Bktp-omsk.ru

Делаем сами
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Холодное напыление металлических покрытий

Холодное газодинамическое напыление

Холодное газодинамическое напыление (ХГН) (англ. Cold Spray ) металлических покрытий — это процесс формирования металлических покрытий при соударении холодных (с температурой, существенно меньшей температуры плавления) металлических частиц, ускоренных сверхзвуковым газовым потоком до скорости несколько сот метров в секунду, с поверхностью обрабатываемой детали. При ударах нерасплавленных металлических частиц о подложку происходит их пластическая деформация и кинетическая энергия частиц преобразуется в тепло и, частично, в энергию связи с подложкой, обеспечивая формирование сплошного слоя из плотно упакованных металлических частиц.

Основной особенностью ХГН является отсутствие высоких температур в процессе формирования металлических покрытий, следовательно, отсутствие окисления материалов частиц и основы, процессов неравновесной кристаллизации, высоких внутренних напряжений в обрабатываемых деталях.

К настоящему времени существуют две основных разновидности ХГН:

«Холодное газодинамическое напыление высокого давления» (англ. High Pressure Cold Spray ). В качестве рабочего газа используются азот или гелий при давлениях выше 1,5 МПа (15 атм), расходе более 2 куб.м/мин., и мощностью подогрева более 18 кВт. Для напыления обычно используются чистые металлические порошки размером 5-50 мкм.

«Холодное газодинамическое напыление низкого давления» (англ. — Low Pressure Cold Spray). В качестве рабочего газа используется сжатый воздух давлением 0,5-1,0 МПа (5-10 атм), расходом 0,5 куб.м/мин, и мощностью подогрева 3-5 кВт. Для напыления покрытий используются механические смеси металлических и керамических порошков. Включение керамического компонента в напыляемую смесь обеспечивает получение качественных покрытий при сравнительно небольших энергозатратах.

Содержание

История

Явление закрепления твердых металлических частиц на поверхности преграды было обнаружено в экспериментальных исследованиях обтекания тел сверхзвуковыми гетерофазными потоками, выполнявшихся в Институте теоретической и прикладной механики СО РАН СССР (ИТПМ) [1, 2], [1].

В последующем в исследования и разработки, связанные как с физикой процессов, происходящих при ХГН, так и с созданием оборудования для ХГН и способов его практического применения включились исследовательские и производственные предприятия разных стран. Детальный обзор интеллектуальной собственности, созданной в области холодного газодинамического напыления, представлен в [4], описание современного состояния работ — в [5]. В настоящее время в мире серийно производятся несколько типов оборудования для ХГН высокого давления — компанией CGT [www.cgt-gmbh.com], для ХГН низкого давления — компаниями ОЦПН [2] и CenterLine [3]-(по лицензии ОЦПН). В практике промышленного применения применятся портативное оборудование ДИМЕТ®, выпускаемое Обнинским центром порошкового напыления [4].

Холодное газодинамическое напыление высокого давления

Холодное газодинамическое напыление низкого давления

Суть технологии ХГН низкого давления (см. рис.) состоит в следующем:

— сжатый воздух давлением 0,5-1,0 МПа подается в нагреватель, нагревается там до 400—600 град. С;

— поступает в сверхзвуковое сопло;

— порошковый материал, представляющий собой механическую смесь металлических и керамических частиц, подается в сверхзвуковой поток воздуха за критическим сечением сопла, в ту его часть, где давление в потоке несколько ниже атмосферного давления;

— частицы ускоряются воздушным потоком до скорости 300—600 м/с;

— частицы взаимодействуют с поверхностью преграды, формируя на ней металлокерамическое покрытие.

Особенности технологии

Технология обладает рядом осбенностей, отличающих ее от наиболее близких к ней газотермических технологий нанесения металлов, в частности:

• для работы необходим только сжатый воздух и электроэнергия;

• нет нагрева и окисления металла частиц и подложки, деформаций, изменения структуры металлов (температура подложки меньше 100—150 град С) ;

• нет вредных и агрессивных газов, веществ, излучений и др. опасных факторов;

• технологическая простота нанесения покрытий.

Покрытия

Материалы покрытий

Технология позволяет создавать алюминиевые, медные, цинковые, оловянные, свинцовые, никелевые и другие металлические покрытия. В качестве керамической примеси обычно используется оксид алюминия, хотя могут быть использованы и другие материалы, отличающиеся высокой твердостью и температурой плавления.

Материалы основы

Структура

Покрытия, создаваемые таким способом, представляют собой металлическую матрицу с внедренными в нее керамическими частицами (см. рис.)

Свойства

Покрытия характеризуются высокой прочностью, хорошими эксплуатационными свойствами и могут наноситься любой толщиной.

Применение

Технология находит применение в различных отраслях промышленности для решения целого ряда задач по нанесению металлических покрытий [8] в производстве машиностроительной продукции, ремонте деталей машин и в декоративно-прикладном искусстве:

Литература

1. Алхимов А. П., Нестерович Н. И., Папырин А. Н. Экспериментальное исследование обтекания тел сверхзвуковым двухфазным потоком. — ПМТФ, 1982, № 2, с.66-74.

2. Алхимов А. П., Косарев В. Ф., Папырин А. Н. Метод «холодного» газодинамического напыления. — Докл. АН СССР, 1990, т.315, № 5, с.1062-1065.

3. Алхимов А. П., Клинков С. В., Косарев В. Ф., Фомин В. М. Холодное газодинамическое напыление. Теория и практика. — М. Физматлит, 2010, 536 с.

4. E.Irissou, J.-G.Legoux, A.N.Ryabinin, B.Jodoin, C.Moreau. Review on Cold Spray Process and Technology: Part I — Intellectual Property. Journal of Thermal Spray Technology, 2008, V. 17(4), pp. 495–516

5. Каширин А. И., Шкодкин А. В. Газодинамическое напыление металлических покрытий — возникновение метода и его современное состояние. — Упрочняющие технологии и покрытия. 2007, № 12(36), с. 22-33.

6. Буздыгар Т. В., Каширин А. И., Клюев О. Ф. Портнягин Ю. И. Способ получения покрытий. — Патент РФ № 2038411, 1993.

Примечания

Ссылки

  • Исправить статью согласно стилистическим правилам Википедии.
  • Переработать оформление в соответствии с правилами написания статей.
  • Проставить интервики в рамках проекта Интервики.

Wikimedia Foundation . 2010 .

  • Холодное Плесо (Карловский район)
  • Холодные Родники (Целинский район)

Смотреть что такое «Холодное газодинамическое напыление» в других словарях:

Упрочнение поверхностей — Упрочнение поверхностей технологический процесс обработки поверхностей материалов с целью повышения прочности поверхностного слоя или нанесения на поверхность упрочняющего покрытия. Разделяют следующие способы упрочнения поверхностей:… … Википедия

Металлизация — … Википедия

Промышленные покрытия — это краски, полимерные покрытия, металлические покрытия, предназначенные в большей степени для защиты поверхностей, чем для эстетики, в то же время обеспечивая и художественный эффект. Основное назначение промышленных покрытий обеспечение… … Википедия

Антифрикционные материалы — (от англ. friction трение) это группа материалов, обладающих низким коэффициентом трения или материалы способные уменьшить коэффициент трения других материалов. Твердые антифрикционные материалы обладают повышенной устойчивостью… … Википедия

Герметизация — обеспечение полной непроницаемости для газов и жидкостей (герметичности) стен и поверхностей, ограничивающих внутренние части и объёмы аппаратов и машин, помещений и сооружений, а также их стыков и соединений. Герметизация широко применяется в… … Википедия

ХГН — хронический гломерулонефрит мед. Словарь: С. Фадеев. Словарь сокращений современного русского языка. С. Пб.: Политехника, 1997. 527 с. ХГН химический горизонтальный одноступенчатый насос в маркировке, хим. Источник:… … Словарь сокращений и аббревиатур

«ХОЛОДНОЕ» НАПЫЛЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ

Кандидаты физико-математических наук О. КЛЮЕВ и А. КАШИРИН.

ТЕМПЕРАТУРА ПЛЮС СКОРОСТЬ

Из способов металлизации поверхностей в современной технике чаще всего пользуются гальваническим нанесением и погружением в расплав. Реже используют вакуумное напыление, осаждение из паровой фазы и пр. Ближе всего к разработке обнинских физиков находится газотермическая металлизация, когда наносимый металл плавят, распыляют на мельчайшие капли и струей газа переносят их на подложку.

Металл плавят газовыми горелками, электрической дугой, низкотемпературной плазмой, индукторами и даже взрывчатыми веществами. Соответственно методы металлизации называют газопламенным напылением, электродуговой и высокочастотной металлизацией, плазменным и детонационно-газовым напылением.

В процессе газопламенного напыления металлический пруток, проволоку или порошок плавят и распыляют в пламени горелки, работающей на смеси кислорода с горючим газом. При электродуговой металлизации материал плавится электрической дугой. В обоих случаях капельки металла перемещаются к напыляемой подложке потоком воздуха. При плазменном напылении для нагрева и распыления материала используется струя плазмы, формируемая плазматронами разных конструкций. Детонационно-газовое напыление происходит в результате взрыва, разгоняющего металлические частицы до огромных скоростей.

Во всех случаях частицы напыляемого материала получают два вида энергии: тепловую — от источника нагрева и кинетическую — от газового потока. Оба этих вида энергии участвуют в формировании покрытия и определяют его свойства и структуру. Кинетическая энергия частиц (за исключением детонационно-газового метода) невелика по сравнению с тепловой, и характер их соединения с подложкой и между собой определяется термическими процессами: плавлением, кристаллизацией, диффузией, фазовыми превращениями и т.д. Покрытия обычно характеризуются хорошей прочностью сцепления с подложкой (адгезией) и, к сожалению, низкой однородностью, поскольку велик разброс параметров по сечению потока газа.

Покрытиям, которые создают газотермическими методами, присущ ряд недостатков. К ним относятся, прежде всего, высокая пористость, если, разумеется, не стоит цель специально сделать покрытие пористым, как в некоторых деталях радиоламп. Кроме того, из-за быстрого охлаждения металла на поверхности подложки в покрытии возникают высокие внутренние напряжения. Обрабатываемая деталь неизбежно нагревается, и если она имеет сложную форму, то ее может «повести». Наконец, использование горючих газов и высокие температуры в рабочей зоне усложняют меры по обеспечению безопасности персонала.

Несколько особняком стоит детонационно- газовый метод. При взрыве скорость частиц достигает 1000-2000 м/с. Поэтому основным фактором, определяющим качество покрытия, становится их кинетическая энергия. Покрытия отличаются высокой адгезией и низкой пористостью, но взрывными процессами крайне сложно управлять, и стабильность результато в гарантиро вать практически невозможно.

СКОРОСТЬ ПЛЮС ТЕМПЕРАТУРА

Желание создать более совершенную технологию возникло давно. Перед инженерами стояла цель — сохранить достоинства традиционных технологий и избавиться от их недостатков. Направление поиска было более или менее очевидно: во-первых, покрытия должны формироваться в основном за счет кинетической энергии частиц металла (нельзя допускать плавления частиц: это предотвратит разогрев детали и окисление подложки и частиц покрытия), и, во-вторых, частицы должны приобретать высокую скорость не за счет энергии взрыва, как в детонационно-газовом методе, а в струе сжатого газа. Такой метод назвали газодинамическим.

Первые расчеты и эксперименты показали, что создавать таким способом покрытия, обладающие вполне удовлетворительными характеристиками, можно, если использовать в качестве рабочего газа гелий. Такой выбор объяснялся тем, что скорость потока газа в сверхзвуковом соплепропорциональна скорости звука в соответствующем газе. В легких газах (водород из-за своей взрывоопасности не рассматривался) скорость звука гораздо выше, чем в азоте или воздухе. Именно гелий ускорял бы металлические частицы до высоких скоростей, сообщая им кинетическую энергию, достаточную для закрепления на мишени. Считалось, что использование более тяжелых газов, в том числе воздуха, обречено на неудачу.

Работа опытных напылительных установок дала неплохой результат: разогнавшиеся в струе гелия частицы из большинства промышленно применяемых металлов хорошо прилипали к подложке, образуя плотные покрытия.

Но полного удовлетворения инженеры не испытывали. Было понятно, что оборудование на легких газах неизбежно будет дорогим и сможет применяться лишь на предприятиях, выпускающих продукцию высоких технологий (только там есть магистрали со сжатым гелием). А магистрали со сжатым воздухом имеются практически в каждом цеху, на каждом предприятии автосервиса, в ремонтных мастерских.

Многочисленные эксперименты со сжатым воздухом вроде бы подтверждали худшие ожидания разработчиков. Однако интенсивный поиск все же позволил найти решение. Покрытия удовлетворительного качества получились, когда сжатый воздух в камере перед соплом нагрели, а в металлический порошок стали добавлять мелкодисперсную керамику или порошок твердого металла.

Дело в том, что при нагревании давление воздуха в камере в соответствии с законом Шарля повышается, а следовательно, повышается и скорость истечения из сопла. Частицы металла, набравшие в струе газа огромную скорость, при ударе о подложку размягчаются и привариваются к ней. Частицы керамики играют роль микроскопических кувалд — они передают свою кинетическую энергию нижележащим слоям, уплотняют их, снижая пористость покрытия.

Некоторые керамические частицы застревают в покрытии, другие отскакивают от него. Правда, таким способом получают покрытия только из относительно пластичных металлов — меди, алюминия, цинка, никеля и др. Впоследствии деталь можно подвергать всем известным способам механической обработки: сверлить, фрезеровать, точить, шлифовать, полировать.

ГЛАВНОЕ УСЛОВИЕ — ПРОСТОТА И НАДЕЖНОСТЬ

Старания технологов останутся втуне, если конструкторы не смогут создать простое, надежное и экономичное оборудование, в котором был бы реализован придуманный технологами процесс. Основой аппарата для напыления металлических порошков стали сверхзвуковое сопло и малогабаритный электрический нагреватель сжатого воздуха, способный доводить температуру потока до 500-600 o С.

Использование в качестве рабочего газа обычного воздуха позволило попутно решить еще одну проблему, которая стояла перед разработчиками систем на легких газах. Речь идет о введении напыляемого порошка в газовую струю. Чтобы сохранить герметичность, питатели приходилось устанавливать до критического сечения сопла, то есть порошок необходимо было подавать в область высокого давления. Чисто технические трудности усугублялись тем, что, проходя через критическое сечение, металлические частицы вызывали износ сопла, ухудшали его аэродинамические характеристики, не позволяли стабилизировать режимы нанесения покрытий. В конструкции аппарата с воздушной струей инженеры применили принцип пульверизатора, известный каждому еще из школьных опытов по физике. Когда газ проходит по каналу переменного сечения, то в узком месте его скорость увеличивается, а статическое давление падает и может даже быть ниже атмосферного. Канал, по которому порошок поступал из питателя, расположили как раз в таком месте, и порошок перемещался в сопло за счет подсоса воздуха.

В результате на свет появился переносной аппарат для нанесения металлических покрытий. Он имеет ряд достоинств, которые делают его очень полезным в различных отраслях промышленности:

Читать еще:  Разборка чугунных радиаторов

для работы аппарата нужны всего лишь электросеть и воздушная магистраль или компрессор, обеспечивающий давление сжатого воздуха 5-6 атм и подачу 0,5 м 3 /мин;

при нанесении покрытий температура подложки не превышает 150 о С;

покрытия обладают высокой адгезией (40-100 Н/мм 2 ) и низкой пористостью (1-3%);

оборудование не выделяет вредных веществ и излучений;

габариты устройства позволяют использовать его не только в цеху, но и в полевых условиях;

можно напылять покрытия практически любой толщины.

В состав установки входят собственно напылитель массой 1,3 кг, который оператор держит в руке или закрепляет в манипуляторе, нагреватель воздуха, порошковые питатели, блок контроля и управления работой напылителя и питателя. Все это смонтировано на стойке.

Пришлось потрудиться и над созданием расходных материалов. Выпускаемые промышленностью порошки имеют слишком большие размеры частиц (порядка 100 мкм). Разработана технология, которая позволяет получать порошки с зернами размером 20-50 мкм.

ОТ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ДО СЕЯЛОК

Новый способ напыления металлических покрытий может применяться в самых различных отраслях промышленности. Особенно эффективен он при ремонтных работах, когда необходимо восстановить участки изделий, например, заделать трещину или раковину. Благодаря невысоким температурам процесса легко восстанавливать тонкостенные изделия, отремонтировать которые другим способом, например наплавкой, невозможно.

Поскольку зона напыления имеет четкие границы, напыляемый металл не попадает на бездефектные участки, а это очень важно при ремонте деталей сложной формы, например корпусов коробок передач, блоков цилиндров двигателей и др.

Устройства для напыления уже применяют в авиакосмической и электротехнической промышленности, на объектах атомной энергетики и в сельском хозяйстве, на авторемонтных предприятиях и в литейном производстве.

Метод может оказаться весьма полезным во многих случаях. Вот лишь некоторые из них.

Восстановление изношенных или поврежденных участков поверхностей. С помощью напыления восстанавливают поврежденные в процессе эксплуатации детали редукторов, насосов, компрессоров, форм для литья по выплавляемым моделям, пресс-форм для изготовления пластиковой упаковки. Новый метод стал большим подспорьем для работников авторемонтных предприятий. Теперь буквально «на коленках» они заделывают трещины в блоках цилиндров, глушителях и пр. Без особых проблем устраняют дефекты (каверны, свищи) в алюминиевом литье.

Устранение течей. Низкая газопроницаемость покрытий позволяет ликвидировать течи в трубопроводах и сосудах, когда нельзя использовать герметизирующие компаунды. Технология пригодна для ремонта емкостей, работающих под давлением или при высоких и низких температурах: теплообменников, радиаторов автомобилей, кондиционеров.

Нанесение электропроводящих покрытий. Напылением удается наносить медные и алюминиевые пленки на металлическую или керамическую поверхность. В частности, метод экономически более эффективен, чем традиционные способы, при меднении токоведущих шин, цинковании контактных площадок на элементах заземления и т. п.

Антикоррозионная защита. Пленки из алюминия и цинка защищают поверхности от коррозии лучше, чем лакокрасочные и многие другие металлические покрытия. Невысокая производительность установки не позволяет обрабатывать большие поверхности, а вот защищать такие уязвимые элементы, как сварные швы, очень удобно. С помощью напыления цинка или алюминия удается приостановить коррозию в местах появления «жучков» на крашеных поверхностях кузовов автомобилей.

Восстановление подшипников скольжения. В подшипниках скольжения обычно применяют баббитовые вкладыши. С течением времени они изнашиваются, зазор между валом и втулкой увеличивается и слой смазки нарушается. Традиционная технология ремонта требует либо замены вкладыша, либо заварки дефектов. А напыление позволяет восстановить вкладыши. В этом случае для уплотнения слоя напыляемого металла керамику применять нельзя. Твердые включения через считанные минуты после начала работы выведут подшипник из строя, причем поврежденными окажутся поверхности и втулки и вала. Пришлось применить сопло особой конструкции. Оно позволяет наносить покрытие из чистого баббита в так называемом термокинетическом режиме. Частицы порошка сразу за критическим сечением сопла разгоняются сверхзвуковым потоком воздуха, затем скорость потока резко снижается до околозвуковой. В результате резко возрастает температура, и частицы нагреваются почти до температуры плавления. При попадании на поверхность они деформируются, частично плавятся и хорошо прилипают к ниже лежащему слою.

СПЕЦИАЛИСТУ — НА ЗАМЕТКУ

Каширин А. И., Клюев О. Ф., Буздыгар Т. В. Устройство для газодинамического нанесения покрытий из порошковых материалов. Патент РФ на изобретение № 2100474. 1996, МКИ6 С 23 С 4/00, опубл. 27.12.97. Бюл.№ 36.

Каширин А. И., Клюев О. Ф., Шкодкин А. В. Способ получения покрытий. Патент РФ на изобретение № 2183695. 2000, МКИ7 С 23 С 24/04, опубл. 20.06.02. Бюл. № 17.

Координаты разработчиков и условия приобретения их технологий или изделий можно узнать в редакции.

Наш e-mail:
dymet-rus@yandex.ru

ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ПОРТАТИВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДИМЕТ® для «холодного газодинамического нанесения металлических покрытий»

Оборудование ДИМЕТ® обеспечивает нанесение высококачественных металлических покрытий на основе составов из: алюминия, меди, цинка, никеля, олова, свинца и баббитов. Технология напыления «Димет» основывается на процессе газодинамического напылении металлов — «холодное газодинамическое напыление», и позволяет проводить широкий спектр работ в авторемонте, восстановительных работ широкого круга изделий, при которых ремонтируемая деталь нагревается не больше температуры работающего двигателя (а именно в общих случаях 50-70 градусов), локально и точно!

Малая температура нагрева напыляемого металла чрезвычайно важна при ремонте радиаторов, трубок кондиционеров, нанесении и восстановлении электропроводящих покрытий.

Короткометражный фильм о технологии ДИМЕТ® на портале «Российские технологии и научные разработки».

Фотографии, видео и комментарии в нашем Инстаграме.

Из-за сравнительно низких температур напыления металлов, технологию ДИМЕТ® часто называют «холодной сваркой», что все же не совсем правильно. Оборудование предназначено для нанесения металлов в производстве изделий и при выполнении широкого спектра авторемонтных и восстановительных работ. Вес аппаратов от 8 кг до 19 кг.

Аппараты ДИМЕТ® широко используются в автосервисах и авторемонтных мастерских.

Оборудование ДИМЕТ® прекрасно себя зарекомендовало при применении в следующих областях (примеры с фотографиями в колонке справа):

Авторемонт (здесь ДИМЕТ получил широкое распространение — для устранения повреждений двигателя, ремонта автокондиционеров, агрегатов и кузова автомобиля).

• При повышении мощности и КПД газотурбинных установок магистральных газопроводов.

• Защита сварных швов (например — глушителя автомобиля).

• Герметизация течей жидкостей и газов (ремонт автокондиционеров и радиаторов охлаждения автомобилей).

• Восстановление утраченных объемов металла (ремонт ГБЦ, коленвалов, узлов и деталей автомобиля, дефектов литья, механических дефектов деталей).

• Нанесение электропроводящих покрытий (обогрев заднего стекла автомобиля).

• Антикоррозионная защита кузова автомобиля.
• Нанесение подслоев для пайки.
• Различные спецприменения (реставрация скульптур, декоративные работы и т.д.).

Малый вес и компактные габариты позволяют напылять металлы оборудованием ДИМЕТ® не только в стационарных условиях автомастерской, но и полевых условиях (выезд к клиенту для авторемонта, устранение дефектов габаритных узлов и агрегатов).

Мы всегда рекомендуем пройти бесплатное обучение работе с оборудованием ДИМЕТ® в специализированной лаборатории, наши специалисты поделятся с Вами наработками и навыками. На оборудование предоставляется гарантия производителя, осуществляется постгарантийное обслуживание. Обеспечивается поставка всех расходных материалов — порошков, сменных элементов.

Телефон и факс: +7(48439)2-17-80, +7(495)785-61-49, 8-916-918-97-54
E-mail: ocps@obninsk.com dymet-rus@yandex.ru

Технология напыления металлов ДИМЕТ

Технология нанесения металлов на поверхность деталей и изделий, реализуемая оборудованием ДИМЕТ® производимого «Обнинским центром порошкового напыления», использует газодинамический метод нанесения покрытий. Процесс является относительно новым, а основанная на нем технология динамической металлизации ДИМЕТ («DYMET» — «dynamic metallization») пока не изложена в учебниках и методических пособиях. Однако уже накоплен опыт применения технологии ДИМЕТ® как на многих крупных предприятиях так и на предприятиях малого бизнеса.

На основе алюминия, меди, цинка, никеля, олова, свинца в настоящее время разработано более 2-х десятков видов порошковых материалов для нанесения покрытий. Все эти порошки могут быть нанесены в разных режимах с помощью оборудования ДИМЕТ®.

Газодинамическим методом наносятся жаростойкие покрытия, которые обеспечивают защиту вплоть до 1000-1100 градусов Цельсия. Электропроводность в среднем составляет 80-90 % электропроводности объемного материала. Коррозионная стойкость зависит от характеристик агрессивной среды.

Метод разработан на основе открытого в 80-х годах 20-го века эффекта закрепления твердых частиц, движущихся со сверхзвуковой скоростью, на поверхности при соударении с ней. Технология напыления реализованная в установках ДИМЕТ® хорошо известна на предприятиях автосервиса, металлургического, нефтегазового и энергетического комплекса России, и получила заслуженное признание.

Оборудование ДИМЕТ® сертифицировано по системе ГОСТ Р. Сертификат соответствия N РОСС RU.ТН02.Н00580.

Холодное напыление металлических покрытий

Метод холодного газодинамического напыления металла (англ. – cold spray , cold gas dynamic spraying ) состоит в том, что твердые частицы металла, температура которых значительно меньше их температуры плавления, разгоняются до сверхзвуковой скорости и закрепляются на поверхности при соударении с нею.

Сущность метода холодного газодинамического напыления металла включает в себя формирование в сопле сверхзвукового газового потока, подачу в этот поток порошкового материала с размерами частиц 0,01-50 мкм, его сверхзвуковое ускорение в сопле и направление частиц порошка на поверхность изделия. Ускорение частиц возможно в среде холодных или подогретых газов, таких как: воздух, гелий, азот. Значения температуры существенно ниже температуры плавления материала порошка (0,4-0,7Тпл). Технология холодного газодинамического напыления позволяет наносить металлические покрытия не только на металлы, но и на стекло, керамику, камень, бетон. Покрытия, нанесенные этим методом, механически прочны и имеют высокую адгезию к подложке.

Явление формирования покрытий методом холодного газодинамического напыления впервые было обнаружено в Институте теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) в начале 80-х годов прошлого века. Они показали, что для формирования покрытия необязательно, чтобы частицы находились в расплавленном или предрасплавленном состоянии, а покрытия можно получать из частиц с температурой значительно ниже их температуры плавления, в отличие от традиционных методов напыления.

Рис. 1. Микрофотографии покрытий [1].

Основные экспериментальные факты:

1. Наиболее важным параметром при холодном напылении является скорость частиц, именно от ее величины зависят адгезия, пористость, микротвердость покрытий и др. Для всех частиц с диаметром d £ 50 мкм существует «пороговая» величина скорости взаимодействия их с подложкой (500-600 м/с). Если скорость ниже этого значения, то наблюдается процесс эрозии. При скорости выше «пороговой» процесс эрозии переходит в напыление.

2. Существует критическая величина расхода частиц, при котором напыление не происходит независимо от времени воздействия потока.

3. При расходе частиц выше критической величины частицы прочно сцепляются с поверхностью изделия и между собой, образуя в напыленном слое плотную упаковку. Из рис. 2, а видно, что внешняя часть покрытия представляет собой совокупность деформированных частиц напыляемого материала с характерным размером d =20-40 мкм и следами (кратерами) от ударов бомбардирующих частиц. Поперечный разрез (шлиф) покрытия (рис. 2, б) показывает, что оно отличается малой пористостью и хорошей однородностью по всей толшине слоя. Наличие шероховатой границы между напыленным слоем и поверхностью тела, которая предварительно обрабатывалась по 10 классу чистоты, свидетельствует о том, что перед образованием напыления также имеет место пластическая деформация и эрозия поверхности тела.

Рис. 2. Микрофотографии внешнего слоя (х150) и поперечного шлифа покрытия из частиц алюминия (электронный микроскоп, х300) [1].

4. Только малая доля частиц, разгоняемая сверхзвуковым потоком, в итоге напыляется на изделие, основная же доля отражается и уносится потоком газа. Масса напыленных частиц увеличивается с ростом расхода порошкового материала.

5. При формировании покрытия нагрев поверхности изделия незначителен. Разница температур для поверхности только обтекаемой потоком газа и при напылении покрытия составляет » 45 градусов.

Существует 2 разновидности холодного газодинамического напыления: высокого и низкого давления. Сравнение типичных параметров оборудования для напыления по этим двум способам представлено в табл. 1. В общем, качество покрытий нанесенным методом высокого давления выше и требования к определенному размеру частиц порошка ниже. Главное достоинство метода низкого давления в более низкой стоимости оборудования и его меньших габаритах.

Таблица 1. Сравнение режимов холодного газодинамического напыления высокого (ХГНВД) и низкого давления (ХГННД).

Технология напыления

Технологии напыления — оборудование, расходные материалы, применение

Сущность

Расплавление высокотемпературным источником энергии распыляемого материала с образованием двухфазного газопорошкового потока, с формированием покрытия, как правило, толщиной 0,1-1 мм и нагреве напыляемой детали не более 150°С.

В зависимости от используемого источника энергии существуют следующие способы напыления:

  • газопламенное, с использованием тепла сгорания горючих газов (ацетилена, пропан-бутана и др.) в смеси с кислородом или сжатым воздухом;
  • электродуговое, при плавлении двух проволок электрической дугой и распылении сжатым воздухом расплавленного металла;
  • детонационное, в котором перенос и нагрев порошкового материала осуществляется ударной волной, образующейся в результате взрыва горючей смеси и выделении при этом теплоты;
  • плазменное, где нагрев и разгон наносимого порошкового материала осуществляется плазменной струёй;
  • высокоскоростное (HVOF, HVAF), когда порошковый материал подается в камеру сгорания смеси, содержащей кислород и горючие газы (водород, пропан, метан) или горючее (керосин), с последующим его прохождением через расширяющееся сопло Лаваля;
  • холодное газодинамическое — нанесение покрытий из пластичных порошковых материалов (в смеси с оксидом алюминия) при их разгоне сверхзвуковыми газовыми струями, нагретыми до температуры 300-1000°С.

Назначение

Нанесение функциональных покрытий и восстановление размеров изношенных и бракованных поверхностей с использованием металлических, керамических, металлокерамических, полимерных и других материалов.

За счет нанесения покрытий поверхности деталей могут приобретать улучшенные характеристики износостойкости, антифрикционности, термостойкости, жаростойкости, эрозионной стойкости, фреттингостойкости, кавитационной стойкости, коррозионной стойкости, электроизоляционных и теплоизоляционных свойств, поглощения или отражения излучения и др.

Читать еще:  Резак для автоматической плазменной резки

Выбор

Состоит из определения способа напыления (см. табл.), напыляемого материала, оборудования, технологических режимов для получения заданных свойств покрытия. Параметры режима работы оборудования, связанные с тепловой мощностью и скоростью истечения энергетической струи, выбираются с учетом коэффициента использования материала, адгезии, пористости, проплавляемости покрытия, количественного распределения оплавленных частиц по пятну напыления и других характеристик.

Выбор материала для формирования покрытия определяется условиями эксплуатации напыляемых деталей, требованиями к его толщине и физико-механическим характеристикам после напыления и обработки. Практически, известно около 100 видов распыляемых материалов.

Технико-экономические показатели видов напыления

Метод напыленияВид напыляемого материалаОптимальная толщина покрытияТемпература пламени, дуги, детонации, струиСкорость истечения пламени, дуги, детонации, струиСкорость частицПрочность сцепления покрытия с основойПористость покрытияПроизводительность процесса — металлПроизводительность процесса — керамикаКоэф-фициент исполь-зования материалаУровень шума
ммКм/см/сМПа%кг/ч%дБ
Газопламенныйпорошок, проволока0,1-1,03463 (С2Н2+О2)150-16020-805-255-253-101-2,570-9070-110
Электродуговойпроволока5300-6300100-30050-15010-305-152-5075-9575-120
Детонационныйпорошок2500-58002000-3000600-100010-1600,5-60,1-6,00,5-1,525-60125-140
Плазменный — в инертных средахпорошок, проволока5000-1500050-40010-602-150,5-8 (20-60 кВт)70-9075-115
Плазменный — в активных средах1000-150015570-90110-120
Плазменный — в разряженных средах2900500-100070-800,5-1≤75
Высокоскоростнойпорошок2500-30002600350-50010-1600,3-13-440-75100-120

Преимущества

Фотографии производства

Недостатки

  • нестойкость напыленных покрытий к ударным механическим нагрузкам (кроме оплавляемых);
  • анизотропия свойств; низкий коэффициент использования напыляемого материала при нанесении покрытий на мелкоразмерные детали;
  • обязательное использование перед процессом напыления активационной обработки (например, абразивно-струйной);
  • выделение в процессе напыления аэрозолей напыляемых материалов и побочных газов;
  • повышенный уровень шума, а в случаях связанных с электрической дугой — ультрафиолетового излучения.

Ссылки на книги и статьи

  • Соснин Н.А., Ермаков С.А., Тополянский П.А. Плазменные технологии. Руководство для инженеров. Изд-во Политехнического ун-та. СПб.: 2013. — 406 с.
  • Тополянский П.А., Тополянский А.П. Прогрессивные технологии нанесения покрытий — наплавка, напыление, осаждение. Арматуростроение. 2011. — № 4 (73). — С. 63-68
  • Тополянский П.А., Соснин Н.А., Ермаков С.А. Напыление порошковых покрытий плазмотронами с фиксированной длиной сжатой дуги. Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки. Материалы 9-ой практической конференции 10-13.04.2007 г. Санкт-Петербург, Изд. Политехнического ун-та. Санкт-Петербург. 2007. ч.1. — С. 249-257
  • Тополянский П.А., Соснин Н.А. Кавитационностойкие плазменные покрытия роторов электрических машин. Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций. Материалы 3-й Всероссийской практической конференции-выставки 27-28 марта 2001 г. Санкт-Петербург. Изд. СПбГТУ, 2001. — С. 39-44
  • Тополянский П.А., Соснин Н.А. Нанесение эрозионностойких покрытий на вентиляционные лопатки турбогенераторов методом плазменного напыления. Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций. Материалы 3-й Всероссийской практической конференции-выставки 27-28.03. 2001 г. СПб. Изд. СПбГТУ, 2001. — С. 33-39
  • Тополянский П.А., Шемонаев Л.Ф. Исследование токосъемных алюминиевых шин с электропроводящими покрытиями, нанесенными методами газопламенного напыления. Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций. Материалы 5-й Международной практической конференции-выставки 8-10 апреля 2003 г. Санкт-Петербург. Изд. СПбГПУ. 2003. — С. 107-112
  • Тополянский П.А. Электроизоляционные покрытия, наносимые методом воздушно-плазменного напыления. Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций. Материалы 5-й Международной практической конференции-выставки 8-10 апреля 2003 г. Санкт-Петербург. Изд. СПбГПУ, 2003. — С. 112-115 112
  • Тополянский П.А. Нанесение антифрикционных покрытий на детали торцовых уплотнений электрических машин. Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций. Материалы 5-й Международной практической конференции-выставки 8-10 апреля 2003 г. Санкт-Петербург. Изд. СПбГПУ, 2003. — С. 102-107 112
  • Тополянский П.А. Газотермическое напыление баббитовых покрытий на детали подшипников скольжения. Турбины и компрессоры. 2003. №3-4. — С. 58-61
  • Тополянский П.А., Соснин Н.А. Методология разработки технологических процессов газотермического напыления защитных и износостойких покрытий. Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций. Материалы 5-й Международной практической конференции-выставки 8-10 апреля 2003 г. Санкт-Петербург. Изд. СПбГПУ, 2003. — С. 28-45 61
  • Тополянский П.А., Соснин Н.А. Технологический аудит процессов нанесения покрытий и упрочнения. Технолог по сварочному производству промышленных предприятий, объектов энергетики и строительства. Материалы 3-й Всероссийской практической конференции 30 мая — 1 июня 2002 г. Санкт-Петербург. Изд. СПбГТУ. Санкт-Петербург. 2002.- С. 132-141
  • Бланк Е.Д., Слепнев В.Н., Галеев И.М., Тополянский П.А. Композиционные детонационные покрытия на основе оксида алюминия. Технологии ремонта, восстановления и упрочнения машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки. Материалы 10-й Международной научно-практической конференции 15-18 апреля 2008 г. Ч. 1. Санкт-Петербург. Изд. СПбГПУ, 2008. — С. 58-61
  • Галеев И.М., Бланк Е.Д., Тополянский П.А., Чижиков В.В., Колесов С.С. Повышение износостойкости поверхностей трения деталей из алюминиевых сплавов газотермическими покрытиями. Ресурсосберегающие технологии ремонта, восстановления и упрочнения машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня. Материалы 11-й Международной научно-практической конференции 14-17 апреля 2009 г. Санкт-Петербург. Изд. СПбГПУ, 2009, Ч.1. С. 204-206
  • Галеев И.М., Бланк Е.Д., Тополянский П.А., Зюмченко П.С., Васильев В.Ф. Повышение износостойкости и герметизирующей способности подвижных соединений уплотнительных устройств. Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня: В 2 ч. Часть 1: Материалы 13-й Международной научно-практической конференции: СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. — С. 88-90
  • Пименов А.В., Галеев И.М., Тополянский П.А. Опыт применения газотермических сверхзвуковых методов нанесения высокопрочных покрытий. Технологии упрочнения, нанесения покрытий и ремонта: теория и практика: В 2 ч. Часть 1: Материалы 15-й Международной научно-практической конференции: СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2013. — С. 173-174
  • Галеев И.М., Тополянский П.А. Особенности сверхзвуковых методов нанесения покрытий. Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня: В 2 ч. Часть 1: Материалы 13-й Международной научно-практической конференции: СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. — С. 430-432

Свяжитесь с нами по телефонам: +7 (812) 679-46-74, +7 (921) 973-46-74, или напишите нам на почту: office@plasmacentre.ru

Наши менеджеры подробно расскажут об имеющихся у нас технологиях нанесения покрытий, упрочнения, восстановления, придания свойств поверхности, а также о стоимости услуг компании.

Холодное газодинамическое напыление

В чём заключается процесс?

Холодное газодинамическое напыление — новейший метод в области термического напыления. По сравнению с обычными процессами термического напыления холодное газодинамическое напыление имеет особые преимущества, поскольку распыляемый материал не расплавляется и не плавится во время процесса. Таким образом, тепловое воздействие на покрытие и материал подложки остается низким.

Высокая кинетическая энергия частиц и высокая степень деформации при воздействии на подложку, которая связана с ней, позволяет изготавливать однородные и очень плотные покрытия. Диапазон толщины покрытия варьируется от нескольких сотых долей миллиметра до нескольких сантиметров.

В получаемых металлических покрытиях, физические и химические свойства практически не отличаются от свойств базового материала.

Согласно новейшей системной технологии компании «Impact Innovations GmbH» инертный газ — предпочтительно азот или гелий — подается в пистолет-распылитель под давлением до 50 бар (725 фунтов на кв. дюйм) и нагревается до максимальной температуры 1100 °C (2012 °F) в корпусе пистолета.

Последующее расширение нагретого и находящегося под высоким давлением газа в сужающемся-расширяющемся сопле до давления окружающей среды приводит к ускорению технологического инертного газа до сверхзвуковой скорости и в то же время к охлаждению газа до температуры ниже 100 °C (373 °F).

Распыляемые порошки впрыскиваются в сужающуюся часть сопла с помощью устройства подачи порошка и газа-носителя и ускоряются до скорости частиц 1200 м/с в основном газовом потоке.

В сильно суженом сопле распылителя частицы ударяются о необработанные, в большинстве случаев, поверхности компонентов, деформируются и превращаются в сильно адгезионное/когезионное и низкооксидное покрытие.

Воздействие скорости частиц на качество и эффективность покрытия

  1. Частица покрытия достигла минимальной скорости удара, которая необходима для возбуждения механизма взаимодействия с поверхностью подложки (обрабатываемого образца). Эта так называемая «критическая скорость» влияет на свойства материала покрытия.
  2. Поскольку скорость удара выше критической скорости, деформация и качество сцепления частиц возрастают.
  3. Если скорость удара слишком высока («скорость эрозии»), происходит больше разрушения материала, чем его добавления. Покрытие не образуется.
  4. Чтобы образовалось плотное и хорошо сформированное покрытие, значение скорости удара частиц должно быть между значениями критической скорости и скорости эрозии.

Что может быть покрыто методом холодного газодинамического напыления?

Материалы для покрытия

Металлы: например, магний, алюминий, титан, никель, медь, тантал, ниобий, серебро, золото и др.

Сплавы: например, никель-хром, бронза, алюминиевые сплавы, латунь, титановые сплавы, порошки из MCrAlY (сплавы на основе базового металла (Co, Ni, Cr, Fe) с добавлением хрома, алюминия и иттрия) и др.

Смешанные материалы (металлическая матрица в сочетании с твердыми фазами): например, металл и керамика, композиты.

Материалы основы

Металлические изделия и образцы, пластмасса, а также стекло и керамика.

Индивидуальная обработка

Каждый отдельный материал обрабатывается индивидуально.

Обработка материалов требует индивидуальной регулировки температуры и давления газа. Комбинация этих двух физических параметров определяет скорость частиц и качество покрытия. Диапазон оптимальной скорости распыления, ограниченный критической скоростью и скоростью эрозии, называется диапазоном осаждения. В рамках этого диапазона на качество нанесения покрытий влияют параметры.

Холодное газодинамическое напыление – альтернатива газотермическому напылению

КОСАРЕВ В.Ф., д.ф.­м.н., ИТПМ СО РАН, г. Новосибирск

КЛИНКОВ С.В., д.ф.­м.н., ИТПМ СО РАН, г. Новосибирск

ХОЛОДНОЕ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЕ НАПЫЛЕНИЕ – АЛЬТЕРНАТИВА ГАЗОТЕРМИЧЕСКОМУ НАПЫЛЕНИЮ

Явление ХГН было впервые обнаружено в Институте Теоретической и Прикладной Механики им. С.А. Христиановича Сибирского Отделения РАН (ИТПМ СО РАН)
в начале 80 ых годов прошлого века при изучении обтекания затупленных тел сверхзвуковым гетерогенным низкотемпературным потоком (с температурой торможения 0 – 20°С). Отсутствие высоких температур, характерных для газотермических методов напыления, позволяет говорить, что в данном случае был реализован новый метод нанесения покрытия, который былназван авторами методом «холодного» газодинамического напыления (ХГН).

Сравнение основных параметров двухфазного потока при ХГН с параметрами, присущими традиционным методам напыления (плазменному, газопламенному, детонационному и т.п.) показывает (рис. 1), что они существенно различаются. Главное отличие состоит в том, что основным энергетическим источником в процессе формирования покрытий ХГН является кинетическая энергия частиц. Основным физическим механизмом ХГН является высокоскоростная деформация напыляемых частиц при ударе, приводящая к интенсивным сдвиговым течениям материала по границам контакта, и образованию адгезионно-когезионных связей. Умеренный уровень температур при ХГН минимизирует тепловое взаимодействие частиц с ускоряющим их газом и окружающей атмосферой, а это открывает широкие возможности для создания новых технологий и новой техники для напыления.

Дальнейшие исследования показали определяющую роль величины скорости частиц. Для металлических частиц с размером (dp 50 мкм ) существуют критические скорости взаимодействия их с подложкой (ucr1 = 500 600 м/с). То есть, при взаимодействии с подложкой твердых металлических частиц наблюдается классический процесс эрозии, если скорость частиц меньше критической. При скоростях больше критической процесс эрозии переходит в процесс напыления, причем в зависимости от скорости частиц в очень широких пределах изменяются и свойства покрытий, такие как адгезия, пористость, микротвердость и т.д.

Метод ХГН обеспечивает получение различных металлических покрытий, свойства которых, изменяя режим напыления, можно регулировать в достаточно широких пределах, например, пористость (от величины 1 % до величины 15 %), толщину слоя (от нескольких десятков микрометров до нескольких миллиметров) и др. При этом характерное значение адгезии составляет 20 – 80 МПа, а коэффициент использования порошков достигает 50 – 80 %. Метод ХГН позволяет проводить сбор порошка и повторное его использование, что обеспечивает экологическую чистоту, увеличивает коэффициент использования до 90 – 95 %, снижает эксплуатационные затраты.

Отсутствие высокотемпературных струй позволяет существенно расширить возможности методов нанесения покрытий порошковыми материалами и обеспечивает ряд важных преимуществ метода ХГН перед известными газотермическими методами, включая:

возможность использования для напыления порошков с размером менее 30 – 50 мкм, в том числе ультрадисперсных, что приводит к улучшению качества покрытия, появляется возможность уменьшить толщину покрытия;

отсутствие существенного нагрева частиц и связанных с ним процессов высокотемпературного окисления, фазовых переходов и т.д., что позволяет получать покрытия со свойствами близкими к свойствам материала исходных частиц, а также композиционные покрытия из механической смеси порошков, значительно различающихся по физико-термическим свойствам;

отсутствие существенного термического воздействия на изделие, что позволяет наносить покрытия на подложки из нетермостойких материалов;

простота технической реализации, высокий ресурс оборудования и безопасность работ в связи с отсутствием высокотемпературных струй, а также огне- и взрывоопасных газов.

Метод ХГН может найти широкое применение для получения антикоррозионных, упрочняющих, электропроводящих и других покрытий отдельных деталей и конструкций особенно из материалов и на материалы, допускающие ограниченное термическое воздействие, а также может быть использован для получения компактных порошковых материалов. Дальнейшие исследования могут значительно расширить возможности этого метода и позволят перейти к созданию целого ряда новых технологий.

Читать еще:  К оценке вредных условий труда на рабочем месте сварщика

В ИТПМ СО РАН в результате исследований уже найден ряд новых технических решений, запатентованных в России и за рубежом [например, 1 – 5]. Основные результаты исследований ИТПМ СО РАН в области ХГН опубликованы в монографиях [6, 7]. Соединение вместе результатов, находящихся на стыке различных научных направлений, позволило создать научные основы технологических процессов, проектирования и изготовления оборудования ХГН.

Надо отметить, что разработка метода ХГН в настоящее время осуществляется не только в России, но и за ее пределами. За рубежом организованы специализированные лаборатории, которые помимо проведения научных исследований занимаются также выпуском оборудования для ХГН и необходимых для него порошков. Авиационные и морские корпорации были одними из первых, кто заинтересовался ХГН (в международной литературе и интернете метод называется cold spray, kinetic spray, kinetic metallization). Предварительная информация о возможностях компаний, предлагающих свои услуги в области ХГН, предоставляется в свободном доступе в интернете. Далее приведены только некоторые разработки, сделанные в ИТПМ СО РАН, которые служат лишь примером, характеризующим возможности метода.

Оборудование и основы технологий

Экспериментальное оборудование ХГН

В ИТПМ СО РАН разработаны опытные образцы установок ХГН (рис. 2). Основными элементами установки ХГН являются: устройство напыления, состоящее из сверхзвукового сопла, форкамеры и омического нагревателя газа; дозатор порошка; источник сжатого газа (баллоны или компрессор); пульт управления и контроля (давление газа в форкамере и дозаторе, температура газа в форкамере). Для напыления используются такие газы как воздух, азот, гелий с расходом до 2 м 3 /мин. Дополнительно для выполнения работ требуются: камера напыления с системой пылеотсоса и сбора ненапыленного порошка; манипулятор для перемещения напыляемой детали или самого устройства напыления. Омический нагреватель газа может быть выполнен в двух вариантах. В первом варианте (более массивном, рис. 2а, требующем для питания источник питания с напряжением 40 – 60 В) нагревательным элементом служит завитая в спираль трубка из нержавеющей стали, внутри которой движется нагреваемый газ, а по стенкам течет нагревающий электрический ток. Во втором варианте (более легком и компактном, рис. 2b, требующем для питания напряжение 220 В) нагревательным элементом служит проволочная спираль из сплавов высокого сопротивления, по которой движется нагревающий электрический ток, а снаружи спираль обдувается нагреваемым газом. В этом варианте напыляющее устройство получается достаточно легким и компактным, что позволяет манипулировать им в ручную (оператор при этом использует индивидуальные средства защиты – очки, наушники, респиратор).

Для создания необходимой формы пятна напыления применяются сверхзвуковые сопла разной геометрии. В основном используются сопла круглого и прямоугольного сечения (рис. 3).

В традиционном виде для подачи порошка из дозатора в форкамеру сопла требуется, чтобы давление газа в дозаторе было выше (на 0,1 – 0,2 МПа) давления в форкамере сопла. Соответственно, дозатор должен выдерживать внутри себя рабочее давление газа (типичный диапазон рабочих давлений газа составляет 0,8 – 4,0 МПа). Чтобы снять это ограничение были разработаны эжектроные сопла, засасывающие порошок из дозатора. Это позволяет работать при атмосферном давлении в дозаторе без крышки и в случае необходимости досыпать порошок в бункер дозатора, не останавливая процесс напыления. Остановимся более подробно на описании возможности применения метода ХГН для нанесения антикоррозионных покрытий на внешнюю и внутреннюю поверхность труб.

Оборудование для нанесения антикоррозионных покрытий на трубы

Повышение коррозионной стойкости металлических изделий остается одной из актуальнейших научно-технических и экономических проблем современности. Одним из распространенных направлений защиты от коррозии является нанесение покрытий различными методами – химическим и электрохимическим осаждением, газотермическим напылением и т.п. Наиболее производительной является технология горячего цинкования внешней поверхности стальных труб. Существенные ее недостатки (ограничения) связаны со сложностью и высокими требованиями к процессам подготовки поверхности (включая химическое травление), ограничениями в возможности изменять толщину покрытий, а также огромными затратами для обеспечения экологичности процессов. Технология ХГН позволяет исключить эти недостатки и ограничения.

Напыление на внешнюю поверхность. Ниже представлена схема установки газодинамического нанесения защитных покрытий на внешнюю поверхность длинномерных труб и ее фотография (рис. 4).

Установка работает следующим образом – труба укладывается на рольганг и с пульта управления ей сообщается вращательное и одновременно поступательное движение через камеры очистки и напыления. В камере очистки поверхность трубы очищается. Частицы, образующиеся при обработке поверхности, утилизируются. После камеры очистки труба поступает в камеру напыления, где и происходит процесс напыления на поверхность трубы. Частицы порошка, не напыленные на поверхность трубы, утилизируются пылеотсасывающей установкой с последующим возвратом в бункер дозатора.

Представленный вариант установки с проходными камерами, обеспечивает минимальную задержку между процессами подготовки поверхности и нанесения покрытия и тем самым обеспечивается высокая адгезионная прочность. Унифицированные узлы установки позволяют проводить ее модернизацию с увеличением диаметров обрабатываемых труб до

1 м, а также возможностью использования проходных камер термической (обжига для ликвидации жировых пленок и нагрева труб) и пневмообразивной обработки. Кроме того, установки ХГН может быть вписана в имеющиеся заводские линии на различных их участках, что позволяет эффективно использовать тепловую энергию и наносить покрытия на уже нагретые трубы при различных температурах их поверхности.

Напыление на внутреннюю поверхность. Имеющиеся к настоящему времени разработки, основанные на газопламенном, металлизационном, плазменном и подобных методах не позволяют наносить металлические покрытия на внутреннюю поверхность длинномерных труб малого диаметра (

Способы напыления металлов

Традиции производства металлических изделий накапливались столетиями. Наука многократно модернизировала общепринятые технологические схемы, но всегда оставались существенными сырьевые и энергетические потери на всех этапах техпроцесса. Идея его кардинального изменения зародилась в начале ХХ века, когда известный русский инженер-металлург Соболевский П.Г. порекомендовал применить напыление металла в производстве машиностроительных изделий. Усовершенствование этой технологии способствовало образованию инновационной специализации – порошковой металлургии, обуславливающей замену традиционной обработки металла автоматизированными операциями прессовки и спекания материалов.

Технология напыления металлов является современным способом нанесения однородного металлического слоя на деталь при использовании раскаленной скоростной струи, имеющей в своем составе порошковые элементы, осаждающиеся на базисном металле при ударном столкновении с ним. Для выбора оптимального метода напыления металла следует принимать во внимание форму и размерные габариты деталей; точность и характер погрешности покрытия, его технико-эксплуатационные особенности; расход на базовое и дополнительное оснащение, порошковые материалы, на черновое и заключительное обрабатывание покрытий и прочее.

Способы и оборудование для напыления металлов

Однако порошковое напыление металла вовсе не ограничивается одним лишь производством деталей из порошков. Не менее важным является такое ее направление, как нанесение на металлическую поверхность слоя мелкодисперсной среды из огнеупорных, коррозионно- и износостойких материалов для улучшения функциональных, реставрационных и декоративных характеристик. При использовании в этих целях многокомпонентных порошковых материалов возрастает риск возникновения неоднородности покрытия, связанной с сегрегацией (расслаиванием) порошков. Такая проблема разрешается применением пластичных шнуровых материалов, имеющих в своем составе порошок, который фиксируется пластичной связкой. При обработке поверхности вещество связки целиком испаряется и на подложку изделия оседает лишь непосредственно порошок.

Сущность вакуумного напыления металлов состоит в том, что требуемый материал в результате сильного нагревания в вакуумном пространстве переходит в пар, который конденсируется в виде плоской пленки на наружной стороне тех или иных изделий.

Процесс термонапыления относительно прост и включает такие операции: расплавка металлического сырья в специальном пистолете (горелке) и напыление металла в жидком состоянии на заблаговременно обработанную поверхность при помощи сжатого воздуха. В ходе газопламенного напыления металла непрерывно перемещающийся напыляемый материал в форме проволоки или стержня продвигается через пистолет и плавится в конусовидном потоке горючего газа (диметилметана или топлива с содержанием ацетилена и кислорода). Кончик расплавленной проволоки встраивается в конусовидный поток и наносится на поверхность подложки. При контакте с поверхностью микрочастицы наносимого вещества моментально остывают и трансформируются, прочно сцепляясь с ней. В связи с этим, газотермическое напыление отличается мельчайшей ленточной или планарно-зернистой структурой.

Данный способ обработки идеально подходит для напыления труднодоступных участков. При его использовании следует контролировать дистанцию между пистолетом и обрабатываемым изделием, поддерживать оптимальную температуру напыления, соблюдать чистоту. Соблюдение точно выбранного промежутка и скорости передвижения пистолета обеспечивает оптимальную дозу материала и толщину наносимого слоя. Поскольку в ходе напыления металла создается пыль, следует регулярно прочищать фронтальную часть аппарата, чтобы гарантировать нанесение свежего слоя на очищенную поверхность. Использование газопламенного способа нанесения позволяет создавать покрытия с достаточной пористостью (до 12 %) и небольшой адгезией к основе, что связано с невысокой скоростью воздушно-газовой струи (менее 50 м/с). Температурный режим горения пламени лимитирует спектр металлов, которые можно наносить таким способом.

При осуществлении плазменного или газоплазменного напыления металла в качестве источника тепла выступает электродуга, возникающая между парой электродов. В зону ее горения нагнетается инертный газ, способный ионизироваться и образовывать плазму (температурой до 15000 °С). В плазменную струю поступает порошок наносимого металла, который плавится и переходит на обрабатываемую подложку. Вопреки высоким температурам в месте горения электродуги, изделие не подвергается перегреву, поскольку при переходе из участка дуги температурные показатели резко снижаются. Оборудование для такого типа нанесения металла сложнее, в сравнении с газопламенным из-за дополнительной потребности в электроаппаратуре.

В наиболее ответственных задачах для получения максимальной адгезии и прочности покрытий плазменную обработку осуществляют в вакуумном оборудовании для напыления металлов при низком давлении. Снижение давления обеспечивает возрастание скорости микрочастиц, что способствует получению более прочных химически стойких покрытий с повышенной твердостью.

Газодинамическое напыление металла заключается в образовании покрытий при взаимном ударении холодных микрочастиц металла, убыстренных ультразвуковой газовой струей, с подложкой детали. При контакте не расплавленных микрочастиц с поверхностью получается их пластическая трансформация и кинематическая энергия переходит в тепловую и адгезионную, способствуя образованию однородного слоя из прочно уложенных частиц металла. Отличительная особенность такого напыления – отсутствие повышенных температур при нанесении металлических покрытий, а значит, и отсутствие оксидации металлических частиц и подложки, явления неоднородной кристаллизации, повышенных внутренних напряжений в готовых изделиях.

Лазерное напыление металла представляет собой технологию восстановления изделий путем обработки их лазерным лучом света, генерируемым при работе оптико-квантового генератора. Из-за узкой сосредоточенности лазерного потока и повышенной энергетической плотности в месте его контакта с поверхностью можно производить наплавку любого металла. Самой востребованной является порошковая форма. Локальное фокусирование излучения дает возможность производить наплавление в труднодоступных зонах. При этом первичная структура практически не деформируется, но достигается повышенная износостойкость деталей.

Разработаны многочисленные установки для напыления металла. Как правило, они производятся в двух исполнениях: стационарном и мобильном, кроме этого могут функционировать как в закрытых цехах, так и на открытой местности для обработки крупногабаритной продукции. Покрытия, образованные перечисленными способами напыления, имеют высокие параметры прочности и пониженную степень остаточных напряжений.

Димет — оборудование для напыления металлов

Видео-презентация особенностей и преимуществ технологии ДИМЕТ

Нанесение защитных покрытий

Применение оборудования Димет

В авторемонте

Устранение повреждений двигателя, КПП, автокондиционеров, радиаторов и кузова автомобиля

В металлургии

Ремонт и восстановление технологической оснастки электронно-лучевых печей, а также систем охлаждения

Реставрация

Реставрация скульптур, выполненных их металлических материалов

Защиты резьбы и подшипников

Эффективное решение для защиты от влияния агрессивных факторов на элементы механизмов

Восстановление деталей

Эффективное и экономичное средство при восстановлении сработавшейся поверхности

Антикоррозийная обработка

Нанесение защитных и антикоррозийных покрытий на детали и поверхности различных материалов

Промо-видео о технологии Димет

До и после ремонта

Восстановление головки ДВС часть 1

Восстановление головки ДВС часть 2

Ремонт прогара перегородки блока

Рабочее место участка напыления

Фрезеровка после напыления

Работа с аппаратом

О технологии

Основные элементы технологии

Технология нанесения покрытий включает в себя нагрев сжатого газа (воздуха), подачу его в сверхзвуковое сопло и формирование в этом сопле сверхзвукового воздушного потока, подачу в этот поток порошкового материала, ускорение этого материала в сопле сверхзвуковым потоком воздуха и направление его на поверхность обрабатываемого изделия. В качестве порошковых материалов используются порошки металлов, сплавов или их механические смеси с керамическими порошками.

Особенности технологии

В технологии напыления Димет (которую на практике удобно называть «наращиванием» металла) условие, чтобы падающие на подложку частицы имели высокую температуру, не является обязательным, что обуславливает ее уникальность. В данном случае с твердой подложкой взаимодействуют частицы, находящиеся в нерасплавленном состоянии, но обладающие очень высокой скоростью. Ускорение частиц до нужных скоростей осуществляется сверхзвуковым воздушным потоком с помощью оригинальных установок серии ДИМЕТ®, не имеющих аналогов в традиционных методах нанесения покрытий.

Основные достоинства

Слабое температурное воздействие

При нанесении покрытий оказывается незначительное тепловое воздействие на покрываемое изделие

Струйно-абразивная обработка

Позволяет проводить микроэрозионную (струйно-абразивную) обработку поверхностей для последующего нанесения покрытий

Неприхотливость

Покрытие наносится в воздушной атмосфере при нормальном давлении, при любых значениях температуры и влажности атмосферного воздух

Безопасность

Отсутствуют высокие температуры, опасные газы и излучения, нет химически агрессивных отходов, требующих специальной нейтрализации

Работа в полевых условиях

Возможно использование оборудования в полевых условиях

Узконаправленный поток

Поток напыляемых частиц является узконаправленным и имеет небольшое поперечное сечение

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector