przenosi go na powierzchnię części 1. Wysoka prędkość cząstek metalu (120 -300 m/s) oraz znikomy czas lotu, liczony w tysięcznych sekundy, powodują w momencie uderzenia w element ich odkształcenie plastyczne, wypełnienie porów powierzchni elementu cząstkami, adhezję cząstek do siebie i do części, w wyniku czego powstaje na nich ciągła powłoka. Poprzez sekwencyjne nakładanie warstw cząstek metalu można uzyskać powłokę o grubości większej niż 10 mm (zwykle 1,0-1,5 mm dla materiałów ogniotrwałych i 2,5-3,0 mm dla materiałów niskotopliwych).

Łuk może być zasilany prądem przemiennym lub stałym. Przy zastosowaniu prądu stałego łuk pali się w sposób ciągły i równomierny, dzięki czemu w porównaniu z prądem przemiennym proces topienia jest bardziej stabilny, zapewnione jest wysokie rozproszenie cząstek nałożonego metalu oraz gęstość wytworzonych przez nie powłok.

Do natrysku łukiem elektrycznym stosuje się metalizatory elektryczne: obrabiarki EM-6, MES-1, EM-12, EM-15 (ze znacznym nakładem prac renowacyjnych), które są zwykle montowane na tokarkach lub oprzyrządowaniu specjalnym lub ręcznym ( przenośne) EM-3, REM-ZA, EM-9, EM-10 (przy niewielkim nakładzie pracy).

Materiałem wypełniającym do metalizacji, w zależności od przeznaczenia powłoki, jest zwykle drut elektrodowy (stal, miedź, mosiądz, brąz, aluminium itp.) (tabela 4.8) o średnicy 1-2 mm. Do uzyskania powłok przeciwciernych stosuje się bimetaliczny drut ołowiowo-aluminiowy o stosunku masowym tych metali 1:1.

Drut powinien być gładki, czysty i miękki. Drut stalowy sztywny jest wyżarzany w temperaturze 800-850 ° C, po czym następuje powolne chłodzenie wraz z piecem. Aby zmniejszyć sztywność drutu wykonanego z miedzi i jej stopów, wymagane jest ogrzewanie do 550-600 ° C, a następnie chłodzenie w wodzie.

Główne zalety metalizacji łukiem elektrycznym to wysoka wydajność w porównaniu z innymi metodami (do 50 kg natryskiwanego materiału na godzinę) oraz nieskomplikowany sprzęt technologiczny.

Jego wady obejmują znaczne (do 20%) wypalenie pierwiastków stopowych i zwiększone utlenianie metali. Aby wyeliminować te wady, w uzasadnionych przypadkach zamiast sprężonego powietrza do natrysku roztopionego metalu stosuje się produkty spalania gazu ziemnego lub paliwa węglowodorowego, z wyłączeniem oddziaływania cząstek metalu z powietrzem (metoda aktywowanej metalizacji). Jednocześnie na skutek nawęglania i utwardzania cząstek metalu wzrasta twardość natryśniętej warstwy.

Tabela 4.8

Materiał drutu elektrodowego do różnych powłok

Metalizacja wysokiej częstotliwości

Metoda ta polega na topieniu materiału wypełniacza przez nagrzewanie indukcyjne prądem wysokiej częstotliwości (200-300 kHz) i natryskiwaniu stopionego metalu strumieniem sprężonego powietrza. Jako materiał wypełniający stosuje się drut i pręty ze stali węglowej o średnicy 3–6 mm. Powłoki nakładane są metalizatorami wysokiej częstotliwości MVCh-1, MVCh-2 itp.

Materiał wypełniający 6 topi się w cewce 4 metalizatora, który jest połączony z generatorem prądu o wysokiej częstotliwości. Materiał wypełniający jest w sposób ciągły podawany przez rolki 7 przez tuleję prowadzącą 8 i dzięki obecności koncentratora 3 topi się na krótkiej długości. Sprężone powietrze dochodzące z kanału 5 do strefy topienia rozpyla stopiony materiał i przenosi jego cząstki w postaci strumienia gazowo-metalowego 2 na natryskiwaną powierzchnię 1.

Ryż. 4,50. Schemat natryskiwania metodą wysokiej częstotliwości: 1 - natryskiwana powierzchnia; 2 - strumień gazowo-metalowy; 3 - koncentrator prądu; 4 - induktor; 5 - kanał powietrzny; b - drut; 7 - rolki podające; 8 - tuleja prowadząca

W porównaniu z łukiem elektrycznym metalizacja o wysokiej częstotliwości zmniejsza wypalanie pierwiastków stopowych i porowatość powłoki, a także zwiększa wydajność procesu.

Powłoki nanoszone metodą metalizacji wysokiej częstotliwości, ze względu na korzystne warunki topnienia materiału wypełniacza, mają lepszą strukturę i właściwości fizyko-mechaniczne niż innymi metodami, z wyjątkiem metalizacji plazmowej. Zalety te wynikają w szczególności z faktu, że wypalenie głównych pierwiastków chemicznych zmniejsza się 4-6 razy, nasycenie powłoki tlenkami zmniejsza się 2-3 razy, co zwiększa przyczepność i zmniejsza zużycie materiału wypełniającego. Wadą tej metody metalizacji jest konieczność posiadania bardziej wyrafinowanego sprzętu technologicznego.

Metalizacja plazmowa

Jest to progresywna metoda powlekania, w której topienie i przenoszenie materiału na naprawianą powierzchnię odbywa się za pomocą strumienia plazmy. Plazma to silnie zjonizowany stan gazu, w którym stężenie elektronów i jonów ujemnych jest równe stężeniu jonów naładowanych dodatnio. Strumień plazmy jest wytwarzany przez przepuszczenie gazu tworzącego plazmę przez łuk elektryczny, gdy jest on zasilany ze źródła prądu stałego o napięciu 80-100 V.

Przechodzeniu gazu do stanu zjonizowanego i jego rozpadowi na atomy towarzyszy pochłonięcie znacznej ilości energii, która uwalniana jest podczas schładzania plazmy w wyniku jej oddziaływania z otoczeniem i natryskiwaną częścią. Prowadzi to do wysokiej temperatury strumienia plazmy, która zależy od natężenia prądu, rodzaju i natężenia przepływu gazu. Jako gaz tworzący plazmę zwykle stosuje się argon lub azot, rzadziej wodór lub hel. Przy stosowaniu argonu temperatura plazmy wynosi 15 000-30 000 ° C, a azotu - 10 000-15 000 ° C. Przy wyborze gazu należy pamiętać, że azot jest tańszy i mniej rzadki niż argon, ale aby zapalić w nim łuk elektryczny, wymagane jest znacznie wyższe napięcie, co prowadzi do zwiększonych wymagań dotyczących bezpieczeństwa elektrycznego. Dlatego czasami do zajarzenia łuku używany jest argon, dla którego napięcie wzbudzenia i spalania łuku jest mniejsze, a w procesie natryskiwania stosuje się azot.

Powłoka powstaje dzięki temu, że nałożony materiał wchodzący do strumienia plazmy jest topiony i przenoszony strumieniem gorącego gazu na powierzchnię części. Prędkość lotu cząstek metalu wynosi 150-200 m/s w odległości od dyszy do powierzchni części 50-80 mm. Ze względu na wyższą temperaturę nakładanego materiału i większą prędkość przelotu siła wiązania powłoki plazmowej z detalem jest wyższa niż w przypadku innych metod metalizacji.

Wysoka temperatura i duża moc w porównaniu z innymi źródłami ciepła to główna różnica i zaleta metalizacji plazmowej, która zapewnia znaczny wzrost wydajności procesu, możliwość topienia i nakładania dowolnych materiałów żaroodpornych i odpornych na zużycie, w tym stopy twarde i materiały kompozytowe, a także tlenki, borki, azotki itp. inne w różnych kombinacjach. Dzięki temu możliwe jest formowanie powłok wielowarstwowych o różnych właściwościach (odporne na ścieranie, docieranie, żaroodporne itp.). Najwyższej jakości powłoki uzyskuje się stosując samotopliwe materiały nawierzchniowe.

Gęstość, struktura oraz właściwości fizyczne i mechaniczne powłok plazmowych zależą od zastosowanego materiału, dyspersji, temperatury i szybkości zderzenia przenoszonych cząstek z odtwarzaną częścią. Ostatnie dwa parametry zapewnia sterowanie strumieniem plazmy. Właściwości powłok plazmowych znacznie się zwiększają po ich późniejszym rozpływie. Takie powłoki są skuteczne w przypadku uderzeń i dużych obciążeń kontaktowych.

Zasada działania i urządzenie plazmotronu zilustrowano na ryc. 4.51. Strumień plazmy uzyskuje się przepuszczając gaz tworzący plazmę 7 przez łuk elektryczny utworzony pomiędzy katodą wolframową 2 a anodą miedzianą 4, gdy źródło prądu jest do nich podłączone.

Katoda i anoda są oddzielone izolatorem 3 i są stale chłodzone cieczą b (korzystnie wodą destylowaną). Anoda wykonana jest w postaci dyszy, której konstrukcja zapewnia kompresję i określony kierunek strumienia plazmy. Kompresja jest również ułatwiona przez pole elektromagnetyczne wokół dżetu. Dlatego zjonizowany gaz tworzący plazmę opuszcza dyszę palnika plazmowego w postaci strumienia o małym przekroju, co zapewnia wysoką koncentrację energii cieplnej.

Ryż. 4.51. Schemat procesu natryskiwania plazmowego: 1 - dozownik proszku; 2 — katoda; 3 - uszczelka izolacyjna; 4 - anoda; 5 - transport gazu; 6 - płyn chłodzący; 7 - gaz tworzący plazmę

Zastosowane materiały stosowane są w postaci granulowanych proszków o wielkości cząstek 50-200 mikronów, sznurów lub drutów. Proszek może być podawany do strumienia plazmy razem z gazem plazmotwórczym lub z dozownika 1 z gazem transportującym 5 (azot) do dyszy palnika gazowego, a drut lub przewód wprowadzany jest do strumienia plazmy poniżej palnika plazmowego dysza. Przed użyciem proszek należy wysuszyć i kalcynować w celu zmniejszenia porowatości i zwiększenia przyczepności powłoki do części.

Strumień plazmy i znajdujące się w nim cząstki stopionego metalu przed oddziaływaniem z powietrzem mogą być chronione przez przepływ gazu obojętnego, który musi otaczać strumień plazmy. W tym celu w plazmotronie koncentrycznie względem głównej znajduje się dodatkowa dysza, przez którą doprowadzany jest gaz obojętny. Dzięki temu wykluczone jest utlenianie, azotowanie i odwęglanie natryskiwanego materiału.

W rozważanym przykładzie źródło prądu jest połączone z elektrodami plazmotronu (obwód z zamkniętym połączeniem), więc łuk elektryczny służy jedynie do wytworzenia strumienia plazmy. Przy zastosowaniu nałożonego materiału w postaci drutu można do niego podłączyć również źródło zasilania. W tym przypadku oprócz strumienia plazmy powstaje łuk plazmowy, który również uczestniczy w topieniu pręta, dzięki czemu moc palnika plazmowego znacznie wzrasta

Nowoczesne instalacje do napawania plazmowego mają systemy elektroniczne regulacja parametrów procesu, wyposażona w manipulatory i roboty. Zwiększa to wydajność i jakość procesu natryskiwania, poprawia warunki pracy personelu serwisowego.

Metalizacja płomieniowa

Metoda powlekania płomieniowego polega na topieniu nałożonego materiału płomieniem wysokotemperaturowym, natryskiwaniu i przenoszeniu cząstek metalu na uprzednio przygotowaną powierzchnię części strumieniem sprężonego powietrza lub gazu obojętnego. Temperatura płomienia gazów palnych zmieszanych z tlenem mieści się w zakresie 2000-3200 °C. Do metalizacji płomieniowej stosuje się materiały w postaci drutów, proszków i sznurów. Sznury składają się z sypkiego wypełniacza w powłoce z materiału wypalającego się całkowicie w płomieniu gazowym.

Metal topi się za pomocą płomienia redukującego, co pozwala, w porównaniu z metalizacją łukiem elektrycznym, zmniejszyć wypalanie pierwiastków stopowych i odwęglenie materiału, a tym samym poprawić jakość powłoki. Zaletą metalizacji płomieniowej jest również stosunkowo niskie utlenienie metalu podczas natryskiwania na małe cząstki, co zapewnia wyższą gęstość i wytrzymałość powłoki. Wadą tej metody jest niska wydajność natrysku (2-4 kg metalu na godzinę) oraz wyższy koszt materiałów nawierzchniowych.

W zależności od przeznaczenia części, jej materiału i warunków pracy podczas renowacji stosuje się różne metody metalizacji płomieniowej.

Natryskiwanie płomieniowe materiałów prętowych... Drut do spawania 3 topi się płomieniem 7 mieszaniny gazów palnych (acetylen lub propan-butan) z tlenem, które są podawane do komory mieszania 1 kanałami odpowiednio 5 i 2. metal strumienia 8 i przenosi je do natryskiwanej powierzchni 9.

Palniki mogą być ręczne lub maszynowe. W palnikach drutowych stosuje się drut o średnicy od 1,5 do 5,0 mm.

Ryż. 4.52. Schemat metalizacji drutu; 1 - komora mieszania; 2 - kanał dostarczania tlenu; 3 - drut; 4 - przewodnik; 5 - kanał do dostarczania acetylenu; 6 - kanał powietrzny; 7 - płomień; 8 - strumień gazowo-metalowy; 9 - spryskana powierzchnia

Natryskiwanie płomieniowe materiałów proszkowych... Ta metoda metalizacji jest szeroko stosowana ze względu na to, że zastosowanie materiałów proszkowych daje jej dodatkowe zalety. Obejmują one:

- duża elastyczność procesu, wyrażająca się w możliwości nakładania powłok na produkty o różnych wymiarach;

- brak ograniczeń dotyczących kombinacji materiałów powłokowych i części, co pozwala na odtworzenie części o szerszym zakresie i przeznaczeniu;

- mniejszy wpływ procesu powlekania na właściwości materiału części itp.

Zużyte powierzchnie osadzenia wałów i części karoserii narażone są na natryskiwanie płomieniowe.

W zależności od przeznaczenia i materiału naprawianej części, warunków jej eksploatacji, wymagań dotyczących powłoki i jej dodatkowej obróbki stosuje się metody powlekania płomieniowego.: non-reflow i reflow, który można wykonać zarówno w trakcie natrysku, jak i po nim (patrz tabela)

W zależności od zastosowanej metody natrysku stosowane są odpowiednie materiały proszkowe (patrz tabela).

Rozpylanie płomieniowe bez późniejszego rozpływuSłuży do odnawiania nieodkształconych części o zużyciu do 2,0 mm i zachowanej strukturze metalu nieszlachetnego, które podczas eksploatacji nie są narażone na wstrząsy, obciążenia zmienne i nagrzewanie w wysokiej temperaturze. Część jest podgrzewana palnikiem z nadmiarem acetylenu, aby zapobiec utlenianiu powierzchni. Części stalowe są podgrzewane do 50-100°C, brąz i mosiądz - do 300°C.

Natrysk bez rozpływu odbywa się w dwóch etapach: najpierw nakładana jest podwarstwa (proszek PT-NA-01), a następnie warstwa główna (proszek PT-19N-01 lub inne). Warstwa główna jest nakładana w kilku przejściach, a grubość powłoki nie powinna przekraczać 2,0 mm na stronę. Elementy kształtowe i płaskie są natryskiwane ręcznie, a części typu „wał” natryskiwane ręcznie lub na instalacjach zmechanizowanych z automatycznym podawaniem metalizera.

Topienie jest konieczne w przypadku powłok metalizowanych działających pod obciążeniem udarowym, ponieważ ze względu na niską przyczepność do metalu podstawowego, niestopione powłoki mogą pękać i łuszczyć się. Powłoki przeznaczone do topienia powinny zawierać materiały, które dobrze zwilżają powierzchnię części i mają właściwości samoutwardzalne, takie jak stopy proszkowe na bazie niklu.

Faza ciekła powstająca podczas topienia powłoki sprzyja intensyfikacji procesów dyfuzji między nią a metalem części. W rezultacie zwiększa się siła wiązania, wytrzymałość, odporność na zużycie i gęstość materiału powłoki. Do ponownego rozpływu wykorzystywane są różne źródła ciepła (płomień acetylenowo-tlenowy, łuk plazmowy, prądy o wysokiej częstotliwości, wiązka laserowa, piece z atmosferą ochronną i redukującą itp.). Temperatura rozpływu nie powinna przekraczać 1100 ° С. Technologia rozpływu powinna wykluczać przegrzewanie i łuszczenie powłoki. Po rozpływie część jest chłodzona wraz z odpowiednio nagrzanym piecem.

Rozpylanie, a następnie ponowne rozlanieSłuży do odnawiania części typu „wał” o grubości powłoki do 2,5 mm. Reflow jest wykonywany natychmiast po oprysku. Spryskany obszar jest podgrzewany aż do stopienia powłoki, co daje błyszczącą powierzchnię. Twardość stopionych powłok zależy od gatunku proszku. Są odporne na korozję, ścieranie, wysoką temperaturę i mogą być stosowane do części pracujących pod obciążeniem przemiennym i stykowym.

Schemat natrysku gazowo-proszkowego bez rozpływu przedstawiono na ryc. 4.53.

Ryż. 4.53. Schemat natryskiwania płomieniowego materiału proszkowego za pomocą gazu nośnego: 1 - mieszanina tlenu z gazem palnym; 2 - transport gazu; 3 - rozpylany proszek; 4 - dysza; 5 - pochodnia; 6 - okładka; 7 - podłoże

Rozpylanie z jednoczesnym rozpływem(napawanie proszkowo-gazowe) służy do odnawiania części o miejscowym zużyciu do 3-5 mm, pracujących pod obciążeniami przemiennymi i udarowymi, wykonanych z żeliwa, stali konstrukcyjnych, odpornych na korozję i innych materiałów.

Podstawą systemu malowania proszkowego z jednoczesnym rozpływem jest typowy palnik spawalniczy, uzupełniony o urządzenie do podawania proszku do płomienia gazowego. Opryskiwacze różnią się stopniem mechanizacji (ręczny i maszynowy), mocą (bardzo mała, mała, średnia i duża moc), sposobem podawania proszku (wtrysk i bezwtryskowy).

Proces technologiczny renowacji części z powłoką płomieniową obejmuje generalnie następujące operacje:

- wstępne ogrzewanie zrekonstruowanej części do 200-250 ° С;

- nałożenie podwarstwy jako podstawy do aplikacji warstw głównych;

- nałożenie głównej warstwy powłokowej o wymaganych właściwościach fizycznych i mechanicznych;

- obróbka mechaniczna nałożonej warstwy i kontrola powłoki.

Przy wszystkich pozostałych parametrach częściowe podgrzanie i podpowłoka wpłynie na przyczepność powłoki do metalu podstawowego. Zależy to również od sposobu przygotowania powierzchni do natrysku, zastosowania proszków termoregulacyjnych, efektywnej mocy płomienia, metody i parametrów procesu natryskiwania, obecności dodatków powierzchniowo czynnych w materiale powłokowym, zastosowanego sprzętu oraz inne czynniki.

Obróbka powłok natryskowych o twardości do 40 HRCe odbywa się poprzez cięcie narzędziami z węglików spiekanych oraz narzędziami wykonanymi z materiałów supertwardych. Zaleca się toczenie w następującej kolejności: fazowanie na krawędziach powłoki; rowek nałożonej warstwy od środka powłoki do końców części, aż do wyeliminowania nierówności nałożonej warstwy lub ostatecznej obróbki przywracanej powierzchni z wymaganą dokładnością i chropowatością.

Natryskiwane powierzchnie są również obrabiane poprzez szlifowanie na odpowiednich maszynach (szlifowanie walców, szlifowanie wewnętrzne, szlifowanie płaszczyzn). W takim przypadku konieczne jest użycie chłodziwa, na przykład 2-3% roztworu sody kalcynowanej. Szlifowanie odbywa się bezpośrednio po powlekaniu lub po wstępnym toczeniu. Szlifowanie powłok natryskowych o twardości do 60 HRCe odbywa się za pomocą ściernic z węglika krzemu lub białego elektrokorundu, a o twardości powyżej 60 HRCe za pomocą ściernic diamentowych.

Natryskiwanie powłok metodą detonacyjną

Proces metalizacji w tego typu natryskiwaniu odbywa się dzięki energii uwalnianej podczas detonacji – procesowi chemicznej przemiany materiału wybuchowego, który zachodzi w bardzo cienkiej warstwie i rozprzestrzenia się przez materiał wybuchowy w postaci specjalnego rodzaju płomienia przy prędkość ponaddźwiękową (w mieszaninach gazowych 1000-3500 m / s ).

Instalacje do metalizacji wykorzystują jako materiał wybuchowy mieszaninę tlenu i acetylenu, której detonacja jest rodzajem spalania paliwa gazowego. Energia potencjalna uwolnionej w tym przypadku mieszanki gazowej tworzy falę uderzeniową i utrzymuje w niej wysoką temperaturę (ponad 500°C) oraz ciśnienie (kilkadziesiąt GPa). Źródłem detonacji jest zwykle efekt cieplny mieszaniny gazowej (iskra elektryczna).

Materiały proszkowe wchodzące w strefę detonacji są podgrzewane do temperatury powyżej 3500 °C i poruszają się wraz z produktami detonacji z dużą prędkością, która na wyjściu z lufy wynosi 800-900 m/s. W ten sposób materiał powłokowy jest wyrzucany przez falę uderzeniową na obrabianą powierzchnię z prędkością ponaddźwiękową.

W praktyce powłoki detonacyjne powstają pod wpływem energii okresowo powstających wybuchów mieszaniny tlenu i acetylenu. Instalacja (pistolet) do rozpylania detonacyjnego (rys. 4.57) zawiera: komorę spalania wykonaną w połączeniu z lufą chłodzoną wodą 5; urządzenie zapłonowe (świeca elektryczna) 2 ze źródłem zasilania 3; urządzenie dostarczające tlen i acetylen 1, dozownik proszku 4.

Ryż. 4.57. Schemat instalacji do zraszania metodą detonacyjną: 1 - urządzenie do podawania mieszaniny gazów; 2 - świeca elektryczna; 3 - zasilanie; 4 - dozownik proszku; 5 - pień; 6 - podłoże; 7 - szczegół; 8 - okładka; 9 - proszek

Spryskana część 6 jest instalowana w odległości 70-150 mm od krawędzi lufy. W procesie powlekania następuje sekwencyjnie: doprowadzenie tlenu i acetylenu do komory spalania; dostarczenie określonej ilości rozpylonego proszku z dozownika w strumieniu azotu; zapłon mieszaniny tlenu i acetylenu za pomocą iskry elektrycznej; spalanie mieszanki gazowej, wyrzut proszku z lufy w kierunku opryskiwanej powierzchni. Proch i gazy są podawane do lufy automatycznie. Zabezpieczenie zaworów gazowych przed wybuchem i oczyszczenie beczki z produktów spalania zapewnia doprowadzenie do niej azotu.

Opisany cykl jest zwykle powtarzany z częstotliwością 3-4 Hz, którą można zwiększyć do 15 Hz lub więcej. Z każdym wybuchem powłoka jest nakładana na ograniczony obszar powierzchni, tak więc poprzez przesuwanie części względem pistoletu powstaje ciągła powłoka. Powłoka jest utworzona z całkowicie stopionych cząstek proszku lub z mieszaniny stopionych lub niestopionych cząstek. Duża prędkość w momencie uderzenia oraz wysoka temperatura w strefie oddziaływania powodują napawanie proszku na powierzchnię części. Pomimo wysokiej temperatury produktów detonacji i cząstek proszku, malowana część nagrzewa się do temperatury nie wyższej niż 200°C.

W przeciwieństwie do metod płomienia gazowego i plazmy, powłoki detonacyjne powstają przy wyższych prędkościach cząstek i obecności większych niestopionych cząstek proszku. Pierwsza warstwa powłoki praktycznie nie posiada porów (porowatość poniżej 0,5%), a poszczególne pory w niej powstałe zmniejszają swoją objętość lub zanikają w trakcie tworzenia kolejnych warstw.

Powłoki detonacyjne mają również wysoką siłę wiązania (do 20 GPa) z metalem podstawowym. Wynika to z faktu, że pomimo niskiej temperatury ogólnej warstwy wierzchniej detalu (200–250 °C) temperatura w poszczególnych punktach styku metalu nanoszonego z metalem podstawowym osiąga temperaturę topnienia stali. W związku z tym następuje fuzja i mieszanie tych metali w celu utworzenia silnego wiązania.

Proszki czystych metali są rozpylane metodami detonacyjnymi - N i , Al, Mo, tlenki, węgliki, azotki itp. Grubość powłok detonacyjnych wynosi zwykle 40-220 µm. Cieńsze powłoki mają mniejszą odporność na zużycie. Powłoka składa się z trzech stref: strefa przejściowa o grubości 5–30 µm określa siłę przyczepności powłoki do podłoża; strefa główna, której grubość w zależności od przeznaczenia powłoki wynosi 30-150 mikronów; strefa powierzchniowa o grubości 10-40 µm, która jest zwykle usuwana podczas obróbki.

Proces technologiczny powłoki detonacyjnej obejmuje przygotowanie natryskiwanej powierzchni i proszku; nakładanie powłok i kontrola jakości; obróbka i kontrola jakości powłok po obróbce.

W celu stworzenia silnego połączenia pomiędzy materiałami części a powłoką zaleca się nałożenie warstwy pośredniej - podłoża. Jest niezbędny w przypadku słabej przyczepności powłoki do materiału części, wartości współczynników rozszerzalności cieplnej materiałów powłoki i części znacznie się różnią, a część pracuje w warunkach zmiennych temperatury. Grubość warstwy pośredniej wynosi 0,05-0,15 mm. Do jego aplikacji używa się proszków nichromu, molibdenu, stopów niklowo-aluminiowych, stali 12X18H9 itp. Obszary powierzchni części, na które nie nakłada się powłoki, pokrywa się sitami wykonanymi z cienkich blach.

Odległość natryskiwania ustalana jest w zależności od materiału, wielkości i kształtu detalu, materiału oraz wymaganej grubości powłoki w zakresie 50-200 mm. Wymaganą grubość powłoki uzyskuje się poprzez wielokrotne powtarzanie cykli natryskiwania. Przemieszczenie części pomiędzy dwoma cyklami nie powinno przekraczać 0,5 średnicy otworu w lufie.

Właściwości powłok natryskiwanych cieplnie

Wchodząc w interakcje z tlenem znajdującym się w powietrzu, cząsteczki metalu ulegają utlenieniu. Powstały film tlenkowy oddziela je i zapobiega tworzeniu się silnych metalowych wiązań cząstek z podłożem i między sobą. Ze względu na znaczną ilość tlenków i wtrąceń żużla powłoka jest niejednorodna,porowata struktura... Zazwyczaj gęstość wynosi 80-97%. Pokrycia od A l 2 O 3 i Zr0 2 mają porowatość 10-15%. Samotopliwe powłoki stopowe na bazie niklu mogą mieć porowatość mniejszą niż 2%.

Powłoka metaliczna jest wystarczająca kruchy o niskiej wytrzymałości na rozciąganie i niskiej wytrzymałości zmęczeniowej materiału natryskiwanego (wytrzymałość na rozciąganie dla stali wynosi średnio 10-12 MPa). Dlatego powłoka nie zwiększa wytrzymałości części, alejego wytrzymałość zmęczeniowanawet zmniejsza się, co wiąże się w szczególności z powstawaniem dodatkowych koncentratorów naprężeń na powierzchni części podczas jej przygotowania do metalizacji. W związku z tym metalizacji nie należy stosować do przywracania części z niewielkim marginesem bezpieczeństwa.

Zasięg charakteryzuje się stosunkowosłaba siła przyczepnościz metalem nieszlachetnym i cząstkami ze sobą, ponieważ bez użycia specjalnego efektu dodatkowego jest to determinowane przez molekularne siły oddziaływania między stykającymi się ze sobą obszarami i czysto mechaniczną adhezję rozpylanych cząstek do nierówności powierzchni części. Tylko w niektórych lokalnych punktach poszczególne cząstki można przyspawać do metalu części. Dlatego na przykład siła przyczepności powłoki (MPa) podczas elektrometalizacji wynosi 10-25, z płomieniem - 12-28, z plazmą do 40. W związku z tym metalizacja nie jest stosowana do przywracania części pracujących przy wysokich naprężeniach ścinających (zęby kół zębatych, krzywki i inne) narażone na obciążenia udarowe, a także powierzchnie o małej powierzchni, które odbierają znaczne obciążenia (gwinty, rowki itp.).

Specjalne metody zwiększania przyczepności powłoki do podłoża obejmują: wstępne podgrzanie detalu do temperatury 200-300 °C, nałożenie warstwy pośredniej (podwarstwy) z materiałów niskotopliwych lub ogniotrwałych oraz stopienie powłoki.

Powłoki natryskowedziałają dobrze na kompresję... Na przykład ostateczna wytrzymałość na ściskanie powłoki stalowej wynosi 800-1200 MPa, czyli jest wyższa niż w przypadku żeliwa.

Twardość Warstwa metalizowana jest zwykle wyższa niż twardość metalu macierzystego ze względu na twardnienie nałożonego materiału podczas procesu metalizacji, utwardzenie przenoszonych cząstek metalu po uderzeniu o powierzchnię oraz obecność warstewek tlenkowych w utworzonej warstwie .

Jednak jego odporność na zużycienie jest związany z twardością i przy tarciu suchym może być 2-3 razy mniejszy niż metalu części, dlatego powłoki metalizowane nie mogą być stosowane w wiązaniach pracujących bez smarowania lub z okresowo dostarczanym smarem. Jednak w obecności smarowania powłoki metalizowane zapewniają niższy współczynnik tarcia w wiązaniach i większą odporność części na zużycie. Wynika to z faktu, że dzięki swojej porowatości warstwa metalizowana wchłania olej do 9% swojej objętości. W ten sposób obserwuje się efekt samosmarowania powłoki. Jeśli dopływ smaru jest niewystarczający lub jest chwilowo przerwany, zatarcie następuje znacznie później w porównaniu z powierzchnią niemetaliczną. Powłoki plazmowe wykonane z materiałów ogniotrwałych charakteryzują się znaczną odpornością na zużycie, co wynika z ich właściwości fizycznych i mechanicznych.

W warunkach zużycia ściernego powłoki ze stopów samotopliwych na bazie niklu i A mają wysoką odporność l 2 O 3

W szczególności odporność na zużycie powłok wykonanych z samotopliwych stopów na bazie niklu (SNGN) jest 3,5-4,6 razy wyższa niż w przypadku stali hartowanej 45. Powłoki z pseudostopów cyna-ołów-miedź mają dobre właściwości przeciwcierne dla łożysk ślizgowych .

Do tworzenia powłok odpornych na korozję zwykle stosuje się aluminium, cynk, miedź, chrom-nikiel i inne stopy. Ze względu na porowatość powłok ich grubość nie powinna być mniejsza niż 0,2 mm dla cynku; 0,23 mm - dla aluminium; 0,18 mm - dla miedzi; 0,6-1,0 mm dla stali nierdzewnej.

Farby proszkowe do pieczenia

Pieczenie Jest to proces uzyskiwania powłoki metalicznej na powierzchni części, obejmujący nałożenie na nią warstwy proszku i podgrzanie ich do temperatury zapewniającej spiekanie materiału proszkowego i utworzenie silnego wiązania dyfuzyjnego z częścią. Metoda ta oparta jest na technologicznych metodach metalurgii proszków.

Aby uzyskać trwałą warstwę na powierzchni części, która ma niezawodną przyczepność do podłoża, konieczne jest aktywowanie powierzchni części, proszku lub obu składników. Najbardziej dostępne i skuteczne są następującerodzaje aktywacji: chemicznej, termicznej (przyspieszone nagrzewanie i wprowadzenie dodatków obniżających temperaturę topnienia w punktach kontaktu proszku z detalem), mocy (stworzenie niezawodnego kontaktu pomiędzy proszkiem a detalem).

Na aktywacja chemicznado wsadu wprowadzane są aktywne dodatki, zwykle w postaci zdyspergowanego proszku (bor, krzem, fosfor, nikiel itp.), równomiernie rozprowadzonego w nanoszonym proszku. Zmniejszają utlenianie metali i rozbijają warstwy tlenków.

Aktywacja termicznapolega na przyspieszonym nagrzewaniu w celu uruchomienia procesów dyfuzyjnych i krótkotrwałego wytworzenia w lokalnych strefach temperatury przekraczającej temperaturę topnienia. W tym przypadku w celu obniżenia temperatury pojawienia się fazy ciekłej stosuje się dodatki (z reguły wraz z aktywacją chemiczną), które tworzą niskotopliwą eutektykę. Najbardziej wydajne i technologiczne nagrzewanie cewki indukcyjnej prądami o wysokiej częstotliwości. Dzięki krótkotrwałemu nagrzaniu do temperatury zapewniającej wypiek zmniejsza się utlenianie proszku i detalu, co eliminuje konieczność stosowania środków ochronnych redukujących czy próżni.

Aktywacja zasilaniajest niezbędny w przypadkach, gdy bez odpowiedniego przylegania cząstek proszku do siebie i do powierzchni elementu nie jest możliwe stworzenie warunków niezbędnych do wypieku. Aktywacja siłowa pomaga zwiększyć gęstość powłoki i znacznie przyspiesza procesy dyfuzji pomiędzy cząsteczkami proszku a częścią. W praktyce do aktywacji siłowej stosuje się: statyczne przyłożenie obciążenia z jednoczesnym nagrzewaniem, spiekanie z zastosowaniem wibracji, docisk siłami odśrodkowymi.

Jednoczesne zastosowanie aktywacji chemicznej, termicznej i energetycznej pozwala na uzyskanie najwyższej jakości powłok.

Wypalanie elektrostykowe... W praktyce najczęściej stosuje się metodę elektrycznego odpalania stykowego z aktywacją mocy. Proces powlekania w tym przypadku przeprowadza się w następujący sposób. Proszek podawany jest na powierzchnię części, do której jest dociskana elektroda (najczęściej wałek) zgrzewarki stykowej. Pod działaniem impulsów prądu elektrycznego proszek jest podgrzewany do temperatury 0,9-0,95 jego temperatury topnienia. Ogrzewanie następuje z powodu energii uwalnianej, gdy prąd elektryczny przechodzi przez aktywny opór, który jest tworzony przez kontakt między cząstkami proszku, powierzchnią części i elektrodą.

Pod wpływem nacisku z boku elektrody plastikowe cząstki proszku odkształcają się, spiekają między sobą a powierzchnią części. Powłoka powstaje w wyniku bezdyfuzyjnego procesu wiązania oraz procesów dyfuzyjnego spiekania i spawania.

Proces wypieku zapewniony jest przy następujących parametrach: natężenie prądu do 30 kA, napięcie 1-6 V, czas trwania impulsu prądu 0,01-0,1 s, nacisk na proszek do 100 MPa.

Metoda wypalania elektrokontaktowego, charakteryzująca się wysoką wydajnością i niskim zużyciem energii, zapewnia przyczepność nałożonej warstwy proszku do części 150-200 MPa, tworzy w części niewielką strefę wpływu ciepła, nie wymaga stosowania atmosfery ochronnej i nie towarzyszy jej emisja światła i emisja gazów. Proszki stopowe stosuje się w celu nadania powłoce wymaganych parametrów porowatości, twardości i odporności na zużycie.

Do wad Metoda ta powinna uwzględniać niestabilność właściwości powłoki na długości detalu o tradycyjnym (cylindrycznym) kształcie elektrody (wałka), co jest spowodowane nierównomiernym nagrzewaniem się proszku na jego szerokości. Jeśli pod środkową częścią wałka, gdzie nacisk wywierany na proszek jest maksymalny, może się on przegrzać przed stopieniem, to pod skrajnymi odcinkami temperatura grzania może być niewystarczająca do wypieku wysokiej jakości, co może powodować odpryskiwanie nałożonej warstwy podczas pracy.

Nierównomierne nagrzewanie się proszku w tym przypadku wynika z jego sypkości, dzięki czemu gęstość warstwy proszku i w konsekwencji jej opór elektryczny na szerokości walca są zmienne. Aby ustabilizować nagrzewanie się proszku na całej szerokości wałka, jego zewnętrzna powierzchnia styku wykonać wklęsłe.

Metoda wypieku, opracowana w INDMASH Narodowej Akademii Nauk Białorusi, znajduje coraz szersze zastosowanie w przemyśle, w którym aktywacja siły odbywa się za pomocą sił odśrodkowych, a proszek i część podczas wypieku ogrzewane są indukcyjnie metoda.

Znacząca zaleta Ta metoda spiekanie polega na tym, że dzięki działaniu sił odśrodkowych na każdą cząsteczkę proszku zapewnia się wysokiej jakości tworzenie powłoki jednocześnie na całej długości powierzchni części. Dodatkowo, dzięki jednoczesnemu nagrzewaniu i formowaniu powłoki, ten proces spiekania charakteryzuje się wysoką wydajnością przy minimalnym utlenianiu powierzchni detalu i proszku.

Powłoki przeciwcierne i odporne na zużycie są nakładane przez spiekanie indukcyjne odśrodkowe na wewnętrzne, zewnętrzne i końcowe powierzchnie części cylindrycznych w szerokim zakresie średnic. W tym celu stosuje się specjalne instalacje odśrodkowe. Obrót części odbywa się zwykle wokół osi poziomej z zewnętrznym usytuowaniem cewki indukcyjnej, co umożliwia uzyskanie jednolitej grubości powłoki na całej długości części oraz nakładanie powłok w otworach o małej średnicy.

Zgodnie z typowym procesem technologicznym wypalania indukcyjnego odśrodkowego w otworze, część typu „tuleja” umieszczana jest w osłonie stalowej, do otworu wlewana jest mieszanina proszku i topnika, otwór jest zamykany na obu końcach część z nieprzywierającymi uszczelkami i osłonami.

Tak zmontowane urządzenie jest mocowane na wrzecionie instalacji odśrodkowej, zapewniając jego wstępne niezbędne ustawienie względem wzbudnika. Następnie wrzeciono jest wprawiane w ruch obrotowy i włączany jest obwód zasilania cewki indukcyjnej. Temperatura nagrzewania części jest kontrolowana przez odpowiedni system.

Po spiekaniu materiału proszkowego i spiekaniu powłoki induktor jest wyłączany przy zachowaniu obrotów wrzeciona. Obrót zostaje zatrzymany, gdy część zostanie schłodzona do 350-600 ° C, po czym urządzenie jest usuwane z instalacji i schładzane do naturalnej temperatury. Powstała powłoka jest przetwarzana do wymaganego rozmiaru.

Centrum Powłok Ochronnych - Ural (TsZPU) opanowało proces metalizacji łukiem elektrycznym (EDM), proces ten pozwala na stworzenie powłoki ochronnej poprzez stopienie dwóch drutów (o tym samym lub różnym składzie) z płonącym między nimi łukiem elektrycznym w temperaturze 5000 - 6000 C, a następnie natrysk i przeniesienie na powierzchnię przedmiotu za pomocą strumienia gazu z prędkością ponad 100 metrów na sekundę (argon, azot, strumień sprężonego powietrza). W ten sposób powstaje odporna na korozję powłoka ochronna o wysokiej przyczepności i niskiej porowatości, a żywotność ich części wzrasta kilkakrotnie. Metalizacja łukowa w naszym przedsiębiorstwie centrala sterownicza jest produkowana w specjalnych, zautomatyzowanych komorach. Nasz zaawansowany technologicznie sprzęt pozwala nam tworzyć wysokiej jakości powłoki ochronne o długiej żywotności i określonych właściwościach.

EDM - metalizacja łukiem elektrycznym

Metalizacja łukiem elektrycznym w Rosji przez natryskiwanie skutecznej ochrony metali. Przekazano szczegóły EDM nie korodują, są odporne w agresywnym środowisku, pracują wielokrotnie dłużej. W EDM (metalizacja łukiem elektrycznym) adhezja cząstek do podłoża następuje na chropowatej powierzchni. Zastosowane powłoki ochronne mają wysoką przyczepność do metalu i nie odklejają się od samej konstrukcji. W wyniku EDM na powierzchni wyrobów stalowych osadzają się drobne cząstki, które tworzą powłokę typu ciągłego. Zalety EDM duża (do 15 mm) grubość powstałej warstwy ochronnej. Aby poprawić właściwości antykorozyjne, powierzchnia jest powlekana metalem w kilku przejściach. W metalizacji łukiem elektrycznym natryskiwanie aluminium i cynku jest stosowane jako zamiennik cynkowania ogniowego.

Części, które zostały poddane metalizacji łukiem elektrycznym swoją strukturą, składem chemicznym i właściwościami znacznie różnią się od oryginalnych metali.

Zalety EDM

• Metalizacja łukiem elektrycznym umożliwia osadzanie różnych metali i stopów, a także dużej liczby związków i ich mieszanin. Różne materiały można natryskiwać w kilku warstwach, co pozwala na uzyskanie powłok o specjalnych właściwościach.
• Równomierną powłokę można rozpylić na dużej powierzchni, a także na ograniczonej powierzchni dużych przedmiotów.
• Natrysk jest najwygodniejszą i najbardziej ekonomiczną metodą, gdy konieczne jest pokrycie części dużego produktu.
• Podstawa, na której odbywa się natrysk, jest lekko zdeformowana.
• Proces technologiczny EDM zapewnia wysoką wydajność powlekania.

W wyjątkowych przypadkach metalizacja łukiem elektrycznym jest jedynym możliwym sposobem długotrwałej ochrony konstrukcji przed korozją i zniszczeniem. Metalowe powłoki ochronne nakładane przez EDM posiadają samoregenerujące właściwości ochronne. W przypadku mechanicznego uszkodzenia warstwy ochronnej miejsca takie zapychają się tlenkami metalu powłoki. Przeciw powstawaniu rdzy powłoki metalowe nie złuszczają się i nie zapadają w niskich temperaturach, co pozwala na ich stosowanie w różnych strefach klimatycznych.