6.3. Способы напыления, их сущность

По типу источника тепловой энергии, которая используется для расплавления напыляемого материала, напыление подразделяют на газопламенное и электрическое. При газопламенном напылении нагрев материала осуществляется теплотой сгорания смеси горючего газа с кислородом, а при электрическом – теплотой электрической дуги.

6.3.1. Газопламенное напыление

Газопламенное напыление в зависимости от состояния напыляемого материала может быть трёх типов: напыление проволокой, прутком и порошком.

Принцип газопламенного напыления проволокой (рис. 6.1) аналогичен напылению прутком. Напыляемый материал, имеющий форму проволоки или прутка, подают через центральное отверстие горелки и распыляют пламенем горючей смеси. Расплавленные частицы металла подхватываются струёй сжатого воздуха и в мелко распылённом виде направляются на поверхность изделия.

Рис. 6.1. Газопламенное напыление проволокой:

1 – сжатый воздух; 2 – ацетиленокислородная пропанокислородная горючая смесь; 3 – проволока; 4 – насадок; 5 – ядро ацетиленокислородного пламени;

6 – оплавляющийся конец проволоки; 7 – факел пламени; 8 – воздушный поток;

9 – покрытие; 10 – поток частиц напыляемого материала; 11 – основной материал

Для напыления обычно используют проволоку диаметром не более 3 мм, однако, при напылении легкоплавкими металлами (алюминий, цинк и т.п.) в интересах повышения производительности процесса допускается использование проволоки диаметром 5…7 мм.

При напылении порошком последний поступает в горелку сверху из бункера через отверстие, разгоняется потоком транспортирующего газа (смесь кислорода с горючим газом) и на выходе из сопла попадает в пламя, где происходит его нагрев. Частицы порошка увлекаются струёй горячего газа и попадают на напыляемую поверхность. В порошковых горелках, как и в проволочных, подача напыляемого материала в пламя и разгон образующихся расплавленных частиц могут осуществляться струёй сжатого воздуха.

В качестве горючего газа в большинстве случаев используют ацетилен, можно также применять пропан и водород.

При полном сгорании ацетилена в среде кислорода протекает реакция:

Это значит, что для полного сгорания на одну часть по массе ацетилена необходимо 2,5 части по массе кислорода, однако на практике для напыления используют смесь при соотношении в смеси кислорода и ацетилена, равном 1,1. При сгорании смеси такого состава образуется нейтральное пламя, поскольку во время горения в него поступает дополнительный кислород из окружающего воздуха. На начальном участке факела, который образуется непосредственно у выхода из сопла, газообразные продукты имеют восстановительный характер, а в середине пламени в связи с проникновением туда кислорода окружающего воздуха происходит полное сгорание ацетилена. При движении напыляемых частиц в факеле они непрерывно нагреваются. Вместе с тем, при напылении проволокой с использованием струи сжатого воздуха из-за поступления большого количества в пламя оно в большей своей части имеет окислительные свойства.

При газопламенном способе напыление осуществляется в основном теми материалами, температура плавления которых ниже температуры пламени.

При газопламенном напылении порошком на расстоянии 60…70 мм от сопла температура пламени превышает 2500^оС; по мере дальнейшего увеличения расстояния она постепенно снижается: на расстоянии 100 мм температура составляет 1900^оС, на расстоянии 150 мм - 1400^оС. При напылении проволокой быстрое снижение температуры пламени начинается от самого среза сопла горелки и нарастает по мере увеличения расстояния: на расстоянии 50 мм температура пламени составляет 1500^оС, на расстоянии 100 мм и 150 мм – 500 и 200^оС соответственно. Это связано с охлаждающим действием на пламя струи воздуха.

В таблице 6.3 представлена температура пламени различных горючих смесей.

Таблица 6.3

Температура пламени для горючих смесей разного состава

Состав смеси	Температура, оС
Кислород – ацетилен	3100
Кислород – бутан	3100
Кислород – пропан	2760
Кислород – водород	2700
Кислород – светильный газ	2000
Воздух – ацетилен	2325
Воздух – водород	2055
Воздух – светильный газ	1530

После напыления иногда проводят оплавление покрытия, которому, в частности, подвергают покрытия, напылённые самофлюсующимися сплавами на никелевой и кобальтовой основе с добавлением в них бора и кремния. Оплавление обеспечивает получение плотного покрытия, практически без пористости.