Лекція 17 Способи та технологічні особливості електродугової металізації

1. Характеристика дугового потоку при електродуговій металізації

При дуговій металізації утворення потоку напилюваних частинок відбувається за рахунок плавлення матеріалу, що розпорошується високоамперною дугою. Для диспергування розплавленого металу 1 використовують швидкісний потік стиснутого газу 2. Із схеми, наведеної на рис. 17.1, видно, що горіння дуги відбувається в специфічних умовах. Площа активних плям на електродах обмежена невеликими діаметрами дротів, використовуваних для розпилення. Горіння дуги відбувається в умовах впливу могутнього швидкісного потоку газу. Все це зумовлює стиснення дуги. Іншою особливістю горіння дуги є непостійність її довжини. Слід зазначити, що принципово можливі дві схеми горіння дуги: без коротких замикань і з періодичними короткими замиканнями. Характер горіння дуги визначається, передусім, родом струму і режимом процесу. При живленні дуги змінним струмом уникнути коротких замикань не є можливим. Застосування джерел постійного струму дає можливість ведення процесу як з короткими замиканнями, так і без них.

Оцінні розрахунки показують, що швидкість руху дуги між електродами досягає швидкості потоку газу, що розпилює. Час переміщення становить . Досить чітко простежуються два етапи в циклі горіння. Перший етап пов'язаний із збудженням і розвитком початкової стадії горіння дуги. На другому етапі відбувається вихід дуги за межі оплавлених торців електродів (зависання дуги). На стадії відносно стабільного горіння можна прийняти . У цей час відбувається інтенсивне плавлення металу. Розділовим моментом між двома етапами в циклі є скидання розплавленого металу з торців електродів.

Маса металу, що скидається, залежить від його фізико-хімічних властивостей і режиму процесу. При швидкості подачі дроту 12 см/с маса алюмінію складає . При диспергуванні металу, що скидається, утворюються частки масою порядку . Час існування першого і другого етапів у циклі залежить від багатьох змінних. Зокрема, статичних і динамічних властивостей джерела живлення, режиму процесу, властивостей розпилюваного матеріалу та ін. Час першого етапу може бути оцінено ; другого — . Діапазон частот знаходиться в межах 250 — 2500 Гц.

Теплота, що виділяється в активних плямах, практично повністю витрачається на плавлення електродного дроту. Частина теплоти плазми дуги витрачається на нагрів розпилювального газу.

П ри нагріві дугою торців електродів фронт їхнього плавлення орієнтується під кутом (рис. 17.1). Оптимальні значення встановлюються автоматично залежно від режиму роботи розпилювача. Наприклад, при постійних значеннях зміна швидкості подачі дроту або напруження дуги приводить до різних значень . У цьому також виражається процес саморегулювання системи. Так, при живленні дуги постійним струмом, незважаючи на різне тепловиділення на катоді і аноді, швидкість подачі обох дротів однакова. Енергетичний ККД розпилення при електродуговій металізації має найбільш високі значення з усіх методів газотермічного напилення і становить 0.7 — 0,9.

Рис. 17.1. Схема горіння дуги при металізації:

а — без коротких замикань; б — з періодичними короткими замиканнями; в — етапи горіння дуги (І — початкова стадія; ІІ — стадія стабільного горіння; III — скидання металу і диспергування); — кут схрещування електродів; — кут фронту плавлення дроту

2. Технологічні особливості способів електродугової металізації

Найбільше поширення для напилювання покриттів отримала двохелектродна схема (рис. 17.2). Матеріал, що розпилюється у вигляді дроту 2 діаметром 1,0 — 5,0 мм, подається в зону горіння дуги 1 механізмом подачі 4. Напруга від джерела живлення підводиться до контактних пристроїв 5. Між електродами, що схрещуються розташоване сопло 3, призначене для створення швидкісного потоку газу, що розпорошує. Часто для цих цілей використовують стисле повітря, рідше інші гази, наприклад азот, аргон та ін. Газовий струмінь зриває розплавлений метал з торців дроту, диспергує його і утворює потік напилених часток спільно з тим, що розпилює газом 6 (двофазний струмінь).

Рис. 17.2. Схема процесу електродугової металізації (а) при використанні циліндричних (б) і циліндричних в поєднанні з конічними (в) сопел:

— довжина контакту; — довжина вильоту дроту

Конфігурація потоку аналогічна іншим методам газотермічного напилювання.

Поряд з двохелектродними застосовують і трьохелектродні схеми напилювання. При цьому способі електродні дроти розташовують по твірних усіченого конуса з кутом в (при двохелектродній схемі ). У цьому випадку використовують змінний струм трьохфазних джерел живлення. При цьому на кожний електрод подається окрема фаза. Особливістю електродугової металізації є напилювання тільки тих металевих матеріалів, що володіють електричною провідністю. При цьому можливе напилення композиційних покриттів. У цьому випадку використовують дріт з різних матеріалів. Застосовуючи трьохелектродну схему, отримують трикомпонентне композиційне покриття. Процес здійснюють на повітрі. Організація місцевого захисту металізаційного струменя створює як і при плазмовому напилюванні, значні труднощі. Однак ведення процесу в камері із загальним захистом принципово можливо.

Метод електродугової металізації може бути класифікований за такими ознаками:

- за кількістю електродних дротів. Розрізняють дво- і трьохелектродні способи напилювання;

- за механізацією процесу. Застосовують ручне напилювання і механізоване. При ручному напилюванні механізована тільки подача дроту. Механізований процес містить пристрій для переміщення розпилювача відносно виробу або навпаки. Для отримання рівномірних за товщиною покрить на великих поверхнях задаються за програмою складні рухи розпилювача.