Способы улучшения качества рабочих поверхностей деталей при восстановлении процессами металлизации

Как известно, процесс металлизации заключается в нанесение на заранее подготовленную поверхность детали расплавленного металла путем распыления его воздухом. При этом размер частиц напыляемого металла может составлять от 3 до 300 мк. Сцепление нанесенного покрытия с основным металлом детали осуществляется при этом за счет механических и молекулярных связей. Поверхности металлизационных покрытий требуют обязательной последующей механической обработки [12].

Преимуществами металлизации перед другими способами восстановления номинальных размеров деталей являются следующие: получение покрытий толщиной от десятых долей до 10 и более миллиметров; высокая производительность и экономичность процесса; небольшой нагрев восстанавливаемой детали; по сравнению с наплавкой, возможность нанесения на рабочую поверхность детали при ремонте материала повышенного качества. Известным ограничением использования данного процесса является невысокая ударная стойкость восстанавливаемого слоя при некоторых видах металлизации, например, для поверхностей шестерен механизмов газораспределения. Наибольшее распространение процесс металлизации получил для восстановления опорных шеек коленчатых и распределительных валов автомобильных двигателей, а также для наружных посадочных поверхностей втулок впускных клапанов в двигателях небольшого литража, для восстановления размеров осей в приводах систем управления двигателя и т.п.

Для подготовки поверхностей деталей к металлизации необходимо устранить не только усталостные трещины в поверхностных и подповерхностных слоях детали, но и любые последствия деформаций в виде «линии сдвига». Для снятия верхних поврежденных слоев детали следует использовать обработку шлифованием с небольшим припуском на обработку. Так как критическая длина (глубина) микротрещины составляет не более 2 мкм, следует вести обработку мелкозернистыми кругами «АС» с малыми припусками и на малых продольных подачах S непосредственно перед процессом металлизации с последующим протравливанием металлизируемой поверхности слабощелочными растворами с последующей мойкой в горячей воде при 75 °С. В металлизаторах используют различные способы подвода к рабочей зоне тепла и металла.

Металлизация подразделяется на газовую, электрическую (электродуговую и высокочастотную) и плазменно-дуговую.

В качестве расходного материала, т.е. металла, в газовых металлизаторах используют либо металлизационную проволоку, либо металлизационный поро­шок. Дозирование металла в «металлизационном конусе» установки при ис­пользовании проволоки является более стабильным, более стабилен и химиче­ский состав металлизационных частиц.

При работе газового металлизатора давление подводимого воздуха составляет (0,3… 0,5) МПа, расход воздуха (0,6…0,8) м³/мин; давление ацетилена в баллоне (0,04…6,0) МПа; диаметр проволоки (1,2…3,0) мм; скорость подачи воздуха в металлизатор составляет (1,2…3,0) мм; коэффициент использования материала проволоки 80 %.

Расстояние от кромки сопла до металлизируемой поверхности выбирают исходя из характеристики металла и размеров детали. Это расстояние Н характеризует высоту «конуса распыливания», а угол a у вершины конуса называют «углом раскрытия конуса». Наилучшие результаты сцепления металлизационного слоя с деталями из сплавов железа достигаются при Н=120…150 мм. Для повышения износостабильности покрытия в состав распыляемого металла вводят соединения никеля, хрома и вольфрама: никель (65…80) %, хром (8…20) %, бор (2,0…5,0) %, железо, кремний, углерод и до (14…17) % вольфрама. Основным условием нанесения высококачественного покрытия является достаточно прочное сцепление напыленного металла с металлом основной детали. Это достигается с помощью активизации процессов смачивания частицами напыленного металла металлизируемой поверхности. Для увеличения площади контакта поверхность детали увеличивают предварительной механической обработкой. Энергия присоединения (адгезии) А определяется выражениями:

; (3.71)

, (3.72)

где s₁₃ – энергия «стягивания» поверхности капли под действием сил поверхностного натяжения в капле на участке границы металл (s₃)–воздух (s₁);
s₂₃ – сила поверхностного натяжения в капле на поверхности на участке границы капля (s₂)–металл (s₃) (в потоке воздуха при давлении Р величина силы поверхностного натяжения s₁₃=P×R/2 при радиусе капли R); s₁₂ – сила поверхностного натяжения в капле со стороны поверхности детали, смоченной жидким напыленным металлом (s₂) и поверхностью капли, контактирующей с воздухом (s₁), при s₁₃ < s₁₂ + s₂₃ форма капли постоянна; Q – «угол смачивания», т.е. угол, образуемый касательной к боковой поверхности капли по отношению к «горизонтальной образующей» для поверхности металлизированной детали.

Для газовой металлизации так же, как и для других видов, существенную роль играет состояние капель металла при выходе из сопла, а также состояние этих капель в момент контакта с металлизируемой поверхностью. Скорости движения воздуха V_возд для металлизационных конусов под действием воздушного распыления приведены для Н в табл. 3.20 для электродугового процесса.

Таблица 3.20