8.3. Электродуговое напыление

Процесс электродугового напыления осуществляется специальным аппаратом (рис.8.2), который дей­ствует следующим образом. С помощью протяжных роликов по направляющим наконечникам непрерывно подаются две проволоки, к которым подключен электрический ток. Возникающая между проволоками электрическая дуга расплавляет металл. Одновре­менно по воздушному соплу в зону дуги поступает сжатый газ под давлением 0,6 МПа.

Рис. 8.2. Схема работы металлизатора: 1— ролики; 2— электрическая проволока; 3 — провода от транс­форматора; 4 — направляющие; 5 — сопло; 6 — деталь

Большая скорость движения частиц металл (120..,300 м/с) и незначительное время полета, исчисляемое тысячными долями секунды, обуславливают в момент удара о деталь ее пластическую деформацию, заполнение частицами пор поверхности детали, сцепление частиц между собой и с поверхнос­тью, в результате чего образуется сплошное покрытие. Последова­тельным наслаиванием расплавленного металла можно получить покрытие, толщина слоя которого может быть от нескольких мик­рон до 10 мм и более (обычно 1,0... 1,5 мм — для тугоплавких и 2,5...3,0 мм — для легкоплавких металлов).

Особенностью электродугового напыления является образова­ние нескольких максимумов в факеле распыления. Это связано с тем, что струя сжатого воздуха рассекается электродными прово­локами на два или три потока, в зависимости от числа проволок, подаваемых в очаг плавления. В каждом из этих потоков образуется своя ось максимальной концентрации распыленных частиц.

Питание электродуговой дуги осуществляется переменным или постоянным током. При работе на постоянном токе дуга горит не­прерывно, на переменном токе она периодически возобновляет­ся. При использовании постоянного тока процесс плавления бо­лее стабилен, дисперсность частиц и плотность получаемых по­крытий выше, чем при применении переменного тока.

Установка для электродуговой металлизации включает электроду­говую горелку, напыляемый материал в виде проволоки и источник электропитания. Рабочее напряжение равно 18...40 В, сила тока — 100... 140 А. Производительность электродуговой установки выше, чем при газопламенном напылении, и составляет: для стали — 5...70, бронзы - 60..90, алюминия — 3...37, цинка — 10... 140 кг/ч.

Напыленный слой неустойчив к ударным, механическим, ко­лебательным нагрузкам и к скручиванию. Твердость регулируется подбором исходного материала или ре­жима охлаждения в процессе нанесения покрытия.

8.4. Плазменное напыление

Плазменное напыление — это процесс нанесения покрытий напылением, при которым для расплавле­ния и переноса материала на поверхность детали используются тепловые и динамические свойства плазменной струи.

Устройство плазмотронов описано в главе 7 (см. рис.7.3). Попадая в плазменную струю, порошок расплавляется и приобре­тает определенную скорость полета, которая достигает наиболь­шей величины на расстоянии 50... 80 мм от среза сопла плазмотро­на. На этом расстоянии целесообразно располагать деталь.

Преимущества плазменного напыления: этим способом удается наносить покрытия из всех материалов, которые не разлагаются и не испаряются при обычных температурах (окислы, нитриды, кар биды и многокомпонентные материалы, называемые псевдоспла­вами); затраты на получение азотной плазмы вдвое меньше сто­имости кислородно-ацетиленового пламени при эквивалентных выделениях энергии; процесс позволяет полностью автоматизиро­вать технологию; возможность нанесения покрытий на детали раз­нообразной конфигурации (плоские, криволинейные поверхнос­ти, тела вращения).

При плазменном напылении производительность плазмотронов составляет от 2 до 20 кг/ч. Однако по сравнению с электродуговым напылением плазменное имеет меньшую производительность.

Технологический процесс подготовки поверхностей при плаз­менном напылении покрытий на изношенные цилиндрические поверхности деталей типа «вал», а также фигурные и плоские по­верхности, износ которых не превышает 1,0... 1,5 мм, предусмат­ривает следующие операции:

очистку деталей от грязи, масляных и смолистых отложений, а при неравномерном их износе — механическую обработку для ус­транения неровностей и придания поверхности правильной гео­метрической формы;

сушку деталей после промывки в сушильном шкафу при темпе­ратуре 80... 150°С или обдувку сжатым воздухом;

механическую обработку в зависимости от вида детали и места напыления. Поверхности деталей типа «вал», которые не подвер­гались закалке и химико-термической обработке, протачивают на токарном станке на глубину не менее 0,1 мм на сторону. Поверхности под подшипники обрабатывают резанием. Коренные и шатунные шейки коленчатого вала шлифуют на круглошлифовальном станке;

дополнительная промывка отверстий, масляных каналов, па­зов в ацетоне с помощью капроновых или щетинных «ершей»;

обработка отверстий масляных каналов, используя для этого уг­ловые шлифовальные круги и бормашины (типа ИП-1011). Шлифу­ют фаски под углом 45 ° на глубину 1,5... 2,0 мм. Масляные каналы и отверстия закрывают графитовыми пробками на глубину 3...5 мм так, чтобы они выступали над поверхностью на 1,5...2,0 мм;

специальная механическая обработка выполняется в случае на­несения покрытий толщиной более 1,0 мм или при эксплуатации детали в условиях повышенных нагрузок, особенно срезающих. Основные виды специальной механической обработки: нарезка «рваной» резьбы, фрезерование канавок, насечка поверхности, накатка резьбы роликом;

абразивно-струйная обработка выполняется для получения тре­буемой шероховатости. Шероховатость поверхности после обработки должна быть 10...60 мкм в зависимости от материала детали. Все отверстия и каналы перед абразивно-струйной обработкой закры­вают стальными или графитовыми пробками, а также различны­ми заглушками. Абразивно-струйная обработка ведется в специ­альных камера. После абразивно-струйной обработки детали обдувают сухим воздухом для удаления частиц абразива с поверхности.

Для поверхностей деталей, имеющих местный износ не более 2...3 мм, при подготовке выполняют следующие операции: очист­ка деталей от грязи; очистка деталей от масляных и смолистых отложений; предварительная механическая обработка; абразивно-струйная обработка поверхностей детали электрокорундом зерни­стостью 500...800 мкм в струйных камерах.

Восстановление изношенных деталей плазменным напылением выполняют на специализированных участках. Их необходимо укомп­лектовывать установкой для газотермического напыления, плазмен­ной установкой, источником питания, установкой для охлаждения оборотной воды, камерой для струйной обработки деталей, ус­тановкой для определения зернового состава порошков, электро­печью, водяным насосом, масловлагоотделителем, техническими ве­сами (предел взвешивания не менее 5 кг), слесарными верстаками и стеллажами для хранения порошков, абразива и деталей.

Для охлаждения плазменных горелок и источника питания же­лательно использовать дистиллированную воду.

Напыленные плазменные покрытия обладают повышенной твер­достью, хрупкостью и пониженной теплопроводностью из-за ок­сидных включений и пор в слое покрытия. Отрицательное влияние оказывает качество напыленного плазменного покрытия и разни­ца в коэффициентах термического напряжения, возникающая в процессе напыления. Все это предопределяет ряд особенностей последующей обработки покрытия. Применение обычных режи­мов в процессе механической обработки приводит к возникнове­нию трещин, сколов и дополнительных термических напряжений. Для механической обработки плазменных покрытий необходимо использовать алмазный инструмент. Приступать к чистовой обработке деталей с плазменным покрытием следует не ранее чем через 24 ч после напыления в связи с необходимостью полной релаксации внутренних напряжений в деталях и покрытиях. При правильном шлифовании покрытие не должно выглядеть глянцевым или полированным.