Преимущества и недостатки

Преимуществами газопламенного метода напыления являются: небольшое окисление металла, мелкий его распыл, достаточно высокая прочность покрытия. При этом необходимо также учитывать сравнительно невысокую производительность процесса (2-4 кг/ч). Технология газопламенного напыления довольно проста, а стоимость оборудования и затраты на эксплуатацию низкие; высокие значения коэффициента использования материала (КИМ) при проволочном распылении.

К конструктивным параметрам, оказывающим наибольшее влияние на эффективность процесса относят: диаметр газового сопла, диаметр отверстий по периферии сопла, угол наклона оси отверстий к оси распылителя. Характер истечения струи и ее теплофизические свойства в значительной мере зависят от размеров и профилирования обжимающего сопла. Обычно конструктивные параметры газопламенного распылителя рассчитывают или выбирают экспериментально.

Принцип процесса дозвукового плазменного напыления

Остановимся на некоторых характерных чертах плазменного напыления с использованием сверхзвуковых струй, поскольку этот метод является наиболее передовым и имеет ряд существенных преимуществ. Добавление метана или пропан-бутана в воздух, использование газовоздушной смеси в качестве плазмо образующего газа, делает высокотемпературный участок плазменной струи, в котором происходит нагрев и ускорение частиц порошка, более протяженным, а профиль температур и скоростей более заполненным. Это играет решающую роль в улучшении качества покрытий и повышения производительности процесса напыления. Характер траектории частиц порошка при боковом вдув в снося плазменную струю зависит от градиента скорости в ней. Высокая скоростная и температурная неравномерность по сечению порошкового потока в плазме струи при подаче под срез сопла плазмотрона обусловлено свойствами плазменной струи. Траектория полета частиц определяется множеством факторов. Профиль скоростей и температур для плазмы продуктов сгорания характеризуется меньшей неоднородностью, поэтому порошковый поток глубже проникает в струю, происходит более равномерный нагрев всех частиц, независимо от траектории их полета. В плазме продуктов сгорания (независимо от траектории полета, размеров и формы частиц) аэродинамический и тепловое воздействие на нее более равномерно. Высокая теплоотдача в частиц порошка и лучшие разгонные свойства плазмы продуктов сгорания по сравнению с воздушной или азотной требуют корректировки времени пребывания частиц порошка в высокотемпературной зоне, оптимальный нагрев обеспечивается при более высоких скоростях. Для этого необходимо увеличивать расход газа или уменьшать диаметр сопла. Повышенная скорость частиц и равномерное их прогрев по всему сечению обеспечивают повышение плотности и прочности сцепления покрытия с основанием.  Профиль скоростей и температур частиц в поперечном сечении пятна напыления в момент контакта с основанием характеризуется меньшей неоднородностью по сравнению с напылением в инертных газах. Поэтому при относительном перемещении плазматрона и детали на поверхность последней всегда попадают частицы с высоким энергетическим уровнем.

Благодаря этому периферийные частицы, участвующие в формировании покрытия, не так ухудшают качество, что способствует более благоприятному распределению прочности сцепления и пористости покрытия по пятну напыления. В плазме продуктов сгорания периферийные частицы достигают основания с более высоким энергетическим уровнем. Это особенно важно при формировании первого осаждения моно слоя покрытия, ответственного за адгезионную прочность сцепления. Улучшаются также интегральные показатели качества покрытий. Изучено влияние различных факторов (расходов порошка условий напыления; износа электродов) при сверхзвуковом газовоздушной плазменном напылении порошков с существенно разными теплофизическими свойствами: алюминиевого сплава и оксида алюминия - на качество покрытий.

Преимущества технологии напыления:  1. Возможность нанесения покрытий на изделия, изготовленные практически из любого материала.  2. Возможность напыления различных материалов с помощью одного и того же оборудования.  3. Отсутствие ограничений по размеру обрабатываемых изделий. Покрытие можно напилить как на большую площадь, так и на ограниченные участки больших изделий.  4. Возможность применения для увеличения размеров детали (восстановление и ремонт изношенных деталей машин).  5.Относительная простота конструкции оборудования для напыления, его малая масса, несложность эксплуатации оборудования для напыления, возможность быстро и легко перемещаться.  6. Возможность широкого выбора материалов для напыления.  7. Небольшая деформация изделий под влиянием напыления. Многие способы поверхностной обработки изделия требуют нагрева до высокой температуры всего изделия или значительной его части, что часто становится причиной его деформации.  8. Возможность использования напыления для изготовления деталей машин различной формы.  9.Простота технологических операций напыления, относительно небольшая трудоемкость, высокая производительность нанесения покрытия.  10.Не требуется специальной дорогостоящей обработки (очистки) продуктов, загрязняющих окружающую среду, в отличие от средств очистки и нейтрализации при гальванических видах обработки изделий. Напыление имеет отличительные особенности, знание которых необходимо для правильного выбора технологии нанесения покрытий для каждого конкретного случая. Для выбора оптимального способа нанесения покрытия необходимо учитывать форму и размеры изделий, требования, предъявляемые к точности нанесения покрытия, его эксплуатационными свойствами, расходы на основное и вспомогательное оборудование, сварочные материалы и газы, на предыдущую окончательную обработку покрытий, условия труда и другие факторы производственного и социального характера.

Конструктивная схема установки для плазменного напыления.

Она включает блок электропитания 1, пульт управления 2, модуль 3 подачи горючего газа, блок 4 подачи порошка, унифицированный плазмотрон 5, комплект 6 кабелей и шлангов, кабель 7 подключения к полуавтомату.

Установка оснащена плазмотроном для нанесения керамических и металлических порошков с частицами размером 40-120 мкм. Плазмообразующим газом служит смесь сжатого воздуха с пропаном или природным газом. Наибольшая производительность установки составляет 10 кг/ч керамического и 25 кг/ч. металлического порошков. Мощность плазмотрона не больше 60 кВт. Рабочее напряжение и ток соответственно 170-180 В и 100-300 А.

НПП «ТОПАС» предлагает гаму установок, построенных на блочно модульному принципе, которые используют доступную и дешевую смесь природного газа с воздухом в качестве рабочего газа. Установка плазменного напыления «ТОПАС-60» с плазмотроном мощностью 60 кВт, раздельной (или общей по желанию заказчика) подачей газа предназначенная для эксплуатации в составе автоматизированных и механизированных комплексов.