OTĚRUVZDORNÉ POVLAKY VYTVÁŘENÉ METODAMI ŽÁROVÉHO NÁSTŘIKU

Transkript

1 OTĚRUVZDORNÉ POVLAKY VYTVÁŘENÉ METODAMI ŽÁROVÉHO NÁSTŘIKU Ing. Alexander Sedláček S.A.F. Praha, spol. s r.o.

2 1. Úvod, princip 2. Přehled metod vytváření ochranných povlaků 3. Použití technologií žárového nástřiku 4. Přídavné materiály 5. Technologie 6. Vlastnosti žárově stříkaných povlaků a jejich zkoušení 7. Aplikace a příklady

3 1. ÚVOD Česká republika patřila v minulosti k velkým průkopníkům žárového stříkání. Již od 60. let 20. století byla technologie vytváření povlaků pomocí plamene a elektrického oblouku rozvíjena nejenom teoreticky, ale byla aplikována v nejrůznějších odvětvích průmyslu.

4 Žárové stříkání dělíme hlavně podle vlastní aplikace povlaku, tj. podle funkce vytvořené vrstvy na: antikorozní žárové nástřiky technické nástřiky

5 Antikorozní žárové nástřiky Do první skupiny antikorozních žárově stříkaných povlaků patří povlaky hliníku, zinku včetně jejich slitin a kombinací.

6 Technické nástřiky Druhou skupinou technických povlaků jsou nástřiky, které mají jiný než antikorozní účel. Jsou to např. kluzné vrstvy, otěruvzdorné povlaky, povlaky odolné teplotám.

7 Žárové stříkání, jinak nazývané též metalizace nebo šopování, dovoluje vytvářet vrstvy na čistém zdrsněném podkladě téměř ze všech kovů. Při metalizaci je třeba přesně dodržovat provozně ověřené parametry. I malá odchylka od těchto hodnot může mít za následek nejakostní povlak z hlediska struktury a přilnavosti k základnímu materiálu. Je možné nanášet kovy i nekovy na nekovové materiály, např. plastické hmoty, keramiku, dřevo, případně i na papírovou lepenku.

8 1.1 Princip metody Při metalizaci dochází nejprve k natavení povlakového kovu a pak k jeho rozstřiku stlačeným vzduchem nebo inertním plynem na upravované předměty.

9 Schema struktury žárově stříkaného povlaku

10 2. Přehled metod vytváření ochranných povlaků Podle toto, jakým způsobem dochází k natavení přídavného stříkaného materiálu, rozdělujeme žárové stříkání na:

11 2.1 nástřik drátu plamenem (plynová metalizace) 2.2 nástřik prášku plamenem 2.3 nástřik pomocí elektrického oblouku (elektrooblouková metalizace) 2.4 nástřik plazmou 2.5 vysokorychlostní nástřik plamenem 2.6 detonační nástřik 2.7 nanášení vrstev pomocí laseru

12 2.1 Nástřik drátu plamenem (plynová metalizace) Patří k nejstarším metodám žárového nástřiku vůbec. Začátek používání spadá do 30. let 20.století. Zde dochází k tavení přídavného materiálu ve formě drátu v plameni. Nejčastěji se používá jako zdroje tepla chemické reakce hoření KYSLÍKOACETYLÉNOVÉHO plamene nebo směsi KYSLÍK - PROPANBUTAN.

13 Výstupní rychlost plamene a jeho výstupní energie neumožňuje natavené částice nanášeného materiálu urychlovat na takové hodnoty, které by zaručovaly dobré vlastnosti nanesené vrstvy, hlavně přilnavost. Proto se pro urychlování částic nataveného přídavného materiálu používá stlačený vzduch.

14 Schéma principu nástřiku plamenem

15 Teplota plamene 3160 C, Výkon cca 10kg/hod u Zn. Přídavný materiál ve formě drátu (kovy) nebo trubičky Jako přídavný materiál se používá pro antikorozní metalizaci: Al, Zn, ZnAl 85/15 apod., pro funkční povlaky: Cu, bronz, mosaz, Mo, Ni, slitiny NiAl, NiCr a v omezené míře keramiky v trubičkových či bužírkových obalech tzv. cordony.

16 Plynová metalizace

17 Struktura stříkaného povlaku plamenem Mo, tloušťka 100μm

18 Struktura stříkaného povlaku plamenem NiAl

19 2.2 Nástřik prášku plamenem I zde dochází k tavení přídavného materiálu tentokrát ve formě prášku v plameni. Nejčastěji se používá jako zdroje tepla chemické reakce hoření KYSLÍKOACETYLÉNOVÉHO plamene nebo ojediněle směsi KYSLÍK - PROPANBUTAN. Výstupní rychlost plamene a jeho výstupní energie neumožňuje natavené částice nanášeného materiálu urychlovat na takové hodnoty, které by zaručovaly dobré vlastnosti nanesené vrstvy, hlavně přilnavost. Proto se pro urychlování částic nataveného přídavného materiálu používá stlačený vzduch.

20 Nástřik prášku plamenem mechanizované nanášení

21 Strojní nanášení prášku 1. operace

22 Strojní nanášení prášku 2. operace - přetavení

23 Typický příklad struktury nástřiku prášku NiAl

24 2.3 Elektrooblouková metalizace Žárový nástřik elektrickým obloukem patří rovněž mezi metody, které jsou známy více jak 60 let. Princip metody je založen na tavení dvou vodivých materiálů teplem vznikajícím při hoření elektrického oblouku mezi těmito vodivými materiály.

25 Schéma principu elektroobloukové metalizace

26 Teplota oblouku dosahuje 4000 C, Pro rozstřik nataveného materiálu se opět používá stlačeného vzduchu, který uděluje nanášeným částicím vysokou rychlost. Toto se projevuje především ve vyšší přilnavosti a menší porezitě povlaku ve srovnání s plynovou metalizací. Výkon až 60kg/hod u Zn, běžný výkon ručních pistolí je 8kg/hod u Al a 25kg/hod u Zn. Používá se pro antikorozní i technické nástřiky

27 Elektrooblouková metalizace ruční nanášení

28 Elektrooblouková metalizace strojní nanášení mezivrstvy (Ni-Al)

29 Struktura elektroobloukově stříkaného povlaku Ni slitina

30 Struktura elektroobloukově stříkaného povlaku trubičkový drát nerez+karbid chromu

31 Struktura elektroobloukově stříkaného povlaku trubičkový drát NiCrBSi

32 2.4 Nástřik plazmou Využívá elektrického oblouku k vytvoření plazmatického prostředí. Plazmatickým obloukem se dociluje až pětkrát vyšších teplot než dává kyslíko-acetylénový plamen. Předností této technologie termických nástřiků je přizpůsobivost technologického procesu fyzikálně chemickým vlastnostem nanášených práškových materiálů, možnost nanášení povlaků na drobné součásti i na rozměrné plochy.

33 Žádným jiným způsobem nelze nanášet povlaky z tak různých materiálů jako jsou kovy a jejich slitiny, oxidy, karbidy, nitridy, boridy, silicidy a směsi keramické a kovokeramické (cermety). V závislosti na technologických požadavcích lze značně měnit energetické charakteristiky plazmatu a volbou plazmotvorného plynu přizpůsobovat prostřední chemické reaktivitě nanášených matriálů.

34 Schéma principu žárového nástřiku plazmou

35 Elektrický oblouk hoří v plazmovém plynu (obvykle argon nebo jiný inertní plyn s několika procenty plynu zvyšujícího entalpii plazmatu, např. H2, He, N2). Plazmový plyn je napouštěn axiálně do hořáku, na jehož druhém konci vystupuje plazma s vysokou teplotou (až K) V praxi se používají dva principy plazmových hořáků: - s plynovou stabilizací plazmového oblouku - s kapalinovou stabilizací plazmového oblouku

36 Plasmový nástřik (Al 2 O 3 )

37 Hotový nastříkaný povlak na součásti

38 2.5 vysokorychlostní nástřik plamenem Vedle běžného žárového nástřiku plamenem je vysokorychlostní (hypersonický) další variantou žárového nástřiku plamenem. Vzařízení se používají tyto plyny: -hořlavý plyn směs methyl-acetylen-propadien (C3 H 4 ) - kyslík - dusík jako dopravní plyn přídavného materiálu - vodík jako řídící plyn plamene Zařízení dosahuje při provozu značné hladiny hluku, až 114 db při frekvenci 8000 Hz.

39 Schéma principu vysokorychlostního žárového nástřiku

40 Vysokorychlostní nástřik oxid chromu

41 Struktura HVOF stříkaného povlaku Oxid chromu

42 Struktura HVOF stříkaného povlaku WC/Co (83/17), tloušťka 100μm

43 2.6 Nanášení vrstev pomocí laseru Jedná se vlastně o nejmladší technologii v oblasti nanášení povlaků. Její možnosti spadají do několika oborů jako je - materiálové inženýrství, - tepelné zpracování V závislosti na výkonu laserového svazku, koncentraci tepla a množství přídavného materiálu je možné povrchově legovat až navařovat

44 Vytváření vrstvy pomocí laseru

45 Povlak vytvořený pomocí laseru materiál povlaku: Stellit 6, tloušťka 2mm

46 Detail povlaku vytvořeného pomocí laseru materiál povlaku: Stellit 6, tloušťka 2mm

47 Dendritická struktura povlaku vytvořeného pomocí laseru materiál povlaku: Stellit 6, tloušťka 2mm

48 3. Použití technologií žárového nástřiku žárové stříkání ochranných vrstev proti korozi. žárové stříkání funkčních povlaků pro opravu opotřebených dílců (hřídelí a ložisek). zhotovení nových hřídelí s metalizovanými vrstvami opravy odlitků, utěsňování a odstranění závad na odlitcích metalizace nových ložisek metalizace hliníku s následujícím tepelným zpracováním (alumetace) vytváření dekorativních povlaků žárové stříkání ochranných povlaků odolných opotřebení žárové stříkání teplotě odolných povlaků

49 nevýhody žárově stříkaných povlaků není vždy dokonalé spojení vrstvy metalizovaného kovu se základním materiálem nehodí se pro součásti namáhané rázy rozstřik metalizovaného kovu činí 80 až 50% metalizovaná vrstva nezvyšuje celkovou pevnost součástí při metalizaci je nutné odsávání metalizace vyžaduje kvalifikované pracovníky je nutné zdrsnění povrchu před metalizací a takto vytvořené vruby snižují mez únavy součástí povrch musí být dokonale čistý a odmaštěný

50 porovnání metod žárového nástřiku - teplota Metoda žárového nástřiku Žárový nástřik plamenem (kyslík + acetylen) Žárový nástřik elektrickým obloukem Žárový nástřik plazmou Max. teplota [ C] 3000 až až až s plynovou stabilizací(argon + vodík) Žárový nástřik plazmou s plynovou stabilizací(dusík) Žárový nástřik plazmou s vodní stabilizací až až 50000

51 4. Přídavné materiály přídavné materiály na bázi čistých kovů přídavné materiály na bázi slitin kovů přídavné materiály na keramické bázi přídavné materiály s exotermickým účinkem přídavné materiály speciální přídavné materiály na bázi plastů

52 4.1 Přídavné materiály na bázi čistých kovů Typ Teplota tavení [ C] Tvrdost Použití Molybden HV dobrá přilnavost otěruvzdornost Wolfram HV odolnost proti vysokým teplotám, tvrdost Chrom Nikl až 200 HB dobrá přilnavost Měď až 130 HB dobré kluzné vlastnosti

53 4.2 Přídavné materiály na bázi slitin kovů Typ Teplota tavení [ C] Tvrdost Použití nikl chrom (80/20) nikl hliník (NiAl) kobalt-chromwolfram (Stellity) Ocel 18Cr8Ni (Mo, V, W) HB dobrá přilnavost korozní odolnost HB dobrá přilnavost 1010 až až 66 HRC odolnost proti otěru za tepla až 60 HRC korozní odolnost odolnost proti otěru NiCrBSi 950 až až 60 HRC odolnost proti opotřebení měď cín - olovo 800 až HB dobrá elektrická vodivost, kluzné povlaky

54 4.3 Přídavné materiály na keramické bázi Typ Teplota tavení [ C] Tvrdost Použití oxid hliníku HV odolnost proti Al 2 O 3 opotřebení oxid titanu TiO HV pro hladké povlaky, jako přísada pro oxid hliníku oxid chromu Cr 2 O až 2500 HV odolnost proti opotřebení, proti korozi, dobrá teplotní vodivost karbid wolframu WC karbid křemíku SiC HV přísada do přídavných materiálů odolných proti opotřebení 2700 vysoká tvrdost žáruvzdornost do 1500 C

55 4.4 Přídavné materiály s exotermickým účinkem Typ Teplota tavení [ C] Tvrdost Použití nikl hliník 95/ HB vazná mezivrstva nikl hliník 70/ odolnost proti abrazi, erozi a korozi nikl titan 60/ odolnost proti opotřebení a abrazi, aplikace na vazné mezivrstvy

56 4.5 Přídavné materiály speciální Typ Teplota tavení [ C] Tvrdost Použití karbid wolframu (WC)+kobalt Co odolnost proti opotřebení 94/6 karbid wolframu (WC)+kobalt Co 88/12, 83/17 odolnost proti opotřebení a abrazi, erozi, kavitaci apod. 80/20 karbid wolframu (WC) + nikl (Ni) odolnost proti opotřebení 92/8, 88/12 85/15,83/17