Стаття по газополум’яному надзвуковому нанесенню покриттів
Устаткування газополум'яного надзвукового нанесення покриттів, застосування покриттів
Коробов Ю.С, Дев'ятьяров М.С. Уральський державний технічний університет-УПІ, ЗАТ «НВП «Машпром»
В останнє десятиліття швидко розвивається група газополум'яних високошвидкісних методів нанесення порошкових покриттів, об'єднаних, в англійській, термінами HVOF/HVAF (High Velocity Oxy/Air-Fuel), український аналог яких ГПС/СГВ (газопламене надзвукове) /Надзвукове газоповітряне ) [1, 2]. Якість ГПС/СГВ-покриттів, крім оксидів, аналогічно альтернативам (детонаційне, плазмове, холодне газодинамічний). Швидкий розвиток цих методів обумовлено високими продуктивністю та технологічністю у поєднанні зі зниженням питомих витрат.
Для ГПС/СГВ характерно, що температура частинок матеріалу, що розпилюється, близька до точки плавлення основних металів, а їх швидкості підвищені, в порівнянні з іншими методами (рис. 1).
Мал. 1. Порівняльна характеристика способів газотермічного напилення за температурою та швидкістю частинок. Види напилення: ДП – газополум'яне, ЕМ – дугова металізація, ПН – плазмове, ХГН – холодне газодинамічне
Це дозволяє знизити насичення розпилюваних частинок газами атмосфери при забезпеченні високого імпульсного тиску при ударі частинок поверхню основи. В результаті структура покриття поєднує низькі пористість та ступінь окислення з високою міцністю адгезійної, 80…150 МПа.
Розпилювані матеріали – полімери, карбіди, метали – утворюють термобар'єрні, зносо- та корозійностійкі покриття високої якості, які витримують вплив ударно-абразивних та хімічно активних середовищ, теплових навантажень. ГПС/СГВ-покриття ефективні для захисту від цихвпливів [3-5]:
Шиберні вентиля та кульові крани в нафто- та газопереробці схильні до інтенсивного зношування при Т > 600 °С. Ерозійна стійкість ГПС-покриттів у 1,5...2 рази вища, ніж у аналогічних детонаційних.
В енергетиці та авіакосмічній промисловості застосовуються для підвищення ресурсу лопаток парових та газових турбін при ремонті елементів теплообмінників теплових станцій.
Замінюють електролітичний хром (шасі літаків, поліграфічне обладнання). При цьому чистота обробки аналогічна, зносостійкість підвищена, і знижено витрати на забезпечення екологічності виробництва.
У металургії застосовуються для захисту від впливу контактних навантажень, агресивних середовищ та високих температур.
За кордоном зараз використовується кілька сотень ГПС/СГВ-установок. Серійно випускається понад десяток ГПС/СГВ-систем, на українському ринку представлені рядом фірм – Sabaros, ТЗСП, Уральський інститут зварювання [6-8].
Незважаючи на високі параметри покриттів із розгляду виключена CJS. Тут у камері згоряння тиск 2,5 МПа. Щодо планованого виробництва це потребує надмірних витрат на безпеку.
У JP-8000 у порівнянні з JP-5000 покращено систему керування. У Quasar M3 внесено конструктивні зміни, порівняно з Intelli-Jet, що дозволило покращити вихідні параметри. Всі установки стабільні в роботі, оснащені блоками дистанційного комп'ютеризованого керування та відповідають вимогам електро- та пожежної безпеки. Вони різняться видами газів і порошків, що застосовуються, а також схемами їх подачі.
У установках JP-5000/8000 та Diamond Jet Hybrid (DJ2600/2700) в камеру згоряння подаються кисень та горючий газ. Відмінності - у конструктивному виконанні подачі порошку, схемі змішування газів та видупального газу. Для JP-5000 це гас, для DJ пропан, пропілен, етилен (DJ2700) або водень (DJ2600). У цих системах передбачено водяне охолодження, а DJ-установках теплонавантажені вузли додатково охолоджуються повітрям. Інтенсивна тепловіддача стінкам сопла та стовбура при водяному охолодженні обумовлює високі енергетичні втрати струменя продуктів згоряння. Це змушує знижувати продуктивність підтримки рівня якості.
Intelli-Jet, Quasar відрізняються використанням повітря як окислювача, так і охолоджуючого середовища. Займисті гази – пропан, пропілен. Для підвищення ефективності камера згоряння оснащена каталітичним елементом, а струмінь, що розпилює, додатково підігрівається в каскадному соплі.
З табл. 1 видно, що найтехнологічніші установки Intelli-Jet, Quasar. Вони не вимагають використання кисню як окислювача, водяного охолодження.