Лекція 19 Вплив зовнішніх факторів на електродугову металізацію

19.1. Вплив параметрів напилюваного матеріалу

Найбільш значущі параметри: діаметр електродного дроту і швидкість його подачі. Звичайно вибирають в межах 1,0 — 3,5 мм і більше. При максимальних можна домогтися більш високої продуктивності.

Необхідно враховувати, що із збільшенням діаметра дроту посилюється турбулізація розпилювального струменю. Коефіцієнт турбулізації: ,

де — коефіцієнт турбулізації при вільному витіканні струменя в соплі.

Малі діаметри ускладнюють ведення процесу. При цьому потрібна висока швидкість подачі; спостерігається інтенсивне блукання плавких торців дроту. Швидкість подачі дроту вибирають максимальним для заданого режиму роботи розпилювача. Завдяки цьому досягаються мінімальні значення питомої потужності дуги. Максимальній швидкості подачі дроту повинне відповідати граничне значення кута . При цьому дотримується рівність, виходячи з постійності теплових потоків в електродах: де - швидкість плавлення і швидкість подачі дроту. Оцінні розрахунки показують, що алюмінію становить 0,38 м/с, для цинку — 0,36 м/с. При електродуговій металізації швидкість подачі дроту становить 0,05 – 0,35 м/с або

Істотно впливає на процес довжина вильоту дроту з контактного пристрою (рис 17.2). Зі збільшенням в дроті виділяється джоулево тепло, особливо у металів з підвищеним питомим електроопором (у сталі, нікелю та ін.). Для таких металів швидкість плавлення дроту зростає на 10 — 20 %. Однак це приводить до небажаного блукання торців дроту. Величина зсуву торців у процесі їхнього розпилення — .

19.2. Параметри, що характеризують зовнішні умови напилення

Характер витікання газу з сопла підкоряється загальним закономірностям утворення затоплених струменів. Середньомасова температура газу безпосередньо за межами стовпа дуги досить висока. Однак при великих витратах розпилювального газу (на порядок більших порівняно з плазмовим напилюванням) температура по осі й в перетинах швидко падає. Цьому сприяє і турбулізація газового потоку схрещеними електродами. Очевидно, додаткового нагріву розпилювальних частинок на початковій ділянці струменя не відбувається. На основній ділянці струменя частинки охолоджуються.

Швидкість розпилювального струменя максимальна на зрізі сопла і зберігається практично постійною в межах початкової ділянки. Вона оцінюється значеннями, близькими до звукових (чи трохи перевищуючими їх). Зривання з фронту плавлення розплавленого металу і його диспергування відбувається в межах початкової ділянки високошвидкісним потоком газу або так званим "жорстким" струменем. На цій же ділянці розпилювальні частинки отримують високе прискорення.

У момент диспергування розпилювального металу частинки, що утворюються, знаходяться в рідкому стані. Їхній середній розмір орієнтовно такий:

де — продуктивність розпилення; — щільність матеріалу, що розпилюється; — коефіцієнт, що враховує безперервність горіння дуги; — константа, що залежить від властивостей розпилювального матеріалу (1,61 — для сталі; 1,45 — для алюмінію; 1,64 — для цинку; 0,85 — для олова); — константа, що залежить від радіуса і форми сопла [для циліндричних сопел ( ].

За даними багатьох досліджень при розпиленні вуглецевих сталей більшість часток має розмір 30 — 50 мкм. Для інших металів — 10 — 100 мкм.

У міру віддалення від вогнища плавлення і розпилення швидкість часток падає. Поблизу поверхні напилення швидкість газового струменя і потоку напилювальних частинок приблизно однакові і становлять 50 — 150 м/с. Температура частинок в низькотемпературному газовому середовищі на основній ділянці струменя знижується досить інтенсивно. Однак через високі швидкості і перегрів металу при плавленні більшість частинок надходить на поверхню напилювання в розплавленому стані. Особливо це справедливо для великих часток мкм. Таке твердження базується на будові напиленого покриття. Різко виражена шаруватість характерна для умов, при яких покриття формується з розплавлених часток.

Висока продуктивність розпилення визначає велику щільність потоку напилювальних частинок поблизу поверхні формування. Їх оцінюють значеннями .

Розпилювальний струмінь на всьому протязі складається з повітря. Тому створюються сприятливі умови для окислення металу, що наноситься, і насичення його азотом.

3. Області використання електродугової металізації. Переваги та недоліки. Перспективи розвитку цього методу

Найбільш широке застосування електродугова металізація отримала при створенні корозійностійких покриттів на різних будівельних спорудах. Для цих цілей напилюються покриття з алюмінію і цинку. Як зносостійкі покриття напиляють різні сталі, бронзи та ін. Перспективні композиційні покриття зі сталі і міді, міді й олова та інших сполучень.

Основною перевагою методу є його висока продуктивність, що досягає 50 кг/ч. Цей метод забезпечує також максимальні значення енергетичних ККД розпилення і напилення . Завдяки великим значенням ентальпії напилювальних частинок, можуть бути отримані якісні покриття з достатньою адгезійною і когезійною міцністю і низькою пористістю.

До недоліків потрібно віднести інтенсивну взаємодію часток з активною газовою фазою. Напилювальний метал насичений киснем і азотом і містить значну кількість оксидів. Використання для напилювання тільки дроту обмежують можливості методу.

У перспективі напилювання може бути здійснено порошковим дротом, що складається з металевої оболонки і порошкового осердя. Якість покриттів може бути особливо високою при веденні процесу в камері із загальним захистом і розпиленні металу інертними газами. Особливо в цьому відношенні перспективне ведення процесу в низькому вакуумі.