Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции - Основы технологии производства и ремонта автомобилей - файл 1.doc


Лекции - Основы технологии производства и ремонта автомобилей
скачать (8204 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc8204kb.18.11.2011 17:49скачать

1.doc

1   ...   21   22   23   24   25   26   27   28   ...   39
^

9.2. СПОСОБЫ ГАЗОТЕРМИЧЕСКОГО НАПЫЛЕНИЯ

9.2.1. Электродуговое напыление


В зависимости от источника энер­гии для нагрева и транспортировки частиц материала покрытия разли­чают следующие способы напыления: электродуговое, газопламенное, вы­сокочастотное, плазменное, детона­ционное и упрочнение конденсацией металла с ионной бомбардировкой.

Процесс характеризуется тем, что получение расплава осуществляется в результате тепла электрической ду­ги, горящей между двумя электрод­ными проволоками, а распыление осуществляется струей сжатого воз­духа (рис. 9.2). Металл распыляется до частиц размером 10 — 50м км, тол­щина получаемого слоя может дости­гать 12 мм и выше. Однако его проч­ность и устойчивость к динамическим нагрузкам низкая. К другим недостаткам следует отнести перегрев и окисление напыляемого материала и выгорание легирующих элементов присадочного металла. Например, содержание углерода в сплаве по­крытия снижается на 40 — 60%, а кремния и марганца — на 10— 15 %. К достоинствам электродугового напыления относится высокая произ­водительность процесса (до 65 кг/ч), высокая износостойкость покрытия, а также простота и технологичность процесса.

Восстановление деталей электро­дуговым напылением включает под­готовку поверхности к нанесению по­крытия, непосредственно напыление и последующую механическую обра­ботку. Напыление как бы состоит из трех процессов: перевода электрод­ной проволоки в жидкую фазу, рас­пыление расплава струей воздуха и формирование покрытия. Процесс плавления металла электродной про­волоки характеризуется высокой температурой горения электриче­ской дуги, цикличностью и скоротеч­ностью явлений, протекающих в зоне плавления. При плавлении проволо­ки в процессе электродугового напыления происходят следующие циклы явлений:

горение пути между электродами и плавление их;

первый разрыв электрической це­пи электродов;

короткое замыкание и дальнейшее плавление электродов;

искровой разряд, зажигающий но­вую дугу.

Расплавление материала электро­дов происходит и в момент горения и короткого замыкания дуги. В момен­ты разрывов электрической цепи электродов плавление металла не происходит. Длительность каждого из указанных циклов составляет ты­сячные доли секунды. Длительность периода горения дуги при работе электродугового металлизатора на переменном токе составляет 43 — 49,5 % от длительности цикла всех явлений. Поэтому температура жид­кого сплава при различных рассмотренных циклах различна. Наиболее высокая температура будет при горе­нии дуги. Это благоприятно сказыва­ется на образовании большого числа мелкодисперсных частиц металла. В то же время при коротком замыкании температура расплава будет более низкая, и распыл получается с части­цами более крупными.

На структуру и свойства слоя значи­тельное влияние оказывает скорость движения частиц, их масса и разме­ры, температура во время полета. Большинство этих факторов зависит от режимов электродуговой металли­зации.

Скорость металловоздушной струи так же, как и температура частиц, из­меняется от зоны плавления до вос­станавливаемой (упрочняемой) по­верхности. Например, скорость час­тиц от небольшой начальной скоро­сти, равной 18,8 м/с, увеличивается до максимальных значений, а затем по мере удаления от источника тепла уменьшается. Ориентировочно мож­но считать максимальную скорость частиц распыленной стали не менее 190 м/с. Конечная скорость полета частиц на расстоянии 250 мм от сопла металлизатора составляет около 85 м/с, а время нахождения частиц в воздухе не более 0,003 с. Высокая ско­рость и малое время полета распы­ленных частиц металла позволяют им достигать поверхности детали, бу­дучи в пластическом состоянии. Так, температура части металла по оси струи на расстоянии от сопла аппа­рата, равном 50 мм, составляет 1030 °С, а на удалении 200 мм — 900 "С.

Высокая конечная скорость полета частиц металла, обладающих боль­шим запасом кинетической энергии, способствует плотному контакту час­тиц с микрорельефом поверхности детали и между собой. Увеличению контактной поверхности способству­ет пластическое состояние частиц. Некоторое влияние на снижение контактной прочности оказывает окис­ление восстанавливаемой (упрочняе­мой) поверхности, а также металли­ческих частиц в процессе полета и на­несения их на деталь. Известно, что Окислы являются более хрупкими, чем металл, и в этой связи снижают прочность нанесенного слоя. При ис­пользовании, например, в качестве транспортирующего газа азота проч­ность металлизационных покрытий заметно увеличивается, благодаря уменьшению содержания в них окис­лов.

Промышленностью серийно выпу­скается комплект оборудования для электродуговой металлизации КДМ-2, в который входят два электрометаллизационных аппарата ЭМ-14М, специализированный тиристорный источник питания ТИМЕЗ-500 с пультом управления и блоком кассет.

Характеристики комплекта а также наиболее широко используе­мых стационарных электро дуговых, металлизаторов ЭМ-12.И ЭМ-1,5 приведены в табл. 9.1.

Электродуговое напыление ис­пользуют для антикоррозионной за­щиты алюминием и цинком различ­ных вместимостей, труб и металло­конструкций. Для восстановления деталей данный способ напыления нашел более широкое распростране­ние за рубежом. Например, в Герма­нии все разновидности коленчатых валов карбюраторных и дизельных двигателей восстанавливают элект­родуговой металлизацией. Такие коленчатые валы по износостойкости не уступают новым.

^ Таблица 9.1. Техническая характеристика оборудования для электродугового напыления



На отечественных ремонтных пред­приятиях внедрен технологический процесс восстановления приварочной плоскости головок цилиндров, в основу которого положен способ электродуговой металлизации. На 4-м Горловском ПО "Авторемонт" орга­низован специализированный уча­сток восстановления напылением привалочной плоскости головок ци­линдров двигателей ЗМЗ-53. Для металлизации используют проволоку Св-Ак-5 диаметром 2 мм. Режим ме­таллизации: ток дуги — 300 А, напряжение — 28 — 32 В, давление сжато­го воздуха — 0,4 — 0,6 МПа, дистан­ция металлизации — 80 — 100 мм; источник питания — ВДГИ-301, электрометаллизатор — ЭМ-12. Ис­пользуемая технология достаточно надежна, положительный результат получен при изменении давления сжатого воздуха в широких пределах, что особенно важно для реальных производственных условий. Толщина наносимого слоя — до 5 мм, продол­жительность операции —8 — 10 мин.

Установка для электродуговой ме­таллизации головок цилиндров пред­ставляет собой закрытую камеру с установленным в ней аппаратом мо­дели ЭМ-12. Головка блока цилинд­ров двигателя ЗМЗ-53 монтируется к перемещается в специальной кассе­те. Производительность установки — до 25 головок в смену. Потребляемая мощность — не более 10,8 кВт. Сжа­тый воздух подвергается двойной очистке, проходя через два масловлагоотделителя.

При обследовании головок цилинд­ров, восстановленных способом элек­тродугового напыления и повторно поступающих в ремонт, выявлено следующее: отсутствует отслоение покрытий от деталей и прогар покры­тий, а также подтекание охлаждаю­щей жидкости под покрытие. Корро­зионная стойкость покрытий не ниже, чем у основного металла.

Себестоимость восстановления го­ловок цилиндров двигателя ЗМЗ-53, восстановленных описанным спосо­бом, составляет 28,5 % от стоимости новых головок.
^

9.2.2. Газоплазменное напыление


Процесс напыления. В данном слу­чае в качестве источника энергии для нагрева частиц присадочного мате­риала используют газокислородное пламя. Для транспортирования на­гретого напыляемого порошка на уп­рочняемую поверхность используют сжатый воздух или газокислородную струю. В качестве газа наиболее часто в практике ремонтного производ­ства применяют ацетилен или про­пан-бутан.

Рассмотрим два основных способа газопламенного напыления. На рис. 9.3, а представлена первая схема газопламенного напыления, в которой подача порошкообразного присадоч­ного материала в зону пламени осу­ществляется в результате инжекции струей кислорода. В процессе напы­ления порошок из вместимости, за­крепленной на горелке, после откры­тия клапана поступает в канал горел­ки и захватывается потоком транс­портирующего газа. При выходе из сопла горелки порошкообразный ма­териал попадает в зону пламени, где происходит его оплавление. В даль­нейшем потоком горящих газов поро­шок, находящийся в тестообразном состоянии, подается на восстанавли­ваемую поверхность.

Во втором способе порошкообраз­ный присадочный материал подает­ся из емкости непосредственно в фа­кел пламени под действием силы тяжести. Схема напыления с подачей порошка в факел пламени под дейст­вием сил гравитации показана на рис. 9.3, б!

Достоинства первой схемы газо­пламенного напыления заключают­ся в том, что транспортировка по­рошка к поверхности детали проис­ходит под действием струи газа, а это уменьшает степень окисления расплавленных частиц. В результа­те повышается качество напыленного слоя и прочность сцепления его с основным металлом. Преимущест­ва второго способа внешней подачи порошка заключаются в простоте оборудования, возможности точной регулировки мощности пламени и места ввода порошка в факел, отпа­дает необходимость в транспорти­рующем газе и пр.

Основными свойствами, определя­ющими эксплуатационную надеж­ность восстановленных напылением деталей, является прочность сцепле­ния нанесенного слоя материала с ос­новным металлом. Степень сцепле­ния покрытия с основным металлом определяется, в первую очередь, со­стоянием восстанавливаемой поверх­ности детали, скоростью полета час­тиц, их температурой, видом матери­ала.

Наиболее развитая поверхность детали, т. е. обладающая наибольшей шероховатостью, обеспечивает при прочих равных условиях большее значение сцепления покрытия с ос­новным металлом. Для повышения прочности сцепления газопламенных покрытий восстанавливаемой повер­хности придают необходимую шеро­ховатость струйной обработкой ко­рундом, колотой дробью, нарезанием резьбы, накаткой роликом, электро­механической обработкой и другими способами. Чем больше шерохова­тость, тем и выше прочность сцепле­ния покрытия с основным металлом. Однако одновременно с этим снижа­ется усталостная прочность деталей.

На прочность сцепления покрытия с основным материалом значитель­ное влияние оказывает первый слой напыленных частиц, являющийся своеобразным грунтом для последу­ющих слоев. Сцепление частиц перво­го слоя с металлом восстанавливае­мой поверхности происходит в наиболее неблагоприятных условиях. Это связано с резким охлаждением час­тиц при контакте с холодной поверх­ностью детали, в результате чего их пластичность снижается. По этой причине смачивание твердой поверх­ности происходит в неблагоприятных условиях в сравнении со смачивани­ем последующих слоев. Требуемые условия для возникновения молеку­лярных сил для большинства частиц отсутствуют из-за наличия окисной пленки на поверхности детали и напыленных частицах. Кроме того, из-за значительной разности темпера­тур наносимых частиц и поверхности детали в покрытии по границам час­тиц возникают внутренние напряже­ния. Однако каждый последующий слой частиц имеет более высокую температуру, чем температура поверхности детали. Поэтому пластич­ность частиц присадочного материа­ла во всех последующих слоях более высокая, чем частиц граничного слоя. В результате этого условия смачива­ния частиц в каждом последующем слое более благоприятны, чем у пер­вого слоя. При высокой температуре покрытия происходит спекание час­тиц и усадка слоя в целом. В связи с этим прочность сцепления частиц между собой выше прочности сцепле­ния покрытия с восстанавливаемой поверхностью.

Прочность сцепления частиц при­садочного материала с основным ме­таллом можно увеличить, предвари­тельно нанеся подслой из специаль­ных материалов. Для подслоя ис­пользуют молибден, нержавеющую сталь, экзотермические композиции из смеси никеля и алюминия. Наибо­лее широкое распространение полу­чили порошки, которые при нагреве вступают в экзотермическую реак­цию. В результате частицы металла свариваются с материалом восста­навливаемой поверхности. Размеры зоны сплавления незначительны и лежат в пределах 0,1 мм. Напыленный слой имеет сильно развитую поверх­ность. Благодаря высокой темпера­туре (более 1500 °С) частиц металла подслоя в момент контакта с поверх­ностью основного материала обеспе­чивается высокая прочность сцепле­ния и плотность покрытия.

На подготовленную к напылению поверхность (после нанесения под­слоя) наносят основной (рабочий) слой покрытия. Попадая на подогре­тую до температуры 100 °С деталь, оплавленные до тестообразного со­стояния частицы порошка заполняют всевозможные неровности. После за­вершения процессов кристаллизации и охлаждения частицы нанесенного металла сжимаются и прочно прони­кают в основной металл (рис. 9.4). Не­ровности микрорельефа восстанавливаемой детали увеличивают повер­хность контакта. В результате дейст­вие межатомных сил проявляется на больших участках и увеличивается в результате быстрого спекания час­тиц.

Специализированный участок (рис. 9.5) восстановления деталей газопламенным напылением (наплав­кой) состоит из следующего оборудо­вания:

компрессора с рабочим давлением 0,4 — 0,6 МПа; камеры струйной об­работки деталей корундом или коло­той металлической дробью модели 026-7 "Ремдеталь"; масловлагоотделителя; вращателя деталей типа 011-1-09 "Ремдеталь"; горелки для газо­пламенного напыления и наплавки инжекторного типа ГН-2; стола свар­щика; печи для сушки порошка; стола и сита для просеивания порошка; вентилятора; воздуховода; газораспределительного щита; стеллажей.

Горелка ГН-2 предназначена для ацетиленокислородной наплавки и напыления гранулированных само­флюсующихся и экзотермических по­рошков, наносимых для восстановле­ния и упрочнения поверхностей дета­лей.

Общий вид горелки ГН-2 показан

на рис. 9.6. На стволе ^ 5 горелки раз­мещены стандартные вентили 6 для регулировки подачи горючей смеси газов. В верхней части горелки распо­ложена емкость.3 для порошкообраз­ного присадочного материала, пода­ча которого в горелки 2 осуществля­ется рычагом 4. Горелка имеет смен­ный мундштук 1, изготовленный из меди. Замена мундштука позволяет регулировать мощность пламени. Данная горелка работает по прин­ципу инжектирования порошка кислородной струей и горючего газа кислородно-порошковой смесью, т. е. по­рошок металла поступает в зону на­грева вместе с горючей смесью. ,

Горелка ГН-2 имеет следующие ос­новные технические характеристики: диапазон толщин напыляемого слоя — 0,3 — 2 мм; расход порошка при непрерывной подаче в пламя — 2,0 кг/ч; коэффициент использования порошка — 75 %; расход кислоро­да — 350 — 600 л/ч; расход ацетиле­на — 350 — 600 л/ч; давление кисло­рода — не более 0,2 — 0,35 МПа (для мундштука № 4); давление ацетиле­на — не менее 0,1 МПа.

Для струйной обработки поверхно­сти восстанавливаемых деталей ко­лотой дробью или корундом участок оснащен установкой ОК-26-7 "Ремдеталь". Данная установка стационар­ного типа состоит из металлического каркаса, поддона для дроби или ко­рунда, камеры для очистки деталей, пистолета, передней стенки, на кото­рой установлено смотровое окно, ма­нометр и редуктор, а также плафон для освещения камеры. Расход воз­духа при непрерывной работе струей установки не превышает 4,5 м3/ч. До­пустимое максимальное давление воздуха — до 0,8 МПа. В установке используется дробь или корунд с раз­мером частиц 0,5 — 3 мм.

Используемые материалы. В каче­стве подслоя применяют алюминиево-никелевую смесь, состоящую из 80 — 82 % N1 и 18 — 20 % А1. Компо­зиционный порошок представляет со­бой сферические частицы алюминия, плакированные никелем. Под дейст­вием газового пламени частицы по­рошка нагреваются до температуры 700 — 800°С, и между N1 и А1 проис­ходит экзотермическая реакция. В результате реакции температура резко повышается и при достижении частицами восстанавливаемой по­верхности достигает 1460 — 1500°С. В данном случае возникают механи­ческие, физические и химические (микросварка) связи порошка с под­ложкой.

В качестве материалов для получе­ния рабочего слоя покрытий исполь­зуют в основном самофлюсующиеся порошки на никелевой основе. В табл. 9.2 приведены характеристики неко­торых отечественных порошков для газопламенного напыления и на­плавки, получившие наиболее широ­кое распространение в ремонтном производстве для восстановления и упрочнения автотракторных деталей.

Композиционные порошки ПТ-НА-01 и ПГ-19Н-01 представляют собой плакированные алюминием сфериче­ские частицы на основе никеля и его сплавов. Эти порошки используют для напыления без последующего оплавления и применяют, как правило, для подслоя. Однако они могут ис­пользоваться и для основного слоя, например для шеек коленчатых ва­лов автомобильных двигателей.



Порошкообразные материалы хранят в герметичной таре, исключа­ющей их загрязнение и окисление. Перед применением порошки просу­шивают в электрошкафах при темпе­ратуре 150 — 170 °С в течение 3 — 4ч при толщине засыпки 10— 15 мм и периодическом перемешивании материала. Для сушки используют про­тивни из нержавеющей стали. При попадании инородных тел порошок просеивают через сита с размером ячеек 0,1 и 0,04 мм.

Порошкообразные материалы, ис­пользуемые для газоплазменного на­пыления и наплавки, на предприяти­ях подлежат входному контролю на предмет их соответствия сопроводи­тельному документу. Отдельные пар­тии порошка имеют паспорт, в кото­ром указывается наименование материала, его марка, размер частиц, химический состав и пр.

^ Подготовка поверхности деталей к напылению. Качество подготовки восстанавливаемой поверхности де­талей к напылению играет опреде­ленную роль в сцеплении покрытия с подложкой. Подготовка поверхности заключается в удалении масла, влаги и обезжиривании поверхности, а так­же механической обработки.

Очистка деталей перед напылени­ем осуществляется в моющем раство­ре Лабомид-102 или Лабомид-203 при его концентрации 29 г/л в течение 20 — 25 мин при температуре раство­ра 80 — 85 "С. После ополаскивания в чистой воде детали сушат до полно­го удаления остатков влаги.

Для' удаления остатков масла

можно использовать трихлор-. или перхлорэтилен и чистую салфетку. Нельзя использовать очищающий материал дважды. Можно использо­вать и метод выжигания горелкой жирных пятен. Выжигание необходи­мо выполнять при избытке кислорода в пламени. Не следует для очистки использовать сжатый воздух, так как капельки масла из воздуха могут за­грязнить уже очищенные поверхно­сти.

В процессе эксплуатации в резуль­тате износа восстанавливаемые по­верхности деталей принимают раз­личную форму — овальность, бочкообразность, огранку и пр. (рис. 9.7). Для устранения следов износа вос­станавливаемую поверхность подвергают механической обработке без применения смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ).



^ Рис. 9.7. Отклонение формы по­верхностей деталей в результате из­носа:

а — оградка; 6 — конусность; в — бочкообразность; г — корсетообразность; д — волнистость; е — эллипсность

Для незакаленных деталей кроме проточки нарезают рваную резьбу для повышения прочности сцепления покрытия с основным металлом. При нарезании резьбы вершина резца смещается относительно линии цент­ров станка на 3 — 5мм; шаг нарезае­мой резьбы — в предел ах 0,4—0,7мм при глубине резания 0,3 — 0,4 мм (рис. 9.8).

У закаленных деталей требуемая шероховатость поверхности перед на­пылением достигается струйной об­работкой порошком электрокорунда с размером зерна 0,5—8 мм. Обра­ботка восстанавливаемой поверхно­сти выполняется в струйной камере при следующих режимах: давление воздуха — 0,5 — 0,6 МПа, угол наклона струи абразива к поверхно­сти — 60 — 70 °, расстояние от обре­за сопла пистолета до поверхности — 70 —90 мм. После 5 — 7-кратного использования порошка корунда осу­ществляется его сушка в течение 3 ч при температуре 200 °С. Периодиче­ски производится просев электроко­рунда. Аналогичным образом осуще­ствляется подготовка поверхности и при других способах газотермическо­го напыления.

Подготовленные к напылению по­верхности необходимо защищать от возможного загрязнения, а места де­тали, не подлежащие покрытию, — предохранять кожухами или обмаз­кой. Промежуток времени между подготовкой поверхности к напыле­нию и непосредственно процессом на­пыления не должен превышать 2 — 3 ч. Нельзя трогать руками подготов­ленную поверхность.

Горелку ГН-2 для напыления под­соединяют соответствующими шту­церами к шлангам подачи кислорода и ацетилена. Уст;! приливают и загру­жают порошком бачок и опробуют механизм подачи порошка. После за­жигания газовой смеси (ацетилен — кислород) регулируют пламя подачей ацетилена таким образом, чтобы его ядро имело длину 6 — 8 мм. При восстановлении наружной цилиндри­ческой поверхности (тел вращения) деталь устанавливают в центре вра­щателя. При напылении других дета­лей, например сферической поверх­ности лапки коромысла клапана, их укладывают в соответствующее мно­гоместное приспособление на столе сварщика.

Напыление. Процесс напыления (первый этап) начинают с нагрева

восстанавливаемой поверхности до температуры 60 — 100 °С для удале­ния следов влаги и устранения воз­можного образования конденсата. Первый этап напыления заключает­ся в нанесении подслоя экзотермического никель-алюминиевого порошка ПТ-НА-01. Подслой наносят на один проход газопламенной горелки. Тол­щина подслоя должна находиться в пределах 0,06 — 0,1 мм. Расход экзо­термического порошка составляет 6 — 8 г на 1 дм2 восстанавливаемой поверхности. Дистанция напыле­ния — 160— 180мм.

Второй этап напыления заключа­ется в нанесении основного (рабоче­го) слоя порошка, толщина которого должна быть на 0,3 мм больше номи­нального размера восстанавливае­мой детали. Основной слой наносят в несколько проходов, при этом темпе­ратура детали не должна превышать 200 — 250 °С. При восстановлении тел вращения скорость вращения де­тали 'лежит в пределах 18 — 20 м/мин. Напыление выполняют до номинального или ближайшего ре­монтного размера с припуском на по­следующую Механическую обработ­ку 0,5 — 0,6 мм на диаметр вала. В процессе напыления необходимо кон­тролировать равномерность толщи­ны слоя по длине и диаметру деталей (в 3 — 4 сечениях). Для контроля ис­пользуют шаблоны, штангенциркули или микрометры с обезжиренными губками.

При напылении порошком с после­дующим оплавлением слоя подготов­ка поверхности детали перед нанесе­нием порошка заключается в ее меха­нической обработке на станках без применения СОЖ.



Рис. 9.8. Подготовка поверхностей деталей под покрытие

На обработанную поверхность наносят слой порошка необходимой толщины и оплавляют его ацетиленокислородным пламе­нем горелки ГН-2. Об окончании про­цесса оплавления судят по появле­нию характерной блестящей поверх­ности напыленного слоя.
^

9.2.3. Высокочастотное напыление


При таком способе напыления пе­ревод материала покрытия (проволо­ки) в жидкую фазу осуществляется нагревом токами высокой частоты. Распыление расплава выполняется струей сжатого воздуха.

Распылительная головка высоко­частотного металлизатора представ­лена на рис. 9.9. Питание индуктора аппарата осуществляется от лампо­вой высокочастотной установки отно­сительно небольшой мощности, на­пример ВЧИ4-10/0,44 или ВЧИ-25/0,44 (мощность соответственно 10 и 25 кВт, рабочая частота — 440 кГц).

Физико-механические свойства по­крытий, нанесенные высокочастот­ным напылением, значительно выше аналогичных свойств покрытий, полу­ченных электродуговым напылени­ем. Это объясняется более благопри­ятными условиями плавления мате­риала покрытия (проволоки). Коле­бания размеров распыляемых частиц и их температура по сечению конуса

распыла изменяются в более узких пределах, чем при электродуговой металлизации. Поэтому выгорание основных химических элементов сни­жается в 4 — 6 раз, насыщенность по­крытия окислами уменьшается в 2 — 3 раза.

Меньшая окисляемость частиц по­крытия улучшает условия смачи­вания частицами восстанавливае­мой поверхности детали. Поэтому при данном способе напыления проч­ность сцепления частиц между собой и подложкой повышается. Кроме то­го, конструкции аппаратов для высо­кочастотного напыления обеспечива­ют распыление металлических час­тиц в форме правильного конуса с ма­лым углом при вершине, что в конеч­ном итоге обеспечивает снижение не­эффективных потерь материала по­крытия (проволоки).

К основным недостаткам следует отнести сравнительно невысокую производительность процесса, слож­ность и высокую стоимость высокоча­стотных ламповых установок, кото­рые необходимо использовать для пи­тания индуктора металлизатора.
^

9,2.4. Плазменное напыление


При плазменном напылении по­крытий для расплавления и переноса порошка на восстанавливаемую (уп­рочняемую) поверхность детали ис­пользуют тепловые и динамические свойства плазменной струи.

Плазменное напыление основано на способности газов при определен­ных условиях переходить в состояние плазмы, которая представляет собой ионизированный поток газа при вы­соких температурах. Наиболее высо­кую температуру (15 000—30 000 °С) имеет аргоновая плазма. При воз­буждении электрической дуги газ, подведенный в зону горения дуги, ионизируется под влиянием высокой температуры, повышенного давле­ния газов и термоэмиссии электронов с поверхности катода. Наряду с поло­жительно и отрицательно заряжен ними ионами в газе содержатся элек­троны и нейтральные атомы, при столкновении которых процесс пони­мании активизируется. Плазма обла­дает высокой электрической прово­димостью, поэтому напряжение в струе плазмы низкое, а сила тока большая. Высокая электропроводи­мость плазмы способствует образо­ванию вокруг нее значительного магнитного поля. Магнитные силовые линии заставляют плазму сжимать­ся, в результате чего она вытягивает­ся и принимает форму шнура. Скоро­сть потока плазмы достигает на выхо­де из сопла 9000 м/с, а у газовой го­релки, т-г 90 м/с. Плазмообразующий газ, не содержащий кислорода, по­зволяет получать покрытия без окис­лов.

Устройство плазмотрона для на­пыления порошкообразного матери­ала схематически представлено на рис. 9.10, Для зажигания электриче­ской дуги используют высокочастот­ную искру от включенного в цепь ос­циллятора или проводят кратковре­менное замыкание электродов горел­ки при помощи графитового стержня. Одновременно подают плазмообразующий газ, а после образования плазмы — напыляемый порошок.

В зависимости от схемы включения электрической цепи возможны три вида плазменной дуги (рис. 9.11): от­крытая, когда анодом служит деталь; закрытая, когда анодом служит со­пло, и комбинированная, когда ано­дом служит и сопло, и деталь. Первый вариант используют для резки и реже для сварки и наплавки, вторую схему используют в плазмотронах для напыления, а третью — в установках для оплавления покрытий и плазмен­ной наплавки.

Для плазменного напыления наи­более широкое распространение полу­чили установки типа УПУ и УМП. Как правило, в комплект установки входят: вращатель, защитная каме­ра, плазмотрон, порошковый дозатор. Источник питания и пульт управ­ления. Наиболее ответственным узлом установки является плазмотрон,

в котором формируются энергетиче­ские и геометрические параметры плазменной струи. Срок эксплуата­ции и стабильность работы любого плазмотрона во многом определяют­ся стойкостью сопла, которое несет наиболее значительные нагрузки. Период работы современных плазмотронов невысок (изменяется десят­ками часов), поэтому его быстроизна­шивающиеся элементы делают смен­ными.



Отечественной промышленностью серийно выпускаются установки для плазменного напыления, наиболее широкое распространение из кото­рых получили УПУ-3, УМП-5 и УМП-6(табл. 9.3). Данные установки явля­ются универсальными. Источником тока служат два последовательно со единенных сварочных генератора ти­па ПСО-500 или выпрямитель ИПН-160/600.

В качестве плазмообразующего га­за наиболее широко используют ар­гон, азот или их смеси. Использова­ние аргона (помимо его значительной стоимости и дефицитности) не обес­печивает достаточной эффективно­сти и производительности процесса из-за низкого коэффициента теплоот­дачи от плазмы к частицам, малой длины плазменной струи и значи­тельного перепада температуры по сечению струи. Это ухудшает плавле­ние частиц напыляемого материала, и, как следствие, снижается качество нанесенных покрытий.

Перспективным направлением в области плазменных покрытий явля­ется использование в качестве плаз­мообразующего газа воздуха или его смеси с другими газами. Применение воздуха позволяет повысить стабиль­ность и длительность непрерывной работы плазмотрона. Одновременно с этим наблюдается стабилизация то­ка и процесса в целом, что в конечном итоге позволяет получать покрытия более высокого качества.

Плазмотроны типа ПНВ-23, где в качестве плазмообразующего газа используется воздух, разработаны в Ленинградском политехническом ин­ституте и внедрены в производствен­ном объединении "Ленавторемонт". Воздушно-плазменным напылением освоено восстановление посадочных отверстий картеров коробки передач автомобилей МАЗ и КрАЗ, поворот­ных цапф автомобиля ЗИЛ-130, оси

коромысла двигателя ЗМЗ-24 и дру­гих деталей.

Свойства покрытий зависят от тем­пературы нагрева и скорости полета частиц в момент контакта с подлож­кой. Более высокие скорости полета частиц порошка и температура его нагрева в струе плазмы обеспечива­ют более высокие, чем при ранее рас­смотренных способах напыления, фи­зико-механические свойства покры­тия и более высокую степень его сцеп­ления с поверхностью детали. Кроме того, процесс плазменного напыле­ния обладает высокой производи­тельностью, возможностью использо­вания для покрытий широкой гаммы материалов, большим коэффициен­том напыления (до 95 %) и возможно­стью полной автоматизации процес­са.



При плазменном напылении в ка­честве материалов для покрытий ис­пользуют порошкообразные сплавы и проволоку. Наиболее часто для на­пыления используют износостойкие порошковые сплавы на основе никеля или на основе железа с высоким со­держанием углерода (табл. 9.4). Та­кие сплавы обладают высокими тех­нологическими и служебными свой­ствами. Порошкообразные сплавы на основе никеля марки ПГ-ХН80СР2, ПГ-ХН80СРЗ и др. облада­ют такими ценными свойствами, как низкая температура плавления (950— 1050 °С), хорошая жидкотекучесть, возможность управления твер­достью в широком, диапазоне НКС 35,:— 60,.наличие свойств самофлюсования. Однако такие сплавы имеют высокую стоимость. К недостаткам сплавов на основе железа следует от­нести их более высокую температуру плавления (1250— 1300 °С) и отсут­ствие свойств к самофлюсованию.

Плазменным напылением можно наносить защитные тепловые покры­тия из керамических материалов (ок­сид алюминия ГА85 или ГА8, двуоксид циркония ПЦП-90 и пр.) на днище поршня и головку блока цилиндров.

Подготовка поверхности перед на­пылением не отличается от описан­ной ранее подготовки в разделе газо­пламенное напыление.
^

9.2.5. Детонационное напыление


При данном способе напыления на­грев и транспортирование частиц по­рошкообразного материала на по­верхность детали осуществляются в результате энергии детонации газо­вой смеси. Схема процесса представ­лена на рис. 9.12. В камеру ствола подается кислородоацетиленовая смесь. Ствол одним концом направ­лен на обрабатываемую деталь. В другом конце ствола находится напы­ляемый порошок. Электрическая ис­кра вызывает взрыв газовой смеси, в результате детонации газовой смеси происходит выделение теплоты и об­разуется ударная волна. Частицы порошка разогреваются в продуктах детонации, Получают большую кине­тическую энергию и направляются к открытому концу ствола. Напротив него помещают деталь. Частицы порошка имеют большую скорость по­лета, которая на расстоянии 75 мм от среза ствола достигает 800 м/с. При соударении с поверхностью детали кинетическая энергия частиц транс­формируется в тепловую. При этом температура в месте контакта может повышаться до 4000 "С.

После каждого выстрела ствол ап­парата продувают азотом для удале­ния продуктов сгорания. Процесс на­пыления повторяют с определенной периодичностью. В зависимости от типа установок скорострельность (периодичность повторения цикла) может достигать 10 выстрелов/с. За один цикл напыления можно нанести покрытие толщиной 6 — 10 мкм. По­следовательно напыляя слои друг на друга, можно получить покрытие тол­щиной I — 2 мм. При диаметре ство­ла 25 мм в течение 15 с можно полу­чить покрытие на площади 5 см2 тол­щиной 0,3 мм. Детонационное напыление пред­назначено в основном для получения износостойкого покрытия, состояще­го из карбидов и металлической связ­ки. Высокие температуры и давле­ние, контакт частиц порошка с актив­ной газовой средой, деформация час­тиц при соударении с поверхностью детали способствуют протеканию различных физико-химических про­цессов в напылённом слое. Покры­тия, полученные детонационным на­пылением, обладают высокой плот­ностью и прочностью сцепления с ос­новным металлом, В то же время тем­пература нагрева упрочняемой дета­ли не превышает 200 °С.

На Бийском машиностроительном заводе и Алтайском опытном заводе ВНПО "Ремдеталь" серийно выпу­скают установки "Катунь" и "Днепр-3" для детонационного напыления. Установки предназначены для нане­сения покрытий из порошковых мате­риалов на рабочие поверхности дета­лей машин и аппаратов для восста­новления и повышения их износостой­кости, коррозионности и жаростойко­сти. Основные показатели установок приведены в табл, 9.5.

Оборудование для детонационного напыления представляет собой сложный технический комплекс, со­стоящий из детонационной установ­ки, звукоизоляционного бокса, газо­распределительного щита и дистан­ционного пульта управления.

К существенным недостаткам де­тонационного напыления следует от­нести в первую очередь высокий уро­вень шума (до НО дБ). Кроме того, используемое оборудование относи­тельно сложно и имеет высокую сто­имость.
^

9.2.6. Упрочнение конденсацией металла с мойной бомбардировкой


В основе упрочнения поверхностей деталей конденсацией металла с ион­ной бомбардировкой лежит распыле­ние вещества при помощи низковольт­ной дуги постоянного тока в вакууме с контролируемым напуском легиру­ющих газов. Для распыления вещества мишень бомбардируют быстрыми частицами (обычно положительными ионами газа — ионное распыление), в результате чего с поверхности мишени выбиваются атомы, осаждаю­щиеся на расположенные вблизи по­верхности.

В наиболее простом случае ионное распыление осуществляют в тлею­щем разряде при помощи двойной схемы. В этой схеме мишень из рас­пыляемого металла — катод, на ко­торый подается потенциал в несколь­ко киловольт, а держатель подлож­ки — заземленный анод. При нали­чии ионизирующего газа и при высо­ком напряжении между электродами возникает автоэлектронная эмиссия с катода, и в межэлектродном про­странстве зажигается самостоятель­ный разряд. В рассмотренном случае в процессе ионного распыления катод выполняет две функции: является источником электронов, что поддержи­вает процесс существования тлеюще­го разряда, и источником распыляе­мого материала, наносимого на де­таль.

В качестве катода могут использо­ваться любые электропроводящие материалы. Для получения химиче­ских соединений (нитридов, карби­дов) в камеру установки для нанесе­ния покрытий подают легирующий газ. В результате высокой температу­ры катодного пятна вакуумной дуги эффективно испаряются любые ка­тодные материалы (вольфрам, тан­тал, молибден, ниобий, графит). Вве­дение в вакуумную камеру легирую­щего газа и ионизация его в разряде позволяют создать плазменные пуч­ки с регулируемым содержанием различных компонентов.

Ионное состояние вещества вблизи поверхности образца (детали) акти­визирует реакции взаимодействия, что позволяет получать покрытия с Высокими физико-механическими свойствами (сверхтвердые, износостойкие и др.). Регулированием со­става и энергии ионного пучка, фор­мируемого из плазменной струи, можно направленно изменять фазо­вый состав, структуру и свойства по­крытий. Ускоренные ионные пучки большой: плотности дают возмож­ность осуществлять высокоэффек­тивную начальную очистку поверхности образца (детали) распылением, обеспечивающим высокую адгезию покрытия,

Одной из наиболее важных обла­стей применения покрытий, получае­мых путем конденсации металла с ионной бомбардировкой, является создание износостойких слоев. Нане­сением покрытий на основе нитридов титана и молибдена упрочняют инст­рументы из твердых сплавов, быстро­режущих и инструментальных ста­лей.

Таблица 9.6. Повышение стойкости режущего инструмента при нанесении износостойкого покрытия (нитрида титана) конденсацией с ионной бомбардировкой



При этом значительно повыша­ется их стойкость, предотвращается диффузионный износ и увеличивает­ся стойкость к воздействию кислот (табл. 9.6).

Установка для упрочнения поверх­ностей деталей конденсацией метал­ла с ионной бомбардировкой (рис. 9.13) состоит из камеры 4, представ­ляющей собой цилиндрический со­суд. Ось камеры расположена гори­зонтально. На обоих торцах камеры на петлях крепятся крышки. В ниж­ней части камера имеет четыре крон­штейна. В кронштейнах крепятся ус­тановочные винты, при помощи кото­рых камера выставляется в необхо­димом положении.

В корпусе камеры и крышки при­паяны медные трубки, соединенные с системой водяного охлаждения ^ 12. В верхней части камеры расположен катодный узел, включающий в себя фокусирующую катушку 1, катод 2 и поджигающий электрод 3. Катод представляет собой монолитный цилиндр, на испаряемом торце которого имеется буртик высотой 2 мм, пре­пятствующий уходу катодного пятна при горении дуги на боковую поверх­ность цилиндра. Вакуумное уплотне­ние катодного узла осуществляется двумя втулками, резиновым уплотни­телем и гайкой. Втулки и уплотнитель электрически изолируют катод­ный узел от корпуса.

Внутри камеры расположена под­ложка 5, на которую устанавливают упрочняемые детали. Необходимое давление в камере на всех режимах обеспечивается вакуумной системой, включающей в себя высоковакуум­ный агрегат 8, азотную 6 и водяную 7 ловушки, нагреватель 9, форвакуумный насос 10 и систему измерения ва­куума 11 (или 12 измерения водяного охлаждения).

^ Технические данные установки

Площадь упрочняемой поверхности под одним испарителем, дм2.......................................2

Скорость осаждения пленки на расстоянии 270 мм от испарителя, мкм/ч ....................До40

Рабочее давление в ка­мере, Па ...................................................................2,66*10-3 -6,65*10-1

Время откачки камеры до давления 1,33 Па (форвакуумным насо­сом), мин ..........20 — 30

Время откачки каморы до давления6,65*10-3 Па(высоковакуумным агрегатом),мин 30—45

Напряжение сети пере­менного тока частотой 50 Гц, В ............................................... 380/220

Номинальный рабочий

ток дуги, А ......................................................................................................................75—180
1   ...   21   22   23   24   25   26   27   28   ...   39



Скачать файл (8204 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации