Cap.1.TEHNOLOGII DE ACOPERIRE TERMICĂ PRIN [626466]
Cap.1.TEHNOLOGII DE ACOPERIRE TERMICĂ PRIN
METALIZARE
1.1.Principiul procedeelor de metalizare prin metalizare
Toate procedeele de metalizare prin pulverizare constau întopireamaterialelor de adaos
(sârmă, vergea sau pulbere) de către o sursă termică (ar c electric, flacără oxigaz sau jet
plasmă),pulverizarea (atomizarea) metalului topit și proiectarea picăturilor cu ajutorul unui
jet de aer comprimat cu presiune ridicată ( 4-7[bar])pesuprafața de acoperit asperizată (cu
rugozitate cca.20 [μm]). La trec erea din faza de metal topit în picături pulverizate datorită
aerului comprimat are loc o răcire rapidă a picăturilor și o creștere a vitezei particulelor.
Astfel,vitezaparticulelor ajunge la 30-50[m/s]la metalizarea cu flacără și cu arc electric
și250[m/s]la metalizarea cujet de plasmă.
Energia cinetică cu care particulele lovesc suprafața piesei depinde de distanța față de
piesă și de mărimea particulelor. Proiectarea particulelor se face în formă de concu vârful în
nucleul flăcării sau alarcului electric.
Particulele care se găsesc la extremitatea conului se răcesc mai rapid și nu mai ajung în
stare plastică pe suprafața de acoperit, ci solidificate și puternic oxidate, ele ricoșează de pe
suprafață sau se regăsesc în depunere ca incluziuni fără aderență. Particulele plasticesunt
proiectate pe piesă iarimpactul lor cu suprafața este foarte puternic datorită vitezei mari a
particulelor. În contact cu suprafața asperizată a materialului de bază, picăturile plastice se
strivesc în asperitățile sup rafeței și se ancorează de acestea, realizând o legătură mecanică
cu materialul de bază. Par ticulele astfel depuse vor căpăta o configurație neregulată , cu o
rugozitate pronunțată, constituind o bază ideală pentru ancorarea particulelor următoare. [70]
Picăturile de material de adaos posedând energie termică și cinetică se ciocnesc de
suprafața de acoperi rerezultând în urma impactului o strivire cu împroșcare a picăturii
lichide în urma c ăreia se realizează și transferu l de energie termică de la picătură l a substrat,
având drept rezultat solidificarea picăturii.
Considerând temperatura picăturii de peste 1.000[0C]și cea a suprafeței suportului la sub
100[0C], transferul de energie termică de la picătură la suport continuă și după solidificarea
picăturii, până la egalizarea temperaturilor, având ca rezultat o contracție termică apreciabilă
a materialului depus și o dilatare termică minoră a suportului.
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
Stratul de material depus este constituit dintr -o multitudine de picături fine ,mai mult sau
mai puțin ap latizate, în funcție de starea lor termică și cinetică în momentul impactului.
Forțele dintre materialul de bază și materialul depus prin pulverizare termică sunt de
naturămecanic -adezivă peste care se suprapun forțele de contracție .Se adaugă forțe de
natură coezivăca rezultat al difuziei ce poate apărea în cazul unor depuneri.
Structura materialului depus este stratificat lamelară cu incluziuni gazoase sau solide
rezultate în urma reacțiilor chimice secundare de oxidare sau descompunere.
Fig.1.1.Elemente componente ale unui strat depus prin pulverizare termică:1 -substrat; 2 –
particule netopite; 3 -oxizi; 4 -por.
În tabelul 1.1sunt prezentate proprietățile metalului depus prin acoperire termică prin
pulverizare.
Tabelul 1.1.Proprietățile metalului de pusprin aco perire termică prin pulverizare.
Procedeu
CaracteristiciFlacără Detonație Jet de plasmă Arc electric
Grad de oxidare Ridicat Foarte scăzut Mediu către scăzut Mediu către
scăzut
Porozitate [%] 5-15 0,25-5 0,5-10 3-10
Grosime[mm] 0,1-1,5 0,05-0,3 0,05-1 0,1-5+
Diluție[%] 0,1-2 0 0-0,2 0
Forța de aderență
[N/mm2]20 170 35-70 28
1.1.1. Procedee de metalizare prin pulverizare termică
Clasificarea procedeelor de pulverizare termică se poate face după diverse criterii.
Se consideră esențială clasificarea procedeelor de pulverizare termică după purtătorul
de energie , astfel fiind posibile:
-pulverizare cu flacără de gaze;
-pulverizarea cu flacără de înaltă viteză (HVOF);
-pulverizarea cu arc electric;
-pulverizare a cu jet de plasmă;
-pulverizarea cu curenți de înaltă frecvență;
-pulverizarea prin detonație.
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
După starea în care se află materialul de adaos, procedeele de pulve rizare termică se
clasifică în:
-pulverizare termică cu material de adaos sub formă de sâ rmă;
-pulverizare termică cu material de adaos sub formă de pulbere. [71]
Pulverizarea termică cu flacără
La pulverizarea cu flacără, ca sursă de căldură se folosește flacăra oxiacetilenică sau
oxipropanul. Flacăra oxiacetilenică este mult mai compactă d in cauza acțiunii aerului
comprimat care produce un efect termic mai intens, în special în zona reducătoare care topește
metalul de aport.
O topire optimă se produce atunci când se utilizează un raport oxigen/acetilenă egal cu
2/5. Reglarea flăcării oxiace tilenice are o importanță deosebită și depinde de specializarea
operatorului.
În tabelul 1.2sunt prezentate temperaturile de ardere pentru diferite gaze combustibile:
Tabelul 1.2.Temperaturile gazelor de ardere .
Amestec
combustibilTemperatura de
ardere[0C]Amestec
combustibilTemperatura de
ardere[0C]
Oxigen-acetilenă 3100 Aer-acetilenă 2325
Oxigen-butan 3100 Aer-hidrogen 2455
Oxigen-propan 2760 Aer-gaz de cărbune 1530
Oxigen-hidrogen 2760
Topirea cu gaze are avantajul că poate utiliza ca m aterial de adaos atât sârme de
metalizare cât și pulberi metalice sau ceramice, oferind posibilitatea obținerii de structuri
omogene cu porozitate și duritate superioare metalizării cu arc electric. [62]
Faptul că tehnologia de metalizare cu flacără este d estul de simplă, iar prețul utilajelor
este scăzut, face ca procedeul să fie răspândit pe plan mondial.
Pulverizarea cu flacără și sârmă
Procedeul de pulverizare termică cu flacără si sârmă este cel mai vechi și cel mai
răspândit. Principiul acestui proce deu este acela că materialul de aport este adus cu ajutorul
unui mecanism de avans în nucleul unei flăcări. În flacără ,sârma se topește și este pulverizată
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
de un gaz sub presiune.
Avansul sârmei se realizează cu viteză constantă folosindun sistem de avan s acționat cu
ajutorul unei turbine sau motor pneumatic, respectiv un sistem de avans electric cu motor de
curent continuu. Pistoletele cu turbină sunt folosite pentru metalizarea manuală, iar cele cu
acțiune electrică se utilizează pentru instalații desti nate proceselor mecanizate pentru
metalizare.
Fig.1.2. Principiul procedeului de pulverizare cu flacără și sârmă.
1-sârmă material de adaos; 2 -role de avans; 3 -gaz combustibil; 4 -aer comprimat; 5 -nucleul
flăcării; 6 -strat depus prin pulverizare.
.
O ins talație de metalizare cu flacără și sârmă se compune, în general, din:
-sursa de gaz combustibil;
-aparatură de reglare și control a lpresiunii și debitul uigazelor;
-suporturi de susținere și curățare a materialului de adaos;
-furtunuri pentru legătur a dintre sursele de gaze;
-aparatul de pulverizare și transport a materialului de adaos.
Sursa de aer comprimat se alege în funcție de parametrii aparatului de topire și
pulverizare, dar presiunea nu trebuie să fie mai mică de 0,5 [Mpa].[18]
Pulverizarea cu flacără și pulbere
Pulverizarea cu flacără și pulbere constă în aducerea în nucleul unei flăcări a materialului
de adaos (sub formă de pulbere) cu ajutorul unui gaz de transport sau prin cădere liberă.
Pulberea se topește și este proiectată de jetul de gaze pe suprafața materialului de bază.
Dimensiunea particulelor este cuprinsă între 50 -150[µm].
În figura1.3este redat principiul metalizării cu flacără și pulbere în gaz de transport.
O instalație de metalizare cu flacără și pulbere antrenată de un g az transportor se compune
din:
-sursă de gaz combustibil, care poate fi un generator de înaltă presiune sau o butelie;
-sursă de aer comprimat, inclusiv buteliile de aer și filtrele de purificare;
-sursăde oxigen;
-furtunul de legătură între sursele d e gaze și aparatul de pulverizare;
-aparatură de reglare și control al presiunii și debitul uigazelor;
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
-aparatul de pulverizare și transport a lpulberii.
Fig.1.3. Schema de principiu a procedeului de pulverizare termică cu flacără și pulbere.
1-pulberi; 2-intrare pentru pulbere; 3 -amestec gazos; 4 -flacăra; 5-strat depus prin
pulverizare.
Cu excepția aparatului de pulverizare și transport a pulberii, toate celelalte accesorii ale
instalației sunt asemănătoare cu cele ale instalației de metalizare cu sârmă .
În ultimii ani mai multe firme au realizat aparate și dispozitive care permit depunerea unor
straturi pe interiorul pieselor cilindrice. În figura 1.4este redat un asemenea pistol de
pulverizare cu flacără și pulbere realizat de firma Castolin.
Fig.1.4.Pistolet de metalizare cu material de adaos sub formă de pulbere 1 –corpul
pistolului;
2–rezervor de pulbere; 3 –capul pentru amestec și pulverizare; 4 –robinet de reglare a
debitului de oxigen; 5 –declanșator; 6 –corp de admisie și distribuție; 7–robinet mixt de
pornire a gazelor.
Metalizare a cu flacără și pulbere la cald
Arzătorul pentru metalizare cu flacără și pulbere la cald este alcătuit dintr-un mâner
similar cu cel de la trusa de sudare și tăiere cu flacără oxiacetilenică, un dispoz itiv de amestec
și un rezervor de pulbere. Dispozitivul de amestec este asigurat împotriva întoarcerii flăcării.
Pentru lucrări în locuri cu acumulări mari de căldură sunt utilizate duze din materiale
termorezistente și capete de pulverizare răcite cu aer sau apă. Un scut termic di n metal ușor îl
apără pe sudor de radiația termică. Fazele de lucru sunt: preîncălzirea, pulverizarea și
încărcarea prin depuneri și topiri succesive. Suprafața de depunere se curăță de luciu metalic,
adică fără rugină , țunder(oxizi), ulei, vopsea, resturi de nisip cuarțos. Stratul de oxizi care se
formează la încălzirea piesei poate duce la formarea porilor în depunere. De aceea, de îndată
ce temperatura suprafeței de depunere, atinge 300 -400[0C](la preîncălzire) se pulverizea ză
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
unfilm subțire de pulbere , care împiedică o oxidare ulterioară a suprafeței.
Flacăra de preîncălzire reglată neutru, acționează ca unoxidantîn momentul introducerii
pulberii , ca urmare a cantității mai reduse de gaz de lucru (acetilena). De aceea, în ainte de
încărcarea prin metalizare debitul de acetilenă se reglează la o valoare aproximativ dublă față
decea aoxigenului, pentru ca, la introducerea pulberii, flacăra să devină din nou neutră.
Cantitatea de pulbere trebuie astfel reglată, încât să fie asigurată o topire completă a metalului
depus.
Este necesară deschiderea șiînchiderea complet ă, alternativ ă,aventiluluide pulbere,
astfel încât să fie la dispoziție suficient timp pentru topire.
Datorită preciziei procedeului cu care pot fi încă rcateprin metalizare, mai ales straturi
subțiri pe suprafețe greu accesibile, inclusiv în poziție "peste cap" ,de cele mai multe ori nu
este necesară o prelucrare ulterioară a stratului depus. Prin încercări de îndoire se verifică
buna aderență a metalului depu s cu metalul de bază.
Temperatura flăcării oxiacetilenice este în nucleu de cca 2850 [0C], fapt care limitează
domeniul de utilizare a materialelor greu fuzibile.
Presiunile gazelor de lucru orientative sunt:
-oxigen: 2-4[bar];
-acetilenă: 0,3 -0,5[bar];
-grosimea de strat depus: 0,05 -2(5)[mm].
Metalizare a cu flacără și pulbere la rece
Din punct de vedere al transportului pulberii în flacără sunt posibile următoarele
posibilități:
a)absorbție dintr -un rezervor separat;
b)sistem mixt de absorbție și căd ere liberă dintr -un rezervor propriu;
c)sistem mixt de absorbție și cădere liberă dintr -un rezervor separat;
d)agitare tangențială și transport cu gaz comprimat.
Parametrii medii pentru depunerea aliajelor pulverulente de tip NiCrBSi sunt:
-productivitatea: 0,5-2,5[kg/h];
-debit de oxigen: 4 -5[Nm3/h];
-debit de acetilenă: 0,8 [Nm3/h];
-granulație pulbere: 50 -125[µm];
-grosimea stratului depus: 0,5 -1,5[mm].
Metalizarea cu flacără și pulbere la rece cu topirea metalului depus
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
Dacă în afara solicită rii de uzare apare și atacul unor acizi sau baze tari, metalizarea prin
pulverizare cu sârmă sau cu pulbere la rece conferă o protecție suficientă a suprafețelor.
Procedeul de metalizare prin pulverizare cu flacără și pulbere la rece cu topirea metalului
depus, reprezintă o legătură între metalizarea prin pulverizare și sudare, deoarece, pe de o
parte, sunt obținute straturi având grosimea uniformă, dar care au aderența prin difuzie fără
apariția diluției cu materialul de bază.
Straturile depuse prin acest procedeu pot avea grosimea de cca 2 [mm]. Pentru piesele
solicitate la coroziune este suficientă , în general, o grosime a stratului de 0,3 [mm], iar la
solicitare puternică la uzare, o grosime de 0,5 -0,8[mm](grosime a metalului depus finisat).
Pregătirea suprafeței piesei pentru depunere se face ca și în cazul celorlalte procedee de
depunere prin pulverizare. După pulverizare strat ul pulverizat și suprafața de dede subt a piesei
trebuie aduse la temperatura domeniului plastic al aliajelor de pulverizare (c ca. 1030-1100
[0C]) pentru a se obține o difuzie la interfața stratului de metal depus cu materialul de bază.
Topirea trebuie executată imediat după pulverizare, deoarece piesele sunt calde, datorită
pulverizării sau preîncălzirii.
Pentru încălzirea piese lor se utilizează următoarele procedee: încălzirea prin inducție,
încălzirea în cuptor cu încălzire controlată, încălzirea cu arzătorul oxiacetilenic sau încălzirea
cu procedeul WIG.
Se topesc după posibilități , mai întâi muchiile, pentru ca să nu se despr indă de pe ele
metalul depus, iar, apoi, se încălzește suprafața. La atingerea temperaturii de topire suprafața
primește un aspect de oglindă. La o conducere corectă a temperaturii pot fi topite straturi
metalizate de grosimi mai mari și pe suprafețele ca re nu sunt orizontale, fără ca materialul
depus să curgă sau să picure. După topire este utilă o răcire lentă prin împachetare în materiale
termoizolante sau prin acoperire cu azbest, nisip, sau alte materiale asemănătoare. Finisarea se
face în mod uzual ș i eficient prin polizare umedă. Unele aliaje pot fi prelucrate și prin așchiere
cu scule din metal dur.
Suprafețele pieselor obținute după aplicarea acestui procedeu se disting printr -o rezistență
ridicată la uzare, la temperaturi ridicate, rezistență rid icată la coroziune și prin bune proprietăți
de alunecare. [71]
Pulverizarea cu flacără și pulbere cu topire
Principiul acestui procedeu constă în faptul că metalul depus inițial este topit cu flacără
oxigaz, electric, în cuptor sau prin inducție.
Temperatu ra de topire a metalului depus este cuprinsă între 1020 -1140[0C]. Peste 900
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
[0C]pulberile de B și Si dau borosilicați care protejează suprafața metalului depus la oxidare,
realizând și decaparea metalului de bază astfel încât metalul depus difuzează în m etalul de
bază.
Folosind procedeul pulverizării cu flacără și pulbere la topire, se obțin aderențe foarte
bune ale metalului depus la metalul de bază.
Pulverizarea cu flacără de îna ltă viteză
Pulverizarea cu flacără de înaltă viteză este un procedeu încare energia termică are valori
reduse,iarenergia cinetică este mult superioară procedeelor cu pulbere clasice.
Pionierul acestor instalații a fost JET KOTE. Terminologia internațională adoptată pentru
acest tip de procedeu este denumirea generică de HVOF (high velocity oxy -fuel).
Principiul procedeului HVOF este redat în figura 1.5.
Fig.1.5. Principiul procedeului de pulverizare termică HVOF:
1-oxigen; 2 –gaztransportor ;3-gazpentru fla cără;4–lichid de răcire; 5–corp;
6–pulberi antrenate în flacără; 7-jetpulverizare; 8 -strat depus prin pulverizare .
Presiunea gazelor în pistol este ridicată (3 -7[bar]), de aceea se pot folosi ca și gaze
combustibile gazele care suportă aceste presiuni (propan, hidrogen).
Straturile depuse au o porozitate foa rte scăzută, densitate ridicată, o bună aderență la
suprafața metalului de bază. Se pot depune materiale cu valori ridicate ale temperaturilor de
topire (ceramice, refractare, carburi de wolfram, oxizi de crom etc.). Straturile depuse sunt
foarte netede și astfel se fac economii de manoperă la oprelucrare ulterioară.
Procedeul HVOF este ușor adaptabil și se obțin acoperiri foarte bune pentru rezistență la
uzură, protecție anticorozivă, izolații termice și electrice.
Parametrii tehnologici pot fi reglați în limite largi pentru obținerea temperaturii și vitezei
optime. Rata mare a depunerii scurtează tipul de pulverizare mai ales pentru piesele mari. [28]
Pulverizarea prin detonație
Energia cinetică la acest procedeu de pulverizare este realizată prin detona ția unui amestec
exploziv de gaze.
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
Pulberea este adusă în camera de detonație printr -un injector și preluată de gazul de
antrenare. Amestecul exploziv este format din acetilenă și oxigen iar aprinderea se produce
prin scânteie electrică. Amestecul de pulbe re și gaze de ardere fierbinți sunt expulzate cu mare
viteză printr -o țeavă de evacuare.
În acest procedeu este de remarcat atât energia cinetică mare ( se ating viteze de până la
750-1000[m/s])câtșitemperatura ridicată (până la 3300 [0C]) pe care o po ate atinge
materialul depus. Energia cinetică mare și temperatura ridicată favorizează formarea de
microsuduri . Frecvența exploziilor este (4 -8/sec), zgomotul produs este de asemenea ridicat
(cca. 150 [dB]). Dimensiunea recomandată a particulelor de pulber e este de 5 -60[µm].
Avantajele majore ale acestui procedeu în comparație cu alte procedee de depunere
termică prin pulverizare constau în:
-densitatea stratului depus (aproximativ 98 [%]din densitatea teoretică)
-aderența superioară oricărui alt procedeu de pulverizare termică ce nu implică
topirea substratului.
Prin acest procedeu se pot depune o gamă largă de materiale, dar mai frecvent este aplicat
la depunerea materialelor ceramice și compozite . Grosimea straturilor depuse folosindacest
procedeu var iază în limitele 0,05-0,5[mm].[18]
Schema de principiu a pulverizării termice prin de tonație este prezentată în figura 1.6.
Fig. 1.6. Principiul pulverizării termice prin detonație: 1-alimentare pulbere; 2-
detonator; 3-alimentare gaz combustibil; 4-alimentare gaz cur ățire;5-jet;6-strat depus prin
pulverizare.
Pulve rizarea termică cu arc electric
Principiul care stă la baza metalizării cu arcul electric este prezentat în figura 1.7.
Fig. 1.7. Schema de principiu a instalației de pulverizare termică c u arc electric:
1-role avans sârmă; 2 -duze de contact; 3-țeavă insuflare gaz pulverizator; 4-sârmă material
de adaos; 5-partic ule de pulverizare; 6-jet; 7 -strat depus prin pulverizare.
Pentru metalizarea cu arc electric se poate utiliza atât curent contin uu cât șicelalternativ.
În cazul utilizării curentului alternativ arcul este instabil și face mult zgomot, spre
deosebire de curentul continuu , caz în care arcul este mai stabil, metalul pulverizat este mai
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
fin, iar productivitatea este mai ridicată.
Camateriale de metalizat, sunt utilizate sârme din oțel și neferoase. Se pot obține
caracteristicile dorite ale straturilor depuse pentru că elementele de aliere pierdute la
pulverizare prin ardere, se pot compensa prin supraalierea sârmelor de metalizare.
Metalizarea cu arc electric are următoarele avantaje:
-nu necesită tuburi de oxigen și butelii de acetilenă și din această cauză
instalația poate fi deplasată cu ușurință.
-posibilitatea obținerii pseudoaliajelor prin utilizarea a două sârme diferite: Al –
OL, Al-Zn.
Principalul dezavantaj al procedeului constă în arderea elementelor de aliere. [11]
Valorile medii ale parametrilor de metalizare sunt:
curent 100 -350[A];
tensiune 20 -35[V];
presiunea aerului comprimat 3 -7[bar];
consum aer comprimat 50-80[Nm³/h];
productivitatea 4 -20[kg otel/h];
distanța de pulverizare 50 -120[mm];
diametrele sârmelor 1,6 -2,0[mm];
grosimea de metal depus 0,1 -20[mm];
densitate 60 –80[%].
Tabel ul1.3.
Materialul de
adaosRezistența la rupere a str atului depus prin metalizare, în
cazul utilizării drept combustibil
Acetilenă Propan Hidrogen
Oțel cu 0,33 %C 1630 1460 1680
Oțel cu 1,00 %C 1150 1100 1210
Aluminiu 820 280 800
Zinc 530 450 820
Cupru 850 490 980
Alamă 730 580 1010
Pulverizarea cu ajutorul curenților de inducție
În comparație cu procedeele analizate mai sus, acest procedeu de metalizare prezintă
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
avantajul că determină o încălzire mai redusă a piesei de metalizat deoarece nu se mai
manifestă influența asupra piesei de metalizat a arcului electric sau a flăcării oxiacetilenice. Pe
de altă parte straturile depuse prin metalizare sunt mai omogene și au o porozitate mai redusă.
S-a constatat de asemenea o duritate mai mare a straturilor depuse, acest lucru fiind
rezultatul faptului că gradul de ardere a carbonului și a altor elemente prezente în oțelul topit
este mult mai redus în cazul utilizării acestui procedeu.
În figura 1.8este prezentată schema de principiu a instalației de metalizare cu curenți de
înaltă frecvență
Metalul topit se pulverizează printr -un jet de aer comprimat și este depus pe suprafața
asperizată. Pentru pulverizarea materialelor care se oxidează puternic în loc de aer comprimat
se utilizează gaze inerte. [89]
Fig.1.8. Schema de principiu a instalației de metalizare cu CIF .
Pulverizarea termică cu jet de plasmă
În țara noastră, p rimele experimentări de metalizare cu plasmă au fost efectuate la
începutul anilor’80 la Institul Național de Motoare Termice Bucureșt i.
Procedeul se utilizează în cazul acoperirii suprafețelor pieselor cu straturi alcătuite din
materiale dure,oxizi de Al, Cr, Mn și materiale greu fuzibile: W, Mo,Ti.
Cel mai răspândit procedeu pentru obținerea plasmei este utilizarea unor tipuri diferit e de
descărcări în gaze. [19]
În figura1.9este prezentată schema pistolului de metalizare în jet de plasmă.
Fig. 1.9.Schema de principiu a pistolului de metalizare în jet de plasmă:
1-electrod W (catod); 2 -duză (anod); 3 -ajutaj răcire și contact electric ; 4-pulbere; 5 -arc de
plasmă; 6 -jet pulverizat; 7 -strat depus prin pulverizare.
Procedeul folosește un arc de plasmă cu temperaturi de până la 20.000 [0C]iar ca gaze
plasmagene argonul, heliul, hidrogenul, azotul.
Materialul de aport sub formă de pulber i este introdus în mod controlat în jetul de plasmă,
care produce topirea particulelor de material și proiectarea lor cu viteză mare asupra
substratului.
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
Densitatea stratului depus este în limitele 85 –95[%]din densitatea teoretică. Viteza
particulelor poate atinge 250 –550[m/s].
Pulberea se transmite în exteriorul duzei. Pentru pulverizare se utilizează de obicei
pulbere cu granulație 40 –100[μm].
Pulverizarea termică cu plasmă prezintă variantele :
-pulverizare cu plasmă la presiune atmosferică;
-pulverizare cu plasmă în vid (pentru materiale reactive);
Pulverizarea termică în jet de plasmă are următoarele avantaje:
-temperatura ridicată a jetului de plasmă permite topirea materialelor cu pu ncte
ridicate de topire, permite topirea oricărui mater ial solid;
-temperatura de topire se poate regla prin schimbarea diametrului duzei și a
regimului de lucru al instalației;
-metalul depus conține o cantitate redusă de oxizi, datorită gazelor de lucru inerte;
-metalul depus are o aderență bună și o dens itate ridicată.
Principalele dezavantaje ale procedeului de pulverizare termică în jet de plasmă sunt:
-productivitate scăzută;
-zgomot și iradiere intensă cu radiații ultraviolete;
-prețul ridicat al utilajului și al cheltuielilor de exploatare.
Tempe ratura ridicată a jetului de plasmă permite pulverizarea oricărui material de adaos,
care în procesul de încălzire și topire nu își schimbă semnificativ proprietățile. [13]
Pulverizarea cu laser
Pulverizarea cu laser are scopul obținerii pe cât posibil a u nui metal depus cu o cât mai
redusă diluție. De regulă se aplică pe materialele de bază ieftine, materiale de adaos cu
rezistență mare la uzură și/sau coroziune.
Prin astfel de depunere pe materialul de bază se mărește mult rezistența la uzură a
particulel or de suprafață și crește durata de exploatare și durabilitatea suprafețelor încărcate.
Realizarea depunerilor de pulberi cu fascicul de laser se clasifică în două procedee
diferențiate prin felul alimentării cu pulbere.
Pulverizarea cu laser în două faz e
În prima fază se aplică pulberea pe suprafața materialului și apoi în a doua fază are loc
aderarea la metalul de bază prin topire cu fascicul de laser.
Un exemplu pentru depunerea prin procedeul în două faze este redat în fig ura1.10.
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
Fig. 1.10.Princip iul depunerii cu laser în două faze: 1-fascicul laser; 2 -gaz pulverizator; 3 –
jet; 4 -ajutaj introducere pulberi;5 -strat depus prin pulverizare.
Pulverizarea cu laser într -o fază
Prin acest procedeu se realizează într -o singură fază atât depunerea de mate rial pulverizat
cât și topirea acestui strat de material cu un fascicol laser concentrat(fig. 1.11).
Materialul de adaos este sub formă de pastă. Pentru obținerea pastelor sunt utilizați lianți.
Se recomandă cei pe bază de nitroceluloză cu un conținut mic d e rest uscat de zaponlac,
oxietilceluloză, clei de amidon. Sub acțiunea laserului lianții ard, formând produ se gazoase și
nu împiedică formarea rândurilor. Înălțimea rândurilor este de 0,5 -2[mm], lățimea de 1,2 -2,6
[mm]. Se pot suprapune noi rânduri de de punere.[28]
Fig.1.11.Principiul depunerii cu laser într -o fază: 1 –material de bază; 2–material ;3–
pulbere; 4 –fascicul laser; 5 –duză de pulverizare; 6 –direcția de deplasare.
1.2.Fenomene care se produc la interfața dintre stratul pulverizat
(metalizat) și substrat
1.2.1. Fenomenul de aderență
Aderența este fenomenul care are loc la aducerea în contact a două suprafețe solide
datorită forțelor de atracție care se exercită între moleculele sau atomii celor două suprafețe.
Cu toate că aderența are un caracter general ,ea poate fi pusă în evidență numai dacă unul
din solidele care vin în contact este subțire sau de dimensiuni mici și în cazul în care
suprafețele care vin în contact sunt foarte bine curățite. Acest lucru se explică prin faptul că ,
oricât de bine ar fi șlefuite suprafețele care vin în contact ,ele prezintă asperități importante.
Când dimensiunile suprafețelor care vin în contact sunt mari, punctele de contact reprezintă
numai o infimă parte din suprafața totală, astfel ca aderența care s e produce în aceste puncte
este slabă, dacă ea se raportează la întreaga suprafață a corpurilor. Dacă unul din corpurile
care vin în contact este subțire și flexibil sau are dimensiuni mici, el se va mula pe asperitățile
celeilalte suprafețe, astfel încât suprafețele de contact se vor mări și implicit aderența va fi mai
bună. Un efect favorabil asupra aderenței îl are plasticitatea corpurilor care vin în contact. Cu
cât plasticitatea acestora este mai ridicată cu atât aderența va fi mai puternică.
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
S-a demon strat că forța de adeziune (aderența) este proporțională cu suprafața de contact
care rezultă din deformarea plastică a asperităților. Cu cât prelucrarea suprafețelor va fi mai
bună, cu atât aderența v a fi mai bună. Dacă se introduc lichide între suprafețe le corpurilor care
vin în contact, aderența va fi mai bună. Izbirile repetate favorizează aderența. [70]
Condiții similare au loc în timpul procesului de metalizare, și anume:
-particulele au dimensiuni neglijabile în comparație cu substratul;
-unele di n particulele aflate în stare topită prezintă pe su prafața lor o peliculă de metal
lichid;
-particulele în momentul impactului au o plasticitate ridicată;
-asperitățile particulelor și ale substratului se deformează în momentul impactului;
-contactul particule -substrat are loc prin izbire.
Aceste condiții particulare ale procesului de metalizare termică sunt favorabile realizării
unei bune aderențe.
În metalizarea termică noțiunea de aderență este utilizată cu două înțelesuri:
-fenomen com plex care influențează calitatea stratului depus;
-caracteristica mecanică a stratului metalizat.
1.2.1.1 Mecanismul aderenței
Suprafețele metalice sunt rezultatul a trei tipuri de forțe:
-forțe exterioare (care generează suprafața);
-forțe intera tomice interne;
-forțe dintre atomii de la suprafață.
Rezultatul acestora este o suprafață neomogenă din punct de vedere geometric, fizic și
chimic.
Tensiunea superficială existentă la suprafața fiecărui corp exercită o influență foarte mare
asupra procesului de metalizare.
Tensiunea superficială variază în funcție de temperatură după o lege de forma:
T 0 0 (1.1)
ceea ce demonstrează faptul că ea scade odată cu creșterea temperaturii.
Pentru ca par ticulele pulverizate să se ancoreze pe suprafața piesei, ele trebuie să aibă o
energie suficientă pentru a putea străbate bariera impusă de tensiunea superficială sau să poată
micșora valoarea acesteia. Acest lucru este posibil dacă materialul de adaos are uncoeficient
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
de autodifuzie al materialului de bază.
În plus, o altă dificultate o constituie grosimea stratului depus. Dacă acesta este prea mare,
ia naștere o presiune normală care duce la creșterea tensiunii superficiale. Apar fisuri și
crestături în stratul de acoperire, în final acesta exfoliindu -se.Deci, pentru realizarea unei
bune acoperiri în condiții optime trebuie luate măsuri pentru micșorarea tensiunii superficiale
și limitarea grosimii stratului de acoperire. [86]
Viteza particulelor pulveri zate
La metalizare, particulele, fie că provin dintr -o sârmă, fie din pulbere, sunt încălzite până
la incandescență și proiectate cu viteze foarte mari pe suprafața materialului de bază. Jetul de
pulverizare are forma unui conal cărui unghi depinde de măr imea ajutajului.
Particulele de pe exteriorul conului au o temperatură mai mică, nu sunt foarte plastice și
de aceea straturile formate de ele sunt mai poroase și au o aderență mai redusă .
Pentru a obține o calitate corespunzătoare a acoperirii, conul treb uie să fie cât mai îngust
și unghiul cuprins între 750–900.
Particulele metalice pulverizate și antrenate de curentul de aer comprimat nu au viteza
egală cu a acestora din cauza diferențelor de greutate specifică și a inerției pe distanțele mici
utilizat e la metalizare. Trebuie ținut cont de acest lucru când se calculează diametrele
granulelor utilizate.
Viteza cu care particulele ies din duză se calculează cu relația:
sm
v mtS Cv
aa xt /11
(1.2)
unde: v t-viteza parti culelor;
v0-viteza aerului comprimat din duză;
va-viteza aerului comprimat pe traiectorie;
cx-coeficientul de rezistență la înaintarea particulelor;
ρa-masa specifică a aerului;
t-durata accelerației;
m-masa parti culelor.
Viteza cu care particulele ajung pe suprafețele materialului de bază este:
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
sm
RLavvs /
29,096,0
00
(1.3)
unde:
a-gradul de tulburență al aerului comprimat;
L-distanța dintre piesă și duză;
R0-raza duzei de aer comprimat.
Viteza maximă a particulelor în momentul impactului în funcție de diametrul lor este
cuprinsă între 100-250[m/s].Viteza lor variază pe traiectorie iarparticulele de la extremitatea
conului au viteze cu 10 -20[%]mai mici față de cele din centru.
Cu cât viteza este mai mare cu atât crește aderența straturilor și compactitatea lor. Din
cauza vitezelor mari și a oxizilor ce se formează, duritatea straturilor depuse prin pulverizare
este mai mare decât a straturilor obținute prin topire, c onferind pieselor o rezistență foarte
bună la uz. O altă caracteristică a acoperirilor obținută prin metalizare este porozitatea, fiind
favorabilă pieselor supuse la frecare, ea înlesnind o ungere constantă și o menținere a
lubrifiantului.
Analizarea mecan ismului aderenței se face la nivel de particulă, începând din momentul
impactului particulei cu suprafața substratului. Ca urmare pentru a studia mecanismul
aderenței în metalizare termică sunt necesare:
-Cunoașterea stării în care se găsesc particulele ș i substratul în momentul impactului.
-Analizarea fazelor prin care trece particula dinmomentul impactului până la
solidificare.
-Starea în care se găsesc partic ulele și substratul în momentul impactului. [71]
a. Starea în care se găsesc particulele și s ubstratul în momentul impactul ui
a.1.) Starea în care se găsesc partic ulele în momentul impactului se
caracterizează prin:
mărime:-granulația pulberilor depinde de procedeul de metalizare utilizat;
mărimea particulelor din jetul de metalizare depinde d e procedeul de
metalizare respective de materialul de ad aos utilizat (sârmă, vergele).
compoziția chimică: în conformitate cu compoziția chimică a materialului
de adaos utilizat depinde de aplicația pentru care va fi folosit stratul metalizat;
temperatura: depinde de procedeul de metalizare utilizat;
starea de agregare: lichidă, semilichidă, sau solidă cu un grad ridicat de
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
plasticizare, depinde de procedeul de metalizare utilizat.
Starea în care se găsesc particulele de pulbere în jetul de metalizare, res pectiv, încălzirea
și accelerarea particulelor, sunt prezentate în figura 1.12.
Fig.1.12.Încălzirea și accelerarea particulelor în jetul de metalizare.
Se observă că starea particulelor în momentul impactului, cu excepția compoziției chimice
este deter minată de procedeul de metalizare utilizat.
a2) Starea în care se găsește materialul substratului în momentul impactului este
caracterizat prin:
forma de livrare: semifabricate metalice cu dimensiunile înscrise în
documentația de execuție;
compoziția chimi că și caracteristicile mecanice: sunt cele rezultate dintr -un
calcul de dimensionare al produsului; diferența de compoziție chimică dintre
materialul depus și materialul substratului favorizează un alt fenomen de la
interfața dintre stratul metalizat și su bstrat și anume difuzia.
Temperatur a: are valoarea necesară stabilită prin tehnologia de metalizare;
Structura: este conformă cu compoziția chimică și metoda de obținere:
laminare, forjare, turnare;
Starea suprafeței: este în conformitate cu documentația ș i cu tehnologia de
metalizare prescrisă, ultima operație înainte de metalizare fiind sablarea sau
curățirea cu ultrasunete în mediu de etanol; starea suprafeței influențează
interacțiunea dintre particulă și substrat. [70]
b.Fazele prin care trece o part iculă din momentul impactului până la solidificare
b1) Fazele prin care trec particulele în momentul impactului (inclusiv) sunt:
Fig.1.13.Modul de interacțiune al particulelor din jetul de metalizare cu substratul .
1.Impactul cu suprafața substratului
2.Deformarea pe suprafața substratului
3.Udarea suprafeței substratului
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
4.Solidificarea particulelor
5.Coeziunea particulelor cu suprafața substratului
6.Reacțiile particulelor în faza solidă cu suprafața substratului
Pentru explicarea mecanismului aderenței se va proc eda la o analiză detaliată a fiecăreia
din fazele de mai sus.
Din punct de vedere al plasticității pe care o au în momentul impactului, particulele aflate
în jetul de metalizare se află în una din stările de mai jos:
particule în stare topită vâscoasă;
particule în stare semitopită -vâscoasă;
particule în stare plastică;
particule în stare elastică.
În funcție de starea în care se află în momentul impactului, dar și în funcție de starea
suprafeței substratului, particulele interacționează în mod diferit cu s uprafața substratului.
Impactul cu suprafața substratului
În momentul impactului se stabilește un contact punctiform între particulă având tendința
de a se agăța de asperitățile suprafeței substratului. Deci, acum se poate vorbi de o aderență
mecanică a particulelor la suprafața substratului. Temperatura particulei este ridicată, iar
presiunea în punctul de contact are valori ridicate. Se presupune că din acest moment începe
transferul de căldură de la particulă la substrat. Această fază are o durată extre m de mică, fiind
urmată de faza de deformare a suprafeței substratului. [20]
Deformarea pe suprafața substratului
Deformarea particulei pe suprafața substratului se face cu o viteză foarte mare.
Particula va începe să se muleze pe suprafața substratului. S uprafața de contact particulă –
substrat se mărește. La sfârșitul acestei faze suprafața de contact va avea valoarea maximă.
Suprafața de contact dintre particulă și substrat este definită ca fiind o interfață elementară .
Apariția interfețelor elementare este considerată ca fiind momentul de început al formării
interfeței strat -substrat.
Presiunea de contact este încă de valoare ridicată, iar temperatura particulei, de asemenea
(se poate presupune acest lucru deoarece tr ansferul termic dintre particulă și substrat nu a fost
intens, contactul dintre ele fiind încă punctiform); se formează puncte de sudură între particula
deformată și substrat. Acest tip de aderență cu formarea de puncte de sudură este aderența
metalurgică , care determină obținerea unor valori r idicate ale aderenței (caracteristica
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
mecanică a stratului metalizat).
Mărindu-se suprafața de contact dintre particulă și substrat se mărește transferul
termic și se creează astfel condiții favorabile transformărilor de fază:
-în particula care su feră o răcire cu viteză ridicată;
-în substrat care local primește o cantitate de căldură de la particulă.
Transferul termic început în această fază va continua în faza următoare.
Desfășurarea acestei faze se produce într -un interval de timp foarte scurt . Durata acestei
faze depinde de:
-temperatura particulei;
-viteza particulei;
-de tipul materialului particulei (plasticitatea unui material variază cu temperatura, decise
poate spune că în cazul utilizării unui aceluiași material de adaos, dar metali zând cu procedee
diferite se vor obține grade de plasticitate și, implicit, viteze de deformare diferite).
Se observă apariția unui nou fenomen la nivelul interfeței strat -substrat și anume
transformările de fază în stare solidă.
Udarea suprafeței substrat ului
Prin deformare, particula se întinde pe suprafața substratului. Acest fenomen este similar
cu acele în care o picătură dintr -un lichid se întinde pe suprafața unui solid. Prin similitudine,
această fază a primit numele de udare a suprafeței . În fazele de deformare și udare,
particulele aflate în stare topită, semitopită au pe suprafața lor o peliculă de metal lichid.
Aderența în această fază se realizează și ca urmare a tensiunii superficiale a peliculei de
lichid. Această formă de aderență este denumi tăaderență superficială . La sfârșitul fazei de
udare, particula deformată va avea suprafața de contact maximă cu substratul și grosimea
minimă. În acest moment, interfața elementară are valoarea maximă. O secțiune dintr-o
particulă deformată are forma une i lamele care este lipită de substrat. Prin aceast ăanaliz ăse
poate explica caracterul lamelar al structurii unui strat metalizat.
Structura lamelară este o structură tipică pentru straturile metalizate. Transferul termic se
va face, și în această situaț ie, cu viteză ridicată. La sfârșitul acestei faze particula a cedat
întreaga ei cantitate de căldură substratului. Întrucât, intervalul de timp scurs din momentul
impactului până la sfârșitul acestei faze este scurt, rezultă că viteza de răcire a particule i este
foarte ridicată.
Solidificarea
Solidificarea particulei fiind terminată, s -a definitivat interfața elementară dintre particulă
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
și substrat. Prin însumarea tuturor interfețelor elementare particule -substrat se obține interfața
strat-substrat. Datori tă răcirii particulei se produce o contracție mecanică a acesteia. Ca
urmare a acestei contracții se manifestă aderența mecanică între particulă și substrat, dar se
produc și tensiuni la nivelul interfeței elementare și implicit la nivelul interfeței strat -substrat
determinând formarea de tensiuni reziduale. Acest fenomen se produce simultan cu
aderența și o influențează.
Reacția particulelor în faza solidă
Particulele dispun în momentul impactului de o energie termică cuvaloare ridicată pe care
o cedează substratului. Chiar dacă particulele au o masă extrem de redusă comparativ cu cea a
substratului, căldura cedată de ele este suficientă pentru a provoca recristalizarea porțiunilor
puternic deformate ale substratului. Porțiunile deformate ale rețelei crist aline a substratului au
dimensiuni comparabile cu cele ale particulei. Particulele determină în punctele de contact cu
substratul o încălzire locală a acestuia.
Această încălzire provoacă transformări de fază ale substratului. Compozițiile chimice
ale par ticulelor și ale substratului sunt diferite. Acest lucru favorizează formarea unor zone de
reacție între particule și substrat. Datorită energiei de activare de la suprafața substratului și de
la suprafața particulei, energii ale căror valori cresc odatăcu creșterea temperaturii precum și
datorită densității de defecte de la suprafața substratului, apare fenomenul de chemisorbție.
Deci în această fază a formării s tratului se manifestă aderența fizică . Ca urmare a
compozițiilor chimice diferite se creează c ondițiile de producere a difuziei la nivelul interfeței
strat-substrat. Se poate spune că în această fază a formării stratului se manifestă aderența
difuzivă. [62]
O reprezentare schematică a fazelor formării stratului în succesiunea lor se face în figura
1.14.
Fig.1.14. Succesiunea fazelor de formare a stratului metalizat .
Din analizarea detaliată a fazelor formării stratului din momentul impactului până la
apariția zonelor de reacție și a difuziei se desprind următoarele concluzii:
1.Aderența în metaliza rea termică este un fenomen complex. În succesiunea
fazelor de formare a unui strat metalizat se întâlnesc următoarele tipuri de aderență:
aderența mecanică;
aderența metalurgică;
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
aderența superficială;
aderența fizică;
aderența difuzivă.
2.Fiecare din tretipurile de aderență de mai sus acționează printr -un mecanism
bine precizat. Deci mecanismul aderenței în metalizarea termică este de fapt o sumă de
mecanisme care interacționează.
3.Modul în care interacționează aceste mecanisme, precum și ponderea cu care
ele intervin în procesul de formare al stratului, sunt influențate de:
procedeul de metalizare utilizat;
materialul substratului;
materialul de metalizat.
4.Fenomenele care apar la interfața strat -substrat: aderența, transformări de
fază, difuzia, tensiuni de interfață, nu se produc separat ci simultan , influențând
prin acțiunea lor calitatea stratului depus.
5.Aderența a fost studiată la nivelul interfeței strat -substrat, deci numai pentru
interacțiuni de tipul particulă -substrat. După definitivarea interfeței s trat-substrat,
particulele din jetul de metalizare se vor depune pe același tip de material, dar cu altă
rugozitate, temperatura. Avem toate motivele să presupunem că mecanismul aderenței
va avea aceleași componente, doar ponderea lor va fi alta.
6.Ponderea mecanismelor de aderență componente se modifică pe parcursul
desfășurării procedeului de metalizare.
7.Modul de interacțiune al mecanismelor de aderență și ponderea lor
influențează aderența stratului metalizat. [70]
Determinarea aderenței.
Aderența se măso ară prin forța necesară pentru desprinderea unității de suprafață a
stratului de pe piesa de bază și depinde de următorii factori:
-forma piesei metalizate: convexă, concavă sau plană;
-modul de pregătire al suprafeței de metalizat și gradul de rugozitat e obținut, acest factor
constituind elementul de bază al aderenței mecanice;
-natura materialului de adaos, modulul de elasticitate și coeficientul de dilatare termică;
-diametrul piesei de metalizat în cazul în care aceasta are formă cilindrică;
-granu lația particulelor rezultate din pulverizarea materialului topit;
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
-temperatura particulelor în punctele de impact;
-grosimea stratului obținut prin pulverizare;
-gradul de puritate al gazului de transport.
Aderența pe suprafețe circulare convexe
Aderenț a pe acest tip de suprafață este un caz răspândit care se întâlnește la
recondiționarea prin pulverizare a unor organe de mașini. La depunerea straturilor prin
pulverizare, datorită răcirii și contracției straturilor depuse, apare efectul de fretaj.
Calcul ul aderenței, exprimată prin tensiunea σîn acest caz, se face cu relația:
kdhTT E
121
(1.4)
în care:
σ-aderența stratului metalizat;
E-modulul de elasticitate al materialului din stratul obținut;
α-coeficientul de dilatare termică liniară;
T1-temperatura particulelor înainte de impact;
T2-temperatura particulelor după solidificare;
h-grosimea stratului metalizat;
d1-diametrul piesei înainte de metalizare;
k-coeficientul de aderen ță care depinde de metoda și calitatea pregătirii suprafeței și de
procesul tehnologic de pulverizare. [86]
Aderența pe suprafețe concave
În acest caz nu mai apar presiuni de fretaj, ci, de la o anumită temperatură și grosime a
stratului, apare un joc într e stratul metalizat și suprafața piesei.
Astfel, pentru a mări aderența unui strat metalizat aplicat pe o suprafață concavă, trebuie
să existe relația:
1
21
2 T T (1.5)
în care:
T2-temperatura m edie a stratului metalizat în momentul terminării metalizării;
1-coeficientul de dilatare termică liniară a metalului piesei de bază;
2-coeficientul de dilatare termică liniară a stratului metalizat;
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
T1-temperatura medie a peretelui interior al pie sei în momentul terminării metalizării .
A doua relație arată că temperatura medie a stratului metalizat nu trebuie să depășească o
anumită limită pentru ca fie posibilă aderența stratului la metalul de bază.
S-a constatat de asemenea că aderența variază în funcție de grosimea stratului și că se
ameliorează când, în timpul metalizării, se încălzește exteriorul piesei, mărindu -se astfel
valoarea factorului T 1din a doua relație.
Aderența pe suprafețe plane
S-a stabilit că se poate obține aderență pe suprafe țe plane atunci când există condițiile date
de relația:
21
1 2375,0 T T (1.6)
Marginile și colțurile, mai ales la suprafețe plane mici, creează condiții defavorabile
aderenței. Aceasta scade pe măsură ce creș te grosimea stratului metalizat prin pulverizare și
crește când se încălzește suprafața destinată metalizării.
Variația aderenței cu distanța de metalizare și orientarea jetului de particule
pulverizate
Curbele de variație ale aderenței cu distanța de pul verizare pentru diferite materiale,
obținute în cursul unor metalizării cu flacără oxiacetilenică, suprafața de bază fiind oțel,
sablată sunt redate în figura 1.15. Curbele din această figură arată că aderența scade când
distanța de pulverizare crește, var iația fiind mai accentuată la oțel decât la metalele neferoase.
S-ar impune deci reducerea distanței, însă acest fapt atrage o încălzire excesivă a stratului
metalizat și a piesei de bază, cu riscuri de tensiuni, deformații sau fisuri ale stratului.
Se recomandă, pentru obținerea unei bune aderențe ca primele straturi să fie depuse de
la distanțe mai mici, de ordinul a 80 –90[mm], iar restul metalizării să se efectueze de la
minimum 120 [mm].
Fig.1.15. Variația aderenței cu distanța de pulveriz are.
În ceea ce privește orientarea jetului, s -a constatat experimental că rezultatele optime se
obțin în cazul în care axa jetului de particule este deviată față de piesă cu diverse unghiuri,dar
se recomandă orientarea jetului normal (perpendicular) pe s uprafața piesei de metalizat. Însă
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
această orientare este greu de obținut în practică, deoarece jetul de particule de formă conică
deplasându -se, diversele zone ale piesei sunt atacate mai întâi oblic de particulele periferice.
[20]
Aderența în cazul unui strat intermediar
Aderența straturilor obținute prin pulverizare variază după natura materialului de adaos,
fiind mai mare pentru unele materiale și mai redusă pentru altele. În acest din urmă caz,
pentru a se realiza totuși o aderență bună, se recurge la o pulverizare dublă, și anume: un prim
strat, intermediar, între piesa de bază și stratul definitiv, din metal cu aderență bună, urmat de
o a doua pulverizare a materialului de interes peste acest strat intermediar, noul strat având în
loc de propria sa a derență, redusă, o valoare mai mare datorită stratului intermediar.
Corelația aderență -rugozitatea suprafeței
Întrucât aderența straturilor metalizate prin pulverizare se datorează, în cea mai mare
măsură, unui fenomen mecanic de pătrundere și ancorar e a particulelor metalice în rugozitățile
suprafeței de metalizat, este de înțeles că rugozitatea obținută prin pregătirea suprafeței are o
importanță deosebită.
De asemenea, pentru un același grad de rugozitate, măsurat prin înălțimea asperităților
H, aderența variază și în funcție de natura materialului de adaos, materialul substratului fiind
oțel.
1.2.2.Factori de influență ai aderenței
Fenomenul de aderență în metalizarea termică este influențat de un număr ridicat de
factori.
Aceștia pot fi grupaț i astfel:
A.Factori de proces;
B.Factori în legătură cu procesul.
A. Factori de proces
a.Materialul din care este confecționat substratul areinfluență asupra aderenței
stratului metalizat prin compoziție chimică, structură. Utilizând același procedeu de
metalizare, aceeași parametrii ai regimului de metalizare, aceeași pulbere ca material de
adaos, însă utilizând diferite materiale ca substrat, se obțin valori diferite ale aderenței.
b.Tipul de aliaj care este utilizat la metalizare are influență asupra ade renței. Se obțin
valori diferite ale aderenței când se utilizează același substrat, același procedeu de metalizare
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
însă se utilizează pulberi diferite. Acest lucru este posibil deoarece desfășurarea fenomenului
de aderență este influențată de temperatura p articulelor în momentul impactului.
c.Temperatura particulelor în jetul de metalizare este un factor care are o influență
importantă asupra fenomenului de aderență, cât și asupra aderenței stratului depus. Ea
influențează în mod decisiv starea în care se află particulele în momentul impactului. Se
observă că în cazul metalizării aceluiași material cu procedee de metalizare diferite se va
realiza o mai bună aderență în cazul procedeelor care asigură o temperatură mai ridicată în jet.
d.Viteza de deplasare a particulelor în jet și mai ales viteza în momentul impactului
constituie un factor cu o influență asupra aderenței stratului depus. În cazul procedeelor de
metalizare cu flacără șipulbere, valoarea aderenței (caracteristica mecanică) crește odată cu
creșterea valorii vitezei de deplasare a particulelor în jet. Valoarea maximă a aderenței se
obține pentru straturile depuse prin metalizare cu flacără prin detonare. Viteza particulelor
influențează în mod favorabil fenomenul de aderență.
e.Mărimea particul elor care se metalizează influențează în mod negativ fenomenul de
aderență. În cazul metalizării cu același procedeu, cu aceeași parametri, cu același tip de
pulbere, dar cu granulații diferite, se constată că aderența descrește odată cu creșterea mărimii
particulelor. Acest lucru poate fi explicat prin faptul că odată cu creșterea mărimii particulelor
scade cantitatea de căldură pe fiecare particulă; acest lucru influențează în mod direct starea
particulei în mod direct starea particulei în momentul impact ului.
f.Efectuând experimente cu același material de metalizat, cu aceeași granulație, cu
aceeași parametrii ai regimului de metalizare, dar variind distanța de metalizare s -a observat
că la metalizarea cu flacără aderența prezintă un maxim pentru distanț e de metalizare cuprinse
între 150-200[mm].
g.La metalizarea unor piese plane s -a observat că aderența se modifică dacă se schimbă
unghiul pe care -l face axa jetului de metalizare cu suprafața substratului. Valorile maxime ale
aderenței se obține în cazul în care axa jetului de metalizare este perpendiculară pe suprafața
substratului. Dacă valoarea unghiului scade sub 900valoarea aderenței scade pe măsura
scăderii unghiului.
h.Pentru procedeele de metalizare termică pentru care au fost dezvoltate și var iante de
desfășurare în incinte închise cu atmosferă controlată se observă influența pozitivă a acestor
condiții de desfășurare ale procedeului asupra fenomenului de aderență. Exemple elocvente în
acest sens sunt:
-metalizarea cu jet de plasmă în atmosfer ă controlată, comparată cu metalizarea cu jet de
plasmă la presiunea atmosferică;
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
-metalizarea cu arc electric în atmosferă controlată, comparată cu metalizarea cu arc
electric la presiunea atmosferică.
i.Cantitatea de oxizi din stratul metalizat este un factor rezultant al procesului de
metalizare, care este influențat de condițiile de proces și care la rândul lui influențează
aderența. Influența acestui factor asupra fenomenului de aderență și asupra aderenței este
negativă. [70]
B.Factori în legătură cu procesul
j.Pregătirea suprafeței substratului în vederea metalizării are o influență deosebită
asupra aderenței. Suprafața substratului constituie viitoarea interfață strat -substrat. Asigurând
o bună pregătire a acestei suprafețe pentru metalizare se creează condițiile asigurării unei
interfețe continue.
O suprafață a substratului bine pregătită pentru metalizare corelată cu un proces de
metalizare bine condus, influențează în mod pozitiv fenomenul de aderență și, implicit,
calitatea stratului depus. Operațiile necesare pentru a asigura o bună pregătire a suprafeței în
vederea metalizării sunt:
-prelucrarea mecanică pentru obținerea rugozității recomandate;
-curățirea piesei prin decapare -degresare;
-sablarea suprafeței cu corindon sau cu alice de o țel;
-curățirea piesei cu ultrasunete într -o baie cu etanol pentru eliminerea eventualelor
particule de corindon rămase "agățate" de rugozitatea suprafeței. Această operație se
efectuează atunci când dimensiunea piesei o permite.
-curățirea suprafeței sub stratului cu arc electric transferat. Această operație se utilizează
în cazul metalizării cu jet de plasmă de joasă presiune. Cercetări comparative efectuate asupra
utilizării acestei operații arată că ea are o influență pozitivă asupra aderenței stratului .
k.Preîncălzirea poate conduce la deformații ale piesei. Desfășurarea procesului de
metalizare cu preîncălzirea substratului conduce la mărirea plasticității substratului corelată cu
plasticitatea particulelor influențează în mod favorabil fenomenul de aderență. Preîncălzirea
substratului înseamnă acumulare de căldură în substrat ceea ce va contribui și la reducerea
vitezei de răcire a ansamblului strat -substrat. Acest lucru favorizează aderența difuzivă. Deci,
în cazul preîncălzirii substratului se cons tată o schimbare a ponderii mecanismelor de
aderență. Va crește ponderea mecanismelor de aderență metalurgică și difuzivă și va scădea
ponderea mecanismelor de aderență mecanică și fizică. [71]
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
1.3. Caracteristici ale straturilor formate prin pulverizare termică
1.3.1. Caracteristici fizice ale straturilor pulverizate
Masa specifică
Straturile obținute după pulverizarea termică nu sunt constituite din metale compacte, ci
dintr-o aglomerare de particule de metal solidificat. Între particulele solidificate după impact
pe suprafața piesei ,rămân spații libere, constituite din pori închiși, pori deschiși sau interspații
între pori. Din cauza acestei porozități, straturile rezultate după pulverizarea metalelor au o
masă specifică mai mică decât a materialului de adaos inițial.
Reducerea masei specifice depinde de o serie de factoriprintre care:
-natura materialului de adaos;
-distanța de pulverizare;
-parametrii electrici în cazul pulverizării cu arcul electric;
-presiunea aerului și diametrul duzei de ae r.
S-a stabilit că masa specifică a unui strat din metal pulverizat are următoarea
dependență:
-crește odatăcu presiunea aerului comprimat, diametrul duzei de aer sau cu unghiul de
impact al conului de pulverizare;
-scade în funcție de distanța d e la duza de aer la piesa de metalizat sau viteza de avans a
sârmelor. Aceasta deoarece în aceste cazuri stratul obținut este mai puțin compact și procentul
de pori este mai mare.
Porozitatea
Prin analogie cu materialele obținute prin procedeele metalurgi ei pulberii, porozitatea
pentru un strat din metal pulverizat se poate considera sub două aspecte și anume:
-porozitatea gravimetrică;
-porozitatea volumetrică.
Porozitatea straturilor de metale pulverizate prezintă atât avantaje cât și dezavantaje î n
ceea ce privește comportarea suprafețelor metalizate.
Dintreavantaje se pot menționa:
-la organele de mașini recondiționate prin pulverizare termică, porii deschiși și cei
interconectați din stratul obținut, se umplu cu o cantitate de ulei care for mează o rezervă de
ungere în cazul unei întreruperi intempestive a circuitului de ulei. Situația e favorabilă pentru
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
fusuri de arbori, axe, cuzineți sau pistoane care din cauza porozității, se comportă pentru un
timp ca piese autolubrifiante, îndepărtând p entru o anumită durată riscul de gripare;
-la unele mașini, cum este cazul în industria textilă sau cea alimentară, se impune ca
uleiul de ungere să nu vină în contact cu produsele fabricate de aceste mașini. Acest rezultat
nu se poate obține decât prin utilizarea de cuzineți poroși autolubrifianți.
Dezavantajele ce rezultă în urma porozității sunt:
-scăderea rezistenței la întindere și a alungirii mecanice ale straturilor obținute prin
pulverizare termică;
-protecția contra coroziunii a straturil or metalizate prin pulverizare termică este redusă
din cauza porozității. Dezavantajul se remediază prin impregnare sau colmatarea porilor cu
diferite substanțe.
1.3.2. Caracteristici termice ale straturilor pulverizate
Coeficientul de dilatare termică
În cazul metalelor compacte ,coeficientul de dilatare termică are o valoare stabilă la o
anumită temperatură sau interval de temperaturi. În cazul straturilor depuse prin pulverizare
termică, valoarea coeficientului de dilatare termică variază în funcție d eparametrii metalizării
și anume pentru un același metal crește cu greutatea specifică a stratului.
Coeficientul de dilatare termică prezintă un interes deosebit în următoarele cazuri:
-la pulverizarea unor straturi de grosime mare, dacă durata meta lizării este prea mare
și nu se fac întreruperi pentru răcirea piesei, se pot produce tensiuni termice importante și
fisuri în stratul metalizat;
-la pulverizarea termică a suprafețelor concave de mică curbură sau a suprafețelor
plane, caz în carevaloarea coeficientului de dilatare termică condiționează aderența stratului.
Aderența scade pe măsură ce grosimea stratului și valoarea coeficientului de dilatare termică
cresc.
Conductivitatea termică
Întrucât un strat dintr -un metal depus prin pulverizare este mai puțin compact decât
același metal obținut prin turnare sau forjare, conductivitatea termică a acestuia este mai
redusă, datorită existenței porilor între particulele solidificate după pulverizare. [23]
1.3.3. Caracteristici electrice ale stratur ilor pulverizate
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
Rezistivitatea
Din cauza porozității, straturile din metale pulverizate au o rezistivitate electrică mai mare
decât metalele compacte din care provin.
Un strat de zinc pulverizat are o rezistivitate de două ori mai mare, iar unul de alu miniu de
cinci ori mai mare decât a metalelor respective obținute prin turnare. Pentru aluminiul
pulverizat creșterea rezistivității se explică prin faptul că pelicula de oxid de aluminiu care
acoperă stratul este un conductor electric slab .
În cazul când straturile sunt rectificate și lustruite, rezistivitatea electrică scade cu până la
20[%]din valoarea inițială.
Proprietățile magnetice
Straturile obținute prin pulverizarea oțelului sunt magnetice și permit obținerea unor
magneți permanenți. Când stra tul pulverizat nu depășește grosimea de 0,15 [mm], iar piesa
metalizată depășește lungimea de 8 –10[cm], apar poli secundari care alterează câmpul
magnetic.
1.3.4.Caracteristici chimice ale straturilor pulverizate
Compoziția chimică
Un strat de m etal pulverizat prezintă, față de metalul de adaos, variații nu numai de
structură, ci și de compoziție chimică. Astfel, de exemplu, un strat de oțel pulverizat conține
procente mai mici de carbon, siliciu sau mangan, decât metalul de adaos din care a prov enit,
scăderea datorându -seoxidării unui procent din aceste elemente.
Oxidarea particulelor
Fenomenul de oxidare a particulelor metalice are loc în timpul topirii și deplasării acestora
spre piesa de metalizat, precum și după aglomerarea lor.
Intensitate a fenomenului de oxidare depinde în principal de următorii factori:
-natura materialului de adaos;
-metoda de metalizare și tipul aparatului folosit;
-distanța de la duză la piesa de metalizat;
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
-presiunea aerului comprimat;
-diametrul duzei;
Cea ma i pronunțată oxidare se manifestă în cazul metalizării cu material de adaos sub
formă de pulbere. Aceasta rezultă din următoarele motive:
-flacăra este dispersă și oxidantă;
-distanța mare care se recomandă între duză și piesa de metalizat, de circa 150 –200
[mm], dă o durată a deplasării particulelor mai mare;
-pulberea metalică utilizată vine ea însăși cu un procent de oxid mai mare decât metalul
de adaos sub formă de sârmă.
Utilizarea metalului de adaos sub formă de sârmă conduce la obținerea celui mai mic
procent de oxizi în particulele și straturile obținute prin pulverizare, după cum se poate
constata din tabelul 1.4.Aparatul cu care s -au efectuat experiențele era de tipul cu flacără, iar
materialul de adaos folosit a fost cuprul.
Se cons tată că în cazul pulberii procentul de oxid ajunge la o valoare de circa cinci ori mai
mare decât în cazul metalizării cu sârmă, ceea ce are repercusiuni defavorabile asupra
calităților mecanice ale straturilor obținute cu pulbere ca metal de adaos.
Asupra procesului de formare a oxizilor în cazul metalizării cu flacără și sârmă s -au emis
o serie de teorii.
Oxidarea se produce mai mult la suprafața piesei după depunerea particulelor din cauza
turbulenței jetului de aer comprimat, care proiectează particule le.
Tabelul 1.4.Procente de oxizi obținute pentru metalizarea cu flacără.
Materialul de adaos Distanța de metalizare,
[mm]Oxigen [%] Oxid (Cu 2O), [%]
Pulbere 200 2,84 25,6
Pulbere 250 3,39 30,6
Pulbere 300 3,17 28,4
Sârmă 75 1,72 15,4
Sârmă 75 1,02 9,2
Sârmă 75 0,59 5,3
Sârmă 75 0,71 6,3
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
În cazulîn care distanța parcursă de particule este mică, atunci acestea deplasându -se
într-un mediu înconjurat de gaze de ardere, iaroxidarea este redusă .
Dacă distanța se mărește, atunci mișcarea turbulen tă a jetului de aer produce un amestec al
gazelor de ardere cu aerul, fapt care accentuează oxidarea.
Din cauza temperaturii ridicate și a mediului puternic oxidant, particulele metalice se
acoperă imediat după pulverizare cu un strat de oxid, care se acc entuează în timpul deplasării
din cauza frecării provocate de aer pe exteriorul particulelor.
Oxidarea continuă apoi după depunerea particulelor, din cauza cantității mari de aer care
vine în contact cu stratul metalizat.
Pentru reducerea oxidării se reco mandă, când se realizează straturi groase, aceeași
precauție ca și pentru reducerea tensiunilor și anume pulverizarea intermitentă, cu mici
perioade de oprire și răcire a straturilor.
Incluziunile de oxizi sunt dăunătoare unei bune protecții a straturilo r metalizate prin
pulverizare termică contra coroziunii, dar în cazul recondiționării organelor de mașini uzate,
prezența oxizilor favorizează prelucrările ulterioare ale straturilor. [89]
1.4. Comportarea straturilor din metale pulverizate la eforturi
1.4.1. Caracteristici la tracțiune
Supunând la tracțiune un eșantion obținut prin pulverizarea unui metal, ruperea nu se va
produce în secțiunile particulelor, ci după conturul acestora.
Din acest motiv rezistența la tracțiune a straturilor obținute pri n pulverizare termică este
mai mică decât în cazul aceluiași metal compact.
Această rezistență depinde de o serie de factori, cum ar fi:
-natura materialului de adaos;
-metoda de pulverizare;
-tipul aparatului de metalizare;
-porozitatea;
-presiunea și debitul aerului comprimat;
-distanța de metalizare;
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
-procentul de oxizi;
-metoda de pregătire a suprafeței înainte de metalizare.
La unele metale sau aliaje, cum este cazul cuprului, oțelului sau alamei, diferența între
rezistența la rupe re prin tracțiune a metalului compact și aceea a stratului pulverizat este
destul de importantă, pe când la alte metale, de exemplu plumbul sau zincul, diferența este
mai mică.
În tabelul 1.5sunt indicate valorile rezistenței la rupere pentru materialul s traturilor
obținute prin pulverizare termică cu flacără sau cu arc electric, la variații ale conținutului de
carbon. Materialul de adaos folosit a fost sub formă de sârmă. [26]
Tabelul 1.5.Rezistența la rupere a unor straturi obținute prin pulverizare termică cu flacără
și arc electric.
Metoda de pulverizare termică C[%] Rm[N/mm2]
Cu flacără 0,1 100
Cu flacără 0,12 106
Cu flacără 0,6-0,9 69,6-72,6
Cu arc electric 0,4 73,6-83,4
Cu arc electric 0,71 117,7
Cu arc electric 1,2 119,3-196,2
De asem enea, rezistența la rupere variază în funcție de natura gazelor combustibile
utilizate la pulverizare (tabelul 1.6)
Tabelul 1.6.Rezistența la rupere în funcție de natura gazelor combustibile.
Metale și aliaje pulverizate Rm[N/mm2]
Acetilenă Propan Hidrogen
Oțel cu 0,35% C 160 143,2 164,8
Oțel cu 1% C 113 108 118,7
Aluminiu 80,5 80 78,5
Zinc 52 44,1 80,5
Cupru 83,4 48 96,1
Alamă 71,6 56,9 100
1.4.2. Rezistența la compresiune
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
Straturile de metale pulverizate rezistă bine la compresiune, ceea ce reprezintă o calitate
importantă pentru comportarea organelor de mașini recondiționate prin pulverizare termică.
Rezistența la compresiune depinde de:
-distanța de pulverizare;
-presiunea aerului comprimat;
-diametrul duzei de aer.
Astfel, rezistența la compresiune scade o dată cu creșterea distanței de pulverizare, și este
direct proporțională cu presiunea aerului comprimat și diametrul duzei de aer.
1.4.3. Duritatea
Straturile din metale pulverizate sunt caracterizate prin duritate mare . O cauză a cre șterii
durității este ecruisarea stratului, provocată de loviturile succesive ale particulelor în punctele
de impact. De asemenea, prin efectul jetului de aer comprimat se pot forma constituenți de
călire, ceea ce conduce la creșterea durității. În cazul f olosirii materialului de adaos sub formă
de pulbere, duritatea poate să crească și datorită măririi procentului de oxizi.
Următorii factori determină o creștere a durității :
-grosimea stratului metalizat;
-presiunea aerului comprimat;
-presiunea oxigenu lui și gazului combustibil la aparatele de pulverizat cu flacăra de gaze;
-viteza de avans a sârmelor în cazul metalizării cu sârmă.
Scăderea durității este provocată de:
-porozitatea stratului;
-temperatura stratului după terminarea metalizării, în caz ul când depășește 200 [0C];
-distanța de pulverizare.
În tabelul 1.7sunt date câteva exemple ale durității pentru straturi obținute din metale
pulverizate cu flacără, comparativ cu duritățile metalelor respective, sub formă turnată.
Tabelul 1.7. Durita tea straturilor din metale pulverizate cu flacără comparativ cu cele
turnate.
Materialul Duritatea stratului
din metal
pulverizat, [HB]Duritatea
metalului turnat,
[HB]Creșterea
durității, [%]Scăderea
durității, [%]
Oțel moale 200-226 118 70-91 –
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
Aluminiu 35-40 21 66-91 –
Zinc 18-23 24 – 25-4
Cupru 62-91 50 24-71 –
În tabelul 1.8se dau duritățile straturilor obținute prin pulverizarea unor metale și aliaje
curent utilizate.
Se remarcă scăderea durității când distanța de pulverizare crește, deoar ece se accentuează
porozitatea stratului obținut prin pulverizare.
S-au efectuat încercări experimentale de pulverizare termică, utilizând azot în loc de aer
comprimat, pentru a se evita oxidarea, obținându -se însă durități mai reduse. De asemenea s -a
constatat că efectuarea unui tratament termic de recoacere micșorează duritatea unui strat de
metal pulverizat, în funcție de temperatura și durata tratamentului.
Tabelul 1.8.Durități ale unor metale și aliaje pulverizate.
MaterialulForma
materialului
deadaosProcedeul de
metalizareDistanța de
pulverizare,
[mm]Duritatea stratului
Vickers Brinell
Oțel cu 0,7% C SârmăFlacără
oxiacetilenică100 236 –
Oțel cu 0,7% C Sârmă Arc electric 100 – 315
Oțel inoxidabil SârmăFlacără
oxiacetilenică180 – 187
Aluminiu SârmăFlacără
oxiacetilenică100 65 –
Aluminiu SârmăFlacără
oxiacetilenică100 – 44
Zinc SârmăFlacără
oxiacetilenică75 26,2 –
Zinc SârmăFlacără
oxiacetilenică125 21,3 –
Zinc PulbereFlacără
oxiacetilenică200 28 –
Zinc Pulbere Flacără 300 19 –
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
oxiacetilenică
Zinc Sârmă Arc electric 100 – 32
Cupru PulbereFlacără
oxiacetilenică200 66 –
Alamă Sârmă Arc electric 100 – 103
1.4.4. Rezistența la oboseală
O chestiune importantă în domeniul metalizării prin pulverizare termică pentru
recondiționarea organelor de mașini uzate, este influența stratului metalizat asupra rezistenței
la oboseală a acestor organe.
Literatura tehnică dă în general următoarele indicații:
-tratamentele mecanice de suprafață, cum este de exemplu ciocănirea cu al ice sau rularea
cu role, unele tratamente termice, de exemplu călirea, sau termochimice, ca nitrurarea sau
cementarea, măresc rezistența la oboseală a pieselor tratate;
-unele straturi metalice de acoperire, cum sunt cele obținute prin cromare sau nichela re,
care măresc rezistența la coroziune a pieselor de bază au un efect defavorabil asupra
rezistenței la oboseală a acestora;
-eforturile la compresiune măresc rezistența la oboseală.
1.5. Pregătirea suprafețelor pentru metalizare
Procesul de metaliz are cu flacără de gaze cupride următoarele operații:
Controlul vizual al pieselor
Personalul de specialitate di ncadrul secțiilor de întreținere și reparații au obligația de a
verifica starea tehnică și modul de funcționare a mașinilor, utilajelor și a ins talațiilor din
dotare, în primă fază, fără oprirea acestora. În continuare se face măsurarea:
-produselor realizate cu ajutorul mașinii respective și se constată abaterile;
-parametrilor principali (viteze, temperatur a, zgomote, vibrații, presiuni etc).
Curățarea și degresarea
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
Înainte de demont area pe subansambluri și piese a mașinilor, utilajelor și i nstalațiilor, se
execută o prespălare în scopul îndepărtării noroiului și a altor depuneri. Operația se execută cu
apă rece sau caldă la presiuni de (0,5…1 ,0)[MPa], în locuri special amenajate (platforme,
rampe etc).
Adăugarea unor detergenți în apă asigură o spălare mai bună și mai rapidă.
La reparații curente, se demontează numai subansamblurile defecte, iar la reparațiile
capitale, se demontează întreag a mașină, utilaj sau instalație.
Pentru a se crea posibilitatea constatării tehnice, sortării, recondiționării și montării
pieselor, suprafețele acestora sunt supuse procesului de curățare și spălare:
-fierberea pieselor în băi staționare în soluții bazic e (cu până la 10 % NaOH) la
temperaturi de (80 -90 )[0C]și spălarea cu jeturi la presiuni de (0,3…0,5) [MPa] de soluție 3%
NaOH la temperatur ade (90…95) [0C];
-spălarea cu jet de lichid (apă cu fosfat trisodic, sodă calcinată, azotat de sodium sau
silica t de sodiun) și limpezire cu apă caldă;
-curățarea prin sablare cu jet de nisip, bile, alice etc;
-curățarea cu ultrasunete într -un mediu lichid, active din punct de vedere chimic;
-curățarea termochimică în soluții de săruri topite sau baze la temperat urade cca 400 [0C].
Pentru degr esarea suprafețelor se folosesc diferiți produși chimici. [71]
Controlul complex
Operațiile de control alepieselor demont ate, în vederea sortării lor, se efectuează prin :
-control vizual, care pune în evidență prezența de fectelor exterioare (rupturi, fisuri,
crăpături, deformații, gripări etc);
-control cu mijloace universale de măsurat și controlat sau cu dispozitive speciale pentru
determinare mărimii uzurilor, a deformațiilor, încovoierilor, torsionărilor, bătăilor radi ale și
frontale, abaterilor de formă.
Pregătirea suprafețelor de metalizat
Pregătirea suprafețelor este cea mai importantă operație din întregul proces tehnologic de
recondiționare prin metalizare cu flacără de gaze.
De conceperea și realizarea acestei o perații, depinde aderența stratului metalizat pe piesa
de bază.
Operația de pregătire a pieselor în vederea recondiționării prin metalizare cuprinde:
-prelucrarea mecanică, în vederea asigurării grosimii stratului metalizat;
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
-prelucrarea mecanică urmată de sablare, în vederea asigurării aderenței stratului
metalizat. [18]
Prelucrarea mecanică pentru asigurarea grosimii stratului metalizat
Asigură spațiul necesar pentru metalul de adaos, care trebuie să aibă o grosime suficientă,
pentru a rezista solicit ărilor în timpul funcționării pieselor.
În tabelul 1.9sunt date valorile stratului minim depus, în cazul pieselor de tipul arborilor.
Tabelul 1.9.Valorile stratului minim depus al metalului de adaos, în cazul pieselor de
tipul arborilor
Diametrul pi eselor din zona de
recondiționare, [mm]Grosimea maximă a stratului pe rază
[mm]
≤25 0,3
26…50 0,4
51…75 0,6
76…100 0,7
101…125 08
126…150 1,0
≥151 1,25
Pentru procedeul prelucr ării pieselor cilindrice, când suprafața de recondiționat es te
situată într -o zonă centrală (fig 1.16), aceasta se prelucrează pe porțiunea uzată și chiar pe
porțiunile neuzate adiacente la un diametru dat de relația:
d=D-(Lu-Gm) [mm] (1.7)
în care: D-diametrul ini țial al piesei, [mm];
Lu-limita maximă de uzare pe diametru, [mm];
Gm-grosimea minimă a stratului depus pe diametru, [mm].
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
Fig.1.16.Prelucrarea pieselor cilindrice, când suprafața de recondiționat se află într -o zonă
centrală: 1 -piesă; 2 -spațiul pentru stratul metalizat; D -diametrul porțiunii neprelucrate; d –
diametrul porțiunii ce trebuie metalizată.
Extremitățile zonei prelucrate se vor prelucra cu o înclinare de (15…20)0, cuțitul având la
capăt o rază de (0,4…0,5) [mm], pen tru mărirea aderenței. [70]
La prelucrarea pieselor cilindrice când suprafața de recondiționat se află la extremități
(fig.1.17), deoarece stratul metalizat depus la capătul unui arbore are în zona extremă tendința
de a se resfrânge, slăbi ndaderența, se v a urmări pe cât posibil , ca prelucrarea zonei de
recondiționat să se execute ca în fig ura4.6 lăsându -se la marginea piesei de metalizat un prag
pe o lungime de 1,5 [mm].
Fig.1.17. Prelucrarea pieselor cilindrice, când suprafața de recondiționat se află la
extremități: a -metalizare cu prag la capătul piesei:1 -piesă;2 -prag;b -metalizare fără prag și
cu strunjirea extremității piesei:1 -piesă;2 -porțiune strunjită.
Dacă zona uzată se extinde până la capătul piesei, atunci prelucrarea se va executa ca în
figura1.17b, extremitatea strunjindu -se cu (1,5…2,0) [mm]sub diametrul d pe o lungime de
1,5[mm].
Prelucrarea pieselor plane, curbate sau profilate, în cazul în care se recondiționează numai
o zonă uzată a acestor tipuri de piese, se execută mecanic p ână la dispariția totală a urmelor de
uzare.
Se prelucrează apoi marginile sub formă de coadă de rândunică în cazul pieselor cu zone
uzate reduse. Pentru suprafețe uzate mari se vor introduce șuruburi cu cap conic.
Când zona uzată este amplasată la extremi tatea piesei, prelucrarea se va face ca în fig ura
1.18, prin executarea unor caneluri care vor împiedica răsfrângerea stratului metalizat.
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
Fig.1.18. Prelucrarea unei suprafețe plane cu uzură la extremitatea piesei:1 -piesă;2 –
suprafață de metalizat; 3-caneluri.
Prelucrarea mecanică pentru asigurarea adere nței stratului metalizat
Se realizează prin mai multe metode:
Prin înfășurarea cu sârmă , aplicată în cazul recondiționării unor suprafețe convexe
foarte dure, sau când după prelucrările anterioare î n vederea metalizării, piesa a ajuns la
limita inferioară a rezistenței și oricare alt mod de prelucrare mecanică ar putea periclita
siguranța ei în exploatare. După prelucrarea mecanică a suprafeței pentru asigurarea
grosimii necesare a stratului depus, s e înfășoară o sârmă cu diametrul de aproximativ 60
[%]din grosimea stratului metalizat și pasul de (4…6) ori diametrul sâmei, fixată la
ambele extremități prin puncte de sudură pe piesă.
Urmează sablarea suprafeței respective și suflarea cu aer uscat, p entru eliminarea
particulelor abrazive rămase sub sârmă;
Prin filetare adâncă , când se metalizează suprafețe lepieselorcare nu
suportă solicitări mari.
Pentru asigurarea grosimii minime a stratului depus se va strunji un filet ascuțit cu un
unghi la vârf de 600,dintr-o singură trecere, pentru ca flancurile filetului să prezinte cât mai
multe rugozități, după care se va executa o aplatizare a vârfurilor prin strivire (suprafețe
convexe).
Pentru piese supuse la eforturi mici sau medii, p=(05…0,7) [mm], iar pentru eforturi mari,
p=(1,0…1,25) [mm].
Valorile vitezei periferice a piesei sunt prezentate în tabelul 1.10.
Tabelul 1.10Valorile vitezei periferice a piesei de prelucrat .
Material de
prelucratOțel moale Oțel dur Bronz cu staniu Alamă Aluminiu
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
Viteza periferică,
[m/min]25 15 30 40 80
Pentru pregătirea suprafețelor concave , se va efectua un filet tip fierăstrău (fig ura 1.19),
pasul fiind ales la fel ca la filetul ascuțit. După filetare, vârfurile filetului nu se mai aplatisează
prin strivire, ob ținându-se totuși o foarte bună aderență.
Fig.1.19. Prelucrarea suprafețelor concave prin filetare în vederea metalizării.1 -piesă; 2 –
filet ascuțit tip ferăstrău.
Se recomandă a se completa procedeul prin depunerea unui strat de metal intermediar.
Prin filetare vibrată , la piesele cu solicitări reduse sau când stratul depus are o
grosime relativ redusă. Operația constă în prelucrarea unui filet as cuțit pe suprafața
respectivă, dar prin așezarea vârfului cuțitului de strung sub axa piesei, cuțitul se montează în
consolă în portcuțitul mașinii de strunjit cu (100…150) [mm].
Parametrii geometrici ai cuțitului vor fi:
-unghiul de degajare (γ),00;
-unghiulprincipal de așezare ( α), (3…5)0;
-unghiul la vârf ( ε), (60…70)0;
-unghiul de ascuțire ( β), (8,5-8,7)0;
-viteza periferică a piesei (v p), (6…10) [m/min].
Deplasarea cuțitului de strung față de axa piesei și parametrii geometrici ai filetului vibrat,
pentru piese din oțel cu conținut redus de carbon sunt prezentați în tabelele 1.11și1.12.
Tabelul 1.11.Valoarea deplasării cuțitului de strung față de axa piesei de prelucrat și a
diametrului ei.
Diametrul piesei,
[mm]Turația piesei, [rot/min] Deplasarea cuțitului față
de axa piesei, [mm]
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
<25 150 1,5
26…50 70 2,5
51…75 60 3,5
76…100 30 4,5
101…150 20 5
151…200 15 6
201…300 12 8
301…400 9 10
>400 6 14
Tabelu l1.12.Valoarea parametrilor geometrici ai filetului vibrat când piesa de bază este din
oțel cu conținut redus de carbon .
Diametrul
piesei, [mm]Pasul filetului,
[mm]Adâncimea filetului, [mm]
Grosimea stratului metalizat, [mm]
(0,5…1,5) >1,5
<25 0,7 0,25 0,30
26…50 1,0 0,30 0,40
51…100 1,5 0,40 0,50
101-200 1,75 0,50 0,60
>200 2,0 0,60 0,60
Se recomandă pentru îmbunătățirea aderenței, ca prelucra rea filetului vibrat să fie urmată
de o aplati zare a vârfurilor tot prin striere.
Prin executarea de filetelicoidal rotund , când piesele sunt din: fontă (p=1,8 [mm]);
oțel, aluminiu, cupru, aliaje de cupru (p=1,6 [mm]). Adâncimea filetului se alege
(0,6…0,7)[mm], iar raza la fundul filetului de 0,5 [mm](fig.1.20. a).
În loc de filet se pot exe cuta canale circulare (fig. 1.20.b) cu lățimea canalelor
A=(1,1…1,25) [mm]și distanța dintre canale B=(0,6…0,7) [mm], când piesa este din fontă sau
B=0,4[mm],când piesa este din oțel, după care vârfurile filetului se vor aplati za cu ajutorul
unui dispozitiv de striat în formă de V.
În timpul executării operației de metalizare, primele treceri se vor executa sub un unghi de
450(fig.1.20b) față de piesă, ori entându-l la fiecare trecere în alt sens.
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
Fig.1.20.Prelucrarea suprafețelor de metalizat prin executarea canalelor elicoidale:
a-cuțit de strung cu vârful profilat:1 -corpul cuțitului;2 -vârful cuțitului;3 -lățimea
cuțitului; b -executarea canal elor circulare:1 -piesă; 2 -canale circulare; 3 -adâncimea
canalului;4 -con de pulverizare; A -lățimea canalelor; B -distanța dintre canale.
Prin depunere inițială de materiale sintetice pe bază de nailon , rezultat din
dizolvarea a 250 [g]de nailon într -un litru de fenol.
Se aplică în cazul în care nu există posibilitatea de sablare iarpiesa este supusă la eforturi
minime.
Pregătirea suprafeței de metalizat prin utilizarea de straturi intermediare de
metale sau aliaje
Acest proces c onstă în metalizarea unui strat inițial din metal, cu punct înalt de topire,
care formează puncte de microsudări cu piesa de bază, stratul de lucru urmând a se depune în
continuare peste acest strat intermediar.
Pentru obținerea stratului intermediar se utilizează:
Molibdenul sau aliaj cu minimum 70% Mo sub formă de sârmă, topirea făcându -se
cu flacără oxiacetilenică neutră, cel mult ușor oxidantă. Operația de metalizare se va executa
menținând capul aparatului de metalizare la o distanță de (125…150) [mm]de suprafața
piesei.
Aceste straturi intermediare se utilizează numai la piese a căror temperatură în exploatare
nu depășește 300 [0C], deoarece peste această temperatură stratul intermediar se oxidează
puternic și se desprinde de pe suprafața piesei. Ele nu se vor utiliza când piesele vin în contact
cu substanțele corozive, decât dacă stratul de lucru depus ulterior este perfect etanș.
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
Aliaje nichel -aluminiu (80%Ni+20%Al) cu următoarele avantaje față de molibden:
-aderență superioară (40 [Mpa]) pe orice metal sau aliaj;
-strat aderent până la 1050 [0C];
-porozitate mai mare.
Aliajul se topește numai în flacără oxiacetilenică cu degajare mare de căldură și energie:
3Ni+Al=Ni 3Al+153[Kj/mol]
Ni+Al=NiAl+134 [Kj/mol]
2Al+3/2O 2=Al2O3+1670[Kj/mol]
2NiAl+5/2O 2=Al2O3+2NiO+1890 [Kj/mol]
2Ni3Al+9/2O 2=Al2O3+6NiO+2850 [Kj/mol],
rezultând o rețea de sudare care are o pătrundere de (12…15) [µm]în metalul piesei.
Aliaje crom -aluminiu -fier (30%Cr + 5%Al +65% Fe) care datorită reacției
exoterme care are loc la trecerea sârmei prin flacăra aparatului de metalizat, particulele de
metal pulverizat ajung la o temperatură de 2500 [0C], creând o bună aderență pe piesă de
(32…34) [Mpa], prin formarea unor micropuncte de sudare.
Pregătirea suprafețelor de metalizat prin sablare
Are drept scop cr eșterea rugozității suprafeței, curate și fără urme de lubr ifianți sau de
apă.
Eventualele impurități de pe suprafața piesei (vopsea, calamină, lubrifianți etc) se vor
îndrepta inițial prin sablare cu nisip.
Parametrii tehnologici în cazul utilizării sablă rii cu corindon 125 sunt următorii:
-presiunea aerului comprimat (p), (0,55…0,7) [MPa];
-distanța duză -piesă (L), (80…100) [mm];
-diametrul ajutajului (Φ d), (10…15) [mm];
-unghiul jetului abraziv față de piesă (a), (75…90)0.
Zonele adiacente c are nu trebuie sablate se vor proteja cu carton, tablă subțire sau țesături
textile.
Suprafața piesei sablate trebuie să capete o nuanță mată, cu orugozitate pronunțată.
Sablarea cu corindon 125 este recomandată pentru orice material al piesei, iar sablar ea cu
alice de oțel călit, se recomandă numai în cazul depunerilor anticorozive.
Deoarece suprafața sablată se oxidează foarte rapid, ducând la reproducerea aderenței sau
la inexistența ei, între operația de sablare și operația de metalizare nu trebuie să existe un
interval mai mare de 2 ore. [71]
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
1.6.Alegerea materialelor de adaos pentru procedeele de metalizare
Sârme
Zinc-pentru pulverizare se folosesc diferite sortimente de zin ccuopuritatede
peste 99 [%]. Cu cât puritatea este mai ridicată cu atâtmetalul depus este mai
compactiarprelucrabilitatea este mai bună . Zincul este pulverizat în special pentru
protecția anticorozivă a metalelor feroase.
Aluminiu -se folosește aluminiu cu opuritate mai mare de 99,5 [%]. Deosebit
de nocivă este preze nța concomitentă în aluminiu a impurităților de fier și siliciu.
Molibdenul -se folosește sârmă de molibden cu o puritate de 99,95 [%.]Se
utilizează ca strat de aderență și ca strat de uzură atunci când piesele lucrează la
temperaturi mai scăzute de 300 [0C].
Staniu-se utilizează pentru pulverizarea straturilor stabile la acțiunea acizilor.
Cuprul și aliajele sale -se folosesc în electrotehnică și pentru straturi
decorative.
Bronzurile -prezintă o bună rezistență la coroziune, mai ales în apă de mare.
Alama-are o rezistență mare la coroziune și se utilizează pentru protecția
anticorozivă a unor repere ce vin în contact cu apa de mare.
Nichelul și aliajele sale –se folosesc pentru protecția la coroziune.
Crom –nichel –aliajul conține 80% Ni , 20% Cr -nu se oxidează la temperaturi
înalte și rezistă bine la acțiunea acizilor și a hidroxidului alcalin.
Cupru-nichel (monel) -are o rezistență ridicată la coroziune la: acizi, apă sărată,
soluții neutre și alcaline.
Oțelurile carbon -sunt cele mai răspândite materiale, ele se pulverizează pe
piesele uzate pentru a se reface geometria acestora. Prezintă o rezistență scăzută la
uzare, insă ea poate crește prin introducerea unui procent ridicat de C, Mn, Cr.
Oțelurile inoxidabile -se folosesc pentru protecție an ticorozivă și pentru mărirea
rezistenței la uzare a unor piese.
Pulberi
În țara noastră s-au realizat pulberi din sistemul Ni -Cr-B-Si, Co-Cr-C-W, NiAl care s -au
dovedit a fi corespunzătoare pentru realizarea unor straturi metalizate rezistente la uzură . În
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
compoziția acestor aliaje nichelul reprezintă componentul principal formând o soluție solidă,
cromul reprezintă elemental care formează particule dure, borul și siliciul dau boruri și
siliciuri binare și ternare cu nichelul și cromul, coboară temperat urade topire a aliajelor și
contribuie la realizarea dezoxidării suprafețelor de depunere. Duritatea aliajelor prezintă o
creștere în funcție de conținutul de siliciu, valoarea maximă fiind de 10 -13% Si.În cazul unor
conținuturi mai mari ,duritatea sca de ca urmare a creșterii cantității de eutectice ternare cu o
fragilitate mai ridicată. Soluția solidă pe bază de nichel la microscop se identifică ușor având
structură dendritică. [26]
1.7.Tehnica metalizării
În vederea executării metalizării prin pulv erizare, piesele de rezoluție se fixează pe
mașini de strunjit sau în dispozitive, prevăzute cu hote ceabsorb particulel ede metal
pulverizat și gazel erezultate. Turația pieselor se alege în funcție de diametrul piesei în zona
de metalizat situându -se înlimitele (30…60) [rot/min].
După suflarea cu aer comprimat filtrat a suprafeței sablate, se protejează suprafețele
adiacente zonei care se recondiționează cu benzi abrazive, tablă subțire, pastă protectoare,
materiale textile etc.
Temperatura de preîncălzireeste determinată de temperatura maximă de preîncălzire a
piesei pe perioada metalizării, fiind cuprinsă între (60…150) [0C]. Reîncălzirea se efectuează
cu arzătoare deoxigaz, iar când metalizarea se realizează cu sârmă, operația de încălzire se
execută chiar cu aparatul de pulverizare, cu avansul sârmei oprit.
Distanța duză -piesă este cuprinsă între (180…200) [mm]cu excepția cazurilor în carese
pulverizează metale pentru straturile intermediare, când distanța va fi de (125…150) [mm].
Rezultat ele cele mai bune se obțin când unghiul dintre suprafața piesei și axa conului de
metal pulverizat este de 900, putând fi micșorat pânăla 450.
Când suprafața piesei este pregătită prin filetare, înfășurare și executarea canalelor
elicoidale, este necesar ca primele treceri să se execute cu un unghi de pulverizare de 450.
În cazul depunerii straturilor de metal mai groase de 0,5 [mm], se vor lua următoarele
măsuri de prevenire a fisurilor:
-aplicarea preîncălzirii piesei,
-menținerea piesei în stare re ce, prin utilizarea unui curent de aer sub presiune
orientat spre fața opusă celei care se metalizează;
-efectuarea unei pulverizări intermitente, prin depunerea de straturi succesive,
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
cu pauze acordate pentru răcirea piesei.
Avansul sârmei trebuie să fi e mare, în caz contrar partic ulele pulverizate vor fi fine și
puternic oxidate (strat fragil cu rezistență redusă la oboseală și susceptibi lde fisurare).
Dacă viteza de translație a aparatului de pulverizare va fi mică, va rezulta un strat fragil,
cu tens iuni interne, iar când viteza va fi mai mare se va obține o depunere necorespunzătoare.
[71]
Porozitatea stratului metalizat constituie în general un avantaj în funcționarea pieselor
recondiționate prin îmbunătățirea condițiilor de lubrifiere. Pentru piese care lucrează în
condiții de presiuni mari, uleiul supus acestor presiuni va pătrunde în porozitatea stratului de
metal dislocându -l. În acest caz, ca și în cazul depunerilor anticorozive, după terminarea
operației de pulverizare și înainte de prelucrarea mecanică finală se execută o împregnare
cu:
-lac de bachelită diluat în alcool etilic concentrat într -o proporție de (60…60)
[%]care asigură o bună rezistență la agenții chimici până la aproximativ 250 [0C];
-clorură de polivinil pentru straturile din aluminiu sau zinc, în scopuri
anticorozive;
-rășini aurinice pentru straturi din orice metal.
1.8Concluzii
Sintetizând datele din stadiul actual al cercetărilor privind procedeele de
recondiționare prin metalizare se pot fo rmula următoarele concluzii:
1.Cerințele actuale de sporire a productivității au impus implementarea în practică a
unor procedee eficiente de recondiționare a echipamentelor tehnologice printre care se
enumeră și recondiționarea prin metalizare.
2.Metalizarea prin pulverizare se face, în momentul de față, prin mai multe procedee
cum ar fi:
-cu flacără și pu lbere
-cu arc electric
-cu jet de plasmă
-cu curenți de înaltă frecvență
Cap.1. Tehnologii de acoperire termică prin metalizare
-prin detonație
3.Din punctul de vedere al ponderii procedeelor de met alizare, cel mai utilizat procedeu
este metalizarea cu flacără care deține 60 [%] din piața metalizării termice din
România. Aceasta se datorează în primul rând gazelor de lucru precum și a
echipamentelor mai ieftine. Materialele de adaos cele mai utilizat e ramân oțelurile dar
față de sondajele precedente se constată o creștere a aplicațiilor cu materiale ceramice.
4.În urma analizei cercetărilor actuale atât pe plan național cât și internațional, se pot
evidenția dezavantajele procedeelor de metalizare prin pulverizare și anume: rezistența
redusă a straturilor depuse la încovoiere și tracțiune; pregătirea amănunțită a
suprafețelor ce urmează a fi metalizate; piesele metalizate nu pot fi prelucrate prin
filetare, găurire și deformare plastică.
5.În acest sens d irecția de cercetare abordată în prezenta teză este îmbunătățirea calității
straturilor depuse prin metalizare. Acest lucru se poate realiza prin optimizarea vitezei
particulei, a temperaturii ei și a temperaturii substratului, care reprezintă parametrii
principali ce afectează structura substratului.
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Cap.1.TEHNOLOGII DE ACOPERIRE TERMICĂ PRIN [626466] (ID: 626466)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.