Газотермическое напыление

Газотермическое напыление (англ. Thermal Spraying) — это процесс нагрева, диспергирования и переноса конденсированных частиц распыляемого материала газовым или плазменным потоком для формирования на подложке слоя нужного материала. Под общим названием газотермическое напыление (ГТН) объединяют следующие методы: газопламенное напыление, высокоскоростное газопламенное напыление, детонационное напыление, плазменное напыление, напыление с оплавлением, электродуговая металлизация и активированная электродуговая металлизация.

Процесс газотермического напыления — газопламенное напыление

По своей сути газотермическое напыление очень похоже на сварку, отличие заключается в функциональном назначении переносимого материала. Цель сварки — соединение конструкционных элементов сооружений, цель газотермического напыления — защита поверхности от коррозии, износа и т. д.

Применение

Как правило, ГТН применяют для создания на поверхности деталей и оборудования функциональных покрытий — износостойких, коррозионно-стойких, антифрикционных, антизадирных, теплостойких, термобарьерных, электроизоляционных, электропроводных, и т. д. Материалами для напыления служат порошки, шнуры и проволоки из металлов, металлокерамики и керамики. Некоторые из методов газотермического напыления являются альтернативой методам гальванической, химико-термической обработки металлов, плакирования, другие — методам покраски, полимерным покрытиям. Ещё одно распространённое применение ГТН — ремонт и восстановление деталей и оборудования. С помощью напыления можно восстановить от десятков микрон до миллиметров металла. Особенностями технологии являются:

• Возможность нанесения покрытий из различных материалов (практически любой плавящийся материал, который можно подать как порошок или проволоку);
• Отсутствие перемешивания материала основы и материала покрытия;
• Невысокий (не более 150°С) нагрев поверхности при нанесении покрытия;
• Возможность нанесения нескольких слоёв, каждый из которых несёт свою функцию (например, стойкий к высокотемпературной коррозии + термобарьерный);
• Лёгкость обеспечения защиты работников и окружающей среды при нанесении (с помощью воздушных фильтров).

Сравнение методов

• Высокоскоростное газопламенное напыление широко применяется для создания плотных металлических и металлокерамических покрытий;
• Детонационное напыление — в силу дискретного характера напыления и малой производительности наиболее подходит для напыления покрытий для защиты и восстановления небольших участков поверхности;
• Распыление с помощью плазмы обычно называют плазменным напылением. Энергозатратный метод, наиболее оправдано его применение для создания керамических покрытий из тугоплавких материалов;
• Электродуговая металлизация энергетически более выгодна, однако позволяет напылять только металлические материалы. Как правило, используется для напыления антикоррозионных металлических покрытий на больших площадях (примером может служить защита опор ЛЭП);
• Газопламенное напыление — недорогой во внедрении и эксплуатации метод, широко используемый для восстановления геометрии деталей и защиты от коррозии крупных объектов;
• Напыление с оплавлением — метод, обеспечивающий металлургическую связь покрытия с основой. Применяется, если высокий нагрев при оплавлении не ведёт к риску термических поводок детали либо такой риск считается оправданным.

История

Изобрёл данный метод нанесения покрытий Макс Ульрих Шооп. Распыляя свинец с помощью стационарной тигельной установки он получал покрытия на различных материалах. Стоит отметить, что в отличие от современных методов, где для переноса используются в основном газы, первая установка Шоопа переносила жидкий свинец с помощью водяного пара. На основе его технологии в Цюрихе в 1909 году был открыт завод по металлизации. В 1913 году Ульрих Шооп усовершенствовал и запатентовал конструкцию газопламенного распылителя, где материал для распыления подавался в пламя газовой горелки в виде проволоки. В 1918 году он с сотрудниками разработал электродуговой распылитель, позволяющий эффективно наносить покрытия из металла. Благодаря значимому вкладу в начальное развитие технологий, методы нанесения газотермических покрытий путём распыления стали называть шоопированием, по имени изобретателя технологии. В 1921 году Ульрих Шооп запатентовал технологию металлопорошкового газопламенного распыления.

Существенный толчок к дальнейшему распространению методов дало принятие директивы RoHS, существенно ограничившей применение гальванического хромирования из-за выделения при их применении канцерогенного шестивалентного хрома.

См. также

• Сварка
• ASM International

Литература

• Хасуй А. Техника напыления. Перевод с японского Масленникова С. Л.. М. Изд-во Машиностроение. 1975 г. 288с. С ил.
• Нанесение плазмой тугоплавких покрытий. Москва, Машиностроение, 1981 г. В. В. Кудинов В. М. Иванов
• Определение свойств газотермических покрытий. Методическое руководство./ Захаров Б. М., Новиков В. Н., 1993.
• «Теоретические основы технологии плазменного напыления» учеб. пособие, 2003 Пузряков А. Ф.
• «Газотермическое напыление», учеб. пособие/кол. авторов; под общей ред. Л. Х. Балдаева
• «Реновация и упрочнение деталей машин методами газотермического напыления», учеб. пособие Л. Х. Балдаева
• «Warm spraying—a novel coating process based on high-velocity impact of solid particles» Sci. Technol. Adv. Mater. 9 (2008) 033002
• Получение покрытий высокотемпературным распылением. Атомиздат. 1973 г. 312 с.