Таблиця 4.2 Вплив домішки азоту на процес детонації вибухової суміші

 

Додаток азоту, моль
Тиск вибуху, МПа		0, 5	0, 23	0, 22
Температура вибуху, К
Швидкість звуку, м/с
Швидкість продуктів детонації, м/с
Швидкість детона­ційної хвилі, м/с	теоретична
	фактична		-

 

До основних характеристик детонаційного нанесення покриттів можна віднести:

- можливість отримання покриття з малою пористістю (0, 5... 1, 5%) та високою (до 100 МПа) міцністю зчеплення покриття з основою із більшості порошків, які плавляться при температурі до 2800 °С без розкладання;

- нанесення покриття на різні матеріали: метали (з твердістю поверхні до 60 НRС), кераміку, скло, пластмаси та інші, при відсутності деформації

напилюваної поверхні;

- можливість керувати хімічним складом продуктів детонації (відновлювальний, нейтральний, окислювальний) та енергетичними характеристиками процесу за рахунок регулювання складу газової суміші.

- наявність таких негативних явищ як високий рівень шуму в приміщенні, де відбувається детонаційне напилення покриттів, який досягає до 140 ∂ Б; наявність продуктів спалення суміші пальний газ-кисень з утворенням шкідливих компонентів (СО, вуглеводні сполуки, оксиди азоту тощо); наявність великої концентрації виважених у повітрі часток напилюваного порошку.

До технологічних параметрів детонаційного напилення відносяться:

- витрати кисню, м³/год;

- витрати пального газу (ацетилену, пропану, водню), м³/год

- витрати технологічного газу (азоту, повітря), м³/год;

- тиск газів, МПа;

- співвідношення між киснем та пальним газом у суміші, β;

- час циклу процесу t с або швидкострільність, Гц;

- витрати порошку, кг/год та його грануляція С, мкм

- дистанція напилення, мм;

- швидкість відносного переміщення гармати та виробу, мм/хв або мм/об;

- число обертів циліндричної деталі, об/хв.

Звичайні витрати кисню й ацетилену становлять від 0, 2 до 6, 0 м³/год залежно від конструкції установки. Тиск газів становить 0, 05... 0, 15 МПа.

Найбільш вагомими параметрами є вид та витрати газів, які входять у детонуючу суміш, співвідношення між пальним газом і киснем. Теплова потужність детонаційних газових струменів становить 10⁵.. 10⁷ Вт.

Порівняно з іншими пальними газами найбільш високу ефективність дає використання для детонаційного напилення суміші ацетилену з киснем і меншу - пропан-бутану з киснем.

Втрати детонаційної суміші впливають прямо пропорційно на продуктивність процесу.

Детонаційне напилення належить до циклічних процесів. Час циклу становить 0, 2... 0, 5 с і складається з 3-х складових:

t_ц = t_з +t_в + t_n

де t_з - час, необхідний для заповнення камери та стволу газовою сумішшю;

t_в - час, необхідний для створення вибуху та викиду продуктів детонації та порошку;

t_n - час продувки камери та ствола.

Потрібно прагнути до мінімальних значень t_ц, бо ним визначається кількість циклів установки у часі, отже, і продуктивність.

Протягом одного циклу на поверхню напилення переноситься від 0, 02 до 0, 15 грамів розпилюваного матеріалу.

Частіше за все для детонаційного напилення використовують порошки діаметром 10... 50 мкм. Порошки-із більш крупними частками підігріваються і прискорюються недостатньо для утворення міцних зв’язків у мить удару. Порошки малої щільності мають найбільш високі швидкості. Витрати порошку при напиленні знаходяться у великих межах.

Залежно від потужності установок продуктивність порошку, що напилюється, знаходиться у межах 0, 5... 4, 0 кг/год. При завантаженості порошком детонаційної суміші 0, 2... 0, 6 кг/м³ за один цикл вистрілюється 100... 300 мг.. Температура та швидкість часток значною мірою залежить від умов їх введення у ствол гармати. Найбільш високі швидкості часток отримуються при введенні порошку на відстані 200... 400 мм від зрізу детонаційного ствола гармати.

Дистанція напилення вибирається залежно від матеріалу виробу, його розмірів, форми, розпилюваного матеріалу, товщини покриття у межах від 50 до 200 мм.                Необхідну товщину покриття отримують багаторазовим повторенням циклів процесу, шляхом переміщення виробу перед зрізом ствола гармати. Шаг переміщення не повинен перевищувати половини діаметра плями напилення.

До особливостей детонаційного способу нанесення покриттів належать вимоги до твердості поверхні напилення, яка не повинна перевищувати 60 НRС. Поверхня виробу, яка підлягає напиленню, може бути оброблена з метою отримання на ній шорсткості і не повинна мати гострих кромок. Вони повинні бути закруглені радіусом не менше 1 мм.

Чорнова (технологічна) товщина покриття призначається з врахуванням припуску на механічну обробку, який частіше за все становить 0, 1... 0, 3 мм на сторону.

Закономірності формування структури і властивостей детонаційного покриття із різного класу матеріалів залежить від технології одержання порошку, його властивостей і від технологічних умов напилення.

Матеріали для детонаційного напилення, що вимагають різних умов напилення і відрізняються способом керування властивостями покриттів, можна умовно поділити на три групи.

До першої групи відносяться матеріали, що володіють пластичністю при температурах, нижчих за температуру їх плавлення.

Представниками цієї групи є метали (АІ, Ті, Fе) і сплави (АІ-Сu-Fе, Nі-АІ), а також механічні суміші або композиційні порошки, що мають у своєму складі пластичну складову (WС-Со, ТіС-Ni, WС-Ni, Cr₂O₃-Nі, та інші).

Керування властивостями покриттів з таких матеріалів полягає у забезпеченні умов напилення, при яких частки порошку легкоплавкої складової нагріваються до (0, 8... 0, 9)Т_пл і прискорюються до максимально можливої для детонаційного процесу швидкості руху. Критерієм якості покриття є міцність зчеплення з основою, щільність шару, його твердість і збереження хімічного та фазового складу вихідного матеріалу.

З погляду досягнення максимальної міцності зчеплення покриття з основою для покриття, що містить тугоплавку складову (карбіди, бориди і т. п. ) і металеву зв'язку (Nі, Со, Fе) з низькою температурою плавлення основним є склад робочої суміші із співвідношенням кисню до ацетилену 1, 2: 1, 0, а при використанні пропан-бутану - 3, 5: 1. Додавання до 30% азоту приводить до збільшення характеристик міцності самого шару, поліпшення якості покриття.

До другої групи відносяться матеріали, що володіють пластичністю, але вимагають нагрівання до температури плавлення Т_пл через необхідність формування у них загартованих структур. До цієї групи відносяться сплави, що аморфізуються, охолодження розплавів яких зі швидкостями не менше 105 К/сек приводить до утворення аморфної фази або дрібнокристалічної структури. Керування властивостями таких покриттів можна вести через зміну товщини шару, що формується за цикл. За критерій якості напиленого шару може служити кількість аморфної фази, що утворилась у ньому.

Зниження ступеня хімічної активності детонаційної суміші з підвищенням швидкості продуктів детонації, збільшується частка аморфної фази і зменшується вміст газів у покритті.

Підвищення об'єму детонаційної суміші при фіксованій витраті матеріалу, що напилюється, також веде до зменшення пористості і підвищення твердості.

При пропорційному зниженні кількості ацетилену та кисню в детонаційній суміші зменшується швидкість продуктів детонації, підвищується час взаємодії продуктів детонації з матеріалом, що напилюється, що погіршує якість покриття.

Підвищення швидкості продуктів детонації сприяє загальному поліпшенню якості покриттів, зокрема, зниженню пористості, збільшенню мікротвердості, росту кількості аморфної фази.

До третьої групи відносяться непластичні матеріали, формування покриттів з яких можливе лише з розплавленого стану. До матеріалів цієї групи, в основному, відносять оксиди. Для оксиду алюмінію, при напиленні якого відбуваються поліморфні перетворення, керування властивостями можливо також здійснювати зміною товщини шару за цикл.

Критерієм якості шару є кількість фази (α - Аl₂О₃) з найбільшою твердістю, збільшення якої забезпечується зниженням швидкості охолодження розплаву за рахунок підвищення товщини шару, що напилюється, за цикл. До особливостей технології напилення оксиду алюмінію, варто віднести суттєві відмінності в умовах формування початкового шару покриття на межі з основою і наступних його шарів.

Аналіз залежностей величини міцності від технологічних параметрів напилення, однозначно вказує на перевагу температурного фактору стану часток над швидкісним. Максимальна міцність зчеплення (40... 50 МПа) відповідає режимові, при якому нагрівання часток відповідає температурі їх плавлення. При цьому шар на межі з основою містить метастабільну γ -фазу, що відрізняється більш високою хімічною активністю в порівнянні з а-фазою. Це важливо для розвитку контактної взаємодії з оксидною плівкою на поверхні основи. Формування γ -фази більш активно відбувається при різкому охолодженні розплаву. Збільшення вмісту а-фази у наступних шарах, що забезпечує підвищення їх зносостійкості у 3... 5 разів, вимагає зниження швидкості охолодження розплаву, що досягається збільшенням у 1, 5... 2, 0 рази товщини наступних шарів за цикл.

 Експериментальнo встановлено, що при детонаційному напиленні температура часток поблизу поверхні напилення може досягти 1400... 1600 °С і більше.

Тиск, який діє на розплавлену частку при ударі об основу, підвищує температуру кристалізації на величину до 300 °С.

Відповідне збільшення росту контактної температури досягає 500 °С і більше в зоні дії ударного тиску, та 200... 300 °С у зоні дії тиску напору.

Для отримання процесів окислення напилюваних матеріалів рекомендується зменшення часу перебування часток у детонаційно-газовому потоці, збільшити об'ємну концентрацію порошку в детонаційно-газовому потоці, використовувати детонаційно-газові потоки з відновлювальним або нейтральним середовищем, використовувати добавки інертних газів, забезпечити змінний вміст пальної суміші по довжині стволу, вилучати або зменшувати взаємодію імпульсного потоку з навколишнім повітряним середовищем, утворенням високошвидкісних супутніх потоків захисних газів тощо.

 

⇐ Предыдущая891011121314151617Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: