ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ПОРОШКОВОГО НАПЫЛЕНИЯ из "Научные основы технологии холодного газодинамического напыления(хгн) и свойства напыленных материалов " Общим для всех газотермических методов является то, что материал покрытия нагревается и ускоряется в высокотемпературном газовом потоке. На поверхность подложки напыляемый материал поступает в виде мелких расплавленных или пластифицированных частиц, которые, ударяясь об нее, деформируются и, закрепляясь, образуют сплошное покрытие. [c.28] Существенный толчок развитию методов напыления дало применение плазменных источников нагрева. Создание в конце 50-х годов надежной техники генерирования низкотемпературной плазмы позволило разработать новые плазмотроны для нанесения покрытий. В настоящее время это один из наиболее развитых процессов плазменной обработки, не только позволяющий упрочнять поверхность конструкционных материалов, но и дающий возможность создавать новые композиционные материалы и покрытия, которые не могут быть получены другими методами [1, 10, 8, 44, 45, 46, 47, 48]. [c.28] В последние годы интенсивно развивается высокоскоростной газопламенный метод (HVOF) [54, 55, 56, 57]. В высокоскоростных газопламенных аппаратах кислород и топливо смешиваются в цилиндрической камере устройства, порошок инжектируется по оси. Далее следует сужающееся сопло, переходящее в трубку постоянного диаметра. В качестве топлива используются пропилен, ацетилен, а в качестве окислителя кислород. Энергия, высвоболсдающаяся при горении, идет на нагрев и ускорение газа и порошка. Скорость рабочего газа зависит от композиции исходных газов, давления, температуры, плотности и сечения, через которое газ движется. По выходе из трубки постоянного сечения струя, истекающая с избытком давления с нерасчетностью около 2, расширяется и достигает сверхзвуковых скоростей. Максимальная скорость газа около 1400 м/с. Максимальная скорость частиц около 400. .. 500 м/с с размером 40 мкм [58, 59, 60]. [c.29] В жидкотопливных высокоскоростных пламенных аппаратах имеется камера для впрыскивания жидкого топлива и кислорода. Далее следует сверхзвуковое сопло Лаваля, вслед за которым располагается баррель - трубка постоянного сечения. Число Маха на выходе сопла и соответственно входе баррели М = 2. На выходе баррели газовый поток еще сверхзвуковой и давление больше атмосферного. Продукты горения на выходе сопла образуют область пониженного давления, куда вводится порошок. Радиальное введение порошка в область пониженного давления позволяет уменьшить давление в дозаторе. [c.30] Высокое давление (5. .. 10 атм.) позволяет получать большие скорости. Порошки меньше окисляются, так как находятся в потоке малое время из-за высоких скоростей, о чем говорит малое содержание окислов в покрытиях. Баррель помогает обеспечить более однородный прогрев частиц. Смешение струи с окружающей атмосферой приводит к окислению частиц. Таким образом, ускорение частиц производится нерасчетной струей, имеющей 8. .. 12 бочек , и общей длиной около 20 см. Сильные звуковые волны от начала струи возникают на срезе сопла от взаимодействия вихрей турбулентного слоя смешения с удар-,ными волнами (УВ). Интенсивность звука пропорциональна силе УВ, а длина волны - длине бочки . [c.30] Для поддержания в рабочем состоянии камеры сгорания, сопла и баррели требуется применять водяное охлаждение, на котором теряется около 30 % энергии, выделяемой при сгорании топлива. [c.30] Отмечается существенное улучшение свойств покрытий при их получении с помощью высокоскоростных жидкотопливных аппаратов, что выражается в пониженном содержании окислов, более высокой адгезии, уменьшенной пористости [54, 55, 56, 61]. Однако этот метод имеет значительные ограничения, связанные с использованием струи продуктов сгорания с температурой 3000 К. [c.30] При движении порошка в высокотемпературной струе могут произойти значительные изменения его свойств (окисление, фазовые переходы, разложение и т. д.), что в ряде случаев не позволяет наносить покрытия с определенными, заданными свойствами. [c.30] Наличие высоких температур делает совершенно невозможным на- несение композиционных покрытий из механической смеси порошков, значительно различающихся по физико-химдческим свойствам. [c.30] С уменьшением размера частиц, используемых при напылении, улучшается заполнение покрытия плотность его увеличивается, объем микропустот уменьшается, строение покрытий становится более однородным, появляется возможность наносить тонкие поверхностные пленки покрытия. Однако слишком мелкие порошки не могут быть использованы для газотермических методов напыления, особенно это касается нетугоплавких материалов, поскольку, будучи введенными в высокотемпературную струю, такие порошки могут в ней полностью испариться. По этой причине для напыления высокотемпературными методами обычно используют порошки размером более 10 мкм. [c.31] Наличие высокотемпературной струи может явиться причиной существенного нагрева обрабатываемого изделия (особенно при напылении на достаточно мелкие детали). [c.31] В процессе напыления частицы могут образовывать при высоких температурах различные токсичные соединения, что вызывает необходимость проведения дополнительных работ по защите обслуживающего персонала. [c.31] Можно выделить ряд проблем, решение которых будет способствовать дальнейшему усовершенствованию термических методов напыления. Для надежного закрепления частиц на поверхности требуется сообщить им определенную температуру и определенную скорость. К настоящему времени получены скорости 500. .. 1000 м/с для частиц размером 30. .. 40 мкм. При этом с увеличением скорости улучшается качество покрытий. Таким образом, первая проблема - это получение высокой скорости частиц, в частности выше 500 м/с, недорогими средствами. К таким средствам можно отнести использование сверхзвуковых сопел достаточной длины. [c.31] Следующая важная проблема - поддержание достаточно высокой температуры потока и необходимость охлаждения аппарата для напыления, приводящее к потерям 30. .. 40 % от полученного тепла. [c.31] Третья проблема - получение однородного потока частиц по всему сечению сопла как по температуре, так и по скорости, решение которой позволит максимально поднять коэффициент использования порошка, получать равномерные покрытия с высокой степенью воспроизводимости. [c.32] Следующая проблема — защита частиц от химического взаимодействия с внешней средой. Дело в том, что струя по выходе из сопла интенсивно перемешивается с окружающим воздухом, и смешение тем сильнее, чем выше температура и длина струи. Это является еще одной причиной неоднородности потока частиц как по температуре и скорости, так и по химическому составу в связи с интенсивным окислением частиц. Чтобы избежать перегрева подложки, ее окисления и образования термических напряжений, напьшение ведут на значительной дистанции (10. .. 40 см и более), а это увеличивает время нахождения частицы в агрессивной среде. [c.32] Все газотермические методы напыления (газопламенный, плазменный, детонационный) являются высокотемпературными, имеющими температуру истекающей струи порядка нескольких тысяч градусов (1 500. .. 50000 °С). Это, конечно же, с одной стороны, обеспечивает разнообразие, а с другой - накладывает определенные ограничения на область применения данных методов. [c.32] Все это, а также довольно большая сложность и высокая стоимость оборудования являются причиной необходимости поиска и создания новых методов напыления, одним из которых является холодное газодинамическое напыление. [c.32] Вернуться к основной статье