Металлизация как способ восстановления поверхностей деталей машин

№85-1,

технические науки

В статье раскрывается сущность металлизации восстанавливаемых поверхностей деталей машин. Приведены способы металлизации, основные технологические аспекты, достоинства и недостатки.

Похожие материалы

Повышение надежности работы средств пожаротушения является актуальным и напрямую зависит от исправности узлов и агрегатов пожарной техники. Правильная эксплуатация, хранение и своевременное обслуживание позволяет значительно продлить срок службы пожарных автомобилей и другого специального оборудования. Одним из методов восстановительного ремонта деталей машин является металлизация изношенных поверхностей с целью восстановления исходных деталей или получения сверхтвердых покрытий.

Металлизацией называется нанесение расплавленного металла на поверхность детали. Сущность процесса металлизации заключается в том, что расплавленный металл наносится на предварительно подготовленную поверхность детали, образуя на ней металлическое покрытие. Металлизация дает возможность покрывать поверхности деталей почти из всех металлов независимо от формы поверхностей.

Благодаря относительно большой скорости движения и незначительному времени полета (тысячные доли секунды) часть распыляемого металла не успевает пройти фазу кристаллизации и достигает поверхности детали в жидком состоянии. Пленка окислов в момент удара частиц о поверхность детали разрывается, и металл расплескивается по поверхности. Частицы металла, успевшие в процессе полета пройти кристаллизацию, от удара деформируются, расплющиваются и заполняют неровности покрываемой поверхности, образуя чешуйчатое строение слоя.

В зависимости от способа расплавления наносимого металла металлизация может быть электродуговой, газовой, высокочастотной и плазменной. Аппараты, с помощью которых производится металлизация, называют металлизаторами [1].

Дуговая металлизация заключается в расплавлении электрической дугой исходного материала и напылении его струей сжатого воздуха на поверхность детали. Электрическая дуга горит между двумя проволоками, протягиваемыми роликами. Струя сжатого воздуха вытягивает дугу. Скорость напыления с расстояния 30 мм от сопла 250 м/с.

Газопламенная металлизация осуществляется с помощью аппаратов, в которых металлическая проволока или порошковые материалы распыляются ацетилено-кислородным пламенем или пламенем других горючих газов в смеси с кислородом. При таком способе металлизации повышается прочность сцепления, уменьшаются размеры распыливаемых частиц металла и снижается его окисление. Недостатками газопламенной металлизации являются низкая производительность и сложность установки.

Высокочастотная металлизация основана на принципе расплавления проволоки в зоне индуктора, состоящего из нескольких витков медной трубки, к которому подается ток высокой частоты от лампового генератора. Высокочастотная металлизация обеспечивает быстрый нагрев конца электродной проволоки, что уменьшает выгорание углерода и других элементов, делает покрытие однородным с пределом прочности на разрыв выше, чем при электродуговой металлизации. Но недостатком является сложность и высокая стоимость оборудования.

Плазменная металлизация осуществляется с помощью плазматронов, где плазмообразующий газ (например, аргон) протекает сквозь столб электрического разряда, частично или полностью ионизируется и превращается в плазму. Плазматрон состоит из катода и анода, охлаждаемых водой, от источника постоянного тока между ними возбуждается электрическая дуга. Плазмообразующий газ ионизируется и выходит из анода плазматрона в виде струи небольшого сечения. Высокая электропроводность плазменной струи значительно повышает плотность тока, температуру газа и скорость его истечения. Плазменная металлизация обеспечивают более высокие, чем при других способах металлизации, механические свойства покрытия и более прочное его соединение с поверхностью детали. Покрытие обладает высокой износостойкостью и не снижает усталостной прочности детали. За счет высокой температуры плазменной струи можно наносить покрытия практически из любых материалов. Процесс полностью автоматизирован, что повышает производительность труда.

Описанные способы металлизации применяют для восстановления начальных размеров и формы поверхностей изношенных деталей, а также для нанесения антифрикционных и износоустойчивых покрытий, создания антикоррозионных и жаропрочных покрытий, устранения пористостей, трещин различного происхождения и т.п.

Технологический процесс ремонта деталей металлизацией состоит из трех этапов: подготовки поверхностей деталей к металлизации, нанесения металлизационного покрытия и обработки деталей после металлизации [1].

Подготовка поверхностей деталей к металлизации является важным этапом, так как от нее зависит качество сцепления металлизационного покрытия с металлом детали. Подготовка поверхности деталей к металлизации состоит из следующих операций: очистки и обезжиривания деталей от грязи, масел, окислов; мойки и сушки; создания шероховатости; защиты поверхностей, не подлежащих металлизации.

Создание шероховатости на металлизируемой поверхности детали может быть выполнено пескоструйной обработкой (сухим крупнозернистым кварцевым песком под давлением сжатого воздуха), обдувкой металлическим песком или дробью, накаткой и т. п. Поверхности деталей, не подлежащие металлизации, защищают плотной бумагой, картоном или специальными кожухами из листовой стали.

Далее на подготовленную поверхность деталей одним из вышеперечисленных способов наносят металлизационное покрытие. Нанесенный слой не является монолитным, а представляет собой пористую массу, состоящую из мельчайших окисленных частиц металла. Твердость металлизационного покрытия определяется качеством наносимого материала.

Затем следует обработка деталей после металлизации. В зависимости от требуемой шероховатости и точности металлизированные цилиндрические поверхности деталей обрабатывают на токарных и шлифовальных станках, а плоские поверхности — на станках или вручную.

Рассматриваемый способ восстановления деталей обладает некоторыми недостатками: прочность сцепления покрытия с основным металлом получается невысокая, механическая прочность металла покрытия пониженная, при металлизации мелких деталей возникают крупные потери металла. Но, не смотря на это, металлизация восстанавливаемых поверхностей деталей находит достаточно широкое применение в ремонтном производстве, имея ряд преимуществ:

  • возможность получения больших слоев наращиваемого металла (до 10 мм), что дает возможность ремонтировать детали с большим износом;
  • благодаря пористости металлизированного слоя он способен поглощать масло и хорошо удерживать смазку [2], что обеспечивает хорошую износостойкость деталей;
  • возможность неоднократного восстановления поверхности деталей;
  • сравнительно невысокая стоимость работ.

Использование способа восстановления изношенных поверхностей деталей машин металлизацией может значительно уменьшить запас сменных деталей, сократить сроки нахождения техники в ремонте, увеличить срок межремонтной службы оборудования. В результате чего повышается производительность труда и снижается себестоимость ремонтных работ обслуживаемой техники.

Список литературы

  1. Захаров, Ю.А. Восстановление металлизацией деталей транспортно-технологических машин и комплексов / Ю.А. Захаров, Е.В. Ремзин, Г.А. Мусатов. – Молодой ученый. – 2014. – №19. – С. 199-201.
  2. Зарубин, В.П. Влияние смазочных материалов на процесс трения и изнашивания в узлах трения пожарной техники / В.П. Зарубин, И.А. Легкова. – NovaInfo.Ru, 2016. – №53. – Т.2. – С. 33-36.