Министерство образования и науки Украины

Донбасская государственная машиностроительная академия

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к практическим занятиям и самостоятельной работе

по дисциплине „Нанесение покритий”

для студентов всех форм обучения

Утверждено на методическом совете ДГМА протокол № от

Краматорск 2007

УДК 621.791

Методические указания к практическим занятиям и самостоятельной работе по дисциплине «Нанесение покрытий» для студентов специальности 7.092301 «Технология и оборудование сварки» всех форм обучения / Сост. Богуцкий А.А., Макаренко Н.А. – Краматорск: ДГМА, 2007. – 80 с.

Составитель А.А.Богуцкий, ст.преподаватель

Н.А.Макаренко,

Ответ. за выпуск В.М.Карпенко, профессор

С О Д Е Р Ж А Н И Е

Практическое занятие 1. Выбор типового технологического
процесса изготовления детали с функ-
циональным покрытием.............................	4
Практическое занятие 2. Выбор материалов для нанесения покрытий.......................................................	19
Практическое занятие 3. Выбор способа нанесения покритий........	29
Практическое занятие 4. Разработка типових технологических
процессов газотермического нанесения
покрытий........................................................	33
Практическое занятие 5. Разработка технологических процес сов
вакуумно-конденсационных методов
нанесения покритий....................................	56
Практическое занятие 6. Выбор типового оборудования для
нанесения покритий...................................	64
Основная литература............................................................................	79
Дополнительная литература………………………………………….	79

Практическое занятие 1

ВЫБОР ТИПОВОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ С ФУНКЦИОНАЛЬНЫМ

ПОКРЫТИЕМ

Цель работы: реализация требований к знаниям и умениям, какими должны овладеть студенты, относительно выбора типовой технологии подготовки поверхности под нанесение покрытия и разработки маршрутной технологии подготовки детали под напыление.

Совокупность всех действий людей и орудия производства, необходимые на определенном предприятии для изготовления или восстановления изделий называются производственным процессом.

Общая схема производственного процесса деталей с газотермическим покрытием показан на рис.1.

Часть производственного процесса, которая вмещает в себя действия по изменению и следующему определению состояния объекта производства - называется технологическим процессом. Законченная часть технологического процесса, которая выполняется на одном рабочем месте - называется технологической операцией.

Рисунок 1 - Схема производственного процесса деталей

с газотермическим покрытием

Технологические операции называются по виду работы, которая выполняется. Например, напыление, наплавка, дробеструйная обработка и другая обработка.

Технологическая операция состоит из таких элементов: установление, переход (технологический и вспомогательный), ход (рабочий и вспомогательный), позиция.

Технологический процесс, который выполняется по документации, в которой содержание операции указывается без обозначения переходов и режимов обработки называется маршрутным технологическим процессом.

Маршрутный технологический процесс задается соответствующим технологическим документом — маршрутной картой, которая содержит описание технологического процесса изготовления или восстановления изделия, включая контроль и перемещение по всем операциям разных видов в технологической последовательности с наведением данных об оборудовании, оснащении, материальных и трудовых нормативах.

Типовой маршрутный технологический процесс изготовления детали с функциональным покрытием в общем случае предусматривает наличие следующих операций:

- отбор деталей, которые отвечают технологическим требованиям;

- механическая обработка поверхности;

- обезжиривание поверхности;

- изоляция поверхности, которая не напыляется;

- активация и формирование шероховатости напыляемой поверхности;

- предварительный подогрев;

- нанесение подслоя;

- напыление покрытия;

- изъятие масок и изолирующих элементов;

- термообработка (оплавление) покрытий;

- контроль качества покрытия;

- механическая обработка;

- контроль качества изделия.

При входном контроле конструкции и назначении покрытий следует учитывать технические требования к поверхности детали, выполнения которых обеспечивает высокие служебные характеристики напыляемого слоя. Детали, конструкции, изделия, которые не отвечают требованиям входного контроля согласно технологическим требованиям к поверхности, (табл.1) должны пройти предварительную механическую обработку.

Таблица 1 - Форма поверхности деталей, которая предлагается для

напыляемых изделий.

Неправильно	Правильно

При входном контроле напыляемой детали необходимо учитывать, чтобы конфигурация напыляемой поверхности гарантировала нанесение покрытия под углом 60-90⁰ (в отдельных случаях не меньше 30°) между осью струи и поверхностью.

Напылять поверхность в выемках и глубоких отверстиях разрешается при условии, что соотношение ширины или диаметра отверстия к его глубине было бы не меньше двух. В случае напыления внутренней поверхности сквозного отверстия отношения его длины к диаметру тоже должно быть не меньше двух. На напыляемых поверхностях не должно быть заусениц, сварочных капель, наплывов пайки, прожогов, остатков флюса, раковин и т.д.

Механическая обработка поверхности детали, конструкций и изделий выполняется на серийном металлообрабатывающем оборудовании.

Операцию обезжиривания проводят для удаления грязи, смазочного масла, жировых пятен, которые не могут быть удалены на следующих этапах подготовки, а их наличие существенно препятствует сцеплению материала покрытия с поверхностью детали, конструкцией или изделием.

Для обеспечения надежного сцепления основа подлежит обработке, в результате которой удаляется оксидная пленка, формируется шероховатая развитая и активированная поверхность. Непосредственно перед процессом напыления покрытий допускается проводить предварительный подогрев активированной детали, конструкции или изделия с целью дополнительной активации поверхности.

При подготовке поверхности детали, конструкции, изделия перед нанесением покрытия с резко отличными от основы физико-механическими свойствами применяют предварительное нанесение подслоя материала с промежуточным значением коэффициента термического расширения и высокой прочностью сцепления.

Наличие (отсутствие) той или иной операции в процессе подготовки деталей, конструкций или изделий определяется при подборе деталей согласно технологическим требованиям к подготавливаемой поверхности.

Обезжиривание поверхности

Общее обезжиривание поверхности детали, конструкции или изделия осуществляется органическими растворителями, моющими средствами, кислотными растворителями и разными эмульсиями (табл. 2). Для обезжиривания поверхности перед газотермическим напылением рекомендуется использовать моющие средства (табл. 3), поскольку органические растворители токсичные и имеют ограниченное применение.

Таблица.2 - Органические растворители

Характер загрязнения	Метал детали	Растворитель	Режим обработки
			Т, 0С	Продолжительность, мин..
				погружения	выдержки в парах растворителя
Рабочие и консервационные масла	Все металлы, кроме титана	Тетрахлорэтилен (токсичный)	121	не меньше 0,5	0,5....5,0
	Все металлы кроме и их сплавов	Трихлорэтилен (токсичный)	87	не меньше 0,5	0,5....5,0
Полировочные и шлифовальные пасты	Все металы кроме все полированные покрытия	Тетрахлорэтилен, катионат -10 мас. конц 1...3 кг/м3	121	не меньше 0,5	0,5....5,0
	Все металлы кроме и их сплавов, все полированные покрытия кроме серебра, меди и медных сплавов	Трихлорэтилен, стабилизированый, катионат-10 мас конц 1...3 кг/м3	87	не меньше 0,5	0,5...5,0

Таблица 3 - Моющие средства

Характер загрязнения	Металл детали	Массовая концентрация раствора, кг/м3						Режим обработки
		Технические моющие средства		Натрий жидкий	Три натрий фасфот	Сода кальцинированная	Ситанол	Температура 0С	Продолжительность, мин..
		Типа ТМС-31	Лабомид, или деталин, или „Импульс
Полировочные и шлифовальные пасты	Все металлы, сплавы и полированные покрытия	60-30	-	-	-	-	-	70-80	5-10
	Все металлы, сплавы и покрытия	-	20-30	-	-	-	-	60-80	3-10
Робочие консервационные пасты и другие жировые загрязнения	Стали разных марок	-	-	5-15	15-35	15-35	3-5	30-60	3-20
	Алюминий и его сплавы	-	-	8-12	20-50	-	-	40-70	3-10
	Все металлы, сплавы и покрытия кроме полированных и алюминия и его сплавов	-	-	-	15-35	15-35	3-5	60-80	5-20
Смазочно охлаждающие жидкости	Все металлы и сплавы	-	-	-	-	10-15	3-5	60-80	1-5

В технически обусловленных случаях допускается проводить обезжиривание с помощью щеток и другого протирочного материала, смоченного бензином - растворителем, спиртом или ацетоном.

Детали из пористых материалов (например, полученных методами порошковой металлургии) или чугунных отливок, которые продолжительное время находились в смазочной среде, после поверхностного обезжиривания, могут подвергаться отжигу, при температуре 260-530°С на протяжении 2-3 часов в муфельных или шахтных печах для удаления масла с пор.

Крупногабаритные детали сложной формы могут подвергаться газопламенному отжигу. Обезжиривание поверхности рекомендуется проводить на специальном серийном оборудовании для мытья. Способ активации и образования шероховатости подготавливаемой поверхности зависит от материала и толщины стенки детали, конструкции изделия, толщины слоя покрытия, конфигурации поверхности, условий эксплуатации.

Подготовку поверхности деталей, конструкции или изделия с толщиной стенки меньше 0,5 мм целесообразно проводить травлением. В технически обоснованных случаях допускается проводить активацию поверхности таких деталей или изделий плазменно-абразивной обработкой электрокорундом мелкой фракции или, при давлении сжатого воздуха 0,1-0,3 МПа, с использованием приспособлений, которые предупреждают деформацию и коробление деталей, конструкций и изделий.

При толщине стенки больше 0,5 мм активацию следует осуществлять абразивно-плазменной обработкой.

Подготовку деталей цилиндрической формы, которые работают при повышенных механических нагрузках (в особенности срезающих) допускается проводить механической обработкой. Подготовку основы механической обработкой (нарезания „рваной резьбы") рекомендуется проводить в случае твердости поверхности не больше НRС 40.

При восстановлении деталей, конструкций или изделий с поверхностной твердостью больше НRС 40, механическую обработку можно проводить после предварительного отжига, если последний допускается.

При проведении абразивно - струйной подготовки поверхности основы следует учитывать материал детали, конструкции или изделия (твердость, вязкость), условия эксплуатации их с покрытием.

В качестве абразива рекомендуется использовать шлиф-зерно электро-корунда нормального марок 12А, 13А, 14А, 15А по ОСТ 2МТ 793-80 и ОСТ 2МТ 715-78 зернистостью 63Н, 63П, при поверхностной твердости до НRС 40 и 80П, 80Н, 100П по ГОСТ 3647-89 в случае твердости больше НRС 40.

Для активации поверхности с твердостью не больше НRС 40 разрешается использовать металлическую дробь ДСК (ДКЧ) № 01, 02, 03, 04, 05, 08, 15 зернистостью 0,5-1,5 мм ГОСТ 11964-81.

Не рекомендуется применять металлический абразив при подготовке деталей, конструкций или изделий из меди, медных сплавов и других материалов с большой вязкостью при нанесении жароустойчивых и коррозионноустойчивых покрытий.

Рекомендованные режимы абразивно-струйной обработки разных материалов приведены в табл. 4.

Шероховатость поверхности деталей, конструкций или изделий после абразивно-струйной обработки должна составлять в зависимости от материала основы и назначения покрытия.

Поверхность детали, конструкции, изделия не подлежащих обработке, должна быть защищена от действия абразивных частиц экранами из металла или абразивно-устойчивого материала (например, резины, фторопласта и др.).

При подготовке деталей, конструкций, изделий с твердостью поверхности больше НRС 50, если их невозможно подготовить с помощью абразивно-струйной или механической обработки, разрешается активировать зону напыления электроискровой обработкой.

Обработку необходимо осуществлять электродами из никеля и его сплавов в случае стальной основы и алюминия и его сплавов при подготовке деталей, конструкций и изделий из алюминия.

Подготовку поверхности деталей, конструкций, изделий рекомендуется проводить на серийном специализированном оборудовании, представленном в табл. 5.

С целью термической активации обезжиренной шероховатой поверхности деталей непосредственно перед нанесением покрытия разрешается проводить предварительный подогрев.

Предварительный подогрев в окислительной среде (воздухе) ограничивается температурами 50-180°С в зависимости от материала основы (табл. 6).

Таблица 5 - Характеристики установок электроискрового легирования с

ручными вибраторами

Параметры	Марка установки
	ЭФИ-46	ЭФИ-54	ЭФИ-80	ЭФИ-25М	ЭФИ-23М	ЭФИ-25Ф	ЭФИ-81	ЭФИ-79	ЭФИ-78
Напряжение питания, В	220	220	220-380	220	220	220-380	220	220	220
Мощность, кВа	0,5	1,5	0,25	1,6	1,0	2,5	0,25	1,5	0,5
Рабочее напряжение А	2,5	2,5	-	85	18	30	-	20	10
Высота неровностей профиля	2-20	25	2-80	80	10-30	15-30	10-40	5-40	10-80
Габаритные размеры, мм	411х268х305	561х360х308	490х210х500	420х490х750	555х350х365	590х530х200	250х300х300	560х350х370	-
Масса, кг	27,5	40	30	80	50	120	10	5	45

Примечание. При необходимости получения шероховатости подготовленной поверхности электроискровую обработку следует проводить на установках грубого легирования ИСА-2, ИАС-3, созданных ЦНИИТмашем (г. Москва)

Таблица 6 - Температура предварительного подогрева

Материал основы	Допустимая температура нагрева, 0С
Сталь	150
Медь и ее сплавы	50
Никель и его сплавы	180
Титан и его сплавы	100
Алюминий и его сплавы	100

Предварительный подогрев до более высоких температур разрешается проводить в камерах с контролируемой атмосферой или в динамическом вакууме. Напыление подслоя предлагается в случае нанесения покрытия, которое имеет отличные от материала детали коэффициенты термического расширения и детали работают в условиях циклической нагрузки.

При выборе материала для подслоя следует учитывать граничные рабочие температуры эксплуатации в окислительной среде, которые приведены в табл. 7.

Таблица 7 - Граничные рабочие температуры эксплуатации деталей с

покрытием

Материал подслоя (марка порошка)	ГОСТ, ТУ	Ориентировочные граничные температуры эксплуатации покрытий, 0С
МПЧ (молибден)	ТУ 48-19-69-80	315
ПХ20Н80	ГОСТ 13084-67	1200
ПН85Ю15	ТУ14-1-3282-81	1300
ПН70Ю30	ТУ14-1-3282-81	1500
ПТ-НА-01	ТУ48-19-383-84	1000
ПТ-105Н	ТУ14-1-3926-81	1000
ПТ88Н12	ТУ14-1-3926-81	500
ПТ65Ю35	ТУ14-1-3926-81	1300
ПРХ18Н9	ТУ14-1-3540-83	500
ПН55Т45	ТУ14-1-3282-81	200

При выборе материала следует учитывать допустимые сочетания материалов подслоя, основы и покрытия для предотвращения возникновения контактной коррозии. Подслой необходимо наносить на предварительно обезжиренную, активированную, шероховатую поверхность детали. Толщина подслоя должна быть не более 0,05-0,15 мм.

В табл. 8. приведены коэффициенты термического расширения некоторых материалов в литом и напыленном состоянии в разных интервалах температур.

Таблица 8 - Коэффициенты термического расширения

металлов, покрытий и литых материалов

Металл	Состояние	Температура, 0С
		20...100	20...300	20...500
Сталь з 0,1%С	Литая	11,86	12,50	14,19
	Напыленная	11,70	12,79	13,57
Медь	Литая	16,82	17,59	18,49
	Напыленная	16,52	14,89	17,42
Оловянистая бронза	Литая	13,39	18,16	18,89
	Напыленная	17,67	18,25	17,92
Латунь	Литая	19,05	20,32	-
	Напыленная	18,77	19,63	-
Алюминий	Литой	23,79	25,55	21,88
	напыленный	23,26	25,64	19,35
Свинец	Литой	29,75	-	-
	напыленный	26,58	-	-