 |
2.2. Порошки
|
|
|
|
Матеріали для напилення, які неможливо або дуже трудомістко виготовити у вигляді дроту, використовуються у вигляді порошку.
Основна перевага використання для напилення порошкових матеріалів - це проста технологія отримання порошку з металів, сплавів, хімічних сполук, з яких неможливо отримати дрот або пруток звичайними методами завдяки їх високій твердості або крихкості.
До недоліків використання порошкових матеріалів відноситься складність забезпечення рівномірності витрат матеріалу, що напилюється, обумовлене його гранулометричним складом, формою часток та іншими властивостями. Частки порошку повинні мати сферичну форму та володіти доброю сипучістю.
Розмір часток порошку, що напилюється, та його гранулометричний склад дуже впливає на процес напилення та властивості покриття. Для напилення, здебільшого, використовують порошки з розміром часток в межах 40... 100 мкм.
Порошковий матеріал використовують при газополуменевому, плазмовому та детонаційному напиленні. Розміри часток порошку вибирають у залежності від характеристик джерела теплової енергії, теплофізичних властивостей матеріалу, що напилюється: температури плавлення, питомої тепломісткості, щільності та інших параметрів.
У практиці напилення використовують як однорідні порошки різних матеріалів, так і гетерогенні складні структури, композиційні матеріали, а також механічні суміші цих матеріалів.
Однокомпонентні порошки являють собою частинки, які складаються з одного елемента (алюмінію, титану, молібдену та ін. ) або сплави з різних елементів. Наприклад, Fе—С; Nі-АІ; W-С; Nі-Сr, Nі-Сr-В-Sі та ін. Структура частинок може бути як гомогенною, так і гетерогенною. Однокомпонентні порошки одержують розпиленням розплавів або відновленням, їх перевага полягає в одержанні покриттів з однорідним хімічним складом і структурою.
|
|
|
У порошкових матеріалах для напилення у середньому приходиться на долю металів - 6%; сплавів - 32%; оксидів - 10%; тугоплавких з'єднань і твердих сплавів - 6%; композиційних порошків - 19%; механічних сумішей - 27%.
В останній час все більше розповсюдження отримують композиційні порошкові матеріали.
Композиційний матеріал визначається наступними критеріями:
- композиція повинна складатися не менше як з двох хімічно різнорідних матеріалів з чіткою межою розподілення між ними;
- компоненти композиції утворюють її своїм об'ємним сполученням;
- композиція повинна мати властивості, які з'являються лише як наслідок взаємодії компонентів.
Порошок для напилення з гетерогенною структурою може бути визначений як порошок складного (гранульованого) вмісту, кожна гранулометрична частинка якого складається з мікрооб'ємів декількох компонентів, які відрізняються за хімічним складом і однакові за якісним складом всім іншим.
По будові часток гетерогенні порошки можуть бути (рис. 2. 1) плаковані та конгломеровані. Конгломеровані можуть бути гомодисперсні, гетеродисперсні та змішаного типу.
Рис. 2. 1. Основні різновиди будови композиційних порошків:
а - плаковані; б - гетеродисперсні конгломеровані;
в - гомодисперсні конгломеровані; г - змішаного типу
При газотермічному напиленні композиційними порошками забезпечується:
- отримання гетерогенних дрібнодисперсних структур із рівномірним розподілом компонентів (Со-WС-ТiС; Ni-NізАl-Аl; Ni-Al2O3 та ін. );
- протікання екзотермічних реакцій між компонентами порошку (Ni-Al; Ni-Ti; Со-Аl; Ni-Сr-Al та ін. );
- захист матеріалу ядра частинки, яка напилюється, плакуванням від взаємодії з газовою фазою або розкладу при напиленні (Со-WС); (Ni-TiС);
|
|
|
- рівномірне розподілення компонентів у об'ємі покриття, наприклад типу керметів (Ni-AlО);
- формування покриття за участю матеріалу, який самостійно не може створити покриття при газотермічному напиленні (Ni-графіт);
- покращання умов формування покриття за рахунок збільшення щільності часток, введення компонентів з високою ентальпією.
Композиційні порошки поділяються на дві групи: екзотермічне реагуючі та термонейтральні. У першому випадку отримання покриття поєднано з синтезом нових сполук, і його склад суттєво відрізняється від вихідного складу часток.
У порошках, які реагують екзотермічне, розрізняють наступні типи композицій: металоїдні Ni-Аl; Nі-Ті; Со-Аl; Со-Sі; Мо-Nі та ін.; металооксидні АІ-NiO; АІ -FеО; Сr-СuО; Ті-NіО та ін.; металоїдні АІ-WC, Ті - SіС; Ті-В4С; Ті-Sі3N4 та ін. Найбільш значні теплові ефекти спостерігаються в металооксидних композиціях.
У термонейтральних порошках розрізняють композиції:
- метал (сплав) - тугоплавка металоїдна сполука: Сr-WС; (Nі - Сr) - WС; (Ni-Cr-В-Sі) - WС та ін.;
- метал (сплав) - металоїдна сполука: (Ni-Cr) - NіАІ та ін.;
- метал (сплав) - тверде мастило: АІ-ВN; Nі, графіт; Мо-Мо-S та ін.;
- метал (сплав) - оксид Nі-АІ2O3; Си-ZrО2 та ін.;
- оксид - оксид: SiO2 –Cr2O3; ТіO2 -АІ2O3 та ін.
У термонейтральних композиційних порошках екзотермічна реакція не протікає або її тепловий ефект незначний.
Відомості про деякі основані типи гетерогенних порошків наведені у таблиці 2. 2.
Поряд з наведеними у таблиці гранульованими та композиційними порошками випускаються також порошки таких металів як нікель, мідь, цинк, алюміній та інші, які використовують у чистому вигляді при різних способах нанесення функціонального покриття або як з'єднальний додаток до оксидів, карбідів та інших неметалічних сполук.
Специфічні властивості мають керамічні порошкові матеріали такі як оксиди металів, бориди, нітриди, силікати та карбіди. Це тугоплавкі з'єднання з температурою плавлення до 3273К. З керамічних матеріалів для напилення найбільшого поширення знайшли оксиди та карбіди.
Так, для напилення зносостійких покриттів часто використовують рутил, оксид хрому, оксид алюмінію для напилення вузлів сухого тертя; карбіди титану, вольфраму, хрому для захисту робочих поверхонь від абразивного та газоабразивного спрацьовування, корозії й ерозії при підвищених температурах.
Таблиця 2. 2 Поширені типи порошків для газотермічного напилення
|
|
|
