Газодинамический сверхзвуковой способ напыления покрытий разработан на основе открытого в 80-х годах 20-го века эффекта закрепления твердых частиц, движущихся со сверхзвуковой скоростью, на поверхности при соударении с ней [1].

Суть газодинамического напыления (ГДН) состоит в том, что мелкие металлические частицы, находящиеся в твердом состоянии, ускоряются сверхзвуковым газовым потоком до скорости несколько сотен метров в секунду и направляются на восстанавливаемую поверхность детали. Сталкиваясь с поверхностью в процессе высокоскоростного удара, частицы закрепляются на ней, формируя сплошное покрытие. При этом частицы порошка обычно имеют температуру значительно ниже температуры их плавления. [1,2]

Следует отметить,  что  в наиболее распространенных газотермических способах  напыления покрытий необходимо, чтобы  падающие на основу частицы имели высокую  температуру, обычно выше температуры плавления материала. При газодинамическом напылении, это условие не является обязательным, что и обуславливает ее уникальность. В данном случае с твердой основой взаимодействуют частицы, находящиеся в нерасплавленном состоянии, но обладающие очень высокой скоростью [3,4].

Типичная структура покрытия, сформированного ГДН, представлена на Рисунке 1.

Ниже представлены результаты исследования адгезии покрытий, сформированных ГДН на алюминиевом сплаве АК7ч .

Для нанесения порошковых материалов на образцы использовали комплект для сверхзвукового газодинамического напыления «ДИМЕТ-403» (Рисунок 2), разработанный и изготовленный в Обнинском центре порошкового напыления.

Прочность сцепления покрытий определяли штифтовым методом. Образцы изготавливали из алюминиевого сплава АК7ч. При напылении покрытий использовали порошок марки А-80-13 ТУ 1791-011- 40707672-00.

Исследования адгезии напыленных покрытий в зависимости от температуры нагрева воздуха в напылительном блоке установки (Рисунок 3) показали, что с увеличением температуры адгезионная прочность покрытий снижается.

Это объясняется тем, что с увеличением температуры воздуха увеличивается термодинамическая активность напыляемых частиц. Поэтому, закрепляться на поверхности будут не только частицы, обладающие достаточной кинетической энергией для этого, но и частицы с меньшей кинетической энергией, но с большей температурой. Подобное взаимодействие приводит к увеличению эффективного использования напыляемого материала, с одновременным снижением адгезии покрытия. Из Рисунка 3 видно, что максимальная прочность сцепления покрытий с основой достигается при нагреве воздуха в напылительном блоке около 200 0С. Однако, при данной температуре наблюдается низкий коэффициент использования порошкового материала (4-8%). При увеличении температуры нагрева воздуха в напылительном блоке до 400 0С коэффициент использования порошка достигает 12-15%. Следовательно, наиболее рациональным температурным режимом будет являться режим, обеспечивающий нагрев воздуха в напылительном блоке установки «ДИМЕТ-403» около 400 0С.

На проведенных исследованиях для установки ГДН «ДИМЕТ-403» можно рекомендовать следующий температурный режим напыления порошкового материала А-80-13:давление воздуха в напылительном блоке 0,6…0,7 МПа; температура нагрева воздуха в напылительном блоке – 400 0С; фракция порошка А-80-13 – 40 мкм;

При формировании покрытий на указанных режимах ГДН прочность их сцепления с основой составит на алюминиевом сплаве АК 7ч – 55…63 МПа.

Данная технология может успешно реализовываться при восстановлении посадочных поверхностей под подшипники корпусных деталей, герметизации трещин блоков двигателей, радиаторов и испарителей холодильников, автокондиционеров, теплообменников.

 

Список литературы.

1.     Клюев, О.Ф. Оборудование «ДИМЕТ» для нанесения металлических покрытий. [Текст] / Клюев О.Ф., Каширин А.И., Буздыгар Т.В., Шкодкин А.В. // Сборник материалов Международной научно-технической конференции «Надежность и ремонт машин». В 3-х томах. Т.2-«Материалы, технологии и оборудование для восстановления, упрочнения и изготовления деталей машин и инструмента».– Орел: Изд-во ОрелГАУ, 2004. – С. 11-15.

2.     Кузнецов Ю.А. Комбинированная ресурсосберегающая технология восстановления и упрочнения деталей машин и оборудования АПК // Вестник ОрелГАУ. №1(22). – 2010. – С. 6-8.

3.     Кузнецов Ю.А., Гончаренко В.В. Технологии высокоскоростного напыления. Техника и оборудование для села. №8 (194).– 2013. – С. 40-45.

4.     Кузнецов Ю.А., Гончаренко В.В. Технологические аспекты использования сверхзвукового газотермического  напыления.  Науковi  нотатки.  //  Мiжвузiвський  збiрник  (за  галузями  знань «Машинобудування та металлообробка», «Iнженерна механiка», «Металургiя та матерiалознавство»). Випуск 33. – Луцьк: ЛНТУ, 2011. – С.100-103.