6.3.2. Детонационное напыление
На
рис. 6.2 показано детонационное напыление.
Рис. 6.2. Схема детонационного напыления:
1 – сопло для подачи кислорода; 2 – водоохлаждаемый ствол; 3 – камера сгорания; 4 – сопло для подачи ацетилена; 5 – основной материал (подложка);
6 – сопло для подачи в камеру сгорания карбида вольфрама с азотом;
7 – покрытие
В камеру водоохлаждаемого ствола установки диаметром 25,4 мм подаётся кислород и ацетилен в строго определённых количествах. Ствол направляется на обрабатываемую деталь (а). Затем через специальное отверстие в камеру азотом подаётся порошок напыляемого материала, например карбида вольфрама с добавлением небольшого количества металла, оксида алюминия и т.п. (б). Газовую смесь, в которой во взвешенном состоянии находится напыляемый порошок, поджигают электрической искрой (в). В результате взрыва смеси происходит выделение теплоты и образуется ударная волна, которая разогревает и разгоняет частицы порошка в направлении к поверхности изделия (г).
Азот и горючий газ выходят из ствола установки сразу же после взрыва, затем ствол продувается азотом для удаления продуктов горения. Процесс отрегулирован таким образом, что точно повторяется с частотой 3…4 цикла в секунду. За один цикл напыления получают покрытие толщиной ~6 мкм. Напыление осуществляют до получения покрытия заданной толщины (0,25…0,3 мм).
Во время взрыва порошковый материал приобретает большую кинетическую энергию, так что скорость частиц на расстоянии 75 мм от среза ствола установки составляет ~820 м/с. При размещении поверхности материала на указанном расстоянии порошок в момент столкновения с поверхностью разогревается до температуры 4000оС. Высокая скорость движения частиц и их разогрев при детонационном напылении обеспечивают получение покрытия высокой плотности и прочности сцепления с основой. При этом температура основного материала остаётся низкой, исключающей его деформацию или иное физическое изменение, что позволяет использовать этот способ напыления для прецизионных деталей.
Вместе с тем детонационному напылению свойственны недостатки, связанные, в частности, с возможностью нанесения покрытия только на материалы, в которых не возникает остаточная деформация при действии взрывной волны. Из-за большого шума (до 140 дБ) оборудование для детонационного напыления устанавливают в камере с двойными стенками, а наблюдение за процессом осуществляют через смотровое окно.
6.3.3. Дуговая металлизация
Принципиальная
схема дуговой металлизации показана
на рис. 6.3.
Рис. 6.3. Схема дугового напыления:
1 – насадок; 2 – место ввода напыляемого материала (проволоки);
3 – место подачи сжатого воздуха
Через два канала в горелке непрерывно подают две проволоки (диаметром 1,5…3,2 мм), между концами которых возбуждается дуга и происходит расплавление проволоки. Расплавленный металл подхватывается струёй сжатого воздуха, истекающего из центрального сопла электрометаллизатора, и в мелкорасплавленном виде переносится на поверхность основного материала. Распыление и транспортирование расплавленного металла осуществляют обычно сжатым воздухом, хотя при напылении коррозионно-стойкой сталью и алюминиевым сплавом используют азот. При дуговом напылении на постоянном токе процесс протекает стабильно, обеспечивая получение слоя покрытия с мелкозернистой структурой при высокой производительности процесса.
На рис. 6.4 приведена схема расплавления электродной проволоки при напылении и процесса переноса частиц расплавленного металла воздушной струёй.
Рис. 6.4. Процесс расплавления напыляемого материала в электрометаллизаторе: 1 – анод; 2 - катод
Температура дуги зависит от вида транспортирующего газа, состава электродной проволки, режимов напыления и других параметров. При использовании металлических электродов и силе тока дуги 280 А достигается температура ~6000оС. Такая высокая температура облегчает образование жидких капель напыляемого материала.
По сравнению с газопламенным напылением электрометаллизация позволяет получать более прочное покрытие, которое лучше соединяется с основой. При использовании в качестве электродов проволок из двух различных материалов можно получить покрытие из их сплава. Такого рода сплавы называют псевдосплавами.
К числу недостатков дугового напыления относится опасность перегрева и окисления напыляемого материала при малых скоростях подачи распыляемой проволоки. Кроме того, большое количество теплоты, выделяющейся при горении дуги, приводит к значительному выгоранию легирующих элементов, входящих в напыляемый сплав (например, содержание углерода в металле покрытия снижается на 40…60%, а кремния и марганца – на 10…15%).