Metody opryskiwania

Natryskiwanie — technologiczny proces tworzenia powłok przez natryskiwanie ciekłych rozproszonych cząstek, które osadzają się przy zderzeniu z powierzchnią. Szybkość stygnięcia cząstek wynosi 10 000-100 000 000 stopni na sekundę, co skutkuje bardzo szybką krystalizacją natryskiwanej powłoki i niską temperaturą nagrzewania powierzchni.

Powłoki są natryskiwane w celu zwiększenia odporności na korozję, odporności na zużycie, odporności na ciepło oraz naprawy zużytych zespołów i części.

Istnieje kilka sposobów nanoszenia powłok:

1) Natryskiwanie płomieniowe drutem, proszkiem lub patyczkiem (rys. 1, 2). Rozproszony materiał topi się w płomieniu palnika gazowego poprzez spalenie palnego gazu (zwykle mieszaniny acetylenu z tlenem w stosunku 1:1) i jest przenoszony na powierzchnię strumieniem sprężonego powietrza. Temperatura topnienia rozpylanego materiału musi być niższa niż temperatura płomienia mieszanki palnej (tabela 1).

Zaletą tej metody jest niski koszt sprzętu i jego eksploatacji.

Ryż. 1. Natryskiwanie drutem płomieniowym

Ryż. 2.Schemat aparatury do rozpylania drutu pocztowego: 1 — osuszacz powietrza, 2 — odbiornik sprężonego powietrza, 3 — butla z gazem opałowym, 4 — reduktory, 5 — filtr, 6 — butla z tlenem, 7 — rotametry, 8 — palnik natryskowy, 9 — podawanie drutu kanał

Tabela 1. Temperatura płomienia mieszanin palnych

2) Natryskiwanie detonacyjne (rys. 3) przeprowadza się kilka cykli na sekundę, dla każdego cyklu grubość natryskiwanej warstwy wynosi około 6 mikronów. Rozproszone cząstki mają wysoką temperaturę (ponad 4000 stopni) i prędkość (ponad 800 m/s). W tym przypadku temperatura metalu nieszlachetnego jest niska, co wyklucza jego odkształcenie termiczne. Jednak odkształcenie może nastąpić w wyniku działania fali detonacyjnej i stanowi to ograniczenie zastosowania tej metody. Koszt sprzętu do detonacji jest również wysoki; wymagany jest specjalny aparat.

Ryż. 3. Natrysk z detonacją: 1 — zasilanie acetylenem, 2 — tlen, 3 — azot, 4 — rozpylony proszek, 5 — detonator, 6 — rura chłodząca wodą, 7 — detal.

3) Metalizacja łuku (rysunek 4). Do drutu elektrometalizatora wprowadza się dwa druty, z których jeden służy jako anoda, a drugi jako katoda. Powstaje między nimi łuk elektryczny i drut topi się. Natrysk odbywa się za pomocą sprężonego powietrza. Proces odbywa się za pomocą prądu stałego. Ta metoda ma następujące zalety:

a) wysoka wydajność (do 40 kg/h natryskiwanego metalu),

b) trwalsze powłoki o wysokiej przyczepności w porównaniu do metody płomieniowej,

c) możliwość zastosowania drutów z różnych metali umożliwia uzyskanie powłoki „pseudostopowej”,

d) niskie koszty eksploatacji.

Wady metalizacji łukiem metalowym to:

a) możliwość przegrzania i utlenienia natryskiwanych materiałów przy małej prędkości posuwu,

b) spalanie pierwiastków stopowych rozpylanych materiałów.

Ryż. 4. Metalizacja łukiem elektrycznym: 1 — zasilanie sprężonym powietrzem, 2 — podawanie drutu, 3 — dysza, 4 — druty przewodzące, 5 — detal.

4) Rozpylanie plazmowe (Rysunek 5). W plazmotronach anodą jest chłodzona wodą dysza, a katodą jest pręt wolframowy. Jako gazy plazmotwórcze powszechnie stosuje się argon i azot, czasem z dodatkiem wodoru. Temperatura na wylocie dyszy może wynosić kilkadziesiąt tysięcy stopni; w wyniku gwałtownego rozprężenia gazu strumień plazmy uzyskuje dużą energię kinetyczną.

Proces natryskiwania plazmą wysokotemperaturową umożliwia nakładanie powłok ogniotrwałych. Zmiana wzoru natryskiwania umożliwia stosowanie szerokiej gamy materiałów, od metali po substancje organiczne. Gęstość i przyczepność takich powłok są również wysokie.Wadami tej metody są: stosunkowo niska wydajność i intensywne promieniowanie ultrafioletowe.

Przeczytaj więcej o tej metodzie powlekania tutaj: Powłoki natryskowe plazmowe

Ryż. 5. Natrysk plazmowy: 1 — gaz obojętny, 2 — woda chłodząca, 3 — prąd stały, 4 — materiał natryskiwany, 5 — katoda, 6 — anoda, 7 — cz.

5) Rozpylanie elektropulsacyjne (Rysunek 6). Metoda opiera się na wybuchowym stopieniu drutu, gdy przechodzi przez niego wyładowanie elektryczne kondensatora. W tym przypadku około 60% drutu topi się, a pozostałe 40% przechodzi w stan gazowy. Stop składa się z bardzo małych cząstek od kilku setnych do kilku milimetrów.Jeśli poziom rozładowania jest nadmierny, metal w drucie całkowicie zamienia się w gaz. Ruch cząstek w kierunku natryskiwanej powierzchni jest spowodowany rozszerzaniem się gazu podczas wybuchu.

Zaletą metody jest brak utleniania w wyniku wypierania powietrza, duża gęstość i przyczepność powłoki. Do wad można zaliczyć ograniczenie w doborze materiałów (muszą one przewodzić prąd elektryczny), a także niemożność uzyskania grubych powłok.

Ryż. 6. Schemat rozpylania impulsów elektrycznych: CH — zasilanie kondensatora, C — kondensator, R — rezystor, SW — przełącznik, EW — przewód, B — szczegół.

6) Natryskiwanie laserowe (Rysunek 7). Podczas natryskiwania laserowego proszek jest podawany na wiązkę laserową przez dyszę podającą. W wiązce laserowej proszek jest topiony i nakładany na obrabiany przedmiot. Gaz osłonowy służy jako ochrona przed utlenianiem. Obszarem zastosowania natryskiwania laserowego jest powlekanie narzędzi do tłoczenia, gięcia i cięcia.

Materiały proszkowe stosuje się do natryskiwania płomieniowego, plazmowego, laserowego i detonacyjnego. Drut lub patyk — do natryskiwania płomieniem gazowym, łukiem elektrycznym i impulsem elektrycznym. Im drobniejsza frakcja proszku, tym mniejsza porowatość, lepsza przyczepność i wyższa jakość powłoki. Opryskiwana powierzchnia dla każdej metody oprysku znajduje się w odległości co najmniej 100 mm od dyszy.

Ryż. 7. Natrysk laserowy: 1 — promień lasera, 2 — gaz ochronny, 3 — proszek, 4 — detal.

Opryskiwane części

Natryskiwanie powłok stosuje się:

• ogólna mechanika do wzmacniania części (łożyska, rolki, koła zębate, sprawdziany, w tym gwintowane, centra maszyn, matryce i stemple itp.);

• w przemyśle motoryzacyjnym do powlekania wałów korbowych i wałków rozrządu, zwrotnic, cylindrów, głowic i pierścieni tłoków, tarcz sprzęgła, zaworów wydechowych;

• w przemyśle lotniczym do pokrywania dysz i innych elementów silników, łopatek turbin, do wykładania kadłuba;

• w przemyśle elektrotechnicznym — do powłok kondensatorów, reflektorów antenowych;

• w przemyśle chemicznym i petrochemicznym — do pokrywania zaworów i gniazd zaworów, dysz, tłoków, wałów, wirników, cylindrów pomp, komór spalania, do zabezpieczania przed korozją konstrukcji metalowych pracujących w środowisku morskim;

• w medycynie — do rozpylania elektrod ozonatorów, protez;

• w życiu codziennym — do wzmocnienia wyposażenia kuchni (naczynia, piece).