При оценке возможности использования водородно-кислородного пламени, полученного при сжигании смеси, производимой электролизно-водным генератором, для газопламенного напыления порошковых материалов были учтены описанные в третьей главе особенности распределения температуры и скорости потока продуктов горения водородно-кислородной смеси.
За критерий оценки качества покрытия были выбраны прочность сцепления покрытия с основой и пористость покрытия.
Напыление на стальные пластины из стали 45 производилось горелкой «Евро-Джет» порошками железа марки ПЖ-1, меди и са-мофлюсующегося порошка на основе никеля ПГ-АН-33, с размером зерна 20-40, 40-60 и 60-100 мкм.
Прочность сцепления покрытия с основой определяли клеевым способом, пористость покрытия — способом гидростатического взвешивания. Перед напылением образцы нагревали до температуры 150°С. Результаты исследований показателей качества напыленных покрытий представлены в табл. 39.
Максимальная прочность сцепления покрытия с основой 28-30 МПа была получена при напылении медного порошка с размером зерна 20-40 мкм при ламинарном течении продуктов горения смеси ВКС+5,5% паров бензина и ВКС+16% паров спирта при дистанции напыления 300 мм (варианты 3 и 5, табл. 39). Пористость при этом составляла 3-4%. С увеличением размера зерен медного порошка при той лее дистанции напыления прочность снижается до уровня 20 и 22 МПа и пористость увеличивается до 7-8%.
Напыление железного порошка ПЖ-1 с размером зерен 20-40 мкм показало, что прочность сцепления покрытия с основой удовлетворительное при ламинарном течении продуктов горения в двух случаях: при сжигании ВКС+5,5% паров бензина и ВКС+16% паров этилового спирта.
При дистанции напыления 250 мм прочность сцепления покрытия с основой водородно-кислородным пламенем, полученным при использовании ВКС+5,5% паров бензина и ламинарном течении продуктов горения достигает 20 МПа, пористость покрытия 9%. При использовании ВКС+16% паров спирта, ламинарном течении продуктов горения, при дистанции напыления 300 мм, прочность и пористость соответственно составляют 22 МПа и 8%. Как видно, прочность сцепления покрытия с основой и пористость в этом случае меньше, чем при напылении ацетилено-килородного пламенем металлических порошков на основе железа.
Самофлюсующийся порошок ПГ-АН-33 предназначен для напыления с последующим оплавлением износостойких и коррозионностойких покрытий. При газопламенном напылении ацетиле-но-кислородным пламенем прочность сцепления покрытия с основой составляет без оплавления 10-20 МПа и при оплавлении 400-450 МПа.
Напыление покрытия водородно-кислородным пламенем без оплавления порошком на основе никеля ПГ-АН-33 показало, что максимальная прочность сцепления покрытия с основой находится на уровне покрытий, напыленных ацетилено-кислородным пламенем и достигает 14-15 МПа, при ламинарном течении продуктов горения В КС.
Это объясняется тем, что температура плавления порошка ПГ-АН-33 ниже температуры плавления железных порошков, а длина зоны активных температур, в особенности при ламинарном течении продуктов горения смеси ВКС+5,5% паров бензина и ВКС+16% паров этилового спирта, в этом случае значительно больше, чем при напылении железных порошков. При напылении порошка ПГ-АН-33 с размером зерна 20-40 мкм, ламинарном течении продуктов горения ВКС+5,5% паров бензина, у которого длина зоны активных температур, и соответственно дистанция напыления может быть 250 мм, прочность сцепления покрытия с основой составила 14 МПа. При ламинарном течении продуктов горения ВКС+16% паров этилового спирта, у которого длина зоны активных температур и, соответственно, дистанция напыления несколько больше 300 мм прочность сцепления увеличивалась до 15 МПа. Эта прочность сцепления покрытия с основой находится на уровне прочности покрытий, напыленных без оплавления ацетилено-кис-лородным пламенем. Увеличения размера зерна порошка снижает прочность сцепления покрытия с основой.
Рис. 69. Структура покрытия при напылении порошка меди с зерном размером 20-40 мкм, ламинарном течении продуктов горения ВКС + 5,5% паров бензина, дистанции напыления 300 мм (хЗОО)
Плотность покрытия и характер деформации зерен в покрытии и на границе «покрытие-основа» определяли металлографическими исследованиями.
Результаты металлографических исследований покрытия, напыленного медным порошком с размером зерна 20-40 мкм и 60-100 мкм при оптимальной дистанции напыления 300 мм и ламинарном течении продуктов горения ВКС+ 5,5% бензина, показаны на рис. 69 и 70.
Металлографический анализ структуры медного покрытия, напыленного порошком с размером зерна 20-40 мкм (см. рис. 69), показал довольно монолитную структуру, достаточную плотность, отсутствие ярко выраженных границ зерен и практическое отсутствие оксидных включений. При напылении порошком с размером зерна 100 мкм (см. рис. 70) видны границы зерен порошка, что свидетельствует о низком энергетическом состоянии зерен в момент контакта с основой.
Рис. 70. Структура покрытия при напылении порошка меди с зерном размером 60-100 мкм, ламинарном течении продуктов горения ВКС+5,5% паров бензина, дистанции напыления 300 мм (хЗОО)
Рис. 71. Структура покрытия при напылении порошка меди с зерном размером 20-40 мкм, ламинарном течении продуктов горения В КС, дистанции напыления 160 мм (хЗОО)
При использовании чистого водородно-кислородного пламени для напыления медного порошка с размером зерна 20-40 мкм при дистанции напыления 200 мм, наблюдается увеличение окисления зерна в покрытии, что видно из структуры покрытия (рис. 71). Присутствуют раковины и оксидные включения в напыленном слое покрытия.
При напылении водородно-кислородным пламенем на основе чистой водородной смеси порошка с зернами этого же размера турбулентном течении продуктов горения чистой В КС на дистанции 150 мм имеет место ярко выраженные границы между отдельными зернами порошка и оксидными включениями в покрытии (рис. 72).
Рис. 72. Структура покрытия при напылении порошка меди с зерном размером 20-40 мкм, турбулентном течении продуктов горения В КС, дистанции напыления 150 мм (хЗОО)
Рис. 73. Структура покрытия при напылении порошка ПЖ-1 с зерном размером 20-40 мкм, ламинарном течении продуктов горения ВКС+16% паров спирта, дистанции напыления 300 мм (хЗОО)
Степень деформации зерен значительна меньше по сравнению с деформацией зерен в структуре покрытия (см. рис. 71).
Покрытия, полученные напылением порошка ПЖ-1 (рис. 73), при ламинарном течении продуктов горения ВКС+16% спирта на дистанции 300 мм и грануляции порошка 20-40 мкм имеют плотную структуру с достаточной деформацией зерен и относительно не большим количеством оксидных включений, которое свидетельствует о достаточном энергетическом состоянии зерен для образования покрытия. На рис. 74 показана структура покрытия при напылении порошка с зерном 60-100 мкм. Здесь наблюдается присутствие оксидных включений на границе «покрытие-основа» и между слоями покрытия, а также наличие недеформированных и нерасплавленных зерен, покрытие слоистое. Напыление порошка с таким размером зерен даже при использовании пламени на основе смеси с 5,5% паров бензина не дает положительных результатов. Это подтверждается и низкой прочностью сцепления «покрытие-основа» и высокой пористостью.
Рис. 74. Структура покрытия при напылении порошка ПЖ-1 с зерном размера 60-100 мкм, ламинарном течении продуктов горения ВКС+5,5% паров бензина, дистанции напыления 250 мм (хЗОО)
Рис. 75. Структура покрытия при напылении порошка ПГ-АН-33 с зерном размера 60-100 мкм, турбулентном течении продуктов горения ВКС, дистанции напыления 160 мм (хЗОО)
При напылении порошка ПГ-АН-33 с размером зерна 60-100 мкм чистым водородно-кислородным пламенем, турбулентном течении продуктов горения, дистанции напыления 160 мм, получается довольно рыхлая структура покрытия (рис. 75), видны нерасплавленные частички. Это подтверждает недостаточное для получения покрытия энергетическое состояние зерен. При напылении водородно-кислородным пламенем, полученным при сжигании смеси с 16% паров этилового спирта, порошка с зерном размером 60-100 мкм, ламинарном течении продуктов горения, дистанции напыления 300 мм наблюдается уменьшение окислительных включений (рис. 76) и формирование покрытия с невысокой прочностью сцепления. С учетом этой закономерности для получения качественного покрытия из порошковых материалов на основе никеля необходимо оплавление покрытия.
Рис. 76. Структура покрытия при напылении порошка ПГ-АН-33 с зерном размером 60-100 мкм, ламинарном течении продуктов горения смеси ВКС+16% паров спирта, дистанции напыления 300 мм (хЗОО)
Рис. 77. Структура покрытия при напылении порошка ПГ-АН-33 с зерном размером 40-60 мкм, ламинарном течении продуктов горения смеси ВКС+5,5% паров бензина, дистанции напыления 250 мм и последующем оплавлении (хЗОО)
На рис. 77 показано покрытие, напыленное порошком ПГ-АН-33 с зернами размером 40-60 мкм на дистанции 250 мм, при использовании водородно-кислородного пламени на основе ВКС+5,5% паров бензина и ламинарном течении продуктов горения и оплавленное после напыления. Оплавление напыленной поверхности проводилось высокотемпературной зоной факела с использованием горелки. При оплавлении структура покрытия уплотняется, исчезают границы между зернами, исчезают поры.
В оплавленном покрытии наблюдаются границы сдеформиро-ванных зерен. Плотность покрытия большая по сравнению с нео-плавленным покрытием, полученным на этих режимах напыления. Удовлетворительное качество покрытия имеет место при напылении с использованием водородно-кислородного пламени на основе ВКС+16% паров этилового спирта, ламинарном течении продуктов горения на дистанции напыления 300 мм и последующем оплавлении покрытия (рис. 78).
Рис. 78. Структура покрытия при напылении порошка ПГ-АН-33 с зерном размером 40-60 мкм, ламинарном течении продуктов горения В КС+16% паров спирта, дистанции напыления 300 мм и последующем оплавлении (хЗОО)
Микроструктурный анализ напыленного покрытия показал, что добавка паров углеводородных соединений уменьшает процесс окисления зерен порошка железа и меди. Для получения удовлетворительного качества покрытия из порошков на основе сплава никеля эффективнее использовать ламинарное течение продуктов горения В КС с парами углеводородных соединений. Для получения качественного покрытия из этого материала необходимо последующее оплавление напыленного слоя покрытия.
Данный раздел создан на основании материалов
Книги: "Обработка материалов водородно - кислородным пламенем" Корж В.
Н., Попиль Ю.С. 2010г.
