Известно, что практически все машиностроительные детали проходят различную технологическую обработку с целью получения необходимых эксплуатационных характеристик. Поверхность детали подвергается различным видам химико-термической обработки (закалка, цементация, азотирование и т. д.), а также наносятся покрытия. Газотермические покрытия деталей, к которым относятся плазменные, газопламенные, газодинамические, детонационные, электродуговые, лазерные, также используются в машиностроении в силу своих уникальных свойств. Структура и состав покрытий определяют уникальность применения этих покрытий. Относительно высокая себестоимость покрытий оправдывается эксплутационными свойствами деталей, не достижимыми без газотермических покрытий. Технико-экономические аспекты применения газотермических покрытий достаточно широкие, требуют анализа конструктора и технолога, что обычно подтверждает целесообразность использования покрытий практически для многих механизмов и машин.
Среди газотермических технологий особое место занимает электродуговая металлизация. Технология появилась и начала развиваться в 20‑х годах ХХ века как в СССР, так и в других промышленно развитых странах. Покрытие получается распылением газом (воздухом, азотом, аргоном и их смесью) двух плавящихся электрической дугой проволок. Она отличается относительно низкой стоимостью и доступностью используемых материалов, себестоимостью покрытий, простотой исполнения, что делает её легко доступной на производствах различного уровня. Эта технология используется как для нанесения покрытий на новые детали, так и для восстановления изношенных. Технология электродуговой металлизации преобладает при нанесении коррозионностойких покрытий (цинковых, алюминиевых и др.). Можно утверждать, что развитие технологии электродуговой металлизации, а именно — материалов для её реализации (проволока) и конструкции оборудования, определило её конкурентноспособность для антикоррозионных покрытий различных крупных металлоконструкций (морские нефтегазодобывающие платформы, мосты, путепроводы и т. д.). Для распыления используются проволоки диаметром от 1,6 мм до 4,8 мм, при этом достигается высокая производительность нанесения покрытий.
Такое же оборудование используется для нанесения покрытий из различных сплавов для машиностроительных целей. В этом случае проволоки делаются на основе железа, хрома, никеля, меди, кобальта с различными легирующими добавками, включая карбид вольфрама.
Существенное повышение качества покрытий даёт использование специальных порошковых проволок. При нанесении покрытий на машиностроительные детали в основном используются проволоки диаметром 1,6 мм. Использование меньших диаметров вызвано в первую очередь требованиями к качеству покрытий, их пористости, структуре, шероховатости и т. д. При производстве машиностроительных деталей с покрытиями главным является качество покрытия, а не производительность процесса.
Маршрутная технология нанесения покрытий состоит из нескольких операций, обычно от 4 до 7, и операция непосредственно нанесения покрытия составляет около 10% от времени всей маршрутной технологии, тем самым изменение времени нанесения покрытия, например, уменьшением диаметра распыляемой проволоки, несущественно влияют на производительность производства.
Следует отметить, что для нанесения покрытий на машиностроительные детали в основном используются стационарные металлизаторы, а не ручные, как при нанесении антикоррозионных покрытий. Стационарные металлизаторы позволяют механизировать и автоматизировать производство работ, а также использовать специальные сопловые распыляющие конструкции для достижения высокого качества покрытий, не уступающие, а по некоторым показателям превосходящие родственные технологии, например, газопламенные или плазменные. В настоящее время можно классифицировать сопловые конструкции как классически», такие как на металлизаторах типа ЭМ‑12–67, ЭМ‑14, фирм OSU, Miller и др., когда распыление и ускорение распыляемых частиц металла осуществляется в основном одним газовым потоком; и высокоскоростные, например, запатентованные в РФ металлизаторы типа С‑16-ВСТ, когда для фокусировки и ускорения распылённого потока используется мощный дополнительный поток газа. Для характеристики этого фокусирующего потока можно отметить, что его расход превышает в 2–3 раза расход распыляющего газа; сформированная струя газа и частиц металла (стали) длиной 700 мм прожигает стальной лист толщиной 10 мм в течение 10 секунд. Распыление такой сопловой системой позволяет уменьшить размер напыляемых частиц и их дисперсность; пористость и шероховатость покрытия снижается в 2–3 раза. При этом увеличивается уровень собственных напряжений покрытия, имеются технологические способы уменьшить этот уровень. Ограничение толщины покрытия, как при сверхзвуковом газопламенном напылении, не возникает.
Коэффициент использования распыляемого материала металлизаторов составляет 50–70%.
Мощность высокоскоростного потока позволяет вводить в него дополнительно по оси струи различные порошки (например, одновременно четырёх различных порошков, металлических и керамических), что повышает его технологические возможности, создаёт уникальные структуры покрытий.
Высокоскоростные электродуговые металлизаторы разрабатываются ООО «Термал-Спрей-Тек» с 2015 года и используются при нанесении покрытий на детали заказчиков. Конкурентоспособность покрытий подтверждается многолетней эксплуатацией деталей с покрытием в самых жестких условиях.
В 2021 году на предприятии прошли испытания новые электродуговые металлизаторы, использующие диаметры распыляющих проволок 0,8 мм, 1,0 мм, 1,2 мм. Это новая серия стационарных металлизаторов. При создании таких металлизаторов была решена основная задача, а именно — обеспечение сходимости проволок малого диаметра в сопловой распыляющей конструкции. Использование проволок малого диаметра позволяет уменьшить размер распыляемых частиц и диапазон их размеров и, как следствие, увеличить и улучшить все характеристики покрытий.
Например, при использовании порошковых проволок диаметром 1,2 мм коэффициент использования распыляемого материала составляет около 90%, что частично компенсирует увеличение времени технологического процесса. Увеличение времени технологического процесса нанесения покрытия пропорционально отношению квадратов диаметров проволок. Однако это не является определяющим для использования этих высокотехнологичных металлизаторов для высококачественных покрытий на деталях машиностроения. Использование новой серии металлизаторов с малыми диаметрами примерно в 2 раза снижает нагрузку на периферийное оборудование. Можно констатировать, что металлизаторы, работающие с диаметром проволок 0,8–1,2 мм, наиболее пригодны для задач машиностроения из-за качества покрытий и гибкости технологии.
ООО «Термал-Спрей-Тек» 30 лет работает на рынке России, разрабатывает и выпускает новое оборудование и технологии в области обработки поверхности.
Сергей Николаевич Сарбучев
www.t-s-t.ru, info@t-s-t.ru
Тел.: (495) 475-89-78
Источник журнал "РИТМ машиностроения" № 6-2021
