Восстановление деталей газопламенной металлизацией

Сущность процесса металлизации распылением, в частности газопламенной, заключается в том, что расплавленный металл под воздействием струи сжатого газа (обычно воздуха) распыляется на мелкие частицы, которые, ударяясь о покрываемую поверхность, расплющиваются и сцепляются с ней и между собой, образуя покрытие слоистого строения толщиной от 0,02 мм. Для нанесения покрытий обычно используется проволока диаметром 1-3 мм.

При помощи металлизации можно наносить покрытие из различных металлов на металлические, керамические, пластмассовые, деревянные и другие изделия. Основными областями применения металлизации являются:

1) восстановление размеров изношенных деталей машин и механизмов, работающих на истирание (коленчатые и распределительные валы, кулачки, цапфы и т. п.);

2) исправление дефектов черного и цветного литья (трещины, раковины, поры);

3) защита изделий от коррозии путем нанесения покрытий из цинка и алюминия;

4) повышение жаростойкости изделий нанесением покрытия из алюминия (алитирование);

5) нанесение декоративных покрытий;

6) нанесение специальных покрытий, например токопрово-дящих, на диэлектрики с целью последующей пайки и др.

В газовых металлизационных аппаратах проволока подается по оси факела пламени, которое концентрически окружено потоком сжатого воздуха. В наиболее горячей части факела, так называемой зоне плавления, проволока расплавляется, а воздушная струя подхватывает и распыляет капли расплавленного металла. Скорость воздушного потока на выходе из сопла аппарата составляет 300-400 м/сек, благодаря чему образующиеся в результате распыления капель мельчайшие частицы металла летят со скоростью до 200 м/сек. Эти частицы, находящиеся в расплавленном или пластичном состоянии, имеют форму шариков диаметром от 0,5 до 30 мк и более. При ударе о напыляемую поверхность частицы расплющиваются, образуя чешуйчатое покрытие с поперечным размером чешуек 10-150 мк при толщине около 2 мк.

Образование сцепления между металлом детали и покрытием объясняется в большинстве случаев действием механических сил, но в определенных условиях возможна и приварка частиц наносимого металла к основному. В частности, такая приварка имеет место при нанесении покрытия из молибдена, обладающего высокой температурой плавления (2625° С). Кроме того, в отличие от других металлов и сплавов, окислы молибдена не будут в виде жидкой окисной пленки покрывать летящие частицы металла; при температуре 700-800° С они возгоняются и создают газовую оболочку вокруг частиц. Поэтому при ударе частиц молибдена о поверхность, например стальной детали, они благодаря высокой температуре подплавляют поверхностный слой и привариваются к нему; газовая же оболочка частиц предохраняет их от окисления кислородом воздуха. Эта особенность молибденовых покрытий позволяет наносить их без пескоструйной подготовки поверхности, которая обычно применяется в целях очистки и придания поверхности некоторой шероховатости для улучшения условий сцепления.

Химический состав покрытия будет несколько отличаться от химического состава применяемой проволоки, так как распыляемый металл подвергается действию высокотемпературного газового потока пламени и потока воздуха. Вполне закономерным является выгорание и уменьшение содержания элементов, имеющих большое сродство к кислороду (например, С, Мn, Si, Сr) при металлизации стальной проволокой, причем при газовой металлизации выгорание значительно меньше, чем при электрической. Для получения покрытий без окислов перспективной является замена сжатого воздуха азотом или аргоном.

Физико-механические свойства покрытия довольно резко отличаются от свойств исходного материала, особенно временное сопротивление при растяжении, сжатии и кручении, а также твердость и модуль упругости. Это объясняется неоднородностью слоя покрытия, наличием в нем окислов и пор. Поэтому металл покрытия нельзя использовать как конструкционный материал для деталей, подверженных воздействию растягивающих и изгибающих условий. Вместе же с основным металлом покрытие работает вполне удовлетворительно, что объясняется тем, что покрытие наряду с низким пределом прочности обладает и малым модулем упругости. Так, например, модуль упругости стального покрытия при растяжении равен 7000 кгс/мм2, т. е. почти в три раза меньше модуля упругости прокатной стали.

Напыленный слой снимает часть общей нагрузки с основного металла. Поэтому при одной и той же деформации основания и покрытия напряжения в покрытии будут в Е/Е1 раз меньше, чем в основном металле (Е, - модуль упругости металла основания и напыленного слоя).

Следовательно, для напыленного металла с малым модулем упругости создаются как бы облегченные условия работы.

Прочность сцепления напыленных частиц с основным материалом при надлежащих условиях выполнения металлизации является вполне достаточной. Важное значение имеет чистота металлизируемой поверхности и ее шероховатость. Кроме способа подготовки поверхности на прочность сцепления влияют: температура поверхности в момент нанесения покрытия, давление сжатого воздуха и расстояние от зоны плавления проволоки до металлизируемой поверхности.

Предварительный нагрев подготовленной поверхности до 150- 200° С увеличивает прочность сцепления, так как частицы более продолжительное время находятся в пластическом состоянии, что способствует более плотному и прочному прилеганию их к металлу.

Давление сжатого воздуха, при котором достигается наилучшая сцепляемость, составляет 4,5-6 кгс/см2.

Расстояние от зоны плавления проволоки до металлизируемой поверхности при нанесении стального покрытия газовым металлизатором должно составлять около 100 мм, а при нанесении антикоррозионных и декоративных покрытий - около 50 мм.

Твердость покрытий обычно ниже твердости исходного металла, что объясняется окисными прослойками между частицами покрытия и неоднородностью самого металла покрытия. Для получения стального покрытия заданной твердости используется соответствующая проволока, например низкоуглеродистая для относительно мягких покрытий, среднеуглеродистая - для более твердых.

Пористость покрытий является характерным свойством, обусловливающим проницаемость напыленного слоя, что может иметь как положительное, так и отрицательное значение. Например, в антикоррозионных покрытиях пористость вредна, а в покрытиях, работающих на износ в условиях жидкостного и полужидкостного трения, поры играют положительную роль. При недостаточном или временном прекращении подачи смазки заедание металлизированных деталей наступает значительно позже, чем у неметаллизированных, вследствие наличия смазки в порах. Вес поглощаемого масла составляет в среднем от 1 до 1,25% от веса напыленного металла или 8-10% от его объема.