Описание газотермического напыления

 

5.Плазменное  напыление.

      Плазменное  напыление — процесс нанесения  покрытия на поверхность изделия  с помощью плазменной струи.

Сущность плазменного  напыления заключается в том, что в высокотемпературную плазменную струю подаётся распыляемый материал, который нагревается, плавится и  в виде двухфазного потока направляется на подложку. При ударе и деформации происходит взаимодействие частиц с поверхностью основы или напыляемым материалом и формирование покрытия. Плазменное напыление является одним из вариантов газотермического напыления.

 

Методы и  история их создания.

Атмосферное плазменное напыление англ. Atmospheric plasma spraying (APS) запатентован Giannini and Ducati в 1960 г., Gage в 1962 г. Базируется на применении Плазменного генератора Гердиена, изобретенного в 1922 г.

Вакуумное плазменное напыление  англ. Vacuum plasma spraying (VPS), или Low-Pressure Plasma Spraying(LPPS) Приоритет изобретение отдают сотруднику фирмы Plasmadyne Мюльбергеру, в 1973 г.

Плазменное напыление в контролируемой атмосфере англ. Controlled-atmosphere plasma spraying (CAPS) Mash, Stetson и Hauck в 1961 г. первыми сообщили о напылении плазмой в камере, заполненной инертным газом. Эту технику назвали Inert Plasma Spraying (IPS). Другой способ, позволяющий изолировать плазменную струю от окружающей атмосферы, был изобретен Okada и Maruo в 1968 г. и назывался Shrouded Plasma Spraying (SPS). В этом способе защитный газ подавался из сопла, присоединенного к аноду плазмотрона, близко к подложке, что позволяло удалять плазмообразующий газ.

 

Стадии.

Плазменный процесс  состоит из трех основных стадий:

генерация плазменной струи;

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

взаимодействие плазменной струи и расплавленных частиц с основанием.

 

Возможности.

Плазменным напылением наносятся износостойкие, антифрикционные, жаростойкие, коррозионностойкие и  другие покрытия.

Напыление с помощью низкотемпературной плазмы позволяет:

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

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

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

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

легко механизировать и  автоматизировать процесс напыления;

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

практически избежать деформации основы, на которую производится напыление;

обеспечить высокую  производительность нанесения покрытия при относительно небольшой трудоёмкости;

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

Впервые твердосплавные пластины с покрытием из карбидов титана (TiC) появились на мировом  рынке в 1969 г. К настоящему времени  более 50% всех твердосплавных пластин, выпускаемых западными фирмами, имеют покрытия на основе таких соединений, как карбид титана TiC, нитрид титана TiN, оксид алюминия Al2O3 и др. В отечественной промышленности широкое применение нашли установки плазменного напыления типа «Булат», «УВМ», «Пуск», позволяющие наносить на инструмент одно- и многослойные покрытия.

 

6. Напыление с оплавлением.

Напыление с оплавлением  — один из наиболее распространенных методов газотермического напыления, позволяющий получить плотные износостойкие  коррозионностойкие покрытия с высокой адгезией.

Газопламенное напыление  покрытий выполняют установками  газопорошкового напыления из самофлюсующихся  металлических порошков. Самофлюсованием  называют самопроизвольное удаление оксидов с поверхности частиц покрытия при их оплавлении. Для этого оксиды должны иметь невысокую температуру плавления, небольшую плотность и высокую жидкотекучесть. Наиболее часто для этих целей применяют сплавы на никелевой основе системы Ni-Cr-B-Si. Оксиды B2O3-Cr2O3-SiO2 образуют легкоплавкий шлак, всплывающий при оплавлении на поверхность в виде тонкого стекловидного налета. Выдержка при температуре оплавления 1050-1080 °С должна составлять 1-2 мин. Кроме флюсования при оплавлении происходит формирование износостойкой структуры, основу которой составляют боридные и карбидные фазы высокой твердости.

 

Описание процесса.

Газопламенное напыление  покрытий выполняют установками  газопорошкового напыления из самофлюсующихся  металлических порошков. Самофлюсованием  называют самопроизвольное удаление оксидов  с поверхности частиц покрытия при их оплавлении. Для этого оксиды должны иметь невысокую температуру плавления, небольшую плотность и высокую жидкотекучесть. Наиболее часто для этих целей применяют сплавы на никелевой основе системы Ni-Cr-B-Si. Оксиды B2O3-Cr2O3-SiO2 образуют легкоплавкий шлак, всплывающий при оплавлении на поверхность в виде тонкого стекловидного налета. Выдержка при температуре оплавления 1050-1080 °С должна составлять 1-2 мин. Кроме флюсования при оплавлении происходит формирование износостойкой структуры, основу которой составляют боридные и карбидные фазы высокой твердости.

Напыление с оплавлением  проводится как вручную, так и  в автоматизированном режиме. Оплавление может производиться специализированными  горелками (предпочтительно), стандартными ацетилен-кислородными горелками, в печи, либо индукционным методом. Оплавленные покрытия системы NiCrBSi примерно в 1,5 раза превосходят по износостойкости улучшенную сталь 38ХМЮА.

 

К недостаткам  метода относят.

высокая температура  при оплавлении, которая часто приводит к термическим поводкам;

Высокие требования к  качеству и грануляционному составу  самофлюсующихся порошков. Недостаточно качественный материал может привести к повышенной пористости покрытия, неполному или неравномерному оплавлению частиц;

Относительно большие припуски под мехобработку.

 

Применение.

Технологию применяют  для защиты плунжеров штанговых  насосов, деталей железнодорожного транспорта, роликов металлургии  и др. В последние годы технология часто заменяется более современными технологиями плазменной наплавки и высокоскоростного газопламенного напыления.

7. Электродуговая металлизация.

Металлизация - метод  модификации свойств поверхности  изделия путем нанесения на его  поверхность слоя металла. Металлизации подвергаются как неметаллические поверхности (стекло, бетон, пластмасса) так и металлические. В последнем случае металлизацией наносится другой материал, например, более твердый или коррозионно-стойкий (хромирование, цинкование, алюминирование). Часто "металлизацией" называют напыление металла методами газотермического напыления.

 

История.

Разработке методов  металлизации столько же лет, сколько  производству зеркал. В 1835, Юстус Либих  открыл метод покрытия стекла металлическим  серебром, что позволяет назвать  стеклянное зеркало одним из первых металлизированных предметов. Металлизация других неметаллических объектов стала активно развиваться после открытия АБС-пластика.

 

Технологии.

Среди методов металлизации можно отметить газотермическое  напыление, холодное газодинамическое напыление, горячее алюминирование и цинкование, плакирование, гальванику, PVD.

 

Технология  покрытия АБС-пластика.

Пластиковая деталь сначала  химически травится, например, погружением  в раствор серной и хромовой кислот. Травленая поверхность активируется погружением сначала в раствор хлорида олова, затем в раствор хлорида палладия. Затем поверхность покрывается электролитически медью или никелем.

 

Материалы.

По наносимому материалу  выделяют алитирование, цинкование, хромирование и др.

 

8.Преимущество ГТН.

Основное преимущество ГТН - его функциональная универсальность. Методы газотермического напыления применяют для восстановления, упрочнения и коррозионной защиты поверхностей деталей, при этом применение названных методов позволяет наносить покрытия на такие материалы, как дерево, ткани, бетон, металлы, пластмассы и пр. Толщина наносимого слоя лежит в диапазоне от десятков микрометров до нескольких миллиметров, а в отдельных случаях до десятков миллиметров. Покрытие может наноситься на заданные участки или без ограничения размеров поверхностей напыления; на наружные и внутренние поверхности деталей и т.д.

Основные преимущества методов ГТН перед другими  способами восстановления:

- нагрев детали в  процессе напыления до температуры  не выше 200 градусов Цельсия;

- отсутствие коробления деталей после напыления в связи с отсутствием нагрева при обработке;

- отсутствие структурных  изменений в материале напыляемой  детали;

- возможность напыления  на закаленные поверхностные  слои и на чугун;

- возможность напыления  покрытий на легкоплавкие материалы слоев из более тугоплавких материалов ( в т.ч. на дерево и пластмассы);

- возможность напыления  материалов в самых различных  сочетаниях, что невозможно сделать  при наплавке (например, напыление  алюминия на медь или наоборот);

- возможность напыления оксидов и карбидов;

- высокая экономическая  эффективность процесса.