Plazma paudar spaying characteristics and application георги Томов, Христо Скулев



Дата11.01.2018
Размер71.57 Kb.

ГОДИШНИК НА ТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ – ВАРНА, 2008 г.


ПЛАЗМЕНО ПРАХОВО НАПЛАСТЯВАНЕ – ХАРАКТЕРНИ ОСОБЕНОСТИ И ПРИЛОЖЕНИЕ
PLAZMA PAUDAR SPAYING - CHARACTERISTICS AND APPLICATION
Георги Томов, Христо Скулев

Резюме: В последното десетилетие настъпва криза в металургията и добива на специални стомани и сплави. В световен мащаб намаляват запасите на стратегически метали, което от своя страна прави изработването на изделия от тези метали или техните сплави много скъпо. Един от методите за решаване на този важен проблем се явява термонаоластяването. В това направление плазменото напластяване е практичен и ефективен метод за нанасяне на тънкослойни износо, корозионно и топло устойчиви слоеве върху различни видове метали. Направен е анализ на характерните особености и приложение на метода плазмено прахово напластяване.

Ключови думи: Микроструктура, Никелови сплави, Плазмено напластяване.

Abstract: In the last ten years had came a shortage in metallurgy and production , of special steels and alloys. In global dimension are decreasing the reserves of strategics metals , which from it’s part make the production of articles , from these metals or theirs alloys very expensive. One of methods to resolve this important problem is termalspraying . In that direction plasma spray coating is practical and effective method for introducing wear , corrosion and heat resistant layers on different types of metal substrates. It’s been made analyses of the characteristics speciality and application of the method of plasma sprayed coating.

Keywords: microstructure , Ni alloy , plasma coating
І. ВЪВЕДЕНИЕ

В последните 10 години в световен мащаб намаляват запасите на стратегически метали (Ti, W, V, Co), което от своя страна прави изработването на изделия от тези метали или техните сплави много скъпо[1-5]. За да се постигне ефекта, който целим с използването на тези елементи върху технологичните свойства на изделията, е възможно вместо да изработваме целия детайл от скъпоструващите метали (сплави) да го изработим от по-достъпни суровини (конструкционна стомана или сив чугун) и в последствие върху него да нанесем тънък слой (0,5-2,0 мм) притежаващ съответните технологични свойства. Нанасянето на покрития е непрекъснато развиващ се метод за повърхностно обработване на металите[6-10,19-23]. Изобретяването на първия процес на термично напластяване се приписва на M. Шооп в Швейцария през 1911г. и е познат като пламъчно напластяване. Като метод за повърхностна обработка плазменото напластяване е изобретено значително по-късно – през 1962г. и е патентовано от Р.Гейдж, O.Нестор и Д.Иени [8,11]. Благодарение на постоянно развиващите се технологии и модернизация на оборудването, плазменото напластяване се утвърждава като високо технологичен метод и се вмества във все по-широк диапазон на приложение.


ІІ. анализ

Плазменото напластяване е високотехнологичен метод за повърхностно обработване на материалите[6,7,11,16], осигуряващ получаването на износоустойчиви, корозионноустойчиви, електроизолационни и други видове покрития, съчетано с рязко съкращаване загубата на материали и технологично време, както и даващ възможност да се повиши надеждността и качеството на машините и съоръженията. Тази универсалност се обуславя от следното :

- Сравнително голям диапазон на дебелината на напластените слоеве 0.5-2,5mm;

- Практически без ограничение на използваните материали;

- Възможност за нанасяне на слоеве върху всякакви основи;

- Добра връзка между основата и покритието;

- Липса на деформации и структурни промени в основния материал;

- Възможност за контролиране на микроструктурата и механичните свойства на покритията чрез промяна на технологичните параметри на режима.

Изследванията показват, че смесени кристални и аморфни структори могат да бъдат получени чрез плазмено напластяване при определени условия. Тези структури определят механичните свойства и термичната стабилност на покритието. За покритията на никелова основа кристалната фаза има стенно центрирана кубична структура (fcc). Известно е, че смесената аморфна и кристална структура на никеловата основа има добри механични, физични и химични свойства. Поради тези причини никеловите сплави са често използвани за напластяване върху различни видове основи като например стомана, сив чугун и други, с цел подобряване на повърхностната им твърдост, износо и корозионна устойчивост[10-15].

В практиката Ni-Cr-B-Si сплави обикновено се използват като съставни материали при напластяване с добавки от C, Fe, W и други химични елементи и съединения. Знае се, че добавките от W и WC осигуряват добра износоустойчивост на покритията, CuAlZn осигурява добра пластична и корозионна устойчивост и NiCr и NiAl повишават силата на сцепление и твърдостта при високи температури[7-18].

Микроструктурата показана на фигура 1 е типична за плазменото напластяване.

Фиг1. Микроструктура на плазмено прахово покритие на NiCrBSi
Праховите частици са напластени под формата на светли и тъмни слоеве. Наблюдават се и неразтопените или частично стопени частици. В някои зони по дължината на границите на отделните слоеве се наблюдават пори и шупли с размер до 8 μm. Връзката между основния материал и покритието е много добра, без пукнатини и други дефекти. Все повече се търсят нови възможности за подобряване на процеса и свойствата на получените покрития. Една от възможностите в това направление е оптимизиране на технологичните параметри - силата на тока, количеството на плазмo-образуващите газове, процентното съотношение между основния и допълнителният плазмо-образуващ газ водещо до промяна на мощноста за напластяване. Изменението на тези параметри е лесно, но често води до съществени промени в микроструктурата, фазовия състав и свойствата на покритията[16-20].

На фиг. 2 са показани фотоси на покритията напластени при различни мощности.



а/ b/
Фиг. 2.Плазмено мултифазово покритие Ni-Cr-B-Si-C-Fe a/ P – 25kW; b/ P - 40kW


При мощност на напластяване 17 kW границата между слоевете е ясна изразена, а с повишаване на мощността до 40kW тя се размива. Микроструктурата на плазмено напластения слой показва че получените покрития имат многофазна и нееднородна структура. Хомогенността на получените чрез напластяване слоеве в голяма степен зависят от материала на основата като например полученият върху чугунена основа слой е по-хомогенен в сравнение с напластения върху стомана[17,19].

При плазмено прахово напластяване обикновенно се формират три зони – покритие, междинна или дифузионна зона и основен метал.

Твърдостта на плазмено напластените покрития показва стойности от 420 до 1900 HV като например при напластяване на прахове на никелова основа върху чугун стойностите на твърдостта на покритията са в рамките от 650 до 920 HV, а при напластяване на същите прахове върху стомана стойностите на твърдостта са в границите от 600-689HV(фиг.3).

Фиг. 3. Микротвърдост на напластеното покритие а/ P – 17kW b/ P – 25kW
В някои точки от напластеното покритието са измерени микротвърдости от порядъка на 1500-1700HV. Тези стойности на микротвърдостта показват че след напластяване в покритието има наличие и на карбидни, нитридни и боридни фази.

Резултатите от тестовете за износоустойчивост на плазмено праховите покрития в зависимост от основния материал, върху който те са напластени показват, че основата за напластяване е важен фактор влияещ върху износоустойчивостта. Изследванията показват още, че с повишаване на натоварването износоустойчивостта на плазмено напластените покрития намалява. Установено е че при плазмено напластени покрития на никелова основа има наличие на карбиди и бориди в повърхностите като по време на тестовете за износоустойчивоста концентрацията на тези карбиди и бориди намалява с повишаване на натоварването. Наличието на карбиди и бориди не означава, че фрикционните сили са малки, а че има по-малко повърхностни дефекти и че самите бориди и карбиди определят коефициента на триене ( фиг.4).



Фиг. 4. Карбиди и бориди върху повърхността на плзмено напластено покритие след тест за износване с натоварване 30N (а) и (с); Наслоявания отложени върху меката никелова матрица по време на теста за износване с натоварване 90N(b) и (d).
Разработените технологии за плазмено прахово напластяване се прилагат както при нанасяне на покрития върху ново изработени детайли така и при при възстановяване на различни видове детайли и възли като: колянови валове, разпределителни валове, валове за горивни и маслени сепаратори, турбинни валове, хидравлични помпи високо налягане, елементи от горивна апаратура и други показват високата технико-икономическа ефективност на технологията. Като пример в това направление могат да бъдат посочени разработените и внедрени технологии за плазмено прахово напластяване от фирма Плазма ЕООД където за последните пет години са възстановени 348 бр. колянови вала, 280 разпределителни вала, 48 вала за горивни и маслени сепаратори, 35 турбинни вала, 25 бр. хидравлични помпи АПН-200, 20 бр. горивонагнетателни помпи високо налягане ГНП 800 и много други различни видове елементи (фиг.5).

От посочените колянови вала, 39 бр. са възстановени за фирма БМФ, 13 от тях са калянови валове от дизел генератори с диаметър на шийките над 180 mm. Средният отработен ресурс на всеки един от тях надхвърля 15 000 часа, а монтирани горивонагнетателните помпи високо налягане ГНП 800 са показали висока работоспособност – над 25000 работни часа [24,25].



Фиг.5. Възстановени детайли от КММ чрез плазмено прахово наплстяване - чело на бутало , изпускателен клапан, седла на изпускателни клапани

и колянов вал 5АL 25/30.


ІІІ. изводи

Плазменото напластяване е високотехнологичен метод за повърхностно обработване на материалите, осигуряващ получаването на износоустойчиви, корозионноустойчиви, електроизолационни и други видове покрития. Това е икономична технология водеща до съкращаване на загубата на материали и технологично време. Високата температура на плазмената струя – 18,000-25,000 ºC позволява напластяване на широка гама материали. Този метод вече се е наложил като един от основните методи както в ремонтно-възстановителните дейности, така и в превантивните повърхностни обработки на детайлите с цeл повишаване на експлоатационния им ресурс.


литература:

[1] F. M. Kustas and M. S. Misra, Friction and wear of titanium alloys, ASM Handbook, Vol. 18, ASM International, Metals Park, OH, (1992).

[2] V. M. Fedirko and I. M. Pogrelyuk, Nitriding of titanium and titanium alloys, Naukova Dumka, Kiev, 1995.

[3] B. Bhushan, Principles and Applications of Tribology,Wiley-IEEE, 1999, pp. 904–905.

[4] J. Rodr´ıguez, A. Mart´ın, R. Fern´andez, J.E. Fern´andez, An experimental study of the wear performance of NiCrBSi thermal spray coatings, Wear 255 (2003) 950–955.

[5] C. Navas, R. Colao, J. De Damborenea, R. Vilar, Abrasive wear behavior of laser clad and flame sprayed-melted NiCrBSi coatings, Surf. Coat. Technol. 200 (2006) 6854–6862.

[6] H. Kim, S. Hwang, C. Lee, P. Juvanon, Assessment of wear performance of flame sprayed and fused Ni-based coatings, Surf. Coat. Technol. 172 (2003) 262–269.

[7] R. Gonzalez, M. Cadenas, R. Fern´andez, J.L. Cortizo, E. Rodr´ıguez,Wear behaviour of flame sprayed NiCrBSi coating remelted by flame or by laser, Wear 262 (2007) 301–307.

[8] A. Conde, F. Zubiri, J. de Damborenea, Cladding of NiCrBSi coatings with a high power diode laser, Mater. Sci. Eng. A334 (2002) 233–238.

[9] Q. Li, D. Zhang, T. Lei, C. Chen, W. Chen, Comparison of laser-clad and furnace-melted Ni-based alloy microstructures, Surf. Coat. Technol. 137 (2001) 122–135.

[10] Q. Ming, L.C. Lim, Z.D. Chen, Laser cladding of nickel-based hardfacing alloys, Surf. Coat. Technol. 106 (1998) 174–182.

[11] E. Fern´andez, M. Cadenas, R. Gonz´alez, C. Navas, R. Fern´andez, J. De Damborenea, Wear behaviour of laser clad NiCrBSi coating, Wear 259 (2005) 870–875.

[12] J.M. Miguel, J.M. Guilemany, S. Vizcaino, Tribological study of NiCrBSi coating obtained by different processes, Tribol. Int. 36 (2003) 181– 187.

[13] I. Iliuc, Tribology of Thin Layers, Elsevier, 1980.

[14] I.I. Garbar, Gradiation of oxidational wear of metals, Tribol. Int. 35 (2002) 749–755.

[15] S.C. Lim, The relevance of wear-mechanism maps to mild-oxidational wear, Tribol. Int. 35 (2002) 717–723.

[16] T.F.J. Quinn, Oxidational wear modelling Part III. The effects of speed and elevated temperatures, Wear 216 (1998) 262–275

[17] H. Skulev, S. Malinov, Investigation of phase composition and microstructure of Ti-10V 2Fe-3Al after surface plasma gas nitriding Union of Scientists, Varna, 2005, pp. 31-35.

[18] H. Skulev, A.Rafailov, P. Dichev, Morfology and roughness of Ti-5Al-2Sn-4Zr-2Mo after surface plasma gas nitriding, Acta Universitatis Pontica Euxinus,2007, pp 59-64.

[19] H-J Spies, B. Reinhold and K. Wilsdorf, Gas nitriding-process control and nitriding non-ferrous alloys, Surface Engineering, Vol. 17, pp. 41-54, 2001.

[20] C. Schuh, Modeling gas diffusion into metals with a moving-boundary phase transformation, Metall. Mater. Trans. A 31 A (2000) 2411-2421.

[21] E. Metin, O.T. Inal, Kinetics of layer growth and multiphase diffusion in ion-nitrided titanium Metall. Trans. A 20 A (1989) 1819-1832.

[22] G. Stachowiak, A.W. Batchelor, Engineering Tribology, Elsevier, 2000, p. 433.

[23] H. Skulev, S. Malinov, Investigation of phase composition and microstructure of Ti-8Al-1Mo-1V after surface plasma gas nitriding Union of Scientists, Varna, 2005, pp. 24-30.

[24] H.Skulev, S.Malinov, W.Sha, P.A.M. Basheer, Microstructural and Mechanical Properties of Nickel-base Plasma Sprayed Coatings on Steel and Cast Iron Substrates, Surface & Coatings Technology, Vol. 197, n. 2-3, (2005), pp. 177-184.

[25] H.Skulev, S. Malinov, P. A. M. Basheer, W. Sha, Modifications of Phases, Microstructure and Hardness of Ni-based Alloy Plasma Coatings due to Thermal Treatment, Surface & Coatings Technology, Vol. 185, n. 1, (2004), pp. 18-29.


За контакти:

Георги Томов, студент спец „Корабостроене и морска техника” при МТФ на ТУ-Варна , ул. „Студентска” №1, e-mail: george.tomov@gmail.com


Научен ръководител: Христо Скулев, катедра МТМ при МТФ на ТУ-Варна, ул. „Студентска” № 1, e-mail: skulev@yahoo.com




Каталог: tu-varnascience -> images -> stories -> st sesiq 2008
st sesiq 2008 -> Identification of intramedullary nail holes using cone beam reconstruction and simulation techniques
st sesiq 2008 -> Проучване и анализ на методи за повърхностни и дълбочинни корекции на кожни увреждания research and analysis of methods for surface and skin-deep correction of skin harms
st sesiq 2008 -> Methodology and research of surface hardened layers of steel H12Mf (D2 aisi) Иван Христов Иванов, Стелиан Желев Георгиев
st sesiq 2008 -> Influence of the propeller blades number and the propeller area ratio onto the optimal propellers characteristics
st sesiq 2008 -> Тори каньон – последствия и поуки torrey canyon – outcome and lessons руслан Филипов Резюме
st sesiq 2008 -> Екологичната санитария като подход за превръщане на отпадните материали от водите в ресурси
st sesiq 2008 -> Високоволтов високочестотен електронен трансформатор Даниел Георгиев, Крум Бешински
st sesiq 2008 -> Method of cold burning of fluorescent lamps with low and middle power
st sesiq 2008 -> Aнализ и оценка на микрообкръжавашата среда на функциониране на „манаус комерс” оод analysis and valuation of the micro-ambient surroundings of functioning of “Manaus Komers” Ltd
st sesiq 2008 -> Добромира Николова Хаджиева Резюме: Конволюционното кодиране намира широко приложение в съвременната комуникационна техника. Настоящият доклад


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2019
отнасят до администрацията

    Начална страница