Повышение физико-механических свойств покрытий, нанесенных методом электродуговой металлизации Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.793.72

ПОВЫШЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОКРЫТИЙ, НАНЕСЕННЫХ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ МЕТАЛЛИЗАЦИИ

М. Н. Драганюк

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-mail: [email protected]

Электродуговая металлизация (ЭДМ) имеет широкие возможности по сравнению с другими методами нанесения металлопокрытий, но также имеет ряд факторов, ограничивающих область применения данного метода. Актуальной задачей является улучшение процесса ЭДМ, что позволило бы расширить область его применения. Мной была проведена исследовательская и конструкторская работа, направленная на улучшение процесса ЭДМ. Было разработано модернизированное приспособление для нанесения покрытий, которое имеет ряд преимуществ над стандартным изделием, и позволяет получать более качественные покрытия.

Ключевые слова: нанесение покрытий, газотермический метод нанесения покрытий, электродуговая металлизация, улучшение процесса ЭДМ.

IMPROVEMENT OF PHYSICO-MECHANICAL PROPERTIES OF COATINGS, DEPOSITED BY ELECTRIC ARC SPRAYING

M. N. Draganyuk

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: [email protected]

Electric arc metallization (EAM) has a great opportunity compared to other methods of applying metal coatings, but also has some factors, that limit the application field of this method. The actual problem is to improve the EAM process, which would expand the field of its application. I finished some researching and design works aimed to improving the process of EAM. I developed the upgraded device for coating, which has several advantages over the standard product, and allows making better coating.

Keywords: applying metal coatings, thermal spraying, electric arc metallization, improve the process of electric arc metallization.

Потери металла от износа и коррозии металлоконструкций составляют до 30 % от их массы. Поэтому актуальной задачей является защита деталей машин и механизмов от коррозии, а также разработка современных способов их восстановления.

Среди технологий позволяющих реализовать данную задачу интенсивно развивается группа методов газотермического напыления покрытий. В работе был проведен сравнительный анализ этих методов. Результаты анализа показали, что электродуговая металлизация (ЭДМ) по стоимости обработки и производительности предпочтительнее других способов нанесения покрытий. ЭДМ имеет широкие возможности по сравнению со всеми известными методами нанесения металлопокрытий. Однако процесс ЭДМ имеет и недостатки, такие как широкий факел распыла и высокое содержание кислорода в распыляемом металле. Это снижает коэффициент использования материала и качество получаемых покрытий. Покрытия, нанесенные ЭДМ, обладают высокой пористостью, и низкой адгезионной прочностью. Следовательно, актуальной задачей является улучшение характеристик ЭДМ-покрытий, что позволит расширить область применение этого процесса.

Для проведения исследования был взят металлизатор ЭМ-17 (рис. 1). При экспериментальных исследованиях были выявлены следующие недостатки стандартного изделия:

1. Широкий угол распыла и невысокая скорость выхода потока из сопла.

Секция «Проектирование и производство летательньк аппаратов»

2. Нестабильность течения и непредсказуемое смещение потока относительно оси сопла.

3. Заедание проволоки.

На основе проведенных исследований, мной была разработана модернизация стандартного изделия (рис. 2), с целью устранить недостатки стандартного и с целью усиления газодинамического воздействия на периферийные области струи металла, и дальнейшего улучшения качества покрытий.

Рис. 1. Схема стандартного изделия ЭМ-17: 1 - проволока из распыливаемого металла; 2 - воздушное сопло; 3 - направляющие; 4 - дуга

1 2 3

Рис. 2. Схема модернизированной версии изделия ЭМ-17: 1 - переходник - удлинитель; 2 - модернизированное сопло;

3 - формирователь потока; 4 - трубопроводы подачи обжимающего потока

Для улучшения течения потока воздуха, был разработан удлинитель-переходник. Тем самым поток воздуха, при подходе к дуге имеет меньший разброс и более высокую скорость. Устраняются потери во внутренней полости сопла до подхода воздуха к дуге.

Для улучшения ЭДМ-процесса, и повышения качества и стабильности выходных параметров, было сконструировано новое сопло, в котором истекающий поток, имеет меньший угол распыла, и более высокую скорость истечения. В модернизированном сопле предусмотрено создание обжимающего потока воздуха для усиления газодинамического воздействия на периферийные области струи металла. Данный поток должен обжимать центральную подачу воздуха, который переносит напыляемый материал. Тем самым уменьшается факел распыла и увеличивается скорость напыляемых частиц.

Сравнительный анализ стандартного изделия (рис.3) с модернизированной версией (рис. 4) проведенный в SolidWorks Flow Simulation показал, что угол распыла, разброс частиц, и потери воздуха наблюдающиеся в стандартном изделии, в модернизированном были устранены. Графическое изображение потока показывает преимущества модернизированного сопла над стандартным.

I

Рис. 3. Графическое изображение истекающего потока из стандартного сопла ЭМ-17

Рис. 4. Графическое изображение истекающего потока из сопла модернизированного образца

Путем введения модернизаций было усилено газодинамическое воздействие, а именно:

1. Изменено расположения зоны плавления проволок относительно среза сопла;

2. Усилено воздействия потоком газа на зону горения дуги, увеличение тепловложения;

3. Увеличены скорость вылета расплавленного материала, а следовательно и сцепление покрытия с деталью. Что увеличивает качество получаемых покрытий.

4. Основная концентрация распыляемых частиц находится по оси сопла.

Библиографические ссылки

1. Газотермическое напыление [Электронный ресурс]. URL: http://ural-welding.ru/ru/ articles/gazotermicheskoe-napylenie/sverhzvukovoe-gazovozdushnoe-napylenie.html (дата обращения: 01.04.2015).

2. Хасуй А., Моригаки О. Наплавка и напыление. М. : Машиностроение, 1985. 45 с.

3. Рогов В. А., Ушомирская Л. А., Чудаков А. Д. Основы высоких технологий : учеб. пособие. М. : Вузовская книга, 2001. 256 с.

© Драганюк М. Н., 2015