Газодинамическое напыление - это технология нанесения металлического покрытия на различные материалы и изделия с защитной или декоративной целью, при которой формирование поверхностного слоя происходит за счет удара частиц наносимого вещества о поверхность покрываемых заготовок. Газодинамическое напыление бывает холодным (ХГН) и импульсным (ИГН). В первом случае частицы не подвергаются нагреву, а их разгон обеспечивается с помощью сверхзвукового газового потока. Во втором же происходит средний нагрев и ускорение частиц серией ударных волн фиксированной частоты.

Предприятия в Московской области

Московская обл., г. Сергиев Посад, пр. Красной Армии, д. 212В, корп. 8

Стаж (лет): 11 Сотрудников: 20 Площадь (м²): 1400 Станков: 30

Долбёжная обработка Заточка инструмента Зенкерование отверстий Зубодолбёжная обработка Зубофрезерная обработка Зубошлифовальные работы Координатно-расточные работы Накатка резьбы Нарезание резьбы Плоскошлифовальные работы Развертывание отверстий Слесарные работы Токарно-автоматные работы Электроэрозионная обработка Закалка ТВЧ Объёмная закалка Алитирование Анодирование Газодинамическое напыление Оксидирование Цементация Лазерная резка Плазменная резка Газовая сварка Газопрессовая сварка Диффузионная сварка Дугопрессовая сварка Контактная сварка Кузнечная сварка Роботизированная сварка Ручная дуговая сварка Сварка под слоем флюса Термитная сварка Порошковая покраска Работа с нержавеющей сталью Ультразвуковой контроль

Московская обл., г. Истра, ул. Панфилова, д. 11

Стаж (лет): 61 Сотрудников: 500 Площадь (м²): 10000 Станков: 86

Горизонтально-расточные работы Зенкерование отверстий Координатно-расточные работы Круглошлифовальные работы Механическая обработка на обрабатывающем центре Накатка резьбы Нарезание резьбы Плоскошлифовальные работы Протягивание Развертывание отверстий Резьбошлифовальные работы Сверление отверстий на станках с ЧПУ Сверление отверстий на универсальных станках Слесарные работы Токарная обработка на станках с ЧПУ Токарная обработка на универсальных станках Токарно-автоматные работы Фрезерная обработка на станках с ЧПУ Фрезерная обработка на универсальных станках Хонингование Шлицефрезерная обработка Электроэрозионная обработка Дисперсное твердение Закалка ТВЧ Нормализация Объёмная закалка Отжиг металла Отпуск металла Поверхностная закалка Сорбитизация Улучшение металла Бороалитирование Газодинамическое напыление Газотермическое напыление Гальваническое покрытие медью (меднение, омеднение) Гальваническое покрытие никелем (никелирование) Гальваническое покрытие хромом (хромирование) Гальваническое покрытие цинком (цинкование, оцинковка) Карбонитрация Нитроцементация Термодиффузионное цинкование Травление металла Химическое фосфатирование Хромоалитирование Хромосилицирование Лазерная резка Фигурная резка труб Вальцовка листового металла Вальцовка профиля Вальцовка пруткового металла Гибка профиля Гибка пруткового металла Гибка трубы Аргонная (аргонодуговая) сварка Газовая сварка Газопрессовая сварка Контактная сварка Вырубка металла Листовая штамповка Перфорация металла Пробивка металла Раскатка Изготовление деталей по чертежам заказчика Изготовление нестандартных металлоконструкций Лазерная гравировка Обработка алюминия Обработка титана Покраска кистью Покраска краскопультом Порошковая покраска Работа с нержавеющей сталью Работа с оцинкованной сталью

Московская обл., Мытищинский район, д. Красная Горка, ул. Школьная, д. 38

Стаж (лет): 6 Сотрудников: ? Площадь (м²): ? Станков: ?

Токарная обработка на станках с ЧПУ Дисперсное твердение Закалка ТВЧ Криогенная обработка Нормализация Объёмная закалка Отжиг металла Отпуск металла Поверхностная закалка Сорбитизация Улучшение металла Азотирование Алитирование Анодирование Борирование Бороалитирование Газодинамическое напыление Газотермическое напыление Гальваническое покрытие медью (меднение, омеднение) Гальваническое покрытие никелем (никелирование) Гальваническое покрытие хромом (хромирование) Гальваническое покрытие цинком (цинкование, оцинковка) Карбонитрация Многослойное покрытие медью и никелем Многослойное покрытие медью, никелем и хромом Нитроцементация Оксидирование Плакирование Силицирование Термодиффузионное цинкование Травление металла Химическое фосфатирование Хромоалитирование Хромосилицирование Цементация Цианирование Электрохимическая полировка металла Газовая/газопламенная/кислородная резка Гидроабразивная резка Лазерная резка Плазменная резка Поперечная резка рулонной стали Продольная резка рулонной стали Продольно-поперечная резка рулонной стали Резка арматуры Резка на ленточнопильном станке Резка пресс-ножницами Рубка на гильотинных ножницах Фигурная резка труб Вальцовка листового металла Вальцовка профиля Вальцовка пруткового металла Вальцовка трубы 3D гибка проволоки Гибка листового металла Гибка на прессе Гибка профиля Гибка пруткового металла Гибка трубы Аргонная (аргонодуговая) сварка Газовая сварка Газопрессовая сварка Диффузионная сварка Дугопрессовая сварка Контактная сварка Кузнечная сварка Лазерная сварка Наплавка Пайка Полуавтоматическая дуговая сварка Роботизированная сварка Ручная дуговая сварка Сварка арматуры Сварка взрывом Сварка под слоем флюса Сварка трением Сварка труб Термитная сварка Ультразвуковая сварка Химическая сварка Холодная сварка Электронно-лучевая сварка Волочение Вырубка металла Ковка Листовая штамповка Объёмная штамповка Перфорация металла Правка плоского металлопроката Прессование металла Пробивка металла Прокатка металла Прокатка-волочение Прокатка-прессование Пуклевание Раскатка Раскрой металла на координатно-пробивном прессе Художественная ковка Визуально-измерительный контроль Изготовление деталей по образцам заказчика Изготовление деталей по чертежам заказчика Изготовление нестандартных металлоконструкций Изготовление типовых металлоконструкций Контроль проникающими веществами Лазерная гравировка Магнитнопорошковый контроль Маркировка плазмой Обработка алюминия Обработка в галтовочном барабане Обработка в дробемёте Обработка титана Перемотка рулонов металла Пескоструйная обработка Покраска кистью Покраска краскопультом Порошковая покраска Работа с арматурой Работа с нержавеющей сталью Работа с оцинкованной сталью Разработка 3D моделей по чертежам Ультразвуковая толщинометрия Ультразвуковой контроль Химический анализ

Газодинамическое напыление

Основная цель газодинамического напыления металла заключается в придании поверхностям заготовок определенных свойств. Эта процедура выполняется не только в отношении металлических заготовок, но и других материалов. Она направлена на увеличение прочностных характеристик, электрической и тепловой проводимости. Данная технология обеспечивает защиту от коррозии, восстанавливает геометрические размеры. Предприятия, оказывающие услуги газодинамического напыления металла в Москве , прекрасно справляются с этой задачей, ведь в их распоряжении находится высокотехнологичное оборудование.

В большинстве случаев, поверхности металлизируют, при этом наносимые покрытия обладают отличными адгезивными свойствами. Сцепление с основанием получается максимально надежным, изделия обретают дополнительную прочность. Напыляться могут исключительно металлические порошки либо субстанции, содержащие помимо металла, ещё и керамическую составляющую в определенных дозировках. Это существенно удешевляет методику формирования порошкового покрытия и не отражается на его характеристиках. Суть холодной методики газодинамического напыления состоит в нанесении и фиксации на поверхности элементов твердых металлических частиц либо смесей материалов. Их размер составляет 0,01-50 мкм. Они разгоняются до требуемой скорости в воздушной, озоновой либо гелиевой среде. Подобный материал именуют порошковым.

Это алюминиевые частички, никелевые, сочетания алюминия с цинком. Среда, при помощи которой перемешают материал, может быть горячей и холодной. В первом случае максимальный нагрев составляет 700 градусов. При взаимодействии с поверхностью изделия имеет место пластинчатая трансформация, кинематическая энергия трансформируется в адгезионную и тепловую. За счет этого формируется прочный поверхностный слой. Порошок наносят не только на поверхности из металла, но и на бетонные, стеклянные, керамические, каменные. Это существенно расширяет сферу использования методики формирования поверхностей со специфичными свойствами.

Газодинамическое напыление бывает высоким и низким – этот зависит от уровня давления. В первом случае рабочей средой, которая перемещает порошок, служит азот и гелий. Движущиеся металлические частицы обладают давлением свыше 15 атм. Во втором случае применяют сжатый воздух, подаваемый под давлением не более 10 атм. Отличия между этими видами состоят еще и в силе подогрева, расходе рабочей среды. Напыление выполняется в несколько этапов, включающих:

1. Подготовку поверхности к нанесению порошка (используют механический либо абразивный метод).
2. Нагрев рабочей среды до необходимого температурного режима.
3. Подачу нагретого газа в специальное сопло под требуемым давлением (газ подается вместе с порошком).
4. Порошок обретает огромную скорость и соприкасается с поверхностью изделий.

Стоимость услуг газодинамического напыления металла в Московской области вполне доступная.

Холодное газодинамическое напыление - новейший метод в области термического напыления. По сравнению с обычными процессами термического напыления холодное газодинамическое напыление имеет особые преимущества, поскольку распыляемый материал не расплавляется и не плавится во время процесса. Таким образом, тепловое воздействие на покрытие и материал подложки остается низким.

Высокая кинетическая энергия частиц и высокая степень деформации при воздействии на подложку, которая связана с ней, позволяет изготавливать однородные и очень плотные покрытия. Диапазон толщины покрытия варьируется от нескольких сотых долей миллиметра до нескольких сантиметров.

В получаемых металлических покрытиях, физические и химические свойства практически не отличаются от свойств базового материала.

Согласно новейшей системной технологии компании «Impact Innovations GmbH» инертный газ - предпочтительно азот или гелий - подается в пистолет-распылитель под давлением до 50 бар (725 фунтов на кв. дюйм) и нагревается до максимальной температуры 1100 °C (2012 °F) в корпусе пистолета.

Последующее расширение нагретого и находящегося под высоким давлением газа в сужающемся-расширяющемся сопле до давления окружающей среды приводит к ускорению технологического инертного газа до сверхзвуковой скорости и в то же время к охлаждению газа до температуры ниже 100 °C (373 °F).

Распыляемые порошки впрыскиваются в сужающуюся часть сопла с помощью устройства подачи порошка и газа-носителя и ускоряются до скорости частиц 1200 м/с в основном газовом потоке.

В сильно суженом сопле распылителя частицы ударяются о необработанные, в большинстве случаев, поверхности компонентов, деформируются и превращаются в сильно адгезионное/когезионное и низкооксидное покрытие.

Воздействие скорости частиц на качество и эффективность покрытия

1. Частица покрытия достигла минимальной скорости удара, которая необходима для возбуждения механизма взаимодействия с поверхностью подложки (обрабатываемого образца). Эта так называемая «критическая скорость» влияет на свойства материала покрытия.
2. Поскольку скорость удара выше критической скорости, деформация и качество сцепления частиц возрастают.
3. Если скорость удара слишком высока («скорость эрозии»), происходит больше разрушения материала, чем его добавления. Покрытие не образуется.
4. Чтобы образовалось плотное и хорошо сформированное покрытие, значение скорости удара частиц должно быть между значениями критической скорости и скорости эрозии.

Что может быть покрыто методом холодного газодинамического напыления?

Материалы для покрытия

Металлы: например, магний, алюминий, титан, никель, медь, тантал, ниобий, серебро, золото и др.

Сплавы: например, никель-хром, бронза, алюминиевые сплавы, латунь, титановые сплавы, порошки из MCrAlY (сплавы на основе базового металла (Co, Ni, Cr, Fe) с добавлением хрома, алюминия и иттрия) и др.

Смешанные материалы (металлическая матрица в сочетании с твердыми фазами): например, металл и керамика, композиты.

Материалы основы

Металлические изделия и образцы, пластмасса, а также стекло и керамика.

Индивидуальная обработка

Каждый отдельный материал обрабатывается индивидуально.

Обработка материалов требует индивидуальной регулировки температуры и давления газа. Комбинация этих двух физических параметров определяет скорость частиц и качество покрытия. Диапазон оптимальной скорости распыления, ограниченный критической скоростью и скоростью эрозии, называется диапазоном осаждения. В рамках этого диапазона на качество нанесения покрытий влияют параметры.

Роботы Kawasaki применяют в комплексах напыления по технологии ДИМЕТ. Эта технология позволяет наносить металлический слой на различные поверхности: металл, стекло, керамика, камень. Особенностью технологии является возможность нанесения металлического порошка на несовместимые для сварки и пайки металлы. Например, удается эффективно наносить медь на алюминий, что представляет большую ценность для электротехнического производства.

О технолигии

Технология газодинамического напыления порошкового металла и преобразования его в монолитное покрытие реализуется на оборудовании ДИМЕТ выпускаемом Обнинским Центром Порошкового Напыления. Покрытия формируются на любой твердой поверхности, такой, как металл, стекло, керамика, камень. Материал покрытия выбирается при решении конкретной производственной или творческой задачи, поскольку решение может быть получено с помощью разного типа порошковых материалов.

Сжатый воздух (5-8 атм) нагревается (300-600°C) и подается в сопло, где формируется сверхзвуковой поток:

• в этот поток вводятся порошки, содержащие металлические и керамические частицы
• частицы ускоряются газовым потоком до скорости несколько сот метров в секунду и в нерасплавленном состоянии направляются на подложку
• при ударе о подложку кинетическая энергия частиц преобразуется в тепло, а затем в энергию связи частиц с подложкой
• в результате таких высокоскоростных ударов частицы закрепляются на подложке и формируют плотное покрытие.

Основные процессы, определяющие сцепление частиц с подложкой и друг с другом:

1. Тесное соприкосновение кристаллических решеток частиц и подложки (или разных частиц) до образования металлических связей, по крайней мере, на отдельных участках пятна контакта. При этом нигде не происходит плавления частицы или подложки. Этот механизм сцепления аналогичен механизму сцепления при сварке взрывом.
2. На отдельных выступах и неровностях падающих частиц может происходить их плавление и осуществляться точечная микросварка.
3. При тесном соприкосновении ювенильных поверхностей разнородных материалов может проявляться межмолекулярное взаимодействие этих материалов. Типичным примером такого механизма является напыление зеркального алюминиевого покрытия на стекло.
4. Определенную роль может играть механическое сцепление при условии глубокого проникновения частиц в подложку. Конкретное соотношение относительной роли различных механизмов сцепления в различных случаях может существенно отличаться друг от друга и является предметом отдельного исследования.

Области применения

Отрасль	Применение	Покрытия
Литейное производство	Ремонт дефектов литьевых деталей Под давлением В кокиль По выплавляемым моделям	Покрытия для восстановления формы и размеров деталей. Герметизирующие покрытия (низкая газопроницаемость)
Металлургическое производство	Снижение электросопротивления контактов электролизёров Защита от высокотемпературной коррозии	Электропроводящие покрытия Жаростойкие покрытия
Автомобилестроение	Ремонт литых деталей	Герметизирующие покрытия Антикоррозионные покрытия
	Покрытия при ремонте механических повреждений ГБЦ, БЦ, агрегатов Герметизация трещин ГБЦ, БЦ, радиаторов, трубопроводов, кондиционеров Защита от коррозии локальных очагов Восстановление формы кузовных деталей из алюминия без шпатлевки	Герметизирующие покрытия Антикоррозионные покрытия
Авиастроение, авиаремонт	Ремонт литьевых и производственных дефектов алюминиевых деталей	Покрытия для восстановления формы и размеров деталей. Герметизирующие покрытия
Ракетная и космическая техника	Специальное	Покрытия для герметизации изделий из термоупрочненного алюминия Теплоизлучающие покрытия
Судостроение, судоремонт	Протекторная защита сварных швов Восстановление посадочных мест подшипников	Покрытия для восстановления формы и размеров деталей Антикоррозионные покрытия Герметизирующие покрытия
Нефтегазовая промышленность	Восстановление геометрии деталей газоперекачивающих агрегатов Предотвращение от схватывания высоконагруженных резьбовых соединений Восстановление подшипников скольжения	Покрытия для восстановления формы и размеров деталей Антисхватывающие покрытия Антифрикционные
Электротехническое производство	Металлизация электроконтактных площадок Нанесение электропроводных гальванически совместимых покрытий Металлизация для теплопередачи Подслои по алюминию и стекло под пайку	Электропроводящие покрытия
Инструментальное производство	Восстановление форм для пластиковой и стеклянной упаковки Восстановление форм для прессования резиновых изделий Восстановление оснастки для прессовки деталей из прессматериалов (АГ4, ДСВ, карболит) Изготовление искрозащищенного инструмента	Покрытия для восстановления формы и размеров деталей Искробезопасные покрытия
Реставрация памятников и скульптур	Восстановление утраченных элементов памятников. Защита от коррозии	Покрытия для восстановления формы и размеров деталей Антикоррозионные покрытия

Реализованный проект

Роботизированный комплекс покрытия контактных поверхностей токопроводящих шин, которые используются в токамак-реакторе проекта ИТЭР. Разработчик комплекса — ООО "Актон" (партнер и системный интегратор Robowizard).

Схема комплекса:

Решенная задача:

Напыление двухслойного медного покрытия на плоские электроконтактные поверхности алюминиевых токопроводящих шин. Площадка напыления — до 0,5м 2 , сами шины достигают длины 12 метров и массы 4 тонны.

Состав комплекса:

1. ПЛК Овен;
2. Робот Kawasaki RS006L;
3. Камера напыления;
4. Контроллер E01;

Реализованный комплекс дает возможность выполнения следующих задач:

• исполнение технологического процесса с функцией программного контроля и управления параметрами;
• движение напылителя по заданной траектории, синхронизирующееся с работой технологического оборудования, посредством передачи информационных сообщений;
• визуализация параметров технологического процесса на сенсорном экране оператора, а также средства изменения режимов работы, организованные на базе элементов диалоговых окон.

Если у вас есть потребность в подобном решении — оставьте свои контактные данные в форме заявки. Наши специалисты проконсультируют вас и оговорят детали сотрудничества.

Галерея проекта

Схема сотрудничества

Кандидаты физико-математических наук О. КЛЮЕВ и А. КАШИРИН.

Когда только появились первые металлические орудия труда, выяснилось, что, твердые и прочные, они сплошь и рядом портились под воздействием влаги. Шло время, люди создавали механизмы и машины, и чем более совершенными они становились, тем в более тяжелых условиях приходилось работать их металлическим деталям. Вибрации и знакопеременные нагрузки, огромные температуры, радиоактивное облучение, агрессивные химические среды - вот далеко не полный перечень "испытаний", которым они подвергаются. Cо временем люди научились защищать металл от коррозии, износа и других явлений, которые сокращают срок службы деталей. По сути, есть два подхода к обеспечению такой защиты: либо в основной металл добавляют легирующие элементы, которые придают сплаву искомые свойства, либо на поверхность наносят защитное покрытие. Условия работы деталей машин диктуют свойства, которыми должны обладать покрытия. Технологии их нанесения разнообразны: есть распространенные и относительно несложные, есть очень тонкие, позволяющие создавать покрытия с уникальными свойствами. А неугомонные инженеры продолжают изобретать все новые покрытия и придумывать способы их получения. Судьба этих изобретений может стать счастливой, если покрытие намного превосходит своих предшественников по полезным свойствам или если технология дает существенный экономический эффект. В разработке физиков из Обнинска соединились оба этих условия.

Летящие с огромной скоростью частицы металла при соударении с подложкой привариваются к ней, а частицы керамики уплотняют покрытие (а); на шлифе слоя металла видны застрявшие керамические частицы (б).

Схема (вверху) и общий вид (внизу) аппарата для напыления металлических покрытий.

С помощью аппарата можно наносить покрытия в любых помещениях и даже в полевых условиях.

За критическим сечением сопла возникает зона отрицательного давления, и сюда засасывается порошок. Благодаря этому явлению удалось упростить конструкцию питателя.

Дефекты в корпусных деталях (слева) и результат напыления (справа): а - трещина в автоматической коробке передач; б - каверна в головке блока цилиндра.

Покрытыми слоем меди или алюминия инструментами можно работать в пожароопасных помещениях: при ударе о металлические предметы они не дают искры.

ТЕМПЕРАТУРА ПЛЮС СКОРОСТЬ

Из способов металлизации поверхностей в современной технике чаще всего пользуются гальваническим нанесением и погружением в расплав. Реже используют вакуумное напыление, осаждение из паровой фазы и пр. Ближе всего к разработке обнинских физиков находится газотермическая металлизация, когда наносимый металл плавят, распыляют на мельчайшие капли и струей газа переносят их на подложку.

Металл плавят газовыми горелками, электрической дугой, низкотемпературной плазмой, индукторами и даже взрывчатыми веществами. Соответственно методы металлизации называют газопламенным напылением, электродуговой и высокочастотной металлизацией, плазменным и детонационно-газовым напылением.

В процессе газопламенного напыления металлический пруток, проволоку или порошок плавят и распыляют в пламени горелки, работающей на смеси кислорода с горючим газом. При электродуговой металлизации материал плавится электрической дугой. В обоих случаях капельки металла перемещаются к напыляемой подложке потоком воздуха. При плазменном напылении для нагрева и распыления материала используется струя плазмы, формируемая плазматронами разных конструкций. Детонационно-газовое напыление происходит в результате взрыва, разгоняющего металлические частицы до огромных скоростей.

Во всех случаях частицы напыляемого материала получают два вида энергии: тепловую - от источника нагрева и кинетическую - от газового потока. Оба этих вида энергии участвуют в формировании покрытия и определяют его свойства и структуру. Кинетическая энергия частиц (за исключением детонационно-газового метода) невелика по сравнению с тепловой, и характер их соединения с подложкой и между собой определяется термическими процессами: плавлением, кристаллизацией, диффузией, фазовыми превращениями и т.д. Покрытия обычно характеризуются хорошей прочностью сцепления с подложкой (адгезией) и, к сожалению, низкой однородностью, поскольку велик разброс параметров по сечению потока газа.

Покрытиям, которые создают газотермическими методами, присущ ряд недостатков. К ним относятся, прежде всего, высокая пористость, если, разумеется, не стоит цель специально сделать покрытие пористым, как в некоторых деталях радиоламп. Кроме того, из-за быстрого охлаждения металла на поверхности подложки в покрытии возникают высокие внутренние напряжения. Обрабатываемая деталь неизбежно нагревается, и если она имеет сложную форму, то ее может "повести". Наконец, использование горючих газов и высокие температуры в рабочей зоне усложняют меры по обеспечению безопасности персонала.

Несколько особняком стоит детонационно- газовый метод. При взрыве скорость частиц достигает 1000-2000 м/с. Поэтому основным фактором, определяющим качество покрытия, становится их кинетическая энергия. Покрытия отличаются высокой адгезией и низкой пористостью, но взрывными процессами крайне сложно управлять, и стабильность результато в гарантиро вать практически невозможно.

СКОРОСТЬ ПЛЮС ТЕМПЕРАТУРА

Желание создать более совершенную технологию возникло давно. Перед инженерами стояла цель - сохранить достоинства традиционных технологий и избавиться от их недостатков. Направление поиска было более или менее очевидно: во-первых, покрытия должны формироваться в основном за счет кинетической энергии частиц металла (нельзя допускать плавления частиц: это предотвратит разогрев детали и окисление подложки и частиц покрытия), и, во-вторых, частицы должны приобретать высокую скорость не за счет энергии взрыва, как в детонационно-газовом методе, а в струе сжатого газа. Такой метод назвали газодинамическим.

Первые расчеты и эксперименты показали, что создавать таким способом покрытия, обладающие вполне удовлетворительными характеристиками, можно, если использовать в качестве рабочего газа гелий. Такой выбор объяснялся тем, что скорость потока газа в сверхзвуковом соплепропорциональна скорости звука в соответствующем газе. В легких газах (водород из-за своей взрывоопасности не рассматривался) скорость звука гораздо выше, чем в азоте или воздухе. Именно гелий ускорял бы металлические частицы до высоких скоростей, сообщая им кинетическую энергию, достаточную для закрепления на мишени. Считалось, что использование более тяжелых газов, в том числе воздуха, обречено на неудачу.

Работа опытных напылительных установок дала неплохой результат: разогнавшиеся в струе гелия частицы из большинства промышленно применяемых металлов хорошо прилипали к подложке, образуя плотные покрытия.

Но полного удовлетворения инженеры не испытывали. Было понятно, что оборудование на легких газах неизбежно будет дорогим и сможет применяться лишь на предприятиях, выпускающих продукцию высоких технологий (только там есть магистрали со сжатым гелием). А магистрали со сжатым воздухом имеются практически в каждом цеху, на каждом предприятии автосервиса, в ремонтных мастерских.

Многочисленные эксперименты со сжатым воздухом вроде бы подтверждали худшие ожидания разработчиков. Однако интенсивный поиск все же позволил найти решение. Покрытия удовлетворительного качества получились, когда сжатый воздух в камере перед соплом нагрели, а в металлический порошок стали добавлять мелкодисперсную керамику или порошок твердого металла.

Дело в том, что при нагревании давление воздуха в камере в соответствии с законом Шарля повышается, а следовательно, повышается и скорость истечения из сопла. Частицы металла, набравшие в струе газа огромную скорость, при ударе о подложку размягчаются и привариваются к ней. Частицы керамики играют роль микроскопических кувалд - они передают свою кинетическую энергию нижележащим слоям, уплотняют их, снижая пористость покрытия.

Некоторые керамические частицы застревают в покрытии, другие отскакивают от него. Правда, таким способом получают покрытия только из относительно пластичных металлов - меди, алюминия, цинка, никеля и др. Впоследствии деталь можно подвергать всем известным способам механической обработки: сверлить, фрезеровать, точить, шлифовать, полировать.

ГЛАВНОЕ УСЛОВИЕ - ПРОСТОТА И НАДЕЖНОСТЬ

Старания технологов останутся втуне, если конструкторы не смогут создать простое, надежное и экономичное оборудование, в котором был бы реализован придуманный технологами процесс. Основой аппарата для напыления металлических порошков стали сверхзвуковое сопло и малогабаритный электрический нагреватель сжатого воздуха, способный доводить температуру потока до 500-600 o С.

Использование в качестве рабочего газа обычного воздуха позволило попутно решить еще одну проблему, которая стояла перед разработчиками систем на легких газах. Речь идет о введении напыляемого порошка в газовую струю. Чтобы сохранить герметичность, питатели приходилось устанавливать до критического сечения сопла, то есть порошок необходимо было подавать в область высокого давления. Чисто технические трудности усугублялись тем, что, проходя через критическое сечение, металлические частицы вызывали износ сопла, ухудшали его аэродинамические характеристики, не позволяли стабилизировать режимы нанесения покрытий. В конструкции аппарата с воздушной струей инженеры применили принцип пульверизатора, известный каждому еще из школьных опытов по физике. Когда газ проходит по каналу переменного сечения, то в узком месте его скорость увеличивается, а статическое давление падает и может даже быть ниже атмосферного. Канал, по которому порошок поступал из питателя, расположили как раз в таком месте, и порошок перемещался в сопло за счет подсоса воздуха.

В результате на свет появился переносной аппарат для нанесения металлических покрытий. Он имеет ряд достоинств, которые делают его очень полезным в различных отраслях промышленности:

для работы аппарата нужны всего лишь электросеть и воздушная магистраль или компрессор, обеспечивающий давление сжатого воздуха 5-6 атм и подачу 0,5 м 3 /мин;

при нанесении покрытий температура подложки не превышает 150 о С;

покрытия обладают высокой адгезией (40-100 Н/мм 2) и низкой пористостью (1-3%);

оборудование не выделяет вредных веществ и излучений;

габариты устройства позволяют использовать его не только в цеху, но и в полевых условиях;

можно напылять покрытия практически любой толщины.

В состав установки входят собственно напылитель массой 1,3 кг, который оператор держит в руке или закрепляет в манипуляторе, нагреватель воздуха, порошковые питатели, блок контроля и управления работой напылителя и питателя. Все это смонтировано на стойке.

Пришлось потрудиться и над созданием расходных материалов. Выпускаемые промышленностью порошки имеют слишком большие размеры частиц (порядка 100 мкм). Разработана технология, которая позволяет получать порошки с зернами размером 20-50 мкм.

ОТ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ДО СЕЯЛОК

Новый способ напыления металлических покрытий может применяться в самых различных отраслях промышленности. Особенно эффективен он при ремонтных работах, когда необходимо восстановить участки изделий, например, заделать трещину или раковину. Благодаря невысоким температурам процесса легко восстанавливать тонкостенные изделия, отремонтировать которые другим способом, например наплавкой, невозможно.

Поскольку зона напыления имеет четкие границы, напыляемый металл не попадает на бездефектные участки, а это очень важно при ремонте деталей сложной формы, например корпусов коробок передач, блоков цилиндров двигателей и др.

Устройства для напыления уже применяют в авиакосмической и электротехнической промышленности, на объектах атомной энергетики и в сельском хозяйстве, на авторемонтных предприятиях и в литейном производстве.

Метод может оказаться весьма полезным во многих случаях. Вот лишь некоторые из них.

Восстановление изношенных или поврежденных участков поверхностей. С помощью напыления восстанавливают поврежденные в процессе эксплуатации детали редукторов, насосов, компрессоров, форм для литья по выплавляемым моделям, пресс-форм для изготовления пластиковой упаковки. Новый метод стал большим подспорьем для работников авторемонтных предприятий. Теперь буквально "на коленках" они заделывают трещины в блоках цилиндров, глушителях и пр. Без особых проблем устраняют дефекты (каверны, свищи) в алюминиевом литье.

Устранение течей. Низкая газопроницаемость покрытий позволяет ликвидировать течи в трубопроводах и сосудах, когда нельзя использовать герметизирующие компаунды. Технология пригодна для ремонта емкостей, работающих под давлением или при высоких и низких температурах: теплообменников, радиаторов автомобилей, кондиционеров.

Нанесение электропроводящих покрытий. Напылением удается наносить медные и алюминиевые пленки на металлическую или керамическую поверхность. В частности, метод экономически более эффективен, чем традиционные способы, при меднении токоведущих шин, цинковании контактных площадок на элементах заземления и т. п.

Антикоррозионная защита. Пленки из алюминия и цинка защищают поверхности от коррозии лучше, чем лакокрасочные и многие другие металлические покрытия. Невысокая производительность установки не позволяет обрабатывать большие поверхности, а вот защищать такие уязвимые элементы, как сварные швы, очень удобно. С помощью напыления цинка или алюминия удается приостановить коррозию в местах появления "жучков" на крашеных поверхностях кузовов автомобилей.

Восстановление подшипников скольжения. В подшипниках скольжения обычно применяют баббитовые вкладыши. С течением времени они изнашиваются, зазор между валом и втулкой увеличивается и слой смазки нарушается. Традиционная технология ремонта требует либо замены вкладыша, либо заварки дефектов. А напыление позволяет восстановить вкладыши. В этом случае для уплотнения слоя напыляемого металла керамику применять нельзя. Твердые включения через считанные минуты после начала работы выведут подшипник из строя, причем поврежденными окажутся поверхности и втулки и вала. Пришлось применить сопло особой конструкции. Оно позволяет наносить покрытие из чистого баббита в так называемом термокинетическом режиме. Частицы порошка сразу за критическим сечением сопла разгоняются сверхзвуковым потоком воздуха, затем скорость потока резко снижается до околозвуковой. В результате резко возрастает температура, и частицы нагреваются почти до температуры плавления. При попадании на поверхность они деформируются, частично плавятся и хорошо прилипают к ниже лежащему слою.

СПЕЦИАЛИСТУ - НА ЗАМЕТКУ

Литература

Каширин А. И., Клюев О. Ф., Буздыгар Т. В. Устройство для газодинамического нанесения покрытий из порошковых материалов. Патент РФ на изобретение № 2100474. 1996, МКИ6 С 23 С 4/00, опубл. 27.12.97. Бюл.№ 36.

Каширин А. И., Клюев О. Ф., Шкодкин А. В. Способ получения покрытий. Патент РФ на изобретение № 2183695. 2000, МКИ7 С 23 С 24/04, опубл. 20.06.02. Бюл. № 17.

Координаты разработчиков и условия приобретения их технологий или изделий можно узнать в редакции.

Сверхзвуковое холодное газодинамическое напыление (ГДН).

Сущность метода заключается в формировании покрытий за счет высокой кинетической энергии нерасплавленных металлических частиц. В настоящее время данный метод известен как Cold Spray - холодное напыление.

Необходимо отметить, что в наиболее распространенных газотермических способах нанесения покрытий для их формирования из потока частиц 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.

В противоположность плазменному горячему способу распыления разработан газодинамический метод нанесения покрытий холодным способом, сущность которого заключалась в том, что была установлена некоторая пороговая скорость, при которой холодные пластичные частицы образовывали плотное покрытие. При различной грануляции (крупные и мелкие частицы в едином потоке) более мелкие частицы, имеющие большую скорость, оседали на подложке, а более крупные частицы, имеющие меньшую скорость, отскакивали от поверхности и не участвовали в формировании покрытия.

Такое поведение частиц позволило ввести в поток материала покрытия более крупные частицы абразива. Происходило одновременное опескоструивание и нанесение покрытия. С точки зрения подготовки поверхности, когда ювенильная поверхность подложки теряет свою активность за счет адсорбции газов на поверхности при задержке напыления, такая схема нанесения покрытий является оптимальной. При этом была разработана установка, в которой газ (воздух, азот) при давлении 2,5-3,5 МПа подогревается до 350- 600°С в металлическом змеевике проходящим по нему электрическим током от сварочного трансформатора. Распылитель снабжается соплом Лаваля, обеспечивающим сверхзвуковое истечение двухфазной струи.

На рис. 2.48 представлена схема процесса. Газодинамическое холодное напыление позволяет наносить покрытия из пластичных металлов с добавлением других материалов.

На рис. 2.49 представлены зависимости скорости и температуры газа и частиц по соплу Лаваля для двухфазной струи (азот + твердые частицы меди размером 5 и 25 мкм) при давлении Р = 2,5 МПа и температуре Т 0 = 950°С. При этом отношение выходного диаметра /) в к критическому /) к составляет /) в /Г> к = 9.

Рис. 2.48.

Рис. 2.49. Температура воздуха Т д, скорость воздуха и температуры и скорости медных частиц диаметром 5 и 25 мкм в профилированном сверхзвуковом сопле

Отечественная установка «ДИМЕТ» выпускается Обнинским центром порошкового напыления в двух вариантах - ручном мощностью 2 кВт и стационарном мощностью 7 кВт. Рекомендации по применению порошковых материалов представлены в табл. 2.10.

Основное применение ГДН - это нанесение антикоррозионных покрытий протекторного типа на основе алюминия и цинка. Наносятся износостойкие покрытия на основе пластичных материалов - баббита, меди, никеля и др. По сравнению со способами ГН и ЭДМ, когда металл плавится и насыщается газами, в том числе водородом, ухудшающим протекторные свойства покрытия, ГДН не имеют этих недостатков. Водород не растворяется в твердофазных частицах. Покрытие эффективно защищает сталь от коррозии. Способ нашел широкое применение для защиты кузовов автомобилей от коррозии в области сварочных швов.

Основные компоненты покрытия	рабочего
Алюминий, цинк		Герметизация течей в металлических трубках, радиаторах, конденсорах, теплообменниках и т.п., в том числе герметизация течей в сварных швах, ремонт коррозионных и механических повреждений. Герметизация трещин, промоин и других дефектов в алюминиевых, стальных и чугунных деталях
Алюминий, цинк		Восстановление формы металлических деталей. Заполнение каверн, пор, трещин и других дефектов в изделиях из алюминия и его сплавов (в том числе в деталях двигателей, пресс- формах и т.п.). Восстановление посадочных мест подшипников в алюминиевых, стальных и чугунных деталях
Алюминий, карбид кремния		Заполнение каверн, трещин и других дефектов в алюминиевых, стальных и чугунных корпусных деталях двигателя
Оксид алюминия		Очистка и струйно-абразивная подготовка поверхности стали и чугуна для нанесения металлических покрытий
		Электропроводящее покрытие (на сталь, алюминий, керамику). Подслой для пайки оловом к алюминиевым, стальным и чугунным деталям
Медь, цинк		Заполнение каверн, трещин и других дефектов в стальных и чугунных корпусных деталях двигателя

Основные компоненты покрытия	рабочего	Назначение покрытий, объекты ремонта и восстановления
		Антикоррозионная защита. Герметизация дефектов, микротрещин, резьбовых соединений
		Жаростойкое покрытие для защиты от высокотемпературной коррозии. Электропроводящее покрытие для контактных площадок электрооборудования
Никель, цинк		Заполнение каверн, прогаров и других дефектов в стальных изделиях. Для изделий, работающих при высокой температуре
		Электропроводящее покрытие для контактных площадок электрооборудования
		Антикоррозионная защита стальных деталей и сварных швов на стальных конструкциях

На рис. 2.50 представлена схема установки фирмы Linde (США). Последние достижения в реализации способа - изготовление ручных распылителей, характеристики которых приведены в табл. 2.11.

Таблица 2.11

Характеристики распылителей ГДН

Характеристики	Модель 412	Модель 403
Производительность по А1, г/мин
Число температурных режимов
Габариты (мм) и масса (кг):
блока напыления	450 х 64 х 85 мм; 1,3 кг	450 х 64 х 85 мм; 1,3 кг
	340 х 260 х 320 мм; 8 кг	560 х 260 х 490 мм; 16 кг
Характеристики покрытия:
прочность сцепления, МПа
пористость, %
шероховатость поверхности, мкм	R, = 20-40

Рис. 2.50. Схема установки холодного напыления фирмы Linde:

1 - танкер с сжиженным газом (Аг); 2 - испаритель; 3 - компрессор; 4 - подогреватель воздуха; 5 - порошковый питатель; 6 - распылитель

Низкие требования к ускоряющему газу и малая потребляемая мощность обеспечивают возможность создания портативных установок, использующих технологию «ДИМЕТ».