Напыление и упрочнение деталей автомобиля

Размещенно на http://www.allbest.ru

Якутский Государственный Инженерно-Технический Институт Технологический факультет

Контрольная работа по дисциплине Упрочнение деталей автомобиля

Тема: Напыление

Введение

При долговременной износоустойчивой и коррозионной защите значительных по габаритам поверхностей, выполненных из конструкционных сталей, возникает целый ряд требований и ограничений к газо-термическому покрытию (ГТП) как элементу износоустойчивой и противокоррозионной защиты, особенно с учетом обязательной финишной операции - ликвидации открытой пористости. Одновременно обостряется проблема надежного воспроизведения высоких адгезионно - механических параметров ГТП, присущих хорошо отработанным технологиям газо-термического упрочнения и восстановления локально-изнашиваемых поверхностей малогабаритных деталей (шейки валов, плунжера, фрикционные фланцы и т.п.). Высокая удельная себестоимость ГТП, как элемента износоустойчивой и противокоррозионной защиты, значительно ужесточает экономические требования ко всем стадиям создания покрытия: от выбора материала и установки напыления до оптимизации технологических параметров процесса.

Напыляемый материал для ГТП выбирается на основе эксплуатационных требований к покрытию с учетом финишной обработки по ликвидации открытой пористости. Из номенклатуры выпускаемых для ГТП порошков и гибких шнуров для целей противокоррозионной защиты наиболее подходят: а) самофлюсующиеся никель - хромовые сплавы; б) сплавы на основе никель - алюминия, никель-титана и титан - алюминия; в) композиционные терморегулирующие композиции на основе никель - алюминия; г) коррозионно-стойкие стали и сплавы; д) механические смеси коррозионно-стойких материалов (металлы, карбиды, оксиды, сплавы); е) чистые металлы (химически инертные, типа Ni, Cr, Ti или обладающие протекторными свойствами к углеродистой стали, типа Zn, Al).

Ликвидация открытой пористости ГТП достигается оплавлением (самофлюсующиеся сплавы, термопласты) или нанесением лакокрасочных или полимерных композиций, застывающих в сквозных порах и шероховатостях ГТП. Износоустойчивая и противокоррозионная защита оплавляемыми материалами накладывает ограничения на габариты, массу и конструкцию защищаемого изделия. При поверхностном разогреве габариты изделия ограничиваются мощностью оплавляющих горелок, а при объемном разогреве в печи - рабочими размерами последней.

Стандартные установки нанесения ГТП предусматривают максимальное время контакта напыляемого материала с газом-энергоносителем, что обеспечивается вводом материала в канал распылителя. Для получения непроницаемых износоустойчивых и коррозионно-стойких покрытий по произвольному газо-термическому подслою необходима определенная комбинация материалов. При этом схема процесса усложняется из-за ввода на второй стадии газо-термического напыления дополнительного материала на некоторой дистанции (L* ) от среза распылителя (дозатор 3, рис. 1).

В комбинированном металлизационном покрытии высокие адгезионно - механические характеристики газо-термического подслоя дополняются непроницаемостью и химической стойкостью присадочной части. Адгезионная прочность присадочной части, как правило, определяется параметрами шероховатости газо-термического подслоя. При частичной полимеризации защитного полимера в открытых порах и микро-пустотах, особенно с сужением на входе, адгезионная прочность присадочного материала приближается к когезионной из-за механического защемления затвердевающего материала.

Для управления микрорельефом поверхности газо-термического подслоя с образованием искусственной пористости, соответствующей реологическим характеристикам полимерной пропитки, в двухфазный газо-термический поток и вводится материал - порообразователь из дополнительного дозатора.

Материал - порообразователь (обычно соли слабых кислот) удаляется из верхнего слоя ГТП на стадии финишной обработки (термическое разложение или вымывание). Как показали исследования, совместное напыление смеси конструкционного материала (металл или оксид металла) и соли через основной дозатор не дает стабильных результатов по двум причинам:

а) из-за гравитационного расслоения смеси существенно разнородных материалов в емкости дозатора;

б) из-за существенного терморазложения порообразователя при подаче его на срез распылителя.

Обработка схемы раздельного напыления двух компонентов (рис. 1.) проводилась при дистанции напыления :

L=120-130мм

на подготовленную подложку с первоначальным адгезионным слоем (без порообразователя).

При удельной энтальпии аргонно-азотной смеси на срезе модифицированного плазмотрона ПП-25 (установка УПУ-3Д) порядка 5400-5800кДж/кг напылялся порошок - интерметаллид ПН 70Ю30 (фракция 80-120мкм) с коэффициентом использования материала порядка 65-70 %. При этом адгезионный подслой имел максимальные показатели сцепления с основой (66-72 МПа на сдвиг). Определение координаты ввода порообразователя целесообразно начать с сечения, имеющего температуру газа на уровне удвоенной термостойкости порообразователя.

Экспериментальная обработка оптимальной дистанции ввода порообразователя осуществлялась с помощью механического координатника через керамический зонд в светящийся факел потока (вдоль границы). В качестве критерия эффективности процесса нагрева модельного порообразователя (хлористый натрий фракции ниже 120мкм) был выбран коэффициент сохранения материала (КСМ) при улавливании соли в горизонтальную водяную ловушку. Как видно (рис. 2.) стабильный уровень КСМ около 80% (при указанных ранее условиях) сохраняется при дистанции ввода l=20-60мм.

При экспериментальной отработке процесса формирования подслоя при стабилизации уровня электрической мощности расхода и состава материальных потоков и дистанций была показана реальная возможность получения открытой пористости в диапазоне 15-55 %. Для этого применялся метод химического вымывания соли водным раствором с ингибиторами коррозии (при 60°С в течение 30мин). Максимально открытая пористость была зафиксирована при объемном отношении конструкционный порошок - порообразователь 1:1,2.

Напыляемый материал (3, рис. 3.), заполняющий поры и пустоты газо-термического подслоя, должен отвечать следующим условиям:

а) химической стойкостью к рабочей среде после полимеризации;

б) достаточной текучестью при заполнении пор;

в) необходимым сцеплением с газо-термическим подслоем.

Механическую прочность комбинированного износоустойчивого и противокоррозионного покрытия (к контактно-изнашивающим нагрузкам) обеспечивает газо-термический подслой (2, рис. 3.).

Как показали комплексные испытания комбинированных покрытий из пентопласта с искусственным защемлением полимера в газо-термическом подслое из никель - алюминиевого сплава, указанное комбинированное покрытие особенно устойчиво в диффузионно-активных средах (модель - кипящая дистиллированная вода), вызывающих быстрое отслоение химически инертных полимерных пленок при открытых "торцах" покрытия.

В настоящее время на территории России разработана и освоена в серийном производстве технология восстановления каландровых и ламинирующих валов различного назначения. В состав работ входят следующие операции: входной контроль; удаление старого покрытия; подготовка под нанесение покрытия; нанесение нового покрытия; финишная обработка согласно техническим требованиям и чертежу (с чистотой финишной обработки до Ra 0,04).

Покрытие наносится высокоскоростным методом напыления. Данный способ позволяет наносить на валы покрытия, обладающие высокой износостойкостью, низким коэффициентом трения, коррозионной стойкостью (в том числе и в агрессивных средах). При этом покрытия характеризуются очень высокой адгезией (более 8кг/мм2) и плотностью (плотность покрытия не уступает плотности литого металла). Твердость наших покрытий определяется наносимым материалом и может быть обеспечена до 74ед. HRC.

В процессе нанесения покрытия обрабатываемое изделие нагревается до температуры не более 120-1800°С, что позволяет практически полностью избежать термических деформаций и химико-термического воздействия на деталь.

Высокая прочность сцепления и минимальная пористость, получаемые при использовании данного метода, позволили успешно восстанавливать изношенные рабочие поверхности каландровых и ламинирующих валов, плунжеров, штоков, требующих высокого класса чистоты поверхности при окончательной обработке.

Ресурс работы изделий с данными покрытиями увеличивается в несколько раз.

Помимо высокоскоростного газопламенного напыления на предприятиях России применяются и другие методы нанесения покрытий, такие как плазменное напыление, порошковыми материалами и газопламенное напыление проволочными материалами.

На отремонтированные и изготовленные изделия предоставляется гарантия до 36 месяцев и более при условии соблюдения правил эксплуатации согласно действующим технологическим инструкциям и нормативам.

Уникальные технологии по нанесению горячих покрытий и высококвалифицированный персонал позволяют обеспечить эффективное использование покрытий в таких отраслях промышленности, как металлургическая, нефтегазовая (добывающая и перерабатывающая), оборонная (авиационная, судостроительная, вооружений), энергомашиностроительная (атомные и тепловые электростанции), в транспортном машиностроении, в химической, полиграфической, текстильной и целом ряде других отраслей промышленности.

Данная технология по восстановлению деталей различного назначения применяется на более чем 1000 предприятий Москвы и Московской области, Ленинградской, Ярославской, Владимирской и ряда других областей, Республик Карелия, Татарстан, Марий Эл и др., Сибири и стран СНГ.

Предприятия России располагают современной производственной базой по производству газо-термических покрытий. Защитные покрытия наносятся тремя основными методами газо-термического напыления:

1. Высокоскоростное газо-термическое напыление;

2. Плазменное напыление;

3. Газопламенного напыления;

4. Режимы обработки.

Метод высокоскоростного напыления имеет очень высокую скорость рабочей струи (от 7 до 8 скоростей звука), что обеспечивает большую кинетическую энергию частиц напыляемого материала. Покрытия, нанесенные, этим методом характеризуются сверхвысокой плотностью (более 99%) и адгезией более 80 МПа. Толщина покрытий может быть обеспечена от 0,05 до 1мм. Более толстые покрытия технологически могут быть получены, но они экономически нецелесообразны. Температура струи составляет около 1800оС. Температура обрабатываемой детали в процессе напыления не превышает 120 - 1800°С. Данный метод позволяет получать высококачественные покрытия практически со всех металлов, карбидов и металлокерамики (из которых возможно изготовить порошок). Наиболее востребованными, на текущий момент являются износостойкие покрытия из карбида вольфрама (твердость покрытия 72-74ед. HRC) и коррозионно-стойкие хромо - никелевые покрытия.

Установка высокоскоростного напыления ТСЗП HVOF - 2001

Применяемые материалы: порошковые материалы из химически чистых и цветных металлов и сплавов, карбидов.

Технологические характеристики:

Производительность при напылении оксидов и карбидов, кг/ч ?10-12.

Производительность при напылении металлов, кг/ч ?15.

Адгезия, кг/мм ? 8.

Пористость, % ? 0,3.

Толщина покрытия, мм 0,05ч 0,5.

Расход кислорода, л/мин до 1000.

Расход керосина, л/час до 25.

Транспортирующий газ: аргон, азот. Расход, л/мин до 30.

Основные преимущества: возможность проведения локальных ремонтов покрытий, нанесенных другими методами, на детали, подвергающиеся различным видам износа, замена гальванического хрома, нанесение сверхплотных покрытий

Метод плазменного напыления отличается высокой температурой струи. Пористость покрытия составляет от 2 до 15%, а адгезия около 25 - 50 МПа. Данный метод нами используется, как правило, для нанесения керамических покрытий (антифрикционных, теплозащитных и др.).

В качестве примера можно привести установку плазменного напыления ТСЗП MF - P -1000.

Применяемые материалы: порошковые материалы из химически чистых и цветных металлов и сплавов, карбидов.

Применяемые газы - азот, аргон, (или водород, гелий), сжатый воздух.

Технологические характеристики:

Производительность процесса, кг/час:

-при напылении оксидов и карбидов до 6.

-при напылении сплавов до 5.

Расход плазмообразующего газа, литров в минуту 30-70.

Расход транспортирующего газа, литров в минуту 5-10.

Пористость покрытия, % 0,5-8.

Прочность сцепления покрытия с основой (адгезия), кг/мм2 3-8.

Толщина запыленного слоя, мм.

-при напылении металлов и сплавов (зависит от типа материала) 0,05-7.

-при напылении керамики (зависит от типа материала) 0,05-3.

Основные преимущества: возможность нанесения покрытий со специальными свойствами на различные детали горячего тракта газовых турбин и компрессоров, нанесение покрытий с уменьшенной адгезией к коксующимся отложениям.

Метод газопламенного напыления позволяет наносить покрытия из проволоки с любых металлов. Пористость покрытия составляет 3 - 20%, а адгезия около 15 - 45 МПа.

Толщина покрытий может быть обеспечена от 0,5 до 20мм.

Номенклатура обрабатываемых деталей и агрегатов:

- штоки поршневых компрессоров (покрытия из карбида вольфрама и др.);

- плунжера насосов (покрытия из карбида вольфрама и др.);

- каландровые и другие валы (покрытия из карбида вольфрама и др.);

- корпуса электродвигателей и нефтяных погружных насосов.

техпроцесс обработка преобразователь экспериментальный

Заключение

Изложены результаты исследований физических основ горячего напыления. Полученные результаты легли в основу создания комплектов технологического оборудования. Показана исключительная технологическая ценность новой технологии и перспектива для машиностроения при решении проблем пар трения. Новейшая экологически чистая технология напыления металлов позволяет упростить и удешевить весь процесс металлообработки.

Несмотря на тяжелые условия, в которых находится отечественная промышленность, техника и технология горячего напыления металлов продолжает развиваться. Достаточно сказать, что в настоящее время технологией горячего напыления пользуются более чем на 150 заводах страны. Достоинство новой технологии заключается в том, что ее использование позволяет превращать станки в многооперационные, а шероховатость поверхности изменять в любых пределах.

Литература

1. Лобанов Н.Ф., Козлов А.А., Герман М.Ф. Современные тенденции в области формирования газотермических покрытий.//Химическая промышленность. 6.1991.

2. Кудриков В.В., Иванов В.М. Нанесение плазмой тугоплавких покрытий. М., Машиностроение. 1981.

3. Лобанов Н.Ф. Металл - полимерное покрытие с повышенной адгезионной прочностью.// Сб. "Инженерная механика, материаловедение и надежность оборудования". вып. № 2. Новомосковск. 1998.

Размещено на Allbest.ru