Плазмено пръскане на метал. Технология и процес на плазмено пръскане. Нанасяне на полимерни покрития. класификационни методи

Плазменото пръскане има редица предимства в сравнение с газопламъчното пръскане и електродъговата метализация:

• прави възможно нанасянето на покрития от материали с широк състав (метали, сплави, оксиди, карбиди, нитриди, бориди, пластмаси и техните различни състави) върху различни основни материали (метали, керамика, графит, пластмаси и др.);
• Плазмените горелки позволяват регулиране на енергийните характеристики на плазмата в широк диапазон, което улеснява получаването на покрития със свойства, определени от изискванията на технологията;
• използването на инертни газове и безкислородни смеси в плазмените горелки спомага за намаляване на окисляването на пръскания материал и повърхността на детайла;
• Покритията, получени чрез плазмено пръскане, превъзхождат по физични и механични свойства покритията, получени чрез газопламъчно и дъгово пръскане.

Плазмено-дъговото пръскане според вида на използвания пълнежен материал се разделя на: прахово пръскане и телено пръскане ( ориз. 3.12).

Технологичен процес

Пулверизаторите за прах, в зависимост от свойствата и размера на частиците, могат да доставят пълнителен материал ( ориз. 3.13):

• директно в плазмената струя на изхода на плазмената горелка;
• под ъгъл спрямо дюзата на плазмената горелка, към потока от йонизиран газ;
• вътре в дюзата на плазмената горелка в анодната зона или в преданодната зона на плазмената дъга.

Подаването на прах в плазмената струя се използва в плазмени горелки с висока мощност. Такава схема на захранване не влияе върху образуването на плазмения поток, а плазмените факли се характеризират с надценена мощност, така че топлината на плазмената струя е достатъчна за загряване на праха.

Подаването на прах към преданодната зона е най-изгодно по отношение на топлообмена, но е свързано с прегряване на частиците в дюзата и запушване на дюзата с разтопени частици, което води до необходимостта от поставяне на повишени изисквания за равномерност на подаването на прах.

Ефективността на нагряване на праховите частици може да се увеличи при същите параметри на режима чрез по-равномерно разпределение на праха върху напречното сечение на горещата зона на плазмената струя. Това се улеснява от конструкцията на плазмени горелки, които позволяват въвеждането на праха в плазмената струя не през един отвор, а например през три, разположени под ъгъл от 120 °. В този случай ефективността на нагряване на прах варира от 2 до 30%.

Ориз. 3.12. Схема на плазмено пръскане:
а - прах; б - тел. 1 - доставка на плазмен газ; 2 - катод на плазмената горелка; 3 - катодно тяло; 4 - изолатор; 5 - анодно тяло; 6 - подаващо устройство за прах (фиг. а) или телоподаващо устройство (фиг. б); 7 - подаване на газ, транспортиращ праха; 8 - плазмена струя; 9 - захранване.

Ориз. 3.13. Схеми за подаване на прах към плазмената горелка:
1 - в плазмената струя; 2 - под ъгъл спрямо плазмената струя; 3 - в дюзата.

Приложение

За пръскане на износоустойчиви покрития се използват прахове с гранулация не повече от 200 микрона. В този случай дисперсията на прахообразните частици трябва да бъде в тесни граници с разлика в размера не повече от 50 μm. При значителна разлика в размера на частиците е невъзможно да се осигури равномерното им нагряване. Това се обяснява с факта, че въпреки високата температура на плазмената струя, грубият прах няма време да се стопи през краткото време, което е в плазмената струя (10 -4 -10 -2 s), финият прах частично се изпарява , а основната му маса поради ниската кинетична енергия се отблъсква от плазмената струя, без да достига централната й зона. При възстановяване на части чрез пръскане с прахообразни износоустойчиви сплави на основата на никел и желязо най-рационалното е прахово гранулиране с размер на частиците 40-100 микрона.

При пръскане по правило се използват сферични прахови частици, тъй като те имат най-висока течливост. За оптимален режим на работа на плазмената горелка трябва да се счита този, при който най-голям брой частици достигат субстрата (основата) на детайла в разтопено състояние. Следователно, за високоефективно нагряване и транспортиране на прахови частици, е необходимо дизайнът на плазмената горелка да гарантира получаването на плазмена струя с достатъчна мощност. В момента са разработени инсталации с мощност до 160-200 kW, работещи на въздух, амоняк, пропан, водород, в динамичен вакуум, във вода. Използването на специални дюзи направи възможно получаването на свръхзвуков поток от двуфазна струя, което от своя страна осигури плътно покритие. Плазмената струя изтича от плазмената горелка със скорост 1000-2000 m/s и придава скорост 50-200 m/s на частиците прах.

Увеличаването на ресурса на апарата на дюзата (катод-анод) на високомощно плазмено разпръскване (50-80 kW) беше затруднено поради ниската устойчивост на ерозия на медната дюза в зоната на анодното петно. За да се увеличи издръжливостта на дюзата, бяха разработени волфрамови вложки, пресовани в медната дюза по такъв начин, че топлината да бъде ефективно отстранена от медната обвивка и отстранена от охлаждащата вода. Инсталациите за плазмено пръскане, произвеждани в момента в индустрията, са оборудвани с плазмени горелки с консумация на енергия 25-30 kW при сила на тока 350-400 A.

От друга страна, за нанасяне на покрития върху малки части (повърхности), например корони в стоматологията, рафтове на кожуха на GTE остриета в самолетостроенето, микроплазмени горелки, работещи при токове от 15-20 A при мощност до 2 kW бяха разработени.

Ефективността на нагряване на частиците и тяхната скорост на полета зависят от вида на използвания газ: двуатомните газове (азот, водород), както и въздухът и техните смеси с аргон, повишават тези параметри.

Технологичен процесвъзстановяването на части чрез плазмено пръскане включва следните операции: подготовка на прах, повърхности на детайли, пръскане и обработка на напръскани покрития. Подготовката на повърхността на детайла за пръскане е от първостепенно значение, тъй като силата на адхезия на прахообразните частици към повърхността на детайла до голяма степен зависи от неговото качество. Повърхността, която ще се възстановява, трябва да бъде обезмаслена преди третиране. Зоните в близост до повърхността, която ще се пръска, са защитени със специален екран. Покритията трябва да се пръскат веднага след бластиране, тъй като още след 2 часа активността му намалява поради увеличаване на оксидния филм върху третираната повърхност.

За да се увеличи якостта на адхезия на покритието към основата, процесът на плазмено пръскане се извършва с последващо преливане. Операцията по преформатиране завършва процеса на нанасяне на покритие. Топенето се извършва от същата плазмена горелка като пръскането, при същата мощност на компресираната дъга, като дюзата на плазмената горелка се доближава до детайла на разстояние 50-70 mm. Устойчивостта на умора след преплавяне се увеличава с 20-25%. Силата на адхезия след претопяване достига 400 MPa. Зоната на смесване на разтопени и неблагородни метали е 0,01-0,05 mm.

Ориз. 3.14. Модели на плазмено пръскане:
бар; б - тел ("тел-анод").

недостатъци

Съществен недостатък на плазменото нагряване по време на преливане е, че плазмената струя, имаща висока температура и значителна концентрация на енергия, много бързо нагрява повърхността на покритието с недостатъчно нагряване на повърхността на детайла и по този начин често води до срутване на разтопено покритие. Освен това в резултат висока скоростИзтичането на плазмената струя и значителният натиск върху напръскваната повърхност също могат да причинят повреда на покриващия слой. Плазменото пръскане с последващо преливане се препоръчва за малки части с диаметър не по-голям от 50 mm.

Когато се използва тел като пълнежен материал, е възможно да се използват две схеми за свързване на плазмена горелка: с тоководеща дюза ( ориз. 3.14, а) или с тоководещ проводник ( ориз. 3.14б).

Схемата за разпръскване на тел с тоководеща жица - анод е разработена от В. В. Кудинов в края на 50-те години на миналия век. Тогава беше възможно да се получи безпрецедентна производителност - 15 kg / h волфрам при мощност от 12 kW. При плазменото пръскане пръчките се използват заедно с телта. По такъв начин, че топлината се отстранява ефективно от медната обвивка и се отстранява от охлаждащата вода. Инсталациите за плазмено пръскане, произвеждани в момента от индустрията, са оборудвани с плазмени горелки с консумация на енергия от 25-30 kW при сила на тока от 350-400 A. От друга страна, за покриване на малки части (повърхности), например, корони в стоматология, рафтове на кожуха на GTE остриета в самолетостроенето, разработени са микроплазмени горелки, които работят при токове от 15-20 A при мощност до 2 kW.

Може да се интересувате и от следните статии:

Плазмено пръсканесе основава на използването на енергия от плазмени струи както за нагряване, така и за транспортиране на метални частици. Плазмената струя се получава чрез продухване на плазмообразуващия газ през електрическа дъга и компресиране на стените на медна дюза с водно охлаждане.
Плазмените покрития имат следните свойства: устойчивост на топлина, устойчивост на топлина и ерозия, топлинна и електрическа изолация, защита срещу задирване, устойчивост на корозия, защита от кавитация, полупроводникови, магнитни и др.

Приложения на плазмени покрития: ракетна, авиационна и космическа техника, машиностроене, енергетика (включително ядрена), металургия, химия, нефт и въглищна промишленост, транспорт, електроника, радио и приборостроене, материалознание, строителство, ремонт на машини и възстановяване на части.

Ако разходите за пламъчно пръскане с телени материали се приемат за единица, тогава разходите за плазмено и пламъчно пръскане на прахове ще бъдат съответно 1,9 и 1,6, а електрическата дъга - 0,85.

Плазмена струя се получава в плазмена горелка, чиито основни части (фиг. 3.34) са електрод-катод /, медна дюза-анод с водно охлаждане 4, стоманен корпус 2, устройства за подаване на вода 3, прах 5 и газ 6. Части от корпуса, взаимодействащи с катода или анода, изолирани една от друга.
Прахообразният материал се подава от захранващо устройство с помощта на газ-носител. Възможно е въвеждането на прах с плазмен газ.
Материалът за пръскане (прах, тел, шнур или комбинация от тях) се въвежда в дюзата на плазмената горелка под анодното петно, в колоната на плазмената дъга или в плазмената струя.

Високата температура и скоростта на струята позволяват да се пръскат покрития от всякакви материали, които не се разпадат при нагряване, без ограничения в точката на топене. Чрез плазмено пръскане се получават покрития от метали и сплави, оксиди, карбиди, бориди, нитриди и композитни материали.

Необходимите физични и механични свойства на покритията се обясняват с високата температура на плазмата и скоростта на нейното изтичане, използването на инертни плазмообразуващи газове и възможността за контролиране на аеродинамичните условия за образуване на метална плазма. струя.
Няма структурни трансформации в материала на частта, възможно е да се прилагат огнеупорни материали и многослойни покрития от различни материали в комбинация от плътни и твърди долни слоеве с порести и меки горни слоеве (за подобряване на вработването на покритията), устойчивостта на износване на покритията е висока и е постижима пълна автоматизация на процеса.

При легиране през тел, наваряването се извършва с високовъглеродна или легирана тел под разтопен флюс. Това гарантира висока точност и стабилност на допинга. химичен съставотложен метал по дълбочина на покритието.

Легирането на отложения метал през флюса се извършва чрез наваряване с нисковъглеродна тел под слой керамичен флюс. Високата твърдост на покритията изключва тяхното последващо топлинна обработка. Този метод на легиране обаче не е намерил широко приложение поради голямата нееднородност на отложения метал по отношение на химичния състав и необходимостта от стриктно поддържане на режима на наваряване.

Най-разпространен е комбинираният метод на легиране едновременно чрез тел и флюс.

Като източници на захранване, токоизправители VS-300, VDU-504, VS-600, VDG-301 и преобразуватели PSG-500 с леко потапяне или твърдо външна характеристика. В ролята на ротатори на части се използват специални инсталации (UD-133, UD-140, UD-143, UD-144, UD-209, UD-233, UD-299, UD-302, UD-651, OKS -11200, OKS- 11236, OKS-11238, OKS-14408, OKS-27432, 011-1-00 RD) или изведено от експлоатация струговане или фрезови машини. За подаване на тел се използват глави A-580M, OKS-1252M, A-765, A-1197.

Основен технологични параметринастилка: състав на електродния материал и поток, дъгово напрежение U, сила на тока / и полярност, скорост на отлагане vH и подаване vn на електродния материал, стъпка на отлагане S, изместване на електрода от зенита e, диаметър d3 и изпъкналост на електрода. Приблизителните режими на наваряване под слой от поток от цилиндрични части са дадени в таблица. 3.52.

Настилката под флюсов слой има следните разновидности.

Наваряването с лежащ електрод (пръчка или плоча) от нисковъглеродна или легирана стомана се използва за възстановяване на равнини. Част от потока се излива върху повърхността, която трябва да се възстанови (с дебелина 3 ... 5 mm), а част се излива върху електрода (дебелината на слоя поток достига 10 ... 15 mm). Използват се флюсови смеси. На едно място електродът е свързан с част за иницииране на дъга, която се движи в напречна посока при горене. Плътността на тока е 6…9 A/mm напрежение 35…45 V. За извършване на процеса има устройство OKS-11240 GosNITI.

Увеличаването на производителността и по-високото съдържание на легиращи елементи в покритието се осигуряват чрез многоелектродно напластяване с дъгова дъга върху части със значително износване на голяма площ (фиг. 3.23). Разсеяна дъга гори между детайла и най-близкия до него електрод.

Закрепването върху слой прах (дебелина 6…9 mm) под флюс повишава производителността на процеса и осигурява производството на дебели покрития с желания състав.
Областта на приложение на механизираното наваряване с флюсов слой се простира до възстановяване на детайли (с диаметър над 50 mm) от въглеродни и нисколегирани стомани, които изискват слой с дебелина > 2 mm с високи изискванияна неговите физични и механични свойства. Заварени са валове, повърхности на ролки и ролки, водачи на рамката и други елементи.

Механизираното наваряване с потопена дъга има следните предимства:

Увеличаване на производителността на труда с 6...8 пъти в сравнение с ръчното електродъгово наваряване с едновременно намаляване на консумацията на енергия с 2 пъти поради по-висока топлинна ефективност;

Високо качество на отложения метал поради насищане с необходимите легиращи елементи и рационална организациятоплинни процеси;

Възможност за получаване на покрития с дебелина > 2 mm/p.

Аргон, хелий, азот, водород и техните смеси се използват като плазмообразуващи газове при пръскане на материали (Таблица 3.68). Плазмообразуващите газове не съдържат кислород, поради което не окисляват материала и напръсканата повърхност.

Хелият и водородът в тяхната чиста форма практически не се използват по икономически причини, както и поради разрушителния ефект върху електрода.

Азотът и аргонът се използват по-често, но газовите смеси като Ar + N и Ar + H2 имат най-добра производителност. Видът на плазмообразуващия газ се избира въз основа на необходимата температура, топлосъдържание и скорост на потока, неговата степен на инертност към напръскания материал и повърхността, която трябва да се възстанови. Трябва да се има предвид, че плазмата на дву- и многоатомните газове, в сравнение с едноатомните газове, съдържа повече топлина при същата температура, тъй като нейната енталпия се определя от топлинното движение на атомите, йонизацията и енергията на дисоциация .

При пръскане на прахообразни или кордови материали към електродите на плазмената горелка се прилага електрическо напрежение. При пръскане на телени материали напрежението се прилага към електродите на горелката; освен това то може да се приложи към материала, който се пръска, т.е. проводникът може или не може да бъде проводник на ток. Частта, която ще се пръска, не е включена във веригата на натоварване.

Праховете за плазмено пръскане не трябва да създават запушвания в транспортните тръбопроводи, а трябва да се подават равномерно в плазмената струя и да се движат свободно с газовия поток. На тези изисквания отговарят сферичните прахови частици с диаметър 20 ... 100 микрона.

в Института по електрозаваряване. Е.О. Патон от Националната академия на науките на Украйна разработи телове с флюсова сърцевина сер. АМОТЕХ. състоящ се от стоманена обвивка и прахов пълнител. Тези материали са предназначени за нанасяне на устойчиви на износване и корозия покрития чрез пламъчно, електродъгово и плазмено пръскане. Характеристика на материалите е възможността за аморфизиране на структурата на напръсканите покрития. Наличието на аморфен компонент в структурата на покритията осигурява комплекс от подобрени експлоатационни свойства (устойчивост на износване и корозия, сила на свързване с основата).

За защита на частиците на пръскания материал от окисление, обезвъглеродяване и азотиране се използват газови лещи (пръстенообразен поток от инертен газ), които са като обвивка на плазмена струя, и специални камери с инертна среда, в която протича процесът на пръскане. място.

Нека дадем примери за използването на плазмено пръскане в процеса на възстановяване на части.

Усвоени са няколко разновидности на процеса на възстановяване на основните лагери на цилиндровите блокове. Първите изследователи на метода препоръчват нисковъглеродна стоманена тел Св-08 като използван материал за осигуряване на равномерна фина структура на покритието и увеличаване на здравината на връзката му с основата. По-късно бяха препоръчани прахообразни материали. Композитните прахове и бронзовите прахове са широко разпространени. Бронзови прахове се нанасят върху повърхностите както на чугунени части, така и на части, изработени от алуминиева сплав. Първо трябва да се нанесе термореактивна Al-Ni основа.

При възстановяване на основните лагери в чугунени цилиндрови блокове се използва по-евтин прах с гранулация от 160 ... 200 микрона от състава: Fe (база). 5% C и 1% AI. Режим на нанасяне: ток на плазмената дъга 330 A, напрежение 70 V, консумация на плазмен газ (азот) 25 l/min, диаметър на дюзата на плазмената горелка 5,5 mm, честота на трептене на плазмената горелка 83 min', подаване на части 320 mm/min, консумация на прах 7 kg /ч

Процесът на нанасяне на плазмено покритие върху повърхността на отвори в части от алуминиева сплав включва:

1) сушене на прахове при температура 150..20 °C за 3 часа;

2) предварително пробиване на отвори до размер, надвишаващ номиналния размер на отвора с 1 mm;

3) монтаж на защитни екрани;

4) обезмасляване на напръсканите повърхности с ацетон;

5) нанасяне на покритие в две операции;

6) премахване на защитни екрани;

7) предварително и окончателно пробиване;

8) премахване на светкавица.

При първата операция се нанася подслой от PN-85Yu15, при втората - основният слой от меден прах PMS-N. Режими на нанасяне на покритие: сила на тока 220…280 A, консумация на азот 20…25 l/min при налягане 0,35 MPa. разстояние от дюзата до детайла 100…120 mm, време за нанасяне на покритие 15 min. Покритието се нанася върху стойката. Оборудването за плазмено формиране се състои от източник на захранване PPN 160/600 и блок UPU-ZD или UPU-8.

Плазменото пръскане се използва при покриване на равнините на цилиндровите глави от силумин. Технологията включва предварително фрезоване на износената повърхност, нанасяне на покритие и последваща обработка. Алуминиев прах и 40...48% Fe се използват като материал за покритие. Режим на нанасяне на покритие: сила на тока 280 A, разстояние от дюзата до детайла 90 mm. разход на плазмен газ (азот) 72 л/мин.

За да се намали цената на процеса и да се увеличи неговата производителност, е въведен процес на електродъгово нанасяне на равнини от тел Sv-AK5 с диаметър 2 mm. Приложете източник на ток VGD-301 и метализатор EM-12. Режими на пръскане: ток 300 A, напрежение 28…32 V, налягане на пръскащия въздух 0,4…0,6 MPa, разстояние от дюзата до детайла 80…100 mm. Покритие с дебелина 5 mm се нанася за 8 ... 10 минути.

При възстановяване на бутала от алуминиева сплав се нанася плазмено покритие от бронзов прах PR-Br. AZHNMts 8,5-4-5-1,5 (8,5% AI, 4% Fe, 4,8% Ni. 1,4% Mn, останалото е Cu). Те използват инсталацията UPU-8. Режим на приложение: ток 380 A, разстояние от дюзата до детайла 120 мм. плазмен газ - смес от аргон и азот.

При възстановяване на колянови валове, изработени от чугун с висока якост, върху термореактивна подложка от материал PN-85Yu15 се нанася плазмено покритие от състав на прахове. Съставът на състава: 50% PGSR, 30% PZh4 и 20% PN85Yu15.

Режими на процеса: I = 400 A, разстояние от дюзата до детайла 150 mm. поток на азот 25 л/мин. Съгласно авторското свидетелство за изобретение на СССР № 1737017, чиято цел е да повиши адхезионната и кохезионната якост на покритията, приложеният материал съдържа (през май%): самофлюсираща се сплав Ni-Cr -B-Si 25 ... 50 система, железен прах 30 ... 50 и никел - алуминиев прах 20…25.

Микроплазменото пръскане се използва при възстановяване на участъци от детайли с размери 5 ... 10 mm, за да се намали загубата на напръскан материал. Използват се плазмени горелки с ниска мощност (до 2 ... 2,5 kW), генериращи квазиламинарна плазмена струя при сила на тока от 10 ... 60 A. Като плазмообразуващ и защитен газ се използва аргон. С микроплазменото пръскане е възможно да се намали диаметърът на металоплазмената струя до 1…5 mm. Процесът се характеризира с ниско ниво на шум (30…50 dB) и малко количество изгорели газове, което позволява пръскане на закрито без използване на работна камера. Създадена е установка за микроплазмено пръскане MPN-001.

Технологичните режими на плазмено разпръскване се определят от: вида и дисперсността на материала, тока на плазмената струя и нейното напрежение, вида и дебита на плазмения газ, диаметъра на дюзата на плазмената горелка и разстоянието от дюза към напръсканата повърхност.

Дисперсността на частиците на материала, токът на плазмената струя и скоростта на потока на плазмообразуващия газ определят температурата на нагряване на частиците и скоростта им на движение, а оттам и плътността и структурата на покритието.

По-голямата еднородност на свойствата на покритието се осигурява при по-висока скорост на движение на плазмената горелка спрямо детайла и по-малка дебелина на слоя. Тази скорост има малък ефект върху оползотворяването на материала и значително влияе върху производителността на процеса.

Разстоянието от дюзата до възстановяваната повърхност зависи от вида на плазмения газ, свойствата на разпръсквания материал и варира в рамките на 120...250 mm (обикновено 120...150 mm). Ъгълът между оста на потока на частиците и повърхността, която ще се възстановява, трябва да се доближава до 90°.

Оптималната комбинация от топлинното съдържание на плазмения поток, времето на престой на частиците в този поток и тяхната скорост осигурява производството на покрития с високи физични и механични свойства.

Свойствата на плазмените покрития се подобряват значително, когато се стопят. В този случай най-нискотопимата част от материала се стопява, но температурата на нагряване трябва да е достатъчна, за да се стопят боросиликатите, които редуцират металите от оксиди и образуват шлаки.

Разтопените материали трябва да отговарят на следните изисквания: точката на топене на стопимия компонент на сплавта не трябва да надвишава 1000 ... 1100 ° C. сплавта в нагрято състояние трябва да намокри добре повърхността на детайла и да има свойството да се самофлюсира. Такива свойства притежават прахови материали на основата на никел с точка на топене 980...1050 °C и съдържащи флюсови елементи: бор и силиций. Недостатъчната температура на нагряване на покритието води до образуване на метални капчици по повърхността. Течното състояние на част от покритието допринася за интензивното протичане на дифузионни процеси, докато материалът на частта остава в твърдо състояние.

В резултат на префловането силата на свързване на покритието към основата се увеличава значително, кохезионната якост се увеличава, порьозността изчезва и устойчивостта на износване се подобрява.

Разтопените покрития имат обработваемост, близка до тази на монолитните топлоустойчиви стомании сплави с подобен химичен състав.
Покритията се топят: чрез газова горелка (окси-ацетиленов пламък), в термична пещ, чрез индуктор (високочестотни токове), чрез електронен или лазерен лъч, чрез плазмена горелка (плазмена струя), чрез преминаване на голяма текущ.

Преформатирането с газова горелка е най-лесният начин за визуален контрол на качеството на преформатиране. Недостатъците на метода са едностранно нагряване на детайла, което може да доведе до изкривяване и висока трудоемкост при обработка на масивни части.

Претопяването на пещта осигурява нагряване на целия обем на частта, така че вероятността от пукнатини е намалена. Но областите на частта, свързани с покритието, са покрити с котлен камък, техните физични и механични свойства се влошават. Отрицателно влияниеокислителната атмосфера върху свойствата на покритията по време на тяхното нагряване е изключена при наличие на защитна среда.

Добри резултати се получават чрез индукционно префлояване, което осигурява по-голяма производителност, без да се нарушава термичната обработка на целия детайл. На нагряване се подлагат само покритието и тънък слой от неблагороден метал в съседство с него. Дебелината на нагрятия метал зависи от честотата на тока: с увеличаване на последния, дебелината намалява. Високата скорост на нагряване и охлаждане може да доведе до пукнатини в покритието.

Топенето на покрития с електронен или лазерен лъч практически не променя свойствата на зоните, свързани с покритието и сърцевината на детайла. Поради високата цена, тези методи трябва да се използват при възстановяването на критични скъпи части, покритията върху които трудно се стопяват с други методи.

Наплавени покрития от сплави на базата на никел PG-SR2. PG-SRZ и PG-SR4 имат следните свойства:

Твърдост 35…60 HRC в зависимост от съдържанието на бор в тях;

Повишена устойчивост на износване 2...3 пъти в сравнение със закалена стомана 45, което се обяснява с наличието на твърди кристали (бориди и карбиди) в структурата на покритието;

Повишена с 8 ... 10 пъти якостта на връзката на покритието с основата в сравнение със силата на връзката на неразтопените покрития;

Якостта на умора се увеличава с 20...25%.

Областта на приложение на плазмени покрития с последващо преливане е възстановяването на повърхностите на части, работещи при условия на редуващи се и контактни натоварвания.

Разтопените покрития имат многофазна структура, чиито компоненти са бориди, излишни карбиди и евтектика. Видът на микроструктурата (дисперсия, тип и брой компоненти) зависи от химичния състав на самофлюсващата се сплав, времето и температурата на нагряване.

Най-добрата устойчивост на износване на частите в натоварените интерфейси се осигурява от покрития, направени от самофлюсни сплави. Структурата на покритието е силно легиран твърд разтвор с включвания на дисперсни металоподобни фази (предимно борид или карбид) с размер на частиците 1...10 µm, равномерно разпределени в основата.

За плазмено пръскане на метални и неметални покрития (огнеупорни, износоустойчиви, устойчиви на корозия) се използват следните инсталации: UN-115, UN-120, UPM-6. УПУ-ЗД. UPS-301. APR-403. УПРП-201.

За генериране на плазма се използват различни плазмени горелки. Диапазонът и нивото на плътност на мощността, реализирани в конкретен дизайн, характеризират ефективността на преобразуване електрическа енергиядъги в термична плазмена струя, както и технологични възможностиплазмена горелка.

Задачата за разработване на технологична плазмена горелка винаги се свежда до създаване на относително проста, поддържаема конструкция, която осигурява стабилна дългосрочна работа в широк диапазон от промени в електродъговия заваръчен ток, скоростта на потока и състава на плазмения газ, както и генериране на плазмена струя с възпроизводими параметри, което дава възможност за ефективна обработка на материали с различни свойства.

В практиката на пръскане се използват както хомогенни прахове от различни материали (метали, сплави, оксиди, безкислородни огнеупорни съединения), така и композитни, както и механични смеси от тези материали.

Най-често срещаните прахообразни материали са:

метали - Ni, Al, Mo, Ti, Cr, Cu;

сплави - легирани стомани, чугун, никел, мед, кобалт, титан, включително самофлюсващи се сплави (Ni-Cr-B-Si, Ni-B-Si, Co-Ni-Cr-B-Si, Ni-Cu- B -Si);

оксиди на Al, Ti, Cr, Zr и други метали и техните състави;

безкислородни огнеупорни съединения и твърди сплави- Cr, Ti, W и др. карбиди и техните състави с Co и Ni;

прахове с композитно покритие - Ni-графит, Ni-A l и др.;

композитни конгломерирани прахове - Ni - Al, NiCrBSi - Al
и т.н.;

механични смеси - Cr 3 C 2 + NiCr, NiCrBSi + Cr 3 C 2 и др.

В случай на използване на композитни прахове в технологията на термично пръскане се преследват следните цели:

използването на екзотермичния ефект от взаимодействието на компонентите (Ni - Al, Ni - Ti и др.);

равномерно разпределение на компонентите в обема на покритието, например, като металокерамика (Ni - Al 2 0 3 и др.);

защита на материала на сърцевината на частиците от окисление или разлагане по време на разпръскване (Co-WC, Ni-TiC и др.):

образуване на покритие с участието на материал, който не образува самостоятелно покритие по време на термично пръскане (Ni-графит и др.);

подобряване на условията за образуване на покрития чрез увеличаване на средната плътност на частиците, въвеждане на компоненти с висока енталпия.

Праховете, използвани за пръскане, не трябва да се разлагат или сублимират по време на процеса на пръскане, но трябва да имат достатъчна разлика между точките на топене и кипене (най-малко 200 °C).

При избора на прахови материали за получаване на различни плазмени покрития трябва да се вземат предвид следните разпоредби.

Гранулометричният състав на използваните прахообразни материали е от първостепенно значение, тъй като от него зависят производителността и коефициентът на използване, както и свойствата на покритията. Размерът на частиците на праха се избира в зависимост от характеристиките на източника на топлинна енергия, топлофизичните свойства на пръскания материал и неговата плътност.

Обикновено при пръскане на фин прах се получава по-плътно покритие, въпреки че съдържа голямо количество оксиди в резултат на нагряване на частици и тяхното взаимодействие с високотемпературен плазмен поток. Прекалено големите частици нямат време да се затоплят, поради което не образуват достатъчно силна връзка с повърхността и помежду си или просто отскачат при удар. При пръскане на прах, състоящ се от смес от частици с различни диаметри, по-малките частици се стопяват в непосредствена близост до мястото на подаването им към дюзата, запечатват отвора и образуват вдлъбнатини, които от време на време се отделят и падат върху напръсканата повърхност. покритие под формата на големи капки, което влошава качеството му. Следователно пръскането за предпочитане трябва да се извършва с прахове от същата фракция и всички прахове трябва да бъдат подложени на дисперсия (класифициране) преди пръскане.

За керамичните материали оптималният размер на частиците на праха е 50-70 микрона, а за металите - около 100 микрона. Праховете, предназначени за пръскане, трябва да имат сферична форма. Имат добра течливост, което улеснява транспортирането им до плазмената горелка.

Почти всички прахове са хигроскопични и могат да се окисляват, така че се съхраняват в затворени контейнери. Прахове, които са били в отворен контейнер за известно време, се калцинират в сушилня от неръждаема стомана със слой от 5-10 mm при температура 120-130 ° C за 1,5-2 часа преди пръскане.

Прахът за пръскане се избира, като се вземат предвид условията на работа на пръсканите части.

Възможните дефекти на метода на плазмено-дъговото покритие са разслояване на напръскания слой, напукване на покритието, поява на големи капки от покриващия материал, капки мед по повърхността, както и разликата в дебелината на покритието (по-горе допустимото).

За да се повишат адхезионните и кохезионните якости и други качествени характеристики, плазмените покрития се подлагат на допълнителна обработка по различни начини: валцуване с валяци под ток, почистване на напръсканите повърхности от котлен камък и отстраняване на частици, слабо залепнали към основата или към предходния слой. с метални четки по време на самия процес на пръскане, струйно-абразивна и ултразвукова обработка и др.

Един от най-често срещаните начини за подобряване на качеството на покритията от самофлюсни сплави е тяхното топене. За преплавяне се използва индукционно или пещно нагряване, нагряване в разтопени соли или метали, плазма, пламък, лазер и др.. В повечето случаи се предпочита нагряването в индуктори с високочестотни токове (HFC). Напръсканите покрития от системата Ni - Cr - B - Si - C се подлагат на топене при 920-1200 0 С, за да се намали първоначалната порьозност, да се повиши твърдостта и якостта на адхезия към основния метал.

Технологичният процес на плазмено пръскане се състои от предварително почистване (по всеки известен метод), активираща обработка (например абразивна струя) и директно нанасяне на покритие чрез преместване на продукта спрямо плазмената горелка или обратно.

Лашченко Г.И. Плазмено втвърдяване и разпрашване. – К.: Екотехнолог и Я, 2003 – 64 с.

Плазмено пръскане

Методът за нанасяне на покрития с помощта на плазмен поток превъзхожда по своите възможности методите за отлагане на метали, използващи кислородно-ацетиленов пламък и електродъгово заваряване. Предимството на този метод пред другите се състои във възможността за разтопяване и нанасяне на многослойни покрития върху материали от огнеупорни метали, независимо от температурата на топене на последните, което прави възможно възстановяването на части, които имат извън всички ремонтни размери.

Подобно на други методи за високотемпературно пръскане на покрития, плазменото пръскане не предизвиква изкривяване на частта и промени в структурата. Износоустойчивостта на плазмените покрития е 1,5...3 пъти по-висока, а коефициентът на триене е 1,5...2 пъти по-нисък от този на закалена стомана 45.

Плазмената струя се използва за наваряване и покриване на продукти от стомана, алуминий и неговите сплави и други материали чрез разтопяване на тел за пълнене или метални прахове. Плазмата се използва за рязане и повърхностна обработка на различни материали, нагряване за запояване и термична обработка. Използването на неутрални газове за образуване и защита на плазмата - аргон, азот и техните смеси - осигурява минимално изгаряне на легиращите елементи и окисляване на частиците. Плазменото пръскане подобрява свойствата на металните покрития, но широкото му използване е ограничено от ниската якост на адхезия на покритието към повърхността на възстановената част и надеждността на плазмените факли, високия шум и яркостта на дъгата. Плазмената дъга е източник на топлина с висока интензивност, състоящ се от молекули на атоми, йони, електрони и светлинни кванти в силно йонизирано състояние, чиято температура може да достигне 20 000 °C или повече.

Плазмената струя има ярко светеща сърцевина, чиято дължина може да варира от 2...3 до 40...50 mm в зависимост от размера на дюзата и канала, газовия състав и дебита, стойността на тока и дължината на дъгата.

Захранващата верига на инсталацията се състои от два източника: единият от тях е предназначен за захранване на плазмената дъга, а вторият - за поддържане на основната дъга. Плазмообразуващият газ се подава от цилиндъра през газовото оборудване, разположено в контролния панел. Използва се газ-носител за подаване на прахообразния пълнеж. Газовото оборудване се състои от бутилки, редуктори, разходомери, смесител, предпазители и електромагнитни вентили.

За наваряване е препоръчително да се използват плазмени горелки, в които две дъги горят едновременно: едната е плазменообразуваща, а втората служи за топене на основния метал и стопяване на пълнителя. При пръскане се препоръчват горелки, при които пълнителят и основният метал се нагряват от част от плазмения поток, преминал през отвора на дюзата.

Niresist и бронзови прахове се използват за пръскане на антифрикционни покрития. Прахове от самофлюсни сплави PG-SRZ, SNGN-50, неръждаема стомана се използват в смеси за пръскане на износоустойчиви покрития, както и за възстановяване на валове и лагерни седалки.

Интерметални прахове (химическо съединение на метал с метал) PN55T, PN85Yu15 се използват като подслой (0,05...0,1 mm) за повишаване на адхезионната якост на покритията и като компонент на прахова смес за увеличаване на кохезионната якост на покритието. Плазмените покрития имат достатъчно високи стойности на якост на адхезия с дебелина на слоя до 0,6 ... 0,8 mm.

За пръскане на главната и съединителната шийка на коляновия вал на двигателя ZIL-130 можете да използвате смес от прахове - 15 ... 25% (тегловни) PN85Yu15 + 35 ... 40% PG-SRZ + 35 . .. 50% P2X13. Поради икономически причини е препоръчително да се пръска със смеси, чиито основни компоненти са евтини прахове (ni-resist, неръждаема стомана, бронз). В състава им се въвежда 10…15% прах PN85Yu15.

Праховете PR-N70Yu30 и PR-N85Yu15, произведени от NPO Tulachermet, могат да служат като подслой и основен покривен слой в комбинация с високовъглеродни прахове.

Качеството на покритието по време на плазмено пръскане до голяма степен зависи от мощността на горелката, газовия поток, електрическия режим, подаването на прах, условията на пръскане (разстоянието на горелката от продукта, ъгълът на пръскане се задава експериментално за всеки конкретен случай.

Ориз. 1. Схема на монтаж за плазмено напластяване:
1 - основен източник на ток; 2 - източник на ток за възбуждане; 3 - плазмена горелка; 4 - газов цилиндър, транспортиращ прах за заваряване; 5 - газов редуктор; 6 - дозатор; 7 - цилиндър с плазмен газ; 8 - ротаметър; 9 - смесител.

Ориз. 2. Схеми на плазмени горелки за наваряване (а) и за пръскане (б):
1 - волфрамов електрод (катод); 2 - изолиращо уплътнение; 3 - дюза (анод); 4 - плазма; 5 - отложен слой; 6 - неблагороден метал; 7 - канал за подаване на прах за заваряване; 8 - канали за охлаждаща вода; 9 - напръскан слой.

За възстановяване на части от типа "вал" (зъбни валове, кухи и плътни валове и оси, карданни кръстове и диференциали) с износване не повече от 3 мм, инсталацията OKS-11231-GOSNITI се използва чрез плазмено наваряване с твърдо покритие. сплавни материали.

Диаметърът и дължината на заваряваните части са съответно 20…100 и 100…800 mm. Приложени прахове: sor-mite, зареден с алуминиев прах ASDT; US-25 с алуминий; Т-590 с алуминий; PG-L101 с алуминий; газ - аргон, въздух под налягане. Твърдостта на нанесения метал е до 66 HRC3. Габаритни размери на машината 2225X1236X1815 мм.

Според ГОСНИТИ годишният икономически ефектот изпълнението на инсталацията ще бъде повече от 9 хиляди рубли.

На инсталацията OKS-11192-GOSNITI успешно се възстановяват фаските на клапанните дискове на дизелови двигатели от всички марки с прахообразен материал PG-SR2. Производителността му е 80…100 клапана на смяна.

Висока надеждност при работа показа малката плазмена горелка VSKHIZO-Z, която в комбинация с преустроената инсталация UMP-5-68 се препоръчва за възстановяване на колянови валове на YaMZ-238NB, SMD-14 и A-41 двигатели, използващи следните състави: тел Sv-08G2S-80 ... 85% + PG-SR4-15 ... 20% прах (SMD-14 и A-41) и 15GSTYUTSA-75 ... 80% тел + PG-SR4-20 ... 25 % прах. Твърдостта на шийките на вала в първия случай е 46,5 ... 51,5 HRC3, във втория - 56,5 ... 61 HRC3. Износоустойчивостта на шийките и втулките е на нивото на коляновия вал.

Проблемът с осигуряването на необходимата якост на адхезия на металното покритие към продукта, търсенето на нови евтини материали и ефективни начиниподготовка на износени повърхности на детайли преди плазмено пръскане.

Първият може да бъде решен чрез въвеждане на допълнителна операция - разтопяване на напръсканото покритие, което се извършва с плазмена или окси-ацетиленова горелка веднага след нанасяне на покритието, както и чрез нагряване с високочестотни токове. След като покритието се разтопи, неговите физични и механични свойства се подобряват, а якостта на сцепление се увеличава 10 пъти или повече.

Технологичният процес на възстановяване на частите по този начин включва почистване на повърхността на продукта от примеси и оксиди (ако е необходимо, предварително смилане, за да се придаде правилната геометрична форма на частта), нейното обезмасляване и абразивно бластиране (създава втвърдяване, разрушава оксидния филм). , увеличава грапавостта), пръскане на детайла с разтопено покритие и след това механична обработка на продукта.

Налягане на сгъстен въздух по време на абразивно бластиране - 0,4 ... 0,6 MPa, разстояние на издухване 50 ... 90 mm, ъгъл на атака на абразивната струя 75 ... 90 °. Продължителността на обработката зависи от абразива (прах от бял електрокорунд 23A, 24A или черен силициев карбид 53C, 54C с размер на зърното 80 ... 125 микрона GOST 1347-80, стоманен или чугунен изстрел DSK и DCHK № 08K ; № 1.5K GOST 11964-69), материалът на детайла и неговата твърдост и площта на обработената повърхност. Времето между подготовката и пръскането трябва да бъде възможно най-кратко и не повече от 1,5 часа.

Разстоянието от изхода на дюзата до повърхността на детайла по време на плазмено топене се намалява в рамките на 50 ... 60 mm.

За цилиндрични части топенето се извършва по време на тяхното въртене с честота 10 ... 20 min-1.

Като ротатор за плазмено разпръскване могат да се използват инсталации 011-1-01, 011-109 или винторежещ струг.

При избора на крайната дебелина на слоя трябва да се вземе предвид свиването по време на шлифоване (10...20%) и резерва за обработка (0,2...0,3 mm на страна).

Плазмените покрития, напръскани с метални прахове, се обработват на винтове или шлифовъчни машинисъс стандартен режещ инструмент. Шлифоването със синтетични диамантени дискове е особено ефективно.

Проведените проучвания показват, че е възможно да се възстановят критични части на автотрактора с всякаква форма (плочи и тласкачи, скосявания на плочи и стебла на клапани, колянови валове, ролки на водни помпи) чрез плазмено пръскане с препълване на покритието, което трябва да се вземе предвид от специалисти при разработване на технологични процеси за възстановяване на тези части.

Използването на плазмено пръскане е препоръчително при възстановяване на износваеми работни части на селскостопански машини (в този случай е желателно прилагането на карбидни прахове). Може да се използва за нанасяне на топлоустойчиви антикорозионни покрития за части, работещи при високи температури.

В същото време проблемът с шприцованите покрития все още не е напълно решен. Например контрол в процеса на пръскане на дебелината на покритията, механична обработка на напръсканите покрития. Необходимо е по-нататъшно усъвършенстване на съществуващата технология за високотемпературно пръскане и оборудване за нейното прилагане, задълбочени и разнообразни проучвания на възможностите и предимствата на тази технология и разработване на научнообосновани препоръки за използването на материали с флюсова сърцевина. на конкретни части.

Да сеКатегория: - Усъвършенствани методи за ремонт

При плазмения метод на нанасяне на покритие напръсканият материал се нагрява до течно състояние и се прехвърля към повърхността, която ще се третира, като се използва високотемпературен плазмен поток. Материалът за пръскане се предлага под формата на пръчки, прахове или телове. Методът на прах е най-често срещаният.

Уникалността на метода на плазмено пръскане се състои във високата температура (до 50 хиляди градуса по Целзий) на плазмената струя и високата скорост (до 500 m/s) на частиците в струята. Нагряването на напръсканата повърхност е малко и не надвишава 200 градуса.

Производителността на плазменото разпръскване е 3-20 kg/h за плазмени генератори с мощност 30...40 kW и 50-80 kg/h за оборудване с мощност 150...200 kW.

Силата на адхезия на покритието към повърхността на детайла е средно 10-55 MPa за разделяне, а в някои случаи до 120 MPa. Порьозността на покритието е от порядъка на 10...15%. Дебелината на покритието обикновено е не повече от 1 mm, тъй като когато се увеличи, в напръскания слой възникват напрежения, които се стремят да го отделят от повърхността на детайла.

Плазмено-дъговото пръскане в комбинация с едновременна повърхностна обработка с въртяща се метална четка позволява да се намали порьозността на покритието до 1-4% и да се увеличи общата дебелина на пръскането до 20 mm.

Плазмообразуващите газове са азот, хелий, аргон, водород, техните смеси и смес от въздух с метан, пропан или бутан.

Плазменото пръскане използва тел, включително прахообразен тип, прахове от черни и цветни метали, никел, молибден, хром, мед, метални оксиди, метални карбиди и техните състави с никел и кобалт, метални сплави, композитни материали (никел-графит, никел -алуминий и др.) и механични смеси от метали, сплави и карбиди. Регулирането на режима на пръскане позволява нанасянето както на огнеупорни, така и на нискотопими материали.

Като основа за плазмено пръскане могат да послужат метали и неметали (пластмаса, тухла, бетон, графит и др.). За нанасяне на покрития върху малки повърхности се използва метод на микроплазмено пръскане, което спестява загуба на напръскан материал (ширина на пръскане 1-3 mm).

Подробности за плазмената горелка

За да се увеличи адхезията на напръсканите покрития, да се предпази от окисляване и да се намали порьозността, се използва методът на плазмено пръскане в защитна среда (вакуум, азот, смес от азот с аргон и водород) и с помощта на специални дюзи които затварят зоната между пръскачката и третираната повърхност. Обещаващо направление в технологията за плазмено пръскане е свръхзвуково пръскане.

Процесът на плазмено пръскане включва 3 основни етапа:

1) Подготовка на повърхността.

2) Пръскане и допълнително покритие за подобряване на свойствата.

3) Обработка за постигане на крайни размери.

Предварителните размери на повърхностите, които ще се напръскват, трябва да се определят, като се вземе предвид дебелината на пръскането и допускането на последваща обработка. Преходите на повърхността трябва да са плавни, без остри ъгли, за да се избегне отлепване на покритието. Съотношението на ширината на канала или диаметъра на отвора към неговата дълбочина трябва да бъде най-малко 2.

Частите трябва да бъдат старателно почистени и обезмаслени преди пръскане. Ремонтните части с мазни канали или канали трябва да се нагреят във фурна при температура 200-340 градуса. за 2-3 часа, за да се изпари маслото.

След това повърхността се активира - придава й се определена грапавост, за да се осигури адхезия. Активирането се извършва чрез продухване на частта със сгъстен въздух с абразив или нарязване на скъсана резба.

Абразивът се избира с размер на зърното 80 ... 150 съгласно GOST 3647 или се използва чугун / стоманен изстрел DChK, DSK № 01 ... 05 съгласно GOST 11964.

Металните изстрели не се използват за обработка на топлоустойчиви, устойчиви на корозия стомани и цветни метали и сплави, тъй като могат да причинят тяхното окисляване.

Грапавостта на повърхността за плазмено пръскане трябва да бъде 10...60 Rz, повърхността трябва да е матова.

Повърхностите, които не подлежат на абразивна обработка, са защитени с екрани. Площта на въздушния поток трябва да бъде 5+/-2 mm по-голяма от номиналния размер на пръсканата повърхност.

Тънките части са фиксирани в приспособления, за да се предотврати изкривяването им по време на обработката.

Разстоянието от дюзата до детайла по време на абразивно бластиране трябва да бъде в рамките на 80 ... 200 mm, по-малки стойности се вземат за по-твърди материали, по-големи за меки. След това частите се обезпрашават чрез продухване със сгъстен въздух.

Времевият интервал между почистването и пръскането трябва да бъде не повече от 4 часа, а при пръскане на алуминий и други бързо окисляващи се материали - не повече от час.

За детайли с форма на въртящи се тела се използва нарязване на скъсана резба вместо абразивно бластиране. Конецът се нарязва стругс конвенционален нож с резба, изместен под оста на детайла. Конецът се нарязва без охлаждане с едно минаване. Стъпката на резбата се избира съгласно таблица 1.

За плазмено пръскане трябва да се използват прахове от същата фракция, формата на частиците е сферична. Оптималният размер на частиците за металите е около 100 микрона, а за керамиката - 50...70 микрона. Ако праховете се съхраняват в непропускливи контейнери, те трябва да се калцинират при температура от 120 ... 130 градуса за 1,5-2 часа в пещ.

Тези части на частта, които не са напръскани, са защитени с азбестови или метални екрани или с покрития.

Предварителното нагряване на частта преди пръскане се извършва от плазмена горелка до температура от 150 ... 180 градуса.

Режимите на обработка се определят емпирично. Средните стойности на режимите на плазмено пръскане са както следва:

1) Разстоянието от дюзата до детайла е 100...150 мм.

2) Скорост на струята — 3...15 m/min.

3) Скоростта на въртене на детайла е 10 ... 15 m / min.

4) Ъгъл на разпръскване - 60...90 градуса.

Общата дебелина на покритието се набира в няколко цикъла със застъпване на лентите за нанасяне с 1/3 от диаметъра на петното на нанасяне.

След отлагането частта се отстранява от плазмената горелка, защитните екрани се отстраняват и се охлаждат до стайна температура.

Фигура 1 - Схематична диаграма на плазмено прахообразно пръскане: 1 - захранване с плазмен газ, 2 - катод на плазмена горелка, 3 - корпус на катода, 4 - изолатор, 5 - корпус на анода, 6 - подаващо устройство за прах, 7 - захранване с газ носител на прах, 8 - плазмена дъга, 9 - източник на енергия.

Фигура 2 - Схематична диаграма на плазмено пръскане с помощта на тел: 1 - захранване с плазмен газ, 2 - катод на плазмена горелка, 3 - корпус на катод, 4 - изолатор, 5 - корпус на анода, 6 - механизъм за подаване на тел, 7 - твърда или с флюсова сърцевина проводник, 8 - плазмена дъга, 9 - източник на захранване.

Фигура 3 - Структурата на покритието, напръскано по плазмения метод

За подобряване на качеството на напръсканите покрития се използват следните методи:

1) движение в ролки под електрически ток;

2) пръскане с едновременна обработка с метални четки;

3) топене на покрития от самофлюсни сплави. Преформатирането се извършва с помощта на пещи, високочестотен ток, нагрети разтопени соли и метали, плазмени, лазерни или газопламъчни методи. Температурата на топене на покритието никел-хром-бор-силиций-въглерод е 900..1200 градуса.

Крайните размери на детайлите след плазмено пръскане се получават чрез струговане и шлифоване с охлаждане с водни разтвори и водно-маслени емулсии. Шлифовъчните колела са избрани от електрокорунд клас Е върху керамична връзка, размер на зърното 36 ... 46, твърдост CH. Режимите на шлифоване са следните: скорост на въртене на колелото 25...30 m/s, подаване на колелото 5...10 mm/об, скорост на въртене на детайла 10...20 m/min, подаване на детайла 0,015...0,03 mm/ дв.ч.

Допълнителна продукция финален контрол, ако има пукнатини, разслоения, рискове, чернота по повърхността на напръсканата част, крайните размери не са спазени, тогава частта се връща за корекция на дефекта (не повече от 1 път), докато площта на пръскане трябва да се увеличи с 10...15 мм около периметъра.

Производството на метални изделия се модернизира с развитието на съвременните технологии. Металът е по-податлив на влага, следователно, за да се осигури дълъг експлоатационен живот и да се придадат необходимите свойства на части, работни механизми и повърхности, металното пръскане се използва широко в съвременната индустрия. Технологията на прахова обработка се състои в нанасяне на защитен слой върху основната метална основа, който осигурява високи антикорозионни характеристики на напръсканите продукти.

Металната повърхност след прахова обработка придобива важни защитни свойства. В зависимост от предназначението и областта на приложение на металните части се придават огнеупорни, антикорозионни, износоустойчиви характеристики.

Основната цел на пръскането на основата на металната основа е да осигури дълъг експлоатационен живот на частите и механизмите в резултат на въздействието на вибрационни процеси, високи температури, променливи натоварвания и влиянието на агресивни среди.

Процесите на пръскане на метал се извършват по няколко начина:

• вакуумна обработка- материалът при силно нагряване във вакуумна среда се превръща в пара, която в процеса на кондензация се отлага върху обработваната повърхност.
• Плазмено или газоплазмено пръскане на метал– методът на обработка се основава на използването на електрическа дъга, образувана между двойка електроди с инжектиране на инертен газ и йонизация.
• Газодинамичен метод на обработка– образува се защитно покритие при контакт и взаимодействие на студени метални микрочастици, чиято скорост се увеличава от ултразвукова газова струя, със субстрата.
• Пръскане с лазерен лъч– процесът се генерира с помощта на оптично-квантово оборудване. Локалното лазерно лъчение позволява обработка на сложни детайли.
• Магнетронно разпрашване– извършва се под въздействието на катодно разпрашване в плазмена среда за отлагане на тънки слоеве върху повърхността. Магнетроните се използват в технологията за обработка на магнетрони.
• Защита на метални повърхности по йонно-плазмен метод- базирани на пръскане на материали във вакуумна среда с образуване на кондензат и отлагането му върху основата, която се обработва. Вакуумният метод не позволява на металите да се нагряват и деформират.

Технологичният метод на пръскане на части, механизми, метални повърхности се избира в зависимост от характеристиките, които трябва да се придадат на пръсканата основа. Тъй като методът на насипно легиране е икономически скъп, в индустриален мащабшироко използват модерни технологии за лазерна, плазмена, вакуумна метализация.

Разпрашване в магнетронни инсталации

Метализирането на повърхности с помощта на технологията на магнетронно разпрашване се основава на топенето на метала, от който е направена магнетронната мишена.Обработката се извършва в процеса на ударно въздействие на йони на работната газова среда, образувана в разрядната плазма. Характеристики на използването на магнетронни инсталации:

• Основните елементи на работната система са катодът, анодът и магнитната среда, която допринася за локализирането на плазмената струя близо до повърхността на разпръскваната мишена.
• Действието на магнитната система активира използването на магнити с постоянно поле (самарий-кобалт, неодим), монтирани върху основа от меки магнитни материали.
• Когато се приложи напрежение от източника на захранване към катода на йонната настройка, целта се разпръсква и токът трябва да се поддържа на постоянно високо ниво.
• Магнетронният процес се основава на използването на работна среда, която е комбинация от инертни и реакционни газове с висока чистота, подавани в камерата на вакуумно оборудване под налягане.

Предимствата на магнетронното разпрашване правят възможно използването на тази технология за обработка за получаване на тънки метални филми.Например изделия от алуминий, мед, злато, сребро. Образуват се полупроводникови филми - силиций, германий, силициев карбид, галиев арсенид, както и образуването на диелектрични покрития.

Основното предимство на магнетронния метод е високата скорост на разпръскване на целта, отлагането на частици, точността на възпроизвеждане на химическия състав, липсата на прегряване на детайла и равномерността на нанесеното покритие.

Използването на магнетронно оборудване за разпрашване позволява да се обработват метали и полупроводници с висока скорост на отлагане на частици, да се създават тънки филми с плътна кристална структура и високи адхезивни свойства върху напръсканата повърхност. Основният списък от работи по магнетронно покритие включва хромиране, никелиране, реактивно отлагане на оксиди, карбо- и оксинитриди, високоскоростно медно покритие.

Технология на йонно-плазмена наварка

За получаване на многомикронни покрития върху метални изделия широко се използва методът на йонно-плазмено пръскане.Основава се на използването на вакуумна среда и физични и химични свойстваматериалите се изпаряват и разпръскват в безвъздушно пространство.

Технологично сложният процес позволява решаването на важни технически проблеми за метализирането на продуктите чрез използване на йонно-плазмено пръскащо устройство:

• Увеличаване на параметрите на устойчивост на износване, изключване на синтероване при работа на продукти при високи температури.
• Подобряване на корозионната устойчивост на металите по време на работа в агресивни водни, химически среди.
• Предоставяне на електромагнитни свойства и характеристики, работа в инфрачервения и оптичния диапазон.
• Получаване на висококачествени галванични покрития, придаване на декоративни и защитни свойства на продукти, обработка на части и механизми, използвани в различни индустрии.

Процесът на йонно-плазмено пръскане се основава на използването на вакуумна среда.След запалване на катода се образуват петна от първо и второ ниво, които се движат с висока скорост и образуват плазмена струя в йонния слой. Струята, получена в резултат на разяждането на катодите, преминава през вакуумна среда и взаимодейства с кондензираните повърхности, отлагайки плътно кристално покритие.

Използването на йонно-плазмено пръскане позволява нанасянето на защитни покрития при температура на запалване на катода до 100 ° C, отличава се с доста проста схема за получаване на слоеве с дебелина до 20 μm.

С помощта на йонно-плазмено пръскане върху метала е възможно структурно да се придадат необходимите свойства. сложни продуктинестандартна геометрична форма. След обработката не е необходимо металната повърхност да се покрива с финишен слой.

Характеристики на плазмената метализация

Наред с методите за йонно-плазмено пръскане и магнетронна обработка на металите се използва друг метод - плазмена метализация.Основната задача на технологията е да защити продуктите от окислителни процеси в агресивни среди, да подобри производителността, да втвърди обработената повърхност и да повиши устойчивостта на механични натоварвания.

Плазменото пръскане на алуминий и други метали се основава на високоскоростно ускоряване на метален прах в плазмен поток с отлагане на микрочастици под формата на покривен слой.

Характеристики и предимства на технологията за плазмено пръскане върху метал:

• Високотемпературният метод за нанасяне на защитен слой върху третираната повърхност (около 5000-6000 °C) се осъществява за части от секундата.
• Използвайки методите за контрол на газовия състав, е възможно да се получи комбинирано насищане на металната повърхност с атоми на прахови покрития.
• Благодарение на равномерността на потока на плазмената струя е възможно да се получи еднакво поресто висококачествено покритие. Крайният продукт превъзхожда традиционните методи за покритие.
• Продължителността на процеса на пръскане е малка, което помага да се постигне сто процента икономическа ефективностизползване на плазмено оборудване в различни производствени мащаби.

Основните компоненти на работната инсталация са високочестотен генератор, уплътнителна камера, резервоар за газова среда, помпен агрегатза подаване на налягане, система за управление.Разрешено е да се използва технологията за плазмено пръскане върху метал у дома, ако е налична необходимо оборудванес вакуумна камера - излагането на кислород води до окисляване на горещи метални повърхности и цели.

Във видеото: възстановяване на детайли чрез пръскане.

Процес на лазерна обработка

Наваряването на метали по лазерен метод дава възможност за възстановяване на части и механизми със светлинни потоци, генерирани от оптично-квантово оборудване.Вакуумното лазерно отлагане е едно от най обещаващи методиполучаване на наноструктурирани филми. Процесът се основава на разпръскване на мишена от светлинен лъч, последвано от отлагане на частици върху субстрат.

Предимства на технологията: лекота на извършване на метализация, равномерно изпаряване на химичните елементи, получаване на филмови покрития със зададен стехиометричен състав. Благодарение на тесния фокус на лазерния лъч в мястото на неговата концентрация е възможно да се получи наваряване на продукта с всякакви метали.

Механизми за образуване на течни капкови фази:

• Големи капчици от разтопени целеви частици се образуват чрез действието на хидродинамичен механизъм. В този случай диаметърът на големите капчици варира в диапазона 1–100 μm.
• Капки със среден размер се образуват поради процесите на обемно изпаряване. Размерът на капките варира от 0,01-1 µm.
• Когато мишената е изложена на къси и чести импулси на лазерния лъч в ерозионния факел, се образуват целеви частици с малък размер - 40-60 nm.

Ако и трите механизма на работния процес (хидродинамика, изпарение, високочестотен импулс) действат едновременно в лазерна инсталация при наваряване на метали върху мишена, придобиването на необходимите характеристики от продукта зависи от степента на влияние на конкретен механизъм за напластяване.

Едно от условията за висококачествена лазерна обработка е излагането на целта на такъв режим на облъчване, че да се получат лазерни факли с най-малкото включване на частици от течни капки на изхода.

Оборудване за студено пръскане

Има два варианта за защита на металите от негативните ефекти на външни и работни фактори - легиране и отлагане с вакуумно оборудване. Тоест към сплавта се добавят атоми на химически елементи, придаващи на продуктите необходимите характеристики, или се нанася защитно покритие върху основната повърхност.

Най-често индустрията за метализация използва технологията за нанасяне на галванични покрития, използвайки методи за потапяне на части в стопилка, използване на вакуумна среда в процесите на обработка и използване на магнетронно оборудване.

Понякога се използва разпръскване на детонационен газ, който ускорява частиците до невероятни скорости. Широко използвани плазмотрони, дъгова метализация, обработка с пламък, йонно разпрашване. Предизвикателствата на индустрията диктуват своите собствени условия и възникна необходимостта инженерите да създадат евтино, лесно за използване оборудване, за което да се използват свойствата на нагрятия сгъстен въздух.

Концепцията за прахова метализация се появява с добавянето на фино диспергирана керамика или частици към металния прах твърд метал. Използва се за работа с алуминий, никел, мед.

Резултатът от експериментите надмина очакванията, позволявайки решаването на следните задачи:

• Нагряването на сгъстения въздух в камерата води до повишаване на налягането, което води до увеличаване на дебита на отлаганията от дюзата в инсталациите.
• Когато металните частици се събират във високоскоростна газова среда, те се удрят в основата, омекват и залепват за нея. А керамичните частици уплътняват образувания слой.
• Използването на прахова технология е подходящо за покритие на пластични метали - мед, алуминий, никел, цинк. След пръскане продуктът може да се обработва машинно.

Благодарение на успешната работа на инженерите беше възможно да се създаде преносим апарат, който позволява покритията да бъдат метализирани върху всички индустриални предприятияи у дома.Изискванията за успешна работа на оборудването са наличието на компресорен агрегат (или въздушна мрежа) с налягане на сгъстен въздух от пет до шест атмосфери и захранване.

Таблицата по-долу показва данните за алуминиево хромиране у дома. Преди да приложите галванопластика, е необходимо да „поставите“ междинен метален слой върху детайла и след това да напръскате алуминий.

Таблица 1. Хромиране на алуминий

Използването на съвременно оборудване за метализиране на продукти ни позволява да решим технически въпросисвързани с повишаване на антикорозионните, якостни, експлоатационни характеристики, както и придаване на машини, части и механизми на необходимите свойства за работа в трудни условия на работа.

Лазерно заваряване (2 видеоклипа)

Процес на пръскане и работни инсталации (24 снимки)

Основните разлики между плазмената метализация и другите методи на топене са по-високата температура и по-високата мощност, което осигурява значително увеличение на производителността на процеса и възможността за нанасяне и разтопяване на всякакви топлоустойчиви и износоустойчиви материали (фиг. 4.8). За плазмено пръскане се използват газове аргон и азот за осигуряване на температура на струята.За плазмена метализация се използват широко инсталации UPU и UMN, които включват ротатор, защитна камера, прахообразен дозатор, източник на захранване и контролен панел.

Основната част от инсталацията е плазмена горелка, чийто експлоатационен живот се определя от съпротивлението на дюзата. Периодът на работа на плазмената горелка е кратък, поради което нейните износващи се части са сменяеми. Източници на ток са заваръчни генератори PSO-500 или токоизправители И PN-160/600.

Ориз. 4.8. Схема на процеса на плазмено пръскане:

1 - дозатор за прах; 2 - катод; 3 - изолиращо уплътнение; 4 - анод; 5 - газ носител; 6 - охлаждаща течност; 7 - плазмен газ

Като плазмообразуващ газ се използва аргон или по-малко оскъден и евтин азот. Въпреки това е по-трудно да се запали дъга в азотна среда и е необходимо много по-високо напрежение, което е опасно за обслужващ персонал. Използва се метод, при който дъгата се запалва в аргонова среда с по-малко възбуждане на дъгата и напрежение на горене, след което преминават към азот. Плазмообразуващият газ се йонизира и излиза от дюзата на плазмената горелка под формата на струя с малко напречно сечение. Компресията се улеснява от стените на канала на дюзата и електромагнитното поле, което възниква около струята. Температурата на плазмената струя зависи от силата на тока, вида и дебита на газа и варира от 10 000 до 30 000 °C; скорост на газовия поток 100-1500 m/s. Аргоновата плазма е с температура 15 000-30 000 °C, азотната - 10 000-15 000 °C.

При плазмената метализация като нанесен материал се използва гранулиран прах с размер на частиците 50-200 микрона. Прахът се подава в зоната на дъгата от газ-носител (азот), разтопява се и се прехвърля към детайла. Скоростта на полета на праховите частици е 150-200 m / s, разстоянието от дюзата до повърхността на детайла е 50-80 mm. Поради по-високата температура на нанесения материал и по-високата скорост на разпръснатите частици, силата на свързване на покритието с детайла при този метод е по-висока, отколкото при другите методи на метализация.

Плазмената метализация, протичаща при висока температура на плазмената струя, ви позволява да прилагате всякакъв материал

sala, включително най-устойчивите на износване, но това повдига проблема с последващата обработка на свръхтвърди и устойчиви на износване материали.

Използването на импулсно лазерно лъчение, чиято продължителност е милисекунди, позволява да се получат минимални зони на топлинно въздействие, които не надвишават няколко десетки микрона. Минималните обеми на стопилката и минималното подаване на топлина в заварената част позволяват да се намалят надлъжните и напречните деформации и по този начин да се поддържат прецизните размери на частта в рамките на толерантното поле от няколко микрона. Точността на насочване и локалността на действието на лазерния лъч дава възможност за заваряване на строго определени геометрични участъци на детайла, осигурявайки минимален резерв на обработка, който е 0,2-0,5 mm. Тъй като зоните на термично въздействие са много малки по време на импулсно лазерно покритие, субстратът остава практически студен, а скоростта на охлаждане на течната фаза на металната стопилка достига 102–103 °C/s. При тези условия протича процесът на самовтвърдяване, което води до образуването на изключително фина структура с повишена износоустойчивост.

При сравнение почти всички фундаментални технически разлики между технологията на електродъгово наваряване и импулсно лазерно наваряване са резултат от факта, че дъгата е концентриран източник на заваръчна енергия, а лазерният лъч е силно концентриран източник на енергия. Импулсното лазерно наваряване, в сравнение с дъговото, се характеризира с минимални обеми на стопилка, зони на топлинно въздействие и съответно значително по-ниски напречни и надлъжни свивания.

След дъговото наваряване квотите могат да достигнат няколко милиметра, което налага последваща механична обработка. Използването на електрическа дъга като източник на енергия е придружено от нейното силово действие върху течната фаза на металната стопилка, в резултат на което се образуват подрязвания, които не се появяват по време на лазерното покритие. Електродъговото напластяване изисква предварително и съпътстващо нагряване на местата на наваряване и последваща топлинна обработка и “и тип от лазерно облицоване.

Технологията за лазерно плакиране може да се използва за възстановяване на износени форми, матрици и отстраняване на различни дефекти, които се образуват по време на производствения процес. плесении печати. Видове дефекти, които могат да бъдат елиминирани чрез лазерно облицоване: точки за изпитване на HRC твърдост, пукнатини, прорези, неравности, кухини и пори, пукнатини при пожар, точки на фиксиране на лепилото. Технологичният процес на лазерно облицоване е едновременно подаване към мястото на дефекта на лазерно лъчение и тел за пълнене в среда от инертен газ. Пълнежният материал, топящ се, запълва мястото на дефекта. След лазерно облицоване е необходима минимална механична обработка в сравнение с традиционните методи на облицовка. Високата точност на насочване на лазерния лъч към мястото на дефекта, локалността на действието на лазерното лъчение дава възможност за заваряване на строго определени зони на дефектни части (фиг. 4.9).

Кратката продължителност на процеса, продължителността на импулса на лазерното лъчение, която е няколко милисекунди, както и точното дозиране на енергията, осигуряват минимални зони на топлинно въздействие и липса на частичен повод. Лазерното покритие може значително да намали трудоемкостта на ремонта на инструмента и в резултат на това разходите поради изключването от процеса на предварително нагряване, последваща топлинна обработка, необходимостта от отстраняване на хромовото покритие от повърхността и след това да се нанесе, ако частта е хромиран. Предимствата на лазерното облицоване са посочени в табл. 4.2.

За да се предотврати окисляването на разтопения метал, зоната на заваряване е защитена с инертни газове, например смес от аргон и хелий. За наваряване на големи възли (с дължина до няколко метра) се използват твърдотелни лазерни системи, оборудвани с фиброоптични системи. Разработена е технология за елиминиране на дефекти под формата на горещи и студени несквозни пукнатини, образувани по време на електродъгово заваряване с помощта на импулсно лазерно лъчение от твърдотелни лазери.

Заваряването на няколко пукнатини с импулсно лазерно лъчение позволява да се приложи така нареченият "студен" режим на заваряване, при който няма нагряване заваркаремонтирана зона, която ви позволява да поддържате механичната якост на заварената връзка и да избегнете закаляването на метала в шева.

Използването на фиброоптична система с дължина няколко метра позволява извършването на ремонти и в най-недостъпните геометрии. Тази технология може да се използва за отстраняване на различни дефекти, образувани по време на електродъгово заваряване - пукнатини, както студени, така и горещи, черупки, кратери, фистули, подрязвания.

По естеството и условията на работа страничната повърхност на турбинните лопатки с високо налягане е подложена на микроповреди от механично, химично и термично въздействие. Анализът на щетите показва, че около 70% от общия им брой са детайли с повърхностни дефекти с дълбочина до 0,4-2,0 mm. Използването на фиброоптични системи за доставяне на лазерен лъч до дефект отваря възможността за ремонт на турбинна лопатка без нейното разглобяване. Размерът на зоната на топлинно въздействие не надвишава 15 µm. Структурата на отложения слой е фино дисперсна.

Ориз. 4.11. Разрез на мястото на незапоената тръба на хладилната част

Ориз. 4.12. Полиран участък от дефект, обработен в режим на заваряване-запояване

В процеса на производство на водни секции могат да възникнат дефекти под формата на неспойки. Разработена е технология за отстраняване на течове в секции по метода на импулсно лазерно запояване и заваряване (фигури 4.11 и 4.12).

За елиминиране на течове в спойка се използва импулсно лазерно лъчение от твърдотелен лазер. Телевизионна система, вградена в лазерния излъчвател, използваща целево обозначение на базата на He-Ne (хелий-неонов) лазер, позволява точното насочване на лазерния лъч към мястото на дефекта. Оборудването на лазера с оптична система позволява да се елиминират дефекти в труднодостъпни места и да се направи бърз преход от един дефект към друг.