Исследование свойств поверхностей, восстановленных электродуговыми покрытиями Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.891

DOI: 10.15587/2313-8416.2016.85845

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТЕЙ, ВОССТАНОВЛЕННЫХ ЭЛЕКТРОДУГОВЫМИ ПОКРЫТИЯМИ

© Н. Ф. Дмитриченко, А. А. Тамаргазин, Е. П. Пугачевская

INVESTIGATION OF PROPERTIES OF SURFACES, RECOVERED BY ELECTRIC-ARC COATINGS

© N. Dmitrichenko, A. Tamargazin, E. Pugachevskaya

Рассмотрены физико-механические свойства восстановленных поверхностей деталей электродуговыми покрытиями с позиции влияния на них технологических параметров процесса нанесения покрытий. В результате проведенных экспериментов установлены зависимости прочности сцепления, пористости и газопроницаемости покрытий от технологических режимов их нанесения (тока и напряжении дуги, дистанции напыления, величины давления сжатого воздуха)

Ключевые слова: электродуговое покрытие, качество, пористость, прочность сцепления, дистанция напыления, свойство поверхности

Physical and mechanical properties of the recovered surfaces of the machine parts by electric-arc coating are considered from position of influence of technological parameters of coating process. Dependences of adhesion strength, porosity and gas permeability of coatings from the technological coating modes (current voltage of arc, spraying distance, pressure of the compressed air) are set as a result of the conducted experiments Keywords: electric-arc coating, quality, porosity, adhesion strength, spraying distance, surface property

1. Введение

Адгезионные и когезионные характеристики покрытия определяют его работоспособность. Сцепление распыляемых частиц материала покрытия с материалом восстанавливаемой поверхности происходит за счет механического сцепления (анкерного зацепления, заклинивания), возможной адгезии, сил усадки и частичного приваривания. Соединение напыленного слоя с восстанавливаемой поверхностью происходит в основном путем механического сцепления распыляемых частиц с неровностями шероховатой поверхности восстанавливаемой детали. Актуальность данной работы состоит в исследовании свойств восстановленных поверхностей, а именно в определении значений прочности сцепления электродуговых покрытий с восстановленной поверхностью.

2. Анализ литературных данных и постановка проблемы

Многочисленные исследования работоспособности деталей с покрытиями показали, что основной причиной их разрушения является недостаточная связь между материалом покрытия и восстанавливаемой поверхностью. Другими словами, одной из наиболее важных эксплуатационных характеристик восстанавливаемых деталей электродуговыми покрытиями является прочность сцепления покрытия с восстанавливаемой поверхностью - единственный критерий, который используют в практике восстановления деталей покрытиями [1, 2]. Поэтому вопрос исследования механических свойств электродуговых покрытий, значений внутренних напряжений растяжения, зависимости влияния дистанции напыления

на растягивающие остаточные напряжения до сих пор является актуальным.

3. Объект, цель и задачи исследования

Объект исследования - свойства поверхностей, восстановленых электро-дуговыми покрытиями.

Цель исследования - проведение испытаний покрытий на прочность их сцепления с материалом восстанавливаемой поверхности при распылении материала покрытий продуктами сгорания пропано-воздушной смеси.

Задачи исследования - установление зависимостей влияния дистанции напыления на растягивающие остаточные напряжения, исследование оптимальной толщины покрытия.

4. Методика исследования

Однако не всегда имеется возможность обеспечить необходимую скорость относительного перемещения электродугового аппарата и восстанавливаемой поверхности детали [3]. Поэтому на коротких дистанциях напыления Lм=80-90 мм целесообразно использовать технологический прием, который позволяет значительно снизить пористость покрытия, наносимого за один проход при минимальной скорости перемещения электродугового аппарата относительно восстанавливаемой поверхности. Технологический прием заключается в наклоне оси метало-воздушной струи к восстанавливаемой поверхности детали под углом а=55-75°, а к направлению перемещения электродугового аппарата - под углом Р=40-60°. При использовании предлагаемого технологического приема отраженный газовый поток рас-

текается не вдоль восстанавливаемой поверхности во все стороны, а преимущественно в сторону, противоположную наклону оси распылительной головки. В результате частицы материала покрытия, движущиеся вместе с этим потоком, оседают на неровности восстанавливаемой поверхности, а не на микровыступы, расположенные по ходу перемещения электродугового аппарата (обеспечивается углом Р) и на следующей полосе напыления (обеспечивается углом а).

Рис. 1. Технологический прием восстановления поверхностей нанесением покрытий на коротких дистанциях путем наклона оси металло-воздушной струи к восстанавливаемой поверхности детали под углом а, а к направлению перемещения электродугового аппарата - под углом Р: 1 - подложка; 2 - распылительная головка электродугового аппарата; 3 - полоса напыления; 4 - предыдущая полоса напыления; 5 - «наросты» на поверхности покрытия

5. Результаты исследований прочности сцепления электродуговых покрытий с восстанавливаемой поверхностью экспериментальных образцов, влияние температуры распыляемых частиц на проникновение в восстанавливаемую поверхность детали.

В табл. 1 приведены значения прочности сцепления электродуговых покрытий с восстановленной поверхностью и величина нагрузки отрыва штифта от шайбы, которые определялись штифтовым методом. А на рис. 2 представлены кривые нагрузки (1, 2) экспериментальных образцов с электродуговыми покрытиями, полученные при испытании покрытий на прочность их сцепления с материалом восстанавливаемой поверхности при распылении материала покрытий продуктами сгорания пропано-воздушной смеси (кривая 1) и сжатым воздухом (кривая 2).

Полученные данные о прочности сцепления напыленных электродуговых покрытий с восстанавливаемой поверхностью экспериментальных образцов согласуются с данными, полученными другими исследователями [4].

При испытании образцов, поверхности которых восстановлены путем распыления проволочных сталей продуктами сгорания пропано-воздушной

смеси, кривая нагрузки 1 получилась более пологая, что говорит о пластичности этого покрытия.

Таблица 1

Прочность сцепления электродуговых покрытий с восстанавливаемой поверхностью экспериментальных образцов

Нанесение покрытия при

Номер об- распылении

разца воздухом пропано-

воздушной смесью

F, H Осц, МПа F, H Осц, МПа

1 469 37,4 595 47,4

2 462 36,8 570 45,4

3 481 38,3 595 47,4

4 456 36,3 634 50,5

5 453 36,1 623 49,6

Среднее значение 464 36,9±0,6 603 47,5±0,9

В случае покрытия, полученного при электродуговом распылении материала покрытия сжатым воздухом - кривая 2, отрыв штифта происходит по всей поверхности торца штифта одновременно. Это приводит к более резкому падению нагрузки.

Рис. 2. Кривые нагрузки при распылении материала покрытия: 1 - продуктами сгорания пропано-воздушной смеси; 2 - воздухом

Как следует из табл. 1 и рис. 1 прочность сцепления покрытия, полученного при распылении проволочных сталей продуктами сгорания пропано-воз-душной смеси, с материалом восстанавливаемой поверхности экспериментальных образцов в 1,4-1,5 раза превосходит аналогичные покрытия, полученные при распылении материала покрытия сжатым воздухом. Такие результаты являются следствием того, что частицы материала, распыляемого продуктами сгорания пропано-воздушной смеси значительно меньше подвержены охлаждению распыляемым потоком, и дополнительно подогреваются пламенем горящей струи пропано-воздушной смеси. Это ведет к снижению внутренних напряжений в отдельных частицах и в покрытии в целом. Полет частиц при распылении продуктами сгорания пропано-воздушной смеси происходит в защитной атмосфере, что обеспечивает сверхтонкую пленку окислов на поверхности частиц. Поэтому частицы попадают на восстанавливаемую поверхность с более высокой температурой и с тон-

кой оболочкой окислов, что обуславливает появление не только механического зацепления частиц материала покрытия с материалом восстанавливаемой поверхности, но и микроприваривания частиц к ней. Более высокая температура частиц, распыляемых продуктами сгорания пропано-воздушной смеси, обеспечивает лучшее их проникновение в шероховатую восстанавливаемую поверхность детали. При распылении проволоки продуктами сгорания пропа-но-воздушной смеси образуемые частицы более мелкие, поэтому они защемляются в шероховатой восстанавливаемой поверхности экспериментального образца. При этом прочность сцепления покрытия с восстанавливаемой поверхностью увеличивается.

Обобщая результаты исследований прочности сцепления покрытий с восстановленной поверхностью в зависимости от режимов электродугового напыления следует отметить, что адгезия покрытия с увеличением скорости истечения струи продуктов сгорания пропано-воздушной смеси, и, следовательно, скорости распыляемых частиц материала покрытия, повышается (рис. 3).

300 500 V. м/с

Рис. 3. Влияние скорости истечения струи продуктов сгорания пропано-воздушной смеси из сопла (V, м/с) на свойства восстановленных поверхностей при электродуговом напылении: 1 - пористость (П, %); 2 - прочность сцепления (асц, МПа); 3 - микротвердость

(Ш£э)

Одними из важных технологических факторов при электродуговом напылении являются давление распыляющего газа и дистанции напыления. Большинство исследователей [5-7] сходится во мнении, что повышение давления способствует увеличению адгезии покрытия с восстанавливаемой поверхностью. Повышение дистанции напыления с одной стороны способствует увеличению скорости частиц, а с другой - к повышенному окислению частицы и снижению ее температуры. Прочность сцепления электродуговых покрытий с восстанавливаемой поверхностью в зависимости от дистанции напыления представлена в табл. 2.

В результате проведенных исследований установлено, что оптимальный диапазон дистанции напыления находится в диапазоне 80-150 мм. Пори-

стость покрытий, материал которых распыляется продуктами сгорания пропано-воздушной смеси при минимальной скорости перемещения электродугового аппарата (при нанесении покрытия за один проход), при сокращении дистанции напыления до 100 мм снижается, а затем растет до величин, характерных для покрытий, материал которых распыляется сжатым воздухом (рис. 4).

П,

10

\ 1

-—

(Г

ю

100

150 L, мм

Рис. 4. Зависимость пористости восстановленных поверхностей от дистанции напыления при различных скоростях перемещения электродугового аппарата: 1 - Рг = 0,6 МПа;

Vпм = 0,2 м/с; 2 - Рг=0,6 МПа; ^м=0,6 м/с

Увеличение скорости перемещения электродугового аппарата на коротких дистанциях Ьн «80-100 мм ведет к заметному снижению пористости восстановленных поверхностей как в случае распыления материала покрытия продуктами сгорания пропано-воздушной смеси, так и в при распылении их воздухом.

Рис. 5. Распределение пор по размерам при распылении материала покрытий: 1 - сжатым воздухом, 2 - продуктами сгорания пропано-воздушной смеси

Слабое влияние скорости перемещения электродугового аппарата на величину пористости на средних дистанциях напыления Ьн « 100-150 мм является следствием снижения охлаждения частиц с ач<1 мкм до температур, при которых не происходит их налипание на микровыступы восстанавливаемой поверхности, что в свою очередь объясняется ослаблением эффекта образования «наростов». Таким образом, высокая скорость перемещения электродугового аппарата относительно поверхности детали, позволяет получать покрытия с наилучшими физико-механическими свойствами.

Результаты исследования пористости поверхностей, восстановленных электродуговыми покрытиями, представлены в табл. 3.

Таблица 2

Прочность сцепления электродуговых покрытий с восстановленной поверхностью в зависимости от дистанции

напыления

Свойства покрытия Расстояние от сопла до детали, мм

30 50 75 100 120 200 300

Прочность сцепления, МПа 80 100 90 110 120 70 60

Содержание оксидов в покрытии, % 100 120 130 15 16 25 30

Таблица 3

Пористость поверхностей, восстановленных элек-_тродуговыми покрытиями_

Пористость, % при нанесении покрытий

Нанесение Распылением распылением продукта-

покрытии холодным ми сгорания пропано-

сжатым воз- воздушной смеси (а-1,0)

духом

Мини- 9,034 3,639

мальная

Макси- 21,724 6,722

мальная

Средняя 15,379 5,181

Размер распыляемых частиц и пор уменьшаются в 2-З раза при распылении проволок продуктами сгорания пропано-воздушной смеси (рис. 5). Это объясняется существенным снижением размеров сужений поровых каналов в напыленных покрытиях [8-10]. Исследование механических свойств электродуговых покрытий показало, что предел прочности при растяжении ств заметно выше при распылении материала покрытия продуктами сгорания про-пано-воздушной смеси по сравнению с пределом прочности при растяжении ств при распылении материала покрытия сжатым воздухом. Особенно эта зависимость проявляется при напылении на коротких дистанциях 80-90 мм. Такое увеличение предела прочности при растяжении ств связано с снижением пористости покрытия и с увеличением когезии между частицами в слое покрытия. Более высокие механические свойства в совокупности со снижением остаточных напряжений в электродуговых покрытиях имеют место при формировании покрытий распылением продуктами сгорания пропано-воздушной смеси и значительно снижают возможность трещинооб-разования в покрытиях.

6. Выводы

В результате проведенных исследований:

1. Установлено, что снижение остаточных напряжений в покрытии, полученном при распылении материала покрытия продуктами сгорания про-пано-воздушной смеси, в первую очередь связано с меньшим размером распыляемых частиц, которые деформируются при ударе о восстанавливаемую поверхность.

2. Вследствие особенностей процесса восстановления поверхностей электродуговыми покрытиями, полученными распылением проволочных сталей продуктами сгорания пропано-воздушной смеси, восстановленная поверхность детали с покрытием устойчивее против трещинообразования при увели-

ченной толщине 5 в сравнении с деталями с газопламенными и плазменными покрытиями.

3. В плазменных покрытиях резко возрастает вероятность растрескивания при их толщине свыше 0.7 мм за счет дополнительного нагрева плазменной струей.

4. При распылении проволочных сталей продуктами сгорания пропано-воздушной смеси возможно нанесение на восстанавливаемую поверхность покрытия толщиной 0.5-7.0 мм. При этом уровень термических напряжений не приводит к образованию трещин.

Литература

1. Шоршоров, М. Х. Состояние и перспективы нанесения покрытий распылением [Текст] / М. Х. Шоршоров, В. В. Кудинов, Ю. А. Харламов // Физика и химия обработки материалов. - 1977. - № 5. - С. 13-24.

2. Витязь, П. А. Теория и практика газотермического напыления [Текст] / П. А. Витязь, В. С. Ивашко, Е. Д. Ма-нойло и др. - Минск: Наука и техника, 1993. - 295 с.

3. Шмелева, П. М. Контроль работ по металлопокрытиям [Текст] / П. М. Шмелева. - М.: Машиностроение, 1985. - 156 с.

4. Brusilo, Y. V. Investigation of properties of coatings deposited by different arc spraying methods [Text] / Y. V. Brusilo, A. E. Cherepko // Science-Based Technologies. - 2013. -Vol. 4, Issue 20. - P. 366-371.

5. Рыжов, Э. В. О прочности сцепления покрытия, наносимого напылением, со стальной основой [Текст] / Э. В. Рыжов, А. Ф. Чистопьян, В. С. Харченков // Вест. Машиностроения. - 1973. - № 12. - C. 32-35.

6. Ляшенко, Б. А. О критериях адгезтонно-когезионной равнопрочности и термостойкости защитных покрытий [Текст] / Б. А. Ляшенко // Проблемы прочности. - 1980. - № 10. - C. 114.

7. Соколов, И. К. Влияние способа подготовки напыляемой поверхности на прочность сцепления газотермического покрытия [Текст] / И. К. Соколов, А. Н. Ереми-чев // Порошковая металлургия. - 1993. - № 2. - C. 26-30.

8. Харламов, Ю. А. Прогнозирование пористости порошковых покрытий [Текст] / Ю. А. Харламов // Порошковая металлургия. - 1990. - № 12. - C. 36-41.

9. Дехтярь, Л. И. Определение остаточных напряжений в покрытиях и биметаллах [Текст] / Л. И. Дехтярь. -Кишенев: Картя молдовеняске, 1968. - 175 с.

10. Харламов, Ю. Л. О роли скорости и температуры частиц при газотермическом напылении [Текст] / Ю. Л. Харламов // Физика и химия обработки материалов. - 1983. - № 3. - C. 69-73.

References

1. Shorshorov, M. H., Kudinov, V. V., Harlamov, Ju. A. (1977). Sostojanie i perspektivy nanesenija pokrytij raspy-leniem. Fizika i himija obrabotki materialov, 5, 13-24.

2. Vitjaz, P. A., Ivashko, V. S., Manojlo, E. D. et. al. (1993). Teorija i praktika gazotermicheskogo napylenija. Minsk: Nauka i tjehnika, 295.

3. Shmeleva, P. M. (1985). Kontrol' rabot po metallo-pokrytijam. Moscow: Mashinostroenie, 156.

4. Brusilo, Y. V., Cherepko, A. E. (2013). Investigation of properties of coatings deposited by different arc spraying methods. Science-Based Technologies, 4 (20), 366-371.

5. Ruzhov, E. V., Chystopian, A. F., Kharchenkov, V. S. (1973). O prochnosty stseplenyia pokrutyia, nanosymoho napu-lenyem, so stalnoi osnovoi. Vest. Mashynostroenyia, 12, 32-35.

6. Liashenko, B. A. (1980). O kryteryiakh adheztonno-kohezyonnoi ravnoprochnosty y termostoikosty zashchytnukh pokrutyi. Problemu prochnosty, 10, 114.

7. Sokolov, Y. K., Eremychev, A. N. (1993). Vlyianye sposoba podhotovky napuliaemoi poverkhnosty na prochnost

stseplenyia hazotermycheskoho pokrutyia. Poroshkovaja metal-lurgija, 2, 26-30.

8. Harlamov, Ju. A. (1990). Prognozirovanie poris-tosti poroshkovyh pokrytij. Poroshkovaja metallurgija, 12, 36-41.

9. Dehtjar, L. I. (1968). Opredelenie ostatochnyh napr-jazhenij v pokrytijah i bimetallah. Kishenev: Kartja moldoven-jaske, 175.

10. Harlamov, Ju. L. (1983). O roli skorosti i tempera-tury chastic pri gazotermicheskom napylenii. Fizika i himija obrabotki materialov, 3, 69-73.

Дата надходження рукопису 28.10.2016

Дмитриченко Николай Федорович, доктор технических наук, профессор, ректор, Национальный транспортный университет, ул. Суворова, 1, г. Киев, Украина, 01010 E-mail: dmitrichenko@ntu.edu.ua

Тамаргазин Александр Анатолиевич, доктор технических наук, профессор, кафедра технологий аэропортов, Национальный авиационный университет, пр. Космонавта Комарова, 1, г. Киев, Украина, 03058 E-mail: avia-icao@mail.ru

Пугачевская Евгения Петровна, кандидат технических наук, доцент, кафедра технологий аэропортов, Национальный авиационный университет, пр. Космонавта Комарова, 1, г. Киев, Украина, 03058 E-mail: janed2003@ukr.net

Dmitrichenko Nikolay, Doctor of Technical Sciences, Professor, Rector, National Transport University, Suvorova str, 1, Kyiv, Ukraine, 01010 E-mail: dmitrichenko@ntu.edu.ua

Tamargazin Alexander, Doctor of Technical Sciences, Professor, Department major technologies airports, National Aviation University, Kosmonavta Komarova ave., 1, Kyiv, Ukraine, 03058 E-mail: avia-icao@mail.ru

Pugachevskaya Evgenya, PhD, associate professor, Department major technologies airports, National Aviation University, Kosmonavta Komarova ave., 1, Kyiv, Ukraine, 03058 E-mail: janed2003@ukr.net

УДК 637.04

DOI: 10.15587/2313-8416.2016.86272

ДОСЛ1ДЖЕННЯ КОМПЛЕКСУ ФУНКЦЮНАЛЬНО-ТЕХНОЛОПЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ Б1ЛКА ТВАРИННОГО

© О. Б. Дроменко, М. О. Янчева

RESEARCH OF THE COMPLEX OF FUNCTIONAL AND TECHNOLOGICAL PROPERTIES OF ANIMAL PROTEIN

© O. Dromenko, M. Yancheva

Представлено анализ результатiв аналтичних та практичних до^джень комплексу функцюнально-технологiчних властивостей бшка тваринного марки Gelexcel А -95 як основи для створення функцюна-льних комплексних добавок. Встановлено закономiрностi i'x змiн залежно вiд технологтних чинниюв, ви-значено рацiональнi параметри регiдратацii бшка тваринного, умови гелеутворення, емульгування для подальшого застосування в технологiчному процеd виробництва м'ясопродуктiв

Ключовi слова: тваринний бшок, регiдратацiя, вологопоглинаюча здатнкть, гелi, суспензИ] емульсп, температура, м 'ясопродукти

The analysis of the results of analytical and practical research of the complex of functional and technological properties of animal protein Gelexcel A-95 as the basis for creation of complex functional additives is shown. The regularities of their changes are determined depending on technological factors. Rational parameters of animal protein rehydration, gelation conditions, emulsification for further use in the process ofproduction of meat products are identified

Keywords: animal protein, rehydration, moisture-absorbing ability, gels, suspensions, emulsions, temperature, meat products