Технология нанесения неорганических покрытий

Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тульский государственный университет»

 

Кафедра «Дизайн»

 

 

 

 

Реферат

по дисциплине «Технология»

«Технология нанесения неорганических покрытий»

 

 

 

 

 

выполнил: ст.гр.830601п

Орлова Л.А.

Рук-тель:

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание.

Плазменное нанесение покрытий.

Газотермическоее напыление покрытий.

Детонационный метод напыления покрытий.

Газопламенный метод нанесения покрытий.

Методы газотермического напыления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Плазменное нанесение покрытий. 
Изобретение относится к металлургии, в частности к способу плазменного напыления покрытий и может найти применение в приборо- и машиностроении, в ортопедической стоматологии для изготовления прецизионных сопрягаемых пар, газопоглотителей, внутрикостных имплантантов с металлическими и композиционными покрытиями. Покрытие формируют потоком частиц, образующихся путем распыления части пруткового материала, расплавляемого в струе плазмы. Распыление части пруткового материала осуществляют путем сообщения ему ультразвуковых колебаний. Ток дуги плазматрона и расстояние от среза его сопла до оси пруткового материала устанавливают равным соответственно (120-150) А и (10-15) мм. Скорость подачи пруткового материала в струю плазмы определяют из условий обратной пропорциональности скорости распространения фронта расплавленного материала и сохранения на торце пруткового материала слоя расплава не большего половины длины стоячей волны ультразвуковых колебаний. Напыляемому изделию сообщают ультразвуковые колебания в направлении требуемой ориентации элементов микрорельефа поверхности покрытий. В результате обеспечивается бесступенчатое регулирование свойств покрытия от внутренних слоев к внешним, повышаются адгезионно-когезионные характеристики покрытий и соответственно повышается качество изделий.

Изобретение относится к области нанесения покрытий газотермическим методом, в частности плазменным напылением, и может быть использовано в приборо- и машиностроении, а также в производстве изделий медицинского назначения, для изготовления деталей сопрягаемых прецизионных пар, газопоглотителей, электровакуумных приборов, внутрикостных имплантатов и подобных им объектов, к адгезии и однородности параметров покрытий на которых предъявляются высокие требования. 
 
Известны способы плазменного нанесения покрытий, согласно которым в струю плазмы, образованную путем ионизации потока инертного газа электрической дугой, подают напыляемый материал в виде частиц порошка определенного размера, которые нагреваются в струе до плавления, ускоряются и переносятся к покрываемой поверхности основы. При контакте с ней частицы деформируются, растекаются и кристаллизуются, образуя агломераты. Оседая и кристаллизуясь послойно, частицы формируют покрытие, свойства которого определяются теплофизическими, химическими и механическими свойствами материала частиц, дистанцией напыления, током дуги, скоростью частиц, составом окружающей атмосферы и родом плазмообразующего и транспортирующего газов [1, 2]. 
 
Существенными недостатками описанных способов являются следующие. Вследствие различных размеров и формы напыляемых частиц порошка, а также неравномерного распределения температуры и скорости газового потока по его сечению частицы достигают поверхности основы в различной степени проплавления и образуют агломераты различных размеров. В результате покрытие формируется с высокой анизотропией свойств: разброс микротвердости доходит до 15÷18%, неравномерность пористой структуры составляет более 25%, а пористость находится в диапазоне 20-40%. Из-за скачкообразного перехода от компактного материала основы к пористому покрытию в нем возникают внутренние напряжения, величина которых в ряде случаев превышает предел прочности агломератов и прочность их сцепления с основой. В результате образуются трещины и местные отслоения покрытия, что снижает его адгезию и не обеспечивает ее равномерности по всей поверхности. Из-за различной степени проплавления некоторые частицы достигают поверхности основы в жидком состоянии, некоторые - в вязком, а некоторые имеют твердое ядро, что вызывает значительную неравномерность микрорельефа покрытия. Все изложенное вызывает снижение качества покрытий, затрудняет их обрабатываемость и уменьшает долговечность изделий. 
 
Известен способ плазменного напыления [3], в котором перед введением частиц порошкового материала газ-носитель подогревают и подвергают пульсирующему воздействию, частицы порошкового материала смешивают с пульсирующим потоком газ-носителя, а нанесение порошкового материала покрытия на поверхность изделия проводят в пульсирующем режиме при частоте пульсации сверхзвуковой газопорошковой струи 2-50 Гц. Данный способ обеспечивает перемешивание частиц в струе газа, что улучшает их теплообмен и выравнивает проплавляемость. Это повышает адгезию покрытия и снижает напряжения. Однако из-за исходной разноразмерности частиц и неравномерности их формы сохраняется неоднородность покрытия по адгезионным и структурным характеристикам. Также сохраняется опасность отслоения вследствие резкого перехода от компактного материала к пористому покрытию. 
 
Таким образом, общими недостатками описанных способов, приводящими к невысокому качеству покрытий, являются неодинаковое проплавление частиц в потоке и существенное различие в их размерах при несимметричной форме. 
 
Известен способ плазменного напыления, по которому поток частиц формируется из микрокапель, образованных путем распыления первичной капли на торце пруткового материала, расплавляемого в плазменной струе. Распыление осуществляется скоростным потоком газа. Размеры капель определяются физическими свойствами материала прутка и скоростью газового потока [4]. Способ принят за прототип. 
 
При использовании этого способа в потоке присутствуют частицы, находящиеся только в расплавленном состоянии, что обеспечивает повышение однородности адгезионных свойств покрытия и его структуры по сравнению с напылением порошковых материалов. Однако способ имеет следующие недостатки. 
 
Скорость газа неодинакова по сечению потока, поэтому существует вероятность формирования частиц-микрокапель также с некоторым разбросом размеров. Толщина расплавленного слоя постоянно увеличивается из-за непрерывного подвода тепла в пруток от струи плазмы, что приводит к увеличению размеров первичной капли. В результате устойчивость этого образования резко снижается и происходит периодический распад этой капли на отдельные крупные фрагменты до их распыления потоком газа. Фрагменты, попадая на поверхность основы, формируют на ней отдельные макроагломераты, которые резко снижают однородность морфологии покрытия и его качество. Уменьшение тока дуги или увеличение расстояния до прутка для снижения интенсивности теплового потока приводит к уменьшению толщины слоя расплава и повышению его вязкости. Это вызывает плохое распыление слоя потоком газа, в результате чего расплав стекает к нижней кромке прутка, образуя наплыв. Поэтому уменьшается интенсивность потока микрокапель и производительность процесса. Наплыв по мере роста также может отрываться и наплавляться на основу, нарушая однородность покрытия. Таким образом, покрытие также получается невысокого качества. Управлять процессом сложно ввиду того, что размеры микрокапель определяются скоростью газа, регулируемой его расходом. Современные технические средства не обеспечивают изменения расхода газа с точностью, достаточной для формирования заданного размера распыляемых капель (с точностью до нескольких микрометров). 
 
Технический результат, на обеспечение которого направлено изобретение, заключается в повышении однородности физико-механических свойств покрытий по площади и толщине, что улучшает их технологические и эксплуатационные свойства. 
 
Задачей изобретения является формирование покрытий с повышенной адгезией, высокой однородностью структуры и сглаженным однородным микрорельефом. 
 
Сущность изобретения заключается в следующем. Плазменное напыление осуществляют путем формирования потока частиц ультразвуковым распылением тонкого слоя расплава на торце металлического прутка, помещенного в струю плазмы на расстояние l=10-15 мм от среза сопла плазмотрона. Ток дуги выбирают из соотношения 120-150 А, а скорость подачи пруткового материала определяют из условия обратной пропорциональности скорости распространения фронта расплава и сохранения толщины его слоя равной не более половины длины стоячей волны ультразвуковых колебаний. Амплитуду колебаний пруткового материала определяют в соответствии с выражением; Am =Cd-3.9, где d - заданный размер частиц в потоке, С - коэффициент, зависящий от напыляемого материала, который характеризуется теплофизическими параметрами, а именно - температурой плавления Т и удельной теплотой плавления q, которые известны и приводятся в справочной литературе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Газотермическоее напыление покрытий. 

Основателем газотермического метода получения покрытий считается швейцарский изобретатель доктор Макс Ульрих Шооп (1870-1956 гг.).

На рис.1 представлена схема расположения различных способов газотермического напыления в зависимости от скорости напыляемых частиц на основу.

Рисунок 1 – Хронологическая зависимость скорости частиц порошка для некоторых способов газотермического напыления

Анализируя представленные данные видно, что в последние годы появились и получают свое развитие новые способы газотермического напыления: сверхзвуковое газопламенное напыление, сверхзвуковое плазменное напыление, сверхзвуковое газодинамическое напыление.

Газотермические способы получения покрытий со сверхзвуковой скоростью частиц носят названия «High-Velocity-Oxygen-Fuel» (НVOF) – «Высокая скорость-Кислород-Топливо» и «High-Velocity-Air-Fuel» (HVAF) – «Высокая скорость-Воздух-Топливо».

Сверхзвуковое газопламенное напыление. Рабочий процесс в сверхзвуковой напылительной горелке аналогичен рабочему процессу в ракетном двигателе.

Топлива при высокоскоростном газопламенном напылении сжигаются в горелках при повышенных давлениях, обеспечивающих критический перепад давлений на сверхзвуковых соплах (рис. 2а). Этот метод отличается от традиционного газопламенного напыления, при котором топливо сжигается во внешнем факеле при атмосферном давлении (рис. 2б). 

 

а)	б)
Рисунок 2 – Конструктивные особенности горелок при различных способах газотермического   напыления:    а)  при   сверхзвуковом   газопламенном  напылении; б) при традиционном газопламенном напылении

 

 

В табл. 1 представлена краткая характеристика некоторых зарубежных установок для высокоскоростного газопламенного напыления. 

 

Таблица 1 – Характеристика установок для высокоскоростного напыления

Материалы		Intelli-Jet	JP -5000	DJ2700	Top Gun
Кислород, м3		-	60	18	21
Сжатый воздух, м3		300	-	23	-
Топливо	Вид	Пропилен	Керосин	Пропилен	Пропилен
	Расход, кг	30	21	17	16
Азот, м3		0,96	1,2	1,08	1,02
Вода на охлаждение, м3		–	1	0,72	0,72

 

 

Одной из лучших Российских универсальных установок для высокоскоростного газопламенного напыления является ТСЗП-HVOF-K2. Основные характеристики покрытий, формируемых на данном оборудовании, представлены в табл. 2.

Скорость потока на выходе из сопла данной установки составляет 7-9 скоростей звука. Благодаря возможности получения  малопористых покрытий с высокой адгезией, сверхзвуковая установка напыления может использоваться для решения различных задач оптимизации производства, замены гальванического хромирования, никелирования, детонационного, вакуумного и ионно-плазменного напыления. Модульный дизайн и простота компоновки позволяют быстро изучить и эффективно использовать эту жидкотопливную установку системы HVOF. 

 

Таблица 2 – Основные характеристики покрытий формируемых ТСЗП-HVOF-K2

Параметр	Значение
Твердость покрытия для Wc/Co (88/12), HV	1100
Пористость покрытия для Wc/Co (88/12), %	< 1
Адгезия покрытия для Wc/Co (88/12), МПа	> 80

 

 

Высокоскоростное газопламенное напыление по праву считается наиболее современной из технологий напыления. В странах Европы и Северной Америки высокоскоростное напыление практически вытеснило гальванику и методы вакуумного напыления во многих отраслях. Твердосплавные покрытия, нанесенные методами высокоскоростного напыления, по всем статьям превосходят гальванические покрытия, процесс создания которых признан чрезвычайно канцерогенным.

Сверхзвуковое плазменное напыление подразделяется на струйное и каналовое. При струйном сверхзвуковом напылении частицы порошка подаются в струю сверхзвукового потока на выходе из канала и при подлете к основе имеют разброс по скоростям от нуля до максимальной скорости на оси струи. В покрытии, при многократных проходах, достигается слоистая структура – от плотной (пористость менее 1 %) до обычной  (пористость от 1 % до 6 %).

Значительно лучшие результаты по плотности и прочности сцепления с основой достигаются при «каналовом» сверхзвуковом плазменном напылении. В этом случае частицы порошка вводятся в поток раньше среза сопла и двигаясь по каналу нагреваются, а затем выходят в струю. Низкая скорость частиц порошка при таком напылении практически не реализуется, и скорости полета частиц порошка принимают только близкие к максимальным значения.

Известно также многодуговое плазменное напыление, обладающее определенными преимуществами перед приведенными выше способами, с точки зрения выгодности электропитания плазматронов.

Сверхзвуковое газодинамическое напыление.  Отличительной особенностью покрытий, наносимых данным способом, является сохранение химического состава исходного порошкового материала. Так как процесс протекает при температурах, намного меньших температуры плавления материала частиц, то в покрытии, практически не происходит ни фазовых превращений, ни значительного окисления материала.

Технология формирования покрытий газодинамическим напылением разработанная в Обнинском центре порошкового напыления (ОЦПН), включает в себя нагрев сжатого воздуха, подачу его в сверхзвуковое сопло, формирование в этом сопле сверхзвукового воздушного потока, подачу в этот поток порошкового материала, ускорение материала в сопле сверхзвуковым потоком воздуха и направление его на поверхность обрабатываемого изделия. Ускорение частиц до нужных скоростей осуществляется сверхзвуковым воздушным потоком с помощью разработанных в ОЦПН установок серии «ДИМЕТ». Схема работы установки «ДИМЕТ» представлена на рис. 3. Путем изменения режимов работы оборудования можно либо проводить эрозионную обработку поверхности изделия, либо наносить металлические покрытия требуемых составов. 

 

Рисунок 3 – Схема работы установки серии «ДИМЕТ»

 

 

К основным преимуществам данного способа можно отнести следующие:

·     покрытие наносится в воздушной атмосфере при нормальном давлении, практически при любых значениях температуры и влажности атмосферного воздуха;

·     незначительное тепловое воздействие на покрываемое изделие;

·     экологическая безопасность (отсутствие высоких температур, опасных газов и излучений, химически агрессивных отходов, требующих специальной нейтрализации);

·     компактность и мобильность оборудования, доступность практически для любого ремонтно-технического предприятия.

Данная технология может успешно реализовываться при восстановлении посадочных поверхностей под подшипники корпусных деталей, герметизации трещин блоков двигателей, радиаторов и испарителей холодильников, автокондиционеров, теплообменников и т.д.

Рассмотренные выше новые высокоскоростные способы позволяют значительно расширить возможности традиционного газотермического напыления покрытий, используемого при восстановлении деталей. Полученные покрытия характеризуются более высокой адгезией, низкой пористостью, могут наноситься на изделия сложной формы, изготовленные практически из любых металлов, а также на керамику и стекло.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Детонационный метод напыления покрытий.

Начиная изложение материалов нашего доклада, хочу отметить одну общую особенность, связанную с любыми процессами, целью которых является получение покрытий. Они (покрытия), образно говоря, как зубные пломбы, могут представлять интерес для потребителя лишь в одном случае - если хорошо держатся . В противоположном случае - будь хотя бы алмазные - они никому не нужны. Поэтому высокая адгезионная прочность (адгезия) является необходимым (но не достаточным) условием применения покрытий. Предлагаемый детонационный метод напыления покрытий при его правильном применении обеспечивает хорошую адгезию получаемых покрытий, в чем легко убедиться визуально проанализировав представленные здесь детали с покрытиями, частично изношенные до основного материала потоком абразивных частиц. Переход от основы к покрытию носит плавных характер, отсутствует ступенька, что свидетельствует о высокой адгезионной прочности, способной удержать покрытие вплоть до его полного износа частицами.

Описание технологии.

Сущность метода детонационного напыления ( ДН ) весьма проста: в водоохлаждаемую трубу (ствол) заполненную газовой взрывчатой смесью помещаются напыляемые частицы порошка после чего в газе возбуждается детонация. Взаимодействуя с продуктами детонации, частицы нагреваются и ускоряются в направлении напыляемой поверхности детали, при столкновении с которой они образуют плотное и хорошо сцепленное с ней покрытие. Далее следует релаксация давления, продукты детонации почти полностью выходят из ствола, который продувается не реагирующим газом, вновь наполняется газовой взрывчатой смесью, (причем свежая взрывчатая смесь отделена от оставшихся в стволе продуктов детонации упомянутым не реагирующим газом - для предотвращения спонтанного инициирования), происходит вбрасывание порции порошка, инициирование детонации и так далее. При каждом выстреле напыляется 1 - 7 мкм толщины покрытия на площади, приблизительно равной диаметру ствола (20-30 мм). Выход детонационной волны в атмосферу сопровождается интенсивной звуковой волной амплитудой 140 ДБ на расстоянии 3 метров от среза ствола. Очевидно, что природа ДН - взаимодействие с газообразными продуктами экзотермической химической реакции - близка к газопламенному напылению. Однако, в отличие от него отсутствует сильный нагрев детали, что связано с импульсным характером процесса ДН.

Напылительное оборудование.    

Как понятно из сказанного выше, в применяемом оборудовании необходимо реализовать приведенный основной алгоритм т.е. последовательность событий, происходящих при каждом выстреле (продувка, наполнение, вбрасывание, инициирование). Существуют по крайней мере два пути реализации этого алгоритма: первый - принудительный, например, с помощью командоаппарата или компьютера или распредвала и второй - естественный - с помощью импульсного характера детонационного процесса. В большинстве существующих конструкций напылительного оборудования выбран принудительный вариант, в нашей - естественный, как в автомате Калашникова, где для перезарядки и инициирования используется часть энергии продуктов сгорания пороха, ( в нашем случае - продуктов детонации).   

На рис.1 показана схематически конструкция напылительного оборудования, или пушки (название <КОРУНД>) разработанного в ОАО НИИТавтопром, с указанием основных технических характеристик: расходов и состава газов, частоты выстрелов, температуры напыляемого порошкового материала и охлаждающей воды, дистанции напыления и др. Здесь обозначены римскими цифрами: I - смеситель газов инжекционного типа, в корпусе которого установлена автомобильная свеча зажигания - источник периодического инициирования детонации; II - демпфер - водоохлаждаемая трубка; III - верхняя крышка; IV - ствол (водоохлаждаемая труба длиной около 1.5 м, диаметром 27- 30 мм); V - трубка ввода порошка; VI - порошковый дозатор; VII - напыляемая поверхность. Пунктирной линией обведены водоохлаждаемые области. Работа напылительного оборудования происходит следующим образом. Во взрывчатой смеси, которая непрерывно поступает в ствол IV происходит инициирование детонации с помощью свечи зажигания.   

После прохождения детонационной волной уровня трубки ввода порошка V начинается подъем давления в порошковом дозаторе VI, соединенном с последней, и это продолжается вплоть до момента прихода волны разрежения со стороны открытого конца ствола IV, после чего начинается релаксация (спад) давления в дозаторе VI. Он сопровождается вбрасыванием порошка в трубку ввода V и далее в ствол. В тоже время происходит наполнение ствола взрывчатой смесью из смесителя I через демпфер II , причем первыми в ствол поступают охлажденные продукты детонации, первоначально находящиеся в демпфере II . Они выполняют роль продувочного не реагирующего газа, отделяющего свежую взрывчатую смесь от еще горячих продуктов детонации, оставшихся в стволе. Далее следует инициирование детонации, нагрев и ускорение частиц порошка и напыление покрытия.

Области применения.   

В России наиболее распространенными порошковыми материалами являются корунд т.е. альфа фаза оксида алюминия и спеченная смесь карбида вольфрама и кобальта (или карбид вольфрама,плакированный кобальтом) ВК-15, ВК-20, ВК-25, (цифры означают процентное содержание кобальта). Напыление корунда позволяет получать покрытия, (содержащие до 30% альфа фазы) толщиной от 0.01 до 1 мм, обладающие адгезионной прочностью не менее 5 кг на 1 кв. мм, пористостью не более 5% и твердостью около 70 единиц HRC. Покрытия из оксида алюминия могут применяться для повышения износостойкости деталей, работающих в условиях трения в паре с мягкими материалами - резиной, фторопластом и другими, используемыми для уплотнительных узлов; в паре с твердыми материалами в подшипниках скольжения, работающими со смазкой, во фрикционных парах. Кроме того эти покрытия обладают теплоизолирующими и электроизоляционными свойствами, а также в некоторых случаях могут использоваться для защиты от коррозии. (Использованию в последнем качестве препятствует сквозная пористость покрытий из оксида алюминия). Ниже перечислены детали, износостойкость которых была значительно (в 2 и более раз) повышена за счет напыления покрытий из оксида алюминия: алюминиевые автомобильные диски сцепления, которые прошли 6 гонок на выживание; тормозные диски <Багги>; диски сцепления спортивных игровых мотоциклов; штоки тормозной системы автобуса <Икарус>, которые были одновременно восстановлены и упрочнены; огнепреградители в виде сеток из проволоки (диаметром 0.1 мм) из нержавеющей стали; алюминиевые ролики для поддержки проволоки; алюминиевые воздушные турбинки (веретена), используемые для скручивания нитей; поддерживающие планки для пряжи; опорные ролики с электроизолирующим покрытием из оксида алюминия, используемые при производстве алюминия; торцевые уплотнения, контактирующие с фторопластовыми шайбами применяемыми в пищевой промышленности; места под сальниковые уплотнения на всевозможных валах, контактирующие с уплотнительными материалами; ручьи алюминиевых шкивов. Помимо покрытий из оксида алюминия могут также наноситься покрытия из окиси хрома, вольфрама, титана, стабилизированного диоксида циркония и диоксида гафния.   

Покрытия из ВК обладают высокой адгезионной прочностью (около 20 кг на кв.см ) стойкостью к износу трением и эрозионному износу, к ударным нагрузкам и к коррозии; пористость покрытий - не более 0.5%. Их использование ограничено температурой эксплуатации деталей 500 градусов Цельсия; при более высоких температурах вместо ВК применяют композитный порошок карбида хрома с нихромом. Детали, на которые обычно напыляют ВК, это - лопатки турбин авиационных двигателей, подшипники скольжения, режущие кромки ножей для мягких материалов (для бумаги, глины и др.).   

Остановимся еще на одном достаточно важном, особенно для России в настоящее время, применении ДН - для восстановления изношенных поверхностей деталей. Наиболее характерным примером здесь может служить вполне конкретная деталь - чашка дифференциала заднего моста троллейбуса, у которой было необходимо напылить на шейках два места под подшипники, где ранее произошло их заклинивание и сильный износ поверхностей. Здесь преимущества метода ДН проявились в полной мере: напыление высокоуглеродистой стали при отсутствии каких либо термических деформаций (поводок) восстановило деталь и далее может быть проведено неоднократно. Предыдущие попытки провести напыление газопламенным методом или наплавкой электродом приводили часто к охрупчиванию вследствие перегрева и потери прочности материала шеек. Другая деталь - фланец заднего моста, контактирующий с сальниковым уплотнением: износ металла под сальником составлял около 0.7 мм на диаметр. Напыление слоя оксида алюминия толщиной 0.45 мм с последующей шлифовкой позволило не только вернуть эту деталь в эксплуатацию, но и упрочнить ее поверхность, обеспечив гарантированное прохождение ресурса.    

В настоящее время в лаборатории детонационных покрытий ОАО НИИТавтопром постоянно ведется напыление следующих из перечисленных деталей : чашек дифференциала и фланцев заднего моста троллейбуса; торцевых уплотнений различных типов, контактирующих с фторопластовыми шайбами, применяемыми в пищевой промышленности и внутренних втулок подшипников скольжения.

Наши предложения.   

Мы готовы провести на предприятии потенциального заказчика поиск деталей перспективных для применения детонационных покрытий, напылить пробную партию деталей и в случае положительных результатов при оформлении заказа от потребителя поставлять последнему детали с покрытиями. Мы также готовы к созданию совместного предприятия для совершенствования и применения детонационного метода напыления покрытий.

Шумоглушение.    

Напылительная шумоглушащая камера с манипулятором для деталей (промышленный образец Корунд - 2).испытана за 10 лет эксплуатации массой около 8 т, высотой 3.5 м, площадью около 20 кв.м, содержащий системы очистки воздуха от частиц (циклоны) из пескоструйной и напылительных камер, который нуждается в существенном упрощении.   

Спроектирована, (но не изготовлена), малогабаритная, массой около 2 т, высотой 3 м, площадью около 10 кв. м напылительная камера (Корунд-3) без циклонов, в которой в отличие от Корунда - 2 напылительное оборудование находится (за исключением нижнего открытого конца ствола) вне напылительной камеры. Прототипы Корунда - 2, (поставленные во Францию в институт материаловедения CEREM в Гренобле и в Индию в международный исследовательский центр порошковой металлургии ARCI в Хайдерабаде), продемонстрировали эффективность такого способа шумглушения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Газопламенный метод нанесения покрытий.

Источником тепла при данном способе напыления выступает ацетиленокислородное пламя, температура которого не превышает 3000°С. Использование газопламенного метода характеризуется относительной простотой применяемого оборудования и требует наличия ацетилена и кислорода. Распыляемый материал, попадая в факел ацетиленокислородного пламени горелки, разогревается до температуры, близкой к температуре плавления, и разгоняется до скорости 20-30 м/сек. При соударении с изделием разогретые частицы соединяются с поверхностью детали и между собой, образуя достаточно плотное и равномерное покрытие. С помощью газопламенных горелок производят напыление полимерных материалов (пластмассы), металлов (алюминий, бронза, баббит, никель и т.д.) и керамических соединений (окись титана, окись алюминия и др.). Различают два способа подачи напыляемого материала в ацетилено-кислородное пламя горелок: в виде порошка и в виде проволоки. В газопламенной горелке Castodyn-8000 фирмы Castolin - Eutectic (Рис.7) напыляемый материал подают в виде порошка.

Восстановление геометрических размеров посадочных мест крупногабаритных валов под подшипники качения и скольжения, коренных и шатунных шеек коленчатых валов ДВС, дизельных машин и компрессорных установок. В этом направлении выполнены работы на шахте «Северопесчаная» Богословского рудоуправления г. Краснотурьинск, где осуществлен ремонт посадочного места подшипника на валу (980 мм) подъемной клети рабочего ствола; ремонт посадочного места вала калландра - завод РТИ; ремонт посадочного места дробильной щеки - Шарташский щебеночный карьер г. Екатеринбург и др.

При эксплуатации газотурбинных установок магистральных газопроводов наблюдается износ внутренней поверхности статора осевого компрессора. Это приводит к увеличению радиальных зазоров в проточной части и, как следствие, к падению мощности и снижению КПД. С использованием отечественного и импортного оборудования разработана технология восстановления геометрических размеров корпусов агрегатов газотурбинных установок. Для этих целей использован метод газопламенного напыления порошковой смеси состава (Ni - Al - графит). Предварительные испытания показали, что с помощью напыления удается поднять мощность ГТУ. Нанесенные покрытия обладают необходимой устойчивостью в условиях работы газотурбинных установках и прирабатываемостью при задевании напыленного слоя лопатками ротора. Нанесённое покрытие не требует механической обработки. Толщина напыленного слоя варьировалась от 0,2 мм до 2,0 мм в зависимости от величины износа (коробления) корпуса статора. Испытания восстановленного компрессора проводились на КС ОАО «Тюментрансгаз». 

В нагревательных печах для плавки алюминия и меди стенки плавильной зоны выполнены из огнеупорного кирпича. В процессе эксплуатации печей наблюдается остекловывание кирпичной кладки и налипание шлаковых  образований на стенки плавильной зоны. Такое явление приводит к уменьшению рабочего объема печи и снижению КПД плавильного агрегата. Механическое удаление шлаковой корки приводит к разрушению стенок плавильной зоны. На базе порошковых огнеупорных материалов разработан состав порошковой смеси и технология нанесения ее  на огнеупорные стенки печи. Использование мобильных переносных напылительных устройств позволяет производить нанесение огнеупорной порошковой смеси (на основе керамики) непосредственно на готовые (выложенные из кирпича) стены плавильной зоны. Напыленное керамическое покрытие не смачивается жидким металлом и шлаком, не остекловывается и, тем самым, препятствует уменьшению рабочего объема печи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методы газотермического напыления.

Современные методы газотермического напыления позволяют осуществлять металлизацию сооружений, изделий и различных деталей из металла. Данная процедура защищает поверхности от негативных воздействий агрессивных сред, атмосферных осадков и в разы увеличивать их срок службы.

Главными достоинствами металлизации металлов являются протекторные свойства, которые обеспечивают высокую твердость и адгезию. Нанесение таких покрытий можно осуществлять в полевых условиях.

Одним из лучших способов защиты от коррозии считаются газопламенная и электродуговая металлизация распылением. Данные методы известны, начиная с 50х годов прошлого столетия, и сегодня применяются очень широко.

 
Рис.1. Процесс образования металлизационного покрытия.

Процесс металлизации распылением характеризуется непрерывным плавлением металла покрытия, распылением его на мельчайшие частицы и нанесением на поверхность. Осевшие частицы деформируются и образуют металлизационное покрытие со слоистым строением. При этом температура изделия в ходе напыления не превышает 120 °С.

Основными недостатками металлизации ранее считались недостаточная адгезия, большая пористость и высокая стоимость. Однако применение современных установок позволило исключить некоторые минусы. Так, пористость удалось снизить до 5-7%. Коэффициент использования материала при металлизации теперь свыше 70%. Для дальнейшего улучшения характеристик используются специальные пропитки и окрашивание. Стоимость металлизации теперь с сравнима с ценой качественных полимерных покрытий.

За счет синергии, срок службы комбинированных покрытий значительно выше суммы сроков каждого защитного слоя в отдельности. Поэтому для изделий, эксплуатирующихся в агрессивных средах, принято использовать именно их.

В некоторых случаях металлизация является единственным возможным способом защиты конструкций от коррозии и разрушения. Это является следствием того, что она может производиться в полевых условиях, в отличие от других методов нанесения антикоррозийных износостойких покрытий.

 
Рис. 2. Металлизация стальных мостовых конструкций в полевых условиях.

Для металлизации обычно используются такие материалы, как цинк, алюминий и их сплавы. Цинк устойчив к ржавлению в морской воде. Наибольшее влияние на скорость его коррозии может оказывать большое содержание оксидов серы, хлора и паров соляной кислоты в атмосфере городов.

Коррозионная стойкость алюминия зависит от условий, в которых происходит коррозия и регулируется, в основном, стойкостью защитной окисной пленки к среде. Алюминий стоек в горячей и морской воде.

 
Рис. 3. Формирование алюминиевого покрытия на стальной основе.

Сплавы цинка и алюминия (Zn/Al15, Zn/Al5) создают покрытия, стойкие к любым атмосферам, что объясняется быстрым заполнением пор продуктами коррозии цинка. Контакт алюминия с цинком безопасен, так как электродный потенциал цинка отрицательнее алюминия, следовательно, цинк, растворяясь, электрохимически защищает алюминий. Покрытия из алюминия находят также широкое применение для защиты железа и стали против газовой коррозии.

Цинк и алюминий образуют плотный слой продуктов коррозии, по объему значительно больший, чем металл, из которого они образовались. Цинковое покрытие находящееся длительное время в воде, покрывается плотным слоем окиси карбоната или гидроокиси цинка; поры закупориваются продуктами коррозии (Рис.4). Такое покрытие со временем значительно увеличивает свою коррозионную стойкость.

Немаловажным фактором считают протекторные свойства металлизационных покрытий из алюминия, цинка и их сплавов. Поврежденное место на покрытии за счет гальванического эффекта затягивается ионами алюминия или цинка, предохраняя материал подложки. Наиболее активным с точки зрения протекторной защиты считается сплав алюминия и магния (AlMg5).

По результатам сравнительного исследования эффективности 47 различных систем защитных покрытий только алюминиевое и цинковое покрытия, нанесенные методом газотермического напыления, отработали 20 лет без повторного нанесения и сохранили более 99,5% сплошности. Оказалось, что сталь не подверглась коррозии ни в одном из тех мест, где были возможны качественная подготовка поверхности и нанесение металлизационного покрытия.