Электродуговая металлизация

Металлизация - прогрессивный технологический процесс, обеспечивающий длительную и надёжную коррозионную стойкость металлоконструкций и металлоизделий любых габаритов, в различных условиях эксплуатации с 30-50-летней гарантией срока защиты от коррозии без обслуживания.

Сущность процесса состоит в напылении коррозионностойких алюминиевых, цинковых и прочих покрытий с использованием малогабаритных горелок (плазмотронов).

Цель процесса - защита от коррозии металлоизделий, находящихся в различных условиях эксплуатации: воздушной, промышленной, морской атмосферах;

Эффект от напылённого покрытия достигается за счет использования процесса катодной защиты от коррозии металла, для чего на поверхность изделия наносится покрытие из материала, имеющего более электроотрицательный электродный потенциал. В этом случае металлизационное покрытие, выполняя функцию анода, «жертвует» собой в пользу катода (стали). В результате оно становится непроницаемым для влаги, а доступ кислорода к основному металлу полностью прекращается, что обеспечивает надёжную защиту металла от коррозии. В случае механического нарушения напыленного покрытия срабатывает эффект самозалечивания.

Процесс металлизации проводится при атмосферном давлении и состоит из операций абразивно-струйной обработки и непосредственно - металлизации.

По сравнению с аналогами - гальваническими, термодиффузионными, лакокрасочными покрытиями, - процесс газотермического напыления (металлизации) имеет преимущества:

• более длительный срок службы защищаемого изделия, часто равный сроку его эксплуатации;
• возможность напыления покрытия на детали любых габаритов и сложной конфигурации;
• шероховатость поверхности напыляемого металла увеличивает трение в болтовых соединениях и, таким образом, снижает вероятность образования фреттинг-коррозии;
• возможность получения покрытий, значительно большей толщины, чем при горячем погружении в расплав;
• возможность обеспечения дополнительной защиты зон сварки;
• экологическая чистота процесса в связи с отсутствием отходов производства.

Наша компания предлагает Вам пакет услуг по восстановлению упрочнению и приданию специальных свойств рабочим поверхностям деталей, инновационными методами которые помогут значительно снизить расходы на ремонт вашей техники и продлят срок её службы в несколько раз.

Основными задачами нашей фирмы являются восстановление и упрочнение деталей, узлов и механизмов, подверженных абразивному и коррозийному износу: шеек коленчатых валов, посадочных мест под подшипники, корпусов гидроцилиндров, штоков гидроцилиндров, рабочих колес, лопаток, корпусов насосов, торцевых уплотнений насосов, затворов, задвижек, подшипников скольжения, шнеков и т.д.

Областями применения являются практически все отрасли хозяйства, в которых используются различные машины и силовые агрегаты.

На производственном участке компании  осуществляются работы по технологиям:

 Электродуговая металлизация
Этот способ нанесения покрытий очень перспективен. Преимуществами электродуговой металлизации являются высокая производительность нанесения покрытий, получение покрытий в несколько миллиметров, высокая износостойкость (в 1,5-2 раза выше новой детали), простота и технологичность процесса, возможность нанесения покрытия на одну поверхность различных наплавочных материалов. Областью рационального применения электродуговой металлизации является антикоррозионная защита алюминием и цинком трубопроводов, цистерн, емкостей, металлоконструкций животноводческих комплексов кормоприготовительных цехов, агрохимического оборудования. Преимущества электродуговой металлизации (ЭМ) перед другими методами нанесения металлопокрытий:

• универсальность (восстановление деталей, антикоррозионная защита, декоративные покрытия, алитирование, псевдосплавы);
• высокая производительность (до 20 кг/час);
• детали не деформируются (температура нагрева 120-140 °С);
• сохранение усталостной прочности;
• низкая себестоимость (в 2 раза ниже наплавки);
• низкая энергоемкость (потребляемая энергия 9 Квт);
• простота и технологичность (не требуется высокая квалификация исполнителя);
• Специфическая структура покрытия, обеспечивающая хорошую масловпитываемость и соответственно высокую износостойкость (в 1,5 раза выше закаленной ст. 45).

Данный метод применяется для восстановления деталей, таких как:

• коленчатые валы двигателей КАМАЗ и другой автотракторной, тепловозной, компрессорной техники;
• тормозные барабаны, тормозные диски, диски сцеплений, тормозные шкивы метрополитена;
• алюминиевые головки блока цилиндров (плоскость разъема);
• шатуны двигателей (нижняя головка);
• гильзы цилиндров (внутренняя и наружная поверхности);
• валы роторов, стартеров, электродвигателей, шкворней, гидроштоков, прокатные валы шинных заводов и другие деталей типа «вал» любого заводского оборудования;
• блоки цилиндров любых типоразмеров (опоры коренных подшипников).

Долговременная антикоррозионная защита алюминием способом ЭМ применяется для труб для животноводческих ферм, подземных и наземных теплотрасс и холодного водоснабжения, газонефтепроводов, металлоконструкций гидросооружений, диффузионных агрегатов сахарных заводов, мостов, корпусов судов, коптильных камер, вентиляционных систем, глушителей, газоотводных труб, коллекторов и деталей кузовов автотракторной техники, машин по внесению удобрений и оборудования химических производств с дополнительными покрытиями лакокрасочными материалами или с последующим газо-термическим напылением полиэтилена в зависимости от условий эксплуатации (степени агрессивности среды).

Плазменное напыление
Плазменное напыление является одним из наиболее интересных и эффективных способов нанесения защитных и упрочняющих покрытий на поверхность деталей. Это процесс, при котором наносимый материал в виде порошка или проволоки вводится в струю плазмы и нагревается в процессе движения с потоком газа до температур, превышающих температуру его плавления, и разгоняется в процессе нагрева до скоростей порядка нескольких сотен м/с. Плазменное напыление является одним из наиболее распространенных и сложных процессов плазменной обработки. По степени распространенности оно уступает плазменной резке, но является более сложным в силу круга решаемых задач, состава плазмообразующих газов и смесей и бесконечного разнообразия наносимых материалов. Даже перечень классов плазменных покрытий выглядит весьма внушительно.

Покрытия бывают:

• коррозионностойкими - для работы в агрессивных жидкостях и газах, при низких, нормальных и высоких температурах, в кислотах и щелочах, в растворах и расплавах солей и металлов, в условиях дополнительного эрозионного, фрикционного или абразивного износа, с наличием дополнительного электрохимического взаимодействия или без и так далее;
• износостойкими в условиях сухого трения или со смазкой, при малых и больших давлениях и удельных нагрузках, при низких и высоких скоростях перемещения, при низких и высоких температурах и т.д.
• электроизоляционными и электропроводными в самых разных условиях;
• фрикционными и антифрикционными при самых различных нагрузках и условиях трения;
• декоративными;
• каталитическими и ингибиторными, разделительными, магнитными и магнитопрозрачными.

Чтобы не заниматься дальнейшим перечислением, можно сказать: при наличии любой проблемы, связанной с недостаточным сроком службы той или иной детали, почти всегда можно найти или создать материал, более полно отвечающий условиям работы напряженной детали, чем исходный материал и, значит, нанести его методом плазменного напыления в качестве упрочняющего покрытия.

Номенклатура материалов для напыления и наплавки, предлагаемых ведущими фирмами насчитывает сотни наименований и постоянно расширяется по мере появления и решения новых практических задач.

Очень внушительно выглядит перечень восстанавливаемых и упрочняемых деталей:

• штоки гидроцилиндров;
• посадочные поверхности валов под подшипники и запрессовку;
• роторные валы и крышки электродвигателей;
• роторы и коленчатые валы;
• подшипники скольжения компрессоров;
• валы полиграфического и бумажного производства;
• валы, муфты насосов;
• защитные втулки;
• тормозные диски;
• винтовые транспортеры;
• ролики рольганов;
• детали ворсовальных станков и прядильно-ткацкого оборудования
• пиноли и направляющие станков;
• лопатки турбин, компрессоров и вентиляторов;
• коленчатые валы;
• подшипники скольжения с антифрикционным слоем на основе бронз, баббитов;
• барабаны помольных мельниц;
• штампы;
• литейные оборудование и формы;
• быстроизнашиваемые детали полиграфического оборудования и другие.

Срок эксплуатации большей части выбраковываемых деталей может быть продлен нанесением противоизносных и защитных покрытий. Подбор оптимального материала покрытия для конкретных условий работы детали позволяет не только восстановить изношенную деталь, но и увеличить срок службы в несколько раз. Нагрев деталей при восстановлении - не более 150 °С; тем самым гарантируется отсутствие температурных деформаций и структурных изменений металла восстанавливаемых деталей.

Восстановление изношенных и упрочнение вновь изготавливаемых деталей машин и механизмов методами плазменного напыления и плазменной наплавки, работающих в условиях трения, кавитации, термоциклирования, коррозии и других видов изнашивания. 

Высокоскоростное напыление(HVOF)
В основе метода лежит нагрев порошковых частиц и их  нанесение со скоростью 2000 м/с на поверхность детали. Частицы порошка посредством газовой струи переносятся на деталь, обладая высокой кинетической энергией, которая при ударе о подложку превращается в тепловую. В качестве напыляемых материалов используются различные металлические и металлокерамические порошки.

Данный метод позволяет наносить покрытия толщиной от 50 мкм до  нескольких миллиметров. Оптимальную же толщину покрытия следует выбирать в каждом конкретном случае исходя из  эксплуатационных, технологических и экономических соображений. Так, например, при защите от коррозии оптимальная толщина покрытия варьируется в диапазоне от 150 до 350 мкм. При нанесении износостойких покрытий толщина покрытия выбирается в  диапазоне от 300 до 600 мкм. При восстановлении деталей толщина покрытия может быть значительно больше оптимальных значений.

Этим методом может быть нанесено покрытие на сталь, чугун и  цветные металлы. Материал покрытия - металлы и сплавы. Кроме того, данный метод позволяет наносить высококачественные покрытия из металлокерамики (карбид вольфрама, карбид хрома и др.  с микротвердостью до 74 HRC), обладающей высокой твердостью. Такой ассортимент материалов позволяет обеспечить очень широкий спектр свойств покрытий. В подавляющем большинстве случаев путем подбора покрытия достигается многократное увеличение ресурса новых деталей. Применение современных высококачественных газотермических покрытий позволяет эффективно решать ряд проблем - износ трущихся деталей, снижение коэффициента трения, гидроабразивный износ, коррозию и др.

Высокоскоростной метод напыления позволяет получить более плотное в 1,5-3 раза прилегание покрытия, меньшую в 5-12 раз пористость и большую твердость, повышает эксплуатационные характеристики. Качество покрытий обеспечивается промышленным контролером КОYО и  компьютерным заданием режимов напыления.

Устраняемые дефекты:

• износ (механический, коррозионный и эрозионный);
• деформации (восстановлением геометрических размеров)

Материалы покрытий:

• основной материал детали;
• карбиды (вольфрама, кобальта, хрома), нихром;
• баббиты;
• бронзы;
• антифрикционные (дисульфид молибдена и др.);
• керамические.

Характеристики покрытий:

• увеличение износостойкости более, чем в 1,5 раза;
• увеличение коррозионной стойкости в 2 и более раз;
• восстановление износа посадочных и трущихся поверхностей от  10 мкм до 5...10 мм по диаметру с  плотностью покрытия 99 %

Примеры деталей, восстанавливаемых методом высокоскоростного газотермического напыления

• Штоки, плунжеры, приводы. Восстановление и упрочнение рабочих поверхностей плунжеров и штоков насосно-компрессорной техники. Позволяет экономить средства на импортозамещении.
• Корпуса, втулки и рабочие аппараты УЭЦН. Защита от коррозии и износа корпусов и рабочих аппаратов УЭЦН (погружные насосы), работающих в среде с высоким содержанием H₂S.
• Запорная арматура (шаровая, шиберная, клиновая). Восстановление деталей запорной арматуры методом высокоскоростного газотермического напыления позволяет продлять их ресурс более чем в 2 раза.
• Подшипники скольжения. Восстановление баббитового слоя методом газотермического напыления позволяет избежать возникновения пор и  раковин, присущих методу заливки.
• Посадочные места и детали насосов, компрессоров, электродвигателей. Восстановление посадочных мест под муфты, шестерни, зубчатые колеса и т.п. методом газотермического напыления взамен наплавки, позволяет избежать термических поводок деталей и структурных изменений в  материале основы из-за отсутствия нагрева деталей при напылении выше 150 °С.

Газопламенное напыление полимеров
Напыление полимеров - метод получения тонкослойных покрытий и  тонкостенных изделий путём нанесения порошкообразных полимерных композиций на поверхность детали или формы.

Сплошная защитная плёнка (или стенка изделия) образуется при нагревании детали (или формы) с нанесённым слоем порошка выше температуры плавления полимера или при выдержке в парах растворителя, в  котором полимер набухает. В промышленности применяют различные способы напыления полимеров: газопламенное, вихревое, в  электрическом поле, комбинацию двух последних (так называемое электровихревое); менее распространены струйное, плазменное и некоторые др.  При газопламенном напылении полимеров порошок распыляют специальным пистолетом, который смонтирован вместе с газовой горелкой автогенного типа. Попадая на деталь, частицы порошка сплавляются, образуя сплошной слой. Струйное напыление полимеров заключается в распылении порошка специальным пневматическим распылителем, плазменное - в его распылении при кратковременном воздействии ионизованного газа (плазмы) с температурой 15 000-30 000°С.

Методом напыления полимеров получают антикоррозионные, декоративные, электро-, тепло и звукоизоляционные покрытия по металлу, бетону, стеклу, керамике, а также некоторые полые крупногабаритные изделия, например ёмкости. Трудоёмкость метода меньше трудоёмкости получения лакокрасочных покрытий в 2-3 раза, гальванических - в 5-10 раз. Для напыления полимеров используют широкий ассортимент порошковых материалов, в том числе на основе полимеров с высокой температурой плавления, например фторопластов. Эти не содержат органических растворителей, что важно с экономических и санитарно-гигиенических точек зрения. При напыления полимеров необходимо соблюдать правила защиты от статического электричества, использовать герметизированное оборудование, осуществлять дистанционный контроль и управление. Напыление полимеров начали применять в промышленности в 1950-е гг. В 1972 в промышленно развитых странах Западной Европы этим методом получали около 14 % защитных покрытий. [

 Наплавка
Большое количество деталей машин и механизмов выходит из строя в  процессе эксплуатации вследствие истирания, ударных нагрузок, эрозии и  т. д. Современная техника располагает различными методами восстановления и упрочнения деталей для повышения срока их службы. [

Одним из методов восстановления и упрочнения деталей является наплавка. Наплавка - это нанесение слоя металла на поверхность заготовки или изделия посредством сварки плавлением. Различают наплавку восстановительную и изготовительную.

Восстановительная наплавка применяется для получения первоначальных размеров изношенных или поврежденных деталей. В этом случае наплавленный металл близок по составу и механическим свойствам основному металлу.

Изготовительная наплавка служит для получения многослойных изделий. Такие изделия состоят из основного металла (основы) и  наплавленного рабочего слоя. Основной металл обеспечивает необходимую конструкционную прочность. Слой наплавленного металла придает особые заданные свойства: износостойкость, термостойкость, коррозионную стойкость и т.д. Таким образом наплавку производят не только при восстановлении изношенных, но и при изготовлении новых деталей машин и механизмов. Наиболее широко наплавка применяется при ремонтных работах. Восстановлению подлежат корпусные детали различных двигателей внутреннего сгорания, распределительные и коленчатые валы, клапаны, шкивы, маховики, ступицы колес и т.д. наплавку можно производить почти всеми известными способами сварки плавлением. Каждый способ наплавки имеет свои достоинства и недостатки. Важнейшие требования, предъявляемые к наплавке, заключаются в следующем:

1. минимальное проплавление основного металла;
2. минимальное значение остаточных напряжений и  деформаций металла в зоне наплавки;
3. занижение до приемлемых значений припусков на последующую обработку деталей.

Однако не все способы наплавки могут обеспечить выполнение предъявляемых требований. Выбор способа наплавки определяется возможностью получения наплавленного слоя требуемого состава и механических свойств, а  также характером и допустимой величиной износа. На выбор способа наплавки оказывают влияние размеры и конфигурация деталей, производительность и доля основного металла в наплавленном слое. Несмотря на невысокие показатели приведенных характеристик ручная дуговая наплавка штучными электродами является наиболее универсальным способом, пригодным для наплавки деталей различных сложных форм и может выполняться во всех пространственных положениях.

Для наплавки используют электроды диаметром 3-6 мм.  При толщине наплавленного слоя до 1,5 мм применяются электроды диаметром 3 мм, а при большей толщине - диаметром 4-6 мм. Для обеспечения минимального проплавления основного металла при достаточной устойчивости дуги плотность тока составляет 11-12 А/мм².

Основными достоинствами ручной дуговой наплавки являются универсальность и возможность выполнения сложных наплавочных работ в  труднодоступных местах. Для выполнения ручной дуговой наплавки используется обычное оборудование сварочного поста.

К недостаткам ручной дуговой наплавки можно отнести относительно низкую производительность, тяжелые условия труда из-за повышенной загазованности зоны наплавки, а также сложность получения необходимого качества наплавленного слоя и большое проплавление основного металла.

Для ручной дуговой наплавки применяют как специальные наплавочные электроды, так и обычные сварочные, предназначенные для сварки легированных сталей (ГОСТ 1005-75). Выбор электрода для наплавки определяется составом основного металла.

Например, для наплавки слоя низколегированной стали с содержанием углерода менее 0,4 % применяются электроды следующих марок: 03Н-250У; ОЗН-ЗООУ; ОЗН-350У; ОЗН-400У и др. В маркировке буква Н обозначает «наплавочный». Для наплавки слоя низколегированной стали с  содержанием углерода более 0,4 % применяются электроды: ЭН60М, ОЗШ-3, 13КН/ЛИВТ и др.

Для восстановления размеров изношенных деталей помимо электродов и  присадочных прутков применяют наплавочные проволоки Нп-30; Нп-40; Нп-50 и т.д. Для наплавки штампов применяют легированные наплавочные проволоки Нп-45×4ВЗФ , Нп-45×2В8Т и др. (Нп - обозначает наплавочная).

Для износостойкой наплавки широкое применение находят порошковые проволоки в соответствии с ГОСТ 2601-84. Например, для наплавки деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания с умеренными ударными нагрузками применяют порошковые проволоки следующих марок: ПП-Нп-200×12М; ПП-Нп-200×12ВФ и т.д. (ПП  обозначает «проволока порошковая»).

 Микродуговое оксидирование
В настоящее время метод МДО является наиболее перспективным по сравнению с существующими технологиями нанесения покрытий на алюминиевые и  магниевые сплавы и позволяет получать покрытия с высокими механическими, диэлектрическими и теплостойкими свойствами. Покрытия на алюминиевых и магниевых сплавах по износостойкости превышают все существующие материалы, используемые в современной технике. Например, при одинаковой микротвердости с корундом износостойкость покрытий, полученных этим методом, может быть в несколько раз выше.

Основные области применения:

• нефте- и угледобывающая промышленность - создание коррозионностойких и износостойких покрытий для бурового, угле- и нефтедобывающего, нефтеперерабатывающего оборудования;
• ракетостроение - создание тепло-эрозионностойких и  износостойких покрытий для ракетных двигателей;
• машиностроение - пары трения, подшипники скольжения, зубчатые передачи, поршни, цилиндры, торцевые уплотнения для двигателей внутреннего сгорания, станков и машин различного назначения в судостроении, авиационной промышленности, детали для сельскохозяйственной техники;
• металлургия - постоянная литейная оснастка, выплавляемые литейные стержни, футеровка печей, тепловые экраны и др.;
• легкая промышленность - нитеводители, челноки и другие детали текстильного и швейного оборудования;
• медицина - хирургические эндопротезы.

Аналогами метода являются обычное анодирование, искровое оксидирование, плазменное, плазматронное, детонационное напыление. Основными преимуществами микроплазменного оксидирования являются:

• возможность создания сверхпрочных покрытий, уступающих по прочности только алмазам;
• возможность нанесения покрытий на внешних и внутренних поверхностях деталей любой конфигурации;
• возможность получения разных покрытий, при использовании одного материала покрытия;
• отсутствие предварительной обработки поверхностей;
• Более высокое сопротивление коррозионной усталости образцов и  изделий с оксидно-керамическим покрытием (высокий предел выносливости).

Характеристики МДО покрытий на алюминиевых сплавах:

Характеристика	Алюминиевые сплавы	Магниевые сплавы
Толщина покрытия	10-300 мкм	10-300 мкм
Микротвердость	800-1950 HV	650-950 HV
Коэффициент трения	0,01-0,02	0,01-0,02
Напряжение пробоя	до 4500 В	600 В

Свойства покрытий достигаются за счет получения на  поверхности изделий керамических оксидных пленок Al2O3 (корунд), позволяющих многократно повысить износостойкость и коррозионную стойкость инструмента и оборудования.

 Плазменное напыление
Плазменное напыление является одним из наиболее интересных и эффективных способов нанесения защитных и упрочняющих покрытий на поверхность деталей. Это процесс, при котором наносимый материал в виде порошка или проволоки вводится в струю плазмы и нагревается в процессе движения с потоком газа до температур, превышающих температуру его плавления, и разгоняется в процессе нагрева до скоростей порядка нескольких сотен м/с. Плазменное напыление является одним из наиболее распространенных и сложных процессов плазменной обработки. По степени распространенности оно уступает плазменной резке, но является более сложным в силу круга решаемых задач, состава плазмообразующих газов и смесей и бесконечного разнообразия наносимых материалов. Даже перечень классов плазменных покрытий выглядит весьма внушительно. 

Покрытия бывают:

• коррозионностойкими - для работы в агрессивных жидкостях и газах, при низких, нормальных и высоких температурах, в кислотах и щелочах, в растворах и расплавах солей и металлов, в условиях дополнительного эрозионного, фрикционного или абразивного износа, с наличием дополнительного электрохимического взаимодействия или без и так далее;
• износостойкими в условиях сухого трения или со смазкой, при малых и больших давлениях и удельных нагрузках, при низких и высоких скоростях перемещения, при низких и высоких температурах и т.д.
• электроизоляционными и электропроводными в самых разных условиях;
• фрикционными и антифрикционными при самых различных нагрузках и условиях трения;
• декоративными;
• каталитическими и ингибиторными, разделительными, магнитными и магнитопрозрачными.

Чтобы не заниматься дальнейшим перечислением, можно сказать: при наличии любой проблемы, связанной с недостаточным сроком службы той или иной детали, почти всегда можно найти или создать материал, более полно отвечающий условиям работы напряженной детали, чем исходный материал и, значит, нанести его методом плазменного напыления в качестве упрочняющего покрытия.

Номенклатура материалов для напыления и наплавки, предлагаемых ведущими фирмами насчитывает сотни наименований и постоянно расширяется по мере появления и решения новых практических задач.

Очень внушительно выглядит перечень восстанавливаемых и упрочняемых деталей:

• штоки гидроцилиндров;
• посадочные поверхности валов под подшипники и запрессовку;
• роторные валы и крышки электродвигателей;
• роторы и коленчатые валы;
• подшипники скольжения компрессоров;
• валы полиграфического и бумажного производства;
• валы, муфты насосов;
• защитные втулки;
• тормозные диски;
• винтовые транспортеры;
• ролики рольганов;
• детали ворсовальных станков и прядильно-ткацкого оборудования
• пиноли и направляющие станков;
• лопатки турбин, компрессоров и вентиляторов;
• коленчатые валы;
• подшипники скольжения с антифрикционным слоем на основе бронз, баббитов;
• барабаны помольных мельниц;
• штампы;
• литейные оборудование и формы;
• быстроизнашиваемые детали полиграфического оборудования и другие.

Срок эксплуатации большей части выбраковываемых деталей может быть продлен нанесением противоизносных и защитных покрытий. Подбор оптимального материала покрытия для конкретных условий работы детали позволяет не только восстановить изношенную деталь, но и увеличить срок службы в несколько раз. Нагрев деталей при восстановлении - не более 150 °С; тем самым гарантируется отсутствие температурных деформаций и структурных изменений металла восстанавливаемых деталей.

Восстановление изношенных и упрочнение вновь изготавливаемых деталей машин и механизмов методами плазменного напыления и плазменной наплавки, работающих в условиях трения, кавитации, термоциклирования, коррозии и других видов изнашивания.