26 Вопрос:

Газодинамическое напыление металла

Эталон ответа:

Способ газодинамического нанесения защитных металлических покрытий (разработан в Обнинском центре порошкового напыления) может успешно применяться на больших авторемонтных предприятиях и в маленьких мастерских и позволяет решить следующие задачи:

- устранение коррозионных повреждений, промоин, прогаров, трещин в агрегатах;

- устранение течи радиаторов системы охлаждения, утечки фреона в автокондиционерах;

- антикоррозионная обработка локальных участков и сварных швов при ремонте кузовов, глушителей; восстановление постелей подшипников;

- нанесение электропроводящих покрытий, в частности меднение контактных зон;

- восстановление дефектных участков металлических деталей без деформации изделия, возникновения внутренних напряжений и структурных превращений металла изделия.

Процесс идет на воздухе в обычных условиях, при этом нет никаких горючих или опасных газов, высоких температур, опасных излучений и агрессивных отходов.

Суть газодинамического метода состоит в следующем. Мелкие нерасплавленные частицы металла ускоряются сверхзвуковым газовым потоком до скорости несколько сотен метров в секунду и направляются на подложку. Сталкиваясь с подложкой во время высокоскоростного удара, частицы закрепляются на ней, и формируют сплошное покрытие. Температура частиц рабочего порошка обычно (но не всегда) значительно ниже температуры их плавления.

Если напыляемый порошок представляет собой смесь двух компонентов, один из которых — пластичный металл, а второй — керамический порошок или порошок более твердого металла, то процесс протекает иным образом. Частицы смесевого порошкового материала, ускоренные потоком воздуха в сверхзвуковом сопле, с высокой скоростью соударяются с подложкой. Однако характер взаимодействия с поверхностью подложки частиц металла и керамики существенно различается.

Частицы керамики при ударе не деформируются. Они отскакивают от поверхности (унося при этом часть ее материала) либо внедряются в нее, образуя прочное механическое сцепление с поверхностью. За счет эрозионного воздействия частиц керамики на подложку происходит эффективная очистка поверхности от загрязнений, окисных пленок и абсорбированных веществ, а также формируется развитый микрорельеф этой поверхности.

При соударении частиц металла с поверхностью подложки происходит их пластическая деформация и образование в пятне контакта химических связей. Последующие удары частиц керамики по закрепившимся на поверхности частицам металла дополнительно деформируют их. При этом покрытие уплотняется, его пористость уменьшается, а когезионная прочность увеличивается.

Покрытия, получаемые газодинамическим методом, представляют собой композитный материал, который состоит из металлической матрицы и включенных в нее отдельных частиц керамики (или других частиц, более твердых, чем металл матрицы). Чаще получаются покрытия с более низкой пористостью (несколько процентов).

Качественные показатели любого покрытия включают в себя прочность сцепления покрытия с основой — адгезию, поэтому зона, в которой формируется граница раздела между покрытием и основой, особенно важна.

Формирование границы раздела покрытия и подложки происходит в процессе соударения отдельных высокоскоростных частиц металла или керамики с подложкой. При взаимодействии частиц металла с металлической подложкой происходит деформация как частиц, так и подложки. От степени и характера этой деформации зависит прочность сцепления покрытия с подложкой. При таком интенсивном воздействии любые окисные или масляные пленки сбиваются с поверхности основы. Обеспечивается контакт ювенильных поверхностей материалов частиц покрытия и основы. Диапазон значений прочности сцепления покрытия с основой — 30... 100 МПа.

Особенности технологии газодинамического напыления:

- отсутствуют высокие температуры, опасные и горючие газы, излучения, химически агрессивные отходы;

- оказывается незначительное тепловое воздействие на покрываемое изделие (поверхность детали не нагревается выше 100... 150 °С);

- напыление ведется на воздухе, при нормальном давлении;

- при напылении обрабатывается локальный участок поверхности с четкими границами;

- оборудование позволяет проводить струйно-абразивную подготовку поверхности.

Наиболее важные свойства нанесенных покрытий: высокая адгезия (30...80 МПа); низкая пористость (3...7 %); плотное соединение покрытия с защищаемой основой, без зазоров и полостей, с надежным электрогальваническим контактом покрытия и основы; шероховатость поверхности составляет Rz 20... 40 мкм, что обеспечивает высокую прочность закрепления лакокрасочных материалов; толщина покрытия может быть любой и обеспечивается технологическим режимом напыления.