Газоэлектрические методы напыления

Вгазоэлектрических процессах для создания высокотемператур­ного потока используют тепловое действие электрической дуги, пла­зменной струи, индукционного нагрева токами высокой частоты.

Газоэлектрические методы напыления - одни из наиболее распространенных способов получения металлических покрытий поверхностей нанесением на эти поверхности расплавленного металла. Сущность процесса — металл, расплавленный дугой или ацетилено-кислородным пламенем и распыленный струей сжа­того воздуха (давление до 0,6 МПа), покрывает поверхность вос­станавливаемой детали.

В зависимости от источника расплавления металла различают электродуговое, плазменное и высокочастотное напыления (табл. 14.1).

Применяя газоэлектрические методы напыления, необходимо учитывать, что слой, нанесенный на поверхность детали, не по­вышает ее прочности. Поэтому применять эти способы для восста­новления деталей с ослабленным сечением не следует. При восста­новлении деталей, находящихся под действием динамических на­грузок, а также деталей, работающих при трении без смазочных материалов, необходимо знать, что сцепляемость напыленного слоя с основным металлом детали недостаточна.

Необходимую шероховатость на поверхности деталей, подле­жащих напылению, достигают:

для поверхностей термически необработанной круглой детали на токарно-винторезном станке нарезают «рваную» резьбу резцом, ус­тановленным с большим вылетом ниже оси детали на 3...6 мм. Вибрация резца приводит к появлению шероховатой поверхности с за­усенцами. Резьбу нарезают при скорости резания 8... 10 м/мин (без охлаждения) за один проход резца на глубину 0,6...0,8 мм. Шаг резь­бы составляет 0,9... 1,3 мм, а для вязких и мягких материалов — 1,1... 1,3 мм. На галтелях резьбу не нарезают. Для выхода резца при нарезании резьбы и устранения выкрашивания покрытия у торца детали делают канавки, глубина которых должна быть на 0,2... 0,3 мм больше глубины резания. Часто нарезание резьбы заменяют более производительным процессом — накаткой резьбы. Прочность связи основного металла с покрытием при этом несколько ухудшается;

для поверхностей плоских деталей нарезают «рваные» канавки на строгальных станках. На поверхности небольших плоских дета­лей нарезают на токарных или карусельных станках «рваные» ка­навки в виде архимедовой спирали. Поверхности подвергают пес­коструйной обработке. Канавки должны располагаться перпенди­кулярно к направлению действия нагрузки.

Для получения высокого качества покрытий струю распыленного металла направляют перпендикулярно к обрабатываемой де­тали и выдерживают расстояние от сопла горелки до детали в пре­делах 150...200 мм. Вначале металл наносят на участки детали с резкими переходами, углами, галтелями, уступами, азатем осу­ществляют напыление всей поверхности, равномерно наращивая металл. Требуемые размеры, качество отделки и правильную гео­метрическую форму поверхностей, покрытых распыленным ме­таллом, получают при окончательной механической обработке.

Электродуговое напыление. Процесс электродугового напыления осуществляется специальным аппаратом (рис. 14.2), который дей­ствует следующим образом. С помощью протяжных роликов по направляющим наконечникам непрерывно подаются две проволо­ки, к которым подключен электрический ток. Возникающая меж­ду проволоками электрическая дуга расплавляет металл. Одновре­менно по воздушному соплу в зону дуги поступает сжатый газ под давлением 0,6 МПа. Большая скорость движения частиц металла (120...300 м/с) и незначительное время полета, исчисляемое ты­сячными долями секунды, обуславливают в момент удара о деталь ее пластическую деформацию, заполнение частицами пор по­верхности детали, сцепление частиц между собой и с поверхнос­тью, в результате чего образуется сплошное покрытие. Последова­тельным наслаиванием расплавленного металла можно получить покрытие, толщина слоя которого может быть от нескольких мик­рон до 10 мм и более (обычно 1,0... 1,5 мм — для тугоплавких и 2,5...3,0 мм — для легкоплавких металлов).

Таблица 14.1

Способы напыления

Рис. 14.2. Схема работы металлизатора:

1 — ролики; 2 — электрическая проволока; 3 — провода от транс­форматора; 4 — направляющие; 5 — сопло; 6 — деталь

Особенностью электродугового напыления является образова­ние нескольких максимумов в факеле распыления. Это связано с тем, что струя сжатого воздуха рассекается электродными прово­локами на два или три потока, в зависимости от числа проволок, подаваемых в очаг плавления. В каждом из этих потоков образуется своя ось максимальной концентрации распыленных частиц.

Питание электродуговой дуги осуществляется переменным или постоянным током. При работе на постоянном токе дуга горит не­прерывно, на переменном токе она периодически возобновляет­ся. При использовании постоянного тока процесс плавления бо­лее стабилен, дисперсность частиц и плотность получаемых по­крытий выше, чем при применении переменного тока.

Установка для электродуговой металлизации включает электроду­говую горелку, напыляемый материал в виде проволоки и источник электропитания. Рабочее напряжение равно 18...40В, сила тока — 100... 140 А. Производительность электродуговой установки выше, чем при газопламенном напылении, и составляет: для стали — 5...70, бронзы — 60...90, алюминия — 3...37, цинка — 10... 140 кг/ч.

Напыленный слой неустойчив к ударным, механическим, ко­лебательным нагрузкам и к скручиванию.

Наибольшие объемы работ по напылению выполняют пере­носными (ручными) горелками ЭМ-ЗА, ЭМ-14 и станочными — КДМ-2, ЭМ-6, ЭМ-12. В зависимости от выполняемых операций применяют проволоки, которые приведены в табл. 14.2.

Твердость регулируется подбором исходного материала или ре­жима охлаждения в процессе нанесения покрытия.

Плазменное напыление. Плазменное напыление — это процесс нанесения покрытий напылением, при котором для расплавле­ния и переноса материала на поверхность детали используются тепловые и динамические свойства плазменной струи.

Устройство плазмотронов описано в разд. 13.2 (см. рис. 13.9). Попадая в плазменную струю, порошок расплавляется и приобре­тает определенную скорость полета, которая достигает наиболь­шей величины на расстоянии 50... 80 мм от среза сопла плазмотро­на. На этом расстоянии целесообразно располагать деталь.

Преимущества плазменного напыления: этим способом удается наносить покрытия из всех материалов, которые не разлагаются и не испаряются при обычных температурах (окислы, нитриды, карбиды и многокомпонентные материалы, называемые псевдоспла­вами); затраты на получение азотной плазмы вдвое меньше сто­имости кислородно-ацетиленового пламени при эквивалентных выделениях энергии; процесс позволяет полностью автоматизиро­вать технологию; возможность нанесения покрытий на детали раз­нообразной конфигурации (плоские, криволинейные поверхнос­ти, тела вращения).

Таблица 14.2