22 Восстановление деталей припеканием

Припекание – технологический процесс получения покрытий, заключающийся в нанесении на поверхность детали порошковой формовки или слоя порошка и нагрева их до температуры, обеспечивающей спекание порошкового материала и образование прочной диффузионной связи с деталью.

Все методы активирования процесса получения покрытий классифицируются на следующие группы: температурные, силовые (или механические) и химические.

Температурное активирование состоит в повышении скорости нагрева, что соответственно приводит к ускорению диффузионных процессов; в предварительном подогреве поверхности детали, на которую наносится покрытие; в разогреве до высоких температур частиц наносимого материала и т. д.

Силовое (или механическое) активирование состоит в приложении статического давления в процессе припекания, применении импульсов давления, вибраций и т. д. Замену одного активирующего фактора другим (сохраняя постоянным суммарный эффект активации) можно обеспечить, например, повышением температуры и понижением давления и наоборот.

Основным активирующим фактором в случае применения смесей порошков является химическое активирование. Во многих случаях без введения химически активных добавок невозможно получить качественные покрытия. Наиболее удобно химическое активирование выполнять введением порошков кремния и бора в количестве 2–2,5% каждого. Их содержание можно уменьшить до 1%, заменив химическое активирование механическим (повышение давления).

Термодиффузионным индукционным припеканием способом обмазки можно получать покрытия большой пористости в основном для антифрикционных деталей. В качестве связующего применяют различные составы. Эффективным является применение этилсиликата (жидкого стекла). Способ обмазки позволяет получать покрытия из железных и медных порошков и композиций на их основе. Обязательным условием получения качественных покрытий является введение активирующих добавок бора и кремния (по 2–2,5%) и приложение давления в процессе припекания (около 0,01–0,05 МПа), не уменьшающего исходную пористость, но обеспечивающего достаточную прочность сцепления покрытия с деталью (10–50 МПа). Такие покрытия, как правило, обладают сквозной пористостью и хорошо пропитываются маслами или легкоплавкими композициями. При пропитке маслами обеспечивается свойство самосмазываемости, что значительно повышает работоспособность покрытий и сопрягаемых деталей.

Центробежное индукционное припекание позволяет получать качественные покрытия на внутренних поверхностях цилиндрических деталей при вращении их в индукторе высокочастотной установки.Детали, наружный диаметр которых не превышает 200 мм, можно нагревать в охватывающем индукторе. Частота вращения для создания соответствующей центробежной силы составляет 10–30 с^-1в зависимости от диаметра (40–200 мм). Если применяют вертикальную схему устройства, то внутрь детали помещают неметаллический (графитовый) стержень, диаметр которого обеспечивает объёмную дозировку порошка для формирования покрытия необходимой толщины. При нанесении покрытий на внутренние поверхности крупногабаритных деталей нагрев лучше выполнять внутренним индуктором, расположенным в полости детали.

Одним из методов получения беспористых покрытий является активирование припекания наложением на порошковую систему вибраций. Суть процесса заключается в том, что на торце детали предварительно протачивается кольцевая канавка глубиной 2–3 мм и соответствующей ширины, в которую засыпается порошок (типа ПГ-СР4). Заготовка устанавливается на вибратор и помещается в индуктор высокочастотной установки. Нагрев ведётся до температуры 1220–1270 К с одновременным вращением заготовки, после чего на 40–80 с включается вибрационная установка (амплитуда колебаний – 0,2–0,3 мм, частота – 50–60 Гц).

Одним из перспективных процессов является нанесение покрытий с использованием энергии импульсного магнитного поля. Перспективность способа обусловливают прежде всего такие его особенности, как возможность создания высоких (до 10³МПа) динамических давлений, возможность нанесения покрытий на изделия разнообразной формы, высокая производительность процесса и др. Прессование порошкового слоя по данной технологии осуществляется на магнитно-импульсной установке. Рабочим инструментом, производящим прессование, служит многовитковый индуктор.

Формообразование осуществляется с помощью тонкостенной электропроводящей (чаще всего медной или алюминиевой) оболочки-пуансона, которая деформируется силами, возникающими при взаимодействии магнитного поля индуктора и вихревых токов, наведённых в оболочке. После прессования оболочку удаляют и производят последующее спекание и припекание слоя к основе.

Электроконтактное припекание металлических порошков может осуществляться с предварительным формованием порошкового слоя или в свободно насыпанном состоянии. Предварительное формование слоя осуществляется напылением порошка, способом обмазки, предварительным спеканием порошковых брикетов. Методы электроконтактного припекания различаются по виду силового активирования. Существуют технологические варианты, использующие как статическое, так и динамическое силовое активирование. В зависимости от конкретных технологических задач нанесение покрытий может осуществляться либо роликовыми электродами, либо электродами-пуансонами. Электроконтактным припеканием можно наносить покрытия из токопроводящих порошков на валы, полосы, втулки, кольца с высокой производительностью и степенью автоматизации.

Способ припекания металлических порошков в псевдоожиженном слое представляет определённый интерес для восстановления наружных поверхностей небольших цилиндрических деталей. Сущность способа состоит в том, что в псевдоожиженный слой порошка погружают установленные в приспособлении детали, которые вращаются от привода вместе с ним, перемещаясь в радиальном направлении под действием центробежной силы. Через прижатые к корпусу частицы порошка и деталь пропускают электрический ток. Выделяющаяся в месте контакта тепловая энергия и давление обеспечивают припекание порошка к детали.

Электродинамическое припекание предполагает использование для уплотнения порошка электродинамических сил, возникающих в результате прохождения тока по проводникам, расположенным параллельно упрочняемой поверхности. Применение метода позволяет осуществлять высокопроизводительное припекание порошка одновременно с двух сторон. Для этого деталь с нанесёнными на её поверхности порошковыми слоями помещают между пластинами-электродами, которые подключаются к источнику тока большой силы и малого напряжения. При протекании тока по пластинам в одном направлении возникают электродинамические силы, сжимающие пластины-электроды, производя тем самым силовое активирование припекания.