Газотермические покрытия

Газотермические покрытия.

 

Сущность процессов  газотермического нанесения покрытий заключается в образовании направленного потока дисперсных частиц напыляемого материала и переносе их на поверхность обрабатываемого изделия при оптимальных для формирования слоя покрытия значения температуры и скорости.

 

Единой классификации  способов газотермического напыления нет. Существует подробная классификация, предложенная Э. Кречмаром [1]. Предпринимаются попытки разработки более совершенных классификаций, например по энергетическому признаку (или форме напыляемого материала), поскольку принципиальная сущность многих разновидностей газотермического нанесения покрытий определяется видом используемого источника энергии (рис.1.).

 

 

 

Рис.1 Классификация процессов  газотермического напыления покрытий.

 

Под газотермическими покрытиями понимаются покрытия, наносимые методами плазменного, газопламенного напыления и электродуговой металлизации.

 

Сущность метода газотермического напыления состоит в нагревании напыляемого материала в плазменной струе (плазменное напыление), в газовой струе (газопламенное напыление) или в электрической дуге (электродуговая металлизация) и последующем переносе высокоскоростным потоком применяемого газа нагретых частиц к напыляемой поверхности с формированием на ней слоя покрытия.

 

Принципиальные схемы  плазменного , газопламенного напыления и электродуговой металлизации приведены на рис.2.

 

   

Рисунок 2.1. Принципиальная схема плазменного напыления 1.вольфрамовый катод; 2. медный водоохлаждаемый анод; 3. изолятор; 4. рабочий газ; 5. напыляемый порошок; 6. плазменная струя; 7. расплавленные частицы напыляемого порошка; 8. покрытие; 9. подложка. 

 

  

Рисунок 2.2. Принципиальная схема газопламенного напыления: 1.сопло; 2. газовый факел; 3. покрытие; 4. подложка. 

 

  

Рисунок 2.3.Принципиальная схема электродуговой металлизации. 1-деталь с напыленным покрытием; 2-3 напыляемая проволока; 4-сопло для подачи сжатого воздуха. 

 

 

При плазменно-дуговом  нанесении покрытий из порошка или  проволоки плавление исходного  материала происходит в плазменной струе, температура которой составляет 5000-5500ºК. Дуговую плазменную струю получают путем вдувания плазмообразующего газа в электрическую дугу, образующуюся между двумя электродами. Плазменная струя представляет собой поток вещества, состоящего из электронов, ионов и нейтральных атомов плазмообразующего газа. В качестве плазмообразующих газов применяют аргон, азот, водород, аммиак, водяной пар, воздух, гелий и другие газы, а также их смеси. Частицы исходного порошка, попадая в плазменную струю, расплавляются и переносятся на поверхность обрабатываемого изделия (рис.2.1).

 

Методом плазменного  напыления можно наносить износостойкие, термоэрозионностойкие, коррозионностойкие, жаростойкие, антифрикционые покрытия из порошковых и проволочных материалов, в том числе и высокотемпературной керамики. Пористость плазменных покрытий не превышает 12%. Скорость нанесения покрытий может достигать до 10 кг/час. Адгезия плазменных покрытия с подложкой может быть до 1000 кг/см².

 

При газопламенных процессах  нанесения покрытий используется тепло, выделяющееся при сгорании горючих  газов (ацетилена, пропан-бутана, водорода, метана, природного газа и др.) в смеси с кислородом или сжатым воздухом (рис.2.2).

 

Методом газопламенного напыления можно наносить износостойкие, коррозионностойкие, термоэрозионностойкие и антифрикционные покрытия из порошковых и проволочных материалов. Пористость газопламенных покрытий несколько выше, а адгезия ниже в сравнении с плазменными покрытиями. Газопламенные покрытия уступают плазменным и в скорости нанесения. Вместе с тем метод газопламенного напыления более мобилен в сравнении с плазменным напылением. Этим методом можно наносить покрытия в полевых условиях.

 

Методом электродуговой металлизации наносят, в основном, износостойкие, коррозионностойкие и антифрикционные покрытия из проволочных материалов. Электрометаллизационные покрытия уступают плазменным по адгезии, имеют сравнительно большую пористость, но превосходят плазменные по скорости нанесения. В некоторых случаях скорость нанесения электрометаллизационных покрытий может достигать 40 кг/час. Оборудование для электродуговой металлизации компактно, что позволяет наносить покрытия также в полевых условиях на поверхности различной конфигурации и габаритов. Сущность метода электродуговой металлизации (рис.2.3).

 

Методы газотермического напыления покрытий широко применяются в машиностроении, авиастроении, ракетостроении и других отраслях техники при нанесении различных по свойствам покрытий для обеспечения эксплуатационных характеристик выпускаемой продукции.

 

Методы плазменного, газопламенного напыления и электродуговой металлизации незаменимы при восстановительном  ремонте изношенных деталей и  узлов оборудования. Эти методы можно  использовать на деталях и узлах  различной конфигурации и габаритов, при этом исключается их коробление, которое наблюдается при использовании  технологии наплавки.

 

Методы газотермического напыления используют при нанесении декоративных покрытий на изделия из металла, керамики, пластмасс, дерева, бумаги и ткани. Наносимые покрытия могут иметь различную цветовую гамму и фактуру.

 

Износостойкие покрытия из материалов на металлической основе имеют твердость до 62 НRC. При использовании керамических материалов (например для напыления высоконагруженных торцевых уплотнений) их твердость может достигать 100 НRC. В качестве материалов для нанесения износостойких покрытий применяют порошки и проволоки как на железной, так и на никелевой основе с добавлением хрома и других легирующих элементов. При эксплуатации износостойких покрытий в условиях повышенных температур (до 850ºС) или в коррозионной среде применяются соответствующие материалы, легированные необходимыми элементами.

 

 Коррозионностойкие газотермические покрытия могут применяться как для защиты конструкций от атмосферной коррозии, так и для обеспечения их эксплуатации в различных агрессивных средах. Для защиты конструкций от атмосферной коррозии применяются цинковые и алюминиевые покрытия, наносимые методом электродуговой металлизации. Срок эксплуатации таких покрытий достигает 50 лет. Плазменные и газопламенные покрытия применяются на различных деталях и узлах при их работе в кислотных средах. Материалами для нанесения таких покрытий служат порошки и проволоки на никелевой основе с различными легирующими элементами.

 

Термоэрозионностойкие покрытия предназначены для обеспечения работоспособности деталей и узлов в высокотемпературных газовых потоках. Чаще всего для этих целей используются плазменные покрытия из окиси алюминия и двуокиси циркония или покрытия на основе интерметаллидных соединений. Температура эксплуатации покрытий из окиси алюминия и двуокиси циркония может достигать 1700ºС, а интерметаллидных покрытий – до 1400ºС.

 

Антифрикционные покрытия используют для снижения коэффициента трения в узлах машин и механизмов. Антифрикционные покрытия можно  наносить плазменным и газопламенным  напылением, а также электродуговой металлизацией. В качестве материалов для нанесения антифрикционных  покрытия чаще применяют бронзы и  баббиты различных марок, изготовленные  в виде порошка или проволоки. Антифрикционные покрытия можно  наносить методами напыления также  из полимерных материалов, в частности  из фторопласта.

 

Особенностью плазменных и газопламенных, а также электрометаллизационных  покрытий является наличие пор, в  которых хорошо удерживается смазка. Это также способствует повышению  износостойкости и снижению коэффициента трений покрытий в ходе их эксплуатации.

 

Шероховатость газотермических покрытий после их нанесения (до механической обработки) может достигать Rz 100, что обеспечивает отличную адгезию последующего полимерного или лакокрасочного покрытия.

 

Перед нанесением газотермического покрытия напыляемые поверхности деталей очищаются от загрязнений и подвергаются струйно-абразивной обработке.

 

Газотермические покрытия при необходимости обрабатываются точением или шлифованием до нужных геометрических размеров.