Способ электродугового напыления

Способ электродугового напыления покрытий, преимущественно стальных, включающий подачу одного из расходуемых электродов соосно распыляющему газовому потоку и подачу второго расходуемого электрода под углом 20-80^o к первому, регулирование производительности напыления изменением тока дуги и распыление расплавленного металла продуктами сгорания смеси углеводородов с воздухом, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности сцепления покрытий, коэффициент расхода воздуха на сжигание углеводородов поддерживают в пределах 0,75-0,85 по сравнению со стехиометрическим количеством окислителей.

Изобретение относится к технологии электродугового напыления преимущественно стальных покрытий на массово изготовляемые детали машин в основном и ремонтном производстве, в частности к технологии напыления антикавитационных покрытий на детали цилиндро-поршневой группы двигателей внутреннего сгорания (ДВС).
Обеспечивая необходимую для массового производства высокую производительность, технологические процессы такого типа должны обеспечивать и высокое качество покрытий, оцениваемое, как правило, по прочности сцепления материала покрытия с подложкой.
Однако в решении проблемы качества имеется ряд существенных затруднений.
Действительно, "классический" способ электродугового напыления покрытий, предусматривающий подачу проволоки навстречу одна другой, их расплавление в электрической дуге, распыление расплавляемого металла потоком сжатого воздуха, ориентированным поперек дугового промежутка, и подачу частиц расплава в воздухе как транспортном газе к напыляемой детали, не может обеспечить высокое качество сцепления покрытия с подложкой:
во-первых, из-за окисления расплавленных частиц содержащимся в воздухе кислородом, активность которого существенно возрастает из-за диссоциации его молекул в дуговом промежутке;
во-вторых, из-за колебаний размера капель и преобладания в металлогазовом потоке относительно крупных частиц с различным термическим состоянием, что обусловлено неустойчивым горением дуги при ее поперечном обдуве холодным воздухом;
в-третьих, из-за недостаточной для "вбивания" частиц покрытия в материал подложки скорости воздушного потока. Поэтому были предприняты попытки уменьшить окисление частиц расплава в потоке газа и увеличить скорость напыления использованием в качестве распыляющего газа продуктов сгорания углеводородов в воздухе.
Так, известен способ электродугового напыления металлов, в котором проволоки подают в зону горения дуги под равными углами к оси распыляющего потока, в качестве распыляющего газа используют высокотемпературные продукты сгорания углеводородов в воздухе и обдувают дугу этим газом поперек.
Использование высокотемпературных продуктов сгорания уменьшает опасность окисления частиц металлического расплава на их пути к поверхности напыляемой детали.
Однако при этом увеличивается дестабилизирующее воздействие распыляющего потока на электрическую дугу как следствие ее поперечного обдува и отрицательное влияние этого фактора на качество покрытий остается.
Этот недостаток существенно ослаблен в способе-прототипе, известном из нашей более ранней заявки N 4813461/05. Этот способ предусматривает сжигание углеводородного горючего непосредственно перед распылением, расплавлением металла в электрической дуге при подаче одной (боковой) проволоки по отношению к другой (центральной) под углом 20 80^o, распыление получаемого расплава продуктами сгорания, поток которых ориентируют соосно центральному электроду, и обработку покрываемой подложки полученным металлогазовым потоком.
Продольный обдув дугового промежутка распыляющим газом позволяет повысить устойчивость дуги в газовом потоке и снизить затраты электроэнергии на напыление. Однако проблема повышения прочности сцепления покрытия с подложкой осталась нерешенной, поскольку в соответствии с известными рекомендациями для достижения максимума скорости истечения металлогазовой струи необходимо поддерживать избыток окислителя (воздуха) по отношению к его стехиометрическому (расчетному) значению в пределах 1,0 < 1,1, где - коэффициент избытка (недостатка) окислителя.
Естественно, что при таком уровне a продукты сгорания обладают окислительным потенциалом, достаточным для ухудшения прочности сцепления покрытия с подложкой из-за окисления частиц расплавленного металла. Даже при a 1,0 (но все-таки несколько больше единицы) окислительный потенциал распыляющего газа остается существенным из-за диссоциации молекул СО₂ и Н₂О в дуговом промежутке и появления в потоке атомарного кислорода.
Целью изобретения является повышение прочности сцепления покрытия с подложкой при напылении стальных покрытий.
Поставленная цель достигается тем, что в способе электродугового напыления покрытий, преимущественно стальных, включающем подачу одного из расходуемых электродов соосно распыляющему газовому потоку и подачу второго расходуемого электрода под углом 20 80^o к первому, регулирование производительности напыления изменением тока дуги и распыление расплавленного металла продуктами сгорания смеси углеводородов с воздухом, согласно изобретению, коэффициент расхода воздуха на сжигание углеводородов поддерживают в пределах a= 0,75-0,85 по сравнению со стехиометрическим количеством окислителей.
Далее сущность изобретения поясняется примерами осуществления способа на электродуговом распылителе металлов, схема которого показана на чертеже.
Экспериментальный электродуговой распылитель имеет полый асимметричный корпус 1 с плоской задней стенкой 2 и конусообразной сужающей крышкой 3 и центральным сопловым отверстием (каналом). В задней стенке 2 соосно с упомянутым сопловым каналом расположен токоподводящий наконечник 4 с осевым каналом для подачи одного из расходуемых электродов (центрального) в зону распыления. На крышке 3 установлен второй (боковой) вой) токоподводящий наконечник 5 с осевым каналом для подачи второго (бокового) расходуемого электрода в зону плавления. Геометрическая ось канала наконечника 5 наклонена к геометрической оси соплового канала и канала в наконечнике 4 под углом 20 80^o. В камере, образованной обечайкой 6, задней стенкой 2 и крышкой 3 корпуса 1, эквидистантно к стенке обечайки 6 установлена перфорированная перегородка 7. Ее внутренняя полость непосредственно переходит в сопловый канал и оборудована запальником 8. Полость между стенкой обечайки 6 и перфорированной перегородкой 7 штуцером 9 подключена к непоказанному на схеме источнику горючей газовой смеси.
В качестве расходуемых электродов использовали проволоку диаметром 1,2 - 2,0 мм из стали марки 12 18 Н 1 ОТ. Эксперименты проводили при следующих технологических параметрах:
Давление воздуха 0,55 МПА
Давление горючего газа 0,55 МПа
Суммарный расход газов 35 нм³/ч
Коэффициент расхода воздуха на сжигание углеводородов a 0,6 - 1,4
Напряжение дуги 38 В
Ток дуги 175 350 А
В каждой серии сталь напыляли на образцы для определения прочности сцепления (штифтовый метод). Перед напылением поверхности образцов подвергали струйной обработке. Обработку проводили с использованием электрокорунда марки 23 А (ГОСТ 3647-80). Давление сжатого воздуха 0,4 МПа. При этом в одной из серий контролировали параметры:
фактический ток процесса, А;
фактическое напряжение дуги, В;
фактический коэффициент расхода воздуха на сжигание углеводородов.
В качестве критерия оптимальности соотношения газа и воздуха для их сжигания была выбрана величина прочности сцепления покрытия с образцом.
Результаты экспериментов представлены в таблице. ТТТ1
Способ электродугового напыления покрытий. Использование: для напыления стальных покрытий с высокой прочностью сцепления на детали машин. Сущность изобретения: процесс распыления материала расходуемых электродов, расположенных один - соосно газовому потоку, а другой - под углом 20-80^o к первому, осуществляют продуктами сгорания смеси углеводородов с воздухом при коэффициенте расхода воздуха на сжигание углеводородов = 0,75-0,85 по сравнению со стехиометрическим количеством окислителя. 1 табл., 1 ил.