Міністерство освіти і науки України
ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
А. С. Сіньковський
Теорія та методи
Напилення
Курс лекцій
Затверджено
на засіданні вченої ради ОНПУ Протокол № 4 від 24.12.2010
Одеса
НАУКА І ТЕХНІКА
2010
УДК 621.795.4(075.8)
ББК 34.413.2я73
С 388
Сіньковський А. С.
С
388
ISBN 966-8335-02-3
Курс лекцій «Теорія та методи напилювання» включає основні способи нанесення покриттів напилюванням. Детально розглянуто вакуумний метод, плазмовий, електродуговий, газополум´яний та детонаційний. Приведені області їх використання та рекомендації по втіленню в виробництво в різних галузях промисловості.
Isbn 966-8335-02-3 © Наука і техніка, 2010 лекція 1
1.1. Вступ
Використання зносостійких, корозійностійких, жаро- та хімічно-стійких, електроізоляційних, теплоізоляційних та інших видів покриттів дозволяє різко скоротити витрати металів та енергоресурсів на їхнє відновлення і дає можливість підвищити якість, надійність та довговічність машин та обладнання.
Нанесення покриттів, при якому його шар одержують із струменю атомів або мілкодисперсних частинок речовини, даним часом дуже поширено. Існує дві різновидності цього процесу.
У першому випадку напилювання здійснюють у вакуумі атомами або іонами, які осідають, конденсуються на поверхні виробу (деталі), утворюючи покриття. Цим методом можна одержувати також покриття складного типу . Для цього змішують струмені пару різних компонентів утворюючи умови для синтезу речовин шляхом хімічної взаємодії струменю з навколишнім середовищем. Таким чином одержують покриття із окислів, карбідів, нітридів та інших сполук.
У другому випадку напилювання здійснюють мілкодисперсними частинками, розміри яких складають 10 – 15 мкм. Для одержання покриттів хімічно складних, необхідні компоненти вводять в частинки при їхньому виготовленні. Цей вид напилювання може відбуватись як при нормальному, так і при підвищеному і пониженому тиску.
До цих методів відносяться: плазмове, газополуменеве, детонаційне, електродугове та нанесення покриттів за допомогою високочастотного нагріву речовини. Їх об’єднує той фактор, що матеріал перед напилюванням нагрівають і надають його частинкам лінійну швидкість.
Тобто при нанесенні покриттів атоми, іони чи мікрочастинки повинні мати кінетичну і теплову енергію. Тільки в тому випадку, коли сума цих енергій досягає певної величини, покриття має гарну структуру, малу пористість і достатню міцність зчеплення з основою (адгезію). Тобто
(1.1)
Якщо матеріал наносять у вигляді краплин розплавленого матеріалу, то
(1.2)
При напилюванні в вакуумі атоми чи іони мають енергію
(1.3)
Кінетична енергія є визначальною, вона при зіткненні частинки з поверхнею перетворюється в теплову і може досягати таких значень, що приведе до розплавлення частинок. Це особливо помітно при великих швидкостях частинок та низькій температурі розплавлення.
Наприклад, з дробовика стріляють свинцевим дробом на стальну поверхню. При цьому дріб, що вилітає зі ствола, має температуру 50 С, але швидкість V 400 м/с. При зіткненні дробинки кінетична енергія іде на нагрівання її і розплавлення
(1.4)
де
m – маса дробинки, V – її швидкість,
– температура нагрівання дробу,
– початкова температура, С – теплоємкість
свинцю, а
– питома теплота плавлення.
Тоді температура нагрівання дробу:
(1.5)
(1.6)
З
довідника знаходимо:
тоді
Враховуючи
те, що температура плавлення свинцю 327
оС,
частинка при зіткненні з поверхнею
деталі нагріється і розплавиться,
зазнаючи деформацію. Однак якщо дробинка
буде виготовлена із міді, то такої
швидкості буде замало, тому що температура
розплавлення міді складає 1083 оС.
Частинки міді повинні мати швидкість
біля 980 м/с (
).
Для більш тугоплавких матеріалів
швидкість має бути ще більшою.
У сучасних установках детонаційного, плазмового та інших видів напилювання намагаються придати частинкам швидкості 850 – 1100 м/с .
Крім того, в цих установках температура струменя досягає десятків тисяч градусів. Тому частинки мають ще і значну теплову енергію.
Якщо кінетична енергія сприяє зростанню міцності зчеплення покриття з основою і зменшенню пористості, то теплова енергія, впливаючи також на ці показники зменшує величину внутрішніх напружень і дозволяє одержувати покриття більшої товщини.