Центр защитных покрытий - Урал (ЦЗПУ) освоил процесс электродуговая металлизация (ЭДМ), данный процесс позволяет создать защитное покрытие за счет плавления двух проволок (одинаковых или разных по составу) электрической дугой, горящей между ними при температуре 5000 — 6000 С, с их последующим распылением и переносом на поверхность обрабатываемой детали с помощью газовой струи со скоростью более 100 метров в секунду (аргон, азот, струя сжатого воздуха). Таким образом создается создаётся коррозиестойкое защитное покрытие с высокой прочностью сцепления и низкой пористостью, увеличивается срок их службы деталей в несколько раз. Электродуговая металлизация на нашем предприятии ЦЗПУ производится в специальных, автоматизированных камерах. Наше высокотехнологичное оборудование, позволяет создавать защитные покрытия высокого качества, с долгим сроком службы и с заданными характеристиками.
Электродуговая металлизация в России распылением эффективная защита металлов. Детали прошедшие ЭДМ не корродируют, устойчивы в агрессивных средах, работают в разы дольше. Сцепление при ЭДМ (электро дуговая металлизация) частиц с подложкой происходит на шероховатой поверхности. Нанесенные защитные покрытия обладают высокой адгезией к металлу и не отслаиваются от самой конструкции. В результате ЭДМ на поверхность стальных изделий наносятся мелкие частицы, которые формируют покрытие сплошного типа. Достоинства ЭДМ большая (до 15 мм) толщина получаемого защитного слоя. Для улучшения антикоррозионных свойств покрытие металлом поверхности, производится в несколько проходов. При электродуговой металлизации применяется напыление алюминия, цинка, как замена горячего цинкования.
Детали прошедшие электродуговую металлизацию по своему строению, химическому составу и свойствам значительно отличаются от исходных металлов.
В исключительных случаях электродуговая металлизация является единственным возможным способом долгосрочной защиты конструкций от коррозии и разрушения. Металлические защитные покрытия, нанесённые ЭДМ, имеют протекторные свойства самовосстановления. При механическом повреждении защитного слоя такие места закупориваются окислами металла покрытия. Антикоррозионные металлические покрытия не отслаиваются и не разрушаются при низких температурах, что позволяет использовать их в различных климатических поясах.
В последние годы возросла потребность в электродуговой металлизации. Электродуговая металлизация (ЭДМ) имеет широкие возможности по сравнению со всеми известными методами нанесения металлопокрытий. С применением ЭДМ можно восстанавливать детали машин широкой номенклатуры в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства, обеспечивать долговременную алюминием и цинком диффузионных агрегатов сахарных заводов, труб, резервуаров и других металлоконструкций, получать покрытия из псевдосплавов, например, из алюминия и стали, меди и стали, бронзы и стали, а также декоративные покрытия цветными металлами (медью, бронзой, латунью, алюминием).
Принципиальная схема дуговой металлизации показана на рис. Через два канала в горелке непрерывно подают две проволоки, между концами которых возбуждается дуга и происходит расплавление проволоки. Расплавленный металл подхватывается струей сжатого воздуха, истекающего из центрального сопла электрометаллизатора , и в мелкораспыленном виде переносится на поверхность основного материала. Распыление и транспортирование расплавляемого металла осуществляются обычно сжатым воздухом, хотя при напылении коррозионно-стойкой сталью 308 и алюминиевыми сплавами используют азот. При дуговом напылении на постоянном токе процесс протекает стабильно, обеспечивая получение слоя покрытия с мелкозернистой структурой при высокой производительности процесса. Поэтому в настоящее время для дугового напыления применяют источники постоянного электрического тока со стабилизатором напряжения или источники со слегка возрастающей характеристикой.
Дуговая металлизация обладает следующими преимуществами. Применение мощных электрометаллизационных установок (электродуговой металлизатор , ) позволяет значительно повысить производительность процесса и сократить затраты времени. Например, при силе тока 750 А можно напылять стальное покрытие с производительностью 36 кг/ч, а при силе тока 500 А - цинковое покрытие с производительностью 1,2 кг/мин, что в несколько раз превышает производительность газопламенного напыления.
К числу недостатков дугового напыления относится опасность перегрева и окисления напыляемого материала при малых скоростях подачи распыляемой проволоки. Кроме того, большое количество теплоты, выделяющейся при горении дуги, приводит к значительному выгоранию легирующих элементов, входящих в состав напыляемого материала (например, содержание углерода в материале покрытия снижается на 40-60 %, а кремния и марганца - на 10-15 %).
При нанесении слоя покрытия на поверхность детали ее нагрев до 50 - 70 °С не вызывает никаких структурных изменений в металле детали, т. е. его механические свойства сохраняются, благодаря чему можно наносить слой покрытия на любые материалы: металл, пластмассу, дерево, резину и т. п. Металлизация обеспечивает высокую твердость напыленного слоя, что способствует увеличению сроков службы восстанавливаемых деталей. На-пыляют самые разнообразные металлы. Например, для напыления может быть использована биметаллическая проволока из алюминия и свинца, что позволяет не только заменять дорогостоящие оловянистые баббиты и бронзы, но и значительно увеличить срок службы подшипников.
Однако, применяя металлизацию , необходимо учитывать, что металлизированный слой, нанесенный на поверхность детали, не повышает ее прочности. Поэтому применять металлизацию для восстановления деталей с ослабленным сечением не следует. При восстановлении деталей, находящихся под действием динамических нагрузок, а также деталей, работающих при трении без смазочных материалов, необходимо знать, что сцепляемость напыленного слоя с основным металлом детали недостаточна.
Получение качественных покрытий возможно лишь при строгом соблюдении режимов и тщательной подготовке поверхностей деталей, подвергающихся металлизации.
При подготовке поверхности деталей к металлизации отдельные операции выполняют в такой последовательности: очищают детали от загрязнений, пленок, окислов, жировых пятен, влаги и продуктов коррозии; выполняют предварительную обработку резанием поверхности для придания ей правильной геометрической формы; получают на поверхностях деталей шероховатость, необходимую для удержания нанесенного слоя металла; обе-спечивают защиту смежных поверхностей деталей, не подлежащих металлизации.
Поверхности деталей, подлежащих металлизации , очищают от загрязнений в моечных машинах, щетками, промывают в бензине или растворителях, нагревают в печах пламенем газовой горелки или паяльной лампы. Обработкой резанием исправляют геометрическую форму детали и доводят размеры детали до размеров, при которых возможно нанесение покрытий заданной толщины. На концах цилиндрических поверхностей оставляют буртики и протачивают замки в виде кольцевых канавок, предо-храняющие покрытие от разрушения.
Необходимую шероховатость на поверхности деталей, подлежащих металлизации, получают следующими способами. На поверхности термически необработанной круглой детали на токарно-винторезном станке нарезают «рваную» резьбу резцом, установленным с большим вылетом ниже оси детали на 3 - 6 мм. Вибрация резца приводит к появлению шероховатой поверхности с заусенцами. Резьбу нарезают при скорости резания 8 - 10 м/мин (без охлаждения) за один проход резца на глубину 0,6 - 0,8 мм. Шаг резьбы составляет 0,9 - 1,3 мм, а для вязких и мягких материалов - 1,1 -1,3 мм. На галтелях резьбу не нарезают. Для выхода резца при нарезании резьбы и устранения выкрашивания покрытия у торца детали делают кольцевые канавки, глубина которых должна быть на 0,2 - 0,3 мм больше глубины резьбы. В ряде случаев кольцевые канавки заменяют черновой обточкой с оставлением буртиков шириной 1 - 2 мм. В табл. 31 приведены некоторые режимы при нарезании рваной резьбы.
Часто нарезание резьбы заменяют более производительным процессом - накаткой резьбы . Прочность связи основного металла с покрытием при этом несколько ухудшается.
Производительность напыления электрическими аппаратами зависит от применяемого материала. Если режим напыления выбран правильно, то при толщине покрытия 0,5 - 0,7 мм поверхностный слой нагревают до 70 °С; при толщине покрытий 2 - 3 мм и более температура этого слоя достигает 100 - 150 °С. Нагрев может явиться причиной возникновения высоких напряжений. Для уменьшения нагрева детали покрытие наносят тонкими слоями отдельными участками. Так, при напылении шеек валов диаметром 150 мм и значи-тельной длине этих шеек за один проход напыляют поверхность площадью не более 800 - 1000 мм 2 .
Твердость покрытия можно регулировать подбором исходного материала или режима охлаждения в процессе нанесения покрытия.
Как указывалось ранее, технологический процесс нанесения покрытия изменяется в зависимости от формы детали. На детали с плоскими поверхностями покрытия наносят чаще всего вручную. В отдельных случаях для нанесения распыленного материала используют металлорежущие станки. При напылении покрытий плоских деталей возникает ряд трудностей, которые являются прежде всего результатом появления остаточных растягивающих напряжений, стремящихся оторвать покрытие от детали. При толщине слоя более 0,3 мм возможен отрыв покрытия по концам плоских поверхностей.
Для предупреждения скалывания или выкрашивания покрытия по внешнему периметру плоской поверхности делают специальные канавки .
Подготовка плоских деталей под покрытия состоит в нарезании «рваных» канавок на строгальных станкахили создании грубой шероховатой поверхности электрическими способами. На поверхностях небольших плоских деталей нарезают на токарных или карусельных станках «рваные» канавки в виде архимедовой спирали. На строгальных станках отрезными резцами с закругленным лезвием можно нарезать параллельные канавки и прикатать вершины канавок. Прикатанные поверхности подвергаются пескоструйной обработке. Канавки должны располагаться перпендикулярно к направлению действия нагрузки.
При толщине покрытия более 0,5 мм подготовка детали состоит внарезании канавок в форме ласточкина хвоста с шагом 2 - 3 мм или в установке шпилек (в шахматном порядке) с насечкой промежутков зубилом.
У деталей сложной формы для заделки трещин, раковин и плоских деталей применяют пескоструйную обработку сухим кварцевым песком с размером частиц 1,5 - 2 мм.
В отдельных случаях шероховатые поверхности и получают, наматывая на деталь очищенную от окалины проволоку диаметром 0,5 - 1,6 мм с шагом, равным двум - пяти диаметрам проволоки. Намотанную проволоку закрепляют сваркой, после чего проводят пескоструйную обработку.
Для получения высокого качества покрытия струю распыленного металла направляют перпендикулярно к обрабатываемой детали и выдерживают расстояние от сопла металлизатора до изделия (детали) в пределах 150 - 200 мм. Вначале металл наносят на участки детали с резкими переходами, углами, галтелями, уступами, а затем осуществляют металлизацию всей поверхности, равномерно наращивая металл. Требуемые размеры, качество отделки и правильную геометрическую форму поверхностей, покрытых распыленным металлом, получают при окончательной механической обработке.
Работы по восстановлению изношенных деталей металлизацией связаны с загрязнением окружающего воздуха пылью и парами распыляемого металла, действием электрической дуги, а также шумами, издаваемыми аппаратами. В соответствии с требованиями охраны труда при использовании металлизационной установки в цехе или закрытом помещении должна быть установлена вентиляция. В условиях обычно применяемого типового металлизационного оборудования эта вентиляция состоит из системы местных отсосов, которые должны быть установлены у каждого рабочего места (пескоструйного шкафа, кабины, токарного станка). На основании опыта эксплуатации металлизационных установок скорость движения воздуха в плоскости принимают не менее 1 - 1,2 м/с, а в сечении открытого горизонтального зонта у токарного станка не менее 4 м/с. Воздух, отсасываемый из пескоструйного шкафа, подлежит обязательной очистке от пыли в пылесборниках, устанавливаемых вне помещений, или в циклонах. Кроме того, помещение для металлизационной установки предприятия должно быть оборудовано в зимнее время системой приточной вентиляции с подогревом воздуха, подаваемого в помещение. Для защиты глаз от действия ультрафиолетовых лучей необходимо пользоваться очками с темными стеклами.
Электродуговая металлизация
– процесс нанесения покрытия, при котором для нагрева/расплава проволочного материала используется электричество. Постоянный ток различной полярности подается на две расходные проволоки, благодаря чему зажигается дуга, происходит расплавление проволок и отделяемые частицы материалы потоком сжатого воздуха переносятся на поверхность напыления.
Использование постоянного тока позволяет стабилизировать дуговой разряд и тщательно контролировать параметры напыления.
Рис. 1. Электродуговая металлизация
Особенности
Электродуговая металлизация характеризуется отличной, по сравнению с другими технологиями, производительностью, высоким КПД. Помимо этого, оборудования для электродуговой металлизации отличается простотой использования, неприхотливостью использования, невысокими требования к инфраструктуре подключения, что позволяет ее использовать как в условиях цеха со стационарными линиями электричества и сжатого воздуха, так и в условиях вне цеха, где достаточно дополнительно использовать широко распространенные промышленные компрессора и электрогенераторы.
Материалы для электродуговой металлизации производятся в виде проволок, в том числе и порошковых.
Электродуговая металлизация предполагает использование электрической энергии для расплавления материала. Отсутствие открытого пламени и горения, как такого, позволяют применять электродуговую металлизацию в закрытых пространствах. Широко известно применение электродуговой металлизации для напыления внутренних поверхностей цистерн хранения и перевозки пищевых и нефтепродуктов, балластных танков; допускается применение металлизации и внутри вентилируемых шахт и т.д.
Спектр используемых материалов ограничивается обязательным наличием в подаваемом материале проводящих элементов. Электродуговая металлизация не применима для нанесения полимерных, керамических и других непроводящих материалов.
Применение
Наиболее распространенным использованием электродуговой металлизации является нанесение легкоплавких материалов (Zn, Al, их сплавы). Системы покрытий на основе цинка, алюминия, сплавов на их основе а также добавления магния титана и других элементов характеризуются низким электрохимическим потенциалом, что позволяет использовать их в целях защиты от коррозии конструкционных сталей.
Такие покрытия предотвращают коррозию не только тем, что изолируют стальные поверхности от коррозионного воздействия окружающей среды как лакокрасочные материалы. Отрицательный, по отношению к стали электродный потенциал гальванически защищает поверхность от коррозии даже в случае локальных повреждений покрытия. Кроме того, при применении таких покрытий в принципе невозможно развитие подпленочной коррозии, что очень часто происходит при использовании лакокрасочных материалов.
Еще одно существенное преимущество металлизационных покрытий заключается в высокой адгезии металлических покрытий. Причем с течением времени адгезия только возрастает за счет взаимной диффузии металлов, тогда как любое лакокрасочное покрытие рано или поздно теряет адгезию и отслаивается ввиду принципиальной разнородности материалов.
Рис.2
. Нанесение антикоррозионного покрытия на зону переменной смачиваемости морской платформы.
Помимо антикоррозионных покрытий, электродуговая металлизация может применяться для нанесения износостойких покрытий.
Использование специально разработанных порошковых проволок подразумевает трехстадийный процесс образования покрытия: сначала от энергии металлизатора расплавляется оболочка порошковой проволоки, плавление представляет собой эндотермическую реакцию; выделяющееся при плавлении оболочки тепло проплавляет шихтовую смесь, наполняющую шнуровой материал.
Электродуговая металлизация, в отличие от широко применимого для нанесения износостойких покрытий высокоскоростного напыления, обладает большей производительностью и мобильность, что делает ее отличной альтернативой для создания износостойких покрытий, при этом нанесение покрытий ЭДМ значительно дешевле, однако отличительной особенностью от HVOF-покрытий является высокая пористость, что может в некоторых случаях привести к коррозии, а также меньший уровень адгезии.
Ее сущность заключается в плавлении металлических проволок электрической дугой, зажженной между ними, продувании через электрическую дугу струи сжатого газа, сдувании расплавленного металла и переносе его в виде частиц (капель) на восстанавливаемую поверхность.
Принципиальная схема дуговой металлизации показана на рис. 2.38. Через два канала в горелке непрерывно подают две проволоки (диаметром 1,5-3,2 мм), между концами которых возбуждается дуга и происходит их расплавление. Расплавленный металл подхватывается струей сжатого воздуха, истекающего из центрального сопла электрометаллизатора, и в мелкорасплавленном виде переносится на поверхность основного материала. Распыление и транспортирование расплавляемого металла осуществляются обычно сжатым воздухом, за исключением случая напыления коррозионностойкой сталью 308 и алюминиевыми сплавами, когда используют азот. При дуговом напылении на постоянном токе процесс протекает стабильно, обеспечивая получение слоя покрытия с мелкозернистой структурой при высокой производительности. Поэтому в настоящее время для дугового напыления применяют источники постоянного электрического тока со стабилизатором напряжения или источники со слабовозрастающей характеристикой.
Рис. 2.38.
7 - насадок; 2 - место ввода напыляемого материала (проволоки); 3 - место
подачи сжатого воздуха
Температура дуги зависит от вида транспортирующего газа, состава электродной проволоки, режимов напыления и других параметров. При использовании металлических электродов и силе тока дуги 280 А достигается температура 5800 ± 200°С. Во время дуговой металлизации, протекающей при такой температуре, легче образуются капли напыляемого материала.
При дуговой металлизации за счет применения мощных электро- металлизационных установок значительно выше производительность процесса и меньше затраты времени, чем при газопламенном напылении. Например, при силе тока 750 А можно напылять стальное покрытие с производительностью 36 кг/ч, а при силе тока 500 А - цинковое покрытие с производительностью 1,2 кг/мин, что в несколько раз превышает производительность газопламенного напыления.
Электрометаллизация обеспечивает более прочные покрытия, которые лучше соединяются с основой, чем при газопламенном напылении. При использовании в качестве электродов проволок из двух различных металлов можно получить покрытие из их сплава (такого рода сплавы называют псевдосплавами), правда, при этом желательно применять такие электрометаллизаторы, которые позволяют отдельно регулировать скорости подачи каждого электрода.
Эксплуатационные расходы при электрометаллизации невелики. Кроме того, гибкость и универсальность этой технологии позволяют получать более однородный слой толщиной от нескольких микрометров до 10 мм.
Однако при дуговом напылении возможно напыление только электропроводных материалов, возникает опасность перегрева и окисления напыляемого материала при малых скоростях подачи распыляемой проволоки; из-за выделения при горении дуги большого количества теплоты происходит значительное выгорание легирующих элементов, входящих в напыляемый сплав (например, содержание углерода в материале покрытия снижается на 40-60%, а кремния и марганца - на 10-15%).
Данный метод применяется для восстановления таких деталей, как коленчатые валы двигателей КамАЗ и другой автотракторной техники; тормозные барабаны, тормозные диски, диски сцеплений, тормозные шкивы; алюминиевые головки блока цилиндров (плоскость разъема); шатуны двигателей (нижняя головка); гильзы цилиндров (внутренняя и наружная поверхности); валы роторов, стартеров, электродвигателей, шкворней, гидроштоков, блоки цилиндров любых типоразмеров (опоры коренных подшипников).
Технологический процесс электродугового напыления покрытий включает в себя несколько операций. Изношенные поверхности детали после предварительной механической обработки подвергаются струйно-абразивной обработке с целью устранения дефектов, образовавшихся в процессе эксплуатации, придания правильной формы и ликвидации отклонений от соосности, получения необходимой шероховатости, удаления оксидной пленки и создания развитой поверхности. Удаление оксидной пленки активирует напыляемую поверхность, что обеспечивает образование химических связей между этой поверхностью и напыляемыми частицами.
На технологию дробеструйной обработки оказывают влияние вид абразивного материала, его форма и размеры. В качестве абразивного материала используют электрокорунд марок 13А, 14А зернистостью 60-80 (50% по массе) и зернистостью 120-160 (ГОСТ 3647-80) или дробь марки ДСК (ДЧК) зернистостью 0,8-1,5 (ГОСТ 11964- 81). Режимы обработки: давление воздуха 0,5-0,6 МПа; угол наклона абразивной струи к поверхности детали 60-90°; дистанция обработки 100-150 мм; расход воздуха 3-4 м 3 /мин.
Поверхности деталей, не подлежащие напылению, закрывают защитными масками или покрывают изолирующими составами типа «Протектор-1», «Протектор-2»; в отверстия вставляют пробки из термостойкой резины.
Подлежащие напылению поверхности очищают от оставшихся мелких частиц абразива и обезжиривают органическими растворителями и моющими средствами. Подготовленная поверхность должна быть матовой и не иметь блестящих участков. Чугунные детали подвергают не только обезжириванию, но и обжигу при температуре 260-530°С для выгорания масла, содержащегося в порах.
При этом операцию напыления проводят сразу после подготовки поверхности детали. После напыления покрытий на детали производится их обработка шлифованием или резанием и ППД с нагревом (термопластическим деформированием) до номинальных размеров. После обкатки контролируются размеры и твердость обработанной поверхности.
Металлизатор электродуговой — комплекс оборудования для дуговой металлизации поверхностей деталей и оборудования с целью защиты от коррозии и восстановления износа напылением металлических покрытий. Для работы используются алюминий, цинк, сталь и их сплавы. Получаемое покрытие имеет повышенные износостойкие, антикоррозионные свойства.
Мы предлагаем следующие металлизаторы:
Назначение комплекта оборудования электродуговой металлизации ТСЗП-LD/U2 300:
Основное назначение — нанесение антикоррозийных покрытий на большие поверхности: мосты, металлоконструкции, аппараты, емкости, выхлопные шахты ГПА, дымовые трубы. С помощью данного комплекта можно осуществлять алитирование и цинкование конструкций после монтажа. Установка отличается производительностью, высокой надежностью, легкостью настройки. Широко используется в России и за границей для защиты сооружений от коррозии в морской и пресной воде и в атмосфере. Конструкция установки включает в себя блок питания, выносной блок пуш-двигателей с системой управления и горелку. Использование возможно как в условиях цеха, так и в полевых
Комплектация оборудования электродуговой металлизации ТСЗП-LD/U2 300:
Технические характеристики:
Назначение комплекта оборудования:
Основное назначение — автоматизированное нанесение защитных металлических покрытий на особо сложные поверхности деталей и оборудования. Отличается большим набором настроек, удобством в эксплуатации и легкостью обучения работе. Кроме того, возможно использование в составе автоматизированных комплексов.
Группа компаний ТСЗП осуществляет поставку установок и комплексов, оборудуя их промышленными роботами Kuka и ABB, манипуляторами, вращателями, шумозащитными камерами, системами вытяжно-проточной вентиляции и воздушными фильтрами. Кроме того, мы осуществляем техническое обслуживание, поставку запасных частей и выполняем наладку комплексов напыления. Вы всегда можете обращаться к нам за квалифицированной помощью.
Комплектация оборудования электродуговой металлизации ТСЗП SPARK 400:
Технические характеристики:
