Laborator RRP
Tehnici de reconditionare prin metalizare
Student: Branzea Nicoleta
Profesor univ.dr.ing:
Grupa: 642CB
Marius Gabriel Dumitru
1
Tehnici de reconditionare prin metalizare
Esenţa procedeului de metalizare constă în pulverizare, într-un fel oarecare, a metalului topit, cu ajutorul unui jet de aer comprimat sau de gaz inert, în particule pa rticule extrem de fine, cu
diametrul între 0,010 şi 0,015 mm, şi în proiectarea lui cu o viteză mare (140 (14 0 - 300 m/s) pe suprafaţa special pregătită a piesei uzate sau deteriorate. Acest procedeu tehnologic este relativ nou şi în comparaţie cu alte procedee de recondiţionare prin încărcare cu metal prezintă următoarele u rmătoarele avantaje: • permite aplicarea unui strat din orice fel de metal cu grosimi de la 0,01 mm până la 10 mm; • stratul de metal depus are o bună rezistenţă la uzură (de 2 - 3 ori mai bună decât a piesei noi); •metalul depus este tenace şi are o mare porozitate capilară îmbunătăţind frecarea lichidă sau semilichidă; • în timpul metalizării şi după aceasta, structura metalului de bază nu suferă nici o modificare; • este economic şi productiv în comparaţie c omparaţie cu acoperirile galvanice. Metalizarea nu a căpătat o răspândire suficient de mare, deoarece prezintă şi o serie de neajunsuri:
• stratul de metal depus are o slabă aderenţă cu metalul de bază; • în cazul pieselor cu călire superficială, se produce p roduce slăbirea secţiunii prin operaţia de pregătire; • are pierderi mari de metal de adaos (circa 50%). Procesul de metalizare constă din: topirea materialului de aport (sârmă sau pulberi metalice), pulverizarea metalice), pulverizarea şi proiectarea particulelor proiectarea particulelor topite; fuzionarea topite; fuzionarea materialului provenit din pulberi metalice. Fenomenele care se produc în timpul metalizării sînt arderi ale unor elemente metalice din materialul de aport, oxidări parţiale, atomizări (pulverizări) în particule fine şi
deformări ale acestora la ancorarea lor pe piesă.
2
Proprietăţile fizico-mecanice ale piesei bimetalice (materialul de bază şi stratul de metal pulverizat termic) sînt determinate de structura structura etapelor tehnologice succesive: pregătirea succesive: pregătirea
suprafeţelor pentru aplicarea stratului superficial, depunerea stratului de material de aport şi prelucrarea mecanică ulterioară a stratului depus.
În funcţie de procedeul de încălzire şi topire a materialului de aport, metalizarea termică se clasifică: • cu arc electric; • cu curenţi de înaltă frecvenţă; • cu jet de plasmă; • oxigaz (oxiacetilenică); • hidrooxigen; • prin detonare. Procesul tehnologic de reparare a pieselor uzate prin metalizare se compune din trei
operaţii principale şi anume: • pregătirea suprafeţei piesei; • depunerea stratului de metal prin pulverizare; • prelucrarea mecanică. a.
Pregătirea suprafeţei piesei pentru metalizare.
Calitatea pregătirii suprafeţei piesei este hotărâtoare pentru aderenţa dintre metalul de bază şi
stratul încărcat. Pentru a realiza o aderenţă durabilă d urabilă între metalul de bază al piesei şi stratul de încărcare, suprafaţa piesei trebuie să satisfacă următoarele cerinţe: • pe suprafaţă nu trebuie să fie oxizi, apă, grăsimi şi alte impurităţi; • suprafaţa trebuie să fie rugoasă, pentru a i se mări aria şi pentru şi pentru a se îmbunătăţi condiţiile de aderenţă a particulelor a particulelor pulverizate cu metalul de bază. Pornind de la aceste cerinţe, procesul de pregătire a suprafeţei piesei în vederea metalizării trebuie să fie format din: • degresarea şi curăţirea pieselor; • prelucrarea prealabilă a suprafeţei piesei uzate pentru pe ntru a i se da o formă geometrică corectă; • crearea rugozităţii.
3
Degresarea şi curăţirea pieselor se fac prin metodele descrise la spălarea pieselor. Prelucrarea prealabilă este necesară pentru a i se da piesei cu suprafaţa uzată forma geometrică corectă, precum şi pentru asigurarea unei grosimi minime a stratului de încărcare a piesei metalizate; această grosime depinde de diametrul piesei şi este de obicei de 0,3 - 0,5 mm.
Necesitatea pregătirii suprafeţei piesei în vederea metalizării, limitează folosirea procesului, în special pentru piesele care au coeficientul de siguranţă mic sau diametrul redus .
Prelucrarea prealabilă a pieselor pentru metalizare se face la strunguri universale, strunguri revolver, maşini de frezat şi alte maşini. Cele mai răspândite metode de pregătire a suprafeţei piesei în vederea metalizării sunt : • curăţirea prin sablare sau curăţirea cu alice fine; • prelucrarea mecanică prin tăierea unui filet întrerupt sau a unui filet întrerupt cu secţiunea dreptunghiulară care apoi se randalinează; • prelucrarea prin electroeroziune creând pe suprafaţa piesei eroziuni adânci. Mai există şi alte metode de pregătire ca de pildă: cere starea cu o daltă tocită, zimţuirea etc. Dar
în practică ele nu şiau găsit o utilizare largă. Aderenţa cea mai bună (110 -130 kg/cm2) dintre stratul încărcat şi metalul de bază al piesei se obţine după prelucrarea mecanică, iar aderenţa cea mai mică (40 kg/cm2) – la prelucrarea prin sablare; prelucrarea prin electroeroziune asigură rezistenţă cu o valoare mijlocie de 70 kg/cm2.
Prelucrarea prin sablare sau curăţirea cu alice fine se foloseşte în special pentr u crearea rugozităţii pe suprafeţele plane ale pieselor sau pe piese cu duritate superficială mare. La curăţirea prin sablare se foloseşte nisip de cuarţ (grăunţi duri, cu muchii ascuţite, cu diametrul de 1,5 - 2,0 mm).
Curăţirea se face în camere speciale de sablare. Pregătirea pentru metalizare a suprafeţelor cilindrice se face prin executarea unui filet întrerupt. Acest procedeu se foloseşte de obicei la piesele cu duritatea de cel mult 300 - 325 HB. Filetul întrerupt se taie cu un cuţit de oţel rapid, ascuţit la un unghi de 50-60° şi cu o rază de racordare la vârf de 0,5-1,0 mm. Se recomanda
următorul regim de filetare: viteza de aşchiere 25 - 35 m/min, avansul la o rotaţie 0,3 – 0,4 mm şi adâncimea de aşchiere 0,5 - 0,6 mm. Suprafeţele prelucrate, racordările, găurile - care nu se metalizează - se protejează cu hârtie, carton sau tablă moale. 4
b. Depunerea stratului de metal topit prin pulverizare este un proces complex, însoţit
de un şir de fenomene fizico-chimice. Particulele de metal topit de pe arcul electric ajung pe suprafaţa piesei de bază la o temperatură înaltă şi în stare plastică fiind puternic împinse de jetul de aer comprimat. Când lovesc suprafaţa piesei, ele se deformează, se lipesc de piesă şi de particulele ce vin după ele. În timpul zborului, particulele metalice se vor răci
foarte puţin deoarece au o viteză mare (circa 200 m/s) şi durata de deplasare foarte scurtă (0,003 0,005 s), însă imediat ce aderă de piesă suportă o răcire intensă. Astfel se explică temperatura foarte redusă la care se încălzesc piesele metalizate, precum şi posibilitatea de a acoperi cu metal pulverizat şi piese nemetalice (lemn, marmură, gips etc.). În timpul topirii, particulele metalice se oxidează puternic şi se saturează cu azot din aer. Datorită temperaturii ridicate a arcului electric, de circa 2400-2600°C, o parte însemnată a elementelor chimice ce intră în componenţa metalului pulverizat arde. De aceea, compoziţia, macrostructura şi proprietăţile mecanice ale stratului metalizat se deosebesc mult de compoziţia
şi proprietăţile metalului din care au provenit (a sârmei pentru metalizat). Stratul de metal depus prin metalizare are o culoare neagrăruginie, iar după prelucrare se prezintă ca o suprafaţă mată cenuşie, cu mici incluziuni (puncte negre) de oxizi. Aceasta se explică prin faptul că stratul metalizat reprezintă o suprapunere aglomerată de particule metalice învelite într o peliculă de oxizi care provoacă acestuia o mare porozitate, împiedicând contactul total între particule. De aceea, problema principală a reglării procesului de metalizare constă în alegerea unor regimuri de lucru (tensiune, intensitate, presiunea jetului de aer etc.) care să producă o
oxidare minimă şi o ardere cît mai mică a elementelor de aliere (în special a carbonului). Factorii care influenţează calitatea şi aderenţa stratului de
metal depus sînt următorii: • temperatura de topire a electrozilor (sârmei); • calitatea materialului de adaos; • viteza de înaintare a electrozilor (viteza de formare a picăturilor de metal lichid); • presiunea jetului de aer care condiţionează mărimea şi viteza particulelor metalice.
5
Temperatu ra de topir e a electr ozil or depinde de regimul de lucru al aparatului electric de
metalizat. Intensitatea curentului variază între 100 şi 200 A, tensiunea arcului - între 20 şi 55 V, iar temperatura de topire a particulelor atinge 2400-2600°C. . Materialul pentru electrozi cel mai des folosit este sârma de oţel Cali tatea materi alelor de adaos
cu conţinut mare de carbón tip OSC (oţel carbon de scule, cu 0,6-1,2%C). Cantitatea mare de carbon a metalului de adaos este necesară pentru a compensa pierderile prin oxidare ale carbonului în timpul topirii şi al pulverizării. Această pierdere reprezintă 25-35% din conţinutul total de carbon. Dar pentru a obţine o aderenţă cît mai bună este necesar ca materialul de adaos
să fie plastic (moale), adică să aibă un conţinut redus de carbon. Pentru a îmbina aceste două aspecte, la alegerea electrozilor, se va ţine seama de natura şi funcţiunile pe care le îndeplineşte piesa respectivă, de duritatea superficială şi de condiţiile de lucru. Astfel, pentru piesele a căror
suprafaţă necesită o rezistenţă crescută la uzură (în special fusurile arborilor) se impune folosirea unor materiale de adaos cu conţinut bogat de carbon. La alegerea calităţii electrozilor trebuie să se ţină seama de faptul că stratul metalizat va avea o duritate mai mare decât duritatea sârmei din care a provenit, deoarece se produce răcirea rapidă a
particulelor în timpul pulverizării, însoţită de o ecruisare prin lovire. Vi teza de avansare a electrozilor trebuie să asigure
stabilitatea arcului electric şi în acelaşi timp
să permită topirea uniformă şi omogenă a metalului de adaos pentru ca acesta să fie apoi pulverizat în particule egale. Mărimea vitezei de avans a electrozilor influenţează direct productivitatea aparatului de metalizat şi a procedeului însuşi şi este cuprinsă între 2 şi 6 m/min.
Ea se stabileşte în funcţie de grosimea electrozilor, de presiunea aerului şi de distanţa dintre arcul electric şi piesa ce se metalizează. Această distanţă - pentru o bună aderenţă - trebuie menţinută între l00 şi 150 mm. Presiu nea jetulu i de aer
are o mare importanţă pentru obţinerea unei metalizări de calitate. O
presiune de aer mărită provoacă micşorarea dimensiunilor particulelor metalice (de la 0,4 mm până la 0,005 mm) şi împingerea lor cu putere pe suprafaţa metalului de bază. Pe de altă parte, în cazul unei presiuni scăzute, se măreşte oxidarea particulelor pulverizate şi se obţine o aderenţă nesatisfăcătoare. Pentru a se obţine o aderenţă corespunzătoare este necesar ca particulelor metalice să li se imprime o viteză de 150-200 m/s; această viteză se poate asigura cu aer la presiuni de lucru cuprinse între 4,5 şi 6 kgf/cm2. Timpul necesar pentru metalizarea pieselor cilindrice se determină cu relaţia : 6
Procesul tehnologic de metalizare a pieselor uzate se realizează cu ajutorul unor instalaţii.
Pentru lucrările pregătitoare sau pentru cele de finisare a suprafeţei metalizare se folosesc maşini-unele (strunguri), maşini de rectificat, polizoare etc. – din cadrul secţiei de prelucrări mecanice. Operaţia de metalizare a unei piese cilindrice cuprinde următoarele faze:
• fixarea piesei (arborelui) în dispozitivul de antrenare ; • rotirea piesei cu 30- 60 rot/min ; • pulverizarea metalului pe suprafaţa care se roteşte. Aparatul de metalizare fiind fixat pe sania strungului care roteşte piesa, va trimite jetul de aer cu metal topit perpendicular pe axa de rotaţie a piesei, în acelaşi timp el se va deplasa de-a lungul axei piesei cu un avans de1,0-2,5 mm/rot. Metalizarea se execută până se
obţine dimensiunea nominală plus adaosul de prelucrare, adică 0,40-.0,90 mm pe fiecare parte. Indiciul unei corecte alegeri a parametrilor metalizării care să asigure depunerea unui strat omogen, aderent, având duritatea necesară este temperatura piesei. Ea nu trebuie să depăşească 60-70°C deoarece altfel se creează zone de influenţă termică foarte periculoase pentru piesă (canalele filetului vor deveni puncte de concentrare a tensiunilor şi vor provoca ruperea arborelui).
c. Prelucrarea mecanică. După operaţia de metalizare se face prelucrarea mecanică de netezire prin aşchiere a suprafeţelor piesei. Procedeele tehnologice şi regimurile de lucru sînt cele pentru prelucrările obişnuite. Astfel, în cazul metalizării suprafeţelor rotunde, degroşarea manşonului 7
metalizat se face prin strunjire cu cuţite înzestrate cu plăcuţe de metal dur Viteza de aşchiere se ia de 15-20 m/min, avansul de 0,20- 0,25 mm/rot, iar adâncimea de aşchiere de 0,4-0,5 mm. Finisarea suprafeţei se execută prin rectificare cu pietre din carburi de siliciu cu granulaţie medie (46-48 unităţi).
Metalizarea cu arc electric
Procedeul a fost inventat in 1914 de Schoop in colaborare cu Bauerlin. In procesul de pulverizare cu arc electric, do ua sarme conductibile electric, sunt topite cu ajutorul unui arc electric. Materialul topit este atomizat cu un jet de aer comprimat si proiectat catre suprafata substratului (piesa de metalizat). Particulele topite, la impactul cu substratul, se vor solidifica rapid pentru a forma o acoperire.
Acest proces de pulverizare cu arc realizat in mod corect este numit „proces rece” deoarece suprafata substratului poate fi mentinuta la temperatura scazuta in timpul procesului evitand deteriorarea, schimbari metalurgice si deformari geometrice ale substratului. Acoperirile obtinute cu arc electric sunt mai dense si mai puternice (aderente) decat echivalentul lor ob tinute prin procesul de combustie, costuri scazute de functionare, rate ridicate de eficienta, toate acestea fac procesul foarte competitiv in acoperirea suprafetelor mari. Dezavantajul procesului este ca nu poate preincalzi substratul (este nevoie de o alta sursa) si foloseste numai sarme cu conductibilitate electrica.
8
Diagrama schematica a procesului de pulverizare (metalizare) termica cu arc electric
Principiul de operare
Sistemul HVAF-ARC (viteza ridicata aer combustibil-arc) produce acoperiri dense si fin structurate din sarma. Pistolul TSR300H foloseste un arc electric pentru topirea sarmei si un jet aer-combustibil (propan, propilena, GPL) supersonic pentru atomizarea metalului topit si accelararea particulelor fine rezultate. Capul de pulverizare contine o camera de combustie toroidala, cu o insertie catalitica din ceramica pent ru a stabiliza arderea, unde are loc arderea propilenei. Gazele de ardere formeaza un jet supersonic lipsit de oxigen (nu oxideaza metalul topit) directionat spre zona arcului electric. Metalul topit, rezultat in arcul electric format intre cele doua sarme, este atomizat si accelarat spre un substrat (piesa) unde se depune si se raceste rapid formand acoperirea.
9
Aici puteti vedea: http://www.youtube.com/watch?v=oQ9pjivjgDo http://www.youtube.com/watch?v=5qO2qcpu7cM
Metalizare cu jet supersonic cu metal
Jet supersonic din gaze de ardere
Durificare prin metalizare in arc electric cu 40Cr130 a unui cilindru hidraulic presa (inlocuieste cromarea)
10
http://www.youtube.com/watch?v=_LpbG9UZrV4 http://www.youtube.com/watch?v=pnf5nxaAbeY
Microstructura depunerilor in arc electric
Strat pulverizat in arc electric din doua sarme diferite pseudoaliaj: otel 13Cr / bronz aluminiu
http://www.gordonengland.co.uk/
11
Metalizari rezistente cu porozitate redusa
Acoperirile dense si foarte fin structurate se obtin datorita atomizarii in particule extrem de fine a sarmelor topite (0.002 mm), accelararii la viteze foarte mari a particulelor metalice si protectiei la oxidare. Modelul de pistol TSR300H depune diferite sarme tubulare sau din aliaje, rezultand acoperiri foarte dure (> 60 HRC) cu rezistenta crescuta la uzura de eroziune si abraziune. Aceste acoperiri inlocuiesc cromarea dura in multe aplicatii industriale.
12
Metalizare HVAF-ARC TSR300H
ZINCARE, CROMARE, CUPRARE, DURIFICARE SUPRAFETE, MOLIBDENARE, STANARE etc, sunt principalele aplicatii ale procesului de pulverizare termica in arc electric. Metalizarea cu zinc
13
Avantajele metalizarii cu arc electric Procesul de metalizare cu arc electric este caracterizat prin eficienta deosebita, datorata în principal, reducerii numarului de operatii de pregatire pentru suprafata, premergatoare aplicarii zincului. Utilizând metalizarea cu arc electric, se reduc costurile de operare, fiind necesara
14
doar sablarea în prealabil a suprafetei, renuntând astfel la spalarea, degresarea, uscarea suprafetei.
Costuri scazute de functionare
Eficienta ridicata
Posibilitatea zincarii reperelor mari. Nu exista limita de marime pentru repere.
Suprafata reperului zincat este mentinuta la o temperatura scazuta în timpul procesului, evitând astfel, o posibila deteriorare, schimbari metalurgice si deformari geometrice ale materialului.
Tubulaturile etanse pot fi metalizate fara riscul de a ex ploda.
Procesul nu este limitat doar la utilizarea zincului. Materialul de acop erire se poate alege în functie de aplicatia dorita, putând aplica orice material conductiv ce poate f i tras în sârme.
Stratul acoperirii poate varia în functie de necesitati, oferind astfel o protectie suplimentara pe suprafetele critice.
Reperele pot fi procesate la fata locului, fara a necesita mutarea acestora într-un loc special amenajat.
Aplicatii ale metalizarii cu arc electric si gaze combustibile
Protejarea anticoroziva cu zinc si aluminiu;
Reconditionarea sau conditionarea arborilor cotiti;
Reconditionarea lagarelor;
Metalizarea inelelor de piston;
Metalizarea cilindrilor de laminor;
Metalizarea capetelor de condensator;
Realizarea de matrite pentru mase plastice si materiale neferoase;
Reconditionarea camasilor de rulmenti;
Reconditionarea valturilor din industria tipografica;
Cuprari, nichelari, cromari dure, etc;
Protejarea pieselor de otel sau fonta la temperaturi ridicate; 15
Metalizarea anti-scânteie a cârligului de macara;
Metalizari decorative;
Metalizarea cilindrilor hidraulici.
http://www.youtube.com/watch?gl=SG&feature=related&hl=en-GB&v=c_8akBHg7mk
Metalizarea cu sarma in flacara oxi-gaz http://www.plasmajet.ro/ro/content/metalizarea-cu-sarma
16
Procesul de metalizare cu sarma in flacara de combustie
Metalizare cu sarma in flacara oxi-gaz: schema procesului
Instalatia completa de metalizare in flacara cu sarma Este cel mai vechi procedeu de pulverizare termica, a fost inventat in 1910 de elvetianul Schoop. Procesul are la baza pulverizarea unui metal sub forma de sarma, topit intr-o flacara oxiacetilenica. Pulverizarea se face cu un jet de aer comprimat. Spray-ul, format din picaturi fine de metal topit, ajunge p e substratul pregatit (piesa metalica) unde se raceste rapid formand o acoperire.
Acest proces realizat in mod corect se numeste „proces rece” deoarece temperatura substratului 17
poate fi mentinuta la valori scazute (100 – 150 grade C) pe durata procesului de metalizare, evitand modificarile structurale sau de forma ale substratului. Procesul se foloseste si in prezent pentru acoperiri anticorozive cu zinc, aluminiu, staniu pentru depunere de compozitie pe lagare de alunecare (cuzineti), pentru depunere de cup ru, alama, bronz etc pe fonte cu grafit sau inoxuri austenitice si nu in ultimul rand pentru metalizare cu sarme din aliaje dure pe baza de crom, nichel, molibden etc.
Instalatie Metco 10 E
Microstructura acoperirilor din sarma prin combustie
18
http://www.plasmajet.ro/ro/content/procesul-de-pulverizare-termica-de-combustie-cu-pulbere
Metalizare LVOF(procesul de pulverizare térmica de combustie cu pulbere)
Pulverizare termica cu pulbere in flacara de combustie cu viteza scazuta
Metalizare oxiacetilenica cu pulbere - schematic 19
Acest proces este cunoscut si sub numele de LVOF (proces oxigen-combustibil de viteza scazuta), a fost inventat in anul 1930 de Fritz Schori. In principal acest proces consta in pulverizarea un ui material topit pe o suprafata pentru a obtine o acoperire.
Instalatie de metalizare Metco 6P
20
Materialul sub forma de pulbere este topit intr-o flacara (oxiacetilenica sau alt combustibil) pentru a forma un spray fin. Cand spray-ul ajunge la suprafata pregatita a unui material substrat, picaturile fine topite se solidifica rapid formand acoperirea .
Procesul de metalizare in flacara realizat corect este denumit „proces rece” deoarece temperatura substratului este mentinuta scazuta pe durata metalizarii evitand deformari, schimbari de structura etc. Exista pulberi metalice de fuziune care dupa operatia de pulverizare sunt fuzionate de substrat cu o torta (oxiacetilenica) sau in cuptor la 1040 -1100 grade C rezultand un strat cu legatura metalurgica si lipsit de porozitate. Acesta nu este considerat un proces rece. Microstructura depunerilor din pulberi prin pulverizarea termica de combustie
Microstructura acoperiri prin combustie a pulberii de bronz aluminio http://www.gordonengland.co.uk/
21
Metalizare cu pulbere a unui ax concasor din industria cimentului
Reconditionare prin metalizare cu pulbere a unei carcase din fonta din industria energetic
22
Metalizare in jet de plasma atmosferica
Reprezentarea schematica a procesului de metalizare in jet de plasma.
Procesul de metalizare cu plasma are la baza pulverizarea unui material (pulbere ceramica, metalica, etc) topit in jetul de plasma pe un suport pentru a obtine o acoperire. Procedeul a fost inventat in 1920 de H. Gerdien in Germania. Sistemele comerciale au aparut dupa 1950. Materialul sub forma de pulbere este injectat in jetul de plasma care are o temperatura foarte ridicata 10.000-16.000 grade C si peste 3000 m/s. In jet pulberea este incalzita rapid si accelarata la viteze peste 600 m/s.. Pulberea ajunsa la punctul de inmuiere este proiectata pe substrat unde se raceste brusc formand acoperirea. http://www.youtube.com/watch?v=7I-an8kDIdU http://www.youtube.com/watch?v=pvm4R2wBjvA http://www.youtube.com/watch?v=W0-V6lmaMfs
23
Metalizare in jet de plasma cu pulbere nanometrica de ZrO2-8%Y2O3 pe o galeria de evacuare auto
24
Microstructura depunerii de ZrO2-8Y2O3
Acest procedeu realizat corect este numit „Proces rece” deoarece temperatura materialului substrat poate fi mentinuta scazuta in timpul procesului evitandu-se deformarile, schimbarile metalurgice, sau distorsiunile in substrat. Pistolul de metalizare in plasma este compus dintr-un anod de cupru si un catod de wolfram, ambele fiind racite cu apa. Gazul de plasma curge in jurul catodului si prin anod care are forma unei diuze. Plasma este initiata printr-o descarcare sub tensiune mare (>10.000 V), ducand la ionizarea locala a gazului de plasma care devine bun conducator electric pentru un arc de curent continuu ce se formeaza intre catod si anod. La trecerea prin arcul electric gazul se disociaza si se ionizeaza formand plasma. La iesire din diuza ionii se recombina cedand energia absorbita intr-un timp foarte scurt, ce ea ce duce la formarea unui jet de plasma foarte fierbinte. In acest jet este injectata pulberea dintr-un doz ator. Pulberea este imediat incalzita pana la punctul de inmuiere si accelarata pe distanta de pulverizare 25 -150 mm la 450 - 650 m/s. Procesul de metalizare in plasma este folosit cel mai adesea in conditii atmosferice normale avand denumirea APS. Se practica si metalizarea in camere vacumate in care s-a introdus un gaz de protectie la presiune scazuta, procesul numindu-se VPS sau LPPS. Metalizarea in jet de plasma are avantajul ca poate folosi materiale cu punct de topire foarte ridicat cum ar fi refractarele sau ceramicele. Procesele de combustie (AC-HVAF, HVOF) nu pot depune aceste tipuri de materiale.
25
Metalizare prin electroscanteie
Procedeul este cunoscut si sub denumirea de Electro-Spark Deposition (ESD) - depunere prin scanteie electrica, a fost dezvoltat in ultimii 15 ani si este mai putin cunoscut. Procesul ESD utilizeaza energia stocata in conden satori pe care o transfera la un electrod consumabil din: carburi (de W, Ti, Cr etc), otel inoxidabil, inconel, aluminiu etc., pentu o durata foarte scurta de 1/ 1000 secunde. Temperatura scanteii la varful electrodului este intre 8.000 si 25.000 grade C, materialul (electrodul) ionizat este transferat la suprafata su bstratului, producand un aliaj cu acesta si o depunere peste interfata aliata electrod – substrat. Stratul depus are o aderenta metalurgica pe substratul impregnat sau aliat cu materialul electrodului. Impregnarea se realizeaza mai ales atunci cand electrodul este o carbura (WC, TiC) Echipamentul pentru ESD are o greutate de 25-30 kg, este usor de folosit si permite aplicatii in-situ (portabil). In timpul depunerii prin ESD, substratul nu se incalzeste.
26
Caracteristicile stratului depus sunt controlate din parametrii procesului: energia scanteii, tensiunea, durata scanteii, inductanta, frecventa, tempe ratura, numarul de treceri, forta de apasare, viteza etc. Pe substrat se depune un strat cu o grosime de 0,03 -0,17 mm si o aliere in substrat, sau impregnare, pe o adancime de 0.03 mm. Metalizarea ESD se aplica pentru:
http://www.youtube.com/watch?v=SDMGbkmQ2WM - rezistenta la uzura de toate tipurile
Bordul de atac al paletelor se durifica prin depunere de carbura de wolfram (WC)
27
Domenii de utilizare ale metalizarii
Metalizarea este folosita in toate ramurile industriale Lagare de alunecare - cuzineti
Acoperirile obtinute prin pulverizare termica pentru suprafete moi de alunecare, p ermit inglobarea particulelor abrazive si deformarea cauzata de aliniamente nepotrivite. Aceste acoperiri necesita lubrefiere si trebuie sa fie ieftine deoarece se uze aza in zona de contact. Unele acoperiri sunt poroase si au avantajul ca porii functioneaza ca rezervoare de lubrefiant. Cele mai uzuale metalizari pentru lagare de alunecare moi, sunt cele pe baza de bronz de aluminiu, bronz fosforos, argint grafitat, babbitt (YSn88), bronz-polimer composit etc. Acoperirile obtinute prin pulverizare termica pentru suprafete dure de alune care, au o rezistenta ridicata la uzura. Lagarele dure sunt folosite acolo unde nu este necesara inglobarea particulelor abrazive si autoalinierea, iar lubrefierea este putin importanta. Natura straturilor depuse prin metalizare, produce beneficii in plus fata de materialele laminate sau turnate, datorita porozitatii care actioneaza ca rezervor de lubrefiant si naturii composite a oxizilor inclusi in fazele amorfe ce duc la cresterea rezistentei la uzura. Desi au o macroduritate mai mica decat laminatele si turnatele, straturile obtinute prin metalizare sunt mai rezistente la uzura. Cele mai folosite metalizari, in cazul lagarelor dure, sunt pe baz a de cermeti precum carburile de wolfram – cobalt
28
sau crom-nichel/crom, oxizi ceramici precum cel de crom, cel de aluminiu sau titan, molibden si aliaje diferite de fier, nichel, crom si cobalt . Inlocuire cromare dura
Cromarea dura (obtinuta prin electrodepunere) are neajunsuri cum ar fi: grosime maxima a stratului 0,1 mm, duritate limitata 600 - 650 HV, electrolitii sunt puternic poluanti. Pe plan mondial, acolo unde calculele economice o permit, electrocromarea a fost inlocuita cu depunerea de tip HVAF sau HVOF a pulberilor WC-Co-Cr 86-10-4. Straturile pot atinge grosimi de ordinul milimetrilor, duritati > 1000 HV si o aderenta superioara electrocromarii.
Electrozi de impamantare - cuprare
Otelul sub forma de bara, platbanda etc, poate fi acoperit cu un strat gros din cupru pur. Reperul obtinut are conductibilitatea electrica a cuprului si rezistenta mecanica a oteluli. Grosimea stratului de cupru depus pe otel, poate fi de ordinul milimetrilor. Acoperiri rezistente la abraziune
Ideal ar fi ca straturile depuse prin metalizare pentru rezistenta la abraz iune sa aiba o duritate superioara suprafetei cu care vine in contact sau particulelor abrazive ce o uzeaza. Acoperirile folosite sunt cele din carburi de wolfram-cobalt (pana la 540 grade C), carburi de crom-nichel-crom (pana la 850 grade C), stellitarea cu diferite tipuri de stellite (900 grade C), oxizi ceramici precum cel de crom si aluminiu, aliaje autofuzionante (Ni-Cr-B-Si) si diferite alte aliaje dure. Acoperiri rezistente la eroziune
Alegerea acoperirilor rezistente la uzura prin eroziune se face in functie de severitatea si tipul eroziunii. Pentru o eroziune severa prin lovire sub un unghi mic de atac, unde uzura este asemanatoare cu cea de abraziune, sunt necesare acoperiri cu duritate mare. Pentru unghiuri mari de lovire, in jur de 90 grade, mai importanta devine tenacitatea acoperirii. 29
Pentru cavitatie si lovire cu lichide in general, este necesara o suprafata cu rezistenta ridicata la oboseala. Cele mai uzuale straturi rezistente la eroz iune se obtin din carburi, aliaje cu baza cobalt (stellite), aliaje autofuzionabile, oxizi ceramici, aliaje diferite, aliaje neferoase, monel etc. Aliajele polimer tip PTFE, cu un coeficient de frecare foarte scazut, sunt adesea folosite. Acoperiri rezistente la coroziune
Pulverizarea térmica este des folosita in protectia anticoroziva a materialelor. Acope ririle rezistente la coroziune obtinute prin pulverizare termica se impart in trei grupe principale: - acoperiri anodice - acoperiri catodice - acoperiri neutre Acoperirile anodice pentru protectia aliajelor fierului sunt aproape in totalitate acoperiri cu Zn
si Al sau aliajele lor. ZINCAREA Zincarea prin pulverizare termica poate fi facuta in flacara sau arc electric, un proces
simplu si deosebit de eficient. Aceste straturi functioneaza ca anod si sunt de sacrificiu, sunt exceptional de rezistente in conditii severe de coroziune putand rezista pana la 50 ani fara alta intretinere. Aluminiul este cel mai eficient in protectia otelului din structurile metalice ce functioneaza sau sunt expuse la apa de mare. Acoperirile catodice contin un metal care este catod in raport cu substratul. Acoperirile
cu nichel sau otel inoxidabil sunt catozi in raport cu otelul obisnuit pe care il protejaza cu succes. Procedeul de pulverizare termica permite aplicarea de straturi din materiale exotice precum tantal pentru medii extrem de corozive. In aceste cazuri de protectii este necesara e rmetizarea straturilor depuse (inchiderea porilor) pentru a impiedica accesul mediului coroziv la substratul protejat. 30
Sunt preferate procesele care dau cele mai dense acoperiri ( HVAF, HVOF, plasma si acoperiri fuzionabile). Acoperirile mai groase dau o protectie mai buna decat cele subtiri. Acoperirile neutre precum cele ceramice pe baza de oxid de crom sau aluminiu asigura
o protectie excelenta la coroziune in aproape toate mediile izoland substratul de mediu. In general un material neutru nu va accelara coroziunea materialului de baza chiar daca acoperirea este penetrabila (poroasa), dar trebuie evitata corodarea substratului pentru a evita exfolirea. Este recomandata ermetizarea acoperirii. Sculele si matritele acoperite prin pulverizare termica au un cost semnificativ influentat
de aceasta operatie. Gratie unei investitii consistente, folosind pulverizarea termica, durata de viata a matritelor si sculelor acoperite duce la o perioada de folosire indelungata in comparatie cu cele neacoperite. Materialele de acoperire care maresc durata de functionare a matritelor, includ materialele cu rezistenta ridicata la uzura in cond itii de temperatura si mediu agresiv chimic. Refacerea geometriei (Restaurarea ) pieselor uzate sau gresite in timpul prelucrarilor
mecanice este o aplicatie curenta pentru pulverizarea termica. Beneficiile sunt: costuri scazute, performante ingineresti crescute si/sau marirea duratei de folosire. In plus fata de aplicatiile originale, acoperirile prin pulverizare termica folosite pentru repararea reperelor uzate, ca de exemplu lagarelor subdimensionate, role de tipografie etc, sunt un mod rapid si economic pentru refacerea dimensiunilor. Acoperirile dielectrice , realizate prin pulverizarea termica a pulberilor ceramice, sunt
cele mai des folosite in industria aerospatiala, industria electronica, industria energetica (centrale eoliene) si a automobilelor. Oxidul de aluminiu depus in jet de plasma realizeaza o acoperire densa care este capabila sa reziste la mii de volti in functie de grosimea acop eririi. Acoperirile de emisie folosesc o matrice impregnata cu un agent de eliberare (antilipire)
pe baza de teflon sau silicon. Aceste straturi antilipire sunt folosite in industria cauciucului, adezivilor, plasticului sau produselor alimentare.
31
Acoperirile de tractiune sunt folosite pe rolele de tiparire sau in industria hartiei pentru
a apuca sau alimenta hartia. Deoarece tractiunea acoperirii depinde substantial de rugozitatea suprafetei sale, aproape orice material poate fi utilizat pentru a realiza o suprafata de tractiune. Totusi in majoritatea cazurilor unde este recomandata o astfel de acoperire, este prezenta in mare masura si uzura si de aceea cele mai bune acoperiri sunt pe baza de carburi sau aliaje de nichel.
Bibliografie: http://library.utm.md/lucrari/Tipografia/2008/68/Reconditionarea_pieselor_auto_DS.pdf http://www.scribd.com/doc/17429314/Metode-de-Repatatii-Proiect-Complet http://ro.wikipedia.org/wiki/Metalizare http://www.plasmajet.ro/ro/content/metalizarea-cu-sarma http://www.plasmajet.ro/ro/content/procesul-de-pulverizare-termica-de-combustie-cu-pulbere http://www.gordonengland.co.uk/ http://www.youtube.com/watch?v=oQ9pjivjgDo http://www.youtube.com/watch?v=5qO2qcpu7cM
32
