Сведения по электродуговому напылению

Принципиальная схема электродугового напыления показана на рисунке. Через два канала в горелке подаются непрерывно две проволоки (диаметром 1,5 – 2,0 мм), между концами которых возбуждается дуга и происходит расплавление проволоки. Расплавленный металл подхватывается струей сжатого воздуха, вытекающего из центрального сопла электрометаллизатора, и в мелкораспыленном виде переносится на поверхность основного материала. Распыление и транспортирование расплавляемого металла осуществляется обычно сжатым воздухом, хотя при напылении коррозионно-стойкой сталью и алюминиевыми сплавами используют азот. При дуговом напылении на постоянном токе процесс протекает стабильно, обеспечивая получение слоя покрытия с мелкозернистой структурой при высокой производительности процесса. Поэтому в настоящее время для дугового напыления применяют источники постоянного электрического тока со стабилизатором напряжения или источники со слегка возрастающей характеристикой.

Рис. Схема процесса электродугового напыления:

1 – напыляемая поверхность; 2 – направляющие наконечники; 3 – воздушное сопло; 4 – подающие ролики; 5 – проволока

 

Температура дуги зависит от вида транспортирующего газа, состава электродной проволоки, режимов напыления и других параметров. При использовании металлических электродов и силе тока дуги 280 А достигается температура примерно 6100 ± 200 К. Во время дуговой металлизации, протекающей при такой температуре, легче образуются капли напыляемого металла.

Дуговая металлизация обладает следующими преимуществами. Применение мощных электрометаллизационных установок позволяет значительно повысить производительность процесса и сократить затраты времени.

Например, при силе тока 750 А можно напылять стальное покрытие с производительностью 36 кг/ч, а при силе тока 500 А цинковое покрытие с производительностью 1,2 кг/мин, что в несколько раз превышает производительность газопламенного напыления. По сравнению с газопламенным напылением электродуговое напыление позволяет получать более прочные покрытия, которые лучше соединяются с основой. При использовании в качестве электродов проволок из двух различных металлов можно получить покрытие из их сплава. Такого рода сплавы называют псевдосплавами. Эксплуатационные расходы при электродуговом напылении небольшие. К числу недостатков электродугового напыления относится опасность перегрева и окисления напыляемого материала при малых скоростях подачи распыляемой проволоки. Кроме того, большое количество теплоты, выделяющееся при горении дуги, приводит к значительному выгоранию легирующих элементов, входящих в напыляемый сплав (например, содержание углерода в материале покрытия снижается на 40 – 60 %, а кремния и марганца на 10 – 15 %).

ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ НАПЫЛЕНИЯ НА КАЧЕСТВО ПОКРЫТИЯ.

Процесс напыления необходимо вести на режимах, оптимальных для выбранного способа и типа оборудования. Оптимальный режим напыления зависит от многих факторов: характеристик источника нагрева, химического состава, теплофизических свойств, диаметра напыляемого материала, состава металла основы, размера и форм изделия, состояния поверхности под напыление, угла и дистанции напыления и др., поэтому при напылении следует обратить внимание на:

1) состояние поверхности металла изделия. Если при визуальном осмотре на поверхности обнаружены следы загрязнении (влага, оксиды, окалина и т.п.), то следует вновь осуществить очистку поверхности. Напыление следует производить не позднее, чем через 4 часа после абразивно-струйной обработки;

2) дистанцию напыления. Оптимальное расстояние от среза сопла горелки до поверхности напыления обычно составляет 75-250 мм. При малых расстояниях напыления существует опасность термической деформации детали. При большой дистанции происходит снижение температуры и скорости напыляемых частиц, что приводит к образованию рыхлого покрытия;

3) угол напыления. Лучшее качество покрытия наблюдается при угле напыления 90⁰, в случае необходимости допускается отклонение от вертикали, но не более чем на 45⁰. При угле напыления менее 90⁰, несколько снижается качество покрытия;

4) температуру поверхности основного металла в процессе напыления. Перегрев поверхности металла в процессе напыления вызывает снижение прочности сцепления покрытия или становится причиной деформации;

5) равномерность толщины покрытия. Для получения покрытия равномерной толщины необходимо, чтобы толщина слоя напыляемого слоя за один проход не превышала 0,25 мм;

6) толщину напыляемого покрытия. При большой толщине покрытия под действием остаточных напряжений, которые появляются в нем в результате усадки напыляемого материала, происходит разрушение контактной зоны и отслоение покрытия. Минимальная толщина покрытия должна включать припуск на механическую обработку и некоторый допуск на износ. При диаметре валов от 50 до 100 мм толщина покрытия должна быть не менее 0,6 мм. На участках, где необходима запрессовка, напыляют покрытие толщиной 0,13 мм;

7) скорость подачи напыляемого материала. Очень важно, чтобы напыление происходило на оптимально выбранной и поддерживаемой на заданном уровне скорости подачи напыляемого материала. При слишком большой скорости подачи напыляемого материала увеличивается длина участка проволоки, на котором происходит расплавление, что, может привести к значительному ее окислению в процессе распыления. Это усугубляется увеличением размера частиц до значений, ухудшающих качество напыляемого покрытия.