І чистим вуглецем:

WO₃ + 3C = W + 3CO.

Порошки титану одержують металотермічним методом:

ТiO₂ + 2Са = Тi + 2СаO + 360 Kдж;

TiCl₄ + 2Ca = Ti + 2CaCl₂ ;

TiCl₄ + 4Na = Ti + 4NaCl + 723,З KДж ;

TiCl₄ + 2Mg = Ti + 2MgCl₂ + 514,З Kдж.

Аналогічно одержують порошки танталу з TaCl₅, ніобію з NbCl₅

Порошки можна одержувати також у плазмі, електролізом водних розчинів і з карбонілів.

6.3. Механічні методи одержання порошків

Порошки деяких металів, наприклад хрому, одержують шляхом дроблення в кульових чи вібраційних млинах.

Для здрібнювання металів: Ti, Zr, Hf їх гідрують, одержуючи

TiН₂, ZrН₂, HfН₂ при 800 – 900 °С. Гідриди крихкi, тому їх подрібнюють у млинах, а потім дегідрують.

6.4. Фізико-механічний метод

Пластичнi метали, наприклад мідь, плавлять і пропускають через дуже тонкий отвір. Коли струмінь металу потрапляє в струмінь повітря чи води, утворюються кульки різної крупності. Порошок розділяють по фракціях. Залежно від методу одержання порошки мають різну форму, величину, ступінь чистоти, що, у свою чергу позначається на їхніх технологічних параметрах, а також якості одержуваних газотермічних покрить.

Рис. 6.1. Розпилення металевого струменю газом

Діаметр частинок визначається імперічною формулою

d = [ ] + 10

де - поверхневий натяг рідини металу, i - витрата металічного порошку і газу, V₂ - швидкість газу; - густина рідкого металу; - в'язкість рідкого металу.

Запитання для самоперевірки

1. На які групи поділяються наплавлювальні електроди?

2. Що таке порошкові дроти, яка їхня будова і для чого їх використовують?

3. Для яких цілей використовують стрічкові електроди?

4. Що собою являють спечені електродні стрічки? Де їх використовують?

5. Що собою являють стеліти?

6. Що таке реліт?

7. Сормайти, їхній хімічний склад та властивості після наплавлення.

8. Порошкові та зернисті наплавлювальні матеріали.

9. Карбіди перехідних металів, їхні властивості і будова.

10. Неметалічні карбіди SiC i B C.

11. Які методи одержання карбідів найбільш поширені на виробництві? Їхня суть.

12. Що таке метод СВС?

13. Нітриди, їхня структура і властивості. Неметалічні нітриди Si₃N₄, BN.

14. Основні методи одержання нітридів.

15. Боріди, їхня будова та властивості.

16. Основні технологічні методи одержання боридів.

17. Силіциди, їхня будова та властивості.

18. Методи одержання силіцидів, галузі їх використання.

19. Одержання металічних порошків.

Тема 2. Склад та фізико-хімічні властивості порошків

Лекція 7. Властивості металевих порошків

Металеві порошки характеризуються хімічними, фізичними і технологічними властивостями.

7.1. Хімічні властивості

Хімічний склад порошків оцінюють вмістом основного металу,

домішок, забруднень і газів. Хімічний склад порошків дуже залежить

від складу вихідних матеріалів.Вміст основного металу в порошках має бути не нижче 98 – 99 %. Така чистота вважається задовільненою, i лише для одержання покрить з особливими властивостями потрібна більш висока чистота.

Для деяких порошків негативною особливістю є пірофорність, тобто здатність до самозаймання при зіткненні з повітрям. Пірофорність залежить від хімічної природи металу, ступеня дисперсності і форми часток порошків, стану їхньої поверхні (оксидні плівки зменшують пірофорність), чистоти і т.д. До пірофорних належать дуже тонкі порошки металів Fe, Co, Al, Zr.

Температура займання порошку із середнім розміром часток 50 – 70 мкм у зваженому в повітрі пилу становить відповідно 397 – 390 °С для титану, 420 – 450 °С для магнію, 500 – 320 °С для карбонільного заліза, 420 – 630 °С для танталу, 530 - 720 °С для молібдену, 620 - 780°С для вольфраму. А у разі, якщо діаметр часток 3 - 6 мкм, то температура для цирконiю буде 20 – 180 °С. Характеризується пірофорність порошків значенням нижньої концентраційної межі вибуховості (НКМВ). Воно складає 40 г/м³ для цирконію, 25 г/м³ для титану, 10 г/м³ для магнію, 25 г/м³ для алюмінію, 10,5 г/м³ для карбонільного заліза і 200 г/м³ для танталу. Інша негативна характеристика порошків є їхня токсичність. Пил кожного з металів, у тому числі і нешкідливих у компактному стані, може впливати на людину і спричинювати патологічні зміни в організмі. При цьому концентрації аерозолів металів і їхніх сполук, що гранично допускаються (ГДК), у навколишнім середовищі складають, наприклад 0,001 мг/м³ для берилію, 0,1 мг/м³ для оксиду ванадію й оксиду міді, 0,5 мг/м³ для оксидів Nі і Со , 2 г/м³ для алюмінію і хрому, 4 - 6 мг/м³ для заліза і 6 мг/м³ для вольфраму.

7.2. Фізичні властивості

Форма частинок. Вона залежить від методу одержання порошків. Форму частинок визначають методами оптичної і електронно-променевої мікроскопії. Для цього зважують (5 - 7г) порошку з додаванням 1-2 крапель диспергуючої рідини (води, парафінового масла, кедрового масла) поміщають на предметне скло і досліджують при відповідному збільшенні мiкроскопа. Визначають два фактори форми: фактор нерівновісності часток (відношення mах і min розмірів, що спостерігаються, ФН = l_mах/l_min) і фактор розвиненості поверхні (ФРП) відношення квадрата периметра часток, що спостерігаються пiд мiкроскопом, Р до займаної площі S, тобто ФРН=Р²/S.

Форма порошку впливає на його технологічні властивості.

За формою порошки бувають такі:

1. Сферичні - отримані розпиленням розплаву з кристалізацією частинок у вільному польоті чи отриманих в установцi ТВЧ.

2. Губчасті - отримані відновленням з окислів.

3. Осколкові - отримані здрібнюванням у кульових обертових млинах.

4. Дендритні - отримані елекролізом з водяних розчинів солей.

5. Пластинчасті (лускаті) - отримані розпиленням рідкого металу з кристалізацією часток на охолоджених поверхнях

6. Голчасті - одержанi конденсацією з парової фази.

7.2.1. Розмір частинок

Порошки для напилювання являють собою полідисперсні системи, що складаються з частинок різної окружності. Залежно від набору розмірів частинок порошки характеризуються гранулометричним складом. Фракція порошку - це діапазон розмірів частинок між їхніми максимальним і мінімальним значеннями. Гранулометричний склад порошку - вміст частинок (%) у визначених фракціях щодо їхньої загальної кількості. Фракція порошку розміром частинок, наприклад від 100 до 125 мкм, записується -125 + 100 мкм з позначенням поруч відсоткового вмісту цієї фракції за масою. Вміст фракції нижче за 0,1 % позначаються як «сліди». Більш наочніше графічне зображення гранулометрічного складу. По осі абсцис відкладають розмір часток, по осі ординат - їхній вміст, % за масою.

7.2.2. Аналітична обробка даних порошку

З урахуванням значень верхньої і нижньої меж розмірів частинок у кожнiй фракції даної партії порошку розраховують середній арифметичний діаметр, d . Потім знаючи масу кожної фракції порошку, визначають середній розмір частинок порошку.

, (7.1)

де m_i, - маса 1-ї фракції, d - середній розмір часток у i-й фракції, d_cp- середній розмір частинок порошку.

Величина середньоквадратичного відхилення розмірів часток порошку від їхнього середнього значення:

(7.2)

Ступінь полідисперсності порошку оцінюють за коефіцієнтом варіації:

(7.3)

Наприклад, при d_cp=0,072, = 0,044 тоді =0,611. Отже, у цій партії переважають дрібні частки. Залежно від розмірів часток порошку вони дуже умовно вони можуть бути розподілені на такі групи:

ультрадисперсні - d<0,5 мкм; ультратонкі - 0,5-10 мкм; тонкі - 10-40 мкм; середньої крупностi - 40-250 мкм; грубі чи великі - 250-1000 мкм.

7.2.3. Гранулометричний аналіз порошку

Він може бути: ситовий, седиментаційний, мікроскопічний.

Ситовий аналіз. При ситовому аналізі розподіл порошку по фракціях проводиться відповідно до ДСТ 18318 - 73. Для цього беруть порцію 100 г порошку при насипній щільності 1,5 г/см³ і 50 г при меншому його значенні. Порошок пропускають через набір сит, розташованих одне над іншим. Сита приводять в обертальний рух щодо зміщеної осі обертання (без обертання самих сит) зі швидкістю 300 ± 15 об/хв, при одночасному струшуванні уздовж осі з частотою 180 ±10 ударів у хвилину. Час розсіву 15 хв. Зібрані фракції зважують з точністю до 0,01г і визначають процентний склад. У нашій країні для ситового аналізу прийнята стандартна шкала з квадратними отворами за ДСТ 3584-73. Номер сітки виражає номінальний лінійний розмір сторони отвору у світлі (наприклад сітка №008 має отвір розміром 0,08 мм).

У США, Англії і деяких інших країнах прийнята характеристика сіток у мешах, тобто кількість отворів на одному лінійному дюймі (25,4мм). Для визначення розмірів отвору сітки d у світлі використовують залежність D=12,7/ N , де N - номери сит в мешах. За основу побудови системи сит у США прийнято базовий отвір з розміром отвору 0,074 мкм. Наступні розміри отворiв одержують множенням базового числа на модуль основної серії, що дорівнює =1,414. Для меншого інтервалу між сітками використовують також модуль додаткового ряду: = 1,189.

Нашою промисловістю освоєний випуск сит з розміром отворiв 30 мкм (іноді за спеціальним замовленням малими серіями випускають сита з розміром отворiв від 5 до 25 мкм).

Седиментаційний аналіз

Принцип методу седиментації заснований на різній швидкості осідання твердих частинок різного розміру в якому-небудь в’язкому середовищi. Відповідно до закону Стокса швидкість осідання частинок V, що мають радіус r і густину у рідині з густиною і в'язкістю , визначається так:

(7.4)

Оскільки величини - постійні, то можна ввести для кожного типу порошку і рідини коефіцієнта К.

(7.5)

Тоді радіус порошку можна визначити так:

чи (7.6)

При стаціонарному русі часток V=h/ , де h - висота осідання часток за час .

Тоді r = k (7.7)

Це рівняння справедливе при таких умовах:

а) частинки - рівновіснi; б) рух часток у рідині рівномірний; в) рідке середовище без пузирчиків, суцільне. Пробу для седиментаційного аналізу беруть таку щоб концентрація часток у рідині дорівнювала 0,4 % об'ємних.

Рідина не повинна взаємодіяти з порошком. Так, для порошку алюмінію краще взяти етиловий спирт, для заліза - олію соєву з ацетоном 1:1, для мідних і бронзових порошків - бутиловий спирт, олію соєву, ацетон.

Швидкість осідання часток у рідині під дією сили ваги можна визначити зважуванням, пипеточним чи оптичними методами.

При ваговому методі оцінюють нагромадження маси осаду за часом.

Таблиця 7.1

Деякі характеристики рідин

Рідина	Щільність , г/см^3 t=20 ^OC	В'язкість, сП при 20 °С	Рідина	Щільність , г/см^3 t=20 ^OC	В'язкість, сП при20 °С
Вода	0,998	1.005		1,593	0.969
Бутиловий спирт	0,808	2.950	Ацетон	0,792	0.325
Метиловий спирт	0,795	0.598	Гліцерин+5 % води	1,272	6.050
Етиловий спирт	0,789	1.200	Гліцерин	1,262	1499
Ізоаміловий спирт	0,816	5.800

.

Час осідання часток за рівнянням Стокса

(7.8)

Рис. 7.1 Залежність нагромадження маси порошку m

від часу його осадження

Будують криву нагромадження маси осаду від часу для порошинок з діаметрами d₁, d₂, d₃...d_n (наприклад, 2, 4, 6, 8,18 мкм). Число розрахункових значень має бути не менше за 5 .

Аналогічно будують криву за допомогою проб піпеткою з однієї і тієї ж висоти. Пробу після фільтрації і висушування зважують і будують криву, наведену на рис. 7.1. А далі беруть відрізок om за 100 % і проводять дотичні до точок з часом ... і одержують відрізки om₁, om₂..., кратні процентному вмісту часток з діаметром d₁, d₂, d₃...d_n.

Більш сучасним є фотоседиментаційний метод, що зв'язує щільність потоку і силу фотоструму, що утворюється світлом, яке проходить через шар. Можна також визначати діаметр часток підтримуючи їх у зваженому стані потоком повітря. При цьому швидкість повітряного потоку , де і d - густина і діаметр порошку. Витрата повітря при цьому Q буде такою:

Q = 47,1 VД² , де Д - діаметр трубопроводу.

Лекція 8. Визначення властивостей порошків

8.1. Мікроскопічний аналіз

Це найбільш надійний і точний метод. Він дає можливість прямим виміром визначити фракційний склад порошку. Методи аналізу поділяються на оптичні (розміри вимірюваних частинок від 0,5 до 100 мкм) і методи електронної мікроскопії (розмір часток порошку 0,001-10 мкм). При оптичному аналізі для виключення агрегатування і злипання часток допускається їхнє легке розтирання чи рідинне дипергування з використанням поверхнево - активних речовин. Для цього використовують 1%-й розчин колодію в амілацетаті, чи 2 %-й розчин канадського бальзаму в кеплолi. Можна використовувати також метод шлiфiв. При вимірі визначають розмір частинок, що потрапили в поле зору в одному напрямку.

Рис. 8.1. Вимір статистичних діаметрів порошку

8.2. Питома поверхня порошку

Її можна визначити за методом Товарова. Спрощена схема цього методу показана на рис.8.2.

Рис.8.2. Вимірювання питомої поверхні порошку за Товаровим:

1 – гільза; 2 – плунжер; 3 - шар спресованого порошку; 4 - склянка Маріотта; 5 – кран; 6 - мірна склянка; 7 - манометр

При відкритті крана 5 під різницею тисків, яка фіксується манометром 7, вода буде витікати. Чим більше повітря V пройде крізь порошок, тим більше витече води. Обсяг води, яка витікає, дорівнює обсягу повітря, що пройшло крізь порошок. Питома поверхня порошку (м²/г) визначається за формулою

, (8.1)

де F- площа перетину шару порошку, h - його висота, V - обсяг повітря, що пройшло крізь порошок за час і - перепад тисків, -коефіцієнт пористості порошку, - густина матеріалу частинок порошку, μ –в’язкість повітря

Цей метод застосовують для визначення питомих поверхонь 0,3 -1,5 м²/г. Принцип визначення питомої поверхні в приладах ПСХ, АДП і ТЗ подібний викладеному.

8.3.Текучість порошку

Текучість порошку, тобто його здатність переміщатися під дією сили тяжiння оцінюється по ГОСТ 20899 - 75 часом течії порцii порошку масою 50 г крізь калібрований отвір діаметром

2,5 мм.

Текучість залежить від густини матеріалу, гранулометричного складу, форми і стану поверхні часток, вогкості, міри окислення і.т.д.

Рис. 8.2. Воронка для визначення текучості порошку.

8.4. Вогкість порошків (ГОСТ 11546 - 75)

Порцiю 100 г зважують в бюксi з похибкою 0,0002 мг і вміщують у сушильну шафу з температурою 105-115 С і витри-мують 30 хв. Потім бюксу охолоджують в ексикаторі і знову зважують. Висушування і зважування повторюють до отримання постійної маси порошку. Вогкість дуже знижує сипучiсть порошків і якість покриттів.

Вміст вологи визначають в процентах за формулою

X= 100 % (8.2)

де m - маса порошку до висушування; m - після висушування.

8.5. Насипна щільність порошку

Це масса одиниці об’єму поршку при його вільному насипанні.

Вона визначається за ГОСТ 19440-74:

, (8.3)

де - насипна щільність г/см : М - маса мірної місткості з порошком; М - маса мірної місткості, V - о’бєм мірної місткості.

1Рис. 8.3. Схема волюмометра.

1 - приймальна воронка; 2 - мала воронка; 3 - знімна місткість;

4 - опорна стінка корпусу; 5 - вiдбiйні пластини; 6 - направляюча воронка; 7 - склянка

8.6. Кут природного укосу

Кутова величина природного укосу являє собою кут, утворений поверхнею конуса вільно насипаного порошку і горизонтальною площиною в його основі.

Для більшості порошків він знаходиться в межах 25 - 70 . Кут змен-шується зі зростанням текучості порошків. Мінімального значення він набуває для сферичних порошків.

На будь-яку, довільно вибрану частку порошку діє сила тягаря Р, яку можна розкласти на складові, нормальну до твірної конуса і паралельної їй. , де - коефіцієнт тертя,що дорівнює . Дійсно, з рисунків видно, що . Таким чином, кут природного укосу є також кутом тертя.

Рис. 8.4 Схема (а) утворення кута природного укосу ( )

і приладів (б,в):

1 – конус; 2 – шабер; 3 – прозора стінка з кутоміром

ЛЕКЦІЯ 9. Порошки для газотермічного нанесення покриттів

Історично перший металізацiйний апарат, виготовлений в 1917р., був дротяний. У 1955 р. була зроблена спроба виготовлення керамічних дротів з органічною зв'язкою (з суміші поліетилену і полiiзобутилену). Однак цей дріт не набув широкого поширення через погіршення умов нагріву матеріалу, забруднення покриття залишками органічних речовин і великих втрат напиленого матеріалу (до 80 %).

Розроблений йому аналог гнучкий шнур, являв собою оболонку з органічного матеріалу, заповнену порошком. У процесі напилення оболонка практично повністю згоряла, не забруднюючи покриття. Однак основним матеріалом, що використовується при газополуменевому, детонаційному і плазмовому способах нанесення покрить, є порошки. У практиці напилення застосовують як однорідні порошки, так і гетерогенні складної структури, композиційні, а також механічні суміші різних порошкових матеріалів.

На частку порошків для напилення металів доводиться 6 %, сплавів - 32 %, оксидів - 10 %, тугоплавких з'єднань і твердих сплавів - 6 %, композиційних порошків -19 %, механічних сумішей - 27 %.

Великого поширення набули композиційні порошки. Вони бувають: плакованими, термореагуючими, конглемератними. Композитні порошки повинні задовольняти такі критерії:

1. Композиція повинна являти собою поєднання хоч би двох хімічно різнорідних матеріалів з чіткою границею розділу.

2. Композиція повинна мати властивості, якими не може володіти жоден з її компонентів нарізно.

9.1. Композиційні порошки

За типом будови частинок розрізнюють плаковані і конгломератні порошки. Як ядро в плакованих частинках використовують порошки карбідів, нитридів, боридів, силіцидів або оксидів заключених в металеву оболонку , що складається із заліза, нікелю, міді, кобальту, олова та інших матеріалів. На рис. 9.1 подані основні типи будови композиційних частинок.

а б в

Рис. 9.1. Основні типи будови композиційних частинок:

а - плакована частинка: 1 - ядро, 2 - оболонка ; б, в - конгломератні частинки: 1 - частинка одного матеріалу, 2 - частинка іншого матеріалу

Плаковані частинки складаються з одного або декількох оболонок різних металів. Частинки композиційного конгломерованого порошку сформовані з безлічі початкових часток декількох матеріалів.

У гетеродисперсних конгломератних частинках між дисперсністю компонентів існує велика різниця. Частинки одного з них служать основою ядра, а на їхій поверхні розміщуються частки інших компонентів (рис. 9.1б). Відношення діаметрів частинок основи і інших компонентів становить 10 - 20.

Гомодисперсні конгломератні частки формуються з різних початкових компонентів з близькими розмірами частинок (рис. 9.1,б). Відношення діаметрів початкових компонентів становлять у цьому випадку 1 - 3. Комбінація цих двох основних методів дозволяє отримувати композиційні порошки змішаних типів. На рис. 9.2 представ-лені деякі з них.

Рис. 9.2 Типи змішаних структур композиційних порошків:

П - плаковані; ГДК - гетеродисперсні конгломерати; ГМК - гомодис-

персні конгломерати

При застосуванні композиційних порошків в технології газотермічного напилення мають за мету таке:

1. Використання екзотермічного ефекту компонентів (Ni – Al , Ni – Ti та ін.)

2. Рівномірний розподіл компонентів в об'ємі покриття, наприклад типу керметов (Ni – Al2O3 та ін.).

3. Захист матеріалу ядра часток від окислення або розкладання при напиленні (Co – TiC , Ni – TiC , Ni – алмаз та ін.)

4. Формування покриття з участю матеріалу, самостійно не утворюючого покриття при газотермічному напиленні (Ni - графіт).

5. Поліпшення умов формування покриттів за рахунок збільшення середньої щільності частинок, введенням компонентів з високою ентальпією.

За видом взаємодії частинок композиційні порошки поділяються на екзотермічні і термонейтральні. Характеристика їх наведена в табл. 9.1.

Таблиця 9.1.

Класифікація композиційних порошків за характером поведінки при газотермічному напиленні

Тип складу	Порошок
Термореагуючі композиції
Iнтерметалічні		(Ni)-(Al), (Ni)-(Ti), (Co)-(Al), (NiP)-(Al), (NiCr)-(Al) та інш.
Керметні		(Al)-(NiO), (Al)-(MoO3), (Al)-(WO3) та ін.
Метал – тугоплавкі сполуки		(Ti)-(SiN4), (Ti)-(SiC), (Ti)-(B4C), (Zr)-(Si3N4), (Cr)-(SiC) та ін.
Термонейтральні композиції
Керамічні і керметні			(SiO2)-(Cr2O3), (TiO2)-(Al2O3), (Ni)-(Al2O3), (Ni)-(ZrO2), (Ni)-(MgO) та ін.
Метал – тугоплавкі сполуки			(Co)-(WC), (Ni)-(WC), (Ni)-(Cr3C2), (Ni)-(TiB2), (Cu)-(SiC), (Ni)-(TiC) і інш.
Метал – твердi мастила			(Ni)-(графіт), (Ni)-(CaF2), (MoS2) та ін.
Іншi			(Ni)-(алмаз), (Cu)-(алмаз) та ін.

ЛЕКЦІЯ 10. Отримання композитних порошків

1. Способи отримання

Композитні порошки вже зараз становлять п’яту частину від всієї кількості порошків, що використовуються для отримання 37азо термічних покрить на поверхнях деталей машин і апаратів. Широка можливість варіювання їхніми властивостями і відповідно властивостями покрить роблять їх дуже перспективними. Тому можна упевнено стверджувати, що в галузях напилення і наплавлення їм належить майбутнє.

Способи отримання композиційних порошків можуть поділятися за ознакою структури частинок (плаковані, конгломеровані або їхні комбінації) і за тими методами, що використовуються для формування цієї структури.

Плакування і конгломерування принципіально різні процеси: в першому випадку забезпечується осадження шару покриття на поверхні частинок порошкового матеріалу з використанням хімічних і фізико-хімічних процесів, у другому формується зв'язок між частинками різних компонентів із застосуванням в основному фізичних і фізико-хімічних процесів.

10.2. ПЛАКУВАННЯ

Плакування дисперсних матеріалів при отриманні композиційних порошків для газотермічного напилення може бути здійснено такими основними способами:

1. З твердої фази дифузійним насиченням (наприклад боруванням часток MoSi ).

2. З розплаву спільним розпиленням його зі зваженою твердою фазою (наприклад WC в розплаві NiCrSi ).

3. З водних розчинів:

а) відновленням з розчинів солей воднем (наприклад осадження Ni на Al , Со на WC);

б) контактним методом з використанням реакції заміщення (наприклад, осадження нікелю на алюмінії);

в) хімічним відновленням з розчинів солей гiпофосфiтом, гiдразином;

г) електролізом (наприклад осадження нікелю, міді та інших металів на

поверхнi металевих і металізованих частинок).

4.З газової фази термічним розкладанням карбонілiв, металоорганічих сполук (МОС) тощо (наприклад, осадження нікелю з тетракарбонілу на алюміній, WC , Al2O3, графiт, BN та ін.)

5. У вакуумі випаровуванням при термічному або електронно-променевому нагріванні (наприклад осадження алюмінію на ZrO ).

Першим з методів плакування дисперсних матеріалів для отримання напилюваних композиційних порошків був використаний метод відновлення нікелю або кобальту з солей воднем.

Для отримання нікель - алюмінієвого композиційного порошку застосовують метод контактного нікелювання, заснований на реакції відновлення нікеля алюмінієм:

3 NiCl + 2 Al = 2 AlCl + 3 Ni + Q.

Нанесення металевих покриттів на частинки порошків може бути здійснено методом випаровування і конденсації у вакуумі.

Методом хімічного відновлення отримують порошки, частинки яких плаковані оболонками з нікелю, кобальту, міді, олова, а також оболонками складного складу: нікель - фосфор, кобальт - фосфор. Найбільш простим варіантом даного методу отримання плакованих порошків є відновлення за допомогою гiпофосфіту натрію. Загальна схема процесу (для випадку осадження нікелю) має такий вигляд:

NaH PO + H O → NaH PO + 2H

Ni + 2H → Ni + 2H

H PO + H → P + 2H O

Середня швидкість осадження 10 - 13 мкм/ч. Оcобливістю цього методу є паралельне з металом відновлення фосфору, що також буде осаджуватиметься в об'ємі утвореноi оболонки. Хоч його вміст дуже залежить від кислотності середовища і може регулюватися, однак отримати оболонку з чистого нікелю у цьому випадку неможливо.

Для нанесення на дисперсній матеріал методом хімічного відновлення покриття з чистого нікелю, як відновник використовують сполуку гидразину - гидразингідрат (NH2 • NH2 • H2O) або гидразин-сульфат (NH2 • NH2 • H2SO4). Швидкість осадження нікелю в цій реакції нижче. Безпосереднє плакування таким чином неметалічних матеріалів (оксидів, карбідів, боридів) неможливо, необхідне попереднє нанесення тонкого шару нікельфосфорного покриття (0,5 - 1 %).

Процес хімічного кобальтування аналогічний хімічному нікелюванню. При осадженні на поверхню частинок покриттів з міді як відновник використовують гідразин-хлорид, з олова - тіосечовину.

Електролітичний метод з точки зору промислового застосування є одним з найбільш простих і доступних. До недолiкiв його належать невисока питома продуктивність, неможливість безпосереднього плакування неелектропровідних порошків (потрібна попередня металізація іншими методами).

Метод дисоціації карбонiлiв дозволяє здійснити плакування нікелем, залізом, кобальтом і іншими металами, якi утворюютоь карбоніли, порошків металів, оксидiв, карбідів, боридiв і інших матеріалів, що допускають нагрів до температури розкладання карбонiлу 200 - 300 °С. Реакція осадження нікелю відбувається за схемою

Ni(CO)4 → Nі + 4 CO

Метод дифузійного насичення досить широко застосовується для легування різних металевих порошків, що використовуються в технології порошковоi металургії.

Широкий перелік варіантів хімико-термічної обробки металів і сплавів, який може бути використаний при створеннi композиційних порошків, що отримуються таким методом, розкриває широкі можливості розробок у цьому напрямі. Для отримання композиційних порошків методом дифузійного насичення використовують традиційну технологію із застосуванням контейнера з плавким запобіжником.

10.3. КОНГЛОМЕРУВАННЯ

Конгломератні частинки можуть бути утворені такими основними методами:

-з використанням органічних і неорганічних сполук (наприклад алюмінію з нікелем, алюмінію з NiCr , Al O3 з TiO та ін.);

-сплавленням механічних сумішей з подальшим подрібненням;

спільною деформацією (наприклад шляхом плющення механічних сумішей з подальшим подрібненням);

-методом саморозповсюджуваного високотемпературного синтезу. (

Метод отримання композиційних порошків для газотермического напилення із застосуванням зв'язуючих речовин сьогодні набуває переважного розвитку. Це пов'язано насамперед з можливістю створювати таким шляхом композиції на основі комбінацій практично любих компонентів. Крім того, технологічні варіанти його здійснення відрізняються простотою і економічністю. Закордонні фірми використовують для цієї мети різні змішувачі або розпилювальні сушарки.

Для створення гетерогенних конгломерованих порошків використовують більш крупнi порошки твердих сполук (карбідів, боридів, силицидів) і дрібні порошки металів. При цьому співвідношення діаметрів частинок ядра і оболонки .

При утворенні гомогенних порошків це співідношення становить 1 - 3. Порошки змішують у певній пропорції в спеціальних змішувачах протягом декількох годин.Потім додають клей в такій кількості, щоб утворилася тістоподібна маса. У разі використання порошків металів і безкисневих сполук застосовують органичні клеї, а у разі кисневих - неорганічні. Як органичні вживають: полівінілхлоридний, поліізобути-леновий поліамідний, БФ - 6 та ін. Основним неорганичним клеєм є рідке скло (канцелярський клей).

ЛЕКЦІЯ 11. Вимоги що ставляться до порошкiв для напилення

11.1. Основні вимоги і підготовка порошків для напилення

Вимоги до порошків для газотермічного напилення складаються з основних двох положень: форма і розмір частинок мають забезпечувати, з одного боку, стабільну і регульовану подачу частинок у високотемпературний газовий струмінь, а з іншого - формування покриття із заданими експлуатаційними властивостями. Показники, що охоплюються цими вимогами, диктуються як умовами роботи живильника і пневмотранспорту, так і процесами теплообміну, газодинамики і міжфазної взаємодії в газовому струмені, які можуть бути суперечливими. Тому оптимальним рішенням в багатьох випадках є компромісне поєднання задоволення цих вимог.

Важливою підсумовуючою характеристикою порошків на стадії їхньої подачі до газового пальника або плазматрона є їхня текучість. Вона зумовлює стабільність подачі матеріалів, можливість точного регулювання витрат.

Формування частинок композиційних порошків приводить до зміни їхньої щільності і характеристик поверхні (конфігурації, коефіцієнта тертя) - чинників, що визначають текучість порошків.

Порівняння текучості різних композиційних порошків плакованого і конгломератного типу показує, що у разі використання ядер частинок неправильної форми операція як плакування, так і конгломерування вирівнює їхню поверхню і поліпшує текучість. Якщо початковим матеріалом служать частинки з формою, близькою до сферичної, то конгломерування знижує текучість таких порошків. Для забезпечення рівномірної подачі порошку бажано використовувати частинки сферичної (або сфероiдизованої) форми з незначною пористістю і розміром не менше за 10 мкм.

Вимоги до теплофізичних властивостей порошку можуть бути сформульовані, виходячи з оцінки енергетики процесу напилення. Енергетичний стан частинок в газовому струмені знаходиться в складній залежності від великої кількості параметрів. З одного боку, це характеристики самого струменя - його швидкість і температура, в'язкість і теплопровідність газового середовища, міра дисоцiацii та іонізації молекул газу, з іншого - теплофізичні властивості матеріалу частинок: густина, теплоємність, теплопровідність, теплота плавлення, а також ряд геометричних чинників - розміри частинок, їхня форма.

За характером поведінки при нагріванні у високотемпературному струмені всі композиції об'єднуються в три групи:

1. Складаються з компонентів, практично не взаємодіючих, але плавких в умовах газотермического напилення: (Ni) - (Al2Oз), (Ni) - (MgO). (Ni) - (ZrOз), (Co) - (ZrB2), (Co) - (ТiС) та ін.

2. Включають компоненти, практично не взаємодіючі в умовах напилення, причому один або декілька з них не можуть бути розплавлені: (Ni) - (графіт), (Сі) - (SiС) та ін.

3. Складаються з компонентів, створюючих квазібiнарні системи (або системи іншого типу) із зміною температури плавлення продуктів взаємодії, що залежить від складу композиції: (Сr) - (ТiС), (Сr) - (ZrС), (Сr) - (HfС) та ін.

З цього випливає, що однією з основних особливостей нагрівання частинок композиційного порошку є поява нової стадії - часткового розплавлення, коли один або декілька компонентів вже перейшли в розплавлений стан і частинки вже здатні брати участь в формуванні покриття, тоді як інші ще знаходяться в твердій фазі.

Перспективними напрямами в створенні композицій для газотермічного напилення, з точки зору поліпшення умов переходу в розплавлений стан і подальшого перегріву, є збільшення середньої густини частинок, зниження температури плавлення (за рахунок утворення евтектик або введення легкоплавких компонентів), реалізація взаємодії компонентів з екзотермічним ефектом.

Найбільш сприятливим для процесу нагрівання частинки в газовому струмені є поєднання високої густини її з малими витратами тепла струменя на розплавлення одиниці об'єму.

До числа важливих показників належить максимально можливий діаметр частинки, яка бере участь у формуванні покриття при напиленні. Вважають, що умовою цього служить перехід частинки в розплавлений стан. На основі цієї передумови створений ряд методик оцінки величини максимального діаметра частки.

Перша була запропонована Д. Машем і Н. Віром і зводилася до розв’язання задачі нестаціонарної теплопровідності в твердій фазi при початковій температурі плавлення матеріалу.

Інша методика оцінки величини максимального діаметра частинок заснована на комплексній оцінці умов як нагріву, так і руху частинок у газовому струмені і порівняння часу, необхідного для розплавлення частки, з реальним часом її перебування в зоні нагріву.

Мінімальний діаметр частинок, з одного боку, визначається умовами транспортування порошку до пальника (конструктивним рішенням вузла подачі порошку, властивостями матеріалу часток, що обумовлює схильність їх до злипання, формою частинок); з іншого - наявністю найменшого критичного розміру частинок, які здатні досягати напилюваної поверхні і, отже, брати участь в формуванні покриття (це спричинене тим, що відображений або оточуючий виріб газовий потік здатний захоплювати частинки розміром менш критичного і відносити їх, не даючи можливості досягнути поверхні підкладки). Мінімальний діаметр частинок, оцінений з цих умов, становить 1-3 мкм.

Середній розмір частинок порошків для газотермічного напилення і широта діапазону фракції, що використовується є однією з найважливіших характеристик матеріалу. Ці показники залежать від складу напилюваного матеріалу, що використовується, типу обладнання і заданих властивостей покриття.

Важливим показником якості порошків для напилення є стабільність їхнього хімічного складу. Особливо ретельно необхідно контролювати вміст вуглецю в карбідах і кількість органічної зв'язки в композиційних порошках. З домішок найбільш істотне значення має кисень, а в одержаних розпилюванням порошках - також азот і водень. У багатьох випадках потрібно оцінювати розподіл кисню між тим, що знаходиться в розчині, пов'язаним в оксиди і адсорбованим на поверхні.

11.2. Підготовка порошків для напилення

а). Сушіння порошку

Перед використанням порошків металів, сумішей, металевих сплавів, тугоплавких сполук, композиційних матеріалів їх необхідно просушити. Волога може негативно позначатися на якості покриттів. Сушіння здійснюється в сушильних шафах при температурі 130 - 150 С протягом 3 - 5 год. Порошки сушать на деках з неіржавіючої сталі, періодично перемішуючи. Товщина шару засипки повинна бути не більше за 20 мм.

б). Прожарювання порошків

Керамічні порошковi матеріали прожарюють в електропечi при температурі 600 - 700 С протягом 3 - 5 год. Товщина засипки шару не більше за 20 мм, використовують дека з неіржавіючої сталі.

ЛЕКЦІЯ 12. Основні типи порошків що випускаються закордонними

підприємствами для плазмового і газополуменевого напилення

12.1. Порошки металідів ( ТУ 14 1 - 3282 - 81 ) , які

випускаються підприємством Тулачермет м.Тула

Таблиця 12.1

Коротка технічна характеристика. Марки і хімічний склад

Марка	Масова частка %
	Основні компоненти				Домішки, не більше за
	Нікель	Титан	Алюміній	Залізо	Вуглевод	Азот
ПН70Ю30 ПН85Ю15 ПН55Т45 ПТ88Н12 ПТ65Ю35	Основа Теж Теж 10 – 12.5 -----	---------- ---------- 43 – 47 Основа Теж	28 – 33 12 – 15 --------- --------- 35.5 – 40	0.2 0.2 0.2 0.2 0.2	0.07 0.07 0.07 0.07 0.07	0.08 0.08 0.1 0.1 0.08

Гранулометричний склад порошків

За гранулометричним складом вони розділяються на 3 класи - ОМ,

М, С.

- клас ОМ містить частинки фракцій 10 - 45 мкм,

- клас М містить частинки фракцій 20 - 63 мкм або 40 - 100 мкм,

- клас С містить частинки фракцій не менше за 160 мкм.

Основні властивості і галузі застосування

Кожна частинка порошку являє собою сполуку металу з металом, наприклад ПН70Ю30 відповідає сполуці Ni, Al - ПН85Ю15 – Ni Al . Порошки металідів розроблені для плазмового і детонаційного напилення захисних покриттів на поверхнях деталей машин. Порошок марки ПН85Ю15 може використовуватися для напилення газополуменевими пальниками.

Коротка характеристика марок

ПН70ЮЗО. Температура плавлення – 1600 °C. Використовується як жаростійке і зносостійке покриття, працює в окислювальному середо-вищі при температурах близько до 1500 C, стійке в лугах. Міцність зчеп-лення покриття зі сталлю на відрив 30 - 35 МПа. Твердість покриття близько 40 HRC. Добре шліфується, застосовується для захисту екранних труб котельних агрегатів ГРЭС і ТЕЦ , деталей і металоконст-рукцій термічного і ання, працюючого в повітряному середовищі. У композиції з оксидами забезпечує отримання теплозахисних покриттів.

ПН85Ю15. Температура плавлення близька до 1400°С. Використовується як жаростійке і зносостійке покриття, що працює в окислювальному середовищі при температурах 1300  С, стійке в лугах. Міцність зчеплення покриття зі сталлю на відрив 40 – 45 МПа. Добре шліфується, може оброблятися точінням, широко використовується для відновлення посадочних місць валів, у тому числі методом газо полу-меневого напилення (використовуються установки УПТР-1, «Ротолой», «Рототек»). У композиції з оксидами забезпечує отримання теплозахис-

них покриттів. Відмінно працює в парах тертя з чавуном. Використовує-

ться також в якості підшару при напиленні порошків сталей, сплавів, оксидів, карбідів та ін.

ПН55Т45.Температура плавлення близько 1240 С

Використовується як зносостійке покриття, що працює в умовах зносу без ударних навантажень. Твердість покриття без додаткової термообробки 55 - 60 НRС. Міцність зчеплення покриття зі сталлю на відрив 45 – 50 МПа . Має хорошу стійкість в лужних і деяких кислих середовищах. Призначений для відновлення і зміцнення захисних вту-лок і валів гидронасосів, поверхонь типу плунжерів, штоків, для зміцнен-ня ущільнювальних поверхонь валів лужних насосів тощо.

ПТ88Н12.Температура плавлення близько 1400°С. Використовується в якості зносостійкого і корозійно-стійкого покриття.

ПТ65Ю35 Температура плавлення - 1460 С. Використовується як жаростійке покриття.

12.2. Самофлюсуючі порошки

Напилення покриттів з самофлюсуючих сплавів і подальше їхнє проплавлення дозволяє отримувати покриття без пор. Найчастіше використовують покриття з самофлюсуючих сплавів, які можна не піддавати подальшому оплавленню. Ці матеріали являють собою сплави на основі нікелю, нікелю і хрому або кобальту з вмістом добавок бору і кремнію. При нанесенні бор і кремній окислюються, а їх окисли спільно з окислами інших компонентів порошку утворюють склоподібні флюси, які добре захищають порошок від окислення. Напилення порошків такими сплавами дає можливість отримувати покриття, що володіють зносостійкостю, ерозійною, корозійною стійкістю, а також стійкістю до окислення при високих температурах і т. д. Ці матеріали постачаються для напилення у вигляді порошків. У деяких випадках їх використовують для напилення у вигляді прутків, які або відливають, або формують з порошків з добавкою смол.

У табл. 12.2 і 12.3 представлені марки самофлюсуючих сплавів на основі нікелю, які випускаються в США фірмою «Wall Colmonoy». Останнім часом в Японії налагоджено випуск матеріалів, аналогічних цим. Так, колмоной № 6 є типовим самофлюсуючим сплавом. Цей сплав володіє самою високою твердістю. Колмоной № 4 і 5 мають більш низьку твердість, але підвищену ударну міцність і низьку схильність до утворення тріщин. У колмоною № 70 міститься добавка вольфраму. Цей сплав володіє високою твердістю при високих температурах, а також значною ковкістю і хорошими антиерозійними властивостями. У колмоною № 20 для поліпшення обробки твердість знижена. Сплав С-290 після напилення не зазнає оплавлення і покриття використовують з тими порами, які утворилися в процесі напилення. Цей сплав призначений для напилення поверхонь підшипників. Сплав № 75 відрізняється від колмоною № 6 лише добавками карбіду вольфраму. Покриття з цього сплаву володіють хорошими антифрикційними характеристиками. Сплав може містити різні добавки карбіду вольфраму (до 80 %).

Самофлюсуючі кобальтові сплави, які після напилення зазнають оплавлення, представлені в табл. 12.4. Типовими представниками їх можуть бути стеліти, велике число марок яких випускається промисловістю для напилення. Сплави на основі кобальту володіють підвищеною корозійною стійкістю і зносостїйкїстю при високій температурі.

Аналогічно самофлюсуючим порошкам, що розроблені за кордоном,

у СРСР був освоєний випуск подібних матеріалів, які дещо відрізнялися за хімічним складом і властивостями і мають інше маркування. Основні типи таких порошків, що випускаються в м. Тула наведені в табл. 12.5.

Таблиця 12.2

Хімічні властивості,% склад і основні властивості самофлюсуючих твердих сплавів типу колмоною.
Сплав	Ni	Cr	B	Si	Fe	C	Інші елементи		HRC
Колмоной № 4 Колмоной № 5 Колмоной № 6 Колмоной № 70 Колмоной № 20 Колмоной № 50 Колмоной № 56	82,80 77,35 73,75 62,75 87,45 11,00 75,35 37,00	10,10 11,50 13,50 11,50 5,00 25,00 12,50 13,25	2,00 2,50 3,00 2,50 1,00 3,00 2,75 1,50	2,25 3,75 4,25 3,25 3,00 2,75 4,00 2,50	2,50 4,25 4,75 3,75 3,50 1,00 4,50 45,00	0,45 0,65 0,75 0,55 0,25 0,75 0,70 0,45	------ ------ ------16,00W ------ 10.00W 46.50 Co <0.20 Co -------	8,22 8.14 7.80 8.50 ----- ----- ----- -----	35 –40 45-50 56-61 50-55 15-20 ------ ------ ------

Таблиця 12.3

Хімічний склад і твердість самофлюсуючих твердих сплавів

Ni – Cr – Si – B

Сплав	Ni	Cr	B	Si	Fe	C	Інші елемен-ти	HRC
Ni – Si - B	93,25 91,25 72,00	--------- --------- ---------	1,90 2,90 3,35	3,50 4,50 4,40	-------- -------- 0,60	-------- -------- 0,14	--------- --------- 20,15 Со	35 60 60
AMS 1775	65 - 75	13.0 - 20.0	2.75–4.75	3.5 – 5.0	3.5 – 5.0	-------	--------	------
Ni-Cr-Si-B	82,0 81,0 78,0 72,50 65-75 75-85 71-81 Основ. « « « « « « ------ Основ.	7,0 11,0 11,5 15,0 13-20 8-14 10-17 14,0 17,0 9,0 10,0 17,0 16,0 15,0 33,00 10-13	2,90 2,0 3,0 3,5 2,75-4,75 2-3 2-4 3,25 3,3 2,0 2,50 3,5 4,0 3,5 2,5-3,5 1,75-3,25	4,50 2,0 3,5 5,0 <10 <8 <6 4,0 3,9 3,0 2,50 4,0 4,0 4,0 1,0 2,5-4,0	--------- 2,0 3,5 -------- <10 <8 <6 4,0 3,0 3,75 2,5 4,0 2,5 4,0 --------- 2,5-4,0	-------- 0,30 0,40 -------- <10 <8 <6 0,75 0,85 0,45 0,15 1,0 0,5 1,0 2,2 0,4-0,7	--------- 1,5 Со -------- -------- -------- -------- -------- -------- -------- -------- -------- -------- 3,0 Cu ------- 45.0 Cu 15-17 W	60 38 48 60 56-61 35-40 45-50 59-62 59-62 35-40 30-35 60-65 59-62 30-38 60-65 50-55
Ni-Cr-Si--B+WC	46.0 14.0 46.0	11.0 3.5 8.5	2.5 0.8 1.65	2.5 0.8 1.95	2.5 0.8 1.5	0.5 0.1 0.45	35.0 WC 80.0 WC 50.0 WC	60-63 60-63 -------

Таблиця 12. 4

Характеристика стелітів

Марка	Со	Ni	Cr	B	Si	Mo	W	, кг/м	t , С	HRC	Е 10 МПа
Стеліт 10	38-42	24-28	19-21	2,8-3,2	3,5-4,5	5,5-6,5	------	7,82	1080	47-53	14,1
Стеліт 100	68-72	23	19-21	2,3-2,7	1,3-1,7	------	4,5-5,5	8,25	1120	50-55	14,5

Порошки самофлюсуючих сплавів що випускаються відповідно

до ТУ 14 - 1 - 3785 - 84.

Гранулометричний склад

За гранулометричним складом порошки поділяють на 5 класів:

20 - 63 мкм, менше за 40 - 100 мкм, 80 - 100 мкм, 80 - 160 мкм,

100 - 280 мкм.

Основні властивості і галузі застосування.

Твердість наплавленного шару, що визначається після плазмового напилення з подальшим оплавленням напиленого шару газовим пальником, залежить від марки порошку і наведена в табл. 12.5.

За хімічним складом перераховані сплави є, в основному, аналогами відомих марок типу ПГ-СР і СНГН, однак відрізняються зниженим змістом кисню та інших домішок, а також іншим розподілом на класи за гранулометричним складом, що передбачає використання їх не тільки для наплавлення, а і для напилення.Вони дозволяють створювати щільні беспористі шари, що особливо важливо при створенні ущільнувальних поверхонь арматури високого тиску енергетичних установок.

Порошки хромонікелевих сплавів можна наносити на вузли і деталі машин всіма відомими способами наплавлення і напилення.

Таблиця 12.5

Марка	Масова доля %							Твердість HRC
	Ni	C	Cr	Si	B	Fe	Mg
ПР-Н80Х13С2Р ПР-Н77Х15С3Р2 ПР-Н73Х16С3Р3 ПР-Н70Х17С4Р4 ПР-Н67Х18С5Р5 ПР-Н65Х25С3Р3 ПН-68Х21С5Р	Осн. ------- ------ ------- ------- ------- -------	0,2-0,4 0,35-0,6 0,6-0,9 0,8-1,2 0,9-1,5 0,9-1,5 0,35-0,5	12-14 14-16 15-17 16-18 16-19 23,5-26,5 20-22	2-2,8 2,8-3,5 2,7-3,7 3,8-4,5 4-5 2,1-2,3 4-5	1,2-1,8 1,8-2,3 2,3-3,0 3,1-1,0 4-4,7 2-3 1,0-1,3	до 5 до 5 до 5 до 5 до 5 до 5 4-7	------ ------ ------ ------ до 1 0,05-0,35 ------	25-35 35-45 45-55 55 60 45 40

Оплавлення нанесених покриттів, а також вільно насипаних порошків здійснюється газополуменевим пальником, ТВЧ, лазерним променем і іншими джерелами тепла. Покриття поєднують високу стійкість до зношування з корозійною стійкістю, дозволяють експлуатувати деталі в умовах ударних навантажень і в агресивних середовищах з абразивним зносом при температурах до 600 °С.

Таблиця 12.6

Порошки високолегованих сталей.

Марка	Середній вміст елементів, %
	вуглеці	хром	нікель	ваннадій
ПР-15Х12Ф6Д(ХВС-3) ПР-29Х14Ф12Д(ХВС-7) ПР-Х18Н9 ПР-Х23Н28М3Д3Т ПР-10Р6М5 ПР-М6Ф3 ПР-Х18ФНМ(ПН-АН2)	1,5 2,9 ---- ---- 1 1,15	12 14,5 18 23 4 4,2	---- ---- 9 28 ---- ----	6,5 12 ---- ---- 2 2,6	---- ---- ---- молібден вольф-рам 6,5 ----	мідь 0,4 1,0 ---- 3 молібден 5,2 6,2	---- ---- титан ----

Застосовуються для відновлення і зміцнення клапанів і розподільних валів двигунів внутрішнього згоряння, лопаток, роторів, вентиляторів, валів та втулок гідронасосів, деталей сільськогосподарських машин і т.д. Для підвищення зносостійкості покриттів використовують композиції на основі матеріалів,що самофлюсуються з високотвердими наповнювачами: карбідами, боридами, оксидами і т.п.

Вартість порошків залежить від хімічного і гранулометричного складу.

ЛЕКЦІЯ 13. Порошки для детонаційного напилення

13.1. Вимоги, що ставляться до порошків для детонаційного

напилення

Детонаційні покриття наносять тільки з порошкових матеріалів.

Найбільший вплив на ефективність процесу має діаметр порошкових

частинок і їхня густина.

Найчастіше використовують порошки з діаметром від 10 до 50 мкм. Більш великі частинки недостатньо розігріваються і прискорюються і тому не утворюють міцних зв'язків в момент удару об поверхню підкладки. Порошки малих розмірів легко прискорюються. Тривалість динамічного і теплового впливу на частинку складає близько . За цей час вони не можуть дуже прогрітися і тому основним параметром енергетичного стану частинок є швидкість. Вона залежно від складу газу, маси частинок складає величину від 800 до 1500 м/с. Фактор швидкості особливо важливий для частинок з матеріалів, що володіють малою теплопровідністю (оксиди, нітриди та ін). Вони долітають до підкладки майже не прогріті. Основна теплова енергія виділяється при перетворенні в неї кінетичної. Так, при ударі частинки (непрогрітої) об поверхню деталі вона повністю розплавляється: у разі алюмінію при швидкості 1500 м/с, міді - 710 м/с, молібдену і нікелю - 1600 м/с. Тому при нанесенні частинок, що погано прогріваються, наприклад Al O3 необхідно збільшувати їхню швидкість до 1900 м/с. Для цього використовують порошки менше за 10 мкм. Однак в цьому випадку виникають проблеми їхнього транспортування в ствол установки через погану текучість. Густина порошків також дуже впливає на швидкість частинок. Чим більше густина, тим більше маса, а отже менше прискорення і швидкість. Тому при розрахунку ефективного витрачання порошків потрібно враховувати теплоту частинки, що виділяється при ударі об поверхню. ККД нагріву порошкових частинок становить 0,1 - 0,15.

При використанні детонуючих газів, що містять кисень і вуглецеві сполуки потрібно так підбирати їхнє співвідношення, щоб продукти розпаду мали відновний потенціал по відношенню до матеріалу, що розпилюється, хоч при цьому можливе виділення з горючої газової суміші вільного вуглецю.

Для нанесення детонаційних покриттів можна використовувати

порошки тих же металів, що і для плазмового і газополуменевого,

але значно менших розмірів частинок.

Однак при нанесенні покриттів з оксидів, а також карбідів, боридів, нітридів і силіцидів виникають трудності. Покриття можуть мати тріщини, сколюватися, утворювати тільки невелику плівку або взагалі не утворювати суцільне покриття. Тому порошки цих матеріалів з діаметром частинок 20 - 30 мкм плакують металами. Як плакуючі метали можуть бути нікель, нікель фосфор, собальт, мідь, олово і т.д.

При плакуванні порошків то необхідно пам'ятати, що сумарний діаметр частинок не повинен перевищувати 50 мкм.

У нашій країні плакують багато різних карбідів, нітридів та інших твердих сполук. На кафедрі ТКМіМ Одеського Національного політехнічного університету розроблена технологія осадження з хімічних розчинів нікелю, нікель-фосфору, нікелю-бору, кобальту, кобальту-бору, міді, олова на порошки з TiC , WC , BN , Si N4, Al2 О3 ZnO2 і т.д.

Якщо плакування неможливе, наприклад, в композиціях з хромом, то композиційні порошки отримують шляхом змішування або конгломерування. У табл. 13.1 наведені основні види порошковых матеріалів, що застосовуються за кордоном для детонаційного напилення. Тут склад всіх покриттів наведений в масових частках процента, крім покриття Cr C2 + 35 % Ni - Cr, склад якого вказаний в об'ємних частках.

Крім одношарового плакування, останнім часом розробляються порошки багатошарові.Так розроблені в ОДНУ порошки, що складаються з 50 % TiC + 40 % Ni +10 %Cu, а також 50 % Ti С + 30 % Ni+10 % Cu +

10 % Sn показали відмінні результати при терті з парами з бронзи Бр ОЦС 5 - 5 - 5 або феритного чавуну з шароподібним графітом BЧ - 40. Розроблені також порошки на основі BN і Si N з нікелевим і мідним шарами, а також порошки WC загальним діаметром до 50мкм.

Таблиця 13.1

Основні властивості детонаційних покриттів, що найбільш широко

застосовуються за кордоном

	Марка і склад покриття
Власти-вості покриття	LW-1 (WC+9%Co)	LW-1N30 (WC+13- -15% Co)	LW-5 (25%WC+ 5%Ni+су-міш карбі-дів W і Сr )	LC-1C (Cr C +15% Ni +Cr )	(Cr3 C2+ +35% Ni +Cr )	LCN-1 (Cu+4% Ni+ 4%ln)	LC-4 (99% Cr O )	LC-5 (Cr O +20% Al O )	LA-2 (99% Al O )
Твердість HV, МПа Max.тем-пер.окислсередовища С Коеф.теп.розшир. Тимчасо-вий опір прирозтяг МПа. Міцність зчепл. з осн.,МПа. Порис-тість, %. Rz, мкм: після нанесен., після обробки Густина г/см3 Парамет-ри,що за -безпечу-ються	12500- -14000	11000-12500	10000- 12000	10000- 12000	7000	3000	13500	9250	11000-12000
	540	540	760	980	980	------	540	870	650-980
	2.2 (при20-540С)	2.5 (при 20 - 540 С)	2.6	3.6	-------	--------	6-7 (при 20-540 С)	---------	2.2, при 20-1000 С
	560	560-630	280	530	-------	---------	140	105	150
	175,7	175,5	140,6	-------	126,5	77,3	-------	-------	70,0
	0,5	0,5-1	0,5-1	0,5-1	1	0,5-1	-------	0,75-1,5	1-2
	------- ------	3 0,025	-------- -------	-------- --------	4 0,05	6 --------	-------- --------	--------- 4,77	4 0,05
	14,2	13,4	10,1	6,5	6,5	8,4	5	4,77	3,45
	Висока зносо- стій -кість	Висока зносостійкість, підви щена стійкість до механіч них і терміч них впливів	Опір корозії	Зносо сті-йкість при високих темпера турах і в корозійн. середовищах, стійкість у струме-ні полум'я	Опір при підвищених темпера турах зносу і ударним наванта- женням	Антифрикційні власти вості	Стійкість проти окислен ня, знижена стійкість до ударів	Опір зносу, хімічно му впливу і високим темпера турам	Опір зносу, хімічному впливу і високим темпера турам