Плазменное напыление - Обслуживание и ремонт автомобиля

Плазменное напыление

При плазменном нанесении металлических покрытий для расплавления и переноса порошка на поверхность детали используются тепловые и динамические свойства плазменной струи, которую получают нагревом плазмообразующего газа в электрической дуге, горящей между катодом и анодом плазменной горелки (плазмотрона).

В качестве плазмообразующих газов при восстановлении автомобильных деталей чаще всего используют аргон, так как аргонная плазма имеет наиболее высокую температуру (15000-30000°С). Плазмообразующим газом может также служить азот, плазма которого имеет температуру 10000-15000°С или смесь аргона и азота.

Порошок в сопло плазмотрона подается из порошкового питателя (дозатора) транспортирующим газом, в качестве которого также применяют аргон и азот.

Высокая температура нагрева металлических частиц и большая скорость полета их при плазменном напылении обеспечивает более высокие, чем при других способах газотермического напыления, физико-механические свойства покрытия и более прочное сцепление его с поверхностью детали.

Оборудование для плазменного напыления

Для плазменного напыления отечественной промышленностью выпускаются несколько видов установок. В настоящее время наиболее распространены установки типа УПУ и УМП.

В комплект установок входят шкаф управления, плазмотрон, порошковый питатель. Кроме того, установки УПУ комплектуются источником питания.

Наиболее ответственным узлом плазменной установки является плазмотрон, в котором формируются геометрические и энергетические параметры плазменной струи. Стабильность и долговечность плазмотрона во многом зависят от стойкости сопла, которое воспринимает наиболее высокие нагрузки. Срок службы современных плазмотронов сравнительно невысок, поэтому основные его элементы (сопло и вольфрамовый электрод) делаются сменными.

Другим важным узлом установки является порошковый питатель, от которого также зависит стабильность протекания процесса. Наиболее надежны в работе порошковые питатели с механической дозировкой порошка.

Выпускаемое в настоящее время оборудование для плазменного напыления комплектуется одним порошковым питателем. Между тем, в течение рабочего дня иногда приходится пользоваться несколькими марками порошков, например, при восстановлении алюминиевых деталей пользуются алюминиевым порошком, при восстановлении стальных деталей — другим, различные по твердости поверхности деталей требуют применения разных порошков. Поэтому, чтобы не заменять каждый раз порошки целесообразно иметь не один, а несколько порошковых питателей.

Для осуществления процесса плазменного напыления кроме основного оборудования необходимо иметь и дополнительную оснастку: шкаф для сушки порошков, сито для их просеивания, дробеструйную установку, насосную установку для создания необходимого давления воды, поступающей в установку для охлаждения аппаратуры. Пост восстановления деталей плазменным напылением оборудуют также камерой с вытяжной вентиляцией и механизмами для вращения детали, перемещения плазмотрона относительно детали.

Материалы для нанесения покрытий

При плазменном напылении можно применять и порошки и проволоку, однако при восстановлении деталей в основном применяют порошки, так как они дают более мелкий распыл.

Чаще других применяют порошки на основе никеля, например, порошок ПН85Т15. Температура его плавления 1400°, прочность сцепления покрытия со сталью достаточно высока.

Порошок ПН55Т45 используют для нанесения износостойких покрытий, работающих в условиях безударных нагрузок. Температура плавления порошка 1240°С, твердость покрытия HRC 55-60.

Большая номенклатура деталей может быть восстановлена порошком ПН70Т30. Покрытие, нанесенное этим порошком, обладает высокой плотностью, пониженной хрупкостью, достаточно высокой прочностью сцепления, удовлетворительной обрабатываемостью.

Находят применение и другие порошки: СНГН (твердость покрытия HRC 55), СР-2 (HRC 25), СРЗ (HRC 45) и др. Для восстановления деталей из алюминиевых сплавов применяют смесь порошков АКП (95%) и ПМС-2 (5%).

Для повышения прочности сцепления покрытия с подложкой при восстановлении стальных и чугунных деталей рекомендуется наносить подслой из молибденового порошка.

При нанесении покрытий из порошковых материалов большое значение имеет размер частиц наносимого материала. От гранулометрического состава исходного порошка зависит производительность процесса, свойства получаемого покрытия, а также сама возможность нанесения покрытия. Так, крупные частицы недостаточно хорошо прогреваются, из-за чего прочность связи с подложкой намного ниже. Слишком мелкие частицы не обладают достаточной энергией для образования прочной связи с подложкой и, кроме того, успевают охладиться до их попадания на поверхность. Мелкий порошок не обладает хорошей сыпучестью и транспортировка его в плазмотрон затруднена. Наиболее подходящими для плазменного напыления являются порошки с размером частиц 50-100 мкм.

Перед применением порошки необходимо просушить и просеять. Если использовать порошки с размером гранул, значительно отличающихся друг от друга, то мелкие частицы могут сгореть в высокотемпературной плазменной струе, в то время как крупные частицы, обладающие большей массой, могут не успеть нагреться до температуры плавления и при ударе о напыляемую поверхность отскочить от нее. Если порошки просеяны на заводе-изготовителе, то их просеивать не надо.

Порошковые материалы гигроскопичны, поэтому хранить их следует в герметичной таре. Для улучшения сыпучести порошков их перед нанесением покрытия рекомендуется просушить 1-2 ч при 120-150°С. При сушке необходимо периодически помешивать порошок. Толщина слоя на противнях при сушке не должна превышать 20-25 мм.

Технология нанесения покрытия плазмой

Прежде чем приступить к осуществлению процесса напыления необходимо выполнить ряд подготовительных операций: засыпать в бункер дозатора порошок, включить насос для подачи воды под давлением в систему охлаждения аппаратуры, отрегулировать редукторами на баллонах давление газов и на ротаметре их расход, включить источник питания и установить заданное технологией напряжение, включить вентиляцию. После этого включают, вращение детали и, прогрев ее немного плазменной струей, включают подачу порошка.

Решающее значение на качество покрытия оказывает режим напыления. Вот оптимальные режимы плазменного напыления наружных поверхностей цилиндрических стальных деталей диаметром 20-50 мм: напряжение на дуге 35-45 В; сила тока 280-350 А; расход плазмообразующего газа (аргона) 20-25 л/мин; расход транспортирующего газа (азота) 2-4 л/мин; расстояние от сопла до напыляемой поверхности — 80-120 мм; диаметр выходного отверстия сопла плазмотрона 6-7 мм; частота вращения детали 40-60 об/мин; продольная подача плазмотрона 3,5-4,0 мм/об; расход порошка 4-7 кг/ч.

С течением времени происходит износ деталей соплового узла, поэтому режим нанесения покрытия приходится все время корректировать. В связи с этим при переходе на восстановление другой детали рекомендуется произвести опытное напыление на негодной детали.

Исследованиями установлено, что сцепление покрытия с деталью в значительной мере зависит от температуры нагрева металлических частиц и скорости их полета в момент удара о поверхность. Скорость полета частиц, в свою очередь, зависит от скорости истечения плазмы, мощности дуги, вида и расхода плазмообразующего газа, формы и размеров каналов сопла, размера частиц порошка и других факторов. С увеличением расстояния между соплом плазмотрона и поверхностью детали температура и скорость полета частиц понижается и ухудшается их сцепление. При увеличении напряжения против оптимального происходит перегрев напыляемого покрытия. Частота вращения детали и продольная подача плазмотрона должны быть такими, чтобы за один проход наносился слой толщиной не более 0,1-0,15 мм.

Для обеспечения нужного качества толщина покрытия должна быть небольшой — до 1,5 мм. С ростом толщины покрытия в нем происходит увеличение внутренних напряжений, что снижает прочность сцепления слоя с подложкой.

При восстановлении деталей, имеющих износ значительных по величине площадей, во избежание перегрева наносимого покрытия, прибегают к охлаждению детали струей сжатого воздуха, который подают либо через внутренние каналы детали, либо на уже сформировавшееся покрытие. Нельзя подавать струю воздуха в зону напыления, так как это приводит к охлаждению металлических частиц и ухудшению их сцепляемости с поверхностью.

В некоторых случаях, когда детали требуется придать повышенную износостойкость, а также увеличить прочность сцепления покрытия с поверхностью детали, производят оплавление покрытия. При этом расплавляются лишь наиболее легкоплавкие составляющие сплава, сама же деталь только нагревается. Оплавление покрытия обычно производят плазменной струей сразу же после нанесения слоя требуемой толщины. Нагрев ведут до тех пор, пока на поверхности покрытия появляется характерное «запотевание», оно становится блестящим и более ровным.

В процессе плазменного напыления возможны различные неполадки, чаще всего связанные с ухудшением работы соплового узла плазмотрона. Симптомом неисправности сопла является появление на поверхности детали во время напыления крупных наростов нерасплавившегося порошка. Происходит это из-за оплавления конуса и выходного отверстия медного сопла, подплавления конца вольфрамового электрода. Возможно также нарушение герметичности между элементами соплового узла. В этом процессе наблюдается подтекание воды из системы охлаждения.

Процесс плазменного напыления нарушается также при неисправностях в порошковом питателе. Признаком неполадок в работе питателя является неравномерная пульсирующая струя порошка, выходящая из сопла плазмотрона.

Случаются и другие неисправности, приводящие к нарушению стабильности процесса: износ отверстий подачи порошка в плазменную струю, отложение толстого слоя накипи в рубашке охлаждения соплового узла, в результате чего происходит перегрев деталей узла, другие неисправности.

Комментарии закрыты, но вы можете Трекбэк с вашего сайта.

Комментарии закрыты.