2.6 Рекомендована література

, с.10–16, с.96–200, с.269–405, с.512–530; 2, с.128–160, с.225–265; 3, с.6–37, с.140–287, с.322–398; 4, с.10–45; 5.

Лабораторна робота № 3

ТЕОРЕТИЧНІ ТА ТЕХНОЛОГІЧНІ ОСНОВИ

НАПЛАВЛЕННЯ І НАПИЛЕННЯ ВИРОБІВ

3.1 Загальні відомості

Під час довгої експлуатації машин зношення деталей супроводжується зниженням службових властивостей, що в свою чергу викликає передчасний вихід з ладу окремих деталей конструкцій. Зношення робочих поверхонь деталей іноді потребує їх заміни.

В багатьох випадках виготовлення деталей повністю зі зносостійкої легованої сталі є нераціональним у зв’язку із складністю обробки і високою вартістю сталі. Тому для вирішення задач підвищення експлуатаційних показників і збільшення терміну служби деталей машин використовують різні способи поверхневого зміцнення, зокрема наплавлення та напилення.

Наплавленням називають нанесення металу на поверхню виробу за допомогою зварювання.

Напилення уявляє собою процес нанесення покриття на поверхню деталі за допомогою високотемпературного швидкісного струменя, який містить частинки порошку або краплі розплавленого напилюваного матеріалу, котрі осідають на основному металі під час ударного зіткнення з його поверхнею.

3.1.1 Загальна характеристика техніки наплавлення. Метою наплавлення є відновлення розмірів зношених поверхонь, підвищення зносостійкості, отримання шару із спеціальними властивостями та спрощення технології виготовлення окремих виробів.

Переваги технології наплавлення [1]:

- можливість нанесення металевого покриття великої товщини;

- висока продуктивність;

- відносна простота конструкції і транспортабельність обладнання, яке пристосовано для виконання робіт по за межами приміщень;

- відсутність обмежень за розмірами наплавляємих поверхонь виробів;

- простота виконання, яка не потребує високої кваліфікації зварювальника;

- можливість нанесення зносостійкого покриття на основний метал будь-якого складу;

- можливість підвищення ефективності наплавлення завдяки поєднанню з іншими способами поверхневої обробки.

Недоліки технології наплавлення [1]:

- погіршення властивостей наплавляємого шару внаслідок переходу до нього елементів основного металу;

- деформація виробів, яка викликана високою питомою енергією;

- деяка нерівномірність властивостей наплавлених виробів, яка обумовлена тим, що наплавлений шар, на відміну від плакованого, має характерні властивості та особливий склад, які притаманні металу зварних швів;

- більш обмежений, порівняно із напиленням, вибір сполучення основного і наплавляємого металу;

- складність наплавлення дрібних виробів складної форми.

Основний метал повинен бути підготовленим для з’єднання з присадочним матеріалом шляхом нагрівання і часткового розплавлення. Створення наплавленого шару присадочного матеріалу на основному металі забезпечується тепловою дією наступних джерел нагріву: електрична дуга, плазма, шлакова ванна, газове полум’я, струми високої частоти, сфокусований електронний промінь та інше.

Вибір типу джерела теплової енергії і відповідно способу наплавлення здійснюється з урахуванням природи основного і присадочного матеріалу, форми та геометричних розмірів, а також вимог щодо ступеня чистоти і наявності дефектів наплавленого шару.

Якість зварного з’єднання і експлуатаційні властивості шару визначаються такими технологічними аспектами наплавлення як швидкість нагріву, тип середовища, в якому відбувається розплавлення металу, та умови подальшої кристалізації.

Наплавлення здійснюється переміщенням джерела енергії вздовж поверхні металу, за яким пересувається зона рідкого металу і фронт кристалізації, розділені між собою ізотермічною поверхнею. При затвердіванні (первинна кристалізація) кристали ростуть у напрямку, зворотньому до тепловідводу, відповідно нормалі до ізотермічної поверхні. Тому напрямки росту кристалів не співпадають і вони розташовані під певним кутом один до іншого.

Темпи кристалізації при наплавці визначаються перш за все рівнем погонної енергії, також розмірами виробів і температурою попереднього підігріву.

Погонну енергію розраховують за рівнянням [1]:

, (3.1)

де J – погонна енергія, Дж/см;

I – сила струму, А;

U_Д – напруга дуги, В;

V – швидкість наплавки, см/хв.

При великих значеннях погонної енергії, і в зв’язку з цим повільним охолодженням сплаву, в ньому в першу чергу утворюються кристали з підвищеним вмістом важкотопкого елементу, а ділянки, що кристалізуються пізніше, збагачуються легкотопкими домішками. Тому за цією причиною сплав стає хімічно неоднорідним. Частіше за все легкотопкі компоненти накопичуються по межах зерен, утворюють так звані «легкотопкі прошарки». Лікваційні дефекти кристалічної будови є переважними місцями, в яких можуть зароджуватись гарячі або кристалізаційні тріщини. Такого роду тріщини виникають в той момент кристалізації, коли міцність металу стає меншою за рівень напружень, які виникають при зменшенні об’єму металу при усадці. З цих позицій лікваційні ділянки поверхонь поділу є зонами активної концентрації напружень із малою роботою зародження і розповсюдження тріщин.

В свою чергу при великих швидкостях наплавки можуть виникати такі дефекти як підвищена газонасиченість та пористість, що різко погіршують експлуатаційний комплекс властивостей створеної композиції. Газові пори виникають на поверхнях поділу між рідким і твердим металом внаслідок зменшення розчинності атомів (Н₂ та N₂) при охолодженні. За умови інтенсивної кристалізації швидкий ріст кристалів перешкоджає виділенню газів, що накопичуються в порах. Найбільша пористість спостерігається при наплавленні на змінному струмі.

Окрім технологічних параметрів наплавлення фізико-механічні властивості зварного з’єднання залежать також від природи, фазового та хімічного складу сплаву.

Так, наприклад, відсутність поліморфних перетворень в феритних корозійностійких сталях і висока швидкість дифузійних процесів в системах з ОЦК граткою обумовлюють незадовільні показники зварюваності цих матеріалів внаслідок окрихчення, викликаного інтенсивним ростом зерна при температурі вище 900 С.

При оцінюванні зварюваності вуглецевих та низьколегованих сталей використовують такий показник, як вуглецевий еквівалент (С_е), який розраховують за рівнянням [1]:

(3.2)

Підвищення вуглецевого еквіваленту сталі супроводжується максимальним підвищенням твердості в зоні термічного впливу відповідно із залежністю (3.1):

, (3.3)

де Н_max – максимальна твердість в зоні термічного впливу за Вікерсом (навантаження 100 Н) (лист товщиною 20 мм, електрод діаметром 4 мм; І = 170 А); V_н = 15 см/хв.

Стійкість зварних з’єднань до утворення гарячих тріщин також визначається хімічним складом наплавленого металу. При нераціональному легуванні в наплавленому шарі можуть утворюватись пограничні евтектичні вкраплення, які викликають руйнування металу під дією усадочної деформації. Для оцінки чутливості матеріалів до утворення тріщин використовують показник, що розраховується за рівнянням [1]:

. (3.4)

В процесі технології наплавлення складно легованих сплавів відбувається дифузійний перерозподіл легувальних елементів між основним і наплавленим металом. При багатошаровому наплавленні хімічний склад сусідніх граничних шарів та їх властивості можуть суттєво відрізнятись. Для визначення складу n-го шару наплавленого сплаву використовується рівняння [1]:

, (3.5)

де С_ – вміст елементу у n-шарі наплавленого сплаву, %;

С_f – вміст елементу у нерозбавленому сплаві, %;

С_p – вміст елементу у основному сплаві;

n – число наплавлених шарів;

P – ступінь проплавлення, %; ;

А – площа наплавленого металу по перетину валика;

В – площа ділянки проплавленого основного металу по перетину валика.

Структурний стан наплавленого шару при наплавці корозійностійких сталей на низьковуглецеві та низьколеговані сталі вивчають за допомогою діаграми Шефлера (рис. 3.1). Відповідно з діаграмою матеріали та режим наплавки необхідно вибирати з орієнтацією на трикутникову область діаграми, обмежену значеннями хромового еквіваленту в межах 18…24 % та нікелевого – в межах 7…18 %.

1 – наплавлений метал; 2 – основний метал; 3 – лінія, яка відображає розбавлення наплавленого металу основним; 4 – низьковуглецева сталь;

5 – область окрихчення, утворення -фази; М – мартенсит, холодні тріщини при температурі нижче 400°С (потребується попередній підігрів); А – аустеніт, гарячі тріщини при 1250°С; Ф – ферит, укрупнення зерна і окрихчення при температурі вище 1150°С, підвищення чутливості до надрізів

при кімнатній температурі

Рисунок 3.1 – Структурна діаграма Шефлера [1]

Отже, для оптимізації структури і властивостей зварних з’єднань необхідно чітко контролювати хімічний склад присадочних матеріалів, режими наплавлення і подальшого охолодження, а також вірно обирати середовище, в якому здійснюється наплавлення.

3.1.2 Технологія наплавлення. Технологічний процес наплавлення виробів передбачає проведення наступних підготовчих операцій [1]:

1. Прожарювання наплавочних матеріалів.

2. Обробка поверхневого шару виробів.

3. Попереднє нагрівання.

Вологість наплавочних матеріалів частково забезпечується залишковою кристалізаційною водою, проте основна частина поглинається у виді водяної пари із навколишнього середовища. Підвищення вологості наплавочних матеріалів супроводжується збільшенням вмісту дифузійного водню в наплавленому металі, що призводить до реалізації такого негативного явища як воднева крихкість. Для запобігання окрихченню електроди, флюси та інші шлакоутворювачі перед наплавленням необхідно прожарювати при температурі 250…300 С протягом 1 год [1].

З метою якісного наплавлення шару поверхню виробів перед наплавленням необхідно ретельно зачистити для видалення технологічного бруду та таких дефектів, як тріщини, пори, волосовини.

Зачищення поверхні може здійснюватись механічним з використанням піскоструменевої обробки або хімічним способами.

Для запобігання розтріскуванню наплавленого шару внаслідок нерівномірних об’ємних змін поверхневих і внутрішніх шарів необхідно правильно вибирати температуру попереднього підігріву виробів. Недостатня температура підігріву не перешкоджає утворенню тріщин, а занадто високотемпературний нагрів знижує швидкість охолодження і збільшує глибину проплавлення, що призводить до зниження поверхневої твердості. Попереднє підігрівання здійснюють, як правило, газовими пальниками, індукторами СВЧ, а також електричними нагрівачами нагрівальних пристроїв.

3.1.2.1 Газове наплавлення. Один із способів зварювання плавленням, який проходить в умовах часткового оплавлення основного металу при використанні високотемпературного полум’я, яке отримано під час спалювання суміші горючого газу з киснем. Горючий газ, який використовується під час газового наплавлення, повинен задовольняти таким вимогам: 1) висока температура полум’я під час спалювання; 2) висока швидкість горіння; 3) висока питома теплота горіння [1].

При наплавленні, на відміну від зварювання, необхідно забезпечувати малу глибину проплавлення основного металу, тому наплавлення здійснюють способом швидкісного зварювання (способом Лінда). При зварюванні (наплавленні) таким способом використовують пальник із соплом великого діаметру, основний метал нагрівається навуглецювальним полум’ям. Під час зварювання з використанням горючої суміші, збагаченої ацетиленом, на поверхні металу осідають частинки відновленого вуглецю та утворюють тонкий навуглецьований шар товщиною  0,02 мм. Внаслідок зниження температури топлення сталі навуглецьованого шару проходить розплавлення тільки в тонкому поверхневому шарі. Поява цього явища, яке називається запотіванням, свідчить про підготовленість основного металу до газового наплавлення.

Переваги газового наплавлення: 1) незначне проплавлення основного металу; 2) можливість наплавлення дрібних деталей складної форми; 3) зменшення ймовірності утворення тріщин, оскільки процес наплавлення включає попереднє підігрівання і наступне уповільнене охолодження виробу; 4) невелика вартість зварювального обладнання.

Недоліки газового наплавлення: 1) низька продуктивність під час наплавлення масивних деталей, які потребують тривалого попереднього підігрівання; 2) необхідна висока кваліфікація зварювальника.

3.1.2.2 Дугове наплавлення покритими електродами [1]. Електродне покриття захищає ванну рідкого металу від кисню та азоту повітря, сприяє стабілізації дуги, підвищенню технологічності процесу наплавлення і додаванню легувальних елементів до складу наплавленого металу. Застосовують такі види електродного покриття: ільменітне, яке утримує більше 30 % ільменіта (FeO–TiO₂); високоцелюлозне з вмістом 20…30 % целюлози; карбонатно-рутилове; основне (фтористо-кальційове), основними компонентами якого є карбонат кальцію і флюорит (плавиковий шпат) при мінімальному вмісті вологи; високорутилове з вмістом до 35 % TiO₂; покриття системи залізний порошок – рутил з високим вмістом першого компоненту; порошкове основне, яке утримує залізний порошок; покриття системи залізний порошок – оксид заліза; деякі спеціальні покриття, які утримують, зокрема, графіт. Широке застосування в практиці дугового наплавлення мають покриття карбонатно-рутилові, основне та високорутилове. В склад електродного покриття додають також шлакоутворювачі та газоутворювачі, розкислювачі, стабілізатори та легувальні елементи.

Дугове наплавлення покритими електродами відрізняється низькою вартістю обладнання; можливістю виконання наплавлення вручну, що забезпечує цьому способу достатньо широке застосування для наплавлення не тільки чорних, але і кольорових металів; наплавлення виробів складної форми; можливість вибору матеріалу для наплавлення.

3.1.2.3 Дугове наплавлення під флюсом [1]. Особливості даного способу полягають у тому, що електрична дуга знаходиться під шаром гранульованого флюсу, який попередньо насипається на поверхню основного металу.

Можливість наплавлення при великій силі струму та високій погонній енергії забезпечує цьому способу високу продуктивність при задовільній якості наплавляємого металу. Дугове наплавлення під флюсом має такі переваги: 1) висока продуктивність процесу при наплавленні виробів простої форми з великою площею наплавляємої поверхні; 2) простота здійснення процесу, який не потребує високої кваліфікації зварювальника; 3) можливість отримання естетичного зовнішнього вигляду валика; 4) відсутність розбризкування електродного металу.

До недоліків даного методу відносяться: 1) більш висока вартість обладнання, ніж для ручного дугового наплавлення покритими електродами; 2) непридатність для наплавлення дрібних виробів складної форми.

Наплавлення електродним дротом під флюсом може бути здійснено в багатьох варіантах з використанням наплавочного дроту різноманітного складу та різних флюсів.

Багатоелектродне наплавлення здійснюють зазвичай способом, при якому дуга виникає між двома електродами. При наплавленні в даний спосіб забезпечується незначне проплавлення основного металу в сполученні з високою швидкістю розплавлення електродного дроту.

Наплавлення електродною смугою під флюсом здійснюється за допомогою електрода у вигляді широкої стальної смуги, розташованого в процесі наплавлення практично під прямим кутом до основного металу (рис. 3.2). Наплавлення смуговим електродом має такі переваги: 1) отримання плоского валика наплавляємого металу достатньо великої ширини (приблизно дорівнює ширині смуги); 2) можливість наплавлення шару потрібної товщини за один-два проходи, що обумовлено малою глибиною проплавлення основного металу і в зв’язку цим незначним впливом його на склад наплавленого шару (частка розбавлення складає 10…20 %); 3) висока продуктивність у зв’язку з можливістю наплавлення з високою швидкістю при великій силі струму.

1 – джерело живлення; 2 – смуговий електрод;

3 – ролики подавання електроду;

4 – мундштук (струмопідвод);

5 - флюс; 6 – шлак; 7 – наплавлений метал;

8 – основний метал; 9 – напрямок наплавлення

Рисунок 3.2 – Схема процесу наплавлення смуговим електродом під флюсом [1]

На практиці використовують смугові електроди шириною до 180 мм, однак при наплавленні постійним струмом збільшення розмірів наплавочної ванни супроводжується порушенням форми наплавляємого валика під дією магнітного дуття. В пошуках шляхів рішення цієї проблеми запропоновано спосіб наплавлення в магнітному полі.

Під час двоелектродного наплавлення досягаються швидкості наплавлення 30 см/хв, що майже в 2 рази більше, ніж під час наплавлення одним електродом. При цьому отримують валик наплавленого металу з гарним зовнішнім виглядом.

3.1.2.4 Наплавлення відкритою дугою [1]. Наплавлення без захисного середовища, в середовищі повітря, здійснюється дротом суцільного перетину або порошковим дротом при відсутності подавання флюсу або захисного газу в зону дуги. Наплавлення дротом суцільного перетину сполучене з великими практичними труднощами та поступається способу наплавлення порошковим дротом з флюсовою серцевиною.

Наплавлення відкритою дугою порошковим дротом має такі переваги: 1) простота при використанні обладнання та технології, яка пов’язана з відсутністю необхідності застосування захисного газу або флюсу; 2) можливість наплавлення в польових умовах, оскільки вітер практично не впливає на процес наплавлення; 3) порівняно легкий процес додавання легувальних елементів в наплавлений метал, склад якого можна регулювати в широких межах.

Проблема наплавлення цим способом, яка пов’язана із значним виділенням диму, вирішена розробкою спеціального димового колектора.

3.1.2.5 Наплавлення в середовищі захисного газу [1]. Наплавлення електродом, що плавиться, в середовищі захисного газу відбувається за наявності газового потоку в напрямку подавання електродного дроту (наплавочного матеріалу), що забезпечує захист зони дуги від оточуючого середовища.

В ролі захисного газу використовують CO₂, хоча в останній час розповсюджена практика наплавлення в суміші вуглекислого газу з аргоном та іншими інертними газами.

На практиці використовують також наплавлення неплавленим вольфрамовим електродом, в середовищі інертного газу при якому дуга виникає між основним металом та вольфрамовим електродом за рахунок тепла якої проходить розплавлення присадочного металу. Процес аргонно-дугового наплавлення може проводитись із застосуванням механізованих засобів подавання наплавочного матеріалу з постійною швидкістю в автоматичному і напівавтоматичному режимах.

Застосування інертного газу виключає необхідність використання флюсу, тому даний спосіб особливо ефективний при наплавленні кольорових металів, високолегованих сталей та інших матеріалів, чутливих до окислення і азотування. Висока якість наплавленого металу забезпечується при широкому виборі наплавочних матеріалів. Стабільна дуга колоколоподібної форми утворюється в широкому діапазоні сили струму, що забезпечує формування рівного валика наплавленого металу з гладкою поверхнею. Цей спосіб поступається наплавленню металу плавленим електродом за продуктивністю внаслідок високої концентрації енергії і низької ефективності використання тепла дуги.

3.1.2.6 Електрошлакове наплавлення [1]. Наплавлення цим способом проходить в умовах безперервного подавання електродних дроту або смуги у середину шару розплавленого шлаку та плавлення завдяки пропусканню струму між основним металом та електродом.

Переваги електрошлакового наплавлення: 1) економічність наплавлення; вона зростає при збільшенні товщини наплавляємого шару (застосування багатоелектродних головок забезпечує наплавлення шару великої товщини без суттєвого збільшення тривалості наплавлення); 2) менші витрати шлаку, ніж при дуговому наплавленні під флюсом; 3) можливість наплавлення високовуглецевих і інших матеріалів, які схильні до утворення тріщин; це забезпечується низькою швидкістю охолодження наплавленого металу; 4) відносна простота процесу наплавлення.

3.1.2.7 Плазмове наплавлення [1]. При плазмовому наплавленні розплавлення присадочного матеріалу здійснюється високотемпературним плазмовим потоком, який виникає при примусовій подачі робочого газу крізь електричну дугу.

На рис. 3.3 наведено схему плазмового наплавлення нагрітим наплавочним дротом. Під час наплавлення цим способом два дроти, послідовно підключені до джерела живлення змінного струму, подаються з постійною швидкістю в зварювальну ванну під плазмовим пальником, де проходить їх швидке розплавлення під дією тепла плазми в сполученні з нагріванням електроопором самих дротів під час пропускання змінного струму. Для утворення плазми використовують суміш гелію (75 %) з аргоном (25 %), а в ролі захисного газу застосовують аргон, який виключає можливість окислення зварювальної ванни та наплавленого металу, що кристалізується позаду плазмового потоку. Під час наплавлення в умовах поперечних коливань плазмового пальника отримують валик шириною до 64 мм. Наплавочні матеріали: корозійностійкі сталі, нікель та його сплави, сплави міді і інше. Під час наплавлення дротом діаметром 2,4 мм отримують шар товщиною до 6,5 мм.

1 – джерело живлення постійного струму; 2 – плазмовий пальник;

3 – електропривод для подавання дроту; 4 – наплавочний дріт;

5 – джерело змінного струму для підігрівання дроту

Рисунок 3.3 – Схема плазмового наплавлення [1]

В практиці наплавлення застосовують спосіб, який сполучає в собі плазмове наплавлення з дуговим наплавленням плавленим електродом в середовищі інертного газу. При цьому електрод плазмового пальника і звичайний металевий електрод з’єднують з протилежною полярністю, та при силі струму вище 300 А стовбчаста дуга перетворюється в дугу, яка обертається, що забезпечує наплавлення валика шириною 40 мм при глибині проплавлення основного металу не більше 1 мм.

Вибір способу наплавлення обумовлений в основному величиною зношування, формою і розмірами наплавляємої поверхні, часткою основного металу в наплавленому та техніко-економічними показниками процесу наплавлення.

3.1.2.8 Матеріали для наплавлення [2]. Отримання необхідних фізикомеханічних властивостей наплавленого металу визначається головним чином матеріалами, які використовуються під час наплавлення. До них відносяться електродні матеріали, наплавочні порошки, флюси.

Характеристика електродів для ручного дугового наплавлення стальних деталей наведена в табл. 3.1.

Таблиця 3.1 – Характеристика електродів для ручного дугового наплавлення стальних деталей [2]

Тип за ГОСТ 10051-75	Марка електроду	Вміст елементів, %								HRC
		C	Si	Mn	Cr	Ni	Мо	Ті	В
Э-10Г2	ОЗН-250У	0,08… 0,12	 0,15	2,0… 3,3	-	-	-	-	-	20…28
Э-16Г2ХМ	ОЗШ-1	0,12… 0,2	0,8… 1,3	1,2… 2,0	0,9… 1,3	-	0,7… 0,9	-	-	35…39
Э-70Х3СМТ	ЭН-60М	0,5… 0,9	0,8… 1,2	0,4… 1,0	2,3… 3,2	-	0,3… 0,7	 0,3	-	52…60 після т/о
Э-65Х11Н3	ОМГ-Н	0,5… 0,8	0,3	0,7	10…12	2,5…3,5	-	-	-	25…33
Э-320Х25С2ГР	Т-590	2,9… 3,5	2,0… 2,5	1,0… 1,5	22…27	-	-	-	0,5… 1,5	57…63

Найбільш розповсюдженим матеріалом для механізованого електродугового наплавлення є стальний наплавочний дріт суцільного перетину за ГОСТ 10543-75 (табл. 3.2).

Таблиця 3.2 – Характеристика стального наплавочного дроту [2]

Марка дроту за ГОСТ 10543-75	Вміст елементів, %						НВ
	С	Mn	Si	Cr	Ni	Ti
Нп -25	0,22…0,30	0,50…0,80	0,17…0,37	 0,25	 0,30	-	160…220
Нп -30Х5	0,27…0,35	0,40…0,70	0,20…0,50	4,0…6,0	 0,40	-	340…400
Нп -Х20Н80Т	 0,12	 0,7	 0,8	19,0…23,0	основа	0,15…0,40	180…220
Примітка: вміст сірки і фосфору не більше 0,040 %

Об’єкти наплавлення: вали, кранові колеса, шпінделі, валки кувальних машин та ін. Дріт з алюмінієво-залізистої бронзи БрАЖМ 10-3-1,5, алюмінієво-марганцовистої бронзи БрАМц 9-2, кремнієво-марганцовистої бронзи БрКМ 3-1 використовують для наплавлення під флюсом АН-20 і АН-60 шару бронзи на стальну основу при виготовленні біметалічних деталей металургійного обладнання, які працюють в парах тертя.

Високолегований порошковий дріт використовують для механізованого наплавлення. Його виготовляють з м’якої металевої (стальної, нікелевої, мідної, кобальтової та ін.) оболонки і запресованих в неї порошків – сумішей тонкомолотих феросплавів, чистих металів, карбідів, боридів, інших матеріалів. Для поліпшення процесу наплавлення в серцевину порошкового дроту додають газо- і шлакоутворювачі, розкислювачі та інші речовини.

Об’єкти наплавлення: ножі гарячого різання, вали, вісі, пресовий і штамповий інструмент, зубці ковшів екскаваторів, плунжери гідросистем та ін.

Для наплавлення шару бронзи на сталь розроблена серія порошкових дротів з мідною оболонкою, наприклад, ПП БрАЖ 9-4 (8…10% Al, 2…4% Fe, 0,2% Si,  2,0% домішки, залишок – мідь). Порошковий дріт використовують також для заварювання дефектів лиття, віднови зношених деталей з алюмінієвих бронз в захисному газі.

В табл. 3.3 наведена характеристика деяких марок порошкового дроту для наплавлення.

Таблиця 3.3 – Характеристика порошкового дроту для наплавлення [2]

Марка дроту	Вміст елементів в наплавленому металі, %									HRC
	C	Cr	Mn	Si	Ni	Ti	W	V	Mg
ПП АН-133	0,12	17,0	1,2	5,4	8,0	0,1	-	-	-	28…34
ПП 3Х2В8	0,32	2,5	0,8	0,6	-	-	8,5	0,3	-	44…52
ПП ТН-250	0,14	-	0,4	0,8	-	0,4	-	-	-	HB 250…300
ПП АНЧ-5	3,3	-	0,3	3,2	-	-	-	-	0,02	HB 180…280

Холоднокатану стальну смугу, яку використовують для наплавлення під флюсом, виготовляють з вуглецевої конструкційної сталі за ГОСТ 2284-69 (наприклад, сталь 40, 50), з інструментальної і пружинної сталі за ГОСТ 2283-69 (наприклад, сталь 65Г, 50ХФА), з корозійностійкої і жаростійкої сталі за ГОСТ 4986-70 (наприклад, 20Х13, 12Х18Н9Т), зі сплавів високого електроопору за ГОСТ 12766.2-77 (наприклад, Х15Н60, Х20Н80). Товщина смуги 0,4…1,0 мм, ширина 20…100 мм і більше.

Порошкову смугу виготовляють з металевої оболонки, мелених порошків і на відміну від порошкового дроту не піддають волочінню. На відміну від порошкового дроту, до якого додають 40 % легувальних домішок, в порошкову смугу можливе їх додавання до 70 %. Перевагами використання порошкової смуги є відносна простота її виготовлення, висока продуктивність процесу наплавлення, універсальність, яка дозволяє проводити наплавлення як під флюсом, так і відкритою дугою. Характеристика порошкової смуги приведена в табл. 3.4. Об’єкти наплавлення: конуси і чаші засипних апаратів доменних печей, ножі бульдозерів, ролики рольгангів, кранові колеса та ін.

Таблиця 3.4 – Характеристика порошкової смуги для наплавлення [2]

Марка	Вміст елементів в наплавленому металі, %						HRC
	C	Si	Mn	Cr	В	Ni
ПЛ АН-101	3,0	3,0	1,5	25,0	-	3,0	50…55
ПЛ АН-150	0,08	5,5	2,0	17,8	0,15	9,2	28…34
ПЛ АН-171	1,0	3,0	2,0	20,0	4,0	-	65…68

Спечену (металокерамічну) смугу на залізній основі (ГОСТ 22366-77) за методом порошкової металургії виготовляють холодним прокатуванням та наступним спіканням в захисному середовищі суміші металевих порошків, феросплавів, графіту та інших матеріалів (табл. 3.5). Завдяки пористості спечена смуга має підвищений електроопір, який обумовлює підсилене нагрівання вильоту електроду в процесі наплавлення. Це забезпечує підвищення продуктивності наплавлення на 25…30 % у порівнянні з холоднокатаною смугою подібного складу. Рівномірний розподіл складових частинок за перетином спеченої смуги забезпечує отримання більш однорідного за хімічним складом наплавленого металу, ніж при використанні порошкової смуги, а це в свою чергу сприяє підвищенню його зносостійкості. Об’єкти наплавлення: штампи холодного і гарячого штампування, прокатні валки, деталі машин і апаратів, які працюють в агресивних середовищах при звичайних та підвищених температурах з підвищеними вимогами до стійкості проти міжкристалітної корозії та ін.

Для отримання потрібних властивостей наплавленого металу все більш високе використання знаходять порошкові матеріали – гранульовані порошки із сплавів для наплавлення, суміші порошків, карбіди.

Таблиця 3.5 – Характеристика спеченої (металокерамічної) смуги для наплавлення [2]

Марка	Вміст елементів в наплавленому металі (основа залізо), %							HRC
	C	Si	Mn	Cr	W	Ni	інші
ЛС 5Х4В3ФС	0,60…0,80	0,5	 0,4	4,5…5,5	3,5…4,5	-	0,6…0,8 V	40…44
ЛС 20Х10Г10T	0,20…0,40	0,3	16,0…18,0	11…12	-	-	0,6…0,8 Ti	38…42
ЛС У10Х7ГР1	1,10…1,40	0,5	1,2…1,4	7,0…8,0	-	-	0,6…0,9 B	54…58
ЛС 30ХГС	0,27…0,35	1,2	0,8…1,2	0,8…1,1	-	 0,4	-	21…33

Порошки для наплавлення широко використовують в таких технологічних процесах, як плазмове, газове (газопорошкове), індукційне, пічне, дугове наплавлення, плазмове напилення (табл. 3.6). До порошків, які використовують для індукційного наплавлення, домішують флюси, котрі забезпечують добру змочуваність частинок та їх сплавлення з основним металом.

Суміші порошків наплавляють, як правило, вручну електродом, який не плавиться, відкритою дугою, що створює важкі умови праці і не забезпечує високої продуктивності процесу. Тому використання сумішей порошків обмежене (наприклад, марка ФБХ6-2: 3,5…5,5 % С; 28,0…37,0 % Cr; 1,0…2,5 % Si; 2,5…5,5 % Mn; 1,3…2,2 % B; решта Fe, твердість не менше 53 HRC).

Якість наплавленого шару в значній мірі залежить від типу та складу флюсів, що використовуються. При механізованих способах наплавлення флюс повинен найкращим чином забезпечувати: ізоляцію дуги від повітря, стійкість дуги, запобігання розбризкуванню, задовільне відокремлення шлакової корки, уповільнення швидкості кристалізації та створення сприятливих умов для дегазації зварювальної ванни.

Флюси загального призначення використовують для механізованого дугового наплавлення вуглецевих і низьколегованих сталей. Флюси спеціального призначення використовують для дугового і електрошлакового наплавлення легованих сталей і сплавів, кольорових металів. Розрізняють плавлені, керамічні та змішані флюси.

Таблиця 3.6 – Хімічний склад порошків із сплавів для наплавлення і напилення [2]

Марка

Вміст елементів в наплавленому металі, %

HRC, не менше

основа

C

Cr

Si

Mn (W)

Ni

B

Fe

ПГ 2ФБХ6-2

Fe

3,5…5,5

32,0…37,0

1,0…2,5

1,5… 4,0

–

1,3…2,0

52

СНГН-60

Ni

0,9…1,1

16,0…19,0

4,0…5,0

 1,0

–

4,0…4,7

 4,5

58

ВСНГН-80

W

4,9…5,3

2,5… 3,0

0,7…1,0

 0,1

14,0…17,8

0,6…0,9

 0,8

52

ПН АН-34

Co

0,7…0,9

28,0…32,0

1,5…2,0

(4,0… 5,0)

 2,0

0,6…0,8

 2,0

42

Вихідними матеріалами для виробництва плавленого флюсу є: кварцевий пісок, марганцева руда, глинозем, плавиковий шпат, польовий шпат, магнезит та ін. Важливими перевагами плавлених флюсів є їх відносно мала гігроскопічність і висока механічна міцність (табл. 3.7).

Таблиця 3.7 – Хімічний склад плавлених флюсів для наплавлення [2]

Марка	Вміст елементів, %
	SiO2	MnO	CaO	MgO	Al2O3	K2O, Na2O	CaF2	Fe2O3	S	P
								не більше
АН-20CМ	19…24	 0,5	3…9	9…13	27…13	2…3	25…33	1,0	0,08	0,05
ОСЦ-45М	38…44	38…44	 6,5	 2,5	 5,0	-	6…9	2,0	0,15	0,10
ФЦ-9	38…41	38…41	 6,5	 2,5	10,…13	-	2…3	2,0	0,10	0,10

Для виготовлення керамічних флюсів застосовують суміші порошкоподібних матеріалів, які замішують на рідкому склі і гранульованих до заданої фракції з наступним сушінням та прожарюванням (табл. 3.8). Вихідними матеріалами для таких флюсів є: марганцева руда, титановий концентрат, кварцевий пісок, мармур, плавиковий шпат, феросплави та ін. Перевагами керамічних флюсів є, по-перше, можливість легування наплавленого металу будь-якими елементами при використанні нелегованого електродного дроту; по-друге, можливість додавання елементів-модифікаторів безпосередньо в зварювальну ванну в період, який передує початку кристалізації металу, що забезпечує оптимальні умови модифікування.

Таблиця 3.8 – Характеристика керамічних флюсів для наплавлення [2]

Марка флюсу	Вміст елементів в наплавленому металі, %						Марка електродного дроту	HRC (HRB)
	C	Cr	Mn	Si	Mo	V
ЖСН-5	0,18	6,20	0,32	0,30	0,76	0,35	Св-08	35…38
							Св-12ГС	48…50
							Нп 30ХГСА	52…56
АНК-18	0,30	3,5	1,4	0,2	-	-	Св-08	(350…450)
АНК-40	0,25	1,2	1,2	0,8	-	-	Св-08	(200…300)

Змішані флюси уявляють собою механічну суміш деяких марок плавлених флюсів з феросплавами і іншими компонентами. Для легування металу через флюс до нього іноді додають ферохром, феромарганець, феросиліцій, графіт і ін. Недоліком флюсів-сумішей є значна залежність хімічного складу наплавленого металу від режиму наплавлення, а також можливість сепарації домішок.

Основними факторами, які визначають вибір флюсу, є спосіб наплавлення, а також склад наплавленого і основного металу.

3.1.3 Загальна характеристика техніки напилення. Існуючі технології напилення в залежності від джерела теплової енергії, яке використовується, можна поділити на два основних види: газополумене напилення, при якому використовується теплота, котра виділяється при згорянні суміші горючого газу з киснем, та електричне напилення, засноване на використанні тепла, яке виділяється при горінні електричної дуги.

Переваги технології напилення [1]:

- можливість нанесення покриття на вироби, виготовлені з різного роду матеріалів;

- можливість напилення різних матеріалів за допомогою одного і того ж обладнання;

- відсутність обмежень за розміром та формою виробів;

- можливість відновлення зношених поверхонь;

- широкий вибір матеріалів для напилення;

- невелика деформація виробів під впливом напилення;

- простота технологічних операцій напилення та обладнання, відносно невелика трудомісткість, висока продуктивність нанесення покриття;

Недоліки технології напилення [1]:

- невелика ефективність нанесення покриття на дрібні вироби внаслідок низького коефіцієнта використання напиляємого матеріалу (відношення маси покриття до загальної маси витраченого матеріалу);

- шкідливі умови роботи операторів під час попереднього оброблення поверхні виробів;

- виділення диму та аерозолів під час напилення.

На особливості нагрівання частинок напиляємого матеріалу, їх рух від сопла пальника до виробу, умови зіткнення з ним, структури перехідної зони між покриттям та основним матеріалом та міцність зв’язку між напиленими частинками впливають наступні фактори: метод і технологія напилення; розміри та форма частинок напиленого порошку, діаметр дроту або прутка; густина, питома теплоємність, теплопровідність напиляємих матеріалів; ступінь їх розплавлення; хімічні реакції при високих температурах між частинками наплавляємих матеріалів та між частинками і оточуючим середовищем; їх хімічна активність по відношенню до матеріалу основи та ін.

На формування покриття впливає також кут напилення, тобто кут між напрямком напилення та поверхнею основного матеріалу. По мірі зменшення кута напилення зростає пористість покриттів, зменшується коефіцієнт використання напиляємого матеріалу, знижується рівень щільності покриття та міцності зчеплення покриття з основним матеріалом.

При будь-якому способі напилення поверхня основного матеріалу розташовується зазвичай на відстані не менше 100 мм від зрізу сопла пальника. Покриття утворюється з окремих розплавлених або близьких до цього стану частинок внаслідок удару та нашарування на поверхню основи.

Під час руху до основного металу у високотемпературному газовому середовищі частинки знаходяться в розплавленому стані та їх поверхня покривається оксидною плівкою. При зіткненні з поверхнею основного матеріалу або поверхнею раніше утвореного покриття частинки розплющуються і утворюється тонкий шар, який механічно зчепленний з поверхнею основного матеріалу або покриття.

При напиленні металів швидкість охолодження частинок складає 106…108 С/с, а при напиленні кераміки – 104…106 С/с, тобто кристалізація рідких частинок завершується у продовж незначного проміжку часу. Налипання частинок здійснюється за рахунок їх механічного зчеплення з макровиступами основи та місцями руйнування оксиду основи. Цей механізм адгезії покриття називають анкерним ефектом.

Крім механічного зчеплення, міцність зчеплення покриття з основним матеріалом забезпечується за рахунок низки інших механізмів (дифузії компонентів покриття до основного матеріалу, сплавлення, хімічної взаємодії). Оскільки частинки напиляємого матеріалу мають оксидну плівку, їх зчеплення з поверхнею основного матеріалу на деяких мікроділянках проходить крізь оксидні плівки.

Тому для отримання покриття з високою міцністю зчеплення необхідно щоб перед напиленням поверхня основного металу (температура якого при напиленні не повинна перевищувати оптимальної) була вкрита лише тонкою оксидною плівкою, наприклад такою, якою вона буває після механічної обробки для надання поверхні виробу певної шорсткості.

3.1.4 Технологія напилення. Технологічний процес напилення виробів передбачає проведення наступних операцій [1]:

Попередня обробка поверхні основного металу для забезпечення доброї адгезії частинок напиляємого матеріалу.

Напилення.

Термічна обробка для ущільнення покриття.

Чистове очищення поверхні покриття.

Для забезпечення задовільної адгезії частинок основа повинна бути достатньо шорсткою. В тих випадках, коли адгезія покриття переважно залежить від сплавлення напиляємого матеріалу з матеріалом основи або від утворення хімічних сполук в перехідній зоні, попередня обробка виробу повинна включати очищення поверхні. Попередня обробка поверхні виробу для надання їй шорсткості – важливий захід по збільшенню площі поверхні основи та активності основи.

Для усунення з поверхні жирів та масел використовують промивання розчинником, наприклад бензолом, піробензолом, трихлоропреном, парами трихлоретилена та ін.

Для усунення з поверхні виробів оксидної плівки вироби піддають дробоструменевій або піскоструменевій обробці з використанням стального дробу, кварцевого та глиноземного піску.

Нанесення покриття слід починати невдовзі після завершення попередньої обробки поверхні, оскільки тривала витримка активованої поверхні з великою ефективною площею супроводжується активним її окисленням, що знижує міцність зчеплення покриття з основним металом.

Для оптимізації режиму напилення необхідно враховувати такі фактори як характеристика джерела нагріву (вид робочого газу, його витрати, потужності), хімічний склад, теплофізичні властивості, форму, гранулометричний склад або діаметр (у випадку дротового та пруткового) напиляємого матеріалу, склад металу основи, розмір та форму виробу, стан його поверхні, температуру основи, кут та дистанцію напилення.

Напилені покриття за своєю структурою є пористими і потребують застосування заходів по її усуненню. Один із способів ліквідації пор – нанесення шару фарби на поверхню покриття. Знаходить застосування також спосіб заповнення пор за рахунок пропитування покриття спеціальними смолами або масляними розчинами. Для покриттів, які були напилені сплавами, що самофлюсуються, проводять оплавлення покриттів після їх нанесення. Для поліпшення механічних властивостей та термостійкості покриттів їх іноді піддають наступній термообробці.

Після напилення поверхня виробів є нерівною і шорсткою, що потребує наступного механічного оброблення, яке здійснюється різанням або мокрим шліфуванням.

При необхідності пропитування пор його бажано проводити до чистового механічного оброблення покриття, щоб виключити потрапляння в пори забруднень: охолоджуючої рідини, дрібної стружки і т. ін.

Напилення має відмінні риси, знання яких необхідне для вірного вибору технології нанесення покриття для кожного окремого випадку. Для вибору оптимального способу нанесення покриття необхідно враховувати форму і розміри виробів, вимоги, які висуваються до точності нанесення покриття, його експлуатаційних властивостей, витрати на основне і допоміжне обладнання, наплавочні матеріали і гази, на попередню і кінцеву обробку покриття, умови праці та на інші фактори виробничого і соціального характеру.

3.1.4.1 Газополуменеве напилення [1]. Газополуменеве напилення в залежності від стану напиляємого матеріалу може бути трьох типів: напилення дротом, прутком і порошком.

На рис. 3.4. показано принцип газополуменевого напилення дротом, аналогічного напиленню прутком. В обох випадках напиляємий матеріал подають через центральний отвір пальника і розплавлюють полум’ям пальної суміші. Розплавлені частинки металу підхоплюються струменем стисненого повітря і в дрібнорозпиленому вигляді транспортуються до поверхні виробу. Дріт подається із заданою швидкістю роликами, які приводяться в рух впровадженою в пальник повітряною турбіною або електродвигуном через редуктор.

Для напилення зазвичай використовують дріт діаметром не більше 3 мм, однак під час напилення легкотопкими металами (алюміній, цинк і т.п.) для підвищення продуктивності процесу допускається використання дроту діаметром 5…7 мм.

При порошковому напиленні дисперсні частинки потрапляють у пальник із бункеру через отвір, прискорюється потоком транспортуючого газу (суміш кисню з пальним газом) і на виході із сопла потрапляють в полум’я, де відбувається їх нагрівання. Частинки порошку, захоплені струменем гарячого газу, потрапляють на поверхню, що напиляється.

1 – стиснене повітря; 2 – ацетилено-киснева або пропано-киснева паливна суміш; 3 – дріт; 4 – насадок; 5 – ядро ацетилено-кисневого полум’я; 6 – кінець дроту, який оплавляється; 7 – факел полум’я; 8 – повітряний потік;

9 – покриття; 10 – потік частинок напиляємого матеріалу; 11 – основний матеріал

Рисунок 3.4 – Схема газополуменевого напилення дротом [1]

При газополуменевому способі напилення здійснюється в основному тими матеріалами, температура плавлення яких нижче температури полум’я. В табл. 3.9 наведено температури полум’я для пальних сумішей різного складу.

Після напилення іноді проводять оплавлення покриття для зменшення пористості.

Таблиця 3.9 – Температура полум’я для пальних сумішей [1]

Склад суміші	Температура, С
Кисень-ацетилен	3100
Кисень-бутан	3100
Кисень-пропан	2760
Кисень-водень	2700
Кисень-генераторний газ	2000
Повітря-ацетилен	2325
Повітря-водень	2055
Повітря-генераторний газ	1530

Технологія газополуменевого напилення досить проста, а вартість обладнання і витрати на експлуатацію низькі. В зв’язку з цим даний спосіб знайшов найбільш широке застосування на практиці.

3.1.4.2 Детонаційне напилення. Принцип напилення: в циліндричну водоохолоджувальну камеру діаметром 25,4 мм подається кисень і ацетилен в визначених об’ємах; стовбур направляється на оброблювану деталь [1]. Потім через спеціальний отвір в камері азотом подається порошок напиляємого матеріалу, наприклад, карбід вольфраму з додаванням невеликої кількості інших компонентів. Газову суміш, в якій у зваженому стані знаходиться напиляємий порошок, підпалюють електричною іскрою. В результаті вибуху суміші відбувається виділення тепла і утворюється ударна хвиля, яка розігріває та прискорює частинки порошку в напрямку до поверхні виробу.

Азот і пальний газ виходять зі стовбуру зразу ж після вибуху, потім стовбур продувається азотом для видалення продуктів спалювання. Процес повторюється з частотою 3–4 цикли в секунду. За один цикл напилення отримують покриття товщиною  6 мкм. Напилення здійснюють до отримання покриття заданої товщини (0,25…0,3 мм).

Під час вибуху порошковий матеріал набуває великої кінетичної енергії, так що швидкість частинок на відстані 75 мм від зрізу стовбуру установки складає  820 м/с. При розташуванні поверхні основного матеріалу на указаній відстані порошок в момент зіткнення з поверхнею розігрівається до температури 4000С. Висока швидкість руху частинок та їх розігрівання при детонаційному напиленні забезпечують отримання покриття високої щільності і міцності зчеплення з основою. При цьому температура основного матеріалу залишається низькою, що виключає його деформацію або іншу фізичну зміну, що дозволяє використовувати цей спосіб напилення для прецизійних деталей.

Разом з цим детонаційному напиленню притаманні недоліки, пов’язані із значним шумом та можливістю нанесення покриття тільки на матеріали, в яких не виникає залишкова деформація при дії вибухової хвилі.

3.1.4.3 Дугова металізація. Принцип напилення: через два канали в пальнику безперервно подають два дроти (діаметром 1,5…3,2 мм), між кінцями яких збуджується дуга і відбувається розплавлення дроту. Розплавлений метал підхоплюється струменем стисненого повітря, яке витікає з центрального сопла електрометалізатора, і в дрібнорозплавленому вигляді переноситься на поверхню основного матеріалу [1].

Температура дуги залежить від виду газу, який транспортують, складу електродного дроту, режимів напилення та інших параметрів. При використанні металевих електродів і силі струму дуги 280 А досягається температура  6100  200 К. Під час дугової металізації, яка проходить при такій температурі, легше утворюються краплі напиляємого матеріалу.

Переваги дугової металізації полягають у підвищенній продуктивності та низькій тривалості процесу. У порівнянні з газополуменевим напиленням електрометалізація дозволяє отримувати більш міцні покриття, які краще з’єднуються з основою. Дугова металізація дозволяє отримувати псевдосплавні покриття при використанні електродів із різних матеріалів.

До числа недоліків дугового напилення відноситься небезпека перегрівання і окислення напиляємого матеріалу при малих швидкостях подачі розпиляємого дроту. Крім того, велика кількість тепла, яка виділяється при горінні дуги, призводить до значного вигоряння легувальних елементів, які входять в напиляємий сплав (наприклад, вміст вуглецю в матеріалі покриття знижується на 40…60 %, а кремнію і марганцю – на 10…15 %) [1].

3.1.4.4 Плазмове напилення. Газ, в якому значна частина атомів або молекул іонізована (іонізація – втрата атомами електронів), а концентрація електронів і від׳ємних іонів дорівнює концентрації позитивних іонів, називається плазмою. Плазма, яка в цілому є квазінейтральною, не має електричного заряду. Характерна риса плазми – висока електропровідність. Звичайна електрична дуга також знаходиться в плазмовому стані.

Принцип напилення приведено на рис. 3.5. Між катодом (з чистого вольфраму або з додаванням 2 % торію) і мідним водоохолоджуємим соплом, яке виконує роль анода, з’являється дуга, яка забезпечує іонізацію робочого газу. В ролі робочого газу використовують аргон або азот, до яких іноді додають водень.

Порошковий наплавочний матеріал подається в сопло струменем транспортуючого газу, нагрівається плазмою і з прискоренням переноситься до поверхні основного матеріалу для утворення покриття.

Плазмове напилення має ряд важливих преваг: висока температура плазми дозволяє проводити напилення важкотопкими матеріалами; можливе регулювання температури і швидкості плазмового струменя; завдяки вибору форми і діаметра сопла та режиму напилення розширює діапазон напиляємих матеріалів (метали, кераміка і органічні матеріали); використання інертного газу в ролі робочого газу відкриває можливість напилення в камерах з атмосферою інертного газу.

Покриття, отримані методом плазмового напилення, мають високу щільність і добре зчеплення з основою. Порівняно низька продуктивність процесу напилення, шум під час роботи, висока вартість обладнання, великі експлуатаційні витрати та інтенсивне ультрафіолетове опромінення обмежує використання цього способу.

1 – газ плазмоутворювач;

2 – місце вводу напиляємого матеріалу;

3 – джерело живлення;

4 – катод; 5 – анод

Рисунок 3.5 – Схема плазмового напилення [1]

3.1.4.5 Електроімпульсне нанесення покриттів. Цей спосіб засновано на імпульсному розряді конденсатора через дріт напиляємого металу. При цьому проходить вибухове розплавлення дроту і осаджування розплавлених дрібних частинок металу на поверхню виробу.

Електророзрядний ланцюг, який використовується для нанесення покриття, уявляє з себе коливальний контур і характеризується такими даними: ємність конденсатора 100 мкФ, максимальне напруження зарядного струму 30 кВ, власна частота коливань електророзрядного ланцюга 25 кГц. Для напилення використовують металевий, наприклад, вольфрамовий дріт діаметром 0,5…1,0 мм і довжиною 20…150 мм [1].

При розряді в оптимальному режимі біля 40 % маси дроту перетворюється в газ, а останні 60 % – в краплі розплавленого металу, які зіштовхуються з поверхнею основного матеріалу.

При зіткненні з поверхнею основного матеріалу швидкість руху досягає декількох сот метрів за секунду. Рух частинок до основного матеріалу проходить за рахунок різкого розширення газу під час вибуху і виштовхування повітря з зони вибуху, що майже повністю виключає окислення частинок, а як наслідок, забезпечує отримання щільного покриття з високою міцністю зчеплення з основним матеріалом. Недолік електроімпульсного напилення полягає в тому, що його застосування можливе лише для обробки внутрішніх циліндричних поверхонь електропровідних матеріалів.

3.1.4.6 Матеріали для напилення. На практиці використовують матеріали для напилення у вигляді дроту, прутків і порошку. Дріт і прутки використовують при газовому, дуговому і електроімпульсному напиленні, а порошки – при плазмовому, детонаційному і газополуменевому напиленні [1].

Метали та сплави із задовільною пластичністю використовують у вигляді дроту, перевага якого пов’язана з можливістю безперервного і рівномірного його подавання в високотемпературну зону пальника.

Напиляємі матеріали у вигляді прутка, пресованого з оксидів металів, отримують методами порошкової металургії.

Деякі тверді та крихкі метали і сплави, а також хімічні сполуки, з яких звичайним способом неможливо виготовити дріт або пруток, можуть поставлятися у вигляді порошків. Використання порошкових матеріалів є більш економічно доцільним.

Для напилення іноді використовують плаковані порошки. Вони можуть бути отримані з самих різноманітних матеріалів, застосування яких для напилення забезпечує нанесення композиційних покриттів. Такі матеріали, за зовнішнім виглядом є однорідними, уявляють собою механічну суміш різних компонентів. У випадку напилення окремих компонентів порошку, які входять в склад покриття, воно може зруйнуватись у зв’язку із незадовільним зчепленням між складовими суміші, тоді як при використанні плакованого порошку небезпека такого руйнування повністю відсутня. Напилення плакованим порошком має і інші переваги, які пов’язані з підвищенням коефіцієнта використання матеріалу і відсутністю окислення основного компоненту під час напилення, оскільки він захищений плакованим шаром другого компоненту. В процесі напилення плакованим порошком під дією високотемпературного газового струменя проходять екзотермічні реакції між компонентами порошку з утворенням між ними інтерметалідного з׳єднання. Тепло екзотермічних реакцій сприяє підвищенню міцності зчеплення покриття з основним металом. До числа поєднань матеріалів, схильних до екзотермічної взаємодії, відноситься нікель-алюміній. Покриття з алюмініду нікелю може надійно експлуатуватись при температурах до 650 С при збереженні високої термо- і зносостійкісті.

Нанесення покриттів зі сплавів, що самофлюсуються, і наступне їх оплавлення дозволяє отримати шари без пор та з високою щільністю. Покриття із таких сплавів можна використовувати і без наступного оплавлення. Сплави, що самофлюсуються, уявляють собою сплави на основі нікелю, хрому і нікелю або кобальту, які мають домішки бору і кремнію. Покриття з цих сплавів характеризуються високими зносостійкістю, корозійною стійкістю та стійкістю до окислення у повітряному середовищі при високих температурах. По причині низької пластичності ці сплави поставляють для напилення у вигляді порошків.

До кераміки відносять такі сполуки, як оксиди металів, бориди, нітриди, силікати і карбіди. Кераміка є тугоплавким матеріалом, для розплавлення якого необхідна температура до 3000 С. Тому для напилення такого матеріалу використовують плазмений і детонаційний способи. Більш широко застосовують для напилення тільки оксиди і карбіди.

У порівнянні з іншими високотемпературними матеріалами оксиди мають найбільш низькі теплопровідність і електропровідність та значну міцність при високих температурах.

Температура плавлення карбідів металів значно вище температур плавлення самих металів. Температури, при яких відбувається пом’якшення карбідів, перевищують 3000 С. При нагріванні в окисній атмосфері деякі карбіди можуть руйнуватись, однак більшість з них володіє в цих умовах кращою жаростійкістю у порівнянні з жаростійкими металами, а значна частина карбідів має більшу стійкість до окислення, ніж вуглець і графіт. Така здатність карбідів і достатній рівень механічних властивостей при високій температурі передбачає їх використання в ролі жаростійкого покриття.

Для напилення в основному застосовують карбіди вольфраму, хрому, титану, цирконію і танталу.

Алюмінієві покриття використовують для захисту чорних металів від корозії, а в випадку наступного дифузійного відпалювання покриття проходить дифузія алюмінію в основний метал, що дозволяє отримувати шар, який володіє стійкістю до високотемпературного окислення.

Цинк забезпечує захист чорних металів від корозії.

У зв’язку з доброю адгезією молібдену до чорних металів його часто використовують для нанесення підшару, на який потім напиляють шар потрібного матеріалу. Саме молібденове покриття використовують як засіб підвищення жаростійкості і зносостійкості. Молібден є єдиним промисловим металом стійким до гарячої концентрованої соляної кислоти.

Лужіння як засіб підвищення кислотостійкості і корозійної стійкості широко використовують у виробництві харчової тари. Бабітне покриття, яке складається з олова і свинцю використовують в підшипниках.

Мідь та її сплави. Мідь технічної чистоти використовують для нанесення електропровідних і декоративних покриттів. Алюмінієва бронза (5…12 % Al) з додаванням невеликої кількості Fe, Ni і Mn володіє високою корозійною стійкістю, особливо в морській воді, а також стійкістю до дії сірчаної і соляної кислот. Крім того, бронза добре протидіє корозійній втомі, є ерозійностійкою і зносостійкою. Фосфориста бронза (0,03…0,35 % Р), яка використовується в ролі розкислювача, забезпечує покриття, яке має високу зносостійкість; її використовують для зміцнення нових і відновлення зношених частин валів і підшипників ковзання судових механізмів. Гарний світло-коричневий колір покриття фосфористої бронзи може бути використаний для декоративних покриттів. Латуні, які володіють доброю корозійною стійкістю, кородують в морській воді при підвищених температурах. Для напилення використовують суднобудівну латунь, стійку до морської води. Покриття антифрикційною свинцовистою бронзою (23…42 % Pb), яке стійке до схоплювання при високих питомих навантаженнях, широко використовують в підшипниках, які працюють в режимі високих швидкостей і питомих навантажень.

Нікель і його сплави використовують для захисту від ерозійної дії, для підвищення жаростійкості і корозійної стійкості.

Вуглецеві і низьколеговані сталі найбільш широко використовують для підвищення зносостійкості і для реставрації зношених деталей.

Покриття з корозійностійкої сталі виявляють антикорозійні властивості, жаростійкість, зносостійкість.

Срібло використовують для напилення електричних контактів і нанесення покриття на вісі перед напресовуванням деталей (товщина покриття  0,1 мм).

Вольфрам інтенсивно окислюється на повітрі при досить невеликих температурах. В інертному і відновлювальному середовищі може витримувати високу температуру. Вольфрамове покриття має добре зчеплення з керамічними поверхнями.