Процес газодинамічного напилення є закріпленням частинок металу на металевих, скляних, керамічних або бетонні виробиу момент зіткнення газопорошкової змісті із зовнішньою поверхнею-підкладкою. Відбувається це завдяки попередньому прискоренню цих частинок в соплі для надзвукового розгону частинок, при цьому температура металевих частинок, що розганяються, не перевищує температуру їх плавлення. Металевий шар, нанесений на виріб за методом холодного газодинамічного напилення, відрізняється якісним зчепленням з поверхнею основи та стійким до механічних пошкоджень.

Історія відкриття явища та факти, виявлені досвідченим шляхом

Той факт, що для утворення металевого покриття на поверхні підкладці немає необхідності доводити металеві частинки до стану плавлення або близького до нього, як це зазвичай відбувається при використанні стандартних методик напилення, був виявлений наприкінці ХХ століття російськими вченими. Результати ряду експериментів, що проводяться науковими співробітниками РАН, показали, що поверхневе напилення можна отримувати і при нагріванні твердих металевих частинок до температури, яка набагато нижче за температуру їх плавлення.

Крім того, в ході експериментів було зафіксовано такі важливі факти:

• Головним параметром технології холодного газодинамічного напилення, від якого залежить якість адгезії, є швидкість розгону газопорошковой суміші. Саме цей параметр впливає на ступінь зчіпки напилення з поверхнею, на яку воно наноситься, а також на такі характеристики шару, що напилюється, як пористість і механічна міцність. При швидкості твердих частинок вище 500-600 м/с ерозійні процеси трансформуються на міцний шар напилення;
• емпіричним шляхом було виявлено критичну межу витрати частинок, при якому металевий шар не утворюється за будь-якої тривалості впливу газопорошкового потоку на підкладку;
• якщо витрата порошку перевищує критичну величину, то відбувається міцне і надійне зчеплення частинок на поверхні, що напилюється, і утворюється щільний напилюваний шар;
• з усього обсягу твердих частинок, що розганяються надзвуковим потоком, лише невелика кількість утворює шар поверхневого напилення. Основна маса частинок розпорошується і не має можливості закріпитися на оброблюваній поверхні. Відповідно, кількість металевих частинок, що наносяться і фіксуються на виробі, безпосередньо залежить від обсягу витрачається порошкового матеріалу;
• Поверхня підкладки в процесі формування шару напилення нагрівається незначно. Температура поверхні, обтічної потоком газу і підкладки, яка знаходиться в процесі газодинамічного напилення, відрізняється один від одного приблизно на 45 градусів.

Види холодного газодинамічного напилення та їх переваги

Холодне газодинамічне напилення має 2 види:

1. Напилення високого тискупри якому використовується гелій, азот або суміш газів. Витрата порошкового матеріалу становить 4,5-13,5 кг/год.
2. Холодне газодинамічне напилення низького тиску, яке здійснюється за допомогою стисненого повітря. Обсяг порошку, що витрачається, коливається в межах 0,3-3 кг/год.

Обидва види напилення мають свої переваги та недоліки:

• при використанні в технологічному процесі високого тиску покриття виходить більш якісним, при тому що розмір твердих частинок металевого порошку може варіюватися від 5 до 50 мкм, а не в межах 5-30 мкм, як у технології зі стисненим повітрям;
• у технологічному процесі напилення низького тиску використовується менш габаритне обладнання, вартість якого значно нижча від того, що використовується для напилення під високим тиском.

Технологічний процес напилення високого та низького тиску

У процесі холодного напилення високого тиску газ нагрівається та з'єднується з твердими частинками порошкового матеріалу. Ця газопорошкова суміш надходить у надзвукове сопло, розганяється там до надзвукової швидкості і під тиском 7-40 бар прямує на поверхню виробу, на якому необхідно утворити металеве покриття.

Холодне напилення, при якому використовується стиснене повітря, технологічно відрізняється від методу напилення під високим тиском тим, що основні процеси відбуваються відразу в соплі для розгону частинок до надзвукової швидкості: газ нагрівається безпосередньо в ньому, а порошок надходить у сопло перпендикулярно газовому потоку. Крім того, при використанні методу напилення з низьким тиском використовуються порошки, в яких, крім частинок металу, присутні керамічні частинки. Такі добавки покращують стан поверхні виробу, на який наноситься напилення, та підвищують якість адгезії матеріалів. Крім того, в процесі проходження потоку суміші через обладнання керамічні частинки додатково очищають стінки та вихідний отвір сопла.

Область застосування холодного газодинамічного напилення

Холодне газодинамічне покриття застосовується для вирішення наступних завдань:

• реставрація металевих деталей, які були схильні до сколів, тріщин, стирання та інших механічних пошкоджень;
• покриття металевих виробів напиленням з метою збільшення їх антикорозійних та теплопровідних властивостей;
• захист контактних поверхонь наконечників металевих кабелів

Кандидати фізико-математичних наук О. КЛЮЄВ та О. КАШИРІН.

Коли з'явилися перші металеві знаряддя праці, з'ясувалося, що, тверді і міцні, вони часто-густо псувалися під впливом вологи. Йшов час, люди створювали механізми і машини, і що досконалішими вони ставали, то у тяжких умовах доводилося працювати їх металевим деталям. Вібрації та знакозмінні навантаження, величезні температури, радіоактивне опромінення, агресивні хімічні середовища - ось далеко не повний перелік "випробувань", яким вони зазнають. Згодом люди навчилися захищати метал від корозії, зношування та інших явищ, які скорочують термін служби деталей. По суті є два підходи до забезпечення такого захисту: або в основний метал додають легуючі елементи, які надають сплаву шукані властивості, або на поверхню наносять захисне покриття. Умови роботи деталей машин диктують властивості, якими повинні мати покриття. Технології їх нанесення різноманітні: є поширені і відносно нескладні, дуже тонкі, що дозволяють створювати покриття з унікальними властивостями. А невгамовні інженери продовжують винаходити нові покриття і вигадувати способи їх отримання. Доля цих винаходів може стати щасливою, якщо покриття набагато перевершує своїх попередників. корисним властивостямабо якщо технологія дає значний економічний ефект. У розробці фізиків з Обнінська поєдналися обидві ці умови.

Частки металу, що летять з величезною швидкістю при зіткненні з підкладкою, приварюються до неї, а частинки кераміки ущільнюють покриття (а); на шліфі шару металу видно застрягли керамічні частинки (б).

Схема (вгорі) та загальний вигляд(Внизу) апарату для напилення металевих покриттів.

За допомогою апарату можна наносити покриття у будь-яких приміщеннях і навіть у польових умовах.

За критичним перетином сопла виникає зона негативного тиску і сюди засмоктується порошок. Завдяки цьому явищу вдалося спростити конструкцію живильника.

Дефекти в корпусних деталях (ліворуч) та результат напилення (праворуч): а - тріщина в автоматичній коробці передач; б – каверна в головці блоку циліндра.

Покритими шаром міді або алюмінію інструментами можна працювати у пожежонебезпечних приміщеннях: при ударі об металеві предмети вони не дають іскри.

ТЕМПЕРАТУРА ПЛЮС ШВИДКІСТЬ

З способів металізації поверхонь сучасної технікинайчастіше користуються гальванічним нанесенням та зануренням у розплав. Рідше використовують вакуумне напилення, осадження з парової фази та ін. Найближче до розробки обнінських фізиків знаходиться газотермічна металізація, коли метал, що наноситься, плавлять, розпорошують на дрібні краплі і струменем газу переносять їх на підкладку.

Метал плавлять газовими пальниками, електричною дугою, низькотемпературною плазмою, індукторами і навіть вибуховими речовинами. Відповідно методи металізації називають газополум'яним напиленням, електродуговою та високочастотною металізацією, плазмовим та детонаційно-газовим напиленням.

У процесі газополум'яного напилення металевий пруток, дріт або порошок плавлять і розпорошують у полум'ї пальника, що працює на суміші кисню з горючим газом. При електродуговій металізації матеріал плавиться електричною дугою. В обох випадках крапельки металу переміщуються до підкладки, що напилюється, потоком повітря. При плазмовому напиленні для нагрівання та розпилення матеріалу використовується струмінь плазми, що формується плазматронами різних конструкцій. Детонаційно-газове напилення відбувається внаслідок вибуху, що розганяє металеві частинки до величезних швидкостей.

У всіх випадках частинки напилюваного матеріалу отримують два види енергії: теплову – від джерела нагріву та кінетичну – від газового потоку. Обидва ці види енергії беруть участь у формуванні покриття та визначають його властивості та структуру. Кінетична енергія частинок (за винятком детонаційно-газового методу) невелика в порівнянні з тепловою, і характер їх з'єднання з підкладкою та між собою визначається термічними процесами: плавленням, кристалізацією, дифузією, фазовими перетвореннями тощо. Покриття зазвичай характеризуються гарною міцністю зчеплення з підкладкою (адгезією) і, на жаль, низькою однорідністю, оскільки великий розкид параметрів перетину потоку газу.

Покриттям, що створюють газотермічними методами, притаманний ряд недоліків. До них відносяться, перш за все, висока пористість, якщо, зрозуміло, не варто мета спеціально зробити покриття пористим, як у деяких деталях радіоламп. Крім того, через швидке охолодження металу на поверхні підкладки в покритті виникають високі внутрішні напруги. Оброблювана деталь неминуче нагрівається, і якщо вона має складну форму, її може "повісти". Нарешті, використання горючих газів та високі температури у робочій зоні ускладнюють заходи щодо забезпечення безпеки персоналу.

Дещо окремо стоїть детонаційно-газовий метод. При вибуху швидкість часток сягає 1000-2000 м/с. Тому основним фактором, що визначає якість покриття, стає їхня кінетична енергія. Покриття відрізняються високою адгезією і низькою пористістю, але вибуховими процесами вкрай складно управляти, і стабільність результатів гарантувати практично неможливо.

ШВИДКІСТЬ ПЛЮС ТЕМПЕРАТУРА

Бажання створити досконалішу технологію виникло давно. Перед інженерами стояла мета - зберегти переваги традиційних технологій і позбавитися їх недоліків. Напрямок пошуку був більш-менш очевидним: по-перше, покриття повинні формуватися в основному за рахунок кінетичної енергії частинок металу (не можна допускати плавлення частинок: це запобігає розігріву деталей та окислення підкладки і частинок покриття), і, по-друге, частинки повинні купувати високу швидкість не за рахунок енергії вибуху, як у детонаційно-газовому методі, а в струмені стисненого газу. Такий метод назвали газодинамічний.

Перші розрахунки та експерименти показали, що створювати таким способом покриття, що мають цілком задовільні характеристики, можна, якщо використовувати в якості робочого газу гелій. Такий вибір пояснювався тим, що швидкість потоку газу в надзвуковому соплепропорційна швидкості звуку у відповідному газі. У легких газах (водень через свою вибухонебезпечність не розглядався) швидкість звуку набагато вища, ніж у азоті чи повітрі. Саме гелій прискорював би металеві частинки до високих швидкостей, повідомляючи їм кінетичну енергію, достатню для закріплення на мішені Вважалося, що використання важчих газів, зокрема повітря, приречене на невдачу.

Робота досвідчених напилювальних установок дала непоганий результат: частинки, що розігналися в струмені гелію, з більшості промислово застосовуваних металів добре прилипали до підкладки, утворюючи щільні покриття.

Але повного задоволення інженери не відчували. Було зрозуміло, що обладнання на легких газах неминуче буде дорогим і зможе застосовуватися лише на підприємствах, що випускають продукцію високих технологій (тільки є магістралі зі стислим гелієм). А магістралі зі стисненим повітрям є майже у кожному цеху, кожному підприємстві автосервісу, в ремонтних майстернях.

Численні експерименти зі стисненим повітрям начебто підтверджували гірші очікування розробників. Проте інтенсивний пошук все ж таки дозволив знайти рішення. Покриття задовільної якості вийшли, коли стиснене повітря в камері перед соплом нагріли, а металевий порошок стали додавати дрібнодисперсну кераміку або порошок твердого металу.

Справа в тому, що при нагріванні тиск повітря в камері відповідно до закону Шарля підвищується, а отже, підвищується і швидкість витікання із сопла. Частинки металу, що набрали в струмені газу величезну швидкість, при ударі об підкладку розм'якшуються і приварюються до неї. Частинки кераміки відіграють роль мікроскопічних кувалд – вони передають свою кінетичну енергію нижчим шарам, ущільнюють їх, знижуючи пористість покриття.

Деякі керамічні частинки застряють у покритті, інші відскакують від нього. Правда, таким способом отримують покриття тільки з відносно пластичних металів - міді, алюмінію, цинку, нікелю та ін. Згодом деталь можна піддавати всім відомим способам механічної обробки: свердлити, фрезерувати, точити, шліфувати, полірувати.

ГОЛОВНЕ УМОВА - ПРОСТОТА І НАДІЙНІСТЬ

Старання технологів залишаться втуні, якщо конструктори не зможуть створити просте, надійне та економічне обладнання, в якому було б реалізовано придуманий технологами процес. Основою апарату для напилення металевих порошків стали надзвукове сопло та малогабаритний електричний нагрівач стисненого повітря, здатний доводити температуру потоку до 500-600 o С.

Використання як робочого газу звичайного повітря дозволило принагідно вирішити ще одну проблему, яка стояла перед розробниками систем на легких газах. Йдеться про введення порошку, що напилюється, в газовий струмінь. Щоб зберегти герметичність, живильники доводилося встановлювати до критичного перерізу сопла, тобто порошок необхідно було подавати до високого тиску. Чисто технічні проблеми посилювалися тим, що, проходячи через критичний переріз, металеві частинки викликали зношування сопла, погіршували його аеродинамічні характеристики, не дозволяли стабілізувати режими нанесення покриттів. У конструкції апарату з повітряним струменем інженери застосували принцип пульверизатора, відомий кожному ще зі шкільних дослідів із фізики. Коли газ проходить каналом змінного перерізу, то у вузькому місці його швидкість збільшується, а статичний тиск падає і може навіть бути нижчим за атмосферний. Канал, яким порошок надходив з живильника, розташували якраз у такому місці, і порошок переміщався в сопло за рахунок підсмоктування повітря.

В результаті світ з'явився переносний апарат для нанесення металевих покриттів. Він має ряд переваг, які роблять його дуже корисним у різних галузях промисловості:

для роботи апарату потрібні лише електромережа і повітряна магістраль або компресор, що забезпечує тиск стисненого повітря 5-6 атм і подачу 0,5 м 3 /хв;

при нанесенні покриттів температура підкладки вбирається у 150 про З;

покриття мають високу адгезію (40-100 Н/мм 2) і низьку пористість (1-3%);

обладнання не виділяє шкідливих речовин та випромінювань;

габарити пристрою дозволяють використовувати його не тільки в цеху, а й у польових умовах;

можна напилювати покриття практично будь-якої товщини.

До складу установки входять власне напилювач масою 1,3 кг, який оператор тримає в руці або закріплює в маніпуляторі, нагрівач повітря, порошкові живильники, блок контролю та управління роботою напилювача та живильника. Все це змонтовано на стійці.

Довелося попрацювати над створенням витратних матеріалів. Порошки, що випускаються промисловістю, мають занадто великі розміри частинок (близько 100 мкм). Розроблено технологію, яка дозволяє отримувати порошки із зернами розміром 20-50 мкм.

ВІД КОСМІЧНИХ АПАРАТІВ ДО СІЯЛОК

Новий спосіб напилення металевих покриттів може застосовуватися в різних галузях промисловості. Особливо ефективний він при ремонтних роботах, коли необхідно відновити ділянки виробів, наприклад, закласти тріщину або раковину. Завдяки невисоким температурам процесу легко відновлювати тонкостінні вироби, відремонтувати які іншим способом, наприклад, наплавкою, неможливо.

Оскільки зона напилення має чіткі межі, метал, що напилюється, не потрапляє на бездефектні ділянки, а це дуже важливо при ремонті деталей складної форми, наприклад корпусів коробок передач, блоків циліндрів двигунів та ін.

Пристрої для напилення вже застосовують в авіакосмічній та електротехнічній промисловості, на об'єктах атомної енергетики та в сільському господарстві, на авторемонтних підприємствах та у ливарному виробництві.

Метод може виявитися дуже корисним у багатьох випадках. Ось лише деякі з них.

Відновлення зношених чи пошкоджених ділянок поверхонь.За допомогою напилення відновлюють пошкоджені в процесі експлуатації деталі редукторів, насосів, компресорів, форм для лиття за моделями, що виплавляються, прес-форм для виготовлення пластикової упаковки. Новий методстав великою підмогою для працівників авторемонтних підприємств. Тепер буквально "на колінах" вони закладають тріщини в блоках циліндрів, глушниках та ін. Без особливих проблем усувають дефекти (каверни, нориці) в алюмінієвому литті.

Усунення течій.Низька газопроникність покриттів дозволяє ліквідувати течі в трубопроводах і судинах, коли не можна використовувати компаунди, що герметизують. Технологія придатна для ремонту ємностей, що працюють під тиском або за високих та низьких температур: теплообмінників, радіаторів автомобілів, кондиціонерів.

Нанесення електропровідних покриттів.Напиленням вдається наносити мідні та алюмінієві плівки на металеву або керамічну поверхню. Зокрема, метод економічно ефективніший, ніж традиційні способи, при мідненні струмопровідних шин, цинкування контактних майданчиків на елементах заземлення тощо.

Антикорозійний захист.Плівки з алюмінію та цинку захищають поверхні від корозії краще, ніж лакофарбові та багато інших металевих покриттів. Невисока продуктивність установки не дозволяє обробляти великі поверхні, а захищати такі вразливі елементи, як зварні шви, дуже зручно. За допомогою напилення цинку або алюмінію вдається призупинити корозію у місцях появи "жучків" на фарбованих поверхнях кузовів автомобілів.

Відновлення підшипників ковзання.У підшипниках ковзання зазвичай застосовують бабітові вкладиші. З часом вони зношуються, зазор між валом і втулкою збільшується і шар мастила порушується. Традиційна технологія ремонту вимагає або заміни вкладки, або заварювання дефектів. А напилення дає змогу відновити вкладиші. У цьому випадку для ущільнення шару металу, що напилюється, кераміку застосовувати не можна. Тверді включення через лічені хвилини після початку роботи виведуть підшипник з ладу, причому пошкодженими виявляться поверхні та втулки та вала. Довелося застосувати сопло особливої ​​конструкції. Воно дозволяє наносити покриття із чистого бабіту в так званому термокінетичному режимі. Частинки порошку відразу за критичним перетином сопла розганяються надзвуковим потоком повітря, потім швидкість потоку різко знижується до навколозвукового. В результаті різко зростає температура і частки нагріваються майже до температури плавлення. При попаданні на поверхню вони деформуються, частково плавляться і добре прилипають до шару, що лежить нижче.

ФАХІВЦІ - НА ЗАМІТКУ

Література

Каширін А. І., Клюєв О. Ф., Буздигар Т. В. Пристрій для газодинамічного нанесення покриттів із порошкових матеріалів.Патент РФ на винахід № 2100474. 1996, МКИ6 23 4/00, опубл. 27.12.97. Бюл. №36.

Каширін А. І., Клюєв О. Ф., Шкодкін А. В. Спосіб отримання покриттів.Патент РФ на винахід № 2183695. 2000, МКИ7 23 24/04, опубл. 20.06.02. Бюл. №17.

Координати розробників та умови придбання їх технологій чи виробів можна дізнатися у редакції.

По суті, - більш просунутий варіант газотермічного способу відновлення різних металевих деталей і поверхонь, що давно вже зарекомендував себе. Cold Spray або просто ХГН значно розширює можливості гарячого методу обробки виробів.

В даний час, безперечно, це найпередовіша технологія відновлення та захисту матеріалів, що набула широкого поширення як у промисловому секторі, так і цивільній сфері.

Принцип дії, плюси та мінуси ХГН

Має дві основні відмінності від газотермічного методу реставрації. По-перше, напилення захисного або відновного покриття відбувається при зниженій температурі, що не перевищує 150 °С, що у свою чергу не викликає напруги в оброблюваних деталях та їх деформації. По-друге, «холодна» технологія дозволяє створювати шар регульованої товщини і точно заданих межах. Про інші плюси та мінуси розповімо трохи пізніше, а поки що про авторів методу і про те, як він працює.

Його розробником є «Обнінський центр порошкового напилення»(Росія). Вироблене ними обладнання отримало назву ДИМЕТ ®. Воно сертифіковане за системою ГОСТ Р та захищене патентами Росії, США, Канади та інших країн. В основу технології закладено принцип надзвукового впливу найдрібнішими частинками легкоплавких та інших матеріалів на поверхню, що обробляється. В основному це полімери або метали карбідів з металами з розміром частинок 0,01-0,5 мкм. Змішуючись із газом, вони подаються на виріб зі швидкістю 500-1000 м/с.

Залежно від складу витратного матеріалу(порошку) та зміни режимів його нанесення можна отримати однорідне або композиційне покриття з твердою або пористою структурою та своїм функціональним завданням. Це може бути: відновлення геометрії виробу, зміцнення та захист металу від корозії, підвищення тепло- та електропровідності матеріалу, а також утворення зносостійкого покриття, що витримує вплив хімічно активних середовищ, високих теплових навантажень тощо.

До речі, обнінські інженери розробили кілька модифікацій установок ДИМЕТ ® . Враховуючи широку затребуваність даного обладнання, зараз серійно випускаються як ручні, так і автоматизовані апарати холодного газодинамічного напилення, що дозволяє їх використовувати в промисловості, нафтогазовій галузі, а також у малому бізнесі для обробки невеликих деталей. Тим більше що нічого особливо складного в самій технології немає. Для роботи комплексу (крім матеріалу для напилення) необхідне лише стиснене повітря (подається під тиском 0,6-1,0 МПа та витратою 0,3-0,4 м3/хв.) та електромережа напругою 220 В.

Тепер ще про переваги та недоліки методу. По-перше, на відміну від газотермічного способу ХГН може ефективно застосовуватися при звичайному тиску, у будь-якому температурному діапазоні та рівні вологості. По-друге, він екологічно є абсолютно безпечним. По-третє, завдяки великій швидкості може застосовуватися і для абразивного чищення поверхні. Ну а єдиним недоліком технології є можливість нанесення покриттів тільки з відносно пластичних металів, таких як мідь, алюміній, цинк, нікель та ін.

Область застосування ХГН

Докладніше хотілося б зупинитися на сферах використання технології холодного газодинамічного напилення порошковими матеріалами, щоб наочно показати, наскільки вона сьогодні потрібна.

Усунення дефектів, відновлення поверхонь та герметизація

Все це – робота, якою можуть займатися навіть малі підприємства. Наприклад, у невеликих майстернях можна ремонтувати деталі з легких сплавів (частини автомобільної конструкції, припустимо), насамперед, алюмінієвих та алюмінієвомагнієвих. Причому легко усуваються дефекти, що виникли як у процесі виробництва, так і в процесі експлуатації. А відсутність сильного нагріву та низька енергетика методу дозволяють лагодити навіть тонкостінні вироби.

Відмінно підходить ХГН і відновлення зношених поверхонь. Наприклад, такий трудомісткий процес, як «нарощування» металу в посадкових місцях підшипників, тепер можуть здійснювати навіть малі підприємства, не кажучи вже про відновлення герметизації (коли застосування рідких герметиків неможливе) у трубопроводах, теплообмінниках або судинах для робочих газів, рідин.

Дуже ефективний у ремонті складних виробів, де потрібне точне відновлення геометричних параметрів, усунення прихованих дефектів, але зі збереженням всіх експлуатаційних характеристик, а також товарного вигляду. Саме тому даний методактивно використовується в оборонно-промисловому комплексі, залізничній та авіаційній промисловості, сільському господарстві, газоперекачуванні та ін.

Не обійтися без цієї технології та у створенні контактних майданчиків. Завдяки можливості легкого нанесення покриттів на будь-які металеві, керамічні та скляні поверхні ХГН застосовується у виробництві електротехнічних виробів. Наприклад, у процесах міднення, створенні силових струмонесучих мереж, нанесенні струмівводів, виготовленні підшарів під пайку і т.д.

Антикорозійна обробка та усунення глибоких дефектів

Напилення так званого антифрикційного покриття - високоефективний спосіб позбавлення локальних пошкоджень (глибоких сколів, задирів, подряпин). Це дозволяє уникнути процедури повного перезаливання або навіть заміни виробу, що, звісно, ​​економічно не вигідно.

А в антикорозійній обробці та захисті від високотемпературної корозії різних комунікацій даному методу взагалі немає рівних. До речі, різні модифікації обладнання ДИМЕТ ®забезпечують якісну обробку внутрішньої поверхні труб діаметром від 100 мм та довжиною до 12 м.

Роботи Kawasaki застосовують у комплексах напилення за технологією ДИМЕТ. Ця технологія дозволяє наносити металевий шар різні поверхні: метал, скло, кераміка, камінь. Особливістю технології є можливість нанесення металевого порошку на несумісні для зварювання та паяння метали. Наприклад, вдається ефективно наносити мідь на алюміній, що становить велику цінність для електротехнічного виробництва.

Про технологію

Технологія газодинамічного напилення порошкового металу та перетворення його в монолітне покриття реалізується на обладнанні ДИМЕТ, що випускається Обнінським Центром Порошкового Напилення. Покриття формуються на будь-якій твердій поверхні, такій як метал, скло, кераміка, камінь. Матеріал покриття вибирається при вирішенні конкретного виробничого або творчого завдання, оскільки рішення може бути отримано за допомогою різного типу порошкових матеріалів.

Стиснене повітря (5-8 атм) нагрівається (300-600°C) і подається в сопло, де формується надзвуковий потік:

• в цей потік вводяться порошки, що містять металеві та керамічні частинки
• частинки прискорюються газовим потоком до швидкості кілька сотень метрів на секунду і в нерозплавленому стані прямують на підкладку
• при ударі про підкладку кінетична енергія частинок перетворюється на тепло, а потім на енергію зв'язку частинок з підкладкою
• в результаті таких високошвидкісних ударів частинки закріплюються на підкладці та формують щільне покриття.

Основні процеси, що визначають зчеплення частинок з підкладкою та один з одним:

1. Тісне зіткнення кристалічних решіток частинок і підкладки (або різних частинок) до утворення металевих зв'язків принаймні на окремих ділянках плями контакту. У цьому ніде немає плавлення частки чи підкладки. Цей механізм зчеплення аналогічний механізму зчеплення при зварюванні вибухом.
2. На окремих виступах і нерівностях падаючих частинок може відбуватися їх плавлення та здійснюватися точкове мікрозварювання.
3. При тісному дотику ювенільних поверхонь різнорідних матеріалів може виявлятися міжмолекулярна взаємодія цих матеріалів. Типовим прикладом такого механізму є напилення дзеркального алюмінієвого покриття на скло.
4. Певну роль може грати механічне зчеплення за умови глибокого проникнення частинок підкладку. Конкретне співвідношення відносної ролі різних механізмів зчеплення у випадках може істотно відрізнятися друг від друга і є предметом окремого дослідження.

Області застосування

Галузь	Застосування	Покриття
Ливарне виробництво	Ремонт дефектів ливарних деталей Під тиском У кокіль За виплавлюваними моделями	Покриття для відновлення форми та розмірів деталей. Герметизуючі покриття (низька газопроникність)
Металургійне виробництво	Зниження електроопору контактів електролізерів Захист від високотемпературної корозії	Електропровідні покриття Жаростійкі покриття
Автомобілебудування	Ремонт литих деталей	Герметизуючі покриття Антикорозійні покриття
	Покриття під час ремонту механічних пошкоджень ГБЦ, БЦ, агрегатів Герметизація тріщин ГБЦ, БЦ, радіаторів, трубопроводів, кондиціонерів Захист від корозії локальних вогнищ Відновлення форми кузовних деталей з алюмінію без шпаклівки	Герметизуючі покриття Антикорозійні покриття
Авіабудування, авіаремонт	Ремонт ливарних та виробничих дефектів алюмінієвих деталей	Покриття для відновлення форми та розмірів деталей. Герметизуючі покриття
Ракетна та космічна техніка	Спеціальне	Покриття для герметизації виробів із термозміцненого алюмінію Тепловипромінюючі покриття
Суднобудування, судноремонт	Протекторний захист зварних швів Відновлення посадкових місць підшипників	Покриття для відновлення форми та розмірів деталей Антикорозійні покриття Герметизуючі покриття
Нафтогазова промисловість	Відновлення геометрії деталей газоперекачувальних агрегатів Запобігання схоплюванню високонавантажених різьбових з'єднань Відновлення підшипників ковзання	Покриття для відновлення форми та розмірів деталей Антисхоплюючі покриття Антифрикційні
Електротехнічне виробництво	Металізація електроконтактних майданчиків Нанесення електропровідних гальванічно сумісних покриттів. Металізація для теплопередачі Підшари по алюмінію та скло під пайку	Електропровідні покриття
Інструментальне виробництво	Відновлення форм для пластикової та скляної упаковки Відновлення форм пресування гумових виробів Відновлення оснастки для пресування деталей з пресматеріалів (АГ4, ДСВ, карболіт) Виготовлення іскрозахищеного інструменту	Покриття для відновлення форми та розмірів деталей Іскробезпечні покриття
Реставрація пам'ятників та скульптур	Відновлення втрачених елементів пам'ятників. Захист від корозії	Покриття для відновлення форми та розмірів деталей Антикорозійні покриття

Реалізований проект

Роботизований комплекс покриття контактних поверхонь струмопровідних шин, що використовуються в токамак-реакторі проекту ІТЕР. Розробник комплексу - ТОВ "Актон" (партнер та системний інтегратор Robowizard).

Схема комплексу:

Вирішене завдання:

Напилення двошарового мідного покриття на плоскі електроконтактні поверхні алюмінієвих струмопровідних шин. Майданчик напилення - до 0,5 м 2 самі шини досягають довжини 12 метрів і маси 4 тонни.

Склад комплексу:

1. ПЛК Овен;
2. Робот Kawasaki RS006L;
3. Камера напилення;
4. Контролер E01;

Реалізований комплекс дає можливість виконання наступних завдань:

• виконання технологічного процесу з функцією програмного контролю та управління параметрами;
• рух напилювача по заданій траєкторії, що синхронізується з роботою технологічного обладнанняза допомогою передачі інформаційних повідомлень;
• візуалізація параметрів технологічного процесу на сенсорному екрані оператора, і навіть засоби зміни режимів роботи, організовані з урахуванням елементів діалогових вікон.

Якщо у вас є потреба в подібному рішенні, залиште свої контактні дані у формі заявки. Наші фахівці проконсультують вас та обговорять деталі співпраці.

Галерея проекту

Схема співпраці

Надзвукове холодне газодинамічний напилення (ГДН).

Сутність методу полягає у формуванні покриттів за рахунок високої кінетичної енергії нерозплавлених металевих частинок. В даний час цей метод відомий як Cold Spray -холодне напилення.

Необхідно відзначити, що в найбільш поширених газотермічних способах нанесення покриттів для їх формування з потоку частинок необхідно, щоб частинки, що падають на основу, мали високу температуру, зазвичай вище температури плавлення матеріалу. За газодинамічного напилення ця умова не є обов'язковою, що й обумовлює її унікальність. В даному випадку з твердою основою взаємодіють частинки, що знаходяться в нерозплавленому стані, але мають дуже високу швидкість.

На противагу плазмовому гарячому способу розпилення розроблений газодинамічний метод нанесення покриттів холодним способом, сутність якого полягала в тому, що була встановлена ​​деяка гранична швидкість, при якій холодні пластичні частинки утворювали щільне покриття. При різній грануляції (великі і дрібні частинки в єдиному потоці) дрібніші частинки, що мають велику швидкість, осідали на підкладці, а більші частинки, що мають меншу швидкість, відскакували від поверхні і не брали участь у формуванні покриття.

Така поведінка частинок дозволило ввести в потік матеріалу покриття більші частинки абразиву. Відбувалося одночасне опіскоструювання та нанесення покриття. З точки зору підготовки поверхні, коли ювенільна поверхня підкладки втрачає свою активність за рахунок адсорбції газів на поверхні затримки напилення, така схема нанесення покриттів є оптимальною. При цьому була розроблена установка, в якій газ (повітря, азот) при тиску 2,5-3,5 МПа підігрівається до 350-600 ° С в металевому змійовику, що проходить по ньому електричним струмомвід зварювального трансформатора. Розпилювач забезпечується соплом Лаваля, що забезпечує надзвукове закінчення двофазного струменя.

На рис. 248 представлена ​​схема процесу. Газодинамічний холодне напилення дозволяє наносити покриття з пластичних металів з додаванням інших матеріалів.

На рис. 2.49 представлені залежності швидкості та температури газу та частинок по сопла Лаваля для двофазного струменя (азот + тверді частинки міді розміром 5 і 25 мкм) при тиску Р= 2,5 МПа та температурі Т 0= 950 °С. При цьому відношення вихідного діаметра /) до критичного /) до становить /) в /Г> до = 9.

Рис. 2.48.

Рис. 2.49.Температура повітря Т д,швидкість повітря і температури та швидкості мідних частинок діаметром 5 і 25 мкм у профільованому надзвуковому сопі

Вітчизняна установка «ДИМЕТ» випускається Обнінським центром порошкового напилення у двох варіантах – ручною потужністю 2 кВт та стаціонарною потужністю 7 кВт. Рекомендації щодо застосування порошкових матеріалів представлені у табл. 2.10.

Основне застосування ГДН – це нанесення антикорозійних покриттів протекторного типу на основі алюмінію та цинку. Наносяться зносостійкі покриття на основі пластичних матеріалів - бабіту, міді, нікелю та ін. У порівнянні зі способами ГН та ЕДМ, коли метал плавиться і насичується газами, у тому числі воднем, що погіршує протекторні властивості покриття, ГДН не мають цих недоліків. Водень не розчиняється у твердофазних частинках. Покриття ефективно захищає сталь від корозії. Спосіб знайшов широке застосування захисту кузовів автомобілів від корозії у сфері зварювальних швів.

Основні компоненти покриття	робітника
Алюміній, цинк		Герметизація течій у металевих трубках, радіаторах, конденсорах, теплообмінниках тощо, у тому числі герметизація течій зварних швах, ремонт корозійних та механічних пошкоджень. Герметизація тріщин, промоїн та інших дефектів в алюмінієвих, сталевих та чавунних деталях
Алюміній, цинк		Відновлення форми металевих деталей. Заповнення каверн, пор, тріщин та інших дефектів у виробах з алюмінію та його сплавів (у тому числі в деталях двигунів, прес-формахі т.п.). Відновлення посадочних місць підшипників в алюмінієвих, сталевих та чавунних деталях
Алюміній, карбід кремнію		Заповнення каверн, тріщин та інших дефектів в алюмінієвих, сталевих та чавунних корпусних деталях двигуна
Оксид алюмінію		Очищення та струменево-абразивна підготовка поверхні сталі та чавуну для нанесення металевих покриттів
		Електропровідне покриття (на сталь, алюміній, кераміку). Підшар для паяння оловом до алюмінієвих, сталевих та чавунних деталей.
Мідь, цинк		Заповнення каверн, тріщин та інших дефектів у сталевих та чавунних корпусних деталях двигуна.

Основні компоненти покриття	робітника	Призначення покриттів, об'єкти ремонту та відновлення
		Антикорозійний захист. Герметизація дефектів, мікротріщин, різьбових з'єднань
		Жаростійке покриття для захисту від високотемпературної корозії. Електропровідне покриття для контактних майданчиків електрообладнання
Нікель, цинк		Заповнення каверн, прогарів та інших дефектів у сталевих виробах. Для виробів, що працюють за високої температури
		Електропровідне покриття для контактних майданчиків електрообладнання
		Антикорозійний захист сталевих деталей та зварних швів на сталевих конструкціях

На рис. 2.50 представлена ​​схема встановлення фірми Linde(США). Останні досягнення реалізації способу - виготовлення ручних розпилювачів, характеристики яких наведено в табл. 2.11.

Таблиця 2.11

Характеристики розпилювачів ГДН

Характеристики	Модель 412	Модель 403
Продуктивність А1, г/хв
Число температурних режимів
Габарити (мм) та маса (кг):
блоку напилення	450 х 64 х 85 мм; 1,3 кг	450 х 64 х 85 мм; 1,3 кг
	340 х 260 х 320 мм; 8 кг	560 х 260 х 490 мм; 16 кг
Характеристики покриття:
міцність зчеплення, МПа
пористість, %
шорсткість поверхні, мкм	R, = 20-40

Рис. 2.50.Схема встановлення холодного напилення фірми Linde:

1 - танкер зі зрідженим газом (Аг); 2 - Випарник; 3 - компресор; 4 - підігрівач повітря; 5 - порошковий живильник; 6 - розпилювач

Низькі вимоги до прискорюючого газу та мала споживана потужність забезпечують можливість створення портативних установок, що використовують технологію «ДИМЕТ».