Технологія поверхневого зміцнення деталей з відновленням геометричних розмірів газотермічним (стр. 1 из 2)
Технологія поверхневого зміцнення деталей з відновленням геометричних розмірівгазотермічним напиленням
1. Загальні відомості про отримання покриттів газотермічним напиленням
Газотермічним напиленням (ГТН) називають процес нанесення покриттів шляхом нагрівання матеріалу до рідкого стану і розпилення його на виріб-підкладку за допомогою газового струменя.
Покриття наноситься без суттєвого підвищення температури підкладки, що виключає появу деформації напилених деталей.
Розрізняють такі види ГТН:
- газополуменеве;
- газоелектричне, яке в свою чергу поділяється на електродугове, високочастотне і плазмове.
Особливий інтерес викликають покриття, отримані високотемпературним або плазмовим напиленням. Висока продуктивність, простота технології нанесення покриття дозволяють використовувати його в багатьох галузях техніки і наносити покриття на деталі різних розмірів, навіть на корпуси танкерів.
Плазмове напилення являє собою подальший етап розвитку техніки металізації розпиленням.
При плазмово-дуговому нанесенні покриттів плавлення вихідного матеріалу здійснюється в плазмовому струмені, температура якого складає 5000-55000 К. Дуговий плазмовий струмінь отримують вдуванням плазмотворного газу в електричну дугу, що утворюється між двома електродами.
Плазмовий струмінь являє собою потік речовин, що складаються з електронів, іонів і нейтральних атомів плазмотворного газу. В якості плазмотворних газів використовують аргон, азот, водень, аміак, водяну пару, а також їх суміші.
Частки вихідного матеріалу, потрапляючи в плазмовий струмінь, розплавляються і переносяться на поверхню оброблюваної деталі.
Головним критерієм застосовування матеріалу в якості покриття є можливість переводу його часток в розплавлений або високопластичний стан і наступна деформація їх при зустрічі з підкладкою. Високі температури в поєднанні з можливістю широкого регулювання складу струменя (інертний, відновлювальний, окислюваний) і швидкості його витікання створюють велике розмаїття матеріалів, що напилюються газотермічними методами – від самих тугоплавких металів, оксидів, карбідів до пластичних мас.
Малий термічний вплив на напилювану основу (десь 80-150оС) дозволяє виключити небажані структурні перетворення, уникнути деформації виробу, створює можливість нанесення покриття на основу з найрізноманітніших матеріалів (металів, кераміки, бетону, дерева, картону та ін.).
Такі переваги обумовлюють високу універсальність газотермічного напилення, яка дозволяє наносити покриття з широким спектром службового призначення – зносостійких, корозієстійких, теплозахисних, електроізоляційних та інших, а також для відновлення розмірів зношених деталей.
Плазмове напилення здійснюють розплавлюючи дріт, стержні або подаючи порошок (див. рис. 1).
Рис. 1. Схеми плазмового напилення:
а) подача напилюваного матеріалу в плазмовий струмінь через сопло;
б) те ж за сопловою ділянкою;
в) плазмова металізація дротом залежною дугою: 1 – вхід газу; 2 – вхід води; 3 – електродний дріт; 4 – подача порошку.
Плазмою називають газ повністю або частково іонізований під впливом тих або інших факторів. Такими факторами можуть бути: температура, детонація, електричний або високочастотний розряд, фотоіонізація, γ-випромінювання.
Характеристика плазми значною мірою обумовлюється вибором плазмотворного газу. Термічні параметри дугових плазмених струменів для різних газів наведені в табл. 1.
Таблиця 1
Термічні параметри плазмових струменів
| Вид газу | Потужністьна плазмо-троні, кВт | Напругана дузі,В | Температураплазми,оК | Ентальпіяплазми,кДж/г | Ефективністьнагрівання газового струму, % |
| Азот (N2) ГОСТ 9293-74 | 60 | 65 | 7473 | 46,33 | 60 |
| Водень (Н2) ГОСТ 3022-80 | 62 | 120 | 5273 | 323,90 | 80 |
| Гелій (Не) ТУ-51-689-75 | 50 | 47 | 20273 | 237,80 | 48 |
| Аргон (Ar) ГОСТ 10157-79 | 48 | 48 | 14273 | 21,73 | 40 |
Плазма дво- і багатоатомних газів містить більшу кількість тепла при більш низьких температурах. Тому для робіт, пов'язаних з теплопередачею, коли не потрібні температури більше 10000 К, доцільніше використати двоатомні гази. Для отримання ж високих температур необхідно використовувати одноатомні гази.
Матеріали для напилення виготовляють у вигляді порошку або дроту.
Переваги напилення порошкоподібними матеріалами в порівнянні з дротовими такі: більш однорідна (без подальшої обробки) і дрібна структура покриття; можливість отримання комбінованих покриттів і так званих псевдосплавів змішуванням порошків з різних матеріалів; низька вартість.
Для плазмового напилення використовуються порошки сферичної форми грануляцій 5-100 мкм (табл. 2) або із додатку 4.
Таблиця 2
Самофлюсуючі порошки системи Ni-Cr-B-Si
| Параметр | ПГ-СР-2 | ПГ-СР-3 | ПГ-СР-4 | СНГН | ВСНГН |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Хімічний склад *, % | |||||
| C | 0,3-0,6 | 0,4-0,8 | 6-1 | 1,5-1 | 0,3-0,6 |
| Cr | 12-18 | 12-16 | 13-17 | 14-18 | 10,5-12,5 |
| B | 1,5-2,5 | 2-3 | 2,5-4 | 3-5 | 2,6-3,1 |
| Si | 1,5-3 | 2,5-4,5 | 3-5 | 3,5-4,5 | 2,3-3 |
| Mn | - | - | - | - | до 3 |
| Fe | - | 5 | - | 1-3 | 2 |
| W | - | - | - | - | 33-37 |
| * нікель – основа | |||||
| Щільність 1·103, г/м3 | 6-8 | 7,8-8,2 | 8,7 | ||
| Температура плавлення, оС | 1050-1080 | 1020-1100 | - | ||
| Твердість, HRC | 45-48 | 48-55 | 48-62 | 50-58 | 60-63 |
| Зносостійкість по відношеннюдо сталі 45 | 3-4,5 | 3,5-4,6 | - | ||
| Температурний коефіцієнт, 1/оС | 14,5 | 14,5-15,3 | - | ||
Обладнання для плазменого напилення складається із плазмотрону, живильника (дозатора) та установки для плазменого напилення.
Плазмотрон – це пристрій, в якому електрична дуга розігріває газ до температури іонізації, а також розігріває порошок до температури плавлення і надає йому необхідну швидкість переміщення.
За способом стабілізації дуги вони поділяються на три групи:
- аксіальної;
- тангенціальної;
- комбінованої (рис. 2).
Найбільше стиснення дуги досягається вихровою (тангенціальною) стабілізацією.
Аксіальна система стабілізації забезпечує ламінарний плазмений потік і задовільне формування стовпа плазменої дуги в каналі електропровідного сопла.
Рис. 2. Способи стабілізації дуги в плазмотронах:
а) аксіальним (поздовжнім) газовим потоком;
б) тангенціальним газовим потоком;
в) електромагнітним полем (комбінована стабілізація).
Живильники – це пристрої, що забезпечують подачу порошкоподібної суміші в плазмовий струмінь плазмотрона.
Дозатор и відрізняються від живильників тим, що мають дозуючий пристрій, здатний в одиницю часу подавати відповідну кількість порошку.
Як дозуючий пристрій використовують інжектори, штоки, лотки, тарілки. Схеми дозуючих пристроїв наведені на рис. 3.
Рис. 3. Схеми дозуючих пристроїв типів: а)інжекторного; б) штокового; в) вертикально-барабанного; г) шнекового; д) тарілчастого; є) горизонтально-барабанного.
Дозування живильниками типу а і б (рис. 3) нерівномірне з великими похибками, але їх можна застосовувати при транспортуванні порошків крупністю менше 50 мкм. Якщо порошок має розміри більше 50 мкм, можна використовувати дозатор шнекового, тарілчастого або барабанного типу (рис.3, в, г, д, е). Однак, при дозуванні твердих порошків при формуванні зносостійких покриттів спостерігається посилене зношування робочої частини (шнека, барабана). При цьому менше зношується дозатор тарілчастого типу.
Установки для плазмового напилення, що виготовляються серійно, можна поділити умовно на три типи: УПУ, УМП і "Київ". Останні моделі УПУ-3М, УПУ-3Д, УПУ-8, УМП-6, Київ-7 мають більш досконалу конструкцію в порівнянні з тими, що випускались раніше. Наприклад, УПУ-8 має тиристорне джерело живлення, автономний блок охолодження водою, два дозатори і більш потужні плазмотрони.
Київ-7 укомплектовано пальником, який може працювати на повітрі або суміші газів (повітря + пропан-бутанові горючі гази), має також два дозатори з програмним управлінням.
Технічні характеристики плазмових установок для напилення подані в додатку 1.
Принципова газоелектрична схема установки для напилення показана на рис. 4.
Рис. 4. Газоелектрична схема установки для плазмового напилення покриттів.
2. Технологія плазмового напилення
Технологія плазмового напилення включає серію послідовних операцій: підготовку порошків і напилюваної поверхні, напилення покриття, обробку покриття і контроль якості.
Підготовка порошків полягає в розсіюванні їх на фракції, відокремлюючи потрібні для напилювання фракції. Для підвищення сипучості порошків перед напиленням їх піддають висушуванню при температурі від 70 до 200оС в залежності від складу порошку. При напиленні механічної суміші з декількох порошків їх попередньо змішують в змішувальних барабанах. Висушені порошки необхідно використати протягом 2-3 годин.
Підготовка деталей під напилення. Характером підготовки поверхні деталі визначається якість покриття. Чим якісніше підготовлена поверхня під напилення, тим краще отримане покриття.
Підготовка поверхні деталей під напилення здійснюється знежиренням, травленням, піскоструминною обробкою, термічною обробкою (підігріванням), механічною обробкою.