 |
4.6. Газодинамічне напилення покриття
|
|
|
|
Формування металічного покриття газодинамічним способом засновано на закріпленні твердих металічних частинок, які мають велику кінетичну енергію, на поверхні, що напилюється, у процесі високошвидкісного удару.
Для нанесення покриття цим способом використовується обладнання, конструкція якого забезпечує створення надзвукового газового струменю та введення у цей струмінь часток порошкового матеріалу і їх прискорення до швидкості, необхідної для формування покриття.
Відсутність високих температур, характерних для наведених вище газотермічних методів нанесення покриття, дала підставу авторам цього методу (А. П. Алхімову, В. Ф. Косареву, А. П. Папиріну та інш. ) назвати метод " холодне газодинамічне напилення" (ХГН). Термін " холодний" введений для того, щоб підкреслити, що температура часток істотно менше їхньої температури плавлення, а термін " газодинамічне" вказує на першорядну роль високої швидкості частинок при формуванні покриттів.
На рисунку 4. 9 наведено схему установки для ХГН, розробленої Інститутом теоретичної та прикладної механіки (м. Новосибірськ) та фірмою Ktech согр.
Метод ХГН реалізують з допомогою надзвукового сопла (сопла Лаваля), яке дозволяє отримати швидкість струменю з числом Маха М = 2... 4. Як прискорювальний газ використовується суміш повітря з гелієм, при загальному тиску у форкамері Р0 = 2, 0 МПа. Змінюючи склад суміші від чистого повітря до чистого гелію, можна змінювати швидкість часток від 200 до 1200 м/с.
Процес взаємодії часток з основою може бути умовно поділений на три етапи, в залежності від швидкості часток.
На першому етапі, при швидкості часток нижче деякої критичної (для порошків міді, цинку, заліза, нікелю, алюмінію грануляцією dч ≤ 50∙ 10-6 м, Vкр = 500... 600 м/с струмінь високошвидкісних часток за рахунок ерозійної дії ефективно очищує поверхню основи від оксидів, мастила, іржі, абсорбованих речовин та інших забруднень. Поверхня активізується, оголюються ювенільні ділянки, формується розвинений мікрорельєф поверхні основи
|
|
|
На другому етапі при швидкості вище критичної формуються зони контакту покриття з основою, які відповідають за міцність зчеплення. При співударі металевих часток з поверхнею основи відбувається їх пластична деформація та утворення у контактній плямі металічних зв'язків" без плавлення або мікрозварювання на окремих ділянках плавлення.
На третьому етапі відбувається формування наступних шарів покриття. При цьому частки, що напилюються контактують не з основою, а з раніше напиленими частками.
Послідовні удари часток по частках, що закріпилися на поверхні, додатково деформують їх, ущільнюючи покриття, зменшуючи пористість і підвищуючи міцність зчеплення з поверхнею.
Швидкість взаємодії частинки з основою визначається не тільки швидкістю, яку вона здобуває, прискорюючись у надзвуковому соплі, але і тим, наскільки вона гальмується у стиснутому шарі перед поверхнею основи, величина якого залежить від найменшого розміру перерізу струменя. Для одержання досить високої швидкості частинок на під-ложці необхідно не тільки обрати геометрію сопла, але й знизити несприятливу гальмуючу дію стиснутого шару газу безпосередньо перед основою.
Практика використання газодинамічного способу нанесення покриття показала, що використовуючи надзвуковий струмінь газу, що має температуру ≥ 300 К, можна отримати покриття з більшості металів.
Процес взаємодії твердої частинки з основою при газодинамічному напиленні істотно залежить від розміру частинки. В умовах взаємодії твердої частинки з основою для ХГН характерно, що значення пружної енергії і максимальної енергії адгезії мають однаковий порядок величин. Отже, пружна енергія стискування може відігравати істотну роль у процесі напилення твердими частинками. Тому для реалізації методу газодинамічного напилення доцільно використовувати порошки з грануляцією dr ≤ 60 мкм.
|
|
|
Обнінськім центром порошкового напилення (Росія) запропоновано використовувати у ролі робочого газу підігріте стиснене повітря для нанесення покриття з порошкових композицій з суміші часток пластичного металу та керамічних часток.
Газодинамічне нанесення покриття має такі характеристики.
Можливість отримання покриття з металів та композитного матеріалу з металічної матриці та включень кераміки в діапазоні від 2 до 25% по об'єму.
Отримання міцності зчеплення металічного покриття з основою на рівні 40... 80 МПа та пористості 3... 7%.
Використання у ролі робочого газу для прискорення часток суміші повітря з гелієм під високим тиском, або окислюючого повітря, яке підігрівається. Це підвищує доступність та безпеку при використанні даної технології.
Частки порошкового матеріалу в процесі їх прискорення не нагріваються вище 200... 300 °С і знаходяться у твердому стані та практично не окислюються при нанесенні покриття.
Формування покриття з твердих часток не викликає високотемпературного нагрівання основи, що забезпечує низький рівень залишкових напружень у покриттях, високу адгезію покриття та можливість нарощувати достатньо великі товщини, причому матеріал основи, як і матеріал часток, практично не окислюється.
При дії високошвидкісного потоку часток відбувається очищення поверхні від забруднень, а також ефективна її активація, що сприяє підвищенню міцності зчеплення покриття з основою.
До технологічних параметрів газодинамічного напилення відносяться:
- витрати робочого газу (повітря або суміші повітря з гелієм чи іншими газами) Gр, м3/год;
- тиск робочого газу у форкамері, Р, МПа;
- витрати порошку, Gпор, кг/год;
- грануляція порошку, dч, мкм;
- кут напилення, α, градуси;
- дистанція напилення, Lд, мм;
- швидкість відносного переміщення сопла розпилювача та виробу, Vпер, мм/хв або мм/об.
|
|
|
Усі параметри, разом з геометричними параметрами надзвукового сопла найменшого розміру перерізу сопла та довжини надзвукової частини сопла, визначають швидкість струменю газового потоку та швидкість частинок порошку у двофазному потоці.
Продуктивність способу досягає рівня 3... 15 кг/год, товщина покриття 250 мкм за один прохід.
Рис. 4. 9. Схема установки для холодного
газодинамічного напилення
|
|
|
