Выбор способа нанесения покрытий

 

Цель занятия: Реализация требований к знаниям и умениям, какими должен овладеть студент, по выбору основного типового технологического процесса напыления детали, в зависимости от технологических возможностей и технико-экономических характеристик способа напыления.

Целесообразность использования того или иного способа нанесения покрытия должно определяться в каждом конкретном случае в зависимости от эксплуатационных требований к изделию, номенклатуры деталей, их сложности, требований к надежности и ресурсу, работы изделия, экономической эффективности способа нанесения покрытия с учетом необходимого оснащения, газов и расплавляемых материалов.

Основные характеристики покрытий напыленных разными способами представлены в таблице 16.

Выбор способа нанесения покрытия целесообразно начинать с оценки качественных характеристик покрытия (прочности сцепления напыленного материала с поверхностью детали, пористости и других), границы рациональной толщины покрытия. Далее, в зависимости от масштабов производства, размеров и формы детали необходимо оценить влияние таких технико-экономических показателей, как производительность и коэффициент использования материала (КИМ).

 

 

Таблица 16 - Основные характеристики покрытия нанесенного способами

газотермического напыления

.

Параметры	Способ напыления
Электродуговое	Газопламенное	Плазменное	Детонационное
Производительность кг/ч	2-50	1-10	3-11, 11-25	0,1-1,5
Коэффициент использования материала (КИМ)	0,8-0,95	0,8-0,95	0,7-0,9	0,3-0,6	-
Прочность сцепления, МПа	До 40	До 50	До 50	До 100	60-80
Пористость, %	5-15	5-25	2-15	До 0,5-1,5	2-5
Границы рациональной толщины покрытия, мм	0,1-3,0	0,2-4,0	0,05-1,5	0,1-0,3	0,4-2,5
Форма напыленного материала	Провод	Проволока, порошок гнущийся шнур, пруток	Порошок, проволока	порошок	порошок
Максимальная температура нагрева диспергированных частиц материала, К	До 2000	До 3000	До 4000	До 3000	До 3000
Скорость напыляемых частиц материала, м/с	50-150	20-180	50-400	600-1500	300-1000
Источник теплоты	Електрическая дуга	Пламя, ацетилен кислород, пропан-бутан, кислород, ацетилен воздух, водород-кислород	Плазменная дуга, плазменный источник	Взрывная волна	Ацетилен, пропан, водород, пропилен, метил-ацетилен пропан

 

На выбор способа напыления влияет материал, который используется. От температуры его плавления зависит выбор способа нанесения покрытия по такой технологической характеристике, как возможность получения максимальной температуры нагрева дисперсной частицы и ее скорости. Сравнить эффективность способов нанесения покрытия можно по оценке затрат на нанесение 1 кг покрытия. К этим затратам относится заработная плата, стоимость газов, напыляемых материалов, оборудования. Затраты на основную заработную плату можно определить усреднено в зависимости от производительности способов. В направлении уменьшения производительности их можно пересчитать так: электродуговой - плазменный - газопламенный -детонационный.

По удельным затратам на газ, надо учитывать, что при электродуговом способе используют наиболее дешевый и доступный газ-воздух, при газопламенном и детонационном способе используют кислород и горючие газы (ацетилен, водород, пропан), а при плазменном - аргон, азот, смесь аргона с водородом, гелием. С точки зрения увеличения затрат можно получить такой ряд: электродуговой - газопламенный - детонационный — плазменный.

С помощью электродугового способа наносят покрытия из алюминия, нержавеющей стали, цинка, латуни и других металлов и сплавов, стоимость 1 кг, которых относительно небольшая.

Газопламенным способом, кроме металлических порошков и проволоки, напыляют порошки в основном самофлюсующиеся сплавов на никелевой основе, стоимость которых дороже проволоки в 3...10 раз. Такие порошки требуют последующего оплавления в печах, установках ТВЧ или с помощью газовых горелок. Поэтому к затратам на напыление порошка добавляются затраты на оплавление.

При плазменном напылении довольно широко используется нанесение износоустойчивого покрытия из керамических порошков, в частности оксидов, полученных при производстве абразивных материалов. Основное преимущество - низкая стоимость. Но выпускаются порошки из оксидных керамик специально для газотермического напыления, стоимость которых в несколько раз превышает стоимость самофлюсующихся материалов на основе никеля.

Для детонационного напыления, кроме оксидов, используют карбиды, бориды, нитриды и др. Несмотря на их высокую стоимость, полученные характеристики покрытия в целом ряде случаев делают целесообразным и экономически эффективным использование этих дорогих материалов в объединении с дорогим способом нанесения покрытия.

Если учитывать стоимость наиболее широко используемых в каждом способе проволочных и порошковых материалов, то повышение стоимости 1 кг покрытия будет отвечать такому ряду: электродуговое нанесение покрытия — газопламенное, плазменное - детонационное.

По удельным затратам на оборудование способы нанесения газотермических покрытий можно расставить следующим образом: газопламенное - электродуговое - детонационное - плазменное.

При изготовлении больших серий ответственных деталей необходимо использовать автоматизированные комплекты оборудования, которые кроме установки для напыления должны иметь оборудование для крепления и перемещения деталей и рабочего инструмента, автоматизированные и механизированные линии подготовки деталей и тому подобное.

Увеличение стоимости оборудования для нанесения защитных покрытий зависит от сложности установки для напыления.