Процессы наплавки и напыления защитных слоев на основе различных сплавов – та же пайка, посредством которой удается организовать надежное соединение двух материалов. Проведение подобных работ требует предварительного смачивания поверхностей основного металла путем подбора соответствующего состава присадочных материалов и плюсов, а также других подготовительных работ.
Таблица 26 содержит информацию о типе используемых наплавочных материалов для проведения наплавки газопламенного типа. При работе со стеллитом в качестве флюса обычно используют буру или смесь, компонентами которой выступают:
- бура – 20%;
- борная кислота – 68%;
- плавиковый шпат – 2%.
Если речь идет о наплаве сормайта, то флюсом выступает смесь из 50% буры, 47% двууглекислой соды и 3% кремнезема.
Также для проведения работ потребуется ацетилен, расход которого составляет от 100 до 120 л/ч на 1 мм толщины металла с небольшим его избытком. Максимальная глубина проплавления не должна быть выше 0,3-0,5 мм, отрегулировать толщину наплавляемого слоя можно при помощи угла наклона детали к горизонту. В этом случае горелку, а точнее ось мундштука, располагают под углом примерно 30-35°. При этом не важен способ выполнения наплавки – левый или правый. В процессе также можно задействовать валики непрерывного или обратноступенчатого типа.
Температура предварительного подогрева материалов до наплавки составляет 500-700°С. Такие же показатели поддерживаю у подогрева сопутствующего. При этом стоит отметить, что детали небольших и средних размеров допускается прогревать до температуры 300-500°С. Сама наплавка выполняется в один слой, если деталь работает при ударном нагружении. Толщина наплавления лежит в пределах от 2 до 3 мм. Если же элемент планируется использовать в условиях трения металла о металл, то показатель толщины увеличивают до 8 мм.
Таблица 26. Материалы для газопламенной наплавки твердых сплавов
Газопорошковая наплавка требует тщательного подхода. При проведении подобных процессов присадочный материал подают в виде порошкового сплава (характеристики и область применения подробно описаны в табл. 27) в место наплавки, используя газокислородное пламя. Процедуру выполняют при помощи специальных горелок. При этом большинство порошков самофлюсующееся, обладают необходимой сферической формой размером от 40 до 100 мкм. Поэтому дополнительного применения флюсов для проведения работ не требуется.
Как уже было отмечено, перед наплавкой деталь предварительно подогревают до температуры от 300 до 400°С. Затем по поверхности равномерно распределяют слой толщиной 0,2 мм, а затем пламенем нагревают участок до температуры смачивания основного металла. Следующие этапы:
- Удаление горелки на расстояние 1,5-2 длины ядра пламени.
- Равномерная подача порошка в пламя.
- Наплавление дополнительного слоя основного материала толщиной до 1 мм.
Иногда требуется наплавки слоя большей ширины. В этом случае переплавляют уже нанесенный слой, а затем только приступают к созданию нового. Такое решение позволяет получить тонкослойный наплавленный металл даже в труднодоступных местах независимо от положения изделия в пространстве.
Таблица 27. Порошковые наплавочные материалы для газопорошковой наплавки
Газотермическое напыление – технология защиты металлоконструкций от коррозии, а также повышения устойчивости материала к износу. Путем применения подобной методики дополнительно удается улучшить жаростойкие свойства поверхностей и восстановить размеры или декоративную отделку деталей.
Нагрев выполняют при помощи ацетилено-кислородного пламени. Распыление частиц осуществляют посредством динамического напора газового пламени, куда их инжектируют струей кислорода. Для проведения процедуры при этом используют как сварочные проволоки, так специальные элементы из полимера или металла.
При проведении наплавки возможно повышение стабильности материала, который формирует новый слой. Для достижения желаемого результата используют ГШМ – гибкие шнуровые материалы, которые представляют особый композит, изготовленный по методике экструзии. В основе такого материала лежит порошковый наполнитель и органическое связующее. Последнее при этом сгорает в пламени без каких-либо продуктов разложения. Основные характеристики ГШМ:
- минимальный диаметр – 1,5 мм;
- максимальный диаметр – 6,35 мм;
- длина – 15 м.
Выпускаются такие материалы бобинами, на которые шнур наматывается. Такое решение повышает коэффициент использования материала и обеспечивает возможность автоматизации процесса напыления.
Производители выпускают разные виды ГШМ согласно установленным сериям:
- Сфекорд-ЭКЗО. В основе таких материала лежат сплавы с компонентами, что обладают экзотермическим эффектом.
- Сфекорд-керамика. Изготавливаются из оксидов алюминия, хрома, циркония и титана.
- Сфекорд-Рок-Дюр. Материал базируется на самофлюсующихся сплавах и их смесях.
За последние годы наиболее перспективными считают материалы на основе железа, кобальта и никеля для создания аморфных металлических покрытий. Особенно актуально подобное решение, если обрабатываемая поверхность находится в узлах трения и регулярно подвергается негативным воздействиям извне.
В табл. 28-30 перечислены основные виды наплавляемых материалов, которые производители выпускают в виде проволоки, порошка или ГШМ.
Таблица 28. Порошки для газотермического напыления
Таблица 29. Полимерные материалы для газотермического нанесения покрытия
Таблица 30. Материалы для газотермического нанесения аморфного покрытия
Работы по газопламенному напылению проводят при помощи специальной аппаратуры и установок. Последние делятся на:
- Проволочного типа. Используются для нанесения защитных покрытий на основе стали, алюминия, цинка или других металлов. Все доступные варианты перечислены в табл. 31.
- Порошкообразного типа. В этом случае требуются специальные устройства, посредством которых удается выполнить эффективное напыление слоя. Основное оборудование представлено в табл. 32.
Напыление, в свою очередь, делится на ручное и механизированное. В первом случае обычно отдают предпочтение аппаратам МГИ.
Перед началом процедуры стоит уделить особое внимание подготовке обрабатываемой поверхности детали. Подобные действия выполняют при помощи дробеструйной обработки, также нередко прибегают к нанесению рельефа по типу рваной резьбы. Недостаток второго способа – высокий уровень шума, который требует использования средств индивидуальной защиты в виде наушников или беруш.
Основной инструмент напыления – горелка, тип которой подбирается, исходя из условий, в которых ведутся работы. Основные виды аппаратуры представлены в табл. 33.
Один из популярных способов напыления – детонационный. Проводится с применением специальной камере, внутри которой в результате взрыва формируется струя из продуктов взрыва и специального порошка. Эта струя подается на высокой скорости на поверхность обрабатываемого металл. Такой подход обеспечивает выброс достаточного количества тепловой и кинетической энергий, чтобы получить прочный слой требуемой толщины. Другие плюсы применения подобной методики:
- Формирование покрытия с минимальным показателем пористости, что не превышает 1,5%.
- Высокая прочность сцепления слоя напыления с основой.
- Возможность нанесения защитного покрытия на разные материалы: от металла до керамики и стекла. При этом поверхность в процессе не деформируется.
- Удобное управление химическим составом продуктов детонации для создания необходимой атмосферы – нейтральной, восстановительной или окислительной.
Минус методики – высокий уровень шума, показатель которого доходит до 140 дБ. Также отмечают вредоносные выделения продуктов сгорания, что требует использования респиратора и защитных очков.
* В числителе — для цинка, в знаменателе — для алюминия.
Таблица 31. Технические характеристики аппаратов для напыления проволокой
Таблица 32. Технические характеристики аппаратов для напыления порошковых материалов
Основной элемент ДГУ – детонационно-газовой установки, посредством которой проводят распылительные работы, — это камера. Она представляет ствол постоянного сечения, иногда выпускается в виде трубы с переменным сечением, конструкция которой предусматривает специальные отверстия для вывода рабочей газовой смеси или порошка.
Большинство моделей ДГУ обеспечивают возможность механизированного напыления. В этом случае потребуется предусмотреть водяное охлаждение камеры, чтобы избежать перегрева и преждевременный износ детали. Основные характеристики устройства опубликованы в табл.34.
Таблица 33. Технические данные горелок для газопорошковой наплавки
Примечание. АЦ — ацетилен, ПБ — пропан-бутан, К — кислород, А — азот, ВЗ — воздух, В — вертикальное положение ствола, Г — горизонтальное положение ствола.
Таблица 34. Технические характеристики установок для детонационного напыления