Особенности газотермического напыления покрытий порошковыми проволоками (Обзор)
Рассмотрены методы изготовления и применения порошковых электродных проволок для газопламенного и электродугового напыления покрытий разного назначения. Отмечены возможности применения перспективных порошковых проволок диаметром 2,0 и 2,8 мм для электродугового нанесения покрытий. Показано, что поср...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2011
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102921 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Особенности газотермического напыления покрытий порошковыми проволоками (Обзор) / Б. Вилаге, К. Рупперхт, А. Похмурская // Автоматическая сварка. — 2011. — № 10 (702). — С. 26-30. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859468953065095168 |
|---|---|
| author | Вилаге, Б. Руппрехт, К. Похмурская, А. |
| author_facet | Вилаге, Б. Руппрехт, К. Похмурская, А. |
| citation_txt | Особенности газотермического напыления покрытий порошковыми проволоками (Обзор) / Б. Вилаге, К. Рупперхт, А. Похмурская // Автоматическая сварка. — 2011. — № 10 (702). — С. 26-30. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Рассмотрены методы изготовления и применения порошковых электродных проволок для газопламенного и электродугового напыления покрытий разного назначения. Отмечены возможности применения перспективных порошковых проволок диаметром 2,0 и 2,8 мм для электродугового нанесения покрытий. Показано, что посредством высокоскоростной фотосъемки можно получить важную информацию о характере протекания процесса напыления, который определяет качество покрытий.
Methods of manufacturing and application of flux-cored electrode wires for flame and electric arc spraying of various-purpose coatings are considered. Possibilities of application of promising flux-cored wires of 2.0 to 2.8 mm diameter for electric-arc deposition of coatings are considered. It is shown that high-speed filming can provide important information on the nature of running of the spraying process which determines the coating quality.
|
| first_indexed | 2025-11-24T06:05:08Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.75.042-492
ОСОБЕННОСТИ ГАЗОТЕРМИЧЕСКОГО НАПЫЛЕНИЯ
ПОКРЫТИЙ ПОРОШКОВЫМИ ПРОВОЛОКАМИ (Обзор)
Б. ВИЛАГЕ, К. РУППРЕХТ, инженеры, А. ПОХМУРСКАЯ, д-р техн. наук
(Ин-т материаловедения, Хемницкий техн. ун-т, Германия)
Рассмотрены методы изготовления и применения порошковых электродных проволок для газопламенного и элек-
тродугового напыления покрытий разного назначения. Отмечены возможности применения перспективных порош-
ковых проволок диаметром 2,0 и 2,8 мм для электродугового нанесения покрытий. Показано, что посредством
высокоскоростной фотосъемки можно получить важную информацию о характере протекания процесса напыления,
который определяет качество покрытий.
К л ю ч е в ы е с л о в а : газотермическое напыление, покры-
тия, порошковые проволоки, конструкции проволок, методы
нанесения покрытий
Технология газотермического напыления нашла
широкое промышленное применение, в частнос-
ти, для нанесения износо- и коррозионностойких
покрытий. Согласно данным компании «Linde
AG» [1] одним из наиболее распространенных
расходных материалов для газотермического на-
пыления является проволока, ежегодно ее исполь-
зуется более 50 тыс. т. Это позволило не только
значительно расширить диапазон применения
проволок для электродугового, плазменного и га-
зопламенного термического напыления в срав-
нении со сплошными проволоками, но и изменять
в нужном направлении свойства получаемых пок-
рытий. В связи с этим объем производства по-
рошковых проволок и их ассортимент ежегодно
увеличивается.
Конструкция и материалы порошковых
проволок. Порошковая проволока состоит из обо-
лочки, изготавливаемой из металлической ленты
(стальной, никелевой, кобальтовой и т. д.), и сер-
дечника, представляющего собой порошок одного
или смеси порошков легирующих компонентов
и упрочняющих частиц (ферросплавов, чистых
металлов, карбидов, боридов и т. п.). Существует
несколько конструкций порошковых проволок. На
практике наиболее часто применяют порошковую
проволоку трех типов: со стыком внахлестку, с
плотным стыком и трубчатую.
Основные группы порошковых проволок, при-
меняемых для напыления восстановительных,
коррозионностойких и износостойких покрытий,
приведены в таблице. В настоящее время на рынке
доступны порошковые проволоки на основе железа,
никеля, кобальта и алюминия. Главной областью
применения покрытий из порошковых проволок яв-
ляется защита от разных видов износа, при этом
в основном используют покрытия из высоколеги-
рованных сплавов или покрытия, содержащие твер-
дые частицы, а также псевдосплавы.
Другой важной областью применения покры-
тий из порошковых проволок является защита от
© Б. Вилаге, К. Рупперхт, А. Похмурская, 2011
Примеры применения порошковых проволок для газотермического напыления покрытий
Основа Тип легирования Свойства покрытий и примеры применения
Железо FeCrNiMoSiC Аустенитные сплавы для защиты от износа и коррозии
FeCrAlSi Защита от газовой коррозии при повышенных температурах, хорошая обрабатываемость резанием
Fe + WSC/WC Защита от абразивного износа
Никель NiCr
NiAl
Использование в качестве подслоя для обеспечения адгезии к основному металлу
NiCrB
NiCrBSi
Низкий коэффициент трения. Защита от износа при термических нагрузках, гидро-, газоабразивная
защита, химическая стойкость
Ni + WSC/WC Повышенная стойкость к износу
Кобальт CoCrWFeCSiMn Защита от абразивного износа, граничного трения, кавитации и коррозии
CoCrMoFeNiSiMnC Покрытия с повышенной износо-, термо- и коррозионной стойкостью
Другие Al + Al2O3 Противоскользящие покрытия
Cu + BN Покрытия с эффектом сухой смазки
26 10/2011
коррозии, в том числе и защита от газовой кор-
розии при повышенных температурах, для чего
в основном используют сплавы на основе никеля.
Функциональные покрытия, например, для
улучшения фрикционных свойств поверхностей
трения, получают распылением порошковых про-
волок, в шихту которых входят твердые смазки,
например нитрид бора. В последнее время для
защиты от износа и коррозии поверхностей де-
талей, изготовленных из магниевых сплавов, раз-
работаны алюмокерамические покрытия, напыля-
емые из трубчатых порошковых проволок, шихта
которых состоит из твердых частиц керамики.
Последние могут также применяться как проти-
воскользящие покрытия.
Химический и фазовый состав шихты порош-
ковых проволок может широко варьироваться, что
открывает значительные возможности для разра-
ботки новых систем покрытий и, таким образом,
для дальнейшего расширения области их прак-
тического применения [2].
Методы нанесения покрытий из порошко-
вых проволок. Газопламенное напыление. Для на-
несения покрытий из порошковых проволок при-
меняют горелки, предназначенные для напыле-
ния сплошными проволоками (рис. 1).
Процесс плавления порошковых проволок нес-
колько отличается от плавления проволок сплош-
ного сечения. С уменьшением толщины оболочки
порошковой проволоки, равно как и с уменьшением
плотности ее заполнения, заостренный вид оплав-
ленного конца проволоки переходит в более ко-
роткий закругленный или срезанный (рис. 2, а, г).
Для обжимающего потока газа, который фор-
мируется в этой зоне, характерна повышенная
турбулентность по сравнению с потоком, форми-
рующимся при оплавлении проволоки сплошного
сечения (рис. 2, б, д). Это приводит к расширению
струи расплавленных частиц и, как следствие, к
повышенной неоднородности микроструктуры
напыленного покрытия (рис. 2, в, е). В микрос-
труктуре покрытия, нанесенного сверхзвуковым
газопламенным (HVOF) методом с использо-
ванием порошковой проволоки, соответствующей
по химическому составу аустенитной нержавею-
щей стали AISI 316L (рис. 2, в), видны включения
больших частиц материала оболочки (светлые об-
ласти в покрытии), которые не успели полностью
сплавиться с материалом шихты в дуге в процессе
распыления. Такое увеличение неоднородности
структуры покрытий может негативно сказывать-
ся на их эксплуатационных характеристиках [4].
Рис. 1. Схема газопламенной горелки согласно норме DIN EN
657 [3]: 1 — сжатый воздух; 2 — горючий газ; 3 — кислород;
4 — проволока или пруток; 5 — протяжный механизм; 6 —
напыляемое покрытие; 7 — подложка; 8 — оплавляемый
конец проволоки; 9 — поток расплавленных частиц
Рис. 2. Фрагменты высокоскоростной съемки процесса напыления (HVOF) порошковой проволокой AISI 316L (а) и
проволокой сплошного сечения (г), вид оплавленных концов проволок (б, д) и микроструктуры покрытий (в, е)
10/2011 27
Анализ особенностей процесса напыления и
соответствующей микроструктуры покрытий, на-
пыленных методом высокоскоростного газопла-
менного напыления порошковых проволок сос-
тава AISI 316L различной конструкции (со стыком
внахлестку, с плотным стыком и бесшовной труб-
чатой), а также сплошной проволоки, приведен
в работе [4].
Электродуговое напыление. Для нанесения
покрытий из порошковых проволок методом элек-
тродугового напыления (электродуговой металли-
зации) используют пистолеты, применяющиеся
для распыления проволок сплошного сечения. На
рис. 3 представлена схема электродугового на-
пыления.
Метод электродугового напыления применим
для напыления электропроводных материалов и
соответственно может быть использован для на-
несения покрытий из порошковых проволок в ме-
таллической оболочке. Существенным преиму-
ществом напыления порошковых проволок по
сравнению с проволоками сплошного сечения яв-
ляется возможность введения с состав порошко-
вой смеси компонентов, стабилизирующих горе-
ние электрической дуги, что позволяет улучшить
качество напыляемого покрытия.
При напылении металла типа аустенитной нер-
жавеющей стали AISI 316L как в виде сплошной,
так и порошковой проволоки с соответствующей
оптимизацией параметров процесса электродуго-
вого напыления, возможно нанесение покрытий
хорошего качества с очень низкой пористостью
(рис. 4).
Оптимизация электродугового напыления по-
рошковых проволок большого диаметра. В нас-
тоящее время на рынке имеется широкий спектр
порошковых проволок для напыления покрытий
различного назначения. При этом почти все про-
волоки для газотермического нанесения износос-
тойких покрытий выпускают диаметром 1,6 мм
(например, продукция фирм «TAFA», «Castolin»,
«Praxair», «Sultzе Metco» и др). Сравнительно не-
высокий коэффициент заполнения проволоки та-
кого диаметра шихтой ограничивает возможности
введения в покрытие большей концентрации ле-
гирующих элементов и упрочняющих частиц. По-
этому для расширения возможностей создания но-
вых композиционных составов порошковых про-
волок, а также с целью повышения производитель-
ности процесса электродугового напыления пред-
ставляет интерес изучение особенностей распыле-
ния порошковых проволок большего диаметра.
В работе изучено влияние рабочего тока, дис-
танции напыления и других параметров на про-
цесс структурообразования покрытия и окисление
расплавленных частиц в процессе напыления. Ис-
Рис. 3. Схема электродугового напыления порошковыми про-
волоками пистолетом согласно DIN EN 657 [3]: 1 — сжатый
воздух; 2 — питание; 3 — контактные трубки; 4 — проволо-
ки; 5 — протяжный механизм; 6 — напыляемое покрытие;
7 — подложка; 8 — оплавляемые концы проволок; 9 — поток
расплавленных частиц
Рис. 4. Фрагмент высокоскоростной съемки процесса электродугового напыления порошковой AISI 316L (а) и проволокой
сплошного сечения (в) и микроструктуры покрытия (б, г)
28 10/2011
пользовали порошковые проволоки диаметром 2,0
и 2,8 мм на основе железа для электродугового
напыления, обеспечивающие следующий хими-
ческий состав, мас. %: 6…7 Cr; <1 Mo; <1 V;
1% Al для диаметра проволоки 2,0 и 1…2 Al
(2,8 мм); <1 (1…2) Si; 1(1…2) Mn. Порошковые
проволоки диаметром 2,0 и 2,8 мм имели близкий
химический состав, однако в проволоке большего
диаметра содержалась небольшая добавка флюса.
Для электродугового напыления использован
пистолет фирмы «OSU» с распылительной голов-
кой LD/U2. В процессе напыления изменяли зна-
чение сварочного тока и дистанцию напыления
при сохранении остальных параметров. Парамет-
ры электродугового напыления покрытий из по-
рошковых проволок диаметром 2,0 и 2,8 мм сле-
дующие: сварочный ток 100…150 А; напряжение
25 В; давление распыляющего газа 35 МПа; дис-
танция напыления 80, 100, 120 мм. Поверхность
стальной подложки перед напылением подвергали
дробеструйной обработке [5]. При напылении
обоих типов проволоки получили плотные пок-
рытия с хорошей адгезией к подложке. Детальный
анализ плавления проволок в процессе распыле-
ния в электрической дуге проводили с помощью
высокоскоростной цифровой камеры. Показано,
что процесс распыления порошковых проволок
большего диаметра имеет стабильный характер.
При этом на концах проволоки наблюдалось рав-
номерное конвекционное перемешивание расп-
лавленного материала с незначительными флук-
туациями в потоке частиц. Благодаря высокой раз-
решающей способности фотосъемки (10000
кадр./с) установлено, что в процессе напыления
Рис. 5. Последовательность снимков высокоскоростной цифровой фотосъемки процесса электродугового напыления порош-
ковой проволоки диаметром 2,8 мм (стрелка — направление напыления)
Рис. 6. Микроструктуры покрытий, полученных электродуговым напылением порошковых проволок диаметром 2,0 (а, б) и
2,8 мм (в, г), полученные с помощью электронной микроскопии во вторичных (а, в) и обратно-рассеянных электронах (б, г).
Параметры напыления: дистанция напыления 120 мм; сила тока 150 А
10/2011 29
толстых порошковых проволок наблюдается зна-
чительное переменное смещение точки основания
дуги, что обеспечивает равномерный нагрев про-
волоки (рис. 5).
При распылении проволоки меньшего диамет-
ра наблюдается тенденция к значительному из-
менению длины электрической дуги, особенно в
моменты после отрыва крупных частиц металла,
что увеличивает нестабильность процесса напы-
ления.
При этом расстояние между концами порош-
ковых проволок меньшего диаметра при напы-
лении изменяется более заметно, чем при рас-
пылении порошковых проволок большего диамет-
ра. Проволоки меньшего сечения привносят мень-
шее возмущение в потоке распыления частиц, что
положительно влияет на дивергенцию распыля-
емого потока.
В результате проведенных исследований ус-
тановлено, что использование порошковых про-
волок большего диаметра в электродуговом на-
пылении не обязательно влечет за собой ухуд-
шение качества покрытия. Более того, при рас-
пылении порошковой проволоки большего диа-
метра получена более гомогенная микроструктура
покрытия. Характерной особенностью распыле-
ния порошковой проволоки большего диаметра
является то, что расплав шихты и оболочки на-
ходится достаточно продолжительное время в
объеме, ограниченном внешними краями прово-
локи, что способствует более полному расплаву
материала и гомогенизации этого расплава, что
в итоге приводит к снижению пористости пок-
рытий (рис. 6).
Анализ химического состава напыленных пок-
рытий, проведенный с помощью энергодиспер-
сионной рентгеновской спектроскопии, позволяет
получить отчетливую зависимость склонности
покрытий к окислению, которая выражается со-
держанием кислорода в покрытиях, полученных
из порошковых проволок обоих диаметров, от па-
раметров напыления (рис. 7).
Увеличение дистанции напыления приводит к
более интенсивному окислению покрытий, пос-
кольку время пребывания расплавленных частиц
в распыляемом потоке увеличивается. В то же
время влияние повышения силы тока на процесс
окисления заметно только для проволоки боль-
шего диаметра, содержащей флюс.
В заключение можно отметить, что электро-
дуговым напылением порошковых проволок на
основе железа большего диаметра могут быть по-
лучены качественные бездефектные покрытия с
гомогенной микроструктурой и низкой порис-
тостью. С использованием высокоскоростной
цифровой фотосъемки изучены особенности фор-
мирования расплава в процессе напыления и ус-
тановлены закономерности структуробразования
покрытий.
1. Thermisches Spritzen — Potenziale, Entwicklungen, Maеrk-
te / B. Wielage, K. Bobzin, C. Rupprecht, M. Bruhl // Thermal
Spray Bulletin 1. — DVS Verlag. — 2008. — S. 30–36.
2. Lugscheider F.-W. Bach. Handbuch der thermischen Spritz-
technik, Technologien-Werkstoffe-Fertigung, Fachbuchreihe
Schweiβtechnik, Band 139 // Ibid. — 2002.
3. DIN EN 657. Thermisches Spritzen — Begriffe, Einteilung.
4. Einsatzmoеglichkeiten des HVOF-Drahtspritzens, Tagungs-
band 7 / B. Wielage, K. Landes, C. Rupprecht, S. Zimmer-
mann // HVOF Kolloquium. — 2006. — S. 81–88.
5. DIN EN 13507. Thermisches Spritzen — Vorbehandlung
von Oberflaеchen metallischer Werkstuеcke und Bauteile
fuеr das thermische Spritzen.
Methods of manufacturing and application of flux-cored electrode wires for flame and electric arc spraying of various-purpose
coatings are considered. Possibilities of application of promising flux-cored wires of 2.0 to 2.8 mm diameter for electric-arc
deposition of coatings are considered. It is shown that high-speed filming can provide important information on the
nature of running of the spraying process which determines the coating quality.
Поступила в редакцию 14.06.2011
Рис. 7. Влияние силы тока (a — 100, б — 150 А) и дистанции напыления на содержание кислорода в покрытиях, полученных
электродуговым напылением покрытий из порошковых проволок разного диаметра
30 10/2011
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102921 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-24T06:05:08Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Вилаге, Б. Руппрехт, К. Похмурская, А. 2016-06-13T03:56:26Z 2016-06-13T03:56:26Z 2011 Особенности газотермического напыления покрытий порошковыми проволоками (Обзор) / Б. Вилаге, К. Рупперхт, А. Похмурская // Автоматическая сварка. — 2011. — № 10 (702). — С. 26-30. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102921 621.791.75.042-492. Рассмотрены методы изготовления и применения порошковых электродных проволок для газопламенного и электродугового напыления покрытий разного назначения. Отмечены возможности применения перспективных порошковых проволок диаметром 2,0 и 2,8 мм для электродугового нанесения покрытий. Показано, что посредством высокоскоростной фотосъемки можно получить важную информацию о характере протекания процесса напыления, который определяет качество покрытий. Methods of manufacturing and application of flux-cored electrode wires for flame and electric arc spraying of various-purpose coatings are considered. Possibilities of application of promising flux-cored wires of 2.0 to 2.8 mm diameter for electric-arc deposition of coatings are considered. It is shown that high-speed filming can provide important information on the nature of running of the spraying process which determines the coating quality. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Особенности газотермического напыления покрытий порошковыми проволоками (Обзор) Peculiarities of thermal spraying of coatings using flux-cored wires (Review) Article published earlier |
| spellingShingle | Особенности газотермического напыления покрытий порошковыми проволоками (Обзор) Вилаге, Б. Руппрехт, К. Похмурская, А. Научно-технический раздел |
| title | Особенности газотермического напыления покрытий порошковыми проволоками (Обзор) |
| title_alt | Peculiarities of thermal spraying of coatings using flux-cored wires (Review) |
| title_full | Особенности газотермического напыления покрытий порошковыми проволоками (Обзор) |
| title_fullStr | Особенности газотермического напыления покрытий порошковыми проволоками (Обзор) |
| title_full_unstemmed | Особенности газотермического напыления покрытий порошковыми проволоками (Обзор) |
| title_short | Особенности газотермического напыления покрытий порошковыми проволоками (Обзор) |
| title_sort | особенности газотермического напыления покрытий порошковыми проволоками (обзор) |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102921 |
| work_keys_str_mv | AT vilageb osobennostigazotermičeskogonapyleniâpokrytiiporoškovymiprovolokamiobzor AT rupprehtk osobennostigazotermičeskogonapyleniâpokrytiiporoškovymiprovolokamiobzor AT pohmurskaâa osobennostigazotermičeskogonapyleniâpokrytiiporoškovymiprovolokamiobzor AT vilageb peculiaritiesofthermalsprayingofcoatingsusingfluxcoredwiresreview AT rupprehtk peculiaritiesofthermalsprayingofcoatingsusingfluxcoredwiresreview AT pohmurskaâa peculiaritiesofthermalsprayingofcoatingsusingfluxcoredwiresreview |