Оборудование для газодинамического напыления своими руками

Холодное газодинамическое напыление «БУРАТИНО»

#1 Леха ибн ИВАНЫЧ

Популярное сообщение!

Здравствуйте, зовут меня Алексей. Вот создал себе ещё одну технологию. Идея витала уже давно, поднабравшись знаний в инете, взялся за работу. В общем вот, что у меня получилось.

Что назвать началом, не знаю. Начну с самой крупной детали. Корпус, металл 1мм.

Кромка гиб. Загибаю края корпуса для жёсткости.

Сложил детали корпуса для примерки.

Вырезал отверстия для питателей, и опять примерка.

Сделал ручку для нагревательного блока. Ручка изготовлена из автомобильной шпатлёвки.

Несколько ранее изготовил питатель. В последствии после испытаний на оригинальном порошке, пришлось переделать внутренний конструктив. Что работает на крупном порошке, очень плохо работает на мелком. В общем, нашёл оптимальную конструкцию, которая работает на обеих фракциях.
Блок управления экспериментальный, всегда разбиваю электронику на отдельные блоки и только после испытаний, объединяю в одну целую плату.

Почти готовое изделие)) Попескоструил и оставил на улице, небольшой дождь и. пришлось пескоструить заново.

Далее покраска, обклейка, сборка, настройка. В итоге имеем готовое, рабочее изделие.

Прошу прощения за отсутствие фотографий с внутренностями питателя и нагревательного блока. Позвольте утаить конструктив этих элементов. При изготовлении этих блоков, пришлось сильно поломать голову, особенно намучился с изготовлением керамики нагревателя.

Особая благодарность моему другу (которого ни разу не видел в живую) Александру «Миротворцу» за безвозмездно предоставленные порошки для напыления. Санёк, снимаю перед тобой шляпу, спасибо тебе !

И напоследок, видео работы данного прибора

Конкурсная работа № 29, Техническая номинация Конкурса сварщиков «Делаем своими руками»

Генеральный спонсор конкурса
Компания «ArMiG» — все для сварки и резки. Победитель в номинации «Лучший поставщик» концерна ESAB в России 2014 года.

Курю-бухаю, напыляйки справляю.

#2 Леха ибн ИВАНЫЧ

Популярное сообщение!

Поигрался сегодня с «БУРАТИНОЙ»))) Напылил на алюминиевую пластину медь и попробовал паять. мммм, паяется, держится.

Видео этой пайки. Не знаю по чему пустой экран, но видео там есть.

Кино, как я распаивал радиатор.

Ну и естественно вскрытие.

Курю-бухаю, напыляйки справляю.

#3 Nail02

Просто какие то высокие технологии для меня 🙂 ! Я сегодня простой радиатор от газели запаять не смог, завтра повезу к настоящим специалистам, а тут напыление даже не думал что такой прибор можно просто самому собрать. Большой вам респект !

#4 dentws

Нет слов.

Быть или не быть, вот в чем вопрос. Достойно ль

#5 Hlorofos

Модератор

Cообщений: 4 936

• Город: Донецк РФ

Леха, Диметовцам пошли видео, пусть застрелятся

#6 Леха ибн ИВАНЫЧ

Курю-бухаю, напыляйки справляю.

#7 Alex69

Так, так, так. Следующей поделкой должна быть миниатюрная гаражная атомная станция. Причем из материалов со свалки. Я так полагаю, у Вас должно получиться.

#8 Sakhalin_Cat

Участник

Cообщений: 2 049

• Город: Южно-Сахалинск

Поигрался сегодня с «БУРАТИНОЙ»))) Напылил на алюминиевую пластину медь и попробовал паять

Красавчик. Так держать, прикольный аппарат.

#9 and21104

Рукастый. Респект и уважуха.

Сообщение отредактировал and21104: 13 Август 2015 09:27

#10 weldstar

В чем смысл такой публикации? Да просто потешить свое тщеславие. Показать, что «я такой умный и крутой. Сделал, а другим не скажу как».

Если проект коммерческий, то пусть человек им деньги зарабатывает, а не хвастается перед людьми, далекими от этого.

Я считаю, что на форумах, таких как этот, публикации должны быть открытыми, которые имеют полезность и повторяемость другими людьми, полноценно раскрывающими конструкцию. Иначе это бесполезная, никому не нужная информация. Поэтому такие конструкции не должны участвовать в конкурсе.

#11 Nub

Поэтому такие конструкции не должны участвовать в конкурсе.

#12 NURA

Дас ист ФАНТАСТИШ . Вагон уважухи !

#13 Isperyanc

weldstar , до коммерческой стадии есть стадии предшествующие ей.

#14 Миротворец

Администратор

Cообщений: 7 250

• Город: г. Иркутск. Александр, можно на ты

В чем смысл такой публикации? Да просто потешить свое тщеславие. Показать, что «я такой умный и крутой. Сделал, а другим не скажу как».

Если проект коммерческий, то пусть человек им деньги зарабатывает, а не хвастается перед людьми, далекими от этого.

Я считаю, что на форумах, таких как этот, публикации должны быть открытыми, которые имеют полезность и повторяемость другими людьми, полноценно раскрывающими конструкцию. Иначе это бесполезная, никому не нужная информация. Поэтому такие конструкции не должны участвовать в конкурсе.

Вообще все брендовые фирмы, к которым относятся обе вышеуказанные из документации дают только многостраничную чушь о том, что не следует пальцы в розетку совать, чтобы не убило, и о том как электрод вставлять в электрододержатель. Но зато ни фига не дают схем и описания работы

Даже бренды не дают такой информации, а у него всё по правилам конкурса.

#15 psi

Западная Якутия звонить в любое время 89142527650 хэш тэг #ykt_master

#16 aleksey 13

Присоединяюсь к поздравлениям, молодец.

#17 cimon

#18 and21104

В чем смысл такой публикации? Да просто потешить свое тщеславие. Показать, что «я такой умный и крутой. Сделал, а другим не скажу как».

Если проект коммерческий, то пусть человек им деньги зарабатывает, а не хвастается перед людьми, далекими от этого.

Я считаю, что на форумах, таких как этот, публикации должны быть открытыми, которые имеют полезность и повторяемость другими людьми, полноценно раскрывающими конструкцию. Иначе это бесполезная, никому не нужная информация. Поэтому такие конструкции не должны участвовать в конкурсе.

Походу кого то «задело». Я вот такой проблемы не вижу. ОН ЭТОТ прибор ВЫСТРАДАЛ и почему кому то, что то должен пояснять. Иваныч не обращай на завистников внимание. я в молодости радиоэлектронные устройства собирал, представляю сколько всего надо предусмотреть. Еще раз спасибо за публикацию

Сообщение отредактировал and21104: 13 Август 2015 19:07

#19 Леха ибн ИВАНЫЧ

1. В чем смысл такой публикации?

2. Да просто потешить свое тщеславие. Показать, что «я такой умный и крутой. Сделал, а другим не скажу как».

3. Если проект коммерческий, то пусть человек им деньги зарабатывает, а не хвастается перед людьми, далекими от этого.

4. Я считаю, что на форумах, таких как этот, публикации должны быть открытыми, которые имеют полезность и повторяемость другими людьми, полноценно раскрывающими конструкцию. Иначе это бесполезная, никому не нужная информация. Поэтому такие конструкции не должны участвовать в конкурсе.

1. Есть конкурс, Есть техническая наминация. Есть участники, есть изделия и кто чего сделал, тот того и показал. Есть люди, которые в личных беседах видели мои удачи и порожения в этой битве с наукой и техникой. Так что, мне надо выло сидеть и молчать как рыба об лед? Или делать чегото по проще? Я вообще то, я трудности люблю преодолевать и с красивыми девушками сплю только в ГАМАКЕ и СТОЯ.

2. Конечно да. А как же иначе. Только ПОНТЫ и ни чего другого! Как говорится ПОНТ двигатель ПРОГРЕССА.))) А ещё, я очень хочу ПОБЕДИТЬ, и главный приз в моём случае, был бы как раз к стати. Изолированая маска с фильтром, очень к стати сочитается с этим ПРИБОРОМ. Особенно она может продлить мне ЖИЗНЬ, так как порошки мелкие и не каждый респиратор с ними справляется.

3. Проект может стать и комерческим, но это уже решать не тебе, пока это ещё одна моя самодельная технология, которая мне обошлась в «ТРИ» копейки и которая будет меня кормить в любом городе РФ (ранее я ездил тудой со своим сварочником и прозивёл ФУРОР) , Как по твоему, я должен был ехать без него и работать на тяжёлой стройке, а не на лёгкой сварке.

4. Полное раскрытие конструкции, поможет только гОсподам ПОтДЕЛКИНЫМ, от которых будет больше вреда, чем пользы, а если один человек, не понимающий сразу в электронике, програмировании, схемотехнике, силовой электронике, в газо динамике и ещё порядка пяти отраслей НАУКИ и ТЕХНИКИ, то это просто без позезная информация для него. И по этому, тот кто не понимает , или точнее ПОНИМАЕТ так как ты, он НЕ ДОЛЖЕН ГОЛОСОВАТЬ ЗА МОЙ ПРОЕКТ. Чего и от тебе я желаю.

ps. Администрация. прошу проконтролировать голосование, и если этот товарищь отдаст за меня голос, я НАСТАИВАЮ его АНУЛИРОВАТЬ вопреки всем правилам конкурса.

Забыл добавить по п.4. А ещё попробуй поэксперементируй с КЕРАМИКОЙ, просто возьми и сделай (грубо скажем) барабан для РЕВОЛЬВЕРА из керамики, что бы он выдерживал и темпиратуру, и вибрации, ну и естественно без ПОСТОРОННЕЙ помощи, опираясь на интернет (в котором ни кто ни чего не расказывает) и собственной интуиции Так что, кактотак.

pps. Прости, что поставил тебе МИНУС, просто попробуй спустится на Землю, если не получается, попроси МОДЕРАТОРОВ (людей из мордера) сбить тебя на землю. МИНУС, это большёй Марсианский ПЛЮС, так что, не обижайся, с МИНУСАМИ не я был первый, а это чего то значит.

Сообщение отредактировал IGBT ибн ИВАНЫЧ: 13 Август 2015 20:15

Источник

Установка газодинамического напыление

Привет уважаемое сообществоРешил и тут поделится информацией о своём новом помошнике, а именно о установке Газодинамического напыление металла. Как я в последнее время убеждаюсь, большинство людей ( я не беру в расчёт женщин) ничего или почти ничего не знают о данной технологии и мой сегодняшний пост в первую очередь направлен именно на то что бы ещё какая-то часть людей узнало о тех возможностях что даёт это оборудование .Некоторое время назад я столкнулся с необходимостью быстро, но качественно цинковать некоторые свои железяки и как и все полез за информацией в интернете. Из всего что мне понравилось, а самое главное подходило по всем пораметрам была именно Газодинамическое напыление, в тот момент я видел это впервые и для меня было сродни » гром среди ясного неба». Очень быстро я нашёл чуть ли не единственного производителя этого оборудования Димет

Но как и наверное для многих, цена на данную продукция меня не устроила . Дальше началось самое интересное и сложное, к моему удивлению, информация о данной технологии в той части, что касается самостоятельного повторения отсутствует напрочь в свободной сети, такое ощущение что это гос тайна, позже я нашёл Канадские и ещё пару зарубежных аналогов данного оборудования, но надо признать, что на мой взгляд все эти образцы не что иное как купленное у нашего Димет право на повторение ( или на оборот ) . На сайте Авторских свидетельст полно подобных свидетельств, но все они включая разработки Обнинского предприятия дают только теоретическое объяснения сути процессов . Одним словом до того как я первый раз взял в руки инструмент я провёл в интернете десятки часов поиска. Не хочу никого обидеть, но забегая вперёд скажу что я своим постом хочу только пропагандировать эту технологию, советов как это сделать я не даю, ЛЮБОЙ кому это окажется нужно, сможет как и я найти все что необходимо на просторах интернетаА теперь собственно некоторые моменты из истории создания моей установки

Источник

Прибор для газодинамического напыления металлов своими руками. Сущность и задачи газодинамического напыления. Главные плюсы метода

Роботы Kawasaki применяют в комплексах напыления по технологии ДИМЕТ. Эта технология позволяет наносить металлический слой на различные поверхности: металл, стекло, керамика, камень. Особенностью технологии является возможность нанесения металлического порошка на несовместимые для сварки и пайки металлы. Например, удается эффективно наносить медь на алюминий, что представляет большую ценность для электротехнического производства.

О технолигии

Технология газодинамического напыления порошкового металла и преобразования его в монолитное покрытие реализуется на оборудовании ДИМЕТ выпускаемом Обнинским Центром Порошкового Напыления. Покрытия формируются на любой твердой поверхности, такой, как металл, стекло, керамика, камень. Материал покрытия выбирается при решении конкретной производственной или творческой задачи, поскольку решение может быть получено с помощью разного типа порошковых материалов.

Сжатый воздух (5-8 атм) нагревается (300-600°C) и подается в сопло, где формируется сверхзвуковой поток:

• в этот поток вводятся порошки, содержащие металлические и керамические частицы
• частицы ускоряются газовым потоком до скорости несколько сот метров в секунду и в нерасплавленном состоянии направляются на подложку
• при ударе о подложку кинетическая энергия частиц преобразуется в тепло, а затем в энергию связи частиц с подложкой
• в результате таких высокоскоростных ударов частицы закрепляются на подложке и формируют плотное покрытие.

Основные процессы, определяющие сцепление частиц с подложкой и друг с другом:

1. Тесное соприкосновение кристаллических решеток частиц и подложки (или разных частиц) до образования металлических связей, по крайней мере, на отдельных участках пятна контакта. При этом нигде не происходит плавления частицы или подложки. Этот механизм сцепления аналогичен механизму сцепления при сварке взрывом.
2. На отдельных выступах и неровностях падающих частиц может происходить их плавление и осуществляться точечная микросварка.
3. При тесном соприкосновении ювенильных поверхностей разнородных материалов может проявляться межмолекулярное взаимодействие этих материалов. Типичным примером такого механизма является напыление зеркального алюминиевого покрытия на стекло.
4. Определенную роль может играть механическое сцепление при условии глубокого проникновения частиц в подложку. Конкретное соотношение относительной роли различных механизмов сцепления в различных случаях может существенно отличаться друг от друга и является предметом отдельного исследования.

Области применения

Ремонт дефектов литьевых деталей

По выплавляемым моделям

Покрытия для восстановления формы и размеров деталей.

Снижение электросопротивления контактов электролизёров

Защита от высокотемпературной коррозии

Ремонт литых деталей

Покрытия при ремонте механических повреждений ГБЦ, БЦ, агрегатов

Герметизация трещин ГБЦ, БЦ, радиаторов, трубопроводов, кондиционеров

Защита от коррозии локальных очагов

Восстановление формы кузовных деталей из алюминия без шпатлевки

Ремонт литьевых и производственных дефектов алюминиевых деталей

Покрытия для восстановления формы и размеров деталей.

Ракетная и космическая техника

Покрытия для герметизации изделий из термоупрочненного алюминия

Протекторная защита сварных швов

Восстановление посадочных мест подшипников

Покрытия для восстановления формы и размеров деталей

Восстановление геометрии деталей газоперекачивающих агрегатов

Предотвращение от схватывания высоконагруженных резьбовых соединений

Восстановление подшипников скольжения

Покрытия для восстановления формы и размеров деталей

Металлизация электроконтактных площадок

Нанесение электропроводных гальванически совместимых покрытий

Металлизация для теплопередачи

Подслои по алюминию и стекло под пайку

Восстановление форм для пластиковой и стеклянной упаковки

Восстановление форм для прессования резиновых изделий

Восстановление оснастки для прессовки деталей из прессматериалов (АГ4, ДСВ, карболит)

Изготовление искрозащищенного инструмента

Покрытия для восстановления формы и размеров деталей

Реставрация памятников и скульптур

Восстановление утраченных элементов памятников. Защита от коррозии

Покрытия для восстановления формы и размеров деталей

Реализованный проект

Роботизированный комплекс покрытия контактных поверхностей токопроводящих шин, которые используются в токамак-реакторе проекта ИТЭР. Разработчик комплекса — ООО «Актон» (партнер и системный интегратор Robowizard).

Напыление двухслойного медного покрытия на плоские электроконтактные поверхности алюминиевых токопроводящих шин. Площадка напыления — до 0,5м 2 , сами шины достигают длины 12 метров и массы 4 тонны.

1. ПЛК Овен;
2. Робот Kawasaki RS006L;
3. Камера напыления;
4. Контроллер E01;

Реализованный комплекс дает возможность выполнения следующих задач:

• исполнение технологического процесса с функцией программного контроля и управления параметрами;
• движение напылителя по заданной траектории, синхронизирующееся с работой технологического оборудования, посредством передачи информационных сообщений;
• визуализация параметров технологического процесса на сенсорном экране оператора, а также средства изменения режимов работы, организованные на базе элементов диалоговых окон.

Если у вас есть потребность в подобном решении — оставьте свои контактные данные в форме заявки. Наши специалисты проконсультируют вас и оговорят детали сотрудничества.

Схема сотрудничества

Покупка и продажа оборудования для бизнеса

• Главная
• Информационные статьи
• Технологии
• “Оборонка” поделилась методом реставрации металлических изделий

Кстати, обнинские инженеры разработали уже несколько модификаций установок ДИМЕТ. Учитывая широкую востребованность данного оборудования, сейчас серийно выпускаются как ручные, так и автоматизированные аппараты холодного газодинамического напыления, что позволяет использовать их в промышленности, нефтегазовой отрасли, а также в малом бизнесе для обработки небольших деталей. Тем более, что ничего особо сложного в самой технологии нет. Для работы комплекса (помимо материала для напыления) необходим только сжатый воздух (подается под давлением 0,6-1,0 МПа и расходом 0,3-0,4 м3/мин.) и электросеть напряжением 220 В.

Теперь еще о преимуществах и недостатках метода. Оборудование для напыления металлов из китая? Во-первых, в отличие от газотермического способа ХГН может эффективно применяться при обычном давлении, в любом температурном диапазоне и уровне влажности.

В-вторых, он экологически абсолютно безопасен. В-третьих, благодаря большой скорости, может применяться и для абразивной чистки поверхности. Ну, а единственным недостатком технологии является возможность нанесения покрытий только из относительно пластичных металлов, таких как медь, алюминий, цинк, никель и др.

Область применения ХГН

Более подробно хотелось бы остановиться на сферах использования технологии холодного газодинамического напыления порошковыми материалами, чтобы наглядно показать насколько она сегодня востребована.

Устранение дефектов, восстановление поверхностей и герметизация

Все это – работа, которой могут заниматься даже малые предприятия. К примеру, в небольших мастерских можно ремонтировать детали из легких сплавов (части автомобильной конструкции, допустим), прежде всего, алюминиевых и алюминиевомагниевых. Причем, легко устраняются дефекты, возникшие как в процессе производства, так и в процессе эксплуатации.

А отсутствие сильного нагрева и низкая энергетика метода позволяют чинить даже тонкостенные изделия.

Отлично подходит ХГН и для восстановления изношенных поверхностей. Например, такой трудоемкий процесс, как “наращивание” металла в посадочных местах подшипников, теперь могут осуществлять даже малые предприятия, не говоря уже о восстановлении герметизации (когда применение жидких герметиков невозможно) в трубопроводах, теплообменниках или сосудах для рабочих газов, жидкостей.

Высокоточное восстановление деталей различных механизмов, токопроведение

ХГН очень эффективен в ремонте сложных изделий, где требуется точное восстановление геометрических параметров, устранение скрытых дефектов, но при этом с сохранением всех эксплуатационных характеристик, а также товарного вида. Именно поэтому данный метод активно используется в оборонно-промышленном комплексе, железнодорожной и авиационной промышленности, сельском хозяйстве, газоперекачке и пр.

Не обойтись без этой технологии и в создании контактных площадок. Цены на оборудование для напыления металлов? Благодаря возможности легкого нанесения покрытий на любые металлические, керамические и стеклянные поверхности ХГН применяется и в производстве электротехнических изделий. Например, в процессах меднения, создании силовых токонесущих сетей, нанесении токовводов, изготовлении подслоев под пайку и т. д.

Антикоррозийная обработка и устранение глубоких дефектов

Напыление так называемого антифрикционного покрытия – высокоэффективный способ избавления от локальных повреждений (глубоких сколов, задиров, царапин). Это позволяет избежать процедуры полной перезаливки или даже замены изделия, что, естественно, экономически не выгодно.

А в антикорроизонной обработке и защите от высокотемпературной коррозии различных коммуникаций данному методу вообще нет равных. К слову, различные модификации оборудования ДИМЕТ ® обеспечивают качественную обработку внутренней поверхности труб диаметром от 100 мм и длиной до 12 м.

Газодинамическим методом наносятся жаростойкие покрытия, которые обеспечивают защиту вплоть до 1000-1100 градусов Цельсия. Электропроводность в среднем составляет 80-90 % электропроводности объемного материала. Коррозионная стойкость зависит от характеристик агрессивной среды.

Работа оборудования ДИМЕТ, разработанного и серийно выпускаемого ” Обнинским центром порошкового напыления” (ООО “ОЦПН “), основана на эффекте закрепления частиц металла, если они движутся со сверхзвуковой скоростью, на поверхности при соударении с ней, газодинамическое напыление металлов ДИМЕТ. Технология позволяет наносить металлические покрытия не только на металлы, но и на стекло, керамику, камень, бетон. К настоящему времени технология ДИМЕТ позволяет наносить покрытия из алюминия, цинка, меди, олова, свинца, баббитов, никеля и наносить их не только на металлы, но и на стекло, керамику, камень, бетон.

Специалисты Плакарта производят покрытия газодинамическим способом для промышленного оборудования (например, на фото – антикоррозионное покрытие теплообменника без демонтажа). Кроме того, мы поставляем установки холодного газодинамического напыления под ключ (наладка, сервис, обучение).

В зависимости от состава расходного материала (порошка) и изменения режимов его нанесения можно получить однородное или композиционное покрытие с твердой или пористой структурой и своей функциональной задачей. Это может быть: восстановление геометрии изделия, упрочнение и защита металла от коррозии, повышение тепло- и электропроводности материала, а также образование износостойкого покрытия, выдерживающего воздействие химически активных сред, высоких тепловых нагрузок и т. д.

В описании изобретения Браунинга данные проблемы оговариваются, но не разрешаются. Выход из данного положения открывает метод напыления, в котором порошок не нагревается до расплавленного состояния. Идея о возможности “холодной сварки” мелких металлических частиц при высокоскоростном соударении их с твердой поверхностью высказана в изобретении Шестакова еще в 1967 году Предложение о холодной сварке частиц в динамическом режиме в свое время не получило развития.

Оборудование для холодного газодинамического напыления металлов? Т.к. для реализации режима холодного напыления необходимы были новые предложения по устройству соплового узла.

Процесс газодинамического напыления представляет собой закрепление частиц металла на металлических, стеклянных, керамических или бетонных изделиях в момент соударения газопорошковой смести с внешней поверхностью-подложкой. Происходит это благодаря предварительному ускорению этих частиц в сопле для сверхзвукового разгона частиц, при этом температура разгоняемых металлических частиц не превышает температуру их плавления. Металлический слой, нанесенный на изделие по методу холодного газодинамического напыления, отличается качественной сцепкой с поверхностью основы и устойчив к механическим повреждениям.

История открытия явления и факты, обнаруженные опытным путем

Тот факт, что для образования металлического покрытия на поверхности-подложке нет необходимости доводить металлические частицы до состояния плавления или близкого к нему, как это обычно происходит при использовании стандартных методик напыления, был обнаружен в конце ХХ века российскими учеными. Результаты ряда экспериментов, проводимых научными сотрудниками РАН, показали, что поверхностное напыление можно получать и при нагреве твердых металлических частиц до температуры, которая гораздо ниже температуры их плавления.

Кроме того, в ходе экспериментов были зафиксированы следующие важные факты:

• главным параметром в технологии холодного газодинамического напыления, от которого зависит качество адгезии, является скорость разгона газопорошковой смеси. Именно этот параметр влияет на степень сцепки напыления с поверхностью, на которую оно наносится, а также на такие характеристики напыляемого слоя, как пористость и механическая прочность. При скорости твердых частиц выше 500-600 м/с эрозийные процессы трансформируются в прочный слой напыления;
• эмпирическим путем был обнаружен критический предел расхода частиц, при котором металлический слой не образуется при любой длительности воздействия газопорошкового потока на подложку;
• если расход порошка превышает критическую величину, то происходит крепкое и надежное сцепление частиц на напыляемой поверхности, и образуется плотный напыляемый слой;
• из всего объема твердых частиц, разгоняемых сверхзвуковым потоком, только небольшое количество образует слой поверхностного напыления. Основная масса частиц распыляется и не имеет возможности закрепиться на обрабатываемой поверхности. Соответственно, количество металлических частиц, наносимых и фиксирующихся на изделии, напрямую зависит от объема расходуемого порошкового материала;
• поверхность подложки в процессе формирования слоя напыления нагревается незначительно.Температура поверхности, обтекаемой потоком газа и подложки, которая находится в процессе газодинамического напыления, отличается друг от друга примерно на 45 градусов.

Виды холодного газодинамического напыления и их преимущества

Холодное газодинамическое напыление имеет 2 вида:

1. Напыление высокого давления, при котором используется гелий, азот или смесь газов. Расход порошкового материала составляет 4,5-13,5 кг/ч.
2. Холодное газодинамическое напыление низкого давления, осуществляемое при помощи сжатого воздуха. Объем расходуемого порошка колеблется в пределах 0,3-3 кг/ч.

Оба вида напыления имеют свои преимущества и недостатки:

• при использовании в технологическом процессе высокого давления покрытие получается более качественным, при том, что размер твердых частиц металлического порошка может варьироваться от 5 до 50 мкм, а не в пределах 5-30 мкм, как в технологии со сжатым воздухом;
• в технологическом процессе напыления низкого давления используется менее габаритное оборудование, стоимость которого значительно ниже того, что используется для напыления под высоким давлением.

Технологический процесс напыления высокого и низкого давления

В процессе холодного напыления высокого давления газ нагревается и соединяется с твердыми частицами порошкового материала. Эта газопорошковая смесь поступает в сверхзвуковое сопло, разгоняется там до сверхзвуковой скорости и под давлением 7-40 бар направляется на поверхность изделия, на котором необходимо образовать металлическое покрытие.

Холодное напыление, при котором используется сжатый воздух, технологически отличается от метода напыления под высоким давлением тем, что основные процессы происходят сразу в сопле для разгона частиц до сверхзвуковой скорости: газ нагревается непосредственно в нем, а порошок поступает в сопло перпендикулярно газовому потоку. Кроме того, при использовании метода напыления с низким давлением используются порошки, в которых кроме частиц металла присутствуют керамические частицы. Такие добавки улучшают состояние поверхности изделия, на которое наносится напыление, и повышают качество адгезии материалов. Кроме того, в процессе прохождения потока смеси через оборудование керамические частицы дополнительно очищают стенки и выходное отверстие сопла.

Область применения холодного газодинамического напыления

Холодное газодинамическое покрытие применяется для решения следующих задач:

• реставрация металлических деталей, которые были подвержены сколам, трещинам, истиранию и другим механическим повреждениям;
• покрытие металлических изделий напылением с целью увеличения их антикоррозийных и теплопроводных свойств;
• защита контактных поверхностей наконечников металлических кабелей.

Кандидаты физико-математических наук О. КЛЮЕВ и А. КАШИРИН.

Когда только появились первые металлические орудия труда, выяснилось, что, твердые и прочные, они сплошь и рядом портились под воздействием влаги. Шло время, люди создавали механизмы и машины, и чем более совершенными они становились, тем в более тяжелых условиях приходилось работать их металлическим деталям. Вибрации и знакопеременные нагрузки, огромные температуры, радиоактивное облучение, агрессивные химические среды — вот далеко не полный перечень «испытаний», которым они подвергаются. Cо временем люди научились защищать металл от коррозии, износа и других явлений, которые сокращают срок службы деталей. По сути, есть два подхода к обеспечению такой защиты: либо в основной металл добавляют легирующие элементы, которые придают сплаву искомые свойства, либо на поверхность наносят защитное покрытие. Условия работы деталей машин диктуют свойства, которыми должны обладать покрытия. Технологии их нанесения разнообразны: есть распространенные и относительно несложные, есть очень тонкие, позволяющие создавать покрытия с уникальными свойствами. А неугомонные инженеры продолжают изобретать все новые покрытия и придумывать способы их получения. Судьба этих изобретений может стать счастливой, если покрытие намного превосходит своих предшественников по полезным свойствам или если технология дает существенный экономический эффект. В разработке физиков из Обнинска соединились оба этих условия.

Летящие с огромной скоростью частицы металла при соударении с подложкой привариваются к ней, а частицы керамики уплотняют покрытие (а); на шлифе слоя металла видны застрявшие керамические частицы (б).

Схема (вверху) и общий вид (внизу) аппарата для напыления металлических покрытий.

С помощью аппарата можно наносить покрытия в любых помещениях и даже в полевых условиях.

За критическим сечением сопла возникает зона отрицательного давления, и сюда засасывается порошок. Благодаря этому явлению удалось упростить конструкцию питателя.

Дефекты в корпусных деталях (слева) и результат напыления (справа): а — трещина в автоматической коробке передач; б — каверна в головке блока цилиндра.

Покрытыми слоем меди или алюминия инструментами можно работать в пожароопасных помещениях: при ударе о металлические предметы они не дают искры.

ТЕМПЕРАТУРА ПЛЮС СКОРОСТЬ

Из способов металлизации поверхностей в современной технике чаще всего пользуются гальваническим нанесением и погружением в расплав. Реже используют вакуумное напыление, осаждение из паровой фазы и пр. Ближе всего к разработке обнинских физиков находится газотермическая металлизация, когда наносимый металл плавят, распыляют на мельчайшие капли и струей газа переносят их на подложку.

Металл плавят газовыми горелками, электрической дугой, низкотемпературной плазмой, индукторами и даже взрывчатыми веществами. Соответственно методы металлизации называют газопламенным напылением, электродуговой и высокочастотной металлизацией, плазменным и детонационно-газовым напылением.

В процессе газопламенного напыления металлический пруток, проволоку или порошок плавят и распыляют в пламени горелки, работающей на смеси кислорода с горючим газом. При электродуговой металлизации материал плавится электрической дугой. В обоих случаях капельки металла перемещаются к напыляемой подложке потоком воздуха. При плазменном напылении для нагрева и распыления материала используется струя плазмы, формируемая плазматронами разных конструкций. Детонационно-газовое напыление происходит в результате взрыва, разгоняющего металлические частицы до огромных скоростей.

Во всех случаях частицы напыляемого материала получают два вида энергии: тепловую — от источника нагрева и кинетическую — от газового потока. Оба этих вида энергии участвуют в формировании покрытия и определяют его свойства и структуру. Кинетическая энергия частиц (за исключением детонационно-газового метода) невелика по сравнению с тепловой, и характер их соединения с подложкой и между собой определяется термическими процессами: плавлением, кристаллизацией, диффузией, фазовыми превращениями и т.д. Покрытия обычно характеризуются хорошей прочностью сцепления с подложкой (адгезией) и, к сожалению, низкой однородностью, поскольку велик разброс параметров по сечению потока газа.

Покрытиям, которые создают газотермическими методами, присущ ряд недостатков. К ним относятся, прежде всего, высокая пористость, если, разумеется, не стоит цель специально сделать покрытие пористым, как в некоторых деталях радиоламп. Кроме того, из-за быстрого охлаждения металла на поверхности подложки в покрытии возникают высокие внутренние напряжения. Обрабатываемая деталь неизбежно нагревается, и если она имеет сложную форму, то ее может «повести». Наконец, использование горючих газов и высокие температуры в рабочей зоне усложняют меры по обеспечению безопасности персонала.

Несколько особняком стоит детонационно- газовый метод. При взрыве скорость частиц достигает 1000-2000 м/с. Поэтому основным фактором, определяющим качество покрытия, становится их кинетическая энергия. Покрытия отличаются высокой адгезией и низкой пористостью, но взрывными процессами крайне сложно управлять, и стабильность результато в гарантиро вать практически невозможно.

СКОРОСТЬ ПЛЮС ТЕМПЕРАТУРА

Желание создать более совершенную технологию возникло давно. Перед инженерами стояла цель — сохранить достоинства традиционных технологий и избавиться от их недостатков. Направление поиска было более или менее очевидно: во-первых, покрытия должны формироваться в основном за счет кинетической энергии частиц металла (нельзя допускать плавления частиц: это предотвратит разогрев детали и окисление подложки и частиц покрытия), и, во-вторых, частицы должны приобретать высокую скорость не за счет энергии взрыва, как в детонационно-газовом методе, а в струе сжатого газа. Такой метод назвали газодинамическим.

Первые расчеты и эксперименты показали, что создавать таким способом покрытия, обладающие вполне удовлетворительными характеристиками, можно, если использовать в качестве рабочего газа гелий. Такой выбор объяснялся тем, что скорость потока газа в сверхзвуковом соплепропорциональна скорости звука в соответствующем газе. В легких газах (водород из-за своей взрывоопасности не рассматривался) скорость звука гораздо выше, чем в азоте или воздухе. Именно гелий ускорял бы металлические частицы до высоких скоростей, сообщая им кинетическую энергию, достаточную для закрепления на мишени. Считалось, что использование более тяжелых газов, в том числе воздуха, обречено на неудачу.

Работа опытных напылительных установок дала неплохой результат: разогнавшиеся в струе гелия частицы из большинства промышленно применяемых металлов хорошо прилипали к подложке, образуя плотные покрытия.

Но полного удовлетворения инженеры не испытывали. Было понятно, что оборудование на легких газах неизбежно будет дорогим и сможет применяться лишь на предприятиях, выпускающих продукцию высоких технологий (только там есть магистрали со сжатым гелием). А магистрали со сжатым воздухом имеются практически в каждом цеху, на каждом предприятии автосервиса, в ремонтных мастерских.

Многочисленные эксперименты со сжатым воздухом вроде бы подтверждали худшие ожидания разработчиков. Однако интенсивный поиск все же позволил найти решение. Покрытия удовлетворительного качества получились, когда сжатый воздух в камере перед соплом нагрели, а в металлический порошок стали добавлять мелкодисперсную керамику или порошок твердого металла.

Дело в том, что при нагревании давление воздуха в камере в соответствии с законом Шарля повышается, а следовательно, повышается и скорость истечения из сопла. Частицы металла, набравшие в струе газа огромную скорость, при ударе о подложку размягчаются и привариваются к ней. Частицы керамики играют роль микроскопических кувалд — они передают свою кинетическую энергию нижележащим слоям, уплотняют их, снижая пористость покрытия.

Некоторые керамические частицы застревают в покрытии, другие отскакивают от него. Правда, таким способом получают покрытия только из относительно пластичных металлов — меди, алюминия, цинка, никеля и др. Впоследствии деталь можно подвергать всем известным способам механической обработки: сверлить, фрезеровать, точить, шлифовать, полировать.

ГЛАВНОЕ УСЛОВИЕ — ПРОСТОТА И НАДЕЖНОСТЬ

Старания технологов останутся втуне, если конструкторы не смогут создать простое, надежное и экономичное оборудование, в котором был бы реализован придуманный технологами процесс. Основой аппарата для напыления металлических порошков стали сверхзвуковое сопло и малогабаритный электрический нагреватель сжатого воздуха, способный доводить температуру потока до 500-600 o С.

Использование в качестве рабочего газа обычного воздуха позволило попутно решить еще одну проблему, которая стояла перед разработчиками систем на легких газах. Речь идет о введении напыляемого порошка в газовую струю. Чтобы сохранить герметичность, питатели приходилось устанавливать до критического сечения сопла, то есть порошок необходимо было подавать в область высокого давления. Чисто технические трудности усугублялись тем, что, проходя через критическое сечение, металлические частицы вызывали износ сопла, ухудшали его аэродинамические характеристики, не позволяли стабилизировать режимы нанесения покрытий. В конструкции аппарата с воздушной струей инженеры применили принцип пульверизатора, известный каждому еще из школьных опытов по физике. Когда газ проходит по каналу переменного сечения, то в узком месте его скорость увеличивается, а статическое давление падает и может даже быть ниже атмосферного. Канал, по которому порошок поступал из питателя, расположили как раз в таком месте, и порошок перемещался в сопло за счет подсоса воздуха.

В результате на свет появился переносной аппарат для нанесения металлических покрытий. Он имеет ряд достоинств, которые делают его очень полезным в различных отраслях промышленности:

для работы аппарата нужны всего лишь электросеть и воздушная магистраль или компрессор, обеспечивающий давление сжатого воздуха 5-6 атм и подачу 0,5 м 3 /мин;

при нанесении покрытий температура подложки не превышает 150 о С;

покрытия обладают высокой адгезией (40-100 Н/мм 2) и низкой пористостью (1-3%);

оборудование не выделяет вредных веществ и излучений;

габариты устройства позволяют использовать его не только в цеху, но и в полевых условиях;

можно напылять покрытия практически любой толщины.

В состав установки входят собственно напылитель массой 1,3 кг, который оператор держит в руке или закрепляет в манипуляторе, нагреватель воздуха, порошковые питатели, блок контроля и управления работой напылителя и питателя. Все это смонтировано на стойке.

Пришлось потрудиться и над созданием расходных материалов. Выпускаемые промышленностью порошки имеют слишком большие размеры частиц (порядка 100 мкм). Разработана технология, которая позволяет получать порошки с зернами размером 20-50 мкм.

ОТ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ДО СЕЯЛОК

Новый способ напыления металлических покрытий может применяться в самых различных отраслях промышленности. Особенно эффективен он при ремонтных работах, когда необходимо восстановить участки изделий, например, заделать трещину или раковину. Благодаря невысоким температурам процесса легко восстанавливать тонкостенные изделия, отремонтировать которые другим способом, например наплавкой, невозможно.

Поскольку зона напыления имеет четкие границы, напыляемый металл не попадает на бездефектные участки, а это очень важно при ремонте деталей сложной формы, например корпусов коробок передач, блоков цилиндров двигателей и др.

Устройства для напыления уже применяют в авиакосмической и электротехнической промышленности, на объектах атомной энергетики и в сельском хозяйстве, на авторемонтных предприятиях и в литейном производстве.

Метод может оказаться весьма полезным во многих случаях. Вот лишь некоторые из них.

Восстановление изношенных или поврежденных участков поверхностей. С помощью напыления восстанавливают поврежденные в процессе эксплуатации детали редукторов, насосов, компрессоров, форм для литья по выплавляемым моделям, пресс-форм для изготовления пластиковой упаковки. Новый метод стал большим подспорьем для работников авторемонтных предприятий. Теперь буквально «на коленках» они заделывают трещины в блоках цилиндров, глушителях и пр. Без особых проблем устраняют дефекты (каверны, свищи) в алюминиевом литье.

Устранение течей. Низкая газопроницаемость покрытий позволяет ликвидировать течи в трубопроводах и сосудах, когда нельзя использовать герметизирующие компаунды. Технология пригодна для ремонта емкостей, работающих под давлением или при высоких и низких температурах: теплообменников, радиаторов автомобилей, кондиционеров.

Нанесение электропроводящих покрытий. Напылением удается наносить медные и алюминиевые пленки на металлическую или керамическую поверхность. В частности, метод экономически более эффективен, чем традиционные способы, при меднении токоведущих шин, цинковании контактных площадок на элементах заземления и т. п.

Антикоррозионная защита. Пленки из алюминия и цинка защищают поверхности от коррозии лучше, чем лакокрасочные и многие другие металлические покрытия. Невысокая производительность установки не позволяет обрабатывать большие поверхности, а вот защищать такие уязвимые элементы, как сварные швы, очень удобно. С помощью напыления цинка или алюминия удается приостановить коррозию в местах появления «жучков» на крашеных поверхностях кузовов автомобилей.

Восстановление подшипников скольжения. В подшипниках скольжения обычно применяют баббитовые вкладыши. С течением времени они изнашиваются, зазор между валом и втулкой увеличивается и слой смазки нарушается. Традиционная технология ремонта требует либо замены вкладыша, либо заварки дефектов. А напыление позволяет восстановить вкладыши. В этом случае для уплотнения слоя напыляемого металла керамику применять нельзя. Твердые включения через считанные минуты после начала работы выведут подшипник из строя, причем поврежденными окажутся поверхности и втулки и вала. Пришлось применить сопло особой конструкции. Оно позволяет наносить покрытие из чистого баббита в так называемом термокинетическом режиме. Частицы порошка сразу за критическим сечением сопла разгоняются сверхзвуковым потоком воздуха, затем скорость потока резко снижается до околозвуковой. В результате резко возрастает температура, и частицы нагреваются почти до температуры плавления. При попадании на поверхность они деформируются, частично плавятся и хорошо прилипают к ниже лежащему слою.

СПЕЦИАЛИСТУ — НА ЗАМЕТКУ

Каширин А. И., Клюев О. Ф., Буздыгар Т. В. Устройство для газодинамического нанесения покрытий из порошковых материалов. Патент РФ на изобретение № 2100474. 1996, МКИ6 С 23 С 4/00, опубл. 27.12.97. Бюл.№ 36.

Каширин А. И., Клюев О. Ф., Шкодкин А. В. Способ получения покрытий. Патент РФ на изобретение № 2183695. 2000, МКИ7 С 23 С 24/04, опубл. 20.06.02. Бюл. № 17.

Координаты разработчиков и условия приобретения их технологий или изделий можно узнать в редакции.

По сути, — более продвинутый вариант давно уже зарекомендовавшего себя газотермического способа восстановления различных металлических деталей и поверхностей. Cold Spray или просто ХГН значительно расширяет возможности «горячего» метода обработки изделий.

В настоящее время, бесспорно, это самая передовая технология восстановления и защиты материалов, получившая широкое распространение как в промышленном секторе, так и гражданской сфере.

Принцип действия, плюсы и минусы ХГН

Имеет два основных отличия от газотермического метода реставрации. Во-первых, напыление защитного или восстановительного покрытия происходит при пониженной температуре, не превышающей 150 °С, что в свою очередь не вызывает напряжения в обрабатываемых деталях и их деформации. Во-вторых, «холодная» технология позволяет создавать слой регулируемой толщины и в точно заданных границах. О других плюсах и минусах расскажем чуть позже, а пока об авторах метода и о том, как он работает.

Его разработчиком является «Обнинский центр порошкового напыления» (Россия). Производимое ими оборудование получило название ДИМЕТ ® . Оно сертифицировано по системе ГОСТ Р и защищено патентами России, США, Канады и других стран. В основу технологии заложен принцип сверхзвукового воздействия мельчайшими частицами легкоплавких и других материалов на обрабатываемую поверхность. В основном это полимеры или сплавы карбидов с металлами с размером частиц 0,01-0,5 мкм. Смешиваясь с газом они подаются на изделие со скоростью 500-1000 м/с.

В зависимости от состава расходного материала (порошка) и изменения режимов его нанесения можно получить однородное или композиционное покрытие с твердой или пористой структурой и своей функциональной задачей. Это может быть: восстановление геометрии изделия, упрочнение и защита металла от коррозии, повышение тепло- и электропроводности материала, а также образование износостойкого покрытия, выдерживающего воздействие химически активных сред, высоких тепловых нагрузок и т. д.

Кстати, обнинские инженеры разработали уже несколько модификаций установок ДИМЕТ ® . Учитывая широкую востребованность данного оборудования, сейчас серийно выпускаются как ручные, так и автоматизированные аппараты холодного газодинамического напыления, что позволяет использовать их в промышленности, нефтегазовой отрасли, а также в малом бизнесе для обработки небольших деталей. Тем более, что ничего особо сложного в самой технологии нет. Для работы комплекса (помимо материала для напыления) необходим только сжатый воздух (подается под давлением 0,6-1,0 МПа и расходом 0,3-0,4 м3/мин.) и электросеть напряжением 220 В.

Теперь ещё о преимуществах и недостатках метода. Во-первых, в отличие от газотермического способа ХГН может эффективно применяться при обычном давлении, в любом температурном диапазоне и уровне влажности. В-вторых, он экологически абсолютно безопасен. В-третьих, благодаря большой скорости, может применяться и для абразивной чистки поверхности. Ну, а единственным недостатком технологии является возможность нанесения покрытий только из относительно пластичных металлов, таких как медь, алюминий, цинк, никель и др.

Область применения ХГН

Более подробно хотелось бы остановиться на сферах использования технологии холодного газодинамического напыления порошковыми материалами, чтобы наглядно показать насколько она сегодня востребована.

Устранение дефектов, восстановление поверхностей и герметизация

Всё это — работа, которой могут заниматься даже малые предприятия. К примеру, в небольших мастерских можно ремонтировать детали из легких сплавов (части автомобильной конструкции, допустим), прежде всего, алюминиевых и алюминиевомагниевых. Причем, легко устраняются дефекты, возникшие как в процессе производства, так и в процессе эксплуатации. А отсутствие сильного нагрева и низкая энергетика метода позволяют чинить даже тонкостенные изделия.

Отлично подходит ХГН и для восстановления изношенных поверхностей. Например, такой трудоемкий процесс, как «наращивание» металла в посадочных местах подшипников, теперь могут осуществлять даже малые предприятия, не говоря уже о восстановлении герметизации (когда применение жидких герметиков невозможно) в трубопроводах, теплообменниках или сосудах для рабочих газов, жидкостей.

Очень эффективен в ремонте сложных изделий, где требуется точное восстановление геометрических параметров, устранение скрытых дефектов, но при этом с сохранением всех эксплуатационных характеристик, а также товарного вида. Именно поэтому данный метод активно используется в оборонно-промышленном комплексе, железнодорожной и авиационной промышленности, сельском хозяйстве, газоперекачке и пр.

Не обойтись без этой технологии и в создании контактных площадок. Благодаря возможности легкого нанесения покрытий на любые металлические, керамические и стеклянные поверхности ХГН применяется и в производстве электротехнических изделий. Например, в процессах меднения, создании силовых токонесущих сетей, нанесении токовводов, изготовлении подслоев под пайку и т. д.

Антикоррозийная обработка и устранение глубоких дефектов

Напыление так называемого антифрикционного покрытия — высокоэффективный способ избавления от локальных повреждений (глубоких сколов, задиров, царапин). Это позволяет избежать процедуры полной перезаливки или даже замены изделия, что, естественно, экономически не выгодно.

А в антикорроизонной обработке и защите от высокотемпературной коррозии различных коммуникаций данному методу вообще нет равных. К слову, различные модификации оборудования ДИМЕТ ® обеспечивают качественную обработку внутренней поверхности труб диаметром от 100 мм и длиной до 12 м.

Источник