Газопламенное напыление порошковых материалов

При газопламенном способе нанесения покрытия напыляемый порошок наносится на деталь с помощью специальных горелок, которые могут быть ручными или машинными. Для ручного напыления металлических порошков используется горелка ГН-2(рис).Основой конструкцией горелки является базовая схема сварочной горелки инженерного типа, которая служит для смешивания горючего газа с кислородом и получения газового пламени. Напыляемый порошок из бункера через клапан под влиянием всасывающего воздействия кислорода и горючего газа, протекающего по каналам инжектора, попадает в сопло, а затем – в ядро пламени.

В зависимости от назначения, и материала детали, различают два метода нанесения порошков: холодный(без оплавления) при котором нагрев детали не превышает , и горячий – с одновременным или последующим оплавлением нанесенного слоя порошка.

 

Холодный метод используется для восстановления поверхности детали с износом до 2,0 мм без деформации, искажения или изменения структуры металла, не подвергающимся в процессе эксплуатации ударам, знакопеременным нагрузкам, большому нагреву. При этом применяют 2 вида порошков: для нанесения подслоя(порошка на основе сплава алюминий-никель) и для основного покрытия(титан – никель)

Горячий метод напыления используют для восстановления поверхностей деталей с местным износом до 3…5 мм, работающих при знакопеременных и ударных нагрузках.

Плунжеры глубинных скважинных нефтяных насосов в настоящее время упрочняются напылением покрытий из порошков

 

Лазерная сварка и наплавка

Лазерная сварка и наплавка осно­ваны на использовании энергии све­тового потока высокой степени направленности. Это вид сварки плав­лением, при котором нагрев материа­ла осуществляется когерентным све­товым лучом, создаваемым оптиче­ским квантовым генератором — ла­зером. Основой частью такой уста­новки является генератор, преобра­зующий энергию, запасенную в блоке конденсаторов, в энергию когерент­ного светового луча. Лазер позволяет сконцентрировать на поверхности де­тали энергию при плотности мощно­сти от предельно малых величин до 1017 Вт/см2-. Энергия может переда­ваться материалу бесконтактно, на значительные расстояния от генера­тора и строго дозировано.
При восстановлении деталей ла­зерный луч используют для приварки дополнительной ремонтной детали или для наплавки поверхностей в ре­зультате расплавления основного и присадочного материала. Присадоч­ный материал может использоваться в виде порошка, проволоки или фоль­ги. Наиболее часто для наплавки используют порошкообразный сплав, который предварительно наносят на восстанавливаемую поверхность в виде обмазки на основе клеевых со­ставов.
Это позволяет обеспечить равно­мерность прогрева по наплавляемой поверхности с минимальными поте­рями порошка и, кроме того, повыша­ет до 60 — 70 % степень поглощения лазерного излучения.
На ремонтных предприятиях ла­зерной наплавкой восстанавливают впускные и выпускные клапаны, распределительные валы, золотники гидрораспределителей, роторы тур­бокомпрессоров и другие детали. К основным достоинствам восстанов­ления лазерной наплавкой следует отнести малое тепловложение в де­таль и как следствие отсутствие де­формаций и зоны термического влия­ния.

 

Рисунок. Схемы лазеров с продольной и поперечной прокачкой газа

Хромирование

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Хромирование - имеет широкое распространение и применяется для восстановления деталей и повышает их износостойко­сть, также служит для декоративных и противокоррозионных целей.

Основные преимущества электролитического хрома:

Электролитический хром — своеобразный металл серебристо-бело­го цвета обладающий высокой микро твердостью в 400—1200 МН/м², (что почти в два раза выше, чем при закалке токами высокой частоты), близкой к микро твердости корунда;

- обладает высокой износостойкостью, особенно в абра­зивной среде (в 2—3 раза по сравнению с закаленной сталью);

- обладает высокой устойчивостью в отношении химических и темпера­турных воздействий, и все это дополняет красивый внешний вид;

- имеет низкий коэффициент трения (на 50% ниже чугуна и стали);

- очень высокая прочность сцепления покрытия с поверхно­стью детали.

Недостатки хромирования и хромового покрытия:

- низкий выход металла по току (8—42%);

- небольшая скорость отложения осадков (0,03 мм/ч);

- высокая агрессивность электролита;

- большое количество ядовитых выделений, образую­щихся при электролизе;

- толщина отложения покрытия практически не пре­вышает 0,3 мм;

- гладкий хром плохо удерживает смазочное масло.

Электролитические осаждения хрома отличаются от дру­гих гальванических процессов как по составу электролита, так и по условиям протекания процесса. Эти особенности состоят в следующем: в качестве электролита используют хромовую кислоту (водный раствор хромового ангидрида СЮ₃) с небольшими добавками серной кислоты (H₂S0₄), а не растворы их солей, как при осаждении других металлов. Концентрация хромового ангидрида в электролите может колебаться в широких пределах — от 100 до 400 г/л, а сер­ной кислоты — от 1 до 4 г/л (причем соотношение CrO₃:H₂S0₄ должно находиться в пределах 90-120). В этом случае вы­ход по току хрома наибольший и процесс идет устойчиво.

Количество трехвалентного хрома в ванне должно быть 3-4% содержания хромового ангидрида; электролиз в хромо­вокислых электролитах ведется с нерастворимыми свинцово-сурьмистыми анодами.

Применение растворимых хромовых анодов невозмож­но ввиду того, что:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

- анодный выход по току хрома в 6-8 раз выше катодного;

- процесс осаждения хрома проводится при высокой катодной плотности тока (D_K = 20-30 А).

При повыше­нии катодной плотности тока увеличиваются твердость осад­ка и хрупкость слоя, а при пониженных значениях тока осадки получаются пластичными;

- обратная зависимость выхода по току от температу­ры электролита и его концентрации. С повышением кон­центрации электролита выход по току резко понижается, тогда как в большинстве других гальванических процессов выход по току повышается;

- хромовые ванны имеют плохую растворяющую спо­собность, т. е. толщина осадков оказывается неравномерной в зависимости от положения анода по отношению к детали (катоду). На ближайших к аноду участках получается боль­шая толщина слоя, а на удаленных – меньшая.

- возникновение значительных растягивающих напря­жений в электролитически осажденном слое. Напряжение тем больше, чем толще покрытие. При определенной тол­щине растягивающие напряжения достигают таких значений, которые приводят к отслоению покрытия. В хромовых покрытиях в связи с этим снижается усталостная прочность на 20%

Саморегулирующий электролит. Его применяют для более устойчивой работы ванн хромирования. Это достига­ется путем введения в ванну труднорастворимого сульфата стронция. Наиболее широкое распространение получил элек­тролит следующего состава (г/л):

 

 

— хромовый ангидрид СгОз — 200-300,

— кремнефторид калия K₂SiF_e — 18-20.

— сульфат стронция SrS0₄ — 5,5-5,6,

1- Блестящий хром;

2- Молочный хром.

Плотность тока D_K = 40-80 А/дм², температура 55-65. Выход по току в этом электролите равен з = 17-19%.

Положительные свойства электролита:

- возможность применения более высоких плотностей;

- скорость осаждения выше, чем в сернокислых элект­ролитах;

- хорошая рассеивающая способность;

g 4g2HQ45Ziqgov6GLFl2ozSw6Xagoz3npIvZ6nNW30YXn8sWkUUX4eStDFyemCxXoN3TRogu1F0mn CxXmOQNdhKEn98vFLmxYamuoIPNDJgt0emLiYejC0MVbj54eM7tQkf5LoQt+fBpOoXORWJ6YZ8fc 9TRc6+f6b/4BAAD//wMAUEsDBBQABgAIAAAAIQAZ452k4QAAAAwBAAAPAAAAZHJzL2Rvd25yZXYu eG1sTI/BasMwEETvhf6D2EJvjawaucG1HEJoewqFJoWS28ba2CaWZCzFdv6+yqm97bDDzJtiNZuO jTT41lkFYpEAI1s53dpawff+/WkJzAe0GjtnScGVPKzK+7sCc+0m+0XjLtQshlifo4ImhD7n3FcN GfQL15ONv5MbDIYoh5rrAacYbjr+nCQZN9ja2NBgT5uGqvPuYhR8TDitU/E2bs+nzfWwl58/W0FK PT7M61dggebwZ4YbfkSHMjId3cVqz7qoRRa3BAUyeQF2MwiZZsCO8cqkTIGXBf8/ovwFAAD//wMA UEsBAi0AFAAGAAgAAAAhALaDOJL+AAAA4QEAABMAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAFtDb250ZW50X1R5 cGVzXS54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAOP0h/9YAAACUAQAACwAAAAAAAAAAAAAAAAAvAQAAX3Jl bHMvLnJlbHNQSwECLQAUAAYACAAAACEAKKDK2SsGAAAfQAAADgAAAAAAAAAAAAAAAAAuAgAAZHJz L2Uyb0RvYy54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAGeOdpOEAAAAMAQAADwAAAAAAAAAAAAAAAACFCAAA ZHJzL2Rvd25yZXYueG1sUEsFBgAAAAAEAAQA8wAAAJMJAAAAAA== " o:allowincell="f">

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Рисунок 2.Схема установки для струйного хромирования: - анод; 2 - устройство для поддержания уровня электролита; 3 - наращиваемый вал; 4- раздвижная кассета; 5 - ванна; 6 - электролит; 7 -подогреватель; 8 - насос.

Положительные свойства:

- меньшая чувствительность к изменению температу­ры и к загрязнению электролита железом, медью и другими металлами.

Отрицательные свойства:

— агрессивность и ядовитость электролита;

— детали подвесных приспособлений, аноды и детали ванн разрушаются больше, чем в сернокислом электролите.

Холодные электролиты: в ремонтном производстве при­меняют двух типов:

- электролит с добавкой фтористых солей,

- тетрахроматные.

Саморегулирующийся холодный электролит:

Состав:

- хромовый ангидрид — 380-420,— кальций углекислый — 60—75,

- кобальт сернокислый — 18-20. Режим электролиза:

- катодная плотность D_k = 100—300 А/дм²,

- температура электролита — 18-25°С. Преимущества электролита — высокий выход по току (35-40%).

Недостаток — требуются мощные холодильные агрега­ты для достижения 18-25 °С при высокой плотности тока (до 200 А/дм²).

Пористое хро­мирование.

Применяют для повышения износостойкости деталей, работающих при больших давлениях и температу­рах и недостаточной смазке. Пористый хром представляет собой покрытие, на поверхности которого специально созда­ется большое количество пор или сетка трещин, достаточно широких для

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

проникновения в них масла. Его можно полу­чить механическим, химическим и электрохимическим спо­собами. Наиболее широко применяют электрохимический способ, который заключается в том, что хром осаждается при режиме блестящего хромирования, обусловливающем появ­ление в покрытии сетки микротрещин.

Струйное хромирование.

Его широком диапазоне плотности тока, достигающей 200 А/дм². Скорость протекания электролита 40-60 см/с, катодно-анодное рассто­яние — 15 мм. При этом получают блестящие покрытия. Выход по току достигает 22%, что вместе с высокой плотно­стью тока ускоряет процесс осаждения хрома: при t = 50 °С и D_k= 100 А/дм'² скорость осаждения составляет 0,1 мм/ч. При струйном хромировании в тетрахроматном электроли­те высококачественные покрытия осаждаются при D = 150— 160 А/дм² со скоростью 0,25 мм/ч. В универсальном элект­ролите хромируют: при температуре — 50 °С, плотности тока — 70-90 А/дм², скорости протекания электролита — 100-120 см/с, катод но-анодном расстоянии 15 мм. Скорость осаж­дения хрома составляет 0,08—0,10 мм/ч.

Проточное хромирование.

Оно обеспечивает блестящие покрытия повышенной твердости и износостойкости и улуч­шенной равномерности покрытия в универсальном электро­лите с повышенным содержанием серной кислоты (3-7 г/л) при температуре — 55—65 °С, плотности тока — 100— 150 А/дм², скорости протекания электролита — 100-120 см/с и межэлектродном расстоянии — 15-30 мм. Выход по току составляет 20-21%. Способ эффективен для хромирования цилиндров и коленчатых валов двигателей.

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

42. Методы упрочнения рабочей поверхности.

При эксплуатации автомобиля в различных условиях возникает необходимость повышения износостойкости и антифрикционных качеств рабочей поверхности гильз за счёт специальной обработки или методов упрочнения.

Легирование чугуна гильз цилиндров, рассмотренное в предыдущем разделе, является одним из методов упрочнения. К сказанному выше необходимо добавить, что упрочнение происходит в результате торможения дислокаций на внедрённых атомах, что существенно изменяет сопротивление их движению и обеспечивает упрочнение металлической матрицы, повышение её сопротивления пластическим деформациям и меньшее снижение твёрдости при нагреве.

Наиболее распространённые виды химико-термической обработки (ХТО) – азотирование, сульфидирование и фосфатирование. Они позволяют сократить расход Ni, Cr, Cu за счёт использования для изготовления гильз менее легированных материалов.

Азотированием достигается значительное повышение (»40НRС)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

твёрдости, износо- и коррозионостойкости рабочей поверхности гильз за счёт образования в ней карбонитридной фазы, которая имеет достаточную пластичность и становится рабочим элементом упрочнённого слоя В работе указывается, что монолитные гильзы цилиндров двигателя ЗИЛ-130 из СЧ 24-44 после азотирования имели износостойкость в 1,5 – 1,9 раза выше, чем серийные с нирезистовой вставкой, при пробеге автомобиля 120…160 тыс.км. При этом во столько же раз уменьшалось изнашивание поршневых колец.

Главными недостатками:

Всех видов ХТО являются малая глубина внедрения в основной материал (0,3-0,35 мм), при этом окончательное периодическое хонингование гильз под ремонтный размер затруднено и ещё несколько её уменьшает; поверхностный слой не может длительное время противостоять высоким нагрузкам, при которых работает пара гильза - поршневое кольцо этот метод упрочнения довольно энергоёмок и дорог.

Поверхностное пластическое деформирование (ППД) – эффективный способ повышения износостойкости трущихся поверхностей детали в условиях граничного трения основанный на использовании пластических свойств материала. В результате такой обработки удаляются риски и микротрещины от предыдущей обработки, увеличиваются твёрдость, износо- и коррозионостойкость поверхности и её усталостная прочность.

Таблица

Вид и способ обработки	Класс точности	Шероховатость Ra, мкм
резание	растачивание хонингование шлифование	3-2	2,5-1,25
2-1	0,62-0,08
2-1	0,16-0,125
ППД	раскатывание: -роликами -шариками	2-1	0,32-0,08
	0,32-0,08

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Магнитно-импульсное упрочнение

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.Термопластичные полимеры и Термореактивные полимеры.

Термопластичные полимеры (термопласты)- состоят из макромолекул, соединенных между собой только физическими связями. Энергия разрыва физических связей невелика и составляет от 12 до 30 кДж/моль. При нагревании физические связи исчезают, при охлаждении — восстанавливаются.

Энергия разрыва химических связей, соединяющих мономерные звенья в цепную макромолекулу, многократно превышает указанные значения и составляет 200-460 кДж/моль. Поэтому при нагревании термопластов до температуры плавления физические связи исчезают, а химические — ковалентные — сохраняются, и, следовательно, сохраняется неизменным химическое строение полимера.При охлаждении и затвердевании такого расплава физические связи и основные физические свойства термопластичного полимерного вещества восстанавливаются.

Таким образом, термопласты, во-первых, допускают формование изделий из расплава с его последующим охлаждением и затвердеванием и, во-вторых, могут перерабатываться многократно. Это, в свою очередь, позволяет возвращать в производственный цикл отходы производства, брак, изделия, утратившие потребительскую ценность.

Термореактивные полимеры

Реактопласты- состоят из макромолекул, соединенных поперечными ковалентными, то есть химическими связями. Образовавшаяся сетчатая химическая структура необратима.

Нелимитированное нагревание сетчатых полимеров приводит не к расплавлению, а к разрушению пространственной сетки, сопровождающемуся термодеструкцией. С точки зрения практики это означает, что реактопласты допускают лишь однократную переработку в изделия, которые формуются в результате химической реакции отверждения.

Технологические и иные отходы производства практически не рециклируются. Вместе с тем сетчатая молекулярная структура придает полимерам ряд особых свойств, не наблюдаемых у термопластов. Так, густосетчатые термореактивные полимеры, например, полиэпоксиды, характеризуются повышенными значениями модуля упругости, твердости и теплостойкости; редкосетчатые реактопласты, основными представителями которых являются эластомеры.

Сополимеры

Содержат в основной макроцепи звенья из двух или более различных мономеров.
Сополимеризация позволяет изменять свойства получаемых полимеров в весьма широких пределах, направленно формировать те или иные характеристики. Например, введение в макроцепь фторолефина звеньев или блоков этилена приводит к получению материала, который в отличие от фторопласта (ФП) приобретает способность плавиться и, следовательно,

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

перерабатываться в изделия подобно ПЭ.

При этом сополимер сохраняет ряд свойств, характерных как для ФП (повышенная по сравнению с ПЭ теплостойкость, низкий коэффициент трения и ряд характеристик ПЭ(технологичность, универсальность применения.