• Главная
/
• Технологии компании «Плазмацентр»
/
• Напыление

Технология напыления

Сущность

Расплавление высокотемпературным источником энергии распыляемого материала с образованием двухфазного газопорошкового потока, с формированием покрытия, как правило, толщиной 0,1-1 мм и нагреве напыляемой детали не более 150°С.

В зависимости от используемого источника энергии существуют следующие способы напыления:

• газопламенное, с использованием тепла сгорания горючих газов (ацетилена, пропан-бутана и др.) в смеси с кислородом или сжатым воздухом;
• электродуговое, при плавлении двух проволок электрической дугой и распылении сжатым воздухом расплавленного металла;
• детонационное, в котором перенос и нагрев порошкового материала осуществляется ударной волной, образующейся в результате взрыва горючей смеси и выделении при этом теплоты;
• плазменное, где нагрев и разгон наносимого порошкового материала осуществляется плазменной струёй;
• высокоскоростное (HVOF, HVAF), когда порошковый материал подается в камеру сгорания смеси, содержащей кислород и горючие газы (водород, пропан, метан) или горючее (керосин), с последующим его прохождением через расширяющееся сопло Лаваля;
• холодное газодинамическое - нанесение покрытий из пластичных порошковых материалов (в смеси с оксидом алюминия) при их разгоне сверхзвуковыми газовыми струями, нагретыми до температуры 300-1000°С.

Назначение

Нанесение функциональных покрытий и восстановление размеров изношенных и бракованных поверхностей с использованием металлических, керамических, металлокерамических, полимерных и других материалов.

За счет нанесения покрытий поверхности деталей могут приобретать улучшенные характеристики износостойкости, антифрикционности, термостойкости, жаростойкости, эрозионной стойкости, фреттингостойкости, кавитационной стойкости, коррозионной стойкости, электроизоляционных и теплоизоляционных свойств, поглощения или отражения излучения и др.

Выбор

Состоит из определения способа напыления (см. табл.), напыляемого материала, оборудования, технологических режимов для получения заданных свойств покрытия. Параметры режима работы оборудования, связанные с тепловой мощностью и скоростью истечения энергетической струи, выбираются с учетом коэффициента использования материала, адгезии, пористости, проплавляемости покрытия, количественного распределения оплавленных частиц по пятну напыления и других характеристик.

Выбор материала для формирования покрытия определяется условиями эксплуатации напыляемых деталей, требованиями к его толщине и физико-механическим характеристикам после напыления и обработки. Практически, известно около 100 видов распыляемых материалов.

Технико-экономические показатели видов напыления

Преимущества

• высокая универсальность процессов, позволяющая наносить покрытия широкого функционального назначения, а также восстанавливать размеры изношенных деталей;
• малое термическое воздействие на напыляемую основу (интегральная температура нагрева деталей при напылении не превышает 150°С), что позволяет исключить нежелательные структурные превращения в ней и избежать деформаций;
• нанесение покрытий на детали, изготавливаемые практически из любого материала;
• отсутствие ограничений по размерам напыляемых изделий;
• нанесение покрытий на локальные поверхности;
• нанесение многослойных покрытий разнородными материалами;
• высокая технологичность процесса, в связи с гибкостью регулирования параметров режима;
• получение регламентируемой однородной пористости покрытия для использования в условиях работы со смазкой поверхностей скольжения;
• положительное влияние на усталостную прочность основы, за счет получения при напылении слоистой структуры покрытия;
• нанесение равномерного покрытия с минимальными припусками для последующей механической обработки;
• эксплуатация, в отдельных случаях, напыленных деталей без последующей механической обработки;
• использование напыления для формообразования деталей или аддитивных процессов (напыление производят на поверхность формы-оправки, которую после окончания процесса удаляют, и остается оболочка из напыленного материала);
• высокая производительность и автоматизация процесса.

Фотографии производства

Недостатки

• нестойкость напыленных покрытий к ударным механическим нагрузкам (кроме оплавляемых);
• анизотропия свойств; низкий коэффициент использования напыляемого материала при нанесении покрытий на мелкоразмерные детали;
• обязательное использование перед процессом напыления активационной обработки (например, абразивно-струйной);
• выделение в процессе напыления аэрозолей напыляемых материалов и побочных газов;
• повышенный уровень шума, а в случаях связанных с электрической дугой - ультрафиолетового излучения.

Ссылки на книги и статьи

• Соснин Н.А., Ермаков С.А., Тополянский П.А. Плазменные технологии. Руководство для инженеров. Изд-во Политехнического ун-та. СПб.: 2013. - 406 с.
• Тополянский П.А., Тополянский А.П. Прогрессивные технологии нанесения покрытий - наплавка, напыление, осаждение. Арматуростроение. 2011. - № 4 (73). - С. 63-68
• Тополянский П.А., Соснин Н.А., Ермаков С.А. Напыление порошковых покрытий плазмотронами с фиксированной длиной сжатой дуги. Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки. Материалы 9-ой практической конференции 10-13.04.2007 г. Санкт-Петербург, Изд. Политехнического ун-та. Санкт-Петербург. 2007. ч.1. - С. 249-257
• Тополянский П.А., Соснин Н.А. Кавитационностойкие плазменные покрытия роторов электрических машин. Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций. Материалы 3-й Всероссийской практической конференции-выставки 27-28 марта 2001 г. Санкт-Петербург. Изд. СПбГТУ, 2001. - С. 39-44
• Тополянский П.А., Соснин Н.А. Нанесение эрозионностойких покрытий на вентиляционные лопатки турбогенераторов методом плазменного напыления. Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций. Материалы 3-й Всероссийской практической конференции-выставки 27-28.03. 2001 г. СПб. Изд. СПбГТУ, 2001. - С. 33-39
• Тополянский П.А., Шемонаев Л.Ф. Исследование токосъемных алюминиевых шин с электропроводящими покрытиями, нанесенными методами газопламенного напыления. Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций. Материалы 5-й Международной практической конференции-выставки 8-10 апреля 2003 г. Санкт-Петербург. Изд. СПбГПУ. 2003. - С. 107-112
• Тополянский П.А. Электроизоляционные покрытия, наносимые методом воздушно-плазменного напыления. Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций. Материалы 5-й Международной практической конференции-выставки 8-10 апреля 2003 г. Санкт-Петербург. Изд. СПбГПУ, 2003. - С. 112-115 112
• Тополянский П.А. Нанесение антифрикционных покрытий на детали торцовых уплотнений электрических машин. Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций. Материалы 5-й Международной практической конференции-выставки 8-10 апреля 2003 г. Санкт-Петербург. Изд. СПбГПУ, 2003. - С. 102-107 112
• Тополянский П.А. Газотермическое напыление баббитовых покрытий на детали подшипников скольжения. Турбины и компрессоры. 2003. №3-4. - С. 58-61
• Тополянский П.А., Соснин Н.А. Методология разработки технологических процессов газотермического напыления защитных и износостойких покрытий. Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций. Материалы 5-й Международной практической конференции-выставки 8-10 апреля 2003 г. Санкт-Петербург. Изд. СПбГПУ, 2003. - С. 28-45 61
• Тополянский П.А., Соснин Н.А. Технологический аудит процессов нанесения покрытий и упрочнения. Технолог по сварочному производству промышленных предприятий, объектов энергетики и строительства. Материалы 3-й Всероссийской практической конференции 30 мая - 1 июня 2002 г. Санкт-Петербург. Изд. СПбГТУ. Санкт-Петербург. 2002.- С. 132-141
• Бланк Е.Д., Слепнев В.Н., Галеев И.М., Тополянский П.А. Композиционные детонационные покрытия на основе оксида алюминия. Технологии ремонта, восстановления и упрочнения машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки. Материалы 10-й Международной научно-практической конференции 15-18 апреля 2008 г. Ч. 1. Санкт-Петербург. Изд. СПбГПУ, 2008. - С. 58-61
• Галеев И.М., Бланк Е.Д., Тополянский П.А., Чижиков В.В., Колесов С.С. Повышение износостойкости поверхностей трения деталей из алюминиевых сплавов газотермическими покрытиями. Ресурсосберегающие технологии ремонта, восстановления и упрочнения машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня. Материалы 11-й Международной научно-практической конференции 14-17 апреля 2009 г. Санкт-Петербург. Изд. СПбГПУ, 2009, Ч.1. С. 204-206
• Галеев И.М., Бланк Е.Д., Тополянский П.А., Зюмченко П.С., Васильев В.Ф. Повышение износостойкости и герметизирующей способности подвижных соединений уплотнительных устройств. Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня: В 2 ч. Часть 1: Материалы 13-й Международной научно-практической конференции: СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. - С. 88-90
• Пименов А.В., Галеев И.М., Тополянский П.А. Опыт применения газотермических сверхзвуковых методов нанесения высокопрочных покрытий. Технологии упрочнения, нанесения покрытий и ремонта: теория и практика: В 2 ч. Часть 1: Материалы 15-й Международной научно-практической конференции: СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2013. - С. 173-174
• Галеев И.М., Тополянский П.А. Особенности сверхзвуковых методов нанесения покрытий. Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня: В 2 ч. Часть 1: Материалы 13-й Международной научно-практической конференции: СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. - С. 430-432