CC BY
109
н :::::: ::: ф:.::: : ::::::::::::::: н
-------------------□ □----------------------
В статті розглянуті особливості технологій нанесення газотермічних
відновлювальних покриттів. Проведено порівняний аналіз основних методів газотермічного напилення за деякими показниками, а також наведено приклади використання сучасних напилюваних матеріалів.
Ключові слова: відновлення деталей, газотермічне напилення, рухомий склад, ремонтне виробництво
□------------------------------------□
В статье рассмотрены особенности технологий нанесения газотермических покрытий. Проведен сравненный анализ основных методов газотермического напыления по некоторым показателям, а также приведены примеры использования современных напыляемых материалов.
Ключевіе слова: восстановление деталей, газотермическое напыление, подвижной состав, ремонтное производство
□------------------------------------□
Features technologies of causing of thermal method coverage’s are considered in the article. The compared analysis of basic methods of covering thermal is conducted on some indexes, and also the examples of the use of modern covering materials are resulted
Keywords: restoration parts, thermal
spraying, rolling stock, repair manufacture -------------------□ □----------------------
УДК 629.4.08
ОСОБЛИВОСТІ
ЗАСТОСУВАННЯ
ГАЗОТЕРМІЧНОГО
НАНЕСЕННЯ
ВІДНОВЛЮВАЛЬНИХ
ПОКРИТТІВ
Є. А. Астахо в
Доктор технічних наук, провідний науковий співробітник Інститут електрозварювання ім. Е.О. Патона НАН Україн вул. Боженка, 11, м. Київ, 03680
В.В. Артемчук
Кандидат технічних наук, доцент Кафедра «Електрорухомий склад залізниць» Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту ім. ак. В. Лазаряна вул. Лазаряна, 2, м. Дніпропетровськ, 49010 Контактний тел.: 067-565-98-03
Е-mail: art vv@ukr.net
Вступ. Постановка проблеми
Відновлення зношених деталей різних машин і механізмів є складною науковою проблемою, яка вимагає системного підходу. Починаючи з аналізу умов роботи деталей, характеру та виду зношування, необхідно визначити доцільні технології відновлення деталей, наприклад, наплавленням, напиленням, гальванічними або іншими методами. У той же час і серед вище названих технологій може бути декілька варіантів, що потребує обґрунтування при їх виборі.
Як відомо, деталі рухомого складу залізничного транспорту працюють у важких умовах. Серед зношуваних деталей є багато таких, що мають циліндричну форму. Окреме місце займають особливо відповідальні деталі, до яких висувають підвищені вимоги. Зокрема, до таких деталей можна віднести колінчасті вали дизелів, вісі колісних пар, гальмівне обладнання та ін. Тому при відновленні таких деталей необхідно особливу увагу приділяти експлуатаційній надійності покриття. Відомо, що на деякі механічні властивості впливає не тільки безпосередньо матеріал, а і спосіб
нанесення цього покриття. Дійсно, використовуючи різні способи нанесення газотермічного напилення (ГТН), один і той же матеріал буде володіти відмінними властивостями, що є цілком логічним. Таким чином, виникає необхідність вибору способу та режимів нанесення покриттів. В даній роботі розглянуто методи газотермічного напилення для відновлення деталей. Для особливо відповідальних деталей першеступеневе значення набуває міцність зчеплення покриття з основою, тому особливу увагу при аналізі та порівнянні способів ГТН звернено на цей показник.
В літературних джерелах наведені різноманітні дані основних методів газотермічного напилення [1-16]. Показано, що структура покриттів, отримана різними методами ГТН, крім ряду загальних ознак має і суттєві відмінності, пов’язані з технологічними особливостями процесів. Автори доводять, що основна причина полягає в тому, що методи різняться за абсолютними значеннями і співвідношеннями кінетичної і теплової енергії, що передається напилюваному матеріалу.
В даній роботі проведено аналіз теоретичних і практичних результатів досліджень для визначення
З
можливості застосування технологій газотермічного напилення в умовах ремонтного виробництва залізниці.
Метою даної роботи є проведення порівняльного аналізу основних методів газотермічного напилення за деякими показниками для умов залізничного транспорту.
Проблема розв’язання поставленої задачі полягає у тому, що існуюча в літературних джерелах інформація щодо показників ГТН відрізняється. Даний факт можна пов’язувати з різними умовами проведення експериментів та різноманіттям використовуваних матеріалів. Тому в даній роботі наведені результати досліджень, як інших авторів, так і власні.
Виклад основного матеріалу
Згідно прийнятої класифікації газотермічне напилення поділяють на основні чотири способи: електродугову металізацію, газополум’яний, плазмовий та детонаційний. Інші способи є різновидами вказаних, наприклад, застосування надзвукової швидкості транспортуючих газів, напилення в вакуумі, використання ультразвуку, тощо. Спільною рисою способів ГТН є чутливість до складу середовища, в якому формується покриття [1-4]. При порівняльному аналізі також враховується можливість використання аморфізучихся матеріалів, як перспективних для відновлення деталей. В даний час важко однозначно віддати перевагу якому-небудь з методів, тим більше, що результат багато в чому залежить від параметрів напилення.
На даний момент на ремонтних виробництвах залізниці серед газотермічних способів найбільш поширеним є електродугова металізація. Розглянемо її. У роботі [5] описана апаратура і технологія електродугової металізації, при якій розпилювання дротів здійснюється під впливом надзвукового потоку гарячих продуктів згорання природного газу (7-15 %) з повітрям. Проведено порівняння властивостей (табл. 1) покриттів (склад дроту не приведений), напилених на оптимальних режимах (за ствердженням автора [5]) різними способами: надзвукової електродугової металізації, плазмово-дугового напилення; типової електродугової металізації.
Надзвукова електродугова металізація забезпечує високу стабільність горіння дуги за рахунок орієнтації уздовж газового потоку. При цьому відбувається більш інтенсивний процес передачі теплоти в плавкі електроди, прискорений розгін і дроблення частинок розплавленого металу, їх захист від окислення у польоті, і зниження кількості випареного матеріалу, що дозволило суттєво поліпшити властивості напиленого покриття [5].
У роботі [2] описана структура покриттів із сталі, отриманих в камері методом електродугової металізації із застосуванням у якості робочих газів аргону, азоту і повітря. Показано, що у структурі покриттів із сталі, нанесених в камері з аргоном, майже немає оксидів. Вищий вміст оксидів спостерігається в покритті, напиленому в камері з використанням азоту в якості робочого газу та повітря, а найбільша кількість оксидів виявлена в покритті, нанесеному за допомогою азоту поза камери. Покриття, нанесене поза камери з використанням стислого повітря, має явно відмінну від інших структуру, в якій помітна велика кількість оксидів, а між частинками видно чіткі межі, які відсутні при напиленні за допомогою нейтральних газів. Аналогічні закономірності виявляють також і в збільшенні кількості пор і вмісту в покритті кисню.
У покриттях, напилених за допомогою азоту, виявлений вищий вміст кисню, ніж в тих, що напилені за допомогою аргону, що, на думку авторів [2], пов’язано з чистотою використовуваних газів (застосовувалися гази технічної чистоти, а не хімічно чисті). Заміна повітря аргоном при дуговій металізації сприяє поліпшенню властивостей покриттів і підвищенню міцності зчеплення.
Серед великої кількості чинників, що визначають структуру та властивості напилених покриттів можна виділити декілька головних. При способі електродугової металізації електричні параметри дуги залежать головним чином від характеристик матеріалу, що розпилюється. Збільшення потужності апарату збільшує температуру частинок з одночасним зростанням середніх розмірів частинок і, отже, зменшує поверхню їх охолоджування [6, 7]. Надмірне збільшення потужності викликає перегрів металу і приводить до його випаровування і значного окислення. Одним з основних чинників, що визначають структуру і властивості покриття, є температура частинок електродного металу, що розпилюється, яка обумовлюється, як правило, енергетичними параметрами дуги. Температура ж сталевих частинок при електродуговій металізації залежить від розмірів, хоча вона не перевищує температури плавлення заліза.
Основними способами газотермічного напилення порошків є газополум’яний, плазмовий та детонаційний, а також їх варіації: надзвуковий газополум’яний («Джет-коут»), надзвуковий плазмовий і плазмове напилення в динамічному вакуумі.
Важливою складовою технологічного процесу напилення покриттів є створення умов для обмеження протікання фізико-хімічної взаємодії. Для цього необхідно зменшувати температури джерела тепла до
Таблиця 1
Залежність властивостей покриттів від методу напилення [5]
Спосіб нанесення покриття Пори- стість, °/ % Твердість, HRC Мікротвердість фази, МПа Міцність зчеплення, МПа
світла темна
Типова електродугова металізація о ю сч 900 11000 35
Надзвукова електродугова металізація со 35...37 1200 16000 65
Плазмово- дугова металізація 00 28...30 1000 13000 50
Е
мінімально необхідного для нагріву частинок; зменшувати час перебування частинки в плазмі або полум’ї, тобто збільшувати швидкість руху частинок; проводити процес в середовищі, що не має окислювальної здатності. Найменше відповідними в цьому сенсі є методи газополум’яного і плазмового напилення на повітрі.
При газополум’яному напиленні джерелом теплової енергії є полум’я, що утворилося в результаті горіння сумішей кисень-горючий газ (ацетилен, природний газ, пропан-бутан, водень та ін.).
Одним з провідних напрямів сучасного розвитку цієї технології є використання надзвукових газових струменів при газотермічному напиленні. Підвищення швидкості і кінетичної енергії частинок напилюваного матеріалу дозволяє, з одного боку, поліпшити умови формування структури покриття, а з іншого - обмежити шкідливу дію навколишнього середовища і понизити інтенсивність процесів термічного розкладання матеріалу.
Розвитком цих методів є газополум’яне надзвукове напилення «Джет-коут». Застосування даного методу дає можливість збільшити швидкість частинок до
300...350 м/с (замість 60...120 м/с), підвищивши якість покриттів. Метод надзвукового газополум’яного напилення забезпечує порівняно низькі температури, високі швидкості, проте не виключає вплив кисню.
У роботі [3] розглянуті переваги методу «Джет-коут». Показано, що механічні властивості покриттів (з карбіду вольфраму) в цьому випадку виявилися вищими, ніж при напиленні в плазмі, в динамічному вакуумі або методом детонації. Зокрема йде мова про високі адгезійні та когезійні властивості. Отриманий ефект пояснюється низькою робочою температурою -до 3000 °С і великими - до 500 м/с швидкостями руху частинок. Відзначена також висока якість покриттів ШС-Со, отриманих тим же методом. Покриття відрізняються високою міцністю зчеплення з основою, щільністю, твердістю та збереженням значної масової частки (%) ШС. На думку авторів, ці результати кращі, ніж при плазмовому напиленні навіть в динамічному вакуумі, а щільність покриттів близька до покриттів отриманих при використанні детонаційного методу [3]. У роботі [4] також приводяться переваги методу «Джет-коут». Розглянуто спосіб напилення «Джет-коут» із застосуванням суміші кисень-пропан О-К Рг).
Плазмове напилення також є одним із поширених способів ГТН (хоча і менше, ніж електродугова металізація). Як правило більшість установок плазмового напилення призначена для напилення покриттів порошками. Плазмове напилення полягає у розплавлен-ні порошку (або рідше дротів) в струмені іонізованого газу, утворюваного плазмотроном. Утворення дуги в пальнику плазмотрону відбувається між електродом (вольфрамовим) та соплом пальника. Плазмоутворю-ючий газ, проходячи крізь дугу іонізується та з високою температурою (до 15000 °С) і швидкістю витікає з сопла плазмотрона. При цьому швидкість розплавлених частинок доходить до 400 м/с [8]. Продуктивність таких установок досягає 10 кг/год. Основними перевагами плазмового напилення є можливість нанесення покриттів з найширшим спектром матеріалів, малий термічний вплив на основу деталі, отримання шаруватої структури з наперед заданими властивостями.
Нові перспективи розвитку технології газотерміч-ного напилення відкриває використання надзвукових струменів плазми продуктів згорання вуглеводневих газів з повітрям [9]. Співробітниками Інституту газу та Інституту електрозварювання імені Є.О. Патона на базі установки плазмового напилення «Київ-7» створено устаткування для надзвукового легко-газового плазмового напилення «КИЇВ-С». Установка надзвукового плазмового напилення «КИЇВ-С» складається з плазмотрона, джерела живлення, пульта управління та порошкового дозатора. Плазмотрон генерує струмінь плазми продуктів згорання із ступенем недорозширен-ня 1,1...3,0 та з максимальною швидкістю руху газового струменю 3000 м/с, а швидкість часток - до 600 м/с. При надзвуковому повітряногазовому напиленні питома витрата енергії (кВт-год на 1 кг напиленого матеріалу) в 1,5...2,0 разів нижче, ніж у разі азотного або аргонового надзвукового плазмового струменя та в 5.10 разів менше, ніж при надзвуковому газополум’яному методі. Покриття з порошку WC-12Co з розмірами частинок 10...45 мкм, отримане на установці «КИЇВ-С», має твердість HV3oo 1150...1300 і шорсткість (після шлі-фовки алмазним інструментом) Ra = 0,05 мкм.
Співробітниками ІПМ НАН України розроблена установка «Струмінь» для високошвидкісного газополум’яного напилення. Її основою є газоструме-невий пристрій - генератор надзвукового струменя продуктів згорання палива (водню, метану, пропан-бутана та ін.) в кисні [10].
Проблемою плазмового та й інших способів напилення є складність збереження початкового складу плазмового струменя при напиленні на повітрі, яке близьке до вихідного при малій відстані. По мірі віддалення від плазмотрона, Незалежно від сили робочого струму, вміст повітря в струмені зростає, причому встановлено, що на відстані приблизно 50 мм його кількість досягає до 55...65 %, а на відстані 50...100 мм -більше 90 %, що приводить до виникнення в напилених покриттях різного роду хімічних і структурних змін [2].
Основні механізми взаємодії напилених частинок з газами ділять на такі групи: адсорбція газів на поверхні частинок; хімічна взаємодія з утворенням оксидних або нітрідних плівок; розчинення газів в рідкій фазі частинок; дифузійні процеси і механічне перемішування конвективними потоками в об’єм частинок продуктів поверхневої взаємодії [1].
Надзвукове плазмове напилення припускає вищі, ніж для методу «Джет-коут», температури, великі швидкості напилення і наявність (у разі повітряно-газового методу) у плазмоутворюючій суміші кисню. У той же час при використанні надзвукових методів у зв’язку з малим часом перебування частинок порошку в полум’ї або плазмі процеси окислення не встигають суттєво розвинутися.
У таблиці 2 наведені результати досліджень впливу технологічних параметрів напилення на динамічні характеристики надзвукового плазмового струменя, швидкість руху частинок напилюваного матеріалу і властивості отримуваних при цьому покриттів [11].
Вплив компонентів газової суміші та електричної потужності плазмотрону наведено в роботі [4]; розглянуті такі способи напилення: плазмове напилення в динамічному вакуумі із застосуванням суміші аргон-гелій (VPS Не); плазмове напилення в
З
динамічному вакуумі із застосуванням суміші аргон-водень з низьким вмістом водню (VPS h2); плазмове напилення в динамічному вакуумі із застосуванням суміші аргон+водень (VPS Н2); плазмове напилення на повітрі із застосуванням суміші аргон-гелій (Aps Не); плазмове напилення на повітрі із застосуванням суміші аргон-водень (Aps Н2). Показано, що змінюючи співвідношення цих компонентів, значення електричної потужності, що подається на плазмотрон, і витрату плазмоутворюючого газу, можна ефективно керувати плазмовим струменем, змінюючи її швидкість, протяжність, тепловміст і склад середовища.
Розглянемо плазмове напилення порошків групи заліза. Напилення проводили дозвукове та надзвуко-
ве, матеріал для напилення Fe60-Ni5-Cr18-Mo5 5-В4 5^і6 5. Дозвукове плазмове покриття має більш грубу структуру, пористість та невисокі значення міцності зчеплення з основою - до 30 МПа (при використанні плазмоутворюючого газу - аргоно-водневої суміші) та 32...33 МПа (при використанні суміші повітря з пропанбутаном) [12].
Надзвукове плазмове напилення характеризується високою дисперсністю структури покриття. Надзвукове плазмове покриття відрізняється найбільш високим вмістом аморфної фази і мінімальним вмістом пор і оксидних включень, розташованих по межах частинок. Гарне прилягання до основи і висока щільність обумовлюють високу міцність зчеплення (62...67 МПа) надзвукового плазмового покриття з основою (табл. 3) [12]. Таким чином, при різних методах напилення у міру зміни швидкості і температури частинок спостерігалися відмінності в ступені аморфізації, хімічному складі, зокрема вмісті кисню, пористості та мікроструктурі покриттів в цілому, що зумо-
вило відмінність їх фізико-механічних і корозійних властивостей.
Різновидом плазмового напилення є плазмово-дугове. Даний метод дозволяє отримувати якісні, щільні покриття. В ІЕЗ ім. Є.О. Патона розроблена установка УН-126, в якій плазмовий струмінь захищається стисненим повітряним потоком, який паралельно оточує плазму, обмежуючи її взаємодію з атмосферним повітрям. Плазма продуктів горіння дозволяє змінювати довжину відновлювальної ділянки шляхом зміни співвідношенням компонентів плазмоутворюючого газу. Плазмово-дугове напилення вигідно відрізняється від звичайного плазмового системою охолодження пальника, тобто вода для охолодження не використовується, а у якості охолоджувального середовища застосовують стиснене повітря. Також даний вид плазмового напилення забезпечує більш стабільний процес при напиленні суцільними дротами, є більш простим та дешевим у порівнянні зі звичайними установками плазмового напилення. Позитивним також є винесення дуги за межі пальника плазмотрону (рис. 1). Розроблена конструкція дозволяє збільшити робочий цикл електроду до заміни. Недоліком даної конструкції є складність варіювання напилюваними матеріалами, тобто при необхідності отримання шаруватого або градієнтного покриття необхідно витрачати час на заміну дротів. Також дана система чутлива до якості порошкових дротів.
Таблиця 3
Характеристика газотермічних покриттів з порошків сплаву
Fe60-Ni5-Cri8-Mo5J5-B4J5-Si6J5 [12]
Метод напилення Фазовий склад Мікротвердість, МПа Ступінь аморфизації, % Міцність зчеплення, МПа
Плазмовий (аргон+водень) а^е+АФ+Fe^ 2700-5500 (a-Fe) 5500-12500 (АФ) 65 18-28
Плазмовий (воздух+пропан- бутан) а^е+АФ+Fe^ 4200-7100 (a-Fe) 7500-9900 (АФ) 70 32-33
Надзвуковий плазмовий (воздух+метан) а^е+АФ+Fe^+g-Fe 3000-6600 (a-Fe) 7800-8200 (АФ) 75 62-67
Таблиця 2
Умови напилення і властивості плазмових надзвукових покриттів [11]
Напилений матеріал Робочий газ Швидкість руху, м/с Властивості покриття
стру- меню частки Густина, г/см3 Твердість Шорсткість, мкм Міцність зчеплення, МПа
HRC HV300
Кобальтовый сплав Ar 2900 400.500 7,8 36 350.450 6,0...7,0 54,0.58,6
WC-12Co Ar 2900 400.500 13,8 60 850.950 4,0...5,0 69
WC-17Co Ar 2900 330.400 11,8 55 750.950 6,0...8,0 69
WC-17Co Ar 3000 550.650 12,2 55 750.950 2,5...3,0 69
Cr3C2-NiCr Ar+He 2900 400.500 6,4 51 500.550 4,4...5,7 62,0.69,0
Е
\ї_
Рис. 1. Плазмотрон плазмово-дугової установки УН-126:
1 — корпус; 2 — гайка; 3 — електрод; 4 — сопло; 5 — тримач; 6 — наконечник; 7 - дріт
Детонаційне напилення володіє найширшими можливостями для отримання самих різноманітних покриттів. Даний метод відрізняється високим значенням міцності зчеплення, низькою пористістю, можливістю одержувати широкоспектральні, у тому числі, шаруваті покриття без втрат часу на переза-пралення матеріалу. Найважливішою перевагою детонаційного напилення є високі адгезійні та когезійні властивості. Також покриття при даному способі напилення має малу пористість. Крім того, при напиленні можна відносно легко регулювати температуру та швидкість напилюваних частинок; а термічний вплив на поверхню деталі мінімальний. Також детонаційний метод дозволяє отримувати аморфні та аморфно-кристалічні покриття більш легко у порівнянні з іншими методами, що є досить цікавим для використання при відновленні зношених деталей рухомого складу. Недоліки детонаційного методу відомі: високий рівень шуму (до 140 дБ), що потребує звукоізоляції; дороге та складне обладнання; наявність кисню в газовій суміші приводить до протікання окислювальних процесів. В процесі детонаційного напилення покриття формуються за рахунок продуктів детонації. На нагрів і прискорення порошкових частинок найбільше впливає ступінь їх взаємодії з продуктами детонації [7]. Продукти детонації разом з частинками порошку формують двофазний потік, який утворює одиничну пляму покриття. При цьому частинки усередині одиничної плями майже однакові по структурі. При ударі частинок об поверхню напилюваної деталі вони додатково активуються. Всередині плями, утвореної за один постріл, відсутні пори та несплошності, частинки після деформації (ступінь деформації складає
10...50) мають форму ламелей [7, 9]. В результаті дії високої швидкості частинок й їх температури, тобто високих значень теплової та кінетичної енергії, а також додаткової активації частинок при ударі, міцність зчеплення частинок між собою висока і теоретично наближається до міцності напилюваного матеріалу (однорідного). Хоча необхідно зауважити, що вплив температури на властивості детонаційного покриття не є однозначним. Підвищення температури частинок підвищує температуру контактної зони, що позитивно впливає на адгезію та когезію. Одночасно з цим знижується тиск в зоні контакту часток з основою, що погіршує міцність зчеплення. Тому вважається, що оптимальним агрегатним станом частинок перед зіткненням є напіврозплавлений стан при відповідній швидкості частинок. Підкреслимо, що для різних матеріалів і робочих середовищ існують свої раціональні співвідношення температур і швидкостей частинок.
з...................................................
Важливість знаходження раціональних режимів процесу можна навести на такому прикладі. Відомо, що при нанесенні покриття детонацією відбувається викид із стовпа продуктів згорання горючого газу та залишків порошку, що не потрапив у до складу основної плями. Дані вторинні елементи пострілу осідають на напилену пляму покриття, що погіршує когезій ні властивості. Для вирішення даної проблеми необхідно підбирати раціональні режими процесу, наприклад, при яких горюча суміш буде повністю згоряти, а порція порошку не перевищуватиме необхідної для одного циклу.
Узагальнюючи результати досліджень, наведених в літературних джерелах, можна представити порівняльний аналіз основних методів газотермічного напилення (табл. 4).
Із збільшенням швидкості руху частинок зростають міцність зчеплення, мікротвердість, міцність на розрив, зменшується пористість. Відмінність між параметрами характеристик деяких покриттів сягає 2...3 разів.
Наведені результати, відповідно, визначають матеріали, що напилюються кожним окремим методом, і накладають обмеження на максимальний розмір частинок, здатних формувати покриття з високими показниками міцності зчеплення і когезійної міцності.
При виборі того або іншого способу напилення та режиму необхідно враховувати техніко-економічні показники процесу. Економічність процесу оцінюють коефіцієнтом використання матеріалу (КВМ), ефективністю використання енергії, а також продуктивністю [6].
Як вже частково зазначалось вище, на процес напилення покриттів впливає безліч факторів, кількість яких, за літературними даними коливається від 20 до 60. Тому при виборі параметрів технологічного процесу бажано виділити найбільш впливові фактори. Вибір вхідних параметрів варіювання залежить від вимог до покриття і методу напилення. Наприклад, це можуть бути потужність електричної дуги, тиск і витрата стислого повітря, зазор між електродами, діаметр дротів для електродугового напилення; склад детонаційної суміші, частота імпульсів, дистанція напилення, витрата і склад плазмоутворюючого газу, швидкість переміщення плазмотрона та ін.
У якості вихідних контрольованих параметрів (функції відгуку) обирають ті параметри, які найбільш важливі для виробництва. Як правило, обов’язково контролюють міцність зчеплення покриття з основою, а також важливими є зносостійкість, твердість, пористість, корозійна стійкість та інші характеристики залежно від функціонального призначення покриття. Для визначення раціональних параметрів процесу можна скористатись коефіцієнтом використання матеріалу. Одним з показників раціонального режиму може виступати КВМ, оскільки він характеризує найбільш раціональний рівень теплової і кінетичної енергії частинок.
В результаті застосування методів кореляційного аналізу багаточинника проводиться ранжирування вибраних параметрів по їх значущості, і на цій основі здійснюється оптимізація процесу ГТН без проведення великого об’єму експериментальних досліджень. Аналіз існуючого об’єму експериментальних даних дозволяє встановити ступінь впливу окремих параметрів на структуру і властивості покриттів.
Таблиця 4
Основні характеристики процесів газотермічного напилення
Метод напилення Темпе- ратура струї, 0С Склад плазми або продуктів згоряння Розхід газу, м3/год Швидкість витоку струї, м/с Швидкість часток, м/с Максимальна продуктивність кг/год Темпе- ратура часток, 0С Міцність зчеплення МПа
Електродуговий [13] 5500 N2, O2 В 60-150 120-240 20-45 2000- 2600 до 50
Газополум’яний порошковий дозвуковий [14] 2500 N2, CO, CO2, H2O С2Н2-1,7 О2-2,2 300-500 50-150 3-5 1800- 2000 до 50
Газополум’яний дротовий дозвуковий [15] 2800 N2, Co, CO2, H2O 7-10 300-500 180
Газополум’яний надзвуковий [9] 3100 N2, Co, CO2, H2O 16-45 1500 до 800 2,2 1500
Плазмово-дуговий [13] 10000- 15000 2,4 100 120-400 10-16 2500 25- 60
Плазмово-вакуумний [15] 8300 Ar, He 8,4 - 420-480 240-610 10
Надзвукове повітряно-газове плазмове напилення [9] 3250- 6250 CO, CO2, n2, H2O 10-40 до 3000 до 600 20-50 - 60-120
Детонаційний [16] 3200 CO, CO2, H2O С3Н8-1,1,5 О2-2,0,4,0 1200-1500 до 1000 2-5 2300 до 200
Висновки
На даний час існує чимало напрямків розвитку газотермічного напилення. Дослідники, впливаючи на різні вхідні фактори, отримують покриття з різними властивостями. Аналіз технологій ГТН показав, що однозначно обрати той або інший спосіб напилення для потреб ремонтного виробництва залізниць неможливо, оскільки необхідно проводити багатофакторну оцінку методів напилення. Тому при виборі методу напилення та відповідного обладнання, необхідна чітка постановка задачі. Необхідно означити, які деталі будуть підлягати відновленню напиленням, враховуючи ступінь їх відповідальності, умови експлуатації, характер і механізм зношування; визначити техніко-економічні показники процесу, оцінити надійність процесу; ремонтопридатність обладнання; початкову
вартість обладнання. У якост і обмежень при постановці задачі можуть виступати фінансові можливості депо (заводу), наявність приміщень, кваліфікація робітників та ін. Апріорно оцінити ту або іншу технологію можна за відомим співвідношенням «ціна - якість», тобто вартість нанесення покриттів - властивості відновленої деталі. Але в деяких випадках при розв’язанні задачі оптимізації вибору способу напилення, можливе виникнення ситуації, коли заради отримання певних властивостей покриттів необхідно обирати технологію з більш високою вартістю процесу. Попередньо, ремонтним виробництвам залізниці можна рекомендувати для відновлення відповідальних деталей використовувати надзвукове плазмове, детонаційне та плазмово-дугове напилення. При наявності іншого обладнання ГТН в ремонтному виробництві можна рекомендувати провести його модернізацію.
Література
Дружинин Л.К., Лиэпина Е.Д., Перфилов Л.С. и др. Получение покрытий и порошков высокотемпературным распылением металлических и керамических материалов в контролируемой атмосфере // Получение покрытий высокотемпературным распылением. -М.: Атомиздат, 1975. - С. 194-209.
Milewsski W., Sartowski M. Some properties of coatings ARC- spread in nitrogen of argon atmosphere // Adl-in Thermal spraying: Proc. of the ITSC'86 (Montreal, dept. 8-12, 1986). - New York : Pergamon Press, 1986. - P. 467-475.
Rao K.V., Somrvill D.A., Lee D.A. Properties and characterization of coatings made using «Jet-Cote» thermal spraying technique // Adv-in Thermal Spraying: Proc. of the ITSS'86 (Montreal. Sept. 8-12, 1986.) - New Jork: Pergamon Press. 1986. -P. 873-882.
F
4. Mazaris P., Manesse D., Lepovet C. Structures de revetements de carbure de tungtene oftenys par diffents procedes de projection // Sandage Et techniques. - 1987. -v. 41. №1-2. -P.36-42.
5. Петров С.В., Сааков А.Г., Бояджян А.М. Восстановление металлизацией тяжелонагруженных дизельных коленвалов // Автоматическая сварка. - 1999. - №8. - С. 43-46
6. Газотермические покрытия из порошковых материалов / Ю.С. Борисов, Ю.А. Харламов, С.Л. Сидоренко, Е.И. Ардатовская / Справ. -К.: Наукова думка, 1987. - 544 с.
7. Астахов Е.А., Шаривкер С.Ю., Гарда А.П., Краснов А.Н. Скорость полета напыляемых частиц при детонационном методе нанесения покрытий // Физика и химия обработки материалов. -1975. -№4. -С. 58-61.
8. Куприянов И.Л., Геллер М.А. Газотермические покрытия с повышенной прочностью сцепления. - Минск. : «Наука і техніка», 1990. - 176 с.
9. Борисов Ю.С., Петров Е.В. Использование сверхзвуковых струй в технологии газотермического напыления // Автоматическая сварка. -1995. -№1. -С. 41-44.
10. Евдокименко Ю.И., Кисель В.М., Кадыров В.Х. и др. Взаимодействие дисперсных частиц несущим потоком при высокоскоростном газопламенном напылении // Порошковая металлургия. - 1996. - №3/4. -С. 54-60.
11. Leongo F.N. Advanced high-energy plasma sprayed coatings // Proc. 8th ITSC (Miami, USA, ASM, May 19-23, 1976). Miami. -1976. -P. 319-331.
12. Горбань В.Ф. Повышение жаро- и износостойкости деталей способом газотермического напыления покрытий из сплавов на основе хрома // Автоматическая сварка. -2000. -№2. -С. 27-31.
13. Черноиванов В.И., Андреев В.П. Новые технологические процессы и оборудование для восстановления деталей сельскохо-
зяйственной техники. М.: Высшая школа, 1983. -95 с.
14. Антонов И.А. Газопламенная обработка металлов. -М.: Машиностроение, 1976. -262 с.
15. Thorpe M.L. Thermal spray industry in transition // Adv. Mat. and Proc. -1993. V. 143. №5. -Р. 50-61.
16. Тюрин Ю.Н. Совершенствование оборудования и технологии детонационного нанесения покрытий // Автоматическая сварка. -1999. -№5. С. 13-18.
-----------------□ □-------------------
Встановлена наявність одночастотного коливання в резонансній системі з відрізком круглого хвиле-вода
Ключові слова: резонанс, коливання, зонд, хвилевід, дзеркало
□------------------------------□
Установлено существование одночастотного колебания в резонансной системе с отрезком круглого волновода
Ключевые слова: резонанс, колебания, зонд, волновод, зеркало
□ □
Existence of unifrequent fluctuation in resonant system with a piece of a round wave guide is established
Keywords: resonance, vibrations, probe, waveguide, mirror -----------------□ □-------------------
УДК 614.89:537.868
ИССЛЕДОВАНИЯ ОТКРЫТОЙ РЕЗОНАНСНОЙ СИСТЕМЫ С ОТРЕЗКОМ КРУГЛОГО ВОЛНОВОДА
Н.П. Кунденко
Кандитат технических наук, доцент Кафедра ’’Интегрованные электротехнологии и процессы”* Контактный тел: (057) 712-28-33, 067-743-77-76 E-mail: n.p.kundenko@inbox.ru
А.Д. Черенков
Доктор технических наук, профессор Кафедра "Технотроники и теоретической электротехники”*
Контактный тел.: (057) 712-42-32 E-mail: tte_nniekt@ukr.net *Харьковский национальный технический университет сельского хозяйства им. П. Василенко ул. Артема, 44, г. Харьков, 61000
1. Введение
Для измерения электрофизических параметров веществ наибольшее распространение получили резонансные методы в силу высокой точности получа-
емых результатов. Основная идея всех резонансных методов состоит в наблюдении резонансных кривых колебательного контура, в который помещен образец исследуемого вещества. Изучение резонансных кривых до и после внесения диэлектрика позволяет по
3
