9. Сутність способу відновлення деталей машин металізуванням

В умовах інтенсифікації виробничих процесів підвищення надійності деталей машин і механізмів - одне з важливих завдань. Найраціональніше використовувати матеріали, як ті, що давно існують, так і ті, що заново створені, підвищувати надійність деталей і отримувати при цьому зна­чний економічний ефект можливо завдяки нанесенню покриттів. Існуючі способи нанесення покриттів удосконалюються шляхом створення нового обладнання, яке забезпечує підвищення продуктивності процесу та по­ліпшення властивостей покриттів. Нові способи нанесення покриттів створюються на основі використання нових фізико-хімічних або поєднання кількох існуючих процесів.

Надійність деталі з покриттям забезпечується роботоздатністю (стійкістю) покриття і механічною міцністю деталі, як композитної кон­струкції. Роботоздатність покриття визначається головним чином хіміч­ним складом і структурою матеріалу шару, що наноситься. Високу стій­кість, проти спрацювання в умовах рідинного тертя мають багатофазові сплави, пористі і композиційні матеріали; в умовах абразивного тертя -тверді спечені сплави. До корозійно стійких відносять метали з малою спорідненістю з киснем ( Аи, Рt), деякі сплави (ніхром, оксиди, си­ліциди та ін.).

Більшість зазначених матеріалів отримують методами порошкової металургії. Технологія порошкової металургії містить нанесення сирого порошкового шару і наступну термообробку.

Недолік багатьох способів наплавлення, термічного напилення і деяких інших способів з використанням високотемпературного нагрівання -слабкий захист вихідного матеріалу від навколишнього середовище, що призводить до насичення наплавленого металу газами. Остання зменшує пластичні і деякі міцнісні властивості матеріалу, що наноситься. У зв"язку з цим вдосконалення існуючих способів нанесення покриттів, а також розробка нових способів мають здійснюватися шляхом створення такої технології, за якої основні фізико-хімічні процеси нанесення проходили б в захисній атмосфері.

Гарячі способи нанесення покриттів /наплавлення, напилення тощо/ характеризуються швидким нагріванням, розплавленням вихідного матеріалу і різким охолодженням. Останнє пояснюється великою різницею темпера­тур у момент нанесення вихідного матеріалу покриття і основи (а також навколишнього середовища). Розплавлений вихідного матеріалу не завжди бажане, оскільки при цьому неможливе нанесення дуже важливих покриттів на основі композиційних матеріалів. Різке охолодження при нанесенні покриттів створює в шарі напруження, які не тільки погіршують механіч­ні властивості покриття, а й інколи навіть руйнують його. Крім того, значна термічна дія не матеріал основи при наплавленні призводить до виникнення в зоні сплавлення крупнозернистості, перепалів та інших небажаних структур.

Таким чином, нанесення покриттів повинно проходити без розплав­леная вихідних матеріалів, за низьких градієнтів температур і невисо­ких швидкостей нагрівання та охолодження. Режими нагрівання і охоло­дження необхідно точно контролювати і брати такими, щоб вони не спричи­нювали б в покриттях або в основі небажаних явищ (ріст зерна, деформа­ції та тн.). Цим вимогам найбільшою мірою задовольняє операція спікан­ня, що застосовується в порошковій металургії і виконується в захис­ній атмосфері, з контрольованою швидкістю нагрівання і охолодження, без розплавлення або з частковим розплавленням вихідного матеріалу.

Суть нанесення покриттів полягає в формуванні на поверхні основи шару із вихідного матеріалу і створенні зчеплення між ними. Таке явище досягається не тільки сплавленням, осаджуванням, а і схоплюванням за сумісного пластичного деформування вихідних матеріалів. Якщо до спе­ціально підготовленого порошкового матеріалу, нанесеного на поверхню, прикласти тиск, який перевищує межу міцності, то в результаті пластич­ної деформації відбудеться припресування його до основи. Припресування - високопродуктивний процес, який посідає важливе місце серед нових способів нанесення покриттів.

Щоб зменшити тиск і підвищити при цьому механічні властивості покриття, в порошок можна вводити клєючі речовини. Зв"язок між частин­ками, а також між частинками і основою відбувається за рахунок склею­вання і схоплювання. Зменшити тиск за холодного пресування можне та­кож нанесенням на вихідний матеріал (порошок, гранули, пластини) високопластичного металу. Найперспективнішим є нанесення по­криттів з використанням нагрівання і тиску - так зване гаряче пресу­вання - спосіб, що грунтується на термомеханічній обробці. Гаряче прасування розвиватиметься в напрямку використання мінімальної темпе­ратури нагрівання, яка забезпечує необхідні властивості покриття і його зв"язок з основою. Використання термомеханічної обробки при нанесенні покриттів може поліпшити структуру і властивості матеріалу основи.

Технологія нанесення покриттів розв"язує дві задачі: формування на поверхні деталі шару із вихідного матерІ8л"у із заданими властивос­тями і створення зв'-'язку"/зчеплення/між сформованим шаром і основою. Розв"язвння обох задач одним технологічним процесом - термічною або термомеханічною обробкою - для деяких пар матеріалів неможливе. Це пояснюється тим, що необхідні для створення заданих властивостей по­криттів режими нагрівання недопустимі для матеріалу основи. Наприклад,температура спікання вольфраму становить < 3000 °С, а температура плавлення сталі ~ 1500 °С. Внаслідок цього спікання вольфраму повинно проводитися окремо від матеріалу основи, а металопокриття зводитися до створення лише зв"язку попередньо виготовленої оболонки з основою. Необхідну міцність зчеплення шару /оболонки/ з основою можна досягти за рахунок спікання, дифузійного зварювання або паяння за тем­ператур нагрівання нижчих, ніж при спіканні, сплавлюванні та інших процесах.

Оболонки можуть бути виготовлені механічною обробкою /точінням, фрезеруванням і т.ін./ або способом порошкової металургії. Перерахова­ні способи з"єднання оболонки з основою вимагають нагрівання. Щоб меншити складність і трудомісткість виготовлення оболонки, а також термічні напруження, її можна виготовляти складеною - з двох, трьох або n-частин. Складені частини оболонки можна наносити почергово або всі разом.

Виходячи з викладеного технологія нового способу нанесення по­криттів являє, собою поєднання операцій нанесення "сирого" порошкового шару або оболонки і наступного термічної або термомеханічної обробки. Така технологія нанесення покриттів названа металізацією.

Металізація - термін, що визначає спосіб нанесення покриттів. Частина слова - "метал" визначає основний матеріал покриття і метале­вий тип зв"язку при створенні шару і припіканні його до основи. Части­на слова - "ізація" відображує технологію отримання покриттів за ра­хунок нанесення порошкового шару або оболонок і наступної термообробки. При металізації проходять специфічні фізико-хімічні процеси формування шару і припікання його до основи - схоплювання, склеювання, спікання в твердій фазі, гаряче пресування та ін.

Під "сирим" підрозумівається шар із порошків, гранул, волокон, пластин, оболонок, армованих систем або композицій, нанесений напресу-ванням, пульверизацією або іншим способом, з властивостями, достатніми лише для транспортування та інших маніпуляцій, пов"язаних з наступною термообробкою. Покриття при металізації створюється в процесі термооб­робки за рахунок спікання сирого шару і припікання його до поверхні-виробу.

Технологія металування містить підготовку вихідного матеріалу , нанесення сирого шару - порошкового, і наступну термічну або термомеханічну обробку. До підготов­ки входить очищення поверхні ,нанесення підшару, надання поверхні шорсткості тощо. Сирий шар наносять напресуванням , ком­бінованим способом, пульверизацією та ін.

Прикладом відновлення втулкоподібних деталей може бути віднов­лення за допомогою металізації бронзової втулки верхньої головки ша­туне. Аналогічним є також процес відновлення таких деталей, як бронзові гайки пресів, лабіринти турбоповітродувок, втулки і підшипни­ки верстатного обладнання та багато інших.

У ряді випадків відновлення металізацією забезпечує значне під­вищення ресурсу деталі порівняно з ресурсом нової деталі.