4.8 Высокоскоростное газопламенное напыление

Высокоскоростное газопламенное напыление по праву считается наиболее современной из технологий напыления. В странах Европы и Северной Америки высокоскоростное напыление практически вытеснило гальванику и методы вакуумного напыления во многих отраслях. Твердосплавные покрытия, нанесенные методами высокоскоростного напыления, по всем статьям превосходят гальванические покрытия, процесс создания которых признан чрезвычайно канцерогенным.

В начале 80-х годов появились установки высокоскоростного напыления, более простые по конструкции и основанные на классической схеме ЖРД, со скоростью газового потока более 2000 м/с. Плотность покрытий достигает 99%. В качестве наносимого материала используют порошки карбидов, металлокарбидов, сплавов на основе Ni, Cu и др. Для увеличения скорости частиц увеличивают скорость истечения продуктов сгорания путем повышения давления в камере сгорания до 1,0:1,5 МПа, а в конструкцию соплового аппарата вводят сопло Лаваля. На рис. 1 представлена схема распылителя системы ВСН.

Рис. 1. Схема высокоскоростного порошкового распылителя: 1 - подача порошка (осевая); 2 - подача кислорода; 3 - подача топлива; 4 - подача порошка (радиальная); 5 - ствол.

При газопламенном проволочном напылении в покрытии содержится меньше оксидов, чем при порошковом напылении. Это имеет особо важное значение для получения плотных коррозионно-стойких покрытий. Однако относительно малая скорость частиц при газопламенном напылении не обеспечивает плотного формирования покрытий. Поверхность частиц успевает окислиться. Особенность конструкции проволочного ВСН-распылителя заключается в том, что камера сгорания приближена к выходному отверстию сопла (рис. 2).

рис. 2. Схема высокоскоростного проволочного распылителя: 1 - сжатый воздух; 2 - топливо; 3 - кислород; 4 - проволока; 5 - ствол.

Увеличение скорости частиц при меньшей их температуре позволило снизить уровень окисленности частиц и повысить плотность порошкового покрытия. В порошковых распылителях ВСН первого и второго поколений использовалось цилиндрическое сопло (рис. 3, а).

рис. 3. Сопла, используемые в ВСН: а - цилиндрическое; б - расширяющееся (сопло Лаваля).

Для систем первого поколения давление в камере сгорания составляло 0,3:0,5 МПа, скорость частиц - 450 м/с для WC-Co (83-17) грануляцией 10:45 мкм. К таким системам относились Jet Cote, CDS, Top Gun 6, Diamond Jet и др. Для систем второго поколения давление в камере сгорания составляло 0,6:1,0 МПа, скорость частиц - 600:650 м/с для WC-Co (83-17) грануляцией 10:45 мкм. Расход порошка - 10 кг/ч. В системах третьего поколения применялись расширяющиеся профильные сопла Лаваля (см. рис. 3, б). К таким системам относятся установки высокоскоростного напыления ТСЗП-HVOF, GTV K2 и др. Расход порошка составляет до 18 кг/ч.

В табл. 1 представлена краткая характеристика некоторых зарубежных установок для высокоскоростного газопламенного напыления.

 

Таблица 1 – Характеристика установок для высокоскоростного напыления

Материалы		Intelli-Jet	JP -5000	DJ2700	Top Gun
Кислород, м3		-	60	18	21
Сжатый воздух, м3		300	-	23	-
Топливо	Вид	Пропилен	Керосин	Пропилен	Пропилен
	Расход, кг	30	21	17	16
Азот, м3		0,96	1,2	1,08	1,02
Вода на охлаждение, м3		–	1	0,72	0,72

 

Одной из лучших Российских универсальных установок для высокоскоростного газопламенного напыления является ТСЗП-HVOF-K2. Основные характеристики покрытий, формируемых на данном оборудовании, представлены в табл. 2.

Скорость потока на выходе из сопла данной установки составляет 7-9 скоростей звука. Благодаря возможности получения  малопористых покрытий с высокой адгезией, сверхзвуковая установка напыления может использоваться для решения различных задач оптимизации производства, замены гальванического хромирования, никелирования, детонационного, вакуумного и ионно-плазменного напыления. Модульный дизайн и простота компоновки позволяют быстро изучить и эффективно использовать эту жидкотопливную установку системы HVOF.

Таблица 2 – Основные характеристики покрытий формируемых ТСЗП-HVOF-K2

Параметр	Значение
Твердость покрытия для Wc/Co (88/12), HV	1100
Пористость покрытия для Wc/Co (88/12), %	< 1
Адгезия покрытия для Wc/Co (88/12), МПа	> 80

 Также можно использовать сверхзвуковую распылительную систему высокого давления JP-5000.Она тоже широко используется при высокоскоростном нанесении покритий.

В JP-5000 используется элегантные, простые и эффективные решения для создания высокого давления HVOF (HP / HVOF) покрытий высокого качества.

Преимущества покрытий:

• Высокая и регулируемая плотность покрытий

• Высокая и регулируемая твердость покрытия

• Высокая адгезия

• Покрытия толщиной более 12,7 мм

• Сглаживание под конец распыления.

Кроме того, у JP-5000 время напыления в четыре раза меньше, чем у обычных систем HVOF. Такое резкое увеличение скорости распыления и производительности JP-5000 HP / HVOF определяет его в новую категорию оборудования HVOF: Сверхзвуковое распыление высокого давления. (HP/HVOF)

Высокоскоростное газопламенное напыление по праву считается наиболее современной из технологий напыления. В странах Европы и Северной Америки высокоскоростное напыление практически вытеснило гальванику и методы вакуумного напыления во многих отраслях. Твердосплавные покрытия, нанесенные методами высокоскоростного напыления, по всем статьям превосходят гальванические покрытия, процесс создания которых признан чрезвычайно канцерогенным.

Схема распылителя JP – 5000 (а), параметры газа (б):

1 – камера сгорания, давление 10атм, температура 3100К; 2 – подача газа и кислорода; 3 - ствол;П – подача порошка9,1кг/час; 4 – скорость газа 21984м/с; скорость частичек 1000 – 1200м/с