CC BY
220
УДК 678.026
Аввакумов М. Е., Руфицкий М.В.
Владимирский государственный университет
НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО ПОКРЫТИЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МЕТОДА «ХОЛОДНОГО» ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО НАПЫЛЕНИЯ
В статье описывается метод «холодного» газодинамического напыления; надежность и качество получаемого покрытия.
Ключевые слова: метод «холодного» газодинамического напыления, адгезия покрытия.
ВВЕДЕНИЕ. На сегодняшний день одним из перспективных методов является метод прямой металлизации. Одним из методов, который может применяться для снижения себестоимости продукта является метод «холодного» газодинамического напыления. Метод обеспечивает хорошую адгезию, высокую скорость нанесения, хорошие параметры токопроводящего покрытия.
Метод «холодного» газодинамического напыления основан на эффекте образования прочного металлического слоя при взаимодействии двухфазного сверхзвукового (2-ЗМ) потока с преградой.
Технология нанесения покрытий включает в себя нагрев сжатого газа (воздуха), подачу его в сверхзвуковое сопло и формирование в этом сопле сверхзвукового воздушного потока, подачу в этот поток порошкового материала, ускорение этого материала в сопле сверхзвуковым потоком воздуха и направление его на поверхность обрабатываемого изделия.
В наиболее распространенных газотермических методах нанесения покрытий для формирования покрытий из потока частиц необходимо, чтобы падающие на подложку частицы имели высокую температуру, обычно выше температуры плавления материала. В газодинамической технологии напыления, это условие не является обязательным, что и обуславливает ее уникальность. В данном случае с твердой подложкой взаимодействуют частицы, находящиеся в нерасплавленном состоянии, но обладающие очень высокой скоростью.
Газодинамический метод нанесения металлических покрытий обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционными методами. Эти преимущества состоят в следующем:
покрытие наносится в воздушной атмосфере при нормальном давлении, при любых значениях температуры и влажности атмосферного воздуха;
при нанесении покрытий оказывается незначительное тепловое воздействие на покрываемое изделие (изделие в зоне нанесения покрытия не нагревается выше 100-150С0 ), что исключает возникновение внутренних напряжений в изделиях и их деформацию, а также окисление материалов покрытия и детали;
технология нанесения покрытий экологически безопасна (отсутствуют высокие температуры, опасные газы и излучения, нет химически агрессивных отходов, требующих специальной нейтрализации);
при воздействии высокоскоростного потока напыляемых частиц происходит очистка поверхности от технических загрязнений, масел, красок и активация кристаллической решетки материала изделия;
поток напыляемых частиц является узконаправленным и имеет небольшое поперечное сечение. Это позволяет, в отличие от традиционных газотермических методов напыления, наносить покрытия на локальные (с четкими границами) участки поверхности изделий;
возможно нанесение многокомпонентных покрытий с переменным содержанием компонентов по его толщине;
оборудование отличается компактностью, мобильностью, технически доступно практически для любого промышленного предприятия, может встраиваться в автоматизированные линии, не требует высококвалифицированного персонала для своей эксплуатации;
путем простой смены технологического режима оборудование позволяет проводить струйноабразивную обработку поверхностей для последующего нанесения покрытий или достижения декоративного эффекта;
возможно нанесение различных типов покрытий с помощью одной установки;
возможно использование оборудования не только в стационарных, но и в полевых условиях.
Качество получаемого покрытия. Для формирования покрытий необходимо, чтобы падающие частицы находились в расплавленном или предрасплавленном состоянии. При этом для всех материалов частиц с размером d < 50мкм существуют критические скорости взаимодействия их с подложкой (u=500-600 м/с). Если скорость частиц меньше критической, то наблюдается классический процесс эрозии. Если же скорость больше критической, то наблюдается процесс напыления, причем в зависимости от скорости частиц в очень широких пределах изменяется и качество покрытия. Из этого следует, что скорость или кинетическая энергия частиц является наиболее важным параметром при напылении методом «холодного» газодинамического напыления.
Для достижения наибольшей адгезии покрытий, а соответственно и повышение качества, и надежности покрытия, при газодинамическом напылении необходимо работать на максимально возможных давлениях воздуха. Так, например, при повышении давления воздуха в напылительном блоке установки с 0,5 до 0,9 МПа прочность сцепления покрытий увеличивается: на алюминии с 54 до 69 МПа, на стали - с 45 до 58 МПа.
Однако, учитывая то, что при больших давлениях воздуха установка может работать лишь кратковременно и нестабильно, можно заключить, что наиболее рациональный диапазон давления воздуха, рекомендуемый для получения максимальной прочности сцепления покрытия с основой будет составлять 0,6...0,7 МПа. Этот диапазон зависит от возможностей прибора для напыления.
С увеличением температуры в напылительном блоке установки адгезионная прочность покрытий снижается. Это можно объяснить тем, что с увеличением температуры воздуха увеличивается термодинамическая активность напыляемых частиц. Поэтому, закрепляться на поверхности будут не только частицы, обладающие достаточной кинетической энергией для этого, но и частицы с меньшей кинетической энергией, но с большей температурой. Это приводит к увеличению эффективного использования напыляемого материала, с одновременным снижением адгезии покрытия.
Максимальная прочность сцепления покрытий с основой достигается при нагреве воздуха в напылительном блоке около 200 0 С. Однако при данной температуре наблюдается низкий коэффициент использования порошкового материала (4-8%).
Процесс взаимодействия твердой частицы с основой, реализуемый при газодинамическом напылении, зависит не только от температуры нагрева и давления воздуха в напылительном блоке уста-
новки, но и от размера напыляемой частицы. Для обеспечения максимальной адгезии покрытия необходимо использовать достаточно мелкие частицы напыляемого порошкового материала (< 60 мкм).
С помощью метода «холодного» газодинамического напыления возможно напыление покрытия, обладающего необходимыми электрическими свойствами (электропроводностью, переходным сопротивлением). В связи с чем, данный метод возможно применять для производства радиоэлектронных устройств. Данный метод может стать заменой гальваническому процессу при производстве печатных плат.
ЛИТЕРАТУРА
1. Алхимов А.П., Клинов С.В., Косарев В.Ф., Фомин В.М. «Холодное газодинамическое напыление. Теория и практика», М:ФИЗМАТЛИТ, 2010 г. - 536 С.
2. Гайдук А.А. «Исследование адгезии покрытий, полученных сверхзвуковым газодинамическим напылением» // Всероссийской студенческой научно-практической конференции «Инновационные технологии при решении инженерных задач», посвященной 100-летию со дня рождения профессора Б.М. Аскинази, Ульяновск, 2011. С. 12-16
3. Джуринский Д.В. «Структура и свойства функционально-градиентных покрытий из аморфных и микрокристаллических сплавов, полученных методом сверхзвукового «холодного» газодинамического напыления для создания конкурентоспособных изделий», Спб, 2006. - 121 С.
