Спосіб газотермічного напилення металевих покриттів

1. Спосіб газотермічного напилення металевих покриттів на поверхню виробу, при якому в процесі формування плазмового потоку, що надходить з напилюючого сопла металізатора, здійснюють охолодження останнього повітряним потоком, який відрізняється тим, що охолоджуючий повітряний потік подають коаксіально плазмовому, а напилення здійснюють при зрівноважених величинах тиску в зоні повітряного потоку і в зоні плазмового потоку в умовах їх ламінарного витікання. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що напилення виробу здійснюють після попередньої механічної обробки напилюваної поверхні. 3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що напилення виробу здійснюють після дробоструминної механічної обробки напилюваної поверхні. Корисна модель відноситься до області відновлення зношених поверхонь деталей та вузлів, зокрема, посадочних місць з'єднань типу "валвтулка", і може бути використана при відновленні роторів турбін, компресорів і т.п. Найбільшого поширення запропоноване технічне рішення матиме при проведенні ремонтних робіт (відновленні зношених поверхонь) вісей залізничних колес. В умовах переведення економіки на шлях інтенсивного розвитку і підвищеної ефективності суспільного виробництва важливого значення набуває проблема економії використання матеріалів, енергії та трудових ресурсів. Особливо це стосується тих галузей народного господарства, в яких широко застосовується техніка, робота якої пов'язана зі значними навантаженнями, швидкостями, руйнівним атмосферним впливом тощо. Прикладом такої техніки можуть бути залізничні вісі, до яких перш за все ставляться вимоги високої надійності в експлуатації, механічної міцності та довговічності. Умови роботи залізничних вісей пов'язані з постійним тертям, тому з часом виникає нагальна потреба відновлення зношених (стертих) поверхонь шляхом формування на них покриттів, експуатаційні характеристики яких відповідають зазначеним вище вимогам. На сьогоднішній день розроблено широке коло технологій по відновленню та напиленню різноманітних поверхонь. Так, відома методика, яка пе редбачає нанесення відновлюючого шару металевих матеріалів шляхом розпилювання їх на зношену поверхню повітряним потоком (Технологическая инструкция И-32-ВНИИСТ - 050318-83, 1983г.) Прискорені дискретні часточки повітряного потоку, що переносяться із сопла металізатора, активно взаємодіють з киснем, тому вони неминуче окислюються, що призводить до появи пор, несуцільностей та інших дефектів напиленого матеріалу. Звісно, що застосування деталей чи вузлів, напилених таким методом, в умовах підвищених навантажень та постійно діючого тертя є просто недопустимим. Відомий також спосіб відновлення зношених циліндричних деталей, при якому напилення здійснюють електродуговою металізацією порошковим дротом ["Новые процессы и оборудование для газотермического и вакуумного покрытия". - Сборник научных трудов. Киев, ИЭС им.Е.О. Патона, 1990, с.69]. Процес здійснюється майже за тих же умов, що і в наведеному вище прикладі, тому напилений шар має ті ж недоліки: завищену пористість (до 15%), несуцільності та низьку міцність. Такі деталі є несумісними з експлуатацією в умовах підвищеного тертя та значних навантажень. За прототип запропонованої корисної моделі прийнятий спосіб газотермічного напилення металевих покриттів на поверхню виробу, при якому в процесі формування плазмового потоку, що над со о см о> 7204 ходить з напилюючого сопла металізатора, здійснюють охолодження останнього повітряним потоком [В Г Кубатка, Л С Круглов, Электродуговая металлизация и сварки проволокой ПАНЧ-11, М , изд Энергоатомиздат, ж-л "Энергетик", №10, 1984, с 110] В цьому джерелі інформації описана технологія відновлення з'єднань типу "вал-втулка" Для забезпечення задовільного зчеплення розпилюваних часток з поверхнею оброблюваних поверхонь останні піддають механічній обробці - на них нарізають так звану "рвану різьбу", після чого поверхні напилюють Недолік цієї методики полягає як в недосконалості прийомів її проведення, так і в недостатньо ефективній попередній обробці поверхонь деталей Результатом цього є низькі експлуатаційні можливості відновлених деталей, причиною яких є підвищена пористість напиленого шару та його незадовільні механічні характеристики Такі деталі, як і вищезгадані, не можуть використовуватись в умовах підвищеного тертя та значних навантажень Причиною пористості напиленого шару є фізиКО-ХІМІЧНІ перетворення, які відбуваються з мікронними часточками плазмового потоку за період подолання ними проміжку "сопло - поверхня виробу" Найбільш негативним фактором є адсорбція кисню - окислення часточок, крім цього, до потоку з навколишнього простору може попадати азот, водень та ін Попадання кисню та інших елементів до плазмового потоку відбувається внаслідок незахищеності останнього від впливу активного середовища, що оточує потік Цьому сприяє форма плазмового струменя - по мірі збільшення його маси і зниження швидкості переріз струменя набуває конфігурації розширеного конусу з вершиною з центрі плазмового сопла Плазмовий потік (струмінь) витікає турбулентно і тиск в його зоні менший, ніж тиск навколишнього середовища Очевидно, що за таких умов небажані для газотермічного процесу елементи без перешкод можуть проникати до простору, окресленого контурами конусу Окисли, попадаючи з периферійної зони до покриття, поступово накопичуються в ньому, стають концентраторами напружень та причиною пористості До недоліків відомої технолог» слід також віднести те, що застосовувана в ній операція виконання на оброблювальній поверхні "рваної різьби" не завжди виправдовує себе, тому що в багатьох випадках ця різьба може провокувати виникнення тріщин, і, як наслідок - зниження вібраційних характеристик виробу після проведеного ремонту Вихід гребенів "рваної різьби" на поверхню покриття знижує роботоспроможність покриття, окрім цього, така різьба значно зменшує циклічну МІЦНІСТЬ деталей В основу корисної моделі поставлена задача підвищення ефективності здійснення способу газотермічного напилення металевих покриттів шляхом удосконалення операцій технологічного циклу, зокрема, вирівнювання тиску всередині охолоджуючого та плазмового потоків та оптимізацм умов підготовки оброблюваної поверхні, в результаті чого мінімізується адсорбція кисню та інших елементів мікронними часточками плазмового струменю з охолоджуючого потоку, а, значить, виключається наявність в покритті окислів, пор та інших включень, підвищується МІЦНІСТЬ зчіплювання між матеріалом покриття та матеріалом оброблюваної поверхні Поставлена задача досягається за рахунок того, що в способі газотермічного напилення металевих покриттів на поверхню виробу, при якому в процесі формування плазмового потоку, що надходить з напилюючого сопла металізатора, здійснюють охолодження останнього повітряним потоком, згідно до корисної моделі, охолоджуючий повітряний потік подають коаксіальне плазмовому, а напилення здійснюють при врівноважених величинах тиску в зоні повітряного потоку і в зоні плазмового потоку в умовах їх ламінарного витікання Напилення виробу здійснюють після попередньої, зокрема, дрібоструменевої механічної обробки напилюваної поверхні Вказаний технічний результат, який досягається в процесі здійснення запропонованого способу напилювання, обумовлений ознаками, які відрізняють його від ознак подібних технологій, описаних згідно відомого технічного рівня В запропонованій методиці повітряний потік виконує подвійну функцію - і як охолоджувач плазмового сопла, і як засіб формування конфігурації плазмового потоку (для порівняння - у ВІДОМІЙ технологи він лише охолоджує сопло) Направлення цього потоку коаксіальне плазмовому в умовах ламінарного протікання обох потоків дозволяє рівномірно "огорнути" плазмовий струмінь з усіх боків, в результаті чого конусоподібна форма плазми трансформується в циліндричну Саме циліндрична форма свідчить про вирівнювання в зонах обох потоків тиску А це означає, що кисень, азот, водень або ІНШІ елементи, присутність яких в напиленому покритті недопустима, практично не мають змоги проникнути до потоку плазми - потік напилюючого матеріалу встигає попасти на поверхню деталі майже без окислення Застосування дрібосруменевої обробки напилюваних поверхонь, на відміну від нарізки "рваної різьби", не тільки підвищує продуктивність і економічність технологічного процесу, а і надає покриттю гарантованої якості Після дрібоструменевої обробки поверхня набагато гладкіша, на ній відсутні такі виражені нерівності, які мають місце після нарізання "рваної різьби" Тому осередки виникнення тріщин при дрібоструменевій обробці відсутні Запропонована технологія здійснюється наступним чином Зношену поверхню деталей піддають механічному оброблюванню потоком колото-чавунних часток в установці дрібоструменевого очищування Після ЦЬОГО ЗДІЙСНЮЮТЬ напилення очищеної поверхні металевим шаром встановленого складу В залежності від матеріалу напилюваної деталі та вимог до умов її експлуатації вибирається товщина нанесеного шару, швидкість обертання деталі, швидкість обертання металізатору, режими напилювання та ін Нанесення покриття здійснюють потоком плазми, яку формують між вольфрамовим електродом і напилюючим дротом з подаванням в 7204 робочу зонну аргону При цьому плазмовий потік "стискують" коаксіально розташованим по відношенню до нього потоком охолоджуючого повітря, регулюючи тиск до встановлення ламінарного потоку плазми, що добре прослідковується візуально - потік розплавлених часточок висвічується Слід зазначити, що ослаблення тиску охолоджуючого потоку або надмірне його підвищення призводить до порушення ламінарності потоку і, як наслідок, до різкого погіршання якості покриття І в першому, і в другому випадку плазмовий потік втрачає свій циліндричний контур, перетворюючись в конусоподібний Приклад Для напилювання вибиралась стальна вісь залізничного колеса Перед початком процесу вісь піддавали дрібоструменевому очищенню Для напилення вибирали товщину покриття 1мм, швидкість оберту ВІСІ 50об/хв, швидкість пересування металізатору - 200мм/хв Потік плазми формували в атмосфері аргону між вольфрамовим електро дом і напилюючим дротом Аргон подавали під тиском близько 4-6атм, потужність - 16кВт Плазмовий потік "стискали" потоком охолоджуючого повітря, допоки він не ставав ламінарним Для порівняння результатів процесу, здійснюваного згідно запропонованої методики, з результатами процесу, описаного в прототипі, здійснювали напилення вісей залізничних коліс на установці газотермічного напилювання КДМ-2 Напилювання проводили з частотою обертання вісей 50об/хв і величині струму 120А Дріт розпилювався повітрям під тиском 0,5МПа Нагрівання вюей доводилось до 100°С Після напилювання ВІСІ піддавали кінцевому механічному оброблюванню шліфуванням до величини шорохуватості 1,25 Залізничні ВІСІ випробовувались в умовах, максимально наближених до умов їх експлуатації в аварійному режимі Результати випробувань на термоудари нагріванням до 500°С і охолодженням стисненим повітрям наведені в таблиці Таблиця Спосіб напилювання Плазмове напилювання дротом 65Г Металізація (прототип) Комп ютерна верстка М Мацело Число теплозмін 150 50 Підписне Характеристика напиленого шару Руйнувань не виявлено Відшарування, тріщини в основі Тираж 28 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП Український інститут промислової власності', вул Глазунова 1, м Київ-42, 01601