Оценка перспективы развития метода

Композиционные материалы, все бо­лее широко применяемые в машиностро­ении, должны обладать высокой несу­щей способностью, низким коэффициен­том трения, устойчивостью к воздейст­вию агрессивных сред и ударных на­грузок.

Полимерные материалы (фторопласт, полиэтилен и др.), обладая хорошими антифрикционными свойствами, имеют низкую несущую способность. Поэтому для подшипников скольжения использу­ют фторопластовые эмульсии, которыми заполняют пористые подложки, припе­ченные к металлической ленте. Такой метод снижения трения позволяет повысить работоспособность узла даже без применения смазки. Однако это пок­рытие не обладает достаточной стой­костью в агрессивных средах в виду его пористости и малой толщины. Целесооб­разно применение деталей с полимерным покрытием, которое получают приклеи­ванием тонких пленок к защищаемой поверхности.

Известно, что полимерные материалы плохо смачиваются клеями и практичес­ки не склеиваются. Исследования вели в направлении создания слоя, сцеплен­ного механически с полимером и обла­дающего хорошей адгезией с клеем. В результате были разработаны такие тех­нологические процессы, как металлиза­ция поверхности полимера в тлеющем разряде и втирание абразивных частиц специальной формы, смешанных с кле­ем, в склеиваемые поверхности. Однако значительного повышения прочности адгезии при этом получить не удалось.

Одним из перспективных методов соз­дания высокопрочных клееных полимер­ных композиционных материалов явля­ется детонационно-газовое нанесение ак­тивного слоя. Преимущество этого ме­тода заключается в высокой скорости частиц, обеспечивающей хорошую адгезию при низкотемпературном воздейст­вии газовой струи на деталь. Процесс можно представить в такой последова­тельности. При детонационно-газовом на­пылении покрытия в момент инициирования взрыва детонирующей смеси в ствол установки подается мелкодисперс­ный металлический порошок, обладаю­щий определенными свойствами. Детона­ционная волна распространяется в ство­ле со скоростью 3000 – 4000 м/с, обра­зуя фронт с высокими термодинамичес­кими параметрами. Попадая в эту зону, частицы порошка разогреваются, пластифицируются и ускоряются до скорости 8 – 1200 м/с на срезе ствола.

Одним из условий получения качественного га­зопламенного покрытия является обеспечение не­обходимого уровня энергии частиц напыляемого материала на поверхности изделия. Энергетическое состояние частиц определяется суммой энергий — тепловой, характеризующейся температурой наг­рева, и кинетической.

При газопламенном напылении порошковым ма­териалом частица напыляемого материала нагре­вается до температуры пластического состояния или температуры плавления за счет конвективного теплообмена между продуктами горения факель­ного пламени и частицей. Это происходит в ин­тервале эффективных температур, где температура продуктов горения на 300 °С выше температуры плавления. Участок факела, на котором тем­пература частицы не ниже температуры плавления материала и не охлаждается ниже этой темпера­туры, определяет рабочую зону факела пламени для газопламенного нанесения покрытий.

Исследования, проведенные на кафедре вос­становления деталей машин сварочного факультета НТУУ «Киевский политехнический институт», показали, что длина зоны эффективных температур и рабочей зоны зависит от характера горения фа­кела пламени и состава горючей смеси. Для водородно-кислородного пламени, получаемом при сжигании смеси, вырабатываемой электролизно-водяным генератором, длина зоны эффективных температур при напылении материалов с темпе­ратурой плавления до 1000°С и больше при ламинарном характере течения продуктов горения. Причем она увеличивается, если в смесь паров добавляют углеводородные соединения.

При напылении материалов с температурой плавления свыше 1000°С длина зоны эффектив­ных температур больше при турбулентном течении струи продуктов горения.

Распределение скорости потока продуктов горения по длине факела пламени находили эксриментально-расчетным методом. При расчете пользовали экспериментальные данные распре­деления по длине факела температуры и напорного давления газовой струи продуктов го­рения, которые получали с помощью водоохлаждаемого зонда (трубки Пито-Прандтля). Мак­симальную скорость напыляемых частиц определяли экспериментально с помощью прибора ИССО-1. Экспериментальные данные от расчетных отлича­лись на ±5 %.

Исследовали влияние состава горючей смеси и характера течения продуктов горения на скорость напыляемых частиц грануляцией соответственно 20...40, 20...63 и 63...100мкм порошков меди, железа (ПЖ-1) и никелевого сплава (ПГ-АН-33). Указанные материалы выбраны на основании ана­лиза широко используемых при газотермическом нанесении покрытий порошковых материалов с различным диапазоном температур плавления, ха­рактерном для газопламенного способа напыления.

Анализ распределения скорости частиц движе­ния W_ч по длине газового факела показал, что в нем имеют место три зоны: разгона, где частица приобретает скорость от минимальной до макси­мальной; стабильного движения, где скорость из­меняется в пределах 5 – 10%; торможения, где скорость частицы уменьшается.

Исследование скорости движения частиц по­рошка меди показало, что при ламинарном ха­рактере течения продуктов горения водородно-кис-лородной смеси (ВКС) и ВКС + 16 % паров эти­лового спирта максимальную скорость движения частицы приобретают на расстоянии L = 300 мм от среза мундштука горелки, а при сжигании смеси ВКС + 5,5 % паров бензина — на рассто­янии 250 мм. Максимальная скорость движения частиц при напылении порошка грануляцией 20...40мкм и ламинарном течении продуктов го­рения ВКС составляет 95 м/с на расстоянии 250 мм.

З А К Л Ю Ч Е Н И Е

Представленные в работе данные позволяют сделать вывод о том, что для всех видов материалов при детонационном (газотермическом) напылении покрытий существует оптимальное соотношение между скоростью и температурой напыляемых частиц. Это предопределяет необходимость более тщательного подхода к выбору источников энергии для детонационного нанесения порошковых покрытий, накоплению и обобщению экспериментальных данных о формировании покрытий при различных сочетаниях скорости и температуры части.

Работы в области получения новых экспериментальных данных продолжается и вполне успешно, это позволяет сделать вывод о том, что метод применяется и будет в дальнейшем применим т.к. ведутся разработки.