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:
| Дата: | 2011 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2011
|
| Назва видання: | Автоматическая сварка |
| 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| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102921 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1029212025-02-23T18:14:40Z Особенности газотермического напыления покрытий порошковыми проволоками (Обзор) Peculiarities of thermal spraying of coatings using flux-cored wires (Review) Вилаге, Б. Руппрехт, К. Похмурская, А. Научно-технический раздел 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. 2011 Article 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. ru Автоматическая сварка application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел |
| spellingShingle |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел Вилаге, Б. Руппрехт, К. Похмурская, А. Особенности газотермического напыления покрытий порошковыми проволоками (Обзор) 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. |
| format |
Article |
| author |
Вилаге, Б. Руппрехт, К. Похмурская, А. |
| author_facet |
Вилаге, Б. Руппрехт, К. Похмурская, А. |
| author_sort |
Вилаге, Б. |
| title |
Особенности газотермического напыления покрытий порошковыми проволоками (Обзор) |
| title_short |
Особенности газотермического напыления покрытий порошковыми проволоками (Обзор) |
| 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_sort |
особенности газотермического напыления покрытий порошковыми проволоками (обзор) |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2011 |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102921 |
| 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. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT vilageb osobennostigazotermičeskogonapyleniâpokrytijporoškovymiprovolokamiobzor AT rupprehtk osobennostigazotermičeskogonapyleniâpokrytijporoškovymiprovolokamiobzor AT pohmurskaâa osobennostigazotermičeskogonapyleniâpokrytijporoškovymiprovolokamiobzor AT vilageb peculiaritiesofthermalsprayingofcoatingsusingfluxcoredwiresreview AT rupprehtk peculiaritiesofthermalsprayingofcoatingsusingfluxcoredwiresreview AT pohmurskaâa peculiaritiesofthermalsprayingofcoatingsusingfluxcoredwiresreview |
| first_indexed |
2025-11-24T06:05:08Z |
| last_indexed |
2025-11-24T06:05:08Z |
| _version_ |
1849650638423588864 |
| 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
|