Физические основы процессов нанесения покрытий

Напыление покрытий газопламенным методом

Газопламенный метод напыления покрытий состоит в формировании на поверхности изделий слоя из частиц напыляемого материала, обладающих достаточным запасом тепловой и кинетической энергии в результате взаимодействия со струей газового пламени.

Струя пламени образуется в результате сгорания горючей смеси, вытекающей из сопловых отверстий горелки с большой скоростью. Напыляемый материал подают, как правило, внутрь факела пламени, вдоль оси. Температура струи горючий газ — кислород при использовании ацетилена достигает 3200 °С, а скорость истечения 150—160 м/с. Попадая в струю, частицы порошкового материала нагреваются до жидкого или высокопластичного состояния и приобретают скорость 20—80 м/с. Скорость полета частиц порошка зависит от соотношения кислорода и горючего газа в смеси, количества обдувающего газа, расстояния от среза сопла, количества вводимого в пламя порошка и его плотности, гранулометрического состава и др.

Материал, используемый для газопламенного напыления покрытий, не должен разлагаться и возгоняться в пламени и должен иметь достаточную разницу между температурами плавления и кипения (более 150—250 °С).

Напыление покрытий плазменно-дуговым методом

Плазменно-дуговой метод заключается в формировании на поверхности детали покрытия из нагретых и ускоренных частиц с применением высокотемпературной плазменной струи, при соударении которых с основой или напыленным материалом происходит их соединение.

Струя дуговой плазмы образуется в плазмотроне за счет нагрева плазмообразующего газа при прохождении через дугу. Температура плазменной струи может составлять 5-10³—55-10³ °С, а скорость истечения достигать 1000—1500 м/с. Попадая в плазменную струю, частицы порошка нагреваются вплоть до стадии плавления и ускоряются, приобретая скорость 50—200 м/с.

Ударяясь о напыляемую поверхность, частицы сцепляются с ней за счет металлургического, механического и других видов взаимодействия.

Материал, используемый для плазменно-дугового напыления покрытий, должен плавиться без разложения и возгонки и, желательно, иметь достаточно большую разницу между температурами плавления и кипения (более 200—300 °С).

Напыление покрытий детонационным методом (ДНП)

Процесс ДНП состоит в формировании на поверхности изделия серией последовательных выстрелов слоя из частиц напыляемого порошка, обладающих достаточным запасом тепловой и кинетической энергии в результате взаимодействия с продуктами детонации взрывчатой смеси.

В зависимости от состава взрывчатой смеси скорость детонационной волны может достигать 3000 м/с, а температура продуктов детонации 3200 °С. В результате взаимодействия с высокотемпературными продуктами детонации частицы напыляемого порошка нагреваются до пластичного или жидкого состояния и, вылетая из ствола, приобретают скорость 500—750 м/с.

Скорость и температура частиц порошка зависят от соотношения кислорода и горючего газа в смеси, их расходов, количества вводимого в ствол порошка, его плотности, гранулометрического состава, конструктивных особенностей установки и др.

Напыление покрытий методом электродуговой металлизации

Электродуговая металлизация заключается в формировании на поверхности детали покрытия из нагретых и ускоренных частиц металла, полученных в результате плавления проволок (за счет энергии горящей между ними электрической дуги) и диспергации расплава струей сжатого газа (воздуха).

Нанесение покрытий методом электронно-лучевого испарения

Метод получения покрытий электронно-лучевым испарением заключается в осуществлении испарения материала покрытия путем электронно-лучевого нагрева, формировании парового потока и конденсации испарившихся атомов на покрываемой поверхности. Процесс происходит в вакууме при рабочем давлении в камере 10^-2—10^-3 Па.

Нанесение покрытий методами высокоскоростного вакуумного распыления

При методах нанесения покрытий высокоскоростным распылением используется эффект разрушения материала мишени ионами с высокой энергией, для получения которых применяют различные генераторы.

К числу таких методов относят магнетронное распыление, применение вакуумного дугового разряда.

Волченко В.Н. "Сварка и свариваемые материалы", т.2.