Стан та перспективи детонаційного напилення покриттів
Характеристика технологічних та фізико-хімічних особливостей детонаційного напилення. Головний аналіз теплових процесів, температури контакту та тиску при ударі. Установки та перспективи для детонаційно-газової технології нанесення покриттів.
Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче
Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.
Розміщено наhttp://www.allbest.ru/
Федеральне агентство з освіти
Державний освітній заклад вищої професійної освіти
Тульський державний університет
Кафедра обладнання та технології зварювального та ливарного виробництва
з дисципліни «Спеціальні методи з'єднання матеріалів»
на тему: «Стан та перспективи детонаційного напилення покриттів»
студент гр. 630621
1. ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ДЕТОНАЦІЙНОГО НАПИЛУВАННЯ
1.1 Сутність методу
1.2 Технологічні особливості детонаційного напилення
1.2.1 Теплові процеси
1.2.2 Температура контакту
1.2.3 Тиск під час удару
1.3 Фізико-хімічні основи детонаційного напилення
2. УСТАНОВКИ ДЛЯ ДЕТОНАЦІЙНО-ГАЗОВОГО НАПИЛЕННЯ
3. ПЕРСПЕКТИВИ ДЕТОНАЦІЙНО-ГАЗОВОГО НАПИЛЕННЯ
3.1 Переваги та недоліки детонаційно-газового напилення
3.2 Оцінка перспективи розвитку методу
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
Піддетонацієюрозуміють процес хімічного перетворення вибухової речовини при поширенні по ньому детонаційної хвилі з максимально можливою швидкістю, що перевищує швидкість звуку в цьому середовищі.
При детонаційно-газовому напиленніпокриттів використовують специфічне джерело нагріву, розпилення і прискорення частинок, що напиляються. Джерело є високошвидкісним потіком газової суміші, що утворюється в результаті спрямованого вибуху, обумовленого детонацією. Для цього задану кількість газової суміші здатної детонувати, подають у камеру запалювання та стовбур установки.
Перебіг детонаційного вибуху та теплофізичні параметри продуктів реакції легко регулюються введенням до складу горючої суміші різних технологічних добавок. Найчастіше використовують азот, аргон та інших. Технологічні газові добавки виконують та інші функції. Зокрема, замикають канали робочих газів від дії вибуху, очищають камеру згоряння та стовбур від продуктів детонації.
Швидкості частинок при цьому виявляються досить високими, щоб суттєво підвищувати їхню температуру в момент зіткнення. Наведемо розрахункові значення швидкості холодних частинок деяких матеріалів, у яких відбувається їх розплавлення (з урахуванням, що кінетична енергія під час переходу в теплову розподіляється порівну між часткою і поверхнею напилення).
1. ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ДЕТОНАЦІЙНОГО НАПИЛЕННЯ
1.1 Сутність методу
Відмінна риса детонаційного напилення - циклічний характер подачі порошку на поверхню оброблюваної деталі зі швидкістю, що перевищує швидкість звуку. Циклічний процес напилення одержують за допомогою детонаційних установок, принципова схема яких представлена на рис. 1.
У загальному вигляді детонаційні установки складаються з блоку4подачі порошку напилювання, що включає порошковий живильник і дозуючий пристрій; блоку 2,службовця для утворення необхідних газових сумішей та заповнення ними ствола детонаційної установки із заданоюшвидкістю; блоку підпалу 3 і запалювача 2,призначених для ініціювання вибуху робочої суміші; ствола 5,являє собою трубу діаметром 20 - 50 мм, довжиною 1 - 2,5 м і призначеного для спрямованого поширення вибухової хвилі у бік відкритого кінця ствола.
Принцип дії установки полягає у наступному. З блоку 1 газова суміш подається в ствол 5. 2 підпалюють газову суміш. В результаті займання і переміщення по каналу горючої суміші відбувається її вибух з виділенням значної кількості теплоти і утворенням детонаційної хвилі, яка прискорює і переносить через стовбур на поверхню деталі 6 частинки 7, що напилюються, зі швидкістю, що визначається геометрією стовбура і складом газу.
Процес формування покриттів детонаційним напиленням складний та недостатньо вивчений. Багато в чому він подібний до процесу плазмового напилення. Подібність полягає в тому, що зчеплення частинок з підкладкою і між собою може відбуватися у розплавленому, оплавленому та твердому станах. Міцність зчеплення забезпечується головним чином за рахунок напилення розплавленими та оплавленими частинками, які розтікаються та кристалізуються на поверхні підкладки за рахунок хімічної взаємодії. У той же час детонаційний процес напилення на відміну від безперервного плазмового є циклічним, що повідомляє частинкам порошку більш високі швидкості, що визначає особливості механізму формування покриттів.
При детонаційному напиленні швидкість частинок на відміну плазмового напилення (100 - 200 м/с)досягає 400 – 1000м/с. Тому, крім термічної активації, істотний вплив на механізм і кінетику формування напилених шарів надає пластична деформація в зоні зіткнення частинок і підкладки. Однак основний внесок у формування покриттів при напиленні робить термічна активація. Досвід застосування різних способів напилення, у тому числі детонаційного, показує, що для отримання задовільного зчеплення частинок порошку з основою необхідно, щоб їхня значна частина транспортувалася на підкладку в розплавленому або оплавленому стані. Експериментальні дослідження щодо процесу формування покриттів детонаційним напиленням показують, що стан частинок, що знаходяться у двофазному потоці, неоднорідний. На початку і в середині потоку вони знаходяться в розплавленому або оплавленому стані, і температура в контакті з підкладкою досягає температури їх плавлення. При цьому за рахунок теплоти, що виділяється при ударі про підкладку частинок, що мають швидкість
400 м/с температура в зоні контакту підвищується приблизно на 100°С.
При напиленні порошковими матеріалами з температурою плавлення перевищує температуру плавлення основного металу відбувається підплавлення останнього. Так, наприклад, при нанесенні покриттів з оксиду алюмінію АlОз і твердими порошковими сплавами типу ВК на корозійно-стійкі сталі останні підплавляються і перемішуються з напилюваними розплавленими частинками порошку, підвищуючи тим самим міцність зчеплення. Підвищенню адгезії, як і при інших способах газотермічного напилення, сприяє попередня обробка оброблення напилюваної поверхні. У цьому випадку можливо отримувати міцні зв'язки між напиленим матеріалом і підкладкою, що має твердість вище HRC 60. При напиленні першого шару можливе виникнення пір. Принапилюванні другого шару частинки порошку деформують і ущільнюють перший шар, що кристалізується, що сприяє усуненню або зменшенню пористості. Це характерно для детонаційного напилення, його називають ефект гарячого ударного пресування.
Більші частинки з кінця (хвоста) менш концентрованого потоку мають меншу швидкість і наносяться на поверхню підкладки найчастіше в нерозплавленому вигляді. При формуванні покриття такі частинки грають двояку роль: корисну - видаляють дефектні ділянки раніше нанесеного покриття, підвищуючи його щільність та фізико-механічні властивості; шкідливу - при значному підвищенні кінетичної енергії великих частинок у покритті можуть з'явитися тріщини і навіть його повне відшарування. Ці явища можна регулювати, змінюючи режим скорострільності установки і грануляцію порошку, що напилюється. З погляду матеріалів і обладнання процес детонаційного напилення досить простий. Основними факторами, що визначають характер детонаційного напилення, є газова суміш, порошки, ствол установки.
Однак використання цих факторів у технологічному процесі напилення пов'язане зі зміною та керуванням низки характерних для кожного з них параметрів. Для газової суміші це склад газової суміші; доза газової суміші за один постріл; склад газової суміші у стовбурі між пострілами.
Для порошку – хімічний склад порошку; грануляція порошку, що напилюється; розташування порошку в стовбурі в момент запалювання суміші; розподіл часток за розмірами. Стовбур характеризується геометричними параметрами: діаметром та довжиною.
У свою чергу, перелічені параметри породжують інші параметри, що характеризують кінцевий стан процесу: концентрація, температура та швидкість частинок; хімічний склад середовища;температура поверхні підкладки.
Таким чином, технологічний процес детонаційного напилення є складним, і якість формування покриттів залежить від сукупності численних параметрів, їх підтримки в оптимальних межах. Рекомендовані режими детонаційного напилення деяких матеріалів представлені в табл. 1.
У серійному виробництві підтримання оптимальних режимів багатопараметричного процесу можливе за умови встановлення в автоматичному режимі.
Автоматична установка детонації, представлена на рис. 2 має систему електроуправління детонаційним обладнанням, що складається з декількох блоків управління, що забезпечують послідовність технологічних операцій та безпеку роботи оператора.
При детонаційному напиленні можна отримувати покриття з будь-яких матеріалів, тугоплавких сполук, оксидів та ін. Для отримання зносостійких покриттів з метою відновлення деталей застосовують оксид алюмінію АlОз, сплави, що самофлюсуються ПГ-СР, СНГН, ВСНГН (65% WC і 35% СНГ.
Таблиця 1. Режими нанесення детонаційних покриттів з деяких матеріалів