По своей природе процессы наплавки и напыления подобны пайке, когда соединения осуществляются на грани жидкого и твердого металла. Эти процессы требуют хорошего смачивания поверхностей основного металла, что достигается подбором соответствующего состава присадочных материалов и флюсов в сочетании с тщательной подготовкой поверхности.
В табл. 26 приведены сведения о наплавочных материалах для газопламенной наплавки. В качестве флюса при наплавке стеллита применяют буру или смесь: 20 % буры, 68 % борной кислоты и 2% плавикового шпата, а при наплавке сормайта — смесь 50 % буры, 47 % двууглекислой соды и 3 % кремнезема.
Расход ацетилена составляет 100…120 л/ч на 1 мм толщины металла с небольшим его избытком. Максимальная глубина проплавления не должна превышать 0,3…0,5 мм, толщина наплавленного слоя регулируется углом наклона детали к горизонту. Горелку (ось мундштука) нужно располагать под углом 30…35°. Наплавку можно выполнять как левым, так и правым способами непрерывными или обратноступенчатыми валиками.
Предварительный подогрев составляет 500…700 °С, иногда процесс ведут и с таким же сопутствующим подогревом. Мелкие и среднегабаритные детали достаточно нагревать до 300…500 °С. Наплавку выполняют в один слой 2…3 мм, если деталь работает при ударном нагружении, и в несколько слоев общей толщиной 4…8 мм, если деталь работает в условиях трения металла о металл.
Таблица 26. Материалы для газопламенной наплавки твердых сплавов
| Наплавочный материал | Марка | Cостав | HRC наплавленного металла | Область применения |
| Литые твердые сплавы в виде прутков | Стеллит В2К Стеллит В3К Сормайт 2 Сормайт С27 | Сплав вольфрама и хрома, связанных кобальтом и железом Сплав карбида хрома с железом и никелем (до 5%) | 46…48 42…43 40…45 59…64 | Для наплавки на детали, работающие при высоких температурах Для наплавки на детали, работающие при нормальных и несколько повышенных температурах |
| Твердый сплав в виде трубчатого стержня | Релит ТЗ | Крупка карбидов вольфрама (ослит), заполняющая трубку (∅ 6×0,5 мм) из низкоуглеродистой стали | 85 | Для наплавки бурового инструмента в нефтяной промышленности и других деталей, работающих в условиях сильного абразивного износа |
| Металлокерамические твердые сплавы в виде пластин | Победит | Карбиды вольфрама и титана, связанные кобальтом и железом | 86…91 | Для оснащения металлорежущего инструмента |
При газопорошковой наплавке присадочный материал подается в виде порошкового сплава (табл. 27) через газокислородное пламя в место наплавки, для чего используются специальные горелки. Порошки, как правило, самофлюсующиеся со сферической формой 40…100 мкм и не требуют дополнительного применения флюсов.
Наплавка ведется с предварительным подогревом детали до температуры 300…400 °С. На поверхности напыляют слой (0,2 мм) и пламенем нагревают участок до температуры смачивания основного металла. Затем горелку отводят на расстояние 1,5…2 длины ядра пламени и, плавно подавая порошок в него, наплавляют слой материала толщиной до 1 мм. В случае необходимости наплавки слоя большей ширины пламенем горелки переплавляют нанесенный слой и затем наплавляют новый слой. Этот способ обеспечивает получение тонкослойного наплавленного металла в труднодоступных местах и в любом пространственном положении.
Таблица 27. Порошковые наплавочные материалы для газопорошковой наплавки
| Марка | Характеристика состава | Твердость наплавленного слоя | Область применения |
| СНГН-50 | Самофлюсующийся порошковый сплав, содержащий хром, бор, никель и кремний | HRC 50…60 | Для упрочнения и восстановления деталей, работающих в условиях абразивного износа |
| ВСНГН-88 | То же, с добавкой вольфрама (30…37%) | HRC 60…62 | |
| НПЧ-1 | Твердые сплавы на основе никеля с добавкой меди, бора и кремния (для наплавки на чугун) | НВ 220 | Для исправления дефектов площадью не более 20 см2 на обработанных рабочих поверхностях чугунных изделий, не подвергающихся поверхностной закалке. Температура плавления сплава 1280 °С |
| НПЧ-2 | То же | НВ 360 | Для исправления дефектов площадью не более 10…12 см2 на обработанных рабочих поверхностях чугунных деталей, подвергающихся высокочастотной закалке. Температура плавления сплава 1170 °С |
| НПЧ-3 | » | НВ 180…210 | Для исправления дефектов на окончательно обработанных, не подвергавшихся поверхностной закалке рабочих поверхностях чугунных деталей. Температура плавления сплава 960 °С |
| НПЧ-4 | » | НВ 450…500 | Для исправления дефектов на обработанных рабочих поверхностях чугунных деталей, подвергнутых поверхностной закалке |
Газотермическое напыление используют для защиты металлоконструкций от коррозии, повышения износостойких, антикоррозионных и жаростойких свойств поверхностей, восстановления размеров и декоративной отделки деталей. Нагрев распыляемого материала осуществляется ацетилено-кислородным пламенем, а распыление частиц — динамическим напором газового пламени, поскольку частицы инжектируются в него струей кислорода и подсасываются из атмосферы воздуха. Напыление осуществляют с помощью материалов в виде стандартных сварочных проволок или специальных порошков металлических (табл. 28) или из полимерных материалов (табл. 29).
Для повышения стабильности качества напыляемого материала и механизации процесса нанесения покрытия разработаны специальные гибкие шнуровые материалы (ГШМ). Они представляют собой получаемый экструзией композиционный материал шнурового типа, состоящий из порошкового наполнителя и органического связующего, сгорающего в пламени и не оставляющего на поверхности изделия продуктов разложения; ГШМ имеют диаметр 1,5…6,35 мм и длину 15 м, они намотаны на бобину, что позволяет получить высокий коэффициент использования материала и автоматизировать процесс напыления.
Разработано несколько серий ГШМ: «Сфекорд — ЭКЗО» на основе сплавов с компонентами, обладающими экзотермическим эффектом, «Сфекорд — керамика» на основе оксидов алюминия, титана, хрома, циркония, «Сфекорд — Рок-Дюр» на основе самофлюсующихся сплавов системы Ni(Co)-Cr-B-Si и их смесей с карбидом вольфрама и т.д. Перспективно применение материалов для создания аморфных металлических покрытий на основе железа, кобальта и никеля, особенно в узлах трения, при абразивном и коррозионном воздействии. Материалы могут быть в виде порошковой проволоки, порошка или ГШМ (табл. 30).
Таблица 28. Порошки для газотермического напыления
| Марка | Тип сплава | Твердость покрытия, HRC | Область применения |
| ПР-Н77Х15С3Р2 | Самофлюсующиеся сплавы на никелевой основе, легированные бором и кремнием, типа Cr-Ni-B-Si | 33…35 | Упрочнение деталей, подверженных абразивному и абразивнокоррозионному воздействию, сухому трению, истиранию металла нитками, лентами, в условиях фреттинг-коррозии |
| ПН-70Х17С4Р4 | 55…60 | ||
| ПГ-АН4 | 35…45 | ||
| ПР-Н67Х18С5Р6 | 60…62 | ||
| ПГ-АН5 | 45…55 | ||
| ПГ-АН6 | 54…65 | ||
| ПГ-12Н-01 | 35…45 | ||
| ПГ-12Н-02 | 45…54 | ||
| ПГ-10Н-01 | 55…62 | ||
| ПГ-19Н-01 | 28…42 | ||
| ПГ-19М01 ПГ-АН10 ПГ-АН12 | Бронза БрАЖ10-4 Бронза БрОФ8-0,3 Бронза БрА10 | 65…72 HRВ — — | Антифрикционное покрытие узлов трения |
| ПТ-НА-01 ПН70Ю30 ПН85Ю15 ПН55Т45 | Композиционные плакирующие термореагирующие порошки | 38…42 35…42 20…22 50…55 | Нанесение подслоя с высокой прочностью сцепления с основой износостойких слоев, стойких при трении, фреттинг-коррозии, против окисления при нормальных и повышенных температурах |
Таблица 29. Полимерные материалы для газотермического нанесения покрытия
| Материал | Температура, °С | Область применения | ||
| размягчения | растекания | эксплуатации | ||
| Полиэтилены | 110…120 | 190…200 | –20 до +50 | Защита от коррозии в растворах кислот, щелочей, электроизоляционные, вакуумно-плотные покрытия |
| 50 % полиэтилена, 35 % полистирола, 15 % графита | — | — | –10 до +50 | Защита химического оборудования от влажных газов |
| 60 % полиэтилена, 30 % полистирола, 10 % сурика железного | — | — | –10 до +50 | Защита химической аппаратуры от сухих газов |
| Поливинилбутираль | 160…170 | 200 | –50 до +50 | Защита от коррозии в слабых растворах кислот и щелочей. Защитнодекоративные и электроизоляционные покрытия |
| Полиамидные смолы | 190…240 | 200…250 | до 90…120 | Защита от кавитационной эрозии |
| 90 % битумного сплава В1, 10 % алюминиевой пудры | 125…140 | — | — | Защита от атмосферной коррозии, гидроизоляция |
| Эпоксидные смолы | — | — | — | Химически стойкие покрытия |
| Полиамид П68 | — | 250 | — | Износостойкие антифрикционные покрытия |
Таблица 30. Материалы для газотермического нанесения аморфного покрытия
| Порошок | Порошковая проволока | ГШМ | Основа | Условия работы, область применения |
| АМОТЕК 1 АМОТЕК 2 | АМОТЕК 101 АМОТЕК 102 | АМОТЕК 201 АМОТЕК 202 | Fe-B Fe-B-C | Изнашивание при трении скольжения без интенсивной коррозии (коленчатые валы, втулки, колесные пары, тормозные барабаны, фрикционные рейки) |
| АМОТЕК 3 АМОТЕК 4 | АМОТЕК 103-1 — | АМОТЕК 203 АМОТЕК 204 | Fe-Cr-B Fe-Cr-B-C | То же, в условиях интенсивной коррозии (золотники, штоки, шпиндели, коллекторы и крестовины электродвигателей) |
| АМОТЕК 5 | АМОТЕК 103-2 АМОТЕК 104 | — АМОТЕК 205 | Fe-Cr-B-C Fe-Cr-Al-B | Газоабразивное изнашивание при температуре до 800 °C (трубы и поверхности нагрева котловых агрегатов, лопасти дымососов, золотники, шпиндели) |
| АМОТЕК 6 | АМОТЕК 105 АМОТЕК 106 | — АМОТЕК 206 | Fe-Cr-Ti-B Fe-Cr-B-Si | Интенсивное газоабразивное изнашивание (плунжеры, штоки, штанги нефтяных насосов, валы и втулки буровых насосов, узлы гидравлических задвижек) |
| АМОТЕК 7 АМОТЕК 11 АМОТЕК 12 | АМОТЕК 107 — — | АМОТЕК 207 АМОТЕК 211 АМОТЕК 212 | Fe-Cr-Mo-B Ni-Cr-Mo-B Ni-Cr-Mo-Ti-V-B | Интенсивное гидроабразивное изнашивание в агрессивных средах (насосы для подачи кислот, детали реакторов для синтеза азотных удобрений, устройства для переработки пищевых смесей) |
| АМОТЕК 9 | — | АМОТЕК 209 | Ni-B | Интенсивное абразивное изнашивание (посадочные места фрикционных узлов) |
Для газопламенного напыления покрытий используют аппаратуру и установки проволочного и порошкового типов. Первые предназначены для нанесения покрытий из алюминия, цинка, стали и других металлов (табл. 31), напыление порошкообразных материалов выполняют с помощью аппаратов, приведенных в табл. 32 (при расходе газа Qг и давлении газа рг).
Аппараты МГИ применяют для ручного напыления, другие — для ручного и механизированного. Наряду с подбором оптимальных параметров режима напыления очень важной является операция по подготовке поверхности детали, которая выполняется дробеструйной обработкой или путем нанесения рельефа типа рваной резьбы. Недостатком способа в ходе работы является повышенный шум (до 85 дБ), вынуждающий оператора работать в наушниках.
Основным инструментом для напыления является специальная горелка, тип которой зависит от условий проведения работы (табл. 33).
При детонационном напылении в специальной камере в результате взрыва формируется высокоскоростная струя продуктов взрыва и порошка. Вследствие взаимодействия напыляемого порошка с продуктами детонации создается достаточная тепловая и кинетическая энергия для получения прочного слоя необходимой толщины на поверхности обрабатываемой детали.
Этот способ напыления позволяет:
- получать покрытие с мелкой пористостью (0,5…1,5%) и высокой (до 100 МПа) прочностью сцепления с основой;
- наносить покрытия на различные материалы (металлы, стекло, керамику, пластмассы) без деформации поверхности;
- управлять химическим составом продуктов детонации, создавая восстановительную, нейтральную или окислительную атмосферу.
Недостатком являются повышенный шум (до 140 дБ) процесса, а также вредные выделения продуктов сгорания и частиц порошка.
Таблица 31. Технические характеристики аппаратов для напыления проволокой
| Марка | Напыляемая проволока | Qг, м3/ч | p , МПа | Произво-дитель-ность, кг/ч * | Габариты, мм | Масса, кг | |||||||||
| Диа-метр, мм | Скорость подачи, м/ч | сжа-того воз-духа | ацети-лена | про-пана-бута-на | кисло-рода | сжатого воздуха | ацети-лена | про-пана-бута-на | кисло-рода | устано-вки | горе-лки | ||||
| УГМ-1 | 2…4 | — | 6…10 | 1,3 | — | 2,5 | 0,4…0,5 | 0,06…0,1 | — | 0,2…0,4 | 23/4,8 | — | 25 | 2,2 | |
| МГИ-4А | 2…4 | 58…720 | 60 | 1,2 | — | 3,5 | 0,4…0,5 | 0,06…0,1 | — | 0,2…0,5 | 23/5,7 | 220x110x208 | — | 2,2 | |
| МГИ-4П | 2…4 | 58…720 | 60 | — | 0,9 | 5,5 | 0,4…0,5 | — | 0,06…0,1 | 0,2…0,5 | 23/7 | 220x110x208 | — | 2,2 | |
| МГИ-5 | 5…6 | — | 150 | — | 3 | 13,7 | 0,5 | — | 0,2 | 0,5 | 50/14 | 550x310x275 | — | — | |
| Могул КО | 1,2; 1,6; 3,2 | 90…480 | 72 | 0,7 | — | 1,38 | — | — | — | — | — | — | — | 2,5 | |
* В числителе — для цинка, в знаменателе — для алюминия.
Таблица 32. Технические характеристики аппаратов для напыления порошковых материалов
| Марка | Производительность, кг/ч, по материалу | Коэф-фици-ент рас-хода мате-риала | Qг, м3/ч | p , МПа | Ем-кость пита-теля, дм3 | Масса, кг | |||||||||
| поли-мер ПНФ-12 | поро-шок ПГ-10Н-01 | кера-мика | сжатого воздуха | ацети-лена | про-пана-бут-ана | кис-лоро-да | сжатого воздуха | ацети-лена | про-пана-бута-на | кис-лоро-да | уста-новки | горе-лки | |||
| УГПЛ-П | 11 | — | — | 0,85 | 25 | — | 1,2 | — | 0,3…0,6 | — | 0,5…1,5 | 0,3…1,0 | 10 | 14,5 | 1,3 |
| УГПТ-П | — | 5 | — | 0,9 | 6 | — | 1,2 | — | 0,2…0,6 | — | 1 | — | 2 | 21 | 1,0 |
| УГПУ | — | 6…18 | 2,2 | 0,9 | — | 1,2…2,1 | 1,2 | 2,2…6 | — | 0,11 | 1,1 | 0,1…0,6 | — | 30 | 1,0 |
| УПТР-86 | — | 10,5 | 1,1 | 0,96 | 6…10 | 0,7…1,2 | 0,6…1,2 | 1…2,5 | 0,3…0,6 | 0,07…0,11 | 0,7…3,0 | 0,1…0,4 | 0,6 | 17 | 1,6 |
| Могул-9 | — | 2,5 | 1,2 | 0,9 | — | 2 | — | — | — | — | — | — | — | — | — |
| Л5405 | — | — | — | — | 0,1…8 | 0,9…1,8 | 0,2…3 | 0,1…10 | 0,07…0,35 | 0,07…0,1 | 0,22…0,25 | 0,2…0,8 | 2,5 | 25 | — |
| УН-134 | — | — | — | — | 0,2…4 | 0,2…1 | 0,2…3 | 0,2…6 | 0,5 | 0,1 | 0,15 | 0,8 | 3 | 75 | — |
Основным элементом детонационно-газовой установки (ДГУ) для распыления является камера в виде ствола постоянного сечения или в виде трубы переменного сечения, в которой имеются отверстия для введения рабочей газовой смеси, порошка и запального устройства. При автоматическом режиме требуется водяное охлаждение камеры. Технические характеристики ДГУ приведены в табл. 34.
Таблица 33. Технические данные горелок для газопорошковой наплавки
| Тип | Давление ацетилена, МПа | Расход | Вид напыляемого порошка | Способ наплавки | Назначение | Масса горелки, кг | |
| ацетилена, л/ч | порошка, г/ч | ||||||
| Малой мощности ГН-1 | Не менее 0,01 | 140…300 | До 0,9 | Хромоборноникелевые сплавы | Ручной, с подачей порошка через пламя с последующим оплавлением | Наплавка на поверхности мелких деталей и механизмов для их упрочнения и исправления дефектов литья или механических повреждений | 0,75 |
| Средней мощности ГН-2 | Не менее 0,01 | 350…600 | До 2,0 | То же | То же | То же, на детали средних размеров | 0,77 |
| Большой мощности ГН-3 | Не менее 0,02 | 150…1750 | Не менее 5,0 | » | Ручной, с подачей порошка через пламя с последующим оплавлением | Восстановление изношенных и упрочнение новых крупногабаритных деталей, исправление литья | 1,1 |
| ГН-4 | Не менее 0,03 | 800…1100 | До 3,6 | Никель-алюминиевые порошки с экзотермическими свойствами | Механизированный с внешней подачей порошка без последующего оплавления | Упрочнение новых и восстановление изношенных деталей, имеющих форму тел вращения | 1,3 |
| Евроджет ХS-8 | — | 860 | 2…4 | Хромоборно-никелевые сплавы, ПГН-10Н-01 | Ручной и механизированный | Защита деталей любой конфигурации | 1,5 |
Таблица 34. Технические характеристики установок для детонационного напыления
| Марка | р, МПа | Qг, м3/ч | Ствол | Ско-рост-рель-ность, Гц | Мощ-ность, Вт | Масса, кг | |||||||||
| АЦ | ПБ | К | А | ВЗ | АЦ | ПБ | К | А | ВЗ | Диа-метр, мм | Располо-жение | ||||
| Молния | 0,15 | — | 0,2 | 0,36 | — | 0,7… 0,9 | — | 1,5… 10,8 | 0,7… 6,5 | — | 20 | Г | 2…6 | 250 | 200 |
| Гамма | 0,15 | — | 0,2 | 0,36 | — | 0,7… 0,9 | — | 1,5… 10,8 | 0,7… 6,5 | — | 20 | В | 2…6 | 250 | 350 |
| Днепр 1 | 0,02… 0,09 | 0,02… 0,2 | 0,02… 0,2 | 0,06… 0,6 | 0,06… 0,6 | — | — | — | — | — | 22 | Г, В | 2…5 | 300 | — |
| Днепр 2 | 0,14 | 0,2 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | — | — | — | — | — | 22 | Г | 2…10 | 200 | — |
| АДК-1 | 0,15 | — | 0,5 | 0,8 | 0,4 | 1,2… 2,2 | — | 1,2… 2,3 | 5,0… 8,0 | 20…25 | 21,5 | Г | 2…4 | 350 | 170 |
| АДК-1М | 0,12… 0,14 | — | 0,3… 0,5 | 0,7… 0,8 | 0,4… 0,6 | 1,8… 3,2 | — | 1,8… 3,2 | 5,8… 8,0 | 20…25 | 21,5 | Г | 3…6 | 1500 | 170 |
| ДНП-5 | 0,15 | 0,02… 0,2 | 0,02… 0,2 | 0,02… 0,2 | 0,06… 0,2 | 4,5 | 4,5 | 4,5 | 4,5 | 4,5 | 20 | Г | 1,5…4 | 250 | 50 |
| ДНП-8 | — | 0,02… 0,2 | 0,02… 0,2 | 0,02… 0,2 | 0,06… 0,4 | — | 1,5 | 5 | 0,9 | 0,9 | 25, 20, 10 | Г, В | 4…6 | 360 | 36 |
| УДК-2 | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | 24 | Г | 1…7 | — | — |
| УН-102 | 0,12 | — | — | 0,02… 0,4 | — | — | — | — | — | 7,0… 8,0 | 12 | Г | 4 | 3000 | 835 |
Примечание. АЦ — ацетилен, ПБ — пропан-бутан, К — кислород, А — азот, ВЗ — воздух, В — вертикальное положение ствола, Г — горизонтальное положение ствола.