Выбор способа нанесения напыления

Напыление — технологический процесс образования покрытий с помощью распыления жидких диспергированных частиц, осаждающихся при ударном столкновении с поверхностью. Скорость охлаждения частиц составляет 10 000-100 000 000 градусов в секунду, что обусловливает очень быструю кристаллизацию напыляемого покрытия и низкую температуру нагрева поверхности.

Покрытия напыляют с целью увеличения коррозионностойкости, износостойкости, жаропрочности и ремонта изношенных узлов и деталей.

Существует несколько способов напыления покрытий:

1) Газопламенное напыление проволокой, порошком или прутком (рисунок 1). Напыляемый материал расплавляется в пламени газовой горелки при сжигании горючего газа (обычно ацетилено-кислородная смесь в пропорции 1:1) и переносится на поверхность струей сжатого воздуха. Температура плавления напыляемого материала должна быть ниже температуры пламени горючей смеси.

Преимуществами данного способа являются низкие затраты на оборудование и его эксплуатацию.

Рис. 1. Газопламенное напыление проволокой

2) Детонационное напыление (рисунок 2) производится несколькими циклами в секунду, за каждый цикл толщина напыленного слоя составляет около 6 мкм. Диспергированные частицы имеют высокую температуру (более 4000 град.) и скорость (более 800 м/с). При этом температура основного металла невелика, что исключает его тепловое деформирование. Однако деформация может произойти от действия детонационной волны, это и является ограничением применения данного метода. Стоимость детонационного оборудования также велика, требуется наличие специальной камеры.

Рис. 2. Детонационное напыление: 1 - подача ацетилена, 2 - кислород, 3 - азот, 4 - напыляемый порошок, 5 - детонатор, 6 - водоохлаждающая труба, 7 - деталь.

3) Электродуговая металлизация (рисунок 3). В сопло электрометаллизатора подаются две проволоки, одна из которых служит анодом, а другая — катодом. Между ними возникает электрическая дуга и проволока плавится. Распыление происходит при помощи подачи сжатого воздуха. Процесс протекает на постоянном токе. Данный метод обладает следующими преимуществами:

а) высокая производительность (до 40 кг/ч напыляемого металла),

б) более прочные покрытия с высокой адгезией по сравнению с газопламенным способом,

в) возможность использования проволок из разных металлов позволяет получить покрытие-«псевдосплав»,

г) невысокие эксплуатационные затраты.

Недостатками электродуговой металлизации являются:

а) возможность перегрева и окисления напыляемых материалов при малой скорости их подачи,

б) выгорание легирующих элементов напыляемых материалов.

Рис. 3. Электродуговая металлизация: 1 - подача сжатого воздуха, 2 - подача проволоки, 3 - насадка, 4 - электропроводящие провода, 5 - деталь.

4) Лазерное напыление (рисунок 4). При лазерном напылении порошок подается на лазерный луч через подводящее сопло. В пучке лазера порошок расплавляется и наносится на деталь. Защитный газ служит для предохранения от окисления. Областью применения лазерного напыления является покрытие штамповочных, гибочных и режущих инструментов.

Порошковые материалы применяются при газопламенном, плазменном, лазерном и детонационном напылении. Проволока или пруток — при газопламенном, электродуговом и электроимпульсном напылении. Чем мельче фракция порошка, тем меньше пористость, лучше адгезия и выше качество покрытия. Напыляемую поверхность при любом способе напыления располагают на расстоянии не менее 100 мм от сопла.

Рис. 4. Лазерное напыление: 1 - луч лазера, 2 - защитный газ, 3 - порошок, 4 - деталь.

5) Более подробно рассмотрим плазменное напыление, т.к задача курсовой работы восстановить деталь этим методом.

Плазменное напыление – процесс нанесения покрытия на поверхность детали (изделия) с помощью плазменной струи. Плазменная струя – это частично или полностью ионизированный газ, обладающий свойством электропроводности и имеющий высокую температуру.

Различают высоко- и низкотемпературную плазму. Первая практически ионизирована, и ее электронная температура оценивается в сотни тысяч и более градусов. Низкотемпературная плазма, с температурой в несколько тысяч или десятков тысяч градусов, ионизирована частично и содержит значительную часть нейтральных частиц.

Низкотемпературная плазма – многокомпонентная система, состоящая из атомов или молекул в основном состоянии; молекул, атомов, радикалов в различных возбужденных квантовых состояниях; ионов, электронов. Для нанесения плазменных покрытий применяется низкотемпературная плазма.

Сущность плазменного напыления заключается в том, что в высокотемпературную плазменную струю подается распыляемый материал, который нагревается, плавится и в виде двухфазного потока направляется на подложку. При ударе и деформации происходит взаимодействие частиц с поверхностью основы или напыляемым материалом и формирование покрытия (рисунок 5).

Рис. 5. Плазменное напыление: 1 - инертный газ, 2 - охлаждающая вода, 3 -постоянный ток, 4 - распыляемый материал, 5 - катод, 6 - анод, 7 - деталь.

Плазменный процесс состоит из трех основных стадий:

1) генерация плазменной струи;

2) ввод распыляемого материала в плазменную струю, его нагрев и ускорение;

3) взаимодействие плазменной струи и расплавленных частиц с основанием.

Плазменным напылением наносятся износостойкие, антифрикционные, коррозионностойкие и др. покрытия.

Отличительные особенности плазменного напыления по сравнению с газопламенным, электродуговым и детонационным напылением, процессами наплавки и осаждения, данный процесс имеет преимущества.

Напыление с помощью низкотемпературной плазмы позволяет:

– наносить покрытия на листовые материалы, на конструкции больших размеров, изделий сложной формы;

– покрывать изделия из самых разнообразных материалов, включая материалы, не терпящие термообработки в печи (стекло, фарфор, дерево, ткань);

– обеспечить равномерное покрытие как на большой площади, так и на ограниченных участках больших изделий;

– значительно увеличить размеры детали (восстановление и ремонт изношенных деталей). Этим методом можно наносить слои толщиной в несколько миллиметров;

– легко механизировать и автоматизировать процесс напыления;

– использовать различные материалы: металлы, сплавы, окислы, карбиды, нитриды, бориды, пластмассы и их различные комбинации; наносить их в несколько слоев, получая покрытия со специальными характеристиками;

– практически избежать деформации основы, на которую производится напыление;

– обеспечить высокую производительность нанесения покрытия при относительно небольшой трудоемкости;

– улучшить качество покрытий. Они получаются более равномерными, стабильными, высокой плотности и с хорошим сцеплением с поверхностью детали.

К основным недостаткам метода нанесения покрытий напылением можно отнести:

– малая эффективность и неэкономичность процесса напыления при нанесении покрытий на небольшие детали из-за больших потерь напыляемого материала. В таких случаях покрытие лучше наносить другими способами;

– высокий шум, ультрафиолетовое излучение, образование вредных для здоровья работающих соединений напыляемого материала с воздухом, которое сопровождает процесс напыления.

К основным недостаткам метода нанесения покрытий напылением можно отнести:

–высокий шум,
– ультрафиолетовое излучение,
– образование вредных для здоровья работающих соединений напыляемого материала с воздухом, которое сопровождает процесс напыления.

Дата добавления: 2015-08-31