Газоплазменное напыление металлов

Особенности и преимущества газопламенного напыления

Газопламенное напыление – метод нанесения специального покрытия на поверхность с целью получения дополнительных качеств. В качестве распыляемого материала используют металлические или полимерные порошки. Их нагревают до пластичного состояния с помощью пламени, которое формируется при сгорании смеси кислорода с пропаном или ацетиленом. Перенос на поверхность металла осуществляется с помощью сжатого воздуха.

Метод относится к категории газотермического напыления. По сравнению с другими способами металлизации он выгодно отличается высокой производительностью и низкой себестоимостью работ.

Общие сведения о методе газопламенного напыления

В основе метода лежит использование тепловой и кинетической энергии для повышения реставрационных, функциональных или декоративных характеристик изделия. Присадочный материал для выполнения работ выпускают в следующих формах:

Для каждого вида существует своя сфера применения. Например, для реставрации деталей машин и механизмов специалисты рекомендуют использовать порошки. В отличие от проволоки они позволяют менять состав покрытия, что способствует повышению качества напыляемого слоя.

Процедура обработки изделия состоит из следующих этапов:

  1. Порошок подают в зону термической обработки. Он может поступать по каналам питателя или подаваться с внешней стороны горелки.
  2. Под действием высокой температуры присадочный материал оплавляется, приобретая пластичные свойства.
  3. Газ выполняет функции переноса состава на обрабатываемую поверхность. Летящие частицы перемещаются с большой скоростью – она может достигать 160 м/с.
  4. Распыленный материал формирует защитный слой при взаимодействии с поверхностью.

Проволока или прутки подаются в зону термической обработки с помощью роликового механизма. Средняя величина сечения присадочного материала составляет 3 мм. При обработке больших площадей для повышения производительности допустимо использовать проволоку диаметром до 7 мм.

Существует и метод высокоскоростного газопламенного напыления, который отличается высокой скоростью подачи присадочного материала. Ввиду значительной отдачи исключена возможность обработки поверхности в ручном режиме. Все работы выполняют на автоматическом или роботизированном оборудовании.

Как было указано выше, температурная обработка осуществляется за счет тепловой энергии, которая образуется при сгорании горючего газа в кислородной среде. Наилучших результатов можно добиться при использовании ацетилена. Его температура горения варьируется в пределах 3100–3200 ºC. Для сравнения приведем аналогичные характеристики доступных заменителей:

Вид горючего газа Теплота сгорания, кДж/м³ Температура пламени в кислородной среде, ºC Расход кислорода, м³/ч
Ацетилен 52800 3100-3200 2,5
Водород 10060 2100–2500 0,5
Метан 33520 2000–2700 2,03
Пропан 87150 2400–2700 5,15
Бутан 116480 2400–2700 6,8

Тип пламени определяется в зависимости от состава смеси:

  • окислительное;
  • нормальное;
  • восстановительное.

Во втором случае соотношение газов паритетное. Окислительное пламя характеризуется избытком кислорода, а восстановительное – горючего вещества.

Метод газопламенного напыления обладает массой преимуществ:

  1. Благодаря малому тепловому воздействию на обрабатываемую заготовку существует возможность нанесения покрытия практически на любой материал: стекло, пластик, фарфор и даже дерево или бумагу. Другие методы модификации поверхности предназначены преимущественно для изделий из металла.
  2. В процессе обработки заготовка не подвергается тепловой деформации и не меняет своих параметров.
  3. С помощью установок для газопламенного напыления можно обрабатывать заготовку различными составами. Это позволяет придавать поверхности различные свойства без замены оборудования.
  4. Неограниченный размер обрабатываемой площади. Другие способы металлизации ограничены различными факторами: для цементации – размером печи, для электролитического осаждения – габаритами емкости с раствором.
  5. Низкая себестоимость обработки. Лучше всего эффект проявляется при газопламенном напылении больших площадей.
  6. Большая толщина покрытия позволяет использовать метод для реставрации различных деталей. Припуск под обработку не превышает 0,7 мм.
  7. Простота рабочего оборудования и его мобильность дает возможность применения газопламенного напыления в труднодоступных местах. Технологическая операция также не отличается особой сложностью.
  8. Благодаря широкому выбору присадочных материалов можно получить изделие с заданными свойствами, не прибегая к прочим методам модификации поверхности.

Естественно, имеются и недостатки:

  1. Газопламенное напыление малоэффективно при обработке мелких деталей. Это связано с высоким коэффициентом расхода присадочного материала.
  2. Тяжелые условия производства. Для предварительной подготовки изделия выполняют пескоструйную обработку, что приводит к повышенному уровню запыленности рабочего участка.
  3. В процессе напыления мелкие частицы состава остаются в воздухе. По этой причине к производственным помещениям предъявляют повышенные требования по системе вентиляции.

Назначение и применение метода

Газопламенное напыление широко применяется в различных отраслях современной промышленности. С помощью технологии выполняют следующие работы:

  • нанесение антикоррозийного покрытия;
  • восстановление баббитового слоя подшипников;
  • создание электропроводящего или электроизоляционного слоя;
  • декоративная обработка различных поверхностей;
  • устранение дефектов цветного и черного литья;
  • ремонт деталей вращения: валов, цапф или кулачков.

Свойства поверхности зависят от типа состава. Например, для повешения жаростойкости поверхности применяют газопламенное напыление алюминиевым порошком. Такая процедура называется алитированием.

Применяемое оборудование

Современные производители предлагают широкий выбор установок для газопламенного напыления. В качестве примера рассмотрим устройство оборудования отечественного производства типа ППМ-10 (на фото).

Ее назначение – нанесение защитных покрытий с различными функциональными свойствами в ручном или механизированном режиме. В качестве присадочного вещества используется материал порошкового типа.

Основными узлами установки являются:

  1. Распылительный аппарат, который имеет внешнее сходство с пистолетом.
  2. Пульт управления газами.
  3. Камера для выполнения обработки.
  4. Подставки.

Для выполнения газопламенного напыления используются следующие расходные материалы:

  • ацетилен;
  • кислород;
  • воздух, очищенный от влаги и механических включений.

Газопламенное напыление – востребованная технология, основными достоинствами которой являются высокая производительность и низкая себестоимость работ. А вы сталкивались с этим методом обработки? Как вы считаете, в какой отрасли промышленности газопламенное напыление пользуется наибольшим спросом? Напишите ваше мнение в блоке комментариев.

Газопламенное напыление

HVOFсистема кислородно-топливной смеси (HVOF, High Velocity Oxygen Fuel).
Русский аналог этого термина – газопламенное сверхзвуковое напыление ( ГПС – процесс).
В качестве окислителя используется кислород (чистый кислород или сжатый воздух).
В качестве топлива могут использоваться газы (водород,
метан, пропан, пропилен, ацетилен, сжиженный природный газ и т. д.) Или жидкости (керосин и т. д.).
В качестве транспортирующего газа применяют сжатый воздух.

HVOF – это система термического распыления, использующая сжигание газов, таких как водород или жидкое топливо или керосин. Топливо и кислород смешиваются и распыляются в зоне сгорания в условиях, которые контролируют правильный режим и давление сгорания.
Процесс создает очень высокую скорость, которая используется для продвижения частиц на скоростях, близких к сверхзвуковым, перед ударом по подложке. Одним из основных правил распыления является то, что высокое давление сгорания = высокая скорость газа, высокая скорость частиц и, как следствие, высокое качество покрытия.

Одним из ключевых преимуществ высокой скорости этой системы является чрезвычайно высокая плотность покрытия и низкое содержание оксида. Низкое содержание оксидов происходит частично из-за скорости частиц, проводящих меньше времени в источнике тепла, и частично из-за более низкой температуры пламени (около 3000 ° C) источника тепла по сравнению с альтернативными процессами.
Наряду с превосходной прочностью сцепления, некоторые покрытия HVOF можно распылять очень густо из-за исключительно высоких скоростей, создавая покрытия при сжатии вместо растяжения. Это позволяет очень быстро наносить такие материалы, как карбид, более 6 мм.

Высокоскоростное газоплазменное напыление HVOF широко применяется для производства износостойких покрытий из карбидов и стеллитов. Оно также применяется для нанесения покрытий MCrAlY, представляющих собой сплавы M (металл = никель, кобальт или железо, или сочетание), Cr (хром), Al (алюминий) и Y (иттрий).
Газопламенное напыление HVOF идеально подходит для покрытия крупных компонентов.
Отличные результаты по ремонту, восстановлению, нанесению покрытий и упрочнению следующих деталей: зубья экскаваторов, транспортирующие установки, установки по переработке песка, лопасти смесителей, транспортирующие шнеки, буры глубокого бурения.

Что такое газопламенное напыление NVAF ?

HVAF – система воздушно-топливной смеси «пропан-воздух» (HVAF, High Velocity Air Fuel) Российский аналог этого термина сверхзвуковое газовоздушное напыление, ( СГВ-процесс)
Температура сгорания воздушно-топливной смеси обычно на 1000°C ниже, чем при кислородно-топливном горении HVOF. Такая низкая температура идеальна для постепенного нагрева частиц исходного порошка металлов и твердых сплавов и ненамного выше температуры плавления металлов. Режим HVAF исключает испарение и сводит к минимуму окисление, что приводит к превосходным свойствам покрытия.

Начальное содержание кислорода в газообразных продуктах сгорания смеси при HVAF процессе в 5 раз ниже по сравнению с любым процессом HVOF.
HVAF-пистолет генерирует струю диаметром более 16 мм и длиной более 250 мм. (рис. 1). Это гораздо больше дистанции напыления, которая обычно составляет 125-180 мм. Несмотря на большие размеры струи, нагрев подложки под ее воздействием обычно незначителен, так как активная фаза горения топлива происходит в каталитической камере сгорания.Ускоренные до высокой скорости частицы обладая дробеструйным эффектом, удаляют частицы плохо сцепленные с подложкой, устраняя источник возможных дефектов в покрытии.

Указанные факторы предотвращают окисление металлов, разложение карбидов и их растворение в металлической связке.
Это позволяет сохранить исходную пластичность порошкового материала, используемого в качестве сырья для покрытия, даже в случае, когда твердость покрытия WCCoCr превышает 1 600 HV300.
Максимальный экономический эффект по сравнению с другим газотермическим оборудованием.

Оборудование для газопламенного напыления HVAF -это фактическая гарантия 50% экономии по сравнению с HVOF.

Применение системы газопламенного распыления HVAF :
Крупногабаритные валы Трубы Кольца, диски Турбинные камеры сгорания Резервуары и емкости

Где применяется газопламенное распыление.

Отрасли, в которых эффективно применяется антикоррозионная защита методом газопламенного напыления протекторной защиты, включают в себя оборонную , нефтегазовую и машиностроительные отрасли промышленности . Системы газопламенного напыления используются в промышленности для защиты поверхностей и компонентов от высоких температур и агрессивных сред. Протекторные газопламенные покрытия часто используются на поверхностях палуб на морских судах для защиты и противоскользящих характеристик, которые следует наносить на палубы, на которых приземляются самолеты.

Использование систем газопламенного напыления в нефтегазовой промышленности достаточно обширное. Долговечные и надежные компоненты, с газопламенным напылением на деталях и конструкциях обеспечивает увеличение срока службы объектов. Покрытия газопламенным напылением, наносимые на детали,работающих как на суше, так и на море, способствуют защите от коррозии, эрозии, экстремальных температур и укреплению уплотнений, чтобы уменьшить вероятность утечки.

Преимущества газопламенного напыления.

Виды газопламенного напыления.

Газопламенное напыление без оплавления.

Газопламенное напыление без оплавления применяется при решении задач восстановления деталей, не испытывающих деформации, работающих при температурном режиме до 350 °С и знакопеременные нагрузки. Газопламенное напыление без оплавления наносится при восстановлении наружных и внутренних цилиндрических поверхностей подвижных и неподвижных соединений при невысоких требованиях к величине адгезии с поверхностным слоем восстанавливаемых деталей.

Газопламенное напыление с последующим оплавлением.

Газопламенное напыление с одновременным оплавлением.

Метод подачи материала при газопламенном напылении.

Порошковое газопламенное напыление.

Оборудование для порошкового напыления является наиболее доступным. Однако возникает трудность выбора порошка для напыления. Высококачественные материалы довольно дороги, дешевые – не дают стабильности покрытий;

Шнуровое газопламенное напыление.

Этот способ газопламенного напыления очень схож с прутковым газопламенным напылением.

Прутковое газопламенное напыление.

тел. +7(8442)52-61-64 , моб. 8 (960) 891-81-13, e-mail: sales5@akz34.ru , web. www.akz34.ru

Теги: газопламенное напыление/газопламенное напыление металла/ оборудование для газопламенного напыления/ газопламенная металлизация/порошковое газопламенное напыление/ газопламенное напыление порошком/высокоскоростное газопламенное напыление

Напыление металлов

Напыление металлов позволяет улучшить характеристики деталей, работающих в условиях, связанных сильным изнашиванием и механическими концентрированными нагрузками. Металлизация поверхностей повышает устойчивость и увеличивает срок службы. Кроме решения технических задач, напыление используется во время производства декоративных изделий, бижутерии, в пищевой, фармацевтической и химической промышленностях. Для напыления могут применяться различные металлы, конкретный выбор зависит от технического задания.

Химическое хромирование

Используется для обработки деталей со сложной геометрической формой, процесс основан на восстановлении хрома из растворов солей при помощи гипофосфита натрия. Осадок имеет серый цвет, блеск приобретается после полирования. Химическое хромирование протекает в ваннах с таким составом растворов.

Состав растворов для химического хромирования

  1. Фтористый хром, г — 17
  2. Хлористый хром, г — 1,2
  3. Лимоннокислый натрий, г — 8,5
  4. Гипофосфит натрия, г — 8,5
  5. Вода, л — 1
  6. Температура, °С — 70-87

Скорость процесса хромирования может достигать 2,5 мкм/ч, для изготовления ванн используется устойчивый пластик. Металлизация сопровождается выделением ядовитых химических соединений, растворы негативно влияют на кожу людей. Во время производства работ следует соблюдать правила техники безопасности, для очистки воздушной среды устанавливается принудительная вентиляция. Мощность вентиляции рассчитывается исходя из объема помещения или рабочей зоны с учетом минимальной кратности обмена.

На промышленных предприятиях монтируется вентиляция пластиковая, она позволяет выдерживать рекомендованные технологические параметры при минимальных финансовых потерях. Для промышленного хромирования химическим методом применяются специально разработанные растворы с улучшенными показателями.

Промышленные растворы для химического хромирования

При приготовлении растворов первым растворяется хлористый хром. Затем согласно схеме могут растворяться лимонно-кислый натрий и фтористый хром. Для ускорения химических процессов в состав добавляется щавелевая кислота. Ионы хрома образуют с ней химически активный ион, скорость покрытия возрастает до 7 мкм/ч и более. Процентное содержание ингредиентов корректируется технологами с учетом поставленных конечных задач по обработке деталей.

Для получения расчетного покрытия необходимо выполнять следующие требования:

  1. Качественная подготовка поверхностей. Детали очищаются механическим и химическим способами, при необходимости поверхности шлифуются.
  2. Оборудование должно обеспечивать максимальную автоматизацию процесса для исключения вредного влияния человеческого фактора.
  3. Постоянный контроль за состоянием раствора, фильтрование, поддержание заданной концентрации, своевременная замена катода.

Нарушение рекомендованной технологии может становиться причиной отслоений покрытий или образования глубоких раковин. Необходимость исправления дефектов приводит к значительному увеличению себестоимости производства.

Линия химического хромирования

Визуальный контроль химических процессов производится за счет определения количества выделяемого водорода, технологи рекомендуют для улучшения процесса одновременно покрывать детали из нескольких металлов. Слишком интенсивное выделение водорода может становиться причиной появления раковин, скорость процесса регулируется в каждом конкретном случае.

Газоплазменное напыление

Газоплазменное напыления позволяет получать чистое покрытие с высокими показателями адгезии. Процесс протекает при температурах до +50 000°С, скорость струи оставляет 500 м/с, температура поверхности обрабатываемой детали составляет не более +200°С.

Газоплазменное напыление металлов

Шероховатость поверхности напыляемых деталей до 60 Rz, зона обдува должна на 2–5 мм превышать номинальный размер напыляемого участка. Для работы используются порошки одной фракции по размерам, необрабатываемые участки детали закрываются специальными экранами. Перед процессом поверхность деталей предварительно прогревается до рабочих технологических температур.

Режимы работы оборудования при газоплазменном напылении

Схема оборудования для напыления

Оборудование для порошкового напыления состоит из подвода газа (1), катода плазмотрона (2), корпуса катода (3), теплоизолятора (4), корпуса анода (5), порошкового питателя (6), подвода газа-носителя (7), плазменной дуги (8) и источника питания (9).

Газоплазменное напыление допускает финишную обработку покрытий для улучшения характеристик деталей, в таком случае толщина покрытия должна учитывать механическую шлифовку.

Напыление в вакууме

Перенос напыляемых металлов выполняется при разрежении 10 -2 Па, напыление может быть катодным, магнетронным или ионно-плазменным. Вакуум увеличивает прочность сцепления поверхностей. Оборудование для технологии может быть многокамерным или многопозиционным однокамерным. Первые линии состоят из нескольких установок, в каждой из которых выполняется определенное напыление металлов, агрегаты между собой соединены технологическими линиями для транспортировки деталей. Многопозиционные имеют несколько отдельных постов для напыления в одном объеме. Вакуумное напыление производится по следующим этапам:

  1. Создание вакуума заданной глубины. Мощные компрессоры откачивают воздух из камеры, металлизация контролируется автоматическими приборами.
  2. Распыление покрывающего материала. В зависимости от особенностей процесса напыление металлов может выполняться несколькими способами.
  3. Транспортировка деталей в зависимости от их состояния.

Установка вакуумного напыления

Технологические определения Вакуумное напыление – сложный технологический процесс, зависящий от нескольких параметров:

  1. Критическая температурная точка напыления. Выше этого значения весь объем направляемых частиц отражается от поверхности детали, напыление металлов приостанавливается. Параметр зависит от металла детали, состояния ее рабочей поверхности и свойств напыляемых материалов.
  2. Критическая плотность давления. Минимальная плотность, при которой осадочная пленка адсорбируется и становится неспособной принимать атомы металла, напыление прекращается. Контроль критической плотности в установках выполняется непрерывно, при необходимости параметры условий корректируются. В зависимости от состава пленки могут быть моно- или поликристаллическими и аморфными.

Для повышения производительности вакуумное оборудование комплектуется механизмами автоматизированной транспортировки деталей в камеру и из нее, экранами и манипуляторами, заслонками и прочими механизмами. Напыление осуществляется в полуавтоматическом режиме.

Использование вакуумного оборудования позволяет получать напыление металлов с максимальным коэффициентом адгезии, увеличивается скорость протекания процесса, покрытия отличаются повышенной твердостью и химической устойчивостью. Недостаток – высокая энергоемкость процесса. Кроме того, вакуумное напыление не рекомендуется использовать для деталей со сложным профилем поверхностей.

Газоплазменное напыление металлов

Газопламенное напыление – это экономичный способ нанесения покрытия, при котором смешивают и сжигают кислород с топливом, а расходный материал (проволока, порошок, стержень) подают в горелку. Расходный материал плавится, распыляется и переносится на поверхность обрабатываемой детали с помощью расширяющейся газовой струи. Дополнительное ускорение частиц, а также охлаждение обрабатываемой детали достигается за счет дополнительной струи газа (например, струи сжатого воздуха, аргона, азота).

С помощью газопламенного напыления наносят износостойкие и коррозионностойкие покрытия из железных, никелевых, медных, алюминиевых, цинковых сплавов, баббитовые покрытия подшипников скольжения, электропроводные покрытия, электроизоляционные покрытия, декоративные покрытия.

Установка газопламенного напыления проволокой SPRAYJET-88-MV

Установка предназначена для использования в автоматических/роботизированных системах газопламенного проволочного или порошкового напыления. Отличительной особенностью установки является применение автоматической панели управления, осуществляющей управление внешними устройствами безопасности и блокирующей, например, двери, пылеуловитель, манипулятор пистолета и т.д,, если существует какой-то внешний мешающий фактор. Также система контролирует параметры напыления в процессе работы и блокирует процесс с выводом соответствующего сигнала на панель управления, если какой-либо параметр вышел за пределы допустимых значений.

Краткие технические характеристики
2,3 кг
Применяемый горючий газ Ацетилен
кислород
Диаметр проволоки 1,6-4,76 мм
Электропривод
Возможность автоматизации да

Установка ручного газопламенного напыления проволокой SPRAYJET 88-EL

Установка предназначена для ручного напыления различных материалов ввиде проволоки. Отличительной особенностью данной системы является наличие у пистолета электропривода в качестве механизма подачи проволоки. Применение электропривода позволяет получить стабильные и точные значения скорости подачи проволоки, что положительно влияет на стабильность качественных параметров покрытия.

Краткие технические характеристики
2,3 кг
Применяемый горючий газ Ацетилен
кислород
Диаметр проволоки 1,6-4,76 мм
Электропривод
Возможность автоматизации да

Установка ручного газопламенного напыления стержнями RODOJET 9810

Система RodoJet-9810 представляет собой идеальное сочетание низкой стоимости оборудования для газопламенного напыления и высококачественного покрытия. Установка предназначена для напыления керамическими стержнями из следующих материалов: оксида хрома (Cr3O2), оксид титана (TiO2), оксид алюминия (Al2O3), стабилизированный иттрием оксид циркония (YSZ) и многие другие. Прозрачная верхняя крышка пистолета позволяет лучше отслеживать подачу стержня и обеспечивает безопасность работы.

Краткие технические характеристики
2 кг
Применяемый горючий газ Ацетилен
кислород
Диаметр проволоки 4-4,5 мм
Электропривод
Возможность автоматизации нет

Установка ручного газопламенного напыления порошком POWDERJET 86

Установка предназначена для напыления различных материалов поставляемых ввиде порошка. Порошок подаётся с помощью специализированного порошкового питателя, подключающегося к пистолету и позволяющего менять скорость подачи порошка, в зависимости от требований технологии. Использующийся в составе установки пистолет позволяет напылять широкий диапазон материалов: самофлюсующиеся покрытия, керамические порошки, композитные порошки, металлические порошки и т.д.

Краткие технические характеристики
1,6 кг
Применяемый горючий газ Ацетилен/СУГ
кислород
Рекомендуемая фракция порошка 10-45 мкм
да

Установка порошкового газопламенного напыления POWDERJET 85

Установка предназначена для напыления различных материалов поставляемых ввиде порошка. Порошок подаётся из специального вибрационного бункера, прикрепляемого непосредственно к пистолету. Подача порошка осуществляется под воздействием силы тяжести за счет собственного веса порошка.

Краткие технические характеристики
2,2 кг
Применяемый горючий газ Ацетилен/СУГ
кислород
Рекомендуемая фракция порошка 10-45 мкм
нет

Серия установок для ручного газопламенного напыления проволокой SPRAYJET 87-98

Установки предназначены ручного напыления различных материалов ввиде проволоки. В качестве привода механизма подачи проволоки используется воздушная турбина. Установки данной серии просты в использовании и позволяют получить покрытия высокого качества. Данное оборудование является полным аналогом систем для ручного газопламенного напыления Oerlikon Metco модель 11Е, 12Е и 14Е.

Краткие технические характеристики
2,65 кг
Применяемый горючий газ Пропан/СУГ
кислород
Диаметр проволоки 3,7 мм
воздушный
Возможность автоматизации нет

Консультация
по услугам

Инженеры компании готовы помочь Вам разобраться в особенностях
и подобрать индивидуальный комплект оборудования,
отвечающий непосредственно Вашим задачам.

Читать еще:  Можно ли приварить нержавейку к черному металлу
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector